JP4323207B2 - ゴム補強体及びそれを用いた空気入りタイヤ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スチールコード等の補強素子をゴム中に埋め込んで補強したゴム補強体及びそれを用いた空気入りタイヤに関するものであり、特に多数の補強部材を用いることなく、かかるゴム補強体の耐久性の向上を図る。
【０００２】
【従来の技術】
前記のようなゴム補強体は、タイヤ等種々のゴム製品で広く用いられているが、繰り返し変形を生じる製品に用いられた場合、補強素子とゴムとの剛性段差により補強素子の切断端に局所的な応力集中が生じる結果、切断端を起点として疲労による亀裂がゴム中に発生し、これが進展して故障に至るという問題がある。
【０００３】
この問題を改善するため、主補強層の外側にその端縁を覆うように補助補強層を配設することにより、応力集中を軽減することが広く行われている。例えば、補助補強層の剛性を増加させれば主補強層端縁の応力集中は緩和されるものの、補助補強層端縁での剛性段差が高くなる結果、これが新たな亀裂発生の核となる問題が生じる。また、補助補強層の剛性を減少させれば補助補強層端縁での剛性段差が緩和されて補助補強層端縁での亀裂の発生は抑制されるものの、主補強層端縁での剛性段差を緩和する効果が低減し、主補強層端縁からの故障を抑制する効果が不十分となる問題がある。
【０００４】
さらに、カーカスの外側にその折返し端を覆うように配設した補強層の上端でのセパレーションを抑制したタイヤは、例えば特許文献１に記載されている。この記載に寄れば、補強素子をリム基準線を下にして下向き凸状に湾曲させ、タイヤ周方向に対する補強素子のなす傾斜角が上端よりも下端で大きくなるように設定することによって、補強層上端でのセパレーションを抑制できるとしている。しかし、かかるタイヤでは、タイヤの周方向の変形に対しては、補強層上端での補強素子の延在方向とタイヤの変形方向とのなす角が大きいので、補強層上端における剛性段差を緩和することができるものの、タイヤ転動時にトレッド接地面内で生じるタイヤの撓みによるサイドウォール部の湾曲変形に対しては、補強層上端での補強素子の延在方向とタイヤの変形方向とのなす角が小さいので、補強層上端で生じる剛性段差を有効に緩和することができず、依然として耐久性に問題があった。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６１−１０５２０２号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、この発明の目的は、多数の補強部材を用いることなく、主補強層の端部を狭幅の補助補強層で適正に補強することにより、耐久性を格段に向上させたゴム補強体及びそれを用いた空気入りタイヤを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、第２発明は、複数本の第１補強素子を平行配列状態でゴム被覆してなり、第１補強素子の延在方向に対し傾斜又は直交する角度で延びる第１切断端をもつ主補強層と、該主補強層に隣接させて主補強層の第１切断端位置を超える位置まで配設され、複数本の第２補強素子をゴム被覆してなり、第２補強素子の延在方向に対し傾斜又は直交する角度で延びる第２切断端をもつ１枚の狭幅の補助補強層を具えるとともに、補助補強層を主補強層の第１切断端の周りに折り返して、補助補強層の、第１切断端から見て最も外側にある最外位置を折返し端としてなるゴム補強体において、主補強層の第１補強素子径をｄ ｍ 、第１補強素子中心間距離をｗ ｍ 、補助補強層の第２補強素子径をｄ ｓ 、第２補強素子中心間距離をｗ ｓ としたとき、第１及び第２補強素子はｄ ｍ ＞ｄ ｓ かつｄ ｍ ／ｗ ｍ ＞ｄ ｓ ／ｗ ｓ なる関係を有し、補助補強層は、主補強層の第１切断端を含む面の法線方向に引っ張った際の引張剛性が、前記最外位置で、第１切断端に対応する位置よりも低いことを特徴とするゴム補強体である。
【０００８】
ここで、主補強層の一方の切断端から他方の切断端に向かう側、すなわち主補強層と補助補強層がオーバーラップしている側を「内側」といい、これと反対側、すなわち主補強層と補助補強層がオーバーラップしていない側を「外側」というものとする。
【０００９】
補助補強層は、両第２切断端をゴム補強体の幅方向に相互にずらして配設されることが好ましい。
【００１０】
ここで、補助補強層は、それを構成する第２補強素子と主補強層の第１切断端を含む面の法線とのなす角が、前記最外位置で、第１切断端に対応する位置よりも大きいことが好ましい。
【００１１】
また、補助補強層は、それを構成する第２補強素子の打込み数が、前記最外位置で、第１切断端に対応する位置よりも少ないことが好ましい。
【００１２】
さらに、第２補強素子はモノフィラメントであることが好ましい。
【００１３】
さらにまた、第２補強素子が有機繊維又はスチールからなることが好ましい。
【００１４】
加えて、第２補強素子が２軸織物からなることが好ましい。
【００１５】
そして、第２発明は、前記したゴム補強体を用いた空気入りタイヤであり、カーカスプライ、ベルト及びワイヤーチェーファーの少なくとも１つにゴム補強体を用いることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の形態を説明する。図４はこの発明に従う代表的なゴム補強体の補強素子の配列状態を示す図である。
【００１７】
ゴム補強体１は、複数本の第１補強素子２を平行配列状態でゴム被覆してなり、第１補強素子２の延在方向に対し傾斜又は直交する角度で延びる第１切断端３をもつ主補強層４と、主補強層４に隣接させて主補強層４の第１切断端３の位置を超える位置まで配設され、複数本の第２補強素子５をゴム被覆してなり、第２補強素子５の延在方向に対し傾斜又は直交する角度で延びる第２切断端６をもつ１枚の狭幅の補助補強層７を具えるとともに、補助補強層７を主補強層４の第１切断端３の周りに折り返して、補助補強層４の、第１切断端３から見て最も外側にある最外位置８を折返し端としてなる。
【００１８】
そして、この発明の構成上の主な特徴は、主補強層４の第１補強素子２の径をｄｍ、第１補強素子２の中心間距離をｗｍ、補助補強層７の第２補強素子５の径をｄｓ、第２補強素子５の中心間距離をｗｓとしたとき、第１補強素子２及び第２補強素子５はｄｍ＞ｄｓかつｄｍ／ｗｍ＞ｄｓ／ｗｓなる関係を有し、補助補強層７は、主補強層４の第１切断端３を含む面Ｐの法線Ｎの方向に引っ張った際の引張剛性が、最外位置８で、第１切断端３に対応する位置よりも低いことにある。
【００１９】
以下、この発明が上記構成を採用するに至った経緯を作用とともに説明する。
スチールコード等の補強素子をゴム中に埋め込んで補強したゴム補強体の故障の主たる原因は、補強素子とゴムとの間に剛性段差により、ゴム補強体の切断端に応力集中が生じる結果、切断端を起点としてゴム中に疲労による亀裂が発生、進展することにある。従来、亀裂を抑制するためには、前記したように主補強層の端縁を補助補強層で覆うことが行われていた。しかし、こうしたゴム補強体では、主補強層の端縁で発生していた応力集中を補助補強層の端縁に移したに過ぎず、補助補強層の切断端に亀裂が生じ、本質的な問題の解決には至ってなかった。
【００２０】
発明者は、主補強層の端縁での応力集中を緩和しつつ、補助補強層の端縁での応力集中を少なくとも主補強層の端縁での応力集中より小さくするには、補助補強層を構成する補強素子の径を主補強層の補強素子の径より小さくすることで亀裂発生の核を小さくするとともに、補強素子の径ｄと補強素子の中心間距離ｗの比ｄ／ｗを補助補強層で主補強層より小さくすることで、補助補強層の端縁での応力集中を主補強層の端縁での応力集中より小さくすることができると考えた。補強素子は、一般的にゴムとの接着性向上のために、例えばスチールコードではブラスメッキ処理が、有機繊維コードではディップ処理が行われるが、切断端には切断によりこうした処理の無い部分が露出するため、特に破壊の核となりやすい。さらに、補助補強層の最外位置にこうした切断端がきた場合には、切断端を含む面の法線方向に引張変形が生じた際に、切断端のゴムと補強素子との未接着部である亀裂核が開口する変形を生じ、最も亀裂が進展しやすい。補助補強層７を主補強層４の第１切断端３の周りに折り返すことで、補助補強層７の最外位置８に第２切断端６が配設されることが避けられ、前記したような切断端のゴムと補強素子との未接着部である亀裂核が開口する変形は抑制できるものの、最外位置８には依然として周辺ゴムと補強素子の間に剛性段差が存在するため、ここに応力が集中してセパレーションが発生し十分な耐久性を得ることはできない。そこで、第１補強素子２及び第２補強素子５をｄ ｍ ＞ｄ ｓ かつｄ ｍ ／ｗ ｍ ＞ｄ ｓ ／ｗ ｓ なる関係とし、補助補強層７を、主補強層４の第１切断端３を含む面の法線方向に引っ張った際の引張剛性が、最外位置８で、第１切断端３に対応する位置よりも低くなるようにすれば、前述のように、補助補強層の端縁での応力集中を主補強層の端縁での応力集中より小さくすることができると同時に、主補強層の補強素子端部での亀裂発生を効果的に抑制し、かつ補助補強層の最外位置にある折返し端での応力集中も緩和することができ、耐久性を有効に向上することができるのである。
【００２１】
この場合には、図５に示すように、補助補強層７は、両第２切断端６、６´をゴム補強体の幅方向に相互にずらして配設されることが好ましい。第２切断端６、６´をずらして配置することにより、第２切断端６、６´における剛性段差が少なくなり、より一層効果的に応力集中を緩和できるからである。
【００２２】
なお、主補強層４と補助補強層７のオーバーラップ量Ｘは、５〜３０ｍｍとすることが好ましい。オーバーラップ量Ｘが５ｍｍ未満の場合には十分な応力集中の緩和効果が得られないからであり、３０ｍｍを超える場合には応力集中の緩和効果はほぼ一定でありながら、重量のみが増加するからである。
【００２３】
補助補強層７は、それを構成する第２補強素子５と主補強層４の第１切断端３を含む面Ｐの法線Ｎとのなす角が、最外位置８で、第１切断端３に対応する位置よりも大きいことが好ましい。すなわち、図１及び図４では、最外位置８における第２補強素子５と法線Ｎのなす角をα１、第１切断端３に対応する位置における第２補強素子５と法線Ｎのなす角をα２とすると、α１＞α２であることが好ましい。かかる構成をとることで、主補強層４の第１切断端３を含む面Ｐの法線Ｎ方向に引っ張った際の補助補強層７の引張剛性を、最外位置８で、第１切断端３に対応する位置よりも低くすることができるからである。α１≦α２の場合には、補助補強層７の引張剛性は、最外位置８で、第１切断位置３に対応する位置よりも高くなるため、最外位置８に応力集中が発生し、ここが故障の核となる。また、一般に、ゴム補強体の引張剛性は、引張方向と補強素子のなす角をαとしたとき、ｃｏｓ（α）の４乗に略比例するが、補助補強層７の最外位置８における応力集中を緩和する観点からは、最外位置８におけるｃｏｓ（α１）の４乗の値が、第１切断端３に対応する位置におけるｃｏｓ（α２）の４乗の値の７０％以下であることがさらに好ましい。
【００２４】
また、主補強層の第１切断端を含む面の法線方向に引っ張った際の補助補強層の引張剛性を、最外位置で、第１切断端に対応する位置よりも低くする他の実施態様としては、補助補強層７は、それを構成する第２補強素子５の打込み数を、最外位置８で、第１切断端３に対応する位置よりも小さくすることが好ましい。かかる構成をとることで第２補強素子５の端が分散するので、補助補強層７の剛性を、第１切断端３に対応する位置よりも最外位置８で小さくすることができ、応力集中がさらに緩和されるからである。
【００２５】
また、第２補強素子５はモノフィラメントであることが好ましい。第２切断端６における第２補強素子５の断面積が小さくなるため、第２切断端６での応力集中を緩和することができるからである。
【００２６】
さらに、第２補強素子５は、ゴムとの接着性に優れたナイロン又はスチールからなることが好ましい。特に、軽量化を重視する場合にはナイロンからなることが好適であり、また高い剛性を重視する場合にはスチールが好適である。
【００２７】
また、第２補強素子５が２軸織物からなることが好ましい。いずれの方向から力が加わった場合にも効果的に応力を分散するには、補助補強層７を２枚とし、それらの補強素子が互いに交差する交差層を形成することが考えられるが、この場合には、主補強層４の第１切断端３を含む面Ｐの法線Ｎの方向に力が加わると、補強素子の異方性により交差層間には互いに逆方向の面内せん断変形が生じて、第２切断端に層間せん断歪の集中が発生するため、耐久性が低下する。一方、第２補強素子５を２軸織物とすれば、補強素子の異方性が打ち消され、耐久性に悪影響を及ぼすせん断歪が生じないため、第２切断端での耐久性が一層向上するからである。
【００２８】
次に、第２発明に従う空気入りタイヤについて説明する。空気入りタイヤは、走行中の路面状態の変化により、種々の変形を繰り返し受ける。このため、空気入りタイヤにゴム補強体を用いた場合には、その切断端に前記したような亀裂や故障が発生し、耐久性が低下しやすい。そこで、第１発明又は第２発明によるゴム補強体を空気入りタイヤに用いれば、亀裂や故障の発生を有効に抑制することができ、耐久性が向上する。
【００２９】
また、特に変形を受けやすいカーカスプライ、ベルト及びワイヤーチェーファーの少なくとも１つにゴム補強体を用いることが、耐久性を一層向上させる観点から、好ましい。
【００３０】
なお、上述したところは、この発明の実施形態の一部を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
【００３１】
【実施例】
次に、第１発明に従うゴム補強体を試作し、性能評価を行ったので、以下に説明する。
【００３２】
（試験１）
実施例１及び２のゴム補強体は、スチールコード（コード径ｄｍ＝１．０ｍｍ、３＋９＋１５×０．１７５）を平行配列状態（コード間距離ｗｍ＝１．５３ｍｍ）でゴム被覆してなり、スチールコードの延在方向に対し直交する角度で延びる切断端をもち、長さ６０ｍｍ、幅１５ｍｍ、厚さ１．６ｍｍ、ｄｍ／ｗｍ＝０．６５４の主補強層と、第２補強素子の延在方向に対し傾斜する角度で延びる第２切断端をもち、長さ２５ｍｍ、幅２５ｍｍの補助補強層とからなり、表１又は２に示す諸元を有し、主補強層の第１切断端を含む面の法線方向に引っ張った際の引張剛性が、最外位置で、第１切断端に対応する位置よりも低い。
【００３３】
比較のため、主補強層が実施例１及び２と同じであり、第２補強素子の延在方向に対し傾斜する角度で延びる第２切断端をもち、長さ２５ｍｍ、幅２５ｍｍの補助補強層とからなり、表１に示す諸元を有するものの、第２補強素子径が主補強層のスチールコード径よりも大きいもの（比較例１）、ｄｍ／ｗｍ＜ｄｓ／ｗｓなる関係を有するもの（比較例２）、補助補強層は、主補強層の第１切断端を含む面の法線方向に引っ張った際の引張剛性が、最外位置と第１切断端に対応する位置とで等しいもの（比較例３）についても併せて試作した。
【００３４】
（試験方法）
前記各ゴム補強体を、図７に示すように、長さ１００ｍｍ、幅８０ｍｍのゴムシートで挟み、最終的に厚さ４ｍｍの試験片を作成した。この試験片に、主補強層のコード延在方向に最小応力０ＭＰａ、最大応力１．４ＭＰａを周期１０Ｈｚで繰り返し与え、破断に至るまでの回数を測定し、この測定値によって耐久性を評価した。この評価結果を表１及び２に示す。なお、表１の評価結果の数値は、比較例１を１００としたときの指数比で示してあり、数値の大きいほど耐久性が優れている。
【００３５】
【表１】
【００３６】
【表２】
【００３７】
表１に示す結果から、実施例１及び２のゴム補強体はいずれも、比較例１〜３のゴム補強体に比べて耐久性が優れていることが分かる。
【００３８】
【発明の効果】
この発明により、多数の補強部材を用いることなく、主補強層の端部を狭幅の補助補強層で補強することにより、耐久性を格段に向上させたゴム補強体及びそれを用いた空気入りタイヤを提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例のゴム補強体の補強素子の配列状態を示す図である。
【図２】参考例のゴム補強体の補強素子の配列状態を示す図である。
【図３】参考例のゴム補強体の補強素子の配列状態を示す図である。
【図４】この発明に従う他のゴム補強体の補強素子の配列状態を示す図である。
【図５】この発明に従う他のゴム補強体の補強素子の配列状態を示す図である。
【図６】参考例のゴム補強体の補強素子の配列状態を示す図である。
【図７】実験１に用いた試験片の上面図である。
【図８】参考例のタイヤのビード部近傍のタイヤ幅方向断面図である。
【符号の説明】
１ ゴム補強体
２ 第１補強素子
３ 第１切断端
４ 主補強層
５ 第２補強素子
６ 第２切断端
７ 補助補強層
８ 最外位置
９ａ 第１補助補強層
９ｂ 第２補助補強層
１０ ゴムシート
１１ ビード補強層
１２ ビード部
【発明の属する技術分野】
この発明は、スチールコード等の補強素子をゴム中に埋め込んで補強したゴム補強体及びそれを用いた空気入りタイヤに関するものであり、特に多数の補強部材を用いることなく、かかるゴム補強体の耐久性の向上を図る。
【０００２】
【従来の技術】
前記のようなゴム補強体は、タイヤ等種々のゴム製品で広く用いられているが、繰り返し変形を生じる製品に用いられた場合、補強素子とゴムとの剛性段差により補強素子の切断端に局所的な応力集中が生じる結果、切断端を起点として疲労による亀裂がゴム中に発生し、これが進展して故障に至るという問題がある。
【０００３】
この問題を改善するため、主補強層の外側にその端縁を覆うように補助補強層を配設することにより、応力集中を軽減することが広く行われている。例えば、補助補強層の剛性を増加させれば主補強層端縁の応力集中は緩和されるものの、補助補強層端縁での剛性段差が高くなる結果、これが新たな亀裂発生の核となる問題が生じる。また、補助補強層の剛性を減少させれば補助補強層端縁での剛性段差が緩和されて補助補強層端縁での亀裂の発生は抑制されるものの、主補強層端縁での剛性段差を緩和する効果が低減し、主補強層端縁からの故障を抑制する効果が不十分となる問題がある。
【０００４】
さらに、カーカスの外側にその折返し端を覆うように配設した補強層の上端でのセパレーションを抑制したタイヤは、例えば特許文献１に記載されている。この記載に寄れば、補強素子をリム基準線を下にして下向き凸状に湾曲させ、タイヤ周方向に対する補強素子のなす傾斜角が上端よりも下端で大きくなるように設定することによって、補強層上端でのセパレーションを抑制できるとしている。しかし、かかるタイヤでは、タイヤの周方向の変形に対しては、補強層上端での補強素子の延在方向とタイヤの変形方向とのなす角が大きいので、補強層上端における剛性段差を緩和することができるものの、タイヤ転動時にトレッド接地面内で生じるタイヤの撓みによるサイドウォール部の湾曲変形に対しては、補強層上端での補強素子の延在方向とタイヤの変形方向とのなす角が小さいので、補強層上端で生じる剛性段差を有効に緩和することができず、依然として耐久性に問題があった。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６１−１０５２０２号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、この発明の目的は、多数の補強部材を用いることなく、主補強層の端部を狭幅の補助補強層で適正に補強することにより、耐久性を格段に向上させたゴム補強体及びそれを用いた空気入りタイヤを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、第２発明は、複数本の第１補強素子を平行配列状態でゴム被覆してなり、第１補強素子の延在方向に対し傾斜又は直交する角度で延びる第１切断端をもつ主補強層と、該主補強層に隣接させて主補強層の第１切断端位置を超える位置まで配設され、複数本の第２補強素子をゴム被覆してなり、第２補強素子の延在方向に対し傾斜又は直交する角度で延びる第２切断端をもつ１枚の狭幅の補助補強層を具えるとともに、補助補強層を主補強層の第１切断端の周りに折り返して、補助補強層の、第１切断端から見て最も外側にある最外位置を折返し端としてなるゴム補強体において、主補強層の第１補強素子径をｄ ｍ 、第１補強素子中心間距離をｗ ｍ 、補助補強層の第２補強素子径をｄ ｓ 、第２補強素子中心間距離をｗ ｓ としたとき、第１及び第２補強素子はｄ ｍ ＞ｄ ｓ かつｄ ｍ ／ｗ ｍ ＞ｄ ｓ ／ｗ ｓ なる関係を有し、補助補強層は、主補強層の第１切断端を含む面の法線方向に引っ張った際の引張剛性が、前記最外位置で、第１切断端に対応する位置よりも低いことを特徴とするゴム補強体である。
【０００８】
ここで、主補強層の一方の切断端から他方の切断端に向かう側、すなわち主補強層と補助補強層がオーバーラップしている側を「内側」といい、これと反対側、すなわち主補強層と補助補強層がオーバーラップしていない側を「外側」というものとする。
【０００９】
補助補強層は、両第２切断端をゴム補強体の幅方向に相互にずらして配設されることが好ましい。
【００１０】
ここで、補助補強層は、それを構成する第２補強素子と主補強層の第１切断端を含む面の法線とのなす角が、前記最外位置で、第１切断端に対応する位置よりも大きいことが好ましい。
【００１１】
また、補助補強層は、それを構成する第２補強素子の打込み数が、前記最外位置で、第１切断端に対応する位置よりも少ないことが好ましい。
【００１２】
さらに、第２補強素子はモノフィラメントであることが好ましい。
【００１３】
さらにまた、第２補強素子が有機繊維又はスチールからなることが好ましい。
【００１４】
加えて、第２補強素子が２軸織物からなることが好ましい。
【００１５】
そして、第２発明は、前記したゴム補強体を用いた空気入りタイヤであり、カーカスプライ、ベルト及びワイヤーチェーファーの少なくとも１つにゴム補強体を用いることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の形態を説明する。図４はこの発明に従う代表的なゴム補強体の補強素子の配列状態を示す図である。
【００１７】
ゴム補強体１は、複数本の第１補強素子２を平行配列状態でゴム被覆してなり、第１補強素子２の延在方向に対し傾斜又は直交する角度で延びる第１切断端３をもつ主補強層４と、主補強層４に隣接させて主補強層４の第１切断端３の位置を超える位置まで配設され、複数本の第２補強素子５をゴム被覆してなり、第２補強素子５の延在方向に対し傾斜又は直交する角度で延びる第２切断端６をもつ１枚の狭幅の補助補強層７を具えるとともに、補助補強層７を主補強層４の第１切断端３の周りに折り返して、補助補強層４の、第１切断端３から見て最も外側にある最外位置８を折返し端としてなる。
【００１８】
そして、この発明の構成上の主な特徴は、主補強層４の第１補強素子２の径をｄｍ、第１補強素子２の中心間距離をｗｍ、補助補強層７の第２補強素子５の径をｄｓ、第２補強素子５の中心間距離をｗｓとしたとき、第１補強素子２及び第２補強素子５はｄｍ＞ｄｓかつｄｍ／ｗｍ＞ｄｓ／ｗｓなる関係を有し、補助補強層７は、主補強層４の第１切断端３を含む面Ｐの法線Ｎの方向に引っ張った際の引張剛性が、最外位置８で、第１切断端３に対応する位置よりも低いことにある。
【００１９】
以下、この発明が上記構成を採用するに至った経緯を作用とともに説明する。
スチールコード等の補強素子をゴム中に埋め込んで補強したゴム補強体の故障の主たる原因は、補強素子とゴムとの間に剛性段差により、ゴム補強体の切断端に応力集中が生じる結果、切断端を起点としてゴム中に疲労による亀裂が発生、進展することにある。従来、亀裂を抑制するためには、前記したように主補強層の端縁を補助補強層で覆うことが行われていた。しかし、こうしたゴム補強体では、主補強層の端縁で発生していた応力集中を補助補強層の端縁に移したに過ぎず、補助補強層の切断端に亀裂が生じ、本質的な問題の解決には至ってなかった。
【００２０】
発明者は、主補強層の端縁での応力集中を緩和しつつ、補助補強層の端縁での応力集中を少なくとも主補強層の端縁での応力集中より小さくするには、補助補強層を構成する補強素子の径を主補強層の補強素子の径より小さくすることで亀裂発生の核を小さくするとともに、補強素子の径ｄと補強素子の中心間距離ｗの比ｄ／ｗを補助補強層で主補強層より小さくすることで、補助補強層の端縁での応力集中を主補強層の端縁での応力集中より小さくすることができると考えた。補強素子は、一般的にゴムとの接着性向上のために、例えばスチールコードではブラスメッキ処理が、有機繊維コードではディップ処理が行われるが、切断端には切断によりこうした処理の無い部分が露出するため、特に破壊の核となりやすい。さらに、補助補強層の最外位置にこうした切断端がきた場合には、切断端を含む面の法線方向に引張変形が生じた際に、切断端のゴムと補強素子との未接着部である亀裂核が開口する変形を生じ、最も亀裂が進展しやすい。補助補強層７を主補強層４の第１切断端３の周りに折り返すことで、補助補強層７の最外位置８に第２切断端６が配設されることが避けられ、前記したような切断端のゴムと補強素子との未接着部である亀裂核が開口する変形は抑制できるものの、最外位置８には依然として周辺ゴムと補強素子の間に剛性段差が存在するため、ここに応力が集中してセパレーションが発生し十分な耐久性を得ることはできない。そこで、第１補強素子２及び第２補強素子５をｄ ｍ ＞ｄ ｓ かつｄ ｍ ／ｗ ｍ ＞ｄ ｓ ／ｗ ｓ なる関係とし、補助補強層７を、主補強層４の第１切断端３を含む面の法線方向に引っ張った際の引張剛性が、最外位置８で、第１切断端３に対応する位置よりも低くなるようにすれば、前述のように、補助補強層の端縁での応力集中を主補強層の端縁での応力集中より小さくすることができると同時に、主補強層の補強素子端部での亀裂発生を効果的に抑制し、かつ補助補強層の最外位置にある折返し端での応力集中も緩和することができ、耐久性を有効に向上することができるのである。
【００２１】
この場合には、図５に示すように、補助補強層７は、両第２切断端６、６´をゴム補強体の幅方向に相互にずらして配設されることが好ましい。第２切断端６、６´をずらして配置することにより、第２切断端６、６´における剛性段差が少なくなり、より一層効果的に応力集中を緩和できるからである。
【００２２】
なお、主補強層４と補助補強層７のオーバーラップ量Ｘは、５〜３０ｍｍとすることが好ましい。オーバーラップ量Ｘが５ｍｍ未満の場合には十分な応力集中の緩和効果が得られないからであり、３０ｍｍを超える場合には応力集中の緩和効果はほぼ一定でありながら、重量のみが増加するからである。
【００２３】
補助補強層７は、それを構成する第２補強素子５と主補強層４の第１切断端３を含む面Ｐの法線Ｎとのなす角が、最外位置８で、第１切断端３に対応する位置よりも大きいことが好ましい。すなわち、図１及び図４では、最外位置８における第２補強素子５と法線Ｎのなす角をα１、第１切断端３に対応する位置における第２補強素子５と法線Ｎのなす角をα２とすると、α１＞α２であることが好ましい。かかる構成をとることで、主補強層４の第１切断端３を含む面Ｐの法線Ｎ方向に引っ張った際の補助補強層７の引張剛性を、最外位置８で、第１切断端３に対応する位置よりも低くすることができるからである。α１≦α２の場合には、補助補強層７の引張剛性は、最外位置８で、第１切断位置３に対応する位置よりも高くなるため、最外位置８に応力集中が発生し、ここが故障の核となる。また、一般に、ゴム補強体の引張剛性は、引張方向と補強素子のなす角をαとしたとき、ｃｏｓ（α）の４乗に略比例するが、補助補強層７の最外位置８における応力集中を緩和する観点からは、最外位置８におけるｃｏｓ（α１）の４乗の値が、第１切断端３に対応する位置におけるｃｏｓ（α２）の４乗の値の７０％以下であることがさらに好ましい。
【００２４】
また、主補強層の第１切断端を含む面の法線方向に引っ張った際の補助補強層の引張剛性を、最外位置で、第１切断端に対応する位置よりも低くする他の実施態様としては、補助補強層７は、それを構成する第２補強素子５の打込み数を、最外位置８で、第１切断端３に対応する位置よりも小さくすることが好ましい。かかる構成をとることで第２補強素子５の端が分散するので、補助補強層７の剛性を、第１切断端３に対応する位置よりも最外位置８で小さくすることができ、応力集中がさらに緩和されるからである。
【００２５】
また、第２補強素子５はモノフィラメントであることが好ましい。第２切断端６における第２補強素子５の断面積が小さくなるため、第２切断端６での応力集中を緩和することができるからである。
【００２６】
さらに、第２補強素子５は、ゴムとの接着性に優れたナイロン又はスチールからなることが好ましい。特に、軽量化を重視する場合にはナイロンからなることが好適であり、また高い剛性を重視する場合にはスチールが好適である。
【００２７】
また、第２補強素子５が２軸織物からなることが好ましい。いずれの方向から力が加わった場合にも効果的に応力を分散するには、補助補強層７を２枚とし、それらの補強素子が互いに交差する交差層を形成することが考えられるが、この場合には、主補強層４の第１切断端３を含む面Ｐの法線Ｎの方向に力が加わると、補強素子の異方性により交差層間には互いに逆方向の面内せん断変形が生じて、第２切断端に層間せん断歪の集中が発生するため、耐久性が低下する。一方、第２補強素子５を２軸織物とすれば、補強素子の異方性が打ち消され、耐久性に悪影響を及ぼすせん断歪が生じないため、第２切断端での耐久性が一層向上するからである。
【００２８】
次に、第２発明に従う空気入りタイヤについて説明する。空気入りタイヤは、走行中の路面状態の変化により、種々の変形を繰り返し受ける。このため、空気入りタイヤにゴム補強体を用いた場合には、その切断端に前記したような亀裂や故障が発生し、耐久性が低下しやすい。そこで、第１発明又は第２発明によるゴム補強体を空気入りタイヤに用いれば、亀裂や故障の発生を有効に抑制することができ、耐久性が向上する。
【００２９】
また、特に変形を受けやすいカーカスプライ、ベルト及びワイヤーチェーファーの少なくとも１つにゴム補強体を用いることが、耐久性を一層向上させる観点から、好ましい。
【００３０】
なお、上述したところは、この発明の実施形態の一部を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
【００３１】
【実施例】
次に、第１発明に従うゴム補強体を試作し、性能評価を行ったので、以下に説明する。
【００３２】
（試験１）
実施例１及び２のゴム補強体は、スチールコード（コード径ｄｍ＝１．０ｍｍ、３＋９＋１５×０．１７５）を平行配列状態（コード間距離ｗｍ＝１．５３ｍｍ）でゴム被覆してなり、スチールコードの延在方向に対し直交する角度で延びる切断端をもち、長さ６０ｍｍ、幅１５ｍｍ、厚さ１．６ｍｍ、ｄｍ／ｗｍ＝０．６５４の主補強層と、第２補強素子の延在方向に対し傾斜する角度で延びる第２切断端をもち、長さ２５ｍｍ、幅２５ｍｍの補助補強層とからなり、表１又は２に示す諸元を有し、主補強層の第１切断端を含む面の法線方向に引っ張った際の引張剛性が、最外位置で、第１切断端に対応する位置よりも低い。
【００３３】
比較のため、主補強層が実施例１及び２と同じであり、第２補強素子の延在方向に対し傾斜する角度で延びる第２切断端をもち、長さ２５ｍｍ、幅２５ｍｍの補助補強層とからなり、表１に示す諸元を有するものの、第２補強素子径が主補強層のスチールコード径よりも大きいもの（比較例１）、ｄｍ／ｗｍ＜ｄｓ／ｗｓなる関係を有するもの（比較例２）、補助補強層は、主補強層の第１切断端を含む面の法線方向に引っ張った際の引張剛性が、最外位置と第１切断端に対応する位置とで等しいもの（比較例３）についても併せて試作した。
【００３４】
（試験方法）
前記各ゴム補強体を、図７に示すように、長さ１００ｍｍ、幅８０ｍｍのゴムシートで挟み、最終的に厚さ４ｍｍの試験片を作成した。この試験片に、主補強層のコード延在方向に最小応力０ＭＰａ、最大応力１．４ＭＰａを周期１０Ｈｚで繰り返し与え、破断に至るまでの回数を測定し、この測定値によって耐久性を評価した。この評価結果を表１及び２に示す。なお、表１の評価結果の数値は、比較例１を１００としたときの指数比で示してあり、数値の大きいほど耐久性が優れている。
【００３５】
【表１】
【表２】
表１に示す結果から、実施例１及び２のゴム補強体はいずれも、比較例１〜３のゴム補強体に比べて耐久性が優れていることが分かる。
【００３８】
【発明の効果】
この発明により、多数の補強部材を用いることなく、主補強層の端部を狭幅の補助補強層で補強することにより、耐久性を格段に向上させたゴム補強体及びそれを用いた空気入りタイヤを提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例のゴム補強体の補強素子の配列状態を示す図である。
【図２】参考例のゴム補強体の補強素子の配列状態を示す図である。
【図３】参考例のゴム補強体の補強素子の配列状態を示す図である。
【図４】この発明に従う他のゴム補強体の補強素子の配列状態を示す図である。
【図５】この発明に従う他のゴム補強体の補強素子の配列状態を示す図である。
【図６】参考例のゴム補強体の補強素子の配列状態を示す図である。
【図７】実験１に用いた試験片の上面図である。
【図８】参考例のタイヤのビード部近傍のタイヤ幅方向断面図である。
【符号の説明】
１ ゴム補強体
２ 第１補強素子
３ 第１切断端
４ 主補強層
５ 第２補強素子
６ 第２切断端
７ 補助補強層
８ 最外位置
９ａ 第１補助補強層
９ｂ 第２補助補強層
１０ ゴムシート
１１ ビード補強層
１２ ビード部
Claims (10)
- 複数本の第１補強素子を平行配列状態でゴム被覆してなり、第１補強素子の延在方向に対し傾斜又は直交する角度で延びる第１切断端をもつ主補強層と、該主補強層に隣接させて主補強層の第１切断端位置を超える位置まで配設され、複数本の第２補強素子をゴム被覆してなり、第２補強素子の延在方向に対し傾斜又は直交する角度で延びる第２切断端をもつ１枚の狭幅の補助補強層を具えるとともに、補助補強層を主補強層の第１切断端の周りに折り返して、補助補強層の、第１切断端から見て最も外側にある最外位置を折返し端としてなるゴム補強体において、
主補強層の第１補強素子径をｄｍ、第１補強素子中心間距離をｗｍ、補助補強層の第２補強素子径をｄｓ、第２補強素子中心間距離をｗｓとしたとき、第１及び第２補強素子はｄｍ＞ｄｓかつｄｍ／ｗｍ＞ｄｓ／ｗｓなる関係を有し、
補助補強層は、主補強層の第１切断端を含む面の法線方向に引っ張った際の引張剛性が、前記最外位置で、第１切断端に対応する位置よりも低いことを特徴とするゴム補強体。 - 補助補強層は、両第２切断端をゴム補強体の幅方向に相互にずらして配設される請求項１記載のゴム補強体。
- 補助補強層は、それを構成する第２補強素子と主補強層の第１切断端を含む面の法線とのなす角が、前記最外位置で、第１切断端に対応する位置よりも大きい請求項１又は２記載のゴム補強体。
- 補助補強層は、それを構成する第２補強素子の打込み数が、前記最外位置で、第１切断端に対応する位置よりも少ない請求項１〜３のいずれか一項記載のゴム補強体。
- 第２補強素子はモノフィラメントである請求項１〜４のいずれか一項記載のゴム補強体。
- 第２補強素子はナイロンからなる請求項１〜５のいずれか一項記載のゴム補強体。
- 第２補強素子がスチールからなる請求項１〜５のいずれか一項記載のゴム補強体。
- 第２補強素子が２軸織物からなる請求項１〜７のいずれか一項記載のゴム補強体。
- 請求項１〜８のいずれか一項記載のゴム補強体を用いた空気入りタイヤ。
- カーカスプライ、ベルト及びワイヤーチェーファーの少なくとも１つに前記ゴム補強体を用いた請求項９記載の空気入りタイヤ。
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