(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
左右一対のビードコア間にわたりトロイド状をなして跨る少なくとも1枚のカーカス層からなるカーカスと、該カーカスのクラウン領域のタイヤ径方向外側に配設されて接地部を形成するトレッド部と、該トレッド部と前記カーカスのクラウン領域との間に配置されて補強部を形成する、少なくとも2枚のベルト層からなるベルトと、該ベルトのタイヤ径方向外側に有機繊維コードを周方向に螺旋巻きしてなるベルト補強層と、を備える空気入りタイヤにおいて、
前記ベルトが少なくとも2層の傾斜ベルト層を有し、該傾斜ベルト層を構成する補強材が、(1×2)構造または(1+1)構造のコードを2本撚らずに揃えた束であり、かつ、前記コードを構成する全てのフィラメントの径を同径とし、その径をa(mm)、隣り合う束同士の近接するコードの一方をコードX、他方をコードYとし、前記コードXおよび前記コードYが1ピッチで360°回転する場合において、前記コードXおよび前記コードYを1°ずつ回転させ、前記コードXと前記コードYの実際の間隔の増加量であるxz1〜xz360およびyz1〜yz360を求め、下記式、
束間隔の増加量の期待値=(ΣΣxzi+yzj)/129600
で束間隔の増加量の期待値を算出し、隣り合う前記束同士の間隔が、前記コードの外接円を用いて表した間隔よりも期待値としてa/6(mm)以上増加し、
前記ベルト補強層のタイヤ中央部から取り出した前記有機繊維コード1本の5%伸び時の引張り強さF(N)と、タイヤ中央部の5cm幅当たりの打込み数N(本/5cm)と、が下記式、
F×N>2500
で表わされる関係を満足し、
前記ベルト補強層が、前記ベルトのタイヤ幅方向全幅を覆うことを特徴とする空気入りタイヤ。
前記有機繊維コードが、ナイロン、ポリエステル、アラミド、レーヨン、リヨセルおよびポリケトンからなる群から選ばれる少なくとも1種の繊維からなるコードである請求項1記載の空気入りタイヤ。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
近年、自動車の高性能化に伴い、タイヤ諸性能に対してますます高い性能が求められるようになってきている。また、自動車の燃費向上のために、タイヤの軽量化も重要な課題となってきている。このような現状においては、特許文献1および2記載のベルト構造では、必ずしも十分なものとは言えなくなってきている。さらに、路上の石や縁石等の凸形状物を踏んだ際のトレッド部分の破壊に対しても、より高度な対策も必要である。
【0006】
そこで本発明の目的は、タイヤ諸性能を維持しつつ軽量性に優れ、かつ、悪路走行性能が向上した空気入りタイヤを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者らは上記課題を解消するために鋭意検討した結果、ベルトの構成およびベルト補強層の破壊エネルギーのコントロールにより、上記課題を解決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。
【0008】
すなわち、本発明の空気入りタイヤは、左右一対のビードコア間にわたりトロイド状をなして跨る少なくとも1枚のカーカス層からなるカーカスと、該カーカスのクラウン領域のタイヤ径方向外側に配設されて接地部を形成するトレッド部と、該トレッド部と前記カーカスのクラウン領域との間に配置されて補強部を形成する、少なくとも2枚のベルト層からなるベルトと、該ベルトのタイヤ径方向外側に有機繊維コードを周方向に螺旋巻きしてなるベルト補強層と、を備える空気入りタイヤにおいて、
前記ベルトが少なくとも2層の傾斜ベルト層を有し、該傾斜ベルト層を構成する補強材が、(1×2)構造または(1+1)構造のコードを2本撚らずに揃えた束であり、かつ、前記コードを構成する全てのフィラメントの径を同径とし、その径をa(mm)、隣り合う束同士の近接するコードの一方をコードX、他方をコードYとし、前記コードXおよび前記コードYが1ピッチで360°回転する場合において、前記コードXおよび前記コードYを1°ずつ回転させ、前記コードXと前記コードYの実際の間隔の増加量であるxz1〜xz360およびyz1〜yz360を求め、下記式、
束間隔の増加量の期待値=(ΣΣxzi+yzj)/129600
で束間隔の増加量の期待値を算出し、隣り合う前記束同士の間隔が、前記コードの外接円を用いて表した間隔よりも期待値としてa/6(mm)以上増加し、
前記ベルト補強層のタイヤ中央部から取り出した前記有機繊維コード1本の5%伸び時の引張り強さF(N)と、タイヤ中央部の5cm幅当たりの打込み数N(本/5cm)と、が下記式、
F×N>2500
で表わされる関係を満足し、
前記ベルト補強層が、前記ベルトのタイヤ幅方向全幅を覆うことを特徴とするものである。ここで引張り強さとは、JIS L 1017に準拠した引張試験により得られた値であり、タイヤ中央部とは、傾斜ベルトの幅方向の中点から両端部に向って2.5cmの領域をいう。
【0009】
本発明においては、前記有機繊維コードは、ナイロン、ポリエステル、アラミド、レーヨン、リヨセルおよびポリケトンからなる群から選ばれる少なくとも1種の繊維からなるコードであることが好ましい。また、本発明においては、前記有機繊維コード1本の5%伸び時の引張り強さは30N以上であることが好ましい。さらに、本発明においては、前記有機繊維コード1本の5%伸び時の引張り強さは100N以上であることが好ましい。さらにまた、本発明においては、前記有機繊維コード1本の切断伸度は10%以上であることが好ましい。上記構成は、偏平率が45以下の空気入りタイヤに好適である。なお、ここで切断伸度とは、JIS L 1013に準じて測定することにより得られる値である。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、タイヤ諸性能を維持しつつ軽量性に優れ、かつ、悪路走行性能が向上した空気入りタイヤを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図1に、本発明の一好適例の空気入りタイヤの断面図を示す。図示するタイヤは、カーカスのクラウン領域に配設されて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半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。
【0013】
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層からなるカーカス4により補強されている。カーカス4のクラウン領域のタイヤ径方向外側には少なくとも2枚のベルト層からなるベルト5が配設されており、ベルト5は補強材がタイヤ周方向に対して傾斜する少なくとも1層、図示する例では2層の第1ベルト層5aと第2ベルト層5bを有する。ベルト5のタイヤ径方向外側には有機繊維コードを周方向に螺旋巻きしてなるベルト補強層6がベルト全幅にわたって配設されている。ここで、カーカス4のカーカス層は複数枚としてもよく、タイヤ周方向に対してほぼ直交する方向、例えば、70〜90°の角度で延びる有機繊維コードを好適に用いることができる。
【0014】
本発明においては、第1ベルト層5a、第2ベルト層5bを構成する補強材は、2本のコードを撚らずに揃えた束である。補強材をコード2本の束とすることにより、コードを束としない場合と比べてベルト層中の補強材の間隔が広くなり、BESを抑制することができる。これにより、ベルトの耐久性を向上させることができる。また、本発明においては、コードを構成する全てのフィラメントの径を同径とし、その径をa(mm)としたとき、隣り合う束同士の間隔が、コードの外接円を用いて表した間隔よりも期待値としてa/6(mm)以上、好ましくはa/4以上、より好ましくは4a/11(mm)以上増加する。
図2(a)〜(c)は、ベルト層の補強材として、(1×2)構造のコード2本を束7とした場合、
図3(a)〜(c)は、(1+1)構造のコード2本を束17とした場合のコード束の断面の変化の例を示す断面図であり、まず、
図2および
図3を用いてコード径の変化について説明する。
【0015】
通常、コード径Dcは、
図2(a)に示す様に、フィラメント8の外接円9の直径により表わされている。しかしながら、(1×2)構造のコードは2本のフィラメント8を撚り合わせたコードであるため、コード内(外接円9内)でフィラメント8の位置が連続的に変化している。例えば、フィラメント8の位置が
図2(b)、(c)のように45°ずつ変化すると、水平方向における実際のコード径は、外接円9より減少することになる。(1+1)構造のコードについても同様であり、
図3(a)〜(c)に示す様に、フィラメント18の位置が、
図3(b)、(c)のように45°ずつ変化すると、水平方向における実際の束18の径は、外接円19より減少することになる。
【0016】
本発明のタイヤは、ベルトの補強材として、コードを2本束にして用いているが、上述のように、ベルト幅方向でコード径が変化すると、隣り合う束同士の間隔も、コード径の変化に合わせて、連続的に変化することになる。すなわち、隣り合う束同士の間隔に広い部分と狭い部分が現れることになる。この束同士の間隔が広い部分が存在することにより、BESをより効果的に抑制することができる。その結果、ベルトの耐久性がさらに向上することになる。また、束同士の間隔が狭い部分が存在するため、ベルトの剛性を維持することができる。
【0017】
次に、束間隔の増加量の期待値の算出方法について説明する。
図4および
図5は、(1×2)構造のコード2本を束とした場合の、束間隔の増加量の期待値を算出するための説明図である。まず、
図4(a)に示す様に、隣り合う束7同士の近接するコードの一方をコードX、他方をコードYとし、コードXとコードYのそれぞれの外接円間の距離をWとする。次に、水平方向において、コードXおよびコードYの外接円間の距離と、コードXおよびコードYのフィラメント間距離と、が等しい状態をコードXおよびコードYの基本状態(
図4(a))とする。
図4(a)〜(h)は、例として、コードXが1ピッチで360°回転する場合において、基本状態からコードXを45°ずつ回転させた場合の断面形状をそれぞれ示す。
図4(b)を参照するに、基本状態からコードXを45°回転させることにより、コードXとコードYの実際の間隔は、Wよりxz
2だけ増加する。さらに、コードXを45°ずつ回転させると(
図4(c)〜(h))、コードXとコードYの実際の間隔の増加量は、xz
3〜xz
8だけ変化する。なお、基本状態(
図4(a))および基本状態から180°回転した状態(
図4(e))のxz
1およびxz
5は0である。
【0018】
コードYについても同様に、コードYが1ピッチで360°回転する場合において、コードYを45°ずつ回転させた場合の断面形状を、
図5(a)〜(h)としてそれぞれ示す。図示するように、基本状態(
図5(a))からコードYを45°回転させることにより(
図5(b))、コードXとコードYの実際の間隔は、Wよりyz
2だけ増加する。さらに、45°ずつ回転させると(
図5(c)〜(h))、コードXとコードYの実際の間隔の増加量は、yz
3〜yz
8だけ変化することになる。
【0019】
ここまでは、束間隔の増加量の算出の方法として、コードXおよびコードYを45°ずつ回転させた場合を例に挙げて説明してきたが、本発明においては、同様の考え方に基づき、コードXおよびコードYが1ピッチで360°回転する場合において、コードXおよびコードYを基本状態から1°ずつ回転させ、xz
1〜xz
360およびyz
1〜yz
360を求める。得られた値を基に、下記式、
により、束間隔の増加量の期待値を算出する。なお、コード構造が(1×2)構造を例として説明したが、他の構造のコードについても同様の手順で算出することができる。
【0020】
上記式により算出された束間隔の増加量の期待値がa/6以上、好ましくはa/4(mm)以上、より好ましくは4a/11(mm)以上増加するコードを、2本束としてベルトの補強材として用いることにより、剛性を悪化させることなく耐久性および軽量性に優れた空気入りタイヤを得ることができる。上記関係を満足するコード構造としては、(1×2)構造、(1+1)構造等が挙げられる。
【0021】
本発明においては、ベルトへの補強材の打込み数は35〜65本/50mmであることが好ましく、より好ましくは40〜59本/50mmである。打込み数が、上記範囲未満の場合は、引張強度を確保することができなくなる場合があり好ましくなく。一方、打込み数が上記範囲より多いと、束間隔を確保することが困難になり、有効にBESを抑制することが困難になり、耐久性が低下する場合があるため、やはり好ましくない。
【0022】
本発明においては、タイヤの軽量化と耐久性の向上の観点から、ベルト層の厚みは0.70mmより大きく1.20mm未満であることが好ましい。ベルト層の厚みが0.70mm以下では、十分な耐久性を得ることができない場合がある。一方、ベルト層の厚みが1.20mm以上であると、十分な軽量効果を得ることができない場合がある。より好ましくは0.80〜1.10mmである。
【0023】
本発明においては、コードを構成するフィラメントのフィラメント径は0.23〜0.30mmであることが好ましい。フィラメント径が0.23未満であると、十分な強力を発揮することができない場合がある。一方、フィラメント径が0.30より大きいと、ベルトが厚くなってしまい、十分な軽量効果を得ることができないことがある。
【0024】
なお、本発明においては、各フィラメントの撚り方向、撚りピッチ等の条件については、特に制約されるものではなく、用途に応じて、常法に従い適宜構成することが可能である。また、フィラメントの材質等については特に制限はないが、スチールフィラメントが好適である。スチールフィラメントとしては、引張り強さは、好適には2700N/mm
2以上のものを好適に用いることができる。高い抗張力を有するモノフィラメントコードとしては、少なくとも0.72質量%、特には少なくとも0.82質量%の炭素を含有するものを好適に用いることができる。
【0025】
また、本発明の空気入りタイヤにおいては、ベルト補強層6のタイヤ中央部から取り出した有機繊維コード1本の5%伸び時の引張り強さF(N)と、タイヤ中央部の5cm幅当たりの打込み数N(本/5cm)と、が下記式、
F×N>2500
で表わされる関係を満足することも重要である。タイヤの破壊耐久性の指標の1つとしてタイヤが路面の凹凸である突起を乗り越す際の破壊エネルギー(トレッド部が破壊に至るまでのエネルギー)があり、この値は有機繊維コードの引張強度と伸びの応力−歪曲線の面積値から見積もることができる。この値は有機繊維コード自体が有するタフネスを表しており、これに打込み数を乗じることによりベルト補強層の総強度を求めることができる。これにより、ベルト補強層の破壊エネルギーをコントロールすることができる。本発明においては、F×N>2500であるが、かかる関係を満足すれば、経験上どのようなタイヤサイズであっても路面のハザードに対する耐久性を十分に確保することができる。F×Nの上限については特に制限はないが、好適には2500〜13000である。このような効果は、偏平率が45以下のタイヤにおいて良好に得ることができる。
【0026】
本発明においては、有機繊維コードは上記関係を満足するものであれば、いずれでも使用可能であり、例えば、ナイロン、ポリエステル、アラミド、レーヨン、リヨセルおよびポリケトンからなるコードや、これら2種以上からなる複合コードを良好に用いることができる。また、これらコードのコード構造や撚り数等についても、上記関係式を満足するものであれば特に制限はない。
【0027】
また、本発明においては、有機繊維コード1本の5%伸び時の引張り強さFが30N以上であることが好ましい。有機繊維コード1本の5%伸び時の引張り強さFが30N未満であると、F×N>2500の関係を満足するために有機繊維コードの打込み数Nが大きくなるため好ましくない。一方、5%伸び時の引張強さFの上限については、本発明の効果を損なわない範囲であれば特に制限はないが、好適には30〜400N、より好ましくは100〜400Nである。
【0028】
さらに本発明においては、有機繊維コード1本の切断伸度が10%以上であることが好ましい。有機繊維コード1本の切断伸度を10%以上とすることにより、路面上のハザードによるベルト補強層の損傷リスクを大幅に改善することができる。有機繊維コード1本の切断伸度の上限については、特に制限はないが10〜20%のものを好適にい用いることができる。
【0029】
ここまで詳述してきたベルトおよびベルト補強層の構造は、エクストラロード向けのタイヤ、特に偏平率が45以下の低偏平なタイヤに好適である。本発明のタイヤは、ベルトおよびベルト補強層の構造が上記要件を満足するものであれば、それ以外の具体的なタイヤ構造については、特に制限されるものではない。また、タイヤに充填する気体としては、通常の或いは酸素分圧を調整した空気の他、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを用いることができる。
【実施例】
【0030】
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1〜5>
下記表1および2に示す構造のスチールコードをベルトの補強材とし、同表に示す構造を有する有機繊維コードをベルト補強層の補強材として、
図1に示すタイプのタイヤを、タイヤサイズ215/45R17XLにて作製した。ベルト補強材の打込み角度はタイヤ周方向に対して±26°とし、ベルト補強層の補強材である有機繊維コードは周方向に沿うように螺旋巻回して配設した。得られた各タイヤについて、下記の手順に従い、耐摩耗性(剛性)、耐久性、タイヤ重量および破壊エネルギーの評価を行った。
【0031】
<従来例>
下記表2に示す構造のスチールコードをベルト補強材とし、同表に示す構造を有する有機繊維コードをベルト補強層の補強材として、
図1に示すタイプのタイヤを、タイヤサイズ215/45R17XLにて作製した。ベルト補強材の打込み角度はタイヤ周方向に対して±26°とし、ベルト補強層の補強材である有機繊維コードは周方向に沿うように螺旋巻回して配設した。得られた各タイヤについて、下記の手順に従い、耐摩耗性(剛性)、耐久性、タイヤ重量および破壊エネルギーの評価を行った。
【0032】
<比較例1〜3>
下記表2に示す構造のスチールコードをベルトの補強材とし、同表に示す構造を有する有機繊維コードをベルト補強層の補強材として、
図1に示すタイプのタイヤを、タイヤサイズ215/45R17XLにて作製した。ベルト補強材の打込み角度はタイヤ周方向に対して±26°とし、ベルト補強層の補強材である有機繊維コードは周方向に沿うように螺旋巻回して配設した。得られた各タイヤについて、下記の手順に従い、耐摩耗性(剛性)、耐久性、タイヤ重量および破壊エネルギーの評価を行った。
【0033】
<耐摩耗性>
各供試タイヤを7J×17のリムに組み付けた後、実車耐久走行(限界走行モードにて1周3.5kmの既設サーキットを20周走行)後のタイヤ残溝深さ(センターリブ溝)を測定し、従来例のタイヤを100として指数評価した。この値が100±2の場合は従来品と同等として△、102より大きければ○、98より小さければ×とした。結果を表1および2に併記する。なお、耐摩耗性が小さいということは、トレッド接地面積が小さいことを意味し、ベルトの剛性の判断基準となる。
【0034】
<耐久性>
各供試タイヤを7J×17のリムに装着後、JATMA YEAR BOOKにおける最大負荷能力に対応する内圧を充填し、乗用車に装着した。舗装路を40000km走行した後、タイヤを解剖して、ベルト端部のセパレーション長さを調査した。結果は、値が小さいほど良好な結果を示す。また、従来例のタイヤと同等以上の場合を○、劣っている場合を×とした。結果を1および2に併記する。
【0035】
<タイヤ重量>
各供試タイヤ1本当たりの重量を測定し、従来例のタイヤを100として指数評価した。この値が100未満の場合を○、100以上の場合を×とした。結果を1および2に併記する。
【0036】
<破壊エネルギー>
各供試タイヤを7J×17のリムに組み付けた後、200kPaの内圧を充填した。その後、円形の突起(φ20mm)を各供試タイヤのセンター部のブロックに押し込み、トレッド部が破壊するのに必要なエネルギーを算出した。得られた値を比較例1のタイヤを100とした指数にて表わした。この数値が大きいほど、悪路走行性能に優れている。この値が100より大きい場合を○、100以下の場合を×とした。結果を表1および2に示す。
【0037】
【表1】
【0038】
【表2】
【0039】
表1および2より、本発明のタイヤは、タイヤ諸性能を維持しつつ軽量性に優れ、かつ、悪路走行性能が向上していることが確かめられた。