JP2018027756A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】 サイド補強ゴム層を削除でき、ランフラット性能を発揮しながら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とベルト層７とを具え、かつタイヤ内表面Ｓｉまたはタイヤ外表面Ｓｏに、炭素繊維強化プラスチックからなる補強層１０を設けた。【選択図】図１

Description

本発明は、サイド補強ゴム層を設けることなくランフラット性能を発揮しうる空気入りタイヤに関する。

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、タイヤ内表面又はタイヤ外表面に、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、サイド補強ゴム層を削除でき、ランフラット性能を発揮しながら乗心地性能と軽量化とを改善うる空気入り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、前記カーカスの半径方向外側かつトレッド部の内部に配されるベルト層とを具えた空気入りタイヤであって、
タイヤ内表面またはタイヤ外表面に、炭素繊維強化プラスチックからなる補強層を設けたことを特徴としている。

本発明に係る空気入りタイヤでは、前記補強層は、タイヤ内表面かつ、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ベルト層のタイヤ軸方向外端位置までの領域内に配されることが好ましい。

本発明に係る空気入りタイヤでは、前記補強層の半径方向内端と前記ビードコアのタイヤ半径方向外端高さ位置との間のタイヤ半径方向の距離Ｌ１は１０mm以下、かつ前記補強層の半径方向外端と前記ベルト層のタイヤ軸方向外端位置との間のタイヤ軸方向距離Ｌ２は１０mm以下であることが好ましい。

本発明に係る空気入りタイヤでは、前記炭素繊維強化プラスチックは、樹脂含有率が２５〜３５wt%、かつ厚さが０．０８〜０．１２mmのプリプレグの積層体からなることが好ましい。

本発明に係る空気入りタイヤでは、前記積層体は、炭素繊維の配向方向がタイヤ半径方向に対して３０〜４５度の角度でタイヤ周方向一方側に傾斜するプリプレグの層と、３０〜４５度の角度でタイヤ周方向他方側に傾斜するプリプレグの層とからなることが好ましい。

本発明に係る空気入りタイヤでは、前記積層体は、８〜１０枚のプリプレグの層からなることが好ましい。

図２に、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、ビード部からタイヤ最大巾位置Ｋｍ付近にかけての領域では引っ張り歪みが発生し、かつ前記タイヤ最大巾位置Ｋｍ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。他方、タイヤ外表面においては、ビード部からタイヤ最大巾位置Ｋｍ付近にかけての領域では圧縮歪みが発生し、かつ前記タイヤ最大巾位置Ｋｍ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弾性特性を発揮する。

従って、タイヤ内表面又はタイヤ外表面に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（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、サイド補強ゴム層を設けることなくランフラット性能を発揮でき、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削除と相俟って、乗り心地性能を向上させることが可能となる。

本発明の空気入りタイヤの一実施例を示す断面図である。 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、本実施形態の空気入りタイヤ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の半径方向外側かつトレッド部２の内部に配されるベルト層７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。

本例では、前記ベルト層７のタイヤ半径方向外側に、高速耐久性等を高める目的で、バンド層９が配される。バンド層９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９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が隣設される。

そして、タイヤ内表面Ｓｉ又はタイヤ外表面Ｓｏに、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）からなる補強層１０が形成される。この補強層１０によりタイヤの表面歪み量が抑えられる結果、荷重負荷時のタイヤの撓み量、即ち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、従来のランフラットタイヤに配されていたサイド補強ゴム層を設けることなくランフラット性能を発揮することが可能となり、大幅な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削除と相俟って、乗り心地性能を向上させることも可能となる。

本例では、補強層１０が、タイヤ内表面Ｓｉ上、特にはビードコア５のタイヤ半径方向外端高さ位置Ｋａからベルト層７のタイヤ軸方向外端位置Ｋｂまでの領域Ｙ内に配される。

これは、前記図２に示すように、タイヤ内表面Ｓｉかつ前記領域Ｙに、表面歪み（圧縮歪み或いは引っ張り歪み）が大きく発生するからであり、タイヤの撓み変形の抑制に高い効果が得られる。

なおタイヤ外表面Ｓｏに補強層１０を形成することも可能である。しかし、タイヤ外表面Ｓｏには、一般に、タイヤのメーカ名、商品名、サイズ等を表す文字、記号等の標章が凹凸状に形成されるため、補強層１０の形成スペースを十分確保することが難しく、又縁石等との接触等により損傷する恐れも生じる。従って、本例の如く、補強層１０をタイヤ内表面Ｓｉに形成するのが好ましい。

なおビードコア５のタイヤ半径方向外端高さ位置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。またベルト層７のタイヤ軸方向外端位置Ｋｂとは、ベルト層７のタイヤ軸方向外端を通るタイヤ半径方向線のタイヤ軸方向の位置を意味する。

前記補強層１０では、補強層１０の半径方向内端１０ａと、ビードコア５のタイヤ半径方向外端高さ位置Ｋａとの間のタイヤ半径方向の距離Ｌ１が１０mm以下が好ましい。又補強層１０の半径方向外端１０ｂと、ベルト層７のタイヤ軸方向外端位置Ｋｂとの間のタイヤ軸方向距離Ｌ２が１０mm以下が好ましい。

前記距離Ｌ１、Ｌ２が１０mmを越えた場合、タイヤの撓み変形の抑制効果が減じ、ランフラット耐久性が低下する傾向となる。なお補強層１０が、前記位置Ｋａ、Ｋｂを越えて領域Ｙからはみ出した場合、質量が不必要に増加し軽量化に不利を招く。

前記炭素繊維強化プラスチック（補強層１０）として、プリプレグの積層体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揃えた状態で、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、補強層１０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、補強層１０は、８〜１０枚のプリプレグの積層体として形成するのが好ましい。７枚以下では、引っ張り強度が不足傾向となり、逆に１１枚以上では、軽量化や乗り心地性能に不利となる。

前記積層体は、炭素繊維の配向方向がタイヤ半径方向に対して３０〜４５度の角度でタイヤ周方向一方側に傾斜するプリプレグの層と、３０〜４５度の角度でタイヤ周方向他方側に傾斜するプリプレグの層とを含むことが好ましい。これにより、圧縮歪み及び引っ張り歪みの双方に対して、高い抑制効果を発揮でき、タイヤの撓み変形の抑制効果を高めて、ランフラット性能特にはランフラット耐久性を向上しうる。３０度を下回る或いは４５度を超えると、タイヤの撓み変形の抑制効果が減じて、ランフラット耐久性に不利を招く。

本例で使用される炭素繊維強化プラスチックの物性としては、例えば１０枚のプリプレグを繊維配向方向同一として積層した場合の、硬化後における繊維配向方向の複素弾性率Ｅ_１ ^＊が７８GPa、ｔａｎδ_１が０．０５１であり、繊維配向方向と直角方向の複素弾性率Ｅ_２ ^＊が１．２GPa、ｔａｎδ_２が０．５１である。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。

このような空気入りタイヤ１は、加硫成形したタイヤの内表面Ｓｉの前記領域Ｙに、例えば１０枚の未硬化のプリプレグを、繊維配向方向がタイヤ半径方向に対して３０〜４５度の角度でタイヤ周方向一方側に傾斜する向きと、３０〜４５度の角度でタイヤ周方向他方側に傾斜する向きと、例えば交互に貼り付ける。各プリプレグは、貼り付け位置に合う形状に、予め切断されている。そして、プリプレグが貼り付けされたタイヤを、例えば１７０℃の高温下で１０分程度反応させることで、補強層１０をタイヤと一体化させることができる。

なおタイヤ外表面Ｓｏに補強層１０を形成する場合にも、前記領域Ｙ内に形成するのが好ましい。

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の構造をなす空気入りタイヤ（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）

補強層は、樹脂含有率が３０wt%、厚さが０．１０mmのプリプレグを積層させ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は、炭素繊維の配向方向がタイヤ半径方向に対して表１に記載の角度θでタイヤ周方向一方側に傾斜するプリプレグと、タイヤ周方向他方側に傾斜するプリプレグとを、交互に積層させて形成される。炭素繊維強化プラスチックの物性としては、１０枚のプリプレグを繊維配向方向同一として積層した場合の、硬化後における繊維配向方向の複素弾性率Ｅ_１ ^＊が７８GPa、ｔａｎδ_１が０．０５１であり、繊維配向方向と直角方向の複素弾性率Ｅ_２ ^＊が１．２GPa、ｔａｎδ_２が０．５１であった。

比較例１、２には、最大厚さが１０mmの断面三日月状のサイド補強ゴム層を設けている。７０℃におけるサイド補強ゴム層の複素弾性率は１１MPa、tanδは０．０６である。

（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 空気入りタイヤ
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
７ ベルト層
１０ 補強層
Ｓｉ タイヤ内表面
Ｓｏ タイヤ外表面
Ｙ 領域

Claims (6)

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、前記カーカスの半径方向外側かつトレッド部の内部に配されるベルト層とを具えた空気入りタイヤであって、
   タイヤ内表面またはタイヤ外表面に、炭素繊維強化プラスチックからなる補強層を設けたことを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記補強層は、タイヤ内表面かつ、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ベルト層のタイヤ軸方向外端位置までの領域内に配されることを特徴とする請求項１記載の空気入りタイヤ。
3. 前記補強層の半径方向内端と前記ビードコアのタイヤ半径方向外端高さ位置との間のタイヤ半径方向の距離Ｌ１は１０mm以下、かつ前記補強層の半径方向外端と前記ベルト層のタイヤ軸方向外端位置との間のタイヤ軸方向距離Ｌ２は１０mm以下であることを特徴とする請求項２記載の空気入りタイヤ。
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のプリプレグの積層体からなることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の空気入りタイヤ。
5. 前記積層体は、炭素繊維の配向方向がタイヤ半径方向に対して３０〜４５度の角度でタイヤ周方向一方側に傾斜するプリプレグの層と、３０〜４５度の角度でタイヤ周方向他方側に傾斜するプリプレグの層とからなることを特徴とする請求項４記載の空気入りタイヤ。
6. 前記積層体は、８〜１０枚のプリプレグの層からなることを特徴とする請求項４又は５記載の空気入りタイヤ。

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