JP5493590B2 - 空気入りラジアルタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、トレッド部におけるベルト層の外周側にタイヤ周方向に周回する補強コードを含むベルト補強層を配置した空気入りラジアルタイヤに関し、更に詳しくは、荷重耐久性を損なうことなく、高速耐久性及びロードノイズを改善することを可能にした空気入りラジアルタイヤに関する。

従来より、空気入りラジアルタイヤにおいて、高速耐久性の向上やロードノイズの低減を目的として、トレッド部におけるカーカス層の外周側に、タイヤ周方向に対して傾斜する補強コードを含む少なくとも２層のベルト層に加えて、タイヤ周方向に周回する補強コードを含むベルト補強層を配置することが行われている（例えば、特許文献１参照）。

このようなベルト補強層の補強コードとしては、熱収縮性を有するナイロン繊維コード等が一般的に使用されているが、高速耐久性やロードノイズの更なる改善するために、ナイロン繊維コードよりも高弾性の有機繊維コードの使用が試みられている。

しかしながら、ベルト補強層に基づく拘束力が大き過ぎるとトレッド部が変形し難くなるため、特に高荷重条件において、剛性差が大きいタイヤのショルダー領域に歪みが集中して故障が発生し易いという問題がある。つまり、ベルト補強層に高弾性の有機繊維コードを使用すると、高速耐久性やロードノイズの改善効果が得られるものの、荷重耐久性が悪化するという欠点がある。

特開２００８−１２４８号公報

本発明の目的は、荷重耐久性を損なうことなく、高速耐久性及びロードノイズを改善することを可能にした空気入りラジアルタイヤを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の空気入りラジアルタイヤは、一対のビード部間にカーカス層を装架し、トレッド部におけるカーカス層の外周側に少なくとも２層のベルト層を配置し、これらベルト層の外周側に補強コードとしてタイヤ周方向に周回する１本又は複数本の有機繊維コードを含むベルト補強層を少なくともベルト層の両端部を覆うように配置した空気入りラジアルタイヤにおいて、前記ベルト補強層の補強コードが、ポリエチレンナフタレート繊維コード、ポリオレフィンケトン繊維コード、リヨセル繊維コード及びポリエチレンテレフタレート繊維コードよりなる群から選ばれた１種であり、前記ベルト補強層の補強コードの２％伸長時の弾性率を５０００ＭＰａ以上かつ１００００ＭＰａ未満とし、前記ベルト補強層の補強コード１本当たりの残留張力を１０Ｎ以上かつ４０Ｎ未満とすると共に、前記ベルト補強層の補強コードを被覆するゴムコンパウンドの１００℃における１００％伸長時のモジュラスを１．５ＭＰａ以上かつ５．０ＭＰａ未満としたことを特徴とするものである。

本発明では、ベルト補強層に高弾性の有機繊維コードを使用することで高速耐久性及びロードノイズを改善する一方で、ベルト補強層の補強コード１本当たりの残留張力を小さくしてトレッド部の変形を許容することにより、トレッド部のショルダー領域への歪みの集中を回避し、荷重耐久性を良好に維持することができる。

本発明において、ベルト補強層をトレッド部の中央領域及びショルダー領域に配置した場合、ベルト補強層のショルダー領域での補強コード１本当たりの残留張力をベルト補強層の中央領域での補強コード１本当たりの残留張力よりも大きくすることが好ましい。これにより、走行時の遠心力によるベルト層の端末のせり上がりを効果的に抑制し、高速耐久性及びロードノイズの改善効果を高めることができる。

ベルト補強層とベルト層との層間ゴムゲージは０．３０ｍｍ以上かつ０．５０ｍｍ未満とすることが好ましい。これにより、荷重耐久性を十分に確保することができる。

ベルト補強層の補強コードとしては、ポリエチレンナフタレート繊維コード、ポリオレフィンケトン繊維コード、リヨセル繊維コード及びポリエチレンテレフタレート繊維コードよりなる群から選ばれた１種を用いる。これら有機繊維コードによれば、上述の弾性率及び残留張力を満足することが可能である。

本発明において、ベルト補強層の補強コードの２％伸長時の弾性率は、ＪＩＳ Ｌ１０１７に規定される初期引張抵抗度の測定条件に準拠して測定されたものである。また、ベルト補強層の補強コード１本当たりの残留張力は、以下の測定方法により測定されたものである。即ち、無負荷状態のタイヤのトレッドゴムの一部を除去してベルト補強層の補強コードを露出させ、その補強コードに一定の長さＬａの区間を示す印を付けた後、その補強コードをタイヤから切り出し、収縮後の長さＬｂを測定する。長さＬａは、測定誤差を極力無くすために十分に大きく設定し、例えば、５００ｍｍとするのが良い。長さＬｂの測定時には、補強コードに対して表示繊度の１／２０ｇ／ｄｔｅｘの荷重を負荷する。その後、ＪＩＳ Ｌ１０１７に規定される初期引張抵抗度の測定条件に準拠して補強コードの応力歪み曲線を求め、歪みＬａ−Ｌｂでの力Ｌｓを前記応力歪み曲線から求める。このようにして得た力Ｌｓをベルト補強層の補強コード１本当たりの残留張力とする。

本発明の実施形態からなる空気入りラジアルタイヤを示す子午線断面図である。 本発明の他の実施形態からなる空気入りラジアルタイヤを示す子午線断面図である。 本発明の更に他の実施形態からなる空気入りラジアルタイヤを示す子午線断面図である。 本発明の空気入りラジアルタイヤにおけるベルト層とベルト補強層を抽出して示す断面図である。

以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図１〜図３はそれぞれ本発明の実施形態からなる空気入りラジアルタイヤを示すものであり、図４はその要部を示すものである。図１において、１はトレッド部、２はサイドウォール部、３はビード部である。左右一対のビード部３，３間にはタイヤ径方向に延びる複数本の補強コードを含む１層のカーカス層４が装架され、そのカーカス層４の端部がビードコア５の廻りにタイヤ内側から外側に折り返されている。

トレッド部１におけるカーカス層４の外周側には複数層のベルト層６が埋設されている。これらベルト層６はタイヤ周方向に対して傾斜する複数本の補強コードを含み、かつ層間で補強コードが互いに交差するように配置されている。ベルト層６のタイヤ周方向に対するコード角度は１５°〜４０°に設定されている。ベルト層６の補強コードとしては、スチールコードが好ましく使用されるが、アラミド繊維コード等の有機繊維コードを用いることも可能である。

ベルト層６の外周側には、高速耐久性の向上とロードノイズの低減を目的として、有機繊維コードをタイヤ周方向に巻回してなるベルト補強層７が少なくともベルト層６の両端部を覆うように配置されている。このベルト補強層７は少なくとも１本の有機繊維コードを引き揃えてゴム被覆してなるストリップ材をタイヤ周方向に対して実質的に０°で連続的に巻回したジョイントレス構造とすることが望ましい。

ベルト補強層７は、タイヤの速度レンジに応じて、その配置領域を適宜選択することができる。図１においては、ベルト補強層７をトレッド部１の中央領域及びショルダー領域に配置し、両ショルダー領域ではベルト補強層７を２層とし、中央領域ではベルト補強層７を１層としている。他の構造として、ベルト補強層７をトレッド部１の中央領域及びショルダー領域に配置し、その全域においてベルト補強層７を１層とした構造（図２）、或いは、ベルト補強層７をトレッド部１のショルダー領域のみに配置し、両ショルダー領域においてベルト補強層７を２層とした構造（図３）を採用することも可能である。

上記空気入りラジアルタイヤにおいて、ベルト補強層７には補強コードとして２％伸長時の弾性率が５０００ＭＰａ以上かつ１００００ＭＰａ未満である有機繊維コードが使用されている。更に、ベルト補強層７の補強コード１本当たりの残留張力は１０Ｎ以上かつ４０Ｎ未満となるように調整されている。

このようにベルト補強層７に高弾性の有機繊維コードを使用することにより、高速耐久性及びロードノイズを改善することができる。一方、ベルト補強層７の補強コード１本当たりの残留張力を小さくすることにより、トレッド部１の変形を許容し、タイヤのショルダー領域への歪みの集中を回避し、荷重耐久性を良好に維持することができる。

ベルト補強層７の補強コードの２％伸長時の弾性率は５０００ＭＰａ以上かつ１００００ＭＰａ未満とするが、この２％伸長時の弾性率が５０００ＭＰａ未満であるとベルト補強層７に基づく高速走行時の拘束力が不十分になるため高速耐久性の改善効果が低下し、逆に１００００ＭＰａ以上であるとコード自体が圧縮歪みに対して弱くなるため荷重耐久性が低下する。

一方、ベルト補強層７の補強コード１本当たりの残留張力は１０Ｎ以上かつ４０Ｎ未満とするが、この補強コード１本当たりの残留張力が１０Ｎ未満であると、タイヤ中でコードが波打ちするため高速耐久性が低下する。また、補強コード１本当たりの残留張力が４０Ｎ以上であると、ベルト補強層７に基づく拘束力が大き過ぎ、トレッド部１が変形し難くなるため、トレッド部１のショルダー領域に歪みが集中し、ベルトエッジセパレーションやコード切れ等の故障を生じ易くなる。つまり、補強コード１本当たりの残留張力が大き過ぎると荷重耐久性が低下する。

ベルト補強層７の補強コード１本当たりの残留張力は、補強コードを巻き付ける際の張力や未加硫タイヤでのベルト補強層７の寸法に基づいて適宜調整することができる。例えば、未加硫タイヤでのベルト補強層７の寸法を大きく設計すれば、加硫後のベルト補強層７の補強コード１本当たりの残留張力を下げることができる。また、トレッド部１の中央領域に対応する部位の外径が相対的に大きくショルダー領域に対応する部位の外径が相対的に小さくなるような曲率を有する成形ドラムを用いてベルト補強層７を成形した場合、中央領域での残留張力を選択的に低下させることができる。

上記空気入りラジアルタイヤにおいて、ベルト補強層７をトレッド部１の中央領域及びショルダー領域に配置した場合、ベルト補強層７のショルダー領域での補強コード１本当たりの残留張力を中央領域での補強コード１本当たりの残留張力よりも大きくすることが望ましい。これにより、走行時の遠心力によるベルト層の端末のせり上がりを効果的に抑制し、高速耐久性及びロードノイズの改善効果を高めることができる。この場合、ベルト補強層７の補強コード１本当たりの残留張力を相対的に大きく設定する各ショルダー領域のタイヤ幅方向に測定される幅Ｗｓは、ベルト層６のタイヤ幅方向に測定される最大幅Ｗｂの５％〜３０％の範囲、より好ましくは、５％〜２０％の範囲に設定すると良い。そして、ベルト補強層７の補強コード１本当たりの残留張力を相対的に大きく設定した部分が全てのベルト層６のエッジを覆うことが好ましい。なお、各ショルダー領域においては、少なくとも１層のベルト補強層７について補強コード１本当たりの残留張力を相対的に大きくすれば良い。一方、中央領域においてベルト補強層７の補強コード１本当たりの残留張力を相対的に小さく設定する部分は少なくとも両ショルダー領域に隣接する位置まで延在させることが望ましい。

図４に示すように、ベルト補強層７とベルト層６との層間ゴムゲージｔは０．３０ｍｍ以上かつ０．５０ｍｍ未満にすると良い。ここで、ベルト層６は補強コード６ａとコートゴム層６ｂとから構成され、ベルト補強層７は補強コード７ａとコートゴム層７ｂとから構成されているが、層間ゴムゲージｔとはベルト層６の補強コード６ａとベルト補強層７の補強コード７ａとの間に介在するゴム部分の厚さである。この層間ゴムゲージｔが０．３０ｍｍ未満であると荷重耐久性を十分に確保することができず、逆に０．５０ｍｍ以上であると乗心地が悪化することになる。

上記空気入りラジアルタイヤにおいて、ベルト補強層７の補強コードとしては、ポリエチレンナフタレート繊維コード（ＰＥＮ）、ポリオレフィンケトン繊維コード（ＰＯＫ）、リヨセル繊維コード、ポリエチレンテレフタレート繊維コード（ＰＥＴ）等を使用することができる。その中でも、ポリエチレンナフタレート繊維コードが好ましい。

ベルト補強層７の補強コードの総繊度は、２０００ｄｔｅｘ〜３５００ｄｔｅｘの範囲にあることが好ましい。この総繊度が２０００ｄｔｅｘ未満であるとベルト補強層７におけるコード打ち込み本数が増大して生産性が悪化し、逆に３５００ｄｔｅｘを超えるとベルト補強層７が厚くなるためタイヤ重量が増加する。

また、ベルト補強層７の補強コードは、下式（１）で表される撚り係数Ｋが１６００〜２４００の範囲にあると良い。
Ｋ＝Ｔ√Ｄ ・・・（１）
但し、Ｔ：コードの上撚り数（回／１０ｃｍ）
Ｄ：コードの総繊度（ｄｔｅｘ）

撚り係数Ｋを上記範囲に規定することにより、高速耐久性と荷重耐久性とを両立することができる。ここで、撚り係数Ｋが１６００未満であると、強度が高くなるものの繊維コードの耐疲労性が悪化するためタイヤとしての荷重耐久性が低下し、逆に２４００を超えると、補強コードの弾性率が低下するため高速耐久性が低下する。

更に、ベルト補強層７の補強コードを被覆するゴムコンパウンドは、１００℃における１００％伸長時のモジュラスが１．５ＭＰａ以上かつ５．０ＭＰａ未満である。この１００％伸長時のモジュラスはＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠して測定されたものである。１００％伸長時のモジュラスが１．５ＭＰａ未満であると、タイヤ走行に伴う発熱によって補強コードの弾性率が低下したときの耐久性の低下を抑制することが困難になり、逆に５．０ＭＰａ以上であると、タイヤ走行に伴う発熱が大きくなるため耐久性の低下要因となる。

ベルト補強層７の補強コードを被覆するゴムコンパウンドのゴム成分としては、天然ゴム（ＮＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）等を使用することが好ましい。また、これらゴムを、窒素、酸素、フッ素、塩素、ケイ素、リン、硫黄等の元素を含む官能基、例えば、アミン、アミド、ヒドロキシル、エステル、ケトン、シロキシ、アルキルシリル等により末端変性したものや、エポキシにより末端変性したものを使用することができる。

上記ゴムコンパウンドに配合するカーボンブラックとしては、ヨウ素吸着量が２０〜１００（ｇ／ｋｇ）、好ましくは３０〜９０（ｇ／ｋｇ）であり、ＤＢＰ吸収量が５０〜１３５（ｃｍ³ ／１００ｇ）、好ましくは５０〜１００（ｃｍ³ ／１００ｇ）であるものを使用すると良い。カーボンブラックの配合量は、ゴム成分１００重量部に対して、２０〜６０重量部、好ましくは、４０〜６０重量部にすると良い。

また、上記ゴムコンパウンドに配合する硫黄の量は、ゴム成分１００重量部に対して、１．５〜４．０重量部、好ましくは、２．０〜３．０重量部にすると良い。更に、上記ゴムコンパウンドには、カーボンブラック以外の充填剤、各種オイル、可塑剤、加硫助剤、加硫促進剤等、ゴム配合技術分野において一般に使用される各種添加剤を配合することができる。これら添加剤の配合量は特に限定されるものではない。

タイヤサイズ２２５／４５Ｒ１７で、一対のビード部間にカーカス層を装架し、トレッド部におけるカーカス層の外周側に２層のベルト層を配置し、これらベルト層の外周側に補強コードとしてタイヤ周方向に周回する複数本の有機繊維コードを含むベルト補強層を少なくともベルト層の両端部を覆うように配置した空気入りラジアルタイヤにおいて、ベルト補強層の補強コードの材質、コード構造、２％伸長時の弾性率、補強コード１本当たりの残留張力を表１のように設定した従来例１、比較例１，２及び実施例１〜４のタイヤを製作した。

実施例２は図３の構造を有するものであり、それ以外は図１の構造を有するものである。ベルト層の最大幅の６０％を中央領域とし、その両外側をショルダー領域とした。ベルト補強層とベルト層との層間ゴムゲージは、０．３５〜０．４５ｍｍの範囲内とした。表１において、「Ｎ６６」はナイロン６６を意味し、「ＰＥＮ」はポリエチレンナフタレートを意味し、「ＰＯＫ」はポリオレフィンケトンを意味する。

これら試験タイヤについて、下記の評価方法により、高速耐久性、荷重耐久性、ロードノイズを評価し、その結果を表１に併せて示した。

高速耐久性：
ドラム表面が平滑で直径１７０７ｍｍの鋼製ドラムを備えたドラム試験機を用い、周辺温度を３８±３℃に制御し、リムサイズ１７×７．５ＪＪ、試験内圧１８０ｋＰａにてインフレートさせた試験タイヤについて、負荷荷重をＪＡＴＭＡで規定された最大負荷能力の１２０％とし、走行速度を１２０ｋｍ／ｈとして２時間の走行を行い、次いで、同一荷重にて走行速度を１５０ｋｍ／ｈとして３０分間の走行を行い、以下３０分毎に走行速度を１０ｋｍ／ｈずつステップアップさせ、タイヤが破壊するまでの走行距離を測定した。評価結果は、従来例１を１００とする指数にて示した。この指数値が大きいほど高速耐久性が優れていることを意味する。

荷重耐久性：
ドラム表面が平滑で直径１７０７ｍｍの鋼製ドラムを備えたドラム試験機を用い、周辺温度を３８±３℃に制御し、リムサイズ１７×７．５ＪＪ、試験内圧１８０ｋＰａにてインフレートさせた試験タイヤについて、走行速度を８１ｋｍ／ｈとし、負荷荷重をＪＡＴＭＡで規定された最大負荷能力の８８％として走行試験を開始し、２時間毎に１３％ずつ荷重を増加させ、タイヤが破壊するまでの走行距離を測定した。評価結果は、従来例１を１００とする指数にて示した。この指数値が大きいほど荷重耐久性が優れていることを意味する。

ロードノイズ：
各試験タイヤをリムサイズ１７×７．５ＪＪのホイールに組付けて試験車両に装着し、空気圧２３０ｋＰａとして、粗い路面を有するテストコースを速度５０ｋｍ／ｈで走行した際の車内音を計測した。評価結果は、測定値の逆数を用い、従来例１を１００とする指数にて示した。この指数値が大きいほどロードノイズが小さいことを意味する。

表１から明らかなように、実施例１〜４のタイヤは、従来例１との対比において、荷重耐久性を損なうことなく、高速耐久性及びロードノイズを改善することができた。一方、比較例１，２のタイヤは、高速耐久性及びロードノイズの改善効果が求められるものの、荷重耐久性が損なわれていた。

１ トレッド部
２ サイドウォール部
３ ビード部
４ カーカス層
５ ビードコア
６ ベルト層
７ ベルト補強層

Claims (4)

1. 一対のビード部間にカーカス層を装架し、トレッド部におけるカーカス層の外周側に少なくとも２層のベルト層を配置し、これらベルト層の外周側に補強コードとしてタイヤ周方向に周回する１本又は複数本の有機繊維コードを含むベルト補強層を少なくともベルト層の両端部を覆うように配置した空気入りラジアルタイヤにおいて、前記ベルト補強層の補強コードが、ポリエチレンナフタレート繊維コード、ポリオレフィンケトン繊維コード、リヨセル繊維コード及びポリエチレンテレフタレート繊維コードよりなる群から選ばれた１種であり、前記ベルト補強層の補強コードの２％伸長時の弾性率を５０００ＭＰａ以上かつ１００００ＭＰａ未満とし、前記ベルト補強層の補強コード１本当たりの残留張力を１０Ｎ以上かつ４０Ｎ未満とすると共に、前記ベルト補強層の補強コードを被覆するゴムコンパウンドの１００℃における１００％伸長時のモジュラスを１．５ＭＰａ以上かつ５．０ＭＰａ未満としたことを特徴とする空気入りラジアルタイヤ。
2. 前記ベルト補強層を前記トレッド部の中央領域及びショルダー領域に配置し、前記ベルト補強層の前記ショルダー領域での補強コード１本当たりの残留張力を前記ベルト補強層の前記中央領域での補強コード１本当たりの残留張力よりも大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の空気入りラジアルタイヤ。
3. 前記ベルト補強層と前記ベルト層との層間ゴムゲージを０．３０ｍｍ以上かつ０．５０ｍｍ未満としたことを特徴とする請求項１に記載の空気入りラジアルタイヤ。
4. 前記ベルト補強層の補強コードの総繊度が２０００ｄｔｅｘ〜３５００ｄｔｅｘの範囲にあり、前記ベルト補強層の補強コードの下式（１）で表される撚り係数Ｋが１６００〜２４００の範囲にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気入りラジアルタイヤ。
   Ｋ＝Ｔ√Ｄ ・・・（１）
   但し、Ｔ：コードの上撚り数（回／１０ｃｍ）
   Ｄ：コードの総繊度（ｄｔｅｘ）

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