JP2008201147A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤ質量の大幅な増大およびカーカス層17の折返し端部における亀裂等の発生を抑制しながら、突起入力に基づくカーカス層17の破断を効果的に抑制する。
【解決手段】カーカス層17とベルト強化層21との間に、内部にタイヤ赤道Ｓに対し45〜90度の傾斜角Ｂで傾斜している補強コード35が埋設されたベルト補強層36を配置したので、突起入力に基づく幅方向張力はカーカス層17およびベルト補強層36の双方が負担することになり、カーカス層17の負担する幅方向張力が低減してその破断が効果的に抑制される。
【選択図】図２

Description

この発明は、タイヤ赤道に実質上平行な補強素子が埋設されているベルト強化層がトレッド部に配置された空気入りタイヤに関する。

従来の空気入りタイヤとしては、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知られている。
特開平２−２０８１０１号公報

このものは、対をなすビードコア間を略トロイダル状に延び、内部にラジアル方向に延びるカーカスコードが埋設されたカーカス層と、カーカス層の半径方向外側に配置され、内部にタイヤ赤道と実質上平行に延びる補強素子が埋設されたベルト強化層と、該ベルト強化層の半径方向外側に配置され、タイヤ赤道に対して逆方向に傾斜したベルトコードが内部に埋設されている少なくとも２枚のベルトプライからなるベルト層と、該ベルト層の半径方向外側に配置され、外表面に周方向に延びる複数本の主溝が形成されたトレッドとを備えたものである。

そして、このものは、前記ベルト強化層内のタイヤ赤道と実質上平行に延びる補強素子により、トラック・バス等の重荷重用の空気入りタイヤ、特に偏平比が0.70以下である空気入りタイヤのトレッド端部が、内圧充填によって半径方向外側に大きく径成長するのを抑制し、これにより、ベルト層の幅方向外端での歪み、発熱を低減させてベルト端セパレーションの発生を抑制するようにしている。

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、トレッド部に突起入力が入力されると、該突起入力の入力部位における骨格部材（カーカス層、ベルト層、ベルト強化層）が半径方向内側に押し込まれて凹むが、このときの凹みの傾斜の程度は周方向に比較して幅方向で急激であるので、幅方向張力が周方向張力より大となるにも拘わらず、この幅方向張力はカーカス層が大部分を負担することになるため、ベルト層、ベルト強化層より早期にカーカス層が破断してしまうことがあり、このような場合には、ベルト層、ベルト強化層が破断した場合より簡単にパンク、バーストへと進展してしまうという課題があった。

このような課題を解決するため、カーカス層内のカーカスコードを大径としたり、カーカスコードの打ち込み本数を増加することも考えられるが、いずれの場合もタイヤ質量が大幅に増加するとともに、カーカス層の折返し端に生じる剛性段差が大きくなって該折返し端部に亀裂、セパレーションが発生し易くなるという課題が生じる。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の、トレッド部に働く半径方向内側に向かう力をいう。

この発明は、タイヤ質量の大幅な増大およびカーカス層の折返し端部における亀裂、セパレーションの発生を抑制しながら、突起入力に基づくカーカス層の破断を効果的に抑制す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、対をなすビードコア間を略トロイダル状に延び、内部にラジアル方向に延びるカーカスコードが埋設されたカーカス層と、カーカス層の半径方向外側に配置され、内部にタイヤ赤道と実質上平行に延びる補強素子が埋設されたベルト強化層と、該ベルト強化層の半径方向外側に配置され、タイヤ赤道に対して逆方向に傾斜したベルトコードが内部に埋設されている少なくとも２枚のベルトプライからなるベルト層と、該ベルト層の半径方向外側に配置され、外表面に周方向に延びる複数本の主溝が形成されたトレッドとを備えた空気入りタイヤにおいて、前記カーカス層とベルト強化層との間に、幅がタイヤ断面幅の20〜40％の範囲内で、内部にタイヤ赤道に対し45〜90度の傾斜角で傾斜している補強コードが埋設されたベルト補強層を配置することにより、達成することができる。

この発明においては、カーカス層とベルト強化層との間に、内部にタイヤ赤道に対し45〜90度の傾斜角で傾斜している補強コードが埋設されたベルト補強層を配置したので、突起入力に基づく幅方向張力はカーカス層およびベルト補強層の双方が負担することになり、この結果、カーカス層の破断が効果的に抑制され、該カーカス層がベルト層、ベルト強化層に先行して破断する事態を防止することができる。ここで、ベルト補強層の幅がタイヤ断面幅の20％未満であると、前述の張力負担が少な過ぎてカーカス層の破断抑制効果が殆どないため、ベルト補強層の幅はタイヤ断面幅の20％以上としている。

また、充填内圧に基づく幅方向張力はタイヤ赤道近傍で最大となるため、該部位に対する突起入力をベルト補強層で負担すれば充分である。そして、ベルト補強層の幅がタイヤ断面幅の40％を超える場合には、タイヤ質量が増大するのみでカーカス層の破断抑制効果が殆どなくなるため、この発明ではベルト補強層の幅をタイヤ断面幅の40％以下としている。ここで、ベルト補強層を配置することでカーカス層の破断を抑制するようにしているため、カーカス層の折返し端に生じる剛性段差に変化はなく、該折返し端部における亀裂、セパレーションの発生を防止することができる。

ここで、前述のようなベルト補強層を設けると、該ベルト補強層の幅方向外端に剛性段差が生じるが、この剛性段差が主溝の溝底近傍に存在すると、該溝底に大きなせん断歪みが発生して亀裂が生じることがあるため、請求項２に記載のように構成し、前述した亀裂の発生を抑制している。また、請求項３に記載のように構成すれば、ベルト強化層の幅方向外端でのセパレーションを抑制しながら、内圧充填による半径方向外側への径成長を効果的に抑制することができる。

さらに、請求項４に記載のように構成すれば、充分なたが効果を確保しつつ、ベルトプライの幅方向外端におけるセパレーションを抑制することができる。また、請求項５に記載のように構成すれば、タイヤの軽量化を図りながら、内圧充填および高速走行による径成長を効果的に抑制することができる。さらに、請求項６に記載のように構成すれば、曲線走行に必要な横力および加減速時の駆動、制動力を確保しつつ、容易に製造することができる。

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、２において、11はトラック、バス等に用いられ偏平比が0.70以下の重荷重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は一対のビード部13を有し、これらビード部13には対をなす（ここでは一対であるが、複数対のこともある）ビードコア12が埋設されている。また、前記空気入りタイヤ11は、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一対のサイドウォール部14と、両サイドウォール部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とをさらに備えている。

そして、この空気入りタイヤ11は対をなすビードコア12間を略トロイダル状に延びて前記サイドウォール部14、トレッド部15を補強するカーカス層17を有し、このカーカス層17の幅方向両端部は前記ビードコア12の回りに内側から外側に向かって折り返されている。前記カーカス層17は少なくとも１枚、ここでは１枚のカーカスプライ18から構成され、該カーカス層17（カーカスプライ18）の内部にはラジアル方向（子午線方向）に直線状に延びる多数本のカーカスコード19が埋設され、これらカーカスコード19は非伸張性材料、例えばスチール、芳香族ポリアミドから構成されている。

20はビード部13におけるカーカス層17の周囲に配置され、例えばスチールコードにより補強されたチェーファーである。21はカーカス層17の半径方向外側に配置されたベルト強化層であり、このベルト強化層21は少なくとも１枚、ここでは２枚の等幅である強化プライ22から構成されている。各強化プライ22の内部にはタイヤ赤道Ｓと実質上平行に延びる補強素子23が埋設され、これらの補強素子23は非伸張性材料、例えばスチール、芳香族ポリアミドから構成されている。

そして、前記ベルト強化層21は、内圧充填によってトレッド部15が半径方向外側に大きく径成長するのを抑制し、これにより、後述のベルト層の幅方向外端での歪み、発熱を低減させてベルト端セパレーションの発生を抑制するようにしている。ここで、前記補強素子23は強化プライ22の表裏面に平行な平面内において波状またはジグザグ状、例えば正弦波、方形波、三角波状に実質上同一波長で屈曲しており、これにより、加硫時において補強素子23は周方向に伸張し、空気入りタイヤ11の製造を容易とすることができる。なお、前記補強素子23は周方向に直線状に延びていてもよいが、この場合には、加硫時の拡張を確保するため、大きな初期伸びを有するコードを用いる。

ここで、前記ベルト強化層21の幅Ｍがタイヤ断面幅Ｎの60％未満であると、内圧充填によるトレッド部15の半径方向外側への径成長を充分に抑制することができず、一方、90％を超えると、ベルト強化層21の幅方向外端にセパレーションが発生するおそれがあるが、前記幅Ｍをタイヤ断面幅Ｎの60〜90％の範囲内とすれば、ベルト強化層21の幅方向外端でのセパレーションを抑制しながら、内圧充填による半径方向外側への径成長を効果的に抑制することができる。そして、このようなベルト強化層21（強化プライ22）は、例えば補強素子23を１本または少数本並べてゴム被覆したリボン状体をカーカス層17の外側に螺旋状に多数回巻き付けることで構成することができる。

26は前記ベルト強化層21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26は少なくとも２枚の、ここでは２枚のベルトプライ27を重ね合わせることで構成している。ここで、少なくとも１枚、ここでは最大幅であるベルトプライ27の幅Ｐはタイヤ断面幅Ｎの80〜90％の範囲内とすることが好ましい。その理由は、前記幅Ｐがタイヤ断面幅Ｎの80％未満であると、充分なたが効果を確保できず、一方、90％を超えると、該ベルトプライ27の幅方向外端にセパレーションが発生するおそれがあるが、前述の範囲内であると、充分なたが効果を確保しつつ、ベルトプライ27の幅方向外端におけるセパレーションを抑制することができるからである。

前述した各ベルトプライ27の内部にはタイヤ赤道Ｓに対して傾斜角Ａで傾斜した多数本の直線状に延びるベルトコード28が埋設され、これらのベルトコード28は非伸張性材料、例えばスチール、芳香族ポリアミドから構成されている。そして、前記ベルトプライ27内のベルトコード28は、少なくとも２枚のベルトプライ27においてタイヤ赤道Ｓに対し逆方向に傾斜し、互いに交差している。

ここで、前述したベルトコード28のタイヤ赤道Ｓに対する傾斜角Ａは15〜50度の範囲内が好ましい。その理由は、前記傾斜角Ａが15度未満であると、ベルトプライ27の製造が困難となり、一方、50度を超えると、曲線走行における横力および加減速時の駆動、制動力が充分でなくなるが、前述の範囲内であると、曲線走行に必要な横力および加減速時の駆動、制動力を確保しつつ、容易に製造することができる。そして、前記ベルト層26の幅（前記ベルトプライ幅Ｐと同一）は、空気入りタイヤ11の軽量化を図りながら、内圧充填および高速走行による径成長を効果的に抑制するためには、ベルト強化層21の幅Ｍより広幅とすることが好ましい。

前記ベルト層26の半径方向外側にはゴムからなるトレッド31が配置され、このトレッド31の外表面（踏面）には幅広で周方向に連続して延びる複数本の主溝32が形成されている。また、前記トレッド31の外表面には幅方向や斜め方向に延びる多数本の横溝が形成されることもある。

そして、前述のような構造の空気入りタイヤ11は、走行中にトレッド部15に突起入力が入力されると、該突起入力の入力部位において骨格部材（カーカス層17、ベルト強化層21、ベルト層26）が半径方向内側に押し込まれて凹むが、このときの凹みの傾斜の程度は周方向に比較して幅方向で急激であるため、幅方向張力が周方向張力より大となる。しかしながら、この幅方向張力はラジアル方向に延びるカーカスコード19が埋設されたカーカス層17が大部分を負担することになるため、早期に破断してしまうことがある。

このため、この実施形態においては、カーカス層17とベルト強化層21との間に、即ち、カーカス層17に近接密着した位置に、内部にタイヤ赤道Ｓに対し45〜90度の傾斜角Ｂで傾斜している、即ち、幅方向延在成分が周方向延在成分より多い直線状に延びる補強コード35が多数本埋設された少なくとも１枚（ここでは１枚）の補強プライ34からなるベルト補強層36を、その幅方向中央をタイヤ赤道Ｓに合致させながら配置したのである。

この結果、前述した突起入力に基づく幅方向張力はカーカス層17およびベルト補強層36の双方が負担することになり、カーカス層17の負担する幅方向張力が低減してその破断が効果的に抑制される。これにより、カーカス層17がベルト層26、ベルト強化層21に先行して破断する事態を防止することができ、パンク、バーストへの早期の進展を効果的に抑制することができる。

ここで、ベルト補強層36の幅Ｑがタイヤ断面幅Ｎの20％未満であると、該ベルト補強層36による張力負担が少なくなり過ぎてカーカス層17の破断抑制効果が殆どないため、ベルト補強層36の幅Ｑはタイヤ断面幅Ｎの20％以上でなければならない。また、充填内圧に基づく幅方向張力はタイヤ赤道Ｓ近傍で最大となるため、該部位、詳しくはタイヤ赤道Ｓを中心とするタイヤ断面幅Ｎの40％の範囲に対する突起入力をベルト補強層36で負担すれば充分である。

そして、ベルト補強層36の幅Ｑがタイヤ断面幅Ｎの40％を超えると、タイヤ質量が増大するのみでカーカス層17の破断抑制効果が殆どなくなるため、この実施形態においてはベルト補強層36の幅Ｑをタイヤ断面幅Ｎの40％以下としている。このようにトレッド部15のみにベルト補強層36を配置することでカーカス層17の破断を抑制するようにしているため、カーカス層17の折返し端に生じる剛性段差に変化はなく、該折返し端部における亀裂、セパレーションの発生を防止することができる。

ここで、前述した補強コード35は非伸張性材料、例えばスチール、芳香族ポリアミドから構成されている。また、前述のようにベルト補強層36を設けると、該ベルト補強層36の幅方向外端に剛性段差が生じるが、この剛性段差が主溝32の溝底近傍に存在すると、該溝底に大きなせん断歪みが発生して亀裂が生じることがある。このため、ベルト補強層36の幅方向両外端を、該幅方向両外端に最も近接する主溝32の溝底から幅方向に10mm以上の距離Ｌだけ離隔させ、前述した亀裂の発生を抑制するようにしている。

次に、試験例について説明する。この試験に当たっては、図１、２に示す構造の空気入りタイヤにおいてベルト補強層を省略した従来タイヤと、図１、２に示すような構造で、ベルト補強層内にタイヤ赤道Ｓに対し45度以上の傾斜角Ｂで傾斜したスチールからなる補強コードが埋設された実施タイヤ１、２と、ベルト補強層内にタイヤ赤道Ｓに対し45度未満の傾斜角で傾斜したスチールからなる補強コードが埋設された比較タイヤとを準備した。

ここで、ベルト強化層の幅Ｍはタイヤ断面幅Ｎの70％であり、一方、ベルト層の幅Ｐはタイヤ断面幅Ｎの85％であった。また、内側、外側２ベルトプライ内におけるベルトコードのタイヤ赤道Ｓに対する傾斜角Ａはそれぞれ右上がり43度、左上がり43度であった。さらに、実施タイヤ１および比較タイヤではベルト補強層の幅Ｑを共にタイヤ断面幅Ｎの25％とし、実施タイヤ２ではタイヤ断面幅Ｎの20％とした。さらに、実施タイヤ１、２では補強コードのタイヤ赤道Ｓに対する傾斜角Ｂを共に右上がり52度、比較タイヤでは該傾斜角Ｂを右上がり18度とした。また、実施タイヤ１および比較タイヤでは、ベルト補強層の幅方向両外端と主溝の溝底との幅方向距離Ｌを10mmとしたが、実施タイヤ２では前記幅方向距離を 0mmとして重なり合わせた。なお、前述のタイヤ断面幅Ｎは 445mmであった。

ここで、前述の各タイヤのサイズはいずれも445/50Ｒ22.5であり、これら各タイヤを 14.00×22.5のリムに装着した。次に、これら各タイヤに 900ｋPaの内圧（ゲージ圧）を充填した後、直径38mmの半円球形状をしたプランジャーを50mm/minの速度でタイヤ赤道Ｓ上のトレッド部外表面に押付け、いずれかのプライが破断するまでに要するストロークと押付け力を測定し、その押付け力−ストローク線図で囲まれる三角形の面積からプランジャーエネルギーを求めた。その結果を従来タイヤを指数 100で表すと、実施タイヤ１、２は共に 120であり、比較タイヤは 100であった。ここで、数値が大であるほど、突起入力耐久性が良好である。

次に、前述の各タイヤに 900ｋPaの内圧（ゲージ圧）を充填した後、49ｋＮの荷重を作用させながら60km/hでドラム上を走行させ、故障発生までの距離を測定した。その結果を従来タイヤを指数 100で表すと、実施タイヤ１および比較タイヤは共に 100であったが、実施タイヤ２は98であった。ここで、数値が大であるほど、発熱耐久性が良好である。

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。 その一部破断平面図である。

符号の説明

11…空気入りタイヤ 12…ビードコア
17…カーカス層 19…カーカスコード
21…ベルト強化層 23…補強素子
26…ベルト層 27…ベルトプライ
28…ベルトコード 31…トレッド
32…主溝 35…補強コード
36…ベルト補強層 Ａ…傾斜角
Ｂ…傾斜角 Ｎ…タイヤ断面幅
Ｑ…幅 Ｓ…タイヤ赤道

Claims (6)

1. 対をなすビードコア間を略トロイダル状に延び、内部にラジアル方向に延びるカーカスコードが埋設されたカーカス層と、カーカス層の半径方向外側に配置され、内部にタイヤ赤道と実質上平行に延びる補強素子が埋設されたベルト強化層と、該ベルト強化層の半径方向外側に配置され、タイヤ赤道に対して逆方向に傾斜したベルトコードが内部に埋設されている少なくとも２枚のベルトプライからなるベルト層と、該ベルト層の半径方向外側に配置され、外表面に周方向に延びる複数本の主溝が形成されたトレッドとを備えた空気入りタイヤにおいて、前記カーカス層とベルト強化層との間に、幅がタイヤ断面幅の20〜40％の範囲内で、内部にタイヤ赤道に対し45〜90度の傾斜角で傾斜している補強コードが埋設されたベルト補強層を配置したことを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記ベルト補強層の幅方向両外端を、該幅方向両外端に最も近接する主溝の溝底から幅方向に10mm以上離隔させるようにした請求項１記載の空気入りタイヤ。
3. 前記ベルト強化層の幅をタイヤ断面幅の60〜90％の範囲内とした請求項１または２記載の空気入りタイヤ。
4. 少なくとも１枚のベルトプライの幅をタイヤ断面幅の80〜90％の範囲内とした請求項１〜３のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
5. 前記ベルト層の幅をベルト強化層の幅より広幅とした請求項１〜４のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
6. 前記ベルトコードのタイヤ赤道に対する傾斜角を15〜50度の範囲内とした請求項１〜５のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

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