JP6577221B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

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、軽量性および耐久性に優れ、かつ、タイヤ製造時の作業性を改善した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、タイヤの軽量化に対する要求はますます高まってきている。従来、タイヤの軽量化を目的して、ベルトコードとして複数本のスチールフィラメントを撚り合わせた撚りコードではなく、スチールモノフィラメントを撚り合わせずにベルトコードとして用いる技術が知られており、このスチールモノフィラメントからなるベルト層を少なくとも２層、互いに交差するように配置した交差ベルトの開発がなされている。このようにベルトコードをモノフィラメント化した場合、ベルト層の薄肉化が可能になるため、タイヤの軽量化が可能になる。

しかしながら、スチールモノフィラメントからなるベルト層を用いた場合、ベルト面内における曲げ剛性（面内曲げ剛性）の低下をもたらし、タイヤの耐久性が低下してしまうという問題を有している。そこで、特許文献１では、不足した面内曲げ剛性を補うため、タイヤ周方向に対して、８０〜９０°の角度で埋設されたスチールコードからなるベルト補助層を設けた乗用車用空気入りラジアルタイヤが提案されている。特許文献１によれば、ベルト補助層を設けることで、ベルトコードの座屈を抑制して、モノフィラメント化により低下する曲げに対する疲労性を補うことができる。

特開２０１２−２５４６６８号公報

しかしながら、スチールコードからなるベルト補強層を設けると、スチールの使用量が増加し、タイヤの重量増加につながる。したがって、特許文献１に記載のタイヤでは、交差ベルトをスチールモノフィラメントからなるベルト層で構成することによるタイヤ軽量化の利点を十分に生かすことができず、タイヤの軽量化については必ずしも満足のいくものではないというのが現状である。また、タイヤの製造においては、作業性の改善が望まれている。

そこで、本発明の目的は、軽量性および耐久性に優れ、かつ、タイヤ製造時の作業性を改善した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、カーカスおよびベルト補強層の補強素子を所定のものとすることで、上記課題を解消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、カーカスのタイヤ径方向外側に、撚り合わされることなく引き揃えられた複数本のスチールモノフィラメントがゴム中に埋設されてなるベルト層が、層間で互いに交差するように少なくとも２層配置されてなる交差ベルトを備える空気入りタイヤにおいて、
前記交差ベルトのタイヤ径方向外側、タイヤ径方向内側、および交差ベルト層間のうち少なくとも１カ所に補強素子がゴム中に埋設されてなる少なくとも１層のベルト補強層を備え、
前記交差ベルトのスチールモノフィラメントのタイヤ周方向に対する角度が４５°以上であり、かつ、前記スチールモノフィラメントが異なる径を有する少なくとも２種であり、
前記交差ベルトのスチールフィラメントの打込み本数が２６〜１００本／５０ｍｍであり、
前記ベルト補強層の補強素子が有機繊維コードであることを特徴とするものである。

本発明のタイヤにおいては、前記少なくとも２種のスチールモノフィラメントのうち、最も線径の大きいスチールフィラメントの線径をｄ１、最も線径の小さいスチールフィラメントの線径をｄ２としたとき、下記式、
１＜ｄ１／ｄ２＜４
で表される関係を満足することが好ましい。また、本発明のタイヤにおいては、前記ベルト補強層の補強素子は、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ナイロン、ポリケトンおよびアラミドからなる群から選ばれる少なくとも１種からなる有機繊維コードであることが好ましい。さらに、本発明においては、前記ベルト補強層の補強素子のタイヤ周方向に対する角度は０〜１０°であることが好ましい。さらにまた、本発明の空気入りタイヤにおいては、前記スチールモノフィラメントが真直であることが好ましい。

本発明によれば、軽量性および耐久性に優れ、かつ、タイヤ製造時の作業性を改善した空気入りタイヤを提供することができる。

本発明の一好適な実施の形態に係る空気入りタイヤの幅方向断面図である。 本発明の一好適な実施の形態に係る空気入りタイヤのベルト層およびベルト補強層の関係を示す概略平面図である。 本発明の一好適な実施の形態に係る空気入りタイヤの交差ベルトおよびベルト補強層のタイヤ幅方向断面図である。

以下、本発明の空気入りタイヤについて、図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の一好適な実施の形態に係る空気入りタイヤの幅方向断面図である。本発明のタイヤ１０は、図示するように、接地部を形成するトレッド部１と、このトレッド部１の両側部に連続してタイヤ径方向内方へ延びる一対のサイドウォール部２と、各サイドウォール部２の内周側に連続するビード部３と、を備えている。トレッド部１、サイドウォール部２およびビード部３は、一方のビード部３から他方のビード部３にわたってトロイド状に延びる一枚のカーカスプライからなるカーカス４により補強されている。

本発明のタイヤ１０においては、カーカス４のクラウン領域のタイヤ径方向外側に、少なくとも２層（図示例では２層）、好ましくは２層の第１ベルト層５ａと第２ベルト層５ｂとからなるベルトが配設されている。この第１ベルト層５ａと第２ベルト層５ｂは、撚り合わされることなくタイヤ幅方向に並列に引き揃えられた複数本のスチールモノフィラメントがゴム中に埋設されてなり、第１ベルト層５ａと第２ベルト層５ｂは、層間で互いに交差するように配置されて、交差ベルト５を形成している。

本発明のタイヤ１０においては、交差ベルト５のスチールモノフィラメントのタイヤ周方向に対する角度が３５°以上である。タイヤ周方向に対してスチールモノフィラメントを高角度で配置することで、交差ベルト５に面内曲げ剛性を付与することができ、タイヤ１０の耐久性、耐摩耗性を確保することができる。好ましくは、スチールモノフィラメントのタイヤ周方向に対する角度は４５°以上である。

また、本発明のタイヤ１０は、交差ベルト５のタイヤ径方向外側、タイヤ径方向内側、および交差ベルト層間のうち少なくとも１カ所（図示例では、交差ベルト５のタイヤ径方向外側）にベルト補強層６を有している。なお、ベルト補強層６の補強素子の角度は、その目的が不足するタイヤ周方向の引張剛性を補うことであるため、タイヤ周方向に対して０°〜１０°であることが好ましい。図２は、本発明の一好適な実施の形態に係る空気入りタイヤのベルト層およびベルト補強層の関係を示す概略平面図であり、（ａ）は、ベルト補強層６が交差ベルト５のタイヤ径方向外側に、（ｂ）は、ベルト補強層６が交差ベルト５のタイヤ径方向内側に、（ｃ）は、ベルト補強層６が交差ベルト層５ａ、５ｂ間に配置されている。

さらに、本発明のタイヤ１０においては、交差ベルト５のスチールモノフィラメントは、異なる径を有する少なくとも２種である。図３に、本発明の一好適な実施の形態に係る空気入りタイヤの交差ベルトおよびベルト補強層のタイヤ幅方向断面図を示す。図示するように、線径の異なるスチールフィラメントを用いることで、隣り合うスチールフィラメント間距離をランダムに変化させることができる。これにより、ベルトの剛性と耐久性とを両立させることができる。

交差ベルト５に着目すると、線径の太いスチールフィラメント７ａ同士の間隔Ｌ１は、線径の太いスチールフィラメント７ａと線径の細いスチールフィラメント７ｂの距離Ｌ２や、線径の細いスチールフィラメント７ｂ同士の間隔Ｌ３よりも狭くなっている。このスチールフィラメントの間隔が狭い部分がランダムに存在することにより、ベルトの剛性を維持することができる。また、スチールフィラメント間距離が広い部分がランダムに存在することにより、ベルト幅方向端部のスチールフィラメント端を起点としたゴム剥離が容易に隣り合うスチールフィラメント間に伝播するベルトエッジセパレーション（ＢＥＳ）を抑制することができる。

また、ベルト補強層６とベルト補強層６に隣接するベルト層（図示例では、第２ベルト層５ｂ）とに着目すると、第２ベルト層５ｂに埋設された線径の細いスチールフィラメント７ｂとベルト補強層６に埋設された補強素子（図示例では、有機繊維コード６）との距離Ｌ４は、線径の太いスチールフィラメント７ａとベルト補強層６の有機繊維コード６との距離Ｌ５よりも広くなる。したがって、第２ベルト層５ｂとベルト補強層６のそれぞれの補強素子の間隔に、広いところがランダムに現れる。そのため、スチールフィラメント間に伝播するゴムの亀裂を抑制することができる。

さらに、交差ベルト５の補強素子として線径の太いスチールフィラメントを加えることで、線径の細いスチールフィラメントの場合と比較してベルトトリートの才断の作業性が向上する。すなわち、線径の細いスチールフィラメント７ｂのみでは、ベルトトリートの曲げ剛性が不足するため才断が困難であるが、線径の太いスチールフィラメント７ａを含めることで、ベルトトリートの曲げ剛性が大きくなり、その結果、才断作業の作業性が改善される。

本発明のタイヤ１０においては、上記効果を良好に得るためには、少なくとも２種のスチールモノフィラメントのうち、最も線径の大きいスチールフィラメントの線径をｄ１、最も線径の小さいスチールフィラメントの線径をｄ２としたとき、下記式、
１＜ｄ１／ｄ２＜４
で表される関係を満足することが好ましい。好適には、
１．１＜ｄ１／ｄ２＜２
である。ｄ１／ｄ２が４よりも大きくなると、交差ベルト５が厚くなってしまい、補強素子としてスチールモノフィラメントを用いた効果を十分に得られない場合がある。

さらにまた、本発明のタイヤ１０においては、全スチールフィラメントに対する線径の太いスチールフィラメントの割合は、１０％以上であることが好ましい。線径の太いスチールフィラメントを１０％以上とすることで、上記効果を良好に得ることができる。なお、本発明の効果を良好に得るためには、線径の太いスチールフィラメントの割合は８０％以下が好ましい。

また、本発明のタイヤ１０においては、交差ベルト５のスチールフィラメントの打込み本数が２６〜１００本／５０ｍｍであるであることが好ましい。スチールモノフィラメントの打込み本数を２６本／５０ｍｍ以上とすれば、十分な面内曲げ剛性を確保することができる。また、スチールモノフィラメントの打込み本数を１００本／５０ｍｍ以下とすることで、ベルト幅方向端部のコード端を起点としたゴム剥離が容易に隣接コード間に伝播するベルトエッジセパレーション（ＢＥＳ）を抑制する耐ＢＥＳ効果を発揮することができる。これらのバランスを良好に保つことができる好適な範囲は、４０〜５５本／５０ｍｍである。

本発明のタイヤ１０は、ベルト補強層６の補強素子は有機繊維コードが好ましい。補強素子として有機繊維からなるコードを用いることで、スチールを用いた場合を比較してタイヤの軽量化を図ることができる。本発明のタイヤ１０においては、ベルト補強層６を構成する補強素子は、タイヤ周方向における引張剛性の確保が目的であるので、高弾性の有機繊維からなるコードを用いることが好ましい。有機繊維コードとしては、芳香族ポリアミド（アラミド）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、レーヨン、ザイロン（登録商標）（ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）繊維）、脂肪族ポリアミド（ナイロン）、ポリケトン等の有機繊維を少なくとも一種からなるものを用いることができる。

本発明のタイヤ１０においては、ベルト補強層６の補強素子として有機繊維コード８を用いる場合、有機繊維コード８の総繊度は、４７０〜５０００ｄｔｅｘとするのが好ましい。有機繊維コード８の総繊度を４７０ｄｔｅｘ以上とすることで、ベルト補強層６の周方向引張剛性を十分に確保することができる。一方、有機繊維コード８の総繊度は５０００ｄｔｅｘ以下が好ましく、総繊度を５０００ｄｔｅｘ以下とすることでベルト補強層６の薄肉化を図り、周方向引張剛性と軽量化とを両立させることができる。なお、本発明のタイヤ１０においては、有機繊維コード８は片撚りでも双撚りでも３本以上を撚り合わせた撚りコードであってもよい。この場合、上撚り係数は、０．０５〜０．８であることが望ましい。

なお、本発明のタイヤ１０において、交差ベルト５の層間にベルト補強層６を挿入した場合や、交差ベルト５のタイヤ径方向内側にベルト補強層６を配置した場合、スチールモノフィラメントからなる交差ベルト層（図示例では、第２ベルト層５ｂ）が保護層の役割を担うため、耐カット性を向上させることができる。

また、本発明のタイヤ１０においては、ベルト補強層６の幅は、トレッド幅の６０％以上であることが好ましい。ベルト補強層６の幅をトレッド幅の６０％以上とすることで、タイヤ周方向の引張剛性を効果的に向上させることができる。好ましくは、ベルト補強層６をトレッド幅の全幅に配置する。なお、トレッド幅とは、タイヤを正規リムに装着し、正規内圧を充填し、静止した状態で平板に対し垂直に置き、正規荷重を加えたときのタイヤ接地面のタイヤ軸方向の最大幅をいう。

さらに、図１に示すタイヤのベルト補強層６はトレッド幅全幅を覆っているが（いわゆる、キャップ構造）、交差ベルト５の幅方向両端部のみを覆う構造としてもよい（いわゆる、レイヤー構造）。また、第１のベルト補強層を少なくとも交差ベルト５の幅方向中央を覆うように設け、第２のベルト補強層で交差ベルト５の幅方向両端部を覆うように設けてもよい（キャップ・レイヤー構造）。この場合、第１のベルト補強層近傍まで、または、重なるまで連続的にまたは断続的に第２のベルト補強層を設けてもよい。また、ベルト補強層６は、トレッドの形状に応じ、トレッドに設けられた溝下については、補強素子を、間隔を開けて配置してもよい。

さらに、本発明のタイヤ１０においては、交差ベルト５を構成するスチールモノフィラメント７の線径は０．１２〜０．４５ｍｍであることが好ましい。スチールモノフィラメント７の線径を０．１２ｍｍ以上とすることで、交差ベルト５の面内曲げ剛性を十分に確保することがでる。一方、スチールモノフィラメント７の線径を０．４５ｍｍ以下とすることで、ベルト層の厚みの増加を防止することができ、ベルト層の面内曲げ剛性と軽量化とを両立させることができる。より好ましくは、０．２５〜０．３５ｍｍである。

さらにまた、交差ベルト５を構成するスチールモノフィラメント７、およびベルト補強層６を構成する有機繊維コード８は、型付けをされていない真直性を有するものが好ましい。真直性のコードは初期伸びがないため、外部からの入力直後から十分な剛性を得ることができるためである。

また、本発明のタイヤ１０においては、第１ベルト層５ａと第２ベルト層５ｂを構成するスチールモノフィラメントは、タイヤ周方向に対して対称の角度であることが好ましい。かかる構成とすることで、タイヤの生産性が向上し、また、応力を均等に分担することができるため、タイヤの耐久性の観点からも好ましい。

本発明のタイヤ１０においては、カーカス４の補強素子およびベルト補強層６の補強素子の打込み本数は２０〜８０本／５０ｍｍであることが好ましい。打込み本数を２０本／５０ｍｍ以上とすることで、タイヤ周方向の引張剛性を十分に確保することができる。また、打込み本数を８０本／５０ｍｍ以下とすることで、タイヤ周方向の引張剛性と耐ＢＥＳ性を両立させることができる。また、カーカス４は、通常、タイヤ赤道面に対して７０°〜９０°のコード角度で配列した複数本の有機繊維コードからなる少なくとも１層（図示例においては１層）のカーカスプライからなるが、これに限られるものではなく２層以上のカーカスプライからなっていてもよい。カーカス４の補強素子としては有機繊維コードを用いることができ、有機繊維コードは、片撚りコード、双撚りコード、または３本以上の複数本撚りコードとすることができる。

本発明のタイヤ１０は、上記構成を満足することのみが重要であり、その他の構造については、既知の構造を採用することができる。例えば、図示するように、本発明のタイヤの一対のビード部３にはそれぞれビードコア９が埋設され、カーカス４は、このビードコア９の周りにタイヤ内側から外側に折り返して係止されているが、ビードコア９に巻き付けて係止してもよく、また、両側からビードワイヤで挟み込んで係止してもよく（図示せず）、いずれの固定方法を用いてもよい。

さらに、本発明のタイヤ１０においては、トレッド部１の表面には適宜トレッドパターンが形成されていてもよく、最内層にはインナーライナー（図示せず）が形成されていてもよい。さらに、本発明のタイヤ１０において、タイヤ内に充填する気体としては、通常のまた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。本発明のタイヤは、乗用車用空気入りタイヤに好適である。

以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
＜実施例１〜１０、比較例＞
図１に示すタイプのタイヤを、タイヤサイズ：１４５／６５Ｒ１５にて作製した。交差ベルトを構成するスチールフィラメントの線径、線径比、およびベルト補強層の材質、打込み本数は、下記表１〜３に示すとおりである。交差ベルトの補強素子であるスチールフィラメントは、線径の太いスチールフィラメントを全スチールフィラメント中５０％とし、ベルト角度は４５°、打込み本数は、４５本／５０ｍｍとした。また、ベルト補強層はタイヤ周方向に対して略平行とし、撚り構造は２２００ｄｔｅｘ／２、打ち込み本数は４２本／５０ｍｍとした。一方、従来例の交差ベルトは１×３、打込みは３０本／５０ｍｍでベルト補強層素子を有しない構造とした。

＜軽量性＞
タイヤ１本当たりの重量を測定し、比較例のタイヤを基準とした場合、比較例よりも５０ｇ未満軽量化できた場合を○、５０ｇ以上軽量化できた場合を◎とした。結果を表１〜３に併記する。

＜耐ＢＥＳ性＞
各タイヤをＪＡＴＭＡで規定する正規リムに組みつけ、正規荷重の１．２倍の荷重を負荷し、２１０ｋＰａの内圧を充填して、４万ｋｍ走行させた後、タイヤを解剖して、ベルト層端部に発生している亀裂の長さ（セパレーション長さ）を測定した。従来例のタイヤを基準（指数：１００）とした場合、１２０以上の場合を△、８０〜１１９の場合を○、８０未満の場合を◎とした。結果を表１〜３に併記する。

＜才断作業性＞
比較例のタイヤの製造時におけるベルトトリートの才断の作業性を基準として、作業性が同等の場合を○、作業性が改善された場合を◎とした。結果を表１〜３に併記する。

※：スチールモノフィラメント

上記表１〜３より、本発明のタイヤは、軽量性および耐久性に優れ、かつ、タイヤ製造時の作業性が改善できていることがわかる。

１ トレッド部
２ サイドウォール部
３ ビード部
４ カーカス
５ 交差ベルト
５ａ 第１ベルト層
５ｂ 第２ベルト層
６ ベルト補強層
７ スチールフィラメント
８ 有機繊維コード
９ ビードコア
１０ 空気入りタイヤ（タイヤ）

Claims (5)

1. カーカスのタイヤ径方向外側に、撚り合わされることなく引き揃えられた複数本のスチールモノフィラメントがゴム中に埋設されてなるベルト層が、層間で互いに交差するように少なくとも２層配置されてなる交差ベルトを備える空気入りタイヤにおいて、
   前記交差ベルトのタイヤ径方向外側、タイヤ径方向内側、および交差ベルト層間のうち少なくとも１カ所に補強素子がゴム中に埋設されてなる少なくとも１層のベルト補強層を備え、
   前記交差ベルトのスチールモノフィラメントのタイヤ周方向に対する角度が４５°以上であり、かつ、前記スチールモノフィラメントが異なる径を有する少なくとも２種であり、
   前記交差ベルトのスチールフィラメントの打込み本数が２６〜１００本／５０ｍｍであり、
   前記ベルト補強層の補強素子が有機繊維コードであることを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記少なくとも２種のスチールモノフィラメントのうち、最も線径の大きいスチールフィラメントの線径をｄ１、最も線径の小さいスチールフィラメントの線径をｄ２としたとき、下記式、
   １＜ｄ１／ｄ２＜４
   で表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. 前記ベルト補強層の補強素子が、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ナイロン、ポリケトンおよびアラミドからなる群から選ばれる少なくとも１種からなる有機繊維コードである請求項１または２記載の空気入りタイヤ。
4. 前記ベルト補強層の補強素子のタイヤ周方向に対する角度が０〜１０°である請求項１〜３のうちいずれか一項記載の空気入りタイヤ。
5. 前記スチールフィラメントが真直である請求項１〜４のうちいずれか一項記載の空気入りタイヤ。

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