JP6072658B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、スチールコードをベルトの補強材として用いた空気入りタイヤに関する。

空気入りタイヤは、一般に、カーカスプライの外面とトレッドゴムとの間に、複数のベルトプライを交差させ積層したベルトを備えており、ベルトプライには、優れた引張り強度や引張り弾性を有するスチールコードが使用されている。

従来、ベルトプライのスチールコードとしては、１×ｎ構造のような複数本のフィラメントを撚り合わせたものが一般的である（例えば、特許文献１，２参照）。しかし、１×ｎ構造のコードでは、コードを構成する素線間隔が狭いためにゴムの浸透性が悪く、コード中心部分にゴムが入りにくい。そのため、水分の透過に伴うスチールコードの腐蝕の進行が避けられず、これにより耐久性が低下するという問題がある。特許文献１では、１×ｎ構造におけるゴム浸入性を改善するために、型付けした素線を用いることが提案されている。しかし、型付けした素線を用いた場合、カレンダー時にかかる張力により伸びてしまい、意図した撚り構造を維持したまま安定してタイヤ成形することが難しく、耐久性の低下が懸念される。

一方、特許文献３には、転がり抵抗と乗り心地を改善するために、複数本のフィラメントを撚り合わせることなく引き揃えた無撚り構造のコードとし、カレンダー時における張力を高めることで、引き揃えたフィラメントが一列に並ばないようにすることが提案されている。このような引き揃えコードは、扁平な形状を持ち、ベルトプライの厚みを薄くすることができるので、タイヤの軽量化につながる。しかしながら、この文献では、カレンダー時において引き揃えコードにかける張力が２３６ＭＰａと極めて高いものであり、コード幅方向寸法にばらつきが生じることから、コード間隔もばらつき、タイヤとして歪みが生じやすいなどの問題がある。

特開平８−０１３３６５号公報 特開２０１２−０７６６７７号公報 特開平０５−００５２９０号公報

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、耐久性を損なうことなく、軽量化を図ることができる空気入りタイヤを提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題に鑑み鋭意検討していく中で、２本の引き揃えのコアフィラメント束にシースフィラメントを撚り合わせた２＋ｎ構造のスチールコードをベルトコードとして用い、かつカレンダー時のコード張力を適切に設定することにより、タイヤの耐久性を損なうことなく軽量化を達成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、本発明に係る空気入りタイヤは、直径０．１０〜０．３０ｍｍの２本の金属フィラメントを撚り合わせることなく一列に引き揃えてコアフィラメント束とし、前記コアフィラメント束にｎ本（但し、ｎ＝１〜７）の金属フィラメントをシースフィラメントとして撚り合わせた２＋ｎ構造のスチールコードを用いたベルトプライを備え、前記ベルトプライは、カレンダー時における前記スチールコードの張力を１０〜４５ＭＰａとしてゴムを被覆してなるものである。

本発明によれば、引き揃えのコアフィラメント束を持つｎ＋２構造のスチールコードをベルトプライに用いたことにより、スチールコード内へのゴムの浸透性を上げてタイヤ耐久性の低下を防ぐことができ、また、ゴム被覆量を軽減してタイヤの軽量化を図ることができる。また、かかる２＋ｎ構造のスチールコードに対し、カレンダー時におけるコード張力を上記特定の範囲内に設定したことにより、エンド乱れを防ぎつつ、タイヤ耐久性の低下を防ぐことができる。

一実施形態に係る空気入りタイヤの半断面図である。 一実施形態に係るベルトプライの一部断面図である。 一実施形態に係るスチールコードの構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１に示すように、実施形態の空気入りタイヤは、乗用車用空気入りラジアルタイヤであって、左右一対のビード部（１）と、接地面を構成するトレッド部（３）と、トレッド部（３）とビード部（１）との間に介在する左右一対のサイドウォール部（２）とを備えてなる。

トレッド部（３）における径方向内側部分にはカーカス（４）が埋設されており、カーカス（４）は左右のビード部（１）間にわたり配されている。カーカス（４）は、トレッド部（３）から両側のサイドウォール部（２）を経て、ビード部（１）に至り、その両端部がビード部（１）に埋設された環状のビードコア（５）で巻き上げられて係止されている。カーカス（４）は、有機繊維コード等からなるカーカスコードをタイヤ周方向に対し実質上直角に配列してなる少なくとも１枚のカーカスプライからなる。

トレッド部（３）におけるカーカス（４）の外周側（即ち、タイヤ径方向外側）には、カーカス（４）とトレッドゴム部（８）との間に、ベルト（７）が配されている。ベルト（７）は、カーカス（４）のクラウン部の外周に重ねて設けられており、１枚又は複数枚のベルトプライ、通常は少なくとも２枚のベルトプライで構成することができ、本実施形態では、カーカス（４）側の第１ベルトプライ（７Ａ）と、トレッドゴム部（８）側の第２ベルトプライ（７Ｂ）との２枚のベルトプライで構成されている。ベルト（７）の外周側には、タイヤ周方向に対して０〜５度の角度で螺旋状に巻回する有機繊維コードからなるベルト補強層（９）が、ベルト（７）の幅方向全体を覆うように設けられている。

ベルトプライ（７Ａ）（７Ｂ）は、スチールコード（10）をタイヤ周方向に対して所定の角度（例えば、１５〜３５度）で傾斜させかつタイヤ幅方向に所定の間隔にて配列させてなるものであり、図２に示すようにコーティングゴム（11）で被覆されている。スチールコード（10）は、上記２枚のベルトプライ（７Ａ）（７Ｂ）間で互いに交差するように配設されている。

本実施形態では、スチールコード（10）として、図３に示すように、２本の金属フィラメント（以下、コアフィラメントという。）（12）を撚り合わせることなく一列に引き揃えて配置してコアフィラメント束（13）とし、このコアフィラメント束（13）にｎ本の金属フィラメントをシースフィラメント（14）として撚り合わせてなる２＋ｎ構造（但し、ｎ＝１〜７）のコードが用いられている。

コアフィラメント（12）としては、直径（フィラメント径）ｄが０．１０〜０．３０ｍｍであるものが用いられる。直径ｄが０．１０ｍｍ未満であると、必要な強度を満たすために要するコードの打ち込み本数が多くなりすぎて、タイヤを成型することが困難となる。逆に、直径ｄが０．３０ｍｍを超えると、フィラメントが金属疲労しやすく、タイヤ走行中にベルトの疲労性が悪化し、タイヤの耐久性が低下する。この直径ｄは、より好ましくは０．１５〜０．３０ｍｍであり、更に好ましくは０．２０〜０．３０ｍｍである。

コアフィラメント束（13）は、上述した同一径の２本のコアフィラメント（12）を、撚り合わせることなく横一列に引き揃えて配置することにより形成される。すなわち、コアフィラメント（12）は、一つの平面に沿って１層をなすように並列される。そのため、得られるスチールコード（10）は扁平であり、図２に示すように長径Ｄ１と短径Ｄ２を持つ。長径Ｄ１と短径Ｄ２の値は特に限定されないが、長径Ｄ１が０．７０〜１．８０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．８０〜１．７０ｍｍである。また、短径Ｄ２が０．３０〜１．５０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．４０〜１．２０ｍｍである。なお、コアフィラメント（12）は、型付けされていない真直のものであってもよく、あるいはまた、長径方向（Ｌ）に振幅を持つ波状に型付けされたり、２本のフィラメントが互いに平行に接触しながらコード軸芯を中心にして螺旋状に型付けされたりしたものであってもよい。

該コアフィラメント束（13）に撚り合わせるシースフィラメント（14）は、図３に示すように、コアフィラメント束（13）の周囲に螺旋状に巻き付けられ、これにより、２＋ｎ構造のスチールコード（10）を構成することができる。シースフィラメント（14）は、コアフィラメント（12）とともに、コード強力を担うものであるため、通常はコアフィラメント（12）と同様の直径が０．１０〜０．３０ｍｍ（より好ましい範囲も同じ）のものが用いられ、素材及び直径（フィラメント径）がコアフィラメントと同一ものが好ましく用いられる。

シースフィラメント（14）の本数ｎは、上記のように１〜７本の範囲内で設定される。シースフィラメント（14）の本数が７本を超えると、２本の引き揃えのコアフィラメント束（13）を覆い隠してしまい、ゴム浸入性が低下する。そのため、フィラメント同士が擦れ合うことでベルト強力が低下する。シースフィラメント（14）の本数は、より好ましくは１〜６本である。

シースフィラメント（14）の撚りピッチｐは、特に限定されないが、コード強力を担うものであるという点から、５〜２５mmであることが好ましく、より好ましくは１０〜２０ｍｍである。

ベルトプライは、図２に示すように、スチールコード（10）を、その長径方向（Ｂ）がベルト面（即ち、ベルト外周面）に平行になるように配置して形成されることが好ましい。すなわち、ベルトプライ内において、スチールコード（10）は、その短径方向（Ａ）がベルトプライの厚み方向（Ｋ）と一致するようにして、所定間隔で被覆ゴム（11）内に埋設されている。そのため、スチールコード（10）は、その長径方向（Ｂ）がトレッド面に平行になるように配置される。かかる構成は、上記のような扁平なスチールコードをカレンダーロールで圧延しつつ通すことにより、実現することができる。このように構成することにより、ベルトプライの厚みを薄くしてタイヤ質量の増加を抑えることができる。また、得られたベルトプライにおいてタイヤ幅方向での曲げ剛性が高くなるので、操縦安定性を向上することができる。

本実施形態では、各ベルトプライ（７Ａ）（７Ｂ）の幅方向におけるスチールコード（10）の占有率（即ち、ベルトプライ断面の幅寸法中においてスチールコードが占める長さの割合。「コード占有率」という。）が、６０〜８０％であることが好ましい。コード占有率を６０〜８０％とすることにより、耐久性を損なわずに、操縦安定性や乗り心地を向上することができる。コード占有率が６０％以上であることにより、ベルトとして必要な強度を十分に得やすくなる。また、８０％以下であることにより、スチールコード間の距離が過度に狭くなることを防いで、コードセパレーションと呼ばれる、スチールコード間の分離・剥離を抑え、タイヤの耐久性を向上することができる。ここで、コード占有率（％）とは、コードを所定の打ち込み本数で引き揃えて配列しゴム被覆された、いわゆるトッピング反において、次式で計算される値を使用する。コード占有率（％）＝コードの長径（ｍｍ）×コード打ち込み本数（本／25.4ｍｍ）×100／25.4（ｍｍ）。

スチールコードの打ち込み本数としては、特に限定されず、例えば、８〜３０本／２５．４ｍｍであることが好ましく、より好ましくは１０〜２５本／２５．４ｍｍである。

本実施形態に係るベルトプライ（７Ａ）（７Ｂ）は、上記スチールコードを所定の打ち込み本数にて複数本平行に並べたコード配列体に、ゴムを被覆してなるものである。ゴムはカレンダー工程において、コード配列体の両面に被覆され、これによりトッピング反が形成される。被覆するゴム厚みは、特に限定しないが、トッピングゲージで０．５〜２．５ｍｍであることが好ましく、より好ましくは１．０〜２．２ｍｍである。

本実施形態では、スチールコードをカレンダーによりトッピングする際に、スチールコードにかかる張力を１０〜４５ＭＰａに設定する。これにより、エンド乱れ（スチールコードの配設間隔ばらつき）を防ぎつつ、タイヤ耐久性の低下を防ぐことができる。すなわち、カレンダー時のコード張力が１０ＭＰａ未満であると、カレンダーロールを通る際に、スチールコードの引き揃え面がベルトと平行になりにくく、等間隔にならないことにより、エンド乱れを起こす。これにより、スチールコードの間隔が狭い部分ができ、コード同士の接触による耐久性の低下を招くおそれがある。また、カレンダー時のコード張力が４５ＭＰａを超えると、トッピング反の裁断時に反り返りが起きて部材不良となりやすく、スチールコードが緊張状態に維持されることで、耐久性が低下し、コードセパレーションも生じやすくなる。コード張力は、より好ましくは１５〜４０ＭＰａであり、更に好ましくは２０〜３５ＭＰａである。

上記のようにして作製されたトッピング反は、ベルトプライを構成する部材として用いられ、未加硫タイヤ（グリーンタイヤ）を作製し、次いで、該未加硫タイヤを金型にセットして加硫することにより、製品タイヤを得ることができる。

以下、実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

下記表１に示す構造を持つスチールコードを作製した。比較例１のスチールコードは、２本の金属フィラメントを撚り合わせてなる芯部の周りに、同一径の２本の金属フィラメントを撚り合わせてなる２＋２の複層撚り構造（２＋２×０．２５）を持つ従来例のコードである。それ以外のスチールコードは、全て、２本の金属フィラメントを撚り合わせることなく１列に引き揃えて配置したコアフィラメント束に、コアフィラメントと同一径のｎ本のシースフィラメントを撚り合わせた２＋ｎ構造のスチールコードである。撚りピッチｐは１５ｍｍとした。

得られたスチールコードをベルトコードとして用いて、タイヤサイズ：１９５／６５Ｒ１５のラジアルタイヤを、常法に従い加硫成形した。各タイヤについて、ベルト以外の構成は、全て共通の構成とした。ベルトプライ（７Ａ）／（７Ｂ）におけるスチールコードの角度は、タイヤ周方向に対して＋２５°／−２５°とした。なお、カーカスプライは、ポリエステルコード１６７０ｄｔｅｘ／２、打ち込み数２２本／25ｍｍで１プライとした。また、ベルト補強層は、ナイロン６６コード９４０ｄｔｅｘ／２、打ち込み本数２８本／25ｍｍとした。各タイヤは、ベルト強力がほぼ同一となるように、スチールコードの打ち込み本数を設定した。

ベルトプライは、スチールコードをその長径方向がベルト面に平行になるように、表１記載の打ち込み本数にて配置した上で、カレンダー装置を用いて、表１記載のトッピングゲージにて、トッピング反とすることにより作製した。カレンダー時におけるスチールコードにかかる張力（カレンダー張力）は表１に記載の通りである。

トッピング反の質量を測定して、タイヤ一本当たりのベルト質量を算出し、表１中に、比較例１の値を１００とする指数（指数が小さいほど軽量）で示した。

また、コード内部へのゴム浸入性を評価した。詳細には、カレンダー後のトッピング反からスチールコードを抜き取り、コアフィラメントのゴム被覆率を目視にて評価した。比較例１と同程度被覆しているものを○、同等以上を◎、やや被覆していないものを△、全く被覆していないものを×として、結果を表１に示した。

得られた各タイヤについて、タイヤ質量を測定するとともに、タイヤ高速耐久性、ベルト耐久性、実車操縦安定性、轍路面走行性能を評価した。タイヤ質量は、比較例１の値を１００とする指数（指数が小さいほど軽量）で、表１中に示した。

表１中の各物性、およびタイヤ性能についての各測定・評価方法は以下の通りである。

・フィラメント径、コード径：ＪＩＳ Ｇ３５１０に準拠し、所定の厚み計により金属フィラメント及びスチールコードの直径を計測した。コード径については、長径側の外径（長径Ｄ１）と短径側の外径（短径Ｄ２）を計測した。

・タイヤ高速耐久性：ＦＭＶＳＳ１０９（ＵＴＱＧ）に準拠し、表面が平滑な鋼製で、直径１７００ｍｍのドラム試験機を用いて行った。タイヤ内圧は２２０ｋＰａで、荷重はＪＡＴＭＡ規定の最大荷重の８８％とした。８０ｋｍ／ｈで６０分慣らし走行した後、放冷し、再度空気圧を調整した後、本走行を実施した。本走行は１２０ｋｍ／ｈから開始し、３０分毎に８ｋｍ／ｈずつ段階的に速度を上昇させ、故障が発生するまで走行させるという条件で行った。故障が発生するまでの走行距離を、比較例１のタイヤを１００とした指数表示した。数字大きいほど高速耐久性能が良好である。

・ベルト耐久性：タイヤを規定のリムに装着し、内圧２２０ｋＰａで、ＪＡＴＭＡ規定の最大荷重時の６２％撓み量まで、ドラムにタイヤを押し付けて負荷をかけた。試験速度は４２０ｒｐｍとし、異常発生もしくは７２０時間走行まで試験を行った。試験終了後にタイヤを解体し、ベルト端部におけるエッジセパレーションの長さを計測するとともに、コード折れの有無を確認した。エッジセパレーションの判定は、無：０ｍｍ、微小：１〜２ｍｍ、小：３〜５ｍｍ、中：６〜９ｍｍ、大：１０ｍｍ以上とした。

・実車操縦安定性：内圧２００ｋＰａで標準リムに組み込んだ試験タイヤを排気量２５００ｃｃの試験車両に装着し、訓練された３名のテストドライバーが、テストコースを走行し、官能評価した。採点は１０段階評価で、比較例１のタイヤを６点とした相対比較にて行い、３人の平均点を比較例１のタイヤを１００とした指数で表示した。数字大きいほど操縦安定性が良好である。

・轍路面走行性能：実車操縦安定性と同様の条件にて、試験車両の前輪に試験タイヤを装着し、一般道の轍を模した試験路（轍の高さは２０ｍｍ）にてタイヤの乗り越し性能を官能評価した。轍をスムーズに乗り越せるものを○、やや乗り越しにくいものを△、非常に乗り越しにくいものを×とした。

結果は表１に示す通り、従来の複層撚り構造のスチールコードを用いた比較例１に対し、無撚で引き揃えのコアフィラメント束を含む２＋ｎ構造のスチールコードを用い、かつカレンダー時のコード張力を規定範囲内とした実施例１〜４では、タイヤを軽量化しつつ、また耐久性は同等以上で、操縦安定性が顕著に向上していた。

これに対し、カレンダー時のコード張力が大きすぎる比較例２では、カレンダー後にトッピング反を裁断する際に、反りによる不良が多発した。また、撚りが閉まることでゴム侵入性が低下した。また、スチールコードが緊張状態を余儀なくされるため、コード折れ多発し、タイヤ耐久性が低下した。更に操縦安定性にも劣るものであった。

カレンダー時のコード張力が小さすぎる比較例３では、カレンダー時にスチールコードが緩むことでエンド乱れが起こり、スチールコード間が極端に狭い部分が発生し、ベルトエッジセパレーションが多発した。

スチールコードを構成するフィラメントの径が小さすぎる比較例４では、ベルト強力を比較例１と同等とするにはコード占有率が１００％を大幅に超えてしまうことになり、タイヤを成型することができなかった。逆に、フィラメントの径が大きすぎる比較例５では、比較例１に対して軽量化効果は認められたものの、耐疲労性が低下することによるスチールコードの破断により、タイヤの耐久性が低下した。

シースフィラメントの本数が８本である比較例６では、シースフィラメントがコアフィラメント束を包み込む形となりゴム侵入性が低下した。そのため、ベルトエッジセパレーションが起こり、タイヤの耐久性が低下した。

本発明は、乗用車用タイヤを始めとする各種の空気入りタイヤに好適に用いることができる。

７…ベルト、７Ａ，７Ｂ…ベルトプライ、10…スチールコード、12…コアフィラメント、13…コアフィラメント束、14…シースフィラメント、ｄ…金属フィラメントの直径

Claims (2)

1. 直径０．１０〜０．３０ｍｍの２本の金属フィラメントを撚り合わせることなく一列に引き揃えてコアフィラメント束とし、前記コアフィラメント束にｎ本（但し、ｎ＝１〜７）の金属フィラメントをシースフィラメントとして撚り合わせた２＋ｎ構造のスチールコードを用いたベルトプライを備え、
   前記ベルトプライは、カレンダー時における前記スチールコードの張力を１０〜４５ＭＰａとしてゴムを被覆してなるものである
   ことを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 少なくとも２枚の前記ベルトプライを備え、各ベルトプライの幅方向における前記スチールコードの占有率が６０〜８０％である、請求項１記載の空気入りタイヤ。

Images