空気入りタイヤ
【課題】従来よりもゴム使用量を低減しつつ、耐久性を向上させた空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】一対のビード部１１と、サイドウォール部１２と、両サイドウォール部１２間に跨るトレッド部１３とからなり、これら各部を一対のビードコア１相互間にわたって補強するカーカス２と、そのクラウン部タイヤ半径方向外側に配置されたベルト層３と、を備える空気入りタイヤである。少なくとも一か所の湾曲部または屈曲部を有する金属短繊維がゴム層内にて少なくとも異なる二方向に分散して埋設してなるゴム−金属短繊維複合体層を、少なくとも一層有する。ゴム−金属短繊維複合体層５は、カーカス２の外側であって、ベルト層３の端部からタイヤ最大幅部までの領域、または、最外側ベルト層のタイヤ径方向外側に配置されていることが好ましい。
【解決手段】一対のビード部１１と、サイドウォール部１２と、両サイドウォール部１２間に跨るトレッド部１３とからなり、これら各部を一対のビードコア１相互間にわたって補強するカーカス２と、そのクラウン部タイヤ半径方向外側に配置されたベルト層３と、を備える空気入りタイヤである。少なくとも一か所の湾曲部または屈曲部を有する金属短繊維がゴム層内にて少なくとも異なる二方向に分散して埋設してなるゴム−金属短繊維複合体層を、少なくとも一層有する。ゴム−金属短繊維複合体層５は、カーカス２の外側であって、ベルト層３の端部からタイヤ最大幅部までの領域、または、最外側ベルト層のタイヤ径方向外側に配置されていることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は空気入りタイヤ（以下、単に「タイヤ」とも称する）に関し、詳しくは、従来よりもゴム使用量を低減しつつ、耐久性を向上させた空気入りタイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、空気入りタイヤの耐カット性の向上を図る目的で、サイドウォール部に有機繊維コードやスチールコードからなる補強部材を配置することが行われている。例えば、特許文献１には、サイドウォールの、カーカス層とベルト層との間に、有機繊維コードにゴム成分が含浸されてなるサイド補強層を配置することが開示されている。
【０００３】
また、サイドウォール部の補強に係る改良技術として、例えば、特許文献２には、モノフィラメント繊維から成る不織布をゴムで被覆した繊維補強部材を、カーカス層の近傍に設置した空気入りラジアルタイヤが開示されており、特許文献３には、ラジアルカーカスのタイヤ幅方向内外に、不織布をゴム被覆して形成してなる補強層をそれぞれ設けて、これら補強層によりラジアルカーカスを挟み込んでなる空気入りラジアルタイヤが開示されている。さらに、特許文献４，５には、ランフラット走行性能を向上するために、サイドウォール部にゴム−フィラメント繊維複合体を配設した空気入り安全タイヤが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１４２８７７号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献２】特開平８−４００２３号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献３】特開２００２−３３１８０８号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献４】特開平１１−１２９７１２号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献５】特開平１１−２４０３０７号公報（特許請求の範囲等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、サイドウォール部の補強部材に関しては、これまでに種々提案されてきている。従来一般的な補強コード層からなる補強部材では、コード方向に沿う一方向の補強となるため、耐サイドカット性の向上のために、タイヤ周方向および径方向（プライコード方向）を同時に補強することは困難であった。２層の補強コード層を交錯させれば、二方向の補強は可能となるが、この場合、タイヤの重量増や、層間応力の増大による転がり抵抗の大幅な悪化が不可避であった。また、上記問題に加え、近年の環境問題への配慮から、タイヤにも省資源化が求められており、ゴムの使用量削減のため、ゴムの厚さを薄くする必要性がある。この場合、特に、重荷重用の高内圧な空気入りタイヤでは、内圧が高いため、バースト等が発生しないよう、外傷から内部構造を保護し、タイヤの耐久性を向上させることが重要となる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、従来よりもゴム使用量を低減しつつ、耐久性を向上させた空気入り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】
【０００７】
本発明者は鋭意検討した結果、タイヤの補強部材として、湾曲部または屈曲部を有する金属短繊維がゴム層内に分散され埋設されてなるゴム−金属短繊維複合体層を用いることで、ゴムの使用量を低減しつつ、タイヤ周方向および径方向の双方における耐カット性を向上することができることを見出して、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明の空気入りタイヤは、一対のビード部と、該ビード部に連なる一対のサイドウォール部と、両サイドウォール部間に跨るトレッド部とからなり、これら各部を該ビード部内にそれぞれ埋設された一対のビードコア相互間にわたって補強する１層以上のカーカスと、該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１層以上のベルト層と、を備える空気入りタイヤにおいて、
少なくとも一か所の湾曲部または屈曲部を有する金属短繊維がゴム層内にて少なくとも異なる二方向に埋設されてなるゴム−金属短繊維複合体層を、少なくとも一層有することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明においては、前記ゴム−金属短繊維複合体層は、前記カーカスの外側であって、前記ベルト層の端部からタイヤ最大幅部までの領域や、最外側ベルト層のタイヤ径方向外側に配置されていることが好ましい。また、前記ゴム−金属短繊維複合体層中の金属短繊維の含有量は５０ｇ／ｍ２〜１５００ｇ／ｍ２の範囲内であることが好ましく、さらに、前記金属短繊維の長さは１０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内であることが好ましく、さらにまた、前記金属短繊維の径が０．０７ｍｍ〜０．６０ｍｍの範囲内であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、従来よりもゴム使用量を低減しつつ、耐久性を向上させた空気入りタイヤを実現することが可能となった。
【００１１】
なお、特許文献２，３では、不織布をゴムで被覆した補強部材をサイドウォール部近傍に設けることが提案されているが、これらはいずれも、主として有機繊維の不織布を用いることを意図した技術である。また、特許文献４，５には、フィラメント繊維の具体例としてスチール繊維が挙げられてはいるが、これらはいずれもサイド補強ゴムを備えたいわゆるランフラットタイヤにおける改良技術であり、補強部材の配設目的の点で本発明とは異なっている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の空気入りタイヤの一例を示す幅方向断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明に好適に用いることができる金属短繊維の説明図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、ゴム−金属短繊維複合体層の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１に、本発明の空気入りタイヤの一例の幅方向断面図を示す。図示するように、本発明の空気入りタイヤは、一対のビード部１１と、それに連なる一対のサイドウォール部１２と、両サイドウォール部１２間に跨るトレッド部１３とからなり、これら各部をビード部１１内にそれぞれ埋設された一対のビードコア１相互間にわたって補強する１層以上のカーカス２と、そのクラウン部タイヤ半径方向外側に配置された１層以上のベルト層３と、を備えている。図示例においては、さらに、ビードコア１のタイヤ半径方向外方に配置されたビードフィラー４を備えている。
【００１４】
本発明のタイヤにおいては、少なくとも一か所の湾曲部または屈曲部を有する金属短繊維がゴム層内にて少なくとも異なる二方向に埋設されてなるゴム−金属短繊維複合体層５を、少なくとも一層有する。図示例においては、ゴム−金属短繊維複合体５は、カーカス２の外側であって、ベルト層３の端部からタイヤ最大幅部までの領域に配置されているが、最外側ベルト層のタイヤ径方向外側に配置されていてもよい（図示せず）。かかるゴム−金属短繊維複合体層５は、ゴム−コード複合体におけるようなコード層間のゴムを必要としないので、ゴム−コード複合体からなる従来の補強コード層より薄く、軽量で作製することが可能であるとともに、補強の方向性を有しない。そのため、タイヤの重量増を伴わずに、タイヤ周方向および径方向の双方における耐カット性を向上することが可能となる。また、従来のスチールコード被膜したベルト層では、スチールコードの一部が損傷した場合において、損傷部のスチールコードから発生した錆がベルト全体に伝播してしまうおそれがある。しかしながら、金属短繊維を用いることで、錆の伝播を抑制することができるという効果も得ることができる。
【００１５】
また、本発明においては、金属短繊維は湾曲部または屈曲部を有している。直線状の金属短繊維を用いた場合、変形が大きいタイヤでは、使用場所によっては、タイヤの変形に対し金属短繊維が追従しきれず、走行中に金属短繊維が周辺のゴムや樹脂から剥がれて動くことで、錐付きのようにタイヤ内部で動き、タイヤの外表面や内表面に突出してしまうおそれがある。すなわち、直線状の金属短繊維は、その長手方向に引張・圧縮の向きに変形（周辺からの力）が加わった場合、直線状のため突っ張ってしまうため、短繊維の両端に応力が集中し、その部分からセパレーションもしくは亀裂が発生してしまうおそれがある。これに対し、本発明では、金属短繊維は湾曲部または屈曲部有しているため、金属短繊維の長手方向に力が加わった場合でも、金属短繊維が長手方向に伸縮することが可能であり、繊維端の応力集中を緩和することができ、金属短繊維がタイヤ表面に突出してしまうことを防ぐことができる。これにより、本発明のタイヤは、優れた耐久性有することになる。
【００１６】
本発明においては、上記金属短繊維の形状は、湾曲部や屈曲部を有しているものであれば、特に制限されるものではないが、好適には、波状、三角波状またはコイル状の金属短繊維を用いることができる。図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ波状、三角波状およびコイル状に塑性変形を加えた金属短繊維の一例である。本発明においては、金属短繊維の振幅をＡ、波長をλとしたとき、Ａ／λは０．２以上であることが好ましい。Ａ／λの値が０．２未満であると、金属短繊維が十分に長手方向に伸縮することができず、上記効果を得ることができないおそれがある。
【００１７】
図３（ａ），（ｂ）に、本発明に係るゴム−金属短繊維複合体層における金属短繊維の分散状態の一例を示す模式図を示す。図示するように、本発明に係るゴム−金属短繊維複合体層５においては、金属短繊維２１が、ゴム層内の少なくとも２方向に分散され、より具体的には、ゴム層２２の１方向に配向されずに分散されて、ゴム層２２中に埋設されている。図３（ａ）においては、金属短繊維はゴム中にランダムに埋設されており、また、金属短繊維がゴム中にランダムに埋設されているため、金属短繊維同士が厚み方向に重なる個所を有している。本発明においては、ゴム−金属短繊維複合体層５中の金属短繊維の含有量は５０ｇ／ｍ２〜１５００ｇ／ｍ２の範囲内であることが好ましい。含有量が５０ｇ／ｍ２未満では、ゴム−金属短繊維複合体層５による補強効果が小さくなり、十分な耐カット性を得ることができない場合がある。一方、含有量が１５００ｇ／ｍ２を超えると、金属短繊維同士の接触部が多くなって耐久性を悪化させるおそれを生ずることに加え、ゴム−金属短繊維複合体層５の重量が増大して、タイヤ重量が増加してしまう。
【００１８】
本発明においては、ゴム−金属短繊維複合体層５に用いる金属短繊維としては、長さが１０ｍｍ〜１００ｍｍであることが好ましい。１０ｍｍ未満であると、タイヤが受ける外傷を繊維端部で受ける機会が増えることになるため、耐カット性の効果を得るためには金属短繊維の含有量を多くする必要が生じる。しかしながら、金属短繊維の含有量を増やそうとすると、多くのゴムが必要となり、本来的な目的であるゴム使用量の削減を達成することができなくなるおそれがある。一方、１００ｍｍを超えると、短繊維を均一に分散させることが困難になり、また、耐カット性の効果も部位の出来に左右されてしまう結果となってしまう。
【００１９】
また、本発明においては、金属短繊維の径は、０．０７ｍｍ〜０．６０ｍｍの範囲内であることが好ましい。０．０７ｍｍ未満であると、耐カット性の効果得るためには含有量が多く必要であり、そのためには本来削減が目的のゴムが必要となってしまう。一方、０．６ｍｍを超えると、金属短繊維の端部からセパレーションが発生してしまうおそれがある。本発明においては、全ての金属短繊維が単一長さおよび径である必要はなく、複数種の長さおよび径を有する金属短繊維を混合して使用してもよいが、上記範囲内の長さおよび径のものを用いることが好適である。また、金属短繊維の断面形状は、基本的に円形であるが、楕円または三角形などの多角形状のものを用いてもよい。
【００２０】
本発明においては、金属短繊維の金属種については特に制限はないが、鉄、銅、アルミニウム等を好適に用いることができる。本発明においては、金属短繊維としては、スチールフィラメントが特に好適である。金属短繊維としてスチールフィラメントを用いる場合は、例えば、スチールフィラメントを撚り合わせたコードを切断し、このコード片をほぐすことにより得ることができる。この場合、タイヤ補強用の通常のスチールコード製造過程においてめっき後伸線工程や撚線工程で発生する端材（残糸からなる廃棄物）や、タイヤ製造工場においてコード圧延工程で発生する端材などから製造することができる。本発明においては、このような従来は廃棄されていた端材を使用することができるため、従来に比して大幅なコストダウンを図ることができるとともに、廃棄物の削減にも寄与できるものである。
【００２１】
また、金属短繊維は、ゴム層中に埋設されてゴム−金属短繊維複合体層５を形成するものであるため、表面にめっき層を設けてゴムとの接着性を向上することが必要となる。この場合、金属短繊維表面に設けるめっき層としては、特に制限はなく、ブラスやブロンズ、Ｃｕ，Ｚｎめっきなどでもよい。ここで、金属短繊維として上記廃棄端材のスチールフィラメントを用いる場合には、これらはすでにめっき処理されているため、さらにめっき処理を行うことなく、ゴムとの良好な接着性が得られるというメリットもある。さらに、従来の補強コード層の場合、その端部に無めっきのコード断面が一定間隔で並ぶ状態となるため、端部からセパレーションが発生するおそれが避けられなかったが、ゴム−スチールフィラメント複合体層では、スチールフィラメント端部がランダムに点在していることに加え、各端部の直径が０．１〜０．５ｍｍ程度とコード断面に比べて非常に小さな面積となるため、このようなセパレーションの発生のおそれはほとんどなくなる。
【００２２】
なお、ゴム−金属短繊維複合体層５に用いるゴムは、従来よりタイヤの補強部材用途等に使用されているゴム種のうちから適宜選択して用いることができ、特に制限されるものではない。また、ゴム−金属短繊維複合体層５自体の厚みについては特に制限はないが、所望の耐カット性を得るために、例えば、０．２〜０．６ｍｍとすることができる。
【００２３】
上記ゴム−スチールフィラメント複合体層は、例えば、以下のようにして製造することができる。すなわち、まず、所定厚みの未加硫ゴムのシートを作製し、所定の長さに切断したスチールフィラメントの束を、所定量、所定の高さからこのゴムシート上に、全体が均一の密度になるよう落下させる。次に、落下させたスチールフィラメントの上から未加硫ゴムシートを被せることにより、ゴム中にスチールフィラメントが埋設されたゴム−スチールフィラメント複合体層５を製造することができる。この際、下方のゴムシートを一方向に所定の速度で移動させることで、上記スチールフィラメントの落下量とこのゴムシートの移動速度との比によって、ゴム−スチールフィラメント複合体層におけるスチールフィラメントの含有率を決定することができる。
【００２４】
上記所定量のスチールフィラメントをランダムに落下させるための方法は、具体的には例えば、一定スピードで回転する一対のローラと、その後方に配置した、１〜１０ｍｍ程度の凹凸を有する回転するローラとを組み合わせることで実施することができる。すなわち、スチールフィラメントをベルトコンベア等により搬送して、前方の一対のローラでスチールフィラメント束を噛み込んだ後、この噛み込まれたスチールフィラメントを後方のローラの凹凸で弾き落とすことにより、各フィラメントの方向をランダムに配向させる。この場合、前方のローラ対比後方のローラの回転速度を大きくし、例えば、１０倍以上とすることが好適である。また、弾き飛んだスチールフィラメントが必要以上に広く分散して密度が低下しないよう、下方に配置したゴムシートの幅に合わせた、開口部形状が四角または丸である筒状部材を配置して、その中をスチールフィラメントが落下するものとすることが好ましい。
【００２５】
ゴム−スチールフィラメント複合体層は、上記のようにして一工程で容易に製造することができるため、製造に多大な工数を要する補強コード層と比較して製造が容易であり、消費エネルギーも少なく、製造コスト的にも安価であるというメリットがある。
【００２６】
本発明のタイヤにおいては、上記ゴム−金属短繊維複合体層を補強部材として用いたことのみが重要であり、それ以外のタイヤ構造の詳細や各部材の材質などについては特に制限されず、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。
【００２７】
例えば、ベルト層３ａ，３ｂは、タイヤ周方向に対し所定の角度をもって平行に配列されたスチールコードをゴム引きしてなり、通常は図示するように、２層にて交錯配置される。また、図示するように、カーカス２はビードコア１の周りにタイヤ内側から外側に折り返して係止されている。さらに、トレッド部１３の表面には適宜トレッドパターンが形成されており、最内層にはインナーライナー（図示せず）が形成されている。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、通常の又は酸素分圧を変えた空気、もしくは窒素等の不活性ガスを用いることができる。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
＜従来例Ａ−１，Ａ−２、実施例Ａ−１〜Ａ−４および比較例Ａ−１、Ａ−２＞
図１に示すタイプの空気入りタイヤを、タイヤサイズ２７５／８０Ｒ２２．５で、それぞれ作製した。ゴム−金属短繊維複合体層は、ベルト層端部からタイヤ幅最大部まで配置した。使用した金属短繊維はスチールフィラメントであり、その径、長さ、形状および振幅／波長の比率は下記表１および２に示すとおりである。なお、ゴム−スチールフィラメント複合体層は、スチールフィラメントをゴム層内にランダムに分散させて埋設して製造したものである。得られた各供試タイヤを、リム幅７．５０のリムに装着し、下記手順に従い、ドラム走行耐久性および耐外傷性の評価を行った。
【００２９】
＜従来例Ｂ−１，Ｂ−２、実施例Ｂ−１〜Ｂ−３および比較例Ｂ−１＞
ゴム−金属短繊維複合体層を、最外側ベルト層のタイヤ径方向外側の全領域に配置したこと以外は、上記手順と同じ手順で、表３および４に示す構造の各供試タイヤを作製した。得られた各供試タイヤを、リム幅７．５０のリムに装着し、ドラム走行耐久性および耐外傷性につき評価した。
【００３０】
＜ドラム走行耐久性試験＞
各供試タイヤを２５℃±２℃の室温中で内圧を９００ｋＰａ（９．１８ｋｇ／ｃｍ２）に調整した後、２４時間放置し、その後空気圧の再調整を行い、２９．４ｋＮ（３０００ｋｇ）の荷重をタイヤに負荷し、直径１．７ｍのドラムの上で速度６０ｋｍ／時でタイヤが故障するまで走行させた。なお、走行距離１０万ｋｍを完走とする。得られた結果を表１〜４に併記する。
【００３１】
＜耐外傷性試験＞
サイド部は各供試タイヤの内圧を９００ｋＰａ（９．１８ｋｇ／ｃｍ２）に調整し、タイヤ側面のタイヤ断面高さの６０％の位置に、角度４５度、幅３０ｍｍ、重量６ｋｇの円錐状の先端突起を有した振り子を衝突させ、タイヤが故障した際の振り子の角度で耐外傷性を評価した。この際、従来例１のタイヤが故障した振り子の角度を１００として、指数にて評価した。この値が大きいほど耐外傷性に優れている。トレッド部は、各供試タイヤの内圧を９００ｋＰａ（９．１８ｋｇ／ｃｍ２）に調整し、その状態でタイヤ接地面中心付近の溝底にφ８ｍｍ、４Ｒの棒状突起を押し付け、タイヤ内面まで貫通するまでの力を測定し、従来例Ｂ−１のタイヤが故障した力を１００として、指数にて評価した。この値が大きいほど耐外傷性に優れている。得られた結果を表１〜４に併記する。
【００３２】
【表１】
※１：カーカスより外側の厚み
【００３３】
【表２】
【００３４】
【表３】
※２：カーカスより外側の厚み
【００３５】
【表４】
【００３６】
上記表１〜４より、本発明の空気入りタイヤは、従来よりもゴム使用量を低減しつつ、耐久性が向上していることがわかる。
【符号の説明】
【００３７】
１ ビードコア
２ カーカス
３ａ，３ｂ ベルト層
４ ビードフィラー
５ ゴム−金属短繊維複合体層
１１ ビード部
１２ サイドウォール部
１３ トレッド部
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ 金属短繊維
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ ゴム層
【技術分野】
【０００１】
本発明は空気入りタイヤ（以下、単に「タイヤ」とも称する）に関し、詳しくは、従来よりもゴム使用量を低減しつつ、耐久性を向上させた空気入りタイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、空気入りタイヤの耐カット性の向上を図る目的で、サイドウォール部に有機繊維コードやスチールコードからなる補強部材を配置することが行われている。例えば、特許文献１には、サイドウォールの、カーカス層とベルト層との間に、有機繊維コードにゴム成分が含浸されてなるサイド補強層を配置することが開示されている。
【０００３】
また、サイドウォール部の補強に係る改良技術として、例えば、特許文献２には、モノフィラメント繊維から成る不織布をゴムで被覆した繊維補強部材を、カーカス層の近傍に設置した空気入りラジアルタイヤが開示されており、特許文献３には、ラジアルカーカスのタイヤ幅方向内外に、不織布をゴム被覆して形成してなる補強層をそれぞれ設けて、これら補強層によりラジアルカーカスを挟み込んでなる空気入りラジアルタイヤが開示されている。さらに、特許文献４，５には、ランフラット走行性能を向上するために、サイドウォール部にゴム−フィラメント繊維複合体を配設した空気入り安全タイヤが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１４２８７７号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献２】特開平８−４００２３号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献３】特開２００２−３３１８０８号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献４】特開平１１−１２９７１２号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献５】特開平１１−２４０３０７号公報（特許請求の範囲等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、サイドウォール部の補強部材に関しては、これまでに種々提案されてきている。従来一般的な補強コード層からなる補強部材では、コード方向に沿う一方向の補強となるため、耐サイドカット性の向上のために、タイヤ周方向および径方向（プライコード方向）を同時に補強することは困難であった。２層の補強コード層を交錯させれば、二方向の補強は可能となるが、この場合、タイヤの重量増や、層間応力の増大による転がり抵抗の大幅な悪化が不可避であった。また、上記問題に加え、近年の環境問題への配慮から、タイヤにも省資源化が求められており、ゴムの使用量削減のため、ゴムの厚さを薄くする必要性がある。この場合、特に、重荷重用の高内圧な空気入りタイヤでは、内圧が高いため、バースト等が発生しないよう、外傷から内部構造を保護し、タイヤの耐久性を向上させることが重要となる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、従来よりもゴム使用量を低減しつつ、耐久性を向上させた空気入り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】
【０００７】
本発明者は鋭意検討した結果、タイヤの補強部材として、湾曲部または屈曲部を有する金属短繊維がゴム層内に分散され埋設されてなるゴム−金属短繊維複合体層を用いることで、ゴムの使用量を低減しつつ、タイヤ周方向および径方向の双方における耐カット性を向上することができることを見出して、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明の空気入りタイヤは、一対のビード部と、該ビード部に連なる一対のサイドウォール部と、両サイドウォール部間に跨るトレッド部とからなり、これら各部を該ビード部内にそれぞれ埋設された一対のビードコア相互間にわたって補強する１層以上のカーカスと、該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１層以上のベルト層と、を備える空気入りタイヤにおいて、
少なくとも一か所の湾曲部または屈曲部を有する金属短繊維がゴム層内にて少なくとも異なる二方向に埋設されてなるゴム−金属短繊維複合体層を、少なくとも一層有することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明においては、前記ゴム−金属短繊維複合体層は、前記カーカスの外側であって、前記ベルト層の端部からタイヤ最大幅部までの領域や、最外側ベルト層のタイヤ径方向外側に配置されていることが好ましい。また、前記ゴム−金属短繊維複合体層中の金属短繊維の含有量は５０ｇ／ｍ２〜１５００ｇ／ｍ２の範囲内であることが好ましく、さらに、前記金属短繊維の長さは１０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内であることが好ましく、さらにまた、前記金属短繊維の径が０．０７ｍｍ〜０．６０ｍｍの範囲内であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、従来よりもゴム使用量を低減しつつ、耐久性を向上させた空気入りタイヤを実現することが可能となった。
【００１１】
なお、特許文献２，３では、不織布をゴムで被覆した補強部材をサイドウォール部近傍に設けることが提案されているが、これらはいずれも、主として有機繊維の不織布を用いることを意図した技術である。また、特許文献４，５には、フィラメント繊維の具体例としてスチール繊維が挙げられてはいるが、これらはいずれもサイド補強ゴムを備えたいわゆるランフラットタイヤにおける改良技術であり、補強部材の配設目的の点で本発明とは異なっている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の空気入りタイヤの一例を示す幅方向断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明に好適に用いることができる金属短繊維の説明図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、ゴム−金属短繊維複合体層の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１に、本発明の空気入りタイヤの一例の幅方向断面図を示す。図示するように、本発明の空気入りタイヤは、一対のビード部１１と、それに連なる一対のサイドウォール部１２と、両サイドウォール部１２間に跨るトレッド部１３とからなり、これら各部をビード部１１内にそれぞれ埋設された一対のビードコア１相互間にわたって補強する１層以上のカーカス２と、そのクラウン部タイヤ半径方向外側に配置された１層以上のベルト層３と、を備えている。図示例においては、さらに、ビードコア１のタイヤ半径方向外方に配置されたビードフィラー４を備えている。
【００１４】
本発明のタイヤにおいては、少なくとも一か所の湾曲部または屈曲部を有する金属短繊維がゴム層内にて少なくとも異なる二方向に埋設されてなるゴム−金属短繊維複合体層５を、少なくとも一層有する。図示例においては、ゴム−金属短繊維複合体５は、カーカス２の外側であって、ベルト層３の端部からタイヤ最大幅部までの領域に配置されているが、最外側ベルト層のタイヤ径方向外側に配置されていてもよい（図示せず）。かかるゴム−金属短繊維複合体層５は、ゴム−コード複合体におけるようなコード層間のゴムを必要としないので、ゴム−コード複合体からなる従来の補強コード層より薄く、軽量で作製することが可能であるとともに、補強の方向性を有しない。そのため、タイヤの重量増を伴わずに、タイヤ周方向および径方向の双方における耐カット性を向上することが可能となる。また、従来のスチールコード被膜したベルト層では、スチールコードの一部が損傷した場合において、損傷部のスチールコードから発生した錆がベルト全体に伝播してしまうおそれがある。しかしながら、金属短繊維を用いることで、錆の伝播を抑制することができるという効果も得ることができる。
【００１５】
また、本発明においては、金属短繊維は湾曲部または屈曲部を有している。直線状の金属短繊維を用いた場合、変形が大きいタイヤでは、使用場所によっては、タイヤの変形に対し金属短繊維が追従しきれず、走行中に金属短繊維が周辺のゴムや樹脂から剥がれて動くことで、錐付きのようにタイヤ内部で動き、タイヤの外表面や内表面に突出してしまうおそれがある。すなわち、直線状の金属短繊維は、その長手方向に引張・圧縮の向きに変形（周辺からの力）が加わった場合、直線状のため突っ張ってしまうため、短繊維の両端に応力が集中し、その部分からセパレーションもしくは亀裂が発生してしまうおそれがある。これに対し、本発明では、金属短繊維は湾曲部または屈曲部有しているため、金属短繊維の長手方向に力が加わった場合でも、金属短繊維が長手方向に伸縮することが可能であり、繊維端の応力集中を緩和することができ、金属短繊維がタイヤ表面に突出してしまうことを防ぐことができる。これにより、本発明のタイヤは、優れた耐久性有することになる。
【００１６】
本発明においては、上記金属短繊維の形状は、湾曲部や屈曲部を有しているものであれば、特に制限されるものではないが、好適には、波状、三角波状またはコイル状の金属短繊維を用いることができる。図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ波状、三角波状およびコイル状に塑性変形を加えた金属短繊維の一例である。本発明においては、金属短繊維の振幅をＡ、波長をλとしたとき、Ａ／λは０．２以上であることが好ましい。Ａ／λの値が０．２未満であると、金属短繊維が十分に長手方向に伸縮することができず、上記効果を得ることができないおそれがある。
【００１７】
図３（ａ），（ｂ）に、本発明に係るゴム−金属短繊維複合体層における金属短繊維の分散状態の一例を示す模式図を示す。図示するように、本発明に係るゴム−金属短繊維複合体層５においては、金属短繊維２１が、ゴム層内の少なくとも２方向に分散され、より具体的には、ゴム層２２の１方向に配向されずに分散されて、ゴム層２２中に埋設されている。図３（ａ）においては、金属短繊維はゴム中にランダムに埋設されており、また、金属短繊維がゴム中にランダムに埋設されているため、金属短繊維同士が厚み方向に重なる個所を有している。本発明においては、ゴム−金属短繊維複合体層５中の金属短繊維の含有量は５０ｇ／ｍ２〜１５００ｇ／ｍ２の範囲内であることが好ましい。含有量が５０ｇ／ｍ２未満では、ゴム−金属短繊維複合体層５による補強効果が小さくなり、十分な耐カット性を得ることができない場合がある。一方、含有量が１５００ｇ／ｍ２を超えると、金属短繊維同士の接触部が多くなって耐久性を悪化させるおそれを生ずることに加え、ゴム−金属短繊維複合体層５の重量が増大して、タイヤ重量が増加してしまう。
【００１８】
本発明においては、ゴム−金属短繊維複合体層５に用いる金属短繊維としては、長さが１０ｍｍ〜１００ｍｍであることが好ましい。１０ｍｍ未満であると、タイヤが受ける外傷を繊維端部で受ける機会が増えることになるため、耐カット性の効果を得るためには金属短繊維の含有量を多くする必要が生じる。しかしながら、金属短繊維の含有量を増やそうとすると、多くのゴムが必要となり、本来的な目的であるゴム使用量の削減を達成することができなくなるおそれがある。一方、１００ｍｍを超えると、短繊維を均一に分散させることが困難になり、また、耐カット性の効果も部位の出来に左右されてしまう結果となってしまう。
【００１９】
また、本発明においては、金属短繊維の径は、０．０７ｍｍ〜０．６０ｍｍの範囲内であることが好ましい。０．０７ｍｍ未満であると、耐カット性の効果得るためには含有量が多く必要であり、そのためには本来削減が目的のゴムが必要となってしまう。一方、０．６ｍｍを超えると、金属短繊維の端部からセパレーションが発生してしまうおそれがある。本発明においては、全ての金属短繊維が単一長さおよび径である必要はなく、複数種の長さおよび径を有する金属短繊維を混合して使用してもよいが、上記範囲内の長さおよび径のものを用いることが好適である。また、金属短繊維の断面形状は、基本的に円形であるが、楕円または三角形などの多角形状のものを用いてもよい。
【００２０】
本発明においては、金属短繊維の金属種については特に制限はないが、鉄、銅、アルミニウム等を好適に用いることができる。本発明においては、金属短繊維としては、スチールフィラメントが特に好適である。金属短繊維としてスチールフィラメントを用いる場合は、例えば、スチールフィラメントを撚り合わせたコードを切断し、このコード片をほぐすことにより得ることができる。この場合、タイヤ補強用の通常のスチールコード製造過程においてめっき後伸線工程や撚線工程で発生する端材（残糸からなる廃棄物）や、タイヤ製造工場においてコード圧延工程で発生する端材などから製造することができる。本発明においては、このような従来は廃棄されていた端材を使用することができるため、従来に比して大幅なコストダウンを図ることができるとともに、廃棄物の削減にも寄与できるものである。
【００２１】
また、金属短繊維は、ゴム層中に埋設されてゴム−金属短繊維複合体層５を形成するものであるため、表面にめっき層を設けてゴムとの接着性を向上することが必要となる。この場合、金属短繊維表面に設けるめっき層としては、特に制限はなく、ブラスやブロンズ、Ｃｕ，Ｚｎめっきなどでもよい。ここで、金属短繊維として上記廃棄端材のスチールフィラメントを用いる場合には、これらはすでにめっき処理されているため、さらにめっき処理を行うことなく、ゴムとの良好な接着性が得られるというメリットもある。さらに、従来の補強コード層の場合、その端部に無めっきのコード断面が一定間隔で並ぶ状態となるため、端部からセパレーションが発生するおそれが避けられなかったが、ゴム−スチールフィラメント複合体層では、スチールフィラメント端部がランダムに点在していることに加え、各端部の直径が０．１〜０．５ｍｍ程度とコード断面に比べて非常に小さな面積となるため、このようなセパレーションの発生のおそれはほとんどなくなる。
【００２２】
なお、ゴム−金属短繊維複合体層５に用いるゴムは、従来よりタイヤの補強部材用途等に使用されているゴム種のうちから適宜選択して用いることができ、特に制限されるものではない。また、ゴム−金属短繊維複合体層５自体の厚みについては特に制限はないが、所望の耐カット性を得るために、例えば、０．２〜０．６ｍｍとすることができる。
【００２３】
上記ゴム−スチールフィラメント複合体層は、例えば、以下のようにして製造することができる。すなわち、まず、所定厚みの未加硫ゴムのシートを作製し、所定の長さに切断したスチールフィラメントの束を、所定量、所定の高さからこのゴムシート上に、全体が均一の密度になるよう落下させる。次に、落下させたスチールフィラメントの上から未加硫ゴムシートを被せることにより、ゴム中にスチールフィラメントが埋設されたゴム−スチールフィラメント複合体層５を製造することができる。この際、下方のゴムシートを一方向に所定の速度で移動させることで、上記スチールフィラメントの落下量とこのゴムシートの移動速度との比によって、ゴム−スチールフィラメント複合体層におけるスチールフィラメントの含有率を決定することができる。
【００２４】
上記所定量のスチールフィラメントをランダムに落下させるための方法は、具体的には例えば、一定スピードで回転する一対のローラと、その後方に配置した、１〜１０ｍｍ程度の凹凸を有する回転するローラとを組み合わせることで実施することができる。すなわち、スチールフィラメントをベルトコンベア等により搬送して、前方の一対のローラでスチールフィラメント束を噛み込んだ後、この噛み込まれたスチールフィラメントを後方のローラの凹凸で弾き落とすことにより、各フィラメントの方向をランダムに配向させる。この場合、前方のローラ対比後方のローラの回転速度を大きくし、例えば、１０倍以上とすることが好適である。また、弾き飛んだスチールフィラメントが必要以上に広く分散して密度が低下しないよう、下方に配置したゴムシートの幅に合わせた、開口部形状が四角または丸である筒状部材を配置して、その中をスチールフィラメントが落下するものとすることが好ましい。
【００２５】
ゴム−スチールフィラメント複合体層は、上記のようにして一工程で容易に製造することができるため、製造に多大な工数を要する補強コード層と比較して製造が容易であり、消費エネルギーも少なく、製造コスト的にも安価であるというメリットがある。
【００２６】
本発明のタイヤにおいては、上記ゴム−金属短繊維複合体層を補強部材として用いたことのみが重要であり、それ以外のタイヤ構造の詳細や各部材の材質などについては特に制限されず、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。
【００２７】
例えば、ベルト層３ａ，３ｂは、タイヤ周方向に対し所定の角度をもって平行に配列されたスチールコードをゴム引きしてなり、通常は図示するように、２層にて交錯配置される。また、図示するように、カーカス２はビードコア１の周りにタイヤ内側から外側に折り返して係止されている。さらに、トレッド部１３の表面には適宜トレッドパターンが形成されており、最内層にはインナーライナー（図示せず）が形成されている。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、通常の又は酸素分圧を変えた空気、もしくは窒素等の不活性ガスを用いることができる。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
＜従来例Ａ−１，Ａ−２、実施例Ａ−１〜Ａ−４および比較例Ａ−１、Ａ−２＞
図１に示すタイプの空気入りタイヤを、タイヤサイズ２７５／８０Ｒ２２．５で、それぞれ作製した。ゴム−金属短繊維複合体層は、ベルト層端部からタイヤ幅最大部まで配置した。使用した金属短繊維はスチールフィラメントであり、その径、長さ、形状および振幅／波長の比率は下記表１および２に示すとおりである。なお、ゴム−スチールフィラメント複合体層は、スチールフィラメントをゴム層内にランダムに分散させて埋設して製造したものである。得られた各供試タイヤを、リム幅７．５０のリムに装着し、下記手順に従い、ドラム走行耐久性および耐外傷性の評価を行った。
【００２９】
＜従来例Ｂ−１，Ｂ−２、実施例Ｂ−１〜Ｂ−３および比較例Ｂ−１＞
ゴム−金属短繊維複合体層を、最外側ベルト層のタイヤ径方向外側の全領域に配置したこと以外は、上記手順と同じ手順で、表３および４に示す構造の各供試タイヤを作製した。得られた各供試タイヤを、リム幅７．５０のリムに装着し、ドラム走行耐久性および耐外傷性につき評価した。
【００３０】
＜ドラム走行耐久性試験＞
各供試タイヤを２５℃±２℃の室温中で内圧を９００ｋＰａ（９．１８ｋｇ／ｃｍ２）に調整した後、２４時間放置し、その後空気圧の再調整を行い、２９．４ｋＮ（３０００ｋｇ）の荷重をタイヤに負荷し、直径１．７ｍのドラムの上で速度６０ｋｍ／時でタイヤが故障するまで走行させた。なお、走行距離１０万ｋｍを完走とする。得られた結果を表１〜４に併記する。
【００３１】
＜耐外傷性試験＞
サイド部は各供試タイヤの内圧を９００ｋＰａ（９．１８ｋｇ／ｃｍ２）に調整し、タイヤ側面のタイヤ断面高さの６０％の位置に、角度４５度、幅３０ｍｍ、重量６ｋｇの円錐状の先端突起を有した振り子を衝突させ、タイヤが故障した際の振り子の角度で耐外傷性を評価した。この際、従来例１のタイヤが故障した振り子の角度を１００として、指数にて評価した。この値が大きいほど耐外傷性に優れている。トレッド部は、各供試タイヤの内圧を９００ｋＰａ（９．１８ｋｇ／ｃｍ２）に調整し、その状態でタイヤ接地面中心付近の溝底にφ８ｍｍ、４Ｒの棒状突起を押し付け、タイヤ内面まで貫通するまでの力を測定し、従来例Ｂ−１のタイヤが故障した力を１００として、指数にて評価した。この値が大きいほど耐外傷性に優れている。得られた結果を表１〜４に併記する。
【００３２】
【表１】
※１：カーカスより外側の厚み
【００３３】
【表２】
【００３４】
【表３】
※２：カーカスより外側の厚み
【００３５】
【表４】
【００３６】
上記表１〜４より、本発明の空気入りタイヤは、従来よりもゴム使用量を低減しつつ、耐久性が向上していることがわかる。
【符号の説明】
【００３７】
１ ビードコア
２ カーカス
３ａ，３ｂ ベルト層
４ ビードフィラー
５ ゴム−金属短繊維複合体層
１１ ビード部
１２ サイドウォール部
１３ トレッド部
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ 金属短繊維
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ ゴム層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のビード部と、該ビード部に連なる一対のサイドウォール部と、両サイドウォール部間に跨るトレッド部とからなり、これら各部を該ビード部内にそれぞれ埋設された一対のビードコア相互間にわたって補強する１層以上のカーカスと、該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１層以上のベルト層と、を備える空気入りタイヤにおいて、
少なくとも一か所の湾曲部または屈曲部を有する金属短繊維がゴム層内にて少なくとも異なる二方向に埋設されてなるゴム−金属短繊維複合体層を、少なくとも一層有することを特徴とする空気入りタイヤ。
【請求項２】
前記ゴム−金属短繊維複合体層が、前記カーカスの外側であって、前記ベルト層の端部からタイヤ最大幅部までの領域に配置されている請求項１記載の空気入りタイヤ。
【請求項３】
前記ゴム−金属短繊維複合体層が、最外側ベルト層のタイヤ径方向外側に配置されている請求項１記載の空気入りタイヤ。
【請求項４】
前記ゴム−金属短繊維複合体層中の短繊維の含有量が５０ｇ／ｍ２〜１５００ｇ／ｍ２の範囲内である請求項１〜３のうちいずれか一項記載の空気入りタイヤ。
【請求項５】
前記金属短繊維の長さが１０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内である請求項１〜４のうちいずれか一項記載の空気入りタイヤ。
【請求項６】
前記金属短繊維の径が０．０７ｍｍ〜０．６０ｍｍの範囲内である請求項１〜５のうちいずれか一項記載の空気入りタイヤ。
【請求項１】
一対のビード部と、該ビード部に連なる一対のサイドウォール部と、両サイドウォール部間に跨るトレッド部とからなり、これら各部を該ビード部内にそれぞれ埋設された一対のビードコア相互間にわたって補強する１層以上のカーカスと、該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１層以上のベルト層と、を備える空気入りタイヤにおいて、
少なくとも一か所の湾曲部または屈曲部を有する金属短繊維がゴム層内にて少なくとも異なる二方向に埋設されてなるゴム−金属短繊維複合体層を、少なくとも一層有することを特徴とする空気入りタイヤ。
【請求項２】
前記ゴム−金属短繊維複合体層が、前記カーカスの外側であって、前記ベルト層の端部からタイヤ最大幅部までの領域に配置されている請求項１記載の空気入りタイヤ。
【請求項３】
前記ゴム−金属短繊維複合体層が、最外側ベルト層のタイヤ径方向外側に配置されている請求項１記載の空気入りタイヤ。
【請求項４】
前記ゴム−金属短繊維複合体層中の短繊維の含有量が５０ｇ／ｍ２〜１５００ｇ／ｍ２の範囲内である請求項１〜３のうちいずれか一項記載の空気入りタイヤ。
【請求項５】
前記金属短繊維の長さが１０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内である請求項１〜４のうちいずれか一項記載の空気入りタイヤ。
【請求項６】
前記金属短繊維の径が０．０７ｍｍ〜０．６０ｍｍの範囲内である請求項１〜５のうちいずれか一項記載の空気入りタイヤ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−１０７５７７（Ｐ２０１３−１０７５７７Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５５９７３（Ｐ２０１１−２５５９７３）
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
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