JP2008155857A

JP2008155857A - 空気入りタイヤ

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Publication number: JP2008155857A
Application number: JP2006349481A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Yoshikawa; 雄介吉川; Makoto Tsuruta; 鶴田　　誠
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2006-12-26
Filing date: 2006-12-26
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2026-12-26
Also published as: JP4842117B2; CN101583501A; CN101583501B

Abstract

【課題】特に周方向ベルト層端部におけるコードの耐疲労性を向上することによって、耐久性の高いベルトをそなえるタイヤ、中でもへん平比の小さい重荷重用ラジアルタイヤを提供する。
【解決手段】一対のビード部間にトロイダル状に跨るカーカスを骨格として、該カーカスのクラウン部の径方向外側に、タイヤの赤道面に沿って延びるコードの多数本をゴムで被覆した、少なくとも１層の周方向ベルト層と、タイヤの赤道面Ｏに対して傾斜した向きに延びるコードの多数本をゴムで被覆した、少なくとも２層の傾斜ベルト層とを順に配置して成るベルトを有し、該ベルトの径方向外側にトレッドを配置したタイヤであって、前記周方向ベルト層の幅がタイヤの総幅の60％以上であり、少なくとも１層の傾斜ベルト層の幅が周方向ベルト層の幅よりも広く、さらに周方向ベルト層において、その幅方向端部側に配置されたコードの弾性率を当該コードの幅方向内側に配置されたコードの弾性率よりも低くする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ベルトとして、コードやフィラメント等の補強素子がタイヤの赤道面に沿う向きに延びる周方向ベルト層を有する空気入りタイヤに関するものである。

タイヤのカーカスの補強に供するベルトについて、特許文献１には、カーカスの周りにタイヤの赤道面に対し、10〜40゜の傾斜角にて互いに赤道面を挟み交差する多数のコード又はフィラメントを補強要素とする、少なくとも２層の交差ベルトを有し、さらに交差ベルトの下に位置する、少なくとも１層よりなり、波形若しくはジグザグ形をなす多数のコード又はフィラメントの補強要素を全体として赤道に沿う配向としたストリップによるクラウン強化層をもそなえる構造が開示されている。
特開平２−208101号公報

近年、車両の高速化や低床化の要求により、装着タイヤはよりへん平化され、これに伴って標準内圧付与時のトレッド部の径方向成長量は一層増大してゆく傾向にある。このトレッド部における径方向成長量の増加は、ベルト端部での応力集中を増幅して当該部分での耐久性の低下をまねくため、特にベルトエンドセパレーションを早期に発生させる要因となる。

すなわち、へん平比の小さいタイヤでは、内圧付与時のトレッド部、特にショルダー部近傍の径成長量が増大することが問題になるから、タイヤの周方向に配置した補強素子による周方向ベルト層にて径成長を抑制する技術が、例えば上記した特許文献１にて、提案されたのである。

しかし、更にへん平比が小さくなった場合、具体的には、タイヤの断面幅に対する断面高さの比であるへん平比が0.70以下の場合には、周方向ベルト層の幅を更に広げないと、所期した径成長の抑制が困難となる。ところが、周方向ベルト層幅を広げることは、以下の新たな問題をまねくことになる。

すなわち、周方向ベルト層幅を広げると、タイヤ走行に伴い、接地領域において周方向ベルト層の幅方向端部が周方向に曲げ変形してベルト層が周方向に伸びる結果生じる、引張入力（以下、引張振幅入力）が繰り返し強く作用することになり、その結果、周方向ベルト層の幅方向端部において、コードが疲労破断し易くなる。周方向ベルト層のコードが疲労破断すると、周方向張力を負担出来なくなり、タイヤ形状保持が不可能となり、その使用が困難になる。

そこで、本発明は、特に周方向ベルト層端部におけるコードの耐疲労性を向上することによって、耐久性の高いベルトをそなえる空気入りタイヤ、中でもへん平比の小さい重荷重用ラジアルタイヤを提供しようとするものである。

周方向ベルト層を広くした場合、最も問題となるのが、周方向ベルト層の幅方向端部における、コードの疲労破断である。これは、タイヤ走行に伴い、周方向ベルト層端部のコードに引張振幅入力が作用するためであり、引張振幅入力を抑制することが、この問題を解決するためには不可欠である。

そこで、前記引張振幅入力を抑制するための方途を鋭意究明した結果、周方向ベルト層に埋設したコードの弾性率を調整することが、コードの疲労破断を抑制するのに極めて有効であることが判明した。

すなわち、本発明の要旨構成は、次の通りである。
（１）一対のビード部間にトロイダル状に跨るカーカスを骨格として、該カーカスのクラウン部の径方向外側に、タイヤの赤道面に沿って延びるコードの多数本をゴムで被覆した、少なくとも１層の周方向ベルト層と、タイヤの赤道面Ｏに対して傾斜した向きに延びるコードの多数本をゴムで被覆した、少なくとも２層の傾斜ベルト層とを順に配置して成るベルトを有し、該ベルトの径方向外側にトレッドを配置したタイヤであって、
前記周方向ベルト層の幅がタイヤの総幅の60％以上であり、少なくとも１層の傾斜ベルト層の幅が周方向ベルト層の幅よりも広く、さらに周方向ベルト層において、その幅方向端部側に配置されたコードの弾性率が当該コードの幅方向内側に配置されたコードの弾性率よりも低いことを特徴とする空気入りタイヤ。

（２）前記幅方向端部側に配置されたコードが初期伸びを有する伸張性の金属コードであり、前記幅方向内側に配置されたコードは、非伸張の金属コードを直線状、波形状もしくはジグザグ状に型付けしたものであることを特徴とする前記（１）に記載の空気入りタイヤ。

（３）前記幅方向端部側に配置されたコードが有機繊維コードであり、前記幅方向内側に配置されたコードが金属コードである前記（１）または（２）に記載の空気入りタイヤ

（４）前記周方向ベルト層は、１本または複数本のコードをゴムで被覆したストリップ材を、前記カーカスのクラウン部に螺旋状に巻回して成ることを特徴とする前記（１）ないし（３）のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

（５）前記周方向ベルト層のコードの弾性率が低い幅方向端部側部分の幅は、周方向ベルト層の全幅の５％〜２０％であることを特徴とする前記（１）ないし（４）のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

本発明によれば、周方向ベルト層幅を広げて、特にへん平比の小さいタイヤにおけるトレッド部の径成長を抑制し、かつ周方向ベルト層におけるコードの疲労破断を抑制することができる。従って、ベルトの耐久性能を大幅に向上した偏平比の小さいタイヤを提供することが可能である。

本発明に従うタイヤについて、その幅方向断面を示す図１を参照して詳しく説明する。
すなわち、図１において、符号１は、一対のビード部（図示せず）間にトロイダル状に跨るカーカスであり、該カーカス１のクラウン部の径方向外側には、タイヤの赤道面Ｏに沿って延びるコードの多数本をゴムで被覆した、少なくとも１層、図示例で２層の周方向ベルト層２ａおよび２ｂと、タイヤの赤道面Ｏに対して傾斜した向きに延びるコードの多数本をゴムで被覆した、少なくとも２層を層間でコード相互が交差する向きに配置した、図示例で２層の傾斜ベルト層３ａおよび３ｂとを順に積層したベルト４を有し、さらに該ベルト４の径方向外側にトレッド５を配置して成る。

ここで、前記周方向ベルト層２ａおよび２ｂの幅BW_１は、タイヤの総幅ＴＷの60％以上、かつ隣接する傾斜ベルト層の幅よりも狭く設定する必要がある。まず、内圧付与時のトレッドの径成長を一定範囲に抑えるには、周方向ベルト層の幅がタイヤ総幅ＴＷの60％以上は必要である。なぜなら、径成長の大きい領域は、タイヤ総幅ＴＷの60％〜70％の領域までである事から、その領域には、径成長を抑制する周方向剛性を配置する必要がある。
上限は、タイヤ形状の制約から、９０％とすることが好ましい。

さらに、少なくとも１層の傾斜ベルト層、図示例では傾斜ベルト層３ａの幅BW_２を周方向ベルト層２ｂの幅よりも広くする必要がある。なぜなら、タイヤの摩耗性能及びコーナーリング性能に必要なトレッド部の面内剪断剛性を確保するためである。

なお、図１に示した事例では、周方向ベルト層２ａと２ｂとの幅は同じであるが、異なる幅にしてもよい。特に、周方向ベルト層の幅方向中央部の強度を大きくした場合には、1層だけ幅を広く配置し、もう１層は幅を狭くしても良い。

残る傾斜ベルト層３ｂの幅は、周方向ベルト層より幅広く配置することが、トレッド部の面内剪断剛性を向上させ、特にタイヤの摩耗性能を向上させる上で好ましい。また、図１に示した事例では、傾斜ベルト層３ａの幅が同３ｂよりも広いが、同一幅になると急激な剛性変化を伴うため、ベルト層端部での耐セパレーション性が悪化する懸念がある。

また、周方向ベルト層の幅を広くすると、周方向ベルト層の幅方向外側端部において、コードの疲労破断が発生し易くなり、十分に満足するタイヤ寿命を得ることが難しい。これは、タイヤ走行に伴い、周方向ベルト層端部のコードに引張方向の振幅入力が作用するためであり、この引張振幅入力を抑制することが、この問題を解決するためには不可欠である。そこで、本発明では、周方向ベルト層の幅方向端部において、該幅方向外側に配置されたコードの弾性率を当該コードの幅方向内側に配置されたコードの弾性率よりも低くすることによって、上記した周方向ベルト層端部に集中する引張振幅入力を抑制する。

すなわち、走行中のタイヤでは、周方向ベルト層端部に引張振幅入力が作用する。この引張振幅入力は、タイヤのトレッド端部側の接地面において、コードが周方向に伸ばされて引張最大応力が作用し、トレッド端部の非接地域ではほぼ内圧充填時の引張応力が作用するためである。この引張応力の振幅を抑制するには、タイヤの負担を軽くする（タイヤの撓み量を小さくする）ことが考えられるが、この手法ではタイヤの乗り心地性を満足させることはできない。

そこで、接地面内においてコードがタイヤの周方向に伸ばされたとき、該接地面に対応する周方向ベルト層の幅方向端部における、コードの弾性率が低ければ、コードにかかる引張応力は低くなる。しかし、周方向ベルト層の全てのコードの弾性率を低くしてしまうと、内圧充填による径方向成長量が大きくなり、タイヤの形状保持が困難になる。そこで、周方向ベルト層の幅方向において、その端部付近に相当する幅方向外側のコード弾性率を、同幅方向内側のコードの弾性率よりも低くすることによって、内圧充填時の径方向成長量の増加を極力同じにすれば、接地面における、周方向ベルト層の幅方向端部の応力振幅は効果的に抑制される結果、コードの疲労破断を抑制することができる。

なお、周方向ベルト層の幅方向外側に配置されたコードの弾性率は、当該コードの幅方向内側に配置されたコードの弾性率に対して、0.3〜0.8倍であることが、上記引張応力の振幅抑制に有効である。

また、コードの弾性率を低くする幅方向端部側部分の幅ｔ（図１参照）は、周方向ベルト層の全幅の５％〜２０％であることが好ましい。なぜなら、幅方向端部側部分の幅が全幅の5％未満では、周方向ベルト層への応力振幅の大きい領域に弾性率の高いコードが存在してしまう為に未だ破断する可能性が高く、一方２０％を超えると、径成長の増大を抑制するのが難しくなるからである。

ここで、周方向ベルト層において、該幅方向端部側に配置されたコードの弾性率を当該コードの幅方向内側に配置されたコードの弾性率よりも低くするとは、具体的には、図１に周方向ベルト層の平面展開図および図２に周方向ベルト層の幅方向断面図を示すように、弾性率の異なるコード6および7の配列が適合する。

すなわち、図１および図２において周方向ベルト層２ａ、２ｂとして示すコード配列は、周方向ベルト層の幅方向端部側に、弾性率の低いコード（低弾性率コード）６を複数本配置し、この低弾性率コード６のベルト幅方向内側に、コード６よりも弾性率の高い高弾性率コード７の複数本を配置したものである。

かように、本発明に従う周方向ベルト層としては、幅方向端部側に低弾性率コード６を１〜数十本配置し、その幅方向内側に高弾性率コード７を配置することを基本とする。

ここで、前記接地面内における引張歪はおおよそ1.8％程度であることが実測値として知られているから、コード弾性率は、この引張歪1.8％でのコード弾性率を規定することが重要である。

例えば、低弾性率コードには、金属製の弾性コード、すなわち複撚りの４×（0.28mm＋６×0.25 mm）のコード、所謂ハイエロンゲーションコードが好適であり、高弾性率コードには、波状もしくはジグザグ上の型付けを施したコード（図１における周方向ベルト層２ｂの構造を参照）、又は金属製の非伸張コード、すなわち層撚り（３＋９＋15）×0.23 mmのコードが好適である。すなわち、ハイエロンゲーションコードの引張歪1.8％における弾性率は、波状もしくはジグザグ上の型付けを施したコード、又は金属製の非伸張コードよりも小さいことが一般的である。
または、低弾性率コードに有機繊維コードを用いて、高弾性率コードに金属製コードを用いても、上述の弾性率の条件を満足できる。

なお、低弾性率コードの弾性率としては、40GPａ〜100GPaの範囲が径成長の抑制と周方向ベルト端部での疲労破断の抑制の両立に適している。同様に、高弾性率コードの弾性率としては、80G〜210Gの範囲が径成長の抑制の理由から適している。

図１に示したベルト構造に表１に示す仕様の下に適用し、サイズ 435／45Ｒ22.5のトラック・バス用タイヤをそれぞれ試作した。得られたタイヤを、サイズ 14.00×22.5のリムに組み込み、内圧を900kPaに調整した上で、ドラム荷重：63.7kNおよびドラム回転速度：60.0km／hの条件にてドラム走行を30000kmの距離で実施し、その後、タイヤを解剖して周方向ベルト層におけるコードの疲労破断本数を確認した。その結果を、従来例の場合を100としたときの指数にて、表１に併記する。なお、数値は小さいほど、疲労破断本数が少なく、耐久性能が良好であることを示している。

なお、コードの弾性率は、コードをインストロン型引張試験機による引張試験に供し、そのときの引張歪1.8％でのコード弾性率とし、従来例に示すコードの弾性率を100として指数化した。なお、数値は小さいほど弾性率が低いことを示す。また、傾斜ベルト層には、（１＋６）×0.32mmの層撚りのコードを打ち込み数24.5本／50mmで適用し、また周方向ベルト層には、幅方向端部側は４×（１×0.28 mm＋６×0.25 mm）の高伸長性コードを打ち込み数20本／50mmで適用し、幅方向内側には（３＋９＋15）×0.23 mm波状の非伸長コードを打ち込み数22.5本／50mmで適用した。

本発明に従うタイヤの幅方向断面図およびベルトの展開図である。本発明に従う周方向ベルト層の幅方向断面図である。

符号の説明

１カーカス
２ａ、２ｂ周方向ベルト層
３ａ、３ｂ傾斜ベルト層
４ベルト
５トレッド
６低弾性コード
７高弾性コード
O 赤道面
BW_１周方向ベルト層２ａおよび２ｂの幅
BW_２傾斜ベルト層３ａの幅
ＴＷタイヤの総幅

Claims

一対のビード部間にトロイダル状に跨るカーカスを骨格として、該カーカスのクラウン部の径方向外側に、タイヤの赤道面に沿って延びるコードの多数本をゴムで被覆した、少なくとも１層の周方向ベルト層と、タイヤの赤道面Ｏに対して傾斜した向きに延びるコードの多数本をゴムで被覆した、少なくとも２層の傾斜ベルト層とを順に配置して成るベルトを有し、該ベルトの径方向外側にトレッドを配置したタイヤであって、
前記周方向ベルト層の幅がタイヤの総幅の60％以上であり、少なくとも１層の傾斜ベルト層の幅が周方向ベルト層の幅よりも広く、さらに、周方向ベルト層において、その幅方向端部側に配置されたコードの弾性率が当該コードの幅方向内側に配置されたコードの弾性率よりも低いことを特徴とする空気入りタイヤ。
前記幅方向端部側に配置されたコードが初期伸びを有する伸張性の金属コードであり、前記幅方向内側に配置されたコードは、非伸張の金属コードを直線状、波形状もしくはジグザグ状に型付けしたものであることを特徴とする請求項１に記載の空気入りタイヤ。
前記幅方向端部側に配置されたコードが有機繊維コードであり、前記幅方向内側に配置されたコードが金属コードである請求項１または２に記載の空気入りタイヤ
前記周方向ベルト層は、１本または複数本のコードをゴムで被覆したストリップ材を、前記カーカスのクラウン部に螺旋状に巻回して成ることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
前記周方向ベルト層のコードの弾性率が低い幅方向端部側部分の幅は各々、周方向ベルト層の全幅の５％〜２０％であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の空気入りタイヤ。