(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１プライのラジアルカーカス（２２）と、該ラジアルカーカス（２２）の外周側に配置された補強ベルト（２３）とを具え、該補強ベルトは、複数本の補強コード（４２）がゴム（４１）中に埋設されたリボン（４０）をトレッド部の周方向に対して所定の角度で順次スパイラル状に巻回してなるスパイラルベルト層（２４）を有する空気入りラジアルタイヤにおいて、
前記スパイラルベルト層（２４）を構成するリボン（４０）の横断面内で、補強コード（４２）がリボン（４０）の厚さ方向および幅方向に分散して配置されていることを特徴とする空気入りラジアルタイヤ。
【請求項２】
前記リボン（４０）の横断面内で幅方向に隣り合う補強コード（４２）の中心同士を曲線で結んだとき、該曲線は、リボン（４０）の厚さ方向に見て少なくとも１個の山及び／又は谷を有することを特徴とする請求項１記載の空気入りラジアルタイヤ。
【請求項３】
前記リボン（４０）の厚さ方向における補強コード（４２）の最大分散量（ｃ）が１〜３ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気入りラジアルタイヤ。
【請求項４】
前記曲線における互いに隣り合う山および谷の幅方向における中心間距離（ｄ）と、前記リボン（４０）の厚さ方向における補強コード（４２）の最大分散量（ｃ）との比（ｄ／ｃ）が０．２〜６であることを特徴とする請求項３記載の空気入りラジアルタイヤ。
【請求項５】
前記リボン（４０）の横断面形状が平行四辺形であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の空気入りラジアルタイヤ。
【請求項６】
前記補強コード（４２）が有機繊維からなることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の空気入りラジアルタイヤ。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は空気入りラジアルタイヤに関するものであり、特に、カーカスの外周側に配置されたスパイラルベルトに改良を加えてトレッド偏摩耗を抑制可能とした空気入りラジアルタイヤに係るものである。
背景技術
空気入りラジアルタイヤのトレッドパターンは主として操縦安定性、ウェット性能等の性能面から決定されることが多く、トレッドにタイヤの周方向および幅方向に延在する複数の溝を配置することによりブロック陸部を点在させて配置するのが一般的であるため、トレッドに偏磨耗が発生する傾向がある。トレッドの偏磨耗を防止する目的でブロック形状を変更することも考えられるが、ブロック形状を変更するとタイヤの基本性能として必要な操縦安定性、ウェット性能等を確保するのが困難となるので、実際にはそのような変更は行われていない。そのために、ブロック形状を変更することなく、ベルト構造に改良を加えてトレッド偏磨耗を抑制するのが望ましい。
発明の開示
本発明は、複数本のコードがゴム中に埋設されたリボンをトレッド部の周方向に対して所定の角度で順次スパイラル状に巻回してなる巻回層、いわゆるスパイラルベルト層がラジアルカーカスの外周に配置された空気入りラジアルタイヤにあっては、スパイラルベルトの構成に改良を加えればブロック形状の変更を要せずにトレッド偏摩耗を効果的に抑制し得るとの着想に基づくものである。
発明者は、上記着想を具体化すべく、トレッド偏磨耗の発生メカニズムとその抑制防止策について鋭意検討を重ねた。その結果は以下のとおりである。
先ず、駆動力によるタイヤのトレッド偏摩耗は次の因果関係の下で発生するものと考えられる。すなわち、図１に示すように、タイヤ１０の最外ベルト層１１、すなわちスパイラルベルト層上における任意のＰ点と、このＰ点を通る最外ベルト層の法線がトレッドと交差するＱ点との間における相対的位置関係に着目する。この場合、タイヤ１０に駆動力が負荷されるとトレッドゴム１２が接地面内で剪断変形を受け、接地面外ではベルト層１１上のＰ1点を通る法線上に位置するトレッド上のＱ1点が、接地面内ではＰ2点に対して回転方向Ｒで遅れたＱ2点まで相対的に後退する。換言すれば、接地面外でベルト層１１に対して直交する線分Ｐ1−Ｑ1で示す関係が、接地面内ではベルト層１１上のＰ2点を通る法線ｎに対して傾いた線分Ｐ2−Ｑ2で示す関係に変化し、その際にトレッドゴム１２が剪断変形を受けるものである。この関係は、線分Ｐ3−Ｑ3で示すようにトレッドが接地面外に出る直線まで維持される。そして、トレッドが接地面外に出た直後にトレッドゴム１２が復元して線分Ｐ4−Ｑ4で示す関係、すなわち、トレッド上のＱ4点が、線分Ｐ1−Ｑ1におけるＱ1点と同様に、ベルト層１１上のＰ４点を通る法線上に位置する関係が回復される。この復元に際してトレッドゴム１２の剪断歪が急激に解放されるためにトレッドゴム１２のすべりが発生し、特にブロックの蹴り出し側におけるエッジ部の磨耗量が相対的に増大し、これがいわゆるヒール・アンド・トー摩耗の要因となるものである。
このことから、接地面外に出る直前のトレッドゴムにおける剪断歪を小さくすれば、ヒール・アンド・トー磨耗を抑制することが可能であることが了解される。発明者は、踏込直後におけるトレッドゴムの変形がタイヤのベルト構造にあまり依存しないことを実験的に確認し、それに基づきトレッドの蹴り出し側で最外側ベルト層１１とトレッドとの間の相対変位、すなわち図１における線分Ｐ3−Ｑ3で示される剪断変形を図２における線分Ｐ3A−Ｑ3Aで示される変形のように小さくすればトレッド磨耗を抑制できることを見出した。
さらに発明者は、タイヤが路面に対して押し付けられる際に荷重直下付近でトレッド部に顕著な曲げ変形が発生し、その曲げ変形によりベルト層の周方向に沿ってベルトの長手方向中心軸線を中心とする圧縮変形が発生していることに着目した。そして、最外側ベルト層を曲げの中立面からなるべく離れた場所に配置すればベルト層の圧縮変形量を増加させることができ、ひいては最外側ベルト層とトレッドとの間の相対変位を減少できるものと考えた。そこで、曲げの中立面からなるべく離れた場所に最外側ベルト層を配置すべく、最外側ベルト層と外側から２層目のベルト層との間に厚さ１ｍｍ程度のゴム層を配置してみたが、所期の効果は得られなかった。
その原因を探求したところ、トレッド部の曲げ変形に起因する最外側ベルト層の圧縮変形が、最外ベルト層の内側に配置したゴム層の変形（いわゆる緩衝変形）により吸収されてしまうため、最外側ベルト層に十分な圧縮変形が発生しないことが判明した。そこで、このようなゴムの緩衝変形を抑制し、かつ、最外側ベルト層を曲げの中立面からなるべく離れた場所に配置するために、後述する実施例におけるように、コードを例えば２ｍｍ程度の厚さのゴム層内で、その幅方向のみならず、タイヤの半径方向にも分散配置してなるリボンを順次タイヤ軸線方向にスパイラル巻回してスパイラル層を形成したところ、図２に白抜き矢印で示すように最外側ベルト層を大きく圧縮変形させることができ、特に接地中心付近では圧縮変形量を約２５％も増加することが可能となった。これは、最外ベルト層のゴム材料がコードにより実質的に分断され、このコードの配置により緩衝変形を抑制できるからである。なお、コード配置における山と谷の間隔を適正に設定すれば、タイヤ半径方向におけるコードの分散に伴う幅方向の不均一性は問題にならず、一つの厚い保護層とほぼ同様の機能を発揮できることも判明した。
本発明は、上記の開発プロセスを経て完成されたものであり、少なくとも１プライのラジアルカーカスと、ラジアルカーカスの外周側に配置された補強ベルトとを具え、該補強ベルトは、複数本の補強コードがゴム中に埋設されたリボンをトレッド部の周方向に対して所定の角度で順次スパイラル状に巻回してなる巻回層を有する空気入りラジアルタイヤにおいて、前記補強コードをリボンの横断面内でその厚さ方向および幅方向に分散して配置してなることを特徴とする。
本発明を実施するにあたり、前記リボンの横断面内で幅方向に隣り合う補強コードの中心同士を滑らかな曲線で結んだとき、その曲線は、リボンの厚さ方向に見て少なくとも１個の山及び／又は谷を有する配列とするのが有利である。この場合、補強コードの中心同士を結ぶ曲線がそれぞれ少なくとも１個の山と谷とを有する配置とすれば、コードがより効果的に分散するので好適である。
コードを効果的に分散させるため、リボンの厚さ方向における補強コードの最大分散量（最も高い山と最も低い谷のタイヤ半径方向における間隔）は、約１〜３ｍｍとするのが好適である。なお、リボンの厚さ方向における補強コードの最大分散量を約１〜３ｍｍの範囲に設定したのは、約１ｍｍに満たない場合には分散の効果が小さく、約３ｍｍを超える場合にはコードが分散しすぎる結果としてタガ効果が弱まり、操縦安定性が低下するからである。
また、隣接する山および谷の幅方向における中心間距離と、補強コードの最大分散量との比が０．２〜６であれば、コードの分散が適当になり好適である。
リボンの幅方向断面形状は、平行四辺形とするのが好適である。この場合には、リボンを順次タイヤ軸線方向にスパイラル巻回するときに、リボンの側面を互いに確実に突き合わせることが可能である。
本発明では、例えば幅１２ｍｍ、高さ２ｍｍ程度の吐出オリフィスを有する口金から複数本のコードとゴムを連続的に押し出してリボンを製造することにより、コードをリボンの厚さ方向および幅方向に分散させることが可能である。コードを所定の配列形態で分散させるためには、各コードの直径に対応する開口部分又は孔が設けられたコード・ガイドを口金の手前に配置すればよい。このようにして得られたリボンは、複数本のコードをカレンダがけロールによりゴムシートと合体してなる従来のリボンとは異なり、高い自由度をもってコードの所望の配列を実現できると共にゴムとコードとの接着状態がよく、剥離が生じにくいという利点も達成される。
本発明による空気入りラジアルタイヤにおいて、リボンにおける補強コードは有機繊維から構成するのが有利である。なお、本発明はスパイラルベルト層を対象として改良を施すものであり、その半径方向内側に配置され、かつ周方向に対して所定のコード傾斜角を有するベルト層は、有機繊維コードおよびスチールコードのいずれで構成されるものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
図１は従来のスパイラルベルトを具えるタイヤに駆動力が負荷されているときのタイヤ接地部におけるトレッド部の変形を示す模式的説明図、
図２は本発明に基くスパイラルベルトを具えるタイヤに駆動力が負荷されているときのタイヤ接地部におけるトレッド部の変形を示す模式的説明図、
図３は本発明を適用し得る空気入りラジアルタイヤの子午線断面図、
図４Ａは従来のリボンの横断面図、
図４Ｂ〜図４Ｉは本発明によるタイヤに使用するリボンの各種実施例を示す横断面図、
図５は本発明によるタイヤに使用するリボンの製造設備の好適例を示す線図、
図６は同設備におけるインサートガイドの一例を示す正面図、
図７は同設備におけるダイプレートの一例を示す正面図、
図８は同設備におけるダイプレートの他の例を示す正面図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照して本発明による空気入りラジアルタイヤの好適な実施形態を説明する。
図３は本発明を適用し得る空気入りラジアルタイヤの幅方向断面を示すものであり、そのタイヤサイズは例えば２２５／５０ＺＲ１６である。このタイヤは、全体が参照数字２０で表され、一対のビードコア２１（その一方のみを図示した。）と、これらのビードコア２１にまたがる少なくとも１プライのラジアルカーカス２２と、ラジアルカーカス２２の外周側に配置された補強ベルト２３とを具えている。補強ベルト２３は、複数本のコード、好適にはナイロン等の有機繊維コードがゴム中に埋設されたリボンを、トレッド部２４の周方向に対して所定の角度で順次スパイラル状に巻回してなる１枚のスパイラルベルト層２５と、そのスパイラルベルト層２５の半径方向内側に配置され、それぞれ複数本のスチールコードがゴム中に埋設された２枚の被覆スチールコード層を、そのコード方向がタイヤの周方向に対して鋭角をなし、かつ、タイヤ赤道線に関して互いに逆向きとなるように積層してなる積層ベルト層２６とを含んでいる。なお、図示は省略したが、トレッドパターンはブロック基調とされている。
上記スパイラルベルト層２５を構成するリボンは、後述するように、例えば幅１２ｍｍ、高さ２ｍｍ程度の吐出オリフィスを有する口金から複数本のナイロンコードと未加硫ゴムを連続的に押し出して成形するものである。この場合、コードは１２６０デニールの２本撚りナイロンコードを使用し、コード方向に直角に測った打ち込み本数は５０ｍｍあたり約５０本とすることができる。
図４Ａに示すように、従来のスパイラルベルト層を構成するリボン３０では、ゴム３１で被覆された複数本の補強コード３２がリボン３０の横断面内でその幅方向に向けて直線状に配列されて分散配置されている。これに対して本発明では、スパイラルベルト層を構成するリボン４０の横断面内において、ゴム４１で被覆されたコード４２をリボン４０の幅方向のみならず、厚さ方向にも分散させて配置するものである。図４Ｂはリボン４０が矩形断面形状とされ、コード４２が右肩上がりに配列された実施例１を示しており、図４Ｃは断面形状が平行四辺形とされたリボン４０の内部でコード４２が右肩下がりに配列された実施例２を示す。さらに、図４Ｄ〜図４Ｉは断面形状が平行四辺形とされたリボン４０の内部に、コード４２が非直線パターンで配列された実施例４〜８を示す。この場合、リボン４０の横断面内で幅方向に隣り合うコード４２の中心同士を曲線で結んだとき、その曲線形状（コードの配列パターン）は図４Ｄに示す山形、または図４Ｅ〜図４Ｉに示す複数の山と谷の交互配置等とすることができる。これらの図において、符号ａはリボンの厚さ、ｂはリボンの幅、ｃはリボンの厚さ方向におけるコードの最大分散量、ｄはリボンの幅方向における隣り合う山と谷との中心間距離を表すものとする。上記曲線において隣り合う山および谷の中心間距離ｄと、補強コードの最大分散量ｃとの比ｄ／ｃは、０．２〜６とするのが好ましい。
本発明の効果を検証するため、図４Ａに示した従来のスパイラルベルトを具える比較例タイヤと、図４Ｂ〜図４Ｉに示した各実施例によるスパイラルベルトを具える実施例タイヤとについて性能試験を実施した。いずれの供試タイヤも図３について記述したと同一の仕様を有するタイヤであり、１２６０デニールの２本撚りナイロンコードを５０ｍｍあたり約５０本の本数で打ち込んでなるリボンで構成したスパイラルベルト層を含むものである。各供試タイヤにおけるスパイラルベルトのリボンは、表１に示す寸法とされている。これらの供試タイヤをそれぞれ２４０ｋＰａの内圧で７Ｊ−１６にリムに組み込み、排気量３０００ｃｃのエンジンを搭載した後輪駆動型の国産乗用車の後輪に装着し、テストコースにおける総合試験路を駆動力が大きくかかるような摩耗促進条件下で１０００ｋｍ走行させた。性能は、最大摩耗個所（ヒール・アンド・トー摩耗を生じたブロックのトー部分）における摩耗量を測定し、摩耗１ｍｍあたりの走行距離（耐摩耗性）で比較することにより評価した。評価データは、比較例タイヤの摩耗１ｍｍあたりの走行距離（耐摩耗性）を１００とする指数で表示してある。結果は同じく表１に示すとおりである。
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表１から理解できるように、本発明の実施例タイヤによれば、比較例タイヤと対比して耐摩耗性が改良されている。なお、実施例７，８は同等の摩耗指数を示しているが、操縦安定性に関しては実施例８の方が若干改善されていることが認められた。
ところで、前述したとおり、従来のスパイラルベルト層を構成するリボン（図４Ａ参照）は複数本のコードをカレンダがけロールによりゴムシートと合体して製造するのが一般的であるが、本発明によるタイヤのスパイラルベルト層を構成するリボン（図４Ｂ〜図４Ｉ参照）は以下に説明する製造プロセスおよび設備により高い生産性をもって簡便に製造することが可能である。
すなわち、図５に示す製造設備５０においては、コードの本数に対応する複数のボビン５１からコード５２を引き出し、これらのコード５２は櫛型ガイド５３を経てインシュレーションマシン５４まで案内する。インシュレーションマシン５４は入口にインサートガイド５５、出口に口金５６がそれぞれ着脱・交換可能に設けられ、上部中央に未加硫ゴムの挿入口５７が設けられている。さらに、インシュレーションマシン５４の下流側にはリボン巻き取り装置５８が配置されており、これにより、インシュレーションマシン５４から押し出されたリボン５９を一旦巻き取るものである。
上記設備５０におけるインシュレーションマシン５４は、押し出し用のスクリューを具えない形式のものであっても差し支えない。これは、ゴムの弾性および粘着性（タッキネス）に応じてリボン５９の巻き取り速度を調整することにより、ゴムの押し出しを適切に制御できるからである。インシュレーションマシン５４の入口に設けられたインサートガイド５５は、製造すべきリボン５９におけるコードの所望配列パターンに応じて複数の孔が設けられている。例えば、図６に示すインサートガイド５５には、図４ｄに示したリボン４０におけるコード４２と実質的に同一の配列パターンで複数の孔５５ａが形成されている。なお、インサートガイド５５の上流側における櫛型ガイド５３は、コード５２との摩擦によるインサートガイド５５の早期の磨耗を防止するものであるが、ボビン５１とインサートガイド５５との位置関係によっては省略しても差し支えない。他方、インシュレーションマシン５４の出口に設けられた口金５６は、例えば幅１２ｍｍ、高さ２ｍｍ程度のオリフィス５６ａを有し、そのオリフィス５６ａの断面形状は、図４ｂのリボンを製造する場合には矩形（図７）であり、図４ｃ〜図４ｉのリボンを製造する場合には平行四辺形（図８）である。なお、インシュレーションマシン５４から押し出されたリボン５９はグリーンタイヤ上に直接巻回することも可能であり、この場合には巻き取り装置５８は省略可能である。
このような構成を有する設備において、ボビン５１から引き出された複数本のコード５２は櫛型ガイド５３を経てインシュレーションマシン５４まで案内される。さらにコード５２は、インサートガイド５５によりその孔５５ａと同一のパターンに配列されてインシュレーションマシン５４の内部を通過する。これと同時に、インシュレーションマシン５４の上部中央における挿入口５７から未加硫ゴムが供給され、所望のパターンに配列されたコード５２を被覆する。さらに、コード５２を被覆した未加硫ゴムは口金５６のオリフィス５６ａを通過する際に所望の断面形状、例えば矩形または平行四辺形断面形状に成形される。このようにして成形されたリボン５９は、巻き取り装置５８に連続的に巻き取られるものである。なお、インシュレーションマシン５４の入口および出口にそれぞれ着脱可能に設けられたインサートガイド５５および口金５６は、コード５２の所望配列パターンおよびリボン５９の所望断面形状に応じて交換するものであることは言うまでもない。以上詳述したところから明らかなとおり、本発明によれば、カーカスの外周側に配置されたスパイラルベルトに改良を加えてトレッド偏摩耗、特に駆動力が負荷されたときの偏摩耗の発生を効果的に抑制し得る空気入りラジアルタイヤを実現することが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
0004315475.tif 000009
【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
0004315475.tif 000012
【図４Ｈ】
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【図４Ｉ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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