JP6416686B2 - 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、耐カット性および高速耐久性を高度にバランスでき、かつ、製造時の作業性に優れた空気入りタイヤに関する。

近年、自動車の燃費を向上させるために、タイヤの軽量化に対する要求はますます高まってきている。従来、タイヤの軽量化を目的して、ベルトコードとして複数本のスチールフィラメントを撚り合わせた撚りコードではなく、スチールモノフィラメントを撚り合わせずにベルトコードとして用いる技術が知られており、このスチールモノフィラメントからなるベルト層を少なくとも２層、互いに交差するように配置した交差ベルトの開発がなされている。このようにベルトコードをモノフィラメント化した場合、ベルト層の薄肉化が可能になるため、タイヤの軽量化が可能になる。

しかしながら、スチールモノフィラメントからなるベルト層を用いた場合、ベルト面内における曲げ剛性（面内曲げ剛性）の低下をもたらし、タイヤの耐久性が低下してしまうという問題を有している。そこで、特許文献１では、不足した面内曲げ剛性を補うため、タイヤ周方向に対して、８０〜９０°の角度で埋設されたスチールコードからなるベルト補助層を設けた乗用車用空気入りラジアルタイヤが提案されている。特許文献１によれば、ベルト補助層を設けることで、ベルトコードの座屈を抑制して、モノフィラメント化により低下する曲げに対する疲労性を補うことができる。

特開２０１２−２５４６６８号公報

しかしながら、スチールコードからなるベルト補強層を設けると、スチールの使用量が増加し、タイヤの重量増加につながる。したがって、特許文献１に記載のタイヤでは、交差ベルトをスチールモノフィラメントからなるベルト層で構成することによるタイヤ軽量化の利点を十分に生かすことができず、タイヤの軽量化については必ずしも満足のいくものではないというのが現状である。

また、スチールモノフィラメントからなるベルト層においては、面内曲げ剛性を付与するためにベルト角度を周方向に対して高角度とすると、タイヤ周方向における剛性が低下してしまうため、耐カット性が低下してしまう場合があり、改善が必要である。また、タイヤの高性能化に伴い、高速走行時における耐久性についても改善が望まれている。さらに、タイヤの製造時における作業性についても改善が望まれている。

そこで、本発明の目的は、耐カット性および高速耐久性を高度にバランスでき、かつ、製造時の作業性に優れた空気入りタイヤを提供することにある。

本発明者は、上記課題を解消するために鋭意検討した結果、ベルト補強層の補強素子として有機繊維コードおよび所定のスチールモノフィラメントを用いることで、上記課題を解消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、カーカスのタイヤ径方向外側に、撚り合わされることなく引き揃えられた複数本のスチールモノフィラメントがゴム中に埋設されてなるベルト層が、層間で互いに交差するように少なくとも２層配置されてなる交差ベルトを備える空気入りタイヤにおいて、
前記交差ベルトのタイヤ径方向外側、タイヤ径方向内側、および交差ベルト層間のうち少なくとも一ヶ所に補強素子がゴム中に埋設されてなる少なくとも１層のベルト補強層を備え、
前記交差ベルトのスチールモノフィラメントのタイヤ周方向に対する角度が１５°以上であり、かつ、前記ベルト補強層の補強素子が、２次元または３次元で型付けされたスチールモノフィラメントと有機繊維コードとからなることを特徴とするものである。

本発明のタイヤにおいては、前記ベルト補強層の補強素子のうちスチールモノフィラメントの割合は１０〜８０％であることが好ましい。また、本発明のタイヤにおいては、前記ベルト補強層の有機繊維コードは、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、ナイロン、ポリケトンおよびアラミドからなる群から選ばれる少なくとも１種からなる有機繊維コードであることが好ましい。

本発明によれば、耐カット性および高速耐久性を高度にバランスでき、かつ、製造時の作業性に優れた空気入りタイヤを提供することができる。

本発明の一好適な実施の形態に係る空気入りタイヤの幅方向断面図である。 本発明の一好適な実施の形態に係る空気入りタイヤのベルト層およびベルト補強層の関係を示す概略平面図である。 本発明の一好適な実施の形態に係る空気入りタイヤの交差ベルトおよびベルト補強層のタイヤ幅方向断面図である。

以下、本発明の空気入りタイヤについて、図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の一好適な実施の形態に係る空気入りタイヤの幅方向断面図である。本発明のタイヤ１０は、図示するように、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プライからなるカーカス４により補強されている。

本発明のタイヤ１０においては、カーカス４のクラウン領域のタイヤ径方向外側に、少なくとも２層（図示例では２層）、好ましくは２層の第１ベルト層５ａと第２ベルト層５ｂとからなるベルトが配設されている。この第１ベルト層５ａと第２ベルト層５ｂは、撚り合わされることなくタイヤ幅方向に並列に引き揃えられた複数本のスチールモノフィラメントがゴム中に埋設されてなり、第１ベルト層５ａと第２ベルト層５ｂは、層間で互いに交差するように配置されて、交差ベルト５を形成している。

本発明のタイヤ１０においては、交差ベルト５のスチールモノフィラメントのタイヤ周方向に対する角度が１５°以上である。タイヤ周方向に対してスチールモノフィラメントを１５°以上で配置することで、交差ベルト５に面内曲げ剛性を確保しており、タイヤ１０の耐久性を維持している。好ましくは、スチールモノフィラメントのタイヤ周方向に対する角度は３５°以上、より好ましくは４５°以上である。

また、本発明のタイヤ１０は、交差ベルト５のタイヤ径方向外側、タイヤ径方向内側、および交差ベルト層間のうち少なくとも１カ所（図示例では、交差ベルト５のタイヤ径方向外側）にベルト補強層６を有している。ベルト補強層６の補強素子の角度は、その目的が不足するタイヤ周方向の引張剛性を補うことであるため、タイヤ周方向に対して０°〜１０°であることが好ましい。図２は、本発明の一好適な実施の形態に係る空気入りタイヤのベルト層およびベルト補強層の関係を示す概略平面図であり、（ａ）は、ベルト補強層６が交差ベルト５のタイヤ径方向外側に、（ｂ）は、ベルト補強層６が交差ベルト５のタイヤ径方向内側に、（ｃ）は、ベルト補強層６が交差ベルト層５ａ、５ｂ間に配置されている。

本発明のタイヤ１０においては、ベルト補強層６の補強素子が、２次元または３次元で型付けされたスチールモノフィラメントと有機繊維コードとからなる。スチールモノフィラメントを補強素子として用いることで、スチールの撚りコードを用いる場合よりもベルト補強層を薄くすることができ、軽量化を図ることができる。また、ベルト補強層６の補強素子として有機繊維コードのみを用いると、軽量性には優れるものの、ベルト補強層を交差ベルト５のタイヤ径方向外側に配置した場合、耐カット性に劣る。一方、ベルト補強層６の補強素子としてスチールモノフィラメントのみを用いると、耐カット性には優れるものの、有機繊維コードを用いた場合と比較して軽量性に劣る。そこで、本発明のタイヤ１０においては、ベルト補強層６の補強素子としてスチールモノフィラメントと有機繊維コードを用いている。

さらに、ベルト補強層６のスチールモノフィラメントはガラス転移温度を有していないため、高速走行時において、タイヤが高温になった場合であっても、十分にタイヤの迫り出しを抑制することができる。そのため、高速耐久性も向上する。さらにまた、ベルト補強層６の補強素子として有機繊維コードのみを用いると、ベルトトリートの曲げ剛性が不足するため才断が困難であるが、スチールモノフィラメントを含めることで、ベルトトリートの曲げ剛性が大きくなり、その結果、才断作業の作業性が改善される。

また、本発明のタイヤ１０においては、ベルト補強層６の補強素子であるスチールモノフィラメントは２次元または３次元型付けがなされている。したがって、タイヤを成型する際の拡張に対して追従可能になるため、製造上の問題も生じない。このような効果をバランスよく得るためには、ベルト補強層６の補強素子のうちスチールモノフィラメントの割合は１０〜８０％であることが好ましい。型付けの種類としては、２次元型付けとしては、ジグザグ形状や波型型付けが挙げられ、３次元型付けとしては、螺旋型付けが挙げられる。

本発明のタイヤ１０においては、ベルト補強層６を構成する補強素子は、タイヤ周方向における引張剛性の確保が目的であるので、ベルト補強層を構成する有機繊維コードとしては、高弾性の有機繊維からなるコードを用いることが好ましい。有機繊維コードとしては、芳香族ポリアミド（アラミド）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、レーヨン、ザイロン（登録商標）（ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）繊維）、脂肪族ポリアミド（ナイロン）、ポリケトン等の有機繊維を少なくとも一種からなるものを用いることができる。

図３に、本発明の一好適な実施の形態に係る空気入りタイヤの交差ベルトおよびベルト補強層のタイヤ幅方向断面図を示す。本発明のタイヤ１０においては、ベルト層（図示例では第１ベルト層５ａ、第２ベルト層５ｂ）の厚さをＳ（ｍｍ）、スチールモノフィラメント７の径をｓ（ｍｍ）、ベルト補強層６の厚さをＴ（ｍｍ）、補強素子８の径をｔ（ｍｍ）としたとき（図３参照）、下記式（１）、
１．２４＜（Ｔ＋Ｓ）／（ｔ＋ｓ）＜３．６３ （１）
で表される関係を満足することが好ましい。ここで、Ｔ＝０．５〜２．０、ｔ＝０．２ｍ〜１．８、Ｓ＝０．６６〜１．２、ｓ＝０．１２〜０．４５である。（Ｔ＋Ｓ）／（ｔ＋ｓ）を１．２５以上とすることで、層間ゲージを保ち、ベルト幅方向端部のコード端を起点としたゴム剥離が容易に隣接コード間に伝播するベルトエッジセパレーション（ＢＥＳ）を良好に防止することができる。一方、３．６３未満とすることでゴムの使用量を低減し、耐ＢＥＳ性と軽量性を両立させることができる。

本発明のタイヤ１０においては、少なくとも２層のベルト層の層間ゴムゲージ（図示例では第１ベルト層５ａ、第２ベルト層５ｂのゴムゲージ）をｈ１、ベルト層とベルト補強層との層間ゴムゲージ（図示例では第２ベルト層５ｂとベルト補強層６とのゴムゲージ）をｈ２としたとき、下記式（２）、
ｈ１＞ｈ２ （２）
で表される関係を満足することが好ましい。

本発明のタイヤ１０においては、交差ベルト５をタイヤ周方向に対して高角度とすると、面内曲げ剛性が高くなる。そのため、コーナリング時等には高い接地性を確保できる。しかし、コーナリング限界時にはタイヤ横力に耐えられず、ベルトバックリングを起こす。その際、ｈ１のゲージがｈ２より薄くなると、ベルト面外曲げ剛性が低下し、ベルトバックリング曲率が大きくなる。その結果、交差ベルト５の耐久性が低下してしまう可能性がある。そこで、交差する第１ベルト層５ａ、第２ベルト層５ｂ間のゴムゲージをベルト補強層６と第２ベルト層間のゴムゲージよりも大きくすることで、耐疲労性を向上させることができる。また、交差ベルト５は面内曲げ剛性が高いため、コーナリング中に発生するせん断歪みは交差ベルト層間に集中し、ベルト層とベルト補強層間のせん断歪みは小さい。そこでｈ２をｈ１より薄くすることができ、タイヤ軽量化が可能になる。

さらに、本発明のタイヤ１０においては、交差ベルト５のスチールフィラメントの打込み本数が２６〜１００本／５０ｍｍであるであることが好ましい。スチールモノフィラメントの打込み本数を２６本／５０ｍｍ以上とすれば、十分な面内曲げ剛性を確保することができる。また、スチールモノフィラメントの打込み本数を１００本／５０ｍｍ以下とすることで、ベルト幅方向端部のコード端を起点としたゴム剥離が容易に隣接コード間に伝播するＢＥＳを抑制する耐ＢＥＳ効果を発揮することができる。これらのバランスを良好に保つことができる好適な範囲は、４０〜５５本／５０ｍｍである。

さらにまた、本発明のタイヤ１０においては、ベルト補強層６の幅は、トレッド幅の６０％以上であることが好ましい。ベルト補強層６の幅をトレッド幅の６０％以上とすることで、タイヤ周方向の引張剛性を効果的に向上させることができる。好ましくは、ベルト補強層６をトレッド幅の全幅に配置する。なお、トレッド幅とは、タイヤを正規リムに装着し、正規内圧を充填し、静止した状態で平板に対し垂直に置き、正規荷重を加えたときのタイヤ接地面のタイヤ軸方向の最大幅をいう。

また、図１に示すタイヤのベルト補強層６はトレッド幅全幅を覆っているが（いわゆる、キャップ構造）、交差ベルト５の幅方向両端部のみを覆う構造としてもよい（いわゆる、レイヤー構造）。また、第１のベルト補強層を少なくとも交差ベルト５の幅方向中央を覆うように設け、第２のベルト補強層で交差ベルト５の幅方向両端部を覆うように設けてもよい（キャップ・レイヤー構造）。この場合、第１のベルト補強層近傍まで、または、重なるまで連続的にまたは断続的に第２のベルト補強層を設けてもよい。また、ベルト補強層６は、トレッドの形状に応じ、トレッドに設けられた溝下については、補強素子を、間隔を開けて配置してもよい。

さらに、本発明のタイヤ１０においては、交差ベルト５を構成するスチールモノフィラメント７の線径は０．１２〜０．４５ｍｍであることが好ましい。スチールモノフィラメント７の線径を０．１２ｍｍ以上とすることで、交差ベルト５の面内曲げ剛性を十分に確保することがでる。一方、スチールモノフィラメント７の線径を０．４５ｍｍ以下とすることで、ベルト層の厚みの増加を防止することができ、ベルト層の面内曲げ剛性と軽量化とを両立させることができる。より好ましくは、０．２５〜０．３５ｍｍである。

また、本発明のタイヤ１０においては、第１ベルト層５ａと第２ベルト層５ｂを構成するスチールモノフィラメントは、タイヤ周方向に対して対称の角度であることが好ましい。かかる構成とすることで、タイヤの生産性が向上し、また、応力を均等に分担することができるため、タイヤの耐久性の観点からも好ましい。

本発明のタイヤ１０においては、カーカス４の補強素子およびベルト補強層６の補強素子の打込み本数は２０〜８０本／５０ｍｍであることが好ましい。打込み本数を２０本／５０ｍｍ以上とすることで、タイヤ周方向の引張剛性を十分に確保することができる。また、打込み本数を８０本／５０ｍｍ以下とすることで、タイヤ周方向の引張剛性と耐ＢＥＳ性を両立させることができる。また、カーカス４は、通常、タイヤ赤道面に対して７０°〜９０°のコード角度で配列した複数本の有機繊維コードからなる少なくとも１層（図示例においては１層）のカーカスプライからなるが、これに限られるものではなく２層以上のカーカスプライからなっていてもよい。カーカス４の補強素子としては有機繊維コードを用いることができ、有機繊維コードは、片撚りコード、双撚りコード、または３本以上の複数本撚りコードとすることができる。

本発明のタイヤ１０は、上記構成を満足することのみが重要であり、その他の構造については、既知の構造を採用することができる。例えば、図示するように、本発明のタイヤの一対のビード部３にはそれぞれビードコア９が埋設され、カーカス４は、このビードコア９の周りにタイヤ内側から外側に折り返して係止されているが、ビードコア９に巻き付けて係止してもよく、また、両側からビードワイヤで挟み込んで係止してもよく（図示せず）、いずれの固定方法を用いてもよい。

さらに、本発明のタイヤ１０においては、トレッド部１の表面には適宜トレッドパターンが形成されていてもよく、最内層にはインナーライナー（図示せず）が形成されていてもよい。さらに、本発明のタイヤ１０において、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、乗用車用空気入りタイヤに好適である。

以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
＜実施例１〜１３、比較例１，２＞
図１に示すタイプのタイヤを、タイヤサイズ：１４５／６５Ｒ１５にて作製した。交差ベルトを構成するスチールフィラメントの線径は０．３０ｍｍ、タイヤ周方向に対する角度は３０°、打込み本数は４５本／５０ｍｍとした。ベルト補強層の材質、打込み本数、型付けの種類は、下記表１〜３に示すとおりである。なお、ベルト補強層のタイヤ周方向に対する角度はタイヤ周方向に対して略平行とした。また、ベルト補強層に用いられるスチールモノフィラメントの線径は０．３０ｍｍとし、有機繊維の構造は２２００ｄｔｅｘ／２とした。得られた各タイヤにつき、耐カット性、高速耐久性および才断作業性の評価を、下記の手順に従って行った。

＜耐カット性＞
得られたタイヤをＪＡＴＭＡで規定するリムに組み付け、正規荷重の２倍の荷重、かつ、ドラムの表面に突起をつけた室内ドラム試験をおこない、タイヤ破壊までの距離にて評価を行った。比較例１タイヤを基準（指数：１００）とした場合、１００〜１１０の場合を○、１１０超の場合を◎とした。結果を表１〜３に併記する。

＜高速耐久性＞
得られたタイヤをＪＡＴＭＡで規定するリムに組み付け、適正内圧を充填し、適正荷重を負荷して、ドラム試験機で、速度１２０ｋｍ／ｈからスタートし、２０分毎に速度を１０ｋｍ／ｈずつステップアップさせながら走行させて、故障発生時の速度を測定することにより、高速耐久性を評価した。比較例１のタイヤを基準として、同等の場合を○、優れている場合を◎とした。結果を表１〜３に併記する。

＜才断作業性＞
比較例１のタイヤの製造時におけるベルト補強層の才断の作業性を基準として、作業性が劣る場合を△、作業性が同等の場合を〇とした。結果を表１〜３に併記する。

上記表１〜３より、本発明のタイヤは、耐カット性および高速耐久性を高度にバランスでき、かつ、製造時の作業性に優れていることがわかる。

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
５ 交差ベルト
５ａ 第１ベルト層
５ｂ 第２ベルト層
６ ベルト補強層
７ スチールフィラメント
８ 補強素子
９ ビードフィラー
１０ 空気入りタイヤ（タイヤ）

Claims (3)

1. カーカスのタイヤ径方向外側に、撚り合わされることなく引き揃えられた複数本のスチールモノフィラメントがゴム中に埋設されてなるベルト層が、層間で互いに交差するように少なくとも２層配置されてなる交差ベルトを備える空気入りタイヤにおいて、
   前記交差ベルトのタイヤ径方向外側、タイヤ径方向内側、および交差ベルト層間のうち少なくとも一ヶ所に補強素子がゴム中に埋設されてなる少なくとも１層のベルト補強層を備え、
   前記交差ベルトのスチールモノフィラメントのタイヤ周方向に対する角度が１５°以上であり、かつ、前記ベルト補強層の補強素子が、２次元または３次元で型付けされたスチールモノフィラメントと有機繊維コードとからなることを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記ベルト補強層の補強素子のうちスチールモノフィラメントの割合が１０〜８０％である請求項１記載の空気入りタイヤ。
3. 前記ベルト補強層の有機繊維コードが、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、ナイロン、ポリケトンおよびアラミドからなる群から選ばれる少なくとも１種からなる有機繊維コードである請求項１または２記載の空気入りタイヤ。
   

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