JP2006240458A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】 空気入りタイヤにおいて、ベルト層とベルト強化層等の間に発生するせん断変形等を小さくし、セパレーションの発生を抑制し、ベルト耐久性等を向上させる。また、突起入力時のベルト耐久性等を向上させる。
【解決手段】 １層以上からなるベルト強化層６、７の外周側と内周側のそれぞれに、１層以上のベルト層（外周側ベルト層１、２、内周側ベルト層３、４）を設ける。ベルト強化層６、７の幅は、タイヤ断面幅の０．６倍以上とし、その補強素子１０は、ほぼ周方向のタイヤ赤道面に対し±１０度以下の角度で傾斜させる。ベルト層のコード１２は、タイヤ赤道面に対し４５度以上の角度で傾斜させる。また、最も幅広のベルト層の幅をタイヤ断面幅の０．７倍以上にする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空気入りタイヤに関し、特に周方向に延びる補強素子が埋設されたベルト強化層をベルト層に重ね合わせて配置した空気入りタイヤに関する。

空気入りタイヤには、一般にトレッド部のカーカス外周側に、剛性の高いコードで形成された１層以上のベルト層からなるベルトが設けられている。このベルト層は、カーカスを保護するだけではなくタイヤを径方向に圧縮する役目をしており、周方向の剛性を保ちいわゆるたが効果を発揮する。

このような空気入りタイヤに、内圧をかけたときのベルトによるたが効果は、ベルト層コードの切断面があるトレッドのショルダー部で中央部よりも小さい。そのため、ショルダー部でのベルトの径方向成長量は、中央部のそれよりも大きくなり、ベルトは、ショルダー部で周方向へ相対的に大きく伸び、ベルト端部のトレッドゴムは大きな周方向歪みを受けることになる。この歪みによりゴムに亀裂等が発生するため、ベルト端部ではベルトとトレッドゴムの間にセパレーションが起きやすいという問題がある。

更に、近年の車両の高速化・低床化の要求に伴い空気入りタイヤは偏平化が進んでいるが、偏平化するに従い内圧時のトレッド部の径成長量は増大していく傾向があり、この径成長量の増大によりベルト端部での耐久力が低下し、特にセパレーションが発生し易くなっている。

これらの問題に対処するため、周方向に延びる波状またはジグザグ状に屈曲した補強素子が埋設された強化層をベルト層の内周側に設けることで、特にショルダー部でのベルトの径成長量を抑えて、ベルト端部でのセパレーション耐久性を向上させた空気入りタイヤが提案されている（特許文献１参照）。

しかし、特許文献１に記載された空気入りタイヤの構成でも、偏平化が更に進んで偏平比が０．７０以下となってくると、従来の幅のベルト強化層では径成長量を効果的に抑制できないという問題が生じる。そこで、ベルト強化層の幅を広げること、具体的にはタイヤ断面幅の０．６倍以上に広げることで、内圧時の径成長量を抑制することが提案されている（特許文献２参照）。

この特許文献２に記載されたタイヤでは、内圧時の径成長量は確かに抑制できる。しかし、ベルト強化層の幅を広げたことで、逆に荷重時にベルト強化層の幅方向外側端部とベルト層との層間にセパレーションが発生し易くなり、ベルト耐久性等が低下してしまうという新たな問題が生じることが判明した。

図３は、特許文献に記載されたものではないが、このようにベルト強化層をベルト層の内周側に設けた従来の空気入りタイヤの要部断面図を、また、図４は、この空気入りタイヤのトレッド部の構造を概略的に示す平面展開図を示す。
図３、４に示すように、従来の空気入りタイヤ２０は、トロイダル状に延びるカーカス層２１とその外周側に設けたトレッドゴム２２を備え、トレッドゴム２２の内周側に、タイヤ赤道面に対し４５度以上に傾斜させて配置したベルト層コード２９からなり、径方向に重ねて配置されたベルト層２３、２４からなるベルトと、このベルト層２３、２４の内周側でかつカーカス層２１との間に、それぞれタイヤ周方向にほぼ平行に波状またはジグザグ状に屈曲して配置したスチール、アラミド繊維等の非伸長性のコードからなる補強素子２８を備え、タイヤ径方向に重ねて配置されたベルト強化層２５、２６が配置されている。
ここで、ベルト強化層２５，２６は、タイヤ幅方向で略同じ幅に形成され、ベルト強化層２５の外周側に隣接したベルト層２４は、ベルト強化層２５，２６より幅広に、かつベルト層２３はベルト強化層２５，２６より幅が狭く形成されている。

ところで、このような空気入りタイヤ２０において、タイヤ荷重時のベルト層２３、２４とベルト強化層２５，２６は、円弧から平らに変形する、つまり周方向へ引っ張られるが、この引っ張り力は、タイヤ２０の幅方向外側ほど大きく、そのため、ベルト強化層２５，２６とベルト層２４との伸びの差は、ベルト強化層２５，２６の端部ほど大きくなる。

ところが、ベルト強化層２５、２６には内部に周方向へ延びる補強素子２８が埋設されているため、周方向への伸びが非常に小さく、隣接するベルト層２４と伸びの差が生じ、これによりベルト層２４とベルト強化層２５、２６の間には大きなせん断変形が発生する。

つまり、従来の空気入りタイヤでは、ベルト層２４に作用する周方向の引張力は、タイヤの幅方向外側ほど大きく、ベルト強化層２５，２６との伸びの差はベルト強化層２５，２６の端部ほど大きくなる。その結果、ベルト強化層２５，２６端部２７付近での層間のせん断変形はより大きくなり、その部分のゴムに亀裂等が生じ、セパレーションが進展するという問題がある。
図５は、図３の円Ｃで示す部分を拡大して示したタイヤの断面図であるが、このタイヤ２０では、同図に示すベルト強化層２５，２６の幅方向外側端２７の近傍で層間せん断変形が最も大きくなり、その部分で亀裂等が生じ、セパレーションが進展する。

特開平２−２０８１０１号公報 特開２００４−３４５４３７号公報

本発明は、前記従来の問題に鑑みなされたものであって、その目的は、空気入りタイヤにおいて、ベルト層とベルト強化層等の間に発生するせん断変形等を小さくし、セパレーションの発生を抑制し、ベルト耐久性等を向上させることであり、かつ突起入力時のベルト耐久性等を向上させ、更に偏摩耗を防止することである。

請求項１の発明は、空気入りタイヤにおいて、周方向に略平行に配置された複数の補強素子を有する１層以上のベルト強化層と、該ベルト強化層の径方向外周側と内周側にコードを備えたベルト層を配置したことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載された空気入りタイヤにおいて、前記補強素子は、タイヤ赤道面に対し±１０度以下の角度で傾斜し、かつ前記ベルト強化層の幅はタイヤ断面幅の０．６倍以上であることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載された空気入りタイヤにおいて、前記ベルト層は、タイヤ赤道面に対し４５度以上の角度で傾斜したコードから成ることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載された空気入りタイヤにおいて、前記ベルト層のうち最も幅広のものの幅は、タイヤ断面幅の０．７倍以上であることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載された空気入りタイヤにおいて、前記ベルト強化層の径方向外周側に前記ベルト強化層よりも幅広の２層のベルト層を有し、該ベルト層の径方向に相互に隣接する該ベルト層のコードの傾斜角度は、タイヤ赤道面に対し対称でかつ４５度以上の同一角度であることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載された空気入りタイヤにおいて、前記ベルト強化層の径方向内周側に前記ベルト強化層よりも幅広の２層のベルト層を有し、該ベルト層の径方向に相互に隣接する該ベルト層のコードの傾斜角度は、タイヤ赤道面に対し対称でかつ４５度以上の同一角度であることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載された空気入りタイヤにおいて、前記ベルト層が前記ベルト強化層の径方向外周側と内周側に２層ずつ配置され、これら４層のベルト層が前記ベルト強化層を挟んで対称積層されていることを特徴とする。

本発明によれば、内圧時のタイヤ径方向成長量や、荷重時のベルト層とベルト強化層等の間に発生するせん断変形等を小さくすることができ、セパレーションの発生を抑制し、ベルト耐久性等を向上させることができる。また、突起入力時にも幅方向せん断変形を小さくすることができ、ベルト耐久性や耐偏摩耗性を向上させることができる。従って、製品タイヤの寿命を延ばすことができる。

本発明の空気入りタイヤの一実施形態を図面を参照して説明する。
図１、２は、それぞれ本発明の実施形態に係る空気入りタイヤのトレッド部の構造を概略的に示す平面展開図であり、図１は、ベルト強化層６、７に従来と同様に波状またはジグザグ状に屈曲した補強素子１０を使用したもの（以下、波状ベルトという）を、図２は、ベルト強化層６、７に屈曲しない補強素子１１を使用したものを示す。

本実施形態におけるタイヤは、例えば、図３に示す従来のタイヤと同様に、トロイダル状に延びるカーカス層５と図示しないトレッドゴムとの間に、補強素子１０又は１１が埋設され、径方向に重ねて配置された２層のベルト強化層６、７と、ベルト強化層６、７の外周側に隣接して径方向に重ねて配置されたベルト層コード１２からなる２層のベルト層１、２を備えているが、ベルト強化層６、７の内周側に隣接して径方向に重ねて配置されたベルト層コード１２からなる２層のベルト層３、４を備えている点で前記従来のものと相違している。

ここで、ベルト強化層６、７は、従来のタイヤと同様に、例えばスチール、アラミド繊維等からなる非伸長性のコードからなる補強素子１０、１１を周方向に略平行（タイヤ赤道面に対し±１０度以下の角度）に複数本延在させて、その周りを被覆ゴムで覆って形成し、前記コードは、同一の振幅及び周期を持った波状またはジグザグ状、例えば三角波、方形波、正弦波状に屈曲させ、或いは屈曲させなくともよい。

ベルト強化層６、７の幅をタイヤ断面幅の０．６倍未満にすると、偏平比の低いタイヤでは、内圧時の径成長量を抑制する効果が小さくなり、超偏平サイズのタイヤでは径成長量をタイヤ幅方向で均一化できず、セパレーションの発生を抑制できないため、本実施形態では、ベルト強化層６、７の幅は、タイヤ断面幅の０．６倍以上とし、最も幅の広いベルト層（ベルト層１から４のいずれであってもよい）の幅はタイヤ断面幅の０．７倍以上にしている。

また、ベルト層１、２、３、４の面内せん断剛性は、ベルト層コード１２の方向が赤道面に対し４５度のときに最大となり、４５度未満にするとベルト層端部に歪みが集中し、また、幅方向の曲げ剛性を高める効果が小さくなり、セパレーションの発生を抑制できないため、各ベルト層１、２、３、４は、それぞれベルト層コード１２をタイヤ赤道面に対し４５度以上傾斜させて複数本配置し、それらの周りを被覆ゴムで覆って形成している。

更に、ベルト強化層６、７の外周側にあるベルト層１、２のそれぞれのベルト層コード１２が延びる方向、及び、内周側にあるベルト層３、４のそれぞれのベルト層コード１２が延びる方向は、タイヤ赤道面に対し対称となるように逆方向に傾斜させて交差状にしており、かつ、ベルト強化層６、７の外周側にあるベルト層１、２と、内周側にあるベルト層３、４の、４層のベルト層はベルト強化層６、７を挟んで対称積層している。

ここで、対称積層とは、ベルト層１、２、３、４のベルト層コード１２の延びる方向とタイヤ赤道面との角度をα度とすると、ベルト層１、２、３、４のベルト層コード１２の方向をそれぞれ順に、＋α度、−α度、−α度、＋α度、または、−α度、＋α度、＋α度、−α度のように、ベルト強化層６、７を挟んで対称になるように交差状に配置することをいう。

本実施形態に係る空気入りタイヤは以上の構成からなるため以下の特長を有する。即ち、
（１）ベルト強化層６、７の内周側にベルト層３、４を配置したため、ベルト強化層６、７に内周側のベルト層３、４の伸びが加わり、タイヤ荷重時にベルト強化層６、７を周方向に従来より伸ばすことができる。そのため、ベルト層２、３とベルト強化層６、７間の伸びの差を小さくすることができ、層間のせん断変形を小さくできるので、セパレーションの発生を抑制でき、ベルト耐久性を向上させることができる。
（２）ベルト強化層６、７の補強素子１０、１１の角度を周方向に略平行（タイヤ赤道面に対し±１０度以下の角度）に配置したため、周方向に高い剛性が得られる。そのため、内圧時や走行劣化時のタイヤの径成長量を効果的に抑制することができ、ベルトとトレッドゴム間のセパレーションの発生を抑制することができる。

（３）最も広いベルト層（ベルト層１から４のいずれか）の幅がタイヤ断面幅の０．７倍以上あり、荷重時のタイヤ接地部端部（トレッドショルダー部）付近までせん断剛性の高いベルトが存在する構成であるため、偏摩耗を改善することができる。
（４）ベルト層１、２、３、４のベルト層コード１２は、タイヤ赤道面に対し４５度以上傾斜しているため、ベルト層１、２、３、４は幅方向断面内で高い曲げ剛性を発揮し、荷重時の幅方向外側端における周方向の変形を効果的に抑制することができる。

（５）ベルト層１、２、３、４が、ベルト強化層６、７の内周側と外周側にあるため、突起入力時にも効果を発揮する。ここで突起入力とは、空気入りタイヤが路面を走行しているときに石に乗り上げる等した場合に、トレッド表面に働く半径方向内側へ向かう力をいい、この力によりベルト層は幅方向の大きな曲げ変形を受ける。この変形により、内周側のベルト層３、４には引っ張り変形が加わり、外周側のベルト層１、２には圧縮変形が加わるが、ベルト層コード１２の角度が４５度以上であるため、内周側のベルト層３、４は幅方向引っ張り変形を抑制する剛性が高く、また、外周側のベルト層１、２は幅方向圧縮変形をそれぞれ抑制しようとする剛性が高い。このため、突起入力時にも幅方向せん断変形を抑制し、セパレーションの発生やベルトの破断等を抑えることができる。

（６）ベルト強化層６、７の外周側にあるベルト層１、２のそれぞれのコード１２が延びる方向、及び、内周側にあるベルト層３、４のそれぞれのコード１２が延びる方向は、タイヤ赤道面に対し対称となるように逆方向に傾斜させて交差状にしているため、ベルト層１、２またはベルト層３、４のそれぞれの面内せん断変形の向きは逆になり、各層のせん断変形は打ち消される。従って、層間の周方向せん断変形は小さくなり、セパレーションの発生を抑制でき、ベルト耐久性を向上させることができる。層間のせん断変形は、ベルト強化層６、７外周側端部近傍で最も大きくなるため、ベルト層１、２、３、４の幅がベルト強化層６、７の幅より広いときに、このようにする効果は大きい。
（７）ベルト強化層６、７の外周側にあるベルト層１、２と、内周側にあるベルト層３、４はベルト強化層６、７を挟んで対称積層しているため、ベルト層１、２、３、４が曲げられたときに、それらの捩れ変形が連成して生じるのを防止できるため、ベルト耐久性等を向上させることができる。

なお、ベルト強化層は１層以上あればよく、また、ベルト層もベルト強化層の内・外周側にそれぞれ１層以上あればよい。このようにしても、上記と同様に、セパレーションの発生を抑制でき、ベルト耐久性等を向上させることができる。

（タイヤ試験）
本発明の空気入りタイヤの効果を確認するため、ベルト強化層の外周側にのみベルト層を有する比較例のタイヤと、ベルト強化層の内・外周側にベルト層を有する実施例のタイヤを用いて、以下の条件でタイヤの走行試験を行った。比較例、実施例ともに、タイヤサイズが４３５／４５Ｒ２２．５の超偏平のトラック・バス用ラジアルタイヤ（複輪で装着されている２本のタイヤを１本にしたもの）を使用し、サイズが１４．００×２２．５のリムに装着し、充填空気圧は９００ｋＰａとした。

表１に、比較品と実施品に使用したベルト強化層とベルト層等の条件を示す。なお、表中に示すベルト層等の幅は、タイヤ幅方向の長さを指し、角度は、ベルト層のコードの延びる方向とタイヤ赤道面との角度を示し、角度の前に示すＲ、Ｌは、コードの延びる方向がタイヤ赤道面に対しそれぞれ右方向、左方向であることを意味する。また、ベルト強化層には波状ベルトを使用した。

比較品（図４に示す）には、カーカス層２１の外周側にベルト強化層２５、２６（幅３００ｍｍ）を設け、ベルト強化層の外周側に隣接してベルト強化層より幅広の最幅広ベルト層２４（幅３８０ｍｍ、Ｒ５２度）を、最幅広ベルト層２４の外周側にベルト強化層より狭いベルト層２３（幅１９６ｍｍ、Ｌ５２度）を設けた。

実施品（図１に示す本発明の実施形態に係る実施品）には、カーカス層５とトレッドゴムの間にベルト強化層６、７（幅３００ｍｍ）を設けるとともに、ベルト強化層の外周側にベルト層１（幅３２０ｍｍ、Ｒ７５度）とベルト層２（幅３４０ｍｍ、Ｌ７５度）を、ベルト強化層の内周側にベルト層３（幅３８０ｍｍ、Ｌ７５度）とベルト層４（幅４００ｍｍ、Ｒ７５度）を設けた。本実施品では、全ての請求項で規定する要件を適用したものとしたため、ベルト層の幅は全てベルト強化層より広く、それらを７５度で対称積層させた。

これら各タイヤに４９．０ｋＮの荷重を負荷しながら、ドラム上を速度６５ｋｍ／ｈで、セパレーションが発生するまで走行させた。その結果を表１に、比較例のタイヤを１００とした指数で示す。表中のベルト強化層端周方向せん断歪指数は、有限要素法（ＦＥＭ）により計算して指数化した値であり、最もセパレーションが起きやすい場所のせん断歪みを推定したものである。実施例のタイヤではその指数が７９と低く、比較例のタイヤに比べてセパレーションが発生し難いことがわかる。

これらのタイヤの故障位置、即ちセパレーションの発生箇所は、どちらもベルト強化層端（ベルト強化層幅方向外側端）であった。しかし、実施例のタイヤが故障するまでのドラム走行距離指数は１２０であり、比較例のタイヤの１００に比べて、セパレーションを効果的に抑制できることが証明された。

本発明の一実施形態に係る空気入りタイヤ（ベルト強化層が波状ベルト）のトレッド部の構造を概略的に示す平面展開図である。 本発明の一実施形態に係る空気入りタイヤ（波状ベルト以外のベルト強化層）のトレッド部の構造を概略的に示す平面展開図である。 従来の空気入りタイヤの要部断面図である。 従来の空気入りタイヤのトレッド部の構造を概略的に示す平面展開図である。 従来の空気入りタイヤのベルト強化層端部（図３Ｃ）の要部拡大断面図である。

符号の説明

１・・・ベルト層（外周側）、２・・・ベルト層（外周側）、３・・・ベルト層（内周側）、４・・・ベルト層（内周側）、５・・・カーカス層、６・・・ベルト強化層、７・・・ベルト強化層、１０・・・補強素子、１１・・・補強素子、１２・・・ベルト層コード、２０・・・従来の空気入りタイヤ、２１・・・カーカス層、２２・・・トレッドゴム、２３・・・ベルト層、２４・・・最幅広ベルト層、２５・・・ベルト強化層、２６・・・ベルト強化層、２７・・・ベルト強化層の幅方向外側端、２８・・・補強素子、２９・・・ベルト層コード

Claims (7)

1. 周方向に略平行に配置された複数の補強素子を有する１層以上のベルト強化層と、
   該ベルト強化層の径方向外周側と内周側にコードを備えたベルト層を配置したことを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 請求項１に記載された空気入りタイヤにおいて、
   前記補強素子は、タイヤ赤道面に対し±１０度以下の角度で傾斜し、かつ前記ベルト強化層の幅はタイヤ断面幅の０．６倍以上であることを特徴とする空気入りタイヤ。
3. 請求項１又は２に記載された空気入りタイヤにおいて、
   前記ベルト層は、タイヤ赤道面に対し４５度以上の角度で傾斜したコードから成ることを特徴とする空気入りタイヤ。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載された空気入りタイヤにおいて、
   前記ベルト層のうち最も幅広のものの幅は、タイヤ断面幅の０．７倍以上であることを特徴とする空気入りタイヤ。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載された空気入りタイヤにおいて、
   前記ベルト強化層の径方向外周側に前記ベルト強化層よりも幅広の２層のベルト層を有し、該ベルト層の径方向に相互に隣接する該ベルト層のコードの傾斜角度は、タイヤ赤道面に対し対称でかつ４５度以上の同一角度であることを特徴とする空気入りタイヤ。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載された空気入りタイヤにおいて、
   前記ベルト強化層の径方向内周側に前記ベルト強化層よりも幅広の２層のベルト層を有し、該ベルト層の径方向に相互に隣接する該ベルト層のコードの傾斜角度は、タイヤ赤道面に対し対称でかつ４５度以上の同一角度であることを特徴とする空気入りタイヤ。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載された空気入りタイヤにおいて、
   前記ベルト層が前記ベルト強化層の径方向外周側と内周側に２層ずつ配置され、これら４層のベルト層が前記ベルト強化層を挟んで対称積層されていることを特徴とする空気入りタイヤ。

Images