JP5837399B2 - トラック・バス用空気入りラジアルタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、トラック・バス用空気入りラジアルタイヤ（以下、単に「タイヤ」とも称する）に関し、詳しくは、金属線の折れによるタイヤの耐久性の低下を回避しつつ、軽量化を実現したトラック・バス用空気入りラジアルタイヤに関する。

従来の典型的なトラック・バス用空気入りラジアルタイヤは、左右一対のビード部に設けられたビードコアと、クラウン部から両サイド部を経て両ビード部に延び、ビードコアに巻回されてビード部に係留されたラジアルカーカスと、このラジアルカーカスのクラウン部タイヤ半径方向外側に配置されたベルトとを備えている。このベルトは少なくとも３層のベルト層からなり、これらベルト層は平行に配列された金属コードがゴムに埋設されてなる。少なくとも３層のベルト層のうち、タイヤ半径方向内側から数えて第２層および第３層は、金属コード方向がタイヤの周方向に対して、およそ１０〜３０°程度の角度で、同一層内では互いに平行に配列され、層間ではタイヤ赤道線を挟み互いに逆方向になるように積層された、いわゆる交差ベルト層を形成している。

ラジアルタイヤの骨格部は、基本的には、ラジアルカーカスと該ラジアルカーカスのクラウン部外側に配設されたベルトとで構成されていて、ラジアルカーカスのクラウン部におけるコード角度はタイヤ赤道線に対し９０°または実質的に９０°で、ベルト層のクラウン部におけるコード角度はタイヤ赤道線に対しおよそ１０°〜３０°であって、空気圧によって生じる周方向の張力をベルト層が負担し、径方向の張力をラジアルカーカスが負担している。一般に、ラジアルタイヤのベルトはテンションメンバーであって、ベルトが担う重要な機能の一つはタイヤに内圧を充填したときにその断面形状を所定の形状に保持すること、およびタイヤを長期間使用したときにタイヤの径成長を抑制することである。

近年、省資源および省エネルギーの社会的要請から、トラック・バス用空気入りラジアルタイヤにも低燃費タイヤすなわち転がり抵抗の少ないタイヤの開発が求められ、トラック・バス用空気入りラジアルタイヤの軽量化が強く要求されている。ベルトの質量を下げることは、トラック・バス用空気入りラジアルタイヤの軽量化のための一つの有力な手段であり、ベルトの重量を下げるためには、ベルトを形成しているゴム被覆金属コード層の金属コードの打ち込み量を少なくすることが最も簡便な手段である。しかしながら、金属コードの打ち込み量を減らすと圧縮疲労によって金属コードを構成する金属線が折れやすくなり、タイヤの耐久性能が低下するという不具合が発生する。

金属線の折れに起因するタイヤの耐久性能の低下を回避しつつ、軽量化を可能としたトラック・バス用空気入りラジアルタイヤとして、特許文献１に、次の（ｉ）〜（ｉｉｉ）を満足するトラック・バス用空気入りラジアルタイヤが提案されている。（ｉ）ベルトは、平行に配列された金属コードをゴムに埋設してなる、少なくとも３層のゴム被覆金属コード層で形成されている。（ｉｉ）ベルトの最内層の金属コードは、炭素含有量が０．６〜１．０質量％の高炭素鋼よりなる、直径が０．１０〜０．４０ｍｍのフィラメントを撚り合わせた、単撚り構造または層撚り構造もしくは複撚り構造のスチールコードである。（ｉｉｉ）フィラメントは、抗張力が１００〜２３０ｋｇ／ｍｍ^２で切断時全伸びが５％以上である。また、特許文献２〜５では、ベルトの補強材である金属線の折れを防止しつつ、タイヤを軽量化することを目的として、断面形状が扁平形状である金属線が提案されており、それらを用いたタイヤについて検討がなされている。

特開平１１−５９１２２号公報 特開２００９−４１１７０号公報 特開２００９−２４９７６３号公報 特開２０１０−４７８７７号公報 特開２０１１−２５７９５号公報

特許文献１に記載されているトラック・バス用空気入りラジアルタイヤは、従来のトラック・バス用空気入りラジアルタイヤと比較して軽量化がなされているが、現在はさらにタイヤ軽量化の要請が強まり、特許文献１記載のタイヤでは必ずしも十分とは言えず、さらなる改良が求められている。また、特許文献２〜５では乗用車用タイヤについてしか検討されておらず、より使用条件が過酷なトラック・バス用タイヤについては検討されていない。

そこで、本発明の目的は、金属線の折れによるタイヤの耐久性の低下を回避しつつ、軽量化を実現したトラック・バス用空気入りラジアルタイヤを提供することにある。

本発明者は、上記課題を解消するためにベルト構造について鋭意検討した結果、以下の知見を得た。すなわち、ベルトを形成している少なくとも３層のゴム被覆金属コード層のうち、ラジアル方向内側から数えて第２層および第３層のいわゆる交差ベルト層は、上記の断面形状の保持および径成長の抑制という重要な機能を担っているので、安易に金属コードの打ち込み量を減らすことはできない。そこで、ベルトの重量を下げるためには、ベルトの最内層、すなわち、ラジアル方向内側から数えて第１層のベルトの軽量化が必須である。かかる知見をもとに、さらに検討を加えた結果、第１ベルト層の補強材を金属線とし、この金属線の形状を適正化することにより、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。

すなわち、本発明のトラック・バス用空気入りラジアルタイヤは、左右一対のビードコア間に跨ってトロイド状をなすラジアルカーカスのクラウン部のタイヤ半径方向外側に、少なくとも３層のベルト層からなるベルトを備えたトラック・バス用空気入りラジアルタイヤにおいて、
前記ベルトの最内層ベルト層が、長手方向に直行する断面が扁平形状である金属線が撚り合わされることなく扁平形状の長径とベルト幅方向とが一致するようにベルト幅方向に平行かつ平面に間隔を空けてゴムに埋設されてなり、
前記扁平形状の金属線の幅Ｗ（ｍｍ）と厚みＴ（ｍｍ）とが下記式（１）、
２．０≦Ｗ／Ｔ≦６．０ （１）
で表される関係を満足し、
前記扁平形状の金属線の幅方向曲げ剛性ＷＳ（Ｎ・ｍｍ^２）と、厚み方向曲げ剛性ＴＳ（Ｎ・ｍｍ^２）とが下記式（２）、
５．０≦ＷＳ／ＴＳ≦３５．０ （２）
で表される関係を満足し、かつ、
前記最内層ベルト層に対する前記扁平形状の金属線の打込み本数Ｐ（本／５０ｍｍ）が下記式（３）、
−２４．９×Ｌｎ（Ｗ／Ｔ）＋５３．７≦Ｐ≦−３４．４×Ｌｎ（Ｗ／Ｔ）＋８３．３ （３）
（式中、前記と同じものであり、Ｌｎは自然対数を示す）で表される関係を満足することを特徴とするものである。

本発明においては、前記扁平形状の金属線の断面形状は、一対の平行な直線部と、その外側に凸となって対向する一対の円弧部と、を有するトラック形状であることが好ましい。また、本発明においては、前記扁平形状の金属線の断面形状は、一対の平行な直線部と、その外側に凸となって対向する一対の円弧部と、さらに該直線部から該円弧部に推移する部位にもう一対の円弧部と、を有するトラック形であることが好ましい。

本発明によれば、金属線の折れによるタイヤの耐久性の低下を回避しつつ、軽量化を実現したトラック・バス用空気入りラジアルタイヤを提供することができる。

本発明のトラック・バス用空気入りラジアルタイヤの一例を示す幅方向片側断面図である。 本発明に係る扁平形状金属線の例を示す幅方向断面図である。 本発明に係る扁平形状金属線の例を示す幅方向断面図である。 従来の断面円形の金属線を１＋６構造に撚り合わせた例を示す幅方向断面図である。 各実施例および比較例における金属線の幅と厚みとの比Ｗ／Ｔと幅方向曲げ剛性と厚み方向曲げ剛性の比ＷＳ／ＴＳとの関係を示すグラフである。 各実施例および比較例における金属線の幅と厚みとの比Ｗ／Ｔと打込み本数Ｐとの関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１に、本発明の一好適な実施の形態に係るトラック・バス用空気入りラジアルタイヤの幅方向片側断面図を示す。図示するように、本発明のトラック・バス用空気入りラジアルタイヤ１０は、左右一対のビード部６に設けられたビードコア１と、クラウン部から両サイドウォール部５を経て両ビード部６に延び、ビードコア１に巻回されてビード部６に係留されたラジアルカーカス２と、ラジアルカーカス２のクラウン部タイヤ径方向外側に配置された、少なくとも３層（図示例では４層）のベルト層からなるベルト３と、で強化されたトレッド部４を備えている。本発明においては、最内層ベルト層は、長手方向に直行する断面が扁平形状である金属線が撚り合わされることなく、扁平形状の長径とベルト幅方向とが一致するようにベルト幅方向に平行かつ平面に間隔を空けてゴムに埋設されてなる。

図２に、本発明に係る扁平形状の金属線２０の一例の断面図を示す。従来、一般的に、最内層ベルトに使用されていた補強材は、図４にその一例を示すように、その長さ方向に直行する断面の形状が略円形の金属線４０を撚り合わせた金属コードであった（図示例では１＋６構造）。しかしながら、本発明においては、最内層ベルトに使用される金属線２０は、図２に示すように、その断面が扁平形状である点に特徴を有する。最内層ベルトは、タイヤ赤道面に対しての傾斜角度、すなわち、カーカスコードとの成す角が比較的低角であるので、この最内層ベルトに用いられる金属線は、他のベルト層の金属線に比べ圧縮ひずみを受けやすい。そのため、耐折れ性が重要なのである。図２に示すような扁平形状の金属線は金属コードに比べて、繰り返し圧縮ひずみを受けたときの変形が小さいので折れが発生しにくく、耐久性のよいベルトとなる。また、断面が扁平形状の金属線は金属コードと比較して厚みが小さいため、ベルト層の厚みを薄くでき、タイヤの軽量化が図れる。

また、本発明においては、扁平形状の金属線の幅Ｗ（ｍｍ）と厚みＴ（ｍｍ）とが下記式（１）
２．０≦Ｗ／Ｔ≦６．０ （１）
で表される関係を満足する必要がある。Ｗ／Ｔが２．０未満では、後述するＷＳ／ＴＳが低過ぎて耐折れ性が低下してしまう。一方、Ｗ／Ｔが６．０を越えると、金属線の製造が困難となる。

さらに、本発明においては、扁平形状の金属線の幅方向曲げ剛性ＷＳ（Ｎ・ｍｍ^２）と厚み方向曲げ剛性ＴＳ（Ｎ・ｍｍ^２）とが下記式（２）、
５．０≦ＷＳ／ＴＳ≦３５．０ （２）
で表される関係を満足する必要もある。ＷＳ／ＴＳが５．０未満では、金属線に圧縮ひずみが加わったときに金属線の変形が大きくなり、耐折れ性が低下してしまう。一方、ＷＳ／ＴＳが３５．０を超えると、上記Ｗ／Ｔも必然的に大きくなり、金属線の製造が困難となる。

さらにまた、最内層ベルトへの扁平形状の金属線の打込み本数Ｐ（本／５０ｍｍ）が下記式（３）、
−２４．９×Ｌｎ（Ｗ／Ｔ）＋５３．７≦Ｐ≦−３４．４×Ｌｎ（Ｗ／Ｔ）＋８３．３ （３）
（式中、ＷおよびＴは前記と同じものであり、Ｌｎは自然対数を示す）で表される関係を満足する必要もある。打込み本数Ｐが−２４．９×Ｌｎ（Ｗ／Ｔ）＋５３．７未満では、軽量化し過ぎるため耐折れ性が低下してしまう。一方、打込み本数Ｐが−３４．４×Ｌｎ（Ｗ／Ｔ）＋８３．３超えると、軽量化に不利となる。

扁平形状の金属線２０の断面形状としては、具体的には例えば、図２に示すように、一対の平行な直線部１１と、その外側に凸となって対向する一対の円弧部１２と、を有するトラック形であることが好ましい。この場合の円弧部１２の曲率半径Ｒ（ｍｍ）は、好適には、厚みＴ（ｍｍ）に対し、下記式（４）、
０．６３５４×Ｔ≦Ｒ≦０．７７×Ｔ＋０．０１９ （４）
で表される関係を満足するものとする。円弧部１２の曲率半径Ｒが０．６３５４×Ｔ未満では、曲率半径が小さ過ぎるために金属線とゴムとの接着界面に発生する剪断応力が局所的に大きくなって、セパレーションが生じ易くなるおそれがある。一方、曲率半径Ｒが０．７７×Ｔ＋０．０１９を超えると、直線部１１と円弧部１２との境界領域において金属線とゴムとの接着界面に発生する剪断応力が局所的に大きくなって、セパレーションが生じ易くなるおそれがある。

また、本発明においては、特には、図３に示すように、一対の平行な直線部２１と、その外側に凸となって対向する一対の円弧部２２と、さらに直線部２１から円弧部２２に推移する部位にもう一対の円弧部２３と、を有するトラック形の断面形状を有する扁平形状金属線３０を用いることが好ましい。断面形状をこのようにすることで、耐折れ性を効果的に改善することができる。この場合の円弧部２２の曲率半径Ｒａ（ｍｍ）は、好適には厚みＴ（ｍｍ）に対し、下記式（５）、
０．５×Ｔ≦Ｒａ≦０．７７×Ｔ＋０．０１９ （５）
で表される関係式を満足するものとする。この曲率半径Ｒａが０．５×Ｔ未満では、曲率半径が小さすぎるために金属線とゴムの接着界面に発生する剪断応力が局所的に大きくなって、セパレーションが生じ易くなる。一方、曲率半径Ｒａが０．７７×Ｔ＋０．０１９を超えると、円弧部２３との境界領域において金属線とゴムとの接着界面に発生する剪断応力が局所的に大きくなって、セパレーションが生じ易くなる。

さらに、円弧部２３の曲率半径Ｒｂは、好適には厚みＴ（ｍｍ）に対し、下記式（６）、
Ｔ≦Ｒｂ≦２．５×Ｔ （６）
で表される関係式を満足するものとする。円弧の曲率半径ＲｂがＴ未満では、曲率半径が小さすぎるために曲げ大変形時に円弧部２３の局所歪が大きくなって、車両の急旋回時などの際にワイヤの折れが発生しやすくなってしまう。一方、曲率半径Ｒｂが２．５×Ｔを超えると、ワイヤの円弧部２２との境界領域において金属線とゴムとの接着界面に発生する剪断応力が局所的に大きくなって、セパレーションが生じ易くなる。また、直線部２１との境界領域において曲げ大変形時に発生する歪が局所的に大きくなって、車両の急旋回時などの際に金属線の折れが発生しやすくなってしまう。

本発明に係る扁平形状の金属線は、通常の円形断面の金属線を製造するための従来の設備および工程をそのまま利用して、その伸線加工の後半部においてローラ間で圧延するか、または、扁平穴のダイスを通す等により扁平化することで、経済的かつ簡便に製造することが可能である。

本発明のトラック・バス用空気入りラジアルタイヤは、最内層ベルト層に用いる金属線について、上記条件を満足するものであればよく、それ以外のベルト層の構造については特に制限はなく、公知の構造を採用することができる。また、タイヤ構造の詳細や各部材の材質等についても特に制限されず、従来公知のもののうちから適宜選択して構成することができる。例えば、トレッド部４の表面には適宜トレッドパターンが形成され、ビードコア１のタイヤ半径方向外側にはビードフィラー（図示せず）が配置され、タイヤの最内層にはインナーライナーが配設される。さらにまた、本発明のタイヤにおいて、タイヤ内に充填する気体としては、通常のあるいは酸素分圧を変えた空気、または窒素等の不活性ガスを用いることが可能である。

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１〜４、比較例１〜４および従来例１，２＞
図１に示す構造を有するトラック・バス用空気入りラジアルタイヤ（タイヤサイズ：１１Ｒ２２．５）に、タイヤ赤道面に対し右５２°の角度で傾斜する最内層ベルトを適用して作製した。実施例１〜４および比較例１〜４のタイヤの最内層ベルトには、下記表１および２のコード仕様欄に示されたスペックに従う金属線をそれぞれ用いた。従来例１、２のタイヤは、図４に示すように、断面が円形である従来の金属線を１＋６構造に撚り合せた金属コードである。なお、最内層ベルト層以外のベルト層は１＋６構造の撚りコードを用いた。

得られた各供試タイヤにつき、以下に従い各性能試験を実施した。その結果を、下記表１および２に併せて示す。また、各実施例および比較例における、金属線の幅と厚みとの比Ｗ／Ｔと幅方向曲げ剛性と厚み方向曲げ剛性の比ＷＳ／ＴＳとの関係を示すグラフを図５に、金属線の幅と厚みとの比Ｗ／Ｔと打込み本数Ｐとの関係を示すグラフを図６に、それぞれ示す。なお、図５のグラフ中の２本の直線、および、図６のグラフ中の２本の曲線は、それぞれ、前記式（２），（３）の上限値および下限値に対応する。

＜内層ベルト質量＞
各供試タイヤに用いた最内層ベルトの単位面積あたりの質量を測定し、従来例１を１００として指数表示した。この数値が小さいほど最内層ベルトの質量が小さく、軽量であるが、社会的要請に応えるには７５以下が必要となる。

＜耐折れ性試験＞
各供試タイヤを正規リムに装着し充填内圧１気圧のもとで室内ドラム試験機上で１０００ｋｇの荷重を負荷して５０００ｋｍ走行後、タイヤを解剖して最内層ベルトのコードを５０本採取し、金属線の折れ本数を測定した。耐折れ性は、採取本数に対する折れ発生本数を％で表示したもので、数字が大きいほど耐折れ性が劣っていることを示す。

上記表１および２に示すとおり、本発明の条件を満足する実施例１〜４のタイヤにおいては、金属線の折れがなく、かつ、従来例１対比で２５％以上の軽量化が達成されている。これに対し、従来例２のタイヤは、従来例１のタイヤのコード打込み本数を減らしたため、折れが発生した。また、比較例１のタイヤは、金属線の幅と厚みの比Ｗ／Ｔが小さく、幅方向曲げ剛性と厚み方向曲げ剛性の比ＷＳ／ＴＳが小さ過ぎて、折れが発生した。比較例２のタイヤは、内層ベルトを軽量化し過ぎたため、折れが発生した。比較例３のタイヤは、金属線の幅と厚みの比が大きいため、金属線の製造が困難で、金属線加工段階で金属線断面内に亀裂が生じており、このため折れが発生した。さらに、比較例４のタイヤは、従来例１対比での２５％以上の軽量化が達成されていない結果となっている。

１ ビードコア
２ ラジアルカーカス
３ ベルト
４ トレッド部
５ サイドウォール部
６ ビード部
１０ トラック・バス用空気入りラジアルタイヤ
１１，２１ 直線部
１２，２２，２３ 円弧部
２０，３０，４０ 金属線
Ｗ 金属線の幅
Ｔ 金属線の厚み
Ｒ 金属線の円弧部１２の曲率半径
Ｒａ 金属線の円弧部２２の曲率半径
Ｒｂ 金属線の円弧部２３の曲率半径

Claims (3)

1. 左右一対のビードコア間に跨ってトロイド状をなすラジアルカーカスのクラウン部のタイヤ半径方向外側に、少なくとも３層のベルト層からなるベルトを備えたトラック・バス用空気入りラジアルタイヤにおいて、
   前記ベルトの最内層ベルト層が、長手方向に直行する断面が扁平形状である金属線が撚り合わされることなく扁平形状の長径とベルト幅方向とが一致するようにベルト幅方向に平行かつ平面に間隔を空けてゴムに埋設されてなり、
   前記扁平形状の金属線の幅Ｗ（ｍｍ）と厚みＴ（ｍｍ）とが下記式（１）、
   ２．０≦Ｗ／Ｔ≦６．０ （１）
   で表される関係を満足し、
   前記扁平形状の金属線の幅方向曲げ剛性ＷＳ（Ｎ・ｍｍ^２）と、厚み方向曲げ剛性ＴＳ（Ｎ・ｍｍ^２）とが下記式（２）、
   ５．０≦ＷＳ／ＴＳ≦３５．０ （２）
   で表される関係を満足し、かつ、
   前記最内層ベルト層に対する前記扁平形状の金属線の打込み本数Ｐ（本／５０ｍｍ）が下記式（３）、
   −２４．９×Ｌｎ（Ｗ／Ｔ）＋５３．７≦Ｐ≦−３４．４×Ｌｎ（Ｗ／Ｔ）＋８３．３ （３）
   （式中、前記と同じものであり、Ｌｎは自然対数を示す）で表される関係を満足することを特徴とするトラック・バス用空気入りラジアルタイヤ。
2. 前記扁平形状の金属線の断面形状が、一対の平行な直線部と、その外側に凸となって対向する一対の円弧部と、を有するトラック形状である請求項１記載のトラック・バス用空気入りラジアルタイヤ。
3. 前記扁平形状の金属線の断面形状が、一対の平行な直線部と、その外側に凸となって対向する一対の円弧部と、さらに該直線部から該円弧部に推移する部位にもう一対の円弧部と、を有するトラック形である請求項２記載のトラック・バス用空気入りラジアルタイヤ。

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