JP4769511B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

この発明は、空気入りラジアルタイヤに関するものであって、特に、トラック、バス、建設車両等のように高内圧および重荷重条件下で使用される、いわゆる重荷重用空気入りタイヤのベルト構造の改良にある。

空気入りラジアルタイヤは、通常、成形ドラム上で形成した円筒状のグリーンケースの外周位置に、ＢＴ（ベルト・トレッド）ドラム上で形成した円筒状のＢＴバンドをセットした後、前記グリーンケースを断面略半円状に膨出させてＢＴバンドと合体してグリーンタイヤを成形し、その後、このグリーンタイヤを加硫成形することによって製造され、かかる空気入りタイヤのベルトは、コードが平行配列状態でタイヤ赤道面を挟んで互いに交差する少なくとも２層の傾斜ベルト層からなる交差ベルトと、コードがタイヤ赤道面に沿って平行配列されてなる少なくとも１層の周方向ベルト層とで構成されるのが一般的である。

また、周方向ベルト層は、特にベルトの周方向剛性を高めて、タイヤの径成長を抑制するために配設されるが、周方向ベルト層のコードが、グリーンケースからグリーンタイヤへのシェーピング成形や加硫成形の際の径成長に追随して周方向に伸張できることが必要である。

かかる径成長に追随させるための手段としては、例えば、特許文献１に、周方向ベルト層として、コードが同一ベルト層内で波形をなしてタイヤ赤道面に沿って平行配列した、いわゆるウエービーベルト層を用いたタイヤが開示されている。
特開平11−11113号公報

特許文献１は、周方向ベルト層の配設位置を、交差ベルトの配設位置との関係で限定していないが、発明者がベルト耐久性との関係でベルト構造の検討を行ったところ、周方向ベルト層を交差ベルトの内周側に配設することによって、内圧充填した空気入りタイヤの径成長を、交差ベルトのコードに作用する周方向張力を低減しつつ、周方向ベルト層で有効に抑制することができることを見出した。

また、発明者は、周方向ベルト層を交差ベルトの内周側に配設しても、周方向ベルト層を、コードがラジアル配列されたラジアルカーカスのクラウン部に直接接触するように配設する場合には、周方向ベルト層のコードと、カーカスプライのコードとの交差角度が大きくなり、これに伴って、これらの層間で大きなせん断歪が生じる原因になり、このせん断歪がタイヤ負荷転動時に繰り返し入力されることによって、層間ゴムや、カーカスプライおよび周方向ベルト層のコードの劣化が促進される結果、十分にベルト耐久性を向上させることができないことを見出した。

この発明の目的は、コードが同一ベルト層内で波形をなしてタイヤ赤道面に沿って平行配列されてなる少なくとも１層の周方向ベルト層を交差ベルトの内周側に配設すると共に、ラジアルカーカスプライのクラウン部と周方向ベルト層との間に、適正化を図った歪抑制層を配設することによって、優れたベルト耐久性を有する空気入りラジアルタイヤ、特に重荷重用タイヤを提供することにある。

上記目的を達成するため、この発明は、平行配列状態でゴム被覆してなるコードがタイヤ赤道面に対し実質上直交して延びる少なくとも１枚のカーカスプライからなるトロイド状のラジアルカーカスのクラウン部と、トレッドとの間に、コードをゴム被覆してなる複数層のベルト層からなるベルトを配設してなる空気入りタイヤにおいて、前記ベルトは、コードが平行配列状態でタイヤ赤道面に対し傾斜して延びる少なくとも２層の傾斜ベルト層を、それらのコードがタイヤ赤道面を挟んで互いに交差するように積層して形成してなる交差ベルトと、該交差ベルトとカーカスのクラウン部の間に位置し、コードが同一ベルト層内で波形をなしてタイヤ赤道面に沿って平行配列されてなる少なくとも１層の周方向ベルト層と、該周方向ベルト層とカーカスのクラウン部の間に位置し、コードが平行配列状態でタイヤ赤道面に対して傾斜して延びる１層の歪抑制層とからなり、かつ、前記歪抑制層は、タイヤ赤道面に対するコード角度が50〜60°の範囲であり、幅が、前記周方向ベルト層のうち、最も内周側に位置する最内周方向ベルト層の幅の30〜60％の範囲であることを特徴とする空気入りラジアルタイヤである。

また、前記交差ベルトのコードは、タイヤ赤道面に対する角度が30〜60°の範囲であることが好ましい。

加えて、前記周方向ベルト層の幅は、トレッド幅の60〜90％の範囲であることが好ましい。

前記交差ベルト、周方向ベルト層および歪抑制層のコードは、いずれもスチールコードであることが好ましい。

この発明は、コードが同一ベルト層内で波形をなしてタイヤ赤道面に沿って平行配列されてなる少なくとも１層の周方向ベルト層を交差ベルトの内周側に配設すると共に、ラジアルカーカスプライのクラウン部と周方向ベルト層との間に、適正化を図った歪抑制層を配設することによって、優れたベルト耐久性を有する空気入りラジアルタイヤ、特に重荷重用タイヤの提供が可能になった。

図１は、第１発明に従う空気入りラジアルタイヤの要部の幅方向断面を、また、図２は、カーカスクラウン部に配設したベルト構成がわかるようにトレッドおよび各ベルト層を切除したときの平面図を示す。

図１に示す空気入りラジアルタイヤ１は、平行配列状態でゴム被覆してなるコードがタイヤ赤道面２に対し実質上直交して、具体的には80〜90°の角度で延びる少なくとも１枚のカーカスプライ３からなるトロイド状のラジアルカーカス４のクラウン部５と、トレッド６との間に、コードをゴム被覆してなる複数層のベルト層７〜10からなるベルト11を配設したものである。

そして、この発明の構成上の主な特徴は、コードが同一ベルト層内で波形をなしてタイヤ赤道面２に沿って平行配列されてなる少なくとも１層の周方向ベルト層９を交差ベルト12の内周側に配設すると共に、ラジアルカーカス４のクラウン部５と周方向ベルト層９との間に、適正化を図った歪抑制層10を配設することにあり、より具体的には、前記ベルト11が、コードが平行配列状態でタイヤ赤道面２に対し傾斜して延びる少なくとも２層の傾斜ベルト層７，８を、それらのコードがタイヤ赤道面２を挟んで互いに交差するように積層して形成してなる交差ベルト12と、該交差ベルト12とカーカス４のクラウン部５の間に位置し、コードが同一ベルト層内で波形をなしてタイヤ赤道面２に沿って平行配列されてなる少なくとも１層の周方向ベルト層９と、該周方向ベルト層９とカーカス４のクラウン部５の間に位置し、コードが平行配列状態でタイヤ赤道面２に対して傾斜して延びる１層の歪抑制層10とからなり、かつ、前記歪抑制層10は、タイヤ赤道面２に対するコード角度θが40〜70°の範囲にあり、幅Ｗ１が、前記周方向ベルト層９のうち、最も内周側に位置する最内周方向ベルト層９の幅Ｗ２の20〜80％の範囲にあることにある。

以下、この発明を完成させるに至った経緯を作用とともに説明する。
発明者は、まず、交差ベルト12および周方向ベルト層９の配設位置と、ベルト耐久性との関係を調べるため、周方向ベルト層９を、交差ベルト12の外周側、内周側および交差ベルト12を構成する傾斜ベルト層７、８間に、それぞれ配設したタイヤについて試作し、それらのタイヤについてベルト耐久性を評価した。その結果、周方向ベルト層９を、交差ベルト12の内周側に配設した場合が、内圧適用時のタイヤにおいて、交差ベルト12のコードに作用する周方向張力負担割合が少なく、しかも、タイヤの径成長を抑制する効果が最も大きいため、ベルト耐久性の向上には有利であることがわかった。

しかしながら、周方向ベルト層９を交差ベルト12の内周側に配設した場合、周方向ベルト層９は、カーカスプライ３上に直接配設されることになり、かかる構成だと、周方向ベルト層９とカーカスプライ３のコード同士が大きな角度で交差して、周方向ベルト層９とラジアルカーカス４との間で大きな層間せん断歪が発生するようになるため、ベルト耐久性を十分に向上させることはできなかった。

そこで、この発明は、交差ベルト層12に作用する周方向張力を低減するため、周方向ベルト層９を交差ベルト12の内周側に配設すると共に、ラジアルカーカス４のクラウン部５と周方向ベルト層９との間に、タイヤ赤道面に対するコード角度が40〜70°の範囲であり、平行配列状態でタイヤ赤道面２に対して傾斜して延びるコードを有する１層の歪抑制層10を設けることによって、歪抑制層10が、カーカスプライ５と周方向ベルト層９間で発生するせん断歪を抑制するための緩衝層となる結果、上記せん断歪を有効に抑制することができる。

図３は、歪抑制層10の幅Ｗ１を周方向ベルト層の幅Ｗ２の50％とし、前記コード角度θが０〜90°の範囲にて異なる角度でコードを延在させた歪抑制層を有する種々のタイヤを試作し、これらのタイヤについて、歪抑制層10とカーカスプライ３間および歪抑制層10と周方向ベルト層９間におけるそれぞれのクラウンセンター部でのせん断歪を測定したときの結果を示したものである。ここで、図３に示すせん断歪の数値は、歪抑制層を設けない比較タイヤを100とした指数比で示してあり、数値が小さいほどクラウンセンター部でのせん断歪が小さいことを意味する。なお、歪抑制層10とカーカスプライ３間および歪抑制層10と周方向ベルト層９間におけるそれぞれのせん断歪の測定方法は、ＦＥＭによる数値解析によって行った。

図３の結果から、歪抑制層10の平均コード角度θが40〜70°である場合に、歪抑制層10とカーカスプライ３および周方向ベルト層９との間におけるそれぞれのクラウンセンター部でのせん断歪はいずれも、歪抑制層を配設しない比較タイヤに比べて低くなっており、特に前記コード角度θが50〜60°である場合に、前記せん断歪のいずれもが格段に低くなっていることがわかる。

このため、この発明では、前記歪抑制層10の前記コード角度を40〜70°の範囲、好ましくは50〜60°とした。

この発明は、周方向ベルト層９とカーカス４のクラウン部５の間に歪抑制層10を配設し、この歪抑制層10の前記コード角度θを40〜70°の範囲にすることを必須の発明特定事項とするが、発明者がさらにベルト耐久性について検討した結果、歪抑制層10の幅Ｗ１が、前記周方向ベルト層９のうち、最も内周側に位置し、歪抑制層10と隣接する最内周方向ベルト層９の幅Ｗ２と同じか、あるいは前記幅Ｗ２よりも広い場合、歪抑制層と周方向ベルト層との間におけるクラウンセンター部でのせん断歪は低減されるものの、歪抑制層10と周方向ベルト層９との間におけるクラウンショルダー部（より具体的には、歪抑制層10の端部）でのせん断歪は、歪抑制層を配設しない比較タイヤよりも悪くなることが判明した。

図４は、歪抑制層コードのコード角度θを55°とし、歪抑制層10の幅Ｗ１を周方向ベルト層の幅Ｗ２に対して０〜105％の範囲で異ならせた歪抑制層を有する種々のタイヤを試作し、これらのタイヤについて、歪抑制層10と周方向ベルト層９間におけるクラウンセンター部とクラウンショルダー部でのそれぞれのせん断歪を測定したときの結果を示したものである。ここで、図４に示すせん断歪の数値は、歪抑制層を設けない比較タイヤを100とした指数比で示してあり、数値が小さいほどクラウンセンター部でのせん断歪が小さいことを意味する。

図４の結果から、歪抑制層10の幅Ｗ１が最内周方向ベルト層９の幅Ｗ２の20〜80％の範囲である場合に、歪抑制層と周方向ベルト層との間におけるクラウンセンター部およびクラウンショルダー部でのせん断歪はいずれも、歪抑制層を配設しない比較タイヤに比べて低くなっており、特に前記幅比の範囲が40〜60％である場合に、前記せん断歪のいずれもが格段に低くなっていることがわかる。

このため、この発明では、上記発明特定事項に加えて、さらに、歪抑制層10の幅Ｗ１が最内周方向ベルト層９の幅Ｗ２の20〜80％の範囲であること、好ましくは40〜60％の範囲であることも必須の発明特定事項とした。

また、交差ベルト12のコードは、タイヤ赤道面２に対する角度が30〜60°の範囲であることが好ましい。

さらに、周方向ベルト層９の幅Ｗ２は、内圧適用時における形状変化是正及びベルトコード折れ防止の点から、トレッド幅ＴＷの60〜90％の範囲であることが好ましい。さらに、周方向ベルト層９の幅Ｗ２は、図１に示すように、交差ベルト層12を構成する傾斜ベルト層７、８のうち、最も径方向内側に位置する最内傾斜ベルト層８の幅Ｗ３よりも狭くすること、より具体的には、最内傾斜ベルト層８の幅Ｗ３の80〜95％の範囲にすることが、内圧適用時における形状変化是正及び操縦安定性の点で好ましい。なお、本発明では、交差ベルト12を構成する傾斜ベルト層７、８、歪抑制層10及び周方向ベルト層９の幅を規定しているが、これらの層７〜10はいずれもタイヤ赤道面２を幅中心として線対称に配設することを前提とする。

前記交差ベルト12、周方向ベルト層９および歪抑制層10のコードは、いずれもスチールコードであることが好ましい。

なお、上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。

次に、この発明に従う空気入りタイヤを試作し、性能評価を行ったので、以下で説明する。
実施例のタイヤはいずれも、タイヤサイズが495／45Ｒ22.5（トレッド幅ＴＷ：470ｍｍ）であるトラック用空気入りラジアルタイヤであり、それらの諸元を表1に示す。尚、ラジアルカーカス（コード角度：タイヤ赤道面に対し90°、コード材質：スチール、撚り構造：３＋９＋15）は１枚の折返しプライからなり、ベルトは、材質：スチール、撚り構造：１＋６のコードがタイヤ赤道面に対し45°の角度で交差積層した２枚の傾斜ベルト層（下層の幅Ｗ３：420ｍｍ、上層の幅Ｗ４：210ｍｍ）で構成された交差ベルトと、交差ベルトとカーカスのクラウン部の間に位置し、材質：スチール、撚り構造：３＋９のコードが同一ベルト層内で波形をなしてタイヤ赤道面に沿って平行配列されてなる１層の周方向ベルト層と、この周方向ベルト層とカーカスのクラウン部の間に位置し、材質：スチール、撚り構造：１＋６のコードが平行配列状態でタイヤ赤道面に対して55°で傾斜して延びる１層の歪抑制層とで構成した。なお、その他のタイヤ構造については、通常のトラック用空気入りラジアルタイヤと同様に構成した。

参考のため、歪抑制層を配設しないこと以外は、実施例と同様の構成である比較例１、および、歪抑制層の幅およびコード角度の少なくとも一方が本発明の適正範囲外である比較例２〜５のタイヤおよび参考例１〜７のタイヤについても試作したので、実施例と同様に性能評価を行った。

（性能評価）
上記各供試タイヤについて耐久性を、ＦＥＭを用いた数値解析にて評価した。
耐久性は、上記各供試タイヤを標準リム（17.00×22.5）に装着し、タイヤ空気圧：900ｋＰａ（相対圧）、タイヤ負荷荷重：6.37ｋＮ（6500kg）、自由転動の試験条件下で、ＦＥＭを用いた数値解析を行い、クラウンセンター部における、歪抑制層と周方向ベルト層およびカーカスプライとの間のせん断歪、並びにクラウンショルダー部（より具体的には歪抑制層の端部）における、歪抑制層と周方向ベルト層との間のせん断歪を測定し、これらせん断歪の数値から、ベルト耐久性を評価した。
なお、上記せん断歪の測定は、ＦＥＭで用いる要素の変位からの換算値により行った。
表１に、上記せん断歪の測定結果を示す。なお、表１に示す各せん断歪の数値はいずれも、歪抑制層を配設しない比較例１の数値を100とした指数比で示してあり、数値が小さいほど各せん断歪が低く、ベルト耐久性に優れている。

表１に示す結果から、実施例はいずれも、上記せん断歪の全てが、歪抑制層を配設しない比較例１に対して低く、ベルト耐久性が優れている。一方、歪抑制層のコード角度が本発明の適正範囲外である比較例２および３や、Ｗ１／Ｗ２比が本発明の適正範囲外である比較例４および５はいずれも、上記剪断歪のいずれかが劣り、十分なベルト耐久性が得られていない。

この発明は、コードが同一ベルト層内で波形をなしてタイヤ赤道面に沿って平行配列されてなる少なくとも１層の周方向ベルト層を交差ベルトの内周側に配設すると共に、ラジアルカーカスプライのクラウン部と周方向ベルト層との間に、適正化を図った歪抑制層を配設することによって、優れたベルト耐久性を有する空気入りラジアルタイヤ、特に重荷重用タイヤ層の提供が可能になった。

この発明に従う空気入りラジアルタイヤの幅方向断面図である。 図１のベルト構造を説明するための平面図である。 歪抑制層コードのコード角度θと、クラウンセンター部にて歪抑制層とカーカスプライおよび周方向ベルト層との間で生じるせん断歪との関係を示すグラフである。 歪抑制層の幅Ｗ１の周方向ベルト層の幅Ｗ２に対する百分率（％）と、歪抑制層と周方向ベルト層間におけるクラウンセンター部とクラウンショルダー部で生じるせん断歪との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 空気入りラジアルタイヤ
２ タイヤ赤道面
３ カーカスプライ
４ ラジアルカーカス
５ ラジアルカーカスのクラウン部
６ トレッド
７、８ 傾斜ベルト層
９ 周方向ベルト層
10 歪抑制層
11 ベルト
12 交差ベルト

Claims (4)

1. 平行配列状態でゴム被覆してなるコードがタイヤ赤道面に対し実質上直交して延びる少なくとも１枚のカーカスプライからなるトロイド状のラジアルカーカスのクラウン部と、トレッドとの間に、コードをゴム被覆してなる複数層のベルト層からなるベルトを配設してなる空気入りタイヤにおいて、
   前記ベルトは、
   コードが平行配列状態でタイヤ赤道面に対し傾斜して延びる少なくとも２層の傾斜ベルト層を、それらのコードがタイヤ赤道面を挟んで互いに交差するように積層して形成してなる交差ベルトと、
   該交差ベルトとカーカスのクラウン部の間に位置し、コードが同一ベルト層内で波形をなしてタイヤ赤道面に沿って平行配列されてなる少なくとも１層の周方向ベルト層と、
   該周方向ベルト層とカーカスのクラウン部の間に位置し、コードが平行配列状態でタイヤ赤道面に対して傾斜して延びる１層の歪抑制層と、
   からなり、かつ、
   前記歪抑制層は、タイヤ赤道面に対するコード角度が50〜60°の範囲であり、幅が、前記周方向ベルト層のうち、最も内周側に位置する最内周方向ベルト層の幅の30〜60％の範囲であることを特徴とする空気入りラジアルタイヤ。
2. 前記交差ベルトのコードは、タイヤ赤道面に対する角度が30〜60°の範囲であることを特徴とする請求項１記載の空気入りラジアルタイヤ。
3. 前記周方向ベルト層の幅は、トレッド幅の60〜90％の範囲であることを特徴とする請求項１または２記載の空気入りラジアルタイヤ。
4. 前記交差ベルト、周方向ベルト層および歪抑制層のコードは、いずれもスチールコードである請求項１、２または３記載の空気入りラジアルタイヤ。

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