JP2008290639A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】ランフラット走行時の耐久性を従来と同様のレベルに維持しながら、軽量化することが可能な空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】左右のサイドウォール部２にランフラット走行を可能にする断面三日月状の弾性補強層１３をタイヤ周方向に環状に配置した空気入りタイヤである。弾性補強層１３の最大厚み位置Ｐを中心とする少なくとも中央領域１３Ｃにおける５０％モジュラスが、タイヤ内面１４に対して垂直な方向ＶＤで１０ＭＰａ以上、タイヤ子午線断面において垂直な方向ＶＤと直交する方向及びタイヤ周方向で垂直な方向ＶＤの５０％モジュラスの３０〜７０％となるように異なっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ランフラット走行が可能な空気入りタイヤに関し、更に詳しくは、ランフラット走行時の耐久性を維持しながら軽量化することができる空気入りタイヤに関する。

タイヤ内の空気がパンク等により抜けてしまった後も車両の走行（ランフラット走行）を可能にする空気入りタイヤとして、左右のサイドウォール部に断面三日月状の補強ゴム層を配置した空気入りタイヤが知られている。この補強ゴム層により空気抜け時にサイドウォール部の撓みを抑制し、ランフラット走行を可能にしている。

しかしながら、補強ゴム層を配置した空気入りタイヤは、重量の大幅な増加が避けられず、従来、その対策として、例えば、補強ゴム層に発泡ゴムを用いた空気入りタイヤが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このように発泡ゴムを補強ゴム層に使用することで、軽量化を図ることができる利点はあるが、その反面、ランフラット走行時の耐久性が低下せざるを得ず、それを回避するためには補強ゴム層を厚くする必要があり、軽量化とランフラット走行時の耐久性の両者を両立されるのが難しいという問題があった。

他方、軽量化には補強ゴム層の厚さを薄くすることが有効である。そこで、補強ゴム層の厚さを薄くして同じサイド剛性を得るには、補強ゴム層のゴム硬度を高くすればよいが、硬度の高いゴムは衝撃に弱いため、このようなゴムを補強ゴム層に使用すると、ランフラット走行時の耐久性が大きく低下し、タイヤへの適用が難しい。
特開平７−１１７４２１号公報

本発明の目的は、ランフラット走行時の耐久性を従来と同様のレベルに維持しながら、軽量化することが可能な空気入りタイヤを提供することにある。

上記目的を達成する本発明の空気入りタイヤは、左右のサイドウォール部にランフラット走行を可能にする断面三日月状の弾性補強層をタイヤ周方向に環状に配置し、該弾性補強層の最大厚み位置Ｐを中心とする少なくとも中央領域における５０％モジュラスを、タイヤ内面に対して垂直な方向で１０ＭＰａ以上、タイヤ子午線断面において該垂直な方向と直交する方向及びタイヤ周方向で前記垂直な方向の５０％モジュラスの３０〜７０％となるように異ならせたことを特徴とする。

上述した本発明によれば、弾性補強層の５０％モジュラスをタイヤ内面に対して垂直な方向で１０ＭＰａ以上にすることで、ランフラット走行時に作用する弾性補強層の歪みを効果的に抑制することができる。そのため、弾性補強層の厚さを従来より薄くしても、弾性補強層の歪みによる変形を抑制することができる。他方、垂直な方向と直交する方向及びタイヤ周方向における５０％モジュラスを上記のように垂直な方向より小さくすることで、外部より衝撃を受けた際に弾性補強層が変形する余地を確保できるので、耐衝撃性の悪化を回避することができる。従って、弾性補強層の厚さを薄くしてもランフラット走行時の耐久性の低下を抑えることができ、ランフラット走行時の耐久性を従来と同様のレベルに維持しながら、タイヤを軽量化することができる。

以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の空気入りタイヤの一実施形態を示し、１はトレッド部、２はサイドウォール部、３はビード部である。

タイヤ内部の左右のビード部３間には、タイヤ径方向に延在するポリエステルやレーヨンなどの有機繊維コードをタイヤ周方向に所定の間隔で配列してゴム層に埋設した２層のカーカス層４，５が延設され、その両端部がビード部３に埋設したビードコア６の周りにビードフィラー７を挟み込むようにしてタイヤ内側から外側に折り返されている。カーカス層４の内側には空気透過防止層として作用するインナーライナー層８が設けられている。

トレッド部１のカーカス層４，５の外周側には、タイヤ周方向に対して傾斜配列した補強コードを層間でタイヤ周方向に対する傾斜方向を逆向きにして交差するように配列した２層のベルト層９，１０が配置されている。ベルト層９，１０の外周側には、ゴム被覆したナイロンなどの有機繊維コードをタイヤ周方向に対して０°に近い角度で螺旋状に巻回した２層のベルトフルカバー層１１と１層のベルトエッジカバー層１２がそれぞれ配設されている。

左右のサイドウォール部２には、内側のカーカス層４とインナーライナー層８との間に、ランフラット走行を可能にする断面三日月状の弾性補強層１３がそれぞれ１層タイヤ周方向に環状に配置されている。各弾性補強層１３は、ビード部３からベルト層９，１０の端部の内周側まで延在し、図２に示すように、断面三日月状の弾性層１３Ａに短繊維ｆを埋設した構成になっている。

曲面状に延在するタイヤ内面（インナーライナー層８の内面）１４に対して垂直な方向ＶＤ（内面１４に対する法線が延在する方向）に沿って延在するように揃えて配向した短繊維ｆが、弾性層１３Ａの全領域にわたって配設され、弾性補強層１３の垂直な方向ＶＤにおける５０％モジュラスが１０ＭＰａ以上になっている。図１に示すタイヤ子午線断面おいて、垂直な方向ＶＤと直交する方向及びタイヤ周方向における弾性補強層１３の５０％モジュラスは、垂直な方向ＶＤの５０％モジュラスの３０〜７０％の範囲となるようにし、弾性補強層１３の５０％モジュラスを、垂直な方向ＶＤと、それに直交する方向及びタイヤ周方向とで異ならせている。５０％モジュラスの大きさを調整するには、短繊維ｆの配合量を調節すればよい。

弾性補強層１３の５０％モジュラスを上記のようにする領域は、上述した全領域にわたる必要なはく、図３，４に示すように、弾性補強層１３の最大厚み位置Ｐを中心とする少なくとも中央領域１３Ｃを含む領域であればよい。図３に示す例は、中央領域１３Ｃを含み、弾性補強層１３の全幅Ｗに対して、最大厚み位置Ｐからそれぞれ弾性補強層１３の幅方向両側に全幅Ｗの２５％の中間領域（合計５０％）１３Ｍにおける５０％モジュラスを上記のようにしている。また、図４に示す例では、最大厚み位置Ｐからそれぞれ弾性補強層１３の幅方向両側に全幅Ｗの１５％の中央領域（合計３０％）１３Ｃにおける５０％モジュラスが上記のようになっている。

本発明者は、軽量化とランフラット走行時の耐久性の両立について鋭意検討した結果、以下のことを知見した。即ち、ランフラット走行時における弾性補強層１３の歪み成分は、図５に示すように、タイヤ内面１４に対して垂直な方向ＶＤに作用する成分ｘ、その垂直な方向ＶＤとタイヤ子午線断面において直交する方向ＯＤに作用する成分ｙ、及びタイヤ周方向ＣＤに作用する成分ｚに分けることができる。接地時に、垂直な方向ＶＤの成分ｘは引張歪み、直交する方向ＯＤの成分ｙは圧縮歪み、タイヤ周方向ＣＤの成分ｚは引張歪みとなり、そのエネルギー密度を調べたところ、図６に示すように、垂直な方向ＶＤの成分ｘのエネルギー密度が大幅に高いことがわかった。また、弾性補強層１３の幅方向における各歪み成分ｘ，ｙ，ｚのエネルギー密度の分布を調べたところ、最大厚み位置Ｐを中心とする中央領域で最も高くなることが判明した。なお、図６では、３種類のタイヤを示している。

そこで、本発明では、上記ように弾性補強層１３の最大厚み位置Ｐを中心とする少なくとも中央領域１３Ｃにおいて、垂直な方向ＶＤにおける５０％モジュラスを１０ＭＰａ以上と高くしている。これによりランフラット走行時に作用する弾性補強層１３の歪みを効果的に抑制することができるので、弾性補強層１３の厚さを従来より薄くしても、弾性補強層１３の変形を従来と同レベルに抑えることができる。

他方、垂直な方向ＶＤと直交する方向及びタイヤ周方向における５０％モジュラスは、垂直な方向ＶＤの５０％モジュラスの３０〜７０％と低くすることで、外部より衝撃を受けた際に弾性補強層１３が変形する余地を確保できるので、衝撃により弾性補強層１３が容易に破壊されることがない。従って、弾性補強層１３の厚さを従来より薄くしても、ランフラット走行時の耐久性が低下するのを抑えることができ、ランフラット走行時の耐久性を従来レベルに維持しながら、軽量化が可能になる。

垂直な方向ＶＤにおける５０％モジュラスが１０ＭＰａ未満であると、上記効果を達成することができない。垂直な方向ＶＤにおける５０％モジュラスの上限値としては、乗心地を確保する点から、１４ＭＰａ以下にするのがよい。

また、垂直な方向ＶＤと直交する方向及びタイヤ周方向における５０％モジュラスが、垂直な方向ＶＤの５０％モジュラスの３０％未満であると、ランフラット走行時の耐久性に悪影響が及ぶ可能性が大きくなる。逆に７０％を超えると、耐衝撃性の顕著な低下を招く。

本発明において、弾性層１３Ａに使用する弾性材料としては、天然ゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ウレタンゴムなどのゴムを好ましく挙げることができる。短繊維ｆの材料としては、アラミド、ポリアミド、ポリエステルなどの有機繊維を好ましく用いることができる。

短繊維ｆの長さとしては、０．１〜５ｍｍの範囲にするのがよい。短繊維ｆの長さが０．１ｍｍ未満であると、方向性を有する補強効果を発現することが困難になる。逆に短繊維ｆの長さが５ｍｍを超えると、部材中で均一な補強効果を発現させることが困難となる。

短繊維ｆの太さ（直径）としては０．１〜１００μｍの範囲にするのがよい。短繊維ｆの太さが０．１μｍ未満であると、十分な補強効果を得るために多くの量が必要となる。逆に短繊維ｆの太さが１００μｍを超えると、部材中で均一な補強効果を発現させることが困難となる。

短繊維ｆの配合量としては、弾性層１３Ａを構成する弾性材料１００重量％に対して４〜８重量％にすることができる。短繊維ｆの配合量が４重量％未満であると、十分な補強効果を得ることが困難である。逆に短繊維ｆの配合量が８重量％を超えると、変形領域となるマトリクス層が少なくなるため、十分な柔軟性が得られない。

図４に示すように、中央領域１３Ｃのみにおいて、垂直な方向ＶＤにおける５０％モジュラスを１０ＭＰａ以上、垂直な方向ＶＤと直交する方向及びタイヤ周方向における５０％モジュラスを垂直な方向ＶＤの５０％モジュラスの３０〜７０％となるようにする場合には、それに隣接する外側領域１３Ｔに向けて、垂直な方向ＶＤの５０％モジュラスを段階的に低くなるようにするのが、隣接する領域間での剛性差を小さくし、境界面での破壊を防ぐ上で好ましい。

図４では、外側領域１３Ｔが、中央領域１３Ｃの両側に隣接する第１外側領域１３Ｔ１と、その第１外側領域１３Ｔ１の両外側に隣接する第２外側領域１３Ｔ２と、その第２外側領域１３Ｔ２の両外側に隣接する第３外側領域１３Ｔ３から構成され、垂直な方向ＶＤの５０％モジュラスが、中央領域１３Ｃより第１外側領域１３Ｔ１が低く、第１外側領域１３Ｔ１より第２外側領域１３Ｔ２が低く、第２外側領域１３Ｔ２より第３外側領域１３Ｔ３が低くなっている。このような構成にするには、例えば、短繊維ｆの含有量を中央領域１３Ｃから第３外側領域１３Ｔ３に向けて次第に少なくなるようにすればよく、第３外側領域１３Ｔ３は短繊維ｆを埋設せずにゴムなどの弾性材料のみから構成してもよい。

隣接する各領域（中央領域１３Ｃと第１外側領域１３Ｔ１、第１外側領域１３Ｔ１と第２外側領域１３Ｔ２、第２外側領域１３Ｔ２と第３外側領域１３Ｔ３）における垂直な方向ＶＤの５０％モジュラスの差としては、垂直な方向ＶＤの５０％モジュラスが低い方の領域が、高い方の領域に対して１５〜４０％低くなるようにするのが、隣接する領域間での適度な剛性差を確保する点から好ましい。

図４に示すような弾性補強層１３は、各領域部分をそれぞれ成形し、それらを接合するようにすればよい。

図３に示す弾性補強層１３においても、中間領域１３Ｍからその外側領域に向けて、垂直な方向ＶＤの５０％モジュラスを上記と同様に段階的に低くすることができ、その場合も隣接する領域において、垂直な方向ＶＤの５０％モジュラスが低い方の領域を、高い方の領域に対して１５〜４０％低くすることができる。

上記実施形態では、垂直な方向ＶＤにおける５０％モジュラスと、垂直な方向ＶＤと直交する方向及びタイヤ周方向における５０％モジュラスを、短繊維ｆを用いて上記範囲となるようにしたが、それに限定されず、他の構成を採用するようにしてもよい。

なお、本発明における弾性補強層１３の５０％モジュラスは、ＪＩＳ（Ｋ６２５１：試験片はダンベル３号）にて規定される加硫ゴムの引っ張り試験方法に則して測定する。

本発明は、特に乗用車に使用される空気入りタイヤに好ましく用いることができるが、それに限定されず、他の用途の空気入りタイヤであってもよい。

タイヤサイズを２０５／５５Ｒ１６で共通にし、短繊維を埋設した弾性補強層において、タイヤ内面に対して垂直な方向の５０％モジュラス、その垂直な方向とタイヤ子午線断面において直交する方向及びタイヤ周方向の５０％モジュラス、最大厚み位置Ｐでの厚さ、短繊維を含有する範囲、短繊維の含有量を表１のようにした図１，３，４に示す構成の本発明タイヤ１〜６（実施例１〜６）と比較タイヤ１（比較例１）、短繊維がない弾性補強層を用いた他は本発明タイヤ３と同じ構成の比較タイヤ２（比較例２）、及び弾性補強層を厚くした他は比較タイヤ２と同じ構成の従来タイヤ（従来例）をそれぞれ作製した。

各試験タイヤにおいて、弾性補強層の弾性層には天然ゴム／ブタジエンゴムの混合物（５０％モジュラスが５ＭＰａ）、短繊維にはナイロンを使用した。また、短繊維の長さは１〜３ｍｍ、太さは１０〜５０μｍで共通である。

これら各試験タイヤを以下に示す試験方法により、ランフラット走行時の耐久性（ランフラット耐久性）の評価試験を行ったところ、表１に示す結果を得た。また、タイヤ製造前において、各試験タイヤの弾性補強層の重量を測定した結果も表１に示す。重量は、従来タイヤを基準とし、それに対して減少した重量を百分率（％）で示す。

ランフラット耐久性
各試験タイヤを標準リムに組み付け、空気圧を０kPa にして排気量２０００ccの前輪駆動車の右側前輪に使用し、楕円形の周回テストコースを時速８０km/hで反時計周りの方向に走行し、テストドライバーがタイヤ故障による異常振動を感じ、走行を停止するまでの走行距離を測定した。その評価結果を従来タイヤを１００とする指数値で示す。この値が大きい程、ランフラット走行時の耐久性が優れている。なお、右側前輪以外は、上記と同じサイズのタイヤとリムを使用し、その空気圧を２００kPa とした。

表１から、本発明タイヤは、ランフラット走行時の耐久性を従来と同レベル以上に維持しながら、軽量化できることがわかる。

本発明の空気入りタイヤの一実施形態を示すタイヤ子午線要部断面図である。 弾性補強層の部分拡大断面図である。 本発明の空気入りタイヤの他の実施形態を示すタイヤ子午線要部断面図である。 本発明の空気入りタイヤの更に他の実施形態を示すタイヤ子午線要部断面図である。 （ａ）は垂直な方向ＶＤ、その垂直な方向ＶＤと直交する方向ＯＤ、及びタイヤ周方向ＣＤを示す斜視説明図、（ｂ）は弾性補強層の中央領域の部分を切り出した斜視図において、各方向の歪み成分を示す説明図である。 図５（ｂ）に示す３方向の歪み成分におけるエネルギー密度を示すグラフ図である。

符号の説明

１ トレッド部
２ サイドウォール部
３ ビード部
４，５ カーカス層
８ インナーライナー層
９，１０ ベルト層
１３ 弾性補強層
１３Ａ 弾性層
１３Ｃ 中央領域
１３Ｎ 中間領域
１３Ｔ 外側領域
１４ タイヤ内面
Ｐ 最大厚み位置
ＣＤ タイヤ周方向
ＯＤ 直交する方向
ＶＤ 垂直な方向
Ｗ 全幅
ｆ 短繊維

Claims (9)

1. 左右のサイドウォール部にランフラット走行を可能にする断面三日月状の弾性補強層をタイヤ周方向に環状に配置し、該弾性補強層の最大厚み位置Ｐを中心とする少なくとも中央領域における５０％モジュラスを、タイヤ内面に対して垂直な方向で１０ＭＰａ以上、タイヤ子午線断面において該垂直な方向と直交する方向及びタイヤ周方向で前記垂直な方向の５０％モジュラスの３０〜７０％となるように異ならせた空気入りタイヤ。
2. 前記中央領域が、弾性補強層の全幅Ｗに対して、最大厚み位置Ｐからそれぞれ幅方向両側に全幅Ｗの１５％の領域である請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記弾性補強層において、弾性補強層の全幅Ｗに対して、最大厚み位置Ｐからそれぞれ幅方向両側に全幅Ｗの２５％の中間領域における５０％モジュラスを、タイヤ内面に対して垂直な方向で１０ＭＰａ以上、タイヤ子午線断面において該垂直な方向と直交する方向及びタイヤ周方向で前記垂直な方向の５０％モジュラスの３０〜７０％となるように異ならせた請求項１に記載の空気入りタイヤ。
4. 前記弾性補強層において、前記中央領域または中間領域から外側領域に向けて、タイヤ内面に対して垂直な方向の５０％モジュラスを段階的に低くした請求項１，２または３に記載の空気入りタイヤ。
5. 隣接する領域において、タイヤ内面に対して垂直な方向の５０％モジュラスが、低い方の領域は高い方の領域に対して１５〜４０％低い請求項４に記載の空気入りタイヤ。
6. 前記弾性補強層の全領域における５０％モジュラスを、タイヤ内面に対して垂直な方向で１０ＭＰａ以上、タイヤ子午線断面において該垂直な方向と直交する方向及びタイヤ周方向で前記垂直な方向の５０％モジュラスの３０〜７０％となるように異ならせた請求項１に記載の空気入りタイヤ。
7. ５０％モジュラスを、タイヤ内面に対して垂直な方向で１０ＭＰａ以上、タイヤ子午線断面において該垂直な方向と直交する方向及びタイヤ周方向で前記垂直な方向の５０％モジュラスの３０〜７０％にした領域は、弾性層内に短繊維をタイヤ内面に対して垂直な方向に揃えて配向した構成である請求項１乃至６のいずれか１項に記載の空気入りタイヤ。
8. 前記弾性層はゴムから構成され、前記短繊維は有機繊維からなる請求項７に記載の空気入りタイヤ。
9. 前記短繊維の長さが０．１〜５ｍｍ、太さが０．１〜１００μｍ、配合量が弾性層を構成する弾性材料１００重量％に対して４〜８重量％である請求項８に記載の空気入りタイヤ。

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