JP2018016201A - ランフラットタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】ランフラット耐久性を維持しつつ、乗心地性能と軽量化とを改善させる。【解決手段】カーカス６の内側かつサイドウォール部３に配される断面略三日月状のサイド補強ゴム層９と、タイヤ内表面Ｓｉに沿う内の補強層１０と、タイヤ外表面Ｓｏに沿う外の補強層１１とを具える。内の補強層１０は、第１領域Ｇ１の９０％以上の範囲に配され、外の補強層１１は、第２領域Ｇ２の９０％以上の範囲に配される。内外の補強層１０、１１は、炭素繊維強化プラスチックからなる。【選択図】図１

Description

本発明は、ランフラット耐久性を維持しつつ、乗心地性能と軽量化とを改善しうるランフラットタイヤに関する。

従来より、パンク等によってタイヤの空気が抜けた場合にも、比較的高速度で一定距離を継続して走行しうるランフラットタイヤとして、カーカスの内側かつサイドウォール部に断面略三日月状のサイド補強ゴム層を設けたものが知られている。この構造の場合、ランフラット走行時の耐久性をより向上させるために、サイド補強ゴム層のゲージを厚くして、サイドウォール部の剛性を高める必要がある。

しかしゲージ厚の増加は、重量増加を伴うため、軽量化、即ち低燃費性に著しい不利を招く。またゲージ厚の増加によってサイドウォール部の剛性が増加するため、通常走行（非パンク状態で走行）において縦バネが大となり、乗心地性の低下を招くという問題がある。

なお下記の特許文献１には、サイド補強ゴム層とカーカスとの間に、補強コード層を設けることが提案されている。この場合、サイド補強ゴム層への負担減となるため、サイド補強ゴム層のゲージ厚さを減じることができ、乗心地性能や軽量化にある程度の改善効果が得られる。しかし近年の高性能化の観点から、さらなる改善が望まれる。

特開２００５−２６２９２２号公報

そこで本発明は、タイヤ内表面とタイヤ外表面との所定領域に、それぞれ炭素繊維強化プラスチックからなる補強層を形成することを基本として、ランフラット耐久性を維持しつつ、乗心地性能と軽量化とをより改善うるランフラットタイヤを提供することを課題としている。

本発明は、トレッド部からサイドウォール部をへてビード部のビードコアに至るカーカスと、前記カーカスの内側かつサイドウォール部に配される断面略三日月状をなすサイド補強ゴム層とを具えたランフラットタイヤであって、
タイヤ内表面に沿い、かつ前記ビードコアのタイヤ半径方向外端高さ位置から前記サイド補強ゴム層のタイヤ半径方向内端高さ位置までの第１領域の９０％以上の範囲に配される内の補強層、
及びタイヤ外表面に沿い、かつ前記サイド補強ゴム層のタイヤ半径方向内端高さ位置から前記サイド補強ゴム層のタイヤ半径方向外端高さ位置までの第２領域の９０％以上の範囲に配される外の補強層とを具えるとともに、
前記内外の補強層は、炭素繊維強化プラスチックからなることを特徴としている。

本発明に係るランフラットタイヤでは、正規リムにリム組みされかつ正規内圧が充填されたタイヤに、正規荷重の６５％の荷重を付加した基準状態において、
前記サイド補強ゴム層のタイヤ半径方向内端は、ビードベースラインからのタイヤ半径方向高さｈが、ビードベースラインから接地面までのタイヤ半径方向高さＨの４０〜５０％の範囲であることが好ましい。

本発明に係るランフラットタイヤでは、前記炭素繊維強化プラスチックの繊維配向方向は、タイヤ半径方向に対して１０度以下の角度であることが好ましい。

本発明に係るランフラットタイヤでは、前記炭素繊維強化プラスチックは、樹脂含有率が２５〜３５wt%でありかつ厚さが０．０８〜０．１２mmのプリプレグの層からなることが好ましい。

本発明に係るランフラットタイヤでは、前記炭素繊維強化プラスチックは、２枚のプリプレグの積層体からなることが好ましい。

なお前記「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。前記「正規内圧」とは、前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"を意味するが、乗用車用タイヤの場合には１８０ｋＰａとする。また前記「正規荷重」とは、前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。

本明細書では、特に断りがない限り、タイヤの各部の寸法等は、前記基準状態において、特定される値とする。

図４に、サイド補強ゴム層を設けたタイヤに荷重を負荷したときに発生する表面歪を測定した結果の一例を示す。

同図に示すように、荷重を負荷したとき、タイヤ内表面においては、ビード部からサイド補強ゴム層のタイヤ半径方向内端高さ位置Ｋｂにかけての領域では引っ張り歪みが発生し、かつ前記タイヤ半径方向内端高さ位置Ｋｂ付近からトレッド部にかけての領域では圧縮歪が発生する。これに対して、タイヤ外表面においては、ビード部からサイド補強ゴム層のタイヤ半径方向内端高さ位置Ｋｂにかけての領域では圧縮歪みが発生し、かつ前記タイヤ半径方向内端高さ位置Ｋｂ付近からトレッド部にかけての領域では引っ張り歪が発生している。

他方、炭素繊維強化プラスチックは、繊維配向方向に対して非常に高い引っ張り弾性特性を発揮する。

従って、引っ張り歪みが発生する領域、即ちタイヤ内表面における第１領域Ｇ１及びタイヤ外表面における第２領域Ｇ２に、それぞれ炭素繊維強化プラスチックからなる補強層を設けることで、タイヤの撓み量を効果的に抑えることができる。そのため、ランフラット耐久性を維持しながら、サイド補強ゴム層のゲージ厚さを例えば１／２程度にまで減じることが可能になり、軽量化を達成しうる。

また炭素繊維強化プラスチックは、曲げ剛性が低いため、通常走行（非パンク状態で走行）における縦バネの上昇を低く抑えることができ、前述のサイド補強ゴム層のゲージ厚の減少と相俟って、乗り心地性能を向上させることが可能となる。

本発明のランフラットタイヤの一実施例を示す断面図である。 内の補強層を拡大して示す断面図である。 外の補強層を拡大して示す断面図である。 サイド補強ゴム層を設けたタイヤに荷重を負荷したときに発生する表面歪を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態のランフラットタイヤ１は、トレッド部２からサイドウォール部３をへてビード部４のビードコア５に至るカーカス６と、前記カーカス６の内側かつサイドウォール部３に配されるサイド補強ゴム層９と、タイヤ内表面Ｓｉに配される内の補強層１０と、タイヤ外表面Ｓｏに配される外の補強層１１とを具える。

前記カーカス６は、有機繊維コード等のカーカスコードがタイヤ赤道Ｃに対して例えば７５〜９０度の角度で配列する１枚以上、本例では１枚のカーカスプライ６Ａから形成される。このカーカスプライ６Ａは、前記ビードコア５、５間を跨るプライ本体部６ａの両側に、ビードコア５の回りで折り返されるプライ折返し部６ｂを具える。またプライ本体部６ａとプライ折返し部６ｂとの間には、ビードコア５からタイヤ半径方向外側に向かって先細状にのびるビード補強用のビードエーペックスゴム８が配される。

前記カーカス６の半径方向外側かつトレッド部２の内部には、ベルト層７が配される。ベルト層７は、スチールコード等のベルトコードがタイヤ赤道Ｃに対して例えば１０〜３５度の角度で配列する２枚以上、本例では２枚のベルトプライ７Ａ、７Ｂから形成される。ベルトコードは、ベルトプライ７Ａ、７Ｂ間で互いに交差し、これによりベルト剛性が高まり、トレッド部２がタガ効果を有して強固に補強される。

前記ベルト層７のタイヤ半径方向外側には、高速耐久性等を高める目的で、バンド層１５が配される。バンド層１５は、タイヤ周方向に螺旋状に巻回されたバンドコードを有する。このバンド層１５として、ベルト層７のタイヤ軸方向外端部のみを被覆する左右一対のエッジバンドプライ、及びベルト層７の略全巾を覆うフルバンドプライが適宜採用でき、本例では、１枚のフルバンドプライからなる場合が例示される。

また前記カーカス６の内側には、例えばブチル系ゴム等の低空気透過性のゴムからなりタイヤ内表面Ｓｉを形成するインナーライナー層１２が配される。

そして本例では、前記カーカス６とインナーライナー層１２との間、かつサイドウォール部３の位置に、サイド補強ゴム層９が配される。なおサイド補強ゴム層９は、インナーライナー層１２の内側に配することもでき、この場合、サイド補強ゴム層９の内表面が、タイヤ内表面Ｓｉの一部を構成する。

前記サイド補強ゴム層９は、そのタイヤ半径方向の内端９ｉ及び外端９ｏから、最大厚さＴｍを有する中央部９ｃに向かって厚さを漸増させた断面略三日月状をなす。前記最大厚さＴｍは、内外の補強層１０、１１を具えない通常のランフラットタイヤのサイド補強ゴム層の最大厚さの１／２程度であって、本例では例えば５．０mmに設定されている。

サイド補強ゴム層９のタイヤ半径方向内端９ｉは、下記の範囲に位置するのが好ましい。具体的には、正規リムにリム組みされかつ正規内圧が充填されたタイヤに、正規荷重の６５％の荷重を付加した基準状態Ｙにおいて、前記タイヤ半径方向内端９ｉは、ビードベースラインＢＬからのタイヤ半径方向高さｈが、ビードベースラインＢＬから接地面２Ｓまでのタイヤ半径方向高さＨの４０〜５０％の範囲となるのが好ましい。

その理由は、サイド補強ゴム層９を有さない非ランフラットタイヤにおいて、タイヤ表面歪みが、圧縮歪みから引っ張り歪みに切り替わる高さ位置が、前記高さＨの４０〜５０％の位置であるからである。従って、前記高さｈを高さＨの４０〜５０％とすることで、タイヤの負荷荷重を、サイド補強ゴム層９の圧縮変形によってより効率良く支承できる。４０％を下回る或いは５０％を越えると、支承効率が減じ、ランフラット耐久性及び軽量化に不利となる。

サイド補強ゴム層９としては、複素弾性率Ｅ^＊が７．５〜１７．０ＭＰａ、かつｔａｎδが０．０２５〜０．０７０のゴム物性を有するゴムが好適に採用しうる。前記複素弾性率Ｅ＊、及びｔａｎδは、ＪＩＳ−Ｋ６３９４の規定に準拠し、初期歪み（１０％）、振幅（±２％）、周波数（１０Ｈｚ）、変形モード（引張）、測定温度（７０℃）の条件にて測定された値である。

複素弾性率Ｅ^＊が７．５MPaを下回ると、タイヤの撓み量が大きくなってランフラット耐久性に悪影響を及ぼす。逆に１７．０MPaを越えると、縦バネが大となって乗心地性の低下を招く。また、ｔａｎδが０．０２５を下回ると、ゴム配合上、ゴム強度を十分確保できなくなって、ランフラット走行時に早期破壊を招く。逆に０．０７０を越えると、発熱性が悪化してランフラット走行時のタイヤ温度が上昇し、早期破壊を招く。

次に、タイヤ内表面Ｓｉには、図２に示すように、下記に定義する第１領域Ｇ１の９０％以上の範囲に、内の補強層１０が配される。前記第１領域Ｇ１とは、ビードコア５のタイヤ半径方向外端高さ位置Ｋａから、サイド補強ゴム層９のタイヤ半径方向内端高さ位置Ｋｂまでの領域を意味する。また前記高さ位置Ｋａとは、ビードコア５のタイヤ半径方向外端を通るタイヤ軸方向線の半径方向の位置を意味する。また前記高さ位置Ｋｂとは、サイド補強ゴム層９のタイヤ半径方向内端９ｉを通るタイヤ軸方向線の半径方向の位置を意味する。

前記内の補強層１０は、前記高さ位置Ｋｂを越えてタイヤ半径方向外側にはみ出すこともでき、また前記高さ位置Ｋａを越えてタイヤ半径方向内側にはみ出すこともできる。しかしこの場合、前記高さ位置Ｋａ（またはＫｂ）からのはみ出し部分の長さＬ１は、軽量化の観点から、１０mm以下で、できるだけ小さいことが好ましく、特には０mmであるのが最も好ましい。

またタイヤ外表面Ｓｏには、図３に示すように、下記に定義する第２領域Ｇ２の９０％以上の範囲に、外の補強層１１が配される。前記第２領域Ｇ２とは、前記高さ位置Ｋｂから、サイド補強ゴム層９のタイヤ半径方向外端高さ位置Ｋｃまでの領域を意味する。また前記高さ位置Ｋｃとは、サイド補強ゴム層９のタイヤ半径方向外端９ｏを通るタイヤ軸方向線の半径方向の位置を意味する。

前記外の補強層１１は、前記高さ位置Ｋｃを越えてタイヤ半径方向外側にはみ出すこともでき、また前記高さ位置Ｋｂを越えてタイヤ半径方向内側にはみ出すこともできる。しかしこの場合、前記高さ位置Ｋｂ（またはＫｃ）からのはみ出し部分の長さＬ２（図示しない）は、軽量化の観点から、１０mm以下で、できるだけ小さいことが好ましく、特には０mmであるのが最も好ましい。

そして、前記内外の補強層１０、１１は、それぞれ炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）から形成される。この炭素繊維強化プラスチックの繊維配向方向は、タイヤ半径方向に対して１０度以下、好ましくは５度以下の角度である。このような内外の補強層１０、１１は、タイヤ半径方向に対して、非常に高い引っ張り弾性特性を発揮する。

ここで、図４に、サイド補強ゴム層９を設けたタイヤに荷重を負荷したときに発生する表面歪を測定した結果の一例が示される。同図に示すように、タイヤ内表面Ｓｉにおいては、前記高さ位置Ｋｂよりタイヤ半径方向内側、特には前記第１領域Ｇ１において引っ張り歪みが発生し、逆に高さ位置Ｋｂよりタイヤ半径方向外側では主に圧縮が発生している。これに対して、タイヤ外表面Ｓｏにおいては、前記高さ位置Ｋｂよりタイヤ半径方向外側、特には前記第２領域Ｇ２において引っ張り歪みが発生し、逆に高さ位置Ｋｂよりタイヤ半径方向内側では主に圧縮が発生している。

従って、引っ張り歪みが発生するタイヤ内表面Ｓｉの第１領域Ｇ１、及びタイヤ外表面Ｓｏの第２領域Ｇ２に、炭素繊維強化プラスチックからなる内外の補強層１０、１１を設けることにより、タイヤの撓み変形を効果的に抑えることができる。そのため、ランフラット耐久性を維持しながら、サイド補強ゴム層９への負担を減じることができ、その最大厚さＴｍ（ゲージ厚さ）を例えば１／２程度にまで減じて軽量化を達成することができる。なお内外の補強層１０、１１が、第１領域Ｇ１及び第２領域Ｇ２の９０％の範囲を下回る場合、上記効果を十分に達成することが難しくなる。

炭素繊維強化プラスチックは、曲げ剛性が低いため、通常走行（非パンク状態で走行）における縦バネの上昇を低く抑えることができ、前述の最大厚さＴｍ（ゲージ厚さ）の減少と相俟って、乗り心地性能を向上させることが可能となる。

前記炭素繊維強化プラスチック（内外の補強層１０、１１）として、プリプレグの層で形成するのが好ましい。プリプレグは、炭素繊維を一方向に引きそろえた状態で、マトリックス樹脂を含浸させた薄厚シート状の複合材である。マトリックス樹脂として、例えばエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が採用されるが、特には、ポリアルキレンエーテル変性エポキシ樹脂等の柔軟性エポキシ樹脂が好適にできる。これにより、内外の補強層１０、１１の曲げ剛性を低く抑えることができ、乗り心地性能をさらに向上させることができる。

プリプレグとして、樹脂含有率が２５〜３５wt%、かつ厚さが０．０８〜０．１２mmのものが好適に使用でき、内外の補強層１０、１１は、２枚のプリプレグの積層体として形成するのが好ましい。１枚では、引っ張り強度が不足傾向となり、逆に３枚では、軽量化や乗り心地性能に不利となる。

本例の炭素繊維強化プラスチックは、繊維配向方向に測定した複素弾性率Ｅ_１ ^＊は７８GPa、ｔａｎδ_１は０．０５１であり、繊維配向方向と直角方向に測定した複素弾性率Ｅ_２ ^＊は１．２GPa、ｔａｎδ_２は０．５１である。なお好ましい範囲は、上記値の±５％の範囲である。

複素弾性率Ｅ_１ ^＊、Ｅ_２ ^＊、ｔａｎδ_１、δ_２は、ＪＩＳ Ｋ７２４４「プラスチック−動的機械特性の試験方法」に準拠し、動的歪制御により、歪（０．０２％）、周波数（１０Hz）、変形モード（引張）、測定温度（３１℃）の条件にて測定した値である。

このようなランフラットタイヤ１は、加硫成形したタイヤの内表面Ｓ１の第１領域Ｇ１、及び外表面Ｓ２の第２領域Ｇ２に、未硬化のプリプレグを、繊維配向方向がタイヤ半径方向となる向きに貼り付ける。なおプリプレグは、貼り付け位置に合う形状に、予め切断されている。そして、プリプレグを貼り付けしたタイヤを、例えば１７０℃の高温下で１０分程度反応させることで、内外の補強層１０、１１をタイヤと一体化させることができる。

本例では、タイヤ外表面Ｓ２の第２領域Ｇ２に、外の補強層１１を貼り付けるための凹部２０を設け、これにより外の補強層１１の外表面と、その周囲のタイヤ外表面Ｓ２とを面一状に形成している。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

図１の構造をなすランフラットタイヤ（２２５／４５Ｒ１７）が、表１の仕様に基づいて試作された。そして各タイヤのランフラット耐久性、乗り心地性能、操縦安定性、タイヤ質量がテストされ比較された。共通仕様は、以下の通りである。
カーカスプライ---１枚（ポリエステルコード）
ベルトプライ---２枚（スチールコード：1×4/0.27）
バンドプライ---エッジバンドプライ＋フルバンドプライ（ナイロンコード）

内外の補強層は、それぞれ、樹脂含有率が３０wt%、厚さが０．１０mmのプリプレグを用いた炭素繊維強化プラスチックにより形成された。マトリックス樹脂は、柔軟性エポキシ樹脂である。炭素繊維強化プラスチックの繊維配向方向の複素弾性率Ｅ_１ ^＊は７８GPa、ｔａｎδ_１は０．０５１であり、繊維配向方向と直角方向の複素弾性率Ｅ_２ ^＊は１．２GPa、ｔａｎδ_２は０．５１であった。また第１、第２領域Ｇ１、Ｇ２からのはみ出し長さＬ１、Ｌ２は０mmである。

比較例１、２は、サイド補強ゴム層のみで、内外の補強層は形成されない。

（１）ランフラット耐久性：
ドラム試験機を用い、下記の条件で、試作タイヤをランフラット走行させ、タイヤから異音が発生するまでの走行距離が測定された。結果は、比較例１の走行距離を１００とする指数で表示されている。数値が大きい程良好である。
リム：１７×７．５ＪＪ
内圧：０kPa（バルブコア除去）
荷重：４．３kN
速度：８０km／h

（２）乗り心地性、及び操縦安定性：
試作タイヤを、リム（１７×７．５ＪＪ）、内圧（２３０kPa）にて、車両（欧州メーカー製セダン車：１名乗車）の全輪に装着して、乾燥アスファルト路面のテストコースを走行した。そのときの乗り心地性及び操縦安定性を、ドライバーの官能評価により、比較例１を１００とする指数で表示されている。数値が大きい程良好である。

（３）タイヤ質量：
タイヤ１本当たりの質量が測定された。結果は、比較例１の逆数を１００とする指数で表示されている。数値が大きいほど良好である。

１ ランフラットタイヤ
２Ｓ 接地面
２ トレッド部
３ サイドウォール部
４ ビード部
５ ビードコア
６ カーカス
９ サイド補強ゴム層
９ｉ タイヤ半径方向内端
９ｏ タイヤ半径方向外端
１０ 内の補強層
１１ 外の補強層

Claims (5)

1. トレッド部からサイドウォール部をへてビード部のビードコアに至るカーカスと、前記カーカスの内側かつサイドウォール部に配される断面略三日月状をなすサイド補強ゴム層とを具えたランフラットタイヤであって、
   タイヤ内表面に沿い、かつ前記ビードコアのタイヤ半径方向外端高さ位置から前記サイド補強ゴム層のタイヤ半径方向内端高さ位置までの第１領域の９０％以上の範囲に配される内の補強層、
   及びタイヤ外表面に沿い、かつ前記サイド補強ゴム層のタイヤ半径方向内端高さ位置から前記サイド補強ゴム層のタイヤ半径方向外端高さ位置までの第２領域の９０％以上の範囲に配される外の補強層とを具えるとともに、
   前記内外の補強層は、炭素繊維強化プラスチックからなることを特徴とするランフラットタイヤ。
2. 正規リムにリム組みされかつ正規内圧が充填されたタイヤに、正規荷重の６５％の荷重を付加した基準状態において、
   前記サイド補強ゴム層のタイヤ半径方向内端は、ビードベースラインからのタイヤ半径方向高さｈが、ビードベースラインから接地面までのタイヤ半径方向高さＨの４０〜５０％の範囲であることを特徴とする請求項１記載のランフラットタイヤ。
3. 前記炭素繊維強化プラスチックの繊維配向方向は、タイヤ半径方向に対して１０度以下の角度であることを特徴とする請求項１または２記載のランフラットタイヤ。
4. 前記炭素繊維強化プラスチックは、樹脂含有率が２５〜３５wt%かつ厚さが０．０８〜０．１２mmのプリプレグの層からなることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のランフラットタイヤ。
5. 前記炭素繊維強化プラスチックは、２枚のプリプレグの積層体からなることを特徴とする請求項４記載のランフラットタイヤ。

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