JP5475346B2

JP5475346B2 - 空気入りラジアルタイヤ

Info

Publication number: JP5475346B2
Application number: JP2009156172A
Authority: JP
Inventors: 祐司小山
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2029-06-30
Also published as: JP2011011595A

Description

この発明は、トレッド部に複数のベルト層からなるベルト部を備えた空気入りラジアルタイヤに関し、特にベルト部の耐セパレーション性等に関する耐久性を向上させた空気入りラジアルタイヤに関する。

空気入りラジアルタイヤ、特にトラックやバス等の重荷重用空気入りラジアルタイヤでは、一般にスチールコードからなる３層以上のベルト層が設けられ、これらの複数層の中にはタイヤ赤道面に対して互いのスチールコードが反対方向に傾斜するように交差積層された少なくとも１組の交差ベルト層が設けられており、この交差ベルト層によってベルトの面に沿った変形に対する横剛性や面内曲げ剛性を確保することとしている。

ところで、近年、環境性能の重要性が増してきており、トラックやバス等の大型車両に使用される重荷重用のタイヤにあっては、長距離走行や長期間使用に耐え得る耐久性能の要求が高まっている。

乗用車用の空気入りタイヤに比べて非常に高い内圧、荷重の下で使用される重荷重用空気入りラジアルタイヤでは、走行に伴うトレッド部の形状変化を抑制すること、すなわち、ベルトの剛性を高めてタイヤの走行成長を抑制することが耐久性能に大きく影響することが知られている。

その一方で、ベルト部の剛性を高めるためにスチールコードの打ち込み本数を単に増大させると、隣接するスチールコード同士の間隔が小さくなり、一旦ベルト層の端面に露出したコード端からゴム亀裂が発生すると、かかるゴム亀裂が隣接するスチールコードのコード端に連鎖的に進展し易く、耐ベルトエンドセパレーション性が悪化する傾向にある。

このようなベルトエンドセパレーション等の故障を防止するため、特許文献１では、交差ベルト層のうち幅が広い方のベルト層におけるスチールコードの単位幅当たりの打ち込み本数を幅が狭い方のそれよりも大きくすることにより、ベルトエンドセパレーションの抑制と走行成長の抑制とを両立する発明が提案されている。

また、特許文献２には、交差ベルト層のうち径方向内側にあるベルト層のスチールコードの単位幅当たりの打ち込み本数を径方向外側にあるベルト層のそれよりも大きくし、スチールコードのコード端同士の間隔を広げることにより、コード端にゴム亀裂が発生した場合にベルトエンドセパレーションへと進展する時間を稼ぎ、ベルトの耐久性を向上させる発明が提案されている。

特開平７−１０１２０７号公報特開平７−１５６６１０号公報

しかしながら、上述したような近年の環境性能の重要性やタイヤ断面の扁平化によって走行時におけるベルト部への入力が増大しつつある状況を考慮すれば、ベルト部の更なる耐久性向上が強く求められている。一方、上記従来技術は、スチールコードの単位幅当たりの打ち込み本数に着目したものであるから、更なるベルト部の耐久性向上のためには、スチールコードを太径としなければならず、この場合タイヤ重量の増大や省資源化に反する結果となる。

それ故この発明は、ベルト部構造の適正化を測ることにより、タイヤ重量を増大させることなく、走行成長を抑制するとともにベルトエンドセパレーションを抑制してベルト部の耐久性の向上した空気入りラジアルタイヤを提供することをその目的とする。

前記課題を解決するため、この発明に係る空気入りラジアルタイヤは、一対のビード部間でトロイド状に延びるカーカスと、前記カーカスの外周側に配置されたベルトと、を備え、前記ベルトが、少なくとも１本のスチールコードから構成される補強素子を複数本平行に配列しゴム引きしたベルト層の複数層からなると共に、前記ベルト層の隣接する少なくとも２層を、それぞれの補強素子がタイヤ赤道面に対して反対方向に傾斜するよう交差積層して交差ベルト層を形成した空気入りラジアルタイヤにおいて、前記交差ベルト層のうち、タイヤ径方向内側のベルト層における補強素子の間隔をＤ_ｉｎ（ｍｍ）、該ベルト層の５０ｍｍ幅あたりの補強素子のタイヤ幅方向断面における総面積をＳ_ｉｎ（ｍｍ^２）とし、前記交差ベルト層のうち、タイヤ径方向外側のベルト層における補強素子の間隔をＤ_ｏｕｔ（ｍｍ）、該ベルト層の５０ｍｍ幅あたりの補強素子のタイヤ幅方向断面における総面積をＳ_ｏｕｔ（ｍｍ^２）としたとき、３．０≧Ｄ_ｏｕｔ／Ｄ_ｉｎ≧１．２、Ｄ_ｉｎ≧０．３ｍｍ、かつ、３０ｍｍ^２≧Ｓ_ｉｎ＋Ｓ_ｏｕｔ≧２５ｍｍ^２を満たすことを特徴とするものである。

この発明の空気入りラジアルタイヤにあっては、３．０≧Ｄ_ｏｕｔ／Ｄ_ｉｎ≧１．２、Ｄ_ｉｎ≧０．３ｍｍとしたことから、交差ベルト層のうち路面に近く路面からの入力を多く受ける径方向外側のベルト層の補強素子の間隔が大きくなり、補強素子端とゴムとの間に生じ得る剥離が隣接する補強素子端の剥離へとつながる時間が遅くなる。また、交差ベルト層のうち径方向内側に位置し高い張力を負担することとなるベルト層の補強素子の間隔が小さくなり、ベルトの剛性が効果的に高まる。そしてこのとき、３０ｍｍ^２≧Ｓ_ｉｎ＋Ｓ_ｏｕｔ≧２５ｍｍ^２の関係を満たすことにより所定のベルト剛性が得られ走行成長の抑制がされるとともにタイヤ重量の増大が抑制される。

したがって、この発明の空気入りラジアルタイヤによれば、上記作用が相まってタイヤ重量を増大させることなく、走行成長を抑制するとともにベルトエンドセパレーションを抑制してベルト部の耐久性の向上した空気入りラジアルタイヤを提供することができる。

なお、この発明の空気入りラジアルタイヤにあっては、交差ベルト層にて、径方向外側のベルト層の補強素子を構成するスチールコードの種類と、径方向内側のベルト層の補強素子を構成するスチールコードの種類が相互に同一であることが好ましい。

または、この発明の空気入りラジアルタイヤにあっては、交差ベルト層にて、径方向外側のベルト層の補強素子を構成するスチールコードの種類と、径方向内側のベルト層の補強素子を構成するスチールコードの種類が相互に異なることが好ましい。

また、この発明の空気入りラジアルタイヤにあっては、交差ベルト層のうち、タイヤ径方向外側のベルト層にて、補強素子は、互いに接して配置された２本以上のスチールコードからなることが好ましく、交差ベルト層のうち、タイヤ径方向内側のベルト層にて、補強素子は、互いに接して配置された２本以上のスチールコードからなることが好ましい。

しかも、この発明の空気入りラジアルタイヤにあっては、上記Ｓ_ｉｎと上記Ｓ_ｏｕｔとを同一の値とすることが好ましい。

この発明によれば、タイヤ重量を増大させることなく、走行成長を抑制するとともにベルトエンドセパレーションを抑制してベルト部の耐久性の向上した空気入りラジアルタイヤを提供することが可能となる。

この発明の一実施形態に係る重荷重用空気入りラジアルタイヤを示す幅方向断面図である。この発明に適用される交差ベルト層の一例を示す幅方向断面図である。この発明に適用される交差ベルト層の他の例を示す幅方向断面図である。この発明に適用される交差ベルト層の他の例を示す幅方向断面図である。この発明の他の実施形態に係る重荷重用空気入りラジアルタイヤを示す幅方向断面図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。ここに図１は、この発明の実施形態に係る重荷重用空気入りラジアルタイヤ（以下、単に「タイヤ」という）を示す幅方向断面図であり、図２は、この発明に適用される交差ベルト層の一例を示す幅方向断面図である。

図１に示すように、このタイヤ１は、トレッド部２と、その両側から径方向内側に向けて連なる一対のサイドウォール部３及びビード部４とを備える。またこのタイヤ１は、ビード部４のビードコア５に両端部が係止されるとともに、これらビードコア５、５間でトロイド状に延びるラジアル配列のカーカス６と、該カーカス６の外周側に配置されてトレッド部２を強化するベルト７とを備える。この例では、ベルト７は、平行配列された補強素子８（図２参照）をゴム引きしてなる３層のベルト層（カーカス側から第１ベルト層７ａ、第２ベルト層７ｂ、第３ベルト層７ｃ）を有し、ベルト層７ａ〜７ｃのうちの少なくとも２層、図１では、２層のベルト層７ｂ、７ｃによって、それらの補強素子８がタイヤ赤道面ＣＬに対して互いに反対方向に傾斜して交差するよう積層して交差ベルト層を構成したものである。この実施形態では、ベルト層の補強素子は何れも、複数本のフィラメント１０を撚って形成した１本のスチールコード９からなる。なお、交差ベルト層は、ベルト層７ａとベルト層７ｂで形成しても良いことは言うまでもない。

そして、この発明上の構成上の特徴は、ベルト構造の適正化を図ること、すなわち、図２に示すように、交差ベルト層のうち、タイヤ径方向内側のベルト層７ｂにおける補強素子８の間隔をＤ_ｉｎ（ｍｍ）、該ベルト層７ｂの５０ｍｍ幅あたりの補強素子のタイヤ幅方向断面における総面積をＳ_ｉｎ（ｍｍ^２）とし、交差ベルト層のうち、タイヤ径方向外側のベルト層７ｃにおける補強素子８の間隔をＤ_ｏｕｔ（ｍｍ）、該ベルト層７ｃの５０ｍｍ幅あたりの補強素子８のタイヤ幅方向断面における総面積をＳ_ｏｕｔ（ｍｍ^２）としたとき、３．０≧Ｄ_ｏｕｔ／Ｄ_ｉｎ≧１．２、Ｄ_ｉｎ≧０．３ｍｍ、かつ、３０ｍｍ^２≧Ｓ_ｉｎ＋Ｓ_ｏｕｔ≧２５ｍｍ^２、を満たすようにすることにある。なお、Ｄ_ｏｕｔ及びＤ_ｉｎには、ベルト層７ｂ、７ｃを５０ｍｍ以上の範囲に亘って測定したときの平均値を用いるものとし、Ｓ_ｉｎ＋Ｓ_ｏｕｔには、補強素子８一本あたりの断面積に、ベルト層７ｂ、７ｃの５０ｍｍ幅当たりの打ち込み本数を掛け合わせることで算出したものを用いる。

本願発明者は、交差ベルト層がタイヤの中で剛性を発揮するメカニズムと、ベルトエンドセパレーションが発生するメカニズムを鋭意研究したところ、以下の知見を得た。すなわち、タイヤ中では交差ベルト層をなす２層間で張力負担割合が異なり、詳細には、ベルト層の幅に拘らず、タイヤ径方向内側に位置するベルト層７ｂの方が、タイヤ径方向外側に位置するベルト層７ｃよりも高い張力を負担することとなる。したがって、ベルトの剛性を高めるためには、径方向内側のベルト層の剛性を高めることが有用となる。

一方、タイヤの走行に伴って交差ベルト層に繰り返し付加される入力は、路面に対してより近く位置する径方向外側のベルト層７ｃに集中する。したがって、ベルト端に集中する歪みを低減しコード端から発生するゴム亀裂を抑制するには、径方向外側のベルト層７ｃの補強素子８の間隔Ｄ_ｏｕｔを広げることが有用となる。

そして、本願発明者は上記知見に基づき更なる実験、検討を重ねた結果、上記構成を採用することによって、タイヤ重量の増大を増大させることなく、走行成長の抑制及びベルトエンドセパレーションの抑制に成功した。つまり、３．０≧Ｄ_ｏｕｔ／Ｄ_ｉｎ≧１．２、Ｄ_ｉｎ≧０．３ｍｍとすることにより、交差ベルト層のうち路面に近く路面からの入力を多く受ける径方向外側のベルト層７ｃの補強素子８の間隔Ｄ_ｏｕｔが大きくなり、補強素子８の端とゴムとの間に生じ得る剥離が隣接する補強素子８の端の剥離へとつながる時間を遅延させることができ、また、交差ベルト層のうち径方向内側に位置し高い張力を負担することとなるベルト層７ｂの補強素子８の間隔Ｄ_ｉｎが小さくなり、ベルト７の剛性を効果的に高めることができる。そしてこのとき、３０ｍｍ^２≧Ｓ_ｉｎ＋Ｓ_ｏｕｔ≧２５ｍｍ^２の関係を満たすようにすることで所要のベルト剛性が確保され走行成長を抑制できるとともにタイヤ重量の増大を抑制できる。

しがたって、上記構成のタイヤによれば、タイヤ重量を増大させることなく、走行成長を抑制するとともにベルトエンドセパレーションを抑制してベルト部の耐久性の向上したタイヤを提供することができる。ここで、この発明において、上記Ｓ_ｉｎの値と上記Ｓ_ｏｕｔの値とを同一とすることが好ましく、これによれば、カレンダー工程で処理するスチールコードの本数が等しくなるため、整列用のコムロールのみを変更することで径方向内側と外側のベルトトリートの製造が可能であり、生産効率上有利となる。

なお、上記Ｄ_ｏｕｔ／Ｄ_ｉｎの値が１．２未満である場合には、ベルトエンドセパレーションの抑制効果が十分ではなく、３．０を超える場合には、交差ベルト層を形成する２層のベルト層７ｂ、７ｃの非対称性の影響が顕著となり、入力時にねじれ変形が生じやすくなるため好ましくない。また、上記Ｄ_ｉｎの値が０．３０ｍｍ未満となると、径方向内側のベルト層７ｂの補強素子８の端同士の間隔が狭くなり過ぎる結果、ベルトエンドセパレーションが発生し易くなるため好ましくない。さらに、上記Ｓ_ｉｎ＋Ｓ_ｏｕｔの値が３０ｍｍ^２を超えると、補強素子８の使用量の増加によるベルト重量の増大が問題となるため好ましくなく、一方２５ｍｍ^２の未満の場合には、ベルト剛性が不十分となり走行成長が増大するおそれがあるから好ましくない。

次いで、この発明に好適な補強素子及びその配置について説明する。ここに図３（ａ）、（ｂ）は、この発明に適用される交差ベルト層の一例をそれぞれ示す幅方向断面図である。

図３（ａ）に示す例は、交差ベルト層にて、径方向外側のベルト層７ｃの補強素子８を構成するスチールコード９の種類（フィラメント１０の径、本数、撚り形式等）と、径方向内側のベルト層７ｂの補強素子８を構成するスチールコード９の種類を同一とし、かつ、径方向外側のベルト層７ｃにおける補強素子８を、互いに接して配置された２本のスチールコード９、９の束として構成したものである。

図３（ｂ）に示す例は、交差ベルト層にて、径方向外側のベルト層７ｃの補強素子８を構成するスチールコード９の種類（フィラメント１０の径、本数、撚り形式等）と、径方向内側のベルト層７ｂの補強素子８を構成するスチールコード９の種類を同一とし、かつ、径方向外側のベルト層７ｃにおける補強素子８を、互いに接して配置された３本のスチールコード９、９、９の束として構成するとともに、径方向内側のベルト層７ｂにおける補強素子８を、互いに接して配置された２本のスチールコード９、９の束として構成したものである。このように、補強素子８をスチールコード９の束として構成することにより、隣接する補強素子８、８間の距離Ｄ_ｉｎ、Ｄ_ｏｕｔを大きく設定できるので、補強素子８の端でゴム亀裂が発生したとしても、ゴム亀裂が隣接する補強素子８の端につながるのを阻止することができる。また、同一のスチールコード９を用いることにより、カレンダー工程におけるスチールコードの切り替え作業を最小限に抑えることが可能である。

図４（ａ）〜（ｃ）に示す例は、交差ベルト層にて、径方向外側のベルト層７ｃの補強素子８を構成するスチールコード９の種類（フィラメント１０の径、本数、撚り形式等）と、径方向内側のベルト層７ｂの補強素子８を構成するスチールコード９の種類とを互いに異ならせたものである。例えば図４（ａ）では、ベルト層７ｃのスチールコード９のフィラメント１０の径は、ベルト層７ｂのスチールコード９のフィラメント１０の径よりも小径である。図４（ｂ）は、径方向外側のベルト層７ｃにおける補強素子８を、互いに接して配置された２本のスチールコード９、９の束として構成したものである。図４（ｃ）では、径方向外側のベルト層７ｃにおける補強素子８を、３本のスチールコード９、９、９の束として構成し、径方向内側のベルト層７ｂにおける補強素子８を１本のフィラメントからなるスチールコードで構成したものである。このように異種のスチールコードを用いることにより、径方向内側のベルト層７ｂと径方向外側のベルト層７ｃの機能をそれぞれ効率よく向上することができる。例えば剛性が必要とされる径方向内側のベルト層には、引張剛性の高い大径のスチールコードを適用し、耐ベルトエンドセパレーション性が必要とされる径方向内側のベルト層には、コード端から発生する初期のゴム亀裂を抑制するために、小径のスチールコードを適用することなどが可能となる。

次に、この発明に従うタイヤ（実施例のタイヤ）、従来例に従うタイヤ（従来例のタイヤ）及び比較としてのタイヤ（比較例のタイヤ）を複数本それぞれ試作し、各種性能評価を行ったので以下説明する。

各試作タイヤはいずれも、タイヤサイズが１１Ｒ２２．５１４ＰＲであり、図５に示すベルト構造を備える。ベルト７は、平行に配列された補強素子８をゴムコーティングしてなる４層のベルト層（カーカス側から第１ベルト層７ａ、第２ベルト層７ｂ、第３ベルト層７ｃ、第４ベルト層７ｄ）からなり、第２ベルト層７ｂ及び第３ベルト層７ｃにて、互いの補強素子８がタイヤ赤道面ＣＬに対して反対方向に傾斜するように交差積層し、交差ベルト層を形成している。交差ベルト層を構成する第２ベルト層７ｂ及び第３ベルト層７ｃの補強素子８の条件を表１、２に示すように様々に変えて実施例１〜８のタイヤ、従来例のタイヤ、比較例１〜８のタイヤとした。
第１ベルト層：傾斜方向（右上がり）、傾斜角度（３８度）、幅（１７０ｍｍ）
第２ベルト層：傾斜方向（右上がり）、傾斜角度（７２度）、幅（２００ｍｍ）
第３ベルト層：傾斜方向（左上がり）、傾斜角度（７２度）、幅（１８０ｍｍ）
第４ベルト層：傾斜方向（左上がり）、傾斜角度（７２度）、幅（９０ｍｍ）

（性能評価）
上記各試作タイヤについて、サイズ８．２５インチのリムに組み付け、内圧７００ｋＰａ（相対圧）として以下の試験を行って性能を評価した。

（１）ベルト重量
上記各試作タイヤを解剖して交差ベルト層を１００ｍｍ×５００ｍｍの大きさに切り出し、重量を測定した。その判定結果を表１、２に示す。判定結果は、従来例よりも重量が減少しているものを記号「○」、実質同一のものを記号「△」、逆に増大しているものを記号「×」として示したものである。

（２）耐走行成長性
上記各試作タイヤに、３０００ｋｇｆの荷重を負荷し、ドラム試験機にて５０００ｋｍ走行させ、新品時からの外周長の変化量を測定した。外周長は、タイヤの両ショルダー部とセンター部の３箇所にて測定した。その判定結果を表１、２に示す。判定結果は、従来例よりも１０％以上変化量を抑制しているものを記号「○」、実質同一量変化しているものを記号「△」、逆に変化量が増大しているものを記号「×」として示したものである。

（３）耐ベルトエンドセパレーション性（耐ＢＥＳ性）
上記各試作タイヤのトレッド部をバフ後、トラム試験機に取り付け、３０００ｋｇｆの荷重、０．５Ｇのサイドフォースを断続的に与え、１２時間走行させた。走行後にタイヤを解剖し、補強素子端の先端の亀裂が隣接する補強素子端の亀裂とつながっている割合を周方向に測定した。その判定結果を表１、２に示す。判定結果は、従来例よりも亀裂のつながっている割合が２０％以上抑制されているものを記号「○」、実質同一割合亀裂がつながっているものを記号「△」、逆に亀裂のつながり割合が増大しているものを記号「×」として示したものである。

上記表１、２に示す判定結果から、実施例１〜８のタイヤは、従来例のタイヤと比較して、ベルト重量、耐走行成長性及び耐ベルトエンドセパレーション性の何れにおいても優れていることが明らかである。

この発明により、タイヤ重量を増大させることなく、走行成長を抑制するとともにベルトエンドセパレーションを抑制してベルト部の耐久性の向上した空気入りラジアルタイヤを提供することが可能となった。

１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
７ａ〜７ｄベルト層
８補強素子
９スチールコード
１０フィラメント

Claims

一対のビード部間でトロイド状に延びるカーカスと、前記カーカスの外周側に配置されたベルトと、を備え、
前記ベルトが、少なくとも１本のスチールコードから構成される補強素子を複数本平行に配列しゴム引きしたベルト層の複数層からなると共に、前記ベルト層の隣接する少なくとも２層を、それぞれの補強素子がタイヤ赤道面に対して反対方向に傾斜するよう交差積層して交差ベルト層を形成した空気入りラジアルタイヤにおいて、
前記交差ベルト層のうち、タイヤ径方向内側のベルト層における補強素子の間隔をＤ_ｉｎ（ｍｍ）、該ベルト層の５０ｍｍ幅あたりの補強素子のタイヤ幅方向断面における総面積をＳ_ｉｎ（ｍｍ^２）とし、
前記交差ベルト層のうち、タイヤ径方向外側のベルト層における補強素子の間隔をＤ_ｏｕｔ（ｍｍ）、該ベルト層の５０ｍｍ幅あたりの補強素子のタイヤ幅方向断面における総面積をＳ_ｏｕｔ（ｍｍ^２）としたとき、
３．０≧Ｄ_ｏｕｔ／Ｄ_ｉｎ≧１．２、
Ｄ_ｉｎ≧０．３ｍｍ、かつ、
３０ｍｍ^２≧Ｓ_ｉｎ＋Ｓ_ｏｕｔ≧２５ｍｍ^２
を満たすことを特徴とする空気入りラジアルタイヤ。
前記交差ベルト層にて、径方向外側のベルト層の補強素子を構成するスチールコードの種類と、径方向内側のベルト層の補強素子を構成するスチールコードの種類が相互に同一である、請求項１に記載の空気入りラジアルタイヤ。
前記交差ベルト層にて、径方向外側のベルト層の補強素子を構成するスチールコードの種類と、径方向内側のベルト層の補強素子を構成するスチールコードの種類が相互に異なる、請求項１に記載の空気入りラジアルタイヤ。
前記交差ベルト層のうち、タイヤ径方向外側のベルト層にて、前記補強素子は、互いに接して配置された２本以上のスチールコードからなる、請求項１〜３の何れか一項に記載の空気入りラジアルタイヤ。
前記交差ベルト層のうち、タイヤ径方向内側のベルト層にて、前記補強素子は、互いに接して配置された２本以上のスチールコードからなる、請求項１〜４の何れか一項に記載の空気入りラジアルタイヤ。
前記Ｓ_ｉｎと前記Ｓ_ｏｕｔとを同一の値とした、請求項１〜５の何れか一項に記載の空気入りラジアルタイヤ。