JP4392400B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、耐久性を向上しうる空気入りタイヤに関する。

空気入りタイヤには、カーカスと、ベルト層のタイヤ軸方向の端部との間にクッションゴムが配されている。該クッションゴムは、適度の柔軟性を有しており、負荷走行時に大きく変形するベルト層の端部近傍において歪を緩和する。

従来、図９（Ａ）に示されるように、クッションゴムｂは押出機の口金等から断面略三角形状で帯状に連続して押し出される。押し出されたクッションゴムｂは、タイヤ１本分の長さに切断される。図９（Ｂ）には、切断されたクッションゴムｂの側面図が示される。クッションゴムｂのタイヤ周方向の端部ｂ１、ｂ２は、いずれも同じ向きで斜めにカットされたテーパ状である。また、図９（Ｃ）に示されるように、円筒状の成形ドラムＤの外側にカーカスプライ（図示省略）が巻き付けられ、さらにその外側にクッションゴムｂが環状に巻き付けられる。クッションゴムが記載された先行技術としては、次のものがある。

特開２００２−１６０５０８号公報 特許第３３７０２８２号公報

ところで、クッションゴムｂは、テーパ状の両端部ｂ１、ｂ２を貼り合わせる際、ジョイント部ｊの厚さｔ１が、他の部分の厚さｔ２と同じになるように試みられるが、正確に厚さを一致させることは非常に難しい。このようなジョイント部ｊは、タイヤのユニフォミティを悪化させる原因になる。また、トラック、バスなどに使用される重荷重用タイヤでは、高荷重及び高内圧の使用環境のため、厚さが異なる前記クッションゴムのジョイント部ｊにおいて特に歪が集中しやすくなり、耐久性を低下させる原因にもなる。

本発明は、以上のような問題点に鑑み、案出なされたもので、クッションゴムを、長尺なリボン状をなす未加硫の第１のゴムストリップと、この第１のゴムストリップとは配合が異なる未加硫の第２のゴムストリップとをタイヤ周方向に螺旋状に巻き付けることにより形成されたストリップ積層体から作ることを基本として、従来のようなジョイント部を無くし、ユニフォミティと耐久性とを向上しうる空気入りタイヤを提供することを目的としている。

本発明のうち請求項１記載の発明は、トレッド部からサイドウォール部を経てビード部のビードコアに至るトロイド状のカーカスと、このカーカスのタイヤ半径方向外側かつトレッド部の内部に配されたベルト層と、前記カーカスと、前記ベルト層のタイヤ軸方向の端部との間に配されかつ断面略三角形状をなすクッションゴムとを含む空気入りタイヤであって、前記クッションゴムは、長尺なリボン状をなす未加硫の第１のゴムストリップと、この第１のゴムストリップとは配合が異なる未加硫の第２のゴムストリップとをタイヤ周方向に螺旋状に巻き付けることにより形成されたストリップ積層体から作られており、前記クッションゴムは、第１のゴムストリップで形成されたクッション本体と、前記第２のゴムストリップで形成されかつ前記クッション本体のタイヤ半径方向内側に配され前記カーカスと接続された内層部とを含むとともに、前記クッション本体は、複素弾性率Ｅ＊１が２．０〜５．０ＭＰａかつ損失正接ｔａｎδが０．０３〜０．０７のゴムからなることを特徴としている。

また請求項２記載の発明は、前記クッション本体は、複素弾性率Ｅ＊１が２．５〜４．０ＭＰａかつ損失正接ｔａｎδが０．０４〜０．０６のゴムからなる請求項１記載の空気入りタイヤである。

また請求項３記載の発明は、前記クッション本体及び前記内層部は、それぞれ第１及び第２のゴムストリップをタイヤ軸方向内側からタイヤ軸方向外側に向かって巻き付けられることにより形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の空気入りタイヤである。

また請求項４記載の発明は、前記内層部は、厚さが０．２〜３．０mmかつ複素弾性率Ｅ＊２が前記クッション本体の複素弾性率Ｅ＊１よりも大でしかも２．５〜９．０ＭＰａ、しかも硫黄配合量が１．０ＰＨＲ以上であるゴムからなる請求項１乃至３のいずれかに記載の空気入りタイヤである。

本発明の空気入りタイヤのクッションゴムは、長尺なリボン状をなす未加硫の第１のゴムストリップと、この第１のゴムストリップとは配合が異なる未加硫の第２のゴムストリップとをタイヤ周方向に螺旋状に巻き付けることにより形成されたストリップ積層体から作られる。このようなストリップ積層体は、従来のようなジョイント部を実質的に無くすことにより、タイヤ周方向に厚さを均一化しユニフォミティ及び耐久性を向上しうる。またクッションゴムは、配合が異なる少なくとも２つのゴムストリップを用いて形成されるため、該クッションゴムに種々の特性を与えることができ、さらに前記効果を高めることが可能である。

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には、本発明の実施形態として、トラック、バスなどに使用される重荷重用の空気入りタイヤ１の右半分断面図が、また図２にはその要部拡大図がそれぞれ示される。空気入りタイヤ１は、トレッド部２と、その両端からタイヤ半径方向内方にのびる一対のサイドウォール部３と、各サイドウオール部３の内方端に位置するビード部４とが設けられる。また空気入りタイヤ１は、前記ビード部４、４間を跨るトロイド状のカーカス６と、このカーカス６の外側に配されたベルト層７とが設けられる。

前記カーカス６は、トレッド部２からサイドウオール部３をへてビード部４のビードコア５に至る本体部６ａと、この本体部６ａに連なり前記ビードコア５の廻りを本例ではタイヤ軸方向内側から外側に向けて折り返された折返し部６ｂとを有する１枚のカーカスプライ６Ａで構成される。カーカスプライ６Ａは、本実施形態ではスチールコードをタイヤ赤道Ｃに対して８０〜９０°の角度範囲で傾けて配列されている。また本体部６ａと折返し部６ｂとの間には、ビードコア５からタイヤ半径方向外方に先細状でのびるビードエーペックス８が設けられ、ビード部４が適宜補強される。なお本実施形態の空気入りタイヤ１は、カーカス６の内側面に、空気非透過性のインナーライナ１０が配されたチューブレスタイプのものが例示される。

前記ベルト層７は、少なくとも２枚、この例では４枚のベルトプライ７Ａ、７Ｂ、７Ｃ及び７Ｄから構成される。各ベルトプライは、平行に配列されたスチールコードをタイヤ赤道Ｃに対して傾けて配される。少なくとも２枚のベルトプライは、前記スチールコードがタイヤ赤道Ｃに対して１５〜４０°程度の角度を有しかつ互いに交差する向きに重ねられている。

ベルト層７のタイヤ半径方向外側にはトレッドゴム２Ｇが配されている。トレッドゴム２Ｇは、路面と接地するトレッド面２ａと、このトレッド面２ａから凹みタイヤ周方向に連続してのびる少なくとも１本の主溝１１とが設けられる。また空気入りタイヤ１は、いわゆるＳＯＴ構造（Sidewall Over Tread ）であり、トレッドゴム２Ｇのタイヤ軸方向の両端部は、サイドウォールゴム３Ｇによって覆われている。ただし、特にこのような態様に限定されるものではない。

前記カーカス６と、ベルト層７のタイヤ軸方向の端部７Ｅとの間には、断面略三角形状をなすクッションゴム９が配される。該クッションゴム９は、タイヤ軸方向の内端９ｉと、タイヤ軸方向の外端９ｏとを有し、これらの間をのびる。クッションゴム９の外端９ｏは、ベルトプライの中で最もタイヤ軸方向外側の端部であるベルト端７ｅをタイヤ軸方向外側に越えて位置する。またクッションゴム９の内端９ｉは、ベルト端７ｅよりもタイヤ軸方向内側に位置し、かつ、この例ではタイヤ軸方向の最外側に設けられた主溝１１よりもさらに内側に位置する。また本実施形態のクッションゴム９は、前記内端９ｉからベルト端７ｅまで厚さが漸増し、そこから前記外端９ｏに向かって厚さが漸減している。これにより、クッションゴム９は、タイヤ半径方向外側に凸でやや湾曲した断面三角形状で形成される。

クッションゴム９は、ベルト層７の端部７Ｅとカーカス６との間に満たされ、負荷走行時のベルト層７の端部７Ｅの変形に追従し、歪の分散を図る。またクッションゴム９は、そのゴム配合を適切にコントロールすることにより、周期的な変形に伴う過度の発熱を防ぐことができる。なおトレッド部２に設けられた主溝１１の溝底付近は、歪が大きいため、本実施形態のクッションゴム９は、このような歪の緩和にも役立つ。

図３には、加硫前である未加硫の状態のクッションゴム９の断面略図が示される。該クッションゴム９は、ストリップ積層体１３から作られている。本実施形態のストリップ積層体１３は、長尺なリボン状をなす未加硫の第１のゴムストリップ１４と、この第１のゴムストリップ１４とは配合が異なる未加硫の第２のゴムストリップ１５とをタイヤ周方向に螺旋状に巻き付けることにより形成される。

この実施形態では、第１のゴムストリップ１４によりクッション本体９ｍが形成される。また第２のゴムストリップ１５により、クッション本体９ｍのタイヤ半径方向内側に配され前記カーカス６に接続される内層部９ａが形成される。なお図２には、加硫後のクッション本体９ｍ及び内層部９ａが示される。

前記クッション本体９ｍは、クッションゴム９の主要部、即ち加硫後のクッションゴム９の断面において、最も大きい面積を占める。クッション本体９ｍは、クッションゴム９による歪の緩和及び変形時の発熱の防止という主要な役割を果たす。このため、クッション本体９ｍ（換言すれば第１のゴムストリップ１４）は、加硫後において、複素弾性率Ｅ＊１が２．０〜５．０ＭＰａかつ損失正接ｔａｎδが０．０３〜０．０７の特性を有するゴムからなるのが望ましい。

前記クッション本体９ｍの複素弾性率Ｅ＊１が２．０ＭＰａ未満であると、クッションゴム９の剛性が低下して、ベルト層７の端部７Ｅの変形を抑えることができず耐久性が低下する傾向がある。逆にクッション本体９ｍの複素弾性率Ｅ＊１が５．０ＭＰａを超えると、クッションゴム９の剛性が大きくなりすぎて歪を緩和する能力が十分に得られない傾向がある。このような観点より、クッション本体９ｍの複素弾性率Ｅ＊１は、特に好ましくは２．５〜４．０ＭＰａが望ましい。

またクッション本体９ｍの損失正接ｔａｎδが０．０３未満であると、補強性が発揮され難く耐久性が低下する傾向がある。逆にクッション本体９ｍの損失正接ｔａｎδが０．０７を超えると、負荷走行時にクッションゴム９のエネルギーロスが大きくなって発熱しやすくなり耐久性を悪化させる傾向がある。このような観点より、クッション本体９ｍの損失正接ｔａｎδは、特に好ましくは０．０４〜０．０６である。

また内層部９ａは、クッションゴム９とカーカス６との界面での剥離を防止して耐久性を確保する役割を果たす。このため、本実施形態の内層部９ａは、クッション本体９ｍのタイヤ半径方向内側の実質的に全域に亘って配される。また図２に示されるように、内層部９ａは、加硫後の状態において、クッション本体９ｍとカーカス６との間に介在し、前記クッション本体９ｍは直接カーカス６と接触することがない。

このような内層部９ａは、その複素弾性率Ｅ＊２がクッション本体９ｍの複素弾性率Ｅ＊１よりも大でしかも２．５〜９．０ＭＰａ、より好ましくは３．０〜７．０ＭＰａが望ましい。内層部９ａの複素弾性率Ｅ＊２がクッション本体９ｍの複素弾性率Ｅ＊１と同じかそれよりも小さいと、該内層部９ａとカーカス６との界面に大きなせん断歪が生じやすく、十分な接着力が得られない傾向がある。逆に、内層部９ａの複素弾性率Ｅ＊２が９．０ＭＰａを超えると、カーカス６との接着力が低下しやすい。特に好ましくは、内層部９ａを形成する第２のゴムストリップ１５のゴム配合と、カーカスプライ６Ａのトッピングゴム配合とを実質的に同じにするのが望ましい。これによって、内層部９ａとカーカス６との接着力がより一層向上する。

なお本明細書において、ゴムの複素弾性率及び損失正接ｔａｎδは、測定試料を粘弾性スペクトロメータを用いて、測定温度７０℃、周波数１０Ｈｚ、初期伸長歪１０％、片振幅１％にて測定して得られる値とする。また測定試料は、例えばタイヤを解体して当該部位から幅４mm、長さ３０mm、厚さ１mmのサイズで切り出し、表面の凹凸をバフ掛けして平滑化されたものが用いられる。

また図２に示されるように、加硫後の内層部９ａの最大厚さｔｉは、好ましくは０．２〜３．０mm、より好ましくは０．５〜２．５mmである。内層部９ａの最大厚さｔｉが０．２mm未満の場合、その厚さが小さすぎるため、クッションゴム９とカーカス６との接着性を向上させる効果が十分に得られない傾向があり、逆に３．０mmを超えると、クッション本体９ｍの量が小さくなり、クッションゴム９本来の性能が低下しやすい。

また、内層部９ａは、硫黄配合量が１．０ＰＨＲ以上であるゴムにより形成されるのが望ましい。内層部９ａについて硫黄配合量が１．０ＰＨＲ未満の場合、十分な弾性率が得られず、柔らかくなる傾向があり、逆に多すぎると、ゴムの架橋が促進され、強度が低下し易い。このような観点より、内層部９ａの硫黄配合量は、好ましくは１．０〜４．０ＰＨＲ、より好ましくは１．５〜３．０ＰＨＲが望ましい。なお、同様の観点よりクッション本体９ｍの硫黄配合量は、好ましくは１．５〜３．０ＰＨＲが望ましい。

第１、第２のゴムストリップ１４、１５は、図４に示されるように、矩形断面を有したリボン状をなし、例えば押出し装置又はカレンダーなどから連続して未加硫状態で押し出しされる。押し出されたゴムストリップ１４及び／又は１５は、コンベヤ状のアプリケータ（図示せず）によってガイドされ、図５（Ａ）に示されるような円筒状の成型フォーマＤまで導かれる。成形フォーマＤ上には、予め円筒形状のインナーライナー１０、カーカスプライ６Ａがセットされ、その外側に直接、ゴムストリップ１４、１５が巻き付けられる。これにより、ストリップ積層体１３からなるクッションゴム９が形成される。

具体的に述べると、先ずゴムストリップ１４及び／又は１５の先端部は、カーカスプライ６Ａの所定の位置に押圧されて固着される（図５（Ａ））。しかる後、成型フォーマＤを回転させるとともに、ゴムストリップ１４及び／又は１５をタイヤ軸方向に所定のピッチで移動させることにより、ゴムストリップ１４及び／又は１５がタイヤ周方向に螺旋状に巻き付けられる。なおこの例では、各ストリップ１４、１５は、いずれも側縁を重ねて巻き付けられている。これにより、図５（Ｂ）に示されるように、ストリップ積層体１３からなるクッションゴム９を形成できる。

ストリップ積層体１３で作られたクッションゴム９は、従来のような一体押出し式のゴムを継ぎ合わせたジョイント部ｊが形成されないため、断面形状及び厚さがタイヤ周方向で均一になる。従って、タイヤのユニフォミティが向上し、例えば振動が少なく乗り心地の良い空気入りタイヤを提供しうる。さらに、クッションゴム９の厚さの不均一部分に生じがちであった応力集中が防止されるため、ベルト層７の端部７Ｅでの損傷を抑制し、タイヤの耐久性を向上させる。

ストリップ積層体１３を形成する場合、例えば、先ず第２のゴムストリップ１５を巻き付けてクッションゴム９の内層部９ａを完成させ、しかる後、内層部９ａの外側に第１のゴムストリップ１４を巻き付けてクッション本体９ｍを形成できる。しかし、その場合、アイドル時間が発生し、生産性において不利となる。好ましくは、図６に示されるように、第２のゴムストリップ１５を所定回数巻き付けた後からその巻き付け終了までの間に、第１のゴムストリップ１４の巻き付けが開始されるのが望ましい。

即ち、図６（Ａ）に示されるように、先ず第２のゴムストリップ１５がカーカスプライ６Ａの外側に所定回数巻き付けられ、小幅の内層部９ａが形成される。ここで、一旦、第２のゴムストリップ１５の巻き付けを停止し、第１のゴムストリップ１４の巻き付け始端１４ｓをその小幅の内層部９ａの外側に固着させる（図６（Ｂ））。しかる後、第１のゴムストリップ１４及び第２のゴムストリップ１５は、ほぼ同時にタイヤ軸方向の外側に向かって巻き付けられる。これによれば、ゴムストリップ１５の巻き付け工程において、アイドル時間を低減でき、生産性をさらに向上させ得る。なお各ゴムストリップ１４、１５をガイドするアプリケータが互いに干渉しないように、それらの位置は、タイヤ周方向で適宜位置ずれさせることができる。

クッション本体９ｍ及び内層部９ａは、各々、第１、第２のゴムストリップ１４、１５の螺旋状の巻き付けピッチ（タイヤ軸方向へのストリップの移動量）を適宜変化させることにより、所望の横断面形状で仕上げることができる。換言すれば、クッション本体９及び内層部９ａ各々の所望の断面形状に応じて、各ゴムストリップ１４、１５の巻き付けピッチが予め決定される。そして、それらはアプリケータの制御装置等にプログラムされる。アプリケータは、その信号に基づいてゴムストリップ１４、１５の巻回ピッチを正確に変化させる。

本実施形態では、内層部９ａは、第２のゴムストリップ１５を、巻き付け開始から巻き付け終了まで実質的に同じピッチで軸方向に移動させることにより形成される。これにより、内層部９ａの厚さを実質的に一定に仕上げることができる。他方、クッション本体９ｍは、第１のゴムストリップ１４の軸方向のピッチを、巻き付け開始から巻き付け終了まで徐々に小さくすることにより形成される。これにより、クッション本体９ｍは、タイヤ軸方向内側から外側に向かって厚さが漸増する断面略三角形状で仕上げられる。

またクッション本体９ｍ及び内層部９ａは、それぞれ第１及び第２のゴムストリップ１４、１５をタイヤ軸方向内側からタイヤ軸方向外側に向かって巻き付けられることが望ましい。これによりタイヤ走行時のせん断力の方向に対して対向する方向でゴムストリップを巻くことになるので、ゴムストリップの界面に沿った亀裂の発生を効果的に抑えることができる。

前記各ゴムストリップ１４、１５の幅Ｗ及び厚さＨは、特に限定されないが、好ましくは５〜３０mmの幅Ｗ及び０．５〜３．０mmの厚さＨを有するものが好ましい。ゴムストリップ１４、１５の幅Ｗが５mm未満の場合又は厚さＨが０．５mm未満の場合、ストリップ積層体１３を形成するためにゴムストリップの巻き付け回数が著しく増加して生産性が低下する傾向があり、逆に幅Ｗが３０mmを超える場合又は厚さＨが３．０mmを超える場合、タイヤ軸方向で隣り合うゴムストリップ１４、１５の重なり長さ及び幅が増え、微妙な断面形状を作るのが困難になる傾向がある。

ストリップ巻き付けによりクッションゴム９が形成されると、カーカスプライ６Ａをトロイド状に変形させ、該カーカスプライ６Ａには、ベルト層７、トレッドゴム２Ｇ及びサイドウォールゴム３Ｇなどが貼り合わせて生カバー１６が形成される。そして、金型で生カバー１６を加硫することにより、空気入りタイヤ１を製造できる。

図７には、未加硫のクッションゴム９の他の実施形態が示され、図８はそれを用いた加硫後の空気入りタイヤの部分断面図が示されている。本実施形態のクッションゴム９は、前記クッション本体９ｍと、その内側に配された前記内層部９ａと、クッション本体９ｍのタイヤ半径方向外側に配され前記ベルト層７と接続される外層部９ｂとを含むものが例示される。外層部９ｂは、クッション本体９ｍのタイヤ半径方向外側に第３のゴムストリップ１７を螺旋状に巻き付けることにより形成される。この例では、外層部９ｂ（即ち、第３のゴムストリップ１７）のゴム配合は、該外層部９ｂが接続されるベルトプライ７Ａないし７Ｂのトッピングゴムと同じ配合のゴムが用いられている。これにより、クッションゴム９は、カーカス６及びベルト層７のいずれに対しても接着性が向上し、耐久性を向上させることができる。

以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は、ベルト層の端部に損傷が生じやすい重荷重用の空気入りタイヤに特に好適なものであるが、それ以外にも種々のカテゴリーのタイヤに適用できる。

図１及び表１の基本構造を有する１１Ｒ２２．５の重荷重用の空気入りタイヤを試作し、その耐久性及びユニフォミティについてテストを行った。テストの方法は次の通りである。

＜耐久性＞
各供試タイヤを以下の条件で走行させた後、タイヤを解体してクッションゴムの状態を調べた。
リムサイズ：７．５×２２．５
内圧：７００ｋＰａ
荷重：４０ＫＮ（規格最大荷重の１．５倍）
キャンバー角：３゜
走行速度：２０ｋｍ／Ｈ
走行距離：３００ｋｍ

＜ユニフォミティ＞
ユニフォミティは、上記リム、内圧の状態で、ユニフォミティ試験機を用いてラジアルランナウト（ＲＲＯ）が測定された。値が小さいほど良好である。
テスト結果等を表１に示す。

テストの結果より、実施例のタイヤは、比較例に比べて耐久性及びユニフォミティについて優れていることが確認できた。

本発明の実施形態を示す重荷重用の空気入りタイヤの断面図である。 そのトレッド部の部分拡大図である。 未加硫のクッションゴムの断面図である。 ゴムストリップの斜視図である。 空気入りタイヤの製造工程を説明する断面略図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、ゴムストリップの巻き付け工程を説明する断面略図である。 他の実施形態であるゴムストリップの斜視図である。 図７のクッションゴムを用いた空気入りタイヤのトレッド部の部分拡大図である。 （Ａ）は従来のクッションゴムの断面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）はクッションゴムを巻き付けた状態を示す側面図である。

符号の説明

１ 空気入りタイヤ
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
７ ベルト層
７Ｅ ベルト層の端部
９ クッションゴム
９ｍ クッション本体
９ａ 内層部
９ｂ 外層部
１３ ストリップ積層体
１４ 第１のゴムストリップ
１５ 第２のゴムストリップ
１７ 第３のゴムストリップ

Claims (4)

1. トレッド部からサイドウォール部を経てビード部のビードコアに至るトロイド状のカーカスと、
   このカーカスのタイヤ半径方向外側かつトレッド部の内部に配されたベルト層と、
   前記カーカスと、前記ベルト層のタイヤ軸方向の端部との間に配されかつ断面略三角形状をなすクッションゴムとを含む空気入りタイヤであって、
   前記クッションゴムは、長尺なリボン状をなす未加硫の第１のゴムストリップと、この第１のゴムストリップとは配合が異なる未加硫の第２のゴムストリップとをタイヤ周方向に螺旋状に巻き付けることにより形成されたストリップ積層体から作られており、
   前記クッションゴムは、第１のゴムストリップで形成されたクッション本体と、
   前記第２のゴムストリップで形成されかつ前記クッション本体のタイヤ半径方向内側に配され前記カーカスと接続された内層部とを含むとともに、
   前記クッション本体は、複素弾性率Ｅ＊１が２．０〜５．０ＭＰａかつ損失正接ｔａｎδが０．０３〜０．０７のゴムからなることを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記クッション本体は、複素弾性率Ｅ＊１が２．５〜４．０ＭＰａかつ損失正接ｔａｎδが０．０４〜０．０６のゴムからなる請求項１記載の空気入りタイヤ。
3. 前記クッション本体及び前記内層部は、それぞれ第１及び第２のゴムストリップをタイヤ軸方向内側からタイヤ軸方向外側に向かって巻き付けられることにより形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の空気入りタイヤ。
4. 前記内層部は、厚さが０．２〜３．０mmかつ複素弾性率Ｅ＊２が前記クッション本体の複素弾性率Ｅ＊１よりも大でしかも２．５〜９．０ＭＰａ、しかも硫黄配合量が１．０ＰＨＲ以上であるゴムからなる請求項１乃至３のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

Images