JP2005035333A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤ全体の変形を維持してゴムにかかる負担を抑えつつ、低内圧高荷重時にビードフィラー外側において発生しやすい圧縮によるフィラメントの座屈を発生しにくくすることで、耐久性を向上した空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】ビード部１に夫々埋設されたビードコア２の周りにタイヤ内側から外側に折り返して係止されたカーカス３と、カーカス３の本体部と巻上部との間に配置されるビードフィラー５と、カーカス３のクラウン部外周に位置するトレッド部６と、カーカス３のサイド部に位置するサイドウォール部８と、トレッド部６の内側に配置されたベルト層４とを備える空気入りタイヤである。カーカス３の補強コードを構成するフィラメントのうち、少なくとも最外層フィラメントの、ビードフィラー５のタイヤ内側部分における撚り角θ_０が、ビードフィラー５のタイヤ外側部分における撚り角θより大である。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気入りタイヤ（以下、単に「タイヤ」とも称する）に関し、詳しくは、カーカスの補強コードの改良により耐久性を向上した空気入りタイヤ、特には重荷重用空気入りタイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、軽トラック以上の空気入りタイヤでは、高荷重を支えるために、乗用車用に比して内圧が高く設定される。従って、かかるタイヤのカーカスの補強材には高強度・高剛性が必要とされ、スチールコードが広く適用されている。スチールコードは高い剛性を有するため、かかる補強材用途として有用である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、タイヤがパンクなどによりしばらく低内圧状態で走行したり、あるいは想定された荷重よりも大きな負荷を受けて走行したりすると、ビード部分でコードが破断したり、ゴムに亀裂が入って走行不可能になる場合があった。このような条件下での耐久性を改良するための手段としては、ビード周りに補強層を追加したり、ゲージを厚くするなどの方法があるが、これらの方法を用いた場合、重量や転がり抵抗を増大させるなどの欠点がある。
【０００４】
ビード周辺のコードに加わる入力を解析すると、荷重直下において、ビードフィラー内側ではコードに引っ張り入力が、ビードフィラー外側では圧縮入力が、夫々加わっていることがわかる。特に、低内圧高荷重条件のもとでは、この傾向が助長される。また、圧縮のかかるビードフィラー外側では、圧縮が大きくなると部分的にフィラメントに座屈が入って、コードの切断が生ずる。コードのピッチを短くすれば座屈疲労は改善されるが、その一方、剛性が低下してタイヤ変形が大きくなり、プライ端からゴムの亀裂が発生しやすくなる。タイヤ変形に対してはビードフィラー内側におけるコードの引っ張り剛性を大きくすることで低減できることがわかったが、ここに補強層を追加すると、その端部から亀裂が発生する可能性がある。従って、これらコードの切断や亀裂の発生等の問題を生ずることなく耐久性を向上することのできる技術が求められていた。
【０００５】
そこで本発明の目的は、タイヤ全体の変形を維持してゴムにかかる負担を抑えつつ、低内圧高荷重時にビードフィラー外側において発生しやすい圧縮によるフィラメントの座屈を発生しにくくすることで、耐久性を向上した空気入りタイヤを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、特定の装置を用いて１本のコード内においてフィラメントの撚り角を変化させたところ、従来におけるような問題を生ずることなく耐久性を高めた空気入りタイヤが実現されることを見出して、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明の空気入りタイヤは、少なくとも一対のビード部に夫々埋設されたビードコアの周りにタイヤ内側から外側に折り返して係止されたカーカスと、該カーカスの、前記ビードコア間にトロイド状に延在する本体部と、該本体部に連続して設けられ該ビードコアの周りに折り返された巻上部と、の間に配置されるビードフィラーと、該カーカスのクラウン部外周に位置するトレッド部と、該カーカスのサイド部に位置するサイドウォール部と、前記トレッド部の内側に配置された少なくとも１層のベルト層とを備える空気入りタイヤにおいて、
前記カーカスの補強コードを構成するフィラメントのうち、少なくとも最外層フィラメントの、前記ビードフィラーのタイヤ内側部分における撚り角θ_０が、該ビードフィラーのタイヤ外側部分における撚り角θより大であることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の上記空気入りタイヤ、特には重荷重用空気入りラジアルタイヤにおいては、前記撚り角θが３０°≦θ_０≦７７°であり、かつ、前記撚り角θ_０が７８°≦θ_０≦９０°であることが好ましく、より好ましくは、前記撚り角θが３０°≦θ_０≦７５°であり、かつ、前記撚り角θ_０が８０°≦θ_０≦９０°である。
【０００９】
本発明の空気入りタイヤにおいては、カーカスの補強コードを構成する最外層フィラメントの撚り角を特定部位間で変化させることにより、コードの切断や亀裂の発生等の問題を生ずることなく、所定部位におけるフィラメントの座屈を防止して、耐久性に優れた空気入りタイヤを得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の空気入りタイヤの実施形態を図面にしたがって説明する。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る空気入りラジアルタイヤは、ビード部１に埋設されたビードコア２の周りにタイヤ内側から外側に折返して係止されたカーカス３と、カーカス３の本体部３Ａ（ビードコア２間にトロイド状に延在する部分）と巻上部３Ｂ（ビードコア２の周りに折り返された部分）との間に配置されるビードフィラー５と、カーカス３のクラウン部に位置するトレッド部６と、カーカス３のサイド部に位置するサイドウォール部８と、トレッド部６の内側に配置された二層のベルト層４とを備えている。カーカス３は、補強コードが実質的に周方向と直交する方向に配列されてなり、本実施形態では一枚のカーカスプライから構成されている。
【００１１】
本発明の空気入りタイヤにおいては、このカーカス３の補強コードを構成するフィラメントのうち、少なくとも最外層フィラメントの、ビードフィラー５のタイヤ内側部分における撚り角θ_０が、ビードフィラー５のタイヤ外側部分における撚り角θより大である点に特徴がある。これにより、ビードフィラーのタイヤ外側部分については、パンクなどに起因する低内圧走行や高荷重走行によりこの部分のコードが圧縮された場合でも、フィラメントに座屈が発生しにくくなり、疲労によるコードの破断を適切に抑制することができる。一方、タイヤ荷重時に最も引っ張りテンションのかかるビードフィラーのタイヤ内側部分については、低内圧・荷重時における剛性を維持してタイヤの変形を抑えることで、耐久性を十分確保することができる。
【００１２】
具体的には、ビードフィラーのタイヤ外側部分における撚り角θについては、３０°≦θ_０≦７７°の範囲内、特には３０°≦θ_０≦７５°の範囲内とすることが好ましく、一方、ビードフィラーのタイヤ内側部分における撚り角θ_０については、７８°≦θ_０≦９０°の範囲内、特には８０°≦θ_０≦９０°の範囲内とすることが好ましい。夫々の撚り角をこの範囲内とすることにより、ビードフィラーのタイヤ外側部分および内側部分における要求特性を夫々確実に満足させることができ、上記本発明の効果をより良好に得ることができる。
【００１３】
なお、上記最外層フィラメントの撚り角は、少なくともビードフィラーのタイヤ外側部分における撚り角θとビードフィラーのタイヤ内側部分における撚り角θ_０とが上記条件を満たすものであれば、その他の部分についてはどのように設定されていてもよく、特に制限されるものではない。即ち、撚り角の変動領域は、フィラメントのいずれの部分に存在していてもよく、また、タイヤ赤道面近傍からビードフィラーのタイヤ内側部分に至るまでの領域の撚り角については、適宜定めることができ、特に制限されない。
【００１４】
上記最外層フィラメントにおいては、撚り角を上記範囲とすることで、ビードフィラーのタイヤ内側部分に当たる部位の切断時伸びを３．０％以下、ビードフィラーのタイヤ外側部分に当たる部位の切断時伸びを３．５％以上に、夫々することができるという効果も得られる。
【００１５】
本発明においては、カーカスの補強コードを構成するフィラメントのうち、最外層フィラメントの撚り角が上記した条件を満足するものであれば、その他のタイヤの各部の構成、使用する材料等については特に制限されるものではない。また、最外層フィラメント以外のフィラメントの撚り角について上記条件に従うものとしてもよい。例えば、カーカス３のコードは、重荷重用タイヤとして用いる場合にはスチールコードを用いることが好ましいが、これには限られず、有機繊維材料からなるコードでもよく、また、コードと有機繊維とを撚り合わせた複合体を用いてもよい。また、図示する実施形態においては、ベルト層４は、タイヤ赤道面ＣＬに対して傾斜して延びる複数本のスチールコードを配列した１層の傾斜ベルト層４Ａと、この傾斜ベルト層４Ａ上に位置し、該スチールコードに対して交錯する複数本のスチールコードを配列した周方向ベルト層４Ｂとからなるが、ベルト層４の枚数や構成は特に制限されるべきものではなく、タイヤの用途および種類に応じ適宜定めればよい。
【００１６】
尚、１本のフィラメント内において撚り角を変更する手段は、特に制限されるものではないが、これまで困難とされてきた、フィラメントの撚り角を変化させることのできる、成型機と撚り線機とを直結させた撚り機が最近開発され、本願出願人は先に当該撚り機について特許出願を行っている（特願２００２−３４１０３７号）。よって、この撚り機について以下に詳述する。
【００１７】
かかる撚り機は、供給された複数本の線材を撚って撚り線とする回転体と、前記撚り線を前記回転体から搬出する搬出手段と、を有し、撚り点の前後で撚り線側又は線材側の何れか一方を開放している撚り機である。ここで、開放しているとは、撚り点の片方の端部を撚り回転に応じて回転できる状態にしていることをいう。
【００１８】
具体的には、図２に示すタイプの撚り機２２を好適に使用することができる。図２は、コード製造ライン１０に設けられた撚り機２２の構成を示す側面図である。コード製造ライン１０には、素線がそれぞれ巻かれている複数のボビン１４Ａ〜Ｃと、ボビン１４Ａ〜Ｃから巻き出された素線１８Ａ〜Ｃのテンションを制御するテンション制御部１６Ａ〜Ｃと、テンション制御部１６Ａ〜Ｃを経由した素線１８Ａ〜Ｃを撚ってコード２０にする撚り機２２と、が設けられている。撚り機２２は、素線１８Ａ〜Ｃを撚って１本のコード２０を製造する送り・回転一体式の装置である。
【００１９】
撚り機２２は、素線１８Ａ〜Ｃにクセ（型）を付けるクセ付け部（型付け部）２４と、撚り点２６を形成している撚り点形成部２８と、撚り点形成部２８の下流側に設けられた回転体３０と、回転体３０に回転力を与えると共にコード２０を回転体３０から送り出す送り力を与えるモータ３４と、を備えている。回転体３０は、撚り機２２に設けられたベアリング部３６Ａ、Ｂによって回転可能に保持されている。
【００２０】
図２、図３に示すように、回転体３０の下流側には、回転体３０のハウジング３１から短筒状に延び出した回転駆動用軸部４０に回転駆動用プーリ４２が固定されており、回転駆動用プーリ４２と、モータ３４に取付けられた第１回転板４４とには無端ベルト４６が掛けられている。
【００２１】
回転駆動用軸部４０には、コード２０の送り力を伝達する細長筒状の送り駆動用軸部材５０が、回転軸が一致するように挿通しベアリング部５１によって回転体３０に支えられている。そして、回転駆動用プーリ４２の下流側には、送り駆動用軸部材５０に固定された送り駆動用プーリ５２が設けられており、送り駆動用プーリ５２と、モータ３４に取付けられた第２回転板５４とには無端ベルト５６が掛けられている。
【００２２】
ハウジング３１内には、コード２０を送る送り機構５８が設けられている。送り機構５８は、送り駆動用軸部材５０の同軸上で先端側に固定された第１ギア６０と、第１ギア６０と噛み合う第２ギア６２と、を有する。第２ギア６２の回転中心には小径の小ギア部６４が設けられている。また、送り機構５８は、コード２０が数回巻かれる巻回部６６を有すると共に小ギア部６４と噛み合う大ギア部６７を有する多段巻きキャプスタン６８と、多段巻きキャプスタン６８に当接してコード２０を巻回部６６に押し付けるピンチローラ７０と、を有する。更に、送り機構５８は、多段巻きキャプスタン６８に巻回されたコード２０が更に数回巻かれる多段巻きダミープーリ７２を有する。
【００２３】
多段巻きキャプスタン６８及び多段巻きダミープーリ７２の径は、回転体３０から送り出されたコード２０を使用する際に真直性の観点で支障がないように、素線１８Ａ〜Ｃの径、材質等を考慮して決定されている。
【００２４】
また、撚り機２２には、送り駆動用軸部材５０を挿通して、多段巻きダミープーリ７２から巻き出されたコード２０を回転体３０の下流側へ案内するコード排出用パイプガイド７４が設けられている。
【００２５】
第２回転板５４に比べ、第１回転板４４の径は少し大きくされており、回転体３０の回転速度（撚り線の撚り速度）と、コード２０の送り速度との比が調整されている。
【００２６】
このように、本形態では、回転駆動用軸部４０と送り駆動用軸部材５０とを同軸上に配置しており、回転体３０に送り駆動用のモータを更に設けることに比べ、撚り機２２の構成が簡素になっている。
【００２７】
撚り機２２を使用するには、モータ３４を所定回転数で回転させると、送り駆動用プーリ５２が回転し、第１ギア６０、第２ギア６２、多段巻きキャプスタン６８、多段巻きダミープーリ７２に回転力が順次伝達される。この結果、撚り点形成部２８を経由した素線１８Ａ〜Ｃが所定の送り出し速度で回転体３０から送り出される。
【００２８】
また、回転駆動用ダミープーリ７２が回転し、回転体３０が所定回転速度で回転する。従って、素線１８Ａ〜Ｃは、撚り点形成部２８から引き出されつつ撚られ、コード２０となって回転体３０から送り出される。
【００２９】
このように、コード２０の送り駆動は、回転体３０上で送り駆動用軸部材５０が回転駆動用軸部４０と相対的に回転することで行われ、すなわち送り駆動用の軸の回転数と回転体３０の回転数との差によって送り速度が決定される。
【００３０】
回転駆動用軸部４０と送り駆動用軸部材５０との回転速度比を変速式である構造にしたり、上記の２軸を別々に駆動して回転速度の任意の速度に設定できる構造にすることで、撚りピッチを自在にその都度変更することが可能である。これにより、一本の連続したコード部材の中でも撚りピッチを変化させ、本発明に係るベルト層に合わせて撚りピッチを変更することができる。
【００３１】
なお、このような可変ピッチ機能を有する撚り機を使用して製造されたコードをタイヤに使用することは、従来、非常に困難であった。従って、この機能を十分活かすためには、タイヤの使用部位との位置決めを容易にする上で、撚り機を設ける位置をタイヤ部材あるいはタイヤそのものを製造する装置の近くにすることが好ましく、さらにはこの装置と連携して複合的に動作できるようにすることが望ましい。
【００３２】
撚り機２２で製造できるコードはスチールコードに限られず、有機繊維材料からなるコードも製造でき、同様の効果を得ることができる。更に、コードと有機繊維とを撚り合わせた複合体、コードとひも状のゴムとを撚り合わせた複合体、コードと有機繊維とひも状のゴムとを撚り合わせた複合体、の何れも製造することができ、要求されるタイヤ品質に合った補強材を提供することが可能である。
【００３３】
また、線材の材質は特に限定されず、また、線材は素線であってもストランドであってもよい。撚り方は、単撚り、複撚り、層撚り等、特に限定しない。線材が素線である場合にはストランドが製造される（例えば、素線の材質がスチールである場合には、撚り機でスチール製のストランドが製造される）。
【００３４】
撚り機２２においては、回転体３０には、回転体全体を回転駆動するための回転駆動用軸部４０と、ベアリング部５１によって回転駆動用軸部４０と同軸上に保持された送り駆動用軸部材５０と、を設けており、これらの２軸は１台のモータ３４によって回転駆動される。これにより、撚り機２２の構成を著しく簡素にすることができる。なお、送り機構５８の駆動力を発生させるため回転体３０に電気モータなどを設けてもよいが、より簡潔な装置にするために、回転体３０の回転軸と同軸上に送り駆動用の軸を配して、回転体３０内の送り機構５８を駆動するようにしている。
【００３５】
また、多段巻きキャプスタン６８及び多段巻きダミープーリ７２によって撚り点形成部２８からコード２０を引出して回転体３０から送り出しているので、ピンチローラ７０でコード２０をさほど高い力で押圧しなくても済む。また、多段巻きキャプスタン６８及び多段巻きダミープーリ７２の巻き方向が逆であり、しかも、コード２０をリールに巻き取らなくてもよいので、真直性が大幅に改善されたコード２０を製造することができる。
【００３６】
かかる撚り機２２においては、複数の単線を撚って回転体から搬出することにより撚り線を形成でき、従来のように撚り線を回転体から巻き取らなくても済む撚り機が実現される。これにより、回転性、真直性に優れた撚り線を形成することができるコンパクトな撚り機を実現することができ、スチールコードの製造に一般的に使用されている従来の撚り機に比べ、スペース、価格とも１／１０以下とすることが可能となる。また、かかる撚り機を用いて撚り線を製造する際、線材の選定は任意に行うことができる。例えば、コアとなる複数本の素線と、シースとなる複数本の素線と、を線材として供給し、コアとシースとが同方向、同ピッチで撚り合わされたコンパクトな構造の層撚りコードを製造してもよい。また、コアとなる複数本の素線を既に撚り合わせた状態で巻き出して撚り機に供給し、シースとでピッチが異なる層撚りコードを製造してもよい。更に、巻き出して供給する線材として２〜７本の素線を既に撚り合わせたストランドを使用し、複撚りのコードを製造してもよい。また、供給する線材として複数本の素線の材質を非同一とすることにより、製造する撚り線の材質を２種以上にしてもよい。また、スチールその他の素線と同時に、ゴム被覆済みの線材或いはひも状にした加工したゴムを撚り合わせることで、コードとゴムとの複合体を製造してもよい。
【００３７】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づき説明する。
実施例１および従来例１、２
供試タイヤとして、実施例１および従来例１、２の軽トラック用タイヤを用意して、コード切断およびカーカス折り返し端部の亀裂発生について、夫々比較評価した。
【００３８】
供試タイヤはいずれも、タイヤサイズ：２２５／８０Ｒ１７．５、リムサイズ：６．７５インチ、内圧：７００ｋＰａとし、カーカスの補強コードを構成する最外層フィラメントの、ビードフィラーのタイヤ内側部分における撚り角θ_０およびビードフィラーのタイヤ外側部分における撚り角θを、夫々下記の表１中に示すように変動させた。その他のタイヤ構成については全て同一とし、コードの撚り構造：３×０．１８５＋９×０．１７５（ｍｍ）、打込数：３０本／５０ｍｍとした。
【００３９】
コード切断の有無およびカーカス折り返し端部の亀裂発生の有無については、高荷重ドラムでの走行後において、夫々評価した。
これらの結果を下記の表１中に併せて示す。
【００４０】
【表１】

【００４１】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、タイヤ全体の変形を維持してゴムにかかる負担を抑えつつ、低内圧高荷重時にビードフィラー外側において発生しやすい圧縮によるフィラメントの座屈を発生しにくくすることで、耐久性を向上した空気入りタイヤを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る空気入りラジアルタイヤの断面図である。
【図２】撚り機の構成を示す側面断面図である。
【図３】図２に示す撚り機の平面断面図である。
【符号の説明】
１ ビード部
２ ビードコア
３ カーカス
４ ベルト層
５ ビードフィラー
６ トレッド部
８ サイドウォール部
１８Ａ〜Ｃ 素線
２０ コード
２２ 撚り機
３０ 回転体
５８ 送り機構

Claims (4)

1. 少なくとも一対のビード部に夫々埋設されたビードコアの周りにタイヤ内側から外側に折り返して係止されたカーカスと、該カーカスの、前記ビードコア間にトロイド状に延在する本体部と、該本体部に連続して設けられ該ビードコアの周りに折り返された巻上部と、の間に配置されるビードフィラーと、該カーカスのクラウン部外周に位置するトレッド部と、該カーカスのサイド部に位置するサイドウォール部と、前記トレッド部の内側に配置された少なくとも１層のベルト層とを備える空気入りタイヤにおいて、
   前記カーカスの補強コードを構成するフィラメントのうち、少なくとも最外層フィラメントの、前記ビードフィラーのタイヤ内側部分における撚り角θ_０が、該ビードフィラーのタイヤ外側部分における撚り角θより大であることを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記撚り角θが３０°≦θ_０≦７７°であり、かつ、前記撚り角θ_０が７８°≦θ_０≦９０°である請求項１記載の空気入りタイヤ。
3. 前記撚り角θが３０°≦θ_０≦７５°であり、かつ、前記撚り角θ_０が８０°≦θ_０≦９０°である請求項２記載の空気入りタイヤ。
4. 重荷重用空気入りラジアルタイヤである請求項１〜３のうちいずれか一項記載の空気入りタイヤ。

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