JP6285267B2 - タイヤ - Google Patents
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Description
本発明はタイヤに関し、詳しくは、トレッド部の補強構造の改良に係るタイヤに関する。
一般に、タイヤ、特に、トラックやバス等の重荷重車両に使用される重荷重用タイヤは、内圧による径成長を抑制するため、および、トレッド部の保護のために、複数枚のベルト層が配置された構造を有している。
トレッド部の補強構造に係る従来技術としては、例えば、２層の交錯ベルト層を、コードがタイヤ赤道面に対し１０〜３０°の傾斜角度で互いに逆向きに交差するよう配置するとともに、さらに、交錯ベルト層のコード角度よりも５°以上高角度となるコード角度で、高角度ベルト層を配置する技術が知られている（特許文献１参照）。このような積層ベルト構造においては、交錯ベルト層に対しタイヤ周方向に引張りが加わった際に、高角度ベルト層のコードにより交錯ベルト層のコードの動きを抑制して、交錯ベルト層のタイヤ幅方向の収縮を抑えることで、ベルトの周方向剛性を向上し、径成長を抑制する効果を得ることができる。
近年、環境に対する負荷低減の要請が高まっており、タイヤ軽量化の観点から、タイヤの構成材料の使用量の削減についても重要な課題となってきている。よって、ベルト構造の改良においても、タイヤ軽量化の要請と両立できることが重要となる。しかしながら、上記特許文献１に記載の技術は、近年の軽量化の要請を十分満足できるものではなかった。
また、高角度ベルト層に使用するスチール量を交錯ベルト層よりも少なくすることでタイヤの軽量化を図ることも考えられるが、スチール量の減少によりタイヤが径成長しやすくなる。したがって、タイヤを軽量化しつつ、径成長を防止し、タイヤ耐久性を向上させる必要があった。
そこで本発明の目的は、ベルト層に使用するスチール量を減らした場合でも十分な径成長の防止効果を確保できる技術を確立することで、タイヤ軽量化と高い耐久性とを両立したタイヤを提供することにある。
高角度ベルト層は、交錯ベルト層のタイヤ幅方向の収縮（ポアソン変形）を妨げることにより、タイヤ周方向剛性を高めている。本発明者は、この点に着目して鋭意検討した結果、高角度ベルト層のスチールコードの圧縮剛性を高くすることにより、高角度ベルト層のスチール量を少なくした場合でも交錯ベルト層の収縮の抑制効果が得られることを見出して、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、タイヤ赤道面に対し１０°〜３０°の角度で傾斜して延びるスチールコードのゴム引き層を、少なくとも一部の層間で、コード方向が互いに交差するよう配置してなる２層以上の交錯ベルト層と、該交錯ベルト層より５°以上大きな角度で傾斜して延びるスチールコードのゴム引き層からなる高角度ベルト層と、を備えるタイヤであって、
前記高角度ベルト層のスチールコードが、２本以上のコアフィラメントを並列に配置してなるコア部と、該コア部の周りに撚り合わされた複数本のシースフィラメントからなるシース部と、を含む層撚り構造を有するか、または、モノフィラメント若しくはモノフィラメントを束ねた束からなり、
前記高角度ベルト層に含まれる単位面積あたりのスチールコードの質量が、前記交錯ベルト層に含まれる単位面積あたりのスチールコードの質量の８５％以下であり、かつ、
前記高角度ベルト層のスチールコードの長手方向に直交する断面における単位面積当たりの圧縮剛性が、前記交錯ベルト層のスチールコードの長手方向に直交する断面における単位面積当たりの圧縮剛性より大きいことを特徴とするものである。
前記高角度ベルト層のスチールコードが、２本以上のコアフィラメントを並列に配置してなるコア部と、該コア部の周りに撚り合わされた複数本のシースフィラメントからなるシース部と、を含む層撚り構造を有するか、または、モノフィラメント若しくはモノフィラメントを束ねた束からなり、
前記高角度ベルト層に含まれる単位面積あたりのスチールコードの質量が、前記交錯ベルト層に含まれる単位面積あたりのスチールコードの質量の８５％以下であり、かつ、
前記高角度ベルト層のスチールコードの長手方向に直交する断面における単位面積当たりの圧縮剛性が、前記交錯ベルト層のスチールコードの長手方向に直交する断面における単位面積当たりの圧縮剛性より大きいことを特徴とするものである。
本発明においては、前記モノフィラメントの長手方向に直交する断面形状が扁平であることも好ましい。
本発明によれば、ベルト層に使用するスチール量を減らした場合でも十分な径成長の防止効果を確保できる技術を確立することができ、タイヤ軽量化と高い耐久性とを両立したタイヤを実現することが可能となった。
以下、本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。
図１は、本発明のタイヤの一構成例を示す幅方向断面図である。図示するタイヤ１０は、一対のビード部１１と、それに連なる一対のサイドウォール部１２と、両サイドウォール部１２間に跨るトレッド部１３とからなり、ビード部１１内にそれぞれ埋設された一対のビードコア１間にまたがってトロイド状に延在するカーカスプライ２を骨格とする。
図１は、本発明のタイヤの一構成例を示す幅方向断面図である。図示するタイヤ１０は、一対のビード部１１と、それに連なる一対のサイドウォール部１２と、両サイドウォール部１２間に跨るトレッド部１３とからなり、ビード部１１内にそれぞれ埋設された一対のビードコア１間にまたがってトロイド状に延在するカーカスプライ２を骨格とする。
本発明においては、カーカスプライ２のクラウン部のタイヤ半径方向外側に、高角度ベルト層３と、交錯ベルト層４とが配置されている。このうち交錯ベルト層４は、タイヤ赤道面に対し１０°〜３０°の角度で傾斜して延びるスチールコードのゴム引き層の２層以上からなり、例えば、２〜４層で設けることができ、図示する例では３層で設けられている。交錯ベルト層４は、少なくとも一部の層間で、コード方向が互いに交差するよう配置されている。一方、高角度ベルト層３は、交錯ベルト層４より５°以上大きな角度、例えば、タイヤ赤道面に対し４０°〜８０°で傾斜して延びるスチールコードのゴム引き層からなる。
本発明においては、高角度ベルト層３のスチールコードの長手方向に直交する断面における単位面積当たりの圧縮剛性が、交錯ベルト層４のスチールコードの長手方向に直交する断面における単位面積当たりの圧縮剛性より大きいことが必要である。高角度ベルト層３について、交錯ベルト層４より大きい圧縮剛性を有するスチールコードを用いたことで、高角度ベルト層３に使用するスチール量を減らして軽量化を図った場合でも、交錯ベルト層４のコードの動きを抑制する効果を補うことができ、結果として、径成長の防止効果を確保することができるものとなった。すなわち、ベルト層に対しタイヤ内圧による入力が入った際には、高角度ベルト層３のスチールコードは圧縮ないし曲げ変形するが、本発明においては、かかるスチールコードの圧縮剛性を交錯ベルト層対比大きく設定したことで、この圧縮ないし曲げ変形を抑制することができる。これにより、交錯ベルト層４の動きを抑制する効果が高くなって、タイヤ内圧による径成長を防止する効果を得ることができるものと考えられる。
ここで、本発明において、スチールコードの長手方向に直交する断面における単位面積当たりの圧縮剛性とは、スチールコードに対し、その長手方向に直交する方向に圧縮力を加えた際の剛性を意味する。本発明において、高角度ベルト層３のスチールコードの上記圧縮剛性は、交錯ベルト層４のスチールコードの上記圧縮剛性の、１００％より大きいことが必要であり、好適には１００％を超え２００％以下、より好適には１０５〜１６０％、さらに好適には１０５〜１１５％である。高角度ベルト層３のスチールコードの圧縮剛性を交錯ベルト層４対比で大きくしすぎると、高角度ベルト層３のコード端での歪が大きくなり、高角度ベルト層３の端部でセパレーションが発生して耐久性が低下するおそれがある。なお、本発明において、高角度ベルト層３および交錯ベルト層４のスチールコードの上記圧縮剛性の具体的な値については、特に制限はなく、常法に従い、タイヤサイズ等に応じて、適宜設定することができる。
本発明においては、高角度ベルト層３に含まれる単位面積あたりのスチールコードの質量を、交錯ベルト層４に含まれる単位面積あたりのスチールコードの質量の８５％以下とすることが必要であり、好適には４０〜８０％、より好適には５０〜８０％とする。高角度ベルト層３に含まれるスチール量を上記範囲まで減らしたことで、効果的にタイヤ軽量化を図ることが可能となった。一方、本発明においては、高角度ベルト層３に含まれるスチール量を上記範囲程度まで減らしても、上記スチールコードの圧縮剛性に係る条件との組合せにより、十分な径成長の防止効果を確保することができ、高い耐久性を有するタイヤとすることができる。
本発明において、高角度ベルト層３および交錯ベルト層４に含まれる単位面積あたりのスチールコードの具体的な質量については特に制限はない。スチール量の制御は、各層について使用するスチールコードの構造（フィラメントの線径や本数等）や打込み数を、上記コードの圧縮剛性の条件を満足する範囲で適宜選定することにより、行うことができる。
本発明において、各層に使用するスチールコードの具体的な構造については、特に制限はなく、各層について目的の物性値が得られる範囲で、常法に従い適宜選定することができる。特には、高角度ベルト層３については、２本以上のコアフィラメントを並列に配置してなるコア部と、その周りに撚り合わされた複数本のシースフィラメントからなるシース部と、を含む層撚り構造を有するスチールコードを使用することが好ましい。このようなコードでは、コア部が撚り構造を含まないため、圧縮剛性が高いものとなる。また、高角度ベルト層３については、モノフィラメントまたはモノフィラメントを束ねた束からなるスチールコードを使用することも好ましい。モノフィラメントは撚り構造を含まないので、この場合も、コードの圧縮剛性のロスを少なくすることができる。この場合、モノフィラメントの長手方向に直交する断面形状が扁平である扁平モノフィラメントを使用することも好ましい。扁平モノフィラメントを使用することにより、層内におけるスチールコード間の間隔が小さくなるので、内圧の入力によるスチールコード間のゴムの歪み変形を小さくすることができる。
なお、図示する例では、高角度ベルト層３および交錯ベルト層４は、この順に、タイヤ半径方向内側から積層配置されているが、本発明において、高角度ベルト層３および交錯ベルト層４の配置の順序は、これには限定されない。
本発明のタイヤにおいては、高角度ベルト層３と交錯ベルト層４との圧縮剛性およびスチール量の関係について、上記条件を満足するものであればよく、これにより、本発明の所期の効果を得ることができる。本発明においては、高角度ベルト層３および交錯ベルト層４以外のタイヤ構造や各構成部材の材質等については、特に制限されず、従来公知のもののうちから適宜選定することが可能である。
例えば、カーカスプライ２は、スチールコードをゴム被覆してなり、少なくとも１枚で配置することが必要であるが、２枚以上で配置してもよい。カーカスプライ２のタイヤ幅方向の両端部は、通常は図示するように、ビードコア１の周りに、タイヤ内側から外側に向かい折り返して係止される。
また、図示するタイヤにおいて、トレッド部１３の表面には適宜トレッドパターンが形成されており、最内層にはインナーライナー（図示せず）が形成されている。さらに、タイヤ内に充填する気体としては、通常のまたは酸素分圧を変えた空気、もしくは窒素等の不活性ガスを用いることができる。本発明のタイヤは、特に、トラック、バス等の重荷重車両に適用される重荷重用空気入りタイヤとして好適である。
以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
タイヤサイズ１１Ｒ２２．５にて、各実施例および比較例の重荷重用タイヤを作製した。カーカスプライのクラウン部タイヤ半径方向外側には、内層側から順次、タイヤ赤道面に対し、右５０°のコード角度の１層の高角度ベルト層と、右２０°、左２０°の２層の交錯ベルト層、および、左２０°のベルト層を配置した。高角度ベルト層および交錯ベルト層には、それぞれ下記の表中に示すコード構造のスチールコードを用いた。また、ベルト層には、交錯ベルト層と同様のスチールコードを用いた。
タイヤサイズ１１Ｒ２２．５にて、各実施例および比較例の重荷重用タイヤを作製した。カーカスプライのクラウン部タイヤ半径方向外側には、内層側から順次、タイヤ赤道面に対し、右５０°のコード角度の１層の高角度ベルト層と、右２０°、左２０°の２層の交錯ベルト層、および、左２０°のベルト層を配置した。高角度ベルト層および交錯ベルト層には、それぞれ下記の表中に示すコード構造のスチールコードを用いた。また、ベルト層には、交錯ベルト層と同様のスチールコードを用いた。
＜圧縮剛性（コード剛性）の評価＞
各ベルト層のスチールコードの長手方向に直交する断面における単位面積当たりの圧縮剛性は、以下のようにして評価した。図３に示すように、各ベルト層を構成するスチールコード２１を３０ｍｍの幅に１０本打ち込んだトリート２２を、コード中心間の間隔が３ｍｍになるように２枚平行に重ねて、コード長手方向に沿い、長さが２００ｍｍであるサンプル２０を作製した。このサンプル２０を、図４に示すように、サンプル２０の長手方向の中心部から２つの支点３１までの距離が同じとなるように配置し、ＪＩＳ Ｋ ７０７４に準拠した３点曲げ試験にて、支点３１間距離６０ｍｍで、垂直方向上方から下方に向かい、圧子３２で水平位置から０〜５ｍｍ押し込んだ際の反力を評価して、圧縮剛性とした。なお、支点半径は２．０ｍｍ、圧子半径は５．０ｍｍであった。
各ベルト層のスチールコードの長手方向に直交する断面における単位面積当たりの圧縮剛性は、以下のようにして評価した。図３に示すように、各ベルト層を構成するスチールコード２１を３０ｍｍの幅に１０本打ち込んだトリート２２を、コード中心間の間隔が３ｍｍになるように２枚平行に重ねて、コード長手方向に沿い、長さが２００ｍｍであるサンプル２０を作製した。このサンプル２０を、図４に示すように、サンプル２０の長手方向の中心部から２つの支点３１までの距離が同じとなるように配置し、ＪＩＳ Ｋ ７０７４に準拠した３点曲げ試験にて、支点３１間距離６０ｍｍで、垂直方向上方から下方に向かい、圧子３２で水平位置から０〜５ｍｍ押し込んだ際の反力を評価して、圧縮剛性とした。なお、支点半径は２．０ｍｍ、圧子半径は５．０ｍｍであった。
＜走行後における径成長の評価＞
得られた各供試タイヤに内圧９００ｋＰａを充填し、ドラム試験機にて速度６０ｋｍ／ｈで５０，０００ｋｍ走行させた後のタイヤの周長を測定した。各タイヤについて、ドラム走行前の内圧１００ｋＰａ充填時における周長から何％伸びたかを算出し、従来例を１００とする指数で示した。数値が小さいほど、走行後の形成長が小さく、良好である。
得られた各供試タイヤに内圧９００ｋＰａを充填し、ドラム試験機にて速度６０ｋｍ／ｈで５０，０００ｋｍ走行させた後のタイヤの周長を測定した。各タイヤについて、ドラム走行前の内圧１００ｋＰａ充填時における周長から何％伸びたかを算出し、従来例を１００とする指数で示した。数値が小さいほど、走行後の形成長が小さく、良好である。
これらの結果を、下記の表中に示す。
＊２）モノフィラメントにらせん型付けを施したもの
上記表１の結果から分かるように、高角度ベルト層のスチールコードの圧縮剛性を交錯ベルト層対比で高めることにより、ベルト層に使用するスチール量を減らしてタイヤ軽量化を図った場合でも、径成長を抑制して、タイヤ耐久性を確保できることが確かめられた。
１ ビードコア
２ カーカスプライ
３ 高角度ベルト層
４ 交錯ベルト層
１０ タイヤ
１１ ビード部
１２ サイドウォール部
１３ トレッド部
２０ サンプル
２１ スチールコード
２２ トリート
３１ 支点
３２ 圧子
２ カーカスプライ
３ 高角度ベルト層
４ 交錯ベルト層
１０ タイヤ
１１ ビード部
１２ サイドウォール部
１３ トレッド部
２０ サンプル
２１ スチールコード
２２ トリート
３１ 支点
３２ 圧子
Claims (2)
- タイヤ赤道面に対し１０°〜３０°の角度で傾斜して延びるスチールコードのゴム引き層を、少なくとも一部の層間で、コード方向が互いに交差するよう配置してなる２層以上の交錯ベルト層と、該交錯ベルト層より５°以上大きな角度で傾斜して延びるスチールコードのゴム引き層からなる高角度ベルト層と、を備えるタイヤであって、
前記高角度ベルト層のスチールコードが、２本以上のコアフィラメントを並列に配置してなるコア部と、該コア部の周りに撚り合わされた複数本のシースフィラメントからなるシース部と、を含む層撚り構造を有するか、または、モノフィラメント若しくはモノフィラメントを束ねた束からなり、
前記高角度ベルト層に含まれる単位面積あたりのスチールコードの質量が、前記交錯ベルト層に含まれる単位面積あたりのスチールコードの質量の８５％以下であり、かつ、
前記高角度ベルト層のスチールコードの長手方向に直交する断面における単位面積当たりの圧縮剛性が、前記交錯ベルト層のスチールコードの長手方向に直交する断面における単位面積当たりの圧縮剛性より大きいことを特徴とするタイヤ。 - 前記モノフィラメントの長手方向に直交する断面形状が扁平である請求項１記載のタイヤ。
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