JP2006298206A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】すぐれた操縦安定性等の運動性能を十分に発揮させるとともに、ベルト側縁からのゴム亀裂の発生を防止する。
【解決手段】一対のビード部３間にトロイダルに延びるラジアルカーカス５のクラウン域の外周側に配設されてトレッド部１を補強するベルト１３を、トレッド部の周方向にジグサグに延びる波状スチールコード８よりなる二層の主張力負担層９と、直径が０．６ｍｍ以下のモノフィラメントの二軸織物１１よりなる三層の補強層１２とで構成し、その補強層１２の最大幅をタイヤ最大幅の７０％以上とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、乗用車用タイヤ、トラック・バス用タイヤ等として用いる他、鉱山車両用タイヤとして用いて、トレッド部の補強材としてのベルトの側縁からのゴム亀裂の発生を有効に防止できる空気入りタイヤに関するものである。

従来のトレッド部補強としては、たとえば、ほぼ等間隔に引き揃え配置した、複数本の直状スチールコードにゴム被覆を施してなるベルト層を、カーカスのクラウン域の外周側に、タイヤ赤道面に対するスチールコード交角が２０°前後となる姿勢で配設することが広く一般に行われている。

ところで、スチールコードを一方向に配向させて形成されるこのようなベルト層は一方向強化材であるため、スチールコードの延在方向と交差する方向の引張力および圧縮力がベルト層に入力されることに起因する、コードへの剪断入力によって、スチールコードが容易に撓み変形することになる。

従って、このようなベルト層の複数層をベルトとして用い、ベルト層コードとしてのスチールコードを、層間で相互に交差させて、たとえばタイヤ赤道面に対して相互に逆方向に延在させた場合には、タイヤの負荷転動に伴う、そのベルトへの、たとえば、トレッド部の周方向の引張力の作用によって、それぞれのベルト層のスチールコードが相互に独立した撓み変形を行うことになり、このときの変形量は、スチールコードの自由端が存在するベルト層側縁で最も大きくなるので、とくには、半径方向の内外に隣接するベルト層の側縁部分もしくはその近傍部分で、隣接ベルト層間に存在するゴムに、繰り返しの、そして大きな剪断歪が生じ、この剪断歪がベルト層側縁からのゴム亀裂の発生の大きな要因となる問題があった。

そこで、ベルト層の相互間でのこのような剪断歪の発生を防止するべく、特許文献１には、トレッド部の補強材としてのベルトに、タイヤ赤道に対して１５以上かつ３０°以下の角度で互いに平行に配列する第１のベルトコードと、タイヤ赤道に対して１５以上かつ３０°以下の角度で互いに平行にしかも前記第１のベルトコードとは交差する向きに配列する第２のベルトコードを互いに織り合わせた２軸織物状の２軸織りベルトプライを含ませる技術が開示されており、同公報では、このような構成によれば、２軸織りベルトプライは、２つの軸方向に沿って夫々配列するベルトコードを織合わせているため、各ベルトコードの動きがその織り込みによって互いに拘束され、ベルト剛性を効果的に向上しうる。しかもタイヤに加わる負荷を各ベルトコードに広く分散させることができ、ベルトコード個々に作用する応力を減じコード耐久性を高めうるとともに、ベルト剛性の均一性を高め走行性能を大巾に向上しうる。又、このものは、ベルトプライ端で集中して作用する応力を、前記コード間相互の拘束によって緩和させうるため、セパレーションの発生を抑制でき、さらには、各コードがタイヤ赤道を中心として左右対称となることにより車両の片流れを防止しうるとしている。

また特許文献２には、操縦安定性、乗心地性を低下させることなくタイヤの軽量化を図ることを目的として、トレッド部の補強材としてのベルトを、タイヤ赤道に対して１０〜３０°の角度で傾斜するベルトコードを有する少なくとも１枚のベルトプライからなるベルト層と、ベルト層の半径方向外側に配され、かつモノフィラメントコードを互いに交差させて織成した織物層からなる、ベルト層より広幅の補強層とで構成した空気入りラジアルタイヤが開示されており、これによれば、補強層で、ベルト層をその全幅にわたって覆うことで、ベルトプライのエッジルースを防止でき、耐久性を向上できるとしている。
特開平５−１６６１０号公報 特開平９−１３６５０７号公報

しかるに、前者の、特許文献１に記載された従来技術は、２軸織りベルトプライの外周側に、有機繊維からなる直状バンドコードをタイヤ赤道に対して略０度の角度で配列したバンドプライを設けるものであり、かかるバンドプライと、タイヤ赤道に対するベルトコード交角が１０〜３０°と比較的小さい２軸織りベルトプライとでベルトを構成するものであるので、ベルトの円周方向での剛性が、他の方向における剛性、たとえばトレッド部の斜め前後方向における剛性に比して相当高くなり、そして、後者の、特許文献２に記載された従来技術では、タイヤ赤道に対して１０〜３０°の角度で傾斜するベルトコードを有する１枚以上のベルトプライからなるベルト層の存在の故に、これもまた、ベルトの周方向での剛性が、他の方向の剛性に対して相当高くなるので、これらのいずれの従来技術にあっても、ベルト、ひいては、トレッド部の、それぞれの方向での剛性差に起因する、ベルト側縁からの亀裂の発生を余儀なくされることになるという問題があった。

この発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、それの目的とするところは、トレッド部の補強材としてのベルトの側縁への亀裂の発生をより効果的に防止できる空気入りタイヤを提供するにある。

これがため、この発明に係る空気入りタイヤでは、一対のビード部間にトロイダルに延びる一枚以上のカーカスプライからなるラジアルカーカスのクラウン域の外周側に配設されてトレッド部を補強するベルトを、トレッド部の周方向にジグザグ状に延びる波状スチールコードよりなる一層以上の主張力負担層と、この主張力負担層の内周側および外周側の少なくとも一方に配設した、直径が０．６ｍｍ以下、より好ましくは、０．４ｍｍ以下のモノフィラメントが相互に直交して延びる二軸織物からなる一層以上の補強層とで構成するとともに、二軸織物のモノフィラメントの、タイヤ赤道面に対する交角を４０〜５０°の範囲とし、その補強層の最大幅をタイヤ最大幅の７０％以上とする。

なお、ここにおけるタイヤ最大幅とは、タイヤを適用リムに装着して規定の空気圧を充填したときの、無負荷状態の下での断面幅をいうものとする。
ここで、適用リムおよび規定の空気圧はそれぞれ、下記の規格に規定されたリムおよび、下記の規格において、最大負荷能力に対応して規定される空気圧をいい、最大負荷能力とは下記の規格で、タイヤに負荷することが許容される最大の質量をいう。ところで、タイヤ内へは空気に代えて、不活性ガスその他が、空気圧と等圧で充填されることもある。

そして規格とは、タイヤが生産又は使用される地域に有効な産業規格によって決められるたものであり、例えば、アメリカ合衆国では”THE TIRE AND RIM ASSOCIATION INC.のYEAR BOOK“であり、欧州では、” THE Eurppian Tyre and Rim Technical OransaitionのSTANDARDS MANYUAL” であり、日本では日本自動車タイヤ協会の”JATAMA YEAR BOOK” である。

ここで、好ましくは、波状スチールコードの振幅を０．５〜３ｍｍの範囲とし、またその波長を１５〜４０ｍｍの範囲とする。

この空気入りタイヤでは、トレッド部の周方向に延びる波状のスチールコードからなる主張力負担層に十分大きなたが締め効果を発揮させることで、ベルトおよびトレッド部の周方向の剛性を高めて、操縦安定性等の運動性能を十分に高めることができ、また、タイヤへの空気圧の充填に伴う径成長を効果的に抑制するとともに、タイヤの負荷転動に伴う走行成長をもまた有効に抑制することができる。
また、ここでの波状スチールコードは、先の述べた一方向補強材のスチールコードのような切断端を有しないことから、主張力負担層の側縁からの亀裂の発生のおそれを十分に取り除くことができる。

しかもこのタイヤでは、モノフィラメントが相互に直交する二軸織物よりなる補強層をベルトの一部として、二軸織物を形成するそれぞれのモノフィラメントの延在方向の弾性率と、それと直交する方向の弾性率との間の相対差を十分小さくすることによって、モノフィラメントの切断端部分の撓み変形を、それぞれのモノフィラメントの相互の拘束下で有効に抑制することができるので、一層の二軸織物を配設する場合には、その側縁への歪の集中を有効に防止して、また、二層以上の二軸織物を配設する場合には、それらの層間に生じる剪断歪を有効に抑制して、二軸織物の側縁からのゴム亀裂の発生を有効に防止することができる。

またここでは、二軸織物をモノフィラメントにより形成することで、効率的に剪断剛性を確保することができる。
すなわち、二軸織物の剪断変形に伴う、補強素子への力の入力は、それを主応力に分解すると、一方側に延びる補強素子には引張力として、そして、他方側に延びる補強素子に対しては圧縮力として作用することになるので、圧縮剛性の低い撚りコードを補強素子とする場合には、剪断変形に伴う応力を十分に負担させることができないので、結果として剪断剛性が低くなる。
そこでここでは、圧縮剛性の高いモノフィラメント、より好ましくは金属材料モノフィラメントを補強素子として用いることで、二軸織物による高い剪断剛性の発揮を担保する。

さらにこのタイヤでは二軸織物を形成するフィラメントの直径を０．６ｍｍ以下、より好ましくは０．４ｍｍ以下とすることで、二軸織物の側縁からの亀裂の発生を一層有利に防止することができる。
すなわち、二軸織物を用いた場合には、先にも述べたように、モノフィラメントの切断端部分の撓み変形を抑制して、それの側縁からの亀裂の発生を有効に防止することができるも、モノフィラメントの切断端面はそもそも、ゴムとの接着性が悪いので、ノフィラメント直径、ひいては、それの切断面面積が大きくなりすぎると、その切断端面から亀裂が発生するおそれが高くなる。そこでここでは、モノフィラメントの直径を０．６ｍｍ以下としてそれの切断面面積を十分小さく抑えることで、モノフィラエメントの切断端面からの亀裂の発生のおそれを有利に取り除く。

以上のような二軸織物よりなる補強層の最大幅は、タイヤ最大幅の７０％以上、より好ましくは８０〜９０％の範囲として、補強層の側縁より幅方向外側でのトレッド踏面への偏摩耗の発生を抑制する。

加えてここでは、二軸織物の、相互に直交して延びるモノフィラメントの、タイヤ赤道面に対する交角を、４０〜５０°の範囲とすることで、トレッド部の周方向および幅方向の引張力ならびに圧縮力の他、トレッド部の面内曲げ力の作用に対し、モノフィラメントの撓み変形をおしなべて小さく抑えることができ、いずれの力の作用に対しても、補強層側縁からの亀裂の発生を有効に防止することができる。

しかもこれによれば、カーカスコードを、タイヤ赤道面に対して７０〜９０°の範囲の角度で延在させるとともに、主張力負担層の波状スチールコードを周方向に、そして補強層の、相互に直交するモノフィラメントコードをタイヤ赤道面に対して４０〜５０°の範囲の角度でそれぞれ延在させて、これらのそれぞれのコードの延在方向を十分均等に分散させることにより、トレッド部の各方向の剛性を効果的に均一化させることができるので、トレッド部の剛性が方向によって大きく相違することに起因する、ベルト側縁からの亀裂の発生のおそれを有効に取り除くことができる。
すなわち、モノフィラメントコードの、赤道面に対する交角が４０°未満では、トレッド部の円周方向剛性が高くなりすぎ、一方それが５０°を越えると、円周方向の剛性が相対的に低くなりすぎる。

ここで好ましくは、少なくとも一層の補強層を、１０ｍｍ以上、より好適には２０ｍｍ以上の幅を有する二軸織物の、カーカスのクラウン域に沿う螺旋巻回構造とする。
補強層は、ゴム被覆を施した、所定の全幅を有する一枚の二軸織物を、たとえば成型ドラム上で、一回もしくは複数回にわたって巻き回して、それの後端を、既巻回部分上に、その二軸織物の全幅にわたって重ね合わせ接合することによって配設することも可能である。しかるに、ゴム被覆を施した二軸織物を、たとえば成型ドラム上で、それの中心軸線方向に螺旋状に巻回することによって、補強層を、上述したような螺旋巻回構造とした場合には、補強層から、それの全幅にわたって延びる、二軸織物の重ね合わせ接合部を取り除いて、タイヤのユニフォミティ等を有利に向上させることができる。

なおこの場合、二軸織物の幅を１０ｍｍ未満としたときは、それを螺旋状に巻回して所要の補強層を構成するに要する時間が長くなりすぎて、生産性が低下しすぎる不都合があり、また、トレッド部の面内曲げ力に対して、補強層に高い剛性を発揮させることが難しくなって、コーナリングパワーが低下するという不都合がある。

ここで、二軸織物を形成するモノフィラメントは、ゴムとの接着が可能な、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート等の有機材料モノフィラメントとすることができる他、鉄、各種のスチール、黄銅等の、より剛性の高い金属材料モノフィラメントとすることもでき、この後者の場合にあって、鉄、スチール等のモノフィラメントを選択するときは、ゴムとの接着性を高めるために黄銅めっきを施すことが好ましい。

以上に述べたところから明らかなように、この発明によれば、とくには、ベルトを、周方向に延びる波状スチールコードよりなる主張力負担層と、０．６ｍｍ以下の直径のモノフィラメントが相互に直交して延びる二軸織物よりなる補強層とで構成するとともに、二軸織物のモノフィラメントの、タイヤ赤道面に対する交角を４０〜５０°の範囲として、トレッド部の各方向の剛性を十分に均等化させることにより、ベルトの側縁への亀裂の発生を効果的に防止することができる。

以下にこの発明の実施の形態を図面に示すところに基づいて説明する。
図１は、この発明の実施の形態をタイヤの半部について示す幅方向断面であり、図２はそのタイヤのベルト構造を部分的に示す平面透視展開図である。

図１中、１はトレッド部を、２は、トレッド部１の両側部に連続して半径方向内方へ延びるサイドウォール部を、そして３は、サイドウォール部２の内周側に連続するビード部をそれぞれ示す。
ここでは、それぞれのビード部３内に配設したビードコア４間にトロイダルに延びてタイヤの骨組み構造をなす、一枚以上のカーカスプライからなる、たとえばラジアルカーカス５をもって上記の各部を補強し、そして、そのラジアルカーカス５の各側部部分６を、ビードコア４の周りで半径方向外方へ巻き返しており、また、ビードコア４に対してラジアルカーカス５の外側部分に、ビード部補強層７を、そのラジアルカーカス５に沿わせて配設している。

ここで、図示のタイヤでは、ラジアルカーカス５のクラウン域の外周側に、トレッド部１の周方向にジグザグ状に延びる波状スチールコード８よりなる、ともに等幅の、二層の主張力負担層９を配設する。
このような主張力負担層９は、波状スチールコード８の複数本を並列配置するとともに、それらを一体的にゴム被覆してなる、主張力負担層９の所要幅と等幅の複合材を、たとえば成型ドラム上で、一回もしくは複数回にわたって渦巻状に巻き回すことによって構成することができる他、少数本の引き揃えコードにゴム被覆を施してなるリボン状ストリップを、ストリップ幅に対応するリードでドラム上に螺旋状に巻回することによって構成することもできる。

なおここにおける波状スチールコード８の構造は、たとえば３＋９＋１５×０．１９とすることができ、このコード８の振幅および波長はそれぞれ、０．５〜３ｍｍおよび１５〜４０ｍｍの範囲とすることが好ましく、このようなコード８の配設密度は、９〜１２本／２０ｍｍとすることが好ましい。

また図示のタイヤでは、このような主張力負担層９の外周側に、直径が０．６ｍｍ以下の、樹脂材料もしくは金属材料モノフィラメント１０の二軸織物１１よりなる三層の補強層１２を配設して、これらの補強層１２と、二層の主張力負担層９とでベルト１３を構成する。

そしてまたここでは、補強層１２の最大幅Ｗ_１をタイヤ最大幅Ｗ_０の７０％以上、より好ましくは８０〜９０％の範囲とする。
なおこの図では、三層の補強層１２のそれぞれを、外層側に向けて漸次狭幅とするとともに、内層側の二層をともに、主張力負担層９のそれより広幅としている。

このような各補強層１２、直接的には二軸織物１１のそれぞれのフィラメント１０の、タイヤ赤道面ＥＰに対する、展開図内での交角は４０〜５０°の範囲とすることが好ましく、また、少なくとも一層の補強層１２は、１０ｍｍ以上の幅を有する二軸織物１１の、カーカス５のクラウン域に沿う螺旋巻回構造とすることが好ましい。

図３は、このことを他のベルト構造との関連の下に示す図である。
ここに示すベルト３は、ラジアルカーカス５のクラウン域の外周側に、二層の広幅の補強層１２を配設するとともに、これらの補強層１２の外周側に、それらの補強層１２より狭幅で、ともに等しい幅を有する二層の主張力負担層９を配設し、そして、これらのさらに外周側に、上述したいずれの層より狭幅の一層の補強層１２を配設することによって構成したものであり、総計三層の補強層１２のそれぞれをともに、たとえば、１０ｍｍの幅を有する二軸織物１１を五層に積層するとともに、それにゴム被覆を施してなるリボン状ストリップ１４を、ストリップ幅に対応するリードで、カーカス５のクラウン域に沿って螺旋状に巻回することによって構成したものである。

なおここで、リボン状ストリップ１４は、一層の二軸織物１１にゴム被覆を施すこと、または、二軸織物１１の、五層以外の複数層の積層体にゴム被覆を施すことによって形成することもできる。

このように構成してなるタイヤによれば、とくには、ベルトを、波状スチールコード８よりなる主張力負担層９と、直径が０．６ｍｍ以下のモノフィラメントの二軸織物１１よりなる補強層１２とで構成し、そして、補強層１２の最大幅をタイヤ最大幅の７０％以上としたことにより、前述したように、すぐれた操縦安定性、摩耗特性等の高いタイヤ性能を確保しつつ、ベルト側縁からのゴム亀裂の発生を効果的に防止することができる。

サイズが４３５／４５ Ｒ２２のトラック・バス用の偏平ラジアルタイヤであって、二層の主張力負担層の波状スチールコードの構造をともに３＋９＋１５×０．１９とし、それの振幅を３ｍｍ、波長を３６ｍｍとするとともに、配設密度を１０本／２０ｍｍとしたところにおいて、補強層の構成を種々に変更した実施例タイヤおよび比較例タイヤのそれぞれにつき、９００ｋＰａの空気圧を充填するとともに、５６ｋＮの荷重の作用下で、６０ｋｍ／ｈの速度で、５００００ｋｍを完走目標として負荷転動させて、補強層側縁からの亀裂の発生の有無等を調べたところ表１に示す結果を得た。

ここで、実施例１は、図４に示すベルト構造を有するものとし、主張力負担層の内周側および外周側のそれぞれに配設した二層ずつの補強層をともに、直径が０．２３ｍｍのナイロンモノフィラメントよりなる、各補強層幅と等幅の全幅二軸織物の一回巻き回しにて構成し、縦糸および横糸の配設密度をともに５０本／５０ｍｍとするとともに、それらの、タイヤ赤道面に対する平均交角を４５°としたものである。

実施例タイヤ２は、図４に示すベルト構造を有するものとし、それぞれの補強層をともに、直径が０．５０ｍｍのポリエチレンテレフタレートモノフィラメントよりなる、各補強層幅と等幅の全幅二軸織物の一回巻き回しにて構成し、縦糸および横糸の配設密度をともに３０本／５０ｍｍとするとともに、それらのタイヤ赤道面に対する平均交角を４５°としたものである。

実施例タイヤ３は、図５に示すベルト構造を有するものとし、主張力負担層の外周側に配設した二層の補強層のそれぞれを、黄銅めっきを施した、直径が０．２１ｍｍのスチールモノフィラメントよりなる、各補強層と等幅の全幅二軸織物の一回巻き回しにより構成し、縦横のそれぞれの糸の配設密度をともに４０本／５０ｍｍとするとともに、それらの糸の、タイヤ赤道面に対する平均交角を４５°としたものである。

実施例タイヤ４は、黄銅めっきを施した、直径が０．２２ｍｍのステンレス鋼モノフィラメントよりなる二軸織物で補強層を構成するとともに、モノフィラメントの配設密度を５５本／５０ｍｍとした点を除いて実施例タイヤ３と同様の構成としたものである。

実施例タイヤ５は、直径が０．２３ｍｍの黄銅モノフィラメントよりなる二軸織物で補強層を構成し、モノフィラメントの配設密度を６０本／５０ｍｍとした点を除いて実施例タイヤ３と同様の構成としたものである。

実施例タイヤ６は、図４に示すベルト構造のそれぞれの補強層を、１０ｍｍ幅の二軸織物をカーカスのクラウン域に沿って螺旋巻回することによって構成した点を除いて実施例タイヤ２と同様に構成したものである。

実施例タイヤ７は、図４に示すベルト構造のそれぞれの補強層を、直径が０．４０ｍｍのポリエチレンテレフタレートモノフィラメントよりなる５ｍｍ幅の二軸織物をカーカスのクラウン域に沿って螺旋巻回することにより構成した点を除いて実施例タイヤ２と同様に構成したものである。

また、比較例タイヤ１は、図４に示すベルト構造において、それぞれの補強層を、直径が０．８ｍｍのポリエチレンテレフタレートモノフィラメントよりなる、各補強層幅と等幅の全幅二軸織物の一回巻き回しにより構成し、縦糸および横糸の配設密度を２０本／５０ｍｍとするとともに、それらの糸の、タイヤ赤道面に対する平均交角４５°としたものである。

そして、比較例タイヤ２は、図５に示すベルト構造において、それぞれの補強層を、黄銅めっきを施した、直径が０．８０ｍｍのスチールモノフィラメントよりなる、各補強層と等幅の全幅二軸織物の一回巻き回しにより構成し、縦糸および横糸の配設密度を２０本／５０ｍｍとするとともに、それらの糸の、タイヤ赤道面に対する平均交角を４５°としたものである。

上記表１によれば、実施例タイヤはいずれも、補強層の側縁からの亀裂の発生を有効に防止できるのに対し、比較例タイヤはとくに、モノフィラメントの直径が大きすぎることに起因して、補強層の側部の、ゴムからの早期の剥離が不可避となることが解る。

この発明の実施の形態をタイヤの半部について示す幅方向断面図である。 ベルト構造を部分的に示す平面透視展開図である。 他のベルト構造を示す図である。 実施例タイヤおよび比較例タイヤのベルト構造を示す幅方向断面図である。 実施例タイヤおよび比較例タイヤの他のベルト構造を示す幅方向断面図である。

符号の説明

１ トレッド部
２ サイドウォール部
３ ビード部
４ ビードコア
５ ラジアルカーカス
８ 波状スチールコード
９ 主張力負担層
１０ モノフィラメント
１１ 二軸織物
１３ ベルト
１４ リボン状ストリップ

Claims (4)

1. 一対のビード部間にトロイダルに延びる一枚以上のカーカスプライからなるラジアルカーカスのクラウン域の外周側に配設されてトレッド部を補強するベルトを、トレッド部の周方向にジグサグに延びる波状スチールコードよりなる一層以上の主張力負担層と、この主張力負担層の内周側および外周側の少なくとも一方に配設した、直径が０．６ｍｍ以下のモノフィラメントが相互に直交して延びる二軸織物よりなる一層以上の補強層とで構成するとともに、二軸織物のモノフィラメントの、タイヤ赤道面に対する交角を４０〜５０°の範囲とし、その補強層の最大幅をタイヤ最大幅の７０％以上としてなる空気入りタイヤ。
2. 少なくとも一層の補強層を、１０ｍｍ以上の幅を有する二軸織物の、カーカスのクラウン域に沿う螺旋巻回構造としてなる請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. モノフィラメントを有機材料モノフィラメントとしてなる請求項1もしくは２に記載の空気入りタイヤ。
4. モノフィラメントを金属材料モノフィラメントとしてなる請求項１もしくは２に記載の空気入りタイヤ。

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