JP4350216B2

JP4350216B2 - 空気入りラジアルタイヤ

Info

Publication number: JP4350216B2
Application number: JP20888999A
Authority: JP
Inventors: 直彦尾花
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1999-07-23
Filing date: 1999-07-23
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2019-07-23
Also published as: JP2001030711A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空気入りラジアルタイヤ、中でもトラックやバスなどに装着して使用される重荷重用空気入りラジアルタイヤに関し、特にベルトおよびカーカスの軽量化を有利に図ろうとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、省資源または省エネルギーの観点から、車両の低燃費化に対する要請が強く、この低燃費化には、タイヤの重量軽減が大きく寄与することが知られている。そして、タイヤの軽量化には、タイヤの各構成材の使用量削減が有効であり、中でもスチールコードをゴム引きしてなるベルトは、タイヤ総重量に占める比率が大きいことから、このベルトの軽量化が特に有効である。
【０００３】
例えば、重荷重用空気入りタイヤの補強を司るベルトは、スチールコードのゴム引き布の３〜４枚を積層して成るのが、一般的である。すなわち、タイヤ赤道面に対し大きく傾斜して配列したスチールコードのゴム引き布による第１ベルト層と、この第１ベルト層のタイヤ径方向外側にて、タイヤ赤道面に対し小さく傾斜して配列したスチールコードのゴム引き布による少なくとも２層を、その層間でスチールコードが互いに交差する配置で重ね合わせた、第２及び第３ベルト層とを有するのが通例である。
【０００４】
このベルトに対する軽量化手法としては、ベルト層のスチールコード打込み本数を減らすこと、またはスチールコードを構成するフィラメントの引張強さを高めてベルト強度を維持しつつスチールコードの便用量を減らすことが有効である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの手法はベルト層におけるゴム中のスチールコード体積比率を減少し、ベルトのタイヤ周方向の引張剛性が低下する。その結果、タイヤ内圧充填時にタイヤ外径が大幅に増大したり、タイヤ転動に伴うクリープ現象によってタイヤ外径が増大し、ベルト端でのセパレーションが発生したり、偏摩耗を促進することになる。さらに、ベルトのタイヤ周方向引張剛性の低下は、コーナリングパワーの低下及び耐摩耗性の悪化をも引き起こす。
【０００６】
そこで、本発明は、ベルトにおけるスチールコード重量の削減によってベルト総重量を低減しても、ベルトのタイヤ周方向の引張剛性が低下することのない、ベルト並びにカーカスの新規な構造について提案することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、この発明の要旨構成は次のとおりである。
（イ）一対のヒード部間でトロイド状に延びるラジアル配列のスチールコードのプライからなるカーカスを骨格とし、このカーカスの径方向外側に、タイヤの赤道面に対し傾斜して配列したスチールコードによるゴム引き層の少なくとも２層を、その層間でコードが互いに交差する配置で重ね合わせたベルトを配した空気入りラジアルタイヤであって、カーカスのばね定数をベルトのばね定数よりも低く、かつベルトのばね定数ＥＢ (kgf/mm）とカーカスのばね定数ＥＣ (kgf/mm）が、下記（１）および（２）式を満足することを特徴とする空気入りラジアルタイヤ。
記
ＥＢ＜４９００・・・（１）
ＥＣ＜１．４８×ＥＢ−４８００・・・（２）
ただし、ＥＢ＝ＥＣＢ×ＦＡＢ／ＳＢ
ＥＣ＝ＥＣＣ×ＦＡＣ／ＳＣ
ここで、ＥＣＢ：ベルトのスチールコードのヤング率（kgf ／mm ² ）
ＦＡＢ：ベルトのスチールコード１本を横成するフィラメントの
総断面積（mm ² )
ＳＢ：ベルトのスチールコード打込み間隔（mm）
ＥＣＣ：カーカスのスチールコードのヤング率（kgf ／mm ² ）
ＦＡＣ：カーカスのスチールコード１本を構成するフィラメント
の総断面積（mm ² )
ＳＣ：クラウン部カーカスのスチールコード打込み間隔（mm）
【０００９】
（ロ）上記（イ）において、スチールコードが少なくとも１本のスチールフィラメントから成ることを特徴とする空気入りラジアルタイヤ。
【００１０】
（ハ）上記（イ）または（ロ）において、スチールコードを構成するフィラメントの引張強さＴＳ (kgf/mm2)が、下記（３）式を満足することを特徴とする空気入りラジアルタイヤ。
記
ＴＳ≧２３０−１４８ logｄ・・・（３）
ここで、ｄ：スチールフィラメントの直径（mm）
log ：常用対数
【００１１】
（ニ）上記（イ）ないし（ハ）のいずれかにおいて、カーカスのスチールコ−ドを構成するスチールフィラメントの直径が0.10〜0.25mmであることを特徴とする空気入りラジアルタイヤ。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１に、この発明に従うトラック、バス用空気入りラジアルタイヤの具体例を図解する。
このタイヤは、１対のビードコア１間でラジアル方向にトロイド状に延びるスチールコードのプライの少なくとも１枚からなるカーカス２、このカーカス２のクラウン部のタイヤ径方向外側に配置した、少なくとも２層からなるベルト３およびこのベルト３のタイヤ径方向外側に配置したトレッド４から成る。
【００１３】
さらに、上記巻取装置において、ブレーキパッドに圧力を供給する管に、補助圧力を供給するエアーチヤンバーを設けることができる。
【００１４】
ベルト３の各ベルト層は、例えば図２にタイヤ幅方向断面を示すように、少なくとも１本、図示例では５本のスチールフィラメント50からなるスチールコード５を所定の間隔で互いに平行に配置して成る。同様に、カーカス２は、例えば図３にタイヤの赤道面に沿う断面を示すように、少なくとも１本以上、図示例では５本のスチールフィラメント60からなるスチールコード６を所定の間隔で互いに平行に配置して成る。
【００１５】
ここで、カーカス２のばね定数をベルト３のばね定数よりも低くすることが、例えば重荷重用タイヤのベルトに従来よりも高強度なスチールコードを用いてスチールコード使用量を低減した場合に、タイヤ内圧充填時の径成長が増大することを回避するために、肝要である。
【００１６】
すなわち、空気入りラジアルタイヤのベルトには、内圧充填によりタイヤ周方向への引張入力が作用する一方、カーカスには、内圧充填によりタイヤ幅方向への引張入力が作用する。そして、ベルトに対してカーカスは直交しているため、内圧充填によるタイヤの径成長は、このベルトに作用する引張力とカーカスに作用する引張力とのバランスによって決定付けられる。従って、ベルトのタイヤ周方向引張剛性よりもカーカスのタイヤ幅方向引張剛性を低減すれば、換言すると、カーカス２のばね定数をベルト３のばね定数よりも低くすれば、タイヤ内圧充填時に、カーカスのタイヤ幅方向への伸びが大きくなる。その結果、カーカスと直交するベルトにはタイヤ幅方向への引張作用が生じてタイヤ周方向への伸びが制限され、径成長も抑制される。
【００１７】
カーカスおよびベルトのばね定数を上記の関係にするに当り、カーカスにはヤング率の低いスチールコードを適用するとよい。なぜなら、カーカスを補強しているスチールコードのヤング率を低くすれば必然的にカーカスの引張剛性も低くできるからである。さらに、カーカスには、高強度のスチールコードを適用するとよい。なぜなら、カーカスを補強しているスチールコードの引張強さを高めれば、カーカス総強力を維持しつつスチールコードのゴム中における体積率を減少して、カーカスの引張剛性を低くできるからである。
【００１８】
とりわけ、ベルトのばね定数ＥＢ (kgf/mm）とカーカスのばね定数ＥＣ (kgf/mm）が、下記（１）および（２）式を満足することが、有利である。
記
ＥＢ＜４９００・・・（１）
ＥＣ＜１．４８×ＥＢ−４８００・・・（２）
ただし、ＥＢ＝ＥＣＢ×ＦＡＢ／ＳＢ
ＥＣ＝ＥＣＣ×ＦＡＣ／ＳＣ
ここで、ＥＣＢ：ベルトのスチールコードのヤング率（kgf ／mm² ）
ＦＡＢ：ベルトのスチールコード１本を横成するフィラメントの総断面積（mm²)
ＳＢ：ベルトのスチールコード打込み間隔（mm）
ＥＣＣ：カーカスのスチールコードのヤング率（kgf ／mm² ）
ＦＡＣ：カーカスのスチールコード１本を構成するフィラメントの総断面積（mm²)
ＳＣ：カーカスクラウン部のスチールコード打込み間隔（mm）
【００１９】
まず、ベルトのばね定数ＥＢは４９００ｋｇｆ／ｍｍ未満とすることが好ましい。なぜなら、ベルトのばね定数ＥＢを４９００ｋｇｆ／ｍｍ以上にすると、ベルトに用いるスチールコードの使用量を増加しなければならず、タイヤの軽量化の達成が難しいからである。すなわち、ベルトのばね定数ＥＢとベルトに用いるスチールコードの使用量とは、大略リニアな関係にあり、コード使用量が増すとばね定数ＥＢも高くなる。そして、タイヤの軽量化に寄与する程度までコード使用量を低減するには、ばね定数ＥＢを４９００ｋｇｆ／ｍｍ未満にする必要がある。
【００２０】
一方、ベルトのばね定数ＥＢを４９００ｋｇｆ／ｍｍ未満とすると、タイヤの径成長が増大するため、この径成長をカーカスによって抑制する必要がある。そのためには、カーカスのばね定数ＥＣを１．４８×ＥＢ−４８００ｋｇｆ／ｍｍ未満とすることが好ましい。なぜなら、カーカスのばね定数ＥＣを１．４８×ＥＢ−４８００ｋｇｆ／ｍｍ以上にすると、カーカスのばね定数が従来のカーカスと同様に高くなり過ぎて、タイヤに内圧を充填した際にベルトをタイヤ幅方向に引張る作用が小さくなり、タイヤの径成長が大きくなるからである。すなわち、カーカスのばね定数ＥＣを、ベルトのばね定数ＥＢを変数とした式にて規制することによって、タイヤの径成長は有利に抑制されるのである。
【００２１】
従って、ベルトのばね定数ＥＢが４９００ｋｇｆ／ｍｍ未満、かつカーカスのばね定数ＥＣが１．４８×ＥＢ−４８００ｋｇｆ／ｍｍ未満にすることによって、タイヤ内圧充填時の径成長は有利に抑制される。
【００２２】
ここで、ベルトのスチールコード打込み間隔ＳＢとは、図２に示した、タイヤクラウン部のベルトのスチールコード打込み方向と直交する断面において、各ベルト層の隣接するスチールコード５相互の中心軸間距離を指す。また、タイヤクラウン部のカーカスのスチールコード打込み間隔ＳＣとは、図３に示した、タイヤ赤道面に沿う断面において、カーカス２の隣接するスチールコード６相互の中心軸間距離を指す。さらに、図２における、ＤＢはベルト３のスチールコード５の直径およびｄＢは同スチールコード５のスチールフィラメント50の直径を示す。同様に、図３における、ＤＣはカーカス２のスチールコード６の直径およびｄＣは同スチールコード６のスチールフィラメント60の直径を示す。
【００２３】
また、ベルトおよびカーカスに適用するスチールコードを構成するスチールフィラメントの引張強さＴＳは、下記（３）式を満足することが好ましい。
記
ＴＳ (kgf/mm² ）≧２３０−１４８ logｄ・・・（３）
ここで、ｄ：スチールフィラメントの直径（mm）
log ：常用対数
【００２４】
すなわち、引張強さの高いスチールフィラメントで構成される高強力なスチールコードをベルト及びカーカスに用いると、ベルトではベルト総強力を維持しつつスチールコードの使用量を減少でき、タイヤ重量が軽くなる。一方、カーカスでは、カーカスに引張入力が作用したときにスチールコードを構成するスチールフィラメントの単位断面積当たりの入力（引張応力）が大きくなり、そのために伸びが大きく、言い換えればカーカスの引張剛性が低くなり、ベルトをタイヤ周方向へ引張る作用が増加する結果、ベルトのタイヤ周方向への引張剛性低下を補うことができ、タイヤ内圧充填時の径成長をより低減できる。また、カーカスにおいても、カーカス総強力を維持しつつスチールコードの使用量を減少でき、タイヤの軽量化度合いは更に大きくなる。
【００２５】
従って、スチールフィラメントの引張強さを、タイヤ内圧充填時の径成長が低減され、かつタイヤの軽量化が達成できる、（２３０−１４８ logｄ）kgf/mm²以上にすることが好ましい。
【００２６】
なお、スチールフィラメントの引張強さを高くすることは空気入りラジアルタイヤの軽量化に有利に作用するものの、引張強さをあまり高くすると伸線工程での生産性が低下して経済的でないから、（３６０−１４８ logｄ）kgf/mm² 以下にすることが好ましい。
【００２７】
さらに、カーカスのスチールコードを構成するスチールフィラメントの直径を0.10〜0.25mmとすることが好ましい。すなわち、カーカスのスチールフィラメントの直径が0.10mm未満では、カーカスの曲げ剛性が低下してタイヤサイド部の剛性が低くなり過ぎて、操縦安定性が低下する。一方、スチールフィラメントの直径が0.25mmをこえるとカーカスの曲げ剛性が高くなり過ぎて耐久性が悪化する。従って、カーカスのスチールコードを構成するスチールフィラメントの直径が0.10〜0.25mmであれば、操縦安定性や耐久性を犠牲にすることなく、カーカスの引張剛性を有利に低下して径成長を抑制し得る。
【００２８】
以上のように、重荷重用空気入りラジアルタイヤにおける内圧充填時の径成長は、ベルトのタイヤ周方向引張剛性は勿論のこと、カーカスのタイヤ幅方向引張剛性の影響も大きく、カーカスの引張剛性が低いものほどタイヤ内圧充填時の径成長が低減でき、ベルト端でのセパレーション発生や偏摩耗が抑制されるため、良好な耐久性が得られる。
【００２９】
なお、ベルト３のスチールコード５およびカーカス２のスチールコード６の耐久性をより向上するためには、スチールコードを構成するスチールフィラメントの表層残留応力を圧縮側にすることが好ましい。特に、カーカスのスチールフィラメント60の表層残留応力を圧縮化することが有効である。
【００３０】
【実施例】
図１に示したタイヤのカーカスおよびベルトに、表１〜５に示す種々の条件を適用し、サイズが11Ｒ22.5の重荷重用空気入りラジアルタイヤを試作した。なお、ベルト３は、第１ベルト層３ａはタイヤ赤道面に対し右５２°、第２ベルト層３ｂは同右２０°、第３ベルト層３ｃは同左２０°および第４ベルト層３ｄは同左２０°の向きに、それぞれスチールコードを打ち込んで成る。かくして得られた各タイヤについて、ベルトのばね定数、ベルトの重量、カーカスのばね定数、カーカスの重量、径成長、耐偏摩耗性および耐久性を評価した。その結果を、表１〜５に併記する。
【００３１】
〔ベルトのばね定数〕
タイヤのベルトから抜き出したスチールコード（ゴムでスチールコードが覆われている状態）について引張試験を行うと、図４に示すような伸びと荷重の関係が得られる。この曲線の傾きからスチールコードのヤング率を算出し、上記した
ＥＢ＝ＥＣＢ×ＦＡＢ／ＳＢ
の式に代入して、ベルトのばね定数ＥＢを求めた。
【００３２】
〔ベルトの重量〕
ベルト中に埋設されたスチールコードの使用重量について、従来例１を100 とした指数にて表示した。この数値が小さいほと軽量化が達成されていることを示す。
【００３３】
〔カーカスのばね定数〕
タイヤのカーカスから抜き出したスチールコード（ゴムでスチールコードが覆われている状態）について引張試験を行うと、図４に示すような伸びと荷重の関係が得られる。この曲線の傾きからスチールコードのヤング率を算出し、上記した
ＥＣ＝ＥＣＣ×ＦＡＣ／ＳＣ
の式に代入して、カーカスのばね定数ＥＣを求めた。
【００３４】
〔カーカスの重量〕
カーカス中に埋設されたスチールコード使用重量について、従来例１を100 とした指数にて表示した。この数値が小さいほと軽量化が達成されていることを示す。
【００３５】
〔径成長〕
タイヤの内圧を1.0kgf／cm² から7.0kgf／cm² へ変化させたときのタイヤ外径の成長量について、従来例１を100 とした指数にて表示した。この数値が小さいほと径成長が抑制され、良好であることを示す。
【００３６】
〔耐偏摩耗性〕
タイヤを車両に装着して10万km実地走行を行い、その後のタイヤトレッドの外観の摩耗形態を調査した。○は正常摩耗形態で、×は異常摩耗形態を示す。
【００３７】
〔耐久性〕
外径1780mmのドラム試験機上に内圧を7.0kgf／cm² に調整したタイヤを載置し、60km／ｈにて±3.5 °のスリップ角を断続的に付与しながら、12時間走行させた後、ベルト端部に生じる亀裂の有無を調査した。○は亀裂発生なし、×は亀裂発生を示す。
【００３８】
【表１】

【００３９】
【表２】

【００４０】
【表３】

【００４１】
【表４】

【００４２】
【表５】

【００４３】
表１〜５から明らかなように、発明例１〜９に示された、この発明に従うタイヤは、何れも従来例１対比で径成長が抑制され、耐偏摩耗性や耐久性を損なわずにタイヤの軽量化の点で優れた結果を得た。
【００４４】
表１に示す従来例１および発明例１〜３のタイヤは、ベルトのばね定数は同一であるが、カーカスのばね定数が変化しており、カーカスのばね定数が低いタイヤほど径成長が抑制されることがわかる。
【００４５】
表２に示す比較例１〜４のタイヤおよび表４に示す比較例５〜８のタイヤは、上記した（２）式を満たす値までカーカスのばね定数が低減していないため、径成長が表１に示す従来例１のタイヤまで抑制されず、耐摩耗性や耐久性が悪化した。
【００４６】
表３に示す発明例４のタイヤは表２に示す比較例１のタイヤのベルトのスチールコードのヤング率のみ撚りピッチを長くして高めることによって、ベルトのばね定数を高めたものであり、カーカスのばね定数が同一でも上記した（２）式を満たす値までカーカスのばね定数が低減しているため、径成長が抑制され、耐摩耗性や耐久性を損なわずタイヤを軽量化できた。同様のことが、発明例５と比較例２、発明例６と比較例３および発明例７と比較例４の関係においてもいえる。
【００４７】
表５に示す比較例９のタイヤは表４に示す比較例５のタイヤのベルトのスチールコードのヤング率のみ撚りピッチを長くして高めることによって、ベルトのばね定数を高めたものであるが、カーカスのばね定数が同一であり上記した（２）式を満たす値までカーカスのばね定数が低減していないため、径成長が表１に示す従来例１のタイヤまで抑制できず、耐摩耗性や耐久性が悪化した。同様のことが、比較例10と比較例６の関係においてもいえる。また、発明例８のタイヤは比較例７のタイヤのベルトのスチールコードのヤング率のみ撚りピッチを長くして高めることによって、ベルトのばね定数を高めたものであり、カーカスのばね定数が同一でも上記した（２）式を満たす値までカーカスのばね定数が低減しているため、径成長が抑制され、耐摩耗性や耐久性を損なわずタイヤを軽量化できた。同様のことが、発明例９と比較例８の関係においてもいえる。
【００４８】
以上のように、この発明の条件を満足した重荷重用空気入りラジアルタイヤは、ベルトにおけるスチールコード重量の削減によってベルト総重量を低減しても、カーカスのタイヤ幅方向引張剛性を低減した結果、タイヤ内圧充填時の径成長が抑制でき、耐偏摩耗性や耐久性を損なうことなくタイヤの軽量化が達成されていた。
【００４９】
【発明の効果】
この発明によれば、ベルトの重量を削減したタイヤにおける、カーカスのタイヤ幅方向引張剛性を適正化することによって、偏摩耗性や耐久性を犠牲にすることなしにタイヤの軽量化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に従う空気入りラジアルタイヤの断面図である。
【図２】タイヤクラウン部のベルトにおけるスチールコード打込み方向に直交する断面を示す図である。
【図３】カーカスのタイヤ赤道面に沿う断面を示す図である。
【図４】スチールコードの引張試験時の伸びと荷重の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ビードコア
２カーカス
３ベルト
３ａ第１ベルト層
３ｂ第２ベルト層
３ｃ第３ベルト層
３ｄ第４ベルト層
４トレッド
５スチールコード
50 スチールフィラメント
６スチールコード
60 スチールフィラメント
ＤＢベルトのスチールコードの直径
ＳＢベルトのスチールコードの打込み間隔
ｄＢベルトのスチールフィラメントの直径
ＤＣカーカスのスチールコードの直径
ＳＣカーカスのスチールコードの打込み間隔
ｄＣカーカスのスチールフィラメントの直径

Claims

一対のヒード部間でトロイド状に延びるラジアル配列のスチールコードのプライからなるカーカスを骨格とし、このカーカスの径方向外側に、タイヤの赤道面に対し傾斜して配列したスチールコードによるゴム引き層の少なくとも２層を、その層間でコードが互いに交差する配置で重ね合わせたベルトを配した空気入りラジアルタイヤであって、カーカスのばね定数をベルトのばね定数よりも低く、かつベルトのばね定数ＥＢ (kgf/mm）とカーカスのばね定数ＥＣ (kgf/mm）が、下記（１）および（２）式を満足することを特徴とする空気入りラジアルタイヤ。
記
ＥＢ＜４９００・・・（１）
ＥＣ＜１．４８×ＥＢ−４８００・・・（２）
ただし、ＥＢ＝ＥＣＢ×ＦＡＢ／ＳＢ
ＥＣ＝ＥＣＣ×ＦＡＣ／ＳＣ
ここで、ＥＣＢ：ベルトのスチールコードのヤング率（kgf ／mm ² ）
ＦＡＢ：ベルトのスチールコード１本を横成するフィラメントの
総断面積（mm ² )
ＳＢ：ベルトのスチールコード打込み間隔（mm）
ＥＣＣ：カーカスのスチールコードのヤング率（kgf ／mm ² ）
ＦＡＣ：カーカスのスチールコード１本を構成するフィラメント
の総断面積（mm ² )
ＳＣ：クラウン部カーカスのスチールコード打込み間隔（mm）
請求項１において、スチールコードが少なくとも１本のスチールフィラメントから成ることを特徴とする空気入りラジアルタイヤ。
請求項１または２において、スチールコードを構成するフィラメントの引張強さＴＳ (kgf/mm² ）が、下記（３）式を満足することを特徴とする空気入りラジアルタイヤ。
記
ＴＳ≧２３０−１４８ logｄ・・・（３）
ここで、ｄ：スチールフィラメントの直径（mm）
log ：常用対数
請求項１ないし３のいずれかにおいて、カーカスのスチールコ−ドを構成するスチールフィラメントの直径が0.10〜0.25mmであることを特徴とする空気入りラジアルタイヤ。