JP2013107291A - タイヤの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低熱収縮性のコードを用いた周方向ベルトのテンションを確保して、製品タイヤに致命的な欠陥が発生することを防止する。
【解決手段】
湾曲したＢＴセグメント１２ａを備えたＢＴドラム１２上に、低熱収縮性のコード１０ａを備えたベルトレイヤー１０を、テンションを付与しつつ貼り付けて周方向ベルトを形成し、その後、前記ベルトを備えた未加硫タイヤを加硫するタイヤの製造方法であって、テンションＴによる前記コードの伸び量をｔ、前記ＢＴセグメント１２ａの径差に基づく前記コードのベルト圧縮量をｃ、加硫時の前記ベルトレイヤーの拡張量をａ及び前記ベルトレイヤーの拡張減量をｂ、としたとき、前記ベルトレイヤーに、ｔ≧ｂ＋ｃ−ａで表される前記コードの伸び量ｔを生じるテンションＴを付与する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、周方向ベルトに低熱収縮性素材、例えば高強力の有機繊維であるアラミド繊維素材を用いたタイヤの製造方法に関する。

重荷重用タイヤ、例えば、航空機用ラジアルタイヤは、高い使用内圧、高荷重条件下で使用されるため、トレッド部に作用する接地圧が高くなる傾向がある。そのため、離着陸時に滑走路上の石や金属片のような鈍いまたは鋭利な異物の上を通過する際、踏みつけた異物によりトレッドゴムにカット傷が生じ、異物がトレッド内部に容易に侵入してタイヤが損傷（ＦＯＤ（Foreign Object Damage））することがある。

また、航空機用ラジアルタイヤは、高内圧や高速回転中の遠心力作用によりトレッド面の径方向外方への迫り出しが大きくなるため、これに伴ってトレッドゴムがタイヤ周方向に引き伸ばされた状態、つまり径成長し易い傾向がある。

そこで、航空機用空気入りラジアルタイヤは走行中に異物を踏んでタイヤが破損しないように、耐カット性および高速耐久性の両性能の向上を図った構造とすることが必要である。そのため、タイヤの径成長や熱収縮性なども考慮してナイロン等がバンドの素材として用いられてきた。
ナイロン等加硫の熱により収縮する性質を備えた素材を用いる場合は、少なくとも成型時に緩みなく成型できていれば、加硫後にトレッドゴムの内側に位置するベルトの熱収縮により、ベルトが波打つように曲がりタイヤ性能に致命的な打撃を与えるベルトウェーブが発生する虞がないという利点がある。

他方、空気充填時や高速回転時におけるタイヤの径成長を抑制する低径成長タイヤが開発されるに伴って、ベルト素材として耐カット性がナイロン繊維よりも優れた、例えばアラミド繊維の素材が用いられるようになってきた。アラミド繊維は耐カット性に優れているため、例えば航空機用ラジアルタイヤに好適である。
しかし、その反面、ナイロン繊維に比較して熱収縮性が低いため、加硫時におけるナイロン繊維のような熱収縮は起きない。そのため、成型時に緩みなく成型できたとしても、製品タイヤにおいてベルトウェーブが発生しない保証はなく、成型後の製造工程如何によってはベルトウェーブが発生する懸念が出てきた。
ベルトウェーブが発生すると、ベルト折れが発生し、それが起点となってタイヤが破損する虞がある。

特開２００８−１１９８６５号公報

本発明は、アラミド繊維のように熱収縮性が低い素材（ここではナイロンよりも熱収縮性が低い素材を低熱収縮性素材という）をベルトに用いた場合の前記問題に鑑みなされたものであって、その目的は、アラミド繊維素材などの低熱収縮性素材を用いた周方向ベルトに、ベルトウェーブなどテンション（張力）不足による製品タイヤの致命的な現象が発生することを防止することである。

本発明は、湾曲したドラムセグメントを備えたドラム上に、低熱収縮性素材からなるコードを備えたベルトレイヤーを、テンションを付与しつつ貼り付けて周方向ベルトを形成する成型工程と、前記ベルトを備えた未加硫タイヤを加硫する加硫工程と、を有するタイヤの製造方法であって、前記成型工程における、テンションＴによる前記コードの伸び量をｔ、及び前記ベルトを前記ドラムに貼り付ける際の、前記ドラムセグメントの径差に基づく前記コードのベルト圧縮量をｃ、前記加硫工程における、前記ベルトレイヤーの拡張量をａ及び前記ベルトレイヤーの拡張減量をｂ、とし、但し、前記ａ、ｂをベルト長に対する、また、前記ｃ、ｔを前記コード長に対するそれぞれ比率で表すとき、前記ベルトレイヤーに、ｔ≧ｂ＋ｃ−ａで表される前記コードの伸び量ｔを生じるテンションＴを付与するタイヤの製造方法である。

本発明によれば、ベルトを成型時に付与したコードの伸び量が製造過程で圧縮されてマイナスにならないような製造条件を確立したことで、熱収縮性が低い素材を周方向ベルトに用いても、テンション不足によるベルトウェーブ等のタイヤ性能に致命的な現象が発生することのないタイヤを製造することができる。

ゴム被覆アラミド繊維素材を備えた周方向ベルトを成型するためのＢＴセグメントの断面図である。 張力調整手段を備えたベルト貼付装置の一例を模式的に示す斜視図である。 図１の一部拡大断面図であり、ＢＴセグメント上にアラミド素材を備えたベルトストリップが貼り付けられる状態を示す断面図である。 グリーンタイヤ中の成型時のベルトレイヤーと、加硫後の製品タイヤ中のベルトレイヤーとを対比して示す断面図である。

本発明のタイヤの製造方法の一実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、ゴム被覆アラミド繊維素材を備えた周方向ベルトを成型するためのＢＴ（ベルト・トレッド）ドラム１２の一部であるＢＴセグメント１２ａの断面図であり、ＢＴセグメント１２ａは図示のようにドラム面にＲ（曲率）が付されている。

ここで、ＢＴドラム１２は、ベルト・トレッド成型ドラムであって、一般に空気入りラジアルタイヤの製造に用いられるものである。即ち、ＢＴドラム１２上にリボン状のベルトレイヤー１０を貼り付けてベルト（スパイラルベルト）を形成し、その上にベルト・トレッドなどを貼り付けてベルト構成体を成型する。

具体的には、例えば所定の外周を有するＢＴドラム１２上にベルトレイヤー１０を複数層張り付け、次いでこのベルトレイヤー１０で構成されたベルト部材の外側にトレッドゴム層を張り付け、環状のベルト成型体を成型する。これを第１成型工程とし、第２成型工程においては、ラジアル・カーカスのクラウン部を取り囲むように前記ＢＴドラム１２により成型された環状のベルト成型体を配置して、ラジアル・カーカスを膨径することにより一体化させグリーンタイヤを成型する。成型したグリーンタイヤを加硫工程において加硫モールドにより加熱、成型して製品タイヤを製造する。加硫工程では、グリーンタイヤは内部の加硫ブラダの圧力により膨径して加硫モールドに高圧、高温下で押し付けられる。グリーンタイヤが膨径する間に加硫モールドが型閉され、タイヤの加硫が行われて製品タイヤを製造する。

本実施形態においても、前記従来のタイヤの製造方法を用いることができる。
図１において、ＢＴセグメント１２ａ上にアラミド繊維素材からなるコード１０ａを埋設したストリップ状のベルトレイヤー（又はベルトストリップ）１０が貼り付けられる状態を示している。
本実施形態では、ベルトレイヤー１０は、例えば後述する張力授与手段により張力Ｔを印加した状態で、ＢＴドラム１２上に隙間なく貼り付けられていく。

ベルトレイヤー１０は、製品タイヤにおいてベルト部材の機能であるテンション（張力）保持などの性能を発揮するため、ベルトレイヤー１０がテンション方向、つまりタイヤ周方向となるように、テンションを付与した状態でＢＴセグメント１２ａ上に貼り付けられる。即ち、ベルトレイヤー１０はテンションが付与される結果、そのコード１０ａを、長手方向に伸び量ｔ（％）だけ伸張させた状態でＢＴドラム１２上に貼り付けられる。

ここで、ＢＴドラム１２（ＢＴセグメント１２ａ）に貼り付けるベルトレイヤー１０に抵抗を付与してその張力を調整する手段を備えたベルト貼付装置は、公知のもの、例えば、特許文献１に記載されたものと同様のものが使用できる。
図２は、本実施形態で用いる張力調整手段を備えたベルト貼付装置の一例を模式的に示す斜視図である。
一定幅のベルトレイヤー１０は、アラミド繊維からなるコード（補強コード）をゴムコーティングすることで構成されており、図示しないロールから巻き出されガイドローラ１４を経由して矢印方向に回転するＢＴドラム１２に巻き付けられる。巻き付けられたベルトレイヤー１０は、例えば押し付けローラ１５によりＢＴドラム１２に押付けられてその周囲に貼り付けられる。

ここで、ガイドローラ１４は、ＢＴドラム１２の回転軸に沿って移動することができる図示しない移動台に支持されており、ベルトレイヤー１０は移動台により軸方向に移動しながらＢＴドラム１２に供給され、ＢＴドラム１２の周囲に螺旋状に巻付けられかつ貼り付けられて、周方向ベルト（スパイラルベルト）が形成される。

前記移動台には誘導電動機２０で駆動される抵抗ローラ２２が配置されており、抵抗ローラ２２は、巻付け時のベルトレイヤー１０に所定の張力を付与するため、ベルトレイヤー１０の供給方向と逆方向に回転し、ＢＴドラム１２に向かって移動するベルトレイヤー１０に抵抗を与える。したがって、前記張力は誘導電動機２０の出力トルクを変更することで任意に制御することができる。
なお、２４、２５はガイドローラ、２７はインバータ、３０はエンコーダ、３２はコントローラ、３４はインバータ２７に接続された制御部であり、制御手段３３は誘導電動機２０の出力トルクを制御し、抵抗ローラ２２とＢＴドラム１２との間におけるベルトレイヤー１０の張力を調節する制御を行う。

ところで、このベルトレイヤー１０は、ＢＴドラム１２上に貼り付けられた状態では、図３において、ベルトレイヤー１０の大径側（図示例では左端側）を基準に貼り付けると、ＢＴセグメント１２ａの径差により、ベルトレイヤー１０の小径側（同右端側）のＢＴセグメント１２ａ上における長さは左端側よりも短くなる。即ち、図示ベルトレイヤー１０の左端は、ＢＴドラム１２上にそのコード１０ａが長手方向に伸び量ｔ（％）だけ伸張させた状態で貼り付けられるが、同右端ではＢＴドラム１２の周長が同左端よりも短いため、その周長に応じてその伸びが圧縮される。つまり、ベルトレイヤー１０のコード１０ａは、ＢＴドラム１２上では、その左端では伸び量ｔ（％）だけ自然長よりも伸張した状態で貼り付けられるが、右端のベルトレイヤー１０のコード１０ａは、ベルトレイヤー１０のコード１０ａの伸び量ｔ（％）から周差に応じた圧縮量ｃ（％）だけ減じた、つまり、ｔ―ｃ（％）だけ伸張した状態でＢＴドラム１２上に貼り付けられる。

次に、このようにして形成された複数層のベルト上に他のタイヤ構成部材を貼り付けて環状のベルト成型体を成型し、例えば、既に述べた製造工程にしたがってグリーンタイヤを形成する。
このようにして形成されたグリーンタイヤの加硫時においては、ベルトレイヤー１０は加熱による拡張が見込まれる。ここでは、ベルトレイヤー１０の加硫時における拡張をタイヤ設計上の拡張又は目標拡張率といい、その拡張量をａ（％）とする。つまり、ベルトレイヤー１０は加硫中に全体にａ（％）だけの設計上の拡張が見込まれる。しかし、実際には、グリーンタイヤにおけるベルトレイヤー１０上のタイヤ構成部材のゲージ（厚み）にバラツキがある等の理由で、前記加硫中のベルトレイヤー１０の拡張が阻害されることが知られている。この阻害される拡張量をここでは、タイヤ設計上の拡張阻害又はベルト拡張減と呼び、その拡張減量はｂ（％）とする。

図４は、グリーンタイヤ中の成型時のベルトレイヤーと、加硫後の製品タイヤ中のベルトレイヤーとを対比して示す断面図である。即ち、図４は、加硫中におけるベルトレイヤー１０の拡張量ａ（％）と、これを抑制する拡張減量ｂ（％）を用いて、成型時におけるベルトレイヤー１０と製品時におけるそれとの関係を説明している。図示のように、成型時においてコード１０ａと共に伸び量ｔ（％）だけ伸張されたベルトレイヤー１０は、加硫時に拡張量ａ−拡張減量ｂ（％）だけ拡張（長手方向には伸張）される。

ここで、加硫後における製品タイヤにおいて、成型時においてテンションを付与して伸張させたコードの伸び量ｔ（％）が製品時においてマイナスになると、ベルトにテンションが作用しなくなる。その場合は、ベルトウェーブ等の重大な欠陥が発生する虞が出てくる。
そこで、このような重大な欠陥を防止するためには、成型時においてテンションを付与して伸張させたコードの伸び量ｔ（％）が少なくとも加硫後においてマイナスにならないようにすることが必要である。

つまり、ベルトウェーブ等の重大な欠陥が発生する虞をなくすためには、テンションＴによるコードの伸び量ｔ（％）と、この伸び量を打ち消すＢＴセグメント１２ａの径差により発生するコードの圧縮量ｃ（％）と、タイヤ設計上の拡張によるベルトレイヤー１０の拡張量ａ（％）と、ベルト上の部材のゲージのバラツキなどによるベルトレイヤー１０の拡張減量ｂ（％）について、
ｔ＋ａ−ｂ−ｃ≧０・・・・・・（式１）
これを書き直して、
ｔ≧ｂ＋ｃ−ａ・・・・・・（式２）
つまり、ベルトの貼り付け時に作用させるテンションＴは、当該ベルトのコードに式（２）で表される伸び量を与える大きさにする必要がある。
なお、ｔ、ａ、ｂ、ｃはいずれもベルト及びコードの自然長に対する長さの比率で表されていればよく、比率は百分率に限定されない。

なお、以上で説明したｔ、ａ、ｂ、ｃはベルトやコードの素材や構造によって決まるため、具体的数値はベルト及びコード素材（本実施形態ではアラミド繊維）やタイヤの他の構成部材、ＢＴセグメント１２ａのＲ（曲率）、加硫温度などの加工条件などにより異なるものとなる。そのため、ベルトやタイヤの種類毎に実験やサンプルなどにより予め取得しておく必要がある。

例えば、特定のベルトレイヤー１０に常温でテンションＴを作用させたときの伸び、即ちコード１０ａの伸び量ｔ（％）を測定し（その対照表（テーブル）を作成しておくことが好ましい）、特定のベルトレイヤー１０にテンションＴを作用させて特定のＲを持ったＢＴドラムに貼り付けたときの径差によるベルトレイヤー１０、即ちコード１０ａの圧縮量ｃ（％）を事前に求めておき、さらに、特定のベルトレイヤー１０の特定の加硫条件における拡張量ａ（％）、及び特定の構成になるグリーンタイヤの加硫中における特定のベルトレイヤー１０の伸び拡張減量ｂ（％）を実験又はサンプルにより求めておくことが必要である。

次に、以上で説明したアラミド繊維をベルト素材にしたタイヤへテンションを付与して、ベルトウェーブの発生を防止するための実施例について説明する。
例えば、ベルトレイヤー幅６．２ｍｍのベルトレイヤー１０を用い、そのときのタイヤ設計上の拡張による拡張量ａ（％）を０．４５％、タイヤ設計上の伸び拡張減量ｂ（％）を０．３％、ＢＴドラム１２ａの径差により発生するコード１０ａの圧縮量ｃ（％）が０．５％であるとし、そのときベルトレイヤー１０に２０ＮのテンションＴを印加したときのコード１０ａの伸び量ｔ（％）が０．０２％であるとする。
この場合の各ｔ、ａ、ｂ、ｃの関係は、ｔ（０．０２）＋ａ（０．４５）−ｂ（０．３）−ｃ（０．５）＝−０．３３であるため、前記式（１）は成り立たない。
つまり、拡張量よりも圧縮量が大きいため、ベルトに圧縮による局所的なベルト折れ（素材の折損）が生じ、これが起点になってベルト故障が起こることが予測できる。

そこで、この問題を解決するために必要なコード１０ａの伸び量ｔ（％）を前記式（２）；ｔ≧ｂ＋ｃ−ａに基づき算出する。
式（２）から、ｔ≧ｂ（０．３）＋ｃ（０．５）−ａ（０．４５）から、ｔ≧０．３５となる。
ここで、ｔ＝０．３５（％）となるテンションＴは、前記テーブルを参照して例えば８０Ｎであるとすると、当該ベルトレイヤー１０をＢＴドラムに貼り付ける場合は、ベルトレイヤー１０に少なくとも８０ＮのテンションＴを作用させればよいことが分かる。
同様に、前記拡張量ａ（％）を０．１〜０．５％、ベルトレイヤー幅を６．０〜１０ｍｍとし、ｂ、ｃは予め測定した一定値としたときのベルト貼付テンションＴを求めると、テンションＴは、３０〜３５０Ｎの範囲になる。

以上、本実施形態によれば、ベルトやタイヤの種類毎に実験などにより予め取得しておいた前記コードの伸び量や収縮量、ベルトレイヤーの拡張量、拡張減量などを、ベルト、タイヤ、加工条件などに基づき予め取得しておくことにより、ベルトレイヤー１０をＢＴドラム１２に貼り付ける際にどの程度のテンションを作用させればよいかを容易に判断することができる。
そのため、アラミド繊維などの低熱収縮性素材（ナイロンよりも熱収縮性が低い素材）のコード（補強コード）を備えたベルトレイヤー１０を用いてタイヤを製造しても、製品タイヤにテンション不足によるベルトウェーブ等のタイヤ性能に致命的な現象が発生することがない。

また、高強力（高耐カット性）のアラミド繊維をベルトに使用することで、ベルトを補強するためベルトの枚数を減らすことができるため、タイヤを軽量化することもできる。例えばナイロンなどの他の素材を使用した場合に比べて平均で１０％程度軽量化することができる。
また、アラミド繊維が切断に強いため耐ＦＯＤ性を向上させることができる。
以上の理由から、本実施形態に係るタイヤ製造方法で製造したアラミドなどの比較的熱収縮性の低い素材で構成した周方向ベルトを備えたタイヤは、とくに航空機用ラジアルタイヤとして好適に用いることができる。

１０・・・ベルトレイヤー、１０ａ・・・コード、１２・・・ＢＴドラム、１２ａ・・・ＢＴセグメント、１４・・・ガイドローラ、２０・・・誘導電動機、２２・・・抵抗ローラ、２４、２５・・・ガイドローラ、２７・・・インバータ、３０・・・エンコーダ、３２・・・コントローラ、３３・・・制御手段、３４・・・制御部。

Claims (4)

1. 湾曲したドラムセグメントを備えたドラム上に、低熱収縮性素材からなるコードを備えたベルトレイヤーを、テンションを付与しつつ貼り付けて周方向ベルトを形成する成型工程と、前記ベルトを備えた未加硫タイヤを加硫する加硫工程と、を有するタイヤの製造方法であって、
   前記成型工程における、テンションＴによる前記コードの伸び量をｔ、及び前記ベルトを前記ドラムに貼り付ける際の、前記ドラムセグメントの径差に基づく前記コードのベルト圧縮量をｃ、
   前記加硫工程における、前記ベルトレイヤーの拡張量をａ及び前記ベルトレイヤーの拡張減量をｂ、とし、
   但し、前記ａ、ｂをベルト長に対する、また、前記ｃ、ｔを前記コード長に対するそれぞれ比率で表すとき、
   前記ベルトレイヤーに、ｔ≧ｂ＋ｃ−ａで表される前記コードの伸び量ｔを生じるテンションＴを付与するタイヤの製造方法。
2. 請求項１に記載されたタイヤの製造方法において、
   前記ベルトの素材は、アラミド繊維であるタイヤの製造方法。
3. 請求項１又は２に記載されたタイヤの製造方法において、
   前記タイヤは航空機用タイヤであるタイヤの製造方法。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載されたタイヤの製造方法において、
   前記ベルトレイヤー幅を６．０〜１０ｍｍ、
   前記拡張量ａを０．１〜０．５％、
   前記拡張減量ｂを０．１〜０．５％、
   としたとき、前記ドラムセグメントの形状に応じて前記テンションが３０〜３５０Ｎであるタイヤの製造方法。
   

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