JP2006312389A - 競技用空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤの縦剛性の上昇を抑制しながら横剛性及び前後剛性を上昇させて、走行タイムを短縮することができる競技用空気入りタイヤを提供すること。
【解決手段】一対の環状のビード１ａ間を補強する２層のカーカス層５ａ、５ｂを、コードがタイヤ周方向ＰＤに略対称に傾斜するように積層し、そのコードのタイヤ周方向ＰＤに対する角度を、６ベルト層の幅方向端部からタイヤ赤道線ＣＬ側に向かってベルト幅の１０％の領域Ｆでは４０〜８０°とし、タイヤ赤道線ＣＬ付近及びタイヤ最大幅位置ＰＷ付近では領域Ｆよりも５°以上大きく且つ７５°以上とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、フォーミュラカーなどの競技用車両に装着される競技用空気入りタイヤに関する。

サーキットで使用される競技用空気入りタイヤ（レーシングタイヤ）には、優れたコーナリング性能及びトラクション性能が要求されるため、高い横Ｇや駆動力が作用したときの踏面部で接地面積を確保する必要がある。そのため、２層以上のカーカス層をコードがタイヤ周方向に略対称に交差するように積層したバイアス構造によって、タイヤを補強する手法が従来知られている。

例えば下記特許文献１には、２層のカーカス層を、コードがタイヤ周方向に略対称に５６〜８６°の角度で交差するように積層した競技用空気入りタイヤが開示されている。当該構造によれば、タイヤの横剛性及び前後剛性が上昇し、踏面部の接地面積が確保されて、コーナリング性能及びトラクション性能が向上する。しかしながら、かかる場合には、タイヤの横剛性及び前後剛性だけでなく、縦剛性も同時に上昇してしまうため、次のような不具合があった。即ち、タイヤの縦剛性が上昇すると、踏面部の接地面積の減少に繋がるだけでなく、フォーミュラカーなどの競技用車両の場合には、一般の乗用車両に比べて軽量であるために車両が跳ねやすくなり、接地性が低下して走行タイムが増加する（遅くなる）傾向にあった。

ここで、下記特許文献２〜５には、一般の乗用車用空気入りタイヤが備えるカーカス層において、コードの角度をタイヤの部位ごとに変化させる技術が開示されている。但し、乗用車用空気入りタイヤにおける縦剛性の抑制は、せいぜい乗心地性能を改善するものに留まるものであり、競技における走行タイムを短縮するというシビアな要求に応えうるものではない。即ち、いずれも競技用空気入りタイヤにおいて走行タイムの短縮に繋がる有用な構造を開示するものではない。
特開平６−２２７２０９号公報 特開昭６１−２６３８０５号公報 特開２００１−１３８７０７号公報 特開２００２−１２７７１１号公報 特開２００２−２７４１２１号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、タイヤの縦剛性の上昇を抑制しながら横剛性及び前後剛性を上昇させて、走行タイムを短縮することができる競技用空気入りタイヤを提供することにある。

上記目的は、下記の如き構成の本発明により達成することができる。即ち、本発明に係る競技用空気入りタイヤは、一対の環状のビード間を補強する少なくとも２層のカーカス層と、踏面部下方の前記カーカス層の外周側に配されたベルト層とを備える競技用空気入りタイヤにおいて、２層のカーカス層は、コードがタイヤ周方向に略対称に傾斜するように積層され、前記コードのタイヤ周方向に対する角度が、前記ベルト層の幅方向端部からタイヤ赤道線側に向かってベルト幅の１０％の第１の領域では４０〜８０°であり、タイヤ赤道線付近及びタイヤ最大幅位置付近では前記第１の領域よりも５°以上大きく且つ７５°以上であることを特徴とする。

上記構成によれば、第１の領域において、２層のカーカス層のコードがタイヤ周方向に対して略対称に４０〜８０°の角度で交差するため、ショルダ部付近でバイアス構造が形成され、タイヤの横剛性及び前後剛性が上昇して踏面部で接地面積を確保することができる。しかも、タイヤ赤道線付近及びタイヤ最大幅位置付近では、コードのタイヤ周方向に対する角度が第１領域よりも５°以上大きく且つ７５°以上であることにより、タイヤの縦剛性の上昇を抑制することができる。なお、本発明において、カーカス層を構成するコードの角度は、タイヤに空気圧を１２０ｋＰａで充填した状態における値である。

上記において、前記コードのタイヤ周方向に対する角度が、前記ベルト層の幅方向端部からタイヤ最大幅位置側に向かってベルト幅の１０％の第２の領域では４０〜８０°であり、タイヤ赤道線付近及びタイヤ最大幅位置付近では前記第２の領域よりも５°以上大きく且つ７５°以上であるものが好ましい。かかる構造によって、タイヤの横剛性及び前後剛性をより好適に向上することができ、競技用空気入りタイヤにおいて走行タイムを効果的に短縮することができる。

上記において、前記コードのタイヤ周方向に対する角度が、前記第１の領域よりも前記第２の領域で１０〜２０°大きいものが好ましい。このように、第１の領域よりも縦剛性に及ぼす影響が大きい第２の領域において、コードのタイヤ周方向に対する角度を比較的大きくすることにより、タイヤの縦剛性の上昇を効果的に抑制することができる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る競技用空気入りタイヤの一例を示す子午線半断面図である。図２（ａ）は部分破断したタイヤの正面図であり、図２（ｂ）はその平面図である。

本発明の競技用空気入りタイヤは、図１に示すように、一対の環状のビード１ａ間を補強する少なくとも２層のカーカス層５と、踏面部Ｔｒ下方のカーカス層５の外周側に配されたベルト層６とを備える。本実施形態では、カーカス層５が２層で構成されている例を示す。２層のカーカス層５ａ、５ｂは、図２に示すように、コードがタイヤ周方向ＰＤに略対称に傾斜するように積層されている。カーカス層５を構成するコードとしては、ポリエステルやポリアミド、ポリアラミド等の有機繊維、またはスチール等が挙げられる。

カーカス層５の両端は、ビード１ａで外側に折り返され、その折り返し部と本体部との間には硬質ゴムからなるビードフィラー１ｂが配置され、ビード部１が形成されている。カーカス層５の外側には、通常のタイヤと同様にサイドウォールゴム２、インナーライナゴム３、トレッドゴム４等が配置されている。これらの原料ゴムとしては、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）等が挙げられ、１種単独で又は２種以上混合して使用される。また、これらのゴムは、カーボンブラックやシリカ等の充填材で補強されると共に、加硫剤、加硫促進剤、可塑剤、老化防止剤等が適宜配合される。

本実施形態では、ベルト層６が内層６ａと外層６ｂの２層から構成される例を示す。内層６ａと外層６ｂとは、コードがタイヤ周方向ＰＤに対して略対称に２０〜５０°の角度で交差するように積層されている。ベルト層６を構成するコードとしては、ポリエステルやポリアミド、ポリアラミド等の有機繊維、またはスチール等が挙げられる。

各カーカス層５ａ、５ｂを構成するコードは、ベルト層６の幅方向端部からタイヤ赤道線ＣＬ側に向かってベルト幅の１０％の領域Ｆ（前記第１の領域に相当する。）において、タイヤ周方向ＰＤに対して略対称に角度θ１で交差するように配されている。角度θ１は、４０〜８０°に設定されており、好ましくは４０〜６０°である。これにより、ショルダ部ｓｈ付近でバイアス構造が形成され、タイヤの横剛性及び前後剛性が上昇して踏面部Ｔｒで接地面積を確保することができる。

また、本実施形態では、各カーカス層５ａ、５ｂを構成するコードは、ベルト層６の幅方向端部からタイヤ最大幅位置ＰＷ側に向かって、カーカス形状に沿ってベルト幅の１０％の領域Ｓ（前記第２の領域に相当する。）において、タイヤ周方向ＰＤに対して略対称に角度θ２で交差するように配されている。角度θ２は、４０〜８０°に設定されており、好ましくは５０〜７０°である。これによりタイヤの横剛性及び前後剛性がより上昇して、踏面部Ｔｒで接地面積を効果的に確保することができる。

角度θ１及び角度θ２が８０°を超えると、タイヤの補強効果が小さくなり、踏面部Ｔｒの接地面積の確保が困難になる。また、角度θ１及び角度θ２が４０°未満であると、かかる領域の剛性が高くなり過ぎて剛性バランスが崩れると共に、製造が困難になる傾向にある。角度θ２は、角度θ１よりも１０〜２０°大きいものが好ましい。領域Ｓは、後述するようにタイヤの縦剛性に及ぼす影響が領域Ｆよりも大きいため、角度θ２を角度θ１よりも大きく設定することにより、タイヤの縦剛性の上昇を効果的に抑制することができる。角度θ２と角度θ１との差が２０°を超えると、剛性バランスが崩れて耐久性が低下する傾向にある。

ここで、ベルト層６の幅方向端部は、幅寸法が大きい方の内層６ａの幅方向端部とし、ベルト幅は同じく内層６ａの幅寸法とする。なお、ベルト幅は踏面部Ｔｒの幅と一致する必要はないが、本実施形態では、内層６ａが踏面部Ｔｒと略同じ幅寸法を有し、外層６ｂは内層６ａよりやや小さい幅寸法を有している。また、領域Ｆ及び領域Ｓの境界線は、図１に示すようにカーカス層５に直角な線分Ｌ１〜Ｌ３である。

各カーカス層５ａ、５ｂを構成するコードは、タイヤ赤道線ＣＬ付近及びタイヤ最大幅位置ＰＷ付近において、タイヤ周方向ＰＤに対してそれぞれ角度θ３、θ４で略対称に傾斜するように配されている。角度θ３及び角度θ４は、角度θ１及び角度θ２よりも５°以上大きく、且つ７５°以上に設定されている。これにより、タイヤの縦剛性の上昇を抑制し、車両の跳ねを抑えて走行タイムを低減することができる。即ち、角度θ３及び角度θ４が、角度θ１及び角度θ２との差が５°未満であったり７５°未満であったりすると、タイヤの縦剛性が上昇する傾向にある。

本実施形態では、線分Ｌ１からタイヤ赤道線ＣＬまでの領域で角度θ３が９０°であり、線分Ｌ３からビード１ａまでの領域で角度θ４が９０°である例を示す。角度θ３及び角度θ４は、具体的には８０〜９０°が好ましく、角度θ１またはθ２との差が３０°以下であるものが好ましい。角度θ１またはθ２との差が３０°を超えると、剛性バランスが崩れて耐久性が低下する傾向にある。

本発明の競技用空気入りタイヤは、図３に示すようなコード角度を幅方向の位置により部分的に変えたカーカス用プライ８ａ、８ｂを使用すること以外は、通常の競技用空気入りタイヤと同様の製造方法で製造することができる。つまり、成形ドラム上にカーカス用プライ８ａ、８ｂを積層する工程と、少なくとも積層したカーカス用プライ８ａ、８ｂをドーナツ状に膨張させる工程とを有する製造方法が適用できる。

２枚のカーカス用プライ８ａ、８ｂは、中心線に対して略対称な角度でコードが配置されるように円筒状に積層され、例えばビード１ａの配設後、チューブ状エアバッグが挿入され、内圧によりドーナツ状にシェーピングされた後、ベルト層６が形成される。

図３に示すカーカス用プライ８ａ、８ｂの製造方法の概略は次の通りである。図４に示すような装置を用いて、ローラ群１３でコード材料１０を引き取ることにより、コード材料１０をボビン１１から送りながら、被覆ゴムの押出機１２の口金部１２ａを通過させて未加硫ゴムで被覆され、ゴム被覆したコードは、緩衝部１４の緩衝ローラ１４ａ間に送られて緩んだ状態となる。ゴム被覆したコードの先端は、駆動機構１６の駆動部１６ｂに設けられた貼り付けローラ１６ｃによって、トレイ１７に所望の経路にて貼り付けられ、貼り付け量に応じたコード長さが緩衝部１４からガイドローラ１５を経て引き取られる。貼り付け経路の制御は、トレイ１７の長手方向（Ｙ方向）の移動の位置制御と、駆動機構１６の支持部１６ａを往復動（Ｘ方向）する駆動部１６ｂの移動の位置制御とにより行うことができる。貼り付けはコードを切断せずに行うのが簡便であり、その場合、軸心が平行で高さが同じ２本の貼り付けローラ１６ｃが使用される。

所望のタイヤ形状と各部位での所望のコード角度を得るためには、カーカス用プライ８ａ、８ｂを作製する際のコード角度を適切に調整するのが好ましい。バイアスタイヤでは、プライ状態でのコード角度とタイヤ成型後のコード角度との関係が、周知の関係式（近似式）Ｒｄ ｃｏｓＡ＝Ｒ ｃｏｓＡｄ により算出できるが、本発明でも当該関係式が同様に適用でき、Ａｄを変数として対応する部分のＲを決定することで、Ａを求めることができる。ここで、Ｒｄはドラム半径、Ａｄはドラム上の周方向に対するコード角、Ｒはタイヤ成型後のコードの位置に対応する半径、Ａはタイヤ成型後の周方向に対するコード角である。

［別実施形態］
（１）領域Ｆは、ベルト層６の幅方向端部からタイヤ赤道線側に向かってベルト幅の１０％の領域であればよいが、タイヤの横剛性及び前後剛性を効果的に上昇しうることから、ベルト幅の１５％であることが好ましい。また、同様の理由より、領域Ｓは、ベルト層６の幅方向端部からタイヤ最大幅位置ＰＷ側に向かってカーカス形状に沿ってベルト幅の１５％の領域であることが好ましく、かかる場合、子午線断面においてカーカス形状に沿って３０ｍｍを超えない範囲でベルト幅の１５％であることが好ましい。これにより、タイヤの縦剛性の上昇をより効果的に抑制できる。

（２）前述の実施形態では、カーカス層５が２層で構成されている例を示したが、これに限られず４層などの偶数層でもよい。その場合も一対のカーカス層は、コードがタイヤ赤道線ＣＬに対して略対称な角度で傾斜するように積層され、同方向に積層される各カーカス層のコードは、各部位で各々同じ方向に配されるのが好ましい。

以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。なお、実施例等における評価項目は下記のようにして測定を行った。

（１）縦剛性
空気圧を１２０ｋＰａにして、実車の荷重に相当する荷重２．１６ｋＮを負荷したときのタイヤ径方向の変位を測定し、その逆数を指数として表した。従来例を１００として評価し、当該数値が大きいほど縦剛性が大きく良好でないことを示す。

（２）横剛性
上記の要領で荷重２．１６ｋＮを負荷した状態において、タイヤ幅方向に２．１６ｋＮを負荷したときのタイヤ幅方向の変位を測定し、その逆数を指数として表した。従来例を１００として評価し、当該数値が大きいほど横剛性が大きく良好であることを示す。

（３）前後剛性
上記の要領で荷重２．１６ｋＮを負荷した状態において、タイヤ前後方向に１．０８ｋＮを負荷したときのタイヤ前後方向の変位を測定し、その逆数を指数として表した。従来例を１００として評価し、当該数値が大きいほど前後剛性が大きく良好であることを示す。

（４）ラップタイム
競技用車両（フォーミュラカー）に装着し、サーキットを走行したときのラップタイム（周回タイム）を測定した。従来例を１００として指数評価し、当該数値が小さいほどラップタイムが速く良好であることを示す。なお、サーキットにおける走行テストでは、０．３秒／周の差が生じれば有意であると判断され、今回の評価では指数０．５が０．３秒／周に相当する。

従来例
前述の実施形態において角度θ１及び角度θ２を各々９０°に設定した競技用空気入りタイヤ（タイヤサイズ：前輪１７５／５５Ｒ１３、後輪２１５／５０Ｒ１３）を作製し、従来例とした。カーカス層は、カーカス用プライ（ポリエステル繊維、１６７０ｄｔｅｘ／２、打ち込み数２３本／２．５ｃｍ）を２層積層することで構成し、その外周側にベルト用プライ（スチールコード２＋１×０．２７、打ち込み数１５本／２．５ｃｍ、コード角度２２°）を２層積層した。

実施例、比較例
角度θ１及び角度θ２を表１に示す角度にした点以外は、従来例と同じ競技用空気入りタイヤを作製し、実施例及び比較例とした。領域Ｆ及び領域Ｓは、それぞれベルト層の幅方向端部からベルト幅の１５％の領域とした。評価結果を表１に示す。

表１の結果が示すように、実施例のタイヤでは、タイヤの縦剛性の上昇を抑制しながら、横剛性及び前後剛性を向上させることで、走行タイムを短縮することができている。また、実施例８では、タイヤの縦剛性が比較的高く走行タイムの短縮代が小さいのに対して、実施例５及び６では、角度θ２を角度θ１よりも大きくすることで、走行タイムを良好に短縮することができている。一方、比較例では、タイヤの縦剛性が高くなり過ぎ、走行タイムを短縮することができていない。以上のように、本発明によれば、競技用空気入りタイヤにおいて接地性、コーナリング性能及びトラクション性能を確保でき、走行タイムを短縮することができる。

本発明の競技用空気入りタイヤの一例を示す子午線半断面図 本発明の競技用空気入りタイヤの要部を示す図であり、（ａ）は部分破断したタイヤの正面図、（ｂ）はその平面図 本発明に用いられるカーカス用プライの一例を示す図であり、（ａ）は下層用のプライの平面図、（ｂ）は上層用のプライの平面図 カーカス用プライの作製に用いられる装置の概略斜視図

符号の説明

１ａ ビード
５ カーカス層
５ａ 下層のカーカス層
５ｂ 上層のカーカス層
６ ベルト層
Ｆ ベルト層の幅方向端部からタイヤ赤道線側に向かってベルト幅の１０％の領域
Ｓ ベルト層の幅方向端部からタイヤ最大幅位置側に向かってベルト幅の１０％の領域
ＣＬ タイヤ赤道線
ＰＤ タイヤ周方向
ＰＷ タイヤ最大幅位置
Ｔｒ 踏面部
θ１〜θ４ コード角度

Claims (3)

1. 一対の環状のビード間を補強する少なくとも２層のカーカス層と、踏面部下方の前記カーカス層の外周側に配されたベルト層とを備える競技用空気入りタイヤにおいて、
   ２層のカーカス層は、コードがタイヤ周方向に略対称に傾斜するように積層され、前記コードのタイヤ周方向に対する角度が、前記ベルト層の幅方向端部からタイヤ赤道線側に向かってベルト幅の１０％の第１の領域では４０〜８０°であり、タイヤ赤道線付近及びタイヤ最大幅位置付近では前記第１の領域よりも５°以上大きく且つ７５°以上であることを特徴とする競技用空気入りタイヤ。
2. 前記コードのタイヤ周方向に対する角度が、前記ベルト層の幅方向端部からタイヤ最大幅位置側に向かってベルト幅の１０％の第２の領域では４０〜８０°であり、タイヤ赤道線付近及びタイヤ最大幅位置付近では前記第２の領域よりも５°以上大きく且つ７５°以上である請求項１記載の競技用空気入りタイヤ。
3. 前記コードのタイヤ周方向に対する角度が、前記第１の領域よりも前記第２の領域で１０〜２０°大きい請求項２記載の競技用空気入りタイヤ。
   

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