JPWO2019116841A1 - タイヤ用補強部材およびこれを用いたタイヤ - Google Patents

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Abstract

補強コードの剛性と疲労耐久性とを両立させたタイヤ用補強部材およびこれを用いたタイヤを提供する。補強コード101が1本または複数本で並列に引き揃えられてゴムにより被覆されてなるゴム−コード複合体を用いたタイヤ用補強部材100である。補強コードが、複数本の炭素繊維フィラメントを撚り合わせた下撚りコードの複数本を、さらに撚り合わせた上撚りコードからなる複撚り構造を有する炭素繊維コードからなり、炭素繊維コードの上撚り係数Z1=a×√(0.125×c/C)/1000が0.01〜1.0であり、下撚り係数Z2=b×√(0.125×d/C)/1000が0.01〜1.0であり、補強コード間のコード長手方向に直交する方向におけるコード間隔Yが0.1〜5mmの範囲である。

Description

本発明は、タイヤ用補強部材(以下、単に「補強部材」とも称する)およびこれを用いたタイヤの改良に関する。
従来より、タイヤの補強部材に関しては、種々検討がなされてきている。例えば、乗用車用タイヤの補強部材であるベルトの構造としては、タイヤの骨格部材となるカーカスのクラウン部タイヤ半径方向外側に、補強コードのコード方向が互いに交錯する2層以上のベルト交錯層を配設した構造が一般的である。これ以外にも、ベルトの構造として、上下2層のベルト層を補強コードを互いに交差するように配置するとともに、補強コードをベルト層端部で折り返して、一方から他方のベルト層に延在する螺旋巻き構造とする形態も知られている。
このような構造として、例えば、特許文献1には、トレッド部のカーカス層外周側に補強コードを配列した複数のベルト層を埋設し、上下2層のベルト層を、その有機繊維からなる補強コードを互いに交差するように配置すると共に、その補強コードをベルト層端部で折り返して一方から他方のベルト層に延在する螺旋巻き構造に構成し、上下2層のベルト層間にスチールコードからなる補強コードを配列したベルト層を介設すると共に、このベルト層の補強コードのタイヤ周方向に対する配向角度αを45〜65°にした空気入りラジアルタイヤが開示されている。
特開平10−109502号公報
タイヤの補強部材に用いる補強コードとしては、特許文献1に開示されているように、有機繊維コードやスチールコードなどが一般的に使用されている。これに対し、タイヤ性能の向上を図るためには補強コードの高剛性化が必要となるが、既存の材料ではコードの太径化が必要であり、これに伴い重量増や耐久性の悪化が生ずるため、これらは背反性能となる。
また、補強コードに炭素繊維等の高剛性繊維を用いることで、コードを太径化せずに高剛性化を行うことも考えられる。しかしながら、高剛性繊維は一般に疲労耐久性が悪いことから、耐久性の面で課題があり、高剛性と高疲労耐久性との両立は困難であった。
そこで本発明の目的は、補強コードの剛性と疲労耐久性とを両立させたタイヤ用補強部材およびこれを用いた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、タイヤ用補強部材に用いる補強コードとして、所定の撚り構造および撚り係数を有する複撚り構造の炭素繊維コードを用いるとともに、タイヤ用補強部材内におけるコード間隔を所定に規定することで、上記課題を解決できることを見出した。
すなわち、本発明のタイヤ用補強部材は、補強コードが1本または複数本で並列に引き揃えられてゴムにより被覆されてなるゴム−コード複合体を用いたタイヤ用補強部材であって、
前記補強コードが、複数本の炭素繊維フィラメントを撚り合わせた下撚りコードの複数本を、さらに撚り合わせた上撚りコードからなる複撚り構造を有する炭素繊維コードからなるとともに、該炭素繊維コードの上撚り数をa、下撚り数をb、該炭素繊維コードの総繊度をc、前記下撚りコードの総繊度をd、コード比重をCとしたとき、
=tanθ=a×√(0.125×c/C)/1000で表される、前記炭素繊維コードの上撚り係数Zが、0.01〜1.0の範囲であり、
=tanθ=b×√(0.125×d/C)/1000で表される、前記炭素繊維コードの下撚り係数Zが、0.01〜1.0の範囲であり、かつ、前記補強コードの打込み本数をA(本/50mm)、該補強コードのコード径をB(mm)としたとき、Y=(50−A×B)/Aで表される、タイヤ用補強部材内で隣り合う該補強コード間の、コード長手方向に直交する方向におけるコード間隔Yが0.1〜5mmの範囲であることを特徴とするものである。
この場合、前記炭素繊維コードの、上撚り係数Zが0.01〜0.9の範囲であり、下撚り係数Zが0.01〜0.5の範囲であることが好ましく、上撚り係数Zが0.3〜0.7の範囲であり、下撚り係数Zが0.1〜0.35の範囲であることがより好ましい。
本発明の補強部材においては、前記炭素繊維コードの総繊度cが1000〜30000dtexの範囲であり、前記下撚りコードの総繊度dが300〜10000dtexの範囲であることが好ましく、前記炭素繊維コードの総繊度cが5000〜30000dtexの範囲であり、前記下撚りコードの総繊度dが1500〜10000dtexの範囲であることがより好ましく、前記炭素繊維コードの総繊度cが10000〜21000dtexの範囲であり、前記下撚りコードの総繊度dが3000〜7000dtexの範囲であることがさらに好ましい。
また、本発明の補強部材は、好適には、前記ゴム−コード複合体を螺旋状に巻回して上層と下層とが形成された螺旋状コード層を有するものであり、前記螺旋状コード層の上層と下層との間に、芯材コード層を備えるものとすることもできる。この場合、前記芯材コード層の芯材コードが金属コードからなり、かつ、該芯材コードが、該芯材コード層の長手方向に対して40〜90°の傾斜角度を有することが好ましい。また、前記芯材コード層の厚みは、好適には1〜3mmである。
また、本発明のタイヤは、上記タイヤ用補強部材を備えることを特徴とするものである。
ここで、本発明において炭素繊維コードの総繊度cおよび下撚りコードの総繊度dは、JIS L1017に準拠して測定することができる。
本発明によれば、補強コードの剛性と疲労耐久性とを両立させたタイヤ用補強部材およびこれを用いたタイヤを実現することができる。
本発明のタイヤ用補強部材の一例を示す、補強コードの長手方向に直交する方向における部分断面図である。 本発明のタイヤ用補強部材の他の例を示す幅方向断面図である。 図2に示す本発明のタイヤ用補強部材の他の例における補強コード角度を示す概略平面図である。 本発明の乗用車用タイヤの一構成例を示すタイヤ幅方向断面図である。 本発明の乗用車用タイヤの他の構成例を示すトレッド部のタイヤ幅方向部分断面図である。 本発明のトラック・バス用タイヤの一構成例を示すタイヤ幅方向断面図である。 本発明のトラック・バス用タイヤの他の構成例を示すトレッド部のタイヤ幅方向部分断面図である。 本発明の建設車両用タイヤの一構成例を示すタイヤ幅方向断面図である。 本発明の建設車両用タイヤの他の構成例を示すトレッド部のタイヤ幅方向部分断面図である。
以下、本発明について、図面を用いて詳細に説明する。
本発明のタイヤ用補強部材は、補強コードが1本または複数本で並列に引き揃えられてゴムにより被覆されてなるゴム−コード複合体を用いて形成されるものである。図1に、本発明のタイヤ用補強部材の一例を示す、補強コードの長手方向に直交する方向における部分断面図を示す。本発明においては、タイヤ用補強部材100に用いる補強コード101として、所定の撚り構造および撚り係数を有する複撚り構造の炭素繊維コードを用いるとともに、タイヤ用補強部材内100におけるコード間隔を所定に規定した点が重要である。
まず、本発明に係る補強コード101は、複数本の炭素繊維フィラメントを撚り合わせた下撚りコードの複数本を、さらに撚り合わせた上撚りコードからなる複撚り構造を有する炭素繊維コードからなる。また、本発明に係る補強コード101においては、炭素繊維コードの上撚り数をa、下撚り数をb、炭素繊維コードの総繊度をc、下撚りコードの総繊度をd、コード比重をCとしたとき、下記条件を満足するものとする。すなわち、Z=tanθ=a×√(0.125×c/C)/1000で表される、炭素繊維コードの上撚り係数Zは、0.01〜1.0の範囲であることが必要であり、好適には0.01〜0.9の範囲であり、より好適には0.3〜0.7の範囲である。また、Z=tanθ=b×√(0.125×d/C)/1000で表される、炭素繊維コードの下撚り係数Zは、0.01〜1.0の範囲であることが必要であり、好適には0.01〜0.5の範囲であり、より好適には0.1〜0.35の範囲である。このような撚り構造および撚り係数を有する補強コードを用いることで、高い剛性と良好な疲労耐久性とを両立したタイヤ用補強部材とすることができる。
また、本発明においては、図1に示すように、補強コード101の打込み本数をA(本/50mm)、補強コード101のコード径をB(mm)としたとき、Y=(50−A×B)/Aで表される、タイヤ用補強部材100内で隣り合う補強コード101間の、コード長手方向に直交する方向におけるコード間隔Yが、0.1〜5mmの範囲である。
タイヤ用補強部材100内における補強コード101間の間隔が小さくなりすぎると、局所的な発熱やフレッティング等の発生により耐久性が低下するおそれがあるが、本発明においては、打込み本数とコード径との関係で特定されるコード間隔を上記範囲に規定したことで、耐久性を損なうことがない。コード間隔Y(mm)は、好適には0.2mm以上5mm以下であり、より好適には0.3mm以上5mm以下である。
本発明に係るタイヤ用補強部材100としては、上記撚り構造および撚り係数を有する補強コードを用いるとともに、上記所定のコード間隔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。
本発明に係る炭素繊維コードに使用できる炭素繊維(カーボンファイバー,CF)としては、具体的には例えば、ポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維等を挙げることができる。
また、本発明において炭素繊維コードの総繊度cは、好適には1000〜30000dtexの範囲であり、より好適には5000〜30000dtexの範囲であり、さらに好適には10000〜21000dtexの範囲である。一方、炭素繊維コードの下撚りコードの総繊度dは、好適には300〜10000dtexの範囲であり、より好適には1500〜10000dtexの範囲であり、さらに好適には3000〜7000dtexの範囲である。炭素繊維コードの総繊度cおよび下撚りコードの総繊度dが上記範囲を満足するものとすることで、タイヤ用補強部材として必要十分な剛性を確保可能であるので、好ましい。さらに、本発明に係る炭素繊維コードにおいて、撚り合わせる下撚りコードの本数は、例えば、2〜5本とすることができる。
なお、補強コード101には、接着剤処理を施してゴムとの接着性を向上させることが好ましい。この接着剤処理は、RFL系接着剤等の汎用の接着剤を用いて、常法に従って行うことができる。
本発明のタイヤ用補強部材は、各種タイヤにおける各種補強部材として用いることができる。タイヤ種としては、例えば、乗用車用タイヤ、トラック・バス用タイヤ、建設車両用タイヤ、二輪車用タイヤ、航空機用タイヤ、農業用タイヤなどを挙げることができる。また、タイヤとしては、空気入りタイヤには限定されず、ソリッドタイヤや非空気入りタイヤの補強部材としても用いることができる。補強部材の種類としては、例えば、各種タイヤのベルト、カーカス、キャップ・レイヤー層、チェーファー、タイヤサイド部へのインサート等を挙げることができる。中でも、本発明のタイヤ用補強部材は、乗用車用タイヤやトラック・バス用タイヤのベルトとして、好適に適用することができる。
また、本発明のタイヤ用補強部材は、特に、以下に詳述する螺旋状コード層の形態としても、好適に用いることができる。
図2,図3は、本発明の他の好適な実施の形態に係るタイヤ用補強部材の幅方向断面図および概略平面図である。図示する本発明のタイヤ用補強部材200は、上記補強コード101を螺旋状に巻回して上層1Aと下層1Bとを形成してなる構造を有する螺旋状コード層1を有しており、これにより、高い剛性と良好な疲労耐久性とを備えるものである。
本発明のタイヤ用補強部材200において、螺旋状コード層1は、補強コードを1本または複数本、例えば、2〜100本で並列に引き揃えて、ゴムにより被覆してなるゴム−コード複合体を、螺旋状に巻回して平坦な帯状体とするか、または、芯材コード層2の周囲に螺旋状に巻き付けることにより形成される。螺旋状コード層1における補強コードの打ち込み数は、例えば、5〜60本/50mmの範囲が好ましい。
また、本発明のタイヤ用補強部材200において、螺旋状コード層1の補強コード101は、補強部材200の長手方向に対して10〜45°の傾斜角度を有することが好ましい。かかる構成とすることにより、補強部材200の長手方向に対する伸びを抑制することができる。この角度は、好適には15〜30°である。
図示する例では、螺旋状コード層1は、上層1Aと下層1Bとの間に芯材コード層2を備え、すなわち、芯材コード層2に対し補強コードが螺旋状に巻き付けられて螺旋状コード層1が形成されているが、本発明においては、これに制限されず、芯材コード層2は設けなくてもよい。また、芯材コード層2を設ける場合、芯材コード層2は1層で設けてもよく、複数層、例えば、2〜10層で積層して設けることもできる。ここで、芯材コード層2は、芯材コード2aを多数本並行に引き揃え、この上下に未加硫ゴムを配置して、芯材コード2aをゴム被覆することにより製造される。芯材コード層2における芯材コード2aの打ち込み数は、例えば、5〜60本/50mmの範囲が好ましい。
本発明のタイヤ用補強部材200において、芯材コード層2の芯材コード2aは、芯材コード層2の長手方向に対して40〜90°の傾斜角度を有するものとすることができる。芯材コード2aの角度を上記範囲とすることで、芯材コード2aの張力が低下して、芯材コード2aの破断に至るまでの余剰が多くなる。その結果、障害物の入力を受けても芯材コード2aは破断しにくくなる。このような効果を良好に得るためには、芯材コード層2の芯材コード2aの傾斜角度は、芯材コード層2の長手方向に対し50〜90°であることがより好ましい。なお、芯材コード層2を複数層設ける場合には、複数層の芯材コード層2が交錯層を構成してもよい。
ここで、本発明のタイヤ用補強部材200においては、芯材コード層2の長手方向の剛性が高くないため、長手方向に伸びやすい。しかし、芯材コード層2の芯材コード2aを長手方向に対して40〜90°の角度を有するものとした場合、補強部材200全体で考えると、螺旋状コード層1のポワソン変形は、芯材コード層2により抑制されることとなる。すなわち、本発明のタイヤ用補強部材200において、芯材コード層2の芯材コード2aを長手方向に対して40〜90°の角度を有するものとすると、芯材コード層2がポワソン変形による幅方向に縮む変形に対して、つっかえ棒として機能する。その結果、補強部材200の長手方向への伸びが抑制され、長手方向における剛性が向上する。また、ポワソン変形が抑制されることで、長手方向の剛性が向上するのと同時に、幅方向に対する縮み変形も抑制されることになるため、幅方向の剛性も向上する。このように、タイヤ周方向に対し低角度に交錯している1組以上の補強層は、内圧充填で周方向に伸ばされ、これに伴い同層はタイヤ幅方向に縮むが、この縮む変形を高角度に補強層を配することで抑制することを、以下、つっかえ棒効果と称する。
本発明において、芯材コード層2の芯材コード2aの材質としては、特に制限はなく、従来汎用の各種の金属コードや有機繊維コードなどを適宜用いることができる。具体的には例えば、金属コードとしては、スチールフィラメントや、スチールフィラメントを複数本撚り合わせたスチールコードを用いることができる。特に、つっかえ棒効果を良好に得るためには、幅方向の圧縮剛性が大きいことが好ましい。そのため、モノフィラメントコードよりも撚りコードを用いることが好ましい。この場合、コードの撚り構造についても種々の設計が可能であり、断面構造、撚りピッチ、撚り方向、隣接するフィラメント同士の距離も様々なものが使用できる。断面構造としては、単撚り、層撚り、複撚りなど様々な撚り構造を採用することができ、また、断面形状が偏平のコードを使用することもできる。さらに、異なる材質のフィラメントを撚り合わせたコードを採用することも可能である。なお、スチールコードを構成するスチールフィラメントは、鉄を主成分とし、炭素、マンガン、ケイ素、リン、硫黄、銅、クロムなど種々の微量成分を含んでいてもよい。また、スチールフィラメントの表面には、ゴムとの接着性を改善するため、ブラスめっきが施されていてもよい。
有機繊維としては、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、レーヨン繊維、アラミド繊維(芳香族ポリアミド繊維)、ポリケトン(PK)繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール(PBO)繊維、ポリアリレート繊維等を用いることができる。また、ポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維やピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維等の炭素繊維(カーボンファイバー)、ガラス繊維(グラスファイバー)、玄武岩繊維や安山岩繊維等の岩石繊維(ロックウール)などを用いることもできる。なお、これらの補強コードには、接着剤処理を施してゴムとの接着性を向上させることが好ましい。この接着剤処理は、RFL系接着剤等の汎用の接着剤を用いて、常法に従って行うことができる。さらに、上記のうちのいずれか2種以上からなるハイブリッドコードを用いてもよい。特には、芯材コード層2の芯材コード2aは、金属コードからなることが、つっかえ棒効果を良好に得ることができるため、好ましい。
本発明において、螺旋状コード層1や芯材コード層2のコーティングゴムに用いるゴム組成物としては、既知のものを用いることができ、特に制限されない。例えば、コーティングゴムに用いられるゴム組成物のゴム成分としては、天然ゴムの他;ビニル芳香族炭化水素/共役ジエン共重合体、ポリイソプレンゴム、ブタジエンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、エチレン−プロピレンゴム等の合成ゴム等の公知のゴム成分の全てを用いることができる。ゴム成分は1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。金属コードとの接着特性およびゴム組成物の破壊特性の観点からは、ゴム成分としては、天然ゴムおよびポリイソプレンゴムの少なくとも一方よりなるか、50質量%以上の天然ゴムを含み残部が合成ゴムからなるものが好ましい。
本発明において、コーティングゴムに用いられるゴム組成物には、カーボンブラックやシリカ等の充填剤、アロマオイル等の軟化剤、ヘキサメチレンテトラミン、ペンタメトキシメチルメラミン、ヘキサメチレンメチルメラミン等のメトキシメチル化メラミン等のメチレン供与体、加硫促進剤、加硫促進助剤、老化防止剤等のゴム業界で通常使用される配合剤を通常の配合量で適宜配合することができる。また、本発明においてコーティングゴムとして用いられるゴム組成物の調製方法に特に制限はなく、常法に従い、例えば、バンバリーミキサーやロール等を用いて、ゴム成分に、硫黄、有機酸コバルト塩および各種配合剤等を練り込んで調製すればよい。
本発明のタイヤ用補強部材200において、芯材コード層2の厚みは、好適には1〜3mm、より好適には1〜2mmである。芯材コード層2の厚みを上記範囲とすることにより、十分な圧縮剛性を持つ芯材コード層を適用することが可能となるとともに、芯材コード層にストリップを巻き付ける際の、芯材コード層2の幅方向端部におけるストリップの巻き付け半径Rをある程度大きく確保することができ、ストリップ材の巻き付け性能を十分に確保することができる。また、芯材コード層における芯材コード2aの打ち込み数は、一般的には10〜60本/50mmの範囲が好ましい。打ち込み数をこの範囲とすることで、つっかえ棒効果を良好に得ることができるが、本発明においては、この範囲に限定されるものではない。
また、本発明のタイヤ用補強部材200においては、芯材コード層2の幅方向端部における芯材コード2aと、螺旋状コード層1の幅方向端部における補強コード101と、の間の距離Lが、芯材コード層2の芯材コード2aの径の0.2〜20倍であることが好ましい。芯材コード層2を構成する芯材コード2aの切断端と、螺旋状に巻かれている螺旋状コード層1を構成する補強コード101と、の補強部材間の幅方向の距離Lを、芯材コード層2をなす芯材コード2aの径の0.2〜20倍にすることで、芯材コード層2のつっかえ棒としての効果を保持しつつ、芯材コード2aの切断端からの亀裂の発生に起因する耐久性能の低下を抑制することができる。また、芯材コード2aと補強コード101との間に十分にゴムが存在するため、補強部材1の幅方向における剛性をさらに向上させることができる。
本発明の補強部材200は、乗用車用、トラック・バス用、建設車両用、二輪車用、航空機用、農業用等のタイヤの補強部材として好適に用いることができる。また、タイヤとしては、空気入りタイヤには限定されず、ソリッドタイヤや非空気入りタイヤの補強部材としても用いることができる。なお、本発明の補強部材200の適用部位については特に制限はない。例えば、好適には、トレッド部の大半を覆うベルトである。本発明の補強部材200は、上述のとおり、長手方向の剛性が向上するのと同時に、幅方向の剛性も向上している。そのため、本発明の補強部材200をベルトとして用いることで、繰り返し入力によるベルトの層間の剥離の抑制や、路上の障害物を踏むことによるコードの破断の抑制以外にも、内圧時の溝底の歪低減による溝底に生じるクラック、および経時変化を抑制することができ、タイヤの摩耗速度、偏摩耗を抑制することができる。
本発明の補強部材200は、ベルト以外にも、例えば、トレッドの一部の局所的な補強にのみに使用してもよい。例えば、トレッド端部近傍、赤道面近傍、溝底近傍といった局所的な補強にのみ使用することも可能である。なお、本発明の補強部材を単独で使用する他に、複数の補強部材をタイヤ幅方向に並べて用いてもよく、タイヤ幅方向にずらしながら螺旋状に周方向に巻き付けてトレッド部を覆う構成としてもよい。
次に、本発明のタイヤについて説明する。
本発明のタイヤは、上記本発明の補強部材を備えるものであり、例えば、乗用車用タイヤ、トラック・バス用タイヤ、建設車両用タイヤ、二輪車用タイヤ、航空機用タイヤ、農業用タイヤが挙げられる。好適には、乗用車用、トラック・バス用および建設車両用のタイヤである。また、本発明のタイヤは、空気入りタイヤに限定されず、ソリッドタイヤや非空気入りタイヤとしても用いることができる。
本発明の補強部材の適用部位については特に制限はなく、例えば、ベルト、カーカス、キャップ・レイヤー層、チェーファー、タイヤサイド部へのインサート等を挙げることができる。中でも、本発明のタイヤ用補強部材は、例えば、トレッド部の大半を覆うベルトとして好適である。特に、本発明の補強部材200をベルトとして用いることで、内圧時の溝底の歪低減による溝底に生じるクラック、および経時変化を抑制することができ、タイヤの摩耗速度、偏摩耗を抑制することができる。これ以外にも、例えば、トレッドの一部の局所的な補強にのみ本発明の補強部材を使用してもよく、例えば、トレッド端部近傍、赤道面近傍、溝底近傍といった局所的な補強にのみ使用することも可能である。なお、補強部材を単独で使用する他に、複数の補強部材をタイヤ幅方向に並べてもよく、タイヤ幅方向にずらしながら螺旋状に周方向に巻き付けてトレッド部を覆う構成としてもよい。
図4は、本発明の乗用車用タイヤの一構成例を示すタイヤ幅方向断面図である。図示する乗用車用タイヤ10においては、接地部を形成するトレッド部11と、このトレッド部11の両側部に連続してタイヤ半径方向内方へ延びる一対のサイドウォール部12と、各サイドウォール部12の内周側に連続するビード部13と、を備えている。トレッド部11、サイドウォール部12およびビード部13は、一方のビード部13から他方のビード部13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14により補強されている。なお、図示する乗用車用タイヤ10においては、一対のビード部13にはそれぞれビードコア15が埋設され、カーカス14は、このビードコア15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。本発明においては、カーカス14として、本発明の補強部材100を用いることができ、この場合の補強コード101としては、25℃における引張弾性率が5〜30GPaであり、25℃における引張破断強度が0.5〜3GPaのものを用いることが好ましい。
図示する乗用車用タイヤ10においては、カーカス14のクラウン領域のタイヤ径方向外側に、2層のベルト層17a、17bからなるベルト17が配設されている。本発明においては、2層のベルト層17a、17bからなるベルト17として、本発明の補強部材100を用いることができる。この場合の補強コード101としては、25℃における引張弾性率が10〜200GPaであり、25℃における引張破断強度が0.5〜5GPaのものを用いることが好ましい。
また、図5は、本発明の乗用車用タイヤの他の構成例を示すトレッド部のタイヤ幅方向部分断面図である。図示する乗用車用タイヤ10においては、カーカス14のクラウン領域のタイヤ径方向外側に、2層のベルト層17a、17bに代えて、本発明の補強部材200における3層の補強層が配置されている。すなわち、本発明の補強部材200の螺旋状コード層1が、タイヤ周方向に対し所定の角度をなすコード層が層間で互いに交錯する交錯ベルト層となる。また、芯材コード層2が、第2ベルト層となる。この場合の補強コード101としては、25℃における引張弾性率が10〜250GPaであり、25℃における引張破断強度が0.5〜5GPaのものを用いることが好ましい。
本発明のタイヤにおいては、カーカス14や通常のベルト17等について本発明の補強部材100を適用した場合においても、ベルト17に代えて本発明の補強部材200を適用した場合においても、高剛性かつ優れた疲労耐久性を有する補強部材により、タイヤ性能の向上効果を得ることができる。本発明のタイヤにおいては、上記本発明の補強部材を用いる以外の点については、特に制限はなく、常法に従い構成することができる。
本発明の乗用車用タイヤ10においては、カーカス14は従来構造を含めて種々の構成を採用することができ、ラジアル構造、バイアス構造のいずれであってもよい。カーカス14としては、通常、有機繊維コード層からなるカーカスプライを1〜2層とすることが好ましい。また、タイヤ径方向におけるカーカス14の最大幅位置は、例えば、ビード部13側に近づけてもよく、トレッド部11側に近づけてもよい。例えば、カーカス14の最大幅位置は、ビードベース部からタイヤ径方向外側に、タイヤ高さ対比で50%〜90%の範囲に設けることができる。また、カーカス14は、図示するように、1対のビードコア15間を途切れずに延びる構造が一般的であり好ましいが、ビードコア15から延びてトレッド部11付近で途切れるカーカスプライ片を一対用いて形成することもできる(図示せず)。
また、カーカス14の折り返し部は、さまざまな構造を採用することができる。例えば、カーカス14の折り返し端をビードフィラー16の上端よりもタイヤ径方向内側に位置させることができ、また、カーカス14の折り返し端をビードフィラー16の上端やタイヤ最大幅位置よりもタイヤ径方向外側まで延ばしてもよく、この場合、ベルト17のタイヤ幅方向端よりもタイヤ幅方向内側まで伸ばすこともできる。さらに、カーカスプライが複数層の場合には、カーカス14の折り返し端のタイヤ径方向位置を異ならせることもできる。また、カーカス14の折り返し部を存在させずに、複数のビードコア部材で挟み込んだ構造としてもよく、ビードコア15に巻きつけた構造を採用することもできる。なお、カーカス14の打ち込み数としては、一般的には10〜60本/50mmの範囲であるが、これに限定されるものではない。
本発明の乗用車用タイヤ10において、ベルト17は、タイヤ周方向に対し10〜45°の角度で傾斜して複数本で並列配置されたベルトコードがゴムにより被覆されてなり、通常は、2層以上で、コード方向が互いに交錯するように配置される。ベルトコードとしては、通常はスチールコードまたはポリエステルやレーヨン、ナイロンなどの有機繊維コードを用いることができる。なお、ベルト17の打ち込み数としては、一般的には10〜60本/50mmの範囲であるが、これに限定されるものではない。
本発明の乗用車用タイヤ10においては、ベルト17または本発明の補強部材以外にも、さらに、他のベルト層(図示せず)を備えていてもよい。他のベルト層は、補強コードのゴム引き層からなり、タイヤ周方向に対し所定の角度をなす傾斜ベルトとすることができる。他のベルト層は、ベルト17または本発明の補強部材のタイヤ径方向外側に配置しても内側に配置してもよい。傾斜ベルト層の補強コードとしては、例えば、金属コード、特にスチールコードを用いるのが最も一般的であるが、有機繊維コードを用いてもよい。スチールコードは鉄を主成分とし、炭素、マンガン、ケイ素、リン、硫黄、銅、クロムなど種々の微量含有物を含むスチールフィラメントからなるものを用いることができる。
スチールコードとしては、複数のフィラメントを撚り合せたコード以外にも、スチールモノフィラメントコードを用いてもよい。なお、スチールコードの撚り構造も種々の設計が可能であり、断面構造、撚りピッチ、撚り方向、隣接するスチールコード同士の距離も様々なものが使用できる。また、異なる材質のフィラメントを撚り合せたコードを採用することもでき、断面構造としても特に限定されず、単撚り、層撚り、複撚りなど様々な撚り構造を取ることができる。なお、他のベルト層の補強コードの傾斜角度は、タイヤ周方向に対して10°以上とすることが好ましい。また、他のベルト層を設ける場合、最も幅の大きい最大幅傾斜ベルト層の幅は、トレッド幅の90%〜115%とするのが好ましく、特に100%〜105%が好ましい。
また、本発明の乗用車用タイヤにおいては、ベルト17または本発明の補強部材のタイヤ径方向外側に、ベルト補強層18を設けてもよい。ベルト補強層18としては、ベルト17または補強部材の全幅以上にわたって配置されるキャップ層18aや、ベルト17または補強部材の両端部を覆う領域に配置されるレイヤー層18bが挙げられる。キャップ層18aおよびレイヤー層18bはそれぞれ単独で設けてもよく、併用してもよい。または、2層以上のキャップ層や2層以上のレイヤー層の組み合わせであってもよい。
キャップ層18aおよびレイヤー層18bの補強コードとしては、種々の材質が採用可能であり、代表的な例としては、レーヨン、ナイロン、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)、アラミド、ガラス繊維、炭素繊維、スチール等が挙げられる。軽量化の点から、有機繊維コードが特に好ましい。補強コードはモノフィラメントコードや、複数のフィラメントを撚り合せたコード、さらには異なる材質のフィラメントを撚り合せたハイブリットコードを採用することもできる。また、補強コードには、破断強度を高めるために波状のコードを用いてもよい。同様に破断強度を高めるために、例えば、破断時の伸びが4.5〜5.5%のハイエロンゲーションコードを用いてもよい。また、本発明においては、キャップ層18aおよびレイヤー層18bとして、本発明の補強部材100を用いることもでき、この場合の補強コード101としては、25℃における引張弾性率が5〜150GPaであり、25℃における引張破断強度が0.5〜3GPaのものを用いることが好ましい。
本発明の乗用車用タイヤ10にキャップ層18aを設ける場合、キャップ層18aの幅は、傾斜ベルト層よりも幅広であってもよく、幅狭であってもよい。例えば、傾斜ベルト層のうち幅の最も大きい最大幅傾斜ベルト層の90%〜110%の幅とすることができる。キャップ層およびレイヤー層の打ち込み数は、一般的には20〜60本/50mmの範囲であるが、この範囲に限定されるものではない。例えば、キャップ層18aにおいては、また、タイヤ幅方向に剛性・材質・層数・打ち込み密度等の分布を持たせることもでき、例えばタイヤ幅方向端部のみ層数を増やすこともでき、一方でセンター部のみ層数を増やすこともできる。
キャップ層18aおよびレイヤー層18bは、スパイラル層として構成することが製造の観点から特に有利である。この場合、平面内において互いに平行に配列された複数本のコアワイヤを、上記平行配列を維持したままラッピングワイヤによって束ねた、ストリップ状のコードによって形成してもよい。
本発明の乗用車用タイヤ10においては、トレッド部11の形状としては、狭幅大径サイズの乗用車用タイヤの場合には、タイヤ幅方向断面にて、タイヤ赤道面CLにおけるトレッド表面上の点Pを通りタイヤ幅方向に平行な直線をm1とし、接地端Eを通りタイヤ幅方向に平行な直線をm2として、直線m1と直線m2とのタイヤ径方向の距離を落ち高LCRとし、タイヤのトレッド幅をTWとするとき、比LCR/TWを0.045以下とすることが好ましい。比LCR/TWを上記の範囲とすることにより、タイヤのクラウン部がフラット化(平坦化)し、接地面積が増大して、路面からの入力(圧力)を緩和して、タイヤ径方向の撓み率を低減し、タイヤの耐久性および耐摩耗性を向上させることができる。また、トレッド端部がなめらかであることが好ましい。
また、トレッドパターンとしては、フルラグパターン、リブ状陸部主体のパターン、ブロックパターン、非対称パターンでもよく、回転方向指定であってもよい。
フルラグパターンとしては、赤道面近傍から接地端までタイヤ幅方向に延びる幅方向溝を有するパターンとしてもよく、この場合に周方向溝を含まなくてもよい。このような横溝が主体のパターンは、特に雪上性能を効果的に発揮することができる。
リブ状陸部主体パターンは、一本以上の周方向溝もしくは周方向溝とトレッド端部によりタイヤ幅方向を区画された、リブ状陸部を主体とするパターンである。ここでリブ状陸部とはタイヤ幅方向に横断する横溝を有さずにタイヤ周方向に延びる陸部をいうが、リブ状陸部はサイプやリブ状陸部内で終端する横溝を有していてもよい。ラジアルタイヤは特に高内圧使用下において高接地圧となるため、周方向剪断剛性を増加させることによりウェット路面上での接地性が向上するためと考えられる。リブ状陸部を主体とするパターンの例としては、赤道面を中心とするトレッド幅の80%の領域においてリブ状陸部のみからなるトレッドパターン、すなわち、横溝を有さないパターンとすることができる。このようなパターンは、この領域における排水性能が特にウェット性能への寄与が大きい。
ブロックパターンは、周方向溝と幅方向溝によって区画されたブロック陸部を有するパターンであり、ブロックパターンのタイヤは、基本的な氷上性能および雪上性能に優れている。
非対称パターンは、赤道面を境として左右のトレッドパターンが非対称のパターンである。例えば、装着方向指定のタイヤの場合には、赤道面を境とした車両装着方向内側と車両装着方向外側のタイヤ半部においてネガティブ率に差を設けたものでもよく、赤道面を境とした車両装着方向内側と車両装着方向外側のタイヤ半部において、周方向溝の数が異なる構成のものであってもよい。
トレッドゴムとしては、特に制限はなく、従来から用いられているゴムを用いることができ、発泡ゴムを用いてもよい。また、トレッドゴムはタイヤ径方向に異なる複数のゴム層で形成されていてもよく、例えば、いわゆるキャップ・ベース構造であってもよい。複数のゴム層としては損失正接、モジュラス、硬度、ガラス転移温度、材質等が異なっているものを使用することができる。また、複数のゴム層のタイヤ径方向の厚みの比率は、タイヤ幅方向に変化していてもよく、また周方向溝底のみ等をその周辺と異なるゴム層とすることもできる。
さらに、トレッドゴムはタイヤ幅方向に異なる複数のゴム層で形成されていてもよく、いわゆる、分割トレッド構造でもよい。上記の複数のゴム層としては損失正接、モジュラス、硬度、ガラス転移温度、材質等が異なっているものを使用することができる。また、複数のゴム層のタイヤ幅方向の長さの比率は、タイヤ径方向に変化していてもよく、また周方向溝近傍のみ、トレッド端近傍のみ、ショルダー陸部のみ、センター陸部のみといった限定された一部の領域のみをその周囲とは異なるゴム層とすることもできる。
本発明の乗用車用タイヤ10においては、サイドウォール部12の構成についても既知の構造を採用することができる。例えば、タイヤ最大幅位置は、ビードベース部からタイヤ径方向外側に、タイヤ高さ対比で50%〜90%の範囲に設けることができる。また、リムガードを有する構造としてもよい。本発明の乗用車用タイヤ10においては、リムフランジと接触する凹部13aが形成されていることが好ましい。
また、ビードコア15は、円形や多角形状など、さまざまな構造を採用することができる。なお、上述のとおり、ビード部13としては、カーカス14をビードコア15に巻きつける構造のほか、カーカス14を複数のビードコア部材で挟みこむ構造としてもよい。図示する乗用車用タイヤ10においては、ビードコア15のタイヤ半径方向外側に、ビードフィラー16が配置されているが、本発明の乗用車用タイヤ10においては、ビードフィラー16は設けなくてもよい。
本発明の乗用車用タイヤは、図示はしないが、タイヤの最内層には通常インナーライナーが配置されていてもよい。インナーライナーは、ブチルゴムを主体としたゴム層のほか、樹脂を主成分とするフィルム層によって形成することができる。また、図示はしないが、タイヤ内面には、空洞共鳴音を低減するために、多孔質部材を配置したり、静電植毛加工を行うこともできる。さらに、タイヤ内面には、パンク時の空気の漏れを防ぐためのシーラント部材を備えることもできる。
乗用車用タイヤ10は、特に用途は限定されない。サマー用、オールシーズン用、冬用といった用途のタイヤに適用することができる。また、サイドウォール部12に三日月型の補強ゴム層を有するサイド補強型ランフラットタイヤや、スタッドタイヤといった特殊な構造の乗用車用タイヤに使用することも可能である。
図6は、本発明のトラック・バス用タイヤの一構成例を示すタイヤ幅方向断面図である。図示するトラック・バス用タイヤ20においては、接地部を形成するトレッド部21と、このトレッド部21の両側部に連続してタイヤ半径方向内方へ延びる一対のサイドウォール部22と、各サイドウォール部22の内周側に連続するビード部23と、を備えている。トレッド部21、サイドウォール部22およびビード部23は、一方のビード部23から他方のビード部23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24により補強されている。なお、図示するトラック・バス用タイヤ20においては、一対のビード部23にはそれぞれビードコア25が埋設され、カーカス24は、このビードコア25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。本発明においては、カーカス24として、本発明の補強部材100を用いることができ、この場合の補強コード101としては、25℃における引張弾性率が10〜250GPaであり、25℃における引張破断強度が0.5〜5GPaのものを用いることが好ましい。
図示するトラック・バス用タイヤ20においては、カーカス24のクラウン領域のタイヤ径方向外側に、4層のベルト層27a〜27dからなるベルト27が配設されている。本発明においては、4層のベルト層27a〜27dからなるベルト27として、本発明の補強部材100を用いることができる。この場合の補強コード101としては、25℃における引張弾性率が10〜250GPaであり、25℃における引張破断強度が0.5〜5GPaのものを用いることが好ましい。
また、図7は、本発明のトラック・バス用タイヤの他の構成例を示すトレッド部のタイヤ幅方向部分断面図である。図示するトラック・バス用タイヤ20においては、4層のベルト層27a〜27dのうちタイヤ径方向内側に位置する第1ベルト層27a〜第3ベルト層27cに代えて、補強部材200を配設することができる。すなわち、本発明の補強部材200の螺旋状コード層1が第1ベルト層27aおよび第3ベルト層27cとなり、これらが、タイヤ周方向に対し所定の角度をなすコード層が層間で互いに交錯する交錯ベルトとなる。また、芯材コード層2が、第2ベルト層27bとなる。この場合の補強コード101としては、25℃における引張弾性率が10〜250GPaであり、25℃における引張破断強度が0.5〜5GPaのものを用いることが好ましい。
本発明のタイヤにおいては、カーカス24や通常のベルト層27a〜27d等について本発明の補強部材100を適用した場合においても、ベルト層27a〜27dのうちの一部に代えて本発明の補強部材200を適用した場合においても、高剛性かつ優れた疲労耐久性を有する補強部材により、タイヤ性能の向上効果を得ることができる。本発明のタイヤにおいては、上記本発明の補強部材を用いる以外の点については、特に制限はなく、常法に従い構成することができる。
本発明のトラック・バス用タイヤ20においては、カーカス24は従来構造を含めて種々の構成を採用することができ、ラジアル構造、バイアス構造のいずれであってもよい。カーカス24としては、通常、スチールコード層からなるカーカスプライを1〜2層とすることが好ましい。また、例えば、タイヤ径方向におけるカーカス最大幅位置は、ビード部23側に近づけてもよく、トレッド部21側に近づけてもよい。例えば、カーカス24の最大幅位置は、ビードベース部からタイヤ径方向外側に、タイヤ高さ対比で50%〜90%の範囲に設けることができる。また、カーカス24は、図示するように、1対のビードコア25間を途切れずに延びる構造が一般的であり好ましいが、ビードコア25から延びてトレッド部21付近で途切れるカーカス片を一対用いて形成することもできる。
また、カーカス24の折り返し部は、さまざまな構造を採用することができる。例えば、カーカス24の折り返し端をビードフィラー26の上端よりもタイヤ径方向内側に位置させることができ、また、カーカス折り返し端をビードフィラー26の上端やタイヤ最大幅位置よりもタイヤ径方向外側まで延ばしてもよく、この場合、ベルト27のタイヤ幅方向端よりもタイヤ幅方向内側まで延ばすこともできる。さらに、カーカスプライが複数層の場合には、カーカス24の折り返し端のタイヤ径方向位置を異ならせることもできる。また、カーカス24の折り返し部を存在させずに、複数のビードコア部材で挟み込んだ構造としてもよく、ビードコア25に巻きつけた構造を採用することもできる。なお、カーカス24の打ち込み数としては、一般的には10〜60本/50mmの範囲であるが、これに限定されるものではない。
本発明のトラック・バス用タイヤ20において、ベルト27は、タイヤ周方向に対し10〜45°の角度で傾斜して複数本で並列配置されたベルトコードがゴムにより被覆されてなり、通常は、2〜4層で、少なくとも一部の層間でコード方向が互いに交錯するように配置される。ベルトコードとしては、通常はスチールコードまたはポリエステルやレーヨン、ナイロンなどの有機繊維コードを用いることができる。なお、ベルト27の打ち込み数としては、一般的には10〜60本/50mmの範囲であるが、これに限定されるものではない。
図7に示す本発明のトラック・バス用タイヤ20においては、本発明の補強部材200からなるベルト層以外にも、図示するように、さらに、他のベルト層(図示例では第4ベルト層27d)を備えていてもよい。他のベルト層は、補強コードのゴム引き層からなり、タイヤ周方向に対し所定の角度をなす傾斜ベルトとすることができる。傾斜ベルト層の補強コードとしては、例えば、金属コード、特にスチールコードを用いるのが最も一般的であるが、有機繊維コードを用いてもよい。スチールコードは鉄を主成分とし、炭素、マンガン、ケイ素、リン、硫黄、銅、クロムなど種々の微量含有物を含むスチールフィラメントからなるものを用いることができる。
上記スチールコードとしては、複数のフィラメントを撚り合せたコード以外にも、スチールモノフィラメントコードを用いてもよい。なお、スチールコードの撚り構造も種々の設計が可能であり、断面構造、撚りピッチ、撚り方向、隣接するスチールコード同士の距離も様々なものが使用できる。また、異なる材質のフィラメントを撚り合せたコードを採用することもでき、断面構造としても特に限定されず、単撚り、層撚り、複撚りなど様々な撚り構造を取ることができる。なお、他のベルト層の補強コードの傾斜角度は、タイヤ周方向に対して0°以上とすることが好ましい。また、他のベルト層を設ける場合、最も幅の大きい最大幅傾斜ベルト層の幅は、トレッド幅の40%〜115%とすることが好ましく、特に50%〜70%が好ましい。なお、ベルト27端部のタイヤ径方向内側には、ベルトアンダークッションゴム29を設けることが好ましい。これにより、ベルト27端部の歪・温度を低減して、タイヤ耐久性を向上させることができる。
また、本発明のトラック・バス用タイヤ20においては、本発明の補強部材100および他のベルト層27d、または、本発明の補強部材200のタイヤ径方向外側に、周方向コード層(図示せず)を設けてもよい。
本発明のトラック・バス用タイヤ20においては、サイドウォール部22の構成についても既知の構造を採用することができる。例えば、タイヤ最大幅位置は、ビードベース部からタイヤ径方向外側に、タイヤ高さ対比で50%〜90%の範囲に設けることができる。本発明のトラック・バス用タイヤ20においては、乗用車用タイヤとは異なり、リムフランジと接触する凹部が形成されずに、タイヤ幅方向に凸となる滑らかな曲線として形成されていることが好ましい。
また、ビードコア25は、円形や多角形状など、さまざまな構造を採用することができる。なお、上述のとおり、ビード部22としては、カーカス24をビードコア25に巻きつける構造のほか、カーカス24を複数のビードコア部材で挟みこむ構造としてもよい。図示するトラック・バス用タイヤ20においては、ビードコア25のタイヤ半径方向外側にビードフィラー26が配置されているが、このビードフィラー26は、タイヤ径方向に分かれた複数のゴム部材から構成されていてもよい。
本発明のトラック・バス用タイヤ20においては、トレッドパターンとしては、リブ状陸部主体のパターン、ブロックパターン、非対称パターンでもよく、回転方向指定であってもよい。
リブ状陸部主体パターンは、一本以上の周方向溝もしくは周方向溝とトレッド端部によりタイヤ幅方向を区画された、リブ状陸部を主体とするパターンである。ここでリブ状陸部とはタイヤ幅方向に横断する横溝を有さずにタイヤ周方向に延びる陸部をいうが、リブ状陸部はサイプやリブ状陸部内で終端する横溝を有していてもよい。ラジアルタイヤは特に高内圧使用下において高接地圧となるため、周方向剪断剛性を増加させることによりウェット路面上での接地性が向上するためと考えられる。リブ状陸部を主体とするパターンの例としては、赤道面を中心とするトレッド幅の80%の領域においてリブ状陸部のみからなるトレッドパターン、すなわち、横溝を有さないパターンとすることができる。このようなパターンは、この領域における排水性能が特にウェット性能への寄与が大きい。
ブロックパターンは、周方向溝と幅方向溝によって区画されたブロック陸部を有するパターンであり、ブロックパターンのタイヤは、基本的な氷上性能および雪上性能に優れている。
非対称パターンは、赤道面を境として左右のトレッドパターンが非対称のパターンである。例えば、装着方向指定のタイヤの場合には、赤道面を境とした車両装着方向内側と車両装着方向外側のタイヤ半部においてネガティブ率に差を設けたものでもよく、赤道面を境とした車両装着方向内側と車両装着方向外側のタイヤ半部において、周方向溝の数が異なる構成のものであってもよい。
トレッドゴムとしては、特に制限はなく、従来から用いられているゴムを用いることができる。また、トレッドゴムはタイヤ径方向に異なる複数のゴム層で形成されていてもよく、例えば、いわゆるキャップ・ベース構造であってもよい。複数のゴム層としては損失正接、モジュラス、硬度、ガラス転移温度、材質等が異なっているものを使用することができる。また、複数のゴム層のタイヤ径方向の厚みの比率は、タイヤ幅方向に変化していてもよく、また周方向溝底のみ等をその周辺と異なるゴム層とすることもできる。
さらに、トレッドゴムはタイヤ幅方向に異なる複数のゴム層で形成されていてもよく、いわゆる、分割トレッド構造でもよい。上記の複数のゴム層としては損失正接、モジュラス、硬度、ガラス転移温度、材質等が異なっているものを使用することができる。また、複数のゴム層のタイヤ幅方向の長さの比率は、タイヤ径方向に変化していてもよく、また周方向溝近傍のみ、トレッド端近傍のみ、ショルダー陸部のみ、センター陸部のみといった限定された一部の領域のみをその周囲とは異なるゴム層とすることもできる。また、トレッド部は、タイヤ幅方向の端部に角部21aが形成されていることが好ましい。
図8は、本発明の建設車両用タイヤの一構成例を示すタイヤ幅方向断面図である。図示する建設車両用タイヤ30においては、接地部を形成するトレッド部31と、このトレッド部31の両側部に連続してタイヤ半径方向内方へ延びる一対のサイドウォール部32と、各サイドウォール部32の内周側に連続するビード部33と、を備えている。トレッド部31、サイドウォール部32およびビード部33は、一方のビード部33から他方のビード部33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34により補強されている。なお、図示する建設車両タイヤ30においては、一対のビード部33にはそれぞれビードコア35が埋設され、カーカス34は、このビードコア35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。本発明においては、カーカス34として、本発明の補強部材100を用いることができ、この場合の補強コード101としては、25℃における引張弾性率が10〜250GPaであり、25℃における引張破断強度が0.5〜5GPaのものを用いることが好ましい。
図示する建設車両用タイヤ30においては、カーカス34のクラウン領域のタイヤ径方向外側に、7層のベルト層37a〜37gからなるベルト37が配設されている。本発明においては、7層のベルト層37a〜37gからなるベルト37として、本発明の補強部材100を用いることができる。この場合の補強コード101としては、25℃における引張弾性率が10〜250GPaであり、25℃における引張破断強度が0.5〜5GPaのものを用いることが好ましい。
また、図9は、本発明の建設車両用タイヤの他の構成例を示すトレッド部のタイヤ幅方向部分断面図である。一般に、建設車両用タイヤは、4層または6層のベルト層からなり、6層のベルト層からなる場合は、第1ベルト層と第2ベルト層とが内側交錯ベルト層群を、第3ベルト層と第4ベルト層とが中間交錯ベルト層群を、第5ベルト層と第6ベルト層とが外側交錯ベルト層群を、それぞれ形成している。本発明の建設車両用タイヤにおいては、内側交錯ベルト層群、中間交錯ベルト層群および外側交錯ベルト層群のうち少なくとも1つが、本発明の補強部材で置き換えられた構造を有している。図示する建設車両用タイヤ30においては、内側交錯ベルト層群を構成する第1ベルト層37a〜第3ベルト層37cに代えて、本発明の補強部材200が配設されている。
すなわち、本発明の補強部材200の螺旋状コード層1が第1ベルト層37aおよび第3ベルト層37cとなり、これらが、タイヤ周方向に対し所定の角度をなすコード層が層間で互いに交錯する交錯ベルトとなる。また、芯材コード層2が、第2ベルト層37bとなる。図示例においては、内側交錯ベルト層群を本発明の補強部材200と置き換えているが、本発明の建設車両用タイヤはこれに限られるものではない。中間交錯ベルト層群を本発明の補強部材200に替えてもよく、外側交錯ベルト層群を本発明の補強部材200に替えてもよい。なお、4層のベルト層からなる建設車両用タイヤの場合は、第1ベルト層および第2ベルト層を本発明の補強部材と置き換えるか、第3ベルト層および第4ベルト層を本発明の補強部材と置き換えればよい。この場合の補強コード101としては、25℃における引張弾性率が10〜250GPaであり、25℃における引張破断強度が0.5〜5GPaのものを用いることが好ましい。
本発明のタイヤにおいては、カーカス34や通常のベルト37等について本発明の補強部材100を適用した場合においても、ベルト37のうちの一部に代えて本発明の補強部材200を適用した場合においても、高剛性かつ優れた疲労耐久性を有する補強部材により、タイヤ性能の向上効果を得ることができる。本発明のタイヤにおいては、上記本発明の補強部材を用いる以外の点については、特に制限はなく、常法に従い構成することができる。
なお、トレッド幅方向において、内側交錯ベルト層群の幅は、トレッド踏面の幅の25%以上70%以下、中間交錯ベルト層群の幅は、トレッド踏面の幅の55%以上90%以下、外側交錯ベルト層群の幅は、トレッド踏面の幅の60%以上110%以下とすることができる。また、トレッド面視において、カーカスコードに対する内側交錯ベルト層群のベルトコードの傾斜角度は70°以上85°以下、カーカスコードに対する中間交錯ベルト層群のベルトコードの傾斜角度は50°以上75°以下、カーカスコードに対する外側交錯ベルト層群のベルトコードの傾斜角度は70°以上85°以下とすることができる。
本発明の建設車両用タイヤにおいては、カーカス34は従来構造を含めて種々の構成を採用することができ、ラジアル構造、バイアス構造のいずれであってもよい。カーカス34としては、通常、スチールコード層からなるカーカスプライを1〜2層とすることが好ましい。また、例えば、タイヤ径方向におけるカーカス最大幅位置は、ビード部33側に近づけてもよく、トレッド部31側に近づけてもよい。例えば、カーカス34の最大幅位置は、ビードベース部からタイヤ径方向外側に、タイヤ高さ対比で50%〜90%の範囲に設けることができる。また、カーカス34は、図示するように、1対のビードコア35間を途切れずに延びる構造が一般的であり好ましいが、ビードコア35から延びてトレッド部31付近で途切れるカーカス片を一対用いて形成することもできる。
また、カーカス34の折り返し部は、さまざまな構造を採用することができる。例えば、カーカス34の折り返し端をビードフィラー36の上端よりもタイヤ径方向内側に位置させることができ、また、カーカス34の折り返し端をビードフィラー36の上端やタイヤ最大幅位置よりもタイヤ径方向外側まで伸ばしてもよく、この場合、ベルト37のタイヤ幅方向端よりもタイヤ幅方向内側まで伸ばすこともできる。さらに、カーカスプライが複数層の場合には、カーカス34の折り返し端のタイヤ径方向位置を異ならせることもできる。また、カーカス34の折り返し部を存在させずに、複数のビードコア部材で挟み込んだ構造としてもよく、ビードコア35に巻きつけた構造を採用することもできる。なお、カーカス34の打ち込み数としては、一般的には1〜60本/50mmの範囲であるが、これに限定されるものではない。
本発明の建設車両用タイヤ30において、ベルト37に用いるベルトコードとしては、通常はスチールコードまたはポリエステルやレーヨン、ナイロンなどの有機繊維コードを用いることができる。なお、ベルト37の打ち込み数としては、一般的には1〜60本/50mmの範囲であるが、これに限定されるものではない。
図9に示す本発明の建設車両用タイヤ30においては、本発明の補強部材200以外にも、図示するように、さらに、他のベルト層(第4〜7ベルト層)を備えていてもよい。他のベルト層は、補強コードのゴム引き層からなり、タイヤ周方向に対し所定の角度をなす傾斜ベルトとすることができる。傾斜ベルト層の補強コードとしては、例えば、金属コード、特にスチールコードを用いるのが最も一般的であるが、有機繊維コードを用いてもよい。スチールコードは鉄を主成分とし、炭素、マンガン、ケイ素、リン、硫黄、銅、クロムなど種々の微量含有物を含むスチールフィラメントからなるものを用いることができる。
上記スチールコードとしては、複数のフィラメントを撚り合せたコード以外にも、スチールモノフィラメントコードを用いてもよい。なお、スチールコードの撚り構造も種々の設計が可能であり、断面構造、撚りピッチ、撚り方向、隣接するスチールコード同士の距離も様々なものが使用できる。また、異なる材質のフィラメントを撚り合せたコードを採用することもでき、断面構造としても特に限定されず、単撚り、層撚り、複撚りなど様々な撚り構造を取ることができる。なお、他のベルト層の補強コードの傾斜角度は、タイヤ周方向に対して10°以上とすることが好ましい。また、他のベルト層を設ける場合、最も幅の大きい最大幅傾斜ベルト層の幅は、トレッド幅の90%〜115%とすることが好ましく、特に100%〜105%が好ましい。なお、ベルト37端部のタイヤ径方向内側には、ベルトアンダークッションゴム39を設けることが好ましい。これにより、ベルト37端部の歪・温度を低減して、タイヤ耐久性を向上させることができる。
本発明の建設車両用タイヤ30においては、サイドウォール部32の構成についても既知の構造を採用することができる。例えば、タイヤ最大幅位置は、ビードベース部からタイヤ径方向外側に、タイヤ高さ対比で50%〜90%の範囲に設けることができる。本発明の建設車両用タイヤ30においては、リムフランジと接触する凹部が形成されていることが好ましい。
また、ビードコア35は、円形や多角形状など、さまざまな構造を採用することができる。なお、上述のとおり、ビード部33としては、カーカス34をビードコア35に巻きつける構造のほか、カーカス34を複数のビードコア部材で挟みこむ構造としてもよい。図示する建設車両用タイヤ30においては、ビードコア35のタイヤ半径方向外側にビードフィラー36が配置されているが、このビードフィラー36は、タイヤ径方向に分かれた複数のゴム部材から構成されていてもよい。
本発明の建設車両用タイヤ30においては、トレッドパターンとしては、ラグパターン、ブロックパターン、非対称パターンでもよく、回転方向指定であってもよい。
ラグパターンとしては、赤道面近傍から接地端までタイヤ幅方向に延びる幅方向溝を有するパターンとしてもよく、この場合に周方向溝を含まなくてもよい。
ブロックパターンは、周方向溝と幅方向溝によって区画されたブロック陸部を有するパターンである。特に建設車両用タイヤの場合には、耐久性の観点からブロックを大きくすることが好ましく、例えば、ブロックのタイヤ幅方向に測った幅はトレッド幅の25%以上50%以下とすることが好ましい。
非対称パターンは、赤道面を境として左右のトレッドパターンが非対称のパターンである。例えば、装着方向指定のタイヤの場合には、赤道面を境とした車両装着方向内側と車両装着方向外側のタイヤ半部においてネガティブ率に差を設けたものでもよく、赤道面を境とした車両装着方向内側と車両装着方向外側のタイヤ半部において、周方向溝の数が異なる構成のものであってもよい。
トレッドゴムとしては、特に制限はなく、従来から用いられているゴムを用いることができる。また、トレッドゴムはタイヤ径方向に異なる複数のゴム層で形成されていてもよく、例えば、いわゆるキャップ・ベース構造であってもよい。複数のゴム層としては損失正接、モジュラス、硬度、ガラス転移温度、材質等が異なっているものを使用することができる。また、複数のゴム層のタイヤ径方向の厚みの比率は、タイヤ幅方向に変化していてもよく、また周方向溝底のみ等をその周辺と異なるゴム層とすることもできる。
さらに、トレッドゴムはタイヤ幅方向に異なる複数のゴム層で形成されていてもよく、いわゆる、分割トレッド構造でもよい。上記の複数のゴム層としては損失正接、モジュラス、硬度、ガラス転移温度、材質等が異なっているものを使用することができる。また、複数のゴム層のタイヤ幅方向の長さの比率は、タイヤ径方向に変化していてもよく、また周方向溝近傍のみ、トレッド端近傍のみ、ショルダー陸部のみ、センター陸部のみといった限定された一部の領域のみをその周囲とは異なるゴム層とすることもできる。
建設車両用タイヤ30においては、トレッド部31のゴムゲージは耐久性の観点から厚い方が好ましく、タイヤ外径の1.5%以上4%以下が好ましく、より好ましくは2%以上3%以下である。また、トレッド部31の接地面に対する溝面積の割合(ネガティブ率)は、20%以下が好ましい。これは、建設車両用タイヤ30は、低速かつ乾燥地域での使用が主体であるため、排水性のためネガティブ率を大きくする必要がないためである。建設車両用タイヤのタイヤサイズとしては、例えばリム径が20インチ以上、特に大型とされるものはリム径が40インチ以上のものである。
以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
下記の表1〜3中に示す条件に従い、複数本の炭素繊維フィラメント(PAN系炭素繊維,比重1.74)を撚り合わせた下撚りコードの複数本を、さらに撚り合わせた上撚りコードからなる複撚り構造を有する炭素繊維コードからなる補強コードを準備する。なお、比較例1においては、複数本の炭素繊維フィラメント(PAN系炭素繊維,比重1.74)を撚り合わせた上撚りコードからなる片撚り構造を有する炭素繊維コードを用いる。この補強コードを用いて、各実施例および比較例のタイヤ用補強部材を作製する。
タイヤサイズ195/65R15にて、カーカスのクラウン領域のタイヤ径方向外側に、各実施例および比較例のタイヤ用補強部材を用いた2層のベルト層からなるベルトを、タイヤ周方向に対し±70°の角度にて設けた乗用車用タイヤを作製する。
<疲労耐久性>
疲労耐久性の評価は、以下のようにして行う。
得られた各供試タイヤを適用リムに組み、規定内圧、規定荷重下で80km/hの速度で5万km走行させた後に、タイヤから補強コードを取り出し、強力低下率を測定する。得られた結果は、比較例1を100とする指数にて表す。この値が大きい程、疲労耐久性が高いことを示す。
ここで、「適用リム」とは、タイヤのサイズに応じて下記の規格に規定されたリムをいう。また、「規定内圧」とは、下記の規格において、最大負荷能力に対応して規定される空気圧をいい、「規定荷重」とは、下記の規格で、タイヤに負荷することが許容される最大の質量をいう。さらに、規格とは、タイヤが生産または使用される地域に有効な産業規格をいい、例えば、アメリカ合衆国では、“THE TIRE AND RIM ASSOCIATION INC.のYEAR BOOK”であり、欧州では、“THE European Tyre and Rim Technical OrganisationのSTANDARDS MANUAL”であり、日本では日本自動車タイヤ協会の“JATMA YEAR BOOK”である。
<補強コードの引張弾性率および引張破断強度>
各実施例および比較例の供試タイヤを解剖して、ベルトの補強コードを取り出し、25℃における引張弾性率および引張破断強度を、JIS L1017に準拠して測定する。
この結果を、下記の表中に併せて示す。
Figure 2019116841
*1)炭素繊維コードの上撚り数をa、炭素繊維コードの総繊度をc、コード比重をCとしたとき、Z=tanθ=a×√(0.125×c/C)/1000で表される炭素繊維コードの上撚り係数Zである。
*2)炭素繊維コードの下撚り数をb、下撚りコードの総繊度をd、コード比重をCとしたとき、Z=tanθ=b×√(0.125×d/C)/1000で表される炭素繊維コードの下撚り係数Zである。
*3)補強コードの打込み本数をA(本/50mm)、補強コードのコード径をB(mm)としたとき、Y=(50−A×B)/Aで表される、タイヤ用補強部材内で隣り合う補強コード間の、コード長手方向に直交する方向におけるコード間隔Yである。
Figure 2019116841
Figure 2019116841
下記の表4,5中に示す条件に従い、複数本の炭素繊維フィラメント(PAN系炭素繊維,比重1.74)を撚り合わせた下撚りコードの複数本を、さらに撚り合わせた上撚りコードからなる複撚り構造を有する炭素繊維コードからなる実施例9,17の補強コードを準備した。この補強コードを用いて、実施例9,17のタイヤ用補強部材を作製した。
タイヤサイズ275/80R22.5にて、カーカスのクラウン領域のタイヤ径方向外側に、4層のベルト層からなるベルトのうち2層目と3層目に、実施例9,17のタイヤ用補強部材を用いたベルトを、タイヤ周方向に対し各16°の角度をもつ交錯層として設けたトラック・バス用タイヤを作製した。
得られた実施例9,17の各供試タイヤにつき、疲労耐久性、並びに、補強コードの引張弾性率および引張破断強度の評価を行った。また、下記の表4〜6中の他の実施例および比較例については、各評価項目ごとに、実施例9,17と同様にして評価した場合の予測値を求めた。なお、比較例6に係る炭素繊維コードは、複数本の炭素繊維フィラメント(PAN系炭素繊維,比重1.74)を撚り合わせた上撚りコードからなる片撚り構造を有する炭素繊維コードである。
<疲労耐久性>
疲労耐久性の評価は、以下のようにして行った。
得られた実施例9,17の各供試タイヤを適用リムに組み、規定内圧、規定荷重下で80km/hの速度で5万km走行させた後に、タイヤから補強コードを取り出し、強力低下率を測定した。得られた結果は、比較例6を100とする指数にて表した。この値が大きい程、疲労耐久性が高いことを示す。
<補強コードの引張弾性率および引張破断強度>
実施例9,17の供試タイヤを解剖して、ベルトの補強コードを取り出し、25℃における引張弾性率および引張破断強度を、JIS L1017に準拠して測定した。
この結果を、下記の表中に併せて示す。
Figure 2019116841
Figure 2019116841
Figure 2019116841
下記の表7〜9中に示す条件に従い、複数本の炭素繊維フィラメント(PAN系炭素繊維,比重1.74)を撚り合わせた下撚りコードの複数本を、さらに撚り合わせた上撚りコードからなる複撚り構造を有する炭素繊維コードからなる補強コードを準備する。なお、比較例11においては、複数本の炭素繊維フィラメント(PAN系炭素繊維,比重1.74)を撚り合わせた上撚りコードからなる片撚り構造を有する炭素繊維コードを用いる。この補強コードが6本で並列に引き揃えられてゴムにより被覆されてなるゴム−コード複合体を用いて、各実施例および比較例のタイヤ用補強部材を作製する。
1層の芯材コード層の周囲に上記ゴム−コード複合体を螺旋状に巻き付けて、螺旋状コード層を形成することにより、各実施例および比較例の補強部材を作製する。芯材コード層の芯材コードとしては、線径0.33mmのスチールフィラメントからなる1×3構造のスチールコードを用いる。また、芯材コード層における芯材コードの、打ち込み数は25本/50mmであり、芯材コード層の長手方向に対する傾斜角度は50°であり、芯材コード層の厚みは2mmである。さらに、螺旋状コード層の補強コードの、芯材コード層の長手方向に対する傾斜角度は16°とする。
タイヤサイズ275/80R22.5にて、カーカスのクラウン領域のタイヤ径方向外側に、4層のベルト層からなるベルトのうち、内側から数えて1層目〜3層目に代えて、各実施例および比較例のタイヤ用補強部材を配置したトラック・バス用タイヤを作製する。
<疲労耐久性>
疲労耐久性の評価は、以下のようにして行う。
得られた各供試タイヤを適用リムに組み、規定内圧、規定荷重下で80km/hの速度で5万km走行させた後に、タイヤから補強コードを取り出し、強力低下率を測定する。得られた結果は、比較例11を100とする指数にて表す。この値が大きい程、疲労耐久性が高いことを示す。
<補強コードの引張弾性率および引張破断強度>
各実施例および比較例の供試タイヤを解剖して、補強部材の補強コードを取り出し、25℃における引張弾性率および引張破断強度を、JIS L1017に準拠して測定する。
この結果を、下記の表中に併せて示す。
Figure 2019116841
Figure 2019116841
Figure 2019116841
上記表中に示すように、本発明によれば、補強コードの剛性と疲労耐久性とを両立させたタイヤ用補強部材、および、これを用いたタイヤを提供できることが確かめられた。
1 螺旋状コード層
1A 上層
1B 下層
2 芯材コード層
2a 芯材コード
10 乗用車用タイヤ
11,21,31 トレッド部
12,22,32 サイドウォール部
13,23,33 ビード部
13a 凹部
14,24,34 カーカス
15,25,35 ビードコア
16,26,36 ビードフィラー
17,27,37 ベルト
17a,17b,27a〜27d,37a〜37g ベルト層
18 ベルト補強層
18a キャップ層
18b レイヤー層
20 トラック・バス用タイヤ
21a 角部
29,39 ベルトアンダークッションゴム
30 建設車両用タイヤ
100,200 タイヤ用補強部材
101 補強コード
下記の表4,5中に示す条件に従い、複数本の炭素繊維フィラメント(PAN系炭素繊維,比重1.74)を撚り合わせた下撚りコードの複数本を、さらに撚り合わせた上撚りコードからなる複撚り構造を有する炭素繊維コードからなる補強コードを準備する。この補強コードを用いて、タイヤ用補強部材を作製する。
タイヤサイズ275/80R22.5にて、カーカスのクラウン領域のタイヤ径方向外側に、4層のベルト層からなるベルトのうち2層目と3層目に、各タイヤ用補強部材を用いたベルトを、タイヤ周方向に対し各16°の角度をもつ交錯層として設けたトラック・バス用タイヤを作製する。
得られた各タイヤにつき、疲労耐久性、並びに、補強コードの引張弾性率および引張破断強度の評価を行う。なお、比較例6に係る炭素繊維コードは、複数本の炭素繊維フィラメント(PAN系炭素繊維,比重1.74)を撚り合わせた上撚りコードからなる片撚り構造を有する炭素繊維コードである。
<疲労耐久性>
疲労耐久性の評価は、以下のようにして行う。
得られた各タイヤを適用リムに組み、規定内圧、規定荷重下で80km/hの速度で5万km走行させた後に、タイヤから補強コードを取り出し、強力低下率を測定する。得られた結果は、比較例6を100とする指数にて表す。この値が大きい程、疲労耐久性が高いことを示す。
<補強コードの引張弾性率および引張破断強度>
各タイヤを解剖して、ベルトの補強コードを取り出し、25℃における引張弾性率および引張破断強度を、JIS L1017に準拠して測定する。
この結果を、下記の表中に併せて示す。

Claims (11)

  1. 補強コードが1本または複数本で並列に引き揃えられてゴムにより被覆されてなるゴム−コード複合体を用いたタイヤ用補強部材であって、
    前記補強コードが、複数本の炭素繊維フィラメントを撚り合わせた下撚りコードの複数本を、さらに撚り合わせた上撚りコードからなる複撚り構造を有する炭素繊維コードからなるとともに、該炭素繊維コードの上撚り数をa、下撚り数をb、該炭素繊維コードの総繊度をc、前記下撚りコードの総繊度をd、コード比重をCとしたとき、
    =tanθ=a×√(0.125×c/C)/1000で表される、前記炭素繊維コードの上撚り係数Zが、0.01〜1.0の範囲であり、
    =tanθ=b×√(0.125×d/C)/1000で表される、前記炭素繊維コードの下撚り係数Zが、0.01〜1.0の範囲であり、かつ、前記補強コードの打込み本数をA(本/50mm)、該補強コードのコード径をB(mm)としたとき、Y=(50−A×B)/Aで表される、タイヤ用補強部材内で隣り合う該補強コード間の、コード長手方向に直交する方向におけるコード間隔Yが0.1〜5mmの範囲であることを特徴とするタイヤ用補強部材。
  2. 前記炭素繊維コードの、上撚り係数Zが0.01〜0.9の範囲であり、下撚り係数Zが0.01〜0.5の範囲である請求項1記載のタイヤ用補強部材。
  3. 前記炭素繊維コードの、上撚り係数Zが0.3〜0.7の範囲であり、下撚り係数Zが0.1〜0.35の範囲である請求項2記載のタイヤ用補強部材。
  4. 前記炭素繊維コードの総繊度cが1000〜30000dtexの範囲であり、前記下撚りコードの総繊度dが300〜10000dtexの範囲である請求項1〜3のうちいずれか一項記載のタイヤ用補強部材。
  5. 前記炭素繊維コードの総繊度cが5000〜30000dtexの範囲であり、前記下撚りコードの総繊度dが1500〜10000dtexの範囲である請求項4記載のタイヤ用補強部材。
  6. 前記炭素繊維コードの総繊度cが10000〜21000dtexの範囲であり、前記下撚りコードの総繊度dが3000〜7000dtexの範囲である請求項5記載のタイヤ用補強部材。
  7. 前記ゴム−コード複合体を螺旋状に巻回して上層と下層とが形成された螺旋状コード層を有する請求項1〜6のうちいずれか一項記載のタイヤ用補強部材。
  8. 前記螺旋状コード層の上層と下層との間に、芯材コード層を備える請求項7記載のタイヤ用補強部材。
  9. 前記芯材コード層の芯材コードが金属コードからなり、かつ、該芯材コードが、該芯材コード層の長手方向に対して40〜90°の傾斜角度を有する請求項8記載のタイヤ用補強部材。
  10. 前記芯材コード層の厚みが1〜3mmである請求項8または9記載のタイヤ用補強部材。
  11. 請求項1〜10のうちいずれか一項記載のタイヤ用補強部材を備えることを特徴とするタイヤ。
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