JP2010047199A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】操縦安定性と振動乗り心地性能との双方に優れた空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】カーカスのクラウン部タイヤ半径方向外側に配置されるスチールコードを補強材として用いた少なくとも２層の交錯ベルト層を備える空気入りタイヤであり、ＪＡＴＭＡ規格に定める標準リムに装着し、内圧２３０ｋＰａ、荷重４０００Ｎでのタイヤ横ばね定数が１５０Ｎ／ｍｍ以上であり、かつ、前記交錯ベルト層の単位幅あたりのスチールコードの剛性が、下記式で表される関係を満足する。
（Ａ−８００）／Ｂ≧２０
Ａ：１％引張時の応力で定義されるコード引張剛性（ｋｇ）×打込み本数（本／５０ｍｍ）
Ｂ：コード３点曲げ試験で得られる、応力‐曲げ変位曲線の２〜６ｍｍ押し込み変形時の傾きで定義されるコード曲げ剛性（ｇ／ｍｍ）×打込み本数（本／５０ｍｍ）。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気入りタイヤ（以下、単に「タイヤ」とも称する）に関し、詳しくは、操縦安定性と振動乗り心地性能を高いレベルで両立することを可能とした空気入りラジアルタイヤに関する。

近年、空気入りラジアルタイヤにおいて、操縦安定性の向上を目的として、タイヤビード部からサイドウォール部の剛性を高めることが一般的である。従来は、例えば、ビード部からサイドウォール部にかけて、ビードコアおよびビードフィラーを内包する補強材、いわゆるフリッパを配設する構成（特許文献１）、およびビード部からサイドウォール部にかけて、いわゆるインサートを配設する構成（特許文献２）等が広く採用されている。

また、カーカス層を一対のビード部間に装架し、該カーカス層をビードコアの廻りにタイヤ内側から外側へ巻き上げた空気入りタイヤにおいて、カーカス層の巻き上げ部のカーカスコードをカーカス層の本体部分のカーカスコードに対して交差させることにより、タイヤ剛性を確保することが提案されている（特許文献３〜６）。
特開２００１−１３０２２９号公報 特開２００１−１８７５２１号公報 特開２００２−２２１６号公報 特開２００２−１２７７１２号公報 特開２００３−２２６１１７号公報 特開２００７−８３９１４号公報

上記従来技術によって、ビード部からサイドウォール部にかけての部分を補強してタイヤ剛性を高めることで、操縦安定性は向上する。しかしながら、タイヤの横方向の剛性（横ばね）も同時に高まることから、振動乗り心地性能が悪化するという別の問題が生じていた。

振動乗り心地性能は、凹凸や段差のある路面を走行する際に特に重要であり、タイヤ横剛性が上昇すると段差入力を横方向へいなすことができなくなり、段差乗り越し時の当たりの大きさ（ショック）およびその収まり（ダンピング）を大きく悪化させてしまうこととなっていた。したがって、段差乗り心地の悪化を生ずることなく操縦安定性を向上できる技術の確立が望まれていた。

そこで本発明の目的は、従来の高性能ラジアルタイヤが有する上記のような欠点を改良して、操縦安定性と振動乗り心地性能との双方に優れた空気入りタイヤを提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、以下のことを見出した。前述したように、タイヤビード部からサイドウォール部の剛性を高め、タイヤ横剛性（横ばね）を高めることで、最も悪化する乗り心地性能は、段差乗り越し時のショックとダンピングである（以下、これらショックとダンピングとを総合して、「段差乗り心地性」と称する）。

例えば、ＪＡＴＭＡ規格に定める標準リムに装着し、内圧２３０ｋＰａ、荷重４０００Ｎでのタイヤ横ばね定数が１５０Ｎ／ｍｍ以上のタイヤになると、段差乗り越し時にタイヤサイド部の変形よりもベルト部の変形が非常に大きくなり、ベルト層特性の段差乗り心地性に対する影響が大きくなる。

タイヤ横ばね定数が１５０Ｎ／ｍｍ以上のタイヤの段差乗り心地性を確保するために、ベルト層を構成するスチールコードに必要な重要特性は、コードの曲げ剛性が低いこと、および、コード方向の引っ張り剛性が高いことである。これは、以下の２つの理由による。（１）ベルト層を構成するスチールコードは段差乗り越し時に曲げ変形を受けるので、曲げ剛性が小さいスチールコードのほうが当たりを低下することができる。（２）段差乗り越し時の当たりによって発生するスチールコードの微小振動は、コード方向の引張張力が高いほど減衰が速く、収まりが向上する。そのため、スチールコードは高い引張剛性を有する必要がある。

段差乗り心地性には、スチールコードの微小振動および減衰特性が大きく影響するが、ベルト層全体の振動の影響は小さく、ベルト層の配置、例えば、２層ベルト層の間の中間ゴム層の厚さや、ベルト角度の影響は小さい。なお、本発明者は実際に、中間ゴム層の厚さを０．１ｍｍから２．０ｍｍまで変更して段差乗り心地性評価を実施したが、乗り心地の改善は確認されなかった。また、ベルト層の角度を４５°から７５°まで変更した場合についても段差乗り心地性評価を実施したが、乗り心地の改善は確認されなかった。

かかる知見に基づき、本発明者はさらに鋭意検討した結果、ベルト層のスチールコードとして、特定の物性を満足するコードを用いることにより、段差乗り心地性の改善効果が得られることを見出して、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の空気入りタイヤは、左右一対のビード部およびサイドウォール部と、両サイドウォール部間に連なるトレッド部とを有し、前記ビード部間にトロイド状に延在して、これら各部を補強する少なくとも１枚のカーカスプライからなるカーカスと、該カーカスのクラウン部タイヤ半径方向外側に配置されるスチールコードを補強材として用いた少なくとも２層の交錯ベルト層とを備える空気入りタイヤにおいて、
ＪＡＴＭＡ規格に定める標準リムに装着し、内圧２３０ｋＰａ、荷重４０００Ｎでのタイヤ横ばね定数が１５０Ｎ／ｍｍ以上であり、かつ、前記交錯ベルト層の単位幅あたりのスチールコードの剛性が、下記式で表される関係を満足することを特徴とするものである。
（Ａ−８００）／Ｂ≧２０
Ａ：１％引張時の応力で定義されるコード引張剛性（ｋｇ）×打込み本数（本／５０ｍｍ）
Ｂ：コード３点曲げ試験で得られる、応力‐曲げ変位曲線の２〜６ｍｍ押し込み変形時の傾きで定義されるコード曲げ剛性（ｇ／ｍｍ）×打込み本数（本／５０ｍｍ）。

本発明においては、前記交錯ベルト層内で隣接する前記スチールコード間の距離が０．３ｍｍ以上であることが好ましく、また、前記スチールコードの断面形状が偏平であり、かつ該スチールコードの長手方向が前記交錯ベルト層の幅方向に沿うように配列されていることが好ましい。

本発明によれば、上記構成としたことにより、タイヤ横ばね定数が１５０Ｎ／ｍｍ以上のタイヤにおいて、車両の振動乗り心地性能を向上することが可能となった。

以下、本発明の好適実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１に、本発明の一好適例に係る空気入りタイヤの幅方向片側断面図を示す。図示するように、本発明の空気入りタイヤは、左右一対のビード部１１およびサイドウォール部１２と、両サイドウォール部１２間に連なるトレッド部１３とを有している。また、両ビード部１１間にトロイド状に延在する少なくとも１枚、図示例では１枚のカーカスプライからなるカーカス２は、各ビード部１１内にそれぞれ埋設されたビードコア１の周りにタイヤ内側から外側に折り返して係止され、これら各部１１〜１３を補強している。さらに、このカーカス２のクラウン部タイヤ半径方向外側には、スチールコードを補強材として用いた少なくとも２層、図示例では２層の交錯ベルト層３が配置されている。

本発明のタイヤにおいては、ＪＡＴＭＡ規格に定める標準リムに装着し、内圧２３０ｋＰａ、荷重４０００Ｎでのタイヤ横ばね定数が１５０Ｎ／ｍｍ以上であることが重要であり、より好ましくは、上記条件でのタイヤ横ばね定数が１５０Ｎ／ｍｍ〜８００Ｎ／ｍｍの範囲である。タイヤ横ばね定数を上記範囲として、ビード部からサイドウォール部にかけての部分のタイヤ剛性を高めることで、操縦安定性が向上する。

タイヤ横ばね定数はＪＡＴＭＡ規格に定める標準リムにタイヤを装着し、内圧２３０ｋＰａにてタイヤ直径方向へ４０００Ｎ荷重を負荷したタイヤにおいて、タイヤ回転軸と平行に移動する路面との相対変位量に対して変位方向に発生する力を測定し、下記式に基づき算出する。
タイヤ横ばね定数（Ｎ／ｍｍ）＝変位量５ｍｍ時の横力（Ｎ）／５（ｍｍ）

図１においては、タイヤ横ばね定数を１５０Ｎ／ｍｍ以上とする手段として、インサート補強層４を配置する構成としているが、これ以外のその他の公知の手法を用いることもできる。例えば、前述のビード部１１からサイドウォール部１２にかけて、フリッパを配設する構成としてもよいし、また、カーカス層をビードコア１の廻りにタイヤ内側から外側へ巻き上げた空気入りタイヤにおいて、カーカス層の巻き上げ部のカーカスコードをカーカス層の本体部分のカーカスコードに対して交差させる構成としてもよい。

また、本発明においては、交錯ベルト層３がスチールコードを補強材として用いてなるスチールベルトであり、その単位幅あたりのスチールコードの剛性が、下記式、
（Ａ−８００）／Ｂ≧２０
（ここでＡは１％引張時の応力で定義されるコード引張剛性（ｋｇ）×打込み本数（本／５０ｍｍ）であり、Ｂはコード３点曲げ試験で得られる、応力‐曲げ変位曲線の２〜６ｍｍ押し込み変形時の傾きで定義されるコード曲げ剛性（ｇ／ｍｍ）×打込み本数（本／５０ｍｍ）である）で表される関係を満足することが重要である。スチールコードの曲げ剛性と引張剛性との関係を、上記式を満足するものとすることで、段差乗り心地性を明確に向上することができる。一方、（Ａ−８００）／Ｂの値が２０未満であると、ショックとダンピングとの両立ができなくなり、段差乗り心地性が悪化してしまう。

（Ａ−８００）／Ｂの値は性能面では大きいほど良いが１７０を超えると生産性に不具合が出て製造不良率悪化の問題が生じるため、好ましくは、下記式、
２５≦（Ａ−８００）／Ｂ≦１７０
の関係を満足するスチールコードを用いる。

本発明においては、上記関係式を満足するスチールコードであれば、どのような撚り構造やフィラメント径（素線径）を有するものを用いてもよく、これにより、段差乗り心地性を改善することができる。例えば、撚り構造としては、単撚り、層撚り、複撚り、無撚り、偏平断面等のいかなるものであってもよい。

また、本発明においては、素線径が小さいコードを多い打込み本数で用いるほど、本発明の効果を有利に利用することができるが、層内で隣接するスチールコード間の距離は、好適には０．３ｍｍ以上とする。層内で隣接するスチールコード間の距離が０．３ｍｍ未満であるとスチールコード端部で発生した微細なクラックが、隣接するスチールコード相互間にまたがって成長し、その後、ベルトの積層相互間にもつながって急拡大し、ベルトセパレーションに至る亀裂進展速度が格段に速くなってしまう。層内で隣接するスチールコード間の距離は、より好適には０．４ｍｍ以上であり、例えば、０．５〜１．５ｍｍの範囲内である。

さらに、本発明においては、スチールコードの断面形状を偏平として、かかる偏平コードを、その長径方向がベルト層の幅方向に沿うよう配列させることが好ましい。これにより、より低い面外曲げ剛性を得ることができ、また、操縦安定性に必要な面内曲げ剛性も向上することができる。さらに、ゴムペネトレーション性（以下、「ゴムペネ性」）の確保に対しても有効である。

断面形状が偏平なスチールコード構造としては、素線の螺旋形状が一方向に押しつぶされた単撚り構造や、互いに撚り合わされずに並列した２本の素線をコアとし、このコアの外周に沿ってシース素線を巻きつけた構造等を挙げることができる。中でも特に、２並列＋４〜７構造等の、互いに撚り合わされずに並列した２本の素線をコアとし、コアの周囲に残りの素線を、少なくとも１組の隣接素線間にゴム侵入可能な隙間を有するよう撚り合わせた構造のスチールコードを適用することが好ましく、これにより、より高い面内曲げ剛性、より低い面外曲げ剛性および良好なゴムペネ性を得ることができる。

本発明の空気入りタイヤは、ＪＡＴＭＡ規格に定める標準リムに装着し、内圧２３０ｋＰａ、荷重４０００Ｎでのタイヤ横ばね定数が１５０Ｎ／ｍｍ以上であり、かつ、少なくとも２層の交錯ベルト層に用いられるスチールコードが上記条件を満足するものであればよく、それ以外のタイヤ構造の詳細や各部材の材質等については、特に制限されるものではなく、従来公知のもののうちから適宜選択して構成することができる。例えば、本発明のタイヤにおいて、交錯ベルト層の層数は少なくとも２層、好適には２〜４層であって、そのタイヤ周方向に対する角度は例えば０〜７０°であり、カーカスの配設枚数は１〜４枚とすることができる。また、ビードコアのタイヤ半径方向外側にはビードフィラーが配置されており、トレッド部の裏面には適宜トレッドパターンが形成され、タイヤの最内層にはインナーライナーが配置される。また、本発明のタイヤにおいて、タイヤ内に充填する気体としては、通常のあるいは酸素分圧を変えた空気、または窒素等の不活性ガスを用いることが可能である。

以下、本発明を、実施例を用いてより具体的に説明する。
（比較例１‐１〜１‐９および比較例２‐１〜２‐４）
下記の表１および２中にそれぞれ示すコード構造のスチールコードを２層の交錯ベルト層に適用して、前述のタイヤ横ばね定数の異なるタイヤサイズ１８５／７０Ｒ１４の供試タイヤを作製した。なお、交錯ベルト層のタイヤ周方向に対する角度は±２２°であった。

（実施例１‐１〜１‐９および比較例３‐１〜３‐４）
下記の表３および４中にそれぞれ示すコード構造のスチールコードを２層の交錯ベルト層に適用して、前述のタイヤ横ばね定数の異なるタイヤサイズ２０５／５５Ｒ１６の供試タイヤを作製した。なお、交錯ベルト層のタイヤ周方向に対する角度は±２６°であった。

（実施例２‐１〜２‐９および比較例４‐１〜４‐４）
下記の表５および６中にそれぞれ示すコード構造のスチールコードを２層の交錯ベルト層に適用して、前述のタイヤ横ばね定数の異なるタイヤサイズ２２５／４５Ｒ１７の供試タイヤを作製した。なお、交錯ベルト層のタイヤ周方向に対する角度は±２８°であった。

（段差乗り心地性試験）
得られた各供試タイヤに内圧２３０ｋＰａを充填し、ＪＡＴＭＡ規格に定める標準リムに装着して、タイヤ実車テストを行った。テストは、各供試タイヤをセダンタイプの自動車に４輪とも装着し、２名が乗車して、乗り心地性評価テストコースを走行させることにより実施した。具体的には、６０ｋｍ／時の速度で、路面幅×高さ２ｃｍ×長さ３ｃｍの突起段差を乗り越した際の突き上げ感の、（１）ショックおよび（２）ダンピングについて、それぞれ１〜５点の評点をつけ、各項目を平均して、段差乗り心地性の評点とした。なお、評価は専門のドライバー２名で行い、２名の評点の平均を求めた。段差乗り心地性の総合評価が３点以上であれば問題のないレベルであり、３点未満であると、ドライバーは明確に不快に感じる。その結果を、下記の表１〜６中に併せて示す。

※１ Ｂ：コード３点曲げ試験で得られる、応力‐曲げ変位曲線の２〜６ｍｍ押し込み変形時の傾きで定義されるコード曲げ剛性（ｇ／ｍｍ）×打込み本数（本／５０ｍｍ）の値である。
※２ Ａ：１％引張時の応力で定義されるコード引張剛性（ｋｇ）×打込み本数（本／５０ｍｍ）の値である。

上記表１〜６に示すように、本発明の条件を満たす交錯ベルト層を用いた実施例の供試タイヤにおいては、本発明の条件を満足しない比較例の供試タイヤと比較して、良好な段差乗り心地性が得られることが確かめられた。

本発明の一実施形態に係る空気入りタイヤの幅方向片側断面図である。

符号の説明

１ ビードコア
２ カーカス
３ 交錯ベルト層
４ インサート補強層
１１ ビード部
１２ サイドウォール部
１３ トレッド部

Claims (3)

1. 左右一対のビード部およびサイドウォール部と、両サイドウォール部間に連なるトレッド部とを有し、前記ビード部間にトロイド状に延在して、これら各部を補強する少なくとも１枚のカーカスプライからなるカーカスと、該カーカスのクラウン部タイヤ半径方向外側に配置されるスチールコードを補強材として用いた少なくとも２層の交錯ベルト層とを備える空気入りタイヤにおいて、
   ＪＡＴＭＡ規格に定める標準リムに装着し、内圧２３０ｋＰａ、荷重４０００Ｎでのタイヤ横ばね定数が１５０Ｎ／ｍｍ以上であり、かつ、前記交錯ベルト層の単位幅あたりのスチールコードの剛性が、下記式で表される関係を満足することを特徴とする空気入りタイヤ。
   （Ａ−８００）／Ｂ≧２０
   Ａ：１％引張時の応力で定義されるコード引張剛性（ｋｇ）×打込み本数（本／５０ｍｍ）
   Ｂ：コード３点曲げ試験で得られる、応力‐曲げ変位曲線の２〜６ｍｍ押し込み変形時の傾きで定義されるコード曲げ剛性（ｇ／ｍｍ）×打込み本数（本／５０ｍｍ）
2. 前記交錯ベルト層内で隣接する前記スチールコード間の距離が０．３ｍｍ以上である請求項１記載の空気入りタイヤ。
3. 前記スチールコードの断面形状が偏平であり、かつ該スチールコードの長手方向が前記交錯ベルト層の幅方向に沿うように配列されている請求項１または２記載の空気入りタイヤ。

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