JP2010120464A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】ビード部の耐久性に優れ、しかも軽量かつ転がり抵抗の低い空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】一対のビードコア間で延びるゴム被覆コードのプライによるカーカス本体と、該プライを各ビードコアのまわりにそれぞれタイヤの内側から外側へ巻返してタイヤ径方向外側に延ばした折り返し部とから成るカーカスを骨格とする、空気入りタイヤにおいて、前記折り返し部の少なくとも端末を該折り返し部のタイヤ幅方向外側にて覆う、補強層の引張剛性を前記プライの引張剛性の90〜110％とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、特にビード部の耐久性に優れる軽量かつ転がり抵抗の低い空気入りタイヤに関する。

近年の環境問題に端を発する、ＣＯ_２排出量の抑制の観点から、自動車においては低燃費化を促進することが要求されている。この低燃費化を実現するために、タイヤにおいては、軽量化と転がり抵抗の低減が求められ、タイヤの構造の簡素化が進められている。

すなわち、タイヤの骨格を形成するカーカスは、一対のビードコア間で延びるゴム被覆コードのプライによるカーカス本体と、該プライを各ビードコアのまわりにそれぞれタイヤの内側から外側へ巻返してタイヤ径方向外側に延ばした折り返し部とから成るのが一般的である。かようなタイヤの軽量化を所期して、特許文献１では、カーカスの折り返し端を低い（ビードコア寄りの）位置に抑えることが提案されている。その際、低位置にある折り返し端からのセパレーション故障による耐久性の低下を回避するために、この端末付近に高硬度のゴム層を配置するとともに、同端末を覆うように補強層を配置している。
特開平５−１７８０３８号公報

しかしながら、簡素化を所期してカーカスの折り返し端を低い位置に設定しても、新たに高硬度ゴム層や補強層、例えば高硬度のスチールコードによる補強層を配置しなくてはならないため、これら補強用の諸部材による重量増加を新たにまねくことになり、折り返し端を低い位置にすることの効果が相殺されてしまう。また、ビード部に異種の補強部材を複数配置することから、部材間の剛性差に起因してセパレーション故障の核となる、おそれがある。

そこで、本発明は、ビード部の耐久性に優れ、しかも軽量かつ転がり抵抗の低い空気入りタイヤを提供することを目的とするものである。

発明者らは、上記の課題を解決するために、ビード部の耐久性を維持したまま軽量化および低転がり抵抗化を実現するタイヤ構造について鋭意究明したところ、カーカスの折り返し部端末を覆う補強層の引張剛性を適切に規制することによって、所期した性能が得られることを見出し、本発明を完成するに到った。

すなわち、本発明の要旨構成は、次のとおりである。
（１）一対のビードコア間で延びるゴム被覆コードのプライによるカーカス本体と、該プライを各ビードコアのまわりにそれぞれタイヤの内側から外側へ巻返してタイヤ径方向外側に延ばした折り返し部とから成るカーカスを骨格とする、空気入りタイヤにおいて、
前記折り返し部の少なくとも端末を、該折り返し部のタイヤ幅方向外側にて覆う補強層を有し、該補強層の引張剛性が前記プライの引張剛性の90〜110％であることを特徴とする空気入りタイヤ。

（２）前記補強層は、前記折り返し部の端末を中心とする10mm以上の長さにわたり設けることを特徴とする前記（１）に記載の空気入りタイヤ。

（３）前記折り返し部の端末における、該折り返し部と前記カーカス本体との最小距離ｔ１、並びに同折り返し部と前記補強層との最小距離ｔ２が、0.5〜2.0mmかつ0.9ｔ１≦ｔ２≦1.1ｔ１であることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の空気入りタイヤ。

（４）前記折り返し部の端末は、該端末からビードトゥを通りタイヤ回転軸と平行に引いた線分へ下ろした垂線の長さが、タイヤ最大幅位置から前記線分へ下ろした垂線の長さの30〜60％となる領域にあることを特徴とする前記（１）、（２）または（３）に記載の空気入りタイヤ。

（５）前記補強層は、ゴム被覆コードからなり、該コードとタイヤの半径との交点を仮想し、この交点におけるコードの接線とタイヤの半径との挟角が４５°以内であることを特徴とする前記（１）ないし（４）のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

本発明によれば、ビード部の耐久性に優れ、しかも軽量かつ転がり抵抗の低い空気入りタイヤを提供することができる。

図１に、本発明に従う空気入りタイヤのビード部の断面を示す。図において、符号１は一対のビードコアであり、これらビードコア１間に跨がってトロイダル状に延びる、例えば有機繊維コードをゴム被覆したプライの１枚または複数枚からなるカーカス本体２と該プライをビードコア１でタイヤの内側から外側に折り返してタイヤ半径方向外側に延びる折り返し部３とから成る、カーカス４を有する。なお、図示はしないが、該カーカス４のクラウン部の径方向外側にベルトおよびトレッドを配置する。これらベルトおよびトレッドの構造はタイヤの一般に従っていればよい。また、符号６はリムである。

ここで、前記カーカス４の折り返し部３の少なくとも端末３ａを、該折り返し部３のタイヤ幅方向外側にて覆う補強層５を設け、該補強層５の引張剛性を前記カーカスプライの引張剛性の90〜110％とすることが肝要である。
なぜなら、折り返し部３の端末３ａには、応力歪みが集中し易く、ここを起点としたセパレーションの発生が懸念されるところ、前記補強層５を配置して折り返し部３の少なくとも端末３ａをカーカス本体２と補強層５との間に挟み、かつ補強層５の引張剛性をカーカス本体２の引張剛性の90〜110％とすることによって、タイヤの負荷転動時にタイヤのサイド部が倒れ込む際、該サイド部のリムフランジとの離反点Ｐを支点とした曲げ変形に対して、端末３ａおよびその近傍を曲げの中立軸に置くことができるからである。

すなわち、補強層５の引張剛性をカーカス本体２の引張剛性の90〜110％とすることは、ほぼ同じ引張剛性を有する２層（カーカス本体２および補強層５）の間に、折り返し部３の端末３ａが挟まれることであり、このような積層体が曲げ変形した際には、その厚み中心部に位置する端末３ａは曲げの中立軸上にあることになる。従って、ここで受ける歪みは最小限のものとなり、ビード部耐久性の向上を簡素な補強層５にて達成することができる。その結果、優れたビード部耐久性を維持したまま、軽量かつ低い転がり抵抗が実現される。従って、補強層５は、カーカス本体２と同じ引張剛性を有することが好ましく、カーカス本体２と同じプライから構成することが最適であり、例えば有機繊維コードをゴム被覆したプライを適用する。

なお、補強層５は、コードをゴム被覆したプライの単層でよく、その引張剛性は、コード種（主に材質）、コード構造、コード打込み数および被覆ゴム種のいずれか１または２以上を適宜選択して調整することができる。

以上の通り、ビード部の耐久性を低下することなく簡素な構造での補強を実現するため、軽量化は勿論、タイヤサイド部の剛性を下げてサイド部の変形を促してトレッド部の歪を低減することによって、転がり抵抗の低減も達成される。

また、前記補強層５は、折り返し部３の端末３ａを中心とする10mm以上の長さにわたり設けることが好ましい。すなわち、図１において、端末３ａの法線３Ｌを中心とし、ビードコア１側およびトレッド側に折り返し部３またはカーカス本体２に沿って延びる、補強層５の領域をそれぞれ領域ＡおよびＢとすると、領域ＡおよびＢがそれぞれ５mm以上、合計で10mm以上であることが好ましい。なぜなら、領域ＡおよびＢがそれぞれ５mm以上であれば、端末３ａを中心とする広い領域を補強層５にて覆うことができるため、端末３ａにおける応力集中がさらに緩和される。また、５mm以上にすることによって、例えば補強層５の径方向内側端と端末３ａとが離れるため、製造時における部材の貼り合わせに際し、エア入り等を回避することが容易であり、効率の良い製造が可能になる。

さらに、補強層５を設けるに当たり、図２に示すように、折り返し部３の端末３ａにおける、該折り返し部３とカーカス本体２との最小距離ｔ１、並びに同折り返し部３と補強層５との最小距離ｔ２が、各々0.5〜2.0mmかつ0.9ｔ１≦ｔ２≦1.1ｔ１であることが有利である。なお、距離ｔ１およびｔ２は、カーカス本体２、折り返し部３および補強層５を構成するコード相互の軸心間距離である。

すなわち、距離ｔ１およびｔ２が0.5mm未満になると、コード相互、特に有機繊維同士が接触して擦れる虞がある。一方、2.0mmを超えると、層間のゴム量が多くなって重量増加に伴って転がり抵抗が低下する可能性がある。
同様に、ｔ２が0.9ｔ１未満になると、タイヤの負荷転動時に折り返し部３の端末３ａの圧縮歪が大きくなり、一方、ｔ２が1.1ｔ１を超えると、逆に引張り歪が大きくなり、いずれも耐久性が悪化する虞がある。

折り返し部３の端末３ａは、図１に示すように、端末３ａからビードトゥ１０を通りタイヤ回転軸と平行に引いた線分Ｒへ下ろした垂線の長さＬ１が、タイヤ最大幅位置Ｏから前記線分Ｒへ下ろした垂線の長さＬ２の30〜60％となる領域にあることが好ましい。なぜなら、端末３ａの位置が長さＬ２の30％未満になると、タイヤの製造が難しくなる上、カーカス４のビードコア１に対する結合が弱くなる、おそれがある。一方、端末３ａの位置が長さＬ２の60％を超えると、タイヤ重量が大きくなるために転がり抵抗が大きくなる虞がある。

補強層５は、ゴム被覆コードからなり、該コードは、コードとタイヤの半径との交点を仮想したとき、この交点におけるコードの接線とタイヤの半径との挟角が４５°以内であることが好ましい。

すなわち、上記挟角が４５°未満では、カーカスプライコードおよび補強層コードで構成される、上記した格子構造が高さの低い平行四辺形状になり、タイヤサイド部の倒れ込み変形時に、補強層部分が大きく変形することになり、所期した効果を得ることが難しくなる場合がある。より好ましくは、上記挟角が９０°、つまり補強層のコードをカーカスプライコードとほぼ直交する向きに配置することが推奨される。

ちなみに、補強層を構成するコードのカーカスプライコードに対する傾斜角度、さらにはコードの引張強さを適宜変更することにより、 タイヤとしての剛性も任意に調整可能であるから、従来は剛性の確保に必要としていた材料の削減が可能であり、例えばビードコアの径方向外側に据えるビードフィラー等は小さく縮小することが可能であり、その結果、タイヤの軽量化および転がり抵抗の低減を併せて達成することができる。

なお、補強層のコードとしては、引張り強さの高いものを用いること、打ち込みを密に行うことが、好ましい。具体的には、補強層のコードには、径が0.5 〜1.2 mmおよび引張強さが1000Ｎ／ｍ以上のスチールまたは有機繊維コードの１本または複数本を引き揃えて、タイヤの回転軸のまわりに渦巻き状に巻き付けて、タイヤ半径方向に50〜100 本／５cmで打ち込むことが、推奨される。

図１に示したところに従って、表１に示す種々の仕様の補強層を有する、サイズが225 ／50Ｒ17の乗用車用空気入りラジアルタイヤをそれぞれ試作した。なお、カーカスはラジアル配列したレーヨンコードによる１プライ構造であり、そしてベルトは、スチールコードによるプライの２層構造において、そのセンター部および両ショルダー部にナイロンコードよるベルト補強層を設けて成る。

また、図１に示したタイヤにおいて、補強層のない従来タイヤについても、同様のサイズにて試作した。

かくして得られた各タイヤについて、重量および転がり抵抗を測定するとともに、耐久性能試験に供した。その測定および試験結果を表１に併記する。
なお、タイヤ重量は、表１の基準タイヤ１の重量（12kg）に対する増減分にて表示した。また、転がり抵抗は、供試タイヤを標準リムに装着して内圧をJIS Ｄ4202に規定の最高空気圧に調整したのち、24±２℃の室内の外径1707.6mmおよび幅350mmのスチール製平滑面を有する回転ドラム上において、4.4kN（450kgf）の荷重を負荷して０〜180km／ｈの速度で回転させて走行する、いわゆる惰行法により測定し、基準タイヤ１の測定値を100としたときの指数にて表示した。この指数が大きいほど転がり抵抗が小さいことを示している。

さらに、耐久性能試験は、供試タイヤを標準リムに装着して25±２℃の室内にて内圧を300 ｋＰａ（ゲージ圧）3.0kg／mm²に調整し24時間放置後、再度内圧調整を行い、JIS荷重の２倍の荷重をタイヤに負荷した状態で直径３ｍのドラム上を60km／ｈの速度で走行させた。なお、毎週1回ドラムを停止し、３時間放置後のタイヤ内圧を測定し、前記の内圧に再調整してドラム走行試験を再開することを繰り返した。そして、24時間毎にドラムを停止し、供試タイヤの外観を検査し故障の発生の有無を調査し、外観で判別できる故障が発生した時点で試験を終了し、そのときの走行距離を記録した。この測定結果は、基準タイヤ１の結果を100としたときの指数にて表示した。

表１に示すように、補強層がなくカーカス折り返し端の低い基準タイヤ２では、軽量で転がり抵抗も低くなるが、折り返し端末での歪みが大きく、耐久性が著しく低いものとなった。

また、補強層に硬ゴムを使用した比較タイヤ１では、端末の歪みは軽減されるが、ビード部のゴム量が増加し、重量の増加並びに転がり抵抗の悪化をまねいた。スチールコードによる補強層をそなえる比較タイヤ２も同様である。

本発明に従ってカーカスプライの90〜110％の引張剛性を有する補強層を配置した発明タイヤでは、硬ゴムやスチールコードによる補強層を配置した比較タイヤと比べてタイヤ重量を軽減でき、転がり抵抗の軽減効果も大きい結果となった。

本発明に従うタイヤのビード部の断面図である。 カーカス折り返し部の端末付近の拡大図である。

符号の説明

１ ビードコア
２ カーカス本体
３ 折り返し部
３ａ 端末
４ カーカス
５ 補強層
６ リム
６ａ リムフランジ

Claims (5)

1. 一対のビードコア間で延びるゴム被覆コードのプライによるカーカス本体と、該プライを各ビードコアのまわりにそれぞれタイヤの内側から外側へ巻返してタイヤ径方向外側に延ばした折り返し部とから成るカーカスを骨格とする、空気入りタイヤにおいて、
   前記折り返し部の少なくとも端末を、該折り返し部のタイヤ幅方向外側にて覆う補強層を有し、該補強層の引張剛性が前記プライの引張剛性の90〜110％であることを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記補強層は、前記折り返し部の端末を中心とする10mm以上の長さにわたり設けることを特徴とする請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記折り返し部の端末における、該折り返し部と前記カーカス本体との最小距離ｔ１、並びに同折り返し部と前記補強層との最小距離ｔ２が、0.5〜2.0mmかつ0.9ｔ１≦ｔ２≦1.1ｔ１であることを特徴とする請求項１または２に記載の空気入りタイヤ。
4. 前記折り返し部の端末は、ビードトゥを通りタイヤ回転軸と平行に引いた線分へ該端末から下ろした垂線の長さが、前記線分へタイヤ最大幅位置から下ろした垂線の長さの30〜60％となる領域にあることを特徴とする請求項１、２または３に記載の空気入りタイヤ。
5. 前記補強層は、ゴム被覆コードからなり、該コードとタイヤの半径との交点を仮想し、この交点におけるコードの接線とタイヤの半径との挟角が４５°以内であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

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