JP3963920B2 - 空気入りラジアルタイヤの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は空気入りラジアルタイヤの製造方法に関し、さらに詳しくは、スチールコードからなる０度ベルト層を有する空気入りラジアルタイヤの耐久性と操縦安定性を一段と向上させるようにする空気入りラジアルタイヤの製造方法に関する。

近年、重荷重用空気入りラジアルタイヤの偏平化が進んでいる。重荷重用空気入りラジアルタイヤを偏平化すると、スチールコードからなるバイアス構造のベルト層が幅広になることによって接地形状が不均一化し、その結果として、タイヤの耐久性が低下するという問題があった。従来、このような接地形状の不均一化を抑制するための対策として、スチールコードからなる複数のベルト層の中に、タイヤ周方向に対するコード角度が実質的に０度になるようにした、所謂０度ベルト層を挿入する提案が多数なされている（例えば、特許文献１等）。

しかるに、本発明者らが、かかる０度ベルト層を設けた重荷重用空気入りラジアルタイヤについて多数の試作を行った結果によると、加硫後のタイヤに内圧を充填した時の外径成長がかなり大きく、その結果として、従来の一般的な重荷重用空気入りラジアルタイヤに比べてタイヤの耐久性が劣り、かつ操縦安定性も悪いということがわかった。

本発明者らは、上述のように内圧を充填した時のタイヤの外径成長が大きくなる原因について詳細に検討を重ねた結果、それが０度ベルト層に使用されるスチールコードの特殊性に由来することを突き止めた。

つまり、０度ベルト層のスチールコードとして、バイアスベルト層などに使用されているのと同じ非伸長性のスチールコードを使用すると、未加硫タイヤを金型内でインフレートさせてトレッド部を金型内面にリフトさせようとしても、スチールコードが非伸長であるため、その拘束力によりリフトさせることができない。したがって、このリフトを可能にするため、０度ベルト層には、例えば、オープン構造にしたり、撚り数を多くしたりすること等によって、引張り初期に伸びを生じやすい、所謂非線形の応力−歪み関係を有するスチールコードが使用されている。

しかし、このような非線形の応力−歪み関係を有するスチールコードは、加硫成形後においても、引張り初期の伸びやすい部分が伸びきらずに一部残留した状態になっていることがある。そのためタイヤ使用時に内圧を充填すると、設計寸法以上に大きく外径成長を行い、それが原因でタイヤの耐久性を低下させたり、操縦安定性を悪化させたりするようになることがわかった。
特開２００１−５２２７４８号公報

本発明の目的は、スチールコードからなる０度ベルト層を有する空気入りラジアルタイヤの耐久性と操縦安定性を一段と向上させるようにした空気入りラジアルタイヤの製造方法を提供することにある。

本発明の空気入りラジアルタイヤの製造方法は、カーカス層の外周にスチールコードからなる複数のベルト層を配置し、これらベルト層の少なくとも１層をタイヤ周方向に対するコード角度が実質的に０度である０度ベルト層とし、該０度ベルト層に非線形の応力−歪み関係を有するスチールコードを使用した空気入りラジアルタイヤの製造方法において、前記ベルト層を備えた未加硫タイヤを金型内でインフレート加硫成形し、該金型から離型した加硫済みタイヤを該タイヤが高温の間にリム組みすると共にインフレートし、該インフレート状態下に常温まで冷却することを特徴とするものである。

本発明によれば、カーカス層及びベルト層がスチールコードからなり、かつベルト層中の少なくとも１層が０度ベルト層である空気入りラジアルタイヤの製造において、金型から離型した加硫成形後のタイヤが高温の間にリム組みすると共にインフレートさせ、そのインフレート状態下に常温まで冷却するので、このポスト・インフレーション処理により、０度ベルト層のスチールコードに加硫成形時に残留した初期引張り時の伸びやすい部分を伸ばしきり、残留伸びがない状態にすることができる。したがって、タイヤ使用時に内圧を充填した時の外径成長を小さく抑制するため、タイヤの耐久性及び操縦安定性を一段と向上させることができる。

一般に、ポスト・インフレーションは、熱収縮性の有機繊維コードを使用する乗用車用空気入りタイヤの加硫成形後に、有機繊維コードの熱収縮性を熱固定するために使用されていた処理であるため、カーカス層及びベルト層とも非熱収縮性のスチールコードからなる重荷重用等の空気入りタイヤにおいては、無縁の処理であった。しかるに、本発明では０度ベルト層を構成する非線形の応力−歪み関係を有するスチールコードに加硫成形後にも残留する伸びの解消のために活用したのである。

加えて、カーカス層及びベルト層ともオールスチールコードで構成されたタイヤでは、タイヤ自身が加硫後においても非常に大きな熱量を保持しているため、その熱量により金型から離型後のタイヤが更に加硫を進行させる現象を有するのが一般的である。本発明で行うポスト・インフレーションは、このようにカーカス層及びベルト層がオールスチールコードからなるタイヤ特有の残存熱量による加硫に組み合わせ、インフレーションによりタイヤ形状を略金型形状と同じ状態にして加硫を進めることでタイヤ自身に記憶させるため、タイヤ形状を一層金型形状の設計寸法に近づけることができる。したがって、タイヤの耐久性及び操縦安定性を一段と向上させることができる。

本発明で製造される空気入りラジアルタイヤは、スチールコードからなるベルト層を有し、そのうちの少なくとも１層がタイヤ周方向に対するスチールコードのコード角度を実質的に０度にした０度ベルト層を配置している。この０度ベルト層はタイヤ周方向に高い剛性を付与するため、トレッドの接地形状を均等化し、耐久性の向上に寄与することができる。特に、偏平率６０％以下の偏平タイヤに適用するときに顕著である。

ここでコード角度がタイヤ周方向に対して実質的に０度とは、タイヤ周方向に対してスチールコードのコード角度が完全０度である場合のほか、０度±３度の範囲までを含むことを意味する。

０度ベルト層を構成するスチールコードには、非線形の応力−歪み関係を有するコードが使用される。非線形の応力−歪み関係を有するとは、図３に例示する応力−歪み曲線において、応力−歪み関係が低応力域（引張り初期）では直線ａのように変化率が大きい伸びを行い、残りの中・高応力域（引張り中期・終期）で直線ｂのように変化率が小さい伸びを行う特性のことをいう。このようにスチールコードが非線形の応力−歪み特性を有することにより、未加硫タイヤを加硫する際のリフトを円滑に行うことができ、タイヤのユニフォミティーを向上することができる。このような非線形の応力−歪み関係において、直線ａとｂとの境界は特に限定されないが、好ましくは歪み０．５〜１．０％程度のところに存在するようにしたものがよい。

０度ベルト層の形成方法としては、特に限定するものではないが、１本又は２〜１０本のスチールコードからなるゴム引きテープを、タイヤ周方向に対して連続的かつ螺旋状に巻き付けることにより形成することができる。

本発明において、０度ベルト層は少なくとも１層設ければよいが、好ましくは、後述する図示の例のように２層又はそれ以上を設けるのがよい。０度ベルト層を２層以上設けることにより、スチールコードの張力をトレッド全域に均等化し、接地形状の均一化に寄与させることができる。ベルト層中における０度ベルト層の位置は、カーカス層の直上、ベルト層の層間、ベルト層の最上層などどの位置に設けてもよく、特に限定されるものではないが、好ましくはカーカス層の直上に配置するのがよい。カーカス層の直上に配置することで、接地形状の均一化に寄与させることができる。

スチールコードからなるベルト層には、０度ベルト層のほかに、バイアスベルト層を配置することができる。バイアスベルト層は、スチールコードをタイヤ周方向に対して２０〜８０度の範囲に傾斜させて形成される。バイアスベルト層を設けることにより、タイヤ周方向と共に、タイヤ幅方向にも剛性を付与するため、操縦安定性を向上させることができる。バイアスベルト層のスチールコードとしては、従来からスチールベルト層に一般に使用されている非伸長性のスチールコードが好ましく使用される。

本発明において、カーカス層は１層又は複数層が設けられる。カーカスコードはスチールコードが使用され、タイヤ周方向に対して９０度±１０度のコード角度をなすように配置される。

本発明の空気入りタイヤの製造方法は、上記のようにスチールコードからなるカーカス層を有し、また非線形の応力−歪み関係を有するスチールコードで構成された０度ベルト層を少なくとも１層含むスチールベルト層を設けた未加硫タイヤを金型内に挿入し、インフレートして金型内面に押し付けて加硫成形する。次いで、加硫終了後に金型から離型して、タイヤが高温を保持している間に直ちにリム組みする。そして、そのリム組み状態で空気を充填して略金型形状又はやや大きめの形状になるようにインフレートさせ、そのインフレート状態下に常温まで冷却するポスト・インフレーション処理を行う。

このようなポスト・インフレーション処理を行うことにより、加硫時に０度ベルト層のスチールコードに残留していた初期引張り時の伸びやすい部分を完全に伸び切った状態にすることができる。すなわち、図３の応力−歪み関係図において、直線ａの伸びやすい部分をなくすことができる。したがって、このようにポスト・インフレーション処理を行ったタイヤは、タイヤ使用時にＪＡＴＭＡ（日本自動車タイヤ協会）規格に規定の空気圧を充填したとき外径成長を殆ど発生しないため、耐久性を向上すると共に、操縦安定性を向上することができる。

ポスト・インフレーション処理は、一般にカーカスコードを有機繊維コードで構成している乗用車用空気入りタイヤにおいては使用されている技術である。ポスト・インフレーションを行う理由は、有機繊維コードは熱収縮性であるため、加硫後に金型からタイヤを離型したまま放冷すると、冷却の過程で有機繊維コードが収縮することによりユニフォミィティーを悪化するので、この熱収縮を抑止するためである。したがって、カーカス層やベルト層に非熱収縮性のスチールコードを使用している重荷重用空気入りタイヤの場合には、ポスト・インフレーションを行う意味が全くないため使用されていなかった。

本発明におけるポスト・インフレーションは、加硫成形の際のインフレーション時に０度ベルト層の非線形の応力−歪み関係を有するスチールコードに残留した伸びやすい部分を除去するための処理として適用している。このポスト・インフレーション処理を行うことにより、０度ベルト層に固有の課題を解決することができ、タイヤの耐久性や操縦安定性を向上する。

特に、本発明のようにカーカス層及びベルト層ともスチールコードで構成されたタイヤでは、タイヤ自身が加硫直後に非常に大きな熱量を保持しているため、その熱量により金型から取り出した後でも更にゴムの加硫が進行する現象を有するのが一般的である。本発明で適用するインフレーション処理では、このようなオールスチールコードからなるタイヤ特有の残存熱量による加硫を、インフレーション状態にすることによって、タイヤ形状を略金型形状と同じ状態にして進め、それをタイヤ自身に記憶させるため、一層金型形状、すなわち一層設計寸法に近づけるようにすることができる。したがって、タイヤの耐久性及び操縦安定性を更に一段と向上させることができる。

本発明のポスト・インフレーションにおいて、加硫後に金型からタイヤを離型してリム組みする時期としては、タイヤ温度が常温まで冷え切ってしまってからでは、残留伸度を除去する効果はない。タイヤの温度が高温度を維持している間にリム組みし、インフレートする必要がある。リム組みするときのタイヤ温度の下限としては、好ましくは１１０℃以上、さらに好ましくは１２５℃以上にするのがよい。インフレーション後に常温まで冷却する冷却方法としては、自然放冷であっても、或いは冷却風などを吹きかける強制冷却であってもよい。

ポスト・インフレーションを掛けるときのタイヤ温度の下限を１１０℃としたのは、１１０℃未満であっては、タイヤの加硫温度に対して相対的に低すぎるため、ポスト・インフレーション処理の効果が薄れるからである。加硫終了後に金型から取り出したタイヤは高温であり、特にカーカス層及びベルト層ともオールスチールコードからなるタイヤではその熱量が大きく、自己が有する熱量によりゴムの架橋を進行させていく。したがって、ポスト・インフレーションを掛けるときのタイヤ温度が１１０℃未満であると、このような自己熱量による加硫の効率を低下させるようになる。このタイヤ温度としては、さらに好ましくは１２５℃以上にするのがよい。

また、本発明のポスト・インフレーションにおいて、インフレーションのための充填空気圧としては、ＪＡＴＭＡ ＹＥＡＲ ＢＯＯＫ ２００４に設定された「空気圧−負荷能力対応表」に規定された空気圧であれば特に限定されないが、そのうちでも特に最大負荷能力に対応して設定された空気圧を使用するのが最も好ましい。

図１は金型で加硫直後の重荷重用空気入りラジアルタイヤをリム組みして、ポスト・インフレーションするときの状態を示す。図２は同タイヤのスチールコードベルト層を半径方向の外側から見た部分展開図である。

図１及び図２において、加硫金型から離型直度の重荷重用空気入りラジアルタイヤＴは、高温状態のままリムＲにリム組みされている。Ｂは空気注入バルブである。

このようにリム組みされた空気入りラジアルタイヤＴ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、４はカーカス層である。カーカス層４は、スチールコード４ａがタイヤ周方向に対して９０度に配列して構成され、中央のトレッド部１からそれぞれ左右両側のサイドウォール部２，２を経てビード部３，３に至り、その両端部をビードコア５，５の周りにタイヤ内側から外側へ折り返すようになっている。

トレッド部１におけるカーカス層４の外周側には、複数プライからなるスチールベルト層６が配置されている。スチールベルト層６は、カーカス層４の直上から外側へ順に、２プライからなる０度ベルト層７、２プライからなるバイアスベルト層８が積層されて構成されている。

０度ベルト層７は、前述した非線形の応力−歪み関係を有するスチールコード７ａがタイヤ周方向に対して略０度で平行に配列するように構成されている。これに対してバイアスベルト層８は、非伸長性のスチールコード８ａがタイヤ周方向に対して４５〜６５度のコード角度で平行に配列するように構成されている。バイアスベルト層８は、少なくとも２プライ配置され、好ましくはスチールコード８ａが、隣接する層間で互いに反対側に交差する関係になっているのがよい。

加硫金型から離型直後の空気入りラジアルタイヤＴを、上述のようにリムＲにリム組すると、次いで空気注入バルブＢから圧縮空気を設計空気圧になるまで充填し、空気入りラジアルタイヤＴをインフレート状態にする。このインフレート状態のまま大気中でタイヤ温度が常温になるまで放冷する。このポスト・インフレーション処理により、加硫成形時に０度ベルト層のスチールコードに残った残留伸びが殆ど伸ばされた状態になる。したがって、タイヤ使用にあたり内圧を充填した時のタイヤ外径成長を極めて小さくし、それによりタイヤの耐久性と操縦安定性を一段と向上させることができる。

タイヤサイズが２７５／７０Ｒ２２．５で、かつベルト層を図１に示すように２層の０度ベルト層（コード構造；３×１＋５（０．２４）で、非線形の応力−歪み関係を有するスチールコードで構成）、２層のバイアスベルト層（コード構造；３＋９（０．３４）で、コード角度５５度とし、層間で交差する配置）からなるベルト層を有し、かつコード構造；３＋９＋１５（０．１７５）＋１Ｗのスチールコードからなるカーカス層を設けた重荷重用空気入りラジアルタイヤを８本製作した。

これら８本のタイヤのうち、４本についてはポスト・インフレーション処理を行い、加硫金型から離型後に５分以内にリム組みを行い、次いで内圧９００ｋＰａを充填してインフレートを行い、そのインフレート状態で大気中に２時間放置して自然放冷する処理を行った。

このようにポスト・インフレーションしたタイヤ４本（実施例）と、ポスト・インフレーションを行わなかったタイヤ４本（比較例）について、それぞれ下記の試験方法により、内圧充填時の外径成長、耐久性及び操縦安定性の測定を行ったところ、表１に示す結果が得られた。

［内圧充填時の外径成長］
試験タイヤをリム組みし、内圧０から９００ｋＰａまで充填したときのタイヤセンターにおける外径を、内圧０のときと９００ｋＰａのときで測定し、その直径差（ｍｍ）を４本の測定値の平均値で表わした。

［耐久性］
試験タイヤに９００ｋＰａの空気圧を充填し、ドラム径１７０７ｍｍのドラム試験機を使用し、ＪＩＳ Ｄ４２３０に規定の耐久性試験を終了後、１０時間毎に１０％ずつ荷重を増やしながら、タイヤが破壊するまでの走行距離を測定した。

評価は、比較例のタイヤの走行距離を１００とする指数で示した。指数値が大きいほど室内耐久性が優れていることを意味する。

［操縦安定性］
試験タイヤを軸形式２−Ｄのバスに装着し、テストコースにおいてレーンチェンジ、旋回などを繰り返し行い、追従性や安定性などをテストドライバーが５点法によりフィーリング評価した。なお、軸重は定員１００％の乗車状態の重量配分とし、タイヤ空気圧は規格最大荷重に対する空気圧に設定した。

評価は、比較例の評価点を１００とする指数で示した。指数値が大きいほど操縦安定性が優れていることを意味する。

本発明の空気入りラジアルタイヤの製造方法を説明する概略図であるである。 図１のタイヤのスチールコードベルト層を半径方向の外側から見た部分展開図である。 スチールコードの応力−歪み関係図である。

符号の説明

１ トレッド
４ カーカス層
６ スチールベルト層
７ ０度ベルト層７
８ バイアスベルト層
４ａ、７ａ、８ａ スチールコード
Ｔ 重荷重用空気入りラジアルタイヤ
Ｒ リム

Claims (6)

1. カーカス層がスチールコードからなり、該カーカス層の外周にスチールコードからなる複数のベルト層を配置し、これらベルト層の少なくとも１層をタイヤ周方向に対するコード角度が実質的に０度である０度ベルト層とし、該０度ベルト層に非線形の応力−歪み関係を有するスチールコードを使用した空気入りラジアルタイヤの製造方法において、前記ベルト層を備えた未加硫タイヤを金型内でインフレート加硫成形し、該金型から離型した加硫済みタイヤを該タイヤが高温の間にリム組みすると共にインフレートし、該インフレート状態下に常温まで冷却する空気入りラジアルタイヤの製造方法。
2. 前記金型から離型した加硫済みタイヤを、該タイヤが１１０℃以上である間にリム組みする請求項１に記載の空気入りラジアルタイヤの製造方法。
3. 前記リム組みしてインフレートする時の空気圧が、ＪＡＴＭＡ ＹＥＡＲ ＢＯＯＫ ２００４に規定された最大負荷能力に対応する空気圧である請求項１又は２に記載の空気入りラジアルタイヤの製造方法。
4. 前記非線形の応力−歪み関係を有するスチールコードが、その低応力域から中・高応力域に変化する境界の歪みが０．５〜１．０％の範囲である請求項１〜３のいずれかに記載の空気入りラジアルタイヤの製造方法。
5. 前記０度ベルト層を前記カーカス層の直上に配置した請求項１〜４のいずれかに記載の空気入りラジアルタイヤの製造方法。
6. 前記空気入りラジアルタイヤが重荷重用タイヤである請求項１〜５のいずれかに記載の空気入りラジアルタイヤの製造方法。

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