JP6150308B2

JP6150308B2 - 軽量化ベルト構造を有するタイヤ

Info

Publication number: JP6150308B2
Application number: JP2014556005A
Authority: JP
Inventors: オロールラールジャーヌ; クレルクリストフル; ジャックモレル−ジャン; アルノーヴェルレーヌ
Original assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA; Michelin Recherche et Technique SA France
Current assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA; Michelin Recherche et Technique SA France
Priority date: 2012-02-09
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2017-06-21
Anticipated expiration: 2033-01-31
Also published as: BR112014017592A2; KR20140126705A; CN104114378A; US9902204B2; WO2013117477A1; BR112014017592A8; FR2986740A1; KR101996701B1; EP2812195A1; FR2986740B1; US20150007922A1; RU2014136467A; EP2812195B1; CN104114378B; JP2015511197A

Description

1. 発明の分野
本発明は、タイヤおよびそのクラウン補強材即ちベルトに関する。本発明は、さらに詳細には、特に乗用車またはバン用のタイヤのベルトにおいて使用する多層複合ラミネートに関する。

2. 従来技術
乗用車またはバン用のラジアルカーカス補強材を有するタイヤは、知られている通り、トレッド、２つの非伸長性ビード、これらのビードをトレッドに連結する２つの可撓性側壁、および上記カーカス補強材とトレッドの間で円周方向に配置した硬質クラウン補強材即ち“ベルト”を含む。

上記タイヤベルトは、一般に、“作動プライ”、“三角プライ(triangulation ply) ”と称する或いは“作動補強材”とさえも称する少なくとも２枚のゴムプライから構成されている；これらのプライは、重ね合せて交差させ、通常、互いに実質的に平行に配置し且つ正中円周面に対して傾斜させた金属コードによって補強されており、これらの作動プライは、ゴム中の他のプライおよび/または織布材と一緒にしてもまたはしなくてもよい。これらの作動プライは、知られている通り、自動車において良好な道路保持性(“ハンドリング”)を得るのに必要である高ドリフトスラスト(drift thrust)またはコーナリング剛性をタイヤに付与するという主要な機能を有する。

上記ベルトは、これは継続して高速で走行しがちなタイヤに特に当てはまることであるが、“フーピングプライ”または“フープ補強材”と称するゴムプライをさらに含み得る；このゴムプライは、一般に、“円周(cicumferential)”と称する補強用スレッドで補強されており、“円周”とは、これらの補強用スレッドが、実際に互いに平行に配置され、タイヤケーシングの周りに実質的に円周方向に延びて正中円周面と好ましくは0〜5°の範囲からなる角度をなしていることを説明していることを意味する。これらの円周方向補強用スレッドは、高速におけるクラウンの遠心作用に耐えるという主要な機能を有すること思い起こされたい。

そのようなベルト構造は、最終的には少なくとも１枚のフーピングプライ(通常は繊維材)と２枚の作動プライ(一般的には金属の)を含む多層複合ラミネートからなっており、当業者とって周知であって、ここでさらに詳細に説明すべき必要はない。
そのようなベルト構造を説明している従来技術は、特に、特許文献US 4 371 025号、FR 2 504 067号またはUS 4 819 705号、EP 738 615号、EP 795 426号またはUS 5 858 137号、EP 1 162 086号またはUS 2002/0011296号、EP 1 184 203またはUS 2002/0055583号に例示されている。

益々強くて耐久性のあるスチールを入手し得ることは、タイヤ製造業者が、今日、可能な限り、タイヤベルトにおいて、極めて簡単な構造の、特に２本のみのスレッドを有する或いは個々のフィラメントでさえのコードを使用して、一方ではその製造を簡素化しコストを軽減し、他方では補強用プライの厚さを、ひいてはタイヤのヒステリシスを減じて、最終的にはそのようなタイヤを装着した車両のエネルギー消費量を低下させる方向にあることを意味する。

タイヤの重量を、特にタイヤベルトおよびタイヤベルトを製造するゴム層の厚さを減じることによって軽量化する目的での努力は、如何ようにしても、また、全く自然に、一定数の困難をもたらし得る物理的限界に直面している。特に、フーピング補強材によって得られるフーピング機能および作動補強材によって得られる剛性化機能は、もはや互いに十分には識別され得ず、互いに阻害し得、繊維材円周スレッドと作動プライの金属コードとの直接接触のリスクは言うまでもないことが判明し得ている。勿論、そういうことは、全て、タイヤクラウンの正確な作働に対して、さらに、タイヤの性能および全体的耐久性に対して有害である。

3. 発明の簡単な説明
今回、研究の継続中に、本出願法人は、タイヤのベルトを目に見えて軽量化し、ひいてはタイヤの転がり抵抗性を低下させると同時に上記の欠点を軽減することを可能にする特定の構造を有する多層複合ラミネートを見出した。

従って、本発明の第１の主題は、円周(X)、軸(Y)および半径(Z)の３つの主方向を特定し、トレッド(３)を搭載しているクラウン(２)、２つの側壁(４)、２つのビード(５) (各側壁(４)は各ビード(５)をクラウン(２)に連結している)、各ビード(５)内に固定され且つ各側壁(４)およびクラウン(２)内に延びているカーカス補強材(７)、クラウン(２)内で円周方向(X)に延びており且つカーカス補強材(７)とトレッド(３)の間に半径方向に配置されたクラウン補強材即ちベルト(１０)を含み、上記ベルト(１０)は、補強材(１１０、１２０、１３０)の少なくとも３層の重ね合せ層(１０a、１０b、１０c)を含む多層複合ラミネート含み、上記各補強材は、各層内で一方向性であり且つ所定厚のゴム(それぞれC１、C２、C３)内に埋込まれているところのラジアルタイヤ(１)に関する(添付図面１および２における参照符号に従う)；
・トレッド面上で、ゴム(C1)の第１層(１０a)は、円周方向(X)に対して−5度〜＋5度の角度アルファで配向させている第１列の補強材(１１０)を含み、第１補強材と称するこれらの補強材(１１０)は熱収縮性繊維材料から製造されており；
・第１層(１０a)と接触し且つこの第１層の下に配置されて、ゴム(C２)の第２層(１０b)は、円周方向(X)に対して正または負の10度と30度の間からなる所定角度ベータで配向させている第２列の補強材(１２０)を含み、第２補強材と称するこれらの補強材(１２０)は金属補強材であり；
・第２層(１０b)と接触し且つこの第２層の下に配置されて、ゴム(C３)の第３層(１０c)は、それ自体円周方向(X)に対して10度と30度の間からなる角度ガンマ(角度ベータの逆)で配向させている第３列の補強材(１３０)を含み、第３補強材と称するこれらの補強材(１３０)は金属補強材であり；
そして、このタイヤは、下記に特徴を有する：
・第１補強材(110)の熱収縮性繊維材料は、ポリエステルであり；
・第１補強材(110)の平均エンベロープ直径D1は、0.40mmと0.70mmの間からなり；
・ゴム(C１)の第１層内の第１補強材(110)の密度d₁は、軸方向(Y)において測定して、70本スレッド数/dmと130本スレッド数/dmの間からなり；
・第２(１２０)および第３(１３０)補強材は、それぞれD２およびD３で示す直径が0.20mmと0.50mmの間からなるスチールモノフィラメントからなり；
・それぞれゴムの第２(C２)および第３(C３)層内の第２(１２０)および第３(１３０)補強材のそれぞれの密度d₂およびd₃は、軸方向(Y)において測定して、120本スレッド数/dmと180本スレッド数/dmの間の間からなる。

その特定の構造および上記特徴の組合せによって、この多層複合ラミネートは、それ自体、タイヤの重量およびその転がり抵抗性を、事前の組立て操作を何ら必要としないスチールモノフィラメントの使用のためにより低いコストでもって低減し得ることが判明しており、このことは、全て、特に苛酷な走行条件下でのコーナリング剛性または耐久性を損なうことなく達成される。

また、上記多層複合ラミネートは、乗用車またはバンタイプのタイヤのベルトにおいて通常使用されているラミネートと比較して、極めて低いヒステリシスを有するという利点も提供する。
本発明に従う多層複合ラミネートは、特に、乗用車(特に4×4類およびSUV (スポーツ用多目的車)類を含む)またはバン類用の任意のタイプのタイヤにおけるベルト補強用要素として使用し得る。

本発明およびその利点は、以下の詳細な説明および典型的な実施態様から、さらに、これらの実施態様に関連し略図的に示している図１および２(他で特に断らない限り、何ら一定の縮尺によって描いていない)から容易に理解し得るであろう。

半径断面(タイヤの回転軸を含む面の断面を意味する)において、タイヤベルト(１０)内に本発明に従う多層複合ラミネートを組み込んでいる本発明に従うタイヤ(１)の例を略図的に示す。断面において、本発明に従うタイヤ(１)において使用する多層複合ラミネート(１０a、１０b、１０c)を示す。

4. 定義
本出願における用語は、以下のとおりに理解しなければならない：
・“ゴム”または“エラストマー”(２つの用語は同義であるとみなす)：ジエンまたは非ジエン、例えば、熱可塑性のいずれかのタイプの任意のタイプのエラストマー；
・“ゴム組成物”または“ゴム状組成物”：少なくとも１種のゴムと少なくとも１種の充填剤を含有する組成物；
・“層”：厚さが、他の寸法と比較して、相対的に小さい、好ましくは、厚さ対最大の他の寸法の比が0.5よりも低い、より好ましくは0.1よりも低いシート、ストリップまたは任意の他の要素。

・“軸方向”：タイヤの回転軸に実質的に平行な方向；
・“円周方向”：上記軸方向およびタイヤの半径の双方に対して実質的に垂直な方向(換言すれば、中心がタイヤの回転軸上にある円の接線方向)；
・“半径方向”：タイヤの半径に沿った方向、即ち、タイヤの回転軸を通り且つこの方向に対して実質的に垂直な任意の方向、即ち、この方向に対する垂直線と5度を超えない角度をなす方向。

・補強材のようないずれかの要素を説明しているときの“軸に沿ってまたは１つの方向に配向させる”とは、この軸またはこの方向に対して実質的に平行に配向させている、即ち、この軸またはこの方向と5度よりも大きくない(従って、ゼロまたはせいぜい5度に等しい)角度をなす要素を意味する；
・補強材のようないずれかの要素を説明しているときの“軸または１つの方向に対して垂直に配向させる”とは、この軸またはこの方向に対して実質的に垂直に配向させている、即ち、この軸またはこの方向に対する垂直線と5度よりも大きくない角度をなす要素を意味する；
・“正中円周面”(Mで示す)：２つのビードの間の中ほどに位置しクラウン補強材即ちベルトの中央を通るタイヤの回転軸Yに対して垂直の面。

・“補強材”または“補強用スレッド”：任意の長くて細いストランド、即ち、任意の長線状(longilinear)の、その断面に対して長い長さを有する糸状ストランド、特に任意の個々のフィラメント、任意のマルチフィラメント繊維またはそのようなフィラメントの任意のアッセンブリ或いは合撚糸(folded yarn)またはコードのような繊維；このストランドまたはスレッドは、直線状または非直線状、例えば、撚り状もしくは縮れ状であり得る；そのようなストランドまたはスレッドは、ゴムマトリックスを補強する(即ち、ゴムマトリックスの引張特性を改良する)ことができる；
・“一方向補強材”：本質的相互に平行である、即ち、１つの同じ軸にそって配向させている補強材。

・“ラミネート”または“多層ラミネート”：国際特許分類によって示されている意味の範囲内において、互いに接触している平坦または非平坦形の少なくとも２つの層を含む任意の生産物を意味し、これらの層は、互いに結合または接合させてもまたはさせなくてもよい；“結合させる”または“接合させる”なる表現は、特に接着結合による結合または組立ての全ての手段を包含するものとして広く解釈すべきである。

さらにまた、他で明確に断らない限り、示す百分率(%)は、全て質量％である。
“aとbの間”なる表現によって示される値の範囲は、いずれも、aよりも大きくからbよりも小さいまでに及ぶ値の範囲を示し(即ち、終点aおよびbを除く)；存在する場合、“a〜b”なる表現によって示される値の範囲は、いずれも、aからbまでに及ぶ値の範囲を意味する(即ち、厳格な終点aおよびbを含む)。

5. 発明の詳細な説明
例えば、図１は、例えば乗用車またはバンタイプの車両用の本発明に従うタイヤの半径断面を極め略図的に(即ち、一定の縮尺によらないで)示しており、そのベルトは、本発明に従う多層複合ラミネートを含む。

本発明に従うこのタイヤ(１)は、円周(X)、軸(Y)および半径(Z)の３つの垂直方向を特定しており、トレッド(３)を搭載しているクラウン(２)、２つの側壁(４)、２つのビード(５) (各側壁(４)は各ビード(５)をクラウン(２)に連結している)、各ビード(５)内に固定され且つ各側壁(４)およびクラウン(２)内に延びているカーカス補強材(７)、クラウン(２)内で円周方向(X)に延びており且つカーカス補強材(７)とトレッド(３)の間に半径方向に配置されたクラウン補強材即ちベルト(１０)を含む。カーカス補強材(７)は、知られている通り、“ラジアル”と称する繊維コードによって補強されている少なくとも１枚のゴムプライから構成されており、これらのコードは、実際上、互いに平行に配置されて一方のビードから他方のビードに延びて正中円周面Mと一般に80°と90°の間からなる角度をなしている；この場合、例えば、カーカス補強材(７)は、各ビード(５)内の２本のビードワイヤー(６)の周りに巻付けられており、この補強材(７)の上返し(８)は、例えば、タイヤ(１)の外側に向って位置しており、この場合、そのタイヤリム(９)上に取付けて示している。

本発明によれば、また、後で詳述する図２の略図によれば、上記タイヤ(１)のベルト(１０)は、補強材の３層の重ね合せ層(１０a、１０b、１０c) を含む多層複合ラミネートを含み、上記各補強材は、各層内で一方向性であり且つ所定厚のゴム(それぞれC１、C２、C３)内に埋込まれており；
・トレッド面上で、ゴム(C1)の第１層は、円周方向(X)に対して−5度〜＋5度の角度アルファ(α)で配向させている第１列の補強材(１１０)を含み、第１補強材と称するこれらの補強材(１１０)は熱収縮性繊維材料から製造されており；
・第１層(C1)と接触し且つその下において、ゴム(C２)の第２層は、円周方向(X)に対して正または負の10度と30度の間からなる所定角度ベータ(β)で配向させている第２列の補強材(１２０)を含み、第２補強材と称するこれらの補強材(１２０)は金属補強材であり；
・第２層(C2)と接触し且つその下において、ゴム(C３)の第３層は、それ自体円周方向(X)に対して10度と30度の間からなる角度ガンマ(γ) (角度ベータの逆)で配向させている第３列の補強材(１３０)を含み、第３補強材と称するこれらの補強材(１３０)は金属補強材である。

本発明によれば、反対方向の、共に10°と30°の間からなる角度βおよびγは、同一であってもまたは異なっていてもよい、即ち、第２(１２０)および第３(１３０)の各補強材は、上記で定義した正中円周面(M)の各側面上で対称形にまたは非対称形に配置させ得る。

図１において略図的に示しているこのタイヤにおいては、勿論、トレッド３、多層ラミネート１０およびカーカス補強材７は、互いに接触させてもまたは接触させていなくてもよいことは承知していることであろう；にもかかわらず、これらのパーツは、図１においては、略図として、簡素化目的で、また、図面をより明白にするために意図的に離している。これらのパーツは、これらパーツの少なくともある種の場合、例えば、当業者にとって周知の、硬化または架橋後の全体の固着力を最適にすることを意図する結合用ゴムによって物理的に隔離し得る。

本発明のタイヤにおいては、上記第１補強材(１１０)の熱収縮性繊維材料はポリエステルであり；これらの第１補強材の平均エンベロープ直径D1は、0.40mmと0.70mmの間、好ましくは0.45mmと0.65mmの間からなる。
第２(１２０)および第３(１３０)補強材は、スチールモノフィラメントからなり、その直径(それぞれD２およびD３で示す)は、0.20mmと0.50mmの間からなり、好ましくは0.25mmよりも大きく0.40mmよりも小さい。さらに好ましくは、本発明のタイヤの最適な耐久性のために、特に過酷な走行条件下においては、D2およびD3は、0.28〜0.35mmの範囲からなることが好ましい。

スチール“モノフィラメント”または“モノスレッド”は、この場合、その断面形状の如何にかかわらない任意の個々のスチールフィラメントを意味し、その直径または厚さDは100μmよりも大きい；Dは、断面が非円形である場合、その断面の最短寸法を示す。従って、この定義は、本質的に円筒形のモノフィラメント(円形断面を有する)および異なる形状を有するモノフィラメント、例えば、楕円形モノフィラメント(平坦化形状を有する)の双方を包含する；後者の場合(非円形断面)、断面の最長寸法対最短寸法の比は、好ましくは50よりも小さく、より好ましくは30よりも小さく、特に20よりも小さい。

本発明のこのタイヤは、さらなる本質的な特徴として、下記の特徴を有する：
・第１ゴム層(C１)中の第１補強材(１１０)の密度d₁は、軸方向(Y)において測定して、70本スレッド数/dmと130本スレッド数/dm (デシメートル、即ち、ゴム層の100mm当り)の間からなる；
・第２(C２)および第３(C３)ゴム層中の第２(１２０)および第３(１３０)補強材それぞれのd₂およびd₃で示す密度は、軸方向(Y)において測定して、120本スレッド数/dmと180本スレッド数/dmの間からなる；
これらの特徴は、特に、また、好ましくは、加硫状態のタイヤのベルト中央部分において、4cmの軸幅全体(即ち、正中面Mに対して−2cmと＋2cmの間)に亘っての正中面(M)の各側面上で測定する。

他方では、さらに、本発明のもう１つの好ましい実施態様によれば、下記の特徴を満たす：
・第１補強材(１１０) (第１層C1の)をこれに最も近い第２補強材(１２０) (第２層C2の)から隔てているゴムの平均厚Ez₁は、半径方向(Z)において測定して、0.25mmと0.40mmの間からなる；
・第２補強材(１２０) (第２層C2の)をこれに最も近い第３補強材(１３０) (第３層C3の)から隔てているゴムの平均厚Ez₂は、半径方向(Z)において測定して、0.35mmと0.60mmの間からなる；
これらの特徴は、この場合も、加硫状態のタイヤのベルト中央部分において、4cmの軸幅全体(即ち、正中面Mに対して−2cmと＋2cmの間)に亘っての正中面(M)の各側面上で測定する。

図２は、断面において、図１の本発明に従うタイヤ(１)においてベルト(１０)として使用する多層複合ラミネート(１０a、１０b、１０c)を略図的示している(何ら特定の縮尺によって描いていない)。
図２に示しているように、Ez₁は、第１補強材(１１０)をこれに最も近い第２補強材(１２０)から隔てているゴムの厚さ(Ez₁₍₁₎、Ez₁₍₂₎、Ez₁₍₃、…、Ez_1(i))の平均である；これらの厚さは、各々、半径方向Zにおいて測定し、ベルトの中心に対して−2.0cmと＋2.0cmの間からなる軸距離全体に亘って(即ち、例えば、層C1中にcm当り10本の補強材(１１０)が存在する場合のほぼ40回の測定全部に対して)平均する。

異なる形で表現すれば、Ez₁は、各第１補強材(１１０)をこれに半径方向Zにおいて最も近い第２補強材(１２０)から“連続”して隔てている最短距離Ez_1(i)の平均である；この平均は、正中面Mに対して−2cmと＋2cmとの間に及ぶ軸間隔において、ベルトの中心部分に存在する第１補強材(１１０)全部に亘って計算する。

同様に、Ez₂は、半径方向Zにおいて測定した、第２補強材(１２０)をこれに最も近い第３補強材(１３０)から隔てているゴムの厚さ(Ez₂₍₁₎、Ez₂₍₂₎、Ez₂₍₃、…、Ez_2(i))の平均である；この平均は、ベルトの中心に対して−2.0cmと＋2.0cmの間からなる軸距離全体に亘って計算する。別の形で表現すれば、これらの厚さは、第２補強材(１２０)をこれに半径方向Zにおいて最も近い第３補強材(１３０)から“連続”して隔てている最短距離を示す。

別の形で表現すれば、Ez₂は、各第２補強材(１２０)をこれに半径方向Zにおいて最も近い第３補強材(１３０)から“連続”して隔てている最短距離Ez_2(i)の平均である；この平均は、正中面Mに対して−2cmと＋2cmとの間に及ぶ軸間隔において、ベルトの中心部分に存在する第２補強材(１２０)全部に亘って計算する。

本発明のタイヤは、好ましくは、下記の不等式を満たす：
0.20 < Ez₁ / (Ez₁ + D1 + D2) < 0.30
0.30 < Ez₂ / (Ez₂ + D2 + D3) < 0.50

熱収縮性繊維材料から製造した第１補強材(１１０)の熱収縮(CTで示す)は、185℃で2分後において、好ましくは、3.5%よりも低く、より好ましくは3%よりも低い；これらの値は、タイヤケーシングの製造および寸法安定性にとって、特に、その硬化および冷却段階において最適であることが判明している。

CTは、以下に示す試験条件下におけるこれら第１補強材(１１０)の相対的収縮である。パラメーターCTは、他で明記しない限り、規格ASTM D1204‐08に従って、例えば、“TESTRITE”タイプの装置において、0.5cN/texの標準プレテンション(従って、試験する試験標本の力価即ち線密度に対して表す)として何が知られているかを考慮して測定する。また、一定の長さにおいては、最高収縮力(Fcで表す)も上記試験、180℃の温度で3%伸び下でのこの時間を使用して測定する。この収縮力Fcは、好ましくは、20N (ニュートン)よりも高い。高収縮力は、タイヤが高走行速度においてヒートアップするときのタイヤのクラウン補強材に対する熱収縮性繊維材料製の第１補強材(１１０)のフーピング能力にとって特に有益であることが判明している。

上記パラメーターCTおよびFcは、ラミネートおよびその後タイヤに組みこむ前の接着剤コーティング初期繊維補強材において非区別的に(indistictly)測定してもよく、或いは、別法として、これらの補強材において、これらの補強材を加硫タイヤの中心領域から引抜き、好ましくは“脱ゴム処理”(即ち、これらの補強材を層C1中でコーティングしているゴムを除去)して時点で測定してもよい。

任意のポリエステル製の任意の熱収縮性繊維材料、特に、上記で説明した収縮特性CTを満たす熱収縮性材料が適している。好ましいポリエステルのうちでは、例えば、PET（ポリエチレンテレフタレート)、PEN (ポリエチレンナフタレート)、PBT (ポリブチレンテレフタレート)、PBN (ポリブチレンナフタレート)、PPT (ポリプロピレンテレフタレート)、PPN (ポリプロピレンナフタレート)を挙げることができる。好ましくは、上記ポリエステルは、PETまたはPEN、特にPETである。さらにより好ましくは、使用するポリエステルは、HMLS (高モジュラス低収縮(High Modulus Low Shrinkage)) PETである。

熱収縮性材料から製造した第１補強材は、任意の既知の形状を有し得る；確かに、これらの補強材はモノフィラメントであり得るが、これらの補強材は、より一般的には、布コードの形の一緒に撚り合せたマルチフィラメント繊維から構成されている。そのエンベロープ直径は、通常通り、円形断面を有さないこれらの補強材の一般的な場合(個々のフィラメントの単純な場合と逆)においてそのような第１補強材を取囲んでいる仮想回転柱の直径を意味する。

本発明の１つの好ましい実施態様によれば、転がり抵抗性、ドリフトスラストおよび走行耐久性に関する本発明のタイヤの最適性能のためには、下記の特徴の少なくとも１つ、より好ましくは全部を満たす：
・密度d₁は、80本スレッド数/dmと120本スレッド数/dmの間、より好ましくは90本スレッド数/dmと110本スレッド数/dmの間からなる；
・密度d₂およびd₃は、各々、130本スレッド数/dmと170本スレッド数/dmの間からなる：
・厚さEz₁は、0.25mmと0.35mmの間、より好ましくは0.275mmと0.325mmの間からなり；
・厚さEz₂は、0.35mmと0.55mmの間、より好ましくは0.375mmと0.525mmの間からなり；
上記多層複合ラミネート、即ち、その３層の重ね合せ層(C1、C2、C3)の全体厚は、、半径方向Zにおいて測定して、1.8mmと2.7mmの間、より好ましくは2.0mmと2.5mmの間からなる。

上記好ましい特徴のいずれか１つまたは全てと組合せてもまたは組合せなくてもよいもう１つの好ましい実施態様によれば、下記の不等式の少なくとも１つ、より好ましくは下記の不等式の全てを満たす：

0.225 < Ez₁ / (Ez₁+D1+D2) < 0.275
0.325 < Ez₂ / (Ez₂+D2+D3) < 0.475
0.325 < (Ez₁+Ez₂) / (Ez₁+Ez₂+D1+D2+ D3) < 0.425.

熱収縮性繊維材料から製造した第１補強材(１１０)は、任意の既知の形状をとり得、例えば、これらの補強材は、大直径(例えば、50μm以上)の基本モノフィラメント、マルチフィラメント繊維(小直径、典型的には30μmよりも小さい複数の基本フィラメントからなる)、一緒に撚った数本の繊維から形成した織布用合撚糸、ケーブル処理したまたは一緒に撚った数本の繊維またはモノフィラメントから形成した布コードであり得る。

定義によれば、第２(１２０)および第３(１３０)補強材は、スチールモノフィラメントである。好ましくは、スチールは、タイヤ用の“スチールコード”タイプのコードにおいて使用するスチールのような炭素鋼である；しかしながら、他のスチール、例えば、ステンレススチール、または他の合金を使用することも勿論可能である。

１つの好ましい実施態様によれば、炭素鋼を使用する場合、その炭素含有量(スチールの質量％)は、0.8%〜1.2%の範囲からなる；もう１つの好ましい実施態様によれば、上記スチールの炭素含有量は、0.6%〜0.8%の範囲からなる。本発明は、特に、標準張力(NT)または高張力(HT)鋼コードタイプのスチール、その場合好ましくは2000MPaよりも高い、より好ましくは2500MPaよりも高い引張強度(Rm)を有する炭素鋼から製造した上記(第２および第３)補強材に当てはまる。また、本発明は、スチールコードタイプの超(super)高張力(SHT)鋼、超(ultra)高張力(UHT)鋼またはメガ張力(MT)鋼、その場合好ましくは3000MPaよりも高い、より好ましくは3500MPaよりも高い引張強度(Rm)を有する炭素鋼から製造した上記(第２および第３)補強材にも当てはまる。これらの補強材の破断点全体伸び(At)は、弾性伸びと塑性伸びの和であって、好ましくは2.0%よりも大きい。

スチールから製造した上記(第２および第３)補強材に関する限り、破断点力、Rmで示す破断点強度(MPaでの)、およびAtで示す破断点伸び(%での全体伸び)の測定は、1984年のISO規格6892に従って張力下に実施する。

使用するスチールは、特に炭素鋼またはステンレススチールのいずれであれ、それ自体、例えば、スチールモノフィラメントの加工性または上記補強材および/またはタイヤそれら自体の磨耗特性、例えば、接着特性、耐腐蝕性をまたはエージングに対する耐性でさえも改良する金属層でコーティングし得る。１つの好ましい実施態様によれば、使用するスチールは、黄銅(Zn‐Cu合金)または亜鉛の層でコーティングする；スレッド製造過程においては、スレッドを黄銅または亜鉛でコーティングすることはスレッドが延伸するのをより容易にし且つスレッドがゴムに結合するのを促進することを思い起こされたい。しかしながら、これらの補強材は、例えばこれらスレッドの耐腐蝕性および/またはこれらスレッドのゴムへの接着性を改良する機能を有する黄銅または亜鉛以外の金属の薄層、例えば、Co、Ni、Alの、或いはCu、Zn、Al、Ni、Co、Snの２種以上の配合物の合金の薄層で被覆することができる。

上記多層複合ラミネートを製造するゴム組成物の各層(C1、C2、C3) (以下、“ゴムの層”)は、少なくとも１種のエラストマーと少なくとも１種の充填剤をベースとする。
好ましくは、上記ゴムはジエンゴムであって、このジエンゴムは、ジエンモノマー、即ち、２個の炭素−炭素に重結合を担持し、これらの結合が共役型であるかどうかを問わないモノマーに少なくとも１部由来する任意のエラストマー(即ち、ホモポリマーまたはコポリマー) (単一エラストマーまたはエラストマーブレンド)を意味することを思い起こされたい。

このジエンエラストマーは、さらに好ましくは、ポリブタジエン(BR)、天然ゴム(NR)、合成ポリイソプレン(IR)、ブタジエンコポリマー、イソプレンコポリマーおよびこれらのエラストマーのブレンドからなる群から選ばれる；そのようなコポリマーは、特に、ブタジエン/スチレンコポリマー(SBR)、イソプレン/ブタジエンコポリマー(BIR)、イソプレン/スチレンコポリマー(SIR)およびイソプレン/ブタジエン/スチレンコポリマー(SBIR)からなる群から選ばれる。

１つの特に好ましい実施態様は、“イソプレン”エラストマー、即ち、イソプレンのホモポリマーまたはコポリマー、或いは、換言すれば、天然ゴム(NR)、合成ポリイソプレン(IR)、イソプレンの各種コポリマーおよびこれらのエラストマーのブレンドからなる群から選ばれるジエンエラストマーを使用することである。

イソプレンエラストマーは、好ましくは、天然ゴムまたはシス‐1,4タイプの合成ポリイソプレンである。これらの合成ポリイソプレンのうちでは、好ましくは、90%よりも多い、さらにより好ましくは98%よりも多いシス‐1,4結合含有量(モル%)を有するポリイソプレンを使用する。１つの好ましい実施態様によれば、ゴム組成物の各層は、50〜100phrの天然ゴムを含む。他の好ましい実施態様によれば、上記ジエンエラストマーは、全体的にまたは部分的に、例えば、例えばBRタイプのもう１つのエラストマーと混合してまたは混合しなくて使用するSBRエラストマーのようなもう１つのジエンエラストマーからなる。

各ゴム組成物は、１種または数種のジエンエラストマー；例えば、カーボンブラックまたはシリカのような補強用充填剤、カップリング剤、エージング防止剤、酸化防止剤、可塑剤または増量剤オイル(後者は芳香族性または本質的に非芳香族性(特に、そうであったとしても極めて弱い芳香族性であり、例えば、ナフテンまたはパラフィンタイプの高または好ましくは低粘度を有するオイル、MESまたはTDAEオイル)である)、高ガラス転移温度(30℃よりも高い)を有する可塑化用樹脂、生状態の組成物の加工性改良する薬剤、粘着付与剤、戻り防止剤、例えばHMT (ヘキサメチレンテトラミン)またはH3M (ヘキサメトキシメチルメラミン)のようなメチレン受容体および供与体、補強用樹脂(レゾルシノールまたはビスマレイミドのような)、金属塩タイプ、例えば、特にコバルト、ニッケルまたはランタニドの塩の既知の接着促進剤系、架橋または加硫系のようなタイヤの製造を意図するゴムマトリックス中で通常使用する添加剤の全部または数種を含有し得る。

好ましくは、上記ゴム組成物用の架橋系は、加硫系と称される、即ち、イオウ(またはイオウ供与剤)と一時加硫促進剤とをベースとする系である。各種既知の加硫活性化剤または二次促進剤をこの基本加硫系に添加し得る。イオウは、0.5phrと10phrの間の好ましい割合で使用し、一時加硫促進剤、例えば、スルフェンアミドは、0.5phrと10phrの間の好ましい割合で使用する。補強用充填剤、例えば、カーボンブラックおよび/またはシリカの量は、好ましくは30phrよりも多く、特に30phrと100phrの間の量からなる。

全てのカーボンブラック、特に、タイヤにおいて通常使用するHAF、ISAF、SAFタイプのブラック類(タイヤ級ブラック類と称するブラック類)がカーボンブラックとして適している。このカテゴリーにおいては、さらに詳細には、(ASTM)級300、600または700のカーボンブラック類(例えば、N326、N330、N347、N375、N683、N772)が挙げられる。450m²/g未満、好ましくは30〜400m²/gのBET表面積を有する沈降または焼成シリカは、シリカとして特に適している。

当業者であれば、本説明に照らして、上記ゴム組成物の配合を如何に調整して所望レベルの性質(特に弾性モジュラス)を達成し且つ上記配合を意図する特定の用途に合うように適応させるかは承知していることであろう。

好ましくは、架橋状態の各ゴム組成物は、4MPaと25MPaの間、より好ましくは4MPaと20MPaの間からなる10%伸びにおける伸長中割線モジュラスを有する；特に5MPaと15MPaの間からなる値は、それ自体で特に適していることが判明している。モジュラス測定は、他で断らない限り、1998年の規格ASTM D 412 (試験標本“C”)従い、張力下に実施する：“真”の割線モジュラス(試験標本の実際の断面に対するモジュラスを意味する)を、10%の伸びでの２回目の伸びにおいて(即ち、順応サイクル後に)、測定し、この場合、これをMsとして示し、MPaで表す(1999年の規格ASTM D 1349に従う標準の温度および相対湿度条件下に)。

第１、第２および第3補強材を上述したそれら３つのそれぞれのゴム層(C1、C2、C3)に接着させるためには、任意の適切な接着剤系、例えば、第１の繊維補強材に関する限りは、“RFL”(レゾルシノール‐ホルムアルデヒドラテックス)または等価のタイプの繊維接着剤、或いは、例えば、スチールから製造した第２および第３補強材に関する限りは黄銅または亜鉛のような接着コーティングを使用し得る；しかしながら、普通の、即ち、コーティングしていないスチールを使用することも可能である。

6. 発明の典型的な実施態様
以下の試験により、本発明に従う多層複合ラミネートが、その特異な構造によって、タイヤの重量を、ひいては転がり抵抗性を、ケーブル加工していないスチールモノフィラメントを使用する故により低いコストでもって低めることを可能にし、このことの全てを、何よりも先ずこれらタイヤのコーナリング剛性化または全体的耐久性を損なうことなく達成していることを実証する。

これらの比較試験は、通常の方法で製造し、多層複合ラミネートの構造を除いては全ての点で同一であるサイズ205/55 R16の乗用車タイヤにおいて実施した。

A) 試験するタイヤ
図２の略図に従うこれらの実施例の本発明に従うタイヤにおいては、補強材(１１０)は、低熱収縮を有するポリエステル(Performance Fibers社からのHMLS PET“1x50”)製の合撚糸である；各合撚糸は、470回折返し/メートルで一緒に撚っている(直接ケーブル加工装置において)、110texの２本の紡糸からなる；これら合撚糸の直径D1は、ほぼ0.54mmに等しく；これらの合撚糸のCTはほぼ2.4%に等しく、そして、これら合撚糸の収縮力Fcはほぼ22Nに等しい。

上記繊維補強材(１１０)を被覆する第１のゴム層(C1)は、繊維補強材のカレンダー加工においては一般的であって、天然ゴム、カーボンブラック、加硫系および通常の添加剤をベースとするゴム組成物である；上記ポリアミド合撚糸とゴム層間の接着は、既知の方法で、例えば、“RFL”(レゾルシノール‐ホルムアルデヒドラテックス)タイプの単純な繊維接着剤を使用して確保する。
この第１層(C1)を製造するには、上記織布用合撚糸(１１０)を、各々ほぼ0.25mmの厚さを有する生(未加硫)状態のゴム組成物の２枚の層間で、当業者にとって周知の方法でカレンダー加工した。

金属補強材(１２０)および(１３０)は、3650MPa程度の強度Rm (破断力258N)、2.3%の全体伸びAtおよび0.30mmの直径(D2、D3)を有するUHTタイプのマイクロアロイ型炭素鋼モノフィラメント(0.9%の炭素および0.2%のCr)である。
これらのスチールモノフィラメント(１２０、１３０)を被覆するゴムの第２(C2)および第３(C3)層は、金属タイヤベルトプライのカレンダー加工においては一般的であって、天然ゴム、シリカ、加硫系、および接着促進剤としてのコバルト塩のような通常の添加剤を典型的にベースとする組成物からなる。
これらの２つの層(C2、C3)を製造するには、モノフィラメント(130)を、各々ほぼ0.32mmの厚さを有する生(未加硫)状態のゴム組成物の２枚の層間で、当業者にとって周知の方法でカレンダー加工した。

上記第１層(C1)中の上記織布用合撚糸(１１０)の密度d₁は、軸方向において測定して、ほぼ100本スレッド数/dmに等しく、第２(１２０)および第３(１３０)スチールモノフィラメントの密度(それぞれ、d₂およびd₃)は、ほぼ160本スレッド数/dmに等しい。
従って、正中面Mの各側面上の−2cmと＋2cmの間に軸方向に延びる範囲内においては、ほぼ40本(即ち、各側面上に20本)の織布用合撚糸(１１０)並びにほぼ64本(即ち、各側面上に32本)の第２(１２０)および第３(１３０)のスチールモノフィラメントが存在する。

これらの織布用合撚糸(１１０)をスチールモノフィラメント(１２０)から隔てているゴムの測定平均厚さEz₁は、ほぼ0.28mmであり；一方、スチールモノフィラメント(１２０)を他のスチールモノフィラメント(１３０)から隔てているゴムの平均厚さEz₂は、0.45mmの辺りであった。本発明に従うラミネートの全体平均厚さは、半径方向において測定して、ほぼ2.1mmであった。

従って、本発明に従うこの実施例においては、特に好ましい下記の３つの不等式が実際に満たされていることに注目されたい：

0.225 < Ez₁ / (Ez₁+D1+D2) < 0.275
0.325 < Ez₂ / (Ez₂+D2+D3) < 0.475
0.325 < (Ez₁+Ez₂) / (Ez₁+Ez₂+D1+D2+ D3) < 0.425.

上記の全てのデータ(D1、D2、D3、d₁、d₂、d₃、Ez₁およびEz₂)は、ベルトの中央部分を通して正中面(M)の上述した各側面上の2cmとして撮影したタイヤの半径断面の写真においてオペレーターが実験的に測定した平均値である。

使用する対照タイヤは、以下の技術的特徴を除いて本発明のタイヤと同じ構造を有する：金属補強材(１２０、１３０)は、14mmのピッチで一緒にケーブル加工した直径0.30mmの２本のスレッドからなるSHTスチールの通常の“2.30”設計コード(ほぼ3170MPaに等しいRm；450Nに等しい破断力)からなる；これらのコードの直径(エンベロープ)は、従って、0.6mmである；これら金属補強材は、およそ85本スレッド数/dmの密度で配置されている；補強材(１１０)は、ポリアミド 66製の合撚糸である；各合撚糸は、250回折返し/メートルで一緒に撚っており(直接ケーブル加工装置において)、ほぼ0.66mmに等しい直径D1を有する140texの2本の紡糸からなる；これらの合撚糸のCTはほぼ7%に等しく、これら合撚糸の収縮力Fcはほぼ28Nに等しい；ナイロン合撚糸(１１０)をスチールコード(１２０)から隔てているゴムの測定平均厚さEz₁はほぼ0.31mmであり、一方、スチールコード(１２０)を隔てているゴムの測定平均厚さEz₂は0.50mm程度であった。ラミネートの全体平均厚さは、半径方向において測定して、およそ3.0mmであった。

上記２つの金属層を製造するには、“2.30”コードを、各々ほぼ0.40mmの厚さを有する生(未加硫)状態のゴム組成物の２枚の層間で、当業者にとって周知の方法でカレンダー加工した。

これら対照タイヤの多層複合ラミネートにおいては、本発明の場合と異なり、下記の好ましい不等式のいずれの１つも満たされていないことに特に注目し得る：

0.20 < Ez₁ / (Ez₁ + D1 + D2) < 0.30;
0.30 < Ez₂ / (Ez₂ + D2 + D3) < 0.50.

B) 比較試験の結果
装置において実施した最初の１連の試験においては、先ずは最初に、本発明のタイヤは、対照タイヤと比較したとき、下記を提供していることに注目した：
・多層複合ラミネートにおけるおよそ14%の軽量化、即ち、およそ2.5%のタイヤ自体においての軽量化；
・転がり抵抗性のほぼ3.3%の改良(ほぼ0.250kg/メートルトンを示す)；および、
・予期に反して、このかなりのベルトの軽量化にもかかわらず、正確に同じドリフトスラスト。

転がり抵抗性は、ISO 87-67 (1992年)方法に従い、動力計において測定した。ドリフトスラストを測定するには、各タイヤを適切な自動機械(MTS社が販売している“フラットトラック”タイプの機械)上で80km/時の一定速度で駆動させ、“Z”で示す荷重を1度のコーナリング角度に対して変動し、コーナリング剛性または“D”で示すドリフトスラスト(スラストをゼロドリフトにおいて補正)を、既知の方法において、センサーを使用して、車輪に対する横荷重をこの荷重Zの関数として記録することによって測定した；ドリフトスラストは、原点におけるD(Z)曲線の勾配である。

次に、実際の走行試験を、この場合、上記機械または車両(Volkswagen Golf)のいずれかにおいて実施して、対照タイヤおよび本発明に従うタイヤの耐久性を種々の運転条件下に比較した。
最初に、極めて高速運転における耐久性を、各タイヤを、上記機械上で、予め設定した制限速度(250km/時を超える)までまたは必要に応じての試験タイヤが試験終了前に破壊するまでの所定の段階での漸進的速度上昇に供することによって評価した。

次に、極めて酷いコーナリング下での耐久性を、上記車両を極めて曲りくねったサーキットの周りで、過荷重、空気圧減の条件下で且つ極めて高い横加速をもたらす所定速度の各サイクルに従いこれら全てを1000km以上運転することによって評価した；この得に苛酷な試験の後、試験した各タイヤを剥ぎ取り(破壊分析による)、必要に応じて、多層複合ラミネートの関連層(C2、C3)中の金属補強材(１２０、１３０)の破壊数を計数した。

最後に、極めて過酷な条件下での極めて長時間運転(40 000km)における耐久性も、自動走行機械上で、一定速度での各種所定圧および過荷重サイクルに従い試験した；その後、試験した各タイヤを剥ぎ取り、その多層複合ラミネートの全体的状態を、特に、知られている通り最大の加熱を被るタイヤの肩領域において観察した。

この第２の試験群の終了時において、本発明に従うタイヤは、対照タイヤと比較したとき、当業者が驚くことに、下記を示すことが判明した：
・高速走行における等価の耐久性(両例において試験したタイヤの顕著な破壊はない)：
・同様に等価であった極めて酷いコーナリング下での耐久性(両例において金属補強材の観察された破断はない)；
・最後に、極めて苛酷な走行条件下に改良されていた極めて長時間運転の耐久性(本発明に従う多層複合ラミネートのより良好な外観)。

従って、上記で説明した本質的な技術的特徴のすべてが観察されることを条件として、特に、一方では特に低熱収縮性を有するポリエステル製の繊維円周補強材(１１０)を、他方では小直径モノフィラメントの形の金属補強材(１２０、１３０)を、推奨された構築限界内で使用することを条件として、タイヤベルトの全体的厚さをかなり減じることが、加工性並びに第１層の円周補強材によって付与される第１のフーピング機能と他の２つの層の金属補強材によって付与される第２の剛性化機能の区別化を損なうことなくさらに可能であることを見出した。

予期に反して、本発明は、乗用車またはバン類タイヤの重量と転がり抵抗性を、コーナリング剛性、従って、道路保持性およびハンドリング性を損なうことなく低下させると同時に、特に苛酷な走行条件下でさえもより良好ではないとしても少なくとも等価である走行耐久性を提供することを可能にしている。

Claims

円周(X)、軸(Y)および半径(Z)の３つの主方向を特定し、トレッド(３)を搭載しているクラウン(２)、２つの側壁(４)、２つのビード(５) (各側壁(４)は各ビード(５)をクラウン(２)に連結している)、各ビード(５)内に固定され且つ各側壁(４)およびクラウン(２)内に延びているカーカス補強材(７)、クラウン(２)内で円周方向(X)に延びており且つカーカス補強材(７)とトレッド(３)の間に半径方向に配置されたクラウン補強材またはベルト(１０)を含み、前記ベルト(１０)は、補強材(１１０、１２０、１３０)の少なくとも３層の重ね合せ層を含む多層複合ラミネート(１０a、１０b、１０c)を含み、前記各補強材は、各層内で一方向性であり且つ所定厚のゴム(それぞれC１、C２、C３)内に埋込まれているラジアルタイヤ(１)であって；
・トレッド側で、ゴム(C1)の第１層(１０a)は、円周方向(X)に対して−5度〜＋5度の角度アルファで配向された第１列の補強材(１１０)を含み、第１補強材と称するこれらの補強材(１１０)は熱収縮性繊維材料から製造されており；
・第１層(１０a)と接触し且つこの第１層の下に配置されて、ゴム(C２)の第２層(１０b)は、円周方向(X)に対して正または負の10度と30度の間の所定角度ベータで配向された第２列の補強材(１２０)を含み、第２補強材と称するこれらの補強材(１２０)は金属補強材であり；
・第２層(１０b)と接触し且つこの第２層の下に配置されて、ゴム(C３)の第３層(１０c)は、それ自体円周方向(X)に対して10度と30度の間の角度ガンマ(角度ベータの逆)で配向された第３列の補強材(１３０)を含み、第３補強材と称するこれらの補強材(１３０)は金属補強材であり；
さらに、下記に特徴を有する：
・第１補強材(110)の熱収縮性繊維材料は、ポリエステルであり；
・第１補強材(110)の平均エンベロープ直径D1は、0.40mmと0.70mmの間からなり；
・ゴム(C１)の第１層内の第１補強材(110)の密度d₁は、軸方向(Y)において測定して、70本スレッド数/dmと130本スレッド数/dmの間からなり；
・第２(１２０)および第３(１３０)補強材は、それぞれD２およびD３で示す直径が0.20mmと0.50mmの間からなるスチールモノフィラメントからなり；
・それぞれゴムの第２(C２)および第３(C３)層内の第２(１２０)および第３(１３０)補強材のそれぞれの密度d₂およびd₃は、軸方向(Y)において測定して、120本スレッド数/dmと180本スレッド数/dmの間からなる、上記ラジアルタイヤ(１)。
直径D1が、0.45mmと0.65mmの間からなる、請求項１記載のタイヤ。
密度d₁が、80本スレッド数/dmと120本スレッド数/dmの間からなる、請求項１または２に記載のタイヤ。
直径D2およびD3が、各々、0.25mmよりも大きく且つ0.40mmよりも小さい、請求項１〜３のいずれか１項記載のタイヤ。
密度d₂およびd₃が、各々、130本スレッド数/dmと170本スレッド数/dmの間からなる、請求項１〜４のいずれか１項記載のタイヤ。
ポリエステル製の第１補強材(１１０)の185℃で2分後の熱収縮CTが、3.5%未満である、請求項１〜５のいずれか１項記載のタイヤ。
加硫状態のタイヤのベルト中央部分において、正中面(M)の各側の4cmの合計軸幅に亘って測定した下記の特徴をみたす、請求項１〜６のいずれか１項記載のタイヤ：
・第１補強材(１１０)をこれに最も近い第２補強材(１２０)から隔てているゴムの平均厚Ez₁は、半径方向(Z)において測定して、0.25mmと0.40mmの間からなり；
・第２補強材(１２０)をこれに最も近い第３補強材(１３０)から隔てているゴムの平均厚Ez₂は、半径方向(Z)において測定して、0.35mmと0.60mmの間からなる。
下記の不等式を満たす、請求項１〜７のいずれか１項記載のタイヤ：
0.20 < Ez₁ / (Ez₁ + D1 + D2) < 0.30
0.30 < Ez₂ / (Ez₂ + D2 + D3) < 0.50
厚さEz₁が、0.25mmと0.35mmの間からなる、請求項１〜８のいずれか１項記載のタイヤ。
厚さEz₂が、0.35mmと0.55mmの間からなる、請求項１〜９のいずれか１項記載のタイヤ。
0.225 < Ez₁ / (Ez₁ + D1 + D2) < 0.275である、請求項８〜１０のいずれか１項記載のタイヤ。
0.325 < Ez₂ / (Ez₂ + D2 + D3) < 0.475である、請求項８〜１１のいずれか１項記載のタイヤ。
0.325 < (Ez₁ + Ez₂) / (Ez₁ + Ez₂ + D1 + D2 + D3) < 0.425である、請求項１〜１２のいずれか１項記載のタイヤ。
第２(１２０)および第３(１３０)補強材を製造するスチールが、炭素鋼である、請求項１〜１３のいずれか１項記載のタイヤ。
前記ポリエステルが、PET(ポリエチレンテレフタレート)またはPEN(ポリエチレンナフタレート)である、請求項１〜１４のいずれか１項記載のタイヤ。
前記ポリエステルが、HMLS PETである、請求項１５記載のタイヤ。