JP2006117078A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】 ベルト層24の幅方向両端における剛性段差を強力に抑制して耐久性を大幅に向上させる。
【解決手段】 タイヤ赤道に対し逆方向に傾斜した非伸張性補強素子が埋設された２枚の補強プライ33からなる補強層32を、その外側端38がトレッド端39を通る半径方向線Ｋより幅方向外側に位置するよう配置したので、ベルト端での剛性段差が補強層32の外側端38まで移動する。ここで、これら補強層32の外側端38の位置はタイヤ肉厚が薄く、しかも、回転半径が小さいため、遠心力によって前記外側端38近傍に発生する歪みが低減する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ベルト層の幅方向外側端部に内側端が重なり合う一対の補強層を設けた空気入りタイヤに関する。

一般に、空気入りタイヤは、トロイダル状をしたカーカス層と、カーカス層の半径方向外側に配置されたベルト層、トレッドを有しているが、このような空気入りタイヤはたが機能を発揮するベルト層の剛性がカーカス層、トレッドに比較してかなり大きいため、ベルト端に剛性段差が発生する。ここで、このような剛性段差が存在する空気入りタイヤで高速走行を行うと、ベルト層に重なり合っている部位のトレッド部は強力なたが機能を発揮するベルト層により拡張が強力に抑制される一方、ベルト端より幅方向外側のトレッド部は、厚肉で大重量であるにも拘らず、たが機能を殆ど有しないカーカス層しか存在していないため、容易に遠心力により半径方向外側に拡張し、この結果、ベルト端近傍に大きな歪が発生して、該部位に亀裂が発生したり、セパレーションへと進展することがある。

このような問題を解決するため、例えば以下の特許文献１に記載されているようなものが、提案されている。
特開２００３−３０６００９号公報

このものは、ベルト層のコード切断端（ベルト端）の近傍部分に狭小の間隔をおいて隣接してコード切断端を覆う保護層を設けるとともに、この保護層を構成する繊維部材の曲げ剛性をベルト層のコードの曲げ剛性の1/10以下としたものである。そして、このものは、前述のような保護層によりベルト端に隣接する部分の剛性増加を図り、これによってベルト端での剛性段差を緩和し、亀裂、セパレーションの発生を抑制するようにしている。

また、前述のような剛性段差は、例えば以下の特許文献２に記載されているようなものによっても緩和することが可能である。
特開平１１−１９２８０９号公報

このものは、ベルト層の幅方向外側端部で、その半径方向外側から幅方向外側に向かって延びる複数層の補助ベルト層を配置するとともに、各補助ベルト層内にタイヤ周方向にほぼ平行でスパイラル状に配列されたナイロンコードを埋設したものである。

しかしながら、このような従来の空気入りタイヤにあっては、前述したベルト端での剛性段差をある程度抑制することができるものの、近年、対費用効果向上等の要求から、空気入りタイヤにさらなる耐久性が求められるようになってきたが、前述のような従来の空気入りタイヤでは、充分にその要求に応えることができないという課題があった。

この発明は、ベルト端における剛性段差を強力に抑制して耐久性を大幅に向上させることができる空気入りタイヤを提供することを目的とする。

このような目的は、両端部がビードコアの回りに折り返され略トロイダル状を呈するカーカス層と、前記カーカス層の半径方向外側に配置されたベルト層と、該ベルト層の半径方向外側に配置されたトレッドとを備えた空気入りタイヤにおいて、タイヤ赤道に対して傾斜している非伸張性補強素子が埋設された補強プライを前記補強素子が逆方向に傾斜した状態で２枚積層することにより構成した一対の補強層を前記カーカス層に沿って配置するとともに、その内側端をベルト層の幅方向外側端部にそれぞれ重なり合わせる一方、その外側端をトレッド端を通る半径方向線とタイヤ最大幅位置との間まで延在させることにより、達成することができる。

この発明においては、タイヤ赤道に対して傾斜している非伸張性補強素子が埋設された補強プライを前記補強素子が逆方向に傾斜した状態で２枚積層することにより構成した、ベルト層と剛性がほぼ同等である一対の補強層を前記カーカス層に沿って配置するとともに、その内側端をベルト層の幅方向外側端部にそれぞれ重なり合わせる一方、その外側端をトレッド端を通る半径方向線より幅方向外側に位置させたので、ベルト端に発生していた剛性段差が前記半径方向線より幅方向外側、即ち補強層の外側端まで移動することになる。

ここで、前述した半径方向線より幅方向外側におけるタイヤ肉厚はトレッド部におけるタイヤ肉厚より薄いため、高速走行時に補強層の外側端に作用する遠心力の値が小さくなって、補強層の外側端近傍におけるカーカス層の半径方向外側への拡張が効果的に抑制される。また、一般に、カーカス層はトレッド端から幅方向外側に離れるに従い略弧状を呈しながらタイヤ中心軸からの最短距離が徐々に小さくなっていくため、カーカス層に沿って延びる補強層の外側端を前記半径方向線より幅方向外側に位置させると、タイヤ中心軸から補強層の外側端までの最短距離がトレッド端までの最短距離より短くなって補強層の外側端に作用する遠心力の値がさらに小さくなる。

このようなことから、高速走行時における補強層の外側端近傍でのカーカス層の拡張が強力に抑制され、この結果、ベルト端、補強層の外側端近傍での歪が強力に低減されて、亀裂、セパレーションの発生が効果的に抑制される。但し、前記補強層の外側端がタイヤ最大幅位置を超えると、変形容易なサイドウォール部の長さが短くなり過ぎて縦ばね定数が非常に高くなり、振動乗り心地性が大幅に悪化するため、補強層の外側端はタイヤ最大幅位置より幅方向内側でなければならない。

ここで、前記補強素子のタイヤ赤道に対する傾斜角が 5度未満であると、補強素子がほぼタイヤ赤道に平行となるため、螺旋状に巻き付けなければ製造が困難となり、一方、前記傾斜角が30度を超えると、タイヤ赤道に対する傾斜角が大きくなり過ぎてたが効果が不充分となることがあるため、補強素子のタイヤ赤道に対する傾斜角は 5度〜30度の範囲内が好ましい。
また、請求項３に記載のように構成すれば、補強層の外側端近傍での歪を効果的に低減しながら、振動乗り心地性の悪化を許容値内に抑えることができる。

さらに、請求項４に記載のように構成すれば、補強プライの外側端に亀裂が生じても、２枚の補強プライの外側端同士は前記ずれ量だけ幅方向に離れているため、亀裂が繋がるまでに時間がかかり、プライ端セパレーションの発生を効果的に遅らせることができる。
また、請求項５に記載のように構成すれば、補強層がカーカス層の外側に密着した状態で配置されるため、補強層の外側端近傍でのカーカス層の拡張をさらに強力に抑制することができる。

以下、この発明の実施形態１を図面に基づいて説明する。
図１において、11は高速走行が可能な乗用車用空気入りラジアルタイヤであり、この空気入りタイヤ11はビードコア12がそれぞれ埋設された一対のビード部13と、これらビード部13から略半径方向外側に向かってそれぞれ延びるサイドウォール部14と、これらサイドウォール部14の半径方向外端同士を連結する略円筒状のトレッド部15とを備えている。なお、前述の空気入りタイヤ11は航空機用タイヤであってもよい。

そして、この空気入りタイヤ11は前記ビードコア12間を略トロイダル状を呈しながら延びてサイドウォール部14、トレッド部15を補強するカーカス層18を有し、このカーカス層18の両端部は前記ビードコア12の回りを軸方向内側から軸方向外側に向かって折り返されている。前記カーカス層18は少なくとも１枚、ここでは２枚のカーカスプライ19から構成され、これらカーカスプライ19内にはラジアル方向（子午線方向）に延びる多数本の補強素子が埋設されている。ここで、前記補強素子としては、ナイロン等の伸長可能なコードあるいはスチール、芳香族ポリアミド等の非伸張性コードが用いられる。そして、このカーカス層18の内面側には薄肉ゴムからなるインナーライナー20が貼付けられている。

24はカーカス層18の半径方向外側に配置されたベルト層であり、このベルト層24は少なくとも２枚（ここでは２枚）のベルトプライ25を積層することで構成され、各ベルトプライ25内にはスチール、芳香族ポリアミド等からなる多数本の非伸張性補強素子が埋設されている。そして、これらベルトプライ25の補強素子はタイヤ赤道Ｓに対して10〜60度の範囲内で傾斜するとともに、少なくとも２枚のベルトプライ25においてタイヤ赤道Ｓに対し逆方向に傾斜している。28は前記カーカス層18、ベルト層24の半径方向外側に配置されたトレッドであり、このトレッド28の外表面（接地面）には幅広で周方向に連続して延びる複数本、ここでは４本の主溝29が形成されている。また、図示していないがトレッド28の外表面には幅広で幅方向に延びる多数本の横溝が形成されていることもある。

図１、２において、32は一対の補強層であり、これらの補強層32はベルト層24より幅狭である補強プライ33を２枚だけ半径方向に積層することで構成されている。ここで、各補強プライ33内にはスチール、芳香族ポリアミド等のコード、モノフィラメントから構成された、互いに平行な直線状に延びる多数本の非伸張性補強素子34が埋設され、また、これらの補強素子34はタイヤ赤道Ｓに対して傾斜しているとともに、積層された２枚の補強プライ33においてタイヤ赤道Ｓに対し逆方向に傾斜しているため、各補強層32はベルト層24とほぼ同等の剛性（たが効果）を発揮することになる。

そして、前記各補強層32の内側端37、即ちタイヤ赤道Ｓに近接する幅方向内側端は、ベルト層24の幅方向外側端部でその半径方向外側に所定量だけ重なり合っており、その外側端38、即ちタイヤ赤道Ｓから離隔する幅方向外側端は、トレッド端39を通る半径方向線Ｋより幅方向外側に位置している。また、前記各補強層32は前述したカーカス層18に沿って延びているが、ここで、カーカス層18に沿って延びているとは、カーカス層18に可能な限り平行でかつ滑らかに屈曲しながら延びているという意味で、この実施形態のように補強層32の内側端37がベルト層24の半径方向外側に位置している場合には、完全に平行な状態からある程度離れてしまうが、このような場合も許容されるということである。

このようにすればベルト端（ベルト層24の幅方向外側端）に発生していた剛性段差が前記半径方向線Ｋより幅方向外側、即ち補強層32の外側端38まで移動することになるが、ここで、前述した半径方向線Ｋより幅方向外側におけるタイヤ肉厚はトレッド部15におけるタイヤ肉厚より薄いため、高速走行時に補強層32の外側端38に作用する遠心力の値が小さくなって、補強層32の外側端38近傍におけるカーカス層18の半径方向外側への拡張が効果的に抑制される。

また、一般に、カーカス層18はトレッド端39から幅方向外側に離れるに従い略弧状を呈しながらタイヤ中心軸からの最短距離が徐々に小さくなっていくため、カーカス層18に沿って延びる補強層32の外側端38を前記半径方向線Ｋより幅方向外側に位置させると、タイヤ中心軸から補強層32の外側端38までの最短距離がトレッド端39までの最短距離より短くなって補強層32の外側端38に作用する遠心力の値がさらに小さくなる。

このようなことから、高速走行時における補強層32の外側端38近傍でのカーカス層18の拡張が強力に抑制され、この結果、ベルト端、補強層32の外側端38近傍での歪が低減されて、亀裂、セパレーションの発生が効果的に抑制される。但し、前記補強層32の外側端38がタイヤ最大幅位置Ｈを超えると、変形容易なサイドウォール部14の長さが短くなり過ぎて縦ばね定数が非常に高くなり、振動乗り心地性が大幅に悪化するため、補強層32の外側端38はタイヤ最大幅位置Ｈより幅方向内側でなければならない。

ここで、前記補強素子34のタイヤ赤道Ｓに対する傾斜角Ｇは 5〜30度の範囲内が好ましい。その理由は、前記傾斜角Ｇが 5度未満であると、補強素子34がほぼタイヤ赤道Ｓに平行となるため、螺旋状に巻き付けなければ製造が困難となってしまうからであり、一方、30度を超えると、タイヤ赤道Ｓに対する傾斜角Ｇが大きくなり過ぎてたが効果が不充分となることがあるからである。このように前記補強プライ33は螺旋状に巻き付けられたものではなく、帯状の補強プライ33を周方向に巻き付けて環状とし、その始、終端同士を接合したものである。

この結果、生タイヤの加硫開始時にトレッド部15が拡張しようとすると、ある長さで切断されている補強素子34が未加硫ゴムからなるコーティングゴム内でタイヤ赤道Ｓに近付くよう傾斜し、補強プライ33は前記拡張に追従して周方向に容易に伸長することができる。これにより、前述のような位置に補強層32が設けられていても、空気入りタイヤ11は問題なく製造することができる。一方、加硫が終了すると、コーティングゴムが硬化するため、補強素子34の傾斜は硬化したコーティングゴムにより規制され、この結果、補強層32は周方向に殆ど伸長することができなくなり、高い剛性を発揮する。

なお、前述のような補強層を、芳香族ポリアミド等からなる少数本の非伸張性補強素子が埋設されたリボン状体を、製品タイヤの内面と同一外面形状を有するハードコアの回りに螺旋状に巻回することで構成することも考えられるが、このようにすると、ハードコアが必要になるとともに、製造工程が複雑になるという欠点がある。しかしながら、この実施例のようにすれば、周知のタイヤ成形ドラムを用いて周知の方法により容易に空気入りタイヤを製造することができる。

ここで、前述した補強層32を構成する各補強プライ33の幅Ｗは30〜 150mmの範囲内であることが好ましい。その理由は、前記幅Ｗが30mm未満であると、補強層32の外側端38近傍での歪を充分に抑制することができず、一方、 150mmを超えると、縦ばね定数が高くなり振動乗り心地が悪化するが、前述の範囲内であると、補強層32の外側端38近傍での歪を効果的に低減しながら、振動乗り心地性の悪化を許容値内に抑えることができるからである。

また、前記補強層32は補強プライ33を幅方向に所定量Ｌだけずらした状態で２枚積層することにより構成している。このように補強プライ33を幅方向に所定量Ｌだけずらすようにすれば、補強プライ33の幅方向側端に亀裂が生じても、２枚の補強プライ33の幅方向側端同士は前記所定量Ｌだけ幅方向に離れているため、前述の亀裂が繋がるまでに時間がかかり、これにより、プライ端セパレーションの発生を遅らせることができる。

さらに、この実施形態では、補強層32の内側端37をベルト層24の半径方向外側、即ち、ベルト層24とトレッド28との間に配置したが、補強層32の内側端37を図３に示すように、ベルト層24とカーカス層18との間に、あるいは、補強層32全体を図４に示すように、カーカス層18が複数枚のカーカスプライ19から構成されているとき、これらカーカスプライ19間に、さらに、補強層32全体をカーカス層18とインナーライナー20との間に配置するようにしてもよい。

次に、第１試験例について説明する。この試験に当たっては、芳香族ポリアミドからなる補強素子が埋設され内側端をベルト層とトレッドとの間に位置させた補強層を有する図１に示すような実施タイヤ１と、補強素子をスチールから構成した以外は実施タイヤ１と同様である実施タイヤ２と、補強層の内側端をベルト層とカーカス層との間に位置させた以外は実施タイヤ１と同様である図３に示すような実施タイヤ３と、補強層を２枚のカーカスプライ間に位置させた以外は実施タイヤ１と同様である図４に示すような実施タイヤ４と、ベルト層の幅方向両端部でその半径方向外側にタイヤ周方向に延びるナイロンコードが埋設された補助ベルト層を２層配置した比較タイヤとを準備した。

ここで、前記各タイヤはサイズがいずれも245/55Ｒ17で、ラジアル方向に延びるナイロンコードが埋設されたカーカスプライ19を２枚積層してカーカス層18を構成するとともに、タイヤ赤道Ｓに対して24度だけ傾斜したスチールコードが埋設されたベルトプライ25を２枚、前記スチールコードの傾斜方向が逆方向となるよう積層することでベルト層24を構成した高性能乗用車用タイヤを用いている。

また、実施タイヤ１、３、４における補強層32は、芳香族ポリアミドのフィラメントを撚って構成した径が 0.7mmの補強素子34を、タイヤ赤道Ｓに対して15度だけ傾斜させた状態でゴムコーティングすることにより、幅が60mmである補強プライ33を形成した後、これら補強プライ33を幅方向に 2mmだけずらすとともに、補強素子34同士を逆方向に傾斜させながら２枚積層して構成している。一方、実施タイヤ２においては、スチールフィラメントを撚って補強素子34を構成したが、この補強素子34の径は 0.8mmであった。なお、実施タイヤ２における他の諸元は実施タイヤ１と同一である。また、これら実施タイヤ１〜４においては、半径方向線Ｋから補強層32の外側端38までの補強層32に沿って測定した距離はいずれも35mmであった。

そして、前述のような実施タイヤ１〜４を製造するために加硫を行ったが、このとき、前記実施タイヤ１〜４のトレッド部15は最大で 4％拡張したものの、全く問題なく各タイヤを製造することができた。その後、各タイヤを解剖して補強層32を構成する補強素子34の配列状態を検査したが、いずれも設計通りの配列状態であった。

次に、前記各タイヤをタイヤ試験機に装着した後、６ｋＮの荷重を負荷しながら直径が３ｍのドラムにスリップ角１度で押し付けて高速走行させることにより、高速耐久試験を行った。ここで、この高速耐久試験は、 100km/hの速度から各タイヤの走行を開始し、５分毎に10km/hのステップで速度を次々に増加させて故障発生時の速度を求める試験である。その結果は、比較タイヤを指数 100とすると、実施タイヤ１では 160、実施タイヤ２では 155、実施タイヤ３では 170、実施タイヤ４では 165と高速耐久性がいずれの実施タイヤにおいても大幅に向上していた。

そして、この試験結果から、補強層32の内側端37をベルト層24とカーカス層18との間に介装したとき、補強層32がカーカス層18の外側に密着した状態で配置されるため、補強層32の外側端38近傍でのカーカス層18の拡張が最も強力に抑制され、高速耐久性が最も向上していることが理解できる。

この発明は、空気入りタイヤの産業分野に適用できる。

この発明の実施形態１を示す空気入りタイヤの子午線断面図である。 補強層の一部破断平面図である。 この発明の他の実施形態を示す空気入りタイヤの子午線断面図である。 この発明のさらに他の実施形態を示す空気入りタイヤの子午線断面図である。

符号の説明

11…空気入りタイヤ 12…ビードコア
18…カーカス層 24…ベルト層
28…トレッド 32…補強層
33…補強プライ 34…補強素子
37…内側端 38…外側端
39…トレッド端 Ｋ…半径方向線
Ｓ…タイヤ赤道 Ｈ…タイヤ最大幅位置
Ｗ…幅 Ｇ…傾斜角

Claims (5)

1. 両端部がビードコアの回りに折り返され略トロイダル状を呈するカーカス層と、前記カーカス層の半径方向外側に配置されたベルト層と、該ベルト層の半径方向外側に配置されたトレッドとを備えた空気入りタイヤにおいて、タイヤ赤道に対して傾斜している非伸張性補強素子が埋設された補強プライを前記補強素子が逆方向に傾斜した状態で２枚積層することにより構成した一対の補強層を前記カーカス層に沿って配置するとともに、その内側端をベルト層の幅方向外側端部にそれぞれ重なり合わせる一方、その外側端をトレッド端を通る半径方向線とタイヤ最大幅位置との間まで延在させたことを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記補強素子のタイヤ赤道に対する傾斜角を 5度〜30度の範囲内とした請求項１記載の空気入りタイヤ。
3. 前記補強プライの幅は30〜 150mmの範囲内である請求項１または２記載の空気入りタイヤ。
4. 補強プライを幅方向にずらした状態で２枚積層し補強層を構成するようにした請求項１〜３のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
5. 前記補強層の内側端をベルト層とカーカス層との間に介装した請求項１〜４のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

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