JP2007099068A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】 操縦安定性を損なうことなく、ベルト層とベルト強化層の間に生じるせん断歪みを低減し、セパレーション等の故障の発生を抑制して空気入りタイヤの耐久性を向上させる。
【解決手段】 ベルトプライ１１、１２からなるベルト層１０のタイヤ半径方向外側に、それらよりも幅広で周方向に延びる補強素子２５が埋設されたベルト強化層２０を配置する。ベルト層１０の端部とベルト強化層２０の間に、幅狭な補強層３０を、ベルトプライ１１、１２の端部を跨いで重ね合わせて配置する。補強層３０内には、幅広なベルトプライ１２内の補強素子１５とタイヤ赤道面Ｓに対して逆方向に傾斜する補強素子３５、例えば芳香族ポリアミドからなる補強素子３５を複数埋設する。
【選択図】 図２

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。

乗用車用タイヤ等の空気入りタイヤは、一般に、一対のビードコアと、その間をトロイダル状に延びる少なくとも１枚のカーカスプライからなるカーカス層とを備え、トレッド部のカーカス層の外周には、剛性の高い補強素子が埋設された１枚以上のベルトプライからなるベルト層が設けられている。このベルト層は、カーカス層を保護するだけでなく空気入り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。

しかしながら、このような構造の空気入りタイヤでは、回転速度が速くなる高速走行時に、遠心力が作用してタイヤのトレッド部がタイヤ半径方向（以下、単に半径方向という）外側に膨張変形することがある。その結果、高速走行時の操縦安定性が低下するとともに、遠心力が作用してベルト層に下層の部材から剥がれようとする力が繰り返し生じたり、或いは、トレッド部の路面との接地圧が上昇して接地面付近が発熱し、ベルト層付近等にセパレーションや熱による故障等が生じてタイヤの耐久性が低下する怖れがある。

このような問題に対処するため、従来、トレッド部のベルト層に、実質上タイヤ周方向（以下、単に周方向という）に延びる補強素子が埋設されたベルト強化層を重ね合わせて配置し、トレッド部を強化して高速走行時の遠心力による膨張変形等を抑制した空気入りタイヤが知られている（特許文献１参照）。

図３は、この従来の空気入りタイヤ９０の要部を示すタイヤ幅方向断面図である。
図示のように、この空気入りタイヤ９０は、トレッド部２に、トロイダル状に延びるカーカス層３とその外周側に設けられたトレッド４とを有し、トレッド４の半径方向内側に、半径方向に重ねて配置された少なくとも２枚（図では２枚）のベルトプライ１１、１２からなるベルト層１０と、このベルト層１０の半径方向内側に隣接し、かつカーカス層３との間に配置されたベルトプライ１１、１２よりも幅狭な少なくとも１枚（図では１枚）の強化プライからなるベルト強化層２０とを備える。

ベルト層１０を構成する各ベルトプライ１１、１２には、内部にタイヤ赤道面に対してそれぞれ逆方向に傾斜したスチールコード等からなる複数本の非伸張性の補強素子が埋設されている。また、ベルト強化層２０に隣接する半径方向内側のベルトプライ１２が、外側のベルトプライ１１よりも幅広に形成されている。一方、ベルト強化層２０を構成する強化プライには、内部に実質上タイヤ周方向（以下、単に周方向という）に延びる補強素子が埋設されている。この強化プライは、例えば１本又は複数本の補強素子をゴムで被覆したストリップ状の部材をカーカス層３の外周に螺旋状（スパイラル状）に多数回巻き付ける等して形成される。

この従来の空気入りタイヤ９０では、ベルト強化層２０内の補強素子により周方向の変形を抑制できるため、周方向の剛性を高めて前記たが効果を向上できる。その結果、トレッド部２を押さえ付けて高速転動時の遠心力により膨張変形するのを抑制でき、高速走行時の空気入りタイヤ９０の操縦安定性や耐久性を大きく向上できる。

このような効果に着目して、近年では、トラック・バス用タイヤや自動二輪車用タイヤ等の乗用車用以外の種々の空気入りタイヤにおいても、同様の構造を有するベルト強化層２０を設けることが行われている。これらの空気入りタイヤに設けるベルト強化層２０の補強素子としては、従来から用いられているナイロンや芳香族ポリアミド等の有機繊維やスチール等からなるコードが広く採用されているが、中でも芳香族ポリアミドやスチールは、高温時においても伸張しにくくトレッド部２の膨張変形を効果的に抑制できるため、近年、特に注目されている。

しかしながら、このような構造を有する空気入りタイヤ９０では、以下で説明するように、ベルト強化層２０の周方向の変形に対する剛性の高さを原因として、ベルト層１０のタイヤ幅方向（以下、単に幅方向という）の端部とベルト強化層２０との間のゴムに大きなせん断歪みが発生しやすいという問題がある。その結果、ベルト強化層２０とベルト層１０間に亀裂が生じて層間にセパレーションが発生しやすいという問題が生じる。

即ち、空気入りタイヤ９０のトレッド部２の外周面には、最大外径のトレッド４中央部から最小外径の端部に向かうに従い、外径が徐々に小さくなるように径差が設けられているが、この径差は、接地時にトレッド部２の接地面が路面形状に合わせて幅方向の曲げ変形を受けて平らになることで消滅する。このとき、トレッド部２の接地面は、中央部が縮み、端部付近が伸びることで平面状に変形する。この変形に合わせて、ベルト層１０及びベルト強化層２０にも同様の接地面内の曲げ変形が生じる結果、各層１０、２０に幅方向外側に向かうに従い大きくなる周方向の引っ張り力が発生する。

ところが、ベルト強化層２０には、内部に周方向に延びる補強素子が埋設されているため同方向に変形しにくく、接地時の周方向の引っ張り力による伸びが非常に小さくなる。一方、ベルト層１０には、内部にタイヤ赤道面に対して傾斜した補強素子が埋設されているため、補強素子間のゴムが伸びること等で周方向に変形でき、接地時の周方向の伸びがベルト強化層２０に比べて大きくなる。その結果、隣接するベルト強化層２０とベルト層１０（ベルトプライ１２）の間に伸びの差が生じ、これによりベルト強化層２０とベルト層１０（ベルトプライ１２）の間のゴムに大きな周方向のせん断歪みが繰り返し発生する。

この層間ゴムのせん断歪みは、周方向の伸びの差が大きくなるほど大きくなり、従って、最も大きな周方向の引っ張り力を受けて伸びが最も大きくなる幅広なベルトプライ１２の幅方向両端部付近で最大となる。その結果、この従来の空気入りタイヤ９０では、ベルトプライ１２の両端部とベルト強化層２０との間のゴムに亀裂が生じ、この亀裂を核として層間にセパレーションが進展しやすく、従って、空気入りタイヤ９０の耐久性が低下するという問題がある。

特に、近年では、車両の高速化や空気入りタイヤの偏平化に伴い、空気入りタイヤに要求される性能や安全性、及び各部材が受ける負荷等が増加する傾向にあり、ベルト層１０とベルト強化層２０間のセパレーションの発生等を効果的に抑制し、空気入りタイヤの耐久性、特に高速走行時の耐久性を更に向上させる必要がある。

そこで、ベルト強化層２０をベルト層１０よりも幅広に形成するとともに、ベルト強化層２０をベルト層１０の半径方向外側に配置することで、高速走行時のトレッド部２の膨張変形を効果的に抑制し、空気入りタイヤの耐久性を向上させることが提案されている（特許文献２参照）。

図４は、特許文献に記載されたものではないが、このようなベルト強化層２０を備えた空気入りタイヤ９１の一例を示す幅方向半断面図である。
この空気入りタイヤ９１は、上記した図３に示す従来の空気入りタイヤ９０と同様に、トレッド部２に、一対のビードコア５間をトロイダル状に延びるカーカス層３と、その外周側に設けられたトレッド４を備える。また、カーカス層３とトレッド４の間に、内部にタイヤ赤道面Ｓに対してそれぞれ逆方向に傾斜して延びる補強素子が埋設された２枚のベルトプライ１１、１２からなるベルト層１０と、内部に実質上周方向に延びる補強素子が埋設された１枚の強化プライからなるベルト強化層２０を備える。

しかし、この空気入りタイヤ９１では、トレッド４の半径方向内側に、ベルト層１０よりも幅広で、トレッド部２の端部付近まで延びるベルト強化層２０を配置し、ベルト強化層２０とカーカス層３の間にベルト層１０を重ねて配置した点で、前記図３の従来の空気入りタイヤ９０と相違する。なお、ベルト層１０内では、ベルト強化層２０と隣接する半径方向外側のベルトプライ１１が、内側のベルトプライ１２よりも幅狭に形成されている。

この空気入りタイヤ９１は、以上のように構成され、幅広なベルト強化層２０をベルト層１０の外周側に配置して、高速転動時に掛かる遠心力で下層の部材から剥がれようとするベルト層１０を半径方向外側から押さえるとともに、ベルト強化層２０をトレッド部２の端部まで配置して周方向の剛性を高め、膨張変形を効果的に抑制して高速走行時の操縦安定性や耐久性等を更に向上させている。

しかしながら、この空気入りタイヤ９１でも、幅広のベルトプライ１２の両端部とベルト強化層２０の間のゴムに亀裂が生じてセパレーションが発生することがある。これは、幅狭のベルトプライ１１には、その補強素子と交錯して延びる補強素子を有する幅広のベルトプライ１２が重ねて配置されているため、その両端部が拘束されて周方向に動きにくいのに対し、幅広のベルトプライ１２の両端部は、拘束を受けずに周方向に動きやすくなっているため、ベルト強化層２０との間のゴムに生じる周方向のせん断歪みが大きくなるからである。

このような問題に対処する方法の１つとして、ベルト層１０の両端部とベルト強化層２０との間にゴム層を配置して、各層１０、２０間の距離を大きくする方法が考えられる。これにより、各層１０、２０の周方向の伸びの差が大きい場合であっても、層間のゴムに生じるせん断歪みを低く抑えることができ、亀裂やセパレーションの発生を抑制できる。しかし、以下で説明するように、このような構造の空気入りタイヤ９１を製造することは極めて難しい。

即ち、空気入りタイヤ９１の製造工程の一部である加硫成型工程では、未加硫のグリーンタイヤ（生タイヤ）を金型（モールド）内に装入した後、グリーンタイヤの内側から熱と圧力を加えて加硫及び型付けを行って所定形状の製品タイヤ９１を製造する。この金型内の圧力で、グリーンタイヤは、２％から７％程度、外方向に拡張して金型内周面に押し付けられて型付けされる。このとき、ベルト強化層２０は、実質上周方向に延びる補強素子を有するため、周方向にほとんど変形・拡張しないのに対し、ベルト層１０は、タイヤ赤道面Ｓに対して傾斜した補強素子を有するため、補強素子間のゴムが周方向に伸びる等して周方向に変形・拡張する。

この周方向の変形挙動の差により、ベルト層１０とベルト強化層２０の間の体積が減少し、その部分の未加硫ゴムには、内周側の拡張するベルト層１０から外周側の拡張しないベルト強化層２０に向かう圧力が生じる。この圧力により、前記未加硫ゴムは、ベルト強化層２０の補強素子間から半径方向外側に押し出されて移動したり、或いはベルト強化層２０の内周に沿って幅方向外側に流動する等して、ベルト層１０とベルト強化層２０の間から流出する。これは、加熱された未加硫ゴムが極めて柔らかい流動体であるのに対して、ベルト層１０やベルト強化層２０が内部の補強素子により流動できないために生じる現象であり、特にゴムの流動性が高い加硫初期に生じる。

このように、加硫前にベルト層１０とベルト強化層２０の間にゴム層を配置しても加硫時に流出してしまうため、この方法で加硫後の空気入りタイヤ９１の各層１０、２０間の距離を確保することは極めて難しい。従って、この空気入りタイヤ９１でも、ベルト層１０の両端部とベルト強化層２０の距離が接近して接地時の層間ゴムに生じるせん断歪みが大きくなり、その結果、亀裂やセパレーションの発生を十分に抑制できない。

以上のような問題に対し、幅狭な補強層をベルト層１０に重ねて配置して周方向の伸びを低減するとともに、ベルト層１０とベルト強化層２０の間の距離を確保してセパレーションの発生を抑制した空気入りタイヤが知られている（特許文献３参照）。

図５は、この従来の空気入りタイヤ９２の幅方向半断面図である。
この空気入りタイヤ９２は、トレッド部２に、カーカス層３の半径方向外側に配置された、内部に実質上周方向に延びる補強素子が埋設された２枚の強化プライ２１、２２からなるベルト強化層２０と、ベルト層２０の半径方向外側に配置された、内部にタイヤ赤道面に対して傾斜した補強素子が埋設された１枚のベルトプライからなるベルト層１０とを備える。ベルト強化層２０の強化プライ２１、２２は略同幅に形成され、ベルト層１０はベルト強化層２０よりも幅広に形成されている。

また、この空気入りタイヤ９２は、ベルト層１０の半径方向外側に重ねて配置された幅狭な補強層３０と、ベルト層１０の端部とベルト強化層２０の間に配置されたゴム層４０とを備える。補強層３０は、ベルト層１０の補強素子とタイヤ赤道面に対して逆方向に傾斜した補強素子を埋設して形成されており、これにより周方向の剛性を高めてベルト層１０の周方向の伸びを低減し、ベルト層１０とベルト強化層２０の間のゴムに生じるせん断歪みを低下させている。同時に、ゴム層４０により、ベルト層１０の端部とベルト強化層２０の距離を大きくして層間のゴム層４０に生じるせん断歪みを低減し、亀裂やセパレーションの発生を抑制している。なお、図４の空気入りタイヤ９１とは異なり、加硫成型時に、拡張しないベルト強化層２０が拡張するベルト層１０の半径方向内側にあるため、各層１０、２０間の体積が減少せず、ゴム層４０は加硫後も流出せずに各層１０、２０間の距離が保たれる。

しかしながら、この従来の空気入りタイヤ９２では、ベルト層１０の半径方向内側にベルト強化層２０を配置しているため、半径方向外側にベルト強化層２０を配置した図４の空気入りタイヤ９１に比べて高速走行時にベルト層１０を抑える効果が小さいという問題がある。また、ベルト強化層２０の幅が狭くトレッド部２の端部まで配置されていないため、その付近の周方向の剛性が低くなり高速走行時に膨張変形して路面との接地圧が上昇し、接地面付近が発熱する怖れがある。従って、この従来の空気入りタイヤ９２では、特に高速走行時の操縦安定性が低下する怖れがあるとともに、ベルト層１０が剥離してセパレーションが生じたり、或いはトレッド部２に熱による故障が生じる等して耐久性が低下する怖れもある。

特開平２−２０８１０１号公報 特開２０００−２０３２１５号公報 特開２００５−１７８６５０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、操縦安定性を損なうことなく、ベルト層とベルト強化層の間に生じるせん断歪みを低下させ、セパレーション等の故障の発生を抑制して空気入りタイヤの耐久性を向上させることである。

請求項１の発明は、一対のビードコアと、該ビードコア間をトロイダル状に延びるカーカス層と、トレッド部の前記カーカス層の外周側に配置されたトレッドとを備えた空気入りタイヤであって、前記カーカス層と前記トレッドの間に、前記カーカス層のタイヤ半径方向外側に配置された、複数本の金属製の補強素子を有する少なくとも１枚のベルトプライを含むベルト層と、該ベルト層のタイヤ半径方向外側に配置された、該ベルト層よりも幅広で実質上タイヤ周方向に延びる補強素子を有する少なくとも１枚の強化プライからなるベルト強化層と、前記ベルト層のタイヤ幅方向外側の両端部と前記ベルト強化層の間のそれぞれに、かつ前記ベルト層の端部を跨いで重ね合わせて配置された、複数本の補強素子を有する幅狭の補強層と、を備え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、前記ベルトプライの補強素子が、タイヤ赤道面に対して１５度から７０度の角度で傾斜してい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、前記補強層の補強素子が、タイヤ赤道面に対して２０度から９０度の角度で傾斜してい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、前記ベルト層のベルトプライが１枚である場合には該ベルトプライの補強素子と、前記ベルト層のベルトプライが複数枚である場合にはタイヤ幅方向の幅が最も広いベルトプライの補強素子と、前記補強層の補強素子が、タイヤ赤道面に対して逆方向に傾斜してい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、前記補強層のタイヤ幅方向の幅が、２０ｍｍから７０ｍｍ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、前記補強層の補強素子が、有機繊維からなることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項６に記載された空気入りタイヤにおいて、前記有機繊維が、芳香族ポリアミドからなることを特徴とする。

（作用）
本発明によれば、空気入りタイヤのベルト層に金属製の補強素子を有するベルトプライを含め、ベルト層の面内せん断剛性を高くして接地時等にトレッド部が過大に変形するのを抑制する。また、ベルト層の半径方向外側にベルト層よりも幅広で実質上周方向に延びる補強素子を有するベルト強化層を配置し、ベルト層等を外周側から押さえ付けて、高速転動時の遠心力で生じるトレッド部の膨張変形や、ベルト層が下層の部材から剥がれようとするのを抑制する。更に、複数本の補強素子を有する幅狭の補強層を、ベルト層の幅方向外側の両端部とベルト強化層の間のそれぞれに、ベルト層の端部を跨いで重ね合わせて配置し、ベルト層端部とベルト強化層間の距離を大きくするとともに、ベルト層端部の周方向の伸びを抑制し、ベルト層端部とベルト強化層間のせん断歪みを低下させる。

本発明によれば、高速転動時や接地時に生じるトレッド部やベルト層の変形等を抑制できるため、空気入りタイヤの操縦安定性を維持しつつ、ベルト層の剥離や熱による故障の発生を抑制できる。また、ベルト層の両端部とベルト強化層間に補強層を配置したため、ベルト層とベルト強化層間のせん断歪みを低下でき、層間に亀裂が生じるのを抑制できる。従って、操縦安定性を損なうことなく、セパレーション等の故障の発生を効果的に抑制でき、空気入りタイヤの耐久性を向上できる。

以下、本発明の空気入りタイヤの一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態の空気入りタイヤ１のタイヤ幅方向半断面図であり、図２は、この空気入りタイヤ１のトレッド部２の構造を模式的に示す一部破断平面展開図である。

この空気入りタイヤ１は、乗用車等に装着される空気入りラジアルタイヤであり、図１に示すように、半径方向内側（図では下側）に位置する一対のビード部６と、ビード部６から略半径方向外側（図では上側）に向かってそれぞれ延びるサイドウォール部７と、サイドウォール部７の半径方向外側の端部同士を連結する略円筒状のトレッド部２とを備える。

また、この空気入りタイヤ１は、図４に示す前記従来の空気入りタイヤ９１と同様に、ビード部６の半径方向内側端部付近に埋設された一対のビードコア５と、ビードコア５周りに折り返され、かつ一対のビードコア５間に渡ってトロイダル状に延びるカーカス層３と、トレッド部２の外周側に設けられ、リブ溝５０等からなるトレッドパターンが形成されたトレッド４とを備える。加えて、トレッド部２内のカーカス層３とトレッド４の間に、カーカス層３の外周側に隣接し、半径方向に重ねて配置された少なくとも１枚（図では２枚）のベルトプライ１１、１２からなるベルト層１０と、ベルト層１０の半径方向外側に配置されたベルト層１０よりも幅広な少なくとも１枚（図では１枚）の強化プライからなるベルト強化層２０とを備える。しかしながら、この空気入りタイヤ１では、ベルト層１０とベルト強化層２０間の幅方向両端部付近のそれぞれに幅狭な補強層３０を更に備える点で、前記従来の空気入りタイヤ９１と相違する。

ビードコア５は、複数本のスチールワイヤ等を巻き重ねた環状の部材であり、カーカス層３の両端部を固定する他に、車両装着後の内部空気圧の保持や、空気入りタイヤ１がリムから外れるのを防ぐ役割等を有する。

カーカス層３は、図１に示すように、サイドウォール部７とトレッド部２内を通って各部７、２を補強するととともに、ビードコア５を包み込むように、即ち、ビードコア５の周りを幅方向内側から外側に向かって折り返して半径方向外側（図では上側）に向かって巻き上げられ、内圧充填時の引っ張り力等でビードコア５から引き抜かれるのを防止する。このカーカス層３は、少なくとも１枚のカーカスプライから構成され、図２に示すように、カーカスプライの内部には実質上ラジアル方向、即ちタイヤ赤道面Ｓに対する角度が９０度である子午線方向に延びる非伸張性の補強素子９、例えばスチールコードやナイロンコード等の補強素子９が複数本埋設されている。

ベルト層１０は、図１に示すように、タイヤ赤道面Ｓから幅方向両外側に向かって略等しい長さに渡って延びる少なくとも１枚（図では２枚）のベルトプライ１１、１２から構成され、カーカス層３を保護してトレッド部２を補強するとともに、周方向等の剛性を高めて、たが効果を発揮する。ベルトプライ１１、１２の内部には、図２に示すように、タイヤ赤道面Ｓに対して所定の角度で傾斜して延びる非伸張性の補強素子１５、例えばスチールコード等の金属からなる補強素子１５や芳香族ポリアミド等の有機繊維コードからなる補強素子１５が複数本埋設されている。

本実施形態のベルト層１０は、図１に示すように、２枚のベルトプライ１１、１２を半径方向に重ねて構成され、半径方向内側のベルトプライ１２が外側のベルトプライ１１よりも幅広に形成されている。各ベルトプライ１１、１２は互いに交錯する、即ち、その内部には、図２に示すように、タイヤ赤道面Ｓに対してそれぞれ逆方向に傾斜して延びる補強素子１５、ここではスチールコード等の金属からなる補強素子１５が複数本埋設されている。

ここで、補強素子１５として、比較的剛性が低く柔軟性を有する有機繊維コードを用いた場合には、ベルト層１０が、内圧充填時や接地時等にトレッド部２の変形に対応して柔軟に変形できるため、ベルト層１０の端部に過大な張力等が掛かることが少なく、周方向の変形等に対しても柔軟に対応できる。その結果、上記したベルト層１０の端部とベルト強化層２０の間のゴムに生じる周方向のせん断歪みも過大にならず、その部分でのセパレーションは生じにくい。

これに対し、剛性の高い金属からなる補強素子１５を用いた場合には、ベルト層１０の剛性も高くなるため、上記したように隣接するベルト強化層２０との間のゴムに大きな周方向のせん断歪みが生じてセパレーション等が発生しやすくなる。しかしながら、金属からなる補強素子１５は、有機繊維コードに比べて圧縮変形に対する剛性も高いため、ベルト層１０の面内せん断剛性も高くなり、接地時にトレッド部２が過大に変形するのが抑制されて操縦安定性がより高くなるという利点を有する。本実施形態のベルト層１０では、この利点を考慮して金属からなる補強素子１５により各ベルトプライ１１、１２を形成している。

なお、このようなベルトプライが１枚あればベルト層１０の面内せん断剛性を高めることができ、従って、このベルト層１０のように２枚、又はそれ以上のベルトプライからなるベルト層１０では、１枚のベルトプライを金属からなる補強素子１５から形成すれば、他のベルトプライは、芳香族ポリアミド等の有機繊維コードから形成してもよい。

ベルト強化層２０は、図１に示すように、タイヤ赤道面Ｓから幅方向両外側に向かって略等しい長さに渡って延びる少なくとも１枚（図では１枚）の強化プライから構成される。このベルト強化層２０は、前記ベルト層１０の幅広のベルトプライ１２よりも幅広に形成され、トレッド部２の両端部のショルダー部（肩部）８付近まで、ベルト層１０を半径方向外側から覆うように配置されている。その内部には、図２に示すように、実質上周方向に延びる補強素子２５、例えばスチールコード等の金属からなる補強素子２５や芳香族ポリアミド等の有機繊維コードからなる補強素子２５が埋設され、トレッド部２の周方向の剛性を高めて高速転動時のトレッド部２の膨張変形等を抑制する。

ここで、ベルト強化層２０の強化プライは、例えば１本又は複数本の並列な補強素子２５をゴムで被覆したストリップ状の部材を、カーカス層３の外周に螺旋状（スパイラル状）に多数回巻き付ける等して形成される。この補強素子２５は、上記したように実質上周方向に延びるように配置すればよく、従って、図２に示すように、互いに平行な直線状の補強素子２５を周方向に延びるように配置してもよく、又は、ベルト強化層２０の表裏面に平行な平面内において、例えば方形波、三角波、正弦波等の波状やジグザグ状に屈曲した補強素子２５を周方向に延びるように同一位相で配置してもよい。

補強層３０は、図１に示すように、ベルト層１０とベルト強化層２０の間の所定位置に配置されたときに、それぞれの幅方向内側端部間に十分な距離が開くように幅狭に形成されている。この各補強層３０は、ベルト層１０を構成するベルトプライ１１、１２の幅方向外側の両端部と、その半径方向外側のベルト強化層２０との間に、ベルトプライ１１、１２の幅方向外側の端部を跨いで半径方向外側から覆うように重ね合わせて配置されている。即ち、各補強層３０は、その幅方向外側端部が、ベルト強化層２０の幅方向外側端部よりも幅方向内側に、かつ、ベルト層１０の内周側の幅広なベルトプライ１２の幅方向外側端部よりも幅方向外側に位置するように配置され、その幅方向内側端部が、ベルト層１０外周側の幅狭なベルトプライ１１の幅方向外側端部よりも幅方向内側に位置するように配置されている。

補強層３０は、図２に示すように、内部にタイヤ赤道面Ｓに対して所定の角度で傾斜して延びる非伸張性の補強素子３５が複数本埋設された補強プライからなる。本実施形態では、各補強素子３５を、半径方向内側に隣接するベルト層１０の幅広なベルトプライ１２内の各補強素子１５と、タイヤ赤道面Ｓに対して逆方向に傾斜させている。即ち、補強層３０の補強素子３５と、これに重なり合うベルトプライ１２の端部付近の補強素子１５は互いに交錯する。

ここで、補強層３０の補強素子３５としては、例えばスチールコード等の金属からなる補強素子３５を用いてもよいが、有機繊維からなる補強素子３５を用いてもよい。金属からなる補強素子３５の場合には、引っ張り等に対する強度が高くなるものの、接地時等の変形時に、隣接するベルト層１０内の補強素子１５やベルト強化層２０内の補強素子２５とゴムを挟んで互いに擦れ合い、その間のゴムが削られる等して亀裂、及びセパレーションが発生する怖れがある。しかし、有機繊維からなる補強素子３５の場合には、繊維自体の硬さが低く、擦れ合いによりゴムを削るようなことが少ないため、セパレーションをより発生させにくいという利点を有する。特に、補強素子３５の有機繊維が芳香族ポリアミドからなる場合には、引っ張り等に対する強度も他の有機繊維に比べて高くなるとともに耐熱性に優れるため、高速転動時に高温となるベルト層１０の端部に配置しても、溶解せずにその機能を発揮する。

なお、上記したようにグリーンタイヤの加硫成型時に、補強層３０には、半径方向内側の拡張するベルト層１０に押されて、半径方向外側の拡張しないベルト強化層２０に向かう圧力が生じる。しかし、補強層３０は、内部に複数本の補強素子３５を有するために、この加硫成型時の圧力によっても流動しにくく、従って、周囲のゴムが各層１０、２０間から流出するのが抑制され、加硫成型後も各層１０、２０間のゴムを確保しつつ、ほぼ同様の位置に残留する。

本実施形態の空気入りタイヤ１は、以上のように構成され、以下で説明する種々の特長を有する。
即ち、ベルト層１０を構成するベルトプライの少なくとも１枚に、圧縮変形に対する剛性の高い金属からなる補強素子１５を埋設したため、全てのベルトプライを有機繊維からなる補強素子１５で形成した場合に比べて、ベルト層１０の面内せん断剛性を高くでき、接地時等にトレッド部２が過大に変形するのを抑制して操縦安定性を高くできる。同時に、補強素子１５をタイヤ赤道線Ｓに対して傾斜させたため、幅方向の曲げ変形等に対しても剛性が高くなり、接地時等の面内せん断剛性を高くできる。また、このベルト層１０では、各ベルトプライ１１、１２の内部に、タイヤ赤道面Ｓに対してそれぞれ逆方向に傾斜して延びる補強素子１５を埋設して交錯させたため、それぞれの面内せん断変形の向きが逆になり、互いに変形を抑制し合って面内せん断剛性が高くなり操縦安定性がより高くなる。

ここで、本実施形態のベルト層１０のように、２枚のベルトプライ１１、１２を逆方向に交錯させて配置した場合には、各補強素子１５のタイヤ赤道面Ｓに対する傾斜角度が４５度から６０度のときにベルト層１０の面内せん断剛性が最大となる。このベルト層１０の面内せん断剛性が高いと、特に操舵初期のタイヤの操縦安定性が向上して好ましい。しかし、本実施形態の空気入りタイヤ１のように、ベルト層１０に加えて周方向に延びる補強素子２５を有するベルト強化層２０を設けた場合には、ベルトプライ１１、１２の補強素子１５の傾斜角度の範囲を４５度から６０度より広くしても、ベルト強化層２０があるため、充分に大きな面内せん断剛性を得ることができる。

しかしながら、補強素子１５の傾斜角度が１５度未満である場合には、２枚のベルトプライ１１、１２内の各補強素子１５の角度差があまりにも小さくなりすぎることに加えて、ベルト強化層２０の周方向に延びる補強素子２５との角度差もあまりにも小さくなりすぎるため、充分なベルト層１０の面内せん断剛性を得ることができなくなる。逆に、補強素子１５の傾斜角度が大きい場合、例えば９０度である場合には、２枚のベルトプライ１１、１２の各補強素子１５は互いに平行に幅方向に配置されることになり、ベルト層１０の面内せん断剛性が大きく低下し、ベルト層１０は横方向に簡単にせん断されてしまい操縦安定性が著しく悪化する。同様に、傾斜角度が７０度よりも大きい場合には、２枚のベルトプライ１１、１２同士の角度差があまりにも小さすぎて、充分な面内せん断剛性が得られず、操縦安定性が低下する怖れがある。

従って、ベルト層１０の補強素子１５のタイヤ赤道面Ｓに対する傾斜角度は、１５度から７０度であることが望ましい。この範囲内であれば、ベルト強化層２０内の補強素子２５、又は他のベルトプライの補強素子１５との交錯角度が適切になり、ベルト層１０の面内せん断剛性を高めて操縦安定性の低下を防止できる。

また、ベルト層１０よりも幅広なベルト強化層２０をベルト層１０の半径方向外側に配置したため、高速転動時の遠心力で下層の部材から剥がれようとするベルト層１０全体を半径方向外側から押さえ付けて、その剥離やセパレーション等を効果的に抑制できるとともに、トレッド部２の膨張変形を抑制する効果も大きくなる。加えて、その幅方向両端部がトレッド部２の両端部付近に位置するように、ベルト強化層２０を充分な幅に形成して配置したため、トレッド部２の端部まで周方向の剛性を高めることができ、その部分の遠心力による膨張変形を確実に抑制できる。その結果、トレッド部２全体の路面との接地圧を均一化でき、上記した接地圧上昇に伴う発熱を防止して、トレッド部２の熱による故障を抑制できる。従って、このベルト強化層２０により、操縦安定性を低下させることなく、セパレーション等の故障の発生を抑制して空気入りタイヤ１の耐久性を向上できる。

更に、補強層３０を、ベルト層１０の両端部と、その半径方向外側のベルト強化層２０との間に、ベルトプライ１１、１２の幅方向外側の端部を跨いで重ね合わせて配置したため、周方向の層間せん断歪みを低下させてセパレーションの発生を抑制できる。即ち、その部分は、上記したようにベルト層１０とベルト強化層２０の間の周方向の伸びの差、及びせん断歪みが最も大きくなり、層間ゴムに亀裂が生じてセパレーションが最も発生しやすい部分である。しかし、補強層３０を配置することで、各層１０、２０間の距離を大きくすることができ、その周方向の伸びの差が同じ場合であっても、層間のゴムに生じる周方向のせん断歪みを低下できる。

これと同時に、補強層３０の内部には、タイヤ赤道面Ｓに対して所定の角度で傾斜して延びる非伸張性の補強素子３５が複数本埋設されているため、ベルト層１０，特に幅広なベルトプライ１２端部の周方向の伸びを抑制でき、各層１０、２０間の伸びの差を少なくして周方向のせん断歪みを低下できる。その結果、各層１０、２０間にセパレーションが発生するのを抑制でき、空気入りタイヤ１の耐久性を向上できる。

以上の効果に加えて、補強層３０の補強素子３５と、ベルト層１０の幅広なベルトプライ１２の補強素子１５を、タイヤ赤道面Ｓに対して逆方向に傾斜させた場合、即ち、補強層３０とベルトプライ１２を交錯させた場合には、互いに変形を抑制し合ってベルトプライ１２の端部付近が周方向に更に動きにくくなり、周方向の伸びが減少してベルト強化層２０との間の周方向のせん断歪みをより低下できる。同時に、各補強素子１５、３５が互いに交錯する箇所が増加するため、ベルトプライ１２の補強素子１５の端部が補強層３０内に食い込もうとするのを、より多くの箇所で受け止めて防止できる。その結果、ベルトプライ１２の端部がベルト強化層２０に接近するのを防止でき、周方向のせん断歪みが増加するのを抑制できる。

また、上記したように、補強層３０を、有機繊維からなる補強素子３５により形成した場合には、上記したように他の補強素子１５、２５との擦れ合いによるセパレーションの発生を抑制でき、有機繊維が芳香族ポリアミドである場合には、高速転動時（高温時）の補強層３０の機能低下を抑制できる。更に、芳香族ポリアミドからなる補強素子３５は、引っ張り等に対する強度も高いため、上記したベルト層１０の補強素子１５端部の動きを効果的に抑制でき、周方向のせん断歪みを低下させてセパレーションの発生を抑制できる。

ここで、補強層３０の周方向の剛性が高すぎる場合には、ベルト層１０との間の伸びの差、及びせん断歪みが大きくなって、補強層３０とベルト層１０との間にセパレーションが生じる怖れがある。しかし、本実施形態では、補強層３０を充分幅狭に形成したため、幅広のベルト層１０等に比べて、他の部材から受ける変形応力や接地時に生じる引っ張り応力等に柔軟に追従でき、その結果、周方向の剛性が必要以上に高くならず、ベルト層１０との間せん断歪みが高くなるのを抑制できる。

なお、ベルト強化層２０やベルト層１０（ベルトプライ１１、１２）の幅等にもよるが、補強層３０の幅は、２０ｍｍから７０ｍｍ程度であることが望ましい。補強層３０の幅が２０ｍｍ未満の場合には、周方向の剛性が低くなりすぎてベルト層１０端部の周方向の変形を抑制できないからであり、逆に７０ｍｍよりも大きい場合には、周方向の剛性が高くなって、ベルト層１０との間にセパレーションが生じる怖れがあるからである。

また、補強層３０内に埋設する補強素子３５のタイヤ赤道面Ｓに対する傾斜角度が２０度未満の場合には、補強素子３５の延在方向が周方向に近くなって補強層３０が周方向に変形しにくくなる。その結果、補強層３０の周方向の剛性が高くなって、上記と同様に、ベルト層１０との間のせん断歪みが大きくなってセパレーションが生じる怖れがある。この場合には、更に、加硫成型時に補強層３０が周方向に伸びにくくなり、半径方向内側の比較的伸びやすいベルト層１０と干渉して欠陥等が生じる怖れもある。従って、補強素子３５のタイヤ赤道面Ｓに対する傾斜角度は２０度から９０度であることが望ましい。上限値の９０度は、補強素子３５を傾斜させうる最大の角度であるが、補強層３０の周方向の剛性を考慮して、補強素子３５の傾斜角度は、２０度から７０度であることがより望ましい。

以上説明したように、本実施形態の空気入りタイヤ１では、ベルト層１０とベルト強化層２０間の周方向のせん断歪みを低下させて、ベルト層１０の端部付近でのセパレーションの発生を抑制する等して、空気入りタイヤ１の操縦安定性を損なうことなく耐久性、特に高速耐久性を向上できる。

（タイヤ試験）
本発明の空気入りタイヤ１の効果を確認するため、以上説明した構造（図１参照）の３種類の実施例のタイヤ（以下、実施品という）と、実施品から補強層３０を取り除いた構造（図４参照）の１種類の比較例のタイヤ（以下、比較品という）を用いて、以下の条件でタイヤの耐久性等を試験した。

以下の実施品と比較品は全て、ＪＡＴＭＡ ＹＥＡＲ ＢＯＯＫ（２００４、日本自動車タイヤ協会規格）で定めるタイヤサイズ２２５／５０Ｒ１７（タイヤ外径６５８ｍｍ）の乗用車用ラジアルタイヤである。実施品と比較品は、補強層３０の有無以外は全て同様に構成し、例えばトレッド４には、所定形状の溝等からなるトレッドパターンを形成した。また、カーカス層３は、補強素子９として直径０．５ｍｍの撚ったナイロンコードを実質上ラジアル方向に延びるように埋設したカーカスプライを２枚重ねて構成した。

実施品と比較品はともに、カーカス層３の半径方向外側に、２枚のベルトプライ１１、１２を半径方向に重ね合わせて形成したベルト層１０を配置した。ベルトプライ１１、１２には、補強素子１５として３本のスチール線（直径０．２ｍｍ）を撚った、いわゆる１×３タイプのコードを、打ち込み間隔３５本／５０ｍｍで埋設した。また、各ベルトプライ１１、１２内の補強素子１５が、タイヤ赤道面Ｓに対して４０度の角度で傾斜するとともに、傾斜方向が互いに逆方向になるように、即ちベルトプライ１１、１２が互いに交錯するようにベルト層１０を形成した。その半径方向外側には、１枚の強化プライからなるベルト強化層２０を配置した。ベルト強化層２０の補強素子２５には、直径０．７ｍｍの撚った芳香族ポリアミド繊維コードを用いた。このコードを３本並列させてゴムで被覆してストリップ状にした後、コードの打ち込み間隔が５０本／５０ｍｍになるように周方向にスパイラル状に巻き付けてベルト強化層２０を形成した。

なお、ベルト層１０の半径方向内側のベルトプライ１２は幅２１０ｍｍに、外側のベルトプライ１１は幅１９０ｍｍに形成し、ベルト強化層２０は幅２３０ｍｍに形成した。従って、ベルト強化層２０が最も幅が広く、その端部から幅方向内側へ向かって１０ｍｍの位置にベルトプライ１２の端部が位置し、更に１０ｍｍ内側にベルトプライ１１の端部が位置する。

３種類の実施品には、以上に加えて、ベルト層１０とベルト強化層２０の間の両端部近傍のそれぞれに補強層３０を配置した。補強層３０の幅は３０ｍｍに形成し、その幅方向外側端部を、ベルト強化層２０とベルト層１０の各端部の中間に、即ち幅広なベルトプライ１２の端部から幅方向外側に向かって５ｍｍの位置に配置した。従って、その内側端部は、幅狭なベルトプライ１１の端部から幅方向内側に向かって１５ｍｍの位置に配置される。

各実施品の補強層３０には、補強素子３５を打ち込み間隔４０本／５０ｍｍで埋設するとともに、補強素子３５のタイヤ赤道面Ｓに対する傾斜角度が６０度になるように配置した。この補強素子３５の傾斜方向と材質を変更して、以下で説明する３種類の実施品（以下、実施品Ａ、Ｂ、Ｃという）を作製した。

実施品Ａの補強層３０には、補強素子３５に直径０．７ｍの撚った芳香族ポリアミド繊維コードを用い、補強素子３５をベルト層１０の幅広なベルトプライ１２内の補強素子１５とタイヤ赤道面Ｓに対して同じ方向に傾斜するように配置した。

実施品Ｂの補強層３０には、補強素子３５に直径０．７ｍｍの撚った芳香族ポリアミド繊維コードを用い、補強素子３５をベルト層１０の幅広なベルトプライ１２内の補強素子１５とタイヤ赤道面Ｓに対して逆方向に傾斜するように配置した。即ち、実施品Ａとは、補強素子３５の傾斜方向が相違する。

実施品Ｃの補強層３０には、補強素子３５に直径０．７ｍｍの撚ったナイロン製の繊維コードを用い、補強素子３５をベルト層１０の幅広なベルトプライ１２内の補強素子１５とタイヤ赤道面Ｓに対して逆方向に傾斜するように配置した。即ち、実施品Ｂとは、補強素子３５の材質が相違し、実施品Ａとは、補強素子３５の材質及び傾斜方向が相違する。

以上の比較品、及び各実施品を用いて、２種類の耐久性試験と操縦安定性試験を行った。なお、以下の各試験は、それぞれ新品のタイヤを用いて行った。
耐久性試験は、直径３ｍのスチール製のドラムの外周に、タイヤをキャンバー角度０度、スリップ角度０度で、２種類の荷重（６ｋＮ、９ｋＮ）で押し付けて高速回転させて行った。このとき、タイヤには、７Ｊ×１７インチのリムに装着した後、指定内圧２２０ｋＰａよりも低い１８０ｋＰａの内圧を充填した。このようにタイヤ内圧を指定内圧よりも低めに設定したのは、タイヤのたわみ量を大きくして、タイヤの故障を促進させるためである。以上の条件で、速度１２０ｋｍ／ｈで２００時間連続走行させた後、タイヤを解剖して亀裂の有無等を調べて耐久性を比較した。

その結果、タイヤを６ｋＮでドラムに押し付けたときには、比較品の幅狭なベルトプライ１１の端部では亀裂が確認されなかったのに対し、幅広なベルトプライ１２の端部に長さ２ｍｍの亀裂が発生した。これに対し、実施品Ａ、Ｂ、Ｃでは、亀裂は全く確認されなかった。従って、この条件では、比較品に比べて、全ての実施品でセパレーションの発生を抑制できることが分かる。

また、通常の走行では生じ得ない荷重９ｋＮの試験では、実施品Ａ、Ｂ、Ｃは２００時間走行したのに対し、比較品は１８２時間走行したときにベルト層１０の端部が剥離してバーストが発生した。しかし、各実施品を解剖したところ、実施品Ｂでは亀裂等の欠陥が全く確認されなかったのに対し、実施品Ａ、Ｃでは、欠陥が確認された。具体的に、実施品Ａでは、幅広なベルトプライ１２の芳香族ポリアミドコードの上部に長さ２ｍｍの亀裂が発生（他の部分には故障なし）した。実施品Ｃでは、補強層３０のナイロンコードが幅広なベルトプライ１２の端部と隣接する位置で若干ほつれるとともに、幅広なベルトプライ１２の端部に長さ１ｍｍの亀裂が発生（他の部分には故障なし）した。

ここで、実施品Ａでは、幅広なベルトプライ１２と補強層３０の各補強素子１５、３５の傾斜方向が同じ方向であるため、逆方向である実施品Ｂに比べて、ベルトプライ１２端部が周方向に動きやすくなり、せん断歪みが僅かに大きくなって亀裂が生じたものと考えられる。また、実施品Ｃでは、幅広なベルトプライ１２と補強層３０の各補強素子１５、３５の傾斜方向が逆向きに交錯しているものの、補強層３０の補強素子３５がナイロン製であり、引っ張り剛性が低いことに加えて、特に発熱時に軟化しやすいため、繰り返し加えられる周方向の変形に抗しきれずに若干のほつれが生じたものと考えられる。同様に、ナイロン製の補強素子３５では、ベルトプライ１２端部の周方向の動きを抑制する効果が十分に得られずに僅かに亀裂が生じたものと考えられる。これらに対し、実施品Ｂでは、剛性と耐熱性に優れる芳香族ポリアミド製の補強素子３５を幅広なベルトプライ１２の補強素子１５と交錯させたため、最も亀裂の発生が抑制されたものと考えられる。

このように、より過酷な耐久条件では、実施品の一部に故障が生じたものの、比較品では亀裂の長さが少なくとも２０ｍｍ以上になって故障していることが伺え、これに比べて各実施品の故障の程度は極めて小さく、セパレーションの発生を効果的に抑制できることが分かる。

次に、比較品と実施品Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれを、後輪駆動のスポーツタイプの車両の４輪全てに取り付けて、熟練ドライバーによるテストコース走行を行って、操縦安定性を比較した。その結果、４つのタイヤの操縦安定性に差は認められなかった。

以上の結果から、本発明により、操縦安定性を損なうことなく、ベルト層１０端部の亀裂の発生及びセパレーションの発生を効果的に抑制して、空気入りタイヤ１の耐久性、特に高速耐久性や高荷重耐久性を向上できることが証明された。

本実施形態の空気入りタイヤのタイヤ幅方向半断面図である。 本実施形態の空気入りタイヤのトレッド部の構造を模式的に示す一部破断平面展開図である。 従来の空気入りタイヤの要部を示すタイヤ幅方向断面図である。 従来の空気入りタイヤのタイヤ幅方向半断面図である。 従来の空気入りタイヤのタイヤ幅方向半断面図である。

符号の説明

１・・・空気入りタイヤ、２・・・トレッド部、３・・・カーカス層、４・・・トレッド、５・・・ビードコア、６・・・ビード部、７・・・サイドウォール部、８・・・ショルダー部、９・・・補強素子、１０・・・ベルト層、１１・・・ベルトプライ、１２・・・ベルトプライ、１５・・・補強素子、２０・・・ベルト強化層、２５・・・補強素子、３０・・・補強層、３５・・・補強素子、５０・・・リブ溝。

Claims (7)

1. 一対のビードコアと、該ビードコア間をトロイダル状に延びるカーカス層と、トレッド部の前記カーカス層の外周側に配置されたトレッドとを備えた空気入りタイヤであって、
   前記カーカス層と前記トレッドの間に、
   前記カーカス層のタイヤ半径方向外側に配置された、複数本の金属製の補強素子を有する少なくとも１枚のベルトプライを含むベルト層と、
   該ベルト層のタイヤ半径方向外側に配置された、該ベルト層よりも幅広で実質上タイヤ周方向に延びる補強素子を有する少なくとも１枚の強化プライからなるベルト強化層と、
   前記ベルト層のタイヤ幅方向外側の両端部と前記ベルト強化層の間のそれぞれに、かつ前記ベルト層の端部を跨いで重ね合わせて配置された、複数本の補強素子を有する幅狭の補強層と、
   を備え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、
   前記ベルトプライの補強素子が、タイヤ赤道面に対して１５度から７０度の角度で傾斜してい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、
   前記補強層の補強素子が、タイヤ赤道面に対して２０度から９０度の角度で傾斜してい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、
   前記ベルト層のベルトプライが１枚である場合には該ベルトプライの補強素子と、前記ベルト層のベルトプライが複数枚である場合にはタイヤ幅方向の幅が最も広いベルトプライの補強素子と、前記補強層の補強素子が、タイヤ赤道面に対して逆方向に傾斜してい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、
   前記補強層のタイヤ幅方向の幅が、２０ｍｍから７０ｍｍ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、
   前記補強層の補強素子が、有機繊維からなることを特徴とする空気入りタイヤ。
7. 請求項６に記載された空気入りタイヤにおいて、
   前記有機繊維が、芳香族ポリアミドからなることを特徴とする空気入りタイヤ。

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