JP2010095061A - 乗用車用空気入りラジアルタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】スチールコードカーカス層にスチールコードを使用しつつ、高速耐久性と高速走行性が高くかつ軽量な乗用車用空気入りラジアルタイヤを提供する。
【解決手段】左右一対のビード部間に１プライ構造のカーカス層を装架し、該カーカス層の外周に少なくとも２層のベルト層を配置した乗用車用空気入りラジアルタイヤにおいて、カーカス層のカーカスコードを素線径が０．０９０〜０．１１５ｍｍのスチールフィラメントを１×ｎの撚り構造（ｎは３以上６以下の整数）にし、下記式で表されるコード軸に対するスチールフィラメントの配向係数Ｐａが４．０〜１０．０であるスチールコードで構成した。
Ｐａ＝ｐ／（π×（Ｄ−ｄ））
ここで、ｐ：撚りピッチ（ｍｍ）、 Ｄ：スチールコード径（ｍｍ）、
ｄ：スチールフィラメントの素線径（ｍｍ）
【選択図】図１

Description

本発明には、乗用車用空気入りラジアルタイヤに関し、さらに詳しくは、カーカス層にスチールコードを使用して高速耐久性と高速走行性の高い軽量な乗用車用空気入りラジアルタイヤに関する。

従来、乗用車用空気入りラジアルタイヤのカーカスに通常用いられているポリエステル繊維に比較して、レーヨン繊維は弾性率の温度依存性が小さく、また、弾性率も比較的高いために、特に高い高速性や操縦性が求められる低偏平の乗用車用カーカスに用いられてきた。

しかしながら、特に低偏平でリム径の大きな高性能タイヤにおいては、一般に、操縦性や高速性を確保するためにカーカスが２層である２プライ構造を採用するのが必須であり、そのため、タイヤ重量が増大するという問題があった。

一方、スチールコードは、比強度はレーヨンコードよりやや高いレベルであるが、弾性率は極めて高く、また温度変化による弾性率の変動は極めて小さい。したがって、高速走行時のタイヤの径成長を抑制できるために、タイヤの遠心力によるせり上がりが抑制され高速耐久性が向上する。更に、径成長の抑制ができることにより接地変化も少なく、また、同時に高速走行によるタイヤ発熱による弾性率の低下もないことから、高速走行操縦安定性も高いことが期待でき、例えば、スチールコードをカーカス層に使用すれば、１プライのカーカスで２プライのレーヨンコードカーカスを使用したタイヤを越える高速性や操縦安定性を確保するとともに軽量なタイヤを実現できる可能性がある。

このような利点が期待できるため、カーカス層にスチールコードを使用した空気入りタイヤについての提案が提案されている（例えば特許文献１、２など）。

しかし、スチールコードは、曲げ変形や圧縮変形に対して座屈し疲労破壊しやすいという特性があり、特にタイヤ内圧が低下した場合には有機繊維コードカーカスのタイヤに比較して耐久性が低いという問題がある。
特開２００３−１３６９１０号公報 特開昭６３−２６５７０４号公報

本発明の目的は、上述したような点に鑑み、カーカス層にスチールコードを使用しつつ、高速耐久性と高速走行性が高くかつ軽量な乗用車用空気入りラジアルタイヤを提供することにある。

かかる目的を達成する本発明の乗用車用空気入りラジアルタイヤは、下記（１）の構成からなる。

（１）左右一対のビード部間に１プライ構造のカーカス層を装架し、該カーカス層の外周に少なくとも２層のベルト層を配置した乗用車用空気入りラジアルタイヤにおいて、前記カーカス層のカーカスコードを素線径が０．０９０〜０．１１５ｍｍのスチールフィラメントを１×ｎの撚り構造（ｎは３以上６以下の整数）にし、下記式で表されるコード軸に対するスチールフィラメントの配向係数Ｐａが４．０〜１０．０であるスチールコードで構成した乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
Ｐａ＝ｐ／（π×（Ｄ−ｄ））
ここで、ｐ：撚りピッチ（ｍｍ）、 Ｄ：スチールコード径（ｍｍ）、
ｄ：スチールフィラメントの素線径（ｍｍ）

また、かかる本発明の乗用車用空気入りラジアルタイヤにおいて、具体的構成として好ましくは、以下の（２）〜（５）のいずれかの構成からなる。

（２）前記スチールコードの配向係数Ｐａが４．０〜７．５である上記（１）記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
（３）前記スチールコードが、オープン撚り構造コードである上記（１）または（２）記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
（４）正規リムにリム組みし、正規内圧の５％の空気圧を充填した状態のトレッドプロファイルにおいて、前記ベルト層の最外端からタイヤ径方向に引かれる直線がトレッド輪郭と交わる点をＰとして、クラウン中心から前記交点Ｐに引いた直線がタイヤ軸方向に対してなす角度θを４°〜８°の範囲にした上記（１）〜（３）のいずれかに記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
（５）正規リムにリム組みし正規内圧の５％の空気圧を充填した状態のトレッドプロファイルにおいて、該トレッドプロファイルの中央部円弧の曲率半径をＲｃとし、ショルダー側円弧の曲率半径をＲｓとしたときの比Ｒｃ／Ｒｓを、６〜１０の関係を有するようにした上記（１）〜（４）のいずれかに記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。

本発明によれば、カーカス層にスチールコードを使用しつつ、高速耐久性と高速走行性が高く、かつ軽量な乗用車用空気入りラジアルタイヤが提供される。

以下、更に詳しく本発明の乗用車用空気入りラジアルタイヤについて説明する。

図１は、本発明の実施形態からなる乗用車用空気入りラジアルタイヤを示したものである。１はトレッド面、２はサイドウォール部、３はビード部である。左右一対のビード部３間に単一プライのカーカス層４が装架され、そのカーカス層４の端部は、ビードコア５の廻りにタイヤ内側から外側にビードフィラー６を包み込むように折り返されている。トレッド部１におけるカーカス層４の外周側には、少なくとも２層のベルト層７が配置されている。これらベルト層７は、タイヤ周方向に対して２０°〜４０°で傾斜する複数本のスチールコードからなり、かつ層間でスチールコードが互いに交差するように配置されている。ベルト層７の外周側には有機繊維コードをタイヤ周方向に巻回してなるベルトカバー層８が配置されている。

このようなタイヤ構成において、単一プライのカーカス層のカーカスコードとして、素線径ｄが０．０９０ｍｍ〜０．１１５ｍｍのスチールフィラメントが１×ｎ構造（ここで、ｎは３以上６以下の整数）をなし、かつ下記式で表されるコード軸に対するフィラメントの配向係数Ｐａが４．０〜１０．０であるスチールコードが使用されている。
Ｐａ＝ｐ／（π×（Ｄ−ｄ））

ここで、ｐは撚りピッチ（ｍｍ）、Ｄはスチールコード径（ｍｍ）、ｄはスチールフィラメントの素線径（ｍｍ）である。図２は、このようなスチールコードのうち、１×５構造の１例を示したものである。図２において、直径Ｄのスチールコード１０は、素線径ｄのスチールフィラメント素線１１が撚り合わされて形成されている。そのスチールフィラメントの撚りの１ピッチ当たりの長さｐが撚りピッチである。

本発明においては、カーカス層は１プライ構造であり、２プライ構造にしたのでは重量が増加し、所期の軽量化効果を得ることができなくなる。また、スチールフィラメントの素線径ｄは０．０９０〜０．１１５ｍｍにする必要があり、素線径が０．０９０ｍｍ未満の場合には、素線１本の強度が低くなり耐外傷性が低下する。また、０．１１５ｍｍよりも大きい場合には、曲げ・圧縮変形時の表面歪が大きくなり、耐疲労性が低下し耐久性が低下する。

スチールフィラメントの線材は、ピアノ線を用いることができるが、より好ましくは炭素含有量が８２Ｃ以上の高炭素鋼を用いるのがよい。

本発明において、スチールコードの撚り構造は１×ｎ構造（ここで、ｎは３以上６以下の整数）にする必要があり、１＋ｎ構造のように、コアとなる素線が存在する場合には、そのコアの素線がコード軸に平行になっているために曲げ・圧縮変形により表面歪が増大しやすいため耐久性が低く、本発明の所期の効果は得られない。また、スチールフィラメント数ｎが３未満の構造の場合には、コード断面形状としてみると矩形性が高くなるために、曲げや圧縮に対して局所的な応力集中が起こりやすくなり、耐久性に劣る。一方、フィラメント数ｎが６よりも大きい場合は、コードの撚り構造が崩れやすくなり、コード長手方向での不均一が生じやすいため、応力集中が起こりやすく、耐久特性の部分的低下等の問題を招く。

スチールコードのコード軸に対するスチールフィラメントの配向係数Ｐａは４．０〜１０．０の範囲でなければならない。配向係数Ｐａが１０．０よりも大きい場合には、スチールフィラメントのコード軸に対する配向角が小さくなり、曲げ・圧縮変形に対して歪みが大きくなるため、耐疲労性が低下する。また、配向係数Ｐａが４．０未満の場合は、コードに張力が加わった場合に、スチールフィラメントに対するねじり応力が増大するため、ねじり変形に対する耐疲労性が低下しタイヤ耐久性が低下する。

この配向係数Ｐａは、上述した式で示す通り、撚りピッチｐと、スチールコード径Ｄ及び素線径ｄで表される関数であるので、配向係数Ｐａを調整するには、素線径の大小、撚り合わせ本数、撚り数等の撚り合わせ条件により行うことができる。

本発明において、配向係数Ｐａは、より好ましくは４．０〜７．５にするとよく、この範囲にすることにより高速耐久性をさらに向上することができる。また、スチールコードの撚り構造は、スチールフィラメントが最密状態で撚られているものよりもオープン撚り構造であることが好ましい。オープン撚り構造とすることにより、曲げや圧縮に対して柔軟性があり耐久性を向上することができる。

また、スチールコードの径Ｄは、素線径、撚り合わせ本数によって異なるが、０．２０〜０．４０（ｍｍ）にすることが好ましい。スチールコード径Ｄが０．２０（ｍｍ）よりも小さいとコード間隔が広くなり、特にカーカスの密度が粗くなるタイヤショルダー部での耐外傷性が低下する。０．４０（ｍｍ）よりも大きいとスチールコードを埋設するゴム層が厚くなり、軽量性が損なわれる。なお、撚りピッチｐ（ｍｍ）の好ましい範囲は、上述した配向係数のＰａの範囲４．０〜１０．０、さらに、より好ましい範囲４．０〜７．５に対応して定まるものである。

上述した１プライ構造のカーカス層を備えた本発明の乗用車用空気入りラジアルタイヤは、特に高性能タイヤとして使用される扁平率が６０％以下、更に好ましくは５５％以下の低扁平率のタイヤに適用すると良く、本発明の作用効果を顕著にすることができる。

このような空気入りラジアルタイヤのトレッド面のプロファイルとしては、正規内圧の５％の空気圧を充填した状態において、ベルト層の最外端からタイヤ径方向に引かれる直線Ｂがトレッド輪郭と交わる交点をＰとするとき、トレッド輪郭がクラウン中心線Ｃと交わる点から前記交点Ｐに引かれる直線がタイヤ軸に平行な直線に対してなす角度θ（トレッド面の落ち込み角度）を４°〜８°の範囲にするとよい。落ち込み角度θが４°未満の場合には、特に空気圧が低いときにショルダー部での曲率が厳しくなるため、カーカス層のスチールコードの耐久性が低下する方向になる。また、落ち込み角度θが８°よりも大きい場合は、接地面積が低下するため操縦安定性が低下する。

また、図１に示したように、この空気入りラジアルタイヤのトレッド面１は、好ましくは複数の異なる曲率半径の円弧で形成されており、そのトレッド面１は少なくともタイヤ幅方向の中央に位置するトレッド中央部円弧２１と、タイヤ幅方向最外方に位置するショルダー側円弧２２とを含む複数の異なる曲率半径の円弧により形成される。つまり、トレッド面１を形成する複数の円弧のうち、トレッド中央部円弧２１は、トレッド面１におけるタイヤ幅方向の中央に位置しており、赤道面５０を含み、該赤道面５０を中心として赤道面５０のタイヤ幅方向の両側に形成されている。その形状は、タイヤ径方向外方に凸で、赤道面５０付近のタイヤ径方向における径が最も大きくなる円弧となっている。また、ショルダー側円弧２２は、トレッド中央部円弧２１のタイヤ幅方向外方に位置しており、このショルダー側円弧２２は、タイヤ径方向外方に凸となっている。また、このショルダー側円弧２２のさらにタイヤ幅方向外方には、ショルダー部９を形成する円弧としてショルダー部円弧２３が位置している。このショルダー部円弧２３は、前記ショルダー部９を形成し、タイヤ径方向外方に凸となる円弧となっている。つまり、タイヤ幅方向における中央部に位置するトレッド中央部円弧２１のタイヤ幅方向の外側に、ショルダー側円弧２２が位置し、ショルダー側円弧２２のタイヤ幅方向のさらに外側にショルダー部円弧２３が位置している。これらトレッド中央部円弧２１とショルダー側円弧２２、およびショルダー側円弧２２とショルダー部円弧２３とは、それぞれ接続されて連続的に形成されている。

このようなトレッド面をもつタイヤにおいて、そのトレッドプロファイルは、正規リムに組み込んで正規内圧５％の空気圧を充填した状態で、トレッド中央部円弧２１の曲率半径Ｒｃとショルダー側円弧２２の曲率半径Ｒｓの比Ｒｃ／Ｒｓが６〜１０の関係を満たすようにしたものが良い。Ｒｃ／Ｒｓが６未満の場合は、特に低圧時にショルダー領域での応力集中が生じやすくなり、カーカス層のスチールコードの耐久性が低下する。また、Ｒｃ／Ｒｓが１０よりも大きい場合は、接地面積が減少するため操縦安定性が低下する。

以下、実施例、比較例に基づいて本発明の乗用車用空気入りラジアルタイヤを具体的に説明する。

なお、空気入りタイヤの評価は下記する方法で行った。また、本発明においてスチールコード径（ｍｍ）、以下の方法により求めたものである。

（１）低圧荷重耐久試験
ドラム径１７０７ｍｍのドラムで、タイヤ空気圧を１２０ｋＰａとして、速度８１ｋｍ／ｈｒ、タイヤ最大荷重の１２０％でタイヤが故障するまで走行した距離により評価した。評価結果は、従来例の走行距離を１００とする指数で示し、指数が大きいほど、高速耐久性が優れていることを示している。

（２）荷重耐久試験
ドラム径１７０７ｍｍのドラムでＪＩＳ Ｄ４２３０に規定される高速耐久試験終了後、４時間毎に荷重を１５％ずつ増加させ、タイヤが故障するまで走行した距離により評価した。評価結果は、従来例の走行距離を１００とする指数で示し、指数が大きいほど、高速耐久性が優れていることを示している。

（３）高速耐久試験
ドラム径１７０７ｍｍのドラムでＪＩＳ Ｄ４２３０に規定される高速耐久試験終了後、１０分毎に１０ｋｍ／ｈｒを加速し、タイヤが故障するまで走行した距離により評価した。評価結果は、従来例の走行距離を１００とする指数で示し、指数が大きいほど高速耐久性が優れていることを示している。

（４）操縦安定性
２００ｋＰａの空気圧を充填した空気入りラジアルタイヤを車両に装着し、テストコースおよびサーキットでテストドライバー５人によって１０点法によりフィーリング評価した。評価結果は、従来例の評価結果を１００とする指数で示し、指数が大きいほど、操縦安定性が優れていることを示している。

（５）スチールコード径（Ｄ）の測定
投影機（ニコン・プロフィル・プロジェクター Ｖ−１２）を用いて、以下の要領でコード径（Ｄ）を測定した。スチールコードを１５０ｍｍ長さに溶断し、試験片を投影機上のテーブルに置き、投影機スクリーンに倍率５０倍にて投影された試料片のシルエットからコード径を読み取る。太いと思われる部分と細いと思われる部分を各５点測定し、合計１０点の平均値を０．０１ｍｍ単位に丸めてコード径とした。

（６）素線径（ｄ）の測定
スチールコードから各素線を採取し、各素線について５箇所、最小目盛りが０．００１ｍｍマイクロメーターで径を測定し、その平均を０．００１ｍｍ単位に丸めて素線径とした。

実施例、比較例、従来例
それぞれタイヤサイズが２２５／４５ＺＲ１７ ９３Ｙで、１プライ構造のカーカス層を有する図１の構造を有することを共通条件とし、カーカスコードとして従来例はレーヨンコード、実施例と比較例はスチールコードからなる表１と表２に示すように異なる乗用車用空気入りラジアルタイヤを製造した。

なお、カーカス層のコードエンド数（本／５ｃｍ）は、単位幅当たりのコード総断面積が同一になるように設定した。

この１４種類の空気入りラジアルタイヤについて、低圧耐久試験、荷重耐久性試験、高速耐久性試験および操縦安定性について評価した結果は、表１、表２に示したとおりであった。

表１、表２からもわかるように、実施例の空気入りラジアルタイヤは、軽量さに優れている上で、高速耐久性と高速走行性に優れている。

本発明の実施形態からなる乗用車用空気入りラジアルタイヤを示した子午線半断面図である。 図（ａ）は、本発明のカーカス層に採用され得る１×５構造コードの側面概略図であり、図（ｂ）は、同じく１×５構造コードの断面概略図である。

符号の説明

１ トレッド面
２ サイドウォール部
３ ビード部
４ カーカス層
５ ビードコア
６ ビードフィラー
７ ベルト層
８ ベルトカバー層
９ ショルダー部
１０ スチールコード
１１ スチール素線
２１ トレッド中央部円弧
２２ ショルダー側円弧
２３ ショルダー部円弧
５０ 赤道面
θ トレッド面の落ち込み角度
Ｒｃ トレッド中央部円弧の曲率半径
Ｒｓ トレッドショルダー側円弧の曲率半径
Ｄ スチールコード径
ｄ スチールフィラメントの素線径

Claims (5)

1. 左右一対のビード部間に１プライ構造のカーカス層を装架し、該カーカス層の外周に少なくとも２層のベルト層を配置した乗用車用空気入りラジアルタイヤにおいて、前記カーカス層のカーカスコードを素線径が０．０９０〜０．１１５ｍｍのスチールフィラメントを１×ｎの撚り構造（ｎは３以上６以下の整数）にし、下記式で表されるコード軸に対するスチールフィラメントの配向係数Ｐａが４．０〜１０．０であるスチールコードで構成した乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
   Ｐａ＝ｐ／（π×（Ｄ−ｄ））
   ここで、ｐ：撚りピッチ（ｍｍ）、 Ｄ：スチールコード径（ｍｍ）、
   ｄ：スチールフィラメントの素線径（ｍｍ）
2. 前記スチールコードの配向係数Ｐａが４．０〜７．５である請求項１に記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
3. 前記スチールコードが、オープン撚り構造コードである請求項１または２に記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
4. 正規リムにリム組みし、正規内圧の５％の空気圧を充填した状態のトレッドプロファイルにおいて、前記ベルト層の最外端からタイヤ径方向に引かれる直線がトレッド輪郭と交わる点をＰとして、クラウン中心から前記交点Ｐに引いた直線がタイヤ軸方向に対してなす角度θを４°〜８°の範囲にした請求項１〜３のいずれかに記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
5. 正規リムにリム組みし正規内圧の５％の空気圧を充填した状態のトレッドプロファイルにおいて、該トレッドプロファイルの中央部円弧の曲率半径をＲｃとし、ショルダー側円弧の曲率半径をＲｓとしたときの比Ｒｃ／Ｒｓを、６〜１０の関係を有するようにした請求項１〜４のいずれかに記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。