(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対のビード間でトロイド状に延びるカーカスのクラウン部の径方向外側に、ベルトおよびトレッドをそなえる空気入りタイヤであって、複数本のスチールフィラメントからなるコアのまわりに、コアと同径のスチールフィラメントの複数本を同一方向に撚り合わせてなるシースを配置し、該シースの周囲に巻き付けてシースのスチールフィラメントを拘束する、ラップフィラメントを除外したスチールコードであって、径が0.20mm以下および引張強さが400kgf/mm2以上のスチールフィラメントの３本からコアを構成するとともに、同スチールフィラメントの８本からシースを構成したスチールコードによって、上記カーカスを補強してなることを特徴とする空気入りタイヤ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空気入りタイヤ、特にトラック・バスおよびライトトラック用の重荷重用ラジアルタイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気入りタイヤは、その使用中に生じるスチールコードの摩耗によって、コード強力が低下することが問題となる。すなわち、空気入りタイヤの走行中には、補強材であるスチールコードに繰り返しの曲げ入力があるため、このコードを構成するフィラメント同士にフレッティング摩耗が発生し、フィラメント断面積が減少する結果、コード強力が低下する。
【０００３】
ここで、タイヤを圧力容器と見做した場合、ある一定の安全率を満足するためにカーカスプライの強度を確保しなければならないから、タイヤ寿命末期においても、最低限のカーカスプライ強度が残存している必要がある。従って、カーカスプライには、上記のコード強力の低下を考慮して、ある値以上の強度を付与する必要があるために、所定強力のスチールコードを所定の本数で打込むことが、通例である。いずれにしても、カーカスプライにある値以上の強度を付与するに当たって、プライ全体でのコードの使用量は一定水準を下回ることはなく、換言すると、プライのコード総重量は一定量以上減らすことができないのである。
【０００４】
一方、省エネルギーの観点から、自動車の燃費向上をタイヤの軽量化によっても達成することの要請が強くあり、そのためにはタイヤの補強材であるスチールコードの使用量を削減することが有効である。しかしながら、上記した技術的背景から、スチールコードの使用量を削減することは難しく、タイヤの軽量化の障害となっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明の目的は、十分なケース強度の下に軽量化を達成した空気入りタイヤを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
さて、タイヤに圧力容器として十分の強度を付与しつつ、その軽量化を達成するため、タイヤの軽量化に有利な２層撚り構造のコード、すなわち複数本のスチールフィラメントからなるコアのまわりに、同スチールフィラメントの複数本からなるシースを配置した構造のコードを対象として、タイヤ走行中に不可避に生じる、フィラメント同士のフレッティング摩耗を抑制する手段について種々検討を行った。ここで、２層撚り構造のコードが有利であるのは、単層撚りでは所定強力を得るためにフィラメント径が太くなって大曲げ入力時に低内圧でのコード破断が発生してコード耐久性が低下する不利があり、一方３層以上の撚り構造では撚りが複雑になってフィラメント同士のフレッティングを抑制することが難しくなるからである。
【０００７】
しかしながら、タイヤ走行に伴うカーカスプライコードの強力低下は、３層撚り構造対比で小さいものの２層撚り構造においてもシースのフィラメントの強力低下は大きいことから、この強力低下の主要因を究明したところ、シースの周囲に巻き付けてシースのスチールフィラメントを拘束する、ラップフィラメントとシースフィラメントとのフレッティング摩耗であることを見出した。ここで、ラップフィラメントは、タイヤ製造上、さらには走行中にシースフィラメントの撚りがほぐれるのを防止するために、従来は層撚り構造コードには必須であった。
【０００８】
次に、強力低下の主要因であるラップフィラメントを除去し、これによるフレッティングが発生しないようにしたコードにつき詳細に調査した結果、ラップフィラメントによるフレッティングは当然になくなり、シースフィラメントの強力低下が抑制された。しかしながら、ラップフィラメントがないために、コードの拘束性が悪く、コードを極端に曲げるとフィラメントがほぐれて、一部のフィラメントに異常入力があると、フィラメントが破断する現象が見られた。すなわち、ラップフィラメントを除外したコードの大曲げ入力時の破断寿命は、ラップフィラメントでコードを拘束して安定化したコードに比べ、大幅に低下してしまうのである。以上の検討から、ラップフィラメントを除外した場合は、極端な曲げ入力によるコード寿命の低下を防止するために、フィラメントを何らかの形で拘束する必要があることが明らかになった。
【０００９】
そこで、２層撚り構造のコードにおいて、ラップフィラメントとシースフィラメントとの間のフレッティング摩耗を軽減し、シースフィラメントの強力低下を防止しつつ、フィラメントの拘束を維持して、コード大曲げ入力時のフィラメントへの異常入力を抑制し、かつプライコードの使用重量を軽減する手段を模索した結果、この発明を完成するに到った。
【００１０】
すなわち、この発明は、１対のビード間でトロイド状に延びるカーカスのクラウン部の径方向外側に、ベルトおよびトレッドをそなえる空気入りタイヤであって、複数本のスチールフィラメントからなるコアのまわりに、コアと同径のスチールフィラメントの複数本を同一方向に撚り合わせてなるシースを配置し、該シースの周囲に巻き付けてシースのスチールフィラメントを拘束する、ラップフィラメントを除外したスチールコードであって、径が0.20mm以下および引張強さが400kgf/mm2以上のスチールフィラメントの３本からコアを構成するとともに、同スチールフィラメントの８本からシースを構成したスチールコードによって、上記カーカスを補強してなることを特徴とする空気入りタイヤである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
さて、在来の２層撚り構造のコード、例えば図１に示すように、３本のスチールフィラメント１からなるコア２のまわりに、９本のスチールフィラメント３を撚り合わせてなるシース４を配置し、さらにシース４のスチールフィラメント（以下、シースフィラメントと示す）３の周囲に、これらシースフィラメントを拘束する、ラップフィラメント５をスパイラル状に巻き付けてなる構造のコードにおいて、フィラメントの強力低下が生じることが問題であるのは、上述したとおりである。
【００１２】
とりわけ、タイヤ走行中にシースフィラメント３に生じる極度の強力低下は、ラップフィラメント５がシースフィラメント３の撚り方向と逆向きに撚られているために、シースフィラメント３とラップフィラメント５との接触面積が小さくなって、単位面積当たりの接触圧が大きくなる。さらに、タイヤ転動時のタイヤ接地域にある、カーカスプライにおけるコードには、コード長手方向に対して捻れ入力が生じる。そして、シースの撚りがほぐれる方向に捻れ入力が生じた場合、ラップフィラメント５がシースフィラメント３の撚り方向と逆向きに撚られていると、ラップフィラメント５は撚りが締まる方向に捻れ入力を生じて、両者の間で相対的な移動が起こる。
【００１３】
すなわち、シースフィラメント３およびラップフィラメント５は、接触圧が大きい上に大きな相対移動が起こることから、両者間でのフレッティングにより、シースフィラメント３の断面積減少が進行する結果、シースフィラメント３の強力低下が優先して生じるのである。
【００１４】
また、シースフィラメント３において断面積が減少した部分（フレッティング部）は、フィラメントに施した表面処理層（主にめっき層）が剥離して地金が露出するため、ここからフィラメントが腐蝕しやすくなり、コードのいわゆる腐蝕疲労性にも悪影響を与える。
【００１５】
そこで、この発明では、シースフィラメント３を拘束するラップフィラメント５を除外することによって、上記の不利を一掃したのであるが、一方で、図１に例示したシースフィラメント３が稠密に配置されている、３＋９構造のコードでは、先に述べたように大曲げ入力が生じると、フィラメントがほぐれて、一部のフィラメントに異常入力が生じてフィラメントが破断し、コードの破断寿命が低下することになる。
【００１６】
これに対して、図２に示す、シースフィラメント３間に隙間が存在する３＋８構造のコードでは、該コードを、例えば図３に示す重荷重用空気入りラジアルタイヤのカーカス７に適用した際、シースフィラメント３間の隙間にコーティングゴムが浸透し、コアとシース間の接着が確保されるために、シースフィラメント３がコア２に対して拘束されるため、ラップフィラメントによる拘束と同等の効果を得られること、そしてフィラメント間の隙間の存在によりシースフィラメント３がコア２に沿って変形することが可能になり、異常入力が緩和されること、の相乗効果にて、大曲げ入力時のコード破断を回避してコード寿命の低下が抑えられる。ここに初めて、コード破断寿命の低下をうれうことなしに、ラップフィラメントの除外による、コード強力の低下抑制という効果を享受することができるのである。
【００１７】
なお、図３に示した重荷重用空気入りラジアルタイヤは、１対のビードコア６間でトロイド状に延びるカーカス７、このカーカス７のクラウン部のタイヤ径方向外側に配置した、例えば４層のベルト８およびこのベルト８のタイヤ径方向外側に配置したトレッド９から成るものである。
【００１８】
かくして、コード強力の低下が抑制される結果、新品時のカーカス強度を従来対比で低減することができるため、コードの総重量は従来対比で減少され、従ってカーカスプライの耐久性を維持しつつ、空気入りタイヤなどのゴム物品の軽量化を達成し得る。さらに、この発明では、この３＋８構造に高強力鋼フィラメントを適用することにより、さらなる軽量化を達成する。
【００１９】
なお、同一線径フィラメントコードにおいてシースの本数を７本以下としたコードでは、カレンダー工程において、シースフィラメントの偏りが発生してゴムの浸入が不均一となり、シースフィラメントのコアに対する拘束が不十分となり、またフィラメント径を太くしないと強力が不足する、ことが問題となる。
【００２０】
また、上記の対策を施したコードでも、フィラメント径が太くなると、コードに極端な曲げ入力があった際、フィラメントの破断が発生する。これを回避するためには、フィラメントの表面歪みを低減することが有効である。
ここに、一般にフィラメントの表面歪みεは、
ε＝Ｄ／２Ｒ
ただし、Ｄ：フィラメント径（mm）
Ｒ：コードを曲げたときの曲率半径（mm）
で近似される。つまり、一定の曲げ入力Ｒの下で、フィラメントの表面歪みεを低減するためには、フィラメント径Ｄを出来るだけ細くすることが有効である。
【００２１】
具体的には、重荷重用ラジアルタイヤにおいて、そのカーカスプライに極端な曲げ入力があった際、フィラメントが破断しないフィラメント径は、上記の効果を加味したコードで、0.20mm以下であることが、確認された。
すなわち、この発明では、後述するように、高強力鋼材を用いることにより、３＋８構造において、従来鋼材を用いた場合に比較して細線径化できる結果、さらなるフィラメント表面歪の低減が軽量化に併せて達成される。
【００２２】
その他、乗用車用ラジアルタイヤや軽トラック用タイヤについては、上記と同様の実験を適宜行うことによって、フィラメント径の好適上限をもとめることができる。
【００２３】
さらに、この発明のコードでは、フィラメントの引張強さが400kgf/mm2以上のスチールフィラメントを組み合わせることにより、フィラメント径を細くしても、従来使用している同300kgf/mm2のスチールフィラメントを撚り合わせたコードによるカーカスプライと同等のカーカス強度が得られるため、空気入りタイヤの軽量化を図れる。
【００２４】
【実施例】
図３に示した、タイヤサイズ：11R22.5 14PRのトラックバス用ラジアルタイヤのカーカス７に、図２に示したところのスチールコードを、表１に示す仕様の下に適用し、かくして得られた各タイヤについて、下記試験条件を共通にして、各種実験を行った。
0003708678.tif 000002
【００２５】
すなわち、この発明に従う３＋８構造（発明例）と対比して、新品のコード強力を100 とする指数表示により表す、各コードの通常走行後のコード強力保持率、通常走行後のシースフィラメントのフレッティング深さ、タイヤのビード部およびショルダー部のセパレーションの有無、大曲げ入力走行後のフィラメント破断率について、各種実験により評価した。
【００２６】
また、比較として、発明例とカーカス強度を同一とする条件の下で、ラップフィラメントを有する撚り構造３＋９＋１のコードを使用したタイヤ（比較例１：コントロール）、比較例１におけるラップフィラメントを除外した３＋９構造のコードを使用したタイヤ（比較例２）、従来の鋼材によるフィラメントからなるコードで、発明例と打ち込み数を等しくした３＋８構造のコードを使用したタイヤ（比較例３）、従来の鋼材によるフィラメントの径を発明例と同じにした３＋８構造のコードを使用したタイヤ（比較例４）、フィラメント径がこの発明の範囲外である３＋８構造のコードを使用したタイヤ（比較例５）についても、同様に実験を行った。
これら比較例および発明例に対する評価結果を、表１に併記する。なお、各評価方法は、次のとおりである。
【００２７】
(1) コード強力保持率
コード強力保持率は、通常条件のドラム走行後にタイヤのカーカスから取り出したコード10本を、インストロン式引張り試験機にて破断強さを測定し、その平均値を、各コードを適用した新品タイヤ（比較例１）より引き抜いたコード10本の同破断強さの平均値で除したものを、百分率で表示した。
【００２８】
(2) フレッティング深さ
通常条件のドラム走行後にタイヤのカーカスから取り出したコード１本から、さらにシースフィラメントを２本取り出し、タイヤ赤道面の両側15.0cm±２cmの範囲における、図４にＤf で示す、フレッティング摩耗によるフィラメント径の減少分を測定し、その最大値を表示した。
【００２９】
(3) タイヤのビード部およびショルダー部のセパレーションの有無
通常条件のドラム走行後にタイヤのビード部およびショルダー部を解剖し、カーカス端とショルダー部にセパレーションが発生しているかどうかを確認した。ちなみに、カーカス用のトリート材におけるコードの打込みが密になると、カーカス端のセパレーションが発生し易くなり、逆にコードの打込みが粗になると、ショルダー部のセパレーションが発生し易くなる。
【００３０】
(4) 大曲げ入力時のフィラメント破断率
大曲げ入力条件で１万kmドラム走行させたタイヤのカーカスから、コード10本分を取り出して、そのうちの破断したフィラメントの本数を数え、コード10本分のフィラメント総数で除したものを百分率で表示した。ちなみに、フィラメント破断率は低い方が良い。
【００３１】
【表１】
0003708678.tif 000003
【００３２】
【発明の効果】
この発明によれば、ラップフィラメントを除外したスチールコードにおいて、所定のフィラメントの３本からコアを構成するとともに、同フィラメントの８本からシースを構成することによって、コード強力およびコード破断寿命の低下を抑制することができる。従って、該スチールコードをタイヤのカーカスに適用することによって、カーカスプライの軽量化とカーカスプライの耐久性の両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】３＋９＋１構造の２層撚りコードの断面図である。
【図２】この発明に従う３＋８構造の２層撚りコードの断面図である。
【図３】重荷重用タイヤの構造を示す模式図である。
【図４】フレッティング深さを示す模式図である。
【符号の説明】
１  フィラメント
２  コア
３  シースフィラメント
４  シース
５  ラップフィラメント
６  ビード
７  カーカス
８  ベルト
９  トレッド
【図１】
0003708678.tif 000004
【図２】
0003708678.tif 000005
【図３】
0003708678.tif 000006
【図４】
0003708678.tif 000007