JP2013067191A - 空気入りラジアルタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】複数の単線スチールワイヤを引き揃えてたベルト層を設けながら、タイヤ耐久性能の維持と低転がり抵抗を可能にした空気入りラジアルタイヤを提供する。
【解決手段】複数の単線スチールワイヤ１０を引き揃えた複数のベルト層８を配設した空気入りラジアルタイヤにおいて、各単線スチールワイヤ１０にその軸廻りに捩りを与えると共に、ベルト層８内に２〜４本の単線スチールワイヤ１０からなる複数のワイヤ集合体１２を形成し、各ワイヤ集合体１２において単線スチールワイヤ１０をベルト層８の面方向に並ぶように配置し、各ワイヤ集合体１２を構成する単線スチールワイヤ１０として素線径が異なる少なくとも２種類の単線スチールワイヤ１０ｉを使用し、素線径の最大値ｄ_max及び最小値ｄ_minを、０．２８ｍｍ≦ｄ_max≦０．４０ｍｍ、０．１５ｍｍ≦ｄ_min≦０．３５ｍｍ、１．０５≦ｄ_max／ｄ_min≦２．００の関係にする。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数本の単線スチールワイヤを引き揃えてゴム中に埋設してなるベルト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、タイヤ耐久性能を良好に維持しながら転がり抵抗の低減を可能に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の補強コードとして、複数本のフィラメントを撚り合わせてなるスチールコードが使用されている。しかしながら、複数本のフィラメントを撚り合わせてなるスチールコードは、フィラメント間に形成される内部空隙によりコード径が大きくなり、それに伴って多量のコートゴムが必要になるため、空気入りラジアルタイヤの転がり抵抗が大きくなり易い。

そこで、ベルト層のコートゴムを減らして空気入りラジアルタイヤの転がり抵抗を低減するために、ベルト層の補強コードとして単線スチールワイヤを使用することが提案されている。ところが、伸線加工された単線スチールワイヤにおいては伸線ダイスに近いワイヤ表面側ほど金属組織に過度の配向が生じているため、その単線スチールワイヤをベルト層の補強コードとしてそのまま使用すると、単線スチールワイヤの耐疲労性が悪く、タイヤ耐久性能が低下するという問題がある。

このような問題を解消するために、単線スチールワイヤに３次元形状の癖付けを施すことが提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。しかしながら、癖付けを施した単線スチールワイヤを用いた場合、癖付けの無い単線スチールワイヤを用いた場合に比べてベルト層の厚さが増加し、空気入りラジアルタイヤの転がり抵抗を低減する効果が損なわれることになる。

また、単線スチールワイヤをベルト層の補強コードとして使用する場合、ベルト層の総強力を確保するために、単線スチールワイヤをベルト層中に比較的高い打ち込み密度で配置する必要があるが、その結果としてベルト層におけるコード間隔が狭くなり過ぎると、ベルトエッジセパレーションが発生した際に、そのベルトエッジセパレーションがタイヤ周上の広い範囲に伝播し易くなる。そのため、ベルト層に単線スチールワイヤを用いる場合、ベルトエッジセパレーションに起因する故障を生じ易くなり、このこともタイヤ耐久性能を低下させる要因になる。

特開平８−３００９０５号公報 特開２０００−３４３９０６号公報 特開２００１−８０３１３号公報

本発明の目的は、複数本の単線スチールワイヤを引き揃えてゴム中に埋設してなるベルト層を設けるにあたって、タイヤ耐久性能を良好に維持しながら転がり抵抗の低減を可能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、複数本の単線スチールワイヤを引き揃えてゴム中に埋設してなる複数層のベルト層を配設した空気入りラジアルタイヤにおいて、各単線スチールワイヤにその軸廻りに捩りを与えると共に、前記ベルト層内に２〜４本の前記単線スチールワイヤからなる複数のワイヤ集合体を形成し、各ワイヤ集合体において前記単線スチールワイヤを前記ベルト層の面方向に並ぶように配置し、各ワイヤ集合体を構成する前記単線スチールワイヤとして素線径が異なる少なくとも２種類の単線スチールワイヤを使用し、前記素線径の最大値ｄ_max 及び最小値ｄ_min を、０．２８ｍｍ≦ｄ_max ≦０．４０ｍｍ、０．１５ｍｍ≦ｄ_min ≦０．３５ｍｍ、１．０５≦ｄ_max ／ｄ_min ≦２．００の関係にしたことを特徴とするものである。

本発明では、ベルト層の補強コードとして単線スチールワイヤを採用するにあたって、ベルト層を構成する単線スチールワイヤに捩りを与えることにより、単線スチールワイヤにおいて伸線加工に起因して生じる金属表面組織の過配向を緩和するので、単線スチールワイヤの耐疲労性を改善してタイヤ耐久性能を向上することができる。しかも、ベルト層内に２〜４本の単線スチールワイヤからなる複数のワイヤ集合体を形成しているため、ベルトエッジセパレーションが発生し難く、仮にベルトエッジセパレーションが発生したとしても、それがワイヤ集合体内に留まり、タイヤ周上の広い範囲に伝播するのを抑制することができる。そのため、ベルトエッジセパレーションに起因する故障を防止し、タイヤ耐久性能を向上することができる。更に、各ワイヤ集合体を構成する単線スチールワイヤとして素線径が異なる少なくとも２種類の単線スチールワイヤを使用することにより、ワイヤ相互間へのゴム浸透性が高くなるため、ベルトエッジセパレーションの抑制効果を改善すると共に、単線スチールワイヤの折損を効果的に防止することができる。

また、捩りを与えた単線スチールワイヤを用い、各ワイヤ集合体において単線スチールワイヤをベルト層の面方向に並ぶように配置した場合、癖付けを施した単線スチールワイヤを用いた場合とは異なってベルト層の厚さが増加することはないので、単線スチールワイヤの使用に基づいてベルト層のコートゴムを削減し、空気入りラジアルタイヤの転がり抵抗を十分に低減することができる。

単線スチールワイヤの耐疲労性を改善するには上記ワイヤ表面捩り角を大きくすることが望ましいが、それが過大であると単線スチールワイヤの生産性が落ち製造上好ましくない。そのため、単線スチールワイヤの軸方向に対するワイヤ表面捩り角θは１°〜１５°にすることが好ましい。

なお、ここで言うワイヤ表面捩り角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単線スチールワイヤを取り出し、そのワイヤ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、光学顕微鏡にて単線スチールワイヤを観察し、単線スチールワイヤの素線径ｄ（ｍｍ）を測定すると共に、ワイヤ表面に形成された伸線痕から捩りピッチＰ（ｍｍ）の１／２の値を測定し、それを２倍して捩りピッチＰを求める。捩りピッチＰは少なくとも１０箇所での測定値の平均値とする。これら素線径ｄ及び捩りピッチＰに基づいて下記（１）式からワイヤ表面捩り角θを算出する。
θ＝ＡＴＡＮ（π×ｄ／Ｐ）×１８０／π・・・（１）

本発明において、ベルト層の層間ゴムゲージは０．４ｍｍ〜０．８ｍｍにすることが好ましい。これにより、転がり抵抗の低減効果を十分に維持しながら、ベルトエッジセパレーションを抑制することができる。

ワイヤ集合体において隣り合う単線スチールワイヤの素線径は互いに異ならせることが好ましい。これにより、ワイヤ相互間へのゴム浸透性が更に高くなるため、ベルトエッジセパレーションの抑制効果と単線スチールワイヤの折損防止効果を高めることができる。

ベルト層における単線スチールワイヤの打ち込み密度は８０本／５０ｍｍ〜１５０本／５０ｍｍとすることが好ましい。これにより、ベルト層の総強力を十分に確保すると共に、ベルトエッジセパレーションを抑制することができる。

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半断面図である。 図１の空気入りラジアルタイヤにおけるベルト層の一部を拡大して示す断面 図１の空気入りラジアルタイヤにおけるベルト層の変形例を示す断面図である。 本発明の空気入りラジアルタイヤでベルト層に使用される単線スチールワイヤを示す側面図である。 図４の単線スチールワイヤの一部を拡大して示す側面図である。

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及び図３はそれぞれ当該空気入りラジアルタイヤのベルト層を示し、図４及び図５は本発明でベルト層に使用される単線スチールワイヤを示すものである。

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。カーカス層４の補強コードとしては、一般には有機繊維コードが使用されるが、スチールコードを使用しても良い。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８が埋設されている。これらベルト層８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８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。

ベルト層８の外周側には、高速耐久性の向上を目的として、補強コードをタイヤ周方向に対して５°以下の角度で配列してなる少なくとも１層のベルトカバー層９が配置されている。このベルトカバー層９は少なくとも１本の補強コードを引き揃えてゴム被覆してなるストリップ材をタイヤ周方向に連続的に巻回したジョイントレス構造とすることが望ましい。また、ベルトカバー層９は図示のようにベルト層８の幅方向の全域を覆うように配置しても良く、或いは、ベルト層８の幅方向外側のエッジ部のみを覆うように配置しても良い。ベルトカバー層９の補強コードとしては、ナイロン、ＰＥＴ、アラミド等の有機繊維を単独で又は複合して用いたコードを使用すると良い。

上記空気入りラジアルタイヤにおいて、ベルト層８を構成する補強コードとして、軸廻りに捩りを与えた単線スチールワイヤ１０（図４及び図５参照）が使用されている。図４及び図５において、単線スチールワイヤ１０の表面には伸線加工に起因する伸線痕１１が形成されているが、その伸線痕１１に基づいて判定される捩りピッチＰ（ｍｍ）と単線スチールワイヤ１０の素線径ｄ（ｍｍ）とから算出される単線スチールワイヤ１０の軸方向に対するワイヤ表面捩り角θは、１°以上の範囲、より好ましくは、１°〜１５°の範囲になっている。

図２に示すように、ベルト層８において、２〜４本の単線スチールワイヤ１０が互いに近接することで１つのワイヤ集合体１２を形成し、そのようにして形成された複数のワイヤ集合体１２が単線スチールワイヤ１０の長手方向と直交する方向に所定の隙間をおいて配置されている。なお、図２では２本の単線スチールワイヤ１０が１つのワイヤ集合体１２を形成しているが、図３では３本の単線スチールワイヤ１０が１つのワイヤ集合体１２を形成している。各ワイヤ集合体１２において、単線スチールワイヤ１０はベルト層８の面方向に並ぶように配置されている。また、各ワイヤ集合体１２を構成する単線スチールワイヤ１０として素線径が異なる少なくとも２種類の単線スチールワイヤ１０ｉ（１≦ｉ≦４）が使用されている。

そして、単線スチールワイヤ１０の素線径の最大値ｄ_max 及び最小値ｄ_min は、以下の関係に設定されている。
０．２８ｍｍ≦ｄ_max ≦０．４０ｍｍ
０．１５ｍｍ≦ｄ_min ≦０．３５ｍｍ
１．０５≦ｄ_max ／ｄ_min ≦２．００

上述のように複数本の単線スチールワイヤ１０を引き揃えてゴム中に埋設してなるベルト層８を備えた空気入りラジアルタイヤにおいて、各単線スチールワイヤ１０にその軸廻りに捩りを与えることにより、単線スチールワイヤ１０において伸線加工に起因して生じる金属表面組織の過配向を緩和するので、単線スチールワイヤ１０の耐疲労性を改善してタイヤ耐久性能を向上することができる。

ここで、ワイヤ表面捩り角θが１°未満であると単線スチールワイヤ１０の耐疲労性の改善効果が不十分になる。一方、ワイヤ表面捩り角θが１５°を超えると単線スチールワイヤ１０の生産性が落ち製造上好ましくない。

また、上記空気入りラジアルタイヤにおいては、ベルト層８内に２〜４本の単線スチールワイヤ１０からなる複数のワイヤ集合体１２を形成しているため、ベルトエッジセパレーションが発生し難く、仮にベルトエッジセパレーションが発生したとしても、それがワイヤ集合体１２内に留まり、タイヤ周上の広い範囲に伝播するのを抑制することができる。そのため、ベルトエッジセパレーションに起因する故障を防止し、タイヤ耐久性能を向上することができる。なお、ワイヤ集合体１２を構成する単線スチールワイヤ１０の本数が５本以上であると、ワイヤ集合体１２内の比較的大きな範囲にわたってベルトエッジセパレーションが発生し易くなる。

また、上記空気入りラジアルタイヤにおいては、各ワイヤ集合体１２を構成する単線スチールワイヤ１０として素線径が異なる少なくとも２種類の単線スチールワイヤ１０ｉを使用することにより、ワイヤ相互間へのゴム浸透性が高くなる。つまり、ワイヤ集合体１２がベルト層８の厚さ方向に凹凸を持つことになるため、単線スチールワイヤ１０の相互間にゴムが流入し易くなる。そのため、ベルトエッジセパレーションの抑制効果を改善すると共に、単線スチールワイヤ１０の折損を効果的に防止することができる。

ここで、単線スチールワイヤ１０の素線径の最大値ｄ_max が０．２８ｍｍよりも小さいとベルト層８の剛性が不足するためベルトエッジセパレーションが発生し易くなり、逆に０．４０ｍｍよりも大きいと耐疲労性が悪化するため単線スチールワイヤ１０の折損が生じ易くなる。また、単線スチールワイヤ１０の素線径の最小値ｄ_min が０．１５ｍｍよりも小さいとベルト層８の剛性が不足するためベルトエッジセパレーションが発生し易くなり、逆に０．３５ｍｍよりも大きいとゴム浸透性の改善効果が不十分になる。また、ｄ_max ／ｄ_min が１．０５よりも小さいとゴム浸透性の改善効果が不十分になり、逆に２．００よりも大きいと太い方の単線スチールワイヤ周りへのゴムの食い込み量が低下するためベルトエッジセパレーションが発生し易くなる。

各ワイヤ集合体１２は、隣り合う単線スチールワイヤ１０の素線径が互いに異なるように構成することが好ましい。図２においては、各ワイヤ集合体１２が最小値ｄ_min を有する１本の単線スチールワイヤ１０１と最大値ｄ_max を有する１本の単線スチールワイヤ１０２とから構成され、これら単線スチールワイヤ１０１と単線スチールワイヤ１０２とが隣り合うように配置されている。図３においては、各ワイヤ集合体１２が最小値ｄ_min を有する２本の単線スチールワイヤ１０１と最大値ｄ_max を有する１本の単線スチールワイヤ１０２とから構成され、これら単線スチールワイヤ１０２の両側に単線スチールワイヤ１０１が配置されている。このような構成により、ワイヤ相互間へのゴム浸透性が更に高くなるため、ベルトエッジセパレーションの抑制効果と単線スチールワイヤ１０の折損防止効果を高めることができる。

更に、上記空気入りラジアルタイヤにおいては、捩りを与えた単線スチールワイヤ１０を用い、各ワイヤ集合体１２において単線スチールワイヤ１０をベルト層８の面方向に並ぶように配置しているため、単線スチールワイヤ１０の使用に基づいてベルト層８のコートゴムを減らして空気入りラジアルタイヤの転がり抵抗を低減することができる。

ここで、ベルト層８の層間ゴムゲージｔは０．４ｍｍ〜０．８ｍｍにすると良い。これにより、転がり抵抗の低減効果を十分に維持しながら、ベルトエッジセパレーションを抑制することができる。ベルト層８の層間ゴムゲージｔが０．４ｍｍよりも小さいとベルトエッジセパレーションが発生し易くなり、逆に０．８ｍｍよりも大きいと転がり抵抗の低減効果が不十分になる。なお、ベルト層８の層間ゴムゲージｔは上記範囲にすることが好ましいが、各ベルト層８においてコートゴムは単線スチールワイヤ１０の両側で同一厚さであっても良く、或いは、単線スチールワイヤ１０に対して偏肉していても良い。

また、各ベルト層８において隣り合う一対のワイヤ集合体１２の相互間隔Ｇは、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍであると良い。ワイヤ集合体１２の相互間隔Ｇが０．１ｍｍよりも小さいとベルトエッジセパレーションが広い範囲に伝播し易くなり、逆に０．３ｍｍよりも大きいと単線スチールワイヤ１０の折損を生じ易くなる。

ベルト層８における単線スチールワイヤ１０の打ち込み密度は８０本／５０ｍｍ〜１５０本／５０ｍｍであると良い。この打ち込み密度が８０本／５０ｍｍ未満であるとベルト層８の総強力を確保することが難しくなり、逆に１５０本／５０ｍｍを超えると単線スチールワイヤ１０の相互間隔が狭くなり、タイヤ耐久性能が悪化する。また、単線スチールワイヤ１０の打ち込み密度が１５０本／５０ｍｍを超えるとベルト層８の製造自体も困難になる。

タイヤサイズ２１５／６０Ｒ１６で、複数本の補強コードを引き揃えてゴム中に埋設してなる２層のベルト層を備えた空気入りラジアルタイヤにおいて、各単線スチールワイヤにその軸廻りに捩りを与えると共に、ベルト層内に２〜４本の単線スチールワイヤからなる複数のワイヤ集合体を形成し、各ワイヤ集合体において単線スチールワイヤをベルト層の面方向に並ぶように配置し、各ワイヤ集合体を構成する単線スチールワイヤとして素線径が異なる複数種類の単線スチールワイヤを使用し、単線スチールワイヤの素線径ｄ１〜ｄ４、ベルト層における単線スチールワイヤの打ち込み密度、ベルト層のゲージ、ベルト層の層間ゴムゲージを表１及び表２のように設定した実施例１〜６及び比較例１〜８のタイヤを製作した。実施例１〜６及び比較例１〜８において、単線スチールワイヤの捩りピッチＰを２０ｍｍとしたため、ワイヤ表面捩り角θは素線径ｄ１〜ｄ４に応じて変化している。各ワイヤ集合体においては、素線径ｄ１〜ｄ４の順序で複数本の単線スチールワイヤを配列した。

比較のため、ベルト層の補強コードとして素線径が０．２８ｍｍである３本のフィラメントを撚り合わせた１×３構造のスチールコードを用い、これらスチールコードを等間隔に配置した従来例１のタイヤを用意した。

従来例１、実施例１〜６及び比較例１〜８のタイヤにおいて、カーカス層側から数えて１番目のベルト層は幅を１７５ｍｍとし、タイヤ周方向に対するコード角度は２５度とした。カーカス層側から数えて２番目のベルト層は幅を１６５ｍｍとし、タイヤ周方向に対するコード角度は２５度とした。

これら試験タイヤについて、下記の評価方法により、タイヤ耐久性能及び転がり抵抗を評価し、その結果を表１及び表２に併せて示した。

タイヤ耐久性能：
各試験タイヤをリムサイズ１６×６．５Ｊのホイールに組み付けて内圧を１７０ｋＰａに設定し、直径１７０７ｍｍの試験ドラム上で荷重とスリップ角を矩形波変動させながら速度２５ｋｍ／ｈで走行させた。その際、荷重は４．５±２．５ｋＮ、スリップ角は０±５°の範囲で変動させ、矩形波変動の周波数は０．０７Ｈｚとした。上記条件にて３００ｋｍ走行した後にタイヤを解体し、ベルト層を構成するスチールコード又は単線スチールワイヤの折損本数を調査し、ベルトエッジセパレーションの最大長さを測定した。ベルト層の折損本数は５本以下であることが好ましく、ベルトエッジセパレーションの最大長さは５ｍｍ以下であることが好ましい。

転がり抵抗：
ＩＳＯ２８５８０に基づく試験法に準拠し、各試験タイヤをリムサイズ１６×６．５Ｊのホイールに組み付けて内圧を２１０ｋＰａに設定し、直径１７０７ｍｍの試験ドラムを用いたフォース法により、荷重５．４２ｋＮ、速度８０ｋｍ／ｈの条件にて転がり抵抗を測定した。評価結果は、測定値の逆数を用い、従来例１を１００とする指数にて示した。この指数値が大きいほど転がり抵抗が小さいことを意味する。

表１及び表２から判るように、実施例１〜６のタイヤは、従来例１との対比において、タイヤ耐久性能を良好に維持しながら転がり抵抗を低減することができた。

これに対して、比較例１のタイヤは、素線径の最大値ｄ_max が小さくベルト層の剛性が不足するためベルトエッジセパレーションが大きく成長していた。比較例２のタイヤは、素線径の最大値ｄ_max が大きいため単線スチールワイヤの折損が多くなっていた。比較例３のタイヤは、素線径の最小値ｄ_min が小さくベルト層の剛性が不足するためベルトエッジセパレーションが大きく成長していた。比較例４のタイヤは、素線径の最小値ｄ_min が大きくゴム浸透性が悪いためベルトエッジセパレーションが大きく成長していた。比較例５のタイヤは、ｄ_max ／ｄ_min が小さくゴム浸透性が悪いためベルトエッジセパレーションが大きく成長していた。比較例６のタイヤは、ｄ_max ／ｄ_min が大きく太い方の単線スチールワイヤ周りへのゴムの食い込み量が低下するためベルトエッジセパレーションが大きく成長していた。比較例７のタイヤは、単線スチールワイヤを一律に太くしたため単線スチールワイヤの折損が多くなっていた。比較例８のタイヤは、単線スチールワイヤを一律に細くしたためベルトエッジセパレーションが大きく成長していた。

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
８ ベルト層
９ ベルトカバー層
１０ 単線スチールワイヤ
１１ 伸線痕
１２ ワイヤ集合体

Claims (4)

1. トレッド部におけるカーカス層の外周側に、複数本の単線スチールワイヤを引き揃えてゴム中に埋設してなる複数層のベルト層を配設した空気入りラジアルタイヤにおいて、各単線スチールワイヤにその軸廻りに捩りを与えると共に、前記ベルト層内に２〜４本の前記単線スチールワイヤからなる複数のワイヤ集合体を形成し、各ワイヤ集合体において前記単線スチールワイヤを前記ベルト層の面方向に並ぶように配置し、各ワイヤ集合体を構成する前記単線スチールワイヤとして素線径が異なる少なくとも２種類の単線スチールワイヤを使用し、前記素線径の最大値ｄ_max 及び最小値ｄ_min を、０．２８ｍｍ≦ｄ_max ≦０．４０ｍｍ、０．１５ｍｍ≦ｄ_min ≦０．３５ｍｍ、１．０５≦ｄ_max ／ｄ_min ≦２．００の関係にしたことを特徴とする空気入りラジアルタイヤ。
2. 前記ベルト層の層間ゴムゲージを０．４ｍｍ〜０．８ｍｍにした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. 前記ワイヤ集合体において隣り合う単線スチールワイヤの素線径を互いに異ならせ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. 前記ベルト層における前記単線スチールワイヤの打ち込み密度を８０本／５０ｍｍ〜１５０本／５０ｍｍにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気入りラジアルタイヤ。

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