PNEUMATIC RADIAL TIRE FOR VEHICLE
本発明は、乗用車用空気入りラジアルタイヤに関する。
更に詳しくは、耐久性を低下させることなく高度に維持できるとともに、転がり抵抗を顕著に低減することができ、それにより低燃費化を実現する、環境負荷低減に優れた効果を有する乗用車用空気入りラジアルタイヤに関する。
乗用車用空気入りラジアルタイヤは、一般に、一対のビード部間にタイヤ径方向に配向されたカーカスコードを含むカーカス層を装架し、トレッド部におけるカーカス層の外周側にタイヤ周方向に対して傾斜する複数本のスチールコードを含むベルト層を配した構造を有している。
近年、省資源、省エネルギーといった環境負荷低減を求める社会的要請からいっそうの低燃費化が自動車用タイヤにも求められ、これに対応して、転がり抵抗を低減した乗用車用空気入りラジアルタイヤの実現が望まれている。
転がり抵抗を低減する手段の一つとしてタイヤの軽量化が挙げられ、例えば、ベルト層に使用されているベルトコードの構成を見直し、これを削減することが検討されている。
例えば、ベルトコードとして、複数本のフィラメントを撚り合わせた撚り線コードではなく、単線（モノフィラメント）のスチールワイヤを使用して、スパイラル状に型付けした２本の該スチールワイヤの複数対を、特定のスパイラル径、スパイラルのピッチ、該単線ワイヤの直径等として使用し、ベルト層を薄肉化してタイヤの軽量化、転がり抵抗の低減と低燃費化を図るという提案がされている（特許文献１）。
しかし、このようにベルトコードを削減する場合、耐久性の低下が新たな問題となる。上述の提案のものでは、モノフィラメントのスチールワイヤは曲げに対する耐疲労性が非常に悪く、そのために、いわゆるベルト折れ耐久性が低くなるのである。
本発明の目的は、上述したような点に鑑み、転がり抵抗の低減化を図ってベルトコードを削減するときであっても、タイヤの耐久性を高度に維持できる乗用車用空気入りラジアルタイヤを提供することにある。
上述した目的を達成する本発明の乗用車用空気入りラジアルタイヤは、以下の（１）の構成を有する。
また、かかる本発明の乗用車用空気入りラジアルタイヤにおいて、好ましくは、以下の（２）～（８）のいずれかの構成からなることである。
請求項１にかかる本発明によれば、転がり抵抗の低減化を図ってベルトコードを削減するときであっても、タイヤの耐久性が高度に維持されて、低燃費化を実現する、環境負荷低減に優れた効果を発揮できる乗用車用空気入りラジアルタイヤを実現できる。
請求項２～８のいずれかにかかる本発明によれば、上記請求項１にかかる発明により得られる効果を、より明確にかつ高度に有する乗用車用空気入りラジアルタイヤを実現できるものである。
以下、更に詳しく本発明の乗用車用空気入りラジアルタイヤについて、図面などを参照して説明する。
図１、図２は、いずれも本発明の乗用車用空気入りラジアルタイヤを示したものであり、図１、図２において、１はトレッド部、２はサイドウォール部、３はビード部、ＣＬはタイヤ赤道である。左右一対のビード部３、３間には一層のカーカス層４が装架され、カーカス層４の端部はビードコア５の周りにタイヤ内側から外側に折り返されている。ビードコア５の外周側にはゴムからなる断面が三角形状のビードフィラー６が配置されている。クラウン領域のカーカス層４のタイヤ径方向外側には、２層の主ベルト層１０（１１、１２）がタイヤ全周にわたって配置されている。この主ベルト層１０（１１、１２）は、スチールコードからなるベルトコード１１ａ、１２ａをゴム中に埋設して構成されている。該ベルトコード１１ａ、１２ａは、タイヤ周方向に対して低角度で傾斜しており、本発明では、タイヤ周方向に対して１５～４５°の角度でスチールコードが埋設されたベルトプライを互いに交差する向きに２層重ね合わせて主ベルト１０を構成している。
本発明では、特に、ベルト補助層２０として、タイヤ周方向に対して８０°～９０°の角度でスチールコードを埋設したプライを、幅狭の主ベルト層１１の幅方向両端部１１ｂから、それぞれタイヤ赤道ＣＬ側に３０ｍｍ離間した位置Ｐにその一部がかかるようにカーカス層４と内側主ベルト層１２間に配置するとともに、該ベルト補助層２０を、その幅Ｗ２が３０ｍｍ以上で、かつ該ベルト補助層２０の初期剛性値が前記主ベルト層１０（１１、１２）の初期剛性値以下のものであることを特徴とする。
図１に示したものと図２に示したものとの相違点は、ベルト補助層２０が、図１に示したものではタイヤ赤道ＣＬを挟んで、タイヤ幅方向で分割された分割片２１、２１としてスプリットタイプで形成されているのに対して、図２に示したものではタイヤ赤道ＣＬをまたいで幅方向で一枚のベルト補助層２０として形成されていることである。上述のベルト補助層の幅Ｗ２は、図１、図２にそれぞれ示したように、スプリットタイプでは各分割片２１の幅をいい、一枚のものではその全幅をいう。
図３（ａ）は、図１に示した乗用車用空気入りラジアルタイヤにおけるベルト層とベルト補助層（スプリットタイプ）との位置関係をモデル的に説明した説明図であり、図３（ｂ）は、図２に示した乗用車用空気入りラジアルタイヤにおけるベルト層とベルト補助層（一枚ものタイプ）との位置関係をモデル的に説明した説明図である。なお、図３（ａ）と図３（ｂ）のそれぞれにおいて、上下に二つの図を描いているが、それら上下の図は互いに図面上で寸法的に対応しておらず、構造だけをわかりやすく描いているものである。
本発明では、
ベルト補助層の初期剛性値Ｘと、主ベルト層の初期剛性値Ｙは、それぞれ以下の式で定義される値である。
ベルト補助層２０の初期剛性値が主ベルト層１０（１１、１２）の初期剛性値よりも大きい場合には、転がり抵抗に悪影響を与えるとともに、接地時の主ベルト層の拘束が強すぎるようになり、主ベルト層の端部の変形が大きくなり、耐ベルトエッジセパレーション性が悪化するので好ましくない。
好ましくは、ベルト補助層の初期剛性値が、主ベルト層の初期剛性値の０．５倍以上０．９７倍以下であることである。ベルト補助層の初期剛性値が大きすぎると転がり抵抗に悪影響を及ぼし、好ましくない。一方、ベルト補助層の初期剛性値が小さすぎる場合には、通常は、それでも実用的には十分なレベルであると言えるが、本発明で課題視した耐ベルト折れ特性が低くなり、本発明で得られる効果が小さくなる。
また、主ベルト層１１、１２を構成するスチールコード１１ａ、１２ａは、スチールモノフィラメントであることが好ましい。スチールモノフィラメントには、スパイラル形状や平面波形状の癖付けを施すことができるが、各種の波癖付けを施していない真直なモノフィラメントを用いることが好ましい。真直なモノフィラメントを用いることで主ベルト層をより薄くすることが可能となり、転がり抵抗の低減効果がより大きく得られる。この場合の主ベルト層の断面モデル図を図４（ａ）に例示した。
主ベルト層１１、１２を構成するスチールコード１１ａ、１２ａが、スチールモノフィラメントの２～５本を一組の束とした束単位でベルト層中に配設して形成されることも好ましい。これは、束状ワイヤとしてベルト層中に配設することにより、ベルト層内のワイヤ間隔（束と束の間隔）が大きくなり、接地変形における層内のゴムのせん断歪が緩和されることで転がり抵抗低減の観点からより好ましい。この場合の、スチールモノフィラメントの３本で１束の単位でコードを構成した主ベルト層の断面モデル図を図４（ｂ）に例示した。
また、ベルト補助層を構成するスチールコードは、２本以上のスチールワイヤを撚り合わせたスチールコードとして用いるのが好ましい。素線間摩擦で減衰性で勝れた撚り線を主ベルト層とカーカスの間に使用することにより、剛直で減衰しにくいため、一般に乗り心地に劣りがちな単線ベルト使用の欠点を改善することができるからであり、特に、好ましい打ち込み本数は、１５～３５本／５０ｍｍ幅である。
ベルト補助層は、図１、図２に示したように、スチールコードからなるベルト補助コード２０ａをゴム中に埋設して構成される。このベルト補助コード２０ａは、タイヤ周方向に対して高角度で傾斜しており、その傾斜角度は８０°～９０°、好ましくは８７°～９０°である。すなわち、ラジアル方向に配設したと言うべきもので、このようにベルト補助層２０を設けることで、主ベルト層コード１１ａ、１２ａの座屈を抑制して、主ベルト層コードとしてモノフィラメントを使用した場合にあっても、低減する曲げに対する耐疲労性を補うことができるようになる。その結果として、転がり抵抗の低減とタイヤの耐久性の改善を両立することができるのである。
また、主ベルト層を構成するスチールコードの断面積と５０ｍｍ幅あたりのコード打ち込み本数の積が４．４ｍｍ2 以上、６．８ｍｍ2 以下であることが好ましい。
あるいは、さらに、主ベルト層１０を構成するスチールコードの断面積と５０ｍｍ幅あたりのコード打ち込み本数の積が４．４ｍｍ2 以上、６．１ｍｍ2 以下であり、かつ、該スチールコードの強度が３２００Ｐａ以上であることが好ましい。
強度がどのような範囲であっても、主ベルト層１０を構成するスチールコードの断面積と５０ｍｍ幅当たりの打ち込み本数との積が４．４ｍｍ2 よりも小さいと、主ベルト層コード１０ａの存在量が少なくなりすぎ、剛性が不足して耐久性が低下する方向なので好ましくない。強度が３２００Ｐａ以上であるとともに断面積と打ち込み本数との積が６．１ｍｍ2 より大きい場合、あるいは、強度が３５００ＭＰａ以上であるとともに断面積と打ち込み本数との積が５．５ｍｍ2 より大きい場合には、主ベルト層コード１０ａの存在量が各強度範囲において耐久性を十分に維持できる量よりも多くなるため、コード量が多過ぎて質量増加を招き、またコード間隔が狭くなり過ぎて接着性が不足するため、かえってタイヤの耐久性が低下する方向なので好ましくない。更に、ベルトゴムのエネルギーロスが増加するため転がり抵抗の低減を阻害する場合があり、好ましくない。
タイヤサイズ１９５／６５Ｒ１５の空気入りタイヤにおいて、主ベルト層について、主ベルト層の、ベルトコードの種類、初期剛性をそれぞれ表１～表３に示すように変更し、また、ベルト補助層について、ベルト補助層の有無、配置、ベルト補助コードの構造、角度、ベルト補助層の配置形態、層幅、位置Ｐとの重なりの有無、及びベルト補強コードの打ち込み本数をそれぞれ表１～表３に示すように変更して、従来例１～２、比較例１～３、実施例１～１４の１９種類の試験タイヤを製作した。
これら１４種類の試験タイヤについて、下記の評価方法によりベルト折れ耐久性（一般条件）、ベルト折れ耐久性（過酷条件）、ベルトエッジセパレーション耐久性、及び転がり抵抗を評価し、その結果を表１～表３に併せて示した。
従来例１は、主ベルト層として通常のものを使用し、ベルト補助層を配設していないものであり、従来の一般的な構成のものである。従来例２は、従来例１と比較して主ベルト層のワイヤ量を削減したもので、転がり抵抗では改善が明らかであるが、ベルト折れ耐久性の悪化が合格レベルにはならない。
比較例１は、主ベルト層と剛性、強力が同一のコードでも、ベルト補助層の使用量が多い場合には、耐セパレーション性が悪化することを示している。
実施例１、実施例２の比較からわかるように、補助層の剛性が小さい方が、転がり抵抗への悪影響が小さく、より好ましい。実施例４からわかるように、ベルト補助層の剛性が小さいと、実用上は問題ないが、ベルト折れ耐久性試験（過酷条件）で比較した場合に耐久性が劣る。
比較例２からベルト補助層が内側すぎると、ベルト耐久性が悪いが、これはスリップ角が大きいときに主ベルト層の座屈変形が起きやすくベルト折れ耐久性が低くなることによる。比較例３からわかるように、ベルト補助層の幅が狭すぎると、補強効果が十分に得られないため、比較例２と同様、ベルト耐久性が悪くなる。
実施例７からわかるように、主ベルト層コードの打ち込み量（本数）が多いと、コード間隔が狭くなり、ベルトゴムのエネルギーロスが増加し転がり抵抗に悪い影響を及ぼす方向である。一方、実施例１１からわかるように、主ベルト層コードの打ち込み量（本数）が少ないと、主ベルト層の剛性が低下し、ベルト折れ耐久性に劣る方向である。
実施例１２からわかるように、主ベルト層コードとして、単線ワイヤ１本で構成するとベルトゲージが薄くなり転がり抵抗が低減する。また、実施例１３からわかるように、主ベルト層コードとして、単線ワイヤを２本１束単位として引き揃えて配置することにより、ワイヤ間のせん断歪みが緩和されて転がり抵抗が低減する。
（１）ベルト折れ耐久性（一般条件）
（２）ベルト折れ耐久性（過酷条件）
（３）ベルトエッジセパレーション耐久性
評価結果は２段階で示し、長さ５ｍｍ以上の剥離部が存在した例を「×（不合格）」、長さ５ｍｍ以上の剥離部が存在しなかった例を「○（合格）」で示した。
（４）転がり抵抗
測定結果は、従来タイヤ１の測定値を１００とする指数で示した。この指数値が大きいほど転がり抵抗が小さく、優れていることを意味する。
１：トレッド部 The present invention provides a pneumatic radial tire for a vehicle capable of maintaining a high level of tire durability even when the number of belt cords is reduced to lower the rolling resistance. This pneumatic radial tire for a vehicle has a main belt layer formed on the outer side in the tire radial direction of a carcass layer in a crown region by stacking two layers in mutually intersecting orientations of belt plies having steel cords embedded therein at an angle of 15 to 45° with respect to the tire circumference direction, wherein a ply having steel cords embedded therein at an angle of 80 to 90° with respect to the tire circumference direction is disposed, as a belt reinforcing ply, between the carcass layer and the inside main belt layer so that a portion of the ply covers positions set 30 mm apart toward the tire equator from both widthwise end parts of the narrow main belt layer. The belt reinforcing layer measures at least 30 mm in width and has an initial stiffness value no greater than the initial stiffness value of the main belt layer.
クラウン領域のカーカス層のタイヤ径方向外側に、タイヤ周方向に対して１５～４５°の角度でスチールコードが埋設されたベルトプライを互いに交差する向きに２層重ね合わせた主ベルト層を有する乗用車用空気入りラジアルタイヤにおいて、ベルト補助層として、タイヤ周方向に対して８０～９０°の角度でスチールコードを埋設したプライを、幅狭の主ベルト層の幅方向両端部から、それぞれタイヤ赤道側に３０ｍｍ離間した位置にその一部がかかるようにカーカス層と内側主ベルト層間に配置するとともに、該ベルト補助層は、幅が３０ｍｍ以上で、かつ該ベルト補助層の初期剛性値が前記主ベルト層の初期剛性値以下のものであることを特徴とする乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
前記ベルト補助層は、その初期剛性値が前記主ベルト層の初期剛性値の０．５倍以上０．９７倍以下であることを特徴とする請求項１記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
前記主ベルト層を構成するスチールコードが、スチールモノフィラメントであることを特徴とする請求項１または２記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
前記主ベルトを構成するスチールコードが、該スチールモノフィラメントの２～５本を一組とする束状ワイヤとしてベルト層中に配設されていることを特徴とする請求項３記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
前記ベルト補助補強層を構成するスチールコードが、２本以上のスチールワイヤを撚り合わせたスチールコードであることを特徴とする請求項１または２記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
前記主ベルトを構成するスチールコードの断面積と５０ｍｍ幅あたりの該コード打ち込み本数の積が４．４ｍｍ2 以上、６．８ｍｍ2 以下であることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
前記主ベルトを構成するスチールコードの断面積と５０ｍｍ幅あたりの該コード打ち込み本数の積が４．４ｍｍ2 以上、６．１ｍｍ2 以下であり、強度が３２００Ｐａ以上であることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
前記主ベルトを構成するスチールコードの断面積と５０ｍｍ幅あたりの該コード打ち込み本数の積が４．４ｍｍ2 以上、５．５ｍｍ2 以下であり、強度が３５００Ｐａ以上であることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
（１）クラウン領域のカーカス層のタイヤ径方向外側に、タイヤ周方向に対して１５～４５°の角度でスチールコードが埋設されたベルトプライを互いに交差する向きに２層重ね合わせた主ベルト層を有する乗用車用空気入りラジアルタイヤにおいて、ベルト補助層として、タイヤ周方向に対して８０～９０°の角度でスチールコードを埋設したプライを、幅狭の主ベルト層の幅方向両端部から、それぞれタイヤ赤道側に３０ｍｍ離間した位置にその一部がかかるようにカーカス層と内側主ベルト層間に配置するとともに、該ベルト補助層は、幅が３０ｍｍ以上で、かつ該ベルト補助層の初期剛性値が前記主ベルト層の初期剛性値以下のものであることを特徴とする乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
（２）前記ベルト補助層は、その初期剛性値が前記主ベルト層の初期剛性値の０．５倍以上０．９７倍以下であることを特徴とする上記（１）記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
（３）前記主ベルト層を構成するスチールコードが、スチールモノフィラメントであることを特徴とする上記（１）または（２）記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
（４）前記主ベルトを構成するスチールコードが、該スチールモノフィラメントの２～５本を一組とする束状ワイヤとしてベルト層中に配設されていることを特徴とする上記（３）記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
（５）前記ベルト補助補強層を構成するスチールコードが、２本以上のスチールワイヤを撚り合わせたスチールコードであることを特徴とする上記（１）または（２）記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
（６）前記主ベルトを構成するスチールコードの断面積と５０ｍｍ幅あたりの該コード打ち込み本数の積が４．４ｍｍ2 以上、６．８ｍｍ2 以下であることを特徴とする上記（１）～（５）のいずれかに記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
（７）前記主ベルトを構成するスチールコードの断面積と５０ｍｍ幅あたりの該コード打ち込み本数の積が４．４ｍｍ2 以上、６．１ｍｍ2 以下であり、強度が３２００Ｐａ以上であることを特徴とする上記（１）～（６）のいずれかに記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
（８）前記主ベルトを構成するスチールコードの断面積と５０ｍｍ幅あたりの該コード打ち込み本数の積が４．４ｍｍ2 以上、５．５ｍｍ2 以下であり、強度が３５００Ｐａ以上であることを特徴とする上記（１）～（７）のいずれかに記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
（ａ）ベルト補助層２０として、タイヤ周方向に対して８０°～９０°の角度でスチールコードを埋設したプライを、幅狭の主ベルト層１１の幅方向両端部１１ｂから、それぞれタイヤ赤道ＣＬ側に３０ｍｍ離間した位置Ｐにその一部がかかるようにカーカス層４と内側主ベルト層１２間に配置すること、
（ｂ）該ベルト補助層２０として、その幅Ｗ２が３０ｍｍ以上であるようにすること、
かつ、
（ｃ）該ベルト補助層２０の初期剛性値が主ベルト層１０（１１、１２）の初期剛性値以下のものを使用すること、
の３要件を満足することにより、ころがり抵抗の悪化を招くことなく、ベルト折れ発生について顕著な防止効果を得ることができる。特に、前者には要件（ｃ）が寄与し、後者には要件（ａ）および要件（ｂ）が寄与する。
・ベルト補助層の初期剛性値Ｘ＝Ｅｘ×Ｓｘ×Ｎｘ
ここで、Ｅｘ：ベルト補助層コードの初期弾性率（５Ｎ～５０Ｎ負荷時伸びより算出）
Ｓｘ：ベルト補助層コードの素線断面積の和
Ｎｘ：５０ｍｍ幅あたりの補助層コード打ち込み本数
・主ベルト層の初期剛性値Ｙ＝Ｅｙ×Ｓｙ×Ｎｙ
ここで、Ｅｙ：主ベルトコードの初期弾性率（５Ｎ～５０Ｎ負荷時伸びより算出）
Ｓｙ：主ベルトコードの素線断面積の和
Ｎｙ：主５０ｍｍ幅あたりの主ベルトコード打ち込み本数
なお、主ベルト層が２層であるとき、各主ベルト層ごとの初期剛性値Ｙを求めて、平均値をとる。
ドラム表面が平滑な鋼製でかつ直径が１７０７ｍｍであるドラム試験機を用い、周辺温度を３８±３℃に制御し、リムサイズ１５×６Ｊのリムに試験内圧１６０ｋＰａで組み込んだ試験タイヤを、走行速度３０ｋｍ／ｈｒ、スリップ角０±４°、荷重ＪＡＴＭＡ最大荷重の７０％±４０％の変動条件下で、荷重とスリップ角を０．０８３Ｈｚの矩形波で変動させて１０時間、３００ｋｍ走行させた。走行後にタイヤを切開し、ベルトコード破断の有無を調べた。評価結果は２段階で示し、ベルトコード破断が発生した例を「×（不合格）」、ベルトコード破断が発生しなかった例を「○（合格）」で示した。
ドラム表面が平滑な鋼製でかつ直径が１７０７ｍｍであるドラム試験機を用い、周辺温度を３８±３℃に制御し、リムサイズ１５×６Ｊのリムに試験内圧１６０ｋＰａで組み込んだ試験タイヤを、走行速度３０ｋｍ／ｈｒ、スリップ角０±５°、荷重はＪＡＴＭＡイヤーブック２００９年版記載の最大荷重の７０％±４０％とした変動条件下で、荷重とスリップ角を０．０８３Ｈｚの矩形波で変動させて１０時間、３００ｋｍ走行させた。走行後にタイヤを切開し、ベルトコード破断の有無を調べた。評価結果は２段階で示し、ベルトコード破断が発生した例を「×（不合格）」、ベルトコード破断が発生しなかった例を「○（合格）」で示した。
室温６０℃に保持されたチャンバー内に、リムサイズ１５×６Ｊのリムに内圧２４０ｋＰａで酸素封入した試験タイヤを２週間保持後、内部の酸素を解放し、空気を１６０ｋＰａにて充填する。このように前処理された試験タイヤを、ドラム表面が平滑な鋼製でかつ直径が１７０７ｍｍであるドラム試験機を用い、周辺温度を３８±３℃に制御し、走行速度５０ｋｍ／ｈｒ、スリップ角０±３°、荷重はＪＡＴＭＡ イヤーブック２００９年版記載の最大荷重の７０％±４０％とした変動条件下で、荷重とスリップ角を０．０８３Ｈｚの矩形波で変動させて１００時間、５０００ｋｍ走行させた。走行後にタイヤを切開し、ベルト幅方向端部における幅方向へのセパレーション長さ５ｍｍ以上の剥離部の有無を確認した。ベルト剥離がなければベルトエッジセパレーション耐久性が優れることを意味する。
リムサイズ１５×６Ｊのリムに試験内圧２００ｋＰａで組み込んだ試験タイヤを、ドラム表面が平滑な鋼製でかつ直径が１７０７ｍｍであるドラム試験機を用い、荷重は、ＪＡＴＭＡ イヤーブック２００９年版記載の当該空気圧における最大負荷荷重の８５％に相当する荷重を負荷して、ドラムに押し付けた状態で、速度８０ｋｍ／ｈｒで走行させたときの転動抵抗を測定した。
２：サイドウォール部
３：ビード部
４：カーカス層
５：ビードコア
６：ビードフィラー
１０、１１、１２：主ベルト層
１１ａ、１２ａ：主ベルトコード
１１ｂ：幅狭の主ベルト層の幅方向両端部
２０：ベルト補助層
２１：ベルト補助層の分割片
Ｐ：幅狭の主ベルト層１１の幅方向両端部１１ｂから、それぞれタイヤ赤道ＣＬ側に３０ｍｍ離間した位置