JP4608270B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、初期伸度を減じるとともに、そのバラツキを抑制することにより、コード疲労を低減し、耐久性を向上した空気入りタイヤに関する。

空気入りタイヤの構成部材として、金属コードを並列したコード配列体をトッピングゴムに埋設したプライが用いられることは周知であり、特に各種タイヤのベルト層、ビード部を補強するスティフナーを始めとして、トラック、バス用等の重荷重用ラジアルタイヤではそのカーカスにも金属コードを用いたプライが採用される。

このようなプライに用いる金属コードとして、例えば重荷重用ラジアルタイヤにおけるカーカスには、２＋６，３＋８，３＋９、３＋９＋１などが多用されている。又、これらの金属コードの耐久性を向上することが常に考慮され、例えば金属フイラメントを芯材の２倍のピッチで撚るものなども提案されている（例えば特許文献１参照）。

さらに、例えば１×ｎ構造の金属コードにおいて、金属フイラメントを予め波状に型付けしたのち束撚りすることによりコード間へのゴムの浸透を良好とし、空孔の発生による発錆の危険を防ぎ耐久性能を改善することも提案されているが（例えば特許文献２，特許文献３参照）、これらの金属コードは比較的、低荷重域での伸度が大きいことに関連して、走行によるコード成長が生じがちであることにより、高荷重を受ける金属コードに疲労による損傷もときとして生じることを防止しえない場合がある。

なお、金属コード自体について、最終熱処理後の強度のバラツキを抑制するべく、標準偏差を用いる提案がある（例えば特許文献４）が、このものは、長尺の金属コードから２０ｍ毎に試料を取出しそのバラツキを３０Ｍａ以下とするものであり、金属コード毎にバラツキを抑制するものであり、タイヤ全体に亘るトータル品質での耐久性とは相違する。

特公平４−４１６３号公報 特開平９−２１６２８６号公報 特許第３３４９４６６号公報 特開２００３−２０１５４０号公報

しかしながら、前記した提案の金属コード自体はそれらの意図する特性を発揮しうるとしても、それらを空気入りタイヤとして用いるときには、この空気入りタイヤにおいてその耐久性において十分な性能を発揮するものとはいえず、本発明者は、その原因について種々検討を加えた結果、金属コードのタイヤ走行中の寸法成長と、耐久性の金属コードの初期伸度とともに、その金属コード間でのバラツキにより、過度の荷重が作用する金属コードが疲労してタイヤ耐久性を損なうことを見出した。

従って、本発明は、金属コードの初期伸度とともに、そのバラツキを抑制することにより、耐久性を向上しうる空気入りタイヤの提供を目的としている。

本件請求項１に係る発明は、金属コードを互いに平行に引き揃えたコード配列体を、トッピングゴムで被覆したカーカスプライを具えた空気入りタイヤであって、
前記金属コードは、線径が０．１５〜０．３０mmの８〜１２本の金属フイラメントを撚り合わせてなり、
前記金属コードは、撚り合わせ前の状態において波の山部と谷部とを繰り返す２次元に型付けされた型付けフイラメントのみからなり、
前記各型付けフィラメントは、同一径かつ撚り合わせ前の状態において同一型付け形状が全長さで連続し、しかも前記谷部間の長さピッチｐの線径ｄに対する比ｐ／ｄが１００／３〜７００／３であり、かつ、波高さｈと線径ｄとの比ｈ／ｄが５／３〜８０／３であり、
かつ空気入りタイヤから取り出した前記金属コードは、４９Ｎ荷重時の伸びＥ１と、２．５Ｎ荷重時の伸びＥ２との差（Ｅ１−Ｅ２）である初期伸度Ｅを０．０５〜０．２０％の範囲とするとともに、
前記初期伸度Ｅは、タイヤ全周において引き揃えられたコードをｎ等分（ｎ＝２０）した位置から取り出された金属コードの平均値であり、かつこの初期伸度Ｅの下記（１）式で求まる標準偏差σを０．０２以下の金属コード群を含むことを特徴とする。
σ ＝ √（Σ（Ｅｉ−Ｅｍ）² ／ｎ）
ここで、Ｅｉ：基準位置（ｉ＝１）からｉ番目の初期伸度
Ｅｍ：ｎ本の金属コードの初期伸度の平均値

請求項１の発明では、金属コードは、複数の金属フイラメントを撚り合わせてなり、かつ４９Ｎ荷重時の伸びＥ１と、２．５Ｎ荷重時の伸びＥ２との差（Ｅ１−Ｅ２）である初期伸度Ｅを０．０５〜０．２０％の範囲としている。初期伸度が０．０５％未満であるときには、走行によるコード成長、伸びが過小となり、コードに大きな荷重が作用しがちである結果、コードの破断時期を早めてタイヤ耐久性を低下する。他方、前記初期伸度が０．２０％を越えるときには、走行によるコード成長の進行が大となるが、金属コードはタイヤ中においてゴム内に埋着され固定されているため、その成長度は制限を受け、０．２０％を大きく越えて金属コードが伸ばされるときには、その反動により圧縮応力を受けることによって、その金属コードに通常でない変形を生じさせ、その歪を集中させることとなり、その結果、コードの破断時期を早めて、タイヤの耐久性を低下させる。

又請求項１に係る発明においては、金属コードの、この初期伸度Ｅの（１）式で求まる標準偏差σを０．０２以下の金属コード群を含み、初期伸度の金属コード間のバラツキを抑制しているため、寸法成長性を均一化し、タイヤの耐久性を向上できる。なお、初期伸度の標準偏差σが０．０２よりも大であるときには、走行中におけるタイヤ内の各金属コードの成長度合いが不均一となり、特定コードに歪が集中し易く、耐疲労性を低下してタイヤの耐久性を低下させる。

又前記初期伸度Ｅは、タイヤ全周において引き揃えられたコードをｎ等分（ｎ＝２０）した位置から取り出された金属コードの平均値であるため、空気入りタイヤ全体に亘る性能を比較的正しく把握できる。

又請求項２に係る発明において、型付けコードを含ませることにより、コードの縦弾性率を低下して請求項１に係る初期コードの特性をうることを容易とし、タイヤの耐久性を向上でき、又請求項３に係る発明において、前記金属コードは、リフティング防止用のバンド層、ビード部補強層などにも採用しうるが、カーカスに採用することにより、より優れた効果を生じうる。

以下本発明の実施の一形態を図面に基づき説明する。本発明は、図１〜３に示すように、金属コード２を並列したコード配列体３を、トッピングゴム４で被覆したプライ５からなるタイヤの構成部材を用いる空気入りタイヤであって、金属コード２は、複数本のフイラメント６からなり、かつ初期伸度Ｅを０．０５〜０．２０％の範囲とするとともに、金属コード２の、初期伸度Ｅの標準偏差σを０．０２以下の金属コード群を含む。

なお、前記空気入りタイヤ１は、図１に示すごとく、トレッド部１１からサイドウォール部１２をへてビード部１３のビードコア１５で折り返すカーカス層１６と、その半径方向外方かつトレッド部１１の内部に配されるベルト層１７と、ベルト層１７のタイヤ軸方向端部で該ベルト層１７を覆いそのリフティングを防ぐバンド層１８と、ビード部１３に該ビード部１３を補強するビード補強層１９とを含む前記プライ５を用いたタイヤの構成部材を具え、カーカス層１６の本体部と折曲部との間にはビードエーペックス２０を配置することにより、ビード部１３を補強しその剛性を維持している。なお、本形態では、前記プライ５は、前記カーカス層１６である構成部材の形成のために使用されている。

プライ５は、本形態では、金属コード２として、特にトラック、バスなどに使用される重荷重用タイヤのカーカス層１６を構成する金属コード２として、線径ｄを０．１５〜０．３０mm、かつ全ての金属フイラメント６を同一径として好ましくは８〜１２本を用いて撚り合わせにより構成している。

なお前記金属フィラメント６の線径ｄが０．１５mm未満の場合、８〜１２本のフィラメントを撚り合わす場合に重荷重用タイヤのカーカス層の補強コード材として必要な強度を得ることが難しくなり、かつ後述のようにフィラメントに波状の型付けを行ってもコードに撚る前に型付けが撚り時に元に戻りやすく、ゴム浸透度が不充分になりやすい。逆に線径ｄが０．３０mmを超える場合には、カーカス層として要求されるコードのしなやかさが損なわれる他、コードの耐疲労性も悪化する。

又前記初期伸度Ｅは、金属コード２について、４９Ｎ荷重時の伸びＥ１と、２．５Ｎ荷重時の伸びＥ２との差（Ｅ１−Ｅ２）と定義し、この初期伸度Ｅを０．０５〜０．２０％の範囲としている。さらに、この初期伸度Ｅの下記（１）式で求まる標準偏差σを０．０２以下の金属コード群を含む。
σ ＝ √（Σ（Ｅｉ−Ｅｍ）² ／ｎ）
ここで、Ｅｉ：基準位置（ｉ＝１）からｉ番目の初期伸度
Ｅｍ：ｎ本の金属コードの初期伸度の平均値

ここでｎ本の金属コード群６とは、前記構成部材のタイヤ全周において引き揃えられたコードをｎ等分（ｎ＝２０）した位置での金属コード２のグループをいい、又初期伸度とは、新品タイヤからタイヤ全周において引き揃えられたコードをｎ等分（ｎ＝２０）した位置から取り出された金属コード群６の金属コード２の平均値をいう。又「金属コード群６を含む」とは、起点とする金属コードを選択した場合において、その選択した位置を基準としてｎ等分する金属コード２からなる金属コード群の、選択基準位置によるいずれかの金属コード群６が前記した要件を充足すればよいことを意味する。又等分とは、例えばカーカス層１６の場合においては、トロイド状をなすカーカスプライのタイヤ全周を２０等分（等周方向ピッチ）する位置であって、カーカスプライの展開状態を図４に示すように、タイヤ１周長さのカーカスプライを均等に２０等分する周方向ピッチｐ毎に金属コード２を選択する。なお、打込み本数において，その等分位置に金属コード２が存在しないときには、最も近い金属コード２を選択して測定する。さらに、伸度は、タイヤから取り出した金属コード２についてその中央部即ち、トレッドクラウン領域において試料を採取して、ＪＩＳ Ｇ３５１０の「切断時全伸び」の測定方法に準じて測定している。なお、測定する金属コード２は新品タイヤから取り出される。なお測定するプライのコード本数が２０本に満たないときには全数をｎとして測定する。

又、本形態において、前記金属コード２は、前記初期伸度Ｅを得るために、図５、６に示すように、撚り合わされる前の状態で、山部６ａと谷部６ｂとの間に直線部６ｃを有する２次元の凹凸の波状に型付けされた型付けフィラメント６Ａ１、…６Ａｊ（ｊは金属コード２におけるフイラメント本数、通常ｊ＝５〜１５：なお以下単に型付けフィラメント６Ａということがある）のみから構成される。なお凹凸形状は、直線部を有しない円弧の連続状、又正弦波状などにも形成できる。

又前記型付けフイラメント６Ａは、谷部６ａ間の長さピッチＰ、谷部６ａのフイラメント下面（図における）と、山部６ｂのフイラメント下面（図における）間の垂直高さである波高さｈを、全長さの波付けに関して同一としている。又前記山波形状は、全長さで同一、しかも山部６ａと谷部６ｂ間の長さ（半ピッチ長さ）も全長さに亘って同一とした連続する金属フイラメント６を用いている。つまり、前記型付けフィラメントは、撚り合わせ前の状態において同一型付け形状が全長さで連続している。又複数の金属フイラメント６を、好ましくは１×ｊ撚り構造にて撚り合わせることにより、ゴム浸透性を向上し、かつ伸度のバラツキを低減している。なお図６においては簡略化のために型付けフイラメント６Ａを３本として図示している。

又本発明においては、型付けフイラメント６Ａとして、線径ｄは前記のように、０．１５〜０．３０ｍｍとし、谷部６ａ間の長さピッチｐの線径ｄに対する比ｐ／ｄは１００／３〜７００／３、前記波高さｈと線径ｄとの比ｈ／ｄを５／３〜８０／３とする。

これは、比ｐ／ｄが１００／３以下になると波ピッチが小きざみとなり、コードの強度低下の原因となり、７００／３以上となると波ピッチが大きくなりすぎ、ゴム浸透性が低下する。比ｈ／ｄが５／３以下となるとゴム浸透性が低下し、８０／３以上となると強度低下の要因となる。

かかる型付けフイラメント６Ａは、金属コード２を前記した初期伸度Ｅとして、通常の金属コードよりもゴム浸透性を良くするのに役立つ。例えば０．２ｍｍのフイラメント径の１×９サイズのコードの場合であって、本発明の金属コード２の荷重−伸び曲線を図７に実線で、従来のクローズタイプの金属コード２Ｂ（フイラメントサイズ、本数を、本発明に係る金属コード２と同じとする）の荷重−伸び曲線を破線でそれぞれ模式的に表すように、初期伸度Ｅ、即ち４９Ｎ荷重時の伸びＥ１と、２．５Ｎ荷重時の伸びＥ２との差（Ｅ１−Ｅ２）は（なお、Ｅ１，Ｅ２について金属コード２Ｂは符号ｂを付して示す）を、本発明の金属コード２では０．０５〜０．２０％の範囲となるように金属コード２の仕様が設定される。なお一点鎖線は高荷重域での直線域Ｓを示す。

さらに、前記（１）式で求まる標準偏差σを０．０２以下の金属コード群とするため、型付けフイラメント６Ａの材質、線径ｄ、形状についての前記各比ｐ／ｄ，ｈ／ｄについても数値のバラツキを抑制する。

型付けフイラメント６Ａの線材は、一般に、素材である丸棒に熱間圧延を行った後に調整冷却して得られた鋼線材に、１次伸線加工、パテンティング処理、さらに２次伸線加工、最終パテンティング処理、ブラスメッキ後の最終湿式伸線加工などをへて製造されるが、化学組成の比率を従来品よりもそのバラツキを減じる他、例えばＭｏを０．０１〜０．２％を加えるなどによりバラツキを抑制することもできる。又最終伸線工程での線材の線径の標準偏差を、従来フイラメントに比して２／３〜１／３程度に減じる。なおここで線材の標準偏差とは、フイラメント用線材を例えば２０ｍごとに仮想区分した２５個所の中央測定位置を用いて、線径ｄのバラツキを求める。又異なる複数本、例えば５本の線材を通して、前記標準偏差に入ることとする。

さらに、型付けフイラメント６Ａは、型付けに際して、歯部を噛合させて回転しその間で型付けする型付けローラにおいて、前記フイラメントに自由変形する部分が生じないように、型付け位置では型付け領域では全長さに亘り両側から挟持して常時押圧しつつ型付けする。これにより型付け精度を向上する。

又、型付けフイラメント６Ａを用いて撚り合わせるに際しては、各フイラメントの山、谷の型位置を所定位置とするとともに、張力を常に一定に保持する。係る撚り合わせにより、金属コード２自体の標準偏差を従来に比して低減している。なおここで「金属コード２自体」としての標準偏差は、長尺の金属コード２において例えば２０ｍごとに区分した２５個所の中央部分を用いて、伸びＥ１ｃ、Ｅ２ｃ、初期伸度Ｅｃを測定する。なお、初期伸度Ｅｃは、例えば５本の金属コードを通して、従来金属コードの１／３〜２／３倍程度の標準偏差とするのがよい。

このように、金属コードは、複数の金属フイラメントを撚り合わせてなり、かつ４９Ｎ荷重時の伸びＥ１と、２．５Ｎ荷重時の伸びＥ２との差（Ｅ１−Ｅ２）である初期伸度Ｅを０．０５〜０．２０％の範囲としているので、伸びを適度としタイヤ耐久性を向上する金属コードの、この初期伸度ｅの（１）式で求まる標準偏差σを０．０２以下の金属コード群を含んでいるため、初期伸度の金属コード間のバラツキを抑制し、寸法成長性を均一化し、タイヤの耐久性を向上できる。

又プライはカーカスの他、ベルト層、スティフナなどにも利用でき、かつ重荷重用ラジアルタイヤとともに、乗用車用ラジアルタイヤなど、各種のタイヤの構成部材として採用しうる。又フイラメントを層撚り、ロープ撚りなどとしても用いうる。又ベルト層などタイヤ軸方向に金属コードが並列される場合にも、その並列方向（タイヤ軸方向）に２０等分して測定する金属コードを求める。

図１に示す構造のタイヤ（サイズ１１Ｒ２２．５）の重荷重用ラジアルタイヤを以下の仕様により製作し、走行後の強度保持率、耐久走行性能をテストした結果を表１に示す。実施例タイヤとともに比較例タイヤを測定したが、実施例タイヤはいずれも前記性能が向上している。

ベルト層
使用コード ３＋８＋１３×０．２３ＨＴ
４枚（タイヤ周方向に対する角度：カーカス側から）
＋６５゜、＋２０゜、−２０゜、−２０゜
打込み本数 ２４本／５ｃｍ
カーカス
使用コード １×９／０．２
打込み本数 ４０本／５ｃｍ

なお、「走行後の強度保持率」とは、タイヤを２０万ｋｍ走行させた後、タイヤを解体してカーカスコードを取出し、走行前のコードを１００とする強度の指数で表示し、数字が大きいほど良好であることを示し（なお周方向等分に１０本を取り出した平均値である）、「耐久走行性能」とは、低内圧（１０００ｋＰａ）、高負荷条件（３００％）でタイヤをドラム走行させ、サイドウォール部におけるカーカスコードが破断損傷するまでの耐久性能をテストした。サイドウォール部にコード破断損傷が発生するまでの走行距離を表示している。数値が大きいほど耐久性に優れている。

本発明の空気入りタイヤの一実施の形態を示す断面図である。 プライを例示する断面図である。 金属コードを例示する断面図である。 カーカスとして用いるプライを例示する斜視図である。 型付けフイラメントを例示する正面図である。 金属コードを例示する正面図である。 コード伸び特性を例示する線図である。

符号の説明

２ 金属コード
３ コード配列体
４ トッピングゴム
５ プライ
６ 金属フイラメント
６Ａ 型付けフイラメント

Claims (1)

1. 金属コードを互いに平行に引き揃えたコード配列体を、トッピングゴムで被覆したカーカスプライを具えた空気入りタイヤであって、
   前記金属コードは、線径が０．１５〜０．３０mmの８〜１２本の金属フイラメントを撚り合わせてなり、
   前記金属コードは、撚り合わせ前の状態において波の山部と谷部とを繰り返す２次元に型付けされた型付けフイラメントのみからなり、
   前記各型付けフィラメントは、同一径かつ撚り合わせ前の状態において同一型付け形状が全長さで連続し、しかも前記谷部間の長さピッチｐの線径ｄに対する比ｐ／ｄが１００／３〜７００／３であり、かつ、波高さｈと線径ｄとの比ｈ／ｄが５／３〜８０／３であり、
   かつ空気入りタイヤから取り出した前記金属コードは、４９Ｎ荷重時の伸びＥ１と、２．５Ｎ荷重時の伸びＥ２との差（Ｅ１−Ｅ２）である初期伸度Ｅを０．０５〜０．２０％の範囲とするとともに、
   前記初期伸度Ｅは、タイヤ全周において引き揃えられたコードをｎ等分（ｎ＝２０）した位置から取り出された金属コードの平均値であり、かつこの初期伸度Ｅの下記（１）式で求まる標準偏差σを０．０２以下の金属コード群を含むことを特徴とする空気入りタイヤ。
   σ ＝ √（Σ（Ｅｉ−Ｅｍ）²／ｎ）
   ここで、Ｅｉ：基準位置（ｉ＝１）からｉ番目の初期伸度
   Ｅｍ：ｎ本の金属コードの初期伸度の平均値

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