JP2010155553A - 空気入りラジアルタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】周方向ベルトの耐久性の向上を図ることで、特に今後の入力の増大時に懸念されるスチールコードの疲労破断を防止することができる技術を提供する。
【解決手段】カーカス１のタイヤ半径方向外側に、２〜４層のベルト層２とトレッド層５とが順次積層配置されてなる空気入りラジアルタイヤである。ベルト層２のうち１層以上が周方向ベルト層３からなり、周方向ベルト層３がタイヤ幅方向の両外側に位置する一対の外側周方向ベルト層とその間に位置する中側周方向ベルト層とに３分割されている。中側周方向ベルト層のスチールコードが、層撚りスチールコードを波型形状またはジグザグ形状に型付け処理されたものであり、かつ、中側周方向ベルト層のスチールコードを取り出した場合の取り出したスチールコードの型付けの曲率半径Ｒが、１８ｍｍ以上１２５ｍｍ以下の範囲内である。
【選択図】図１

Description

本発明は空気入りラジアルタイヤ（以下、単に「タイヤ」とも称する）に関し、詳しくは、タイヤ周方向に沿う向きに延びる複数本の波型形状またはジグザグ形状の型付けスチールコードからなる周方向ベルト層を備え、耐久性の向上した空気入りラジアルタイヤに関する。

従来、空気入りラジアルタイヤのベルト層として、タイヤ周方向に沿う周方向ベルトを設けることが行われており、かかる周方向ベルトに、ベルト剛性を高めるため波型形状またはジグザク形状に型付けしたコードを適用することも知られている。

例えば、特許文献１には、トラックおよびバス用並びにオフザロード用など高内圧で使用される重荷重用ラジアルタイヤ、特に扁平のタイヤにおいて、波形またはジグザグ形をなしてタイヤの赤道面に沿って延びる多数本のコードまたはフィラメントを補強素子として、これら補強素子をゴムで被覆したプライの複数層を、傾斜配置したコードによるベルトに代えて、または該ベルトに追加して用いることが開示されている。
特開平１１−２４５６１７号公報

しかしながら、波型形状またはジグザグ形状の型付けスチールコードからなる周方向ベルトを有するタイヤでは、その構造から型付け部において大きな負担がかかることは避けられなかった。かかる周方向ベルトは、タイヤ転動時の歪を直接受けるため、タイヤ転動時には型付け部において繰り返しの歪変形を受けることになる。したがって、今後のタイヤサイズの大型化や扁平化による負担増大に伴う入力の増大に起因して、波型形状またはジグザグ形状の型付けスチールコードの疲労破断等の耐久性低下が懸念される。特にベルト端部においては、コードへの入力が大きくなるため、耐久性への懸念は大である。

そこで本発明の目的は、周方向ベルトに波型形状またはジグザグ形状の型付けスチールコードを適用した空気入りラジアルタイヤにおいて、かかる周方向ベルトの耐久性の向上を図ることで、特に今後の入力の増大時に懸念されるスチールコードの疲労破断を防止することができる技術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に鋭意検討した結果、周方向ベルトをタイヤ幅方向に３分割し、その中側周方向ベルト層に、所定の波型形状またはジグザグ形状の型付けスチールコードを適用することにより、周方向ベルト層全体の耐久性を大幅に向上させることができ、特に今後の入力の増大時に懸念されるスチールコードの疲労破断防止に対し効果的であることを見出し、本発明を完成するにいたった。

すなわち、本発明の空気入りラジアルタイヤは、左右一対のビード部間にわたりトロイド状に延在するカーカスを骨格とし、該カーカスのタイヤ半径方向外側に、２〜４層のベルト層とトレッド層とが順次積層配置されてなる空気入りラジアルタイヤにおいて、
前記ベルト層のうち１層以上が周方向ベルト層からなり、該周方向ベルト層がタイヤ幅方向の両外側に位置する一対の外側周方向ベルト層とその間に位置する中側周方向ベルト層とに３分割され、
前記中側周方向ベルト層のスチールコードが、複数本のスチールフィラメントを２層または３層に撚り合わせた層撚りスチールコードを波型形状またはジグザグ形状に型付け処理されたものであり、かつ、該中側周方向ベルト層のスチールコードを取り出した場合の取り出したスチールコードの型付けの曲率半径Ｒが、１８ｍｍ以上１２５ｍｍ以下の範囲内であることを特徴とするものである。
以下に、本発明の空気入りラジアルタイヤにおける好適実施態様を挙げる。

前記外側周方向ベルト層のスチールコードの破断伸度（Ｅｏ）と前記中側周方向ベルト層のスチールコードの破断伸度（Ｅｉ）とが次式、
Ｅｏ＞Ｅｉ、かつ、２．５≧Ｅｏ／Ｅｉ≧１．０５
で表される関係を満たし、かつ前記外側周方向ベルト層のスチールコードが真直である。

前記中側周方向ベルト層の幅（Ｗｉ）が前記周方向ベルト層の全幅（Ｗｔ）に対し、次式、
０．９５×Ｗｔ≧Ｗｉ≧０．５×Ｗｔ
で表される関係を満たす。

前記外側周方向ベルト層のスチールコード径（Ｄｏ）と前記中側周方向ベルト層のスチールコード径（Ｄｉ）とが次式、
１．１５ ≧Ｄｏ／Ｄｉ≧０．８５
で表される関係を満たす。

前記中側周方向ベルト層のスチールコードが、０．１２ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下のフィラメント径（Ｄｆ）を有するフィラメントからなる撚りコードであり、１．２０ｍｍ以上３．００ｍｍ以下のコード径（Ｄｉ）を有する。

前記中側周方向ベルト層のスチールコードの型付け内側部と外側部とにおいて、少なくともシース部のフィラメントの残留応力比が次式、
−０．５≦Ｌ１／Ｌ２＜０．５、Ｌ２≦０
（式中、Ｌ１は内側部フィラメント残留応力、Ｌ２は外側部フィラメント残留応力を表し、残留応力の＋は引張側、−は圧縮側である）で表される関係を満たす。

前記周方向ベルト層が、ゴム−スチールコード複合体ストリップをタイヤ周方向に沿って螺旋状に巻回して配列させてなる。

前記ベルト層が、タイヤ周方向に対し傾斜した向きに延びるコードからなる交錯ベルトを１層ないし３層含む。

本発明によれば、上記構成としたことにより、周方向ベルトにおける波型形状またはジグザク形状の型付けスチールコードの耐久性を向上して、スチールコードの疲労破断を効果的に防止することができる空気入りラジアルタイヤを実現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は、本発明の一例の空気入りラジアルタイヤのトレッド部を拡大して示す断面図をである。図示する本発明の空気入りラジアルタイヤ１０は、左右一対のビード部（図示せず）間にわたりトロイド状に延在するカーカス１を骨格とし、そのタイヤ半径方向外側に、ベルト層２およびトレッド層５が順次積層配置されてなるものである。

本発明においては、ベルト層２の１層以上（図示例では２層）が、周方向ベルト層３からなり、この周方向ベルト層３がタイヤ幅方向の両外側に位置する一対の外側周方向ベルト層３ｂとその間に位置する中側周方向ベルト層３ａとに３分割されている。かかる周方向ベルト層３は、複数本のコードをゴムで被覆してなるゴム−スチールコード複合体ストリップをタイヤ周方向に沿って螺旋状に巻回することにより好適に形成することができる。

中側周方向ベルト層３ａのスチールコードは、複数本のスチールフィラメントを２層または３層に撚り合わせた層撚りスチールコードを波型形状またはジグザグ形状に型付け処理されたものであり（図２参照）、かつ、中側周方向ベルト層３ａのスチールコードを取り出した場合の取り出したスチールコードの型付けの曲率半径Ｒが、１８ｍｍ以上１２５ｍｍ以下、好ましくは２０ｍｍ以上７５ｍｍ以下の範囲内であることが肝要である。

前述したように、波型形状またはジグザグ形状の型付けスチールコードでは型付け部に曲げ歪の集中が起こり、今後のタイヤサイズの大型化等に伴う入力の増大によっては、そこを起点としてスチールコードの疲労破断が発生してしまう懸念がある。それを防ぐためには、中側周方向ベルト層３ａにおけるスチールコードの型付け部の曲率半径Ｒを大きくして、曲げ歪の集中を緩和させることが有効である。本発明においては、かかる型付け部の曲率半径Ｒを上記範囲内と規定することで、曲げ歪の集中を効果的に緩和させて、疲労破断の発生を防止することを可能にしたものである。

ここで、本発明において型付け部の曲率半径Ｒとは、図３に示すように、波型形状またはジグザグ形状に加工されたスチールコード２０（振幅ａ，波長λ）の型付け部を、円弧で近似して測定した曲率半径として定義される。具体的には、理想的な曲率半径Ｒは、振幅ａおよび波長λより、Ｒ＝１／ａ（λ／２π）２とする。この曲率半径Ｒが１８ｍｍ未満であると、曲げ歪の緩和が不十分となり、一方、１２５ｍｍを超えると、タイヤに必要なスチール量が確保できなくなるため、他性能面での懸念が生ずる。

本発明においては、外側周方向ベルト層３ｂのスチールコードの破断伸度（Ｅｏ）と中側周方向ベルト層３ａのスチールコードの破断伸度（Ｅｉ）とが次式、
Ｅｏ＞Ｅｉ、かつ、２．５≧Ｅｏ／Ｅｉ≧１．０５
で表される関係を満たし、かつ外側周方向ベルト層３ｂのスチールコードが真直であることが好ましい。すなわち、本発明においては、外側周方向ベルト層３ｂのコード自身が伸長し、かつ真直で中側周方向ベルト層３ａのスチールコードよりも破断伸度が大きいスチールコードを適用することが好ましい。波型形状またはジグザグ形状に型付けしたスチールコードにおいて十分な伸度を出すためには、型付け量を大きくする必要があるが、タイヤの外観上に影響を及ぼしてしまうことになる。また、型付け部において応力集中がおきやすくなるため、大入力に対しては、疲労破断が懸念される。かかる観点から、外側周方向ベルト層３ｂのスチールコードは応力分散可能な真直コードを適用することが好ましい。なお、ベルト層の全幅にわたり、破断伸度の大きい当該スチールコードを配置すると、周方向ベルト層の本来の目的である十分なタガ効果を発揮することができないため、外側周方向ベルト層３ｂのみに真直コードを適用することが好ましい。

かかる外側周方向ベルト層３ｂのスチールコードとして、３〜６本のスチールフィラメントを撚り合わせてなる１×ｎ構造の単撚り構造を有し、コード軸方向に対し撚り角が６９度以下で、かつ破断伸度が１．８％以上であるスチールコード、および、３〜９本のスチールフィラメントを撚り合わせてなるストランドを２〜５本撚り合わせてなるｎ×ｍの複撚り構造を有し、コード軸方向に対し撚り角が６９度以下で、かつ破断伸度が１．８％以上であるスチールコードを好適に挙げることができる。

本発明においては、所望の効果と十分なタガ効果を得る上で、中側周方向ベルト層３ａの幅（Ｗｉ）が周方向ベルト層の全幅（Ｗｔ）に対し、次式、
０．９５×Ｗｔ≧Ｗｉ≧０．５×Ｗｔ
で表される関係を満たすことが好ましい。

また、本発明においては、外側周方向ベルト層３ｂ単位幅あたりの破断強力（Ｔｏ）と中側周方向ベルト層３ａの単位幅あたりの破断強力（Ｔｉ）とが次式、
Ｔｏ／Ｔｉ≧０．９２
で表される関係を満たすことが望ましい。この値が０．９２未満であると、全幅に波型形状もしくはジグザグ形状に型付けられたスチールコードを適用したタイヤと比べ、全体のケース剛性が低下してしまうことになる。

さらに、外側周方向ベルト層３ｂのスチールコード径（Ｄｏ）と中側周方向ベルト層３ａのスチールコード径（Ｄｉ）とが次式、
１．１５ ≧Ｄｏ／Ｄｉ≧０．８５
で表される関係を満足することが望ましい。この値が０．８５未満であるか、または１．１５を超えてしまうと外側ストリップと内側ストリップとの間で段差が生じ、耐久性が低下してしまう。

さらにまた、外側周方向ベルト層３ｂと中側周方向ベルト層３ａのコード打込み本数は、所望の効果と十分なタガ効果を得る上で、好ましくは１２〜６０本／５０ｍｍ、より好ましくは２０〜３０本／５０ｍｍである。

本発明においては、中側周方向ベルト層３ａのスチールコードが、所望の効果を得る上で、０．１２ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下のフィラメント径（Ｄｆ）を有するフィラメントからなる撚りコードであり、１．２０ｍｍ以上３．００ｍｍ以下のコード径（Ｄｉ）を有することが好ましい。また、中側周方向ベルト層３ａのスチールコードの型付け部の曲率半径Ｒを大きくするとともに、タイヤ入力以上の入力をコードにかけることにより、型付け内側部の残留応力Ｌ１が−側へシフトすることが好ましい。即ち、本発明においては、タイヤ周方向に沿う向きに延びる複数本の波型形状またはジグザグ形状の型付けスチールコードを、形状を変化させることなくタイヤ中の周方向ベルトから取り出したときの、当該スチールコードの型付け内側部と外側部において、少なくともシース部のフィラメントの残留応力比が次式、
−０．５≦Ｌ１／Ｌ２＜０．５、Ｌ２≦０
（式中、Ｌ１は内側部フィラメント残留応力、Ｌ２は外側部フィラメント残留応力を表し、残留応力の＋は引張側、−は圧縮側である）で表される関係を満たすことが好ましい（図３参照）

前述したように、波型形状またはジグザグ形状の型付けスチールコードでは型付け部に曲げ歪の集中が起こり、今後のサイズ大型化等に伴う入力の増大によっては、そこを起点としてスチールコードの疲労破断が発生してしまう懸念がある。それを防ぐためには、Ｒを大きくして曲げ歪を分散化させるほかに、＋側になっている型付け内側部のフィラメントの残留応力を−側に出来る限りシフトさせることが有効である。本発明は、残留応力に関して規定することで、より一層疲労破断の発生を効果的に防止することを可能にしたものである。

Ｌ２≦０において、Ｌ１／Ｌ２の比が−０．５を下回ると、型付け谷部のフィラメントの表面歪が＋方向へ大きくシフトしてしまうため、疲労性低下の要因となってしまう。また、Ｌ１／Ｌ２の比が０．５を上回ると、スチールコードの波型形状もしくはジグザグ形状は殆ど形状をなさなくなるため、必要な初期歪量０．３％以上３．０％以内を確保することが困難となる。タイヤ使用時に必要な歪量を確保できないと、内圧時および径成長時にコードが伸びきってしまい、タイヤがバックリングして正常な形状とならず、偏摩耗性悪化の原因となる。ここで、スチールコード初期歪量とは、図４にて示される量である。

かかる残留応力は、ＸＲＤ装置を用いてσ２２成分を規定することにより求めることができる。σ２２とは、フィラメント直径方向σ１２およびσ１１に対して垂直方向に働く応力である（図５参照）。測定に際しては、タイヤ中から取り出したコードに対して、溶剤でゴムとメッキを溶かし、スポットサイズ５０μｍの照射条件でＸ線を照射して、残留応力を求めることができる。

本発明においては、周方向ベルト層が５枚以上になると、全体のゲージが厚くなりすぎ、重量増、発熱耐久性の悪化を招くので、周方向ベルト層３は１〜４層とすることが望ましい。

また、ベルト層２は、好適には、上記周方向ベルト３に加えて、タイヤ周方向に対し傾斜した向きに延びるコードからなる交錯ベルト４を、１層ないし３層含む。図示する例では、層間で互いに交錯する交錯ベルト４を、２層にて配置している。交錯ベルト４を配置しない場合、タイヤ幅方向の変形を抑えられずに、偏摩耗性の悪化を生ずる場合がある。一方、交錯ベルト４を４層以上配置すると、全体のゲージが厚くなりすぎて、重量増や発熱耐久性の悪化をもたらすおそれがある。

本発明の空気入りラジアルタイヤ１０において、カーカス１のクラウン部のタイヤ半径方向外側に配置されるトレッド層５の表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（図示せず）が配置される。さらに、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詳細に説明する。
図１に示す構造を有するタイヤサイズ４９５／４５Ｒ２２．５の空気入りラジアルタイヤを、外側および中側の周方向ベルト層に適用するスチールコードの条件を下記表１および２に示すようにそれぞれ変えて製造した。

各供試タイヤにおいて、ベルト層２は、タイヤ周方向に沿う向きに延びる周方向ベルト３の２層と、タイヤ周方向に対し傾斜した向きに延びるコードからなる交錯ベルト４の２層とからなるものとした。

＜疲労特性の評価＞
各供試タイヤ中のスチールコードの疲労特性を、正規内圧、正規荷重の１１０％の負荷条件下で６０ｋｍ／ｈにて７．０万ｋｍ走行させる室内試験を行った後に、Ｘ線検査を実施することにより評価した。Ｘ線検査でコード切れなく疲労耐久性に優れている場合を◎、コード切れは若干見られるが実用上問題ない場合を○、ややコード切れが確認できる場合を○、コード切れありの場合を×とした。その結果を、下記の表１、２中に併せて示す。
なお、表中の残留応力Ｌ１およびＬ２は、ＸＲＤ装置を用いて、タイヤ中から取り出したコードに対して溶剤でゴムとメッキを溶かし、スポットサイズ５０μｍの照射条件でＸ線を照射して求めた。

上記表１、２に示すように、本発明の条件を満足する周方向ベルト層を用いた実施例の空気入りラジアルタイヤでは、スチールコードの疲労耐久性を向上できることが確かめられた。

本発明の一例の空気入りラジアルタイヤのトレッド部近傍を示す拡大断面図である。 本発明に係る周方向ベルト層の概略図である。 波型形状に加工されたスチールコードを示す説明図である。 スチールコードの歪−荷重曲線を示すグラフである。 残留応力の測定方法を示す説明図である。

符号の説明

１ カーカス
２ ベルト層
３ 周方向ベルト
４ 交錯ベルト
５ トレッド層
１０ 空気入りラジアルタイヤ
２０ スチールコード

Claims (8)

1. 左右一対のビード部間にわたりトロイド状に延在するカーカスを骨格とし、該カーカスのタイヤ半径方向外側に、２〜４層のベルト層とトレッド層とが順次積層配置されてなる空気入りラジアルタイヤにおいて、
   前記ベルト層のうち１層以上が周方向ベルト層からなり、該周方向ベルト層がタイヤ幅方向の両外側に位置する一対の外側周方向ベルト層とその間に位置する中側周方向ベルト層とに３分割され、
   前記中側周方向ベルト層のスチールコードが、複数本のスチールフィラメントを２層または３層に撚り合わせた層撚りスチールコードを波型形状またはジグザグ形状に型付け処理されたものであり、かつ、該中側周方向ベルト層のスチールコードを取り出した場合の取り出したスチールコードの型付けの曲率半径Ｒが、１８ｍｍ以上１２５ｍｍ以下の範囲内であることを特徴とする空気入りラジアルタイヤ。
2. 前記外側周方向ベルト層のスチールコードの破断伸度（Ｅｏ）と前記中側周方向ベルト層のスチールコードの破断伸度（Ｅｉ）とが次式、
   Ｅｏ＞Ｅｉ、かつ、２．５≧Ｅｏ／Ｅｉ≧１．０５
   で表される関係を満たし、かつ前記外側周方向ベルト層のスチールコードが真直である請求項１記載の空気入りラジアルタイヤ。
3. 前記中側周方向ベルト層の幅（Ｗｉ）が前記周方向ベルト層の全幅（Ｗｔ）に対し、次式、
   ０．９５×Ｗｔ≧Ｗｉ≧０．５×Ｗｔ
   で表される関係を満たす請求項１または２記載の空気入りラジアルタイヤ。
4. 前記外側周方向ベルト層のスチールコード径（Ｄｏ）と前記中側周方向ベルト層のスチールコード径（Ｄｉ）とが次式、
   １．１５ ≧Ｄｏ／Ｄｉ≧０．８５
   で表される関係を満たす請求項１〜３のうちいずれか一項記載の空気入りラジアルタイヤ。
5. 前記中側周方向ベルト層のスチールコードが、０．１２ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下のフィラメント径（Ｄｆ）を有するフィラメントからなる撚りコードであり、１．２０ｍｍ以上３．００ｍｍ以下のコード径（Ｄｉ）を有する請求項１〜４のうちいずれか一項記載の空気入りラジアルタイヤ。
6. 前記中側周方向ベルト層のスチールコードの型付け内側部と外側部とにおいて、少なくともシース部のフィラメントの残留応力比が次式、
   −０．５≦Ｌ１／Ｌ２＜０．５、Ｌ２≦０
   （式中、Ｌ１は内側部フィラメント残留応力、Ｌ２は外側部フィラメント残留応力を表し、残留応力の＋は引張側、−は圧縮側である）で表される関係を満たす請求項１〜５のうちいずれか一項記載の空気入りラジアルタイヤ。
7. 前記周方向ベルト層が、ゴム−スチールコード複合体ストリップをタイヤ周方向に沿って螺旋状に巻回して配列させてなる請求項１〜６のうちいずれか一項記載の空気入りラジアルタイヤ。
8. 前記ベルト層が、タイヤ周方向に対し傾斜した向きに延びるコードからなる交錯ベルトを１層ないし３層含む請求項１〜７のうちいずれか一項記載の空気入りラジアルタイヤ。

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