(57)【要約】【課題】超高強力スチールコードを最適に使用して、従来不可能であったカーカスの構造を創作し、かつ、その最適な設計範囲を見出して、とくにはカーカスの巻き返し端部分のスチールコード間の亀裂の進展を抑制して、耐久性を向上することができる重荷重用空気入りラジアルタイヤを提供する。【解決手段】一枚以上のカーカスプライをビードコアの周りに巻き返してトロイダルに配設してなるカーカスのクラウン部の外周側にトレッドゴムを配設し、このトレッドゴムとカーカスとの間に、一層以上のベルト層よりなるベルトを配設してなる重荷重用空気入りラジアルタイヤであって、  前記カーカスプライを、引張り強さが３０００ＭＰａ以上のフィラメントよりなり、コード径が２．５〜５．５ｍｍである、複撚り構造のスチールコードにより構成し、  前記スチールコードの空隙率を０．６５〜０．７０としてなる重荷重用空気入りラジアルタイヤ。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一枚以上のカーカスプライをビードコアの周りに巻き返してトロイダルに配設してなるカーカスのクラウン部の外周側にトレッドゴムを配設し、このトレッドゴムとカーカスとの間に、一層以上のベルト層よりなるベルトを配設してなる重荷重用空気入りラジアルタイヤであって、
前記カーカスプライを、引張り強さが３０００ＭＰａ以上のフィラメントよりなり、コード径が２．５〜５．５ｍｍである、複撚り構造のスチールコードにより構成し、
前記スチールコードの空隙率を０．６５〜０．７０としてなる重荷重用空気入りラジアルタイヤ。
【請求項２】
前記スチールコードのコード径にかかわらず、カーカスプライを構成するトリートのゴムゲージを一定としてなる請求項１に記載の重荷重用空気入りラジアルタイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主には、建設車両等に用いて好適な、カーカスプライの耐久性を高めた重荷重用空気入りラジアルタイヤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ゴム製品の典型例である空気入りタイヤ、中でも、建設車両用の重荷重用ラジアルタイヤは、例えば、大規模土木工事現場や鉱石採掘場で使用される大型ダンプカーなどに装着されて使用されるため、荒れた地表上で、重い負荷のもとに過酷な稼動条件が課されることになる。このような重荷重用ラジアルタイヤは、一枚以上のカーカスプライをビードコアの周りに巻き返してトロイダルに配設してなるカーカスのクラウン部の外周側に、一層以上のベルト層よりなるベルトを配設してトレッド部を補強する構造が一般的に採用されている。
【０００３】
このようなタイヤでは、特に凹凸の激しい不整地で重い荷重条件のもとで使用されるため、トレッド部は大きな変形を受けて、その結果、大きな圧縮力に起因して、カーカスを構成するコード部材間には、歪が繰り返して発生することになる。このため、このような重荷重用ラジアルタイヤでは高度な耐久性が要求されることになる。
【０００４】
また、近年、建設車両用の重荷重用空気入りラジアルタイヤのカテゴリーにおいても、耐摩耗性を高めたトレッドゴム材料やトレッドパターンの開発がなされ、従前のタイヤに比して、二割以上の摩耗ライフを具現化する技術が開発されており、それに対応する意味でも、カーカスの骨格部材間の耐久性の向上の必要性は更に高まってきている。
【０００５】
とりわけ、骨格部材とゴムの境界に位置する、骨格部材の端部からの亀裂を有効に防止することが肝心であり、その中でも、カーカスの巻上げ端は、特にたわみの大きいサイドウォール部に位置するため、局部的な歪を顕著に受けるため、耐久性向上に関して特に重要な部位となっていた。
【０００６】
一方、カーカスの骨格部材として使用されるスチールコードの開発も進んでおり、同一のコード径でも、より効果的に高い引張り強さを発揮するコード構造の開発が近年なされている。通常、カーカスの補強材として使用されるスチールコードとしては、複数本のフィラメントを撚り合わせたストランドを、さらに複数本撚り合わせて、複撚り構造としたものが使用されている。
【０００７】
このような複撚り構造のスチールコードは、そのコード径を増しても、引張り強さは所望したとおりの引張り強さを発揮することはできない。つまり、フィラメントのみの引張り強さを高めても、スチールコード全体としての引張り強さは、単一フィラメントの引張り強さの総和には相当し得なかった。このような現象は、特に建設車両用の重荷重用空気入りラジアルタイヤにおいて求められるような、高い引張り強さ、特には、引張り強さが３０００ＭＰａ以上のフィラメントを使用した場合に顕著であった。
【０００８】
そこで、特許文献１に記載されているように、巧妙に異なる径を有するフィラメントを用いて、それによって形成されるストランドの組み合わせを選択することで、３０００ＭＰａ以上の引張り強さを有するフィラメントを用いた、複撚り構造のスチールコードにおいても、従前のスチールコードに比して、２０〜４０％もの引張り強さの向上が可能となった。
【０００９】
このような高い引張り強さを有するスチールコード（以下超高強力スチールコードという）は、建設車両用の重荷重用空気入りラジアルタイヤにおいて、効果的に活用できる可能性を秘めており、例えば、十分な引張り強さを確保しつつ、コード径を下げる、または、コードの打込み本数を下げる等の、従来不可能であった設計自由度を新たに与えるものである。そしてこのような超高強力スチールコードは、今後建設車両用の重荷重用ラジアルタイヤの構造部材として、その効果の大きさから主流をなし、既存の構造部材と置換されていくものと予想される。このような状況において、超高強力スチールコードを最適に使いこなすタイヤ設計手法の創作は不可欠であり、次世代タイヤの設計の重要な基礎となるものである。
【００１０】
ここで、コードの打込み本数とは、規定の空気圧を充填したタイヤの、タイヤ赤道面上のカーカスプライを構成するスチールコードと交わり、かつ、前記スチールコードの延在方向と垂直をなす平面内における、カーカスプライを構成するスチールコードの本数を言うものとする。
さらにこのような超高強力スチールコードは、前述したように、同一強度でコードの打込み密度を低減することが可能であることから、タイヤ重量の低減を図り、車両運行上の省エネルギーを図ることもできる。
【００１１】
ここで従来のタイヤの設計手法について述べる。タイヤの設計のうち特にカーカスの設計において、第一に保証されるべき物理量としてカーカスの破壊圧がある。カーカスの破壊圧Ｐｂは以下の数１で表わされ、タイヤのサイズごとに固有の値となる。
［数１］
Ｐｂ＝（Ｌ１×Ｎ×Ｔ）／（π×（Ｒｍ２−Ｒｖ２））
【００１２】
ここで、
Ｐｂ：カーカスの破壊圧：無負荷の状態で、タイヤが破壊する充填空気圧
Ｌ１：カーカスプライ貼り付け長さ：成型時の平板状のカーカスの長さ
Ｔ：カーカスプライを構成するスチールコードの引張り強さ
Ｎ：カーカスプライの単位幅（通常は５０ｍｍ）当りの前記スチールコードの打込み本数（打込み本数の定義は［００１０］参照）
Ｒｍ：カーカスプライ半径：タイヤのカーカスプライの内径／２
Ｒｒ：リム半径：リム径／２
Ｒｖ：有効半径：（Ｒｍ＋Ｒｒ）／２
である。
【００１３】
同一のサイズのタイヤにおいては、Ｌ１、Ｒｍ、Ｒｖが一定となるため、数１は、以下の数２に変形することができる。
［数２］
Ｐｂ＝Ａ×（Ｎ×Ｔ）
【００１４】
ここで、
Ａ：タイヤのサイズごとに固有の定数
つまり保証されるべき破壊圧Ｐｂは、スチールコードの引張り強さＴと、その打込み本数Ｎの積に比例することが分かる。
【００１５】
ここでスチールコードの引張り強さについて考察する。従来のタイヤの設計手法では、スチールコードを構成するフィラメント単体の引張り強さを上げても、スチールコード全体としての引張り強さを増強することができなかった。とくに、フィラメントあたりの引張り強さが３０００ＭＰａ以上の領域では、断面内本数がスチールコードの引張り強さを支配することになる。ここで、フィラメントの断面内本数はスチールコード径と換言することができるので、概念的に、以下の数３が成り立つ。
［数３］
Ｔ＝Ｂ×π×Ｄ２／４
【００１６】
ここで、
Ｄ：スチールコードの径
Ｂ：スチールコードの材質固有の定数
数２および数３より、以下の数４が導かれる。
［数４］
Ｐｂ＝Ａ‘×（Ｎ×Ｄ２）
【００１７】
ここで、
Ａ‘＝Ａ×Ｂ×π／４であり、タイヤのサイズと材質により定まる定数である。
数４を変形して以下の、数５が得られる。
［数５］
Ｎ＝Ｐｂ／（Ａ‘×Ｄ２）
【００１８】
以上述べたような破壊圧による設計の他に、従来用いられてきた設計手法として、カーカスプライを構成するスチールコードの空隙率を規定する手法がある。空隙率とは、規定の空気圧を充填したタイヤの、タイヤ赤道面上のカーカスプライをなすスチールコードと交わり、かつ、当該スチールコードの延在方向と垂直をなす平面内における、当該スチールコードの空隙量をその打込み間隔で除したものである。つまり、図１に示す、隣接するスチールコード１の空隙量Ｋを、スチールコード１の打込み間隔Ｌで除したものである。よって、空隙率Ｉは以下の、数６で表わされる。
［数６］
Ｉ＝Ｋ／Ｌ
【００１９】
空隙率を規定する手法は、経験的に導かれた部分もあり、十分な力学的考察を与えるものではないが、各部材の寸法の相似関係を一定の範囲に保つことが適切であるとの考え方である。建設車両用の重荷重用ラジアルタイヤにおいては、前記空隙率は、概ね０．６０〜０．６４の範囲に設定されており、例えば、
２７．００Ｒ４９のサイズのタイヤでは０．６４、
３０．００Ｒ５１のサイズのタイヤでは０．６２、
３３．００Ｒ５１のサイズのタイヤでは０．６３、
３７．００Ｒ５７のサイズのタイヤでは０．６２、
４０．００Ｒ５７のサイズのタイヤでは０．６２、
となっている。
【００２０】
ここで、Ｍをスチールコードの打込み本数を定義する単位長さ（通常は５０ｍｍ）とすると、空隙量Ｋと打込み間隔Ｌは、それぞれ、以下の数７および数８のように表わすことができる。
［数７］
Ｋ＝（Ｍ−Ｎ×Ｄ）／Ｎ
［数８］
Ｌ＝Ｍ／Ｎ
【００２１】
以上のべた、数５〜数８により以下の数９が導かれる。
［数９］
Ｉ＝１−Ｐｂ／（Ｍ×Ａ‘）×１／Ｄ
ここでも、Ｐｂ／（Ｍ×Ａ‘）はタイヤのサイズと材質により定まる定数であるため、これをＣとすると、以下の数１０が導かれる。
［数１０］
Ｉ＝１−Ｃ×１／Ｄ
【００２２】
ここで、通常のスチールコードを用いた条件のもと、数１０をグラフにて表示すると、図２の曲線αのようになる。前述したように、通常のスチールコードを用いた従来のタイヤでは、空隙率Ｉを０．６０〜０．６４の範囲とするため、設計範囲は、図２に示す領域Iとなる。
【００２３】
ところが、先に述べたような、引張り強さが３０００ＭＰａ以上のフィラメントよりなる超高強力スチールコードを、最適に適用し得る重荷重用ラジアルタイヤの設計手法は未だ確立されておらず、したがって、最適な重荷重用ラジアルタイヤを提供するには至っていなかった。
【００２４】
【特許文献１】国際公開第０１／３４９００号パンフレット（国際出願番号ＰＣＴ／ＪＰ００／０７９４４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
この発明は、従来技術が抱えるこのような問題点を解決することを課題とするものであり、それの目的とするところは、超高強力スチールコードを最適に使用して、従来不可能であったカーカスの構造を創作し、かつ、その最適な設計範囲を見出して、とくにはカーカスの巻き返し端部分のスチールコード間の亀裂の進展を抑制して、耐久性を向上することができる重荷重用空気入りラジアルタイヤを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明に係る重荷重用空気入りラジアルタイヤは、一枚以上のカーカスプライをビードコアの周りに巻き返してトロイダルに配設してなるカーカスのクラウン部の外周側にトレッドゴムを配設し、このトレッドゴムとカーカスとの間に、一層以上のベルト層よりなるベルトを配設してなるものであって、
前記カーカスプライを、引張り強さが３０００ＭＰａ以上のフィラメントよりなり、コード径が２．５〜５．５ｍｍである、複撚り構造のスチールコードにより構成し、
前記スチールコードの空隙率を０．６５〜０．７０としてなる。
【００２７】
これによれば、カーカスプライ内のスチールコード相互間の空隙量をなるべく大きくして、スチールコード間の歪量を低減することができる。つまり、図３（ａ）に示すように、内圧充填および荷重負荷の条件下で、カーカス巻上げ端部分の周辺部材の引っ張り歪Ｅおよび圧縮歪Ｆにより、カーカス巻上げ端に発生した亀裂が、図３（ｂ）に示すような、タイヤが回転するときのスチールコード１間における周方向変形による歪Ｇにより、更に進展することを、前記歪Ｇを低減することにより有効に防止することができる。また、コード径を上述したような小さい範囲とすることにより、スチールコードの質量をその分小さくすることができるため、タイヤ全体の重量軽減を図ることもできる。
【００２８】
ここで、カーカスプライをなすスチールコードの空隙率とは、規定の空気圧を充填したタイヤの、タイヤ赤道面上のカーカスプライをなすスチールコードと交わり、かつ、当該スチールコードの延在方向と垂直をなす平面内における、当該スチールコードの空隙量をその打込み間隔で除したものである。つまり、図１に示す、当該カーカスプライをなして隣接するスチールコード１の空隙量Ｋを、スチールコード１の打込み間隔Ｌで除したものである。（［００１８］［数６］参照）
コード径を２．５ｍｍより小さくする、または、５．５ｍｍより大きくすると、複撚り構造のスチールコードとして、一般的な構造ではなくなるため好ましくない。
なお、超高強力スチールコードとは、引張り強さが３０００ＭＰａ以上のものを言うが、生産上の制限から、通常は４０００ＭＰａ以下のものが用いられる。
【００２９】
ここで、空隙率を０．６５〜０．７０とすることについて、先ほど用いた図２を用いて説明する。引張り強さが３０００ＭＰａ以上のフィラメントよりなる、いわゆる超高強力スチールコードはコード径が小さくても、高い引張り強さを発揮することができることから、数１０によって与えられる曲線は、曲線αに比してよりＩ＝１およびＤ＝０に近づいて、曲線γをなす。
また、図２中曲線σは、空隙量が一定となる曲線を示し、曲線σよりも上の領域では空隙量はより大きくなり、下の領域では空隙量はより小さくなる。図２中、交点イは従来コードによる設計値の一例である。
【００３０】
従来の設計範囲では、空隙率は０．６０〜０．６４の範囲としていたが、この範囲を超高強力スチールコードを用いたタイヤに適用すると、空隙率の範囲が、図２に示す曲線σよりも下の領域IIとなるため、空隙量が小さくなり、スチールコード間の歪を低減して亀裂の進展を防止する上で好ましくない。このため本願発明では、図２の領域IIIに示すように、空隙率を曲線σより上の、０．６５〜０．７の範囲とする。ここで空隙率の上限値を０．７とするのは、空隙率を０．７より大きくすると、空隙量が大きくなりすぎて、製造時に生タイヤの拡張を伴うラジアルタイヤにおいては、カーカスプライのスチールコードがタイヤ内面に析出するという不具合が生じるためである。
【００３１】
さらに好ましくは、請求項２に記載したように、前記スチールコードのコード径にかかわらず、カーカスプライを構成するトリートのゴムゲージを一定とする。
ここでゴムゲージとは、図４に示すトリート表面とスチールコードとのトリート厚み方向の距離ｒ１、ｒ２である。図４中、２はトリートを、３はスチールコードを、ｒ３はトリートゲージを、Ｄはコード径を示す。
【００３２】
これによれば、カーカスプライを構成するスチールコードと、他の部材を構成するスチールコードとの間ゲージを、従来のコード径の大きいスチールコードを用いたタイヤと同等とすることができる。これによれば、従来のタイヤの、カーカスプライを構成するスチールコードと、他の部材を構成するスチールコードとの間の歪と、本願発明に係るタイヤの、カーカスプライを構成するスチールコードと他の部材を構成するスチールコードとの間の歪を同等とすることができ、前記歪の増加を防止して、亀裂発生等の故障を防止することができる。
ここで他の部材とは、カーカス本体部においてはベルト層を、ビード部においてはビードコアを、カーカスプライ巻上げ端部においてはカーカス本体部を示すものとする。
【００３３】
図５は、カーカスを構成するスチールコードと他の部材を構成するスチールコードとの間ゲージを、トリートゲージを同じとしてコード径Ｄを小さくした場合と、前記ゴムゲージをコード径の減少分だけ小さくした場合とをあわせて示す模式図である。
図５中、２はトリートを、３はスチールコードを、４は他の部材を、５は他の部材を構成するスチールコードを示す。
【００３４】
図５（ｂ）に示すように、トリートゲージを同じとしてコード径Ｄを小さくした場合には、スチールコード３とスチールコード５の間ゲージは、Ｒ１よりも大きいＲ２となる。
請求項２に記載したように、図５（ｃ）に示すごとく、ゴムゲージをコード径Ｄの減少にかかわらず一定とした場合には、スチールコード３とスチールコード５の間ゲージは、Ｒ１のままで、変化しない。このため、スチールコード３とスチールコード５との間の歪を、従来タイヤと同等とすることができ、前記歪の増加を防止して、亀裂発生等の故障を防止することができる。また、ゴムゲージを一定として、スチールコード３および５のコード径を小さくすると、その分トリート２および他の部材４のゲージＲ３、Ｒ４は小さくなり、タイヤ全体の軽量化を図ることができる。
【００３５】
なお、本願発明の請求項１に示したような、カーカスプライを構成するスチールコード間の空隙量を大きくして、当該スチールコード間の歪を低減して、カーカスプライ巻上げ端部から発生する亀裂の進展を抑制するという手法は、超高強力スチールコードを用いない従来のタイヤにも適用可能ではある。
【００３６】
ところが、図２に示すように、本願発明の空隙率を従来のタイヤに適用すると、その設計範囲は図２中の領域IVに示す位置となり、コード径を非常に大きくする必要が生じるため、コード自体の成型において工数が増えるとともに、コード径の大径化に伴い、カーカスプライを構成するトリートのゲージそのものも増大して、タイヤ全体の重量増加を招くばかりか、タイヤの発熱量をも増大させてしまうというデメリットを生じる。
【００３７】
この場合、トリートのゲージを同一に保ちコード径のみを大きくする手法も考えられるが、他の部材との間ゲージが変化するため、当該トリートと他の部材との間の歪関係が変化して耐久性に問題が生じる可能性があるため好ましくない。このため、超高強力スチールコードを用いない、従来タイヤにおいては、空隙率を大きくする上述の亀裂進展抑制の手法を適用することは、適切ではない。
【発明の効果】
【００３８】
上述したところから明らかなように、本発明によれば、カーカスプライ内のスチールコード相互間の空隙量をなるべく大きくして、スチールコード間の歪量を低減することができる。これにより、とくにはカーカス巻上げ端部分のスチールコード間の亀裂の進展を有効に防止することができる。さらに、コード径を上述したような小さい範囲とすることにより、スチールコードの質量をその分小さくすることができるため、タイヤ全体の重量軽減を図ることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を、図に示すところに基づいて説明する。
図６はこの発明の一実施形態を、タイヤを適用リムに装着するとともに、規定の空気圧を充填したタイヤの半部について示すトレッド部の幅方向断面図である。図中６はカーカスプライを示す。ここでは、ビードコア７間でトロイダル状に延び、側部部分をビードコア７の周りに巻き返してなるカーカスプライ１のクラウン部の外周側に、四層のベルト層８、９、１０、１１を配設するとともに、ベルト層１１の外周側にトレッドゴム１２を配設する。
【００４０】
表１はこの発明の一実施形態を、従来のタイヤと比較して示す表である。
表１中、タイヤ外径とは、タイヤを適用リムに装着するとともに、規定の空気圧を充填し、無負荷状態としたタイヤの外径をいう。
タイヤ断面幅とは、タイヤを適用リムに装着するとともに、規定の空気圧を充填し、そこに無負荷状態のタイヤ側面の模様又は文字など全てを含むサイドウォール間の直線距離、つまり総幅からタイヤの側面の模様、文字などを除いた幅をいうものとする。
トレッド踏面幅とは、タイヤを適用リムに装着するとともに、規定の空気圧を充填し、そこに最大負荷能力に対応する質量を負荷したときの接地幅をいうものとする。
【００４１】
ここで適用リムとは下記の規格に規定されたリムをいい、規定の空気圧とは、下記の規格において、最大負荷能力に対応して規定される空気圧をいい、最大負荷能力とは、下記の規格でタイヤに負荷することが許される最大の質量をいう。
そして規格とは、タイヤが生産又は使用される地域に有効な産業規格によって決められている。例えば、アメリカ合衆国では”THE TIRE and RIM ASSOCIATION INC.のYEAR BOOK”であり、欧州では”The European Tyre and Rim Technical OrganisationのSTANDARDS MANUAL”であり、日本では日本自動車タイヤ協会の”JATMA YEAR BOOK”である。
【００４２】
【表１】
2005219596.tif 000003
【実施例】
【００４３】
以下に、本発明に係るタイヤの実施例について説明する。
本発明に係るタイヤの耐久性を評価する目的で、表１に示す、実施例タイヤ１および比較例タイヤ１の、カーカス巻上げ端部分のスチールコード間の歪量をＦＥＭにより計算にて求めた。
結果を表１に示す。
【００４４】
また、同じく本発明に係るタイヤの耐久性を評価する目的で、供試タイヤとして、図５および表１に示す実施例タイヤ１および比較例タイヤ１を用意して、表１に示すリムにリム組するとともに、充填空気圧を７００ｋＰａとして、試験速度８ｋｍ／ｈ、合計３８４時間の中で、試験荷重をＴＲＡに規定される最大負荷能力（１００％：６０ｔ）の１５０％で９６時間、１６０％で９６時間、１７０％で９６時間、１８０％で９６時間と段階的に変化させて、ドラム試験走行試験を行い、当該タイヤのカーカス巻上げ端部分のスチールコード間の亀裂の長さをそれぞれのタイヤについて測定した。
【００４５】
表１に示すところによれば、実施例タイヤ１では、比較例タイヤ１に比してカーカス巻上げ端部分のスチールコード間の歪量を１３％低減できていることがわかる。
また、それに伴い、カーカス巻上げ端部分のスチールコード間の亀裂の長さも５５％低減できていることが分かる。歪量の低減量に比べて亀裂長さの低減量が大きくなっているが、亀裂の進展速度は、歪とは必ずしも線形の関係にはないため、妥当な値であると評価できる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、いわゆる超高強力スチールコードをカーカスプライに使用して、とくにはカーカス巻上げ端部分のスチールコード間の歪量を低減して、当該巻上げ端から発生する亀裂の進展を抑制することができる重荷重用空気入りラジアルタイヤに適用して効果的なものである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】この発明に使用する物理量としての空隙量を示す模式図である。
【図２】この発明に使用するコード径と空隙量の設計範囲を示すグラフである。
【図３】カーカス巻上げ端部分の亀裂の発生と進展を模式的に示す図である。
【図４】カーカスプライをなすトリートのゴムゲージとトリートゲージを示す模式図である。
【図５】トリートゲージを一定としてコード径を小さくした場合のコード間距離の変化を示す模式図である。
【図６】この発明の一実施形態をタイヤの半部について示すトレッド部の幅方向断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１    スチールコード
２    トリート
３    スチールコード
４    他の部材
５    スチールコード
６    カーカスプライ
７    ビードコア
８    ベルト層
９    ベルト層
１０    ベルト層
１１    ベルト層
１２    トレッドゴム
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005219596.tif 000006
【図４】
2005219596.tif 000007
【図５】
2005219596.tif 000008
【図６】
2005219596.tif 000009