JP5099248B1 - 空気入りラジアルタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】 複数本の単線スチールワイヤを引き揃えてゴム中に埋設してなるベルト層を設けるにあたって、タイヤ耐久性能を改善することを可能にした空気入りラジアルタイヤを提供する。
【解決手段】 トレッド部１におけるカーカス層４の外周側に、複数本の単線スチールワイヤ１０を引き揃えてゴム中に埋設してなるベルト層８を備え、トレッド部１にタイヤ周方向に延びる周方向溝１Ａを設けた空気入りラジアルタイヤにおいて、単線スチールワイヤ１０の素線径ｄを０．２８ｍｍ〜０．３８ｍｍとし、各単線スチールワイヤ１０にその軸廻りに捩りを与えると共に、単線スチールワイヤ１０の平均間隔を０．１０ｍｍ以上とし、周方向溝１Ａの位置を力点としたときのトレッド部１の周方向長さ１インチ当たりの面外曲げ剛性を６０００Ｎ・ｍｍ² 以上とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数本の単線スチールワイヤを引き揃えてゴム中に埋設してなるベルト層を備えた空気入りラジアルタイヤに関し、更に詳しくは、タイヤ耐久性能を改善することを可能にした空気入りラジアルタイヤに関する。

従来、空気入りラジアルタイヤのベルト層の補強コードとして、複数本のフィラメントを撚り合わせてなるスチールコードが使用されている。しかしながら、複数本のフィラメントを撚り合わせてなるスチールコードは、フィラメント間に形成される内部空隙によりコード径が大きくなり、それに伴って多量のコートゴムが必要になるため、空気入りラジアルタイヤの転がり抵抗が大きくなり易い。

そこで、ベルト層のコートゴムを減らして空気入りラジアルタイヤの転がり抵抗を低減するために、ベルト層の補強コードとして単線スチールワイヤを使用することが提案されている（例えば、特許文献１〜２参照）。ここで、単線スチールワイヤによる補強効果を十分に確保するには、伸線加工により単線スチールワイヤの強力を十分に高くする必要がある。ところが、伸線加工された単線スチールワイヤにおいては伸線ダイスに近いワイヤ表面側ほど金属組織に過度の配向が生じているため、その単線スチールワイヤをベルト層の補強コードとしてそのまま使用すると、単線スチールワイヤの耐疲労性が悪く、タイヤ耐久性能が低下するという問題がある。

特開２００６−２１８９８８号公報 特開２０１０−８９７２７号公報

本発明の目的は、複数本の単線スチールワイヤを引き揃えてゴム中に埋設してなるベルト層を設けるにあたって、タイヤ耐久性能を改善することを可能にした空気入りラジアルタイヤを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の空気入りラジアルタイヤは、トレッド部におけるカーカス層の外周側に、複数本の単線スチールワイヤを引き揃えてゴム中に埋設してなるベルト層を備え、前記トレッド部にタイヤ周方向に延びる周方向溝を設けた空気入りラジアルタイヤにおいて、前記単線スチールワイヤの素線径を０．２８ｍｍ〜０．３８ｍｍとし、各単線スチールワイヤにその軸廻りに捩りを与えると共に、前記単線スチールワイヤの平均間隔を０．１０ｍｍ以上とし、前記周方向溝の位置を力点としたときの前記トレッド部の周方向長さ１インチ当たりの面外曲げ剛性を６０００Ｎ・ｍｍ² 以上としたことを特徴とするものである。

本発明者は、複数本の単線スチールワイヤを引き揃えてゴム中に埋設してなるベルト層を備えた空気入りラジアルタイヤについて鋭意研究した結果、捩じりを与えた単線スチールワイヤの素線径及び平均間隔を適正化することに加えて、ベルト層を内包するトレッド部の面外曲げ剛性を十分に確保してトレッド部のバックリングを抑制することにより、タイヤ耐久性能が顕著に改善されることを知見し、本発明に至ったのである。

即ち、本発明では、ベルト層の補強コードとして単線スチールワイヤを採用するにあたって、単線スチールワイヤに捩りを与えることにより、単線スチールワイヤにおいて伸線加工に起因して生じる金属組織の過度の配向を緩和するので、単線スチールワイヤの耐疲労性を改善することができる。また、単線スチールワイヤの素線径を比較的小さくすることで単線スチールワイヤの折損を防止することができ、単線スチールワイヤの平均間隔を十分に確保することでベルト層のセパレーション故障を防止することができる。更に、トレッド部の面外曲げ剛性を比較的大きい値に設定することにより、周方向溝を屈曲点とするトレッド部のバックリングを抑制し、単線スチールワイヤの折損を防止することができる。その結果、複数本の単線スチールワイヤを引き揃えてゴム中に埋設してなるベルト層を設けた場合であっても、タイヤ耐久性能を改善することができる。

単線スチールワイヤの耐疲労性を改善するには上記ワイヤ表面捩り角を大きくすることが望ましいが、それが過大であると単線スチールワイヤの生産性が落ち製造が困難になる。そのため、単線スチールワイヤの軸方向に対するワイヤ表面捩り角は１°〜１５°にすることが好ましい。

更に、少なくともタイヤ幅方向外側に位置する周方向溝に対応する領域においてベルト層の外周側にベルトカバー層を巻き付けることが好ましい。これにより、タイヤ幅方向外側の周方向溝の位置におけるトレッド部の厚さを通常よりも大きくしてトレッド部の面外曲げ剛性を増大させ、タイヤ幅方向外側の周方向溝を屈曲点とするトレッド部のバックリングを効果的に抑制することができる。特に、トレッド部のバックリングを効果的に抑制するために、トレッド部の厚さの最大値に対する最小値の比率は３８％以上とすることが好ましい。

本発明において、トレッド部の面外曲げ剛性は、ＪＩＳ Ｚ２２４８に準拠して、以下のようにして測定される。先ず、空気入りラジアルタイヤから周方向長さが１インチ（２５．４ｍｍ）となるカットサンプルを切り出す。そして、周方向溝の幅方向中央位置を中心として支点間距離Ｌ（ｍｍ）が２０ｍｍとなるようにカットサンプルのトレッド面を支持し、周方向溝の位置を力点としてトレッド部を裏側から押し出す。その際、押し出し速度を１０ｍｍ／ｍｉｎとし、荷重Ｗ（Ｎ）が１００Ｎに到達したときのトレッド部の押し出し方向の歪み量Ｙ（ｍｍ）を測定する。このような歪み量Ｙをタイヤ周上の３箇所で測定し、その平均値を求める。これら支点間距離Ｌ（Ｌ＝２０ｍｍ）、荷重Ｗ（Ｗ＝１００Ｎ）及び歪み量Ｙに基づいて下記（１）式からトレッド部の面外曲げ剛性Ｒ（Ｎ・ｍｍ² ）を算出する。
Ｒ＝（Ｌ³ ×Ｗ）／（４８×Ｙ）・・・（１）

また、本発明において、ワイヤ表面捩り角θは以下のようにして測定される。先ず、空気入りラジアルタイヤから単線スチールワイヤを取り出し、そのワイヤを有機溶剤に浸漬して表面に付着するゴムを膨潤させた後、そのゴムを除去する。そして、光学顕微鏡にて単線スチールワイヤを観察し、単線スチールワイヤの素線径ｄ（ｍｍ）を測定すると共に、ワイヤ表面に形成された伸線痕から捩りピッチＰ（ｍｍ）の１／２の値を測定し、それを２倍して捩りピッチＰを求める。捩りピッチＰは少なくとも１０箇所での測定値の平均値とする。これら素線径ｄ及び捩りピッチＰに基づいて下記（２）式からワイヤ表面捩り角θを算出する。
θ＝ＡＴＡＮ（π×ｄ／Ｐ）×１８０／π・・・（２）

本発明の実施形態からなる空気入りラジアルタイヤを示す子午線半断面図である。 図１の空気入りラジアルタイヤにおけるベルト層の一部を拡大して示す断面図である。 本発明でベルト層に使用される単線スチールワイヤを示す側面図である。 図３の一部を拡大して示す側面図である。 トレッド部の面外曲げ剛性の測定方法を示す説明図である。

以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実施形態からなる空気入りラジアルタイヤを示し、図２はそのベルト層を示し、図３及び図４は本発明でベルト層に使用される単線スチールワイヤを示すものである。

図１において、１はトレッド部、２はサイドウォール部、３はビード部である。左右一対のビード部３，３間にはカーカス層４が装架されている。このカーカス層４は、タイヤ径方向に延びる複数本の補強コードを含み、各ビード部３に配置されたビードコア５の廻りにタイヤ内側から外側に折り返されている。カーカス層４の補強コードとしては、一般には有機繊維コードが使用されるが、スチールコードを使用しても良い。ビードコア５の外周上にはビードフィラー６が配置され、このビードフィラー６がカーカス層４の本体部分と折り返し部分により包み込まれている。

一方、トレッド部１におけるカーカス層４の外周側には複数層のベルト層８が埋設されている。これらベルト層８はタイヤ周方向に対して傾斜する複数本の補強コードを含み、かつ層間で補強コードが互いに交差するように配置されている。ベルト層８において、補強コードのタイヤ周方向に対する傾斜角度は例えば１０°〜４０°の範囲に設定されている。

ベルト層８の外周側には、高速耐久性の向上を目的として、補強コードをタイヤ周方向に対して５°以下の角度で配列してなる少なくとも１層のベルトカバー層９が配置されている。このベルトカバー層９は少なくとも１本の補強コードを引き揃えてゴム被覆してなるストリップ材をタイヤ周方向に連続的に巻回したジョイントレス構造とすることが望ましい。また、ベルトカバー層９は図示のようにベルト層８の幅方向の全域を覆うように配置しても良く、或いは、ベルト層８の幅方向外側のエッジ部のみを覆うように配置しても良い。ベルトカバー層９の補強コードとしては、ナイロン、ＰＥＴ、アラミド等の有機繊維を単独で又は複合して用いたコードを使用すると良い。

トレッド部１にはタイヤ周方向に沿ってストレート状に延長する複数本の周方向溝１Ａが形成され、これら周方向溝１Ａにより複数列の陸部１Ｂが区画されている。そのため、トレッド部１の厚さは周方向溝１Ａが存在する部分にて最小値となり、陸部１Ｂが存在する部分にて最大値となる。なお、トレッド部１には周方向溝１Ａの他にタイヤ幅方向に延長する横溝やサイプを含む各種の溝を必要に応じて設けることができる。

上記空気入りラジアルタイヤにおいて、ベルト層８を構成する補強コードとして、軸廻りに捩りを与えた単線スチールワイヤ１０（図３及び図４参照）が使用されている。図３及び図４において、単線スチールワイヤ１０の表面には伸線加工に起因する伸線痕１１が形成されているが、その伸線痕１１に基づいて判定される単線スチールワイヤ１０の軸方向に対するワイヤ表面捩り角θは１°以上の範囲、より好ましくは、１°〜１５°の範囲になっている。

上述のように複数本の単線スチールワイヤ１０を引き揃えてゴム中に埋設してなるベルト層８を備えた空気入りラジアルタイヤにおいて、各単線スチールワイヤ１０にその軸廻りに捩りを与え、該単線スチールワイヤ１０の軸方向に対するワイヤ表面捩り角θを規定することにより、単線スチールワイヤ１０において伸線加工に起因して生じる金属組織の過度の配向を緩和するので、単線スチールワイヤ１０の耐疲労性を改善してタイヤ耐久性能を向上することができる。そして、単線スチールワイヤ１０の使用に基づいてベルト層８のコートゴムを減らすことにより、空気入りラジアルタイヤの転がり抵抗を低減することができる。

ここで、ワイヤ表面捩り角θが１°未満であると単線スチールワイヤ１０の耐疲労性の改善効果が不十分になる。また、ワイヤ表面捩り角θが１５°を超えると単線スチールワイヤ１０の生産性が落ち製造が困難になる。

上記空気入りラジアルタイヤにおいて、単線スチールワイヤ１０の素線径ｄは０．２８ｍｍ〜０．３８ｍｍとする。この素線径ｄが０．２８ｍｍ未満であるとベルト層８の総強力を確保するために単線スチールワイヤ１０の相互間隔が狭くなり、タイヤ耐久性能が悪化する。一方、素線径ｄが０．３８ｍｍを超えると単線スチールワイヤ１０の耐疲労性が低下し、タイヤ耐久性能が悪化する。

図２に示すように、ベルト層８において、単線スチールワイヤ１０の平均間隔Ｇは０．１０ｍｍ以上、より好ましくは、０．１０ｍｍ〜０．３０ｍｍとする。この平均間隔Ｇが０．１０ｍｍ未満であるとベルト層８のセパレーション故障が生じ易くなる。一方、平均間隔Ｇが０．３０ｍｍを超えるとベルト層８の総強力を確保することが困難になる。

上記空気入りラジアルタイヤにおいて、周方向溝１Ａの位置を力点としたときのトレッド部１の周方向長さ１インチ当たりの面外曲げ剛性は６０００Ｎ・ｍｍ² 以上、より好ましくは、６０００Ｎ・ｍｍ² 〜１００００Ｎ・ｍｍ² に設定されている。

つまり、図５に示すように、空気入りラジアルタイヤから周方向長さが１インチとなるカットサンプルを切り出し、周方向溝１Ａの幅方向中央位置を中心として支点間距離Ｌが２０ｍｍとなるようにカットサンプルのトレッド面を一対の支持体Ｓで支持し、周方向溝１Ａの位置を力点としてトレッド部１を裏側から押し出し、その荷重Ｗが１００Ｎに到達したときのトレッド部１の歪み量Ｙを測定し、これら支点間距離Ｌ、荷重Ｗ及び歪み量Ｙに基づいて上記（１）式から算出されるトレッド部１の面外曲げ剛性Ｒが上記範囲に設定されている。トレッド部１の面外曲げ剛性は、例えば、ベルト層６に使用される単線スチールワイヤ１０の素線径ｄ及び平均間隔Ｇ、ベルトカバー層９の構造及び配置、トレッド部１の厚さ、並びに、周方向溝１Ａの深さに基づいて適宜制御することができる。

このようにトレッド部１の面外曲げ剛性を比較的大きい値に設定することにより、周方向溝１Ａを屈曲点とするトレッド部１のバックリングを抑制し、単線スチールワイヤ１０の折損を防止することができる。その結果、複数本の単線スチールワイヤ１０を引き揃えてゴム中に埋設してなるベルト層８を設けた場合であっても、タイヤ耐久性能を改善することができる。

上記空気入りラジアルタイヤでは、図１に示すように、少なくともタイヤ幅方向外側に位置する周方向溝１Ａに対応する領域においてベルト層８の外周側にベルトカバー層９を配置すると良い。より好ましくは、タイヤ幅方向外側に位置する周方向溝１Ａに対応する領域におけるベルトカバー層９の層数をそれよりもセンター側の領域におけるベルトカバー層９の層数よりも多くすることが好ましい。これにより、タイヤ幅方向外側の周方向溝１Ａの位置におけるトレッド部１の厚さを通常よりも大きくしてトレッド部１の面外曲げ剛性を増大させ、タイヤ幅方向外側の周方向溝１Ａを屈曲点とするトレッド部１のバックリングを効果的に抑制することができる。

また、トレッド部１の厚さの最大値に対する最小値の比率は３８％以上であると良い。これにより、トレッド部１の厚さが最小値となる周方向溝１Ａの部分の面外曲げ剛性とトレッド部１の厚さが最大値となる陸部１Ｂの部分の面外曲げ剛性とのを小さくし、トレッド部１のバックリングを効果的に抑制することができる。上記比率が３８％未満であるとトレッド部１のバックリングを抑制する効果が低下する。

タイヤサイズ１９５／６５Ｒ１５で、トレッド部におけるカーカス層の外周側に複数本の単線スチールワイヤを引き揃えてゴム中に埋設してなる２層のベルト層を備え、これらベルト層の外周側にベルトカバー層を配設した空気入りラジアルタイヤにおいて、ベルト層の単線スチールワイヤの素線径ｄ、ワイヤ表面捩り角θ、打ち込み密度Ｅ及び平均間隔Ｇ、周方向溝の位置を力点としたときのトレッド部の周方向長さ１インチ当たりの面外曲げ剛性、並びに、トレッド部の厚さの最大値、最小値及び最大値に対する最小値の比率（％）を表１のように設定した実施例１〜４及び比較例１〜４のタイヤを製作した。

実施例１〜４及び比較例１〜４において、タイヤ径方向内側のベルト層は幅が１５５ｍｍでコード角度が２１度であり、タイヤ径方向外側のベルト層は幅が１４５ｍｍでコード角度が２１度である。ベルトカバー層はナイロン繊維コード（９４０ｄｔｅｘ／２）を７０本／５０ｍｍの打ち込み密度で引き揃えてゴム被覆した厚さ０．８０ｍｍのストリップ材をタイヤ周方向に連続的に巻回することで形成されたものであり、その巻き付け量をタイヤ幅方向の位置に応じて調整することによりトレッド部の厚さを調整した。

これら試験タイヤについて、下記の評価方法により、タイヤ耐久性能を評価し、その結果を表１に併せて示した。

タイヤ耐久性能：
各試験タイヤをリム組みして空気圧を１７０ｋＰａに設定し、直径１７０７ｍｍのドラム上で、荷重とスリップ角を矩形波変動させながら、速度２５ｋｍ／ｈで走行試験を実施した。なお、荷重は３．２±２．１ｋＮとし、スリップ角は０±５°とし、変動周波数を０．０６７Ｈｚとした。そして、３００ｋｍ走行後にタイヤを解体し、ベルト層を構成する単線スチールワイヤの折損の有無を調べ、ベルト層に発生したセパレーションの長さ（最大値）を測定した。セパレーションの長さが５ｍｍ以下であれば良好である。

表１から判るように、実施例１〜４のタイヤは、過酷な条件での耐久性能試験を行った後において、ベルト層を構成する単線スチールワイヤに折損が生じておらず、また、ベルト層のセパレーションも僅かであった。

これに対して、比較例１〜４のタイヤは、タイヤ耐久性能が不十分であった。特に、比較例１のタイヤでは、トレッド部の面外曲げ剛性が低過ぎるため、ベルト層を構成する単線スチールワイヤに折損が生じ、トレッド部の動きの増加によりベルト層のセパレーションが拡大していた。比較例２のタイヤでは、単線スチールワイヤの平均間隔Ｇが小さ過ぎるため、ベルト層のセパレーションが拡大していた。比較例３のタイヤでは、単線スチールワイヤの素線径ｄが小さ過ぎてトレッド部の面外曲げ剛性が低過ぎるため、ベルト層を構成する単線スチールワイヤに折損が生じ、トレッド部の動きの増加によりベルト層のセパレーションが拡大していた。比較例４のタイヤでは、単線スチールワイヤの素線径ｄが太過ぎるため、ベルト層を構成する単線スチールワイヤに折損が生じていた。

１ トレッド部
１Ａ 周方向溝
１Ｂ 陸部
２ サイドウォール部
３ ビード部
４ カーカス層
５ ビードコア
６ ビードフィラー
８ ベルト層
９ ベルトカバー層
１０ 単線スチールワイヤ
１１ 伸線痕

Claims (4)

1. トレッド部におけるカーカス層の外周側に、複数本の単線スチールワイヤを引き揃えてゴム中に埋設してなるベルト層を備え、前記トレッド部にタイヤ周方向に延びる周方向溝を設けた空気入りラジアルタイヤにおいて、前記単線スチールワイヤの素線径を０．２８ｍｍ〜０．３８ｍｍとし、各単線スチールワイヤにその軸廻りに捩りを与えると共に、前記単線スチールワイヤの平均間隔を０．１０ｍｍ以上とし、前記周方向溝の位置を力点としたときの前記トレッド部の周方向長さ１インチ当たりの面外曲げ剛性を６０００Ｎ・ｍｍ² 以上としたことを特徴とする空気入りラジアルタイヤ。
2. 前記単線スチールワイヤの軸方向に対するワイヤ表面捩り角を１°〜１５°にしたことを特徴とする請求項１に記載の空気入りラジアルタイヤ。
3. 少なくともタイヤ幅方向外側に位置する周方向溝に対応する領域において前記ベルト層の外周側にベルトカバー層を巻き付けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の空気入りラジアルタイヤ。
4. 前記トレッド部の厚さの最大値に対する最小値の比率を３８％以上としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気入りラジアルタイヤ。

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