JP2018108760A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】ベルト耐久性を損なうことなく、軽量化させた空気入りタイヤを提供する。【解決手段】カーカスと、カーカスのクラウン部の外周に配されたベルト層とを有する空気入りタイヤであって、ベルト層が、スチールコードをゴムで被覆してなるものであり、スチールコードは、同一の径の４〜６本のスチールフィラメントを撚り合わせることなく単一の層をなすように並列させて主フィラメント束とし、スチールフィラメントより小径で真直の１本のスチールフィラメントをラッピングフィラメントとして主フィラメント束の周囲に巻き付けてなるｎ＋１構造（ｎ＝４〜６）であり、ベルト層におけるスチールコード断面積Ｓｃに対するゴム断面積Ｓｒの比（Ｓｒ／Ｓｃ）が４．３〜５．０であることを特徴とする、空気入りタイヤとする。【選択図】図２

Description

本発明は、空気入りタイヤに関するものである。

空気入りタイヤは、一般に、カーカスプライの外面とトレッドゴムとの間に、複数のベルトプライを交差させ積層したベルトを備えており、ベルトプライには、優れた引張強度や引張弾性を有するスチールコードが使用されている。

また、タイヤの軽量化を図ることを目的として、複数本のスチールフィラメントを並列に配置し、その周囲に１本のラッピングフィラメントを巻きつけてなる扁平なスチールコードをベルトプライに用いることが知られており、このような扁平なスチールコードを使用した空気入りタイヤとしては、特許文献１，２に係る発明が例として挙げられる。

特開平８−１２０５７８号公報 特開２０１５−２２７０８３号公報 特開平１０−２９２２７５号公報

扁平なスチールコードを使用すれば、ベルト層のゴム使用量を減らすことができるため、タイヤの軽量化が可能となるが、ゴム使用量を低減し過ぎるとベルトの耐久性が悪化するという問題があった。

本発明は、以上の点に鑑み、ベルトの耐久性を損なうことなく、軽量化することができる、空気入りタイヤを提供することを目的とする。

なお、特許文献３には、５又は６本の金属線材を撚り合わせることなく、同一平面内で横に並べて平行に引き揃えたコードが開示されているが、ラッピングフィラメントはなく、ｎ＋１構造ではない。

本発明に係る空気入りタイヤは、カーカスと、カーカスのクラウン部の外周に配されたベルト層とを有する空気入りタイヤであって、ベルト層が、スチールコードをゴムで被覆してなるものであり、スチールコードは、同一の径の４〜６本のスチールフィラメントを撚り合わせることなく単一の層をなすように並列させて主フィラメント束とし、スチールフィラメントより小径で真直の１本のスチールフィラメントをラッピングフィラメントとして主フィラメント束の周囲に巻き付けてなるｎ＋１構造（ｎ＝４〜６）であり、ベルト層におけるスチールコード断面積Ｓｃに対するゴム断面積Ｓｒの比（Ｓｒ／Ｓｃ）が４．３〜５．０であるものとする。

上記スチールコードは、ラッピングフィラメントの硬度が主フィラメントの硬度より低く、主フィラメントの炭素含有量Ｃｃ（質量％）と、ラッピングフィラメントの炭素含有量Ｃｗ（質量％）との差（Ｃｃ−Ｃｗ）が０．０５〜０．４０であるものとすることができる。

上記スチールコードは、その短径方向に押圧されて変形したラッピングフィラメントを有し、押圧前のスチールコードの短径Ｄｂに対する押圧後のスチールコードの短径Ｄａの比（Ｄａ／Ｄｂ）が０．８０以下であるものとすることができる。

上記スチールコードは、ラッピングフィラメントの押圧前の直径が０．１０〜０．１５ｍｍであるものとすることができる。

本発明によれば、ベルトの耐久性を損なうことなく、軽量化させた空気入りタイヤが得られる。

本発明の一実施形態に係る空気入りタイヤの半断面図。 本発明の一実施形態に係るベルト層の断面の一部を模式的に示した図。 本発明の一実施形態に係るスチールコードの構成を示す模式的な斜視図。 本発明の一実施形態に係るスチールコードの一部断面図。

以下、本発明の実施に関連する事項について詳細に説明する。

図１に示すように、実施形態の空気入りタイヤは、乗用車用空気入りラジアルタイヤであって、左右一対のビード部１及びサイドウォール部２と、左右のサイドウォール部２の径方向外方端部同士を連結するように両サイドウォール部間に設けられたトレッド部３とを備えて構成されており、一対のビード部間にまたがって延びるカーカス４が設けられている。

カーカス４は、トレッド部３からサイドウォール部２をへて、ビード部１に埋設された環状のビードコア５にて両端部が係止された少なくとも１枚のカーカスプライからなる。カーカスプライは、有機繊維コード等からなるカーカスコードをタイヤ周方向に対し実質上直角に配列してなる。

トレッド部３におけるカーカス４の外周側（即ち、タイヤ径方向外側）には、カーカス４とトレッドゴム部７との間に、ベルト６が配されている。ベルト６は、カーカス４のクラウン部の外周に重ねて設けられており、１枚又は複数枚のベルトプライ、通常は少なくとも２枚のベルトプライで構成することができ、本実施形態では、カーカス側の第１ベルトプライ６Ａと、トレッドゴム部側の第２ベルトプライ６Ｂとの２枚のベルトプライで構成されている。ベルトプライ６Ａ，６Ｂは、スチールコード１０をタイヤ周方向に対して所定の角度（例えば、１５〜３５度）で傾斜させ、かつタイヤ幅方向に所定の間隔にて配列させてなるものであり、図２に示すようにスチールコード１０はコーティングゴム１１で被覆されている。スチールコード１０は、上記２枚のベルトプライ６Ａ，６Ｂ間で互いに交差するように配設されている。

ベルト６の外周側（即ち、タイヤ半径方向外側）には、ベルト６とトレッドゴム部７との間に、ベルト補強層８が設けられている。ベルト補強層８は、ベルト６をその全幅で覆うキャッププライであり、タイヤ周方向に実質的に平行に配列した有機繊維コードからなる。すなわち、ベルト補強層８は、有機繊維コードをタイヤ周方向に沿って配列してなり、ベルト６の幅方向全体を覆うように、有機繊維コードをタイヤ周方向に対して０〜５度の角度で螺旋状に巻回することにより形成することができる。

図２に示すように、ベルトプライ６Ａは、スチールコード１０を、その長径方向Ｂがベルト面（即ち、ベルト外周面）に平行になるように配置することで形成されている。すなわち、ベルトプライ内において、スチールコード１０は、その短径方向Ａがベルトプライの厚さ方向Ｋと一致するようにして、所定間隔でコーティングゴム１１内に埋設されている。そのため、スチールコード１０は、その長径方向Ｂがトレッド面に平行になるように配置される。このように構成することにより、スチールコード１０をゴム被覆する際に加工しやすく、またベルトプライの厚さを薄くしてタイヤ重量の増加を抑えることができる。また、得られたベルトプライでは、タイヤ幅方向における曲げ剛性が高くなるので、操縦安定性能を向上させることができ、タイヤ径方向における曲げ剛性が低くなるので、エンベロープ性を高めて接地面積を上げることができる。

本実施形態に係る空気入りタイヤの要部をなす、ベルトプライ用の各スチールコード１０は、図２及び３に示すように、スチールフィラメントのみからなり、同一の径の４〜６本の主フィラメント１２と、これを束ねる１本のラッピングフィラメント１４とからなる。主フィラメントの径ｄは、０．１５〜０．３０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは、０．１５〜０．２５ｍｍである。主フィラメントの径ｄが０．１５ｍｍ以上である場合、タイヤ装着時の操縦安定性を維持しつつ、スチールコード１０の剛性を低くし、乗り心地を向上させ易い。径ｄが０．３０ｍｍ以下である場合、剛直になり過ぎず、圧縮変形に伴う表面歪みの増加を抑えることができるため、ベルトプライの耐疲労性を維持でき、タイヤの耐久性を維持し易い。

これらの主フィラメント１２は、一つの平面に沿って１層をなすように並列される。すなわち、スチールコード１０の長さ方向に垂直の断面にて、一列をなすように引き揃えられる。そのため、各スチールコード１０は、扁平であり、図２に示すように長径Ｄ１と短径Ｄ２を持つ。長径Ｄ１と短径Ｄ２の値は特に限定されないが、例えば長径Ｄ１が１．００〜１．８０ｍｍ、短径Ｄ２が０．３０〜０．６０ｍｍであるものとすることができ、長径／短径の比が、例えば１．５〜５倍、好ましくは２〜４倍である。

１本のコード中にて並列される主フィラメント１２の本数は、束としての形状を安定に保ちつつ、コードの扁平度を増大させてベルト層などの厚さを小さくする観点から、４〜６本であることが好ましく、より好ましくは４〜５本である。すなわち、主フィラメント１２の数が６本を越えると、一列をなすように並列させるのが困難となり、束としての形状が不揃いになり易い。なお、主フィラメント１２は、必ずしも断面が円形でなくても良い。例えば、主フィラメント１２として、断面が楕円形のものを用いることにより、スチールコード１０をさらに扁平にすることができる。

一方、ラッピングフィラメント１４としては、特に限定はされないが、波付けが施されず、いわゆる「真直」のものが好適に用いられる。真っ直ぐの場合、巻き付けが容易で、巻き付けの拘束力を、一様に高いものとし易い。なお、ラッピングフィラメント１４による拘束力により、引き揃えられた主フィラメント１２にスチールコード１０としての一体感をもたせることができ、走行中の路線変更やカーブを曲がる際のベルト材の面内変形に対する高い剛性が得られる。なお、ラッピングフィラメントの断面形状は真円でなくてもよく，たとえば楕円形でもよい。

ラッピングフィラメント１４は、曲げ剛性が主フィラメント１２よりも小さく、例えば、主フィラメント１２の１０〜４０％とすることができる。また、ラッピングフィラメントの径ｄ０は、主フィラメントの径ｄより小さく、例えば、主フィラメントの径ｄの０．４〜０．７倍とすることができる。ラッピングフィラメントの径ｄ０がこの範囲内であると、スチールコード１０の径増大を抑えつつ、結束力を確保し易い。

本実施形態では、このようにして得られたスチールコードを、コード断面積Ｓｃに対するゴム断面積Ｓｒの比（Ｓｒ／Ｓｃ）が４．３〜５．０を満足するようにベルト補強層に配設することができる。この比が４．３以上であることにより、ベルトプライ同士の接着力を十分に確保することができ、また、コード同士の距離が狭くなることによるタイヤ耐久性の低下を抑えることができる。また、この比が５．０以下であることにより、タイヤの軽量化効果に優れる。

ここで、コード断面積Ｓｃ及びゴム断面積Ｓｒは、ベルト６をその幅方向（図２におけるＢ方向）に沿って切断した部材幅方向断面における、スチールコード１０とコーティングゴム１１の各断面積である。なお、部材幅方向断面とは、ベルト６をスチールコード１０の延在方向に対して垂直に切断した断面である。また、上記比（Ｓｒ／Ｓｃ）は、ゴム断面積Ｓｒをコード断面積Ｓｃで割ることにより求めることができる。例えば、ベルト６の幅１ｉｎｃｈ当たりのコード断面積をスチールコード１０の打ち込み本数とコード径から算出し、ベルト６の厚さ（ｔ）から算出したベルト６の断面積と上記コード断面積から、幅１ｉｎｃｈ当たりのゴム断面積を算出し、得られたゴム断面積をコード断面積で割ることにより、コード１本当たりのＳｒ／Ｓｃが算出される。スチールコード１０の打ち込み本数がベルト６の幅方向で一定の場合、このコード１本当たりの値を、ベルト６のＳｒ／Ｓｃとする。スチールコード１０の打ち込み本数がベルト６の幅方向で変化するときは、上記のようにして算出される各コードのＳｒ／Ｓｃの平均値を算出すればよい。また、スチールコード１０が後述する押圧した態様のものである場合であっても、押圧前後でコード断面積は変化しないため、押圧前のコード断面積を算出することで、押圧後のコード断面積を求めることができる。

上記実施形態のさらに好ましい態様として、図４に示すように主フィラメント束１３の周りをラッピングフィラメント１４で巻き付けてなる扁平なスチールコードを、その短径方向Ａに押圧して、ラッピングフィラメント１４を変形させたものを用いることができる。押圧により、隣接する主フィラメント１２の間に形成される空間の少なくとも一部に、ラッピングフィラメント１４が空間の形状に沿って変形しその一部が侵入する、即ち、上記空間の少なくとも一部がラッピングフィラメント１４の少なくとも一部によって埋められる。そのため、ラッピングフィラメント１４による主フィラメント１２の拘束力を大きくできる。また、ラッピングフィラメント１４に比較的大きな塑性変形が加えられることにより、ラッピングフィラメント１４に内在する回転トルク及び反発力が小さくなる。そのため、主フィラメント束１３が１列に並ぶ形状を保持しやすく、扁平なコードによる優れた効果を発揮しやすい。

上記のように短径方向Ａに押圧することにより変形させたラッピングフィラメント１４を持つ本実施形態に係るスチールコード１０の厚さ、即ち押圧後の短径Ｄａは、変形前のラッピングフィラメント１４を持つスチールコード１０の厚さ、即ち押圧前の短径Ｄｂよりも小さいものとすることができる。押圧前のスチールコードの短径Ｄｂに対する押圧後のスチールコードの短径Ｄａの比（Ｄａ／Ｄｂ）が０．８０以下であることが好ましく、より好ましくは０．６５〜０．７５である。このように、Ｄａ／Ｄｂ≦０．８０となる程度の大きさの力で押圧することにより、変形したラッピングフィラメント１４の主フィラメント１２間の空間への侵入が十分となり、ラッピングフィラメント１４の拘束力を十分に確保することができる。また、ラッピングフィラメント１４に内在する回転トルク及び反発力を十分に小さくできる。

ラッピングフィラメント１４の押圧前の直径、即ちフィラメント径ｄ０は、上記の通り主フィラメント１２の直径ｄよりも小径であるのが好ましく、０．１０〜０．１５ｍｍであることがより好ましい。０．１５ｍｍ以下である場合、ラッピングフィラメント１４に内在する回転トルク及び反発力を押圧によって十分に小さくし易く、また、０．１０ｍｍ以上である場合、押圧時に断線する可能性をより小さくできる。

上記押圧は不図示の圧延ロールを用いて行うことができ、ラッピングフィラメント１４の巻き付け後の扁平なコードは、圧延ロールにより上下両面から挟まれて押圧される。ラッピングフィラメント１４が外側に位置しており、かつその硬度が主フィラメント１２よりも低いので、押圧によりラッピングフィラメント１４を優先的に変形させることができる。隣接する主フィラメント１２の間には断面が略扇形の空間が形成されており、圧延ロールによって押圧されると、ラッピングフィラメント１４の内周側が該空間を埋めるように変形し、当該空間の形状に沿う突起１４ａが形成される。同時に、突起１４ａ間に凹みが形成されるとともに、ラッピングフィラメントの外周側部分１４ｂは平面状に変形する。

主フィラメント１２とラッピングフィラメント１４に用いられる鋼材としては、炭素を含有する炭素鋼を用いることが好ましい。主フィラメント１２の炭素含有量は、特に限定されないが、０．７０〜１．２０質量％であることが好ましく、０．８５〜０．９５質量％であることがより好ましい。また、本実施形態では、ラッピングフィラメント１４の硬度が主フィラメント１２の硬度よりも低いものも用いることができる。硬度は、炭素含有量により調整することができる。

一実施形態として、主フィラメント１２の炭素含有量（質量％）をＣｃとし、ラッピングフィラメント１４の炭素含有量（質量％）をＣｗとして、両者の差であるＣｃ−Ｃｗは０．０５〜０．４０質量％であることが好ましく、より好ましくは０．１０〜０．３０質量％である。Ｃｃ−Ｃｗが０．０５質量％以上であることにより、ラッピングフィラメント１４を押圧により変形させやすく、また、０．４０質量％以下であることにより、ラッピングフィラメント１４が押圧により断線する可能性を小さくすることができる。

スチールコード１０を用いてカーカス４のクラウン部上にベルト６を形成する方法は、特に限定されない。例えば、スチールコードを複数本引き揃えてゴム被覆したものを、生タイヤのベルト層上に螺旋状に巻き付けてもよく、又は、スチールコード１０を引き揃えた幅広のゴム引きシートをクラウン部上に一周巻きしてもよい。このようにして、ベルト６をカーカス４のクラウン部の外周側に巻き付けた状態にて生タイヤ（グリーンタイヤ）を作製し、得られた生タイヤを加硫成型することで空気入りタイヤが得られる。

本実施形態に係る空気入りタイヤの種類としては、特に限定されず、乗用車用タイヤ、トラックやバスなどに用いられる重荷重用タイヤなどの各種のタイヤが挙げられる。

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

下記表１に示す構造を持つスチールコードを作製した。比較例１のスチールコードは、引き揃えの２本の金属フィラメントからなる芯部の周りに、同一径の１本の金属フィラメントを撚り合わせてなる２＋１の複層撚り構造（２＋１×０．２７）を持つ従来のコードである。それ以外のスチールコードは、全て、複数本の主フィラメントを撚り合わせることなく１列に引き揃えて配置した主フィラメント束を、１本の真直のラッピングフィラメント（直径ｄ０＝０．１５ｍｍ）でラッピングしてなるｎ＋１構造のスチールコードである。また、ラッピングフィラメントの巻きピッチ（図３におけるｐ）は５．０ｍｍとし、Ｄａ／Ｄｂが表１に示す値となるように圧延ロールを用いてスチールコードを押圧した。

フィラメント及びスチールコードについての測定方法は以下の通りである。

・フィラメントの炭素含有量：ＪＩＳ Ｇ１２１１に準拠した赤外線吸収法（附属書３：全炭素定量法−高周波誘導加熱炉燃焼）。より詳細には、ＬＥＣＯ製「ＣＳ−４００」なる装置を用い、鋼を高周波加熱により溶解し、赤外線吸収法で定量分析した。

・フィラメント径、コード径：ＪＩＳ Ｇ３５１０に準拠し、所定の厚さ計によりスチールコード及びフィラメントの直径を計測した。

また、得られたスチールコードをベルトコードとして用いて、タイヤサイズが１７５／６５Ｒ１５のラジアルタイヤを、常法に従い加硫成形した。各タイヤについて、ベルト以外の構成は、全て共通の構成とした。ベルトプライ（６Ａ）／（６Ｂ）におけるスチールコードの角度は、タイヤ周方向に対して＋２５°／−２５°とした。ベルトプライは、スチールコードをその長径方向がベルト外周面に平行になるように、表１記載の打ち込み本数にて配置した上で、カレンダー装置を用いて、トッピング反とすることにより作製した。

なお、カーカスプライは、ポリエチレンテレフタラートのコード１１００ｄｔｅｘ／２、打ち込み本数２８本／２５ｍｍで１プライとした。

得られた各空気入りタイヤにつき、タイヤの重量、ベルト層のコード断面積Ｓｃに対するゴム断面積Ｓｒの比（Ｓｒ／Ｓｃ）、及びベルト耐久性を評価した。各評価項目の評価方法を、以下に示す。

・タイヤの重量：比較例１を１００として各タイヤの重量を指数で示した。

・Ｓｒ／Ｓｃ：スチールコードの打ち込み本数をＥ（本／ｉｎｃｈ）、主フィラメントの本数をｎ、主フィラメント径（ｍｍ）をｄ、ラッピングフィラメント径（ｍｍ）をｄ０、ベルト厚さ（ｍｍ）をｔとして、ベルトの幅１ｉｎｃｈ当たりのコード断面積Ｓｃと、幅１ｉｎｃｈ当たりのゴム断面積Ｓｒを下記式から算出し、両者の比Ｓｒ／Ｓｃを求めた。

Ｓｃ＝（（ｄ／２）²×π×ｎ＋（ｄ０／２）²×π）×Ｅ
Ｓｒ＝２５．４×ｔ−Ｓｃ

・ベルト耐久性：タイヤを規定のリムに装着し、内圧１１０ｋＰａで、ＪＡＴＭＡ規定の最大荷重時の６２％撓み量まで、ドラムにタイヤを押し付けて負荷をかけた。試験速度は４２０ｒｐｍとし、異常発生もしくは７２０時間走行まで試験を行った。試験終了後にタイヤを解体し、目視にて、ベルト幅方向の端部におけるベルトセパレーションの長さを計測するとともに、コード折れの有無を確認した。ベルトセパレーションの判定は、以下の基準で行った。

無：０ｍｍ
微小：０ｍｍより大きく２ｍｍ未満
小：２ｍｍ以上６ｍｍ未満
中：６ｍｍ以上１０ｍｍ未満
大：１０ｍｍ以上

結果は、表１に示す通りであり、各実施例は、比較例１と比較し、ベルト耐久性が維持されているか、乃至は向上しており、タイヤ重量も低減している。

比較例２は、Ｓｒ／Ｓｃが４．３未満であり、比較例１と比較し、ベルトセパレーションが悪化した。

比較例３は、Ｓｒ／Ｓｃが５．０を超えており、比較例１と比較し、タイヤ重量の低減効果が得られなかった。

本発明の空気入りタイヤは、乗用車、ライトトラック、バス等の各種車両に用いることができる。

Ｔ……タイヤ
１……ビード部
２……サイドウォール部
３……トレッド部
４……カーカス
５……ビードコア
６……ベルト
６Ａ…第１ベルトプライ
６Ｂ…第２ベルトプライ
７……トレッドゴム部
８……ベルト補強層
１０…スチールコード
１１…コーティングゴム
１２…主フィラメント
１３…主フィラメント束
１４…ラッピングフィラメント
Ａ……スチールコードの短径方向
Ｂ……スチールコードの長径方向
Ｄ１…スチールコードの長径
Ｄ２…スチールコードの短径
Ｄａ…短径方向に押圧されたスチールコードの短径
Ｋ……ベルトプライの厚さ方向
ｄ……主フィラメントの径
ｄ０…ラッピングフィラメントの径
ｔ……ベルトの厚さ

Claims (4)

1. カーカスと、カーカスのクラウン部の外周に配されたベルト層とを有する空気入りタイヤであって、
   前記ベルト層が、前記スチールコードをゴムで被覆してなるものであり、
   前記スチールコードは、同一の径の４〜６本のスチールフィラメントを撚り合わせることなく単一の層をなすように並列させて主フィラメント束とし、前記スチールフィラメントより小径で真直の１本のスチールフィラメントをラッピングフィラメントとして前記主フィラメント束の周囲に巻き付けてなるｎ＋１構造（ｎ＝４〜６）であり、
   前記ベルト層におけるスチールコード断面積Ｓｃに対するゴム断面積Ｓｒの比（Ｓｒ／Ｓｃ）が４．３〜５．０であることを特徴とする、空気入りタイヤ。
2. 前記ラッピングフィラメントの硬度が主フィラメントの硬度より低く、主フィラメントの炭素含有量Ｃｃ（質量％）と、ラッピングフィラメントの炭素含有量Ｃｗ（質量％）との差（Ｃｃ−Ｃｗ）が０．０５〜０．４０であることを特徴とする、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記スチールコードは、その短径方向に押圧されて変形した前記ラッピングフィラメントを有し、押圧前のスチールコードの短径Ｄｂに対する押圧後のスチールコードの短径Ｄａの比（Ｄａ／Ｄｂ）が０．８０以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の空気入りタイヤ。
4. 前記ラッピングフィラメントの押圧前の直径が０．１０〜０．１５ｍｍであることを特徴とする、請求項３に記載の空気入りタイヤ。
   
   

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