JP4330647B2 - 空気入りラジアルタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、カーカスコードおよびベルトコードにスチールコードを用いた重荷重用タイヤとして好適であり、操縦安定性を確保しながら熱劣化（酸化劣化）に起因する摩耗末期におけるカーカスとベルト層との間の剥離損傷を抑制する空気入りラジアルタイヤに関する。

トラック・バス用等の重荷重用の空気入りラジアルタイヤでは、タイヤの骨格をなすカーカスのコード、及びその半径方向外側かつトレッド内部に配されるベルト層のコードに、それぞれスチールコードを用いたオールスチールラジアル構造のものが、広く採用されている（例えば特許文献１参照）。

特開平１１−２２２００８号公報

この構造のタイヤでは、コードの引張強さ及びコードの耐久性が共に優れ、タイヤ強度に十分な余裕があるため、荷重積載能力をアップさせるために、タイヤの充填内圧を高めて使用することが行われている。

一方で、トレッドゴム開発の進歩により、タイヤの摩耗寿命がのびてきている。しかしながら、前記構造のタイヤでは、タイヤの使用条件及び走行条件によっては、前記摩耗寿命がのびることにより、摩耗末期においてカーカスとベルト層との間に突然剥離が発生し、タイヤが損傷に至るという新たな問題が報告されている。

そこで本発明者は、このタイヤ損傷の原因を究明すべく研究した。その結果、下記のことが判明した。即ち、オールスチールラジアル構造では、前述の如く、荷重積載能力アップのために充填内圧を高めて使用する場合が多いが、このとき内圧増加により、充填空気がタイヤ内部に浸透しやすい傾向を招く。他方、高速道路の整備化や車両の高性能化に伴い、前記構造のタイヤにおいても高速走行の機会が増し、その高速走行によりトレッド部の温度が高温に上昇する。そのため、前記タイヤ内部に浸透する空気内の酸素と、高速走行によるトレッド部の温度上昇との相互作用によって、カーカスとベルト層との間でゴムの熱劣化（酸化劣化）が促進されてゴム物性が低下する。その結果、摩耗寿命を迎える前に、路面からの衝撃などが切っ掛けとなって、カーカスとベルト層との間に突発的に剥離を誘発させると考えられる。

従って、このような剥離を防止するためには、カーカスとベルト層との間に、ゴム弾性に優れる補強ゴム層を介在せしめ、熱劣化（酸化劣化）によってもある程度ゴム物性を維持させるとともに、路面からの衝撃力を緩和させることが有効であることが判明した。

そこで本発明は、ワーキングベルトプライにおけるベルトコードの曲げモーメント値Ｇ及びプライ曲げ剛性を所定範囲に規制するとともに、カーカスとベルト層との間に所定の１００％モジュラスを有する補強ゴム層を介在させることを基本として、操縦安定性を確保しながら、熱劣化（酸化劣化）に起因する摩耗末期におけるカーカスとベルト層との間の突発的な剥離損傷を抑制しうる空気入りラジアルタイヤを提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本願請求項１の発明は、
トレッド部からサイドウォール部をへてビード部のビードコアに至るスチール製のカーカスコードを配列した１枚のカーカスプライからなるカーカスと、前記カーカスのタイヤ半径方向外側かつ前記トレッド部の内部に配されかつスチール製のベルトコードを配列した複数枚のベルトプライからなるベルト層とを具える空気入りラジアルタイヤであって、
前記複数枚のベルトプライには、半径方向内外で互いに重なり合いかつベルトコードがタイヤ赤道に対して一方に傾斜する一方のワーキングベルトプライと、ベルトコードがタイヤ赤道に対して他方に傾斜する他方のワーキングベルトプライとからなる一対のワーキングベルトプライが含まれ、
しかも前記一方、他方のワーキングベルトプライは、そのベルトコードを撚りが解けないように溶断して得た７０mmの長さの試験片と、米国テーバ社製の剛性度試験器Ｍｏｄｅｌ １５０−Ｄとを用いて、前記試験片の一端を固定するとともに、この固定端から５０mmの長さでのびる試験片の他端に力を負荷し、該試験片の前記他端での開き角度が１５゜になったときの曲げモーメント値Ｇを１１０〜３４０ｇｆ・ｃｍの範囲、かつ
この曲げモーメント値Ｇと、ワーキングベルトプライの１インチ巾当たりのコード打ち込み数Ｎ（単位：本）との積Ｇ×Ｎで定義するベルトプライ曲げ剛性を２０００〜３５００ｇｆ・ｃｍの範囲とするとともに、
前記カーカスとベルト層との間に、１００％モジュラスが２Ｍｐａ以上かつ前記カーカスプライのトッピングゴム及びベルトプライのトッピングゴムの１００％モジュラス以下であり、しかも厚さＴが０．３〜３．５ｍｍの一定の厚さＴを有する連続したシート状の補強ゴム層と、
前記ベルト層とカーカスとの間隔が、タイヤ軸方向外側に向かって次第に増大する前記ベルト層の両端部の、この間隔が増大する部分に配される断面略三角形状のクッションゴムとを配するとともに、
このクッションゴムは、前記第２のベルトプライの外端位置にて最大厚さを有し、該最大厚さ位置からは、厚さを漸減しながらカーカスの外面に沿ってタイヤ軸方向内外に延在し、しかもクッションゴムのタイヤ軸方向内端は、前記補強ゴム層の前記外端に接して終端するとともに、
このクッションゴムは、その１００％モジュラスＭ３が前記補強ゴム層の１００％モジュラスＭ１よりも小としたことを特徴としている。

前記「曲げモーメント値Ｇ」は、スチールコードを、その撚りが解けないように７０ｍｍの長さで溶断して試験片をうるとともに、例えば米国テーバ社製の剛性度試験器（Ｍｏｄｅｌ １５０−Ｄ）等を用いて測定する。具体的には、図４に模式的に示すように、試験片Ａの一端を固定するとともに、この固定端から５０ｍｍの長さでのびる試験片Ａの他端Ａ１に力Ｆを負荷し、該試験片Ａの前記他端Ａ１での開き角度が１５゜になったときの曲げモーメント値である。又前記「コード打ち込み数Ｎ（単位：本）」は、コードの長さ方向と直角な向きで測定したプライ１インチ巾当たりに配列するコードの本数を意味する。又前記「１００％モジュラス」は、ＪＩＳＫ６２５１に記載の試験方法に準拠して測定した値である。

本発明は叙上の如く、カーカスとベルト層との間に、所定の１００％モジュラスを有する補強ゴム層を介在させるため、高速走行及び高内圧によるゴムの熱劣化（酸化劣化）が促進された場合にも、ゴム物性をある程度維持できる。又ワーキングベルトプライにおけるコードの曲げモーメント値Ｇ及びベルトプライ曲げ剛性を所定範囲に規制しているため、路面からの衝撃力を緩和させることができる。そして、これらの相乗効果により、摩耗末期におけるカーカスとベルト層との間の突発的な剥離を効果的に抑制でき、タイヤが損傷に至るのを防止しうる。

以下本発明の実施の一形態を図面に基づき説明する。図１は本発明の空気入りラジアルタイヤがトラック・バス用の重荷重用タイヤである場合を例示するタイヤ子午線断面図である。

図１において、重荷重用タイヤ１は、トレッド部２からサイドウォール部３をへてビード部４のビードコア５に至るカーカス６と、このカーカス６のタイヤ半径方向外側かつ前記トレッド部２の内部に配されるベルト層７とを具える。

前記カーカス６は、タイヤ周方向に対して８０〜９０°の角度で配列したスチール製のカーカスコード（スチールコード）をトッピングゴムで被覆した１枚のカーカスプライ６Ａから形成される。このカーカスプライ６Ａは、前記ビードコア５、５間を跨るトロイド状のプライ本体部６ａの両端に、前記ビードコア５の周りをタイヤ軸方向内側から外側に折り返されたプライ折返し部６ｂを一連に具えるとともに、該プライ本体部６ａとプライ折返し部６ｂとの間には、前記ビードコア５からタイヤ半径方向外側に先細状にのびるビード補強用のビードエーペックスゴム８が配される。

前記ビードエーペックスゴム８は、ゴム硬度（デュロメータＡ硬さ）が例えば８０〜９５の硬質のゴム層からなる半径方向内側の下エーペックス部８ａと、それよりも軟質のゴムからなる半径方向外方の上エーペックス部８ｂとから形成される。前記上エーペックス部８ｂのゴム硬度は、本例では、例えば５０〜６５の範囲であり、これにより、ビード変形に際してプライ折返し部６ｂに作用する剪断応力を緩和し、プライ折返し部６ｂの剥離を防止する。

又前記ビード部４には、ビード部４をさらに補強する目的で、ビード補強層９を設けている。このビード補強層９は、スチール製の補強コードをタイヤ周方向線に対して例えば１０〜６０゜の角度で配列したコードプライからなり、ビードコア下を通る底片９ａの両側に、プライ本体部６ａのタイヤ軸方向内側面に沿ってのびる内片９ｉと、プライ折返し部６ｂのタイヤ軸方向外側面に沿ってのびる外片９ｏとを繋げた断面Ｕ字状に形成される。

次に、前記ベルト層７は、スチール製のベルトコード（スチールコード）を用いた複数枚のベルトプライからなり、本例では４枚のベルトプライ７Ａ〜７Ｄが互いに重なり合った４層構成のものが例示される。本例では、図２に概念的に示すように、タイヤ半径方向最内側に配される第１のベルトプライ７Ａでは、タイヤ周方向に対して、例えば６０±１０°の角度θ１で配列するベルトコードをトッピングゴムで被覆している。又その半径方向外側に順次配される第２〜第４のベルトプライ７Ｂ〜７Ｄでは、タイヤ周方向に対して、例えば１５〜３０°の小角度θ２〜θ４で配列するベルトコードをトッピングゴムで被覆している。このうち、前記第１、第２のベルトプライ７Ａ、７Ｂでは、ベルトコードがタイヤ赤道Ｃに対して一方（図２では右肩上がり）に傾斜し、第３、第４のベルトプライ７Ｃ、７Ｄでは、ベルトコードがタイヤ赤道Ｃに対して他方（図２では左肩上がり）に傾斜している。

即ち本例では、第２、第３ベルトプライ７Ｂ、７Ｃが、半径方向内外で互いに重なり合いかつベルトコードがタイヤ赤道Ｃに対して一方、他方に傾斜する一方、他方のワーキングベルトプライ１０を構成している。このワーキングベルトプライ１０の対は、ベルトコード同士が交差し互いに拘束し合うため、ベルトプライ７Ａ〜７Ｄのうちで、最も補強効果の高いプライであり、このワーキングベルトプライ１０の対を含むことで、ベルト剛性を高めトレッド部２をタガ効果を有して強固に補強しうる。従って、ワーキングベルトプライ１０の対のうちの一方のプライ（本例では第２のベルトプライ７Ｂ）の巾Ｗａが、ベルトプライ７Ａ〜７Ｄのうちで最も幅広をなし、又他方のプライ（本例では第３のベルトプライ７Ｃ）の巾Ｗｂを、前記巾Ｗａよりも５〜１０ｍｍ程度巾狭とし、補強効果を高く維持しながらプライ端での応力集中を緩和するのが好ましい。

そして本実施形態の重荷重用タイヤ１では、図３に拡大して示すように、前記カーカス６とベルト層７との間に、一定の厚さＴを有するシート状をなし、かつ１００％モジュラスＭ１が２Ｍｐａ以上の補強ゴム層１１を設けている。この補強ゴム層１１は、前記厚さＴが０．３〜３．５ｍｍの範囲であり、かつ前記１００％モジュラスＭ１の上限は、前記カーカスプライ６Ａのトッピングゴム及びベルトプライ７Ａ〜７Ｄのトッピングゴムの１００％モジュラスＭ２以下に設定されている。又前記補強ゴム層１１は、その全長に亘って、前記カーカスプライ６Ａと第１のベルトプライ７Ａとの双方に接触しており、この補強ゴム層１１のタイヤ軸方向外端１１Ｅ、１１Ｅ間の巾Ｗｙは、前記第１のベルトプライ７Ａの巾Ｗｃの５０％〜９５％に設定されている。なお補強ゴム層１１は、図１，３に明示するように、この補強ゴム層１１のタイヤ軸方向外端１１Ｅ、１１Ｅ間で連続し、また後述するクッションゴム１５とは半径方向内外に重なり合うことがなく、補強ゴム層１１の前記外端１１Ｅは、クッションゴム１５のタイヤ軸方向内端１５Ｅと接して終端している。

このような補強ゴム層１１は、１００％モジュラスＭ１を２Ｍｐａ以上としているため、高速走行によるトレッド部２の高温度への上昇と、高充填内圧によるタイヤ内部への空気浸透との相互作用に起因してゴムの熱劣化（酸化劣化）が促進された場合にも、ゴム弾性をある程度維持させることができ、カーカス６とベルト層７との間の剥離の発生を抑制する効果を奏しうる。

なお１００％モジュラスＭ１が２Ｍｐａ未満、及び前記厚さＴが０．３ｍｍ未満では、剥離の抑制効果を発揮することができない。又１００％モジュラスＭ１が、前記カーカスプライ６Ａのトッピングゴム及び／又はベルトプライ７Ａ〜７Ｄのトッピングゴムの１００％モジュラスＭ２を超えると、カーカスプライ側のトッピングゴム及び／又はびベルトプライ側のトッピングゴムに機械疲労を受け、トッピングゴム層内で亀裂が発生して破壊が生じるという不利がある。又前記厚さＴが３．５ｍｍを超えると、コーナリングパワーの低下が大きくなり、操縦安定性を低下させるという問題が生じる。このような観点から、前記１００％モジュラスＭ１の下限値は、４Ｍｐａ以上が好ましく、又上限値はトッピングゴムの１００％モジュラスＭ２未満が好ましい。又前記厚さＴの下限値は、０．５ｍｍ以上が好ましく、又上限値は３．０ｍｍ以下が好ましい。又前記補強ゴム層１１の巾Ｗｙが前記巾Ｗｃの５０％を下回っても、補強ゴム層１１による剥離抑制効果を充分に発揮することができなくなる。

又、前記ベルト層７の両端部ではベルト層７とカーカス６との間隔が、タイヤ軸方向外側に向かって次第に増大し、この間隔が増大する部分に断面略三角形状のクッションゴム１５が前記補強ゴム層１１とともに、ベルト層７とカーカス６との間に配される。このクッションゴム１５は、前記第２のベルトプライ７Ｂの外端位置にて最大厚さを有し、該最大厚さ位置からは、厚さを漸減しながらカーカス６の外面に沿ってタイヤ軸方向内外に延在している。又クッションゴム１５のタイヤ軸方向内端１５Ｅは、前記補強ゴム層１１の前記外端１１Ｅに接して終端している。このクッションゴム１５は、その１００％モジュラスＭ３が前記補強ゴム層１１の１００％モジュラスＭ１よりも小であり、これによりベルト層７とカーカス７との間の歪を吸収し、ベルト端とカーカスとの間のルースを防ぐことができる。

次に、前記ワーキングベルトプライ１０では、そのベルトコードの１本当たりの曲げモーメント値Ｇを３４０ｇｆ・ｃｍ以下とするとともに、このコードの曲げモーメント値Ｇと、ワーキングベルトプライ１０の１インチ巾当たりのコード打ち込み数Ｎ（単位：本）との積Ｇ×Ｎで定義するベルトプライ曲げ剛性を３５００ｇｆ・ｃｍ以下に設定している。

前記コードの曲げモーメント値Ｇが３４０ｇｆ・ｃｍより大、及びベルトプライ曲げ剛性が３５００ｇｆ・ｃｍより大では、衝撃の緩和吸収効果が不充分となって、前記剥離を抑制することが難しくなる。逆に、前記コードの曲げモーメント値Ｇが１１０ｇｆ・ｃｍより小、及びベルトプライ曲げ剛性が２０００ｇｆ・ｃｍより小では、ベルト層７の補強効果が不充分となってコーナリングパワーを低下させるため、必要な操縦安定性を確保することが難しくなる。このような観点から、コードの曲げモーメント値Ｇでは、その下限値を１１０ｇｆ・ｃｍ以上とするの好ましく、又上限値を３４０ｇｆ・ｃｍ以下とするのが好ましい。又ベルトプライ曲げ剛性では、その下限値を２０００ｇｆ・ｃｍ以上とするのが好ましく、又上限値を３５０００ｇｆ・ｃｍ以下とするのが好ましい。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

図１の構造をなす重荷重用タイヤ（タイヤサイズ３１５／８０Ｒ２２．５）を、表１の仕様にて試作するとともに、各試供タイヤの耐久性をテストし、その結果を表１に記載した。表１に記載以外は、互いに同仕様である。

（１）耐久性：
リム組みしたタイヤ内に、空気に代えて酸素（酸素濃度１００％）を内圧９００ｋＰａまで充填するとともに、このタイヤを７０℃の乾熱オーブンに４週間投入し、タイヤ内部から酸素劣化を促進させた。そして、この酸素劣化させたタイヤに対し、次の走行テストを実施した。走行テストは、酸素劣化させたタイヤに、通常空気を規格最大荷重時の内圧（９００ｋＰａ）まで充填し、荷重（規格最大荷重×０．８５）を付加させた状態にて、ドラム（直径１．７ｍ）上にて速度を８０ｋｍｈから６時間毎に１０ｋｍ／ｈずつステップアップさせながら走行させ、タイヤが損傷に至った時の速度と、その速度での走行時間、及び破壊形態を比較した。試験室の温度は３５±５℃。

（２）コーナリングパワー：
リム組みしたタイヤを、内圧（規格最大荷重時の内圧）、荷重（規格最大荷重）、速度（４ｋｍ／ｈ）の条件にて、ドラム（直径２．０ｍ）上で走行させ、スリップ角１°の時のコーナリングパワーを測定した。そして、測定結果を、実施例１を１００とする指数で表示した。値が大なほどコーナリングパワーが大きく、操縦安定性に優れている。

表１の如く、実施例のタイヤは、熱劣化（酸化劣化）に起因する突発的な剥離損傷という破壊形態の発生がなくなり、ベルトエッジルースのみにとどまっているのが確認できた。又コーナリングパワーの低下が最低限に抑えられ、操縦安定性が確保されうるのが確認できる。

本発明の空気入りラジアルタイヤの一実施例を示す断面図である。 ベルト層のコード配列を示す概念図である。 トレッド部を拡大して示す断面図である。 コードの曲げモーメント値の測定方法を示す説明図である。

符号の説明

２ トレッド部
３ サイドウォール部
４ ビード部
５ ビードコア
６ カーカス
６Ａ カーカスプライ
６ａ プライ本体部
７ ベルト層
７Ａ〜７Ｄ ベルトプライ
１０ ワーキングベルトプライ
１１ 補強ゴム層

Claims (1)

1. トレッド部からサイドウォール部をへてビード部のビードコアに至るスチール製のカーカスコードを配列した１枚のカーカスプライからなるカーカスと、前記カーカスのタイヤ半径方向外側かつ前記トレッド部の内部に配されかつスチール製のベルトコードを配列した複数枚のベルトプライからなるベルト層とを具える空気入りラジアルタイヤであって、
   前記複数枚のベルトプライには、半径方向内外で互いに重なり合いかつベルトコードがタイヤ赤道に対して一方に傾斜する一方のワーキングベルトプライと、ベルトコードがタイヤ赤道に対して他方に傾斜する他方のワーキングベルトプライとからなる一対のワーキングベルトプライが含まれ、
   しかも前記一方、他方のワーキングベルトプライは、そのベルトコードを撚りが解けないように溶断して得た７０mmの長さの試験片の一端を固定するとともに、この固定端から５０mmの長さでのびる試験片の他端に力を負荷し、該試験片の前記他端での開き角度が１５゜のときのコードの曲げモーメント値Ｇを１１０〜３４０ｇｆ・ｃｍの範囲、かつ
   この曲げモーメント値Ｇと、ワーキングベルトプライの１インチ巾当たりのコード打ち込み数Ｎ（単位：本）との積Ｇ×Ｎで定義するベルトプライ曲げ剛性を２０００〜３５００ｇｆ・ｃｍの範囲とするとともに、
   前記カーカスとベルト層との間に、１００％モジュラスが２Ｍｐａ以上かつ前記カーカスプライのトッピングゴム及びベルトプライのトッピングゴムの１００％モジュラス以下であり、しかも厚さＴが０．３〜３．５ｍｍの一定の厚さＴを有する連続したシート状の補強ゴム層と、
   前記ベルト層とカーカスとの間隔が、タイヤ軸方向外側に向かって次第に増大する前記ベルト層の両端部の、この間隔が増大する部分に配される断面略三角形状のクッションゴムとを配するとともに、
   このクッションゴムは、前記第２のベルトプライの外端位置にて最大厚さを有し、該最大厚さ位置からは、厚さを漸減しながらカーカスの外面に沿ってタイヤ軸方向内外に延在し、しかもクッションゴムのタイヤ軸方向内端は、前記補強ゴム層の前記外端に接して終端するとともに、
   このクッションゴムは、その１００％モジュラスＭ３が前記補強ゴム層の１００％モジュラスＭ１よりも小としたことを特徴とする空気入りラジアルタイヤ。

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