JP2016141238A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】 ビード部にビード補強層を埋設するにあたって、操縦安定性を良好に維持しながら、軽量化や乗心地の改善を可能にした空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】 一対のビード部３，３間にカーカス層４を装架し、該カーカス層４を各ビード部３に埋設されたビードコア５の廻りに巻き上げ、ビードコア５の外周側にビードフィラー６を配置し、該ビードフィラー６をカーカス層４の本体部４Ａと巻き上げ部４Ｂとで挟み込むようにした空気入りタイヤにおいて、複数本の中空管状部材１１を含むビード補強層１０をビードフィラー６に沿ってビード部３に埋設し、中空管状部材１１の中空部１２の長手方向がタイヤ径方向に対してなす角度を０°〜３０°とし、中空管状部材１１をタイヤ周方向に沿って並ぶように配列する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ビード部にビード補強層を埋設した空気入りタイヤに関し、更に詳しくは、操縦安定性を良好に維持しながら、軽量化や乗心地の改善を可能にした空気入りタイヤに関する。

一般に、空気入りタイヤは、一対のビード部間にカーカス層を装架し、カーカス層を各ビード部に埋設されたビードコアの廻りに巻き上げ、ビードコアの外周側にビードフィラーを配置し、そのビードフィラーをカーカス層の本体部と巻き上げ部とで挟み込んだ構造を有している。

このような構造を有する空気入りタイヤにおいて、操縦安定性の改善を目的として、ビード部にビード補強層を埋設することが行われている（例えば、特許文献１〜３参照）。従来の空気入りタイヤにおいて、ビード補強層は引き揃えられた複数本の補強コードを含み、その補強コードがタイヤ周方向に対して傾斜するように配置されている。そして、空気入りタイヤの横剛性を効果的に増大させるという観点から、ビード補強層の補強コードとしてスチールコードが頻繁に使用されている。

しかしながら、ビード部にスチールコードからなるビード補強層を埋設した場合、操縦安定性が改善されるものの、それに伴って空気入りタイヤの重量が増加し、乗心地が悪化するという問題がある。

特開２００４−３５１９９５号公報 特開２００５−５９８０２号公報 特開２００５−２８０６１０号公報

本発明の目的は、ビード部にビード補強層を埋設するにあたって、操縦安定性を良好に維持しながら、軽量化や乗心地の改善を可能にした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ための本発明の空気入りタイヤは、一対のビード部間にカーカス層を装架し、該カーカス層を各ビード部に埋設されたビードコアの廻りに巻き上げ、前記ビードコアの外周側にビードフィラーを配置し、該ビードフィラーを前記カーカス層の本体部と巻き上げ部とで挟み込むようにした空気入りタイヤにおいて、複数本の中空管状部材を含むビード補強層を前記ビードフィラーに沿って前記ビード部に埋設し、前記中空管状部材の中空部の長手方向がタイヤ径方向に対してなす角度を０°〜３０°とし、前記中空管状部材をタイヤ周方向に沿って並ぶように配列したことを特徴とするものである。

本発明では、複数本の中空管状部材を含むビード補強層を使用するが、このような中空管状部材は実断面積が等しい中実棒状部材に比べて曲げ剛性が高いものである。そのため、中空部の長手方向がタイヤ径方向に配向するようにして中空管状部材をタイヤ周方向に沿って並ぶように配列することにより、空気入りタイヤの横剛性及び周剛性を効果的に高めることができる。従って、従来のスチールコードからなるビード補強層と同程度の横剛性及び周剛性を確保しようとする場合、中空管状部材からなるビード補強層の高さを低くすることが可能になり、その結果、縦剛性の低下により乗り心地を改善することができる。また、中空管状部材からなるビード補強層の高さを低くした場合、軽量化も可能となり、更には転がり抵抗の低減も可能になる。従って、本発明によれば、操縦安定性を良好に維持しながら、軽量化や乗心地の改善や転がり抵抗の低減を達成することができる。

本発明において、中空管状部材はスチールに代表される金属材料から構成されることが好ましい。金属材料からなる中空管状部材は曲げ剛性が高いため、操縦安定性の改善に大きく寄与する。

中空管状部材の総断面積に対する中空管状部材の中空部の断面積の比率からなる中空率は１０％〜７０％であることが好ましい。このような中空率を有する中空管状部材は空気入りタイヤの横剛性及び周剛性を効果的に増大させ、操縦安定性の改善に大きく寄与する。

中空管状部材の総断面積が０．２ｍｍ²〜７．０ｍｍ²であることが好ましい。このような総断面積を有する中空管状部材はビード部の補強部材として好適である。

中空管状部材の中空部には該中空管状部材とは異なる材料から構成される充填物を充填することが好ましい。中空管状部材の中空部に充填物が充填されていないと加硫時にエアの膨張に起因する加硫故障を生じる恐れがあるので、中空管状部材の中空部には原則として充填物を充填する。

特に、充填物は熱可塑性樹脂から構成されることが好ましい。熱可塑性樹脂からなる充填物は溶融状態において中空管状部材の中空部に容易に充填することができる。また、熱可塑性樹脂としてサイドウォールゴムよりも比重が小さいものを選択すれば軽量化を促進することができ、熱可塑性樹脂としてサイドウォールゴムよりも硬度が高いものを選択すれば操縦安定性を更に改善することができる。

本発明の実施形態からなる空気入りタイヤを示す子午線断面図である。 図１の空気入りタイヤのビード部を示す斜視断面図である。 図１の空気入りタイヤのビード補強層をタイヤ周方向に沿って切断した状態を示す断面図である。 図１の空気入りタイヤのビード補強層を抽出して示す側面図である。 本発明でビード補強層に使用される中空管状部材を示す斜視図である。 本発明でビード補強層に使用される中空管状部材を示す断面図である。 中空管状部材の種々の変形例を示し、（ａ）〜（ｆ）は各中空管状部材の断面である。 断面三角形の中空管状部材を含むビード補強層をタイヤ周方向に沿って切断した状態を示す断面図である。

以下、本発明の構成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〜図４は本発明の実施形態からなる空気入りタイヤを示すものである。図１に示すように、本実施形態の空気入りタイヤは、タイヤ周方向に延在して環状をなすトレッド部１と、該トレッド部１の両側に配置された一対のサイドウォール部２，２と、これらサイドウォール部２のタイヤ径方向内側に配置された一対のビード部３，３とを備えている。

一対のビード部３，３間にはカーカス層４が装架されている。このカーカス層４は、タイヤ径方向に延びる複数本の補強コードを含み、各ビード部３に配置されたビードコア５の廻りにタイヤ内側から外側へ巻き上げられている。つまり、カーカス層４は本体部４Ａと巻き上げ部４Ｂとから構成されている。ビードコア５の外周上には断面三角形状のゴム組成物からなるビードフィラー６が配置されている。このビードフィラー６はカーカス層４の本体部４Ａと巻き上げ部４Ｂとで挟み込まれている。

一方、トレッド部１におけるカーカス層４の外周側には複数層のベルト層７が埋設されている。これらベルト層７はタイヤ周方向に対して傾斜する複数本の補強コードを含み、かつ層間で補強コードが互いに交差するように配置されている。ベルト層７において、補強コードのタイヤ周方向に対する傾斜角度は例えば１０°〜４０°の範囲に設定されている。ベルト層７の補強コードとしては、スチールコードが好ましく使用される。ベルト層７の外周側には、高速耐久性の向上を目的として、補強コードをタイヤ周方向に対して例えば５°以下の角度で配列してなる少なくとも１層のベルトカバー層８が配置されている。ベルトカバー層８の補強コードとしては、ナイロンやアラミド等の有機繊維コードが好ましく使用される。

上記空気入りタイヤにおいて、各ビード部３にはビードフィラー６に沿ってビード補強層１０が埋設されている。より具体的には、ビード補強層１０はカーカス層４の巻き上げ部４Ｂとビードフィラー６との間に挟み込まれている。ビード補強層１０は、カーカス層４の巻き上げ部４Ｂよりもタイヤ幅方向外側に配置したり、ビードフィラー６の内部に埋め込んだり、或いは、カーカス層４の本体部４Ａとビードフィラー６との間に配置したりすることも可能であるが、上述のようにカーカス層４の巻き上げ部４Ｂとビードフィラー６との間に配置するのが最も好ましい。また、ビード補強層１０の上端（タイヤ径方向の外側端）はビードフィラー６の上端（タイヤ径方向の外側端）よりもタイヤ径方向内側とし、ビード補強層１０をビードフィラー６の高さ範囲内に収まるように配置することが望ましい。

ビード補強層１０は、引き揃えられた複数本の中空管状部材１１（図５及び図６参照）を含み、これら中空管状部材１１をゴムで被覆した構造を有している。各中空管状部材１１はその長手方向に沿って延在する中空部１２を有している。図３において、中空部１２には中空管状部材１１とは異なる材料から構成される充填物１３が充填されている。図４に示すように、中空管状部材１１の中空部１２の長手方向がタイヤ径方向に対してなす角度θは０°〜３０°の範囲に設定され、中空管状部材１１はタイヤ周方向に沿って並ぶように配列されている。中空管状部材１１は、タイヤ周方向に沿って間隔をおいて配置しても良く、或いは、タイヤ周方向に沿って互いに密接するように配置しても良い。

上述した空気入りタイヤにおいては、複数本の中空管状部材１１を含むビード補強層１０が各ビード部３に埋設されているが、このような中空管状部材１１は実断面積が等しい中実棒状部材に比べて断面二次モーメントが大きく曲げ剛性が高いものである。そのため、中空部１２の長手方向がタイヤ径方向に配向するようにして中空管状部材１１をタイヤ周方向に沿って並ぶように配列することにより、空気入りタイヤの横剛性及び周剛性を効果的に高めることができる。

複数本のスチールフィラメントを撚り合わせた従来のスチールコードからなるビード補強層と同程度の横剛性及び周剛性を確保しようとする場合、中空管状部材１１からなるビード補強層１０の高さを低くすることが可能になる。例えば、従来のスチールコードからなるビード補強層を用いる場合、そのビード補強層をビードフィラー６よりもタイヤ径方向外側に突き出すように配置することが一般的であるが、それと同程度の横剛性及び周剛性を確保するにあたって、中空管状部材１１からなるビード補強層１０の高さをビードフィラー６よりも低くすることが可能である。その結果、縦剛性の低下により空気入りタイヤの乗り心地を改善することができる。また、中空管状部材１１からなるビード補強層１０の高さを低くした場合、軽量化も可能となり、更には転がり抵抗の低減も可能になる。従って、操縦安定性を良好に維持しながら、軽量化や乗心地の改善や転がり抵抗の低減を達成することができる。

上記空気入りタイヤにおいて、中空管状部材１１の中空部１２の長手方向がタイヤ径方向に対してなす角度θは０°〜３０°とするが、この角度θが３０°よりも大きいと横剛性及び周剛性を確保するためにビード補強層１０を高くする必要があり、その結果、縦剛性が増大し、乗心地が悪化することになる。特に、中空管状部材１１の中空部１２の角度θは０°〜１０°とすることが好ましい。

中空管状部材１１の構成材料としては、スチールに代表される金属材料を用いると良い。金属材料からなる中空管状部材１１は曲げ剛性が高いため、操縦安定性の改善に大きく寄与する。この場合、金属材料からなる中空管状部材１１とそれを被覆するコートゴムとの接着が重要となるため、中空管状部材１１の表面にはブラスメッキ加工が施されていることが望ましい。中空管状部材１１の構成材料として、ナイロンやレーヨン等の合成樹脂を使用することも可能である。この場合も、中空管状部材１１の中空構造に基づいて空気入りタイヤの横剛性及び周剛性を効果的に増加させることができる。

中空管状部材１１の断面構造としては、図６に示すように、中空管状部材１１の外輪郭断面形状が円形であり、中空部１２の断面形状が円形であることが好ましいが、例えば、図７（ａ）〜（ｆ）に示すような種々の構造を採用することができる。図７（ａ）では、中空管状部材１１の外輪郭断面形状が三角形であり、中空部１２の断面形状が三角形である。図７（ｂ）では、中空管状部材１１の外輪郭断面形状が四角形であり、中空部１２の断面形状が四角形である。図７（ｃ）では、中空管状部材１１の外輪郭断面形状が楕円形であり、中空部１２の断面形状が楕円形である。図７（ｄ）では、中空管状部材１１の外輪郭断面形状が楕円形であり、２つの中空部１２の断面形状が円形である。図７（ｅ）では、中空管状部材１１の外輪郭断面形状が四角形であり、４つの中空部１２の断面形状が円形である。図７（ｆ）では、中空管状部材１１の外輪郭断面形状が菱形であり、２つの中空部１２の断面形状が三角形である。なお、外輪郭断面形状が三角形である中空管状部材１１を使用する場合、図８に示すように、タイヤ周方向に沿って三角形の頂点の向きを交互に反転させるようにして中空管状部材１１を細密に配置するができる。

中空管状部材１１の総断面積（外輪郭で囲まれた部分の面積）に対する中空管状部材１１の中空部１２の断面積の比率からなる中空率は１０％〜７０％であると良い。このような中空率を有する中空管状部材１１は空気入りタイヤの横剛性及び周剛性を効果的に増大させ、操縦安定性の改善に大きく寄与する。ここで、中空率が小さ過ぎると中実棒状部材に近くなり、横剛性及び周剛性の増大効果が小さくなり質量の増加を招く。また、中空率が大き過ぎると中空管状部材１１の強度が低下する。特に、中空管状部材１１の中空率は２０％〜４０％であると良い。

中空管状部材１１の総断面積（外輪郭で囲まれた部分の面積）は０．２ｍｍ²〜７．０ｍｍ²であると良い。図６のような円筒管で考えると、総断面積が０．２ｍｍ²であるとき半径が約０．２５ｍｍとなり、総断面積が７．０ｍｍ²であるとき半径が約１．５ｍｍとなる。このような総断面積を有する中空管状部材１１はビード部３の補強部材として好適である。ここで、中空管状部材１１の総断面積が小さ過ぎると中空管状部材１１の作成が困難になり、その中に充填物１３を充填することも困難になる。また、中空管状部材１１の総断面積が大き過ぎるとビード部３のボリュームが大きくなるため剛性が高くなるものの質量増加が顕著になる。特に、中空管状部材１１の総断面積は０．８ｍｍ²〜３．０ｍｍ²であると良い。これは円筒管で考えると半径が０．２ｍｍ〜１．０ｍｍとなる。

中空管状部材１１の中空部１２には、中空管状部材１１とは異なる材料から構成される充填物１３を充填する。中空管状部材１１の中空部１２に充填物１３が充填されていないと加硫時にエアの膨張に起因する加硫故障を生じる恐れがあるが、充填物１３の充填により加硫故障の発生を回避することができる。

特に、充填物１３は熱可塑性樹脂から構成されると良い。熱可塑性樹脂からなる充填物１３は溶融状態において中空管状部材１１の中空部１２に容易に充填することができる。このような熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ナイロンに代表されるポリアミド等を挙げることができる。また、熱可塑性樹脂としてサイドウォールゴムよりも比重が小さいものを選択すれば軽量化を促進することができ、熱可塑性樹脂としてサイドウォールゴムよりも硬度が高いものを選択すれば操縦安定性を更に改善することができるという利点もある。ここで言う硬度とは、ＪＩＳ Ｋ−６２５３に準拠して、Ａタイプのデュロメータを用いて温度２０℃の条件にて測定されるデュロメータ硬さである。

タイヤサイズが２４５／４０Ｒ１８ ９３Ｙであり、一対のビード部間にカーカス層を装架し、該カーカス層を各ビード部に埋設されたビードコアの廻りに巻き上げ、ビードコアの外周側にビードフィラーを配置し、該ビードフィラーをカーカス層の本体部と巻き上げ部とで挟み込むようにした空気入りタイヤにおいて、補強部材として複数本の中空管状部材（スチール製）を含むビード補強層をビードフィラーに沿ってビード部に埋設し、中空管状部材の中空部の長手方向がタイヤ径方向に対してなす角度θ、中空管状部材の総断面積、中空部の断面積、中空管状部材の中空率、中空部に充填される充填物の材質、ビード補強層の高さを表１のように設定した実施例１〜６のタイヤを作製した。

比較のため、補強部材として複数本の中実棒状部材（スチール製）を含むビード補強層を用いた基準例のタイヤと、補強部材として複数本のスチールコードを含むビード補強層を用いた比較例１と、中空管状部材の中空部の角度θを４０°とした比較例２のタイヤを用意した。基準例について、表１の「中空管状部材の中空部の角度θ」の欄には中実棒状部材の傾斜角度を記載し、「中空管状部材の総断面積」の欄には中実棒状部材の断面積を記載した。比較例１について、表１の「中空管状部材の中空部の角度θ」の欄にはスチールコードの傾斜角度を記載し、「中空管状部材の総断面積」の欄にはスチールコードの外接円の断面積を記載した。また、中空部への充填物について、ゴムはサイドウォールゴムと同じ組成物であり、熱可塑性樹脂はポリエステルである。

これら試験タイヤについて、下記の評価方法により、タイヤ重量、操縦安定性、乗心地、転がり抵抗を評価し、その結果を表１に併せて示した。

タイヤ重量：
各試験タイヤの重量を測定した。評価結果は、測定値の逆数を用い、基準例を１００とする指数にて示した。この指数値が大きいほどタイヤ重量が小さいことを意味する。

操縦安定性：
各試験タイヤをリムサイズ１８×８．５Ｊのホイールに組み付けて空気圧（前輪／後輪）を２３０ｋＰａ／２２０ｋＰａとしてセダンタイプの自動車の４輪に装着し、乾燥路面からなるテストコースにおいて２名のテストドライバーにより操縦安定性に関する官能評価を行った。評価結果は、基準例を１００とする指数にて示し、その値は２名のテストドライバーの平均値とした。この指数値が大きいほど操縦安定性が優れていることを意味する。

乗心地：
各試験タイヤをリムサイズ１８×８．５Ｊのホイールに組み付けて空気圧（前輪／後輪）を２３０ｋＰａ／２２０ｋＰａとしてセダンタイプの自動車の４輪に装着し、乾燥路面からなるテストコースにおいて２名のテストドライバーにより乗心地に関する官能評価を行った。評価結果は、基準例を１００とする指数にて示し、その値は２名のテストドライバーの平均値とした。この指数値が大きいほど乗心地が優れていることを意味する。

転がり抵抗：
各試験タイヤをリムサイズ１８×８．５Ｊのホイールに組み付けて空気圧を２１０ｋＰａとし、荷重を５．１０ｋＮとし、速度を８０ｋｍ／ｈとした条件でドラム上を走行させ、タイヤがドラム上を走行する際の単位移動距離におけるエネルギー損失量からタイヤの転がり抵抗値を計算した。評価結果は、測定値の逆数を用い、基準例を１００とする指数にて示した。この指数値が大きいほど転がり抵抗が小さいことを意味する。

表１から明らかなように、実施例１〜６のタイヤは、いずれも、基準例との対比において、操縦安定性を良好に維持しながら、軽量化や乗心地や転がり抵抗を改善することができた。特に、実施例１〜３から判るように、中空管状部材の中空部の角度θが０°〜３０°の範囲にある場合において良好な結果が得られていた。また、実施例２と実施例４との対比から、中空管状部材の中空率を上げることにより、操縦安定性の更なる改善効果が得られることが判る。更に、実施例２と実施例５との対比から、中空管状部材の中空率を上げる一方でビード補強層を低くすることにより、操縦安定性を維持しながら、軽量化や乗心地や転がり抵抗の更なる改善効果が得られることが判る。また、実施例５と実施例６とを対比すると、中空部への充填物として熱可塑性樹脂を選択した場合、操縦安定性を更に改善可能であることが判る。

一方、補強部材として複数本のスチールコードを含むビード補強層を用いた比較例１のタイヤは、基準例と同等の操縦安定性を確保するためにビード補強層の高さを大きくする必要があり、その結果、軽量化や乗心地や転がり抵抗について良好な結果が得られなかった。また、中空管状部材の中空部の角度θを４０°とした比較例２のタイヤも、基準例と同等の操縦安定性を確保するためにビード補強層の高さを大きくする必要があり、その結果、軽量化や乗心地や転がり抵抗について良好な結果が得られなかった。

１ トレッド部
２ サイドウォール部
３ ビード部
４ カーカス層
４Ａ 本体部
４Ｂ 巻き上げ部
５ ビードコア
６ ビードフィラー
７ ベルト層
８ ベルトカバー層
１０ ビード補強層
１１ 中空管状部材
１２ 中空部
１３ 充填物

Claims (6)

1. 一対のビード部間にカーカス層を装架し、該カーカス層を各ビード部に埋設されたビードコアの廻りに巻き上げ、前記ビードコアの外周側にビードフィラーを配置し、該ビードフィラーを前記カーカス層の本体部と巻き上げ部とで挟み込むようにした空気入りタイヤにおいて、複数本の中空管状部材を含むビード補強層を前記ビードフィラーに沿って前記ビード部に埋設し、前記中空管状部材の中空部の長手方向がタイヤ径方向に対してなす角度を０°〜３０°とし、前記中空管状部材をタイヤ周方向に沿って並ぶように配列したことを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記中空管状部材が金属材料から構成され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. 前記中空管状部材の総断面積に対する前記中空管状部材の中空部の断面積の比率からなる中空率が１０％〜７０％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気入りタイヤ。
4. 前記中空管状部材の総断面積が０．２ｍｍ²〜７．０ｍｍ²であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
5. 前記中空管状部材の中空部に該中空管状部材とは異なる材料から構成される充填物を充填したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
6. 前記充填物が熱可塑性樹脂から構成されることを特徴とする請求項５に記載の空気入りタイヤ。

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