JP2018108759A

JP2018108759A - 空気入りタイヤ

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Publication number: JP2018108759A
Application number: JP2016256385A
Authority: JP
Inventors: 和秀安達; Kazuhide Adachi; 聡玉田; Satoshi Tamada; 崇志横山; Takashi Yokoyama; 章一大橋; Shoichi Ohashi; 敦司青山; Atsushi Aoyama
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd; Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp; Tokyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp; Tokyo Seiko Co Ltd; Toyo Tire Corp
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2018-07-12
Anticipated expiration: 2036-12-28
Also published as: JP6873693B2

Abstract

【課題】耐ベルトセパレーション性を損なうことなく、ベルト衝撃耐久性の向上とベルト層の軽量化を両立できる、空気入りタイヤを提供。
【解決手段】カーカスの外周に配されたベルトを有する空気入りタイヤであって、ベルトは同一の径の３〜６本のスチールフィラメントを撚り合わせることなく単一の層をなすように並列させ主フィラメント束１３とし、小径の１本のスチールフィラメントをラッピングフィラメント１４として主フィラメント束の周囲に巻き付けてなるｎ＋１構造（ｎ＝３〜６）のスチールコード１２を、その長径方向がベルト外周面と平行になるように配置したベルトプライを備え、スチールコードはシャルピー衝撃試験による試験値をベルト幅当たりに換算した値が６．０Ｊ／ｉｎｃｈ以上であり、ベルトの厚さ寸法におけるスチールコードの占有率が５５〜８５％であり、ベルトの幅寸法におけるスチールコードの占有率が７５％以下である空気入りタイヤ。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気入りタイヤに関するものである。

従来の単層撚りのスチールコードをベルト層として使用する空気入りタイヤにおいて、耐衝撃性を向上させる方法としては、コードのフィラメント本数を増やすことや、コードのフィラメント径を大きくすることが挙げられる。

しかしながら、コードのフィラメント本数を増やして撚り合わせたり、コードのフィラメント径を大きくしたものを撚り合わせたりするとスチールコード径が大きくなり、ベルト層の耐久性を維持のためにはベルト層のゴム量を増やす必要があるため、ベルト層の重量が増加する。ベルト層の重量が増加すれば、タイヤの転がり抵抗が増大し、ひいては自動車の燃費の低下に繋がるという問題があった。

特許文献１，２には、同一の径の２〜６本のスチールフィラメントを撚り合わせることなく単一の層をなすように並列させて主フィラメント束とし、スチールフィラメントより小径で真直の１本のスチールフィラメントをラッピングフィラメントとして主フィラメント束の周囲に巻き付けてなるスチールコード、いわゆるｎ＋１構造を有するスチールコードを使用した空気入りタイヤが開示されているが、このような態様のスチールコードを用いた空気入りタイヤにおいても、ベルトの耐衝撃性の向上とベルト層の軽量化との両立が課題であった。

また、ベルト層は、特許文献１でも課題として挙げられているように、耐ベルトセパレーション性も求められている。

特開２０１２−１０６５７０号公報特開２０１０−２６４９４７号公報特開２００６−１７５９２２号公報特開平７−３０４３０７号公報

本発明は、以上の点に鑑み、耐ベルトセパレーション性を損なうことなく、ベルトの衝撃耐久性の向上とベルト層の軽量化とを両立することができる、空気入りタイヤを提供することを目的とする。

なお、特許文献３，４には、２〜６本のスチールフィラメントを撚り合わせることなく、同一平面内で横に並べて平行に引き揃えたスチールコードが開示されているが、ラッピングフィラメントはなく、ｎ＋１構造ではない。

本発明に係る空気入りタイヤは、カーカスと、カーカスのクラウン部の外周に配されたベルトとを有する空気入りタイヤであって、ベルトは、同一の径の３〜６本のスチールフィラメントを撚り合わせることなく単一の層をなすように並列させて主フィラメント束とし、スチールフィラメントより小径で真直の１本のスチールフィラメントをラッピングフィラメントとして主フィラメント束の周囲に巻き付けてなるｎ＋１構造（ｎ＝３〜６）のスチールコードを、その長径方向がベルト外周面と平行になるように配置したベルトプライを備え、スチールコードは、シャルピー衝撃試験により測定したスチールコード１本当たりの衝撃試験値をベルト幅当たりに換算した値が６．０Ｊ／ｉｎｃｈ以上であり、ベルトの厚さ寸法におけるスチールコードの占有率が５５〜８５％であり、ベルトの幅寸法におけるスチールコードの占有率が７５％以下であるものとする。

上記空気入りタイヤは、ベルトプライの厚さが０．７〜１．１ｍｍであるものとすることができる。

本発明によれば、耐ベルトセパレーション性を損なうことなく、ベルト衝撃耐久性の向上とベルト層の軽量化とを両立させた空気入りタイヤが得られる。

本発明の一実施形態に係る空気入りタイヤの半断面図。本発明の一実施形態に係るスチールコードの構成を示す模式的な平面図。本発明の一実施形態に係るベルトプライの一部断面図。シャルピー衝撃試験の試験方法を説明するための簡略図。

以下、本発明の実施に関連する事項について詳細に説明する。

図１に示す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て実質的に直角に配列してなる。

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、カーカス４とトレッドゴム部７との間に、ベルト６が配されている。ベルト６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プライ、通常は少なくとも２枚のベルトプライで構成することができ、本実施形態では、カーカス側の第１ベルトプライ６Ａと、トレッドゴム部側の第２ベルトプライ６Ｂとの２枚のベルトプライで構成されている。ベルトプライ６Ａ，６Ｂは、スチールコード１０をタイヤ周方向に対して所定の角度（例えば、１５〜３５度）で傾斜させ、かつタイヤ幅方向に所定の間隔にて配列させてなるものであり、図３に示すようにスチールコード１０はコーティングゴム１１で被覆されている。スチールコード１０は、上記２枚のベルトプライ６Ａ，６Ｂ間で互いに交差するように配設されている。

ベルト６の外周側（即ち、タイヤ半径方向外側）には、ベルト６とトレッドゴム部７との間に、ベルト補強層８が設けられている。ベルト補強層８は、ベルト６をその全幅で覆うキャッププライであり、タイヤ周方向に実質的に平行に配列した繊維コードからなる。すなわち、ベルト補強層８は、繊維コードをタイヤ周方向に沿って配列してなり、ベルト６の幅方向全体を覆うように、繊維コードをタイヤ周方向に対して０〜５度の角度で螺旋状に巻回することにより形成することができる。

図３に示すように、ベルトプライ６Ａは、スチールコード１０を、その長径方向Ｂがベルト面（即ち、ベルト外周面）に平行になるように配置することで形成されている。すなわち、ベルトプライ内において、スチールコード１０は、その短径方向Ａがベルトプライの厚さ方向Ｋと一致するようにして、所定間隔でコーティングゴム１１内に埋設されている。そのため、スチールコード１０は、その長径方向Ｂがトレッド面に平行になるように配置される。このように構成することにより、スチールコード１０をゴム被覆する際に加工しやすく、またベルトプライの厚さを薄くしてタイヤ重量の増加を抑えることができる。また、得られたベルトプライでは、タイヤ幅方向における曲げ剛性が高くなるので、操縦安定性能を向上させることができ、タイヤ径方向における曲げ剛性が低くなるので、エンベロープ性を高めて接地面積を上げることができる。

本実施形態に係る空気入りタイヤの要部をなす、ベルトプライ用の各スチールコード１０は、図２に示すように、スチールフィラメントのみからなり、同一の径の３〜６本の主フィラメント１２と、これを束ねる１本のラッピングフィラメント１４とからなる。主フィラメントの径ｄは、０．１５〜０．３０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは、０．１５〜０．２５ｍｍである。主フィラメントの径ｄが０．１５ｍｍ以上である場合、タイヤ装着時の操縦安定性を維持しつつ、スチールコード１０の剛性を低くし、乗り心地を向上させ易い。径ｄが０．３０ｍｍ以下である場合、剛直になり過ぎず、圧縮変形に伴う表面歪みの増加を抑えることができるため、ベルトプライの耐疲労性を維持でき、タイヤの耐久性を維持し易い。ラッピングフィラメント１４は、曲げ剛性が主フィラメント１２よりも小さく、例えば、主フィラメント１２の１０〜４０％とすることができる。また、ラッピングフィラメントの径ｄ０は、０．１０〜０．１５ｍｍであることが好ましい。ラッピングフィラメントの径ｄ０がこの範囲内である場合、スチールコード１０の径増大を抑えつつ、結束力を確保し易い。

これらの主フィラメント１２は、一つの平面に沿って１層をなすように並列される。すなわち、スチールコード１０の長さ方向に垂直の断面にて、一列をなすように引き揃えられる。そのため、各スチールコード１０は、扁平であり、図３に示すように長径Ｄ１と短径Ｄ２を持つ。長径Ｄ１と短径Ｄ２の値は特に限定されないが、例えば長径Ｄ１が１．００〜１．５０ｍｍ、短径Ｄ２が０．３０〜０．６０ｍｍであるものとすることができ、長径／短径の比は、例えば１．５〜５倍、好ましくは２〜４倍である。

１本のコード中にて並列される主フィラメント１２の本数は、束としての形状を安定に保ちつつ、コードの扁平度を増大させてベルト層などの厚さを小さくする観点から、３〜６本が好ましく、より好ましくは４〜６本、さらに好ましくは４〜５本である。すなわち、主フィラメント１２の数が６本を越えると、一列をなすように並列させるのが困難となり、束としての形状が不揃いになり易い。なお、主フィラメント１２は、必ずしも断面が円形でなくても良い。例えば、主フィラメント１２として、断面が楕円形のものを用いることにより、スチールコード１０をさらに扁平にすることができる。

一方、ラッピングフィラメント１４としては、特に限定はされないが、波付けが施されず、いわゆる「真直」のものが好適に用いられる。真っ直ぐの場合、巻き付けが容易で、巻き付けの拘束力を、一様に高いものとし易い。なお、ラッピングフィラメント１４による拘束力により、引き揃えられた主フィラメント１２にスチールコード１０としての一体感をもたせることができ、走行中の路線変更やカーブを曲がる際のベルト材の面内変形に対する高い剛性が得られる。

また、主フィラメント１２は、型付けや波付けを施したものを用いてもよく、波付けする際には、いずれも、スチールコード１０の長径方向Ｂにのみ振幅をもった波形に波付けすることができる。すなわち、長径方向Ｂ及び長さ方向に沿った平面内にて、二次元的に波付けされる。特に、スチールコード１０をなす複数の主フィラメント１２が、同一の波付け高さ（波高）及び同一の波付けピッチ（波長）を有するものとすることができ、このように、全ての主フィラメント１２について同一の波付けを行うことにより、スチールコード１０に引張り荷重が加わった際に、並列される主フィラメント間で、ほぼ同一の伸び挙動を行うようになる。すなわち、応力が集中することなく、均等に作用するため、各スチールフィラメントの抗張力を最大限に利用することができ、スチールコード１０の抗張力を増大させることができる。

好ましい実施態様において、各スチールコード１０をなす複数の主フィラメント１２は、波付けについて、互いに位相をずらすような操作をおこなっていない。すなわち、基本的に同一の位相をなし、スチールコード１０の長径方向Ｂにて、互いに、山の箇所同士、谷の箇所同士が重なりあって、相互の隙間が比較的小さい構造をなしている。そのため、各スチールコード１０は、長さ方向に沿った部位ごとで、主フィラメント１２の束の長径方向寸法にばらつきが少なく、ラッピングフィラメント１４による結束が強力に行われるのに有利な構造となっている。したがって、スチールコード内へのゴムの浸入を容易にせずとも、耐疲労性や耐食性を高く保つことができる。

本実施形態のスチールコード１０は、シャルピー衝撃試験により測定したスチールコード１本当たりの衝撃試験値をベルト幅当たりに換算した値が、６．０Ｊ／ｉｎｃｈ以上であるのが好ましく、より好ましくは６．０〜１０．０Ｊ／ｉｎｃｈである。この値が６．０Ｊ／ｉｎｃｈ以上であると衝撃耐久性に優れる。ここで「スチールコード１本当たりの衝撃試験値」は、図４に示すように、回転軸２２と、ハンマー２３と、ハンマー２３を支持する棒２４を有する振子型のシャルピー衝撃試験機を用いて測定することができる。詳細には、あらかじめ、スチールコード１本を３００ｍｍの掴み間隔でチャッキングし、３０ｍｍ／ｍｉｎの引張速度で引張り試験を行い、切断荷重を求める。そして、回転軸２２の鉛直方向下方に、スチールコード１０の長径側の面がハンマー２３と垂直に当接するように水平方向に設置し、スチールコード１０に切断荷重の１０％の引張り荷重を掛けた状態で、かつ掴み間隔１００ｍｍでチャッキングする。次いで、回転軸２２を中心にハンマー２３を持ち上げて離すことにより振り子運動を行わせ、スチールコード１０に当てて切断する。スチールコード１０の切断に要したエネルギーの値がスチールコード１本当たりの衝撃試験値であり、以下の式を用いて算出することができる。また、得られたスチールコード１本当たりの衝撃試験値に、打ち込み本数（本／ｉｎｃｈ）を掛け合わせることにより、ベルト幅（ｉｎｃｈ）当たりの値に換算することができる。

〈式１〉
衝撃試験値Ｅ（Ｊ）＝ＷＲ（ｃｏｓθ_１−ｃｏｓθ_０）
Ｗ：ハンマーの重量及びハンマーを支持する棒の重量（ｋｇｆ）
Ｒ：回転軸から回転体重心までの距離（ｃｍ）
θ_０：ハンマーの持上げ角（°）
θ_１：ハンマーの振上がり角（°）

本実施形態の空気入りタイヤは、ベルトの厚さ寸法中におけるスチールコードの占有率（「コード占有率」）が、好ましくは５５〜８５％であり、より好ましくは６０〜７０％である。スチールコードの占有率は、５５％以上であることにより、ベルト層の軽量化に優れ、８５％以下であることにより、ベルトセパレーションの抑制に優れる。ここで、「コード占有率（％）」は、コードを所定の打ち込み密度で引き揃えて配列しゴム被覆された、いわゆるトッピング反につき、次式で計算される値を使用する。

〈式２〉
ベルトの厚さ寸法におけるコード占有率（％）＝｛コードの短径（ｍｍ）／トッピング反の厚さ（ｍｍ）｝×１００

また、ベルトプライの厚さは、特に限定されないが、０．７〜１．１ｍｍであることが好ましい。ここで、「ベルトプライの厚さ」とは、ベルトプライ１枚の厚さのことであり、ベルト層が複数枚のベルトプライより構成されている場合、各ベルトプライの厚さが上記範囲内であることが好ましい。

本実施形態の空気入りタイヤは、ベルトの幅寸法中におけるスチールコードの占有率（「コード占有率」）が、好ましくは７５％以下であり、より好ましくは５０〜７５％である。コード占有率が７５％を超えると、スチールコード間の距離が過度に小さくなることから、スチールコード間の応力をゴム層により充分に吸収し得ない箇所が生じ、「コードセパレーション」と呼ばれる、スチールコード間の分離や、剥離が生じやすくなる。そのようなコードセパレーションが生じると、タイヤの耐久性が低下する。一方、５０％未満であると、スチールコード間の距離が開き過ぎることから、曲げ剛性の低下、及びこれによる操縦安定性の低下を招くおそれがある。ここで、「コード占有率（％）」は、コードを所定の打ち込み密度で引き揃えて配列し、ゴム被覆した、いわゆるトッピング反において、次式で計算される値を使用する。

〈式３〉
ベルトの幅寸法におけるコード占有率（％）＝コードの長径（ｍｍ）×コード打ち込み本数（本／ｉｎｃｈ）×１００／１（ｉｎｃｈ）

ベルトプライにおける上記スチールコードのエンド数（打ち込み本数）は、コード強力等に応じて適宜に設定することができ、ベルトの幅寸法におけるスチールコードの占有率が５０〜７５％となる本数であれば特に限定されない。

本実施形態に係る空気入りタイヤの種類としては、特に限定されず、乗用車用タイヤ、トラックやバスなどに用いられる重荷重用タイヤなどの各種のタイヤが挙げられる。

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

下記表１に示す構造を持つスチールコードを作製した。比較例１のスチールコードは、引き揃えの２本の金属フィラメントからなる芯部の周りに、同一径の１本の金属フィラメントを撚り合わせてなる２＋１の複層撚り構造（２＋１×０．２７）を持つ従来のコードである。それ以外のスチールコードは、全て、複数本の主フィラメントを撚り合わせることなく１列に引き揃えて配置した主フィラメント束を、１本の真直のラッピングフィラメント（直径ｄ０＝０．１５ｍｍ）でラッピングしてなるｎ＋１構造のスチールコードである。また、ラッピングフィラメントの巻きピッチは５．０ｍｍとした。

表１に示す構造を有する各スチールコードにつき、ベルト幅当たり衝撃試験値、及び耐プランジャー性能を評価した。各評価項目の評価方法を、以下に示す。

また、得られたスチールコードをベルトコードとして用いて、タイヤサイズが１７５／６５Ｒ１５８４Ｓのラジアルタイヤを、常法に従い加硫成形した。各タイヤについて、ベルト以外の構成は、全て共通の構成とした。ベルトプライ（６Ａ）／（６Ｂ）におけるスチールコードの角度は、タイヤ周方向に対して＋２５°／−２５°とした。ベルトプライは、スチールコードをその長径方向がベルト面に平行になるように、表１記載の打ち込み本数にて配置した上で、カレンダー装置を用いて、トッピング反とすることにより作製した。

なお、カーカスプライは、ポリエチレンテレフタラートのコード１１００ｄｔｅｘ／２、打ち込み本数２８／２５ｍｍで１プライとした。

得られたトッピング反につき、ベルト重量を測定し、得られた各空気入りタイヤにつき、耐ベルトセパレーション性を評価した。各評価項目の評価方法は、以下に示す。

・ベルト幅当たり衝撃試験値：スチールコードを３００ｍｍの掴み間隔でチャッキングし、３０ｍｍ／ｍｉｎの引張速度で引張り試験を行い、スチールコードの切断荷重を求めた。そして、室温下でスチールコードに切断荷重の１０％の引張り荷重をかけた状態で１００ｍｍの掴み間隔でチャッキングし、シャルピー衝撃試験を行い、スチールコードを破断させた。シャルピー衝撃試験は、振子型のシャルピー衝撃試験機を使用し、上記式（１）における条件は、Ｗ＝１．７ｋｇｆ、Ｒ＝３１．６ｃｍ、θ_０＝１５０．０°とした。この際に得られた値をスチールコード１本当たりの衝撃試験値Ｅ（Ｊ）とし、衝撃試験値に打ち込み本数を掛け合わせて、幅当たり衝撃試験値を算出した。

・耐プランジャー性能：スチールコードをトッピングしたゴムを加硫し、スチールコードとゴムの複合体をサンプルとする。引張試験機（島津製作所（株）製オートグラフ）を用いて、サンプルに対し垂直方向に、金属製の棒（先端形状：半球形、直径：５．０ｍｍ）で５０ｍｍ／ｍｉｎの速度で、スチールコードとゴム複合体を貫通するまで押圧し、測定した最大荷重を、比較例１を１００とする指数で示した。

・ベルト重量：各スチールコードをコーティングゴムで被覆したトッピング反の重量を測定し、比較例１を１００とする指数で示した。

・耐ベルトセパレーション性：タイヤを既定のリムに装着し、内圧１１０ｋＰａで、ＪＡＴＭＡ規定の最大荷重の６２％撓み量まで、ドラムにタイヤを押し付けて負荷をかけた。試験速度は４２０ｒｐｍとし、異常発生、若しくは７２０時間まで試験を行った。試験終了後にタイヤを解体し、目視にて、ベルト幅方向の端部におけるエッジセパレーションの長さを１ｍｍ単位で計測し、以下の基準で耐ベルトセパレーション性を判定した。

無:０ｍｍ
微小:１〜２ｍｍ
小:３〜５ｍｍ
中:６〜９ｍｍ
大:１０ｍｍ以上

結果は、表１に示す通りであり、実施例は比較例１と比較して、耐ベルトセパレーション性を維持しつつ、ベルト層を軽量化することができ、さらには、耐プランジャー性能に優れていた。

比較例２は、ベルト幅当たり衝撃試験値が６．０Ｊ／ｉｎｃｈ未満であり、比較例１と比較して耐プランジャー性能が悪化した。

比較例３は、ベルトの厚さ寸法におけるコード占有率が８５％を超えており、比較例１と比較して耐ベルトセパレーション性が悪化した。

比較例４は、ベルトの厚さ寸法におけるコード占有率が５５％未満であり、比較例１と比較してベルト重量が増加した。

比較例５は、ベルトの幅寸法におけるコード占有率が７５％を超えており、比較例１と比較して耐ベルトセパレーション性が悪化した。

本発明の空気入りタイヤは、乗用車、ライトトラック、バス等の各種車両に用いることができる。

Ｔ…タイヤ
１…ビード部
２…サイドウォール部
３…トレッド部
４…カーカス
５…ビードコア
６…ベルト
７…トレッドゴム部
８…ベルト補強層
６Ａ…第１ベルトプライ
６Ｂ…第２ベルトプライ
７……トレッドゴム部
８……ベルト補強層
１０…スチールコード
１１…コーティングゴム
１２…主フィラメント
１３…主フィラメント束
１４…ラッピングフィラメント
２２…回転軸
２３…ハンマー
２４…ハンマーを支持する棒
Ａ……スチールコードの短径方向
Ｂ……スチールコードの長径方向
Ｄ１…スチールコードの長径
Ｄ２…スチールコードの短径
Ｋ……ベルトプライの厚さ方向
ｄ……主フィラメントの径
ｄ０…ラッピングフィラメントの径

Claims

カーカスと、カーカスのクラウン部の外周に配されたベルトとを有する空気入りタイヤであって、
前記ベルトは、同一の径の３〜６本のスチールフィラメントを撚り合わせることなく単一の層をなすように並列させて主フィラメント束とし、前記スチールフィラメントより小径で真直の１本のスチールフィラメントをラッピングフィラメントとして前記主フィラメント束の周囲に巻き付けてなるｎ＋１構造（ｎ＝３〜６）のスチールコードを、その長径方向がベルト外周面と平行になるように配置したベルトプライを備え、
前記スチールコードは、シャルピー衝撃試験により測定したスチールコード１本当たりの衝撃試験値をベルト幅当たりに換算した値が６．０Ｊ／ｉｎｃｈ以上であり、
ベルトの厚さ寸法におけるスチールコードの占有率が５５〜８５％であり、
ベルトの幅寸法におけるスチールコードの占有率が７５％以下であることを特徴とする、空気入りタイヤ。
ベルトプライの厚さが０．７〜１．１ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の空気入りタイヤ。