JP5403733B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は空気入りタイヤ（以下、単に「タイヤ」とも称する）に関し、詳しくは、タイヤ軽量化を図りつつ、操縦安定性と耐久性に優れた空気入りタイヤに関する。

重荷重用空気入りタイヤのスチールベルトには、通常、スチールコードが等間隔に配置されて埋設されている。かかるベルトに適用されるスチールコードの改良に関しては、例えば、特許文献１に、ベルト層のスチールコードを、複数のスチール素線を撚り合わせたストランドをＮ本実質的に無撚りで引き揃えて扁平な外郭形状を有する集束コードとして形成した空気入りラジアルタイヤが開示されている。

また、例えば、特許文献２には、ベルト層の補強素子を数本以内の束毎に区分して、その束とこれに隣接する補強素子との分散間隔を広げて並置配列させるとともに、補強素子に直交する方向における束の幅ｄ、および、その束とこれに隣接する補強素子との間隔ｌの比ｄ／ｌを所定範囲に規定した空気入りラジアルタイヤが開示されている。

特開２００４−２１７１５８号公報（特許請求の範囲等） 特開平５−２１３００７号公報（特許請求の範囲等）

近年、重荷重用タイヤにおいて、タイヤ大型化の傾向があるとともに、操縦安定性や耐久性などの各種性能の向上の要求が高まっている。一般的に、タイヤが大型化すると、それに伴い内圧充填時のタイヤの径成長が大きくなり、タイヤの性能や耐久性に重大な影響を及ぼす。そのため、大型タイヤにおいては、実質的にタイヤ周方向、すなわち、タイヤ赤道面に対して平行に配置した補強層を用いることによりタイヤの径成長を抑制している。

しかしながら、上記の補強層は周方向剛性を担い径成長抑制を可能にするが、一方で、タイヤ接地面内での剛性（面内剛性）を担うには不十分である。ベルト層の面内剛性は操縦安定性等の各種性能に影響するため、面内剛性の向上が操縦安定性の向上につながる。

そこで、面内剛性向上の手法として、スチールコードの打込み本数を上げたりスチールコードを太くする手法が知られている。しかしながら、スチールコードの打込み本数を上げると、隣り合うコード間の間隔が狭くなり、コードの端から発生した複数の亀裂が互いに繋がりやすくなるため、いわゆるベルトエンドセパレーション（ＢＥＳ）で故障するという問題があった。また、スチールコードを太くすることはタイヤの重量増につながるというデメリットがあった。これに対し、コード間隔が狭くなることを避ける技術として、特許文献２に開示されているような束コードを用いる方法が提案されている。特許文献２に係る技術は、ベルトの改良により耐久性確保を図ることを主目的とするものであるが、一方で、高圧高荷重で使用される重荷重用空気入りタイヤにおいては、径成長を抑制するための周方向剛性の必要性が増してくる。軽量化と引き換えに周方向剛性が低下してしまうことは、重荷重用空気入りタイヤの性能において致命的な欠点となる。

また、タイヤ中での面内剛性を補うために、通常、補強層はタイヤ赤道面に対して１０〜６０度の角度をなす他のベルト層と共に用いられているが、今日、タイヤの大型化に伴い、より軽量で、操縦安定性などの性能面と、耐久性に優れた空気入りタイヤが求められている。

そこで本発明の目的は、上記従来技術における問題を解消して、タイヤ軽量化を図りつつ、操縦安定性と耐久性に優れた空気入りタイヤを提供することである。

本発明においては、スチールコードを束状に配置した場合の面内剛性発揮のメカニズムにつき検討し、これを明らかにすることで、スチールコード束の束幅Ｂと束間隔Ｄとにより定義されるＳ（Ｓ＝Ｂ／（Ｂ＋Ｄ））の値の最適な範囲を見出した。

すなわち、そもそもスチールベルトは、通常、２層で交差して配置されることにより、強い面内剛性を発揮する。効率良く面内剛性を発揮させるためには、２層間のゴムの変形を拘束することが重要であり、その拘束効果は、ベルト内に占めるスチールの割合（Ｓ＝Ｂ／（Ｂ＋Ｄ））で決まる。したがって、スチールコード束の配置を、このＳの値が最適な領域内となるように設計することで、上記問題を解決できるものと考えられる。かかる観点から、本発明者はさらに検討した結果、下記構成とすることにより、軽量化と、耐久性および面内剛性との両立を実現できることを見出して、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の空気入りタイヤは、左右一対のビードコア間に跨ってトロイド状に延在する少なくとも一枚のカーカスを骨格とし、該カーカスの外周に、タイヤ赤道面に対して実質的に平行な角度にスチールコードが埋設された補強層と、タイヤ赤道面に対して１０〜６０度の角度で傾斜したスチールコードが埋設されたベルト層と、を少なくとも一層ずつ有する空気入りタイヤであって、
前記補強層が、波型形状またはジグザグ形状に型付けしてなるスチールコードを配列して形成され、
前記ベルト層が、複数本のフィラメントを撚合わせてなる複数本のスチールコードを、束状に並列配置して形成され、
前記ベルト層のスチールコード束の短径（高さ）Ａ（ｍｍ）と、束幅Ｂ（ｍｍ）とが下記式（１）、
Ｂ／Ａ≧２．０ （１）
で示される関係を満足し、かつ、前記スチールコード束の束幅Ｂ（ｍｍ）と、スチールコード束間の間隔Ｄ（ｍｍ）とにより定義されるＳ＝Ｂ／（Ｂ＋Ｄ）の値が、下記式（２）、
０．６０≦Ｓ≦０．８０ （２）
で示される関係を満足することを特徴とするものである。

また、本発明の空気入りタイヤは、前記補強層のスチールコードが、円形断面コードであることが好ましい。
更に、前記スチールコード束の束幅Ｂ（ｍｍ）と、スチールコード束間の間隔Ｄ（ｍｍ）とにより定義されるＳ＝Ｂ／（Ｂ＋Ｄ）の値が、下記式（３）、
０．７０≦Ｓ≦０．８０ （３）
で示される関係を満足することが好ましい。
また更に、本発明の空気入りタイヤは、前記ベルト層におけるスチールコードのフィラメント径Ｆ（ｍｍ）が、下記式（４）、
０．２０≦Ｆ≦０．４５ （４）
で示される関係を満足することが好ましい。

本発明によれば、上記構成としたことで、タイヤの軽量化を図りつつ、耐久性と、所望の面内剛性および操縦安定性とを両立させた空気入りタイヤを実現することが可能となった。特に、上記式（４）についても満足するスチールコード束とすれば、より軽量化効果を向上することができる。

本発明の空気入りタイヤの一例の概略部分断面図である。 （ａ）は、本発明に係るベルト層内のスチールコードの配列状態を示す概略断面図であり、（ｂ）は、その１本のスチールコードを取り出して示す断面図である。

以下、本発明の好適実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の空気入りタイヤの一例の概略部分断面図である。図示するように、本発明の空気入りタイヤは、左右一対のビードコア（図示せず）間に跨ってトロイド状に延在する少なくとも一枚のカーカス２１を骨格とし、その外周に、タイヤ赤道面に対して実質的に平行な角度にスチールコードが埋設された補強層２２と、タイヤ赤道面に対して１０〜６０度の角度で傾斜したスチールコードが埋設されたベルト層２３と、を少なくとも一層ずつ有するものである。なお、図１においては、カーカス２１の外周上に順次、補強層２２およびベルト層２３を各２層ずつ有する場合を図示しているが、これに限定されず、補強層２２とベルト層２３との配置順が逆であってもよい。

本発明においては、補強層２２が、所望のベルト剛性を確保する上で、波型形状またはジグザグ形状に型付けしてなるスチールコードを配列して形成されたものであることが肝要である。所望効果とタガ効果を得る上で、打ち込み数は、好ましくは２０〜３０本／５０ｍｍである。スチールコードは、好ましくは、２層撚りもしくは３層撚り構造であり、フィラメント径は、好ましくは、０．２０〜０．３０ｍｍである。

かかる波型形状またはジグザグ形状に型付けしてなるスチールコードを配列して形成され、タイヤ赤道面に対して実質的に平行な角度にスチールコードが埋設されたた補強層２２は、いわゆる「たが」効果は高いものの、ほぼ周方向に配置されているため、横方向の力に対する剛性が不足しがちである。そこで、本発明においては、下記に詳述するベルト層２３を有することで、横方向の力に対する面内曲げ剛性を向上できる。

図２（ａ）に、本発明に係るベルト層内のスチールコードの配列状態を示す概略断面図を、図２（ｂ）に、その１本のスチールコードを取り出して示す断面図を、それぞれ示す。図示するように、本発明に係るベルト層２３は、複数本のフィラメント１１を撚合せてなる複数本のスチールコード１が束状に並列配置されて形成されたものである。

本発明のタイヤにおいては、スチールコード束２の、高さ、すなわち、スチールコードの短径Ａ（ｍｍ）と、束幅Ｂ（ｍｍ）とが下記式（１）、
Ｂ／Ａ≧２．０ （１）
で示される関係を満足するとともに、スチールコード束２の束幅Ｂ（ｍｍ）と、スチールコード束２間の間隔Ｄ（ｍｍ）とにより定義されるＳ＝Ｂ／（Ｂ＋Ｄ）の値が下記式（２）、
０．６０≦Ｓ≦０．８０ （２）
で示される関係を満足することが重要である。

スチールコード束２が、上記式（１）を満足するものとすることで軽量化を確保することができ、かつ、上記式（２）を満足するものとすることで面内剛性と耐久性とを両立することができる。Ｓが０．６０未満であると、スチールコード束２間隔が開くと同時に層間ゴムの拘束が弱まることから、ベルトに必要とされる剛性が不足してしまう。一方、Ｓが０．８０より大きいと、束幅に対して束間隔が狭すぎるため、亀裂進展によるＢＥＳ性が悪化してしまう。

さらに、本発明に係るベルト層２３において、スチールコード１を隣接して束状に配置することにより、スチールコード１を１本ずつ配置した場合に比較して平面内での曲げ剛性が大幅に向上する効果も同時に発揮される。すなわち、隣接して配置されてゴムによって互いに強く拘束された束状のスチールコード１は実質的に１本の幅広のスチールコード１のように振る舞い、曲げ剛性が向上する。このようにスチールコード１の曲げ剛性を有効活用することで、ベルト層２３の面内曲げ剛性を向上できる。

また、本発明において、ベルト層２３におけるスチールコード１のフィラメント１１の径Ｆ（ｍｍ）が、下記式（４）、
０．２０≦Ｆ≦０．４５ （４）
で示される関係を満足することが好ましい。フィラメント１１の径Ｆがこの範囲を超えると製造に伴う伸線加工費が大幅に悪化するおそれがあり、好ましくない。

本発明のタイヤにおいては、上記条件を満足するベルト層２３を構成するスチールコードが、上記条件を満足する束状に配置され、さらに上記条件を満足する補強層２２が備えられているものであればよく、これにより本発明の所期の効果を得ることができる。例えば、本発明に用いるスチールコードは、図示する例では扁平コードであるが、これには限られず、通常の円形断面コードであってもよい。かかる束状のコード配置の以外のタイヤ構造の詳細については特に制限されず、常法に従い適宜構成することが可能である。例えば、本発明のタイヤにおいて、ベルト層２３および補強層２２は、少なくともそれぞれ１層ずつ配置することが必要であり、好適にはベルト層２３および補強層２２をあわせて３〜４層で配置する。本発明において、ベルト層２３を複数層で配置する場合には、そのうち少なくとも１層に上記束状のコード配置を適用すればよい。

以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
２層のベルト層（主交錯ベルト）として、下記の表１および２中に示す条件に従う束状のスチールコード配置を適用し、２層の補強層として、タイヤ赤道面に対して実質的に平行な角度に波型形状に型付けしてなるスチールコード（コード構造：３＋９＋１５×０．２２、打ち込み数：２２本／５０ｍｍ）を配列して、タイヤサイズ４９５／４５Ｒ２２．５の重荷重用空気入りタイヤを作製した。

＜ベルト質量＞
上記得られたタイヤを解剖し、２層からなる交錯した状態のベルト層を切り出し、長さ３００ｍｍにおける質量を実測した。現行例対比、５％以上軽い項目を◎、同程度の項目を○、５％以上重い項目を×と記した。

＜操縦安定性＞
上記得られたタイヤを実車両の駆動軸に取り付け、操縦安定性試験を実施し、結果を相対評価した。現行例対比、優れている項目を◎、劣っている項目を×と記した。

＜ＢＥＳ性＞
ドラム耐久試験機に上記得られたタイヤを取り付け、段階的に荷重を増していく発熱耐久試験を実施した。ベルトの端部を起点としてタイヤが故障するまでの時間を比較し、現行例より３％以上優れている項目を◎、同程度の項目を○、３％以上劣っている項目を×と記した。

上記評価結果に基づいて、総合評価を行い、優れている場合を◎、劣っている場合を×と記した。これらの結果を、下記表１および２中に併せて示す。

上記表中に示すように、実施例１および２は、現行例と同程度に質量と耐久性を確保しながら、操縦安定性を向上する結果となった。これらは現行例のＳ（＝０．６０）よりも大きなＳとなるよう設計しており、ベルト層の面内剛性向上効果がタイヤにて発揮される結果となった。

これに対し、比較例１は従来手法にならい打込み本数を増やした例である。面内剛性は強く発揮されるが、ベルトトリート質量が大幅に増えてしまうとともにコード同士の間隔が狭くなるためにＢＥＳ性が悪化した。また、比較例２はＳ＞０．８０とした例であり、面内剛性が大きく向上する一方でＢＥＳ性が大幅に悪化した。さらに、比較例３はＳ＜０．６０とした例であり、コード束同士の間隔を広くしＢＥＳ性は確保されているが、面内剛性が大幅に低下し、操縦安定性も悪化した。比較例４は、Ｂ／Ａ＜２．０とした例であり、ベルト質量が大幅に増えてしまった。

１ スチールコード
２ スチールコード束
１１ フィラメント
２１ カーカス
２２ 補強層
２３ ベルト層

Claims (4)

1. 左右一対のビードコア間に跨ってトロイド状に延在する少なくとも一枚のカーカスを骨格とし、該カーカスの外周に、タイヤ赤道面に対して実質的に平行な角度にスチールコードが埋設された補強層と、タイヤ赤道面に対して１０〜６０度の角度で傾斜したスチールコードが埋設されたベルト層と、を少なくとも一層ずつ有する空気入りタイヤであって、
   前記補強層が、波型形状またはジグザグ形状に型付けしてなるスチールコードを配列して形成され、
   前記ベルト層が、複数本のフィラメントを撚合わせてなる複数本のスチールコードを、束状に並列配置して形成され、
   前記ベルト層のスチールコード束の短径（高さ）Ａ（ｍｍ）と、束幅Ｂ（ｍｍ）とが下記式（１）、
   Ｂ／Ａ≧２．０ （１）
   で示される関係を満足し、かつ、前記スチールコード束の束幅Ｂ（ｍｍ）と、スチールコード束間の間隔Ｄ（ｍｍ）とにより定義されるＳ＝Ｂ／（Ｂ＋Ｄ）の値が、下記式（２）、
   ０．６０≦Ｓ≦０．８０ （２）
   で示される関係を満足する空気入りタイヤ。
2. 前記補強層のスチールコードが、円形断面コードである請求項１記載の空気入りタイヤ。
3. 前記スチールコード束の束幅Ｂ（ｍｍ）と、スチールコード束間の間隔Ｄ（ｍｍ）とにより定義されるＳ＝Ｂ／（Ｂ＋Ｄ）の値が、下記式（３）、
   ０．７０≦Ｓ≦０．８０ （３）
   で示される関係を満足する請求項１または２記載の空気入りタイヤ。
4. 前記ベルト層におけるスチールコードのフィラメント径Ｆ（ｍｍ）が、下記式（４）、
   ０．２０≦Ｆ≦０．４５ （４）
   で示される関係を満足する請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気入りタイヤ。

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