JP2013001320A - 空気入りラジアルタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】複数本の素線を撚り合わせてなるＮ×Ｍ構造のスチールコードをゴム中に埋設してなるベルト補強層を備えた空気入りラジアルタイヤにおいて、高速耐久性及び操縦安定性を両立するようにした空気入りラジアルタイヤを提供する。
【解決手段】Ｎ×Ｍ構造のスチールコード１０からなるベルト補強層８を設けた空気入りラジアルタイヤにおいて、センター領域Ｃにおけるスチールコード１０の上撚り角θｃを３０°≦θｃ≦５０°の範囲にすると共に、センター領域Ｃにおけるスチールコード１０の上撚り角θｃとエッジ領域Ｅにおけるスチールコード１０の上撚り角θｅとの比θｅ／θｃを１．０５≦θｅ／θｃ≦１．１５の範囲にする。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数本の素線を撚り合わせてなるＮ×Ｍ構造のスチールコードをゴム中に埋設してなるベルト補強層を備えた空気入りラジアルタイヤに関し、更に詳しくは、高速耐久性及び操縦安定性を両立するようにした空気入りラジアルタイヤに関する。

空気入りラジアルタイヤでは、一般に、ベルト層の外周側に補強コードをタイヤ周方向に螺旋状に巻回したベルト補強層を配置することにより、高速走行時のベルト層の外周側への競り上がりを抑制して高速耐久性を高めている。従来、このようなベルト補強層の補強コードには、例えば、熱収縮性を有するナイロン繊維コードやアラミド繊維及びナイロン繊維からなるハイブリッドコード等が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

これに対して、近年では、高速耐久性、高速走行時の操縦安定性、耐フラットスポット性、静粛性等の向上を目的として、有機繊維コードに代えて、スチールコードをベルト補強層に使用することが検討されている。より具体的には、加硫時のタイヤの径成長（リフト）に追従するために、極細素線を極小ピッチで撚り合わせたＮ×Ｍ構造のスチールコードを使用することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、上述のようなＮ×Ｍ構造のスチールコードをベルト補強層に用いた場合、スチールコードに疲労破断が生じ易いと云う問題がある。即ち、タイヤの回転に伴ってトレッド部が変形すると、タイヤ周方向に配向するスチールコードには引張変形又は圧縮変形が反復的に生じることになり、これが疲労破断の要因となる。そのため、ベルト補強層にスチールコードを適用したとしても、必ずしも良好な高速耐久性を発揮することが出来ないのが現状である。

また、スチールコードの疲労破断を防止するために、スチールコードの撚り角を大きくすることが考えられるが、撚り角を大きくすると引張剛性が不足し、操縦安定性が低下することになる。

特開２００９−１３２３２４号公報 特開２００６−２３２２０９号公報

本発明の目的は、上述する問題点を解決するもので、複数本の素線を撚り合わせてなるＮ×Ｍ構造のスチールコードをゴム中に埋設してなるベルト補強層を備えた空気入りラジアルタイヤに関し、更に詳しくは、高速耐久性及び操縦安定性を両立するようにした空気入りラジアルタイヤを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の空気入りラジアルタイヤは、トレッド部におけるカーカス層の外周側に複数層のベルト層を埋設し、該ベルト層の外周側にＭ本の素線を撚り合わせたＮ本のストランドを撚り合わせたＮ×Ｍ構造のスチールコードからなるベルト補強層を設けた空気入りラジアルタイヤにおいて、前記ベルト補強層を構成するスチールコードの上撚り角を前記ベルト層のセンター領域とエッジ領域とで互いに異ならせ、前記センター領域における前記スチールコードの上撚り角θｃを３０°≦θｃ≦５０°の範囲にすると共に、前記センター領域における前記スチールコードの上撚り角θｃと前記エッジ領域における前記スチールコードの上撚り角θｅとの比θｅ／θｃを１．０５≦θｅ／θｃ≦１．１５の範囲にしたことを特徴とする。

本発明者は、タイヤ回転時のベルト補強層の挙動について鋭意研究した結果、ベルト層のエッジ領域では、トレッド部が接地する際にベルト補強層のスチールコードに相対的に大きな引張変形が生じ、トレッド部が路面から離れる際にベルト補強層のスチールコードに相対的に大きな圧縮変形が生じ、タイヤ回転に伴って大きな引張変形と大きな圧縮変形とが反復的に生じることを知見し、本発明に至ったのである。

即ち、本発明では、ベルト層のエッジ領域ではベルト補強層を構成するスチールコードの撚り角θｅを相対的に大きくすることにより走行時に引張−圧縮変形による疲労が懸念される部位の耐曲げ疲労性を向上し、空気入りタイヤの高速耐久性を向上することが出来る。一方、ベルト層のセンター領域ではベルト補強層を構成するスチールコードの撚り角θｃを従来よりも大きく、かつエッジ領域に対して相対的に小さくすることにより、ベルト層のセンター領域におけるベルト補強層のスチールコードの引張剛性を充分に確保し、良好な操縦安定性を発揮することを可能にしている。

本発明においては、センター領域の幅がベルト層の最大ベルト幅の４０％以上９０％以下であり、エッジ領域の幅がベルト層の最大ベルト幅の５％以上３０％以下であることが好ましい。これにより、高速耐久性と操縦安定性をより高度に両立することが出来る。

本発明においては、センター領域におけるスチールコードの単位幅当たりの打ち込み本数Ｅｃとエッジ領域におけるスチールコードの単位幅当たりの打ち込み本数Ｅｅとの比Ｅｅ／Ｅｃを１．１５≦Ｅｅ／Ｅｃ≦１．３０の範囲にすることが好ましく、より好ましくは、センター領域におけるスチールコードの単位幅当たりの打ち込み本数Ｅｃを３０本／５０ｍｍ以上４５本／５０ｍｍ以下にすると良い。これにより、エッジ領域におけるスチールコードの耐曲げ疲労性が向上し、空気入りタイヤの高速耐久性を向上することが出来る。

尚、本発明において、スチールコードの上撚り角θは以下のようにして測定される。先ず、空気入りラジアルタイヤからスチールコードを取り出し、そのコードを有機溶剤に浸漬して表面に付着するゴムを膨潤させた後、そのゴムを除去する。そして、スチールコードのコード径ｄ１（ｍｍ）、ストランド径ｄ２（ｍｍ）、及びコードの撚り長さＰ１（ｍｍ）を測定する（図４参照）。各寸法は少なくとも１０箇所での測定値の平均値とする。これらコード径ｄ１、ストランド径ｄ２、撚り長さＰ１に基づいて下記（１）式からスチールコードの上撚り角θを算出する。
θ＝ＡＴＡＮ（π×（ｄ１−ｄ２）／Ｐ１）×１８０／π・・・（１）

本発明の実施形態からなる空気入りラジアルタイヤを示す子午線断面図である。 本発明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要部子午線断面図である。 本発明でベルト補強層を構成するスチールコードの一例を示す断面図である。 本発明のベルト補強層を構成するスチールコードの側面図である。

以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実施形態からなる空気入りラジアルタイヤを示し、図２は本発明の空気入りラジアルタイヤのトレッド部を拡大して示し、図３は本発明でベルト補強層を構成するスチールコードを示すものである。

図１において、１はトレッド部、２はサイドウォール部、３はビード部である。左右一対のビード部３，３間にはカーカス層４が装架されている。このカーカス層４は、タイヤ径方向に延びる複数本の補強コードを含み、各ビード部３に配置されたビードコア５の廻りにタイヤ内側から外側に折り返されている。また、ビードコア５の外周上にはビードフィラー６が配置され、このビードフィラー６がカーカス層４の本体部分と折り返し部分により包み込まれている。

一方、トレッド部１におけるカーカス層４の外周側には複数層のベルト層７が埋設されている。これらベルト層７はタイヤ周方向に対して傾斜する複数本の補強コードを含み、かつ層間で補強コードが互いに交差するように配置されている。ベルト層７において、補強コードのタイヤ周方向に対する傾斜角度は例えば１０°〜４０°の範囲に設定されている。

更に、ベルト層７の外周側にはベルト補強層８が設けられている。ベルト補強層８のタイヤ周方向に対するコード角度は５°以下、より好ましくは、３°以下である。尚、図１において、ベルト補強層８は最大幅を有するベルト層７ｂの外周側の全域を覆うように設けられているが、この構成に限定されず、図２（ａ）に示すように最大幅を有するベルト層７ｂの全域を覆うフルカバー層８ａとベルト層７のエッジ領域Ｅのみを覆うエッジカバー層８ｂとから構成することが出来る。また、図２（ｂ）に示すように、ベルト層７のセンター領域Ｃとエッジ領域Ｅとの間でベルト補強層８が連続せずにセンター領域部分８ｃとエッジ領域部分８ｅに分割されていても構わない。

上記空気入りラジアルタイヤにおいて、ベルト補強層８を構成する補強コードとして、複数本の素線１１を撚り合わせてなるＮ×Ｍ構造のスチールコード１０が使用されている（図３参照）。図３において、スチールコード１０は４本の素線１１を撚り合わせてなる５本のストランド１２を撚り合わせて構成した５×４構造に形成されている。尚、本発明において、撚り構造は図示した５×４構造に限定されず、Ｍ本の素線１１を撚り合わせたＮ本のストランド１２を撚り合わせて構成したＮ×Ｍ構造とすることが出来る。ここで、素線の本数Ｍは３〜４本、ストランドの本数Ｎは３〜５本とすることがコード構造の安定性の観点から好ましい。

尚、素線１１を撚り合わせる方向とストランド１２を撚り合わせる方向とは同じであっても異なっていても構わない。

このスチールコード１０の上撚り角はベルト層７のセンター領域Ｃとエッジ領域Ｅとで互いに異なっており、センター領域Ｃにおけるスチールコード１０の上撚り角θｃが３０°≦θｃ≦５０°の範囲に設定されている。また、センター領域Ｃにおけるスチールコード１０の上撚り角θｃとエッジ領域Ｅにおけるスチールコード１０の上撚り角θｅとの比θｅ／θｃが１．０５≦θｅ／θｃ≦１．１５の範囲に設定されている。

上述のように、タイヤ回転時において、ベルト層７のエッジ領域Ｅでは、トレッド部１が接地する際にベルト補強層８のスチールコード１０に引張変形が生じ、トレッド部１が路面から離れる際にベルト補強層８のスチールコード１０に圧縮変形が生じ、タイヤ回転に伴って大きな引張変形と大きな圧縮変形とが反復的に生じる。そのため、エッジ領域Ｅではベルト補強層８を構成するスチールコード１０の撚り角θｅを相対的に大きくすることにより、走行時に引張−圧縮変形による疲労が懸念される部位の耐曲げ疲労性を向上し、空気入りタイヤの高速耐久性を向上することが出来る。一方、センター領域Ｃではベルト補強層８を構成するスチールコード１０の撚り角θｃを従来よりも大きく、かつエッジ領域に対して相対的に小さくすることにより、ベルト層のセンター領域におけるベルト補強層のスチールコードの引張剛性を充分に確保し、良好な操縦安定性を発揮することを可能にしている。

このとき、センター領域Ｃにおけるスチールコード１０の上撚り角θｃが３０°より小さいと、高速走行時にセンター領域Ｃが受ける圧縮に対する耐曲げ疲労性が不足して空気入りタイヤの高速耐久性が低下する。センター領域Ｃにおけるスチールコード１０の上撚り角θｃが５０°より大きいと、引張剛性が不足して操縦安定性が低下する。また、スチールコード１０の上撚り角の比θｅ／θｃが１．０５より小さいと、エッジ領域Ｅの耐曲げ疲労性を充分に向上することが出来ず空気入りタイヤの高速耐久性が低下する。スチールコード１０の上撚り角の比θｅ／θｃが１．１５より大きいと、引張剛性が不足して操縦安定性が低下する。

尚、センター領域Ｃとは、ベルト層７のうち最大幅を有するベルト層７ｂの幅（最大ベルト幅Ｗ）の４０％以上９０％以下の幅を有するタイヤ幅方向中央側の領域である。また、エッジ領域Ｅとは、センター領域Ｃのタイヤ幅方向両外側に位置し、最大ベルト幅Ｗの５％以上３０％以下の幅を有する領域である。センター領域Ｃの幅が最大ベルト幅Ｗの４０％より小さく、かつエッジ領域Ｅの幅が最大ベルト幅Ｗの３０％より大きいと、スチールコード１０の上撚り角が相対的に小さい部分が減少するため操縦安定性が低下する。センター領域Ｃの幅が最大ベルト幅Ｗの９０％より大きく、かつエッジ領域Ｅの幅が最大ベルト幅Ｗの５％より小さいと、スチールコード１０の上撚り角が相対的に大きくなる部分が減少するためエッジ領域Ｅの耐曲げ疲労性を充分に向上することが出来ず空気入りタイヤの高速耐久性が低下する。

本発明においては、センター領域Ｃにおけるスチールコード１０の単位幅当たりの打ち込み本数Ｅｃとエッジ領域Ｅにおける単位幅当たりのスチールコード１０の打ち込み本数Ｅｅとの比Ｅｅ／Ｅｃを１．１５≦Ｅｅ／Ｅｃ≦１．３０の範囲にすることが好ましい。このようにエッジ領域Ｅにおける打ち込み密度を相対的に大きく設定することで、エッジ領域Ｅのスチールコード１０の耐圧縮性が向上し、空気入りタイヤの高速耐久性を向上することが出来る。

スチールコード１０の単位幅当たりの打ち込み本数の比Ｅｅ／Ｅｃが１．１５より小さいと、エッジ領域Ｅにおける耐疲労性の向上効果が充分に得られず、耐久性を充分に向上することが出来ない。また、比Ｅｅ／Ｅｃが１．３０より大きいと、タイヤ中においてコード間距離が狭くなり、ベルト層７とベルト補強層８の間のコード層間ゲージが薄くなるため、コード間のセパレーションが発生し易くなり、高速耐久性を充分に向上することが出来ない。

特に、センター領域Ｃにおけるスチールコード１０の単位幅当たりの打ち込み本数Ｅｃは３０本／５０ｍｍ以上４５本／５０ｍｍ以下であることが好ましい。このように単位幅当たりの打ち込み本数Ｅｃを限定することで、上述の高速耐久性を向上する効果をより効果的に発揮することが出来る。単位幅当たりの打ち込み本数Ｅｃが３０本／５０ｍｍより小さいと、センター領域Ｃを充分に補強することが出来ず耐久性が低下する。単位幅当たりの打ち込み本数Ｅｃが４５本／５０ｍｍより大きいと、センター領域Ｃにおいて、コード間距離が狭くなりベルト層７とベルト補強層８の間のコード層間ゲージが薄くなるため、コード間のセパレーションが発生し易くなり、高速耐久性を充分に向上することが出来ない。

タイヤサイズを２０５／５５Ｒ１６で共通にし、複数本の素線を撚り合わせてなるＮ×Ｍ撚り構造のスチールコードをゴム中に埋設してなるベルト補強層を備えた空気入りラジアルタイヤにおいて、補強コードの材質、補強コードの構造、センター領域及びエッジ領域におけるスチールコード上撚り角θｃ，θｅ、スチールコードの上撚り角の比θｅ／θｃ、センター領域及びエッジ領域におけるスチールコードの単位幅当たりの打ち込み本数Ｅｃ，Ｅｅ、スチールコードの単位幅当たりの打ち込み本数の比Ｅｅ／Ｅｃ、をそれぞれ表１のように設定した従来例１、実施例１〜３、比較例１〜４の８種類の試験タイヤを作製した。尚、従来例１は、ベルト補強層をスチールコードではなくアラミド繊維及びナイロン繊維からなるハイブリッドコードから構成している。また、実施例１〜３及び比較例１〜４の全てのスチールコードにおいて、素線径は０．１１ｍｍで共通にしている。

これら８種類の試験タイヤについて、下記の評価方法により高速耐久性及び操縦安定性を評価し、その結果を表１に併せて示した。

高速耐久性
各試験タイヤをドラム試験機に取り付け、空気圧２３０ｋＰａを充填し、速度８１ｋｍ／ｈの条件にて、ＪＡＴＭＡに規定された空気圧条件に対応する荷重の８８％で速度８１ｋｍ／ｈにて１２０分ならし走行した。次いで、３時間以上放冷した後、空気圧を調整し、１２１ｋｍ／ｈの速度から試験を開始し、３０分毎に速度を８ｋｍ／ｈづつ段階的に上昇させ、故障が発生するまでの走行距離を測定した。評価結果は従来例１を１００とする指数値で示す。この値が大きい程、高速耐久性が優れている。

操縦安定性
各試験タイヤをリムサイズ１６×６ １／２ＪＪのリムに取り付け、空気圧２００ｋＰａを充填した上で、排気量１５００ｃｃのＦＲ車に装着し、アスファルト路面からなるテストコースを平均速度８０ｋｍ／ｈで走行させ、テストドライバーによる官能評価を行った。評価結果は、従来例１を１００とする指数値で示した。この指数値が大きいほど操縦安定性が優れていることを意味する。

この表１から判るように、実施例１〜３はいずれも従来例１との対比において、高速耐久性及び操縦安定性を改善した。一方、スチールコードの撚り角が本発明の規定から外れる比較例１〜４は高速耐久性又は操縦安定性のいずれかが悪化した。

具体的には、センター領域におけるスチールコードの撚り角が小さい比較例１は高速耐久性が低下し、センター領域におけるスチールコードの撚り角が大き過ぎる比較例２は操縦安定性が低下した。また、センター領域とエッジ領域とでスチールコードの撚り角に差のない比較例３は高速耐久性が低下し、エッジ領域におけるスチールコードの撚り角がセンター領域におけるスチールコードの撚り角に対して大き過ぎる比較例４は操縦安定性が低下した。

また、センター領域とエッジ領域とのスチールコードの打ち込み本数の比を適切な範囲に設定した実施例２は高速耐久性及び操縦安定性を高度に両立した。

１ トレッド部
２ サイドウォール部
３ ビード部
４ カーカス層
５ ビードコア
６ ビードフィラー
７ ベルト層
８ ベルト補強層
１０ スチールコード
１１ 素線
１２ ストランド

Claims (4)

1. トレッド部におけるカーカス層の外周側に複数層のベルト層を埋設し、該ベルト層の外周側にＭ本の素線を撚り合わせたＮ本のストランドを撚り合わせたＮ×Ｍ構造のスチールコードからなるベルト補強層を設けた空気入りラジアルタイヤにおいて、
   前記ベルト補強層を構成するスチールコードの上撚り角を前記ベルト層のセンター領域とエッジ領域とで互いに異ならせ、前記センター領域における前記スチールコードの上撚り角θｃを３０°≦θｃ≦５０°の範囲にすると共に、前記センター領域における前記スチールコードの上撚り角θｃと前記エッジ領域における前記スチールコードの上撚り角θｅとの比θｅ／θｃを１．０５≦θｅ／θｃ≦１．１５の範囲にしたことを特徴とする空気入りラジアルタイヤ。
2. 前記センター領域の幅が前記ベルト層の最大ベルト幅の４０％以上９０％以下であり、前記エッジ領域の幅が前記ベルト層の最大ベルト幅の５％以上３０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の空気入りラジアルタイヤ。
3. 前記センター領域におけるスチールコードの単位幅当たりの打ち込み本数Ｅｃと前記エッジ領域におけるスチールコードの単位幅当たりの打ち込み本数Ｅｅとの比Ｅｅ／Ｅｃを１．１５≦Ｅｅ／Ｅｃ≦１．３０の範囲にしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の空気入りラジアルタイヤ。
4. 前記センター領域におけるスチールコードの単位幅当たりの打ち込み本数Ｅｃが３０本／５０ｍｍ以上４５本／５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の空気入りラジアルタイヤ。

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