JP2006056351A - 乗用車用ラジアルタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】周方向ベルト層に従来の有機繊維コードに替えて高剛性のスチールコードを適用した際に、タイヤ重量を従来品以下に抑えた上で、高速耐久性のさらなる向上を実現する手段を提供する。
【解決手段】１対のビードコア間にトロイド状に延びるカーカスを骨格とし、このカーカスのクラウン部に、タイヤの赤道面に対して傾斜して延びるスチールコードの多数本を互いに平行に配列したゴム引き層の少なくとも２層からなる交差ベルト層と、タイヤの赤道面に沿って延びるスチールコードを平行に配列したゴム引き層の少なくとも１層からなる周方向ベルト層とを、カーカスの径方向外側へ順に配置した乗用車用ラジアルタイヤにおいて、該周方向ベルト層を構成するスチールコードの強力と周方向ベルト層の幅１２ｍｍ当りのコード打ち込み本数との積を１９６１Ｎ・本以上とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、乗用車用ラジアルタイヤ、特にスチールコードを用いて高剛性としたベルトを有する乗用車用ラジアルタイヤに関するものである。

乗用車用ラジアルタイヤでは、図１に示すように、１対のビードコア１間にわたりトロイド状に延びるカーカス２のクラウン部をベルト３にて補強している。このベルト３は、タイヤの赤道面Ｏに対して傾斜して延びるコードの多数本を互いに平行に配列したゴム引き層の少なくとも２層を、積層間でのコードが互いに交差する向きに配した交差ベルト層３ａおよび３ｂと、タイヤの赤道面Ｏに沿って延びるコードを平行に配列したゴム引き層の少なくとも１層からなる周方向ベルト層３ｃとを、カーカス２の径方向外側へ順に配置して成るのが一般的である。なお、図において、４はベルト３の外側に設けたトレッドである。

上記のベルト３において、交差ベルト層３ａおよび３ｂを構成するコードには、操縦安定性の確保の為に高い剛性が必要である等の理由からスチールコードが適用され、一方の周方向ベルト層３ｃを構成するコードには、タイヤ重量を増加しない等の理由からナイロンなどの有機繊維コードが適用されている。

上記周方向ベルト層は、交差ベルト層に対する、いわゆるたが効果を高めることで、タイヤ回転時の遠心力による交差ベルト層両端部のせり上がりが誘発するベルトエッジセパレーション現象を防止する役割を果たすと同時に、タイヤの周方向剛性を高めることによって、操縦安定性並びに高周波ロードノイズ特性を改善する効果を有する。しかしながら、上記有機繊維コードからなる周方向ベルト層は、上記たが効果が十分であるとは言えず、またタイヤが長時間にわたって連続的に高速回転されるような場合には、コードが高温下で継続的に遠心力を受ける結果、有機繊維コードを用いたベルト層では、タイヤの高速耐久性や操縦安定性、そして高周波ロードノイズ特性を更に改善することは困難であった。

また、乗用車は、高性能化が進む一方で、環境に配慮した低燃費化も実現する必要があることから、乗用車用タイヤには高速耐久性の向上と軽量化とが要求されている。このような要求に答えるために、従来は有機繊維コードが用いられていた周方向ベルト層にもスチールコードを適用し、とりわけ周方向剛性を高めて高速耐久性を向上するとともに、高剛性コードを用いたことによって補強材全体の使用量を軽減してタイヤの軽量化を実現している。

例えば、特許文献１には、ベルトカバー層として周方向に延びるスチールコードを配置することが、特にスチールコードの断面積とここでの幅５０ｍｍ当りのコード打ち込み本数との積が０．４〜１．５ｍｍ^２であることと共に記載されている。

さらに、特許文献２には、周方向に配置したスチールコードに、破断伸びが４〜８％のコードを使用することが提案されている。

しかしながら、特許文献１および２に開示の技術では、例えば車両速度が２７０ｋｍ／ｈ以上となる高速度領域では、遠心力によりコード切れが発生するおそれがあり、この点の改善が求められている。
特開２０００−２５５２１４号公報 特開５６−８２６０９号公報

そこで、本発明の目的は、周方向ベルト層に従来の有機繊維コードに替えて高剛性のスチールコードを適用した際に、タイヤ重量を従来品以下に抑えた上で、高速耐久性のさらなる向上を実現する手段を提供することにある。

発明者らは、周方向ベルト層に従来の有機繊維コードに替えて高剛性のスチールコードを適用した場合に、高速度領域では周方向ベルト層と交差ベルト層との剛性負担率が変化し、周方向ベルト層の張力負担が大きくなること、従って、高速走行時の遠心力によって発生するベルト張力に耐え得るに必要な高強力を周方向ベルト層に持たせる必要があることから、周方向ベルト層の高強力化の手法を鋭意究明したところ、周方向ベルト層を構成するコードの強力と周方向ベルト層におけるコード打ち込み本数とを所定の関係に規制することが、極めて有効であることを見出した。

また、遠心力によって発生するベルト張力に耐え得るに必要なだけの強力を周方向ベルト層に持たせた場合、周方向ベルト層のコード使用量が増加するが、上記のとおり、高速度領域では周方向ベルト層の張力負担が大きくなることの知見に基づき、周方向ベルト層での張力負担を増加すると、その増加分の交差ベルト層での張力負担は軽減されるから、交差ベルト層に使用するスチールコードの使用量を従来品対比で減少させることができる結果、タイヤ重量は現行と同等以下に軽減される。

本発明は、以上の知見に基づいて成されたものであり、その要旨は次の通りである。
（１）１対のビードコア間にトロイド状に延びるカーカスを骨格とし、このカーカスのクラウン部に、タイヤの赤道面に対して傾斜して延びるスチールコードの多数本を互いに平行に配列したゴム引き層の少なくとも２層からなる交差ベルト層と、タイヤの赤道面に沿って延びるスチールコードを平行に配列したゴム引き層の少なくとも１層からなる周方向ベルト層とを、カーカスの径方向外側へ順に配置した乗用車用ラジアルタイヤにおいて、該周方向ベルト層を構成するスチールコードの強力と周方向ベルト層の幅１２ｍｍ当りのコード打ち込み本数との積が１９６１Ｎ・本以上であることを特徴とする乗用車用ラジアルタイヤ。

（２）前記交差ベルト層の少なくとも１層における、スチールコードの断面積と幅５０ｍｍ当りのコード打ち込み本数との積が３．０〜７．２ｍｍ^２・本である上記（１）に記載の乗用車用ラジアルタイヤ。

（３）前記スチールコードの断面積と幅５０ｍｍ当りのコード打ち込み本数との積が３．５〜５．０ｍｍ^２・本である上記（１）または（２）に記載の乗用車用ラジアルタイヤ。

本発明によれば、周方向ベルト層に高剛性のスチールコードを用いると共に、周方向ベルト層の強力を規定することによって、高速域で発生する遠心力を負担するに足るベルト構造が実現される結果、高速耐久性に優れたタイヤを提供できる。

また、上記の周方向ベルト層によって交差ベルト層のスチールコード使用量を減らすことが可能になるから、高速耐久性を損なうことなく、タイヤ重量を在来品と同等以下に軽減することができる。

さて、ラジアルタイヤが転動すると、トレッドおよびベルトの重量とタイヤの回転によって遠心力が発生する。この遠心力は交差ベルト層と周方向ベルト層とによって負担されるが、従来のナイロンに代表される有機繊維コードを周方向ベルト層に用いた場合、遠心力のほとんどが交差ベルト層に負担されていた。

しかし、スチールコードのような高剛性のコードを周方向ベルト層に適用した場合、剛性の負担は交差ベルト層から周方向ベルト層へと移行し、ほとんどが周方向ベルト層で負担されることは上述のとおりである。従って、周方向ベルト層に、そこで発生する遠心力相当の強力を持たせる必要がある。

そのためには、周方向ベルト層を構成するスチールコードの強力と周方向ベルト層の幅１２ｍｍ当りのコード打ち込み本数との積αが１９６１Ｎ・本以上となるように、スチールコード強力およびコード打ち込み本数のいずれ一方または両方を設定することが肝要である。すなわち、周方向ベルト層の強力は、該ベルト層の補強材であるスチールコードの強力と、該スチールコードの打ち込み本数によって決定されるから、両者の積αにて規定することができる。そして、この積αが１９６１Ｎ・本未満では、時速３００ｋｍ以上の高速度走行時において、タイヤの回転とトレッドの重量により発生する遠心力が周方向ベルト層の強力を上回るため、周方向ベルト層が破断し、バーストにつながる恐れがある。

ここで、周方向ベルト層に用いるスチ−ルコードとしては、引張り強さ２７００Ｎ／ｍｍ^２以上のスチール素線を撚り合わせ、１×ｎ（ｎ＝２〜６）構造にしたもの、または波型にくせ付けした構造にし、それぞれ切断時伸びを３．０〜８．０％にしたコードが推奨される。なぜなら、素線の引張り強さが、２７００Ｎ／ｍｍ^２未満ではタイヤのタガ効果を確保する上で望ましくなく、また切断時伸び３．０％未満では大蛇角時入力による引っ張り切れが、また８．０％を超えると伸びが大きすぎてタイヤ成形後に撚り、波型くせが残存し、やはり十分なタガ効果を得られないおそれがある。

一方で、上記積αが１９６１Ｎ・本以上として、周方向ベルト層に遠心力相当の強力を持たせると、当然周方向ベルト層におけるスチールコード使用量が増え、タイヤ重量が増加することになる。
しかし、上述したように、一方で交差ベルト層の剛性負担率は小さくなっていることから、交差ベルト層のスチールコード使用量を減少することができ、それによってタイヤ重量を在来のタイヤと同等以下にすることができる。

ここで、交差ベルト層は、その少なくとも１層における、スチールコードの断面積と幅５０ｍｍ当りのコード打ち込み本数との積βを３．０〜７．２ｍｍ^２・本とすることが好ましい。まず、交差ベルト層の少なくとも１層について、スチールコードの断面積とコード打ち込み本数との積βを規制するのは、上限値を超えるスチールコードを使用すると、タイヤ重量の増加を招いてしまう。また、下限値未満までスチールコードの使用を減少すると、ケース強度が確保できない問題が発生する。

そして、この積βを３．０ｍｍ^２・本未満では、タイヤの圧力容器としての強度が不十分になるおそれがあり、一方７．２ｍｍ^２・本を超えると軽量化が難しくなるおそれがある。より好ましい範囲は、３．５〜５．０ｍｍ^２・本の範囲である。

なお、交差ベルト層に用いるスチ−ルコードとしては、引張強さ２７００Ｎ／ｍｍ^２以上のスチール素線を撚り合わせて１×ｎ構造にしたコードが推奨される。なぜなら、スチールコードの引張り強さが２７００Ｎ／ｍｍ^２未満では、タイヤのタガ効果としての剛性を確保するうえで好ましくない。また、単撚り構造とすることで、コード内へのゴムの浸透性を良好に維持することができる。

図１に示したところに従って、ベルト３が表１に示す各種ベルト層構造に成る乗用車用ラジアルタイヤを、サイズ：２２５／４５ＺＲ１７にて作製した。すなわち、交差ベルト層をそれぞれ複数本のスチールコードから構成すると共に、交差ベルト層の外周側に補強コードをタイヤの赤道面に対して実質的に０°で配置した周方向ベルト層を設け、周方向ベルト層の補強コードおよびその打ち込み本数を種々異ならせて、発明タイヤ１〜５及び比較タイヤ１〜３をそれぞれ製作した。なお、比較タイヤ１は周方向ベルト層をナイロンコードから構成したものであり、それ以外は周方向ベルト層をスチールコードから構成したものである。

ここで、表１に示した周方向ベルト層の強力は、コードゴム中に、表１で示したそれぞれのスチールコードをそれぞれの打ち込み数で埋設したものを１６０℃×１５分加硫して作製した１２ｍｍ×２００ｍｍのラボ加硫サンプルの破断強力を、ＪＩＳＢ７７２１による引張試験に従って測定し、その測定結果について比較例１の結果を１００としたときの指数で示した。

次に、周方向ベルト層の剛性は、上記と同様に作製した１２ｍｍ×２００ｍｍのラボ加硫サンプルをＪＩＳＢ７７２１による引張試験において２０ｍｍ／ｍｉｎの速度で引張り、その際のタイヤ成形の加硫工程後の歪での剛性値を測定し、その測定結果について比較例１の結果を１００としたときの指数で示した。

また、高速耐久試験は、各試験タイヤをリムサイズ７Ｊ×１７のリムに組み込み空気圧を３００ｋＰａにしてＪＡＴＭＡ規格のテスト法に準じてステップスピード法にてタイヤ故障が発生するまでの速度を測定した。

タイヤ重量は、成型後のタイヤの重量を測定し、その測定結果について比較例１を１００としたときの指数で示した。

本発明のタイヤ構造を示す断面図である。

符号の説明

１ ビードコア
２ カーカス
３ ベルト
３ａ，３ｂ 交差ベルト層
３ｃ 周方向ベルト層
４ トレッド

Claims (3)

1. １対のビードコア間にトロイド状に延びるカーカスを骨格とし、このカーカスのクラウン部に、タイヤの赤道面に対して傾斜して延びるスチールコードの多数本を互いに平行に配列したゴム引き層の少なくとも２層からなる交差ベルト層と、タイヤの赤道面に沿って延びるスチールコードを平行に配列したゴム引き層の少なくとも１層からなる周方向ベルト層とを、カーカスの径方向外側へ順に配置した乗用車用ラジアルタイヤにおいて、該周方向ベルト層を構成するスチールコードの強力と周方向ベルト層の幅１２ｍｍ当りのコード打ち込み本数との積が１９６１Ｎ・本以上であることを特徴とする乗用車用ラジアルタイヤ。
2. 前記交差ベルト層の少なくとも１層における、スチールコードの断面積と幅５０ｍｍ当りのコード打ち込み本数との積が３．０〜７．２ｍｍ^２・本である請求項１に記載の乗用車用ラジアルタイヤ。
3. 前記スチールコードの断面積と幅５０ｍｍ当りのコード打ち込み本数との積が３．５〜５．０ｍｍ^２・本である請求項１または２に記載の乗用車用ラジアルタイヤ。

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