JP2019206305A - タイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤ骨格部材における樹脂材料の使用量を抑制しつつ、乗り心地性能と操縦安定性能を向上させる。【解決手段】タイヤ１０は、ビードコア１４が樹脂材料に埋設されたビード部１６と、樹脂材料からなりビード部１６のタイヤ半径方向外側に連なるそれぞれサイド部１８とを有するタイヤ骨格部材１２を有し、ビード部１６におけるビードコア１４のタイヤ径方向外側に、タイヤ骨格部材１２の樹脂材料より引張弾性率の高い高弾性樹脂１９が配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、タイヤに関する。

近年では、軽量化やリサイクルのし易さから、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー等をタイヤ材料として用いることが求められている。例えば、特許文献１には、樹脂材料からなるタイヤ骨格部材の肉厚が、ビード部におけるビードコアのタイヤ径方向外側で変化している構造が開示されている（特許文献１参照）。

国際公開第２０１６／０１７５０８号

上記した従来例のように、ビードコアのタイヤ径方向外側でタイヤ骨格部材の肉厚を変化させることで、乗り心地性能と操縦安定性能をコントロールすることができると考えられる。

しかしながら、操縦安定性能を十分に得るために、ビード部におけるタイヤ骨格部材の肉厚を大きくすると、タイヤの縦ばねも上昇してしまうと共に、タイヤの質量が増加してしまう。また、タイヤ骨格部材を構成する樹脂材料のコストを考慮する必要がある。

本発明は、タイヤ骨格部材における樹脂材料の使用量を抑制しつつ、乗り心地性能と操縦安定性能を向上させることを目的とする。

第１の態様に係るタイヤは、ビードコアが樹脂材料に埋設されたビード部と、前記樹脂材料からなり前記ビード部のタイヤ半径方向外側に連なるそれぞれサイド部とを有するタイヤ骨格部材を有し、前記ビード部における前記ビードコアのタイヤ径方向外側に、前記樹脂材料より引張弾性率の高い高弾性樹脂が配置されている。

このタイヤでは、ビード部におけるビードコアのタイヤ径方向外側に、樹脂材料より引張弾性率の高い高弾性樹脂が配置されているので、タイヤの縦ばねの上昇を抑制しつつ、横力に対する剛性である横ばねを上昇させることができる。このため、乗り心地性能と操縦安定性能を向上させることができる。また、この構成により、タイヤ骨格部材における樹脂材料の使用量を抑制できる。

第２の態様は、第１の態様に係るタイヤにおいて、前記ビードコアと前記高弾性樹脂とが予め一体化されている。

このタイヤでは、ビードコアと高弾性樹脂とが予め一体化されているので、タイヤ骨格部材を射出成形により製造する際に、高弾性樹脂を位置決めし易い。

第３の態様は、第１の態様又は第２の態様に係るタイヤにおいて、前記高弾性樹脂のＪＩＳ Ｋ７１６１に規定される引張弾性率が、２００〜８００ＭＰａである。

ここで、引張弾性率が数値範囲を下回ると、特に横ばねが低下し操縦安定性が悪化する。また、引張弾性率が数値範囲を上回ると、タイヤ剛性（縦ばね）が高くなり乗り心地性能が悪化する。このタイヤでは、高弾性樹脂の引張弾性率を適切に設定しているので、縦ばね維持しつつ横ばねをアップすることで操縦安定性と乗り心地性能を両立できる。

本発明に係るタイヤによれば、タイヤ骨格部材における樹脂材料の使用量を抑制しつつ、乗り心地性能と操縦安定性能を向上させることができる。

本実施形態に係るタイヤを示す半断面図である。 ビード部を模式的に示す拡大断面図である。 変形例１に係るビード部を模式的に示す拡大断面図である。 変形例２に係るビード部を模式的に示す拡大断面図である。 変形例３に係るビード部を模式的に示す拡大断面図である。 変形例４に係るビード部を模式的に示す拡大断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づき説明する。図面において、矢印Ｒ方向はタイヤ径方向を示し、矢印Ｗ方向はタイヤ幅方向を示す。タイヤ径方向とは、タイヤ回転軸（図示せず）と直交する方向を意味する。タイヤ幅方向とは、タイヤ回転軸と平行な方向を意味する。タイヤ幅方向をタイヤ軸方向と言い換えることもできる。

各部の寸法測定方法は、ＪＡＴＭＡ（日本自動車タイヤ協会）が発行する２０１８年度版ＹＥＡＲ ＢＯＯＫに記載の方法による。使用地又は製造地において、ＴＲＡ規格、ＥＴＲＴＯ規格が適用される場合は、各々の規格に従う。

［第１実施形態］
図１において、本実施形態に係るタイヤ１０は、タイヤ骨格部材１２を有している。このタイヤ骨格部材１２は、ビードコア１４が樹脂材料に埋設されたビード部１６と、樹脂材料からなりビード部１６のタイヤ半径方向外側に連なるそれぞれサイド部１８とを有している。タイヤ幅方向両側のサイド部１８は、クラウン部２２により連結されている。

タイヤ骨格部材１２を構成する樹脂材料としては、熱可塑性樹脂（熱可塑性エラストマーを含む）、熱硬化性樹脂、及びその他の汎用樹脂のほか、エンジニアリングプラスチック（スーパーエンジニアリングプラスチックを含む）等が挙げられる。ここでの樹脂材料には、加硫ゴムは含まれない。

熱可塑性樹脂（熱可塑性エラストマーを含む）とは、温度上昇と共に材料が軟化、流動し、冷却すると比較的硬く強度のある状態になる高分子化合物をいう。本明細書では、このうち、温度上昇と共に材料が軟化、流動し、冷却すると比較的硬く強度のある状態になり、かつ、ゴム状弾性を有する高分子化合物を熱可塑性エラストマーとし、温度上昇と共に材料が軟化、流動し、冷却すると比較的硬く強度のある状態になり、かつ、ゴム状弾性を有しない高分子化合物をエラストマーでない熱可塑性樹脂として区別する。

熱可塑性樹脂（熱可塑性エラストマーを含む）としては、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）、ポリスチレン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＳ）、ポリアミド系熱可塑性エラストマー（ＴＰＡ）、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＵ）、ポリエステル系熱可塑性エラストマー（ＴＰＣ）、及び、動的架橋型熱可塑性エラストマー（ＴＰＶ）、ならびに、ポリオレフィン系熱可塑性樹脂、ポリスチレン系熱可塑性樹脂、ポリアミド系熱可塑性樹脂、及び、ポリエステル系熱可塑性樹脂等が挙げられる。

また、上記の熱可塑性材料としては、例えば、ＩＳＯ７５−２又はＡＳＴＭ Ｄ６４８に規定されている荷重たわみ温度（０．４５ＭＰａ荷重時）が７８℃以上、ＪＩＳ Ｋ７１６１に規定される引張降伏強さが１０ＭＰａ以上、同じくＪＩＳ Ｋ７１６１に規定される引張破壊伸びが５０％以上、ＪＩＳ Ｋ７２０６に規定されるビカット軟化温度（Ａ法）が１３０℃であるものを用いることができる。

熱硬化性樹脂とは、温度上昇と共に３次元的網目構造を形成し、硬化する高分子化合物をいう。熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂等が挙げられる。

なお、樹脂材料には、既述の熱可塑性樹脂（熱可塑性エラストマーを含む）及び熱硬化性樹脂のほか、（メタ）アクリル系樹脂、ＥＶＡ樹脂、塩化ビニル樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂等の汎用樹脂を用いてもよい。

熱可塑性樹脂を用いて形成されるタイヤ骨格部材１２は、例えば、真空成形、圧空成形、インジェクション成形、メルトキャスティング等の製法で成形することができる。ゴムで成形、加硫する場合に比較して、製造工程を大幅に簡略化でき、成形時間も短縮可能である。

なお、タイヤ骨格部材１２は、単一の熱可塑性樹脂で構成されていてもよく、従来一般のゴム製の空気入りタイヤと同様に、タイヤ骨格部材１２の各部位毎（サイド部１８、クラウン部２２、ビード部１６など）に異なる特徴を有する熱可塑性樹脂を用い、これらを結合したものでもよい。また、タイヤ骨格部材１２は、１つのビード部１６、１つのサイド部１８、及び半幅のクラウン半部（図示せず）が一体として成形されたタイヤ半体（図示せず）を、タイヤ赤道面ＣＬで接合したものであってもよい。

ビードコア１４に用いられるビードコードとしては、金属繊維や有機繊維等のモノフィラメント（単線）、又は、金属繊維や有機繊維を撚ったマルチフィラメント（撚り線）を用いるとよい。金属繊維としては、スチール繊維など、有機繊維としては、芳香族ポリアミド繊維や脂肪族ポリアミド繊維などを用いるとよい。なお、金属繊維や有機繊維は、上記した繊維に限定されない。本実施形態では、ビードコードとしてスチールモノフィラメントを用いている。

ビードコア１４を熱可塑性材料で構成する場合、その熱可塑性材料は、オレフィン系、エステル系、アミド系、もしくはウレタン系のＴＰＥか、一部ゴム系の樹脂を混練してあるＴＰＶであることが好ましい。これらの熱可塑性材料としては、例えば、ＩＳＯ７５−２又はＡＳＴＭ Ｄ６４８に規定される荷重たわみ温度（０．４５ＭＰａ荷重時）が７５℃以上、同じくＪＩＳ Ｋ７１６１に規定される引張降伏伸びが１０％以上、同じくＪＩＳ Ｋ７１６１に規定される引張破壊伸びが５０％以上、ＪＩＳ Ｋ７２０６に規定されるビカット軟化温度（Ａ法）が１３０℃以上であることが好ましい。

本実施形態では、ビードコア１４において、ビードコードがタイヤ幅方向に３列、タイヤ径方向に３段整列して構成されている。ビードコア１４は、タイヤ幅方向断面において略正方形をなしている。

タイヤ骨格部材１２を補強するため、タイヤ骨格部材１２に沿ってカーカス２４が設けられている。カーカス２４は、本体部２４Ａと、折返し部２４Ｂとを有している。本体部２４Ａは、例えば、タイヤ骨格部材１２のビード部１６、サイド部１８、後述するレイヤー３４及びベルト層２６のタイヤ外側に沿って設けられている。本体部２４Ａのタイヤ赤道面ＣＬ側の端部は、該タイヤ赤道面ＣＬの部分でタイヤ幅方向に例えば２０ｍｍの幅でタイヤ径方向に重ねられている。折返し部２４Ｂは、ビードコア１４周りにタイヤ外側からタイヤ内側に折り返されている。カーカス２４の折返し部２４Ｂの先端の位置は、任意であるが、図１に示される例では、高弾性樹脂１９のタイヤ径方向外側端の位置と概ね一致している。

タイヤ骨格部材１２のクラウン部２２におけるカーカス２４のタイヤ径方向外側には、ベルト層２６が設けられている。コード２８には、タイヤ骨格部材１２を形成する樹脂材料よりも剛性の高い金属等の材料が用いられている。本実施形態では、コード２８として、スチール繊維を撚ったスチールコードが用いられている。ベルト層２６においては、タイヤ幅方向に隣り合う樹脂被覆コード３２の樹脂材料３０が互いに接合されている。

ベルト層２６は、コード２８を樹脂材料３０で被覆してなる樹脂被覆コード３２を、タイヤ周方向に螺旋状に巻回して構成され、カーカス２４に接着又は溶着されている。なお、ベルト層２６は、コード２８のみで形成されていてもよく、またコード２８をタイヤ骨格部材１２と同種の熱可塑性樹脂で被覆したシート形状のものでもよい。

ベルト層２６のタイヤ幅方向外側端部のタイヤ径方向外側には、ベルト端補強用のレイヤー３４が設けられている。このレイヤー３４に用いられる繊維コードとしては、例えば、脂肪族ポリアミド、ポリエステル、芳香族ポリアミド等の有機繊維コードを用いることができる。なお、この繊維コードとしてスチールコードを用いることもでき、また一般的な空気入りタイヤに用いられている公知のレイヤーの材料を用いることができる。レイヤー３４の繊維コードは、ゴム、または樹脂で被覆されている。レイヤー３４は、複数本の繊維コードを含んでいてもよいが、例えば、繊維を含まない、樹脂材料単体、ゴム単体のシート状部材で構成されていてもよい。レイヤー３４の曲げ剛性は、レイヤー３４が後述するトレッド３６の変形に追従するように、ベルト層２６の曲げ剛性以下とすることが好ましい。

また、タイヤ骨格部材１２のクラウン部２２のタイヤ径方向外側には、ゴム層であるトレッド３６が配置されている。トレッド３６は、タイヤ骨格部材１２の主としてクラウン部２２に沿って配置され、タイヤ１０の接地部分であるタイヤトレッドを構成する。トレッド３６は、ベルト層２６を介してタイヤ骨格部材１２に積層されている。

トレッド３６は、タイヤ骨格部材１２を形成している熱可塑性樹脂よりも耐摩耗性に優れたゴムで形成されている。トレッド３６に用いるゴムとしては、従来のゴム製の空気入りタイヤに用いられているゴムと同種のゴムを用いることができる。

サイド部１８に沿ったカーカス２４のタイヤ幅方向外側には、サイドゴム層３８が設けられている。また、ビード部１６の周囲にもゴム層４０が設けられている。

図１、図２に示されるように、ビード部１６におけるビードコア１４のタイヤ径方向外側に、タイヤ骨格部材１２の樹脂材料より引張弾性率の高い高弾性樹脂１９が配置されている。
この高弾性樹脂１９は、タイヤ幅方向断面において、タイヤ径方向外側に先細りとなる、例えば略三角形に形成されている。

ビードコア１４と高弾性樹脂１９とは、タイヤ骨格部材１２の成形前に、予め一体化されている。ビードコア１４と高弾性樹脂１９とを一体化するための手段は、例えば一体成形、接着又は溶着である。一体成形としては、二色成形等が挙げられる。予め一体化されたビードコア１４と高弾性樹脂１９は、タイヤ骨格部材１２の成形時に、ビード部１６に例えばインサート成形される。図１，図２に示される例では、ビードコア１４と高弾性樹脂１９の周囲が、タイヤ骨格部材１２の樹脂材料により覆われている。

ここで、タイヤ骨格部材１２は、まず、例えばタイヤ１０のタイヤ幅方向の中心部、即ちタイヤ赤道面ＣＬ、又はその近傍面を中心とした半割り形状に、例えば射出成形により成型され、クラウン部２２の端部同士を接合することにより構成される。この接合には、例えば同種又は異種の熱可塑性材料や接着剤等の接合部材（図示せず）が用いられる。上記のように、ビードコア１４と高弾性樹脂１９とが予め一体化されていると、タイヤ骨格部材１２を射出成形により製造する際に、高弾性樹脂１９を位置決めし易くなる。

高弾性樹脂１９のＪＩＳ Ｋ７１６１に規定される引張弾性率は、２００〜８００ＭＰａである。ここで、引張弾性率が数値範囲を下回ると、特に横ばねが低下し操縦安定性が悪化する。また、引張弾性率が数値範囲を上回ると、タイヤ剛性（縦ばね）が高くなり乗り心地性能が悪化する。

高弾性樹脂１９のタイヤ径方向外側端の位置Ｐは、ビード部１６が装着されるリム４２におけるリムフランジ４４のタイヤ径方向外側端４４Ａよりタイヤ径方向外側である。
（作用）
本実施形態は、上記のように構成されており、以下その作用について説明する。図１において、本実施形態に係るタイヤ１０では、ビード部１６におけるビードコア１４のタイヤ径方向外側に、タイヤ骨格部材１２の樹脂材料より引張弾性率の高い高弾性樹脂１９が配置されているので、タイヤ１０の縦ばねの上昇を抑制しつつ、横力に対する剛性である横ばねを上昇させることができる。このため、乗り心地性能と操縦安定性能を向上させることができる。

またこの構成により、タイヤ骨格部材１２における樹脂材料の使用量を抑制できる。具体的には、図２において、高弾性樹脂１９を配置しない場合、横ばねの確保のため、ビード部１６での樹脂材料を多くすることが考えられる。樹脂材料が増加すると、カーカス２４の折返し部２４Ｂの輪郭が、二点鎖線で示される位置となる。換言すれば、破線のハッチングで示される領域Ａの分だけ樹脂材料が増加する。これに対し、本実施形態では、高弾性樹脂１９を配置することにより、領域Ａの分だけ樹脂材料の使用量を抑制することができる。

また、高弾性樹脂１９の引張弾性率を、２００〜８００ＭＰａのように適切に設定しているので、縦ばね維持しつつ横ばねをアップすることで操縦安定性と乗り心地性能を両立できる。

このように、本実施形態によれば、タイヤ骨格部材１２における樹脂材料の使用量を抑制しつつ、乗り心地性能と操縦安定性能を向上させることができる。

なお、高弾性樹脂１９の配置は、図１、図２に示される例に限られず、次の変形例１〜３のような配置であってもよい。

［変形例１］
図３において、変形例１では、高弾性樹脂１９の周囲が、タイヤ骨格部材１２の樹脂材料により完全には覆われていない。具体的には、高弾性樹脂１９が、タイヤ骨格部材１２におけるビード部１６のタイヤ幅方向外側面と面一になっている。これに伴い、高弾性樹脂１９は、カーカス２４の本体部２４Ａに面状に当接している。高弾性樹脂１９は、ビードコア１４にも当接している。また、高弾性樹脂１９のタイヤ幅方向内側の端部は、ビードコア１４のタイヤ幅方向内側の端部と一致している。

［変形例２］
図４において、変形例２では、高弾性樹脂１９の周囲が、タイヤ骨格部材１２の樹脂材料により完全には覆われていない。具体的には、高弾性樹脂１９が、タイヤ骨格部材１２におけるビード部１６のタイヤ幅方向内側面と面一になっている。これに伴い、高弾性樹脂１９は、カーカス２４の折返し部２４Ｂに面状に当接している。高弾性樹脂１９は、ビードコア１４にも当接している。また、高弾性樹脂１９のタイヤ幅方向外側の端部は、ビードコア１４のタイヤ幅方向外側の端部と一致している。

［変形例３］
図５において、変形例３では、タイヤ幅方向における高弾性樹脂１９の配置は、変形例１と同様であるが、高弾性樹脂１９がビードコア１４から離れて配置されている点で、変形例１と異なっている。

［変形例４］
図６において、変形例４では、タイヤ幅方向における高弾性樹脂１９の配置は、変形例２と同様であるが、高弾性樹脂１９がビードコア１４から離れて配置されている点で、変形例１と異なっている。

［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態の一例について説明したが、本発明の実施形態は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

ビードコア１４と高弾性樹脂１９とが予め一体化されているものとしたが、これに限られず、上記した変形例３及び変形例４のように、高弾性樹脂１９をビードコア１４から離れた位置に配置してもよい。また、図示は省略するが、高弾性樹脂１９をビードコア１４及びカーカス２４の双方から離れた位置に配置し、高弾性樹脂１９の周囲がすべてタイヤ骨格部材１２の樹脂材料に覆われる構成であってもよい。

高弾性樹脂の引張弾性率が、２００〜８００ＭＰａであるものとしたが、引張弾性率の範囲は必ずしもこれに限られない。

１０…タイヤ、１２…タイヤ骨格部材、１４…ビードコア、１６…ビード部、１８…サイド部、１９…高弾性樹脂

Claims (3)

1. ビードコアが樹脂材料に埋設されたビード部と、前記樹脂材料からなり前記ビード部のタイヤ半径方向外側に連なるそれぞれサイド部とを有するタイヤ骨格部材を有し、
   前記ビード部における前記ビードコアのタイヤ径方向外側に、前記樹脂材料より引張弾性率の高い高弾性樹脂が配置されているタイヤ。
2. 前記ビードコアと前記高弾性樹脂とが予め一体化されている請求項１に記載のタイヤ。
3. 前記高弾性樹脂のＪＩＳ Ｋ７１６１に規定される引張弾性率は、２００〜８００ＭＰａである請求項１又は請求項２に記載のタイヤ。