(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
従来の単層撚りのスチールコードをベルト層として使用する空気入りタイヤにおいて、耐衝撃性を向上させる方法としては、コードのフィラメント本数を増やすことや、コードのフィラメント径を大きくすることが挙げられる。
【0003】
しかしながら、コードのフィラメント本数を増やして撚り合わせたり、コードのフィラメント径を大きくしたものを撚り合わせたりするとスチールコードの曲げ剛性が大きくなり、乗り心地が損なわれるという問題があった。
【0004】
特許文献1,2には、同一の径の2〜6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スチールコード、いわゆるn+1構造を有するスチールコードを使用した空気入りタイヤが開示されているが、このような態様のスチールコードを用いた空気入りタイヤにおいても、ベルトの耐衝撃性と乗り心地の両立が課題としてあった。
【0005】
また、ベルト層は、特許文献1,2でも課題として挙げられているように、操縦安定性や耐ベルトセパレーション性などのベルト耐久性も求められている。
【発明を実施するための形態】
【0012】
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。
【0013】
図1に示す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。
【0014】
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て実質的に直角に配列してなる。
【0015】
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3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。
【0016】
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繊維コードからなる。すなわち、ベルト補強層8は、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、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。
【0017】
図3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み方向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み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。
【0018】
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3〜6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。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、0.10〜0.15mmであることが好ましい。ラッピングフィラメントの径d0がこの範囲内である場合、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。
【0019】
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3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1.00〜1.50mm、短径D2が0.30〜0.60mmであるものとすることができ、長径/短径の比は、例えば1.5〜5倍、好ましくは2〜4倍である。
【0020】
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、3〜6本が好ましく、より好ましくは4〜6本、さらに好ましくは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。
【0021】
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。
【0022】
また、主フィラメント12は、型付けや波付けを施したものを用いてもよく、波付けする際には、いずれも、スチールコード10の長径方向Bにのみ振幅をもった波形に波付けすることができる。すなわち、長径方向B及び長さ方向に沿った平面内にて、二次元的に波付けされる。特に、スチールコード10をなす複数の主フィラメント12が、同一の波付け高さ(波高)及び同一の波付けピッチ(波長)を有するものとすることができ、このように、全ての主フィラメント12について同一の波付けを行うことにより、スチールコード10に引張り荷重が加わった際に、並列される主フィラメント間で、ほぼ同一の伸び挙動を行うようになる。すなわち、応力が集中することなく、均等に作用するため、各スチールフィラメントの抗張力を最大限に利用することができ、スチールコード10の抗張力を増大させることができる。
【0023】
好ましい実施態様において、各スチールコード10をなす複数の主フィラメント12は、波付けについて、互いに位相をずらすような操作をおこなっていない。すなわち、基本的に同一の位相をなし、スチールコード10の長径方向Bにて、互いに、山の箇所同士、谷の箇所同士が重なりあって、相互の隙間が比較的小さい構造をなしている。そのため、各スチールコード10は、長さ方向に沿った部位ごとで、主フィラメント12の束の長径方向寸法にばらつきが少なく、ラッピングフィラメント14による結束が強力に行われるのに有利な構造となっている。したがって、スチールコード内へのゴムの浸入を容易にせずとも、耐疲労性や耐食性を高く保つことができる。
【0024】
本実施形態のスチールコード10は、スチールコード1本当たりのコード曲げ剛性をベルト幅当たりに換算した値が18N/inch以上であるのが好ましく、より好ましくは18〜30N/inchである。この値が18N/inch以上であると、ベルトの剛性に優れ、操縦安定性が優れる。ここで「スチールコード1本当たりのコード曲げ剛性」は、スチールコード1本を撚りが解けないよう80mmの長さで準備してサンプルとし、22mmの間隔で配された一対の断面円形の支持棒20(直径=3mm)と、一対の支持棒の中点から鉛直方向上方に位置する断面円形の固定棒21(直径=3mm)を備える引張試験機を用いて3点曲げ試験を行うことにより測定することができる。詳細には、
図4に示すように、支持棒上にサンプルを置き、一対の支持棒20を試験速度500mm/minで上方に移動させ、固定棒21を支点としてサンプルを曲げた際の最大応力を、コード曲げ剛性として算出することができる。そして、得られたスチールコード1本当たりのコード曲げ剛性に、打ち込み本数(本/inch)を掛け合わせることにより、ベルト幅(inch)当たりに換算することができる。
【0025】
本実施形態のスチールコード10は、シャルピー衝撃試験により測定したスチールコード1本当たりの衝撃試験値をベルト幅当たりに換算した値が、6.0J/inch以上であるのが好ましく、より好ましくは6.0〜10.0J/inchである。この値が6.0J/inch以上であると衝撃耐久性に優れる。ここで「スチールコード1本当たりの衝撃試験値」は、
図5に示すように、回転軸22と、ハンマー23と、ハンマー23を支持する棒24を有する振子型のシャルピー衝撃試験機を用いて測定することができる。詳細には、あらかじめ、スチールコード1本を300mmの掴み間隔でチャッキングし、30mm/minの引張速度で引張り試験を行い、切断荷重を求める。そして、回転軸22の鉛直方向下方に、スチールコード10の長径側の面がハンマー23と垂直に当接するように水平方向に設置し、スチールコード10に切断荷重の10%の引張り荷重を掛けた状態で、かつ掴み間隔100mmでチャッキングする。次いで、回転軸22を中心にハンマー23を持ち上げて離すことにより振り子運動を行わせ、スチールコード10に当てて切断する。スチールコード10の切断に要したエネルギーの値がスチールコード1本当たりの衝撃試験値であり、以下の式を用いて算出することができる。また、得られたスチールコード1本当たりの衝撃試験値に、打ち込み本数(本/inch)を掛け合わせることにより、ベルト幅(inch)当たりに換算することができる。
【0026】
ベルトプライにおける上記スチールコードのエンド数(打ち込み本数)は、コード強力等に応じて適宜に設定することができ、ベルトの幅寸法におけるスチールコードの占有率が50〜75%となる本数であれば特に限定されない。
【0027】
〈式1〉
衝撃試験値 E(J)=WR(cosθ
1−cosθ
0)
W:ハンマーの重量及びハンマーを支持する棒の重量(kgf)
R:回転軸から回転体重心までの距離(cm)
θ
0:ハンマーの持上げ角(°)
θ
1:ハンマーの振上がり角(°)
【0028】
本実施形態の空気入りタイヤは、ベルトの幅寸法中におけるスチールコードの占有率(「コード占有率」)が、好ましくは75%以下であり、より好ましくは50〜75%である。コード占有率が75%を超えると、ベルトが剛直になり過ぎるため、乗り心地が低下し、特に轍乗り越し性が損なわれる。また、コード占有率が75%を超えると、スチールコード間の距離が過度に小さくなることから、スチールコード間の応力をゴム層により充分に吸収し得ない箇所が生じ、「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や、剥離が生じやすくなる。そのようなコードセパレーションが生じると、タイヤの耐久性が低下する。一方、50%未満であると、スチールコード間の距離が開き過ぎることから、曲げ剛性の低下、及びこれによる操縦安定性の低下を招くおそれがある。ここで、「コード占有率(%)」は、コードを所定の打ち込み密度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。
【0029】
〈式2〉
コード占有率(%)=コードの長径(mm)×コード打ち込み本数(本/inch)×100/1(inch)。
【0030】
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。
【実施例】
【0031】
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。
【0032】
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pは5.0mmとした。
【0033】
表1に示す構造を有する各スチールコードにつき、ベルト幅当たりコード曲げ剛性、ベルト幅当たり衝撃試験値、及び耐プランジャー性能を評価した。各評価項目の評価方法を、以下に示す。
【0034】
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 84S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。
【0035】
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。
【0036】
得られた各空気入りタイヤにつき、実車乗り心地性、実車操縦安定性、及び、耐ベルトセパレーション性を評価した。各評価項目の評価方法を、以下に示す。
【0037】
・ベルト幅当たりコード曲げ剛性:スチールコードを撚りが解けないように80mmの長さにしたものをサンプルとし、22mmの間隔で配された一対の支持棒(直径=3mm)と、一対の支持棒の中点から鉛直方向上方に位置する固定棒(直径=3mm)を備える引張試験機(島津製作所(株)製オートグラフ)を用いて3点曲げ試験を行った。詳細には、
図3に示すように、支持棒上にサンプルを置き、試験速度500mm/minで一対の支持棒を上方に移動させ、固定棒を支点としてサンプルを曲げた際の最大応力を、スチールコード1本当たりのコード曲げ剛性として算出した。得られたスチールコード1本当たりのコード曲げ剛性に、打ち込み本数を掛け合わせることにより、ベルト幅当たりに換算した。
【0038】
・ベルト幅当たり衝撃試験値:スチールコードを300mmの掴み間隔でチャッキングし、30mm/minの引張速度で引張り試験を行い、スチールコードの切断荷重を求めた。そして、室温下でスチールコードに切断荷重の10%の引張り荷重をかけた状態で100mmの掴み間隔でチャッキングし、シャルピー衝撃試験を行い、スチールコードを破断させた。シャルピー衝撃試験は、振子型のシャルピー衝撃試験機を使用し、上記式(1)における条件は、W=1.7kgf、R=31.6cm、θ
0=150.0°とした。この際に得られた値をスチールコード1本当たりの衝撃試験値E(J)とし、衝撃試験値に打ち込み本数を掛け合わせて、幅当たり衝撃試験値を算出した。
【0039】
・耐プランジャー性能:スチールコードをトッピングしたゴムを加硫し、スチールコードとゴムの複合体をサンプルとする。引張試験機(島津製作所(株)製オートグラフ)を用いて、サンプルに対し垂直方向に、金属製の棒(先端形状:半球形、直径:5.0mm)で50mm/minの速度で、スチールコードとゴム複合体を貫通するまで押圧し、測定した最大荷重を、比較例1を100とする指数で示した。
【0040】
・実車乗り心地性:内圧220kPaで組み込んだ各タイヤを排気量1500cc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にてテストコースを走行し、フィーリング評価をした。採点は10段階評価として比較例1を6として評価し、比較例1を100として指数表示した。数字が大きいほど実車乗り心地性に優れていることを意味する。
【0041】
・実車操縦安定性:内圧220kPaで組み込んだ各タイヤを排気量1500cc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にてテストコースを走行し、フィーリング評価をした。採点は10段階評価として比較例1を6として評価し、比較例1を100として指数表示した。数字が大きいほど操縦安定性に優れていることを意味する。
【0042】
・耐ベルトセパレーション性:タイヤを既定のリムに装着し、内圧110kPaで、JATMA規定の最大荷重の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、若しくは720時間まで試験を行った。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エッジセパレーションの長さを1mm単位で計測し、以下の基準で耐ベルトセパレーション性を判定した。
【0043】
無:0mm
微小:1〜2mm
小:3〜5mm
中:6〜9mm
大:10mm以上
【0044】
【表1】
【0045】
結果は、表1に示す通りであり、実施例は、比較例1と比較し、実車操縦安定性及び耐ベルトセパレーション性を維持しつつ、耐プランジャー性能及び実車乗り心地性が向上した。
【0046】
比較例2は、ベルト幅当たりコード曲げ剛性が18.0N/inch未満であり、比較例1と比較して実車操縦安定性が悪化した。
【0047】
比較例3は、ベルト幅当たり衝撃試験値が6.0J/inch未満であり、比較例1と比較して耐プランジャー性能が悪化した。
【0048】
比較例4は、コード占有率が75%を超えており、比較例1と比較して耐ベルトセパレーション性が悪化した。