JP2009126363A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤの径成長量を抑制した上で、周方向ベルト層のコードの耐疲労破断性並びにカーカスのコードの耐疲労破断性を向上させて、ベルト耐久性の高いタイヤを提供する。
【解決手段】一対のビード部間でトロイダル状に延び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、タイヤ赤道面に沿って延びる低弾性コードの多数本をゴムで被覆した少なくとも１層のタイヤ周方向ベルト層と、タイヤの赤道面に対して傾斜した向きに延びるコードの多本数をゴムで被覆した、少なくとも１層の傾斜ベルト層とを順に配置した空気入りタイヤにおいて、さらに、前記周方向ベルト層よりも幅の狭い、高弾性コードの多数本をゴムで被覆した少なくとも１層の周方向ベルト補助層を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、ベルトの耐久性に優れる空気入りタイヤ、中でもトラック・バス用ラジアルタイヤに関するものである。

近年、車両の高速化や低床化の要求により、車両に装着されるタイヤは扁平化され、これに伴い標準内圧付加時のトレッドのタイヤ径方向成長量は一層増加していく傾向にある。このトレッドの径方向成長量の増加は、ベルトの幅方向端部での応力集中を増加し、ひいてはベルトエンドセパレーションを誘発し、タイヤの耐久性低下を招くことが知られている。

そこで、特許文献１では、タイヤ赤道面に対し10〜40°の傾斜角にて互いにタイヤ赤道面を挟み交差する多数のコードまた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、波型もしくはジグザグ形をなす多数のコードまたはフィラメントの補強要素をタイヤ赤道に沿うように配向させたストリップによるクラウン強化層を少なくとも1層備え、タイヤの径方向成長量を抑制する技術が、提案されている。
特開平２−２０８１０１号公報

ところが、車両の高速化に伴うタイヤの扁平化が更に進められ、具体的には断面幅に対する断面高さの比である扁平比が0.70未満のタイヤも普及してきている。かような扁平比の小さいタイヤでは、周方向ベルト層の幅を更に広げないと径方向成長量の抑制が困難となる。

しかしながら、周方向ベルト層の幅を広げると、走行中のタイヤ接地領域において、周方向ベルト層の幅方向端部に周方向の曲げ変形が発生するため、ベルトを構成するコードに繰返し入力される引張力が、非常に増加することになる。その結果、周方向ベルト層の特に幅方向端部において、コードが疲労破断しやすくなる。そして、周方向ベルト層のコードが破断すると、タイヤの周方向張力を周方向ベルト層が負担できなくなり、タイヤの正規形状の保持が難しくなる。

ちなみに、前記した周方向ベルト層のコードの疲労破断を向上させるために、コードにかかる引張入力を抑制する手法として、周方向ベルト層のコードに低弾性コードを使用することが考えられる。すなわち、低弾性コードを使用することによって、走行時のタイヤのコードにかかる応力が低下し、コードの疲労破断性を向上することができる。

しかし、低弾性コードを使用すると、タイヤが接地面内にある突起物を踏んだ際に、タイヤが荷重直下で大きく変形し、カーカスに非常に大きな引張入力が発生し、それにより、カーカスを成すコードが破断しやすくなってしまうため、低弾性コードの使用は現実的ではない。

したがって、本発明の目的は、タイヤの径成長量を抑制した上で、周方向ベルト層のコードの耐疲労破断性並びにカーカスのコードの耐疲労破断性を向上させて、ベルト耐久性の高いタイヤを提供することにある。

上述したとおり、近年の車両の高速化や低床化の要求により、車両装着タイヤはより偏平化され、これに伴い標準内圧付加時のトレッド部のタイヤ径方向成長量は一層増加していく傾向にある。このトレッド部の径方向成長量の増加は、ベルトでの応力集中を増幅し、ベルトエンドセパレーションによるタイヤの耐久性低下を招くことから、偏平比の小さいタイヤには、周方向ベルト層の幅を広げ、タイヤ径方向成長量を抑制することが必要になる。その際、周方向ベルト層の幅を広げると、周方向ベルト層の特に幅方向端部において、コードが疲労破断しやすくなる問題があるため、この問題を解消する必要がある。

この周方向ベルト層のコードの疲労破断を回避するには、コードにかかる引張入力を抑制する必要があり、そのためには、周方向ベルト層のコードに低弾性のものを使用することが有効である。すなわち、低弾性コードを使用することによって、タイヤ走行時にコードにかかる応力が緩和され、コードの耐疲労破断性が向上する。
なお、ここで、コードの弾性率とは、空気入りタイヤを解体して採り出したゴム被覆状態のコードについて、引張り試験を行い、その結果から応力−歪み線図を作成し、該線図における歪みが1.8％における接線の勾配（傾き）を算出し、その値をコードの断面積で除した値である。

しかし、低弾性コードを周方向ベルト層に使用したタイヤでは、その周方向剛性が低下することが新たに問題となるのは上述のとおりである。
そこで、この問題を解消する方途を鋭意究明したところ、特にタイヤ幅方向中央域には、低弾性コードによる周方向ベルト層よりも、ベルト幅の狭い高弾性コードによる周方向ベルト補助層を配置すれば、タイヤの周方向剛性を補強し得ることを見出し、本発明を完成するに到った。

すなわち、本発明の要旨構成は、次のとおりである。
（１）一対のビード部間でトロイダル状に延び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、タイヤ赤道面に沿って延びる低弾性コードの多数本をゴムで被覆した少なくとも１層のタイヤ周方向ベルト層と、タイヤの赤道面に対して傾斜した向きに延びるコードの多本数をゴムで被覆した、少なくとも１層の傾斜ベルト層とを順に配置した空気入りタイヤであって、
さらに、前記周方向ベルト層よりも幅の狭い、高弾性コードの多数本をゴムで被覆した少なくとも１層の周方向ベルト補助層を有することを特徴とする空気入りタイヤ。

（２）前記周方向ベルト補助層は、タイヤ赤道面を含むタイヤ幅方向中央域に配置したことを特徴とする前記（１）に記載の空気入りタイヤ。

（３）前記周方向ベルト層のコードは引張歪：1.8％における弾性率が30〜100GPaであり、前記周方向ベルト補助層のコードは引張歪：1.8％における弾性率が80〜210GPaであることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の空気入りタイヤ。

（４）前記周方向ベルト補助層のコードは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）、（２）または（３）に記載の空気入りタイヤ。

（５）前記カーカスのクラウン部に、タイヤ径方向内側から外側に、周方向ベルト層、周方向ベルト補助層および傾斜ベルト層を順に配置したことを特徴とする前記（１）から（４）のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

（６）前記タイヤ周方向ベルト層および周方向ベルト補助層は、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のまわりに螺旋状に巻回して成ること特徴とする前記（１）から（６）のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

本発明によれば、タイヤの径成長量を抑制した上で、周方向ベルト層のコードの耐疲労破断性並びにカーカスのコードの耐疲労破断性を向上させられるため、ベルト耐久性の高いタイヤを提供することができる。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図１に、本発明に従うタイヤのクラウン部の幅方向断面を示す。同図において、符号１は１対のビードコア（図示せず）間に跨ってタイヤの骨格をなすカーカスであり、このカーカス１のクラウン部の径方向外側に、周方向ベルト層２および傾斜ベルト層３を順に配置し、さらに傾斜ベルト層３の径方向外側にトレッド４を配置してなる。
周方向ベルト層２は、図２に示すように、タイヤ赤道面Ｏに沿って延びる低弾性コード２ａの多数本をゴムで被覆したゴム引き布からなり、少なくとも１層、図示例で１層を配置する。周方向ベルト層２は、２層以上を配置してもよいが、タイヤ重量の増加を考慮する場合は、１層であることが望ましい。

一方、傾斜ベルト層３は、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３ａの多本数をゴムで被覆したゴム引き布からなり、少なくとも１層、図示例で１層を配置する。傾斜ベルト層３は、２層以上を配置してもよいが、３層以上になるとタイヤ重量の増加をまねくため、２層以下であることが好ましい。

周方向ベルト層２は、その配列コード２ａが低弾性コードであることが、周方向ベルト層のコードの疲労破断を回避するのに肝要である。なぜなら、低弾性コードを使用することによって、タイヤ走行時にコードにかかる応力が緩和され、コードの耐疲労破断性が向上するからである。
特に、タイヤ径方向成長量を抑制しつつ、コードの耐疲労破断性を確保するためには、引張歪：1.8％における弾性率が30〜100GPaの低弾性コードを用いることが好ましい。すなわち、コードの前記弾性率30 GPa未満では、タイヤの径方向成長を抑制することが難しくなり、一方100GPaを超えると、コードにかかる引張り入力が増加し、コードが破断する、おそれがある。かようなコードとしては、伸長性の金属コードおよび有機繊維コードを挙げることができる。

ここに、低弾性コードを周方向ベルト層に使用した場合、タイヤの周方向剛性が低下することは既に述べたが、この問題に対しては、図１および図２に示すように、周方向ベルト層２と傾斜ベルト層３との間に、周方向ベルト層２よりも幅の狭い、高弾性コードの多数本をゴムで被覆した周方向ベルト補助層５を設けて対処する。
すなわち、高弾性コードで補強される周方向ベルト補助層５を設けることによって、タイヤの周方向剛性が高まるため、例えば、タイヤが突起物を踏んだ際に、タイヤ周方向全体で変形して衝撃を吸収することができ、タイヤ突起物直下での局所的な変形を抑制することができる。その結果、例えば突起入力に伴うカーカスへの引張入力を抑制することができ、カーカスのコードの破断を大幅に抑制することが可能となる。

特に、周方向ベルト補助層５は、タイヤ赤道面Ｏを含むタイヤ幅方向中央域に配置することが好ましい。なぜなら、周方向ベルト補助層５の端部がタイヤ幅方向側域にあると、周方向ベルト補助層５のコードが破断し易くなるためである。

なお、周方向ベルト補助層５は、
周方向ベルト層２の幅／周方向ベルト補助層５の幅＞1.1
の関係を満足する幅の下、その幅中心がタイヤ赤道面Ｏと重なる配置で設けることが好ましい。

ここで、周方向ベルト補助層５に適用する高弾性コードは、タイヤの周方向剛性を向上させ、突起入力時のカーカスへの引張入力を低減させるために、引張歪：1.8％における弾性率が80〜210GPaの範囲のものであることが好ましい。すなわち、コードの前記弾性率80GPa未満では、突起入力に伴うカーカスへの入力を抑制することが難しくなり、一方210GPaを超えると、周方向ベルト補助層５のコードにかかる引張り入力が増加し、コードが破断する、おそれがある。かようなコードとしては、非伸長性の金属コードを挙げることができる。

また、周方向ベルト補助層５は、２層以上を配置してもよいが、タイヤ重量の増加を避けるためには１層が好ましい。

また、周方向ベルト補助層５に適用する、高弾性コード５ａは、一般的な直線状のものに限らず、図３（ａ）に示す波形状もしくは図３（ｂ）に示すジグザグ状に型付けしたものでもよい。かように型付けしたコードは、タイヤが突起物を踏んだ際のカーカスへの引張入力を更に低減するのに有効である。
すなわち、高弾性コードを波形状またはジグザグ状に型付けすることにより、周方向ベルト補助層のタイヤ幅方向のせん断剛性が高くなり、突起の入力に対してタイヤ幅方向全体で変形することができ、タイヤ突起直下の局所的な変形を更に抑制することができる。それにより突起入力によるカーカスへの引張入力は更に抑制されるため、カーカスコードの破断を抑制することが可能となる。

ここで、高弾性コード５ａに付与する型付けは、図３（ａ）および（ｂ）に示す波形もしくはジグザグの波長λおよび波高ｄが、λ／ｄ：1.5〜４であることが好ましい。いずれも、この範囲内にあれば、周方向ベルト補助層５に加わる変形を抑制するのに有効である。

以上のことから、低弾性の周方向ベルト層２と傾斜ベルト層３との間に、高弾性の周方向ベルト補助層を配置することによって、タイヤの径方向成長を抑制することに加えて、周方向ベルト層のコード疲労破断並びに、突起入力に対するカーカスコードの破断を抑制することができ、タイヤのベルト耐久性を大幅に向上したタイヤが得られる。

ここで、ベルト構造は、カーカス側から径方向外側に、周方向ベルト層、周方向ベルト補助層および傾斜ベルト層の順に配置することが好ましい。すなわち、タイヤの内圧保持の機能を有する周方向ベルト層を最も径方向外側に配設することは好ましくなく、また周方向ベルト層を突起入力から保護する意味からも、傾斜ベルト層を、周方向ベルト層および周方向ベルト補助層よりもタイヤ径方向外側に配設することによって、突起入力に対する耐久性は更に向上する。また、タイヤ走行時変形のことを考えると、タイヤ径方向内側にある周方向ベルト層がより延ばされ、コードに疲労破断が発生する可能性が考えられる。よって、タイヤ径方向最内側に低弾性の周方向ベルト層を配設し、タイヤ径方向外側方向に高弾性の周方向ベルト補助層、そして傾斜ベルト層を配設することによって、タイヤのベルト耐久性を更に向上させることが可能である。

図１に示したベルト構造に従って、表１に示す仕様の下に、サイズ435／45 Ｒ22.5のトラック・バス用タイヤを試作した。
ここで、傾斜ベルト層には、（1+6）×0.32mmの層撚りコードを打込み数24.5本/50mmで適用し、また周方向ベルト層には、４×（l×0.28mm＋６×0.25mm）の構造で弾性率が70GPaのコードを打込み数20本/50mmで適用し、周方向ベルト補助層には、（3＋9＋15）×0.23mmの構造で弾性率が140 GPaのコードを打込み数22.5本/50mmで適用した。また、発明例３及び４では、周方向ベルト補助層のコードに、図３に示した、型付けの波長λに対する振幅ｄの割合が
２ｄ／λ＝４
となる、型付けを施した。

次いで、各試作タイヤを、14.00×22.5のリムに組み込み、内圧を900kPaに調整した上で、以下の評価を行った。
まず、タイヤの径方向成長量の評価においては、各試作タイヤをリム組みしたのち、内圧を０kPaから900kPaにした際のタイヤ径方向成長量の確認を実施した。径方向成長量が増加することにより、ベルトエッヂセパレーションが発生する傾斜ベルト層の幅端位置におけるタイヤ径方向成長量について、従来例の径方向成長量を100とし、指数化したものを表１に示す。なお、指数が小さいほど、タイヤ径方向成長量が小さく、耐久性が良好であることを示す。

周方向ベルト層コードの耐疲労破断性の評価は、ドラム荷重：63.7kN、ドラム回転速度：60km/hの条件においてタイヤをドラム上で30000km走行させ、その後タイヤを解剖してタイヤ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。従来例の破断本数を100としたときの指数にて表１に結果を示す。なお、数値は小さいほど疲労破断本数が少なく、従って耐久性が良好であることを示す。

また、カーカスコードの耐破断性の評価においては、タイヤ幅方向中央部に直径38mmの半球状の突起を押し込み、タイヤが故障したときの、突起の押し込み量とタイヤからの反力からエネルギーを算出し、そのエネルギー値を指数化した結果について表１に示す。なお、数値が大きいほど、タイヤが故障するまでのエネルギーが大きく、カーカスコードが破断しにくいこととなり、耐久性が良好であることを示す。
ここに、コードの弾性率は、コードにインストロン型引張試験機による引張試験を実施し、上述したように、引張歪：1.8％でのコードの弾性率としている。従来例に示すコードの弾性率を100として、指数化したものを用いている。この数値は小さいほど弾性率が低いことを示している。

本発明に従うタイヤのクラウン部を中心とした幅方向断面図である。 ベルトの積層構造を示す図である。 週方向ベル補助層のコード配列を示す図である。

符号の説明

１ カーカス
２ 周方向ベルト層
３ 傾斜ベルト層
４ トレッド
５ 周方向ベルト補助層
２ａ，３ａ，５ａ コード

Claims (6)

1. 一対のビード部間でトロイダル状に延び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、タイヤ赤道面に沿って延びる低弾性コードの多数本をゴムで被覆した少なくとも１層のタイヤ周方向ベルト層と、タイヤの赤道面に対して傾斜した向きに延びるコードの多本数をゴムで被覆した、少なくとも１層の傾斜ベルト層とを順に配置した空気入りタイヤであって、
   さらに、前記周方向ベルト層よりも幅の狭い、高弾性コードの多数本をゴムで被覆した少なくとも１層の周方向ベルト補助層を有することを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記周方向ベルト補助層は、タイヤ赤道面を含むタイヤ幅方向中央域に配置したことを特徴とする請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記周方向ベルト層のコードは引張歪：1.8％における弾性率が30〜100GPaであり、前記周方向ベルト補助層のコードは引張歪：1.8％における弾性率が80〜210GPaであることを特徴とする請求項１または２に記載の空気入りタイヤ。
4. 前記周方向ベルト補助層のコードは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、２または３に記載の空気入りタイヤ。
5. 前記カーカスのクラウン部に、タイヤ径方向内側から外側に、周方向ベルト層、周方向ベルト補助層および傾斜ベルト層を順に配置したことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
6. 前記タイヤ周方向ベルト層および周方向ベルト補助層は、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のまわりに螺旋状に巻回して成ること特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

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