JP2009248658A - 空気入りラジアルタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】トレッド部の偏摩耗を改善し、かつベルト耐久性を向上させた重荷重用途に好適な空気入りラジアルタイヤを提供する。
【解決手段】互いに交差し延在させたスチールコードからなる主ベルト１１，１３と、タイヤ周方向に０°の角度でスチールコードを延在させた０°ベルトを備えた空気入りラジアルタイヤにおいて、各素線Ｆが長手方向に螺旋状の連続波を有し、該連続波の波付け高さＨと素線径ｄとが１．１≦Ｈ／ｄ≦１．５の関係を満たし、かつ波付けピッチＬとストランド撚りピッチＰ１とが０．２５≦Ｌ／Ｐ１≦０．５５の関係を満たすように撚り合わされてなる１×ｎ構造（ｎ＝２〜５）のストランドＳを用いて、該ストランドを更に撚り合わせた複撚り構造であって、コード撚りピッチＰ２とコード外径Ｄとの比が７≦Ｐ２／Ｄ≦１４の関係を満たすスチールコードＣにより、０°ベルト１２を構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、空気入りラジアルタイヤに関するものである。

近年、トラック輸送の効率向上を目的としたトラックの開発が積極的に押し進められており、それに伴い耐久性能に優れた、偏平率が７０％以下の重荷重用空気入りラジアルタイヤの開発が要望されている。

このスーパーシングルタイヤと呼ばれる扁平率の小さい空気入りラジアルタイヤでは、ベルト部の剛性不足によるタイヤ耐久性の低下やトレッド部の耐偏摩耗性を改善するため、ベルトに、ワーキングベルト（主ベルト）とともに、タイヤ周方向に対して実質的に０°の角度でスチールコードを配設した層（０°ベルト）を設けることが提案されている。かかるタイヤによれば、ワーキングベルトのみを配設したタイヤに比して、タイヤへの内圧充填時および、タイヤの負荷転動時における、トレッドの半径方向外方への膨出を効果的に抑制して、ベルトの耐久性を高めることができると考えられる。

しかしながら、通常のスチールコードのような剛直なコードをタイヤ周方向に実質的に０°の角度で配設した場合、タイヤ加硫時に拡張することが困難になる。そのため、これらのスチールコードとしてはコードのＳ−Ｓ曲線の傾きが、１〜２％までは緩やかで、それ以上は急激に大きくなる、いわゆるハイエロンゲーションコードが用いられ、これにより加硫時の拡張を容易にしている。

このようなハイエロンゲーションコードとしては、一般に３×７、４×４構造などの複撚り構造のコードが用いられているが、従来の複撚りコードでは、加硫時にゴムがコード内部に侵入することで多数のフィラメントがコード内部で拘束されてしまう。その結果、コードは、低荷重域での伸びが十分に確保できず、タイヤ走行中のコードに過度の歪がかかり、応力集中により耐久性が低下するという問題がある。

このような問題を解決するために、下記特許文献１には、０°ベルトを構成するスチールコードを、素線径Ｄが０．３〜０．４ｍｍからなる１×Ｎ（Ｎ＝３〜５）の単撚り構造であって、各素線が長手方向に螺旋状の連続波を有し、該連続波の波付け高さＨと素線径Ｄとが１．１≦Ｈ／Ｄ≦１．５の関係を満たすようにしたものが提案されている。このように構成することで、加硫後のゴム付き状態においても十分な低荷重伸び特性を確保することができる。しかしながら、同文献のスチールコードは単撚り構造であることから、上記Ｓ−Ｓ曲線において、変曲点以降の傾きが必ずしも十分に大きく立ち上がるとはいえず、そのため、ある程度荷重が作用してからの拘束性に劣るという問題がある。

ところで、下記特許文献２には、１×ｎ構造のスチールコードにおいて、各素線にコードの撚りピッチよりも小さいピッチの波付きくせを持たせることにより、破断時の伸びを大きくするとともに、素線相互間に隙間を形成してゴム浸透性を向上することが開示されている。しかしながら、この文献のスチールコードは単撚り構造であって、複撚り構造ではなく、また上記０°ベルトに配設する点についても何ら開示されていない。

また、下記特許文献３には、３層の複撚り構造のスチールコードにおいて、コアを、略平行に引き揃えた３本のフィラメントからなり、そのうち少なくとも１本のフィラメントに型付けしたストランドで構成する点が開示されている。しかしながら、この文献において、フィラメントに型付けするのは、単にコード内部にゴムを浸透しやすくするためであり、そのため、実施例でも１本のフィラメントに型付けしたものしか開示されておらず、本発明を何ら示唆するものではない。
特開２００７−０５５３８９号公報 特開平０７−３３１５８７号公報 特開平０９−２２８２７０号公報

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、加硫後のゴム付き状態での低荷重域の伸びを確保しつつ、タイヤ周方向のベルト剛性と拘束性を向上することでタイヤ耐久性と耐偏摩耗性を向上することができる空気入りラジアルタイヤを提供することを目的とする。

本発明に係る空気入りラジアルタイヤは、左右一対のビードコアにて両端部が係止されたカーカスと、トレッド部における前記カーカスの外周側で、互いに交差し延在させたスチールコードからなる少なくとも２層の主ベルトと、タイヤ周方向に対して実質的に０°の角度でスチールコードを延在させた０°ベルトとを備えた空気入りラジアルタイヤにおいて、前記０°ベルトを構成するスチールコードのストランドが、１×ｎ構造（ｎ＝２〜５）であって、該ストランドの各素線が長手方向に螺旋状の連続波を有し、該連続波の波付け高さＨと素線径ｄとが１．１≦Ｈ／ｄ≦１．５の関係を満たし、かつ該連続波の波付けピッチＬとストランド撚りピッチＰ１とが０．２５≦Ｌ／Ｐ１≦０．５５の関係を満たすように撚り合わされてなり、前記０°ベルトのスチールコードは、複数本の前記ストランドを撚り合わせてなる複撚り構造であって、コード撚りピッチＰ２とコード外径Ｄとの比が７≦Ｐ２／Ｄ≦１４の関係を満たすものである。

本発明によれば、素線に連続波を施した上で撚り合わせてなる１×ｎ構造のストランドを更に撚り合わせた複撚り構造のスチールコードとすることにより、加硫後のゴム付き状態でも低荷重域での伸びを確保することができ、かつゴム侵入性に優れる。そして、これを０°ベルトコードとして用いることにより、タイヤ加硫時の拡張挙動を容易にすることができ、また、タイヤ中でも低荷重域のコード伸びを保持して走行中の応力集中を分散することができる。しかも、このような低荷重域での伸びを確保しつつ、タイヤへの内圧充填時やタイヤの負荷転動時におけるタイヤ周方向のベルト剛性と拘束性を向上することができる。よって、タイヤの耐久性を向上するとともに偏摩耗の発生を抑制することができる。

以下に、本発明に係る実施形態の空気入りラジアルタイヤを図面を参照し説明する。

図１は、重荷重用の空気入りラジアルタイヤの１例を示すタイヤＴの半断面図であり、符号１は４枚のベルト層からなるベルト、符号２はカーカス、符号３はトレッド部、符号４はビード部、符号５はサイドウォール部をそれぞれ示す。

タイヤＴは、左右一対のビード部４間に、タイヤ幅方向に延在するスチールコードをタイヤ周方向に所定間隔で配列した１枚のカーカス２を有する。カーカス２は、その両端部がビード部３に埋設されたビードコア６の周りにビードフィラー７を挟み込むようにしてタイヤの内側から外側に折り返され係止されている。トレッド部３におけるカーカス２の外周側には、４枚のベルト層からなるベルト１が配設されている。

図２は実施形態のタイヤＴのトレッド部３の断面を模式的に示し、ベルト構成を説明するものである。図２において、ベルト１は、タイヤ半径方向内側から順に、第１ベルト１１、第２ベルト１２、第３ベルト１３及び第４ベルト１４との４層で構成されている（いずれもベルトは破線で示す）。

第１ベルト１１と第３ベルト１３は、タイヤの主ベルト（ワーキングベルト）をなすベルト層であり、従来一般的なベルト用スチールコードが所定間隔でタイヤ周方向に対して一定角度で配列され、互いにコード交差し配設されている。

第４ベルト１４は、耐カット性とゴム侵入性に優れるスチールコードからなるタイヤ周方向に一定角度で配列された保護ベルト、いわゆるトップベルトであり、耐外傷耐久性や更新性を改善している。

第２ベルト１２は、タイヤ周方向に対して実質的に０°の角度でスチールコードをタイヤ幅方向に所定間隔で配列して延在させた、本発明に係る０°ベルトである。

この０°ベルト１２を構成するスチールコードＣは、図３にその一例を示すように、複数本の素線（フィラメント）Ｆを撚り合わせてなるストランドＳを更に複数本撚り合わせてなる複撚り構造のコードである。

上記ストランドＳは、１×ｎ構造（ｎ＝２〜５）である。ここで、素線数ｎが６以上では、撚り線時に素線の配置が不安定となりコード形状が安定しない。

ストランドＳを構成する各素線Ｆは、図４に示すように、その長手方向に螺旋状の連続波が加工され設けられている。このような螺旋状の連続波は、型付けピンやローラーを千鳥状に配した公知の型付け装置により波付け加工することができる。

この連続波の波付け高さＨと素線径ｄとは、１．１≦Ｈ／ｄ≦１．５の関係を満たすよう設けられている。また、この連続波の波付けピッチＬとストランド撚りピッチＰ１とが０．２５≦Ｌ／Ｐ１≦０．５５の関係を満たすように撚り合わされることで、ストランドＳが形成されている。

上記Ｈ／ｄが１．１未満であると、加硫後ゴム付きの状態で低荷重域での充分な伸びが得られず、逆にＨ／ｄが１．５を超えると、コードの形状が不安定になり工程性を損なうおそれがある。また、上記Ｌ／Ｐ１が０．２５未満であると、伸びの向上には有効であるが、形状が不均一となり、逆にＬ／Ｐ１が０．５５を超えると、ゴム加硫時に低荷重の張力がかかった際に素線隙間が狭くなりやすいため、ゴム侵入性が低下する。なお、素線径ｄは、ストランドＳの撚り合わせ本数などに応じて適宜設定可能であるため、特に限定されないが、０．１〜０．３ｍｍであることが好ましい。

０°ベルト１２を構成するスチールコードＣは、以上のように素線Ｆを撚り合わせてなるストランドＳを更に撚り合わせてなる複撚り構造のコードであり、コード撚りピッチＰ２とコード外径Ｄとの比が７≦Ｐ２／Ｄ≦１４の関係を満たすものである。該スチールコードＣは、素線数をｎ＝２〜５とし、ストランドＳの撚り本数をｍとした、ｍ×ｎ構造である。ここで、ストランドＳの撚り本数ｍは、特に限定されず、コード外径Ｄや素線径ｄに応じて適宜設定することができる。後述するようにコード外径Ｄは主ベルトのコード外径よりも小径であることが好ましく、また、一般にコード外径Ｄは素線径ｄにより変わるので、主ベルトのコード外径よりも小径にできる範囲内で素線径ｄに応じてストランドＳの撚り本数ｍを設定すればよい。好ましくはｍ＝２〜５である。

上記Ｐ２／Ｄが７未満であると、撚り歪みが大きくなり、コード強度が低下し、かつ撚りが不均一になる。また、Ｐ２／Ｄが１４を超えると、十分な低荷重域での伸びが得られない。

上記よりなるスチールコードＣは、断面形状が図３に示すように（ｍ＝３，ｎ＝５の場合）、コード長手方向でランダムに素線Ｆ間に隙間Ｇが形成されており、そのため、コード内部へのゴム侵入性を向上することができる。

また、スチールコードＣは、加硫後のゴムが付いた状態で、縦軸を荷重（Ｎ）、横軸を伸び（％）とするＳ−Ｓ曲線において、図５に示すように、低荷重域では緩やかな傾きで、荷重が大きくなると急激に傾きが大きくなる変曲点Ｚを有する半弾性コードとしての挙動を示す。具体的には、低荷重域での引張弾性率が５０００Ｎ／ｍｍ^２以下であることが好ましく、より好ましくは４０００〜５０００Ｎ／ｍｍ^２である。

これは、Ｓ−Ｓ曲線の低荷重域では、コード軸方向に引張力がかかると各素線がコード内部に侵入したゴムを内側に徐々に締め付けることでゴム弾性により緩やかな傾きを示し、素線による締め代がなくなるとスチールフィラメントを引っ張る大きな傾きに急変することによるものであり、そのため、両傾きの間で変曲点Ｚを有するようになる。

特に、本実施形態によれば、スチールコードＣが上記特有の複撚り構造であるため、上記従来の特許文献１のような単撚り構造のスチールコードに対して、低荷重域の傾きを緩やかなものとしつつ、変曲点Ｚ以降の傾きをより急激に立ち上げて、変曲点Ｚを強調することができ、拘束性を向上することができる。図６は、後記の実施例１に係る３×５×０．１８のスチールコードと、１×５×０．１８の単層構造のスチールコード（各素線は波付けされている）のＳ−Ｓ曲線をそれぞれ示したグラフである。同グラフから明らかなように、本実施形態であると変曲点がより強調されている。

本実施形態においては、前記低荷重域での傾きの接線Ｘと前記変曲点以降の傾きの接線Ｙとの交点の伸びＡ（％）（図５参照）が、０．５≦Ａ＜２．０であることが好適である。この交点Ａの伸びが０．５％未満であると、走行時の応力分散が不充分である傾向となり、２．０％以上であると、０°ベルトの拘束力が不足し、耐久性が低下する傾向にある。

０°ベルト１２のベルト１内での位置関係は特に制限されることはないが、０°ベルトのタイヤ半径方向外側に少なくとも一層の前記主ベルトが配されていることが好ましい。より詳細には、０°ベルト１２は、主ベルト１１，１３の層間、もしくは主ベルト１１のタイヤ径方向内側でカーカス２との間に配置することが好ましい。０°ベルト１２の幅は、タイヤ半径方向外側のベルト層１３の幅の９０％以下であることが好ましく、これにより、０°ベルトエッジ部分への応力集中を和らげることができ、該応力集中による歪みを受けることに起因するエッジ部分の耐久性低下を防ぐことができる。

なお、０°ベルト１２は、主ベルト１３とトップベルト１４との間に配設してもよいが、一般に、トップベルト１４は主ベルト１１，１３に対し幅がその９０％以下しかないため、この部分に０°ベルト１２をその外側のベルト層に対して９０％以下の幅で配設すると、０°ベルト１２の幅が狭くなりすぎてショルダー部において十分な拘束力を得にくくなる。そのため、０°ベルト１２は上記のように主ベルト１１，１３の間または主ベルト１１とカーカス２の間に配設することが好ましい。

一方、このように０°ベルトを主ベルトの間または主ベルトとカーカスの間に配設する場合に、０°ベルト層１２が主ベルト層１１，１３よりも厚くなると、ベルト内部の歪が０°ベルト１２に集中し、耐セパレーションが悪化するおそれがある。そのため、０°ベルト１２のスチールコードＣのコード外径Ｄは、主ベルト１１，１３を構成するスチールコードのコード外径よりも小径であることが好ましく、これにより、ベルトエッジ部でのセパレーションの進行を遅らせて、タイヤ耐久性を向上することができる。

上記０°ベルト１２は、スチールコードＣをタイヤＴの周方向に連続でスパイラル状に巻回して設けることができる。スチールコードＣのコード角度はタイヤ周方向に対して実質的に０°であり、例えば１本のコードＣをタイヤＴの幅方向にずらせながらスパイラル状に巻き付け成形される。また、数本のコードＣを引き揃えてゴムで被覆したリボン状の帯状部材を、タイヤ成形の際に成形ドラム１周毎にリボン状の側端部同士を突き合わせながらスパイラル状に巻き付けることにより行われる。このようにスチールコードＣをスパイラル状に連続に巻くことにより、ジョイント等の影響を受けず、十分なベルト剛性が得られる。

以上よりなる本実施形態の空気入りラジアルタイヤであると、上記構成の０°ベルトを具備することにより、タイヤの耐久性と耐偏摩耗性を向上することができ、特にトラック用の重荷重車両に使用される扁平率（タイヤの高さ／タイヤの総幅の比率）が６０％以下のタイヤに好適である。

以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

図２に示すベルト構成を有するタイヤサイズ３８５／５５Ｒ２２．５のラジアルタイヤを試作した。０°ベルトは第２ベルト１２に配置し、表１、２に記載の各スチールコードを使用した。第１〜４ベルトの構成は、実施例及び比較例を表３、従来例を表４に示す。なお、ベルト以外の各部位には全て共通の部材を使用した。また、表中の角度の欄で右、左はベルトコードの傾斜方向を表す。

従来例は、図７に示す０°ベルト未使用の例である。この従来例のタイヤＴ１は、角度付きの第１〜第３ベルト（主ベルト）１１１，１１２，１１３と第４ベルト（トップベルト）１１４との４枚のベルト層よりなるベルト１００を具備する空気入りラジアルタイヤである。

上記各タイヤについて、下記の評価を行った。結果を表１、２に示す。

［引張試験］
各スチールコードを加硫ゴム付きの状態で引張試験（ＪＩＳ Ｇ３５１０に準拠）を行い、図５に示すＳ−Ｓ曲線から低荷重域での傾きの接線Ｘと前記変曲点以降の傾きの接線Ｙとの交点の伸びＡ（％）を求めた。低荷重域での引張弾性率は、Ｓ−Ｓ曲線の原点付近における最大勾配部の接線から求められる１００％伸びたと仮定したときの強度として算出した。

［ゴム侵入性］
スチールコードをゴム中に埋め込んで加硫した後、ストランドを２分割し、コード内部のワイヤ表面を目視観察し、ゴム被覆されている面積を百分率で表した。

［コード形状安定性］
コードの形状安定性は、撚り合わせたコードの外観を目視で観察した。○：良好、△：やや型崩れあるが使用に問題なし、×：型崩れあり、と評価した。

［タイヤ耐久性］
表面が平滑な直径１７００ｍｍの鋼製回転ドラムを有するドラム試験機により、周辺温度３８±３℃、タイヤ内圧９００ｋＰａ、負荷荷重４５００ｋｇで一定として、速度５６ｋｍ／ｈから１２時間毎に８ｋｍ／ｈずつ増加させ、故障が発生するまで走行させた。故障発生までの走行距離を、従来例を１００とする指数で表１に示した。指数が大きいほど耐久性に優れる。

［耐偏摩耗性］
大型トラックの駆動輪に装着し、実車にて５万ｋｍ走行後のトレッド接地面を観察し、偏摩耗の発生状態を従来例を基準として、良〜同等〜悪で判定した。

表に示す通り、実施例１〜５では、加硫後のゴム付き状態において十分な低荷重伸び特性が確保されており、ゴム侵入性にも優れていた。また、タイヤ耐久性、耐偏摩耗性ともに優れていた。

これに対して、比較例１は、コード構造が３×６（ストランド構造が１×６）であるため、撚り合わせ時に素線の１本が部分的にコード内側に入り込むなどコードの安定性が悪く、その結果、コード耐久性が低下し、タイヤ耐久性が低下していた。

Ｈ／ｄの小さい比較例２では、加硫後ゴム付き状態での低荷重域伸びが不充分となり、走行時の歪みによる応力集中を分散できずタイヤの耐久性が低下していた。逆に、Ｈ／ｄが大きい比較例３では、低荷重域伸びが大きくなりすぎ、走行中のベルト拘束力が不足し、偏摩耗が改善されなかった。

Ｌ／Ｐ１の小さい比較例４では、コード形状が安定せず、その結果、コード耐久性が低下し、タイヤ耐久性が低下していた。逆に、Ｌ／Ｐ１の大きい比較例５では、タイヤ加硫時において低荷重の張力がかかったときに素線間隔が狭くなり、ゴム侵入性が低下し、タイヤ耐久性に劣っていた。

Ｐ２／Ｄが小さい比較例６では、撚り歪みが大きくなりコード耐久性が低下し、かつ撚りが不均一になるためタイヤ耐久性が低下した。逆に、Ｐ２／Ｄが大きい比較例７では、加硫後のゴム付き状態での低荷重域伸びＡが小さく、走行時の歪みによる応力集中を分散できず、タイヤ耐久性に劣っていた。

以上説明したように、本発明による空気入りラジアルタイヤは、ベルトの耐久性、耐偏摩耗性に優れることから重荷重用のトラックやバス用のタイヤに使用することができ、特に扁平率が６０％以下のラジアルタイヤに好適である。

実施形態の空気入りラジアルタイヤの半断面図である。 実施形態のベルト構成を模式的に示す断面図である。 実施形態のスチールコードの断面図である。 素線連続波の波付けの説明図である。 ゴム付きコードのＳ−Ｓ曲線の１例を示すグラフである。 実施例１のスチールコードと比較例のスチールコードのＳ−Ｓ曲線を示すグラフである。 従来例のベルト構成を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１…ベルト
２…カーカス
６…ビードコア
１１，１３…主ベルト
１２…０°ベルト
Ｃ…スチールコード
Ｓ…ストランド
Ｆ…素線

Claims (3)

1. 左右一対のビードコアにて両端部が係止されたカーカスと、トレッド部における前記カーカスの外周側で、互いに交差し延在させたスチールコードからなる少なくとも２層の主ベルトと、タイヤ周方向に対して実質的に０°の角度でスチールコードを延在させた０°ベルトとを備えた空気入りラジアルタイヤにおいて、
   前記０°ベルトを構成するスチールコードのストランドが、１×ｎ構造（ｎ＝２〜５）であって、該ストランドの各素線が長手方向に螺旋状の連続波を有し、該連続波の波付け高さＨと素線径ｄとが１．１≦Ｈ／ｄ≦１．５の関係を満たし、かつ該連続波の波付けピッチＬとストランド撚りピッチＰ１とが０．２５≦Ｌ／Ｐ１≦０．５５の関係を満たすように撚り合わされてなり、
   前記０°ベルトのスチールコードは、複数本の前記ストランドを撚り合わせてなる複撚り構造であって、コード撚りピッチＰ２とコード外径Ｄとの比が７≦Ｐ２／Ｄ≦１４の関係を満たす、
   ことを特徴とする空気入りラジアルタイヤ。
2. 前記０°ベルトのスチールコードは、加硫後のゴムが付いた状態で、縦軸を荷重（Ｎ）、横軸を伸び（％）とするＳ−Ｓ曲線において、低荷重域では緩やかな傾きで、荷重が大きくなると傾きが大きくなる変曲点を有し、前記低荷重域での傾きの接線と前記変曲点以降の傾きの接線との交点の伸びＡ（％）が０．５≦Ａ＜２．０である
   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。
3. 前記０°ベルトのタイヤ半径方向外側に少なくとも一層の前記主ベルトが配され、前記０°ベルトの幅が前記タイヤ半径方向外側の主ベルトの幅の９０％以下であり、かつ前記０°ベルトのスチールコードのコード外径が前記タイヤ半径方向外側の主ベルトを構成するスチールコードのコード外径よりも小径である
   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。

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