JP6245011B2

JP6245011B2 - 空気入りラジアルタイヤ

Info

Publication number: JP6245011B2
Application number: JP2014056028A
Authority: JP
Inventors: 上田　佳生; 佳生上田
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2014-03-19
Filing date: 2014-03-19
Publication date: 2017-12-13
Anticipated expiration: 2034-03-19
Also published as: JP2015178301A

Description

本発明は、複数本の単線スチールワイヤを引き揃えてゴム中に埋設してなるサイド補強層を備えた空気入りラジアルタイヤに関し、更に詳しくは、タイヤ耐久性能を良好に維持しながら転がり抵抗の低減を可能にし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において、操縦安定性に代表される走行性能を改善するために、ビード部からサイドウォール部までの領域内にサイド補強層を配設すること（例えば、特許文献１〜３参照）が行われている。このようなサイド補強層としては、通常、複数本のスチールコードを引き揃えてゴム中に埋設したものが使用されている。

ところが、複数本のフィラメントを撚り合わせてなるスチールコードは、フィラメント間に形成される内部空隙によりコード径が大きくなり、それに伴って多量のコートゴムが必要になるため、空気入りラジアルタイヤの転がり抵抗が大きくなり易い。

これに対して、サイド補強層の補強線材としてスチールコードの替りに単線スチールワイヤを使用することが考えられる。このようにサイド補強層を単線スチールワイヤから構成した場合、コートゴムの使用量を減らして空気入りラジアルタイヤの転がり抵抗を低減することができる。

しかしながら、空気入りラジアルタイヤはリムフランジの近傍で大きく変形するため、ビード部からサイドウォール部までの領域内に配置されるサイド補強層に単線スチールワイヤを使用した場合、その単線スチールワイヤが折損し易くなり、また、サイド補強層において単線スチールワイヤとコートゴムとの間にセパレーションを生じ易くなるという問題がある。そのため、単線スチールワイヤからなるサイド補強層は実用化されていないのが現状である。

特開２０１１−８４２２１号公報特開２０１１−２０７２７６号公報特開２０１３−３５３６２号公報特開２０１２−１１８０８号公報

本発明の目的は、タイヤ耐久性能を良好に維持しながら転がり抵抗の低減を可能にした空気入りラジアルタイヤを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の空気入りラジアルタイヤは、ビード部からサイドウォール部までの領域内に、複数本の単線スチールワイヤを引き揃えてゴム中に埋設してなるサイド補強層を配設した空気入りラジアルタイヤにおいて、前記単線スチールワイヤを偏平形状とし、前記単線スチールワイヤの偏平率を４０％〜７０％とし、前記単線スチールワイヤの長径を０．８０ｍｍ以下とし、前記単線スチールワイヤの平均間隔を０．６０ｍｍ以上とし、各単線スチールワイヤの座屈荷重と前記サイド補強層の単位面積当たりのワイヤ質量との積を４００Ｎ・ｋｇ／ｍ²以上としたことを特徴とするものである。

本発明では、サイド補強層の補強線材として単線スチールワイヤを採用するにあたって、単線スチールワイヤを偏平形状とし、単線スチールワイヤの偏平率、単線スチールワイヤの長径、単線スチールワイヤの平均間隔及び各単線スチールワイヤの座屈荷重とサイド補強層の単位面積当たりのワイヤ質量との積をそれぞれ特定の範囲に規定することにより、サイド補強層を構成する単線スチールワイヤが折損するのを効果的に防止し、かつサイド補強層において単線スチールワイヤとコートゴムとの間にセパレーションを生じるのを効果的に防止することができる。その結果、タイヤ耐久性能を良好に維持しながら、単線スチールワイヤの使用によりサイド補強層におけるコートゴムの使用量を減らして空気入りラジアルタイヤの転がり抵抗を低減することができる。

単線スチールワイヤの引張強度Ｔ（ＭＰａ）はその長径ｄ₁（ｍｍ）に対してＴ≧３８７０−２０００ｄ₁の関係を満足することが好ましい。このような高強度の単線スチールワイヤは耐疲労性に優れているためタイヤ耐久性能を向上することができる。

単線スチールワイヤはその長径方向がサイド補強層の面方向に沿うように配置することが好ましい。これにより、サイド補強層を構成する単線スチールワイヤが折損するのを効果的に防止すると共に、サイド補強層を可及的に薄くして空気入りラジアルタイヤの転がり抵抗を効果的に低減することができる。

本発明の実施形態からなる空気入りラジアルタイヤを示す子午線半断面図である。図１の空気入りラジアルタイヤのサイド補強層を抽出して示す側面図である。図１の空気入りラジアルタイヤのサイド補強層を示す断面図である。本発明でサイド補強層に使用される単線スチールワイヤを示す断面図である。本発明でサイド補強層に使用される単線スチールワイヤを示す断面図である。座屈荷重の測定に使用される単線スチールワイヤの試験片を示す平面図である。座屈荷重の測定に使用される単線スチールワイヤの試験片及び測定装置を示す側面図である。

以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実施形態からなる空気入りラジアルタイヤを示し、図２〜図３はそのサイド補強層を示し、図４〜図５は本発明でサイド補強層に使用される単線スチールワイヤを示すものである。

図１において、本実施形態の空気入りタイヤは、タイヤ周方向に延在して環状をなすトレッド部１と、トレッド部１の両側に配置された一対のサイドウォール部２と、サイドウォール部２のタイヤ径方向内側に配置された一対のビード部３とを備えている。一対のビード部３，３間にはカーカス層４が装架されている。このカーカス層４は、タイヤ径方向に延びる複数本の補強コードを含み、各ビード部３に配置されたビードコア５の廻りにタイヤ内側から外側に折り返されている。カーカス層４の補強コードとして、好ましくはポリエステル等の有機繊維コードが使用される。ビードコア５の外周上にはビードフィラー６が配置され、このビードフィラー６がカーカス層４の本体部分と折り返し部分により包み込まれている。

また、図１〜図３に示すように、ビード部３からサイドウォール部２までの領域内には、後述する複数本の単線スチールワイヤ１０を引き揃えてゴム中に埋設してなるサイド補強層７がタイヤ全周にわたって埋設されている。サイド補強層７において、単線スチールワイヤ１０のタイヤ周方向に対する傾斜角度は例えば１０°〜６０°の範囲、好ましくは、１５°〜３５°の範囲に設定されている。サイド補強層７における単線スチールワイヤ１０の傾斜角度は、必要とされる操縦安定性等の走行性能に応じて適宜設定することができ、その傾斜角度を大きくすることにより操縦安定性を高めることができる。

一方、トレッド部１におけるカーカス層４の外周側には複数層のベルト層８が埋設されている。これらベルト層８はタイヤ周方向に対して傾斜する複数本の補強コードを含み、かつ層間で補強コードが互いに交差するように配置されている。ベルト層８において、補強コードのタイヤ周方向に対する傾斜角度は例えば１０°〜４０°の範囲に設定されている。ベルト層８の補強コードとして、好ましくはスチールコードが使用される。

ベルト層８の外周側には、高速耐久性の向上を目的として、補強コードをタイヤ周方向に対して５°以下の角度で配列してなる少なくとも１層のベルトカバー層９が配置されている。このベルトカバー層９は少なくとも１本の補強コードを引き揃えてゴム被覆してなるストリップ材をタイヤ周方向に連続的に巻回したジョイントレス構造とすることが望ましい。また、ベルトカバー層９は図示のようにベルト層８の幅方向の全域を覆うように配置しても良く、或いは、ベルト層８の幅方向外側のエッジ部のみを覆うように配置しても良い。ベルトカバー層９の補強コードとして、好ましくはナイロンやアラミド等の有機繊維コードが使用される。

上記空気入りラジアルタイヤにおいて、図４及び図５に示すように、サイド補強層７を構成する単線スチールワイヤ１０は横断面において偏平形状を有している。より具体的には、図４において、単線スチールワイヤ１０は一対の対向する平面と一対の対向する湾曲面とからなる偏平形状を有している。このような単線スチールワイヤ１０は円形断面を有するスチールワイヤを両側から押圧することで容易に成形することができる。図５においては、単線スチールワイヤ１０が横断面において楕円形又は長円形をなしている。いずれの場合も、単線スチールワイヤ１０の横断面において最も広い部位の寸法が長径ｄ₁であり、最も狭い部位の寸法が短径ｄ₂である。そして、単線スチールワイヤ１０の偏平率はｄ₂／ｄ₁×１００％である。

単線スチールワイヤ１０の偏平率は４０％〜７０％の範囲に設定され、単線スチールワイヤ１０の長径ｄ₁は０．８０ｍｍ以下の範囲に設定され、単線スチールワイヤ１０の平均間隔は０．６０ｍｍ以上の範囲に設定され、各単線スチールワイヤ１０の座屈荷重とサイド補強層７の単位面積当たりのワイヤ質量との積は４００Ｎ・ｋｇ／ｍ²以上の範囲に設定されている。

上述した空気入りラジアルタイヤでは、サイド補強層７の補強線材として単線スチールワイヤ１０を採用するにあたって、単線スチールワイヤ１０を偏平形状とし、単線スチールワイヤ１０の偏平率、単線スチールワイヤ１０の長径ｄ₁、単線スチールワイヤ１０の平均間隔及び各単線スチールワイヤ１０の座屈荷重とサイド補強層７の単位面積当たりのワイヤ質量との積をそれぞれ特定の範囲に規定することにより、サイド補強層７を構成する単線スチールワイヤ１０が折損するのを効果的に防止し、かつサイド補強層７において単線スチールワイヤ１０とコートゴムとの間にセパレーションを生じるのを効果的に防止することができる。その結果、タイヤ耐久性能を良好に維持しながら、サイド補強層７を薄くして空気入りラジアルタイヤの転がり抵抗を低減することができる。

ここで、単線スチールワイヤ１０の偏平率が４０％未満であると単線スチールワイヤ１０の耐疲労性が低下して単線スチールワイヤ１０が折損し易くなり、逆に７０％を超えると単線スチールワイヤ１０の真直性（サイド補強層７となる部材の平坦性）が悪化し、成形精度の低下によってタイヤ耐久性能が低下する。

また、単線スチールワイヤ１０の長径ｄ₁が０．８０ｍｍを超えると単線スチールワイヤ１０の耐疲労性が低下して単線スチールワイヤ１０が折損し易くなる。単線スチールワイヤ１０の長径ｄ₁の下限値は０．２８ｍｍとするのが良い。

更に、単線スチールワイヤ１０の平均間隔が０．６０ｍｍ未満であるとサイド補強層７においてセパレーションを生じ易くなる。単線スチールワイヤ１０の平均間隔の上限値は１．３０ｍｍとするのが良い。単線スチールワイヤ１０の平均間隔は、単線スチールワイヤ１０と直交する方向に沿って測定されるサイド補強層７の幅５０ｍｍに含まれる単線スチールワイヤ１０の本数ｎ及び長径ｄ₁（ｍｍ）から算出される。つまり、（５０−ｎ×ｄ₁）／ｎの式から単線スチールワイヤ１０の平均間隔を求めることができる。

更に、各単線スチールワイヤ１０の座屈荷重とサイド補強層７の単位面積当たりのワイヤ質量との積が４００Ｎ・ｋｇ／ｍ²未満であるとサイド補強層７が座屈し易くなり、単線スチールワイヤ１０が折損し易くなる。但し、サイド補強層７が過度に強直であると乗り心地を損なうことになるので、上記積の上限値は１０００Ｎ・ｋｇ／ｍ²とするのが良い。単線スチールワイヤ１０の座屈荷重（Ｎ）の測定方法は、以下の通りである。即ち、図６及び図７に示すように、単線スチールワイヤ１０をコートゴムの中央部に埋め込んで加硫された試験片２１（高さ２０ｍｍ、幅１０ｍｍ、奥行き１０ｍｍ）を用意し、その試験片２１を土台２２と可動体２３との間に配置し、上下方向から試験片２１に対して圧縮荷重Ｆを負荷し、単線スチールワイヤ１０が座屈するまでの最大荷重Ｆｍａｘを測定する。このような測定を１０個の試験片について行ない、その測定値の平均値を求め、これを座屈荷重とする。一方、サイド補強層７の単位面積当たりのワイヤ質量（ｋｇ／ｍ²）は、シート状に広がるサイド補強層７の単位面積内に存在する単線スチールワイヤ１０の総質量であり、例えば、サイド補強層７における単線スチールワイヤ１０の打ち込み密度（本／５０ｍｍ）と単線スチールワイヤ１０の単位長さ当たりの質量（ｇ／ｍ）とから算出することができる。

なお、サイド補強層７における単線スチールワイヤ１０の打ち込み密度は１５本／５０ｍｍ〜３５本／５０ｍｍであると良い。この打ち込み密度が１５本／５０ｍｍ未満であるとサイド補強層７の剛性を十分に確保することが難しくなり、逆に３５本／５０ｍｍを超えると単線スチールワイヤ１０の相互間隔が狭くなり、タイヤ耐久性能が悪化することになる。

上記空気入りラジアルタイヤにおいて、サイド補強層７を構成する単線スチールワイヤ１０の引張強度Ｔ（ＭＰａ）はその素線径ｄ₁（ｍｍ）に対してＴ≧３８７０−２０００ｄ₁の関係を満足するのが良い。このような高強度の単線スチールワイヤ１０は耐疲労性に優れているため、その折損を生じ難くなり、タイヤ耐久性能を向上することができる。ここで、単線スチールワイヤ１０の引張強度Ｔが３８７０−２０００ｄ（ＭＰａ）未満であると耐疲労性の改善効果が低下することになる。引張強度Ｔの上限値は、コード生産性とコード靱性を良好に維持するために、４２００ＭＰａとすると良い。

上記空気入りラジアルタイヤにおいては、図３に示すように、サイド補強層７を構成する単線スチールワイヤ１０はその長径方向がサイド補強層７の面方向に沿うように配置されることが望ましい。これにより、サイド補強層７を構成する単線スチールワイヤ１０が折損するのを効果的に防止すると共に、サイド補強層７を可及的に薄くして空気入りラジアルタイヤの転がり抵抗を効果的に低減することができる。

タイヤサイズ１９５／６５Ｒ１５で、ビード部からサイドウォール部までの領域内に、複数本の単線スチールワイヤを引き揃えてゴム中に埋設してなるサイド補強層を配設した空気入りラジアルタイヤにおいて、サイド補強層の補強線材だけを種々異ならせ、その補強線材の構造、偏平率、長径ｄ₁、引張強度Ｔ、打ち込み密度、平均間隔、座屈荷重、単位長さ当たりの質量、座屈荷重×ワイヤ質量を表１のように設定した従来例１、実施例１〜３及び比較例１〜５のタイヤを製作した。

従来例１のタイヤは、サイド補強層の補強線材として、２本のコアフィラメントの周りに２本のシースフィラメントを撚り合わせた２＋２構造のスチールコードを用いたものである。一方、実施例１〜３及び比較例１〜５のタイヤは、サイド補強層の補強線材として、単線スチールワイヤを用いたものである。サイド補強層を構成する補強線材のタイヤ周方向に対する傾斜角度は２０°とし、サイド補強層のタイヤ径方向の寸法は４０ｍｍとした。このようなサイド補強層をその下端がビードコアに当接するようにビード部からサイドウォール部までの領域に配置した。

これら試験タイヤについて、下記の評価方法により、転がり抵抗及びタイヤ耐久性能を評価し、その結果を表１に併せて示した。

転がり抵抗：
各試験タイヤをリム組みして空気圧２３０ｋＰａに設定し、速度８０ｋｍ／ｈ、負荷荷重６．１５ｋＮの条件で試験タイヤの転がり抵抗を測定した。評価結果は、従来例１を１００とする指数にて示した。この指数値が小さいほど転がり抵抗が少ないことを意味する。

タイヤ耐久性能：
各試験タイヤをリムサイズ１５×６ＪＪのホイールに組み付けて空気圧を１２０ｋＰａに設定し、直径１７０７ｍｍのドラム上で、負荷荷重６ｋＮ、速度８１ｋｍ／ｈの条件で１００００ｋｍの走行試験を実施した。走行後、各試験タイヤを解体し、サイド補強層におけるワイヤ折れの有無を確認すると共に、サイド補強層内で発生したセパレーションの長さを計測した。セパレーションの長さが５ｍｍ以下であれば良好である。

表１から判るように、実施例１〜３のタイヤは、従来例１との対比において、タイヤ耐久性能を良好に維持しながら転がり抵抗を低減することができた。これに対して、比較例１〜４のタイヤは、転がり抵抗の低減効果が認められるものの、タイヤ耐久性能が低下していた。特に、比較例１では各単線スチールワイヤの座屈荷重とサイド補強層の単位面積当たりのワイヤ質量との積が小さ過ぎるため、単線スチールワイヤに折れが発生していた。比較例２ではサイド補強層を構成する単線スチールワイヤの平均間隔が小さ過ぎるため、サイド補強層に大きなセパレーションが発生していた。比較例３ではサイド補強層を構成する単線スチールワイヤの長径ｄ₁が大き過ぎるため、単線スチールワイヤに折れが発生していた。比較例４ではサイド補強層を構成する単線スチールワイヤの偏平率が小さ過ぎるため、単線スチールワイヤに折れが発生していた。比較例５ではサイド補強層を構成する単線スチールワイヤの偏平率が大き過ぎるため、タイヤ耐久性能が全般的に悪化していた。

１トレッド部
２サイドウォール部
３ビード部
４カーカス層
５ビードコア
６ビードフィラー
７サイド補強層
８ベルト層
９ベルトカバー層
１０単線スチールワイヤ

Claims

ビード部からサイドウォール部までの領域内に、複数本の単線スチールワイヤを引き揃えてゴム中に埋設してなるサイド補強層を配設した空気入りラジアルタイヤにおいて、前記単線スチールワイヤを偏平形状とし、前記単線スチールワイヤの偏平率を４０％〜７０％とし、前記単線スチールワイヤの長径を０．８０ｍｍ以下とし、前記単線スチールワイヤの平均間隔を０．６０ｍｍ以上とし、各単線スチールワイヤの座屈荷重と前記サイド補強層の単位面積当たりのワイヤ質量との積を４００Ｎ・ｋｇ／ｍ²以上としたことを特徴とする空気入りラジアルタイヤ。
前記単線スチールワイヤの引張強度Ｔ（ＭＰａ）がその長径ｄ₁（ｍｍ）に対してＴ≧３８７０−２０００ｄ₁の関係を満足することを特徴とする請求項１に記載の空気入りラジアルタイヤ。
前記単線スチールワイヤをその長径方向が前記サイド補強層の面方向に沿うように配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の空気入りラジアルタイヤ。