JP6017114B2 - 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、タイヤ諸性能を維持しつつ軽量性に優れ、かつ、悪路走行性能が向上した空気入りタイヤに関する。

現在、乗用車用タイヤの骨格をなすカーカスの補強部材、特にカーカスのクラウン部の補強部材として一般に用いられているベルトは、主としてタイヤの赤道面に対し傾斜配列されたスチールコードのゴム引き層からなるスチールベルト層を２枚以上用い、これらベルト層中のスチールコードが互いに交差するようにして構成されている。

従来より、ベルト層の改良に関して、種々の検討がなされてきている。例えば、特許文献１には、補強素子を数本以内の束とし、その束を一定の分散で打ち込むことにより、ベルトの耐久性を向上させる技術が開示されている。また、特許文献２には、ベルトの補強材として（１×２）構造のスチールコードを用いることにより、ベルト端で発生するセパレーション（ＢＥＳ）を抑制することができること、およびタイヤの軽量化が図れること、が開示されている。

特開平５−２１３００７号公報 特開昭６２−２３４９２１号公報

近年、自動車の高性能化に伴い、タイヤ諸性能に対してますます高い性能が求められるようになってきている。また、自動車の燃費向上のために、タイヤの軽量化も重要な課題となってきている。このような現状においては、特許文献１および２記載のベルト構造では、必ずしも十分なものとは言えなくなってきている。さらに、路上の石や縁石等の凸形状物を踏んだ際のトレッド部分の破壊に対しても、より高度な対策も必要である。

そこで本発明の目的は、タイヤ諸性能を維持しつつ軽量性に優れ、かつ、悪路走行性能が向上した空気入りタイヤを提供することにある。

本発明者らは上記課題を解消するために鋭意検討した結果、ベルトの構成およびベルト補強層の破壊エネルギーのコントロールにより、上記課題を解決することができることを見出し、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わたりトロイド状をなして跨る少なくとも１枚のカーカス層からなるカーカスと、該カーカスのクラウン領域のタイヤ径方向外側に配設されて接地部を形成するトレッド部と、該トレッド部と前記カーカスのクラウン領域との間に配置されて補強部を形成する、少なくとも２枚のベルト層からなるベルトと、該ベルトのタイヤ径方向外側に有機繊維コードを周方向に螺旋巻きしてなるベルト補強層と、を備える空気入りタイヤにおいて、
前記ベルトが少なくとも２層の傾斜ベルト層を有し、該傾斜ベルト層を構成する補強材が、（１×２）構造または（１＋１）構造のコードを２本撚らずに揃えた束であり、かつ、前記コードを構成する全てのフィラメントの径を同径とし、その径をａ（ｍｍ）、隣り合う束同士の近接するコードの一方をコードＸ、他方をコードＹとし、前記コードＸおよび前記コードＹが１ピッチで３６０°回転する場合において、前記コードＸおよび前記コードＹを１°ずつ回転させ、前記コードＸと前記コードＹの実際の間隔の増加量であるｘｚ１〜ｘｚ３６０およびｙｚ１〜ｙｚ３６０を求め、下記式、
束間隔の増加量の期待値＝（ΣΣｘｚｉ＋ｙｚｊ）／１２９６００
で束間隔の増加量の期待値を算出し、隣り合う前記束同士の間隔が、前記コードの外接円を用いて表した間隔よりも期待値としてａ／６（ｍｍ）以上増加し、
前記ベルト補強層のタイヤ中央部から取り出した前記有機繊維コード１本の５％伸び時の引張り強さＦ（Ｎ）と、タイヤ中央部の５ｃｍ幅当たりの打込み数Ｎ（本／５ｃｍ）と、が下記式、
Ｆ×Ｎ＞２５００
で表わされる関係を満足し、
前記ベルト補強層が、前記ベルトのタイヤ幅方向全幅を覆うことを特徴とするものである。ここで引張り強さとは、ＪＩＳ Ｌ １０１７に準拠した引張試験により得られた値であり、タイヤ中央部とは、傾斜ベルトの幅方向の中点から両端部に向って２．５ｃｍの領域をいう。

本発明においては、前記有機繊維コードは、ナイロン、ポリエステル、アラミド、レーヨン、リヨセルおよびポリケトンからなる群から選ばれる少なくとも１種の繊維からなるコードであることが好ましい。また、本発明においては、前記有機繊維コード１本の５％伸び時の引張り強さは３０Ｎ以上であることが好ましい。さらに、本発明においては、前記有機繊維コード１本の５％伸び時の引張り強さは１００Ｎ以上であることが好ましい。さらにまた、本発明においては、前記有機繊維コード１本の切断伸度は１０％以上であることが好ましい。上記構成は、偏平率が４５以下の空気入りタイヤに好適である。なお、ここで切断伸度とは、ＪＩＳ Ｌ １０１３に準じて測定することにより得られる値である。

本発明によれば、タイヤ諸性能を維持しつつ軽量性に優れ、かつ、悪路走行性能が向上した空気入りタイヤを提供することができる。

本発明の一好適例の空気入りタイヤを示す断面図である。 （１×２）構造のコード２本を束とした場合の、束の断面の変化の例を示す断面図である。 （１＋１）構造のコード２本を束とした場合の、束の断面の変化の例を示す断面図である。 （１×２）構造のコード２本を束とした場合の、束間隔の増加量の期待値を算出するための説明図である。 （１×２）構造のコード２本を束とした場合の、束間隔の増加量の期待値を算出するための説明図である。

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１に、本発明の一好適例の空気入りタイヤの断面図を示す。図示するタイヤは、カーカスのクラウン領域に配設されて接地部を形成するトレッド部１と、このトレッド部１の両側部に連続してタイヤ半径方向内方へ延びる一対のサイドウォール部２と、各サイドウォール部２の内周側に連続するビード部３と、を備えている。

トレッド部１、サイドウォール部２およびビード部３は、一方のビード部３から他方のビード部３にわたってトロイド状に延びる一枚のカーカス層からなるカーカス４により補強されている。カーカス４のクラウン領域のタイヤ径方向外側には少なくとも２枚のベルト層からなるベルト５が配設されており、ベルト５は補強材がタイヤ周方向に対して傾斜する少なくとも１層、図示する例では２層の第１ベルト層５ａと第２ベルト層５ｂを有する。ベルト５のタイヤ径方向外側には有機繊維コードを周方向に螺旋巻きしてなるベルト補強層６がベルト全幅にわたって配設されている。ここで、カーカス４のカーカス層は複数枚としてもよく、タイヤ周方向に対してほぼ直交する方向、例えば、７０〜９０°の角度で延びる有機繊維コードを好適に用いることができる。

本発明においては、第１ベルト層５ａ、第２ベルト層５ｂを構成する補強材は、２本のコードを撚らずに揃えた束である。補強材をコード２本の束とすることにより、コードを束としない場合と比べてベルト層中の補強材の間隔が広くなり、ＢＥＳを抑制することができる。これにより、ベルトの耐久性を向上させることができる。また、本発明においては、コードを構成する全てのフィラメントの径を同径とし、その径をａ（ｍｍ）としたとき、隣り合う束同士の間隔が、コードの外接円を用いて表した間隔よりも期待値としてａ／６（ｍｍ）以上、好ましくはａ／４以上、より好ましくは４ａ／１１（ｍｍ）以上増加する。図２（ａ）〜（ｃ）は、ベルト層の補強材として、（１×２）構造のコード２本を束７とした場合、図３（ａ）〜（ｃ）は、（１＋１）構造のコード２本を束１７とした場合のコード束の断面の変化の例を示す断面図であり、まず、図２および図３を用いてコード径の変化について説明する。

通常、コード径Ｄｃは、図２（ａ）に示す様に、フィラメント８の外接円９の直径により表わされている。しかしながら、（１×２）構造のコードは２本のフィラメント８を撚り合わせたコードであるため、コード内（外接円９内）でフィラメント８の位置が連続的に変化している。例えば、フィラメント８の位置が図２（ｂ）、（ｃ）のように４５°ずつ変化すると、水平方向における実際のコード径は、外接円９より減少することになる。（１＋１）構造のコードについても同様であり、図３（ａ）〜（ｃ）に示す様に、フィラメント１８の位置が、図３（ｂ）、（ｃ）のように４５°ずつ変化すると、水平方向における実際の束１８の径は、外接円１９より減少することになる。

本発明のタイヤは、ベルトの補強材として、コードを２本束にして用いているが、上述のように、ベルト幅方向でコード径が変化すると、隣り合う束同士の間隔も、コード径の変化に合わせて、連続的に変化することになる。すなわち、隣り合う束同士の間隔に広い部分と狭い部分が現れることになる。この束同士の間隔が広い部分が存在することにより、ＢＥＳをより効果的に抑制することができる。その結果、ベルトの耐久性がさらに向上することになる。また、束同士の間隔が狭い部分が存在するため、ベルトの剛性を維持することができる。

次に、束間隔の増加量の期待値の算出方法について説明する。図４および図５は、（１×２）構造のコード２本を束とした場合の、束間隔の増加量の期待値を算出するための説明図である。まず、図４（ａ）に示す様に、隣り合う束７同士の近接するコードの一方をコードＸ、他方をコードＹとし、コードＸとコードＹのそれぞれの外接円間の距離をＷとする。次に、水平方向において、コードＸおよびコードＹの外接円間の距離と、コードＸおよびコードＹのフィラメント間距離と、が等しい状態をコードＸおよびコードＹの基本状態（図４（ａ））とする。図４（ａ）〜（ｈ）は、例として、コードＸが１ピッチで３６０°回転する場合において、基本状態からコードＸを４５°ずつ回転させた場合の断面形状をそれぞれ示す。図４（ｂ）を参照するに、基本状態からコードＸを４５°回転させることにより、コードＸとコードＹの実際の間隔は、Ｗよりｘｚ_２だけ増加する。さらに、コードＸを４５°ずつ回転させると（図４（ｃ）〜（ｈ））、コードＸとコードＹの実際の間隔の増加量は、ｘｚ_３〜ｘｚ_８だけ変化する。なお、基本状態（図４（ａ））および基本状態から１８０°回転した状態（図４（ｅ））のｘｚ_１およびｘｚ_５は０である。

コードＹについても同様に、コードＹが１ピッチで３６０°回転する場合において、コードＹを４５°ずつ回転させた場合の断面形状を、図５（ａ）〜（ｈ）としてそれぞれ示す。図示するように、基本状態（図５（ａ））からコードＹを４５°回転させることにより（図５（ｂ））、コードＸとコードＹの実際の間隔は、Ｗよりｙｚ_２だけ増加する。さらに、４５°ずつ回転させると（図５（ｃ）〜（ｈ））、コードＸとコードＹの実際の間隔の増加量は、ｙｚ_３〜ｙｚ_８だけ変化することになる。

ここまでは、束間隔の増加量の算出の方法として、コードＸおよびコードＹを４５°ずつ回転させた場合を例に挙げて説明してきたが、本発明においては、同様の考え方に基づき、コードＸおよびコードＹが１ピッチで３６０°回転する場合において、コードＸおよびコードＹを基本状態から１°ずつ回転させ、ｘｚ_１〜ｘｚ_３６０およびｙｚ_１〜ｙｚ_３６０を求める。得られた値を基に、下記式、

により、束間隔の増加量の期待値を算出する。なお、コード構造が（１×２）構造を例として説明したが、他の構造のコードについても同様の手順で算出することができる。

上記式により算出された束間隔の増加量の期待値がａ／６以上、好ましくはａ／４（ｍｍ）以上、より好ましくは４ａ／１１（ｍｍ）以上増加するコードを、２本束としてベルトの補強材として用いることにより、剛性を悪化させることなく耐久性および軽量性に優れた空気入りタイヤを得ることができる。上記関係を満足するコード構造としては、（１×２）構造、（１＋１）構造等が挙げられる。

本発明においては、ベルトへの補強材の打込み数は３５〜６５本／５０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは４０〜５９本／５０ｍｍである。打込み数が、上記範囲未満の場合は、引張強度を確保することができなくなる場合があり好ましくなく。一方、打込み数が上記範囲より多いと、束間隔を確保することが困難になり、有効にＢＥＳを抑制することが困難になり、耐久性が低下する場合があるため、やはり好ましくない。

本発明においては、タイヤの軽量化と耐久性の向上の観点から、ベルト層の厚みは０．７０ｍｍより大きく１．２０ｍｍ未満であることが好ましい。ベルト層の厚みが０．７０ｍｍ以下では、十分な耐久性を得ることができない場合がある。一方、ベルト層の厚みが１．２０ｍｍ以上であると、十分な軽量効果を得ることができない場合がある。より好ましくは０．８０〜１．１０ｍｍである。

本発明においては、コードを構成するフィラメントのフィラメント径は０．２３〜０．３０ｍｍであることが好ましい。フィラメント径が０．２３未満であると、十分な強力を発揮することができない場合がある。一方、フィラメント径が０．３０より大きいと、ベルトが厚くなってしまい、十分な軽量効果を得ることができないことがある。

なお、本発明においては、各フィラメントの撚り方向、撚りピッチ等の条件については、特に制約されるものではなく、用途に応じて、常法に従い適宜構成することが可能である。また、フィラメントの材質等については特に制限はないが、スチールフィラメントが好適である。スチールフィラメントとしては、引張り強さは、好適には２７００Ｎ／ｍｍ^２以上のものを好適に用いることができる。高い抗張力を有するモノフィラメントコードとしては、少なくとも０．７２質量％、特には少なくとも０．８２質量％の炭素を含有するものを好適に用いることができる。

また、本発明の空気入りタイヤにおいては、ベルト補強層６のタイヤ中央部から取り出した有機繊維コード１本の５％伸び時の引張り強さＦ（Ｎ）と、タイヤ中央部の５ｃｍ幅当たりの打込み数Ｎ（本／５ｃｍ）と、が下記式、
Ｆ×Ｎ＞２５００
で表わされる関係を満足することも重要である。タイヤの破壊耐久性の指標の１つとしてタイヤが路面の凹凸である突起を乗り越す際の破壊エネルギー（トレッド部が破壊に至るまでのエネルギー）があり、この値は有機繊維コードの引張強度と伸びの応力−歪曲線の面積値から見積もることができる。この値は有機繊維コード自体が有するタフネスを表しており、これに打込み数を乗じることによりベルト補強層の総強度を求めることができる。これにより、ベルト補強層の破壊エネルギーをコントロールすることができる。本発明においては、Ｆ×Ｎ＞２５００であるが、かかる関係を満足すれば、経験上どのようなタイヤサイズであっても路面のハザードに対する耐久性を十分に確保することができる。Ｆ×Ｎの上限については特に制限はないが、好適には２５００〜１３０００である。このような効果は、偏平率が４５以下のタイヤにおいて良好に得ることができる。

本発明においては、有機繊維コードは上記関係を満足するものであれば、いずれでも使用可能であり、例えば、ナイロン、ポリエステル、アラミド、レーヨン、リヨセルおよびポリケトンからなるコードや、これら２種以上からなる複合コードを良好に用いることができる。また、これらコードのコード構造や撚り数等についても、上記関係式を満足するものであれば特に制限はない。

また、本発明においては、有機繊維コード１本の５％伸び時の引張り強さＦが３０Ｎ以上であることが好ましい。有機繊維コード１本の５％伸び時の引張り強さＦが３０Ｎ未満であると、Ｆ×Ｎ＞２５００の関係を満足するために有機繊維コードの打込み数Ｎが大きくなるため好ましくない。一方、５％伸び時の引張強さＦの上限については、本発明の効果を損なわない範囲であれば特に制限はないが、好適には３０〜４００Ｎ、より好ましくは１００〜４００Ｎである。

さらに本発明においては、有機繊維コード１本の切断伸度が１０％以上であることが好ましい。有機繊維コード１本の切断伸度を１０％以上とすることにより、路面上のハザードによるベルト補強層の損傷リスクを大幅に改善することができる。有機繊維コード１本の切断伸度の上限については、特に制限はないが１０〜２０％のものを好適にい用いることができる。

ここまで詳述してきたベルトおよびベルト補強層の構造は、エクストラロード向けのタイヤ、特に偏平率が４５以下の低偏平なタイヤに好適である。本発明のタイヤは、ベルトおよびベルト補強層の構造が上記要件を満足するものであれば、それ以外の具体的なタイヤ構造については、特に制限されるものではない。また、タイヤに充填する気体としては、通常の或いは酸素分圧を調整した空気の他、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを用いることができる。

以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
＜実施例１〜５＞
下記表１および２に示す構造のスチールコードをベルトの補強材とし、同表に示す構造を有する有機繊維コードをベルト補強層の補強材として、図１に示すタイプのタイヤを、タイヤサイズ２１５／４５Ｒ１７ＸＬにて作製した。ベルト補強材の打込み角度はタイヤ周方向に対して±２６°とし、ベルト補強層の補強材である有機繊維コードは周方向に沿うように螺旋巻回して配設した。得られた各タイヤについて、下記の手順に従い、耐摩耗性（剛性）、耐久性、タイヤ重量および破壊エネルギーの評価を行った。

＜従来例＞
下記表２に示す構造のスチールコードをベルト補強材とし、同表に示す構造を有する有機繊維コードをベルト補強層の補強材として、図１に示すタイプのタイヤを、タイヤサイズ２１５／４５Ｒ１７ＸＬにて作製した。ベルト補強材の打込み角度はタイヤ周方向に対して±２６°とし、ベルト補強層の補強材である有機繊維コードは周方向に沿うように螺旋巻回して配設した。得られた各タイヤについて、下記の手順に従い、耐摩耗性（剛性）、耐久性、タイヤ重量および破壊エネルギーの評価を行った。

＜比較例１〜３＞
下記表２に示す構造のスチールコードをベルトの補強材とし、同表に示す構造を有する有機繊維コードをベルト補強層の補強材として、図１に示すタイプのタイヤを、タイヤサイズ２１５／４５Ｒ１７ＸＬにて作製した。ベルト補強材の打込み角度はタイヤ周方向に対して±２６°とし、ベルト補強層の補強材である有機繊維コードは周方向に沿うように螺旋巻回して配設した。得られた各タイヤについて、下記の手順に従い、耐摩耗性（剛性）、耐久性、タイヤ重量および破壊エネルギーの評価を行った。

＜耐摩耗性＞
各供試タイヤを７Ｊ×１７のリムに組み付けた後、実車耐久走行（限界走行モードにて１周３．５ｋｍの既設サーキットを２０周走行）後のタイヤ残溝深さ（センターリブ溝）を測定し、従来例のタイヤを１００として指数評価した。この値が１００±２の場合は従来品と同等として△、１０２より大きければ○、９８より小さければ×とした。結果を表１および２に併記する。なお、耐摩耗性が小さいということは、トレッド接地面積が小さいことを意味し、ベルトの剛性の判断基準となる。

＜耐久性＞
各供試タイヤを７Ｊ×１７のリムに装着後、ＪＡＴＭＡ ＹＥＡＲ ＢＯＯＫにおける最大負荷能力に対応する内圧を充填し、乗用車に装着した。舗装路を４００００ｋｍ走行した後、タイヤを解剖して、ベルト端部のセパレーション長さを調査した。結果は、値が小さいほど良好な結果を示す。また、従来例のタイヤと同等以上の場合を○、劣っている場合を×とした。結果を１および２に併記する。

＜タイヤ重量＞
各供試タイヤ１本当たりの重量を測定し、従来例のタイヤを１００として指数評価した。この値が１００未満の場合を○、１００以上の場合を×とした。結果を１および２に併記する。

＜破壊エネルギー＞
各供試タイヤを７Ｊ×１７のリムに組み付けた後、２００ｋＰａの内圧を充填した。その後、円形の突起（φ２０ｍｍ）を各供試タイヤのセンター部のブロックに押し込み、トレッド部が破壊するのに必要なエネルギーを算出した。得られた値を比較例１のタイヤを１００とした指数にて表わした。この数値が大きいほど、悪路走行性能に優れている。この値が１００より大きい場合を○、１００以下の場合を×とした。結果を表１および２に示す。

表１および２より、本発明のタイヤは、タイヤ諸性能を維持しつつ軽量性に優れ、かつ、悪路走行性能が向上していることが確かめられた。

１ トレッド部
２ サイドウォール部
３ ビード部
４ カーカス
５ａ 第１ベルト層
５ｂ 第２ベルト層
６ ベルト補強層
７，１７ 束
８，１８ フィラメント
９，１９ 外接円

Claims (6)

1. 左右一対のビードコア間にわたりトロイド状をなして跨る少なくとも１枚のカーカス層からなるカーカスと、該カーカスのクラウン領域のタイヤ径方向外側に配設されて接地部を形成するトレッド部と、該トレッド部と前記カーカスのクラウン領域との間に配置されて補強部を形成する、少なくとも２枚のベルト層からなるベルトと、該ベルトのタイヤ径方向外側に有機繊維コードを周方向に螺旋巻きしてなるベルト補強層と、を備える空気入りタイヤにおいて、
   前記ベルトが少なくとも２層の傾斜ベルト層を有し、該傾斜ベルト層を構成する補強材が、（１×２）構造または（１＋１）構造のコードを２本撚らずに揃えた束であり、かつ、前記コードを構成する全てのフィラメントの径を同径とし、その径をａ（ｍｍ）、隣り合う束同士の近接するコードの一方をコードＸ、他方をコードＹとし、前記コードＸおよび前記コードＹが１ピッチで３６０°回転する場合において、前記コードＸおよび前記コードＹを１°ずつ回転させ、前記コードＸと前記コードＹの実際の間隔の増加量であるｘｚ１〜ｘｚ３６０およびｙｚ１〜ｙｚ３６０を求め、下記式、
   束間隔の増加量の期待値＝（ΣΣｘｚｉ＋ｙｚｊ）／１２９６００
   で束間隔の増加量の期待値を算出し、隣り合う前記束同士の間隔が、前記コードの外接円を用いて表した間隔よりも期待値としてａ／６（ｍｍ）以上増加し、
   前記ベルト補強層のタイヤ中央部から取り出した前記有機繊維コード１本の５％伸び時の引張り強さＦ（Ｎ）と、タイヤ中央部の５ｃｍ幅当たりの打込み数Ｎ（本／５ｃｍ）と、が下記式、
   Ｆ×Ｎ＞２５００
   で表わされる関係を満足し、
   前記ベルト補強層が、前記ベルトのタイヤ幅方向全幅を覆うことを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記有機繊維コードが、ナイロン、ポリエステル、アラミド、レーヨン、リヨセルおよびポリケトンからなる群から選ばれる少なくとも１種の繊維からなるコードである請求項１記載の空気入りタイヤ。
3. 前記有機繊維コード１本の５％伸び時の引張り強さが３０Ｎ以上である請求項１または２記載の空気入りタイヤ。
4. 前記有機繊維コード１本の５％伸び時の引張り強さが１００Ｎ以上である請求項１または２記載の空気入りタイヤ。
5. 前記有機繊維コード１本の切断伸度が１０％以上である請求項１〜４のうちいずれか一項記載の空気入りタイヤ。
6. 偏平率が４５以下である請求項１〜５のうちいずれか一項記載の空気入りタイヤ。

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