JP2007176389A - タイヤ用ゴムシ−ト - Google Patents

Abstract

【課題】ベルト部あるいはショルダ−部では周方向のコ−ドの性質は同一で、幅方向では異なる性能のタイヤを構成するためのタイヤ構成材としてのゴムシ−トを得る。
【解決手段】１本のコ−ドでありながら、タイヤの幅方向の必要機能、すなわちタイヤの部位毎に異なる役割りに対応できるようにコ−ドを加工し、このコ−ドの複数本を平行状に並べこれを上下のシ−ト状ゴム体に挟み込でタイヤ構成材としてのゴムシ−トを構成する。
【選択図】なし

Description

本発明は、タイヤ構成材としてのゴムシートに関し、特にラジアルタイヤの構成材として好適なゴムシートに関する。

一般的なラジアルタイヤは、図１０に示すようにカーカス、トレッド部、ショルダー部、サイドウォール部、ビード部といった部位と構造に大別される。
カーカスはゴムで被覆された繊維やスチールコードでできたゴムの層で、タイヤ構造を保持し、タイヤの骨格の役割を持つ。トレッド部は路面に接する部分で表面にはトレッドパターンが彫られており、衝撃を緩和し、トレッドに生じた外傷がカーカスに及ぶことを防ぐ。またゴム層とカーカスとの剥離を防ぐ目的で、トレッドとカーカスの間にはベルトと呼ばれるスチールコードで構成される補強層が設けられている。ベルト層はカーカスを桶のたがのように締め付けてトレッド剛性を高める役割を果たす。ショルダー部はトレッド部とサイドウォール部の間に位置するタイヤの肩の部分で、舗装路上での激しい旋回運動などの際に最も酷使される部分である。サイドウォール部は、路面には設置しないが、走行中は路面の凹凸に対応するために激しく屈伸する部分である。ビード部はタイヤ内周のホイールに接する部分で、タイヤをホイールに固定する役目を持つ。

一般に、ラジアルタイヤは、長尺（数百メ−トル乃至数万メートル）のスチールコード（以下「コード」と呼ぶ）を平行状に複数本（数百本）配列し、これを上下のシート状ゴム体に挟み込んで長尺のゴムシート（タイヤ構成材）を構成し、このようにして構成されたゴムシートを必要な長さに裁断し、それらを貼り合わせてタイヤ原型をつくり、これを金型に入れて高温、高圧で加硫して製造される。

従来のラジアルタイヤは、始めに長尺のゴムシートを製作し、これを必要な長さに裁断したものを貼り合わせてタイヤ原型を製造する方式であるため、大量生産に適し、製造コストの点で有利であるものの、次のような問題がある。

走行中のタイヤには部位により様々な応力や歪みが作用し、その程度も異なるので、タイヤの補強材であるコードに求められる役割りも埋め込まれた部位によって異なる。例えばベルト層においては走行中あるいはコーナリング時、接地面の中央部とショルダー部とでは変形、および応力の種類が異なる。これはカーカス部を補強するコードも同様である。

しかし、カーカス部やベルト層の補強材としてのコードは従来のタイヤでは、それぞれにおいて埋め込まれるコードは同一仕様であるため、平均的な剛性の高い効果は発揮されるものの、カーカス部あるいはベルト層の各部に適した仕様ではない。
このような状態は、タイヤの偏平化あるいはバス等の後輪に使用される片側２本のタイヤを１本にしたワイドタイヤなど、タイヤの接地幅が広くなることにより、一層助長される傾向にある。
本発明は、このような課題を解決しようとするものである。

上述の通り、タイヤの部位における補強材の役割りは異なる。したがって、どの部位のどの層にどのような特性のコードが必要となるのかということは、タイヤ毎に相違し当該タイヤの種類、使用条件に応じて決定されるべき事項である。

本発明は、コードの性能をタイヤの特定の部位に要求される特性に対応した仕様に設定し、このようなコードを上下のシート状ゴム体に挟み込むことで課題解決の手段としている。

具体的には、タイヤ構成材としてのゴムシ−トにおいて、同ゴムシ−トを、線径および撚り本数において同じ構成からなり長手方向で性質の違う所定寸法に切断された複数本のコ−ドが平行状に並べられ、これを上下のシ−ト状ゴム体に挟み込んだ構成することで課題解決の手段としている。

本発明では、コードはゴム体に挟み込まれる前に撚り線の段階で、長手方向で撚り線の性質が変化するように加工され、タイヤに形成された状態で端部から端部までの長さを１単位長としたとき、１単位長あるいは１単位長の整数倍の長さに切断される。
さらに、撚り線の性質が変化する位置を端部から一定の位置に設定することにより、タイヤに形成されたとき、撚り線の性質が変化する位置はタイヤのほぼ同一円周上に位置することになる。つまり、この構成を採用することにより、ベルト部あるいはショルダー部では周方向のコ−ドの性質は同一で、幅方向では異なる性質のコードが埋め込まれたタイヤを得ることができる。
なお、本発明において、撚り線の性質とは、外観の形状のみならず各素線の残留応力の程度をも含む。

本発明は、コードはゴム体に挟み込まれる前に撚り線の段階で、長手方向で撚り線の性質が変化するように加工して、所定寸法（たとえばタイヤに形成された状態で端部から端部までの長さを１単位長としたとき、１単位長の整数倍の長さ）に切断した後にその多数本を平行状に並べ、これを上下のシート状ゴム体に挟み込んでゴムシートを構成するものであるから、本発明によれば、撚り線の性質が変化する位置を端部から一定の位置に設定することができ、タイヤに形成されたとき撚り線の性質が変化する位置はタイヤのほぼ同一円周上に位置させることができる。つまり、このようにすることにより、ベルト部あるいはショルダー部では周方向のスチールコードの性質は同一で、幅方向では異なる性質のコードが埋め込まれたタイヤを得ることができる。

このようにして、本発明によれば、１本毎に性能の異なったタイヤをオーダーメイド式に製造することが可能となる。

以下、本発明を図に示す実施形態により具体的に説明する。
図１（ａ）はコードの配列状態を実線で示したカーカス用ゴムシートの平面図、同（ｂ）はコードの配列状態を実線で示したベルト用ゴムシートの平面図、同（ｃ）は同側面図、図２はコードの１例を示す（一部断面を示す）側面図、図３は同他の例を示す（一部断面を示す）側面図、図４（ａ）〜（ｃ）はゴムシートをタイヤのベルト部に使用した例を示す模試図、同（ｄ）はゴムシートをタイヤのカーカス部に使用した例を示す模試図、図５は撚り線装置の一例の模試図、図６はコ−ド押さえ具の断面図で（ａ）は開口時を（ｂ）は閉口時を示す。図７は矯正装置の断面図で（ａ）は機枠の開状態を（ｂ）は機枠の閉状態を示す。

図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、符号１は図２に示す撚り状態に撚られ、かつ所定寸法に切断されたコードを示しており、このコード１の多数本が平行状に並べられ、これが上下のシート状ゴム体２、２に挟み込まれてタイヤ構成材としてのゴムシート１０が構成されている。図１（ａ）はカーカス用ゴムシートであり、同（ｂ）はベルト用ゴムシートである。

コード１は、線径および本数が同じ素線を、この例では、図２に示す通り、左右端部寄りの個所がクローズ撚りで、中央部分が偏平オープン撚りにしたものが用いられている。図２におけるａ−ａ線、ｂ−ｂ線およびｃ−ｃ線の直下にその位置におけるコードの切断面を示す。

次に、図２に示すコード１からなるゴムシート１０を、タイヤのベルトの最外層として用いた例について説明する。
なお、以下に述べる各例では、１本のタイヤをオーダーメイドとして製造する場合を対象としており、したがって、コードは、出来上がったタイヤにおいてそのコードが配置される部分の長さ（たとえばそのコードがタイヤのベルト部分に配置される場合はそのタイヤのベルト部分の長さ）に切断され、平行に配列される。

高速走行中にコーナリング頻度の多い仕様条件下でのタイヤでは、トレッドの中央部のベルト層は、圧縮、引張りの繰返し荷重に対する耐疲労性に優れ、かつ道路の凹凸の影響を吸収し、外面傷などによるコードの腐食化を防止しなければならないので、伸縮度に富んだものが望ましい。したがって図２に示す例では、トレッドの中央部に対応するコードの中央部分は伸縮度が高いオープン構造にしてある。また、横剛性、牽引、制動効果を高めるため偏平構造である。コードをオープン撚りにすると、その部分にはコードの中心部へのゴムの浸入が可能となる。

一方、コーナリングなどの際のタイヤの側面変形を防止するには、タイヤ側面の剛性が必要となる。この例では、ベルト層のショルダー部に対応するコードの両端部寄りの個所を、コードの伸びが少なく、かつ素線同志の接触による曲げ剛性の高いクローズ撚りとしてこの条件を満たした構成にしてある。

図３に示すコードは、コ−ド全体をクローズ撚り構造にするとともに左右端部寄りの個所はコードの撚りピッチを小さくした構造にしてある。コードの撚りピッチを小さくすると伸び特性が大きくなるので、このコードを使用すると、ショルダー部が過大な側面変形に対する耐性の大きなタイヤを得ることができる。図３に示すコードは、コード全体の伸度を極少化するためにコード全体をクローズ撚りにして剛性を高め、タイヤショルダー部に対応するコードの両端部寄りは疲労劣化を防止するためにコードの撚りピッチを小さくして伸び特性を高めた構造にしてある。なお図３におけるａ−ａ線、ｂ−ｂ線およびｃ−ｃ線の直下にその位置におけるコードの切断面を示す。

図４（ａ）は、図２に示したコードとぼぼ同じ構成であるが、ショルダー部に対応する個所にもゴムを浸入させることができるようにしたコードでタイヤを構成した例を示しており、この例では、切断部近くのコードの両端部寄りは１本の素線にジグザグ状平面波あるいは立体的なスパイラル波を付け撚り線加工されている（図４の例ではスパイラル波）。図４（ａ）の左側のタイヤ断面図における各符号で示す各部位では右側の対応する各符号で示すコード配置となっている。（以下同様）

図４（ｂ）は、ベルト中央部に対応する個所のコードの伸びが図２に示したコードより小さいコードでタイヤを構成した例を示している。この例では、中央部を１素線波付け加工した後コードを偏平加工してある。
図４（ｃ）は、異なった径の素線の複数本を撚り合わせて形成されたコードをタイヤのベルトの２層目に配置した例で、タイヤの部位毎に必要とする剛性などに適したコードを配列するように構成してあり、この例では全ての部位でゴム浸入が得られるようにオープン構造で、かつ偏平構造である。

図４（ｄ）は、カーカスコ−ドに適用した例である。
カーカスコードでは、引張り荷重がビード部周辺に負荷されやすい。したがって、このような場合には、コードのビード部周辺に埋込まれる部分は伸度の少ないクローズ構造とし、徐々に撚り加減を変化させて、サイドウオールに埋込まれる部分〔図４（ｄ）の符号２ｄ、６ｄで示す部分〕は、タイヤのユニフォミティを安定させるため、埋込んだ状態でコード間の隙間を小さくかつ均一にし、しかもコ−ドの厚みを均一にするため、伸びの少ないクローズの偏平コ−ドに加工してある。
最も繰返し曲げ歪みを負荷されるショルダー部とトレッド部〔図４（ｄ）の符号３ｄ、４ｄ、５ｄで示す部分〕とは、素線同志のフレッティングを防止するため、オープン撚りとして素線をゴムでカバーする構造とし、３つの異なった性質を持つタイヤを得るようにしてある。この例のゴムシートはトラックやバス用のタイヤに好適である。

上述の各例のコードは、１本のコードでありながら、タイヤの幅方向の必要機能、すなわちタイヤの部位毎に異なる役割りに対応できるように加工されたものである。

次に、長手方向で性質を変化させたスチールコードを製作するための撚り線装置ならびに同装置による撚り線方法の１例を図５にて説明する。

送り出しを兼ねた上下一対のローラ１７ａ、１７ｂからなる引取りローラ１７の回転により、素線スプール１１より多数本の素線８が繰り出される。ローラ１７ａ、１７ｂの少なくとも一方は上下動可能な構造になっており、コードを挟んだり開放したれできる構造になっている。また、素線スプールにはブレーキ（図省略）がかけられ、素線スプールから繰り出された素線には張力が負荷される構造になっている。

繰り出された素線８は、プレフォーム装置１２によりくせ付け加工が施される。
プレフォーム（くせ付け加工）の種類としては、複数本のピンに素線を掛けてピン全体を回転させるスパイラル波付け加工、ギヤなどに素線を挟み込んでギヤをかみ合わせる平面ジグザグ波付け、固定ピンに掛け素線をしごく事によるコイリングなどがある。

コードの長手方向の性質を変えるために、ピンの回転装置の場合、回転は引取りローラ１７と連動して回転し一定長さだけ組み合わせギヤなどで回転すると同時にピンの角度が長手に自動的に変化する機構を採用している。

また、ジグザグ波付けも、引取りローラ１７の回転と連動したギヤの回転で長手に部分歯のかみ合わせギヤ、あるいは偏芯ギヤによるかみ合わせ部と解放部がある装置などで加工される。

この装置では、１単位長さ（タイヤに埋め込まれた状態でコードの一端部より他端部までの１本のスチールコードの長さ）が引き出される間に部分的に必要なプレフォーミングが行われる構成となっている。
このプレフォーミング加工の際、素線同志が絡み合わないようにするために、分離板１３が設けられていて、この分離板１３で素線８の並びを決め、素線８相互に並びの順序が入れ代わらないようにしながら、素線８の一定長さが引き出されるような構成が採用されている。
ここで、「一定長さ」とは、上記の１単位長さを得るための撚り込み率を乗じた長さである。

分離板１３の下流側に、チャッキング装置１４が設けられており、このチャッキング装置１４で素線８をコード長手方向に滑動可能に固定して、撚り線中コードの縮みに応じて滑動した分バネ１４ａで引っ張られ撚り線加工中のコードの張力がほぼ一定に保たれるようになっている。
また、滑動した移動分はチャッキングの開放と同時にバネ作用により元の位置にもどされる。

チャッキング装置１４の下流側に、サーボモーター（図省略）の回転をベルト１６ａにより伝達されて回転する軸芯チャッキング部１６が設けられている。
チャッキング装置１４と軸芯チャッキング部１６との間に、長手に不定速度により移動可能なコード押さえ具１５が設けられている。
コード押さえ具１５の断面形状は図６に示す通り、図６（ａ）に示す開口時は、素線８の並びの位置が変化しない素線と押さえ具の一対のダイス１５ａとの間に隙間を有し、閉口時には一対のダイス１５ａが素線８の表面を長手にスライド可能に保持する構成となって、長手に撚りピッチを変化させる機能を有する。つまり、チャッキング装置１４と軸芯チャッキング部１６とのサーボモーターの回転と連動して、図５において、右端から左端に向かってカム（図示せず）などによる不定速度で移動する。その移動速度は、撚りピッチを小さくしたい場合はコード押さえ具１５の移動速度を遅く設定することにより、１単位長さのピッチを変化できるようになっている。ピッチの変化を必要としないケースでは、コ−ド押さえ具１５は取り外す。

この装置において、軸芯チャッキング部１６の回転部分が回転することにより、撚り線加工が始まる。
コードの仕様通り必要な回転を行った後、捩れのために生じた捩じり残留応力を除去するため、捩じりの２０％〜４０％程度の逆回転を行う。
この間前回撚り線を行い、送り出されたコードの切断具までの間の単位長さの端回転と同時に片持ち自由回転する端部が一定の位置で捩れる為、軸芯チャッキング部１６と切断具２１との間にガイド部２０が設けられている。

１単位長あるいはその倍数の撚り線加工終了後、チャッキング装置１４と軸芯チャッキング部１６とを開放すると同時に、引取りローラ１７ａ、１７ｂ、送り出しローラ１９ａ、１９ｂが油圧装置あるいは電磁装置（図省略）により作動して各ローラ間にコードを挟み込む。
さらに、上記引き取りローラ１９と送り出しローラ１９の回転により、挟み込んだコード１を送り出すと同時に次の加工をするための準備をする。

送り出しに伴い、コードの仕様上必要な場合は適宜引取りローラ１７、送り出しローラ１９間に圧延あるいは矯正装置１８を設置する。
矯正装置１８は、図８に示す通り、一端部を軸支された一対の機枠１８ａ、１８ｂと、各機枠１８ａ、１８ｂに設けられた複数のローラ１８ｃと、機枠１８ａに当接するカム１８ｄとからなり、カム１８ｄを引取りローラ１７、送り出しローラ１９に連動して回転させて一対の機枠１８ａ、１８ｂを開閉させ、複数のローラ１８ｃ間にコード１を移動させることにより、矯正を行うものである。矯正あるいは圧延の加工程度と位置はカム１８ｄの形状で調整する。
これにより、１単位長さの全長あるいは部分的に偏平加工矯正加工、残留応力除去などの加工ができる。図８（ａ）は機枠の開状態を、（ｂ）は同閉状態を示す。

送り出されたコード１は、チャッキング装置１４と軸芯チャッキング部１６とが停止する位置に設置されたせん断式の切断具２１により、撚り線加工中チャッキングされていなかった（非撚り線個所）で切断される。切断はグラインダーやその他の切断手段によってもよい。
切断されたスチールコードは、切断後連続的にシート状ゴム体に埋め込んでもよく、また、貯線し、別工程でカレンダーに使用してもよい。

また、軸芯チャッキング部１６の後方で、軸芯チャッキング部１６からチャッキング装置１４までの間隔と等しい位置に、チャッキング装置１４と同様の装置を設置して、上述と同様に軸芯チャッキング部１６を回転すると、軸芯チャッキング部１６の前後でコードの撚り方向が交互に反対方向の、すなわちＳ撚り部とＺ撚り部とが交互となったコードを得ることができる。

以上の方法で、単層撚り、複層撚り共加工できるが、複数撚りについては芯ストランドおよび側素線の撚りによる長さの差を吸収するため、繰出し装置の張力差を付けるとか、分離板の形状を変えるなどのコードそれぞれに適した形状、条件が必要となる。

このように、この装置により、１本のコードでありながら、タイヤの幅方向の必要機能、すなわちタイヤの部位毎に異なる役割りに対応できるように加工されたコードを得ることができる。
そして、このようなコードからなるゴムシ−トをタイヤ構成材とすることにより、ベルト部あるいはショルダー部では周方向のスチールコードの性質は同一で、幅方向では異なる性質のコードが埋め込まれたタイヤを得ることができる。

（ａ）コードの配列状態を実線で示したカーカス用ゴムシートの平面図。 （ｂ）コードの配列状態を実線で示したベルト用ゴムシートの平面図。 （ｃ）同側面図。 コードの１例の（一部断面を示す）側面図。 同他の例の（一部断面を示す）側面図。 （ａ）〜（ｃ）ゴムシートをタイヤのベルト部に使用した例を示す模試図。 （ｄ）ゴムシートをタイヤのカーカス部に使用した例を示す模試図。 撚り線装置の一例の模試図。 コード押さえ具の断面図で（ａ）は開口時を（ｂ）は閉口時を示す。 矯正装置の断面図で（ａ）は機枠の開状態を（ｂ）は機枠の閉状態を示す。

符号の説明

１：コード
２：シート状ゴム体
８：素線
１０：ゴムシート
１１：素線スプロール
１２：プレフォオーム装置
１３：分離板
１４：チャキング装置
１５：コード押さえ具
１６：回転チャック部
１７：引取りロール
１８：矯正装置
１９：送り出しローラ
２０：ガイド部
２１：切断具

Claims (5)

1. タイヤ構成材としてのゴムシ−トにおいて、
   同ゴムシ−トが、線径および撚り本数において同じ構成からなり、長手方向で性質の違う、所定寸法に切断された複数本のコ−ドが平行状に並べられ、これが上下のシ−ト状ゴム体に挟み込まれて構成されたことを特徴とするゴムシ−ト。
2. 撚線機から引き出されたコ−ド、またはリ−ルから引き出されたコ−ドを所定寸法に切断し、この切断されたコ−ドを上下のシ−ト状ゴム体に挟み込んでゴムシ−トを製造することを特徴とするゴムシ−トの製造方法。
3. 上下のシ−ト状ゴム体に挟み込まれた上記複数本のコ−ドは、ゴムシ−トの長手方向でコ−ドの同じ性質の個所がほぼ直線状に並ぶことを特徴とする請求項１に記載のゴムシ−ト。
4. 上記コ−ドはその撚り方向が交互に反対方向撚りであることを特徴とする請求項１または請求項３のいずれか１項に記載のゴムシ−ト。
5. 上記コ−ドはその撚り方向が交互に反対方向撚りであることを特徴とする請求項２に記載のゴムシ−トの製造方法。