JP6081330B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、スチールコードをベルトの補強材として用いた空気入りタイヤに関する。

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、優れた引張り強度や引張り弾性を有するスチールコードが使用されている。

従来、ベルトプライのスチールコードとしては、１×ｎ構造のような複数本のフィラメントを撚り合わせたものが一般的である。しかし、１×ｎ構造のコードでは、コードを構成する素線間隔が狭いためにゴムの浸透性が悪く、コード中心部分にゴムが入りにくい。そのため、水分の透過に伴うスチールコードの腐蝕の進行が避けられず、これにより耐久性が低下するという問題がある。

一方、スチールコードとして、複数本のフィラメントを撚り合わせることなく一列に引き揃えて配置し、その周囲に１本のラッピングフィラメントを巻き付けてなるｎ＋１構造の扁平なスチールコードが知られている（特許文献１及び２参照）。かかるｎ＋１構造とすることで、コード内の空洞がなくなり、コード内へのゴム浸透性に起因する耐久性の低下の問題は解消される。また、ｎ＋１構造であると、コード断面形状が扁平となるため、ベルト厚みを低減して、タイヤの軽量化につながる。しかしながら、扁平な形状である故に、隣接するコード同士の間隔が狭くなり、セパレーションに対して不利となることで、タイヤの耐久性が低下する。

特開平７−３０４３０７号公報 特開平８−１２０５７８号公報

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、耐久性を損なうことなく、軽量化を図ることができ、また操縦安定性を向上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。

本発明者は、上記課題に鑑み鋭意検討していく中で、ベルトコードとして引き揃えのスチールコードを用い、かつ被覆ゴムの粘度を適切に設定することにより、タイヤの耐久性を損なうことなく軽量化及び操縦安定性の向上を達成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、本発明に係る空気入りタイヤは、直径０．１０〜０．３０ｍｍの金属フィラメントからなる主フィラメントを、複数本撚り合わせることなく一列に引き揃えて主フィラメント束とし、１本の金属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（但し、ｎ＝２〜６）の扁平なスチールコードを、その長径方向がベルト面に平行になるように配置したベルトプライを備え、前記ベルトプライは、前記スチールコードを複数本平行に並べたものに、温度１００℃かつせん断速度１０００（１／秒）の条件で測定した粘度が６０００〜８０００Ｐａ・ｓであるゴム組成物を被覆してなるものである。

本発明によれば、引き揃えのｎ＋１構造とした扁平なスチールコードを、その長径方向がタイヤ幅方向となるように配置したことにより、ベルト厚みを低減してタイヤの軽量化を図ることができるとともに、タイヤ幅方向での曲げ剛性を高めて操縦安定性を向上することができる。また、かかるｎ＋１構造のスチールコードに対し、上記特定の粘度を持つゴム組成物を被覆ゴムとして被覆したことにより、隣接するコード間へのゴムの浸入性を確保することができ、コード同士が接触することによるタイヤ耐久性の低下を防ぐことができる。そのため、タイヤの耐久性を損なうことなく、軽量化と操縦安定性の向上を図ることができる。

一実施形態に係る空気入りタイヤの半断面図である。 一実施形態に係るベルトプライの一部断面図である。 一実施形態に係るスチールコードの構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態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）と、接地面を構成するトレッド部（３）と、トレッド部（３）とビード部（１）との間に介在する左右一対のサイドウォール部（２）とを備えてなる。

トレッド部（３）における径方向内側部分にはカーカス（４）が埋設されており、カーカス（４）は左右のビード部（１）間にわたり配されている。カーカス（４）は、トレッド部（３）から両側のサイドウォール部（２）を経て、ビード部（１）に至り、その両端部がビード部（１）に埋設された環状のビードコア（５）で巻き上げられて係止されている。カーカス（４）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少なくとも１枚のカーカスプライからなる。

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（８）との間に、ベルト（７）が配されている。ベルト（７）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（４）側の第１ベルトプライ（７Ａ）と、トレッドゴム部（８）側の第２ベルトプライ（７Ｂ）との２枚のベルトプライで構成されている。ベルト（７）の外周側には、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有機繊維コードからなるベルト補強層（９）が、ベルト（７）の幅方向全体を覆うように設けられている。

ベルトプライ（７Ａ）（７Ｂ）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（７Ａ）（７Ｂ）間で互いに交差するように配設されている。

本実施形態では、スチールコード（10）として、図３に示すように、金属フィラメント（以下、主フィラメントという。）（12）を、複数本撚り合わせることなく一列に引き揃えて配置した主フィラメント束（13）を、１本の金属フィラメント（以下、ラッピングフィラメントという。）（14）でラッピングしてなるｎ＋１構造（但し、ｎ＝２〜６）の扁平なコードが用いられている。

主フィラメント（12）としては、直径（フィラメント径）ｄが０．１０〜０．３０ｍｍであるものが用いられる。直径ｄが０．１０ｍｍ未満であると、必要な強度を満たすために主フィラメント束（13）を形成する際の引き揃え本数を７本以上にする必要があり、主フィラメント束（13）を一列に並ぶ形状とすることが困難となる。逆に、直径ｄが０．３０ｍｍを超えると、フィラメントが金属疲労しやすく、タイヤ走行中にベルトの疲労性が悪化し、タイヤの耐久性が低下する。この直径ｄは、より好ましくは０．１５〜０．２５ｍｍである。

主フィラメント束（13）は、上述した同一径の複数本の主フィラメント（12）を、撚り合わせることなく横一列に引き揃えて配置することにより形成される。すなわち、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。そのため、得られるスチールコード（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、長径Ｄ１が０．６０〜１．５０ｍｍ、短径Ｄ２が０．３０〜０．６０ｍｍであることが好ましい。

主フィラメント束（13）を構成する主フィラメント（12）の本数は２〜６本である。この本数が１本では、コードが扁平とならず、またベルト強力を維持するためのコード本数をベルトプライに打ち込めず、タイヤ成型ができない。逆に、この本数が６本を超えると、主フィラメント束（13）を一列に並ぶ形状とすることが困難となる。引き揃える主フィラメント（12）の本数は、より好ましくは３〜６本であり、更に好ましくは４〜６本である。

該主フィラメント束（13）の周囲に巻き付けるラッピングフィラメント（14）としては、波付け等していない真直なスチールフィラメントが用いられる。ラッピングフィラメント（14）の直径（フィラメント径）ｄ０は、主フィラメント（12）の直径ｄに対して同等以下のものが用いられ、特に限定されないが、０．０５〜０．２０ｍｍであることが好ましい。より好ましくは、上記主フィラメント（12）の直径ｄよりも小径のものを用いることである。ラッピングフィラメント（14）の直径ｄ０は、より好ましくは０．１０〜０．１５ｍｍである。

スチールコード（10）は、上記主フィラメント束（13）に対し、ラッピングフィラメント（14）を巻き付けることでラッピングしてなるものである。ラッピングフィラメント（14）の巻きピッチｐは、フィラメント径ｄ，ｄ０や主フィラメント（12）の本数などによって異なるので特に限定されないが、２．０〜３０．０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは３．０〜５．０ｍｍである。

図３に示すように、主フィラメント（12）は、波付けされていない真直な金属フィラメントであってもよい。あるいはまた、図示しないが、波付け加工された金属フィラメントを主フィラメントとして用いることもできる。波付け加工する場合、主フィラメント（12）は、スチールコードの長径方向（Ｂ）にのみ波付けされること、すなわち、長径方向（Ｂ）及び長手方向（Ｌ）に沿った平面内にて、二次元的に波付けされることが好ましい。この場合、複数本の金属フィラメントを長手方向（Ｂ）に同じ波高さ及び波長で型付けしたものを用いてもよい。また、その場合、波付けの位相を複数本の金属フィラメントで一致させて引き揃えてもよく、あるいはまた、位相をずらして引き揃えてもよい。なお、主フィラメント（12）の波長は、ラッピングフィラメント（14）の巻きピッチｐと一致させて、波付けの凹所にラッピングフィラメントが巻き付くように構成してもよい。

ベルトプライは、図２に示すように、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み方向（Ｋ）と一致するようにして、所定間隔で被覆ゴム（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みを薄くしてタイヤ質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、操縦安定性を向上することができる。

本実施形態では、各ベルトプライ（７Ａ）（７Ｂ）の幅方向におけるスチールコード（10）の占有率（即ち、ベルトプライ断面の幅寸法中においてスチールコードが占める長さの割合。「コード占有率」という。）が、６０〜８０％であることが好ましい。コード占有率を６０〜８０％とすることにより、耐久性を損なわずに、操縦安定性や乗り心地を向上することができる。コード占有率が６０％以上であることにより、ベルトとして必要な強度を十分に得やすくなる。また、８０％以下であることにより、スチールコード間の距離が過度に狭くなることを防いで、コードセパレーションと呼ばれる、スチールコード間の分離・剥離を抑え、タイヤの耐久性を向上することができる。ここで、コード占有率（％）とは、コードを所定の打ち込み本数で引き揃えて配列しゴム被覆された、いわゆるトッピング反において、次式で計算される値を使用する。コード占有率（％）＝コードの長径（ｍｍ）×コード打ち込み本数（本／25.4ｍｍ）×100／25.4（ｍｍ）。

スチールコードの打ち込み本数としては、特に限定されず、例えば、１０〜４０本／２５．４ｍｍであることが好ましく、より好ましくは１３〜３０本／２５．４ｍｍであり、更に好ましくは１５〜２５本／２５．４ｍｍである。

本実施形態に係るベルトプライ（７Ａ）（７Ｂ）は、上記スチールコードを所定の打ち込み本数にて複数本平行に並べたコード配列体に、所定の粘度を有するゴム組成物を被覆してなるものである。被覆ゴムとしての上記ゴム組成物はコード配列体の両面に被覆され、これによりトッピング反が形成される。コード配列体にカレンダリングする際のゴム組成物の温度は、特に限定しないが、通常は９０〜１００℃である。被覆するゴム厚みは、特に限定しないが、トッピングケージで０．５〜２．０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．６〜１．２ｍｍである。

被覆ゴムとして用いるゴム組成物としては、測定温度１００℃、せん断速度１０００（１／秒）の条件で測定したときの粘度が６０００〜８０００Ｐａ・ｓであるものを用いる。このような粘度の低いゴム組成物で被覆することにより、スチールコード間にゴムを確実に浸入させることができ、スチールコード同士が接触することによるタイヤ耐久性の低下を防ぐことができる。すなわち、本実施形態では、上記のように扁平なスチールコードを用いるため、コード間にゴムが浸入しにくくなるが、被覆ゴムの粘度を上記の通りに設定することで、コード間へのゴムの浸入性を確保することができる。該ゴム組成物の粘度が６０００Ｐａ・ｓ未満であると、トッピング反を巻き取る際に、トッピング反同士やトッピング反間に挟み込むインサート材との間で密着等の不具合が起こりやすくなり、生産性が低下する。また、該ゴム組成物の粘度が８０００Ｐａ・ｓを超えると、スチールコード間へゴムが侵入しづらくなることにより、エンド乱れ等の不具合が起こりやすくなり、また、タイヤへ用いた際にスチールコード同士が接触することによりタイヤの耐久性が低下する。ゴム組成物の粘度は、より好ましくは、６５００〜７５００Ｐａ・ｓである。

該ゴム組成物の配合は、特に限定されず、例えば、ゴム成分としては、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（即ち、合成天然ゴム。ＩＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）及びブタジエンゴム（ＢＲ）から選択される少なくとも１種のジエン系ゴムを用いることができる。好ましくは、ゴム成分１００質量部中、天然ゴムの含有量が８０〜９５質量部（より好ましくは８２〜９０質量部）、かつイソプレンゴムの含有量が５〜２０質量部（より好ましくは１０〜１８質量部）である。このように天然ゴムを主体とし、これに基本骨格が共通するイソプレンゴムを少量配合することにより、他の特性を変えずに、粘度を低下させることができる。

該ゴム成分に添加する成分としては、例えば、カーボンブラック等の充填剤、老化防止剤、亜鉛華、ステアリン酸コバルト、オイル等の軟化剤、接着樹脂、加硫剤、加硫促進剤など、一般にゴム組成物に配合される様々な成分が挙げられる。その際、ゴム組成物の粘度は、上記ゴム成分の違いに加えて、例えば、オイルなどの軟化剤、及びカーボンブラック等の充填剤の配合量や種類を変更することで、上記範囲内に設定することができる。かかるゴム組成物は、通常に用いられるバンバリーミキサーやロール、ニーダー等の混合機を用いて混練し作製することができる。

上記のようにして作製されたトッピング反は、ベルトプライを構成する部材として用いられ、未加硫タイヤ（グリーンタイヤ）を作製し、次いで、該未加硫タイヤを金型にセットして加硫することにより、製品タイヤを得ることができる。

以下、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。

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）を持つ従来例のコードである。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。これら引き揃えのｎ＋１構造のスチールコードでは、主フィラメントに波付け加工を施しており、いずれも波高さ＝０．０６ｍｍ、波長＝４．５ｍｍとした。また、ラッピングフィラメントの巻きピッチｐ＝４．５ｍｍとした。

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：１９５／６５Ｒ１５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（７Ａ）／（７Ｂ）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。各タイヤは、ベルト強力がほぼ同一となるように、スチールコードの打ち込み本数を設定した。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、表１記載のトッピングゲージにて、トッピング反とすることにより作製した。被覆ゴムの配合は下記表２に示す通りである。トッピング反の質量を測定して、タイヤ一本当たりのベルト質量を算出し、表１中に、比較例１の値を１００とする指数（指数が小さいほど軽量）で示した。

なお、カーカスプライは、ポリエステルコード１６７０ｄｔｅｘ／２、打ち込み数２２本／25ｍｍで１プライとした。また、ベルト補強層は、ナイロン６６コード９４０ｄｔｅｘ／２、打ち込み本数２８本／25ｍｍとした。

得られた各タイヤについて、タイヤ質量を測定するとともに、タイヤ高速耐久性、ベルト耐久性、実車操縦安定性、轍路面走行性能を評価した。タイヤ質量は、比較例１の値を１００とする指数（指数が小さいほど軽量）で、表１中に示した。

表１中の各物性、およびタイヤ性能についての各測定・評価方法は以下の通りである。

・フィラメント径、コード径：ＪＩＳ Ｇ３５１０に準拠し、所定の厚み計により金属フィラメント及びスチールコードの直径を計測した。コード径については、長径側の外径（長径Ｄ１）と短径側の外径（短径Ｄ２）を計測した。

・コード形状：ラッピングフィラメントでラッピングした際に、引き揃えた主フィラメントが一列に並んでいるものを○（良好）とし、崩れているものを×（不良）とした。

・被覆ゴム粘度：株式会社東洋精機製作所のキャピログラフ（型式：１Ｄ）を使用して測定。試験温度：１００℃、キャピラリー径：１．５ｍｍ、キャピラリー長：１．５２ｍｍ、せん断速度Ｓ／Ｒ：１０００ｓ^−１。

・タイヤ高速耐久性：ＦＭＶＳＳ１０９（ＵＴＱＧ）に準拠し、表面が平滑な鋼製で、直径１７００ｍｍのドラム試験機を用いて行った。タイヤ内圧は２２０ｋＰａで、荷重はＪＡＴＭＡ規定の最大荷重の８８％とした。８０ｋｍ／ｈで６０分慣らし走行した後、放冷し、再度空気圧を調整した後、本走行を実施した。本走行は１２０ｋｍ／ｈから開始し、３０分毎に８ｋｍ／ｈずつ段階的に速度を上昇させ、故障が発生するまで走行させるという条件で行った。故障が発生するまでの走行距離を、比較例１のタイヤを１００とした指数表示した。数字大きいほど高速耐久性能が良好である。

・ベルト耐久性：タイヤを規定のリムに装着し、内圧２２０ｋＰａ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、ベルト端部におけるエッジ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。エッジセパレーションの判定は、無：０ｍｍ、微小：１〜２ｍｍ、小：３〜５ｍｍ、中：６〜９ｍｍ、大：１０ｍｍ以上とした。

・実車操縦安定性：内圧２００ｋＰａで標準リムに組み込んだ試験タイヤを排気量２５００ｃｃの試験車両に装着し、訓練された３名のテストドライバーが、テストコースを走行し、官能評価した。採点は１０段階評価で、比較例１のタイヤを６点とした相対比較にて行い、３人の平均点を比較例１のタイヤを１００とした指数で表示した。数字大きいほど操縦安定性が良好である。

・轍路面走行性能：実車操縦安定性と同様の条件にて、試験車両の前輪に試験タイヤを装着し、一般道の轍を模した試験路（轍の高さは２０ｍｍ）にてタイヤの乗り越し性能を官能評価した。轍をスムーズに乗り越せるものを○、やや乗り越しにくいものを△、非常に乗り越しにくいものを×とした。

・部材密着度合い：トッピング反を作製してロールに巻き取る際に、トッピング反間に布状のインサート材を挟んで巻き取り、その後、ロールからトッピング反を引き出す際のインサート材への密着の有無を確認した。密着しているものは「有」、密着していないものは「無」で表記した。

なお、ベルト耐久性試験にて著しく結果が悪かったもの（ベルトエッジセパレーションが「大」以上、コード折れ「有」）については、実車テストは行わなかった。

結果は表１に示す通り、従来の複層撚り構造のスチールコードを用いた比較例１に対し、引き揃えのｎ＋１構造のスチールコードを用いた実施例１〜４では、タイヤの軽量化が達成され、また、操縦安定性が顕著に向上していた。また、ベルトプライの被覆ゴムの粘度を規定範囲内としたため、スチールコード間にゴムが確実に浸入しており、コード同士の接触による耐久性の低下を防ぐことができ、比較例１に対して同等以上の耐久性が確保されていた。

これに対し、スチールコードを構成する主フィラメントの径が小さすぎる比較例２では、ベルト強力を比較例１と同等とするにはコード占有率が１００％を大幅に超えてしまうことになり、タイヤを成型することができなかった。主フィラメントの径が規定外の０．３５ｍｍと大きい比較例３では、比較例１に対して軽量化効果はあるものの、耐疲労性が低下することによるコードの破断によりタイヤの耐久性が低下した。

主フィラメントの本数が１本である比較例４では、軽量化効果はあるものの、耐久性を維持するためのコード本数が増えることによりベルトエッジセパレーション及びベルト折れが多発し、耐久性が低下した。主フィラメントの本数が７本である比較例５では、比較例１に対して軽量化効果はあるものの、主フィラメント束が一列に並ぶ形状をとれず、操縦安定性が低下し、轍乗り越し性にも劣っていた。

ベルトプライの被覆ゴムの粘度が規定値超の１１０００Ｐａ・ｓである比較例６では、スチールコード間にゴムが入りづらくなり、タイヤの耐久性に劣っていた。被覆ゴムの粘度が規定値未満の５０００Ｐａ・ｓである比較例７では、タイヤ製造時にインサート材に過度に密着して、タイヤを成型することができなかった。

本発明は、乗用車用タイヤを始めとする各種の空気入りタイヤに好適に用いることができる。

７…ベルト、７Ａ，７Ｂ…ベルトプライ、10…スチールコード、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、Ｂ…スチールコードの長径方向、ｄ…主フィラメントの直径

Claims (2)

1. 直径０．１０〜０．３０ｍｍの金属フィラメントからなる主フィラメントを、複数本撚り合わせることなく一列に引き揃えて主フィラメント束とし、１本の金属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（但し、ｎ＝２〜６）の扁平なスチールコードを、その長径方向がベルト面に平行になるように配置したベルトプライを備え、
   前記ベルトプライは、前記スチールコードを複数本平行に並べたものに、温度１００℃かつせん断速度１０００（１／秒）の条件で測定した粘度が６０００〜８０００Ｐａ・ｓであるゴム組成物を被覆してなるものである
   ことを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 少なくとも２枚の前記ベルトプライを備え、各ベルトプライの幅方向における前記スチールコードの占有率が６０〜８０％である、請求項１記載の空気入りタイヤ。

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