JP2019217928A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂ベルト層を用いた空気入りタイヤにおいて、クラウン部の高い面外剛性を維持しつつ路面入力振動を小さくできる空気入りタイヤを提供する。【解決手段】空気入りタイヤ１０は、一対のビードコア１２Ａに跨って形成されたカーカス１６と、カーカス１６のタイヤ径方向外側に配置され、コードを樹脂で被覆して形成された樹脂ベルト層４０と、樹脂ベルト層４０のタイヤ径方向外側へ配置され、引張弾性率が１２．０ＭＰａ以下とされたゴム製のトレッド６０と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、空気入りタイヤに関する。

下記特許文献１には、タイヤ骨格部材のクラウン部に、補強コードを樹脂被覆層で被覆して形成された補強コード部材（樹脂ベルト層）を螺旋状に巻回したタイヤが開示されている。

特開２０１４−２１０４８７号公報

上記特許文献１に記載されたような樹脂ベルト層を用いたタイヤは、ゴムベルト層を用いたタイヤと比較してクラウン部の面外剛性が高くなる一方、ベルト層が変形し難くなるため路面からの入力による振動（路面入力振動）が大きくなる。

本発明は上記事実を考慮して、樹脂ベルト層を用いた空気入りタイヤにおいて、クラウン部の高い面外剛性を維持しつつ路面入力振動を小さくできる空気入りタイヤを提供することを目的とする。

請求項１の空気入りタイヤは、一対のビードコアに跨って形成されたカーカスと、前記カーカスのタイヤ径方向外側に配置され、コードを樹脂で被覆して形成された樹脂ベルト層と、前記樹脂ベルト層のタイヤ径方向外側へ配置され、引張弾性率が１２ＭＰａ以下とされたゴム製のトレッドと、を備えている。

請求項１の空気入りタイヤは、コードを樹脂で被覆した樹脂ベルト層を備えている。このため、コードをゴムで被覆したゴムベルト層を備えた空気入りタイヤと比較して、ベルト層及びクラウン部の面外剛性が高くなり最大横力が強くなる。

一方、ベルト層の面外剛性が高くなると、ベルト層が変形し難くなるため路面からの入力による振動（路面入力振動）が大きくなる。しかし、請求項１の空気入りタイヤでは、トレッドを形成するゴムの引張弾性率を１２ＭＰａ以下とすることで、クラウン部の高い面外剛性を維持しつつ、クッション効果により路面入力振動を小さくできる。さらに、転がり抵抗を低減できる。

請求項２の空気入りタイヤは、前記樹脂ベルト層の厚みは２．３ｍｍ以上３．８ｍｍ以下とされ、前記引張弾性率が３．５ＭＰａ以上１２．０ＭＰａ以下とされている。

請求項２の空気入りタイヤのように、樹脂ベルト層の厚みが２．３ｍｍ以上３．８ｍｍ以下とされたタイヤにおいては、前記引張弾性率を３．５ＭＰａ以上１２．０ＭＰａとすることで、必要な最大横力を確保しつつ路面入力振動を小さくすることができる。

これに対して、トレッド層を形成するゴムの引張弾性率が３．５ＭＰａより小さいと、路面入力振動を小さくできる一方、必要な最大横力を確保できない。また、１２．０ＭＰａより大きいと、必要な最大横力を確保できる一方、路面入力振動を小さくすることができない。

本発明に係る空気入りタイヤによると、クラウン部の高い面外剛性を維持しつつ路面入力振動を小さくできる。

本発明の実施形態に係る空気入りタイヤを示す半断面図である。 本発明の実施形態に係る空気入りタイヤにおける樹脂ベルト層の一例を示した斜視図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る空気入りタイヤにおける樹脂ベルト層の断面であり、（Ｂ）は２本の補強コードを被覆樹脂で被覆した変形例を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る空気入りタイヤ及び比較例に係る空気入りタイヤの構成と性能を比較した表である。

図１には、本発明の実施形態に係る空気入りタイヤ（以下、「タイヤ１０」と称する。）のタイヤ幅方向及びタイヤ径方向に沿って切断した切断面（タイヤ周方向に沿った方向から見た断面）の片側が示されている。なお、図中矢印Ｗはタイヤ１０の幅方向（タイヤ幅方向）を示し、矢印Ｒはタイヤ１０の径方向（タイヤ径方向）を示す。ここでいうタイヤ幅方向とは、タイヤ１０の回転軸と平行な方向を指している。また、タイヤ径方向とは、タイヤ１０の回転軸と直交する方向をいう。また、符号ＣＬはタイヤ１０の赤道面（タイヤ赤道面）を示している。なお、図１は、空気入りタイヤ１０の空気充填前の自然状態の形状を示している。

また、本実施形態では、タイヤ径方向に沿ってタイヤ１０の回転軸に近い側を「タイヤ径方向内側」、タイヤ径方向に沿ってタイヤ１０の回転軸から遠い側を「タイヤ径方向外側」と記載する。一方、タイヤ幅方向に沿ってタイヤ赤道面ＣＬに近い側を「タイヤ幅方向内側」、タイヤ幅方向に沿ってタイヤ赤道面ＣＬから遠い側を「タイヤ幅方向外側」と記載する。

（タイヤ）
図１に示されるように、タイヤ１０は、一対のビード部１２と、それぞれのビード部１２に埋設されたビードコア１２Ａに跨り端部がビードコア１２Ａに係止されたカーカス１６と、ビード部１２に埋設されビードコア１２Ａからタイヤ径方向外側へカーカス１６の外面に沿って伸びるビードフィラー１２Ｂと、カーカスプライ１４のタイヤ径方向外側に設けられた樹脂ベルト層４０と、樹脂ベルト層４０のタイヤ径方向外側に設けられたトレッド６０と、を備えている。なお、図１では、片側のビード部１２のみが図示されている。

（ビード部）
一対のビード部１２には、ワイヤ束であるビードコア１２Ａがそれぞれ埋設されている。これらのビードコア１２Ａには、カーカスプライ１４が跨っている。ビードコア１２Ａは、断面が円形や多角形状など、様々な構造を採用することができ、多角形としては例えば六角形を採用することができるが、本実施形態においては四角形とされている。

ビード部１２においてビードコア１２Ａに係止されたカーカスプライ１４で囲まれた領域には、ビードコア１２Ａからタイヤ径方向外側へ延び、タイヤ径方向外側に向けて厚さが漸減するビードフィラー１２Ｂが埋設されている。タイヤ１０においては、ビードフィラー１２Ｂのタイヤ径方向外側端１２ＢＥからタイヤ径方向内側の部分がビード部１２とされている。

（カーカス）
カーカス１６は、複数本のコードを被覆ゴムで被覆して形成された一枚のカーカスプライ１４によって形成されている。カーカスプライ１４は、一方のビードコア１２Ａから他方のビードコア１２Ａへトロイド状に延びてタイヤの骨格を構成している。また、カーカスプライ１４の端部側は、ビードコア１２Ａに係止されている。具体的には、カーカスプライ１４は、一方のビードコア１２Ａから他方のビードコア１２Ａに跨る本体部１４Ａと、ビードコア１２Ａからタイヤ径方向外側へ折り返されている折り返し部１４Ｂと、を備えている。

なお、本実施形態においてカーカスプライ１４はラジアルカーカスとされている。また、カーカスプライ１４の材質は特に限定されず、レーヨン、ナイロン、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、アラミド、ガラス繊維、カーボン繊維、スチール等が採用できる。なお、軽量化の点からは、有機繊維コードが好ましい。また、カーカスの打ち込み数は２０〜６０本／５０ｍｍの範囲とされているが、この範囲に限定されるのもではない。また、本実施形態においては、一枚のカーカスプライ１４によってカーカス１６が形成されているが、カーカス１６は複数のカーカスプライによって形成することもできる。

カーカス１６のタイヤ内側にはゴムからなるインナーライナー２２が配置されており、カーカス１６のタイヤ幅方向外側には、ゴムからなるサイドゴム層２４が配置されている。なお、本実施形態では、ビードコア１２Ａ、カーカス１６、ビードフィラー１２Ｂ、インナーライナー２２、及びサイドゴム層２４によってタイヤケース２５が構成されている。タイヤケース２５は、換言すると、空気入りタイヤ１０の骨格を成すタイヤ骨格部材のことである。

（樹脂ベルト層）
カーカス１６のクラウン部の外側、換言するとカーカス１６のタイヤ径方向外側には、樹脂ベルト層４０が配設されている。図２に示すように、樹脂ベルト層４０は、１本の樹脂被覆コード４２がカーカス１６の外周面に対して、タイヤ周方向に螺旋状に巻かれて形成されたリング状の箍（たが）であり、樹脂被覆コード４２の周方向における先端面４２Ｅ１、４２Ｅ２は、タイヤ幅方向及び径方向に沿った面とされ、タイヤ周方向において異なる位置に配置されている。なお、「螺旋状」とは、１本の樹脂被覆コード４２がカーカス１６の周囲において少なくとも１周以上巻回されている状態を示す。また、本明細書において、「樹脂ベルト層」は、適宜「ベルト層」と表記することがある。

樹脂被覆コード４２は、１本の補強コード４２Ｃを被覆樹脂４２Ｓで被覆して構成されており、図３（Ａ）に示すように、断面が略正方形状とされている。被覆樹脂４２Ｓは、カーカス１６の外周面に接着剤又は加硫接着により密着して接合されている。

また、タイヤ幅方向に互いに隣接する被覆樹脂４２Ｓ同士は、融着により接合されている。これにより、補強コード４２Ｃが被覆樹脂４２Ｓによって被覆された樹脂ベルト層４０が形成される。

また、本実施形態の樹脂ベルト層４０における補強コード４２Ｃは、外周面がコバルトでメッキされたスチールコードとされている。このスチールコードは、スチールを主成分とし、炭素、マンガン、ケイ素、リン、硫黄、銅、クロムなど種々の微量含有物を含むことができる。また、メッキ材料はコバルトに限定されず、ニッケル等を用いる事ができる。なお、補強コード４２Ｃの端面は非メッキとされ、無垢のスチールが露出している。

タイヤ径方向に沿って計測する樹脂ベルト層４０の厚みＢＴは、３．１ｍｍとされている。また、タイヤ軸方向に沿って計測する樹脂ベルト層４０の幅ＢＷ（ベルト端４０ＥＷ間の距離）は、タイヤ軸方向に沿って計測するトレッド６０の接地幅ＴＷに対して７５％以上とすることが好ましい。これにより、ショルダー付近の剛性を高めることができる。なお、樹脂ベルト層４０の幅ＢＷの上限は、接地幅ＴＷに対して１１０％とすることが好ましい。これにより、タイヤ１０の重量増加を抑制することができる。

ここで、トレッド６０の接地幅ＴＷとは、タイヤ１０をＪＡＴＭＡ ＹＥＡＲ ＢＯＯＫ（２０１８年度版、日本自動車タイヤ協会規格）に規定されている標準リムに装着し、ＪＡＴＭＡ ＹＥＡＲ ＢＯＯＫでの適用サイズ・プライレーティングにおける最大負荷能力（内圧−負荷能力対応表の太字荷重）に対応する空気圧（最大空気圧）の１００％の内圧を充填し、静止した状態で水平な平板に対して回転軸が平行となるように配置し、最大の負荷能力に対応する質量を加えたときのものである。なお、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。

なお、本発明の実施形態はこれに限らず、樹脂ベルト層４０における補強コード４２Ｃとしては、スチールコードに代えて、モノフィラメントコードや複数のフィラメントを撚り合せたコードを用いることができる。また、アラミド等の有機繊維、カーボンなどを用いてもよい。撚り構造も種々の設計が採用可能であり、断面構造、撚りピッチ、撚り方向、隣接するフィラメント同士の距離も様々なものが使用できる。さらには異なる材質のフィラメントを撚り合せたコードを採用することもで、断面構造としても特に限定されず、単撚り、層撚り、複撚りなど様々な撚り構造を取ることができる。

なお、樹脂ベルト層４０とトレッド６０とは、接着剤又は加硫接着で一体化されている。

樹脂ベルト層４０に用いられる被覆樹脂４２Ｓは、熱可塑性樹脂とされている。但し本発明の実施形態はこれに限らず、例えば樹脂材料として、熱可塑性エラストマー、熱硬化性樹脂、及び（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）等を用いることができる。なお、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。

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い、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。

被覆樹脂４２Ｓの引張弾性率（ＪＩＳ Ｋ７１１３：１９９５に規定される）は、１００ＭＰａ以上が好ましい。また、被覆樹脂４２Ｓの引張弾性率の上限は、１０００ＭＰａ以下とすることが好ましい。なお、被覆樹脂４２Ｓの引張弾性率は、２００〜７００ＭＰａの範囲内が特に好ましい。

なお、本実施形態においては、樹脂ベルト層４０は、１本の補強コード４２Ｃを被覆樹脂４２Ｓで被覆して形成された略正方形状の樹脂被覆コード４２を用いて形成したが、本発明の実施形態はこれに限らない。

例えば図３（Ｂ）に示すように、複数本（例えば２本）の補強コード４４Ｃを被覆樹脂４４Ｓで被覆して形成された、断面が略平行四辺形状の樹脂被覆コード４４を用いて形成してもよい。

（トレッド）
図１に示すように、樹脂ベルト層４０のタイヤ径方向外側には、トレッド６０が設けられている。トレッド６０は、走行中に路面に接地する部位であり、トレッド６０の踏面には、タイヤ周方向に延びる周方向溝６２が複数本形成されている。周方向溝６２の形状や本数は、タイヤ１０に要求される排水性や操縦安定性等の性能に応じて適宜設定される。
トレッド６０を形成するトレッドゴム６０Ｇの引張弾性率は、３．５ＭＰａ以上１２ＭＰａ以下とすることが好ましいが、本実施形態においては、１０．５ＭＰａとされている。

（作用・効果）
図４には、複数の空気入りタイヤにおける構成と性能が一覧表で示されている。タイヤの構成としては、「ベルト構造」、「ベルト厚さ」及び「トレッドゴムの引張弾性率（以下、「弾性率」と称す）」が示されている。なお、「弾性率」は、比較例１に係るタイヤ（以下、「比較例１」と称す）の引張弾性率を１００（指数値）とした場合の指数値として示されている。

図４に示された「比較例１」、「比較例２」、「実施形態１」、「比較例３」、「実施形態２」においては、ベルト構造、ベルト厚さ及びトレッドゴムの弾性率以外の構成は同一とされている。

「比較例１」は、ベルト層を２層交錯ベルト層とした空気入りタイヤである。２層交錯ベルト層においては、タイヤ周方向に対して異なる角度で傾斜した２層のコードを、それぞれゴムで被覆して形成されている。トレッドゴムの弾性率は１５ＭＰａとされている。

「比較例２」は、ベルト層を厚み３．１ｍｍの樹脂ベルト層４０によって形成し、トレッドゴムの弾性率を比較例１と等しく形成した空気入りタイヤである。トレッドゴムの弾性率は１５ＭＰａとされている。

「実施形態１」は、ベルト層を厚み３．１ｍｍの樹脂ベルト層４０によって形成し、トレッドゴム６０Ｇの弾性率を比較例１より小さく（１０．５ＭＰａ）形成した空気入りタイヤである。

「比較例３」は、ベルト層を厚み２．６ｍｍの樹脂ベルト層によって形成し、トレッドゴムの弾性率を比較例１と等しく形成した空気入りタイヤである。レッドゴムの弾性率は１５ＭＰａとされている。

「実施形態２」は、ベルト層を厚み２．６ｍｍの樹脂ベルト層によって形成し、トレッドゴム６０Ｇの弾性率を比較例１より小さく（１２ＭＰａ）形成した空気入りタイヤである。

タイヤの性能としては、「クラウン部の面外剛性」、「最大横力」、「路面入力振動」、「転がり抵抗」が示されている。なお、これらの性能値は、「比較例１」の性能値を１００（指数値）とした場合の指数値として示されている。以下の説明においては、各比較例と各実施形態とを比較しながら、本発明の作用・効果について説明する。

「比較例２」は、補強コード４２Ｃを被覆樹脂４２Ｓで被覆した樹脂ベルト層４０を備えている。このため、ゴムベルト層を備えた「比較例１」と比較して、ベルト層及びクラウン部の面外剛性が高くなり（図４の＜Ａ＞）、最大横力が強くなる（＜Ｂ＞）。一方、ベルト層の面外剛性が高くなると、ベルト層が変形し難くなるため路面からの入力による振動（路面入力振動）が大きくなる（＜Ｃ＞）。

これに対して「実施形態１」では、トレッド層を形成するゴムの弾性率を比較例１、２より小さくすることで（＜Ｄ＞）、クラウン部の高い面外剛性を維持しつつ（＜Ｅ＞）、クッション効果により路面入力振動を小さくできる（＜Ｆ＞）。さらに、転がり抵抗を低減できる（＜Ｇ＞）。

なお、「比較例１」の最大横力（指数値１００）に対して、「実施形態１」、「実施形態２」では、最大横力が１００以上となる（「比較例１」の最大横力を下回らない）ように、樹脂ベルト層４０の厚さとトレッドゴム６０Ｇの弾性率を調整している。

具体的には、上述したようにベルト層を樹脂被覆層とした「比較例２」は、「比較例１」と比較して最大横力が強くなるものの、路面入力振動が大きい（＜Ｃ＞）。

そこで「実施形態１」では、まずタイヤの設計思想（軽量化／操縦安定性／乗り心地等）に合わせて樹脂ベルト層４０の厚み（３．１ｍｍ）を決定したあと、最大横力が１００を下回らないように（＜Ｈ＞）、トレッドゴムの弾性率を調整している（＜Ｄ＞）。これにより、必要な最大横力を確保しつつ（＜Ｈ＞）、路面入力振動を小さくすることができる（＜Ｆ＞）。

なお、樹脂ベルト層４０の厚みを３．１ｍｍとした空気入りタイヤにおいて、最大横力を１００以上としながら路面入力振動を１００以下とするためには、弾性率は１０．５ＭＰａ以上１２．０ＭＰａ以下とすることが好ましい。トレッド層を形成するゴムの弾性率が１０．５ＭＰａより小さいと、路面入力振動を小さくできる一方、必要な最大横力を確保できない。また、１２．０ＭＰａより大きいと、必要な最大横力を確保できる一方、路面入力振動を小さくすることができない。

同様に「実施形態２」でも、タイヤの設計思想に合わせて樹脂ベルト層の厚み（２．６ｍｍ）を決定したあと、最大横力が１００を下回らないように（＜Ｉ＞）、トレッドゴムの弾性率を調整している（＜Ｊ＞）。これにより、必要な最大横力を確保しつつ（＜Ｉ＞）、路面入力振動を小さくすることができる（＜Ｋ＞）。

なお、樹脂ベルト層の厚みを２．６ｍｍとした空気入りタイヤにおいて、最大横力を１００以上としながら路面入力振動を１００以下とするためには、弾性率は１２．０ＭＰａとすることが好ましい。トレッド層を形成するゴムの弾性率が１２．０ＭＰａより小さいと、路面入力振動を小さくできる一方、必要な最大横力を確保できない可能性がある。また、１２．０ＭＰａより大きいと、必要な最大横力を確保できる一方、路面入力振動を小さくすることができない可能性がある。

なお、樹脂ベルト層の厚は、２．３ｍｍ以上３．８ｍｍ以下とすることが好ましい。また、樹脂ベルト層の厚みに関わらず、トレッドゴム６０Ｇの弾性率は、１２ＭＰａ以下とすることが好ましい。トレッドゴム６０Ｇの弾性率が１２ＭＰａより大きくなると、クッション効果が得られ難く路面入力振動を小さくする効果を感じ難い。

すなわち、最大横力が１００を下回らないようにトレッドゴム６０Ｇの弾性率を調整した結果、この弾性率が１２ＭＰａより大きい必要がある場合は、樹脂ベルト層の厚みを検討し直す。これにより、樹脂ベルト層によるクラウン部の高い面外剛性と必要な最大横力とを確保しつつ路面入力振動を小さくするための、最適な組み合わせ（樹脂ベルト層の厚みとトレッドゴム６０Ｇの弾性率の組み合わせ）を選定できる。

１０…タイヤ（空気入りタイヤ）、 １２Ａ…ビードコア、 １６…カーカス、
４０…樹脂ベルト層、 ４２…樹脂被覆コード、４２Ｃ…補強コード（コード）、
４２Ｓ…被覆樹脂（樹脂）、 ６０…トレッド

Claims (2)

1. 一対のビードコアに跨って形成されたカーカスと、
   前記カーカスのタイヤ径方向外側に配置され、コードを樹脂で被覆して形成された樹脂ベルト層と、
   前記樹脂ベルト層のタイヤ径方向外側へ配置され、引張弾性率が１２ＭＰａ以下とされたゴム製のトレッドと、
   を備えた空気入りタイヤ。
2. 前記樹脂ベルト層の厚みは２．３ｍｍ以上３．８ｍｍ以下とされ、前記引張弾性率が３．５ＭＰａ以上１２．０ＭＰａ以下とされている、請求項１に記載の空気入りタイヤ。