JP3842776B2 - 重荷重用ラジアルタイヤ - Google Patents

Description

この発明は、ベルトに係わる耐久性を向上させた重荷重用ラジアルタイヤに関し、特にベルトが主体として係わり合う耐久性のうち、トレッド部における耐カットセパレーション性と耐カット貫通性との両立を有利に実現した重荷重用ラジアルタイヤに関する。

部分的とはいえ荒れ地や悪路又は突起状異物が散在する路面を走行する重荷重車両の使途に供するタイヤは、トレッド部外側部分、すなわちトレッドゴムに深いカット傷を受ける機会が多いのは止むを得ないにしても、このカット受傷に止まらずカットセパレーションと呼ばれる故障に至る傾向が強い。ここでいうカットセパレーション故障とは、トレッド部領域のうち中央領域のベルトに到達するような深いカット損傷を受けた際、タイヤの走行が進むにつれカット受傷部位からベルトの外周面に沿ってセパレーションにまで進展する故障を指す。

このセパレーションは、タイヤ転動時におけるトレッド部の踏込み部、及び蹴出し部にてベルトがトレッド円周方向（以下周方向と略記する）に曲げられる変形挙動に伴い、ベルト外周面とその面に接するトレッドゴムとの間に生じる剪断歪の作用に由来する。このようなカットセパレーションは、トレッドゴムとベルト外周面との間に生じるため、セパレーション領域が目立つほど拡大したり、また時にはセパレーション部分のトレッドゴムがもぎ取られたりするとその時点でタイヤが取外されるので、深刻な問題といえる故障である。

そこで従来、上記剪断歪を抑制するためベルトの周方向曲げ剛性をなるべく高めること、実際上はベルト層中のコード、この場合は主としてスチールコードの周方向に対する傾斜配列角度をなるべく小さくすることが試みられてきた。

しかし上述の試みはカットセパレーション性改善に対しさほど顕著な改善効果は見られなかった。それというのもコードの傾斜配列角度を小さくするほどベルト端部で別のセパレーションが発生し易くなる傾向を示すため、この点を合せ考慮するとコードの傾斜配列角度を小さくしてベルトの周方向曲げ剛性向上を図る手段には自ずと限界が生じ、その結果所期する優れた耐カットセパレーション性発揮にまで至らないからである。

さらにコード傾斜配列角度を小さくしてベルト全体の曲げ剛性を高めれば、岩石などの突起物にトレッド部が乗上げた際のエンベロープ（ＥＰ）性、すなわち突起物の包込み性が劣化するので、トレッド部のカット受傷の機会が増すばかりでなくカット傷が深くなり、これは時に致命的故障といえるトレッド部全体を貫く、いわゆるカット貫通故障を招くことになる。

従ってこの発明の目的は、ベルトにつき、その端部の耐セパレーション性を十分保持した上で、優れた耐カットセパレーション性と十分な耐カット貫通性との両性能を合せ備えた重荷重用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、この発明の重荷重用ラジアルタイヤは、一対のビード部内に埋設したビードコア相互間にわたってサイドウォール部及びトレッド部を補強するラジアルカーカスと、該カーカスの外周にてトレッド部を強化するスチールコード交差層からなるベルトとを有する重荷重用ラジアルタイヤにおいて、ベルトは隣接層間でコードが互いに交差する４層の主交差層を備え、カーカスに最も近いベルト層からタイヤ半径方向外側に向かうにつれて順次第一層〜第四層として、第一層は、その幅が主交差層最大幅の５０〜６０％の範囲内であり、コードがタイヤ赤道面に対し５〜１５°の範囲内で傾斜する配列になる狭幅剛性強化層であり、第二層は、主交差層の最大幅であるトレッド部におけるトレッド幅の７０〜８５％の範囲内である幅を有しており、第四層は、その幅が主交差層最大幅の５０〜６０％の範囲内であり、コードがタイヤ赤道面に対し５〜１５°の範囲内で傾斜する配列になる狭幅剛性強化層であることを特徴とする。

この発明を図１〜図３に基づき以下詳細に説明する。
図１〜図３はタイヤの左半断面のうち要部を図解により示す断面図である。なお各断面は左右対称である。各図において、１はサイドウォール部、２はトレッド部、３はトレッドゴム、４はカーカス、５はベルトである。カーカス４はラジアル配列コードのゴム引きプライからなり、図示を省略した一対のビード部内に埋設したビードコア相互間にわたりサイドウォール部１とトレッド部２とを補強し、そしてベルト５は複数のスチールコード層の積層になる。

図１に示すベルト５は４層の主交差層１Ｂ〜４Ｂと１層の保護層Ｂｐとからなり、図２に示すベルト５は４層の主交差層１Ｂ〜４Ｂからなり、図３に示すベルト５は４層の主交差層１Ｂ〜４Ｂと１層の保護層Ｂｐとからなる。なお各図において主交差層にはカーカス４に最も近いコード層からタイヤ半径方向外側に向かうにつれ順次第一層〜第四層を示す１〜４の符号をＢに付して示した（狭幅剛性強化層は下記による）。主交差層１Ｂ〜４Ｂの各層のコードは、隣接層間すなわち１Ｂと２Ｂ間、２Ｂと３Ｂ間、３Ｂと４Ｂ間でそれぞれ互いに交差する向きの配列になる。トレッド部２のトレッド幅はＷｔで、主交差層の最大幅はＷｂでそれぞれ示し、ここに最大幅Ｗｂはトレッド幅Ｗｔの７０〜８５％の範囲内とする。

狭幅剛性強化層は各図中特に太い実線にてあらわすとともに添字ｒをＢに付してＢｒで示す。この発明の狭幅剛性強化層は、第四層に適用するものとし、各図において４Ｂｒで示す。さらに、図３に示す例では、カーカス４に最も近い第一層１Ｂｒにも適用する。

狭幅剛性強化層Ｂｒの幅を各図にてｗにて示し、狭幅と呼ぶのにふさわしく強化層Ｂｒの幅ｗは最大幅Ｗｂの５０〜６０％の範囲内とし、強化層Ｂｒのコードはタイヤ赤道面Ｅに対し５〜１５°の範囲内で傾斜する配列とする。なお他の各層Ｂの同様傾斜角度は１８〜３５°とするのが望ましい。これらの傾斜角度配分により、剛性強化層Ｂｒのコードはタイヤの内圧充填時に可なり大きな張力を負担するため、他の層Ｂのコードに比しより太径、すなわちより高い引張強さをもつスチールコードの適用が望ましい。

また保護層Ｂｐを配設するのはカットに対する主交差層の保護を目的とするものであるから、保護層Ｂｐはいわゆるハイエロンゲーションスチールコードのゴム引き層として主交差層の外周側に配置するのが適切である。

鋭意研究の結果、まずカットセパレーション故障は、トレッド部２の特に中央領域に受傷したカットから進展することを解明した。よってこの中央領域の先に述べた剪断歪を低減すること、つまり中央領域のベルト５における周方向曲げ剛性を高めることによりカットセパレーション故障発生を有効に抑制することができることを究明した。

次にベルト５の周方向曲げ剛性の大きさは、ベルト５を構成するコード層の積層効果に依存する他、タイヤの内圧充填時にベルト５に生じる周方向張力の大きさ度合いにより著しく左右されるという事実から、トレッド部２の中央領域における曲げ剛性を高めるにはベルト５の同領域における内圧充填時の張力を高めればよいということを見出した。

さらに研究を進めた結果、トレッド部２の中央領域に生じる剪断歪の値は、ベルト５の主交差層最大幅Ｗｂの５０〜６０％に相当する主交差層中央領域に作用する周方向張力の値に支配されること、すなわち後者の周方向張力値を大きくすれば前者の剪断歪の値を小さくすることができるということを突き止めた。

またタイヤの内圧充填時にベルト５に作用する周方向張力分布は、図５に示すようにベルト５の幅中央位置Ｅ′（タイヤ赤道面Ｅとほぼ同位置）にて最大値をもつ放物線状曲線を示し、図中実線は従来タイヤの分布線図を、破線はこの発明の一実施例タイヤの分布線図を示す。ここで周方向張力の総和（横軸と曲線とで囲まれた面積Ａ、Ａ′）を調べた結果、ベルト５のコード層構造を変えても、例えばタイヤ赤道面Ｅに対するコードの傾斜角度を変えても周方向張力の総和はほぼ一定であること（例えば面積Ａ≒Ａ′）、そしてベルト各層のコードの上記傾斜角度を小さくしても周方向張力分布曲線にさほど大きな変化は見られないことが判った。

ところがトレッド幅Ｗｔの７０〜８５％の範囲内とする主交差層１Ｂ〜４Ｂの最大幅Ｗｂのさらに５０〜６０％の範囲内とする幅ｗをもち、かつコードがタイヤ赤道面Ｅに対し５〜１５°の範囲内での急傾斜配列になる一層の狭幅剛性強化層Ｂｒを第四層４Ｂｒとして設けることにより、図５の破線で示すようにベルト５の周方向張力を中央部にて格段に突出させた分布に変容させることが可能となる。これは強化層Ｂｒを除く緩傾斜配列コード層からなる主交差層Ｂの周方向張力負担に比し強化層Ｂｒ部分の周方向張力負担がより顕著に高まるからである。

このようにベルト５に作用する周方向張力を集中的にベルト５の中央部で負担させることが可能なため、トレッド部２中央領域の曲げ変形が大幅に抑制され、その結果トレッド部２の踏込み部及び蹴出し部にて発生するトレッドゴム３とベルト５との間の剪断歪が顕著に低減し、これによりたとえトレッド部２の中央領域でベルト５に達するような深いカットを受傷したとしても、このカット傷からのセパレーション進展を有効に阻止し、耐カットセパレーション性を向上させることができる。

一層の狭幅剛性強化層Ｂｒは第四層４Ｂｒとして配置することを要し、それは鈍器状先端形状をもつ突起物にトレッド部２が乗上げた際、乗上げ箇所のカーカス４に近いコード層Ｂほど大きな張力が足し加えられるためコードが切断するうれいがあるためである。従って層Ｂｒを第四層４Ｂｒとして配置するにしても内圧充填時のコード張力が高いことを勘案して、突起物に乗上げた際の耐コード切断性を高く保持するため、層Ｂｒのコード径を該層Ｂｒより内側層Ｂのコード径に比しより太径とするのが望ましい。

また、さらに他の狭幅剛性強化層を第一層１Ｂｒとして設けることにより、図５に破線で示すベルト５中央領域の周方向張力はさらに増強されるので耐カットセパレーション性はさらに一層向上する。

その際、突起乗上げ時の狭幅剛性強化層１Ｂｒにおけるコード張力増加は、層１Ｂｒと層４Ｂｒとを対として設けることにより、両層１Ｂｒ、４Ｂｒそれぞれのコードが張力増加分を分散負担することになるので大幅に緩和され、従って層１Ｂｒのコード切断故障のうれいを取除くことができる。

これら曲げ剛性が高い狭幅剛性強化層Ｂｒをベルト５の中央域に配置することにより、該中央域の両側域における剛性は従来のベルト５′（図４参照）の剛性に比し大幅に低下するので、トレッド部２が突起物に乗上げた際、狭幅剛性強化層Ｂｒを含むベルト５を備えるトレッド部２は従来ベルト５′を備えるトレッド部２に比しトレッド幅方向により容易に変形し易い挙動を示す。このことはＥＰ性の大幅改善に外ならず、よって耐カット性並びに耐カット貫通性が顕著に向上する。なお主交差層の外側にハイエロンゲーションスチールコード層を保護層Ｂｐとして配設すればこれら特性の性能向上に一段と寄与する。

ここに狭幅剛性強化層Ｂｒのコードのタイヤ赤道面Ｅに対する傾斜角度が１５°を越えるとベルト５中央領域の周方向張力向上が不十分なものとなり、また５°未満ではたとえ強化層Ｂｒが隣接積層されていなくとも強化層Ｂｒ端部にセパレーション故障が発生し易くなるので何れも不可である。また狭幅剛性強化層Ｂｒの幅ｗをベルト５の主交差層最大幅Ｗｂの５０〜６０％としたのは、先に述べたとおりカットセパレーション故障に至らしめる剪断歪が主交差層最大幅Ｗｂの５０〜６０％領域の周方向張力分布に対応するからである。

またベルト５のカットに由来しない一般の耐セパレーション性につき、このセパレーションは広幅コード層端部に発生するので、狭幅剛性強化層Ｂｒを設けることの不利は完全に回避され、上記耐セパレーション性は十分確保できる。

（ａ）トラック及びバス用ラジアルプライタイヤ（ＴＢＲ）；
サイズが２７５／８０Ｒ２２．５であり、その要部構成は図２に従う（実施例１）。トレッド幅Ｗｔは２１０ｍｍであり、カーカス４は１プライのラジアル配列スチールコードのゴム引きプライからなり、ベルト５の各コード層に適用したスチールコードは、構造が（３＋９＋１５）×０．２３ｍｍ、コード径は１．４ｍｍである。なお構成が異なるベルト５′を備える他はスチールコード種も含め全て実施例に合せた従来例１、比較例１の各タイヤを準備した。これらタイヤの左半断面要部を図４（ａ）に示す。またベルト５、５′の各層を４Ｂ〜１Ｂとして諸元を表１に示す（表中太枠にて囲んだ部分が狭幅剛性強化層Ｂｒ）。表１に記載した幅／角度はコード層幅（ｍｍ）／コード傾斜角度（度、タイヤ赤道面Ｅに対する角度）であり、角度の前に付した符号Ｒはコードの右上り配列を、符号Ｌはコードの左上り配列をそれぞれ示す。また打込数は２５ｍｍ当りコード打込本数である。

（ｂ）建設車両用ラジアルプライタイヤ（ＯＲＲ）；
サイズが３７．００Ｒ５７であり、その要部構成は実施例２が図１、実施例３が図３に従う。トレッド幅Ｗｔは８４０ｍｍであり、カーカス４は１プライのラジアル配列スチールコードのゴム引きプライからなり、ベルト５の各コード層に適用したスチールコードは下記の通りである。
層４Ｂ、３Ｂ：撚り構造（３＋９＋１５）×７×０．１７５ｍｍ、コード径３．２ｍｍ。
層２Ｂ、１Ｂ：撚り構造（３＋９）×７×０．２３ｍｍ、コード径２．８ｍｍ。
層Ｂｐ：撚り構造３×７×０．２３ｍｍ、コード径１．６ｍｍ。
なお構成が異なるベルト５′を備える他はスチールコード種も含め全て実施例に合せた従来例２、比較例２の各タイヤを準備した。これらタイヤの左半断面要部を図４（ｂ）に示す。またベルト５、５′の各層４Ｂ〜１Ｂの諸元を表２に示す（表中太枠にて囲んだ部分が狭幅剛性強化層Ｂｒ）。表２に記載した幅／角度及び打込数は上記ＴＢＲタイヤの場合と同一である。

上記の実施例１〜３、従来例１、２及び比較例１、２の各タイヤを供試タイヤとして耐カットセパレーション性及び耐カット貫通性を下記する評価方法により試験した。
耐カットセパレーション性・・・予めトレッドの幅方向中央部にベルト５、５′まで達するカット傷を入れたタイヤを、最大負荷能力（kg) に相当する荷重負荷及びそれに対応する空気圧（kgf/cm²)充填の下でドラム走行させ、所定時間走行させた後、カット傷からのセパレーション長さを測定する。
耐カット貫通性・・・いわゆるプランジャ試験による。ＴＢＲタイヤ用プランジャは直径３８ｍｍ、ＯＲＲタイヤ用プランジャは直径９０ｍｍの各先端が半球状をなすスチール製丸棒を垂直に固定し、これら半球状先端に上記空気圧充填下で各供試タイヤを押当てて垂直に降下させ、プランジャがタイヤを破断するまでに要したエネルギ（プランジャに加わる力Ｆと破断までのストロークＳとの積分値）を測定する。

上記両特性を測定した結果は、ＴＢＲタイヤは従来例１を、ＯＲＲタイヤは従来例２をそれぞれ１００とする指数表示にてあらわすものとし、これら指数値を先の表１及び表２の下段に合せ示す。値は大なるほど良い。なお各表で耐カットセパレーション性は耐カットセパ性と略記した。

表１、表２から実施例１、２および３の各タイヤは何れもそれぞれに対応する従来例タイヤ１、２との対比で耐カットセパレーション性並びに耐カット貫通性の両特性が共に際立って優れていることがわかる。これに対し比較例１、２のタイヤは何れも耐カット貫通性が大幅に低下していることを示し、各実施例の特異な効果を裏付けている。なお各表には記載していないが、ベルト５端部における耐セパレーション性につき別途評価したところ、各実施例のタイヤは従来例、比較例のタイヤに対し遜色のない優れた耐久性を示している。

この発明によれば、ベルト端部の耐セパレーション性を十分に保持した上で、耐カット貫通性の劣化を伴うことなく寧ろこの性能を向上させ得て、耐カットセパレーション性を高度に高めることができる長寿命な重荷重用ラジアルタイヤを提供することができる。

この発明による一実施例の重荷重用ラジアルタイヤの要部を図解した断面図である。 この発明による別の実施例の重荷重用ラジアルタイヤの要部を図解した断面図である。 この発明による他の実施例の重荷重用ラジアルタイヤの要部を図解した断面図である。 従来の重荷重用ラジアルタイヤの要部を図解した断面図である。 ベルトの主交差層幅方向における周方向張力分布図である。

符号の説明

１ サイドウォール部
２ トレッド部
３ トレッドゴム
４ カーカス
５ ベルト
１Ｂｒ、２Ｂｒ、３Ｂｒ、４Ｂｒ 狭幅剛性強化層
１Ｂ、２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ ベルトのコード層
Ｗｔ トレッド幅
Ｗｂ 主交差層の最大幅
ｗ 狭幅剛性強化層幅

Claims (1)

1. 一対のビード部内に埋設したビードコア相互間にわたってサイドウォール部及びトレッド部を補強するラジアルカーカスと、該カーカスの外周にてトレッド部を強化するスチールコード交差層からなるベルトとを有する重荷重用ラジアルタイヤにおいて、ベルトは隣接層間でコードが互いに交差する４層の主交差層を備え、カーカスに最も近いベルト層からタイヤ半径方向外側に向かうにつれて順次第一層〜第四層として、第一層は、その幅が主交差層最大幅の５０〜６０％の範囲内であり、コードがタイヤ赤道面に対し５〜１５°の範囲内で傾斜する配列になる狭幅剛性強化層であり、第二層は、主交差層の最大幅であるトレッド部におけるトレッド幅の７０〜８５％の範囲内である幅を有しており、第四層は、その幅が主交差層最大幅の５０〜６０％の範囲内であり、コードがタイヤ赤道面に対し５〜１５°の範囲内で傾斜する配列になる狭幅剛性強化層である重荷重用ラジアルタイヤ。

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