WO2011099635A1 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

　耐久性を確保しつつ、軽量化および省燃費化を図ることができる空気入りタイヤを提供する。　左右一対のビード部にそれぞれ埋設された一対のビードコア１間に跨ってトロイド状に延在するカーカス２を骨格とし、カーカス２のクラウン部の外周側に配設され、タイヤ周方向に対し傾斜して延びる複数本のコードを配列してなる１層の傾斜スチールベルト層３と、傾斜スチールベルト層３の外周側に配設され、タイヤ周方向に対し実質的に平行に複数本のコードを配列してなる１層の周方向ベルト層４と、を備える空気入りタイヤである。傾斜スチールベルト層３のコード５が、スチールフィラメントの複数本を引き揃えた束を単位としてベルト幅方向に並置され、かつ、周方向ベルト層４のコード６が、複数本のフィラメントを撚り合わせてベルト幅方向に並置されてなる。

Description

空気入りタイヤ

　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、耐久性を確保しつつ、軽量化および省燃費化を図ることができる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、タイヤを軽量化する要求はますます高まってきている。また、製品の生産から、使用、廃棄に至るまで、製品のライフサイクル全体を通したＣＯ_２排出量の削減が求められており、原材料の削減（軽量化）、製造性向上（製造エネルギー削減）および転がり抵抗低減（省燃費化）が求められている。

　このような要望に対して、例えば、特許文献１～５には、構造が簡素であるために製造が容易で、軽量であってかつ転がり抵抗の小さいタイヤとして、１層の傾斜スチールベルト層と、この傾斜スチールベルト層上に位置し、タイヤ周方向に対し実質上平行に複数本のコードを配列した少なくとも１層の周方向スチールベルト層とを備える空気入りラジアルタイヤが開示されている。

　また、これら以外にも、ベルト層での軽量化の観点から、金属モノフィラメントを撚らずにベルト用コードとして使用する技術が開発され、これまでに種々提案がなされている。例えば、特許文献６では、燃費の向上および乗り心地の改良を目的として、金属素線（モノフィラメント）の４または５本を撚り合わせることなくベルトの幅方向に並べて引き揃えた束を単位としてゴムに埋設してなるベルトを備えた空気入りラジアルタイヤが提案されている。また、特許文献７には、タイヤの軽量化ニーズに対応するためと、金属線の折れによる耐久性の低下等の不具合を解決するために、ベルト層の金属モノフィラメントがベルトプライ幅方向に所定の条件下でならべられて被覆ゴム中に埋設されている３枚のベルトプライで構成されている空気入りラジアルタイヤが提案されている。さらに、これら以外にも、特許文献８や９において、金属モノフィラメントコードを並列に配置したベルト構造が開示されている。

特開２００２－０１９４１４号公報（特許請求の範囲等） 特許第３０７１８０８号公報（特開平４－７８６０２号公報，特許請求の範囲等） 特開２００１－２０６０１０号公報（特許請求の範囲等） 特許第４０５４０７２号公報（特開平８－３１８７０６号公報，特許請求の範囲等） 特開２００７－１６１０２６号公報（特許請求の範囲等） 特許第２７１３８０６号公報（特開平４－９５５０５号公報，実施例） 特開２００２－２８３８０９号公報（特許請求の範囲等） 特開２００５－３４９９９９号公報（特許請求の範囲等） 特開２００７－３０２２０３号公報（特許請求の範囲等）

　特許文献１～５に記載の傾斜スチールベルト層および周方向スチールベルト層に、特許文献６～９に記載の金属モノフィラメントを撚らずにベルト用コードとして使用する技術を適用することによって、さらなる軽量化および省燃費化を可能としたタイヤが考えられるが、上記構造は単純に適用することはできない。それは、特許文献６～９に記載のベルト構造は、無撚りのスチールフィラメントを並列配置しており、並列スチールフィラメントに垂直にかかる変形に弱いためである。そのため、周方向ベルトがタイヤ接地時に圧縮変形を受けた際に座屈変形をおこしやすく、タイヤの耐久性の面では必ずしも十分とはいえなかった。

　また、特許文献６～９に記載された技術のように、金属モノフィラメントをベルト層に適用しつつ、金属モノフィラメント間のゲージを確保し、かつ、ベルト層間ゲージを適正に設計することでタイヤの軽量化、省燃費化が可能となる。しかしながら、さらなる軽量化、省燃費化を実現するためには、ベルト層の金属モノフィラメント径を細くするか、打ち込み密度を小さくすることが必要となり、この場合、タイヤ周方向のベルト剛性が低下し、タイヤ耐久性が低下するという問題が生じる。

　そこで、本発明の目的は、耐久性を確保しつつ、軽量化および省燃費化を図ることができる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、ベルトの構造を下記構成とすることにより、上記課題を解決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、左右一対のビード部にそれぞれ埋設された一対のビードコア間に跨ってトロイド状に延在するカーカスを骨格とし、該カーカスのクラウン部の外周側に配設され、タイヤ周方向に対し傾斜して延びる複数本のコードを配列してなる１層の傾斜スチールベルト層と、該傾斜スチールベルト層の外周側に配設され、タイヤ周方向に対し実質的に平行に複数本のコードを配列してなる１層の周方向ベルト層と、を備える空気入りタイヤにおいて、
　前記傾斜スチールベルト層のコードが、スチールフィラメントの複数本を引き揃えた束を単位としてベルト幅方向に並置され、かつ、前記周方向ベルト層のコードが、複数本のフィラメントを撚り合わせてベルト幅方向に並置されてなることを特徴とするものである。

　本発明においては、前記周方向ベルト層のコードを構成するフィラメントの線径Ｄ１と、前記傾斜スチールベルト層のコードを構成するスチールフィラメントの線径Ｄ２とが下記式（１）、
Ｄ１＜Ｄ２　　　（１）
で表わされる関係を満足することが好ましい。また、前記周方向ベルト層のコードは、５～１５本のフィラメントからなることが好ましい。さらに、前記傾斜スチールベルト層のコード同士の間隔Ａ１と、前記周方向ベルト層のコード同士の間隔Ａ２とが下記式（２）、
Ａ１＞Ａ２　　　（２）
で表わされる関係を満足することが好ましい。さらにまた、前記傾斜スチールベルト層の傾斜角度は、周方向に対して４０～６０°であることが好ましい。さらにまた、前記周方向ベルト層のベルト幅方向の幅Ｂ１と、前記傾斜スチールベルト層のベルト幅方向の幅Ｂ２とが下記式（３）、
０．８×Ｂ２＜Ｂ１＜０．９５×Ｂ２　　　（３）
で表わされる関係を満足することが好ましい。さらにまた、前記傾斜スチールベルト層のコードは、３～６本のスチールフィラメントからなることが好ましい。

　本発明によれば、耐久性を確保しつつ、軽量化および省燃費化を図ることができる空気入りタイヤを提供することができる。

本発明の一実施の形態に係る空気入りタイヤの片側断面図である。 本発明の空気入りタイヤのトレッド部の補強構造を示す平面図である。 本発明の空気入りタイヤのトレッド部の拡大断面図である。 本発明に好適に用いることができる周方向ベルト層のコード構造を示す概略断面図である。

　以下、本発明の好適な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、本発明の一実施の形態に係る空気入りタイヤの片側断面図である。図示する空気入りタイヤ１０は、左右一対のビード部１１にそれぞれ埋設された一対のビードコア１間に跨ってトロイド状に延在するカーカス２を骨格とし、カーカス２のクラウン部の外周側に配設され、タイヤ周方向に対し傾斜して延びる複数本のコードを配列してなる１層の傾斜スチールベルト層３と、傾斜スチールベルト層３の外周側に配設され、タイヤ周方向に対し実質的に平行に複数本のコードを配列してなる１層の周方向ベルト層４と、を備える。図２に、本発明の空気入りタイヤにおけるトレッド部１３の補強構造を抜き出して示す。傾斜スチールベルト層３と周方向ベルト層４とからなる補強構造を用いることで、従来のベルト補強層が不要となり、また、傾斜スチールベルト層３と周方向ベルト層４の２層とすることにより、さらに大幅にタイヤの軽量化が可能となる。さらに、ベルト構造が簡素化されるため、省燃費化を図ることができる。

　図３は、本発明の空気入りタイヤのトレッド部１３の拡大断面図である。図示するように、本発明においては、傾斜スチールベルト層３のコード５が、スチールフィラメントの複数本（図示例では５本）を引き揃えた束を単位としてベルト幅方向に並置され、かつ、周方向ベルト層４のコード６が、複数本（図示例では５本）のフィラメントを撚り合わせてベルト幅方向に並置されてなることが重要である。傾斜スチールベルト層３のコード５が、スチールフィラメントの複数本が引き揃えられた束を単位としてベルト幅方向に並置されることで、傾斜スチールベルト層３のコーティングゴムゲージを薄くすることができる。その結果、さらなるタイヤの軽量化が実現可能となる。本発明においては、傾斜スチールベルト層３のコード５の打込み数は、補強性能等の面から、１５～３０束／５０ｍｍとすることが好ましい。

　本発明においては、周方向ベルト層４のコード６は、複数本のフィラメントを撚り合わせてなるものであれば、具体的構造等には特に制限はない。周方向ベルト層４は内圧成長や荷重での変形に対して、伸縮する必要がある。周方向ベルト層４のコード６が伸縮できないと、圧縮でフィラメントが切断される場合がある。そのため、周方向ベルト層４のコード６は撚りコードであることが必要である。また、撚りコードの製造性や強度の観点から、周方向ベルト層４のコード６は、５～１５本のフィラメントからなることが好ましい。周方向ベルト層４のコード６は、好適には、引張強さ２７００Ｎ／ｍｍ^２以上のスチールフィラメントの複数本を撚り合わせてなり、かつ、図４に示すような、タイヤ幅方向断面から見たときの周方向ベルト層４のコード６の断面形状が、スチールフィラメント７間の一部に開口部８を有するＣ形を呈することが好ましい。

　上記のように、スチールフィラメント７間の一部に隙間を有する断面形状の撚りコード６を周方向ベルト層４に用いることで、圧縮および引っ張り変形に対するベルトコードの変形許容度が大きくなり、タイヤ接地時にタイヤ周方向に圧縮が負荷された状態においてもベルトコードが座屈することなく、タガ効果を発生させることが可能となる。また、スチールフィラメント７間に隙間がないコードの場合、タイヤ成形時（シェーピング時）におけるコードの変形代が少ないために、ベルト接合面でのセパレーション等の成形不良の懸念が高い。そのため、フィラメント数を減らして張力を低減させたコードで成形する必要があるが、その場合、タイヤとしての耐久性が低下してしまう。一方で、図４に示すようなコードは変形許容度が大きいため、本数を減らすことなく成形することが可能であり、タイヤとしての耐久性を低下させることなくタイヤを製造することができる。したがって、周方向ベルト層４のコード構造を上記のようにすることで、圧縮時に折れにくく、初期伸び性が良好で、かつ、良好な引張り強度および製造性も兼ね備えた空気入りタイヤを得ることができる。

　また、本発明において、上記開口部８のコード中心角αは、好適には３０～１００°とする。この開口部８のコード中心角αが小さすぎ、すなわち、開口部８が狭すぎると、初期伸び性が低下するおそれがある。一方、開口部８のコード中心角αが大きすぎ、すなわち、開口部８が広すぎると、撚り合わせたコードが切れやすくなり、タイヤ耐久性が低下するおそれがある。

　さらに、本発明において、周方向ベルト層４のコード６の直径Ｄ３は、スチールフィラメント７の線径Ｄ１の４～８倍であることが好ましい。コード圧縮時のコード折れを抑制して、初期伸びを確保するためには、スチールフィラメント７をきつく撚るのではなく、スチールフィラメント７間に空隙が残るようにやわらかく撚ることが必要である。なお、この空隙には、実際にはゴムが充填される。上記コード６の直径Ｄ３が小さすぎる場合、すなわち、スチールフィラメント７をきつく撚りすぎると、圧縮によりコードが折れやすくなり、また、初期伸びも低下する。一方、上記コード６の直径Ｄ３が大きすぎる場合、すなわち、スチールフィラメント７をゆるく撚りすぎると、スチールフィラメント７がバラバラになりやすく、コードの引張り強度が低下する。

　なお、周方向ベルト層４は、通常、帯状のベルト部材をタイヤ周方向にスパイラル状に螺旋巻回することにより形成されるため、実際にはタイヤ赤道線に対して若干の傾斜角を有する。また、本発明において、周方向ベルト層４におけるコード６の打込み数は、補強性等の面から、２５～４５本／５０ｍｍとすることが好ましい。

　本発明において、周方向ベルト層４のコード６を構成するフィラメントとしては、スチールフィラメントを用いることができるが、これに限られず、高張力の有機繊維を用いてもよい。高張力の有機繊維としては、例えば、ポリアミド（ナイロン（登録商標））、アラミド繊維（ケブラー（登録商標））等の有機繊維を挙げることができる。

　本発明においては、周方向ベルト層４のコード６を構成するフィラメントの線径Ｄ１と、傾斜スチールベルト層３のコード５を構成するフィラメントの線径Ｄ２とが下記式（１）、
Ｄ１＜Ｄ２　　　（１）
で表わされる関係を満足することが好ましい（図３参照）。周方向ベルト層４のコード６はフィラメント複数本を撚り合わせるため、フィラメント１本当たりの線径は細くても、本発明の効果を得ることができるためである。好ましくは、線径Ｄ１は０．１３～０．２５ｍｍ、Ｄ２は０．１８～０．３５ｍｍである。

　また、本発明においては、傾斜スチールベルト層４のコード５同士の間隔Ａ１と、周方向ベルト層４のコード同士６の間隔Ａ２とが下記式（２）、
Ａ１＞Ａ２　　　（２）
で表わされる関係を満足することが好ましい（図３参照）。周方向剛性を確保するためには周方向ベルト層４の打ち込み数を密にする方が好ましいためである。好ましくは、Ａ１は１．０～２．０ｍｍ、Ａ２は０．５～１．２ｍｍである。

　また、本発明においては、傾斜スチールベルト層３の傾斜角度が、周方向に対して４０～６０°であることが好ましい。強化繊維が一方向に並んだ複合部材が、一定の力で平行四辺形にせん断変形する場合、せん断変形量が最も小さくなるのは、強化繊維の角度が５４°の場合である。すなわち、ベルト角度は周方向に対して５４°の時に、傾斜スチールベルト層３の収縮が最も小さく、転がり抵抗を小さくすることができることから、上記範囲が好適である。

　また、本発明においては、周方向ベルト層４のベルト幅方向の幅Ｂ１と、傾斜スチールベルト層３のベルト幅方向の幅Ｂ２とが下記式（３）、
０．８×Ｂ２＜Ｂ１＜０．９５×Ｂ２　　　（３）
で表わされる関係を満足することが好ましい（図２参照）。ベルト部の高速耐久性を確保するためには、周方向ベルト層４の方が狭い方が好ましいためである。

　また、本発明においては、製造性、ベルト強度および軽量化の観点から、傾斜スチールベルト層３のコード５は、３～６本のスチールフィラメントからなることが好ましい。

　本発明においては、傾斜スチールベルト層３のコード５が、スチールフィラメントの複数本を引き揃えた束を単位としてベルト幅方向に並置され、かつ、周方向ベルト層４のコード６が、複数本のフィラメントを撚り合わせてベルト幅方向に並置されてなることが重要であり、それ以外のタイヤ構成の詳細については、常法に従い適宜構成することができ、特に制限されるものではない。例えば、図１に示すタイヤは、トレッド部１３と、その両側に連なる一対のサイドウォール部１２およびビード部１１とからなり、カーカス２は、これら各部をビード部１１内にそれぞれ埋設された一対のビードコア１間にわたり補強している。

　また、本発明において、カーカス２のコードとしては、ナイロン、ポリエステル、レーヨンまたは芳香族ポリアミドなどの各種有機繊維のコードを用いることができる。カーカス２は、少なくとも１層にて配置することが必要であるが、２層以上で配置してもよく、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折り返して係止される。

　さらにまた、本発明のタイヤにおいて、トレッド部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。さらにまた、本発明のタイヤにおいて、タイヤ内に充填する気体としては、通常の又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。

　以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
（比較例１、２および実施例１～４）
　図１に示すような、１層のカーカス２のクラウン部の外周側に順次、第１ベルト層３と、第２ベルト層４とを備える空気入りタイヤを、タイヤサイズ１９５／６５Ｒ１５にて作製した。ベルト構造の詳細を下記表１に示す。得られた各供試タイヤにつき、下記に従い評価を行った。

＜耐高速性＞
　各供試タイヤをＪＡＴＭＡで規定する正規リムに組み付け、２８０ｋＰａの内圧を充填し、ドラムにタイヤを任意の力で押し付けて、ドラムの任意の周速から段階的に速度を増加しつつ、各速度を任意の時間維持した場合の故障発生速度を記録し、比較例１のタイヤの故障時の速度を基準として、速度差を算出した。得られた結果を表１に併記する。

＜タイヤ重量＞
　各供試タイヤの重量をそれぞれ測定し、比較例１のタイヤの重量を基準として、タイヤの重量差を算出した。得られた結果を表１に併記する。

＜省燃費性＞
　各供試タイヤの省燃費性の指標として、ＳＡＥ　Ｊ　１２６９に準拠して、低転がり抵抗を転動抵抗試験機を用いて測定した。比較例１を基準として、それよりも極めて優れている場合を◎、優れている場合を○、同等の場合を△、劣っている場合を×として評価した。得られた結果を表１に併記する。

＜総合評価＞
　各供試タイヤの総合評価として、比較例１を基準として、それよりも極めて良好である場合を◎、良好である場合を○、同等である場合を△、劣っている場合を×として評価した。得られた結果を表１に併記する。

　上記表１に示すように、本発明の空気入りタイヤは、耐久性を確保しつつ、軽量化および省燃費化が向上していることがわかる。

　１　ビードコア
　２　カーカス
　３　傾斜スチールベルト層
　４　周方向ベルト層
　５　傾斜スチールベルト層のコード
　６　周方向ベルト層のコード
　７　スチールフィラメント
　８　開口部
　１０　空気入りタイヤ
　１１　ビード部
　１２　サイドウォール部
　１３　トレッド部

Claims (7)

1. 　左右一対のビード部にそれぞれ埋設された一対のビードコア間に跨ってトロイド状に延在するカーカスを骨格とし、該カーカスのクラウン部の外周側に配設され、タイヤ周方向に対し傾斜して延びる複数本のコードを配列してなる１層の傾斜スチールベルト層と、該傾斜スチールベルト層の外周側に配設され、タイヤ周方向に対し実質的に平行に複数本のコードを配列してなる１層の周方向ベルト層と、を備える空気入りタイヤにおいて、
   　前記傾斜スチールベルト層のコードが、スチールフィラメントの複数本を引き揃えた束を単位としてベルト幅方向に並置され、かつ、前記周方向ベルト層のコードが、複数本のフィラメントを撚り合わせてベルト幅方向に並置されてなることを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 　前記周方向ベルト層のコードを構成するフィラメントの線径Ｄ１と、前記傾斜スチールベルト層のコードを構成するスチールフィラメントの線径Ｄ２とが下記式（１）、
   Ｄ１＜Ｄ２　　　（１）
   で表わされる関係を満足する請求項１記載の空気入りタイヤ。
3. 　前記周方向ベルト層のコードが、５～１５本のフィラメントからなる請求項１記載の空気入りタイヤ。
4. 　前記傾斜スチールベルト層のコード同士の間隔Ａ１と、前記周方向ベルト層のコード同士の間隔Ａ２とが下記式（２）、
   Ａ１＞Ａ２　　　（２）
   で表わされる関係を満足する請求項１記載の空気入りタイヤ。
5. 　前記傾斜スチールベルト層の傾斜角度が、周方向に対して４０～６０°である請求項１記載の空気入りタイヤ。
6. 　前記周方向ベルト層のベルト幅方向の幅Ｂ１と、前記傾斜スチールベルト層のベルト幅方向の幅Ｂ２とが下記式（３）、
   ０．８×Ｂ２＜Ｂ１＜０．９５×Ｂ２　　　（３）
   で表わされる関係を満足する請求項１記載の空気入りタイヤ。
7. 　前記傾斜スチールベルト層のコードが、３～６本のスチールフィラメントからなる請求項１記載の空気入りタイヤ。

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