JP2007307976A - 空気入りタイヤおよびそれの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ベルト補強層の、トレッド部中央部分と側部部分との径成長量の差を小さく抑制して、その側部部分への故障の発生を有効に防止できる空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】トレッド部１、一対のサイドウォール部２およびビード部３を具えるとともに、両ビード部間にトロイダルに延びるカーカス５、このカーカス５のクラウン域の外周側に配置したベルト６および、タイヤ軸線方向への螺旋巻回構造になり、ベルト６の外周側で、それを全幅にわたって覆うベルト補強層７を具えてなるものであって、ベルト補強層７のコードを、低弾性繊維と高弾性繊維との撚り合わせ構造になって、応力−歪曲線で低弾性域と高弾性域とを有するコードとし、タイヤ赤道面Ｅを挟むトレッド中央域ｗ₀および、トレッド側部域ｗ₁での、それぞれのベルト補強層コードの一本当りの残留張力をともに４０〜１００Ｎの範囲とするとともに、両者の残留張力の差を２０Ｎ以下としてなる。
【選択図】図１

Description

この発明は空気入りタイヤ、なかでも空気入りラジアルタイヤおよび、それの製造方法に関し、とくには、高速耐久性および耐摩耗性を向上させる技術を提案するものである。

タイヤトレッド部で、ベルトの外周側に、ベルトをそれの全幅にわたって覆う一層以上のキャップおよび／または、ベルトをそれの幅の一部分で覆う一層以上のレイヤからなるベルト補強層を配設することは従来から行われており、この場合、ベルト補強層の形成のためのコードとしては、たとえば、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート等の低弾性有機繊維からなるコード、または、ポリエチレンナフタレート、芳香族ポリアミドもしくは、芳香族ポリアミドとナイロンとの複合材料等の高弾性有機繊維からなるコードが広く使用されている。

ここで、高弾性コードは、一層の操縦安定性や高速耐久性等を要求される、いわゆる高性能タイヤにおいて、ベルトに対する拘束力をより高めるために使用されることが多い。

ところで、通常のタイヤでは、トレッド部の、タイヤ赤道面を含む中央部分の周長が側部部分のそれに比して大きくなるため、たとえば、生タイヤの成型、なかでも、ベルト補強層素材の成型を、全長にわたって均一な外径を有する円筒状の成型ドラム上にて行った場合には、そのベルト補強層素材が、生タイヤの加硫成形に当って、製品タイヤの、赤道面を含む中央部分に相当する領域でとくに大きく伸長されることになる結果として、製品タイヤのベルト補強層コードの、トレッド部中央部分での残留張力が、側部部分のそれに比してはるかに大きくなるため、トレッド部の側部部分に対するたが効果が相対的に不足することとなり、それ故に、車両の高速走行時に、その側部部分の径成長量が多くなって、そこに故障等が発生し易いという問題があった。

なお、この明細書および特許請求の範囲で、「ベルト補強層コードの残留張力」とは、
製品タイヤから取り出すことによって収縮変形したベルト補強層コードを、タイヤ内に存在したとき元の長さに伸長させるに要する張力をいうものとする。

ここで、このような残留張力の測定は、たとえば、タイヤのトレッドゴムを剥ぎ取ってベルト補強層を露出させた状態で、タイヤ内で所定の長さ（たとえば３０ｃｍ）をもつベルト補強層コードをタイヤから取り出し、これによって収縮変形したそのコードを、元の所定長さに到るまで、引張り試験機で伸長変形させるに要する張力を求めることによって行うことができる。

この発明は、従来技術が抱えるこのような問題点を解決することを課題とするものであり、それの目的とするところは、ベルト補強層の、トレッド中央部分と側部部分との径成長量の差を小さく抑制して、その側部部分への故障の発生を有効に防止できる空気入りタイヤおよびそれの製造方法を提供するにある。

この発明に係る空気入りタイヤは、トレッド部と、トレッド部のそれぞれの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と、各サイドウォール部の内周側に連続するビード部とを具えるとともに、一方のビード部から他方のビード部までトロイダルに延びて、上記の各部を補強するカーカスと、このカーカスのクラウン域の外周側に配設した一層以上のベルト層からなるベルトと、一本以上のコードの、タイヤ軸線方向への螺旋巻回構造になり、ベルトの外周側で、それを幅方向の少なくとも一部で覆うベルト補強層とを具えるものであって、ベルト補強層のコードを、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、ポリビニルアルコール等の低弾性繊維と、芳香族ポリアミド、全芳香族ポリエステル、上述したものより高弾性のポリビニルアルコール、炭素等の高弾性繊維との撚り合わせ構造になって、応力−歪曲線で低弾性域と高弾性域とを有するコードとし、タイヤ赤道面を挟む、たとえば、トレッド幅の少なくとも１０％の範囲のトレッド中央域および、これもたとえば、トレッド接地端からタイヤ赤道面側へ測って、トレッド幅の５〜１０％範囲のトレッド側部域のそれぞれでの、それぞれのベルト補強層コードの一本当りの残留張力をともに、４０〜１００Ｎ、より好適には４０〜７０Ｎの範囲とするとともに、トレッド中央域のベルト補強層コードと、トレッド側部域のベルト補強層コードとの残留張力の差を２０Ｎ以下、より好適には１０Ｎ以下としてなるものである。

この場合、より好ましくは、トレッド側部域のベルト補強層コードの残留張力を、トレッド中央域のベルト補強層コードのそれより大きくしてなる。

また、この発明に係る空気入りタイヤの製造方法は、生タイヤの成形工程で、上述したような、低弾性繊維と高弾性繊維との撚り合わせ構造になって、応力−歪曲線で低弾性域と高弾性域とを有するベルト補強層用のコードの少なくとも一本、多くは、引き揃えた複数本を、そこへのゴム被覆状態で、中央部分に凸状の曲面を有する成型ドラムの周りに、ドラム軸線方向へ、たとえば、一端側から他端側に向けて、または軸線の中央部からそれの両端に向けて螺旋状に巻回してベルト補強層素材を成型するにある。

この発明に係る空気入りタイヤでは、トレッド中央域でのベルト補強層コードの残留張力および、トレッド側部域でのベルト補強層コードの残留張力のそれぞれをともに４０〜１００Ｎの範囲とし、また、それらの両コードの残留張力の差を２０Ｎ以下とすることにより、タイヤ円周方向の張力を、タイヤ幅方向に十分均一化することができるので、高速走行に際する、トレッド部の径成長量をもまた、それの幅方向に十分均等なものとして、トレッド中央域および側部域への故障の発生を有効に防止し、また、耐摩耗性を大きく向上させることができる。

なおここで、ベルト補強層コードの残留張力が４０Ｎ未満では、残留張力が低くなりすぎることにより、ベルトに対する補強機能を十分に発揮させることができず、所期した高速耐久性を実現することが困難になる。一方、それが７０Ｎを越えると、残留張力が大きくなりすぎることにより、限定された層間ゴム厚みの下では、ベルト補強層とベルト層とのセパレーションが発生し易くなる。

また、中央域のベルト補強層コードの残留張力と、側部域のベルト補強層コードの残留張力との差が２０Ｎを越えると、高速走行時の径成長量の、トレッド部幅方向でのばらつきが大きくなりすぎて、所期した高速耐久性および耐摩耗性の実現が困難になる。

ところで、このタイヤでは、ベルト補強層コードを、低弾性繊維と、高弾性繊維との撚り合わせ構造のものとすることで、上述した範囲の残留張力（４０〜１００Ｎ）の実現を簡易なものとすることができる。
すなわち、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート等の低弾性繊維だけでベルト補強層コードを形成するときは、それらのコードは、加硫成型中の拡径変形に対し、繊維の非晶部分で伸長変形して、拡径量に従った永久歪を生じることになるため、上述したような残留張力を生じさせることができず、逆に、芳香族ポリアミド等の高弾性繊維だけでベルト補強層コードを形成するときは、残留張力が大きくなりすぎることになる。

そしてまた、ベルト補強層コードを、応力−歪曲線で低弾性域と高弾性域とを有するものとすることで、ベルト補強層コードの伸長率が大きくなる、車両の高速走行時には径成長を有効に抑制することができ、一方、ベルト補強層コードの伸長率の小さい低速走行状態の下では、ベルト補強層による拘束力を有効に抑制して、ベルトおよびトレッド部の変形を比較的に自由に行わせることで、低速走行時の乗心地を高め、また、すぐれた耐久性を確保することができる。

なおこの場合、低弾性域から高弾性域への遷移点は、ベルト補強層コードの伸長率の２〜７％の範囲内、なかでも２〜４％の範囲内に設けることが好適である。
いいかえれば、それが２％未満では、通常の走行状態の下で、トレッド全域での拘束力が大きくなりすぎて、ベルト剛性が高くなりすぎるため、荷重直下の変形がサイド部に集中し易くなって、そのサイド部の耐久性の低下が懸念されることになる。
一方、７％を越えると、通常走行状態での、トレッド中央域の径成長量が多くなりすぎて、そこへの、早期故障の発生のおそれが高くなる。

このようなタイヤにおいて、トレッド側部域でのベルト補強層コードの残留張力を、トレッド中央域のベルト補強層コードのそれより２０Ｎ以下の範囲で大きくしたときは、ゴムの質量がとくに大きくなるトレッド側部域の、高速走行時における径成長を、より効果的に抑制することができる。

以上のような空気入りタイヤにおける、ベルト補強層コードの残留張力のコントロールは、生タイヤの成型工程、より直接的には、ベルト補強層素材の成型工程で、ベルト補強層コードの巻き付け張力を、製品タイヤの周長を考慮して予め調整すること、ベルト補強層コードの打込み本数を、トレッド部の幅方向位置に応じて変化させること等によって行うことも可能であるが、ベルト補強層用のコードを、中央部分に凸状の曲面を有する成型ドラムの周りに、一定の張力の作用下で、螺旋状に巻回してベルト補強層素材を成型することによって行うときは、製品タイヤでのコード残留張力を、簡易にかつ確実に所要のものとすることができる。

すなわち、コードの巻き付け張力を調整しながらそのコードを巻き付けるときは、コードの巻き付け作業が面倒になるとともに、その張力の制御精度を十分に高めることが難しく、これらのことは、コードの打ち込み本数を、それの巻き付け位置に応じて変化させる場合にもまた同様であるところ、ベルト補強層用のコードを、凸状曲面を有する成型ドラムの周りに、常に一定の張力で、かつ、一定の打込み密度で巻回するときは、それらの問題点を十分に取り除くことができる。

図１は、この発明に係るタイヤの実施形態を示すタイヤ幅方向の断面図であり、図中１はトレッド部を、２は、トレッド部１のそれぞれの側部に連続して半径方向内方へ延びる一対のサイドウォール部を、そして３は、各サイドウォール部２の内周側に連続するビード部をそれぞれ示す

また４は、各ビード部３に埋設配置した円環状のビードコアを示し、５は、両ビードコア間にトロイダルに延在させて、各側部部分をビードコア４の周りに巻き返した、一枚以上のカーカスプライからなる、ラジアル構造とすることができるカーカスを示す。

そしてここでは、このカーカス５のクラウン域の外周側に、二層のベルト層６ａ，６ｂからなるベルト６を配設するとともに、このベルト６のさらに外周側に、図ではベルト６をその全幅にわたって覆う一層のキャップ７ａからなるベルト補強層７を配設する。

ここで、ベルト補強層７を形成するキャップ７ａの層数、幅等は所要に応じて適宜に選択することができ、また、このようなキャップ７ａと、それの両側部部分に、図で仮想線で示すように重ね合わせた一層以上のレイヤ７ｂとでベルト補強層７を形成することもできる。

そしてまた、ベルト補強層７は、トレッド幅方向の複数個所に相互に間隔をおいて配設した一層以上の図示しないレイヤをもって形成することも可能である。

ところで、このようなベルト補強層７は、一本以上、多くは複数本の引き揃えコードの、タイヤの軸線方向への螺旋巻回構造体からなり、そのコードは、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート等の低弾性繊維と、芳香族ポリアミド、全芳香族ポリエステル等の高弾性繊維との撚り合わせ構造になるものであって、応力−歪曲線が、図２にその一例をグラフで示すように、歪の小さい領域での低弾性繊維と、歪の大きい領域での高弾性域とを有するものとする。
このようなコードにおいてより好ましくは、低弾性域と高弾性域との遷移点が、コードの伸長率の２〜７％の範囲内、とくには、２〜４％の範囲内にあるものとする。

またここでは、タイヤ内の各ベルト補強層コードは、タイヤ赤道面Ｅを中心としてそれを挟む、たとえば、トレッド幅Ｗの少なくとも１０％の範囲のトレッド中央域ｗ_０および、トレッド接地端に対応する位置からタイヤ赤道面Ｅ側へ測って、たとえば、トレッド幅Ｗの５〜１０％の範囲のそれぞれのトレッド側部域ｗ_１のそれぞれで、４０〜１００Ｎ、好適には４０〜７０Ｎの範囲の残留張力を有するものとし、かつ、中央域ｗ_０のベルト補強層コードと、側部域ｗ_１のベルト補強層コードとの間の残留張力の差を２０Ｎ以下とする。

そして、この場合より好ましくは、トレッド側部域ｗ_１のベルト補強層コードの残留張力を、トレッド中央域ｗ_０のベルト補強層コードのそれより大きくする。

以上のような構成の空気入りタイヤを製造するための、この発明に係る方法では、先に述べた撚り合わせ構造および弾性特性を有するベルト補強層用のコードを用い、たとえば、図３に、一部を半径方向断面とした側面図で模式的に例示するように、引き揃えた複数本のそのコード１１を、２〜１５ｍｍの幅に一体的にゴム被覆してなるリボン状ストリップ１２とし、このリボン状ストリップ１２を、中央部分に、製品タイヤの内面形状に近似する凸状の曲面１３ａを有する成型ドラム１３上で予め形成したベルト素材１４の周りに、ドラム軸線方向へ、所要の範囲に所要の態様で螺旋状に巻回することによってベルト補強層素材１５を成型する。

このことによれば、成型されたベルト補強層素材１５の周長が、製品タイヤのトレッド中央域と対応する中央部分で、製品タイヤのトレッド側部域と対応する側部部分より長くなることから、成型された生タイヤの加硫成形に際して、そのベルト補強層素材１５の中央部分が拡径変形されても、製品タイヤでのベルト補強層コードの残留張力を、確実に所期した通りのものとすることができる。

なおここで、製品タイヤでのコード残留張力を、トレッド側部域でトレッド中央域より大きくするときは、生タイヤの加硫成形に当って、ベルト補強層素材１５の側部部分の拡径変形率が、中央部分のそれより大きくなるように、製品タイヤの形態との関連の下で、ベルト補強層素材の形態を選択することで対処することができる。

サイズが２１５／４５ Ｒ１７の、実施例タイヤおよび比較例タイヤのそれぞれを、７Ｊ×１７のリムに装着するとともに、２００ｋＰａの空気圧を充填し、４．０ｋＮの荷重を負荷した条件の下で、高速耐久性および耐摩耗性のそれぞれを求めたところ、表１に指数値で示す結果を得た。
なお指数値は、比較例タイヤ１をコントロールとして、大きいほどすぐれた結果を示すものとした。
また、表１中には、実施例タイヤおよび比較例タイヤの諸元も示す。

ところで、実施例タイヤのベルト補強層素材は、図３に示すような凸状曲面を有する成型ドラム上で成型したものとし、その成型ドラムの凸状曲面は、ドラムセンタの左右１００ｍｍの範囲では１９００ｍｍの曲率半径を有し、その範囲より軸端側では２２０ｍｍの曲率半径を有するものとした。

ここで高速耐久性は、ドラム試験で、１２０ｋｍ／ｈの速度からスタートし、５分毎に速度を１０ｋｍ／ｈずつステップアップさせて、故障の発生時の速度を測定することによって、
また耐摩耗性は、実車走行によってトレッド踏面が完全に摩耗するまでの走行距離を測定することによってそれぞれ求めた。

表１によれば、実施例タイヤはいずれも残留張力の適正なる選択の下で、高速耐久性および耐摩耗性のそれぞれを、比較例タイヤに比して大きく向上させ得ることが解かる。

この発明に係るタイヤの実施形態を示すタイヤ幅方向の断面図である。 ベルト補強層コードの応力-歪曲線を示すグラフである。 この発明に係る方法の実施形態を示す、一部を半径方向断面とした側面図である。

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 カーカス
６ ベルト
６ａ，６ｄ ベルト層
７ ベルト補強層
７ａ キャップ
７ｂ レイヤ
１１ ベルト補強層コード
１２ リボン状ストリップ
１３ 成型ドラム
１３ａ 曲面
１４ ベルト素材
１５ ベルト補強層素材
Ｅ タイヤ赤道面
Ｗ トレッド幅
ｗ₀ トレッド中央域
ｗ₁ トレッド側部域

Claims (3)

1. トレッド部、トレッド部のそれぞれの側部に連続して半径方向内方へ延びる一対のサイドウォール部および、各サイドウォール部の内周側に連続するビード部を具なえるとともに、一方のビード部から他方のビード部までトロイダルに延びて、上記の各部を補強するカーカス、このカーカスのクラウン域の外周側に配置した、一層以上のベルト層からなるベルトおよび、一本以上のコードの、タイヤ軸線方向への螺旋巻回構造になり、ベルトの外周側で、それを、幅方向の少なくとも一部で覆うベルト補強層を具えてなる空気入りタイヤであって、
   ベルト補強層のコードを、低弾性繊維と高弾性繊維との撚り合わせ構造になって、応力−歪曲線で低弾性域と高弾性域とを有するコードとし、タイヤ赤道面を挟むトレッド中央域およびトレッド側部域での、それぞれのベルト補強層コードの一本当りの残留張力をともに４０〜１００Ｎの範囲とするとともに、トレッド中央域のベルト補強層コードと、トレッド側部域のベルト補強層コードとの残留張力の差を２０Ｎ以下としてなる空気入りタイヤ。
2. トレッド側部域のベルト補強層コードの残留張力を、トレッド中央域のベルト補強層コードのそれより大きくしてなる請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 生タイヤの成型工程で、低弾性繊維と高弾性繊維との撚り合わせ構造になって、応力−歪曲線で低弾性域と高弾性域とを有するベルト補強層コードの少なくとも一本を、そこへのゴム被覆状態で、中央部分に凸状の曲面を有する成型ドラムの周りに、ドラム軸線方向へ螺旋状に巻回してベルト補強層素材を成型する空気入りタイヤの製造方法。

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