JP2009073245A - 空気入りタイヤ - Google Patents

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Abstract

【課題】 亀裂の発生を抑制するとともに、操縦安定性を向上させ、かつ、耐摩耗性をも向上させることができる空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】 本発明は、タイヤ赤道線CLに対して45〜80度で傾斜する内側コードが埋設される内側ベルト層7と、タイヤ赤道線CLに対して45〜80度で傾斜するとともに、タイヤ赤道線CLに対して内側コードと逆向きに配置される外側スチールコードが埋設される外側ベルト層9と、タイヤ赤道線CLに対して0〜5度で螺旋状に巻かれる周方向コードが埋設されるスパイラルベルト層11とを少なくともを備え、ベルト交差幅(IW)がトレッド接地幅(TW)に対して80〜110%であり、端部平均厚さ(HS)が中央平均厚さ(HC)に対して50〜90%であることを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、空気入りタイヤに関し、特に、少なくとも1層のカーカス層を有し、タイヤ径方向内側からタイヤ径方向外側へ向けて少なくとも内側ベルト層、外側ベルト層、トレッド部が設けられる空気入りタイヤに関する。
従来から、車両の高速走行時(いわゆる、高速回転時)に大きな遠心力が加わってトレッド部がタイヤ径方向外側へ向けて膨張することを抑制する空気入りタイヤについて、様々な提案がなされている。
例えば、互いに交差するスチールコードが埋設される2層のベルト層と、該ベルト層のタイヤ径方向外側にタイヤ赤道線と略平行で螺旋状に巻かれる周方向コードが埋設されるスパイラルベルト層とを備える空気入りタイヤが開示されている(例えば、特許文献1参照)。
この周方向コードには、ナイロン繊維や芳香族ポリアミド(いわゆる、ケブラー)、スチール等が用いられる。中でも、芳香族ポリアミドやスチールは、高速走行時に高温となっても伸張しずらいため、高速回転時においてトレッド部がタイヤ径方向外側へ向けて膨張すること抑制することができる。特に、近年においては、芳香族ポリアミドは、スチールに比べて軽量であることに伴い、タイヤ重量が小さくさせることにより操縦安定性を向上させることが可能であるため、注目されている。
特開2006−193032号公報(第2頁−第3頁、第1図−第2図)
しかしながら、上述した従来の空気入りタイヤでは、トレッド部がタイヤ径方向外側へ向けて膨張することを抑制することができるものの、2層のベルト層によりトレッド幅方向に伸張しずらく、かつ、スパイラルベルト層によりタイヤ周方向に伸張しずらくなってしまうため、トレッド部が硬くなりすぎて操縦安定性が低下してしまうという問題があった。
また、従来の空気入りタイヤでは、2重曲率(球面)を持つトレッド部が平面である路面に接地するときに、ベルト層がトレッド幅方向及びタイヤ周方向に伸び縮み変形するが、スパイラルベルト層が設けられていることにより、ベルト層のタイヤ周方向への伸び縮み変形が抑制されてしまい、特に、スパイラルベルト層と重なり合っているベルト層の端部において変形のズレが生じてしまう。これが歪みとなって、ベルト層とスパイラルベルト層との間に介在するゴム材が変形して、ベルト層の端部とスパイラルベルト層との間で亀裂が発生してしまうという問題もあった。
そこで、本発明は、上述の問題を鑑みてなされたものであり、亀裂の発生を抑制するとともに、操縦安定性を向上させ、かつ、耐摩耗性をも向上させ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。
上述した課題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有している。まず、本発明の第1の特徴に係る発明は、少なくとも1層のカーカス層を有し、タイヤ径方向内側からタイヤ径方向外側へ向けて少なくとも内側ベルト層、外側ベルト層、トレッド部が設けられる空気入りタイヤであって、タイヤ赤道線に対して0〜5度で螺旋状に巻かれる周方向コードが埋設されるスパイラルベルト層をさらに備え、内側ベルト層は、タイヤ赤道線に対して45〜80度で傾斜する内側スチールコードが埋設され、外側ベルト層は、タイヤ赤道線に対して45〜80度で傾斜するとともに、タイヤ赤道線に対して内側スチールコードと逆向きに配置される外側スチールコードが埋設され、内側ベルト層と外側ベルト層とがタイヤ径方向で重なり合っている交差層のトレッド幅方向における幅であるベルト交差幅(IW)は、路面に接地するトレッド部のトレッド幅方向における幅であるトレッド接地幅(TW)に対して80〜110%であり、トレッドショルダー部(S)におけるスパイラルベルト層からトレッド部の表面までの平均厚さである端部平均厚さ(HS)は、トレッドセンター部(C)におけるスパイラルベルト層からトレッド部の表面までの平均厚さである中央平均厚さ(HC)に対して50〜90%であることを要旨とする。
なお、トレッド接地幅(TW)とは、正規リムに装着された状態で、正規内圧が充填され、かつ、正規荷重が負荷された際に、路面に接地するトレッド部のトレッド幅方向の幅を示す。ここで、上記「正規リム」とは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、当該規格がタイヤ毎に定めるリムであり、例えばJATMAであれば標準リム、TRAであれば "Design Rim" 、或いはETRTOであれば "Measuring Rim" を意味する。また、上記「正規内圧」とは、上記規格がタイヤ毎に定めている空気圧であり、JATMAであれば最高空気圧、TRAであれば表 "TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES" に記載の最大値、ETRTOであれば "INFLATION PRESSURE" である。また、上記「正規荷重」とは、上記規格がタイヤ毎に定めている荷重であり、JATMAであれば最大負荷能力、TRAであれば表 "TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES" に記載の最大値、ETRTOであれば "LOAD CAPACITY"である。
また、トレッドセンター部(C)とは、タイヤ赤道線を基準にして前記トレッド接地幅(TW)に対する20%の領域を示す。また、トレッドミドル部(M)とは、トレッドセンター部(C)の両端部からトレッド幅方向外側へ向けてトレッド接地幅(TW)に対する20%の領域を示す。さらに、トレッドショルダー部(S)とは、トレッドミドル部(M)の両端部からトレッド幅方向外側へ向けてトレッド接地幅(TW)に対する20%の領域を示す。
さらに、平均厚さとは、各領域(トレッドセンター部(C)やトレッドミドル部(M)、トレッドショルダー部(S))がトレッド幅方向に5等分(溝を除く)され、各領域の最もタイヤ径方向外側に位置する骨格部材(例えば、外側ベルト層又はスパイラルベルト層、ベルト端部保護層)からトレッド部の表面までの厚みの平均値を示すものである。
その他の特徴に係る発明は、トレッドミドル部(M)におけるスパイラルベルト層からトレッド部の表面までの平均厚さである中間平均厚さ(HM)は、中央平均厚さ(HC)以下であり、かつ、端部平均厚さ(HS)よりも厚いことを要旨とする。
その他の特徴に係る発明は、トレッド幅方向断面において、タイヤ赤道線を中心にしてトレッド接地幅(TW)に対する70%の領域である70%領域(ZW)でのトレッド外輪郭の曲率半径(RT)は、700〜3000mmであることを要旨とする。
なお、トレッド外輪郭の曲率半径(RT)とは、正規リムに装着された状態で、正規内圧が充填された際のトレッド部の表面における曲率半径を示す。
その他の特徴に係る発明は、70%領域(ZW)において、トレッド幅方向における幅が広い内側ベルト層又は外側ベルト層のベルト外輪郭の曲率半径(RB)は、1500mm以上であり、かつ、トレッド外輪郭の曲率半径(RT)よりも大きいことを要旨とする。
なお、ベルト外輪郭の曲率半径(RB)とは、正規リムに装着された状態で、正規内圧が充填された際の内側ベルト層又は外側ベルト層の曲率半径を示す。
その他の特徴に係る発明は、70%領域(ZW)において、ベルト外輪郭の曲率半径(RB)は、トレッド外輪郭の曲率半径(RT)に対して150%よりも大きいことを要旨とする。
その他の特徴に係る発明は、周方向コードは、芳香族ポリアミドであることを要旨とする。
その他の特徴に係る発明は、周方向コードは、スチール単線を撚ったスチールコードであることを要旨とする。
その他の特徴に係る発明は、スチールコードにおける破断伸度(破断歪み)は、3〜8%であることを要旨とする。
その他の特徴に係る発明は、タイヤ径方向における最も外側に位置する外側ベルト層又はスパイラルベルト層のタイヤ径方向外側に配置され、タイヤ赤道線に対して60〜90度で傾斜する最外ベルトコードが埋設される最外ベルト層をさらに備え、最外ベルト層のトレッド幅方向における幅である最外ベルト幅(OW)は、トレッド接地幅(TW)に対して30〜80%であることを要旨とする。
本発明によれば、亀裂の発生を抑制するとともに、操縦安定性を向上させ、かつ、耐摩耗性をも向上させることができる空気入りタイヤを提供することができる。
次に、本発明に係る空気入りタイヤの一例について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なのものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることを留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
[第1の実施の形態]
まず、第1の実施の形態に係る空気入りタイヤの構成について、図1及び図2を参照しながら説明する。図1は、第1の実施の形態に係る空気入りタイヤを示すトレッド幅方向断面図であり、図2は、第1の実施の形態に係る空気入りタイヤの一部を示す上面斜視図である。
図1及び図2に示すように、空気入りタイヤ1は、ホイールのリム部(不図示)に接触する複数のビードコアを少なくとも含む一対のビード部3と、空気入りタイヤ1の骨格となる少なくとも1層のカーカス層5とを有している。この空気入りタイヤ1には、カーカス層5のタイヤ径方向内側からタイヤ径方向外側へ向けて内側ベルト層7、外側ベルト層9、スパイラルベルト層11、ベルト端部保護層13、トレッド部15が設けられる。
内側ベルト層7は、トレッド部15を補強するとともに、空気入りタイヤ1の形状を保持するものである。この内側ベルト層7は、図2に示すように、タイヤ赤道線CLに対して45〜80度(α)で傾斜する内側スチールコード(以下、内側コード7a)が埋設されている。特に、内側コード7aは、タイヤ赤道線CLに対して60〜80度(α)で傾斜することが好ましい。
外側ベルト層9は、内側ベルト層7と同様に、トレッド部15を補強するとともに、空気入りタイヤ1の形状を保持するものである。この外側ベルト層9は、図2に示すように、タイヤ赤道線CLに対して45〜80度(β)で傾斜するとともに、タイヤ赤道線CLに対して内側コード7aと逆向きに配置される外側スチールコード(以下、外側コード9a)が埋設されている。特に、外側コード9aは、タイヤ赤道線CLに対して60〜80度(β)で傾斜することが好ましい。
なお、内側コード7a及び外側コード9aがタイヤ赤道線CLに対して45度よりも小さいと、各コードがタイヤ周方向へ伸びにくくなってしまい、トレッド部15が硬くなりすぎて接地面積を十分に確保することができないため、操縦安定性が低下してしまう。また、内側コード7a及び外側コード9aがタイヤ赤道線CLに対して80度よりも大きいと、トレッド部15が接地した際の接地面内におけるベルト面内でのせん断剛性(いわゆる、せん断強さ)が不足してしまい、グリップ性能(横グリップ性やトラクショングリップ性等)を向上させることができない。
ここで、図1に示すように、内側ベルト層7と外側ベルト層9とがタイヤ径方向で重なり合っている交差層のトレッド幅方向における幅であるベルト交差幅IWは、路面に接地するトレッド部15のトレッド幅方向における幅であるトレッド接地幅TWに対して80〜110%である。
なお、ベルト交差幅IWがトレッド接地幅TWに対して80%よりも小さいと、後述するトレッドショルダー部Sの大部分に交差層が存在しなく、内側ベルト層7や外側ベルト層9がトレッド幅方向に縮んだり、タイヤ周方向に動いたりしやすい状態となり、偏摩耗が発生しやすくなってしまう。また、ベルト交差幅IWがトレッド接地幅TWに対して110%よりも大きいと、内側ベルト層7端部や外側ベルト層9端部の変形が大きくなり、セパレーション(剥離)が発生しやすくなってしまう。
トレッド幅方向断面におけるタイヤ赤道線CLを中心にしてトレッド接地幅TWに対する70%の領域である70%領域ZWにおいて、外側ベルト層9よりもトレッド幅方向における幅が広い内側ベルト層7のベルト外輪郭の曲率半径RBは、1500mm以上であり、かつ、トレッド外輪郭の曲率半径RTよりも大きいことが好ましい。特に、ベルト外輪郭の曲率半径RBは、2000mm以上であることが好ましく、トレッド外輪郭の曲率半径RTに対して150%よりも大きいことが好ましい。
なお、ベルト外輪郭の曲率半径RBが1500mmよりも小さく、かつ、トレッド外輪郭の曲率半径RTよりも小さいと、トレッド部15が路面に接地した際に、トレッドショルダー部Sの接地長が非常に長くなってしまうため、トレッドショルダー部Sでのトレッド部15の接地圧が上がりやすく、アンバランスな接地形状となってしまい、ショルダー摩耗を促進させてしまう。
スパイラルベルト層11は、車両の高速走行時(いわゆる、高速回転時)に大きな遠心力が加わってトレッド部15がタイヤ径方向外側へ向けて膨張すること抑制するものである。このスパイラルベルト層11は、図2に示すように、タイヤ赤道線CLに対して略平行(0〜5度)で螺旋状に巻かれる周方向コード11aが埋設されている。
この周方向コード11aは、乗用車(トレッド接地幅TWが185〜400mm)に装着される空気入りタイヤである場合には、芳香族ポリアミド(例えば、ケブラー)であることが好ましい。また、周方向コード11aは、トラック・バス等の重荷重車両に装着される場合には、スチール単線を撚ったスチールコードであることが好ましい。特に、スチールコードにおける破断伸度は、初期の伸びに遊びがあり、衝撃吸収性や耐外傷性等を向上させるために、3〜8%であることが好ましい。
ベルト端部保護層13は、高速走行時(いわゆる、高速回転時)に後述するトレッドショルダー部Sが膨張することを抑制するとともに、ベルト層(内側ベルト層7や外側ベルト層9、スパイラルベルト層11)の端部を補強するものである。このベルト端部保護層13は、図2に示すように、タイヤ赤道線CLに対して略平行(0〜5度)で螺旋状に巻かれる端部コード13aが埋設されている。
トレッド部15は、トレッドパターンを形成する複数の溝(例えば、リブやブロック)を有するとともに、路面と接するものである。
トレッドショルダー部Sにおけるスパイラルベルト層11からトレッド部15の表面(いわゆる、トレッド踏面)までの平均厚さである端部平均厚さHSは、トレッドセンター部Cにおけるスパイラルベルト層11からトレッド部15の表面までの平均厚さである中央平均厚さHCに対して50〜90%である(HC>HS)。
なお、端部平均厚さHSが中央平均厚さHCに対して50%よりも小さいと、トレッド幅方向断面におけるトレッド部15の表面が丸み過ぎてしまい、ベルト層(内側ベルト層7や外側ベルト層9、スパイラルベルト層11)も丸くなって、ベルト層が硬くなり操縦安定性が低下してしまうとともに、センター摩耗を促進させてしまう。また、端部平均厚さHSが中央平均厚さHCに対して90%よりも大きいと、トレッド幅方向断面におけるトレッド部15の表面に丸みがなくなってしまい、トレッド部15が路面に接地した際に、トレッドショルダー部Sの接地長が非常に長くなってしまうため、トレッドショルダー部Sでのトレッド部15の接地圧が上がりやすく、アンバランスな接地形状となってしまい、ショルダー摩耗を促進させてしまう。
トレッドミドル部Mにおけるスパイラルベルト層11からトレッド部15の表面までの平均厚さである中間平均厚さHMは、中央平均厚さHC以下であり、かつ、端部平均厚さHSよりも厚いことが好ましい(HC≧HM>HS)。
トレッド幅方向断面において、タイヤ赤道線CLを中心にしてトレッド接地幅TWに対する70%の領域である70%領域ZWでのトレッド外輪郭の曲率半径RTは、700〜3000mmであることが好ましい。特に、70%領域ZWでのトレッド外輪郭の曲率半径RTは、1000〜2700mmであることが好ましい。
なお、トレッド外輪郭の曲率半径RTが700mmよりも小さいと、トレッド幅方向断面におけるトレッド部15の表面が丸み過ぎてしまい、トレッドセンター部Cでの接地長が長く、かつ、トレッドショルダー部Sでの接地長が短くなってしまうため、センター摩耗を促進させてしまうことがある。また、トレッド外輪郭の曲率半径RTが3000mmよりも大きいと、トレッド幅方向断面におけるトレッド部15の表面が直線状に近くなってしまい、トレッド部15が路面に接地した際に、トレッドショルダー部Sの接地長が非常に長くなってしまうため、トレッドショルダー部Sでのトレッド部15の接地圧が上がりやすく、アンバランスな接地形状となってしまい、ショルダー摩耗を促進させてしまう。
(作用・効果)
以下において、上述した空気入りタイヤ1の構成を採用するに至った経緯を作用とともに説明する。空気入りタイヤ1は、タイヤ周方向及びトレッド幅方向に丸い2重の曲率を持っている。すなわち、空気入りタイヤ1のトレッド接地面は、コンタクトレンズのように2重の曲率を持った形状である。これらが平らな面に押し付けると、2重の曲率を持った曲面が平面状に変形しなければならない。
例えば、コンタクトレンズがソフトコンタクトレンズのように柔らかく伸び縮みする部材からできれている場合には、この部材が伸び縮みすることで平らな面に押し付けると平面状に変形する。これは、テニスボールの軟式ボールを平面に押し付けたときに平らになるのと同じである。
一方、コンタクトレンズがハードコンタクトレンズのように硬く伸び縮みしない部材からできている場合には、平らな面に押し付けても十分に撓むことができずに、上記の柔らかい部材と比べて接触面積が極めて小さくなってしまう。
つまり、空気入りタイヤ1に当てはめると、スパイラルベルト層11を備えていると、タイヤ周方向に伸び縮みしない構成となる。さらに、内側ベルト層7及び外側ベルト層9の2層のベルト層が組み合わされているため、内側コード7a及び外側コード9aの方向にも伸び縮みしずらい。それゆえ、この空気入りタイヤ1は、あらゆる方向に伸び縮みしにくく、上記のハードコンタクトレンズのような状態にある。
このように、骨格部材(カーカス層5や各ベルト層等)にスパイラルベルト層11が含まれ、これらのコード方向が3方向以上であると、骨格部材は非常に高い剛性を持つこととなる。つまり、骨格部材を2重曲率(球面)で規定してしまうと、極めて撓みにくい空気入りタイヤ1となってしまう。
そこで、解決方法としては、トレッド部15を2重曲率ではなく、1重曲率で形成することである。これは、ドラム缶の側面(円筒状の側面)のように、トレッド幅方向断面における空気入りタイヤ1を直線状に近づければ、どんなに部材が硬くても1方向に曲がることで接地できることになる。例えば、スチールからなる円筒は、その肉厚が薄くて面外に曲がることができれば、つぶれて楕円状になり平らな面に接触することができる。空気入りタイヤ1に当てはめても、同様のことが言える。
空気入りタイヤ1は、内側ベルト層7及び外側ベルト層9の2層のベルト層に加え、スパイラルベルト層11を備えていると非常に硬いが、トレッド幅方向断面における内側ベルト層7や外側ベルト層9を直線状に近づけることで、骨格部材が円筒状になり、接地しやすい形状となる。これにより、空気入りタイヤ1の接地形状が大幅に改善される。
また、内側ベルト層7の端部や外側ベルト層9の端部は、路面に接地した際にタイヤ周方向にずれる動きをして、タイヤ周方向に伸びる動きをする。これは、トレッド部15がトレッドセンター部Cからトレッドショルダー部Sに向かうに従い、外径が小さくなって径差が設けられていることによる。すなわち、上述した2重曲率をもつのと同意である。
このような径差は、接地時にトレッド部15(ベルト層やベルト端部保護層13等も含む)がトレッド幅方向に曲げ変形することで吸収されるわけだが、空気入りタイヤ1はタイヤ周方向にも360度丸い形状であるため、このタイヤ周方向についても丸みを吸収しようとして、半径の小さいベルト端部が伸びて平らな面に接触するわけである。
ベルト端部保護層13は、タイヤ赤道線CLに対して略平行(0〜5度)で螺旋状に巻かれる端部コード13aが埋設されているため、タイヤ周方向にほとんど伸びることができない。しかし、上述したように、内側ベルト層7の端部や外側ベルト層9の端部は、タイヤ周方向に伸びようとする。そのため、内側ベルト層7の端部や外側ベルト層9の端部と、スパイラルベルト層11とが重なり合う部分で周方向にずれる変形が生じる。これが歪みとなって、両者間に介在するゴム材に加わり、亀裂が生じやすくなってしまう。
このような挙動を持つため、トレッド幅方向における骨格部材に径差がつかないように(すなわち、トレッド幅方向断面における内側ベルト層7や外側ベルト層9を直線状に近づけることで)、内側ベルト層7の端部や外側ベルト層9の端部の歪みを下げる意味でも重要である。
以上の観点から、周方向コード11aがタイヤ赤道線CLに対して0〜5度であることに加えて、内側コード7a及び外側コード9aがタイヤ赤道線CLに対して45〜80度で交差する(すなわち、タイヤ赤道線CLに対して逆向きに配置される)ことによって、該内側コード7a及び外側コード9aがタイヤ赤道線CLに対して大きく傾斜していることで、コード自体は伸びないが、コード同士の間隔が広がってタイヤ周方向に変形しやすく、かつ、コードがトレッド幅方向を折り目とする周方向面における外曲げ剛性が低下して、接地長が伸びて接地面積が増加する。
つまり、内側ベルト層7及び外側ベルト層9にタイヤ周方向に伸びないスパイラルベルト層11を組み合わせても、骨格部材(カーカス層5や各ベルト層等)は、トレッド幅方向を折り目とする周方向面における外曲げ剛性を必要以上に高くなるおそれがない。
さらに、トレッド幅方向の圧縮力に対する剛性が高くなり、トレッド幅方向のバックリング変形を抑制することができる。この結果、トレッドショルダー部Sでの耐摩耗性を向上させ、かつ、亀裂の発生を抑制するとともに、転がり抵抗、グリップ性能を実現して操縦安定性を向上させることができる。特に、内側コード7a又は外側コード9aの少なくとも一方をタイヤ赤道線CLに対して65〜80度とすることによって、トレッド幅方向の縮みを最小化することができ、耐摩耗性をさらに向上させることができる。さらに、トレッドショルダー部Sでトレッド部の無駄な横せん断を受けることなく、転がり抵抗の低減をもさらに向上させることができる。
上述したベルト層の条件の場合、少なくともベルト交差幅IWがトレッド接地幅TWに対して80〜110%でなくてはならない。乗用車に装着される空気入りタイヤである場合、操縦安定性が求められ、軽量であることが求められるため、2層のベルト層(内側ベルト層7及び外側ベルト層9)であることが好ましい。これにより、トレッド部15が接地した際の接地面内でせん断剛性(いわゆる、せん断強さ)を高く維持することができる。また、トラック・バス等の重荷重車両に装着される場合、操縦安定性よりも耐久性が求められるため、ベルト層を増やして複数層にすることにより、せん断剛性を高く維持することができるとともに、トレッドショルダー部Sでの偏摩耗の発生を抑制することが可能となる。なお、ベルト層は、必ずしも2層である必要はなく、3層以上であってもよい。
また、トレッド幅方向断面におけるトレッド部15の表面を丸みが帯びた形状で設計した。これは、トレッド部15が路面に接地する際に、トレッドセンター部Cがたわみやすいからである。トレッド部15の表面に丸みがないと、トレッド部15が路面に接地した際に、トレッドショルダー部Sの接地長が非常に長くなってしまう(すなわち、トレッドセンター部Cの接地長が短くなってしまう)ため、トレッドショルダー部Sでのトレッド部15の接地圧が上がりやすく、アンバランスな接地形状となってしまい、ショルダー摩耗を促進させてしまう。このため、端部平均厚さHSは、中央平均厚さHCに対して50〜90%(HC>HS)と設定した。
ここで、高速回転時には、内圧充填に加えて遠心力によりトレッド部15が膨張しようとする。この膨張は、トレッド部の重さで変化する。そして、トレッドセンター部Cとトレッドミドル部Mとは、両側にスパイラルベルト層11が内部にあるトレッド部15で拘束されている。しかし、トレッドショルダー部Sは、トレッド幅方向外側にスパイラルベルト層11が内部にあるトレッド部15で拘束されない。これにより、トレッドショルダー部Sは、トレッドセンター部Cやトレッドミドル部Mと比べて膨張しやすい。
つまり、トレッドセンター部Cとトレッドショルダー部Sとが同じ重さであった場合、空気入りタイヤ1が高速回転した際の遠心膨張がトレッドショルダー部Sの方が大きくなり、トレッドショルダー部Sの接地長が伸びて、トレッドセンター部Cの接地長が短くなることにより、トレッドショルダー部Sでのみグリップしようとするため、操縦安定性が悪化するばかりではなく、トレッドショルダー部Sでのトレッド部15で発熱が促進されて、この熱がベルト端部に伝わり亀裂が発生しやすくなる。なお、トレッドセンター部Cとトレッドショルダー部Sとでほぼ同じ接地長であることが理想的であり、すなわち、操縦安定性が向上する。
そこで、中央平均厚さHC、中間平均厚さHM、端部平均厚さHSの順で薄くなること、すなわち、トレッドショルダー部Sでのトレッド部15の重さが軽くなることで、遠心力を小さくすることができ、トレッドショルダー部Sで膨張しにくくすることができる。このため、適切な接地形状を保つことができ、操縦安定性を向上させることができるとともに、故障に対しても効果を発揮することが可能となる。
さらに、中央平均厚さHC、中間平均厚さHM、端部平均厚さHSの順で薄くなることで、ベルト層(内側ベルト層7や外側ベルト層9、スパイラルベルト層11)を直線状に近い形状で配置できる上に、トレッド幅方向断面におけるトレッド部15の表面に滑らかな丸みを形成することができ、適切な接地形状を保つことができるため、耐摩耗性及び操縦安定性を向上させることができる。
また、70%領域ZWでのトレッド外輪郭の曲率半径RTが700〜3000mmであることや、ベルト外輪郭の曲率半径RBが1500mm以上でありかつトレッド外輪郭の曲率半径RTよりも大きいこと、さらに、ベルト外輪郭の曲率半径RBがトレッド外輪郭の曲率半径RTに対して150%よりも大きいことによって、トレッド幅方向断面におけるトレッド部15の表面に滑らかな丸みを形成することができ、適切な接地形状を保つことができるため、耐摩耗性及び操縦安定性を向上させることができる。
[第2の実施の形態]
次に、第2の実施の形態に係る空気入りタイヤの構成について、図3を参照しながら説明する。なお、上述した第1の実施の形態に係る空気入りタイヤ1と同一部分には同一の符号を付して、相違する部分を主として説明する。図3は、第2の実施の形態に係る空気入りタイヤを示すトレッド幅方向断面図である。
図3に示すように、タイヤ径方向における最も外側に位置するスパイラルベルト層11のタイヤ径方向外側には、タイヤ赤道線に対して60〜90度で傾斜する最外ベルト層17が配置されている。この最外ベルト層17のトレッド幅方向における幅である最外ベルト幅OWは、トレッド接地幅TWに対して30〜80%である。
この範囲であることによって、中央平均厚さHCや中間平均厚さHMを維持することができ、端部平均厚さHSを厚くすることがない。これにより、骨格部材(カーカス層5や各ベルト層等)の変形を害することなく、スパイラルベルト層11を保護して、スパイラルベルト層11が外傷により破断することを防止することができる。また、消費者が誤って完全に摩耗するまで空気入りタイヤ1を使用した場合であっても、スパイラルベルト層11が露出することなく、最外ベルト層17が露出することで消費者に異変を感じさせることができ、バーストに至ることをなくことが可能となる。
なお、最外ベルト層17は、スパイラルベルト層11のタイヤ径方向外側に配置されているものとして説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、スパイラルベルト層11が内側ベルト層7のタイヤ径方向内側に配置されている場合には、タイヤ径方向における最も外側に位置する外側ベルト層9のタイヤ径方向外側に配置されていてもよい。
[その他の実施形態]
上述したように、本発明の実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。
具体的には、スパイラルベルト層11は、外側ベルト層9のタイヤ径方向外側に配置されているものとして説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、図4に示すように、内側ベルト層7のタイヤ径方向内側に配置されていてもよい。これにより、スパイラルベルト層11が外傷により破断することを防止することができる。
この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
次に、本発明の効果をさらに明確にするために、比較例1〜10、従来例1,2及び本発明が適用された実施例1〜19に係る空気入りタイヤを用いて行った試験結果について説明する。なお、各空気入りタイヤのサイズは“245/45R18(外径677mm、リム幅8.5インチ、リム径18インチ)”である。
まず、各空気入りタイヤの基本構造について説明する。各空気入りタイヤは、ホイールのリム部(不図示)に接触する複数のビードコアを少なくとも含む一対のビード部と、該一対のビード部間でトロイド状をなす2層のカーカス層とを有し、該カーカス層のタイヤ径方向内側からタイヤ径方向外側へ向けて内側ベルト層、外側ベルト層、スパイラルベルト層、ベルト端部保護層、トレッド部が設けられる。
カーカス層は、タイヤ赤道線CLに対して略直角(約90度)で交差する直径0.6mmの撚ったナイロンコードが埋設されている。このナイロンコードの打ち込み数は、トレッドセンター部Cで50本/50mmである。
内側ベルト層は、トレッド幅方向における幅が240mmである。この内側ベルト層は、タイヤ赤道線CLに対して70度で傾斜する直径0.18mmのスチール単線を3本撚った内側スチールコード(以下、内側コード)が埋設されている。この内側コードの打ち込み数は、50本/50mmである。
外側ベルト層は、トレッド幅方向における幅が230mmである。この外側ベルト層は、タイヤ赤道線CLに対して70度で傾斜するとともに、直径0.18mmのスチール単線を3本撚った内側コードと交差する外側スチールコード(以下、外側コード)が埋設されている。この外側コードの打ち込み数は、50本/50mmである。
スパイラルベルト層は、トレッド幅方向における幅が260mmである。このスパイラルベルト層は、タイヤ赤道線CLに対して略平行(0〜5度)で螺旋状に巻かれる直径0.7mmの周方向コードが埋設されている。この周方向コードには、芳香族ポリアミド(ケブラー)が用いられる。また、周方向コードの打ち込み数は、50本/50mmである。
ベルト端部保護層は、トレッド幅方向における幅が30mmであり、スパイラルベルト層の両端部におけるタイヤ径方向外側に配置されている。このベルト端部保護層は、タイヤ赤道線CLに対して略平行(0〜5度)で螺旋状に巻かれる直径0.7mmの端部コードが埋設されている。この端部コードには、芳香族ポリアミド(ケブラー)が用いられる。また、端部コードの打ち込み数は、50本/50mmである。
トレッド部には、タイヤ赤道線CLに対して略平行な4本の周方向溝が形成されている。この4本の周方向溝のうちトレッドセンター部に位置する2本の周方向溝の幅が9mmであり、トレッドショルダー部に位置する2本の周方向溝の幅が11mmであり、全ての周方向溝のタイヤ径方向における深さが7mmである。
この各空気入りタイヤの基本構造以外に関するデータと、試験結果(接地形状、操縦安定性、転がり抵抗、乗り心地性、耐摩耗性、耐久性)について、表1を参照しながら説明する。
Figure 2009073245
なお、比較例1〜7及び実施例1〜14に係る空気入りタイヤは、上記基本構造である。また、比較例8に係る空気入りタイヤでは、外側ベルト層のトレッド幅方向における幅を170mmとした。また、比較例9及び従来例1に係る空気入りタイヤでは、内側コード及び外側コードをタイヤ赤道線CLに対して25度で設定した。さらに、比較例10及び従来例2に係る空気入りタイヤでは、内側コード及び外側コードをタイヤ赤道線CLに対して40度で設定した。
実施例15に係る空気入りタイヤでは、スパイラルベルト層とトレッド部との間に、トレッド幅方向における幅が180mmで最外ベルト層が設けられている。この最外ベルト層は、タイヤ赤道線CLに対して略平行(0〜5度)で螺旋状に巻かれる直径0.7mmの最外コードが埋設されている。この最外コードには、芳香族ポリアミド(ケブラー)が用いられる。また、最外コードの打ち込み数は、50本/50mmである。
実施例16に係る空気入りタイヤでは、スパイラルベルト層に、タイヤ赤道線CLに対して略平行(0〜5度)で螺旋状に巻かれる直径0.2mmのスチール単線を5本撚った周方向コードが用いられた。
実施例17に係る空気入りタイヤでは、実施例16の周方向コードをハイエロンゲーションタイプに置き換えた。このハイエロンゲーションタイプとは、最初に3本のスチール単線を撚って、その回りを逆向きで7本のスチール単線を螺旋で撚ったものである。最初に配置された3本のスチール単線には隙間が存在し、この隙間にゴム材が配置されている。このようなスチールコードは、直径が0.14mmであり、スチールコードにおける破断伸度が5%である。
実施例18に係る空気入りタイヤでは、スパイラルベルト層を内側ベルト層のタイヤ径方向内側に配置した。
実施例19に係る空気入りタイヤでは、内側コード及び外側コードをタイヤ赤道線CLに対して50度で設定した。
ここで、トレッド部の形状は、所定のリムに組み、内圧230kPaを充填して、レーザーで計測した。この結果から、タイヤ赤道線CLを中心にしてトレッド接地幅TWに対する70%の領域である70%領域ZWでのトレッド外輪郭の曲率半径RTを求めた。
また、ベルト層の形状は、予めタイヤ断面を用意して測定した。すなわち、70%領域ZWにおいて、トレッド幅方向における幅が広い内側ベルト層又は外側ベルト層のベルト外輪郭の曲率半径RBをあらゆる位置で測定しておき、これらとトレッド部表面の位置から作図し、内圧充填時におけるベルト外輪郭の曲率半径RBを求めた。
さらに、平均厚さ(中央平均厚さHCや中間平均厚さHM、端部平均厚さHS)は、予めタイヤ断面を用意して測定した。すなわち、平均厚さは、各領域(トレッドセンター部Cやトレッドミドル部M、トレッドショルダー部S)をトレッド幅方向に5等分(溝を除く)し、各領域の最もタイヤ径方向外側に位置する骨格部材(例えば、外側ベルト層又はスパイラルベルト層、ベルト端部保護層)からトレッド部の表面までの厚みの平均値を求めた。
<接地形状(接地面積及び接地長)>
各空気入りタイヤをスポーツタイプのFF車両に装着し、路面に埋め込まれた800mm四方の平らなガラスの上をCA0度、SA0度の状態で速度30km/h及び180km/hで走行し、この走行した際の画像を撮影することにより測定した。接地長は、トレッドセンター部C(すなわち、タイヤ赤道線CL)とトレッドショルダー部S(タイヤ赤道線CLからトレッド接地幅の0.4倍の位置)で測定した。この接地長は、トレッドセンター部とトレッドショルダー部とで近い値であると、トレッドセンター部のトレッド部と、トレッドショルダー部のトレッド部とが、均一に横力や制動力を発生するために好ましい。
接地形状から接地面積を求めて、従来例1に係る空気入りタイヤの接地面積を“100”として、その他の空気入りタイヤの接地面積を指数化した。なお、接地面積の指数が大きいほど、接地形状に優れている。
この結果、実施例1〜19に係る空気入りタイヤは、比較例1〜10及び従来例1,2に係る空気入りタイヤを比べ、適切な接地形状を保つことができることが分かった。すなわち、トレッド部の厚み(中央平均厚さHCや中間平均厚さHM、端部平均厚さHS)をコントロールすることや、内側コードの角度(α)、外側コードの角度(β)、ベルト交差幅IW、トレッド外輪郭の曲率半径RT、ベルト外輪郭の曲率半径RB等を規定することにより、適切な接地形状を保つことができることが分かった。
<操縦安定性>
各空気入りタイヤを上記FF車両に装着してテストコースを走行し、速度150km/hでのレーンチェンジ、速度80km/hでの限界旋回、速度50km/hからの加速性能等を実施して、プロドライバーにより評価した(10点満点)。なお、指数が大きいほど、操縦安定性に優れている。
この結果、実施例1〜19に係る空気入りタイヤは、比較例1〜10及び従来例1,2に係る空気入りタイヤを比べ、操縦安定性に優れていることが分かった。すなわち、トレッド部の厚み(中央平均厚さHCや中間平均厚さHM、端部平均厚さHS)をコントロールすることや、内側コードの角度(α)、外側コードの角度(β)、ベルト交差幅IW、トレッド外輪郭の曲率半径RT、ベルト外輪郭の曲率半径RB等を規定することにより、操縦安定性が向上することが分かった。
<転がり抵抗>
SAE J1269に準拠して、内圧200kPa、荷重450kgf、速度80km/hにおける従来例1に係る転がり抵抗を“100”として、その他の空気入りタイヤの転がり抵抗を測定した。なお、指数が小さいほど、転がり抵抗に優れている。
この結果、実施例1〜19に係る空気入りタイヤは、比較例1〜10及び従来例1,2に係る空気入りタイヤを比べ、転がり抵抗に優れていることが分かった。すなわち、トレッド部の厚み(中央平均厚さHCや中間平均厚さHM、端部平均厚さHS)をコントロールすることや、内側コードの角度(α)、外側コードの角度(β)、ベルト交差幅IW、トレッド外輪郭の曲率半径RT、ベルト外輪郭の曲率半径RB等を規定することにより、転がり抵抗が向上することが分かった。
<乗り心地性>
各空気入りタイヤを上記FF車両に装着してテストコースを走行し、高速走行時のつなぎ目や石畳路、踏み切りの線路等を実施して、プロドライバーにより評価した(10点満点)。なお、指数が大きいほど、乗り心地性に優れている。
この結果、実施例1〜19に係る空気入りタイヤは、比較例1〜10及び従来例1,2に係る空気入りタイヤを比べ、乗り心地性に優れていることが分かった。すなわち、トレッド部の厚み(中央平均厚さHCや中間平均厚さHM、端部平均厚さHS)をコントロールすることや、内側コードの角度(α)、外側コードの角度(β)、ベルト交差幅IW、トレッド外輪郭の曲率半径RT、ベルト外輪郭の曲率半径RB等を規定することにより、乗り心地性が向上することが分かった。
<耐摩耗性>
直径3mの試験ドラムの表面に紙やすりを貼り付けて路面にみたて、これに各空気入りタイヤを内圧230kPa、CA0度、SA0.5度、荷重5kNで押し付け、駆動力0kNで速度50km/hで10分間回転させ、駆動力0kNで速度150km/hで10分間回転させ、駆動力2kNで速度50km/hで10分間回転させる1サイクルを20セット繰り返し、摩耗量を計測した。なお、指数が大きいほど、耐摩耗性に優れている。
この結果、実施例1〜19に係る空気入りタイヤは、比較例1〜10及び従来例1,2に係る空気入りタイヤを比べ、耐摩耗性に優れていることが分かった。すなわち、トレッド部の厚み(中央平均厚さHCや中間平均厚さHM、端部平均厚さHS)をコントロールすることや、内側コードの角度(α)、外側コードの角度(β)、ベルト交差幅IW、トレッド外輪郭の曲率半径RT、ベルト外輪郭の曲率半径RB等を規定することにより、耐摩耗性が向上することが分かった。
<耐久性>
直径3mの試験ドラムに各空気入りタイヤを装着し、内圧180kPa、荷重8kNで押し付けて、速度150km/hで100時間連続走行させた後、各空気入りタイヤを解剖して亀裂の有無や、ベルト端部の温度を計測した。なお、解剖は、ベルト端部の両側で、かつ、360度全周について調べ、亀裂が最も長いものを表示した。また、ベルト端部の温度は、ドラムを停止してから1分後に、ベルト端部に相当するトレッド部の表面の温度を代用した。この温度が高いほど、亀裂が発生しやすくなる。
この結果、実施例1〜19に係る空気入りタイヤは、比較例1〜10及び従来例1,2に係る空気入りタイヤを比べ、耐久性に優れていることが分かった。すなわち、トレッド部の厚み(中央平均厚さHCや中間平均厚さHM、端部平均厚さHS)をコントロールすることや、内側コードの角度(α)、外側コードの角度(β)、ベルト交差幅IW−、トレッド外輪郭の曲率半径RT、ベルト外輪郭の曲率半径RB等を規定することにより、耐久性が向上することが分かった。
第1の実施の形態に係る空気入りタイヤを示すトレッド幅方向断面図である。 第1の実施の形態に係る空気入りタイヤの一部を示す上面斜視図である。 第2の実施の形態に係る空気入りタイヤを示すトレッド幅方向断面図である。 その他の実施の形態に係る空気入りタイヤを示すトレッド幅方向断面図である。
符号の説明
1…空気入りタイヤ、3…ビード部、5…カーカス層、7…内側ベルト層、7a…内側コード(内側スチールコード)、9…外側ベルト層、9a…外側コード(外側スチールコード)、11…スパイラルベルト層、11a…周方向コード、13…ベルト端部保護層、13a…端部コード、15…トレッド部、17…最外ベルト層、C…トレッドセンター部、M…トレッドミドル部、S…トレッドショルダー部、CL…タイヤ赤道線、IW…ベルト交差幅、OW…最外ベルト幅、RB…ベルト外輪郭の曲率半径、RT…トレッド外輪郭の曲率半径、TW…トレッド接地幅、ZW…70%領域

Claims (9)

  1. 少なくとも1層のカーカス層を有し、タイヤ径方向内側からタイヤ径方向外側へ向けて少なくとも内側ベルト層、外側ベルト層、トレッド部が設けられる空気入りタイヤであって、
    タイヤ赤道線に対して0〜5度で螺旋状に巻かれる周方向コードが埋設されるスパイラルベルト層をさらに備え、
    前記内側ベルト層は、前記タイヤ赤道線に対して45〜80度で傾斜する内側スチールコードが埋設され、
    前記外側ベルト層は、前記タイヤ赤道線に対して45〜80度で傾斜するとともに、前記タイヤ赤道線に対して前記内側スチールコードと逆向きに配置される外側スチールコードが埋設され、
    前記内側ベルト層と前記外側ベルト層とがタイヤ径方向で重なり合っている交差層のトレッド幅方向における幅であるベルト交差幅(IW)は、路面に接地する前記トレッド部の前記トレッド幅方向における幅であるトレッド接地幅(TW)に対して80〜110%であり、
    トレッドショルダー部(S)における前記スパイラルベルト層から前記トレッド部の表面までの平均厚さである端部平均厚さ(HS)は、トレッドセンター部(C)における前記スパイラルベルト層から前記トレッド部の表面までの平均厚さである中央平均厚さ(HC)に対して50〜90%であることを特徴とする空気入りタイヤ。
  2. トレッドミドル部(M)における前記スパイラルベルト層から前記トレッド部の表面までの平均厚さである中間平均厚さ(HM)は、前記中央平均厚さ(HC)以下であり、かつ、前記端部平均厚さ(HS)よりも厚いことを特徴とする請求項1に記載の空気入りタイヤ。
  3. トレッド幅方向断面において、前記タイヤ赤道線を中心にして前記トレッド接地幅(TW)に対する70%の領域である70%領域(ZW)でのトレッド外輪郭の曲率半径(RT)は、700〜3000mmであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の空気入りタイヤ。
  4. 前記70%領域(ZW)において、トレッド幅方向における幅が広い前記内側ベルト層又は前記外側ベルト層のベルト外輪郭の曲率半径(RB)は、1500mm以上であり、かつ、前記トレッド外輪郭の曲率半径(RT)よりも大きいことを特徴とする請求項3に記載の空気入りタイヤ。
  5. 前記70%領域(ZW)において、前記ベルト外輪郭の曲率半径(RB)は、前記トレッド外輪郭の曲率半径(RT)に対して150%よりも大きいことを特徴とする請求項4に記載の空気入りタイヤ。
  6. 前記周方向コードは、芳香族ポリアミドであることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の空気入りタイヤ。
  7. 前記周方向コードは、スチール単線を撚ったスチールコードであることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の空気入りタイヤ。
  8. 前記スチールコードにおける破断伸度は、3〜8%であることを特徴とする請求項7に記載の空気入りタイヤ。
  9. 最もタイヤ径方向外側に位置する前記外側ベルト層又は前記スパイラルベルト層のタイヤ径方向外側に配置され、前記タイヤ赤道線に対して60〜90度で傾斜する最外ベルトコードが埋設される最外ベルト層をさらに備え、
    前記最外ベルト層のトレッド幅方向における幅である最外ベルト幅(OW)は、前記トレッド接地幅(TW)に対して30〜80%であることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の空気入りタイヤ。
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