JP2012106568A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】重量増加を極力抑えながら、乗り心地性を損なうことなく操縦安定性を向上することができる空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】ビード部１からサイドウォール部２までの領域内にタイヤ径方向に延びるサイド補強層１０を設けた空気入りタイヤにおいて、前記サイド補強層１０はスチールコード１２を所定間隔で配列してなるものであり、該スチールコード１２を、線径０．０９〜０．１２ｍｍの複数本の金属フィラメントを撚り合わせて構成するとともに、コード曲げ最大荷重を１０〜５０ｃＮ、かつコード引張強力を１５０〜４００Ｎに設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気入りタイヤに関し、より詳細にはサイド補強層を備えた空気入りタイヤに関するものである。

近年の車両の高性能化に伴い、操縦安定性を一層改善した空気入りラジアルタイヤが強く求められている。そこで、その対策として、ビード部からサイドウォール部にかけて、ビードコアの近傍からタイヤ径方向に延びるサイド補強層を埋没するようにした技術が提案されている（例えば、下記特許文献１，２参照）。

従来、この種のサイド補強層を構成するコードとしては、線径０．２０ｍｍ以上の複数本の金属フィラメントを２＋ｍもしくは１×ｎ構造にて撚り合わせたスチールコードが主として用いられている。

このような従来のサイド補強層を設けたタイヤであると、操縦安定性は向上するものの、乗り心地性が悪化するという問題がある。また、サイド補強層を設けることによるタイヤ重量増加も否めない。

なお、下記特許文献３には、複数本の金属フィラメントを撚り合わせたタイヤ用スチールコードにおいて、該金属フィラメントの線径を０．０５〜０．１０ｍｍの範囲とし、コード１本当たりの曲げ剛性を３．０ｇ・ｃｍ以下、かつ引張強さを１６５Ｎ以上としたものが開示されている。しかしながら、同文献は、該スチールコードをカーカスプライ又はベルト層のコードとして用いるものであり、サイド補強層として用いることは開示されておらず、またコード曲げ最大荷重を１０〜５０ｃＮに設定する点も開示されていない。

特開２００３−１８２３１８号公報 特開２００８−２２２０７２号公報 特開２００７−３１４８９７号公報

本発明は、上記の問題点に鑑み、重量増加を極力抑えながら、乗り心地性を損なうことなく操縦安定性を向上することができる空気入りタイヤを提供することを目的とする。

本発明に係る空気入りタイヤは、左右一対のビード部及びサイドウォール部と、前記左右のサイドウォール部間に設けられたトレッド部を備え、前記ビード部から前記サイドウォール部までの領域内にタイヤ径方向に延びるものであってスチールコードを所定間隔で配列してなるサイド補強層を設けた空気入りタイヤにおいて、前記スチールコードは、線径０．０９〜０．１２ｍｍの複数本の金属フィラメントを撚り合わせてなり、コード曲げ最大荷重が１０〜５０ｃＮ、かつコード引張強力が１５０〜４００Ｎであることを特徴とするものである。

本発明では、サイド補強層に上記のような極細線の金属フィラメントを撚り合わせたスチールコードを使用している。該スチールコードは、従来のサイド補強層に使用されているスチールコードに比べてコード径を小さくできること、またその柔らかい曲げ剛性により、タイヤの重量増加を極力抑えつつ、タイヤの径方向剛性と周方向剛性をバランスよく増大させることができ、乗り心地性を損なうことなく操縦安定性を向上することができる。そのため、従来のサイド補強層を設けた場合に比べて、優れた操縦安定性を維持しながら、乗り心地性を向上することができる。

一実施形態に係る空気入りラジアルタイヤの半断面図である。 該タイヤ内部のサイド補強層構成を示す側面模式図である。 該サイド補強層を構成するスチールコードの断面図である。 該スチールコードの曲げ最大荷重の測定方法を説明する図面である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１に示すように、実施形態の空気入りタイヤは、乗用車用空気入りラジアルタイヤであって、左右一対のビード部（１）及びサイドウォール部（２）と、左右のサイドウォール部（２）の径方向外方端部同士を連結するように両サイドウォール部（２）間に設けられたトレッド部（３）とを備えて構成されており、一対のビード部（１）間にまたがって延びるカーカス（４）が設けられている。

カーカス（４）は、トレッド部（３）からサイドウォール部（２）をへて、ビード部（１）に埋設された環状のビードコア（５）にて両端部が係止された少なくとも１枚のカーカスプライからなり、この例では１枚のカーカスプライにより構成されている。カーカスプライは、有機繊維コード等からなるカーカスコードをタイヤ周方向に対し実質上直角に配列してなる。

カーカス（４）の両端部は、ビードコア（５）にてタイヤ軸方向内側から外側に折り返すことで係止されている。従って、カーカス（４）は、左右のビードコア（５）間に跨るトロイド状の本体部（４Ａ）と、該本体部（４Ａ）の両端においてビードコア（５）の周りをタイヤ軸方向内側から外側に折り返された折返し部（４Ｂ）とからなる。そして、本体部（４Ａ）と折返し部（４Ｂ）との間には、ビードコア（５）の径方向外周側に断面三角形状をなす硬質ゴム製のビードフィラー（６）が配されている。

トレッド部（３）におけるカーカス（４）の外周側（即ち、タイヤ径方向外側）にはベルト（７）が配されている。ベルト（７）は、カーカス（４）のクラウン部の外周に重ねて設けられており、１枚又は複数枚のベルト層、通常は少なくとも２枚のベルト層で構成することができ、本実施形態では２枚のベルト層で構成されている。そして、ベルト（７）の外周側（即ち、タイヤ半径方向外側）において、ベルト（７）とトレッドゴム部（８）との間に、有機繊維コードを螺旋状に巻回してなるベルト補強層（９）が設けられている。なお、ベルト（７）は、従来一般的なベルト用スチールコードをタイヤ周方向に対して一定角度で傾斜させかつタイヤ幅方向に所定間隔にて配列させてなるものであり、２枚のベルト層間で、スチールコードが互いに交差するように配設されている。

以上の構成において、本実施形態のものでは、ビード部（１）からサイドウォール部（２）までの領域内に、タイヤ径方向に延びるサイド補強層（10）が設けられている。サイド補強層（10）は、複数本のスチールコードを所定間隔で略平行に配列し、ゴム被覆してなるゴム層である。

サイド補強層（10）は、ビード部（１）からサイドウォール部（２）までの領域内であれば、ビード部（１）内だけで設けられても、サイドウォール部（２）内だけで設けられても、ビード部（１）からサイドウォール部（２）に跨るように設けられてもよい。この例では、サイド補強層（10）は、ビード部（１）からサイドウォール部（２）に跨るように、ビードコア（５）の近傍からタイヤ径方向外方に延びてサイドウォール部（２）にかかるように形成され、かつタイヤ最大幅位置（２Ａ）までは達しないように、当該最大幅位置（２Ａ）よりもタイヤ径方向内側で終端している。

より詳細には、サイド補強層（10）は、ビードフィラー（６）のタイヤ軸方向外側面に沿って設けられており、すなわち、ビードフィラー（６）とカーカス（４）の折返し部（４Ｂ）との間に介設されている。また、サイド補強層（10）の径方向外端（10Ａ）がカーカス（４）の折返し部（４Ｂ）でタイヤ軸方向外側から覆われるように、折返し部（４Ｂ）のタイヤ径方向外端（４ＢＥ）はサイド補強層（10）の径方向外端（10Ａ）よりもタイヤ径方向外方まで延在している。

サイド補強層（10）を構成する補強コードとしてのスチールコードには、線径（フィラメント径ｄ、図３参照）が０．０９〜０．１２ｍｍの複数本の金属フィラメントを撚り合わせてなるものが用いられている。このような極細線の金属素線を撚り合わせたスチールコードを使用することにより、従来のサイド補強層用のスチールコードに比べて、コード径を小さくすることができるとともに、柔らかい曲げ剛性を付与することができる。

金属フィラメントの線径が０．０９ｍｍ未満であると、金属フィラメント製造時の伸線加工が困難となり、生産性が低下する。逆に、線径が０．１２ｍｍを超えると、スチールコードに充分なしなやかさを与えることができず、耐疲労性が低下する。

ここで、フィラメント径の測定は、ＪＩＳ Ｇ３５１０に準拠し、所定の厚み計により金属フィラメントの直径を計測することにより行われる。

複数本の金属フィラメントを撚り合わせてスチールコードとする場合、各金属フィラメントは、上記線径の範囲内にある限り、同一径でも線径の異なるものを撚り合わせてもよいが、好ましくは同一径の複数本の金属フィラメントを撚り合わせることである。また、撚り合わせる本数は、後述するコード最大曲げ荷重やコード引張強力の規定を満足する限り特に限定されないが、５〜１５本であることが好ましく、より好ましくは６〜１２本である。

該スチールコードの撚り構造も特に限定されず、例えば、１本又は複数本の金属フィラメント（14）を撚り合わせた芯部（16）の周りに、鞘部（18）として複数本の金属フィラメント（14）を撚り合わせてなるｍ＋ｎの複層撚り構造（ｍ（芯）＝１〜３、ｎ（鞘）＝５〜９）（図３参照）や、ｎ本の金属フィラメントを撚り合わせてなる１×ｎの単撚り構造（ｎ＝５〜１５）や、ｎ本の金属フィラメントを下撚りしてなるストランドを更にｍ本上撚りしてなるｍ×ｎの複撚り構造（ｍ＝３〜５、ｎ＝２〜４）等が挙げられる。

図３は、該スチールコード（12）の撚り構造のより好ましい態様例を示したものであり、図３（ａ）は３＋８の撚り構造のコード断面を、図３（ｂ）は２＋７の撚り構造のコード断面をそれぞれ示している。このように、スチールコード（12）の特に好ましい撚り構造は、ｍ＋ｎの複層撚り構造（ｍ＝２又は３、ｎ＝６〜９）である。

該スチールコード（12）は、コード一本当たりの最大曲げ荷重（コード最大曲げ荷重）が１０〜５０ｃＮであり、かつ引張強力（コード引張強力）が１５０〜４００Ｎであることが肝要である。これらのコード物性は、上述した極細線の金属フィラメントを用いて、その線径に応じて、撚り本数や撚りピッチなどを調整することにより得られる。詳細には、一般に、金属フィラメントの線径が小さいほど、コード最大曲げ荷重とコード引張強力は小さくなり、また、線径が同じであれば、撚り本数が多いほど、コード最大曲げ荷重とコード引張強力は大きくなり、更に、撚りピッチが短いほど、コード曲げ最大荷重とコード引張強力は小さくなる、という傾向にある。そのため、これらの点を考慮して、コード最大曲げ荷重とコード引張強力を上記範囲内に設定することができる。

コード最大曲げ荷重が１０ｃＮ未満であると、必要な剛性が得られず、操縦安定性が低下する。逆に、５０ｃＮを超えると、コードとしてのしなやかさが不十分となって衝撃吸収性が損なわれ、乗り心地性が低下する。コード最大曲げ荷重は、より好ましくは１０〜３０ｃＮである。

ここで、コード最大曲げ荷重は、引張試験機を用いてスチールコードを曲げたときの最大荷重であり、次のようにして測定される。すなわち、常温下にて、長さ１２０ｍｍのスチールコード（12）を、図４に示すように、両端がフリーの状態で、中央部を２５．４ｍｍ間隔の位置で吊り下げた状態に支持具（20）で支持するとともに、その中点（12Ｍ）を逆Ｕ字状の固定された治具（21）の上辺部（21Ａ）に対して、下側から直角に交差するように当てる。この状態から、前記支持具（20）を引張速度５００ｍｍ／分で上方に引き上げて、スチールコード（12）を治具（21）により曲げながら、支持具（20）にかかる荷重を測定する。そのときの最大荷重が該スチールコード（12）の最大曲げ荷重であり、ｎ＝５の平均値をもって本発明におけるコード最大曲げ荷重とする。

上記コード引張強力が１５０Ｎ未満であると、タイヤ走行時に受ける衝撃力や過荷重などによってスチールコード（12）が破断するおそれがある。一方、コード引張強力が４００Ｎよりも大きいと、乗り心地性が損なわれたり、あるいはまた大きなコード引張強力を得るために金属フィラメントの撚り本数を増やす必要があり、そのため、コード径が大きくなり、サイド補強層（10）を構成するゴム層の厚みが大きくなって、重量増加を抑えることができない場合がある。コード引張強力は、より好ましくは２００〜３５０ｃＮである。

ここで、コード引張強力は、ＪＩＳ Ｇ３５１０に準拠し、スチールコードの強伸度特性を引張試験機を用いて測定することにより求められ、詳細には、コードつかみ間隔を２５０ｍｍ以上確保し、該コードつかみ間隔の１／１０（ｍｍ／分）の引張速度にて測定したときのスチールコードが切断するのに要する最大荷重である。

該スチールコード（12）のコード径（Ｄ、図３参照）は特に限定されないが、０．３０〜０．６０ｍｍであることが、サイド補強層（10）を構成するゴム層の厚みを小さくして、重量増加を抑える上で好ましい。ここで、コード径の測定は、ＪＩＳ Ｇ３５１０に準拠し、所定の厚み計によりスチールコード（12）の直径を計測することにより行われる。

図２に示すように、サイド補強層（10）において、上記スチールコード（12）は、タイヤ周方向（Ｃ）に対して２０〜５０度の傾斜角度（θ）で配列される。スチールコード（12）の配設角度を２０〜５０度に設定することにより、該サイド補強層（10）によってタイヤの径方向剛性と周方向剛性をバランスよく向上することができる。すなわち、スチールコード（12）の傾斜角度（θ）が２０度未満であると、タイヤの径方向剛性を適正値に維持することが難しい。逆に、傾斜角度（θ）が５０度を超えると、タイヤの周方向剛性を効果的に増加させることが困難となる。傾斜角度（θ）は、より好ましくは２５〜４０度である。

より詳細には、サイド補強層（10）において、スチールコード（12）は、径方向外方に行くに従って、タイヤ周方向（Ｃ）に対する傾斜角度が若干大きくなるように湾曲線状に延びており、これにより、隣接するスチールコード（12）同士の間隔（周方向（Ｃ）に沿う方向でのコード間距離）が、径方向で一定に設定されており、すなわち、ビード部（１）側の径方向内端とサイドウォール部（２）側の径方向外端（10Ａ）とでコード間距離は同等に設定されている。

ここで、スチールコード（12）の傾斜角度（θ）は、サイド補強層（10）のタイヤ径方向中間位置にてタイヤ周方向（Ｃ）に対して接線（Ｔ）を引き、該接線（Ｔ）に対するスチールコード（12）の交差角度（θ）を測定することにより求められる。

サイド補強層（10）における上記スチールコード（12）のエンド数（打ち込み本数）は、コード引張強力等に応じて適宜に設定することができ、特に限定されないが、１５〜４０本／２５．４ｍｍであることが好ましい。ここで、コードエンド数は、サイド補強層（10）のタイヤ径方向中間位置における値である。

本実施形態の空気入りタイヤの製造は、サイド補強層（10）を設けること以外は、通常のタイヤの製法と同じであり、当該製法に準じて製造することができる。例えば、タイヤ成形ドラム上でカーカス（４）の両端部を折り返すときに、ベルト補強層（10）を構成する補強プライ（スチールコード（12）を引き揃えた後、ゴム被覆したトッピング反）をビードフィラー（６）上に重ね配置して、その上にカーカス（４）の折返し部（４Ｂ）を重ねるようにして生タイヤ（グリーンタイヤ）を作製し、得られた生タイヤを加硫成型することで空気入りラジアルタイヤが得られる。その際、タイヤは曲面状に拡張成形されるので、その拡張率を考慮したスチールコード（12）のエンド数と傾斜角度を持つ補強プライを使用すればよい。

以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

図１に示す断面形状を持つタイヤサイズ２１５／４５Ｒ１７のラジアルタイヤを試作した。サイド補強層（10）の構成は、下記表１に示す通りであり、各タイヤについて、サイド補強層（10）以外の構成は、全て共通の構成とした。

詳細には、ベルト（７）は、一般に使用されている２＋１×０．２７ｍｍ構造のスチールコードをエンド数が２１本／２５．４ｍｍとしたものを２枚（コード角度は、＋２５°／−２５°）とした。カーカス（４）は、ポリエステル繊維の１６７０ｄｔｅｘ／２コードをエンド数が２２本／２５ｍｍで配列したものの１プライとした。ベルト補強層（９）は、ナイロン６６繊維の９４０ｄｔｅｘ／２コードをエンド数が３４本／２５．４ｍｍにてタイヤ周方向に対する角度０度で配列した。

表１中のＴＯＰ反重量は、トッピングゴムによってスチールコード（12）を被覆してなるサイド補強層（10）の補強プライとしての厚みであり、従来例２の値を１００とした指数で表示した。指数が小さいほど軽量であることを示す。

得られた各タイヤについて、タイヤ重量を測定するとともに、ドラム耐久性と実車操縦安定性と実車乗り心地性を測定評価した。結果を表１に示す。各測定評価方法は以下の通りである。

・タイヤ重量：得られたタイヤの重量を測定し、実際のタイヤ重量とともに、サイド補強層を設けていない従来例１のタイヤ重量を１００とした指数で表示した。

・ドラム耐久性：表面が平滑な鋼製のドラム試験機（ドラム直径＝１７００ｍｍ）を用い（周辺温度は３８±３℃）、ＪＡＴＭＡ規定のタイヤ内圧で、速度は８０ｋｍ／ｈで一定とし、ＪＡＴＭＡ規定の最大荷重の８５％で４時間、次に最大荷重の９０％で６時間、さらに最大荷重の１００％で２４時間走行させた後、外観及び内面を調査し、異常がなければ更に最大荷重の１２０％で２４時間走行させる。このとき外観及び内面に異常がなければ更に最大荷重の１４０％で故障が起こるまで走行させる。故障が発生するまでの走行距離を、従来例２のタイヤを１００とした指数で表示した。数字が大きいほどタイヤ耐久性に優れることを示す。

・実車操縦安定性：１７×７ＪＪのリムに内圧２２０ｋＰａで組み込んだ各タイヤを排気量２０００ｃｃの試験車両に装着し、訓練された３名のテストドライバーにてテストコースを走行し、フィーリング評価した。採点は１０段階評価とし、従来例１のタイヤを６点とした相対比較にて行い、３人の平均点を従来例１のタイヤを１００として指数表示した。数字が大きいほど、操縦安定性に優れることを意味する。

・実車乗り心地性：１７×７ＪＪのリムに内圧２２０ｋＰａで組み込んだ各タイヤを排気量２０００ｃｃの試験車両に装着し、訓練された３名のテストドライバーにてテストコースを走行し、フィーリング評価した。採点は１０段階評価とし、従来例１のタイヤを６点とした相対比較にて行い、３人の平均点を従来例１のタイヤを１００として指数表示した。数字が大きいほど、乗り心地性に優れることを意味する。

従来例１は、サイド補強層のない従来のタイヤであり、これに対し、従来例２は、線径０．２７ｍｍであるスチールコードをサイド補強層に用いた従来のサイド補強層を備えたタイヤである。従来例２では、サイド補強層を設けることで、従来例１に対して実車操縦安定性は向上したものの、実車乗り心地性が悪化した。

これに対し、本発明に係る実施例１〜５であると、従来例２に対して、ドラム耐久性と実車操縦安定性はほぼ同レベルであるが、実車乗り心地性が大幅に向上していた。また、重量増加についても、従来例２に対して改善されていた。実施例１〜５であると、また、サイド補強層を設けてない従来例１に対し、実車乗り心地性を損なうことなく、むしろ向上しながら、実車操縦安定性が向上していた。

これに対し、スチールコードを構成するフィラメント径が規定外の０．１５ｍｍと大きく、またコード引張強力が規定外の５７４Ｎと大きい比較例１では、上記実施例に対し、実車操縦安定性は同レベルであったが、実車乗り心地性が悪化した。

比較例２では、該フィラメント径が規定外の０．０８ｍｍと小さく、またコード引張強力も規定外の１４７Ｎであったため、ドラム耐久性が悪化し、また実車操縦安定性の改良効果も小さかった。比較例３では、更にコード曲げ最大荷重が規定外の７ｃＮと小さく、またコード引張強力も一段と小さかったため、ドラム耐久性が更に悪化し、また実車操縦安定性が悪化した。

比較例４では、コード最大曲げ荷重が規定よりも小さいため、実車操縦安定性が低下し、逆に比較例５では、コード最大曲げ荷重が規定よりも大きいため、実車乗り心地性が悪化した。比較例６では、コード引張強力が規定よりも小さいため、ドラム耐久性に劣っており、また実車操縦安定性も悪化した。逆に比較例７では、コード引張強力が規定よりも大きいため、実車乗り心地性が悪化した。

本発明は、乗用車用タイヤを始めとする各種の空気入りラジアルタイヤに好適に用いることができる。

１…ビード部、２…サイドウォール部、２Ａ…タイヤ最大幅位置、
３…トレッド部、４…カーカス、５…ビードコア、１０…サイド補強層、
１２…スチールコード、θ…スチールコードの傾斜角度、Ｃ…タイヤ周方向

Claims (3)

1. 左右一対のビード部及びサイドウォール部と、前記左右のサイドウォール部間に設けられたトレッド部を備え、前記ビード部から前記サイドウォール部までの領域内にタイヤ径方向に延びるものであってスチールコードを所定間隔で配列してなるサイド補強層を設けた空気入りタイヤにおいて、
   前記スチールコードは、線径０．０９〜０．１２ｍｍの複数本の金属フィラメントを撚り合わせてなり、コード曲げ最大荷重が１０〜５０ｃＮ、かつコード引張強力が１５０〜４００Ｎであることを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記サイド補強層は、前記スチールコードをタイヤ周方向に対して２０〜５０度の傾斜角度で配列してなるものであることを特徴とする請求項１記載の空気入りタイヤ。
3. 前記トレッド部から前記サイドウォール部をへて前記ビード部に埋設されたビードコアにて両端部が係止された少なくとも１枚のカーカスプライからなるカーカスを備え、前記サイド補強層が、前記ビードコアの近傍からタイヤ径方向外方に延び、かつタイヤ最大幅位置よりもタイヤ径方向内側で終端している請求項１又は２記載の空気入りタイヤ。

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