JP2015178300A - 空気入りラジアルタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】 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。
【解決手段】 ビード部３からサイドウォール部２までの領域内に、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サイド補強層７を配設した空気入りラジアルタイヤにおいて、単線スチールワイヤ１０の素線径ｄを０．３２ｍｍ〜０．４０ｍｍとし、単線スチールワイヤ１０の平均間隔を０．２０ｍｍ以上とし、各単線スチールワイヤ１０の座屈荷重とサイド補強層７の単位面積当たりのワイヤ質量との積を２５０Ｎ・ｋｇ／ｍ²以上とする。
【選択図】 図１

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サイド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、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。

空気入りラジアルタイヤにおいて、操縦安定性に代表される走行性能を改善するために、ビード部からサイドウォール部までの領域内にサイド補強層を配設すること（例えば、特許文献１〜４参照）が行われている。このようなサイド補強層としては、通常、複数本のスチールコードを引き揃えてゴム中に埋設したものが使用されている。

ところが、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。

これに対して、サイド補強層の補強線材としてスチールコードの替りに単線スチールワイヤを使用することが考えられる。このようにサイド補強層を単線スチールワイヤから構成した場合、コートゴムの使用量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。

しかしながら、空気入りラジアルタイヤはリムフランジの近傍で大きく変形するため、ビード部からサイドウォール部までの領域内に配置されるサイド補強層に単線スチールワイヤを使用した場合、その単線スチールワイヤが折損し易くなり、また、サイド補強層において単線スチールワイヤとコートゴムとの間にセパレーションを生じ易くなるという問題がある。そのため、単線スチールワイヤからなるサイド補強層は実用化されていないのが現状である。

特開２０１１−８４２２１号公報 特開２０１１−２０７２７６号公報 特開２０１３−３５３６２号公報 特開２０１２−１１８０８号公報

本発明の目的は、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、ビード部からサイドウォール部までの領域内に、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サイド補強層を配設した空気入りラジアルタイヤにおいて、前記単線スチールワイヤの素線径を０．３２ｍｍ〜０．４０ｍｍとし、前記単線スチールワイヤの平均間隔を０．２０ｍｍ以上とし、各単線スチールワイヤの座屈荷重と前記サイド補強層の単位面積当たりのワイヤ質量との積を２５０Ｎ・ｋｇ／ｍ²以上としたことを特徴とするものである。

本発明では、サイド補強層の補強線材として単線スチールワイヤを採用するにあたって、単線スチールワイヤの素線径、単線スチールワイヤの平均間隔及び各単線スチールワイヤの座屈荷重とサイド補強層の単位面積当たりのワイヤ質量との積をそれぞれ特定の範囲に規定することにより、サイド補強層を構成する単線スチールワイヤが折損するのを効果的に防止し、かつサイド補強層において単線スチールワイヤとコートゴムとの間にセパレーションを生じるのを効果的に防止することができる。その結果、タイヤ耐久性能を良好に維持しながら、単線スチールワイヤの使用によりサイド補強層におけるコートゴムの使用量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。

本発明において、単線スチールワイヤにはその軸廻りに捩りを与えることが好ましい。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。

サイド補強層内には２本又は３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サイド補強層の面方向に並ぶように配置することが好ましい。このようにワイヤ集合体を形成した場合、サイド補強層において単線スチールワイヤとコートゴムとの間にセパレーションが発生し難く、仮に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、単線スチールワイヤとコートゴムとの間の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。

単線スチールワイヤの引張強度Ｔ（ＭＰａ）はその素線径ｄ（ｍｍ）に対してＴ≧３８７０−２０００ｄの関係を満足することが好ましい。このような高強度の単線スチールワイヤは耐疲労性に優れているためタイヤ耐久性能を向上することができる。

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のサイド補強層を抽出して示す側面図である。 図１の空気入りラジアルタイヤのサイド補強層を示す断面図である。 図１の空気入りラジアルタイヤのサイド補強層の変形例を示す断面図である。 本発明でサイド補強層に使用される単線スチールワイヤを拡大して示す側面図である。 座屈荷重の測定に使用される単線スチールワイヤの試験片を示す平面図である。 座屈荷重の測定に使用される単線スチールワイヤの試験片及び測定装置を示す側面図である。

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〜図４はそのサイド補強層を示し、図５は本発明でサイド補強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、本実施形態の空気入りタイヤは、タイヤ周方向に延在して環状をなすトレッド部１と、トレッド部１の両側に配置された一対のサイドウォール部２と、サイドウォール部２のタイヤ径方向内側に配置された一対のビード部３とを備えている。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、好ましくはポリエステル等の有機繊維コードが使用される。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。

また、図１〜図４に示すように、ビード部３からサイドウォール部２までの領域内には、後述する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サイド補強層７がタイヤ全周にわたって埋設されている。サイド補強層７において、単線スチールワイヤ１０のタイヤ周方向に対する傾斜角度は例えば１０°〜６０°の範囲、好ましくは、１５°〜３５°の範囲に設定されている。サイド補強層７における単線スチールワイヤ１０の傾斜角度は、必要とされる操縦安定性等の走行性能に応じて適宜設定することができ、その傾斜角度を大きくすることにより操縦安定性を高めることができる。

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の補強コードとして、好ましくはスチールコードが使用される。

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、好ましくはナイロンやアラミド等の有機繊維コードが使用される。

上記空気入りラジアルタイヤにおいて、サイド補強層７を構成する単線スチールワイヤ１０の素線径ｄは０．３２ｍｍ〜０．４０ｍｍの範囲に設定され、単線スチールワイヤ１０の平均間隔は０．２０ｍｍ以上の範囲に設定され、各単線スチールワイヤ１０の座屈荷重とサイド補強層７の単位面積当たりのワイヤ質量との積は２５０Ｎ・ｋｇ／ｍ²以上の範囲に設定されている。

上述した空気入りラジアルタイヤでは、サイド補強層７の補強線材として単線スチールワイヤ１０を採用するにあたって、単線スチールワイヤ１０の素線径ｄ、単線スチールワイヤ１０の平均間隔及び各単線スチールワイヤ１０の座屈荷重とサイド補強層７の単位面積当たりのワイヤ質量との積をそれぞれ特定の範囲に規定することにより、サイド補強層７を構成する単線スチールワイヤ１０が折損するのを効果的に防止し、かつサイド補強層７において単線スチールワイヤ１０とコートゴムとの間にセパレーションを生じるのを効果的に防止することができる。その結果、タイヤ耐久性能を良好に維持しながら、サイド補強層７を薄く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、単線スチールワイヤ１０の素線径ｄが０．３２ｍｍ未満であるとサイド補強層７においてセパレーションを生じ易くなり、逆に０．４０ｍｍを超えると単線スチールワイヤ１０の耐疲労性が低下して単線スチールワイヤ１０が折損し易くなる。

また、単線スチールワイヤ１０の平均間隔が０．２０ｍｍ未満であるとサイド補強層７においてセパレーションを生じ易くなる。単線スチールワイヤ１０の平均間隔の上限値は０．８０ｍｍとするのが良い。単線スチールワイヤ１０の平均間隔は、単線スチールワイヤ１０と直交する方向に沿って測定されるサイド補強層７の幅５０ｍｍに含まれる単線スチールワイヤ１０の本数ｎ及び素線径ｄ（ｍｍ）から算出される。つまり、（５０−ｎ×ｄ）／ｎの式から単線スチールワイヤ１０の平均間隔を求めることができる。

更に、各単線スチールワイヤ１０の座屈荷重とサイド補強層７の単位面積当たりのワイヤ質量との積が２５０Ｎ・ｋｇ／ｍ²未満であるとサイド補強層７が座屈し易くなり、単線スチールワイヤ１０が折損し易くなる。但し、サイド補強層７が過度に強直であると乗り心地を損なうことになるので、上記積の上限値は５００Ｎ・ｋｇ／ｍ²とするのが良い。単線スチールワイヤ１０の座屈荷重（Ｎ）の測定方法は、以下の通りである。即ち、図６及び図７に示すように、単線スチールワイヤ１０をコートゴムの中央部に埋め込んで加硫された試験片２１（高さ２０ｍｍ、幅１０ｍｍ、奥行き１０ｍｍ）を用意し、その試験片２１を土台２２と可動体２３との間に配置し、上下方向から試験片２１に対して圧縮荷重Ｆを負荷し、単線スチールワイヤ１０が座屈するまでの最大荷重Ｆｍａｘを測定する。このような測定を１０個の試験片について行ない、その測定値の平均値を求め、これを座屈荷重とする。一方、サイド補強層７の単位面積当たりのワイヤ質量（ｋｇ／ｍ²）は、シート状に広がるサイド補強層７の単位面積内に存在する単線スチールワイヤ１０の総質量であり、例えば、サイド補強層７における単線スチールワイヤ１０の打ち込み密度（本／５０ｍｍ）と単線スチールワイヤ１０の単位長さ当たりの質量（ｇ／ｍ）とから算出することができる。

なお、サイド補強層７における単線スチールワイヤ１０の打ち込み密度は４０本／５０ｍｍ〜８０本／５０ｍｍであると良い。この打ち込み密度が４０本／５０ｍｍ未満であるとサイド補強層７の剛性を十分に確保することが難しくなり、逆に８０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ことになる。

上記空気入りラジアルタイヤにおいて、図５に示すように、単線スチールワイヤ１０にはその軸廻りに捩りが与えられている。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。単線スチールワイヤ１０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。なお、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低下する。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、その製造が困難になる。

上記空気入りラジアルタイヤにおいて、サイド補強層７を構成する単線スチールワイヤ１０は等間隔に配置しても良く、或いは、単線スチールワイヤ１０の配列が局部的に密となるワイヤ集合体１２を形成するように配置しても良い。図３において、単線スチールワイヤ１０はサイド補強層７内で等間隔に配置されている。一方、図４において、サイド補強層７内には３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が形成され、各ワイヤ集合体１２において単線スチールワイヤ１０がサイド補強層７の面方向に並ぶように配置されている。ワイヤ集合体１２は２本の単線スチールワイヤ１０で構成しても良い。このようにワイヤ集合体１２を形成した場合、サイド補強層７において単線スチールワイヤ１０とコートゴムとの間にセパレーションが発生し難く、仮に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、単線スチールワイヤ１０とコートゴムとの間の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。

ここで、個々のワイヤ集合体１２は一体性を有し、かつ隣り合う一対のワイヤ集合体１２が適度に離間していることが大事である。そのため、図４において、ワイヤ集合体１２の幅Ｗは単線スチールワイヤ１０の素線径ｄとワイヤ集合体１２に含まれる単線スチールワイヤ１０の本数ｍとの積（ｄ×ｍ）の１０５％〜１３０％とすることが好ましい。ワイヤ集合体１２の幅Ｗが単線スチールワイヤ１０の素線径ｄとワイヤ集合体１２内の単線スチールワイヤ１０の本数ｍとの積（ｄ×ｍ）の１０５％未満であるとセパレーションが発生し易くなり、逆に１３０％を超えるとワイヤ集合体１２としての一体性が損なわれる。一方、隣り合う一対のワイヤ集合体１２の相互間隔Ｇは、単線スチールワイヤ１０の素線径ｄの７０％〜２５０％にすると良い。隣り合う一対のワイヤ集合体１２が素線径ｄの７０％未満であるとセパレーションが広い範囲に伝播し易くなり、逆に素線径ｄの２５０％を超えるとサイド補強層７としての剛性を十分に確保することが困難になる。

上記空気入りラジアルタイヤにおいて、サイド補強層７を構成する単線スチールワイヤ１０の引張強度Ｔ（ＭＰａ）はその素線径ｄ（ｍｍ）に対してＴ≧３８７０−２０００ｄの関係を満足するのが良い。このような高強度の単線スチールワイヤ１０は耐疲労性に優れているため、その折損を生じ難くなり、タイヤ耐久性能を向上することができる。ここで、単線スチールワイヤ１０の引張強度Ｔが３８７０−２０００ｄ（ＭＰａ）未満であると耐疲労性の改善効果が低下することになる。引張強度Ｔの上限値は、コード生産性とコード靱性を良好に維持するために、４２００ＭＰａとすると良い。

タイヤサイズ１９５／６５Ｒ１５で、ビード部からサイドウォール部までの領域内に、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サイド補強層を配設した空気入りラジアルタイヤにおいて、サイド補強層の補強線材だけを種々異ならせ、その補強線材の構造、素線径ｄ、引張強度Ｔ、打ち込み密度、平均間隔、ワイヤ集合体内の本数、座屈荷重、単位長さ当たりの質量、座屈荷重×ワイヤ質量を表１のように設定した従来例１、実施例１〜４及び比較例１〜４のタイヤを製作した。

従来例１のタイヤは、サイド補強層の補強線材として、２本のコアフィラメントの周りに２本のシースフィラメントを撚り合わせた２＋２構造のスチールコードを用いたものである。一方、実施例１〜４及び比較例１〜４のタイヤは、サイド補強層の補強線材として、単線スチールワイヤを用いたものである。サイド補強層を構成する補強線材のタイヤ周方向に対する傾斜角度は２０°とし、サイド補強層のタイヤ径方向の寸法は４０ｍｍとした。このようなサイド補強層をその下端がビードコアに当接するようにビード部からサイドウォール部までの領域に配置した。また、単線スチールワイヤにはその軸廻りに捩りを与え、そのワイヤ表面捩り角θを１０とした。その際、素線径ｄが０．３０ｍｍの場合は捩りピッチを１７．０ｍｍとし、素線径ｄが０．３５ｍｍである場合は捩りピッチを１９．８ｍｍとし、素線径ｄが０．３７ｍｍである場合は捩りピッチを２０．８ｍｍとし、素線径ｄが０．４２ｍｍである場合は捩りピッチを２３．８ｍｍ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、転がり抵抗及びタイヤ耐久性能を評価し、その結果を表１に併せて示した。

転がり抵抗：
各試験タイヤをリム組みして空気圧２３０ｋＰａに設定し、速度８０ｋｍ／ｈ、負荷荷重６．１５ｋＮの条件で試験タイヤの転がり抵抗を測定した。評価結果は、従来例１を１００とする指数にて示した。この指数値が小さいほど転がり抵抗が少ないことを意味する。

タイヤ耐久性能：
各試験タイヤをリムサイズ１５×６ＪＪのホイールに組み付けて空気圧を１２０ｋＰａに設定し、直径１７０７ｍｍのドラム上で、負荷荷重６ｋＮ、速度８１ｋｍ／ｈの条件で１００００ｋｍの走行試験を実施した。走行後、各試験タイヤを解体し、サイド補強層におけるワイヤ折れの有無を確認すると共に、サイド補強層内で発生したセパレーションの長さを計測した。セパレーションの長さが５ｍｍ以下であれば良好である。

表１から判るように、実施例１〜４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１〜４のタイヤは、転がり抵抗の低減効果が認められるものの、タイヤ耐久性能が低下していた。特に、比較例１ではサイド補強層を構成する単線スチールワイヤの素線径ｄ及び平均間隔が小さ過ぎるため、サイド補強層に大きなセパレーションが発生していた。比較例２ではサイド補強層を構成する単線スチールワイヤの平均間隔が小さ過ぎるため、サイド補強層に大きなセパレーションが発生していた。比較例３では各単線スチールワイヤの座屈荷重とサイド補強層の単位面積当たりのワイヤ質量との積が小さ過ぎるため、単線スチールワイヤに折れが発生していた。比較例４ではサイド補強層を構成する単線スチールワイヤの素線径ｄが大き過ぎるため、単線スチールワイヤに折れが発生していた。

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
７ サイド補強層
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. ビード部からサイドウォール部までの領域内に、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サイド補強層を配設した空気入りラジアルタイヤにおいて、前記単線スチールワイヤの素線径を０．３２ｍｍ〜０．４０ｍｍとし、前記単線スチールワイヤの平均間隔を０．２０ｍｍ以上とし、各単線スチールワイヤの座屈荷重と前記サイド補強層の単位面積当たりのワイヤ質量との積を２５０Ｎ・ｋｇ／ｍ²以上としたことを特徴とする空気入りラジアルタイヤ。
2. 前記単線スチールワイヤにその軸廻りに捩りを与え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. 前記サイド補強層内に２本又は３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サイド補強層の面方向に並ぶように配置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. 前記単線スチールワイヤの引張強度Ｔ（ＭＰａ）がその素線径ｄ（ｍｍ）に対してＴ≧３８７０−２０００ｄの関係を満足する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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