JP6109559B2 - 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、このようなスチールコードとしては、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、１×ｎ構造（ｎ＝３〜５）のものや、引き揃えた複数本のフィラメントの周りに金属フィラメントを撚り合わせてなるｍ＋ｎ構造のものが挙げられる。これらのスチールコードは、通常、その曲げ剛性がコード長手軸に対して９０度回転させて測定してもほぼ同じものであり、すなわち、曲げ剛性に方向性を持たないものである。

このような曲げ剛性に方向性を持たないスチールコードは、どの向きに設置しても同じ効果が得られる反面、踏面部の剛性調整にはベルトの角度を変えるなどの必要が生じ、デザインへの制約を与えている。例えば、車の動きを路面に伝えるには、十分な接地面を確保する必要がある。そのためには、ベルトプライとしては、面外曲げ剛性（面外剛性）が低い方がエンベロープ性を確保でき、接地面積を上げることができる。また、ベルトプライの面内曲げ剛性（面内剛性）が低いと、車両のコーナリング時に踏面部が褶曲して、接地面積が小さくなってしまう。その一方で、ベルトプライの面外剛性が低いと、高速走行時においてタイヤの径成長が大きくなり、高速走行時の耐久性が損なわれてしまう。

ところで、タイヤ軽量化のため、ベルトプライを構成するスチールコードとして、複数本のフィラメントを並列に配置し、その周囲に１本のラッピングフィラメントを巻き付けてなる扁平なスチールコードが提案されている（特許文献１〜５参照）。

特開昭６２−１４９９２９号公報 特開平０７−３０４３０７号公報 特開平０８−１２０５７８号公報 特開２０１２−１０６５７０号公報 特開２０１２−１０７３５３号公報

このような扁平なスチールコードを用いれば、ベルトプライの面内剛性を高めつつ、面外剛性を下げることができ、操縦安定性能を向上することができる。しかしながら、面外剛性が低いと、上記のように高速耐久性が損なわれるおそれがある。

本発明は、以上の点に鑑み、操縦安定性能と高速耐久性を両立す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。

本発明に係る空気入りタイヤは、トレッド部におけるカーカス層の外周側に、スチールコードをタイヤ周方向に対して１５〜３５度の角度で傾斜配列した少なくとも２枚のベルトプライからなるベルトと、前記ベルトの外周側において繊維コードをタイヤ周方向に沿って配列してなり前記ベルトの全幅を覆うベルト補強層と、を備えた空気入りタイヤにおいて、前記ベルトプライは、長径と短径を持つ扁平な断面形状を有して長径方向での曲げ剛性が短径方向での曲げ剛性よりも大きいスチールコードを、長径方向がベルト面に平行になるよう配置してなり、前記ベルト補強層は、幅あたりの繊維コードの本数が、ベルト端部よりもベルト中央部で多く設定されたことを特徴とする。

上記スチールコードを持つベルトプライであると、面外剛性を下げつつ、面内剛性を高めることができるので、コーナリング特性を保つのに十分な接地面積を確保することができ、操縦安定性を向上することができる。また、ベルト補強層が、ベルト端部よりもベルト中央部でより高い補強効果を発揮することができるので、面外剛性の低いベルトプライを用いたものでありながら、高速走行時におけるベルト中央部での径成長を効果的に抑えて、高速耐久性を向上することができる。

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。 面外剛性測定用サンプルの断面図である。 面内剛性測定用サンプルの断面図である。 面外及び面内剛性の測定方法を説明するための図である。

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）及びサイドウォール部（２）と、左右のサイドウォール部（２）の径方向外方端部同士を連結するように両サイドウォール部（２）間に設けられたトレッド部（３）とを備えて構成されており、一対のビード部（１）間にまたがって延びるカーカス（４）が設けられている。

カーカス（４）は、トレッド部（３）からサイドウォール部（２）をへて、ビード部（１）に埋設された環状のビードコア（５）にて両端部が係止された少なくとも１枚のカーカスプライからなる。カーカスプライは、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。

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。ベルトプライ（７Ａ）（７Ｂ）は、スチールコード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に示すようにスチールコード（10）はコーティングゴム（11）で被覆されている。スチールコードは、上記２枚のベルト層（７Ａ）（７Ｂ）間で互いに交差するように配設されている。

ベルト（７）の外周側（即ち、タイヤ半径方向外側）には、ベルト（７）とトレッドゴム部（８）との間に、ベルト補強層（９）が設けられている。ベルト補強層（９）は、ベルト（７）をその全幅で覆うキャッププライであり、タイヤ周方向に実質的に平行に配列した繊維コードからなる。すなわち、ベルト補強層（９）は、繊維コードをタイヤ周方向に沿って配列してなり、ベルト（７）の幅方向全体を覆うように、繊維コードを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ことにより形成することができる。

本実施形態では、ベルト（７）を構成するスチールコードとして、長径と短径を持つ扁平な断面形状を有して、長径方向での曲げ剛性が短径方向での曲げ剛性よりも大きいコードが用いられる。このような曲げ剛性に方向性を持つスチールコードを用いることにより、ベルトプライの面外曲げ剛性を下げつつ、面内曲げ剛性を高めることができる。そのため、低い面外曲げ剛性によりエンベロープ性を確保して接地面積を上げることができ、また、高い面内曲げ剛性によりコーナリング時における踏面部の褶曲を抑制して接地面積を確保することができる。そのため、コーナリング特性を保つのに十分な接地面積を確保して操縦安定性を向上することができる。

このような曲げ剛性に方向性を持つスチールコードとしては、特に限定されないが、例えば、図３に示すように、金属フィラメント（以下、主フィラメントという。）（12）を、複数本撚り合わせることなく一列に引き揃えて配置した主フィラメント束（13）を、１本のラッピングフィラメント（14）でラッピングしてなるｎ＋１構造のスチールコード（10）が好ましく用いられる。

ここで、主フィラメント（12）としては、各種炭素鋼からなるスチールフィラメントを用いることができ、その直径（フィラメント径）ｄは、特に限定されないが０．１５〜０．３０ｍｍであることが好ましい。ラッピングフィラメント（14）としても、特に限定されないが、例えば各種炭素鋼からなるスチールフィラメントを用いることができ、その直径（フィラメント径）ｄ０は、主フィラメント（12）の直径ｄに対して同等以下であることが好ましく、例えば０．１０〜０．２５ｍｍであることが好ましい。

主フィラメント束（13）は、同一径の複数本の主フィラメント（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することができる。すなわち、主フィラメント（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１．００〜１．５０ｍｍ、短径Ｄ２が０．３０〜０．６０ｍｍであることが好ましい。主フィラメント束（13）を構成する主フィラメント（12）の本数は、特に限定されないが、例えば３〜６本とすることができる。この本数が多いほど、スチールコードの面内剛性／面外剛性の比を大きくすることができる。

スチールコード（10）は、上記主フィラメント束（13）に対し、ラッピングフィラメント（14）を巻き付けることでラッピングしてなるものである。ラッピングフィラメント（14）としては、波付け等していない真直なスチールフィラメントが好ましく用いられる。ラッピングフィラメント（14）の巻きピッチｐは、特に限定されず、例えば２．０〜３０．０ｍｍとすることができる。

なお、主フィラメント（12）としては、図３に示すように、波付けされていない真直な金属フィラメントであってもよく、あるいはまた、波付け加工された金属フィラメントを用いることもできる。波付け加工する場合、主フィラメントは、スチールコードの長径方向にのみ波付けされること、すなわち、長径方向及び長手方向に沿った平面内にて、二次元的に波付けされることが好ましい。この場合、複数本の金属フィラメントを長手方向に同じ波高さ及び波長で型付けしたものを用いてもよい。また、その場合、波付けの位相を複数本の金属フィラメントで一致させて引き揃えてもよく、あるいはまた、位相をずらして引き揃えてもよい。

本実施形態において、スチールコード（10）は、面外剛性に対する面内剛性の比（面内剛性／面外剛性）が１０以上であることが好ましい。ここで、面内剛性とは、スチールコード（10）を長径方向（Ｂ）（図２における左右方向）に曲げる際の曲げ剛性であり、タイヤでは幅方向の剛性に相当する。また、面外剛性とは、スチールコード（10）を短径方向（Ａ）（図２における上下方向）に曲げる際の曲げ剛性であり、タイヤでは径方向の剛性に相当する。このような面内剛性／面外剛性の比とするためには、引き揃える主フィラメントの太さや本数などを適切に設定すればよく、例えば、主フィラメントの引き揃え本数を多くすることで、面内剛性を高めて、面内剛性／面外剛性の比を大きくすることができる。なお、面内剛性／面外剛性の比の上限値は特に限定されないが、通常は２５以下である。

図２に示すように、ベルトプライは、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することで形成されている。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、所定間隔でコーティングゴム（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。このように構成することにより、スチールコード（10）をゴム被覆する際に加工しやすく、またベルトプライの厚みを薄くしてタイヤ重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では、タイヤ幅方向における曲げ剛性が高くなるので、操縦安定性能を向上することができ、また、タイヤ径方向における曲げ剛性が低くなるので、エンベロープ性を高めて接地面積を上げることができる。

ベルト補強層（９）を構成する繊維コードとしては、例えば、ナイロン、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなど）、アラミド、レーヨンなどの各種有機繊維コードを用いることができ、双撚り構造のものでも、片撚り構造のものでもよく、特に限定されない。ベルト補強層（９）は、例えば、有機繊維コードを引き揃えてゴムで被覆したリボン状の帯状部材を、タイヤ成形の際に、ベルト（７）上にスパイラル状に巻き付けることにより形成することができる。

本実施形態では、ベルト補強層（９）は、その幅あたりの繊維コード本数が、ベルト端部よりもベルト中央部で多く設定されている。詳細には、ベルト端部に相当するベルト補強層（９）の幅方向両端部（９Ｓ）での単位幅あたりの打ち込み本数をＥｓとし、ベルト中央部に相当するベルト補強層（９）の幅方向中央部（９Ｃ）での単位幅あたりの打ち込み本数をＥｃとしたとき、ＥｓよりもＥｃの方が多くなるように設定されている。両者の比（Ｅｃ／Ｅｓ）は１．２倍以上であることが好ましい。このように中央部（９Ｃ）における繊維コードの密度を高めることにより、ベルト補強層（９）は、ベルト端部よりもベルト中央部でより高い補強効果を発揮することができるので、面内剛性の低いベルトプライ（７Ａ）（７Ｂ）を用いたものでありながら、高速走行時におけるベルト中央部での径成長を効果的に抑えて、高速耐久性を向上することができる。なお、上記比Ｅｃ／Ｅｓの上限は、特に限定されないが、２．０倍以下であることが好ましい。

このようにベルト補強層（９）における繊維コードの密度を変化させる場合、その変化のさせ方は特に限定されないが、幅方向両端部（９Ｓ）から幅方向中央部（９Ｃ）に向かって徐々に密度が高くなるように設定することが好ましい。あるいはまた、幅方向両端部（９Ｓ）と幅方向中央部（９Ｃ）との間に境界位置を設定して、該境界位置で繊維コードの密度を変化させてもよい。その場合の境界位置は特に限定されないが、ベルト端からベルト最大幅（Ｗ）の１５〜４０％（より好ましくは２０〜３０％）に相当する位置に設定してもよい。

ベルト補強層（９）における繊維コードの打ち込み本数としては、コード強力等に応じて適宜に設定することができ、特に限定されないが、幅方向両端部（９Ｓ）における値として２０〜５０本／２５ｍｍであることが好ましい。

以下、本発明を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引き揃えた芯部の周りに、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の複層撚り構造である。実施例１及び比較例２のスチールコードは、５本の主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主フィラメント束を、１本の真直のラッピングフィラメント（直径ｄ０＝０．２０ｍｍ）でラッピングしてなる５＋１構造のスチールコードである。

得られたスチールコードをベルトコードとして用いて、表１に示すベルト及びベルト補強層の構成に従い、図１に示す断面形状を持つタイヤサイズ：１９５／５０Ｒ１５ ８２Ｖ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、ベルト及びベルト補強層以外の構成は、全て共通の構成とした。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のトッピング反を１プライ用い、コードがタイヤ赤道線に対して垂直になるように配し、それぞれの端末を、ビードコアを経て巻き上げた。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。

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。実施例１及び比較例２において、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、その上下にコード径（短径）の０．２倍の厚さのゴムが被覆されるように、反幅３００ｍｍにてカレンダー装置を用いてトッピング反とすることにより作製した。

ベルト補強層（９）については、１４００ｄｔｅｘ／１のナイロン６６コード（撚り数＝２２．２Ｔ／１０ｃｍ）にゴムを被覆してなる帯状の未加硫テープを用いて形成した。該未加硫テープの寸法は幅１０ｍｍ×厚さ０．８ｍｍであり、幅１０ｍｍ中に１４本の上記コードが均等に打ち込まれたものを用いた。比較例１及び２では、タイヤ成形時に、該未加硫テープを、ベルト上に、送りピッチ：１１ｍｍ（一定）で均等に巻き回した。これに対し、実施例１では、該未加硫テープを、上記幅方向両端部（９Ｓ）では送りピッチ：１１ｍｍで巻き始め、幅方向中央部（９Ｃ）で送りピッチ：８ｍｍとなるように徐々に間隔を狭めながら巻き付けた。

得られた各タイヤについて、トレッドセンター部とショルダー部の接地圧力比及び接地長比を測定するとともに、タイヤ高速耐久性テストとして高速時径成長率を測定した。

各測定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。

・ベルト引張強力：ＪＩＳ Ｇ３５１０に準拠し、スチールコードの強伸度特性を引張試験機（島津製作所（株）製オートグラフ）を用いてコード引張強力を測定し、得られた値からベルトの打ち込み本数を用いて、２５ｍｍあたりのベルト引張強力を求めた。

・面内剛性、面外剛性、面内剛性／面外剛性：図４に示す断面形状の面外剛性測定用サンプルと図５に示す断面形状の面内剛性測定用サンプルを作製した。

面外剛性測定用サンプルは、スチールコードを、図４に示すように、その長径方向がトッピング反の表面に平行になるように打ち込み本数＝１５本／25.4ｍｍで配置し、その上下の被覆ゴム厚みを０．５０ｍｍとして、反幅３００ｍｍにてトッピング反を作製した。得られたトッピング反を１６０℃×20分で加硫し、スチールコードが８本含まれるように切断して面外剛性測定用サンプルを得た。

面内剛性測定用サンプルは、未加硫の上記トッピング反を長径方向同士が平行になるように８枚重ね合わせてから、１６０℃×２０分で加硫し、図５に示すように切り出すことで、スチールコードが８本含まれる面内剛性測定用サンプルを得た。

面内剛性及び面外剛性の測定は、図６に示すように、一対の支えロール（22）（22）上にサンプル（20）をおき、上方から押込み治具（24）を用いて押込み量３０ｍｍでサンプル（20）を１０回押し込み、１０回目の押込み時における５ｍｍ押し込んだときの荷重を測定し、この荷重をそれぞれ面内剛性及び面外剛性とした。これらはともに、スチールコード８本当たりの曲げ剛性である。支えロール（22）は、回転時の負荷（回転抵抗）がほぼない回転自在のロールであり、ロール径は２０ｍｍ、ロール間距離（軸間距離）は１００ｍｍとした。サンプル（20）は、スチールコードの長手方向Ｎが支えロール（22）の軸方向に垂直になるように配置し、かつ、図４，５に示した各サンプルの上方から押込み治具で押し込まれるように配置した。押込み治具（24）は、直径１５ｍｍのロールであり、押込み速度は３００ｍｍ／分とした。

なお、トッピング反を作製する際の被覆用ゴム組成物の配合は以下の通りである。すなわち、天然ゴム（ＲＳＳ＃３）１００質量部に対し、カーボンブラック（Ｎ３３０、東海カーボン（株）製）６０質量部、亜鉛華８質量部、ステアリン酸コバルト（ジャパンエナジー製）２．０質量部、老化防止剤（大内新興化学工業（株）製ノクラック６Ｃ）２．０質量部、ステアリン酸０．５質量部、硫黄（四国化成工業（株）製）７．０質量部、加硫促進剤（大内新興化学工業（株）製ノクセラーＤＺ）１．０質量部を配合した。

・接地圧力比、接地長比：使用リムと空気圧はＪＡＴＭＡ ＹＥＡＲ ＢＯＯＫ ２０１２所載の条件とし、荷重は同所載の最大荷重とした。測定は、感圧紙（冨士フィルム社製「極超低圧用」）の上にタイヤを載せ、該最大荷重をかけて実施し、トレッドショルダー部（Ｓ）とセンター部（Ｃ）との接地圧力と接地長の各比（Ｃ／Ｓ）を求めた。接地圧力比及び接地長比ともに１に近いほど、操縦安定性能に優れることを意味する。

・高速時径成長率：ＦＭＶＳＳ１３９に則り評価を実施した。詳細には、５ｋｍ／ｈ時と２００ｋｍ／ｈ時におけるタイヤの外径を、キーエンス社製「LK-G85」を用いて、非接触方式で測定することにより、高速時の径成長率（＝（「２００ｋｍ／ｈ時の外径」／「５ｋｍ／ｈ時の外径）×100）を求めた。径成長率が小さいほど、高速耐久性が良好である。

結果は表１に示す通り、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、面内剛性／面外剛性の比が大きいスチールコードをベルトプライに用いた比較例２であると、接地圧力比と接地長比が高く、操縦安定性能が顕著に改善されていた。しかしながら、比較例２では、ベルトプライの面外剛性が低い上に、ベルト補強層の繊維コード密度が幅方向で一定であったため、高速時径成長率が比較例１よりも大きく、高速耐久性に劣るものであった。これに対し、実施例１であると、比較例１に対して接地圧力比と接地長比が高く、操縦安定性能が顕著に改善されており、しかも、高速時径成長率が比較例２はもちろんのこと、比較例１に対しても抑えられており、高速耐久性に優れるものであった。

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

３…トレッド部、４…カーカス層、７…ベルト、７Ａ，７Ｂ…ベルトプライ、９…ベルト補強層、９Ｃ…幅方向中央部、９Ｓ…幅方向端部、10…スチールコード、12…主フィラメント、13…主フィラメント束、14…ラッピングフィラメント、Ａ…スチールコードの短径方向、Ｂ…スチールコードの長径方向

Claims (4)

1. トレッド部におけるカーカス層の外周側に、スチールコードをタイヤ周方向に対して１５〜３５度の角度で傾斜配列した少なくとも２枚のベルトプライからなるベルトと、前記ベルトの外周側において繊維コードをタイヤ周方向に沿って配列してなり前記ベルトの全幅を覆うベルト補強層と、を備えた空気入りタイヤにおいて、
   前記ベルトプライは、長径と短径を持つ扁平な断面形状を有して長径方向での曲げ剛性が短径方向での曲げ剛性よりも大きいスチールコードを、長径方向がベルト面に平行になるよう配置してなり、
   前記ベルト補強層は、幅あたりの繊維コードの本数が、ベルト端部よりもベルト中央部で多く設定された
   ことを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記スチールコードは、短径方向での曲げ剛性である面外剛性に対する長径方向での曲げ剛性である面内剛性の比（面内剛性／面外剛性）が１０以上である
   ことを特徴とする請求項１記載の空気入りタイヤ。
3. 前記スチールコードは、複数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た主フィラメント束を、１本のラッピングフィラメントでラッピングしてなるスチールコードである
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の空気入りタイヤ。
4. 前記ベルト補強層は、ベルト中央部における幅あたりの繊維コードの本数が、ベルト端部における幅あたりの繊維コードの本数の１．２倍以上である
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気入りタイヤ。

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