JP2021154753A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】面内剪断剛性の確保とタイヤ軽量化の両立を図る。【解決手段】空気入りタイヤ１０は、一対のビードコア１２Ａと、一対のビードコア１２Ａに跨って形成されたカーカス１８と、カーカス１８のタイヤ径方向外側に配置され樹脂で形成された環状の樹脂本体１２Ｂ、及び、タイヤ周方向に延在すると共にタイヤ幅方向に間隔をあけて並び樹脂本体１２Ｂに埋設された補強コード１２Ａ、を有するベルト層と、ベルト層のタイヤ径方向外面及び内面の少なくとも一方において、ベルト層のタイヤ赤道面からタイヤ幅方向外端までのベルト半幅におけるタイヤ幅方向外側の１／３の範囲内の少なくとも一部に配置され、延在方向が補強コード１２Ａと交差すると共に補強コード１２Ａの延在方向に対して互いに反対方向に傾斜して交錯する交錯繊維コードを有する繊維補強層３２と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、ベルト層を備えた空気入りタイヤに関する。

自動車に装着する空気入りタイヤとしては、カーカスのタイヤ径方向外側にタイヤ周方向に対して傾斜したコードを含んで構成された２枚以上の傾斜ベルトプライ、及び補強層等を備えたベルトを備えた構造が一般的である（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２０１３−２４４９３０号公報 特開２０１３−２２０７４１号公報

特許文献１、２の空気入りタイヤは、２枚以上の傾斜ベルトプライを備えることにより面内剪断剛性を確保しているが、プライや補強層の層数が多いため、タイヤの軽量化は困難となっている。

本発明は上記事実を考慮し、ベルトの面内剪断剛性の確保とタイヤ軽量化の両立を図った空気入りタイヤの提供を目的とする。

請求項１の空気入りタイヤは、一対のビードコアと、前記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樹脂で形成された環状の樹脂本体、及び、タイヤ周方向に延在すると共にタイヤ幅方向に間隔をあけて並び前記樹脂本体に埋設された補強コード、を有するベルト層と、前記ベルト層のタイヤ径方向外面及び内面の少なくとも一方において、前記ベルト層のタイヤ赤道面からタイヤ幅方向外端までのベルト半幅におけるタイヤ幅方向外側の１／３の範囲内の少なくとも一部に配置され、延在方向が前記補強コードと交差すると共に前記補強コードの延在方向に対して互いに反対方向に傾斜して交錯する交錯繊維コードを有する繊維補強層と、を備えている。

請求項１に係る空気入りタイヤは、カーカスのタイヤ径方向外側に、樹脂本体及び樹脂本体に埋設された補強コードを有するベルト層を備えている。ベルト層では、補強コードがタイヤ周方向に延在すると共にタイヤ幅方向に間隔をあけて並んでいる。このように、補強コード間に樹脂本体を配置することにより、補強コード間にゴムを配置する場合と比較して高い面内剪断剛性を得ることができる。

このように高い面内剪断剛性が得られる一方、ベルト層のタイヤ幅方向外側は、面外の曲げにより応力が集中しやすく、補強コードがタイヤ周方向に延在している場合には、補強コードに沿って亀裂が発生しやすい。そこで、本発明では、ベルト層のタイヤ径方向外面及び内面の少なくとも一方において、ベルト層のタイヤ赤道面からタイヤ径方向外端までのベルト半幅におけるタイヤ幅方向外側の１／３の範囲内に、繊維補強層を配置する。繊維補強層は、延在方向が補強コードと交差すると共に補強コードの延在方向に対して互いに反対方向に傾斜して交錯する交錯繊維コードを有している。このように繊維補強層を配置することにより、樹脂本体の歪みが緩和され、樹脂本体の補強コードに沿った亀裂を抑制することができる。

請求項２の空気入りタイヤは、前記繊維補強層は、タイヤ幅方向における前記補強コード間のピッチよりもタイヤ幅方向に広幅である。

請求項２の空気入りタイヤによれば、タイヤ幅方向に隣接する補強コードを跨いで繊維補強層が配置されるので、補強コード間の亀裂を効果的に抑制することができる。

請求項３の空気入りタイヤは、前記繊維補強層は、前記ベルト層のタイヤ径方向内側に配置されている。

請求項３の空気入りタイヤによれば、ベルト層のタイヤ径方向内側において、樹脂本体の歪みが緩和され亀裂を抑制することができる。

請求項４の空気入りタイヤは、前記繊維補強層は、前記ベルト層のタイヤ径方向外側に配置されている。

請求項４の空気入りタイヤによれば、ベルト層のタイヤ径方向外側において、樹脂本体の歪みが緩和され亀裂を抑制することができる。

本発明に係る空気入りタイヤによれば、面内剪断剛性の確保とタイヤの軽量化の両立を図ることができる。

本実施形態に係る空気入りタイヤを、タイヤ幅方向及びタイヤ径方向に沿って切断した状態を示す半断面図である。 本実施形態に係る空気入りタイヤにおける樹脂環状ベルトの構成を示す斜視図である。 （Ａ）は本実施形態に係る空気入りタイヤにおける樹脂環状ベルトを示す一部断面図であり、（Ｂ）は樹脂環状ベルト及び繊維補強層を平面視したときの一部破断図である。 （Ａ）は本実施形態に係る空気入りタイヤの樹脂環状ベルト及び繊維補強層を、タイヤ幅方向及びタイヤ径方向に沿って切断した状態を示す断面図であり、（Ｂ）は本実施形態の変形例に係る空気入りタイヤの樹脂環状ベルト及び繊維補強層を、タイヤ幅方向及びタイヤ径方向に沿って切断した状態を示す断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態の各々の変形例に係る空気入りタイヤの樹脂環状ベルト及び繊維補強層を、タイヤ幅方向及びタイヤ径方向に沿って切断した状態を示す断面図である。 （Ａ）（Ｂ）は、本実施形態の各々の変形例に係る空気入りタイヤの樹脂環状ベルト及び繊維補強層を、タイヤ幅方向及びタイヤ径方向に沿って切断した状態を示す断面図である。 （Ａ）（Ｂ）は、本実施形態の各々の変形例に係る空気入りタイヤの樹脂環状ベルト及び繊維補強層を、タイヤ幅方向及びタイヤ径方向に沿って切断した状態を示す断面図である。 本発明の実施例に係る空気入りタイヤと比較例の空気入りタイヤについて行った試験結果を示す表である。

図１には、本発明の実施形態に係る空気入りタイヤ１０が示されている。空気入りタイヤ１０は、一例としてラジアルタイヤを示している。なお、図中矢印Ｗはタイヤ幅方向を示し、矢印Ｒはタイヤ径方向を示す。ここでいうタイヤ幅方向とは、空気入りタイヤ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、空気入りタイヤ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。

また、本実施形態において、後述するトレッド２２の接地端Ｅ、接地幅ＴＷとは、空気入りタイヤ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。

空気入りタイヤ１０は、ビードコア１２Ａが埋設された一対のビード部１２、一対のビード部１２からそれぞれタイヤ径方向外側に延びる一対のサイド部１４、サイド部１４からタイヤ幅方向内側に延びるクラウン部１６、を有している。一方のビード部１２と他方のビード部１２との間には、１枚のカーカスプライ１８Ａからなるカーカス１８が跨っている。

カーカス１８のタイヤ内側には、ゴムからなるインナーライナー２６が配置されている。また、カーカス１８のタイヤ幅方向外側には、サイドゴム層２４が配置されている。

カーカス１８のタイヤ径方向外側のクラウン部１６には、樹脂環状ベルト２０が設けられている。樹脂環状ベルト２０は円環状とされている。樹脂環状ベルト２０の詳細については、後述する。樹脂環状ベルト２０のタイヤ径方向外側には、トレッド２２が配置されている。トレッド２２には、タイヤ周方向に沿って複数の主溝２２Ａが形成されている。

図２に示すように、樹脂環状ベルト２０は、タイヤ周方向に螺旋状に巻回された補強コード２０Ａと、補強コード２０Ａを被覆する樹脂材料の樹脂本体２０Ｂを有している。補強コード２０Ａ間の間隔は、ピッチＰとされている（図３（Ａ）（Ｂ）参照）。樹脂環状ベルト２０は、補強コード２０Ａが樹脂本体２０Ｂで被覆された樹脂被覆コード２０Ｃを螺旋状に巻回して一体化させたリング状の箍（たが）で構成することができる。

なお、本実施形態では、１本の樹脂被覆コード２０Ｃをタイヤ周方向に螺旋状に巻いて樹脂環状ベルト２０を形成したが、他の構成でタイヤ周方向に沿って延在する補強コード２０Ｃを樹脂本体２０Ｂ内に埋設させてもよい。例えば、樹脂被覆コード２０Ｃをリング状に形成し、リング状の複数の樹脂被覆コード２０Ｃをタイヤ幅方向に並べて形成することもできる。本実施形態では、樹脂被覆コード２０Ｃは、タイヤ周方向に対して５°以下の角度で巻回されている。

樹脂本体２０Ｂには、サイドゴム層２４を構成するゴム材料、及びトレッド２２を形成するゴム材料よりも引張弾性率の高い樹脂材料が用いられている。樹脂本体２０Ｂ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、樹脂本体２０Ｂ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、樹脂本体２０Ｂの引張弾性率は、２００〜７００ＭＰａの範囲内が特に好ましい。

樹脂本体２０Ｂの材料としては、例えば、熱可塑性樹脂、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。

また、補強コード２０Ａは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。

樹脂環状ベルト２０は、タイヤ幅方向中央部の外径をタイヤ幅方向両端部の外径よりも大径とし、タイヤ軸線に沿った断面で見たときに、タイヤ幅方向中央部がタイヤ径方向外側へ凸となる緩やかな円弧状とされている。なお、これに限らず、樹脂環状ベルト２０を一定径、一定厚さで形成し、タイヤ軸線に沿った断面で見たときに一直線状とすることもできる。

樹脂環状ベルト２０の幅ＢＷは、タイヤ軸方向に沿って計測するトレッド２２の接地幅ＴＷ（接地端Ｅ間の距離）に対して７５％以上、１１０％以下とすることが好ましい。

樹脂環状ベルト２０のタイヤ径方向の外側及び内側には、繊維補強層３２が配置されている。樹脂環状ベルト２０のタイヤ赤道面ＣＬからタイヤ径方向外端までのベルト半幅ＢＷ／２における、タイヤ幅方向外側の１／３の範囲を「要補強範囲ＳＲ」とすると、繊維補強層３２は、少なくとも要補強範囲ＳＲに配置されている。要補強範囲ＳＲは、タイヤ幅方向の両端に存在している。本実施形態では、繊維補強層３２は、要補強範囲ＳＲの全域に配置されている。

図３（Ａ）（Ｂ）に示されるように、繊維補強層３２は、互いに平行に並べられた複数本の繊維コード３２Ｂ（例えば、ナイロン（登録商標）／脂肪族ポリアミド等の有機繊維コード）をゴムで被覆することによって形成された繊維シート３２Ａを２枚重ね合わせて形成されている。本実施形態では、樹脂環状ベルト２０に近い側を繊維シート３２Ａ−１、樹脂環状ベルト２０から遠い側を繊維シート３２Ａ−２と称する。繊維シート３２Ａとして、織物を用いることができ、例えば、ビード保護部材を用いることができる。繊維シート３２Ａ−１、３２Ａ−２の各々の繊維コード３２Ｂ−１、３２Ｂ−２は、補強コード２０Ａの延在方向に対して、互いに反対方向に傾斜し、且つ補強コード２０Ａと交差する方向となるように配置されている。２枚の繊維シート３２Ａ−１、３２Ａ−２の繊維コード３２Ｂ−１、３２Ｂ−２により、本発明の交錯繊維コードが形成されている。繊維コード３２Ｂ−１、３２Ｂ−２のタイヤ周方向に対する傾斜角度をθ１、θ２とすると、θ１、θ２は、４５°以上９０°以下であることが好ましい。

繊維補強層３２は、図４（Ａ）に示されるように、タイヤ幅方向端面を介して１枚の繊維シートで樹脂環状ベルト２０のタイヤ径方向の内側の要補強範囲ＳＲとタイヤ径方向の外側の要補強範囲ＳＲの両方を覆うように配置されている。繊維補強層３２は、樹脂環状ベルト２０と接着剤、加硫処理により接着される。

なお、繊維補強層３２は、上記の配置に限定されず、図４（Ｂ）に示されるように、樹脂環状ベルト２０のタイヤ径方向内側と外側を、各々別体の繊維シートで覆って形成してもよい。

また、繊維補強層３２は、樹脂環状ベルト２０のタイヤ幅方向の両端を１枚の繊維シート３２Ａで覆って形成してもよい。この場合には、図５（Ａ）に示されるように、樹脂環状ベルト２０のタイヤ径方向内側、外側のすべてを覆うように配置してもよいし、図５（Ｂ）に示されるように、タイヤ径方向内側の一方の要補強範囲ＳＲから、タイヤ径方向外側を経由して他方におけるタイヤ径方向内側の要補強範囲ＳＲまで繊維補強層３２を形成してもよい。さらには、図 ５（Ｃ）に示されるように、タイヤ径方向外側の一方の要補強範囲ＳＲから、タイヤ径方向内側を経由して他方におけるタイヤ径方向外側の要補強範囲ＳＲまで繊維補強層３２を形成してもよい。

また、図６（Ａ）に示されるように、樹脂環状ベルト２０の要補強範囲ＳＲのタイヤ径方向外側のみに繊維補強層３２を配置してもよいし、図６（Ｂ）に示されるように、樹脂環状ベルト２０の要補強範囲ＳＲのタイヤ径方向内側のみに繊維補強層３２を配置してもよい。

また、図７（Ａ）に示されるように、樹脂環状ベルト２０のタイヤ径方向外側のみ全面に繊維補強層３２を配置してもよいし、図７（Ｂ）に示されるように、樹脂環状ベルト２０のタイヤ径方向内側のみ全面に繊維補強層３２を配置してもよい。

また、本実施形態では、繊維補強層３２を要補強範囲ＳＲの全体を覆うように配置したが、要補強範囲ＳＲのタイヤ幅方向の一部に繊維補強層３２を配置してもよい。この場合、繊維補強層３２のタイヤ幅方向の幅は、補強コード２０Ａ間のピッチＰよりも広いことが好ましい。

（作用、効果）
次に、本実施形態のタイヤ１０の作用、効果を説明する。

本実施形態のタイヤ１０では、カーカス１８のクラウン部１６が、樹脂環状ベルト２０で補強されている。樹脂環状ベルト２０は、螺旋状に巻回された補強コード２０Ａが樹脂本体２０Ｂで被覆されて形成されている。したがって、補強コード間にゴムが配置されたベルトに比較して高い面内剪断剛性を得ることができる。また、タイヤの軽量化も図ることができる。

樹脂環状ベルト２０の面内剪断剛性が確保されることで、空気入りタイヤ１０にスリップ角を付与した場合の横力を十分に発生させることができ、操縦安定性を確保することができ、また、応答性も向上させることができる。

また、樹脂環状ベルト２０により、面外曲げ剛性も確保され、空気入りタイヤ１０に大きな横力が入力した際、トレッド２２のバックリング（トレッド２２の表面が波打って、一部が路面から離間する現象）を抑制することができる。

また、樹脂環状ベルト２０の要補強範囲ＳＲには、繊維補強層３２が配置されている。繊維補強層３２は、繊維コードの延在方向が補強コード２０Ａと交差するように配置されているので、樹脂環状ベルト２０の表面の歪みを緩和することができ、樹脂本体２０Ｂの補強コード２０Ａに沿った亀裂発生、亀裂進展を抑制することができる。

なお、本実施形態では、繊維補強層３２は、繊維シート３２Ａを２枚重ね合わせて交錯層を形成したが、交錯繊維コードをゴム被覆して形成された１層の繊維シートを用いて繊維補強層３２としてもよい。

＜試験例＞
本発明の効果を確かめるために、図１に示す空気入りタイヤ１０と繊維補強層３２のみ異なる構成の複数の空気入りタイヤについて試験を行った。比較例は、繊維補強層３２を有さないものとした。本発明の繊維補強層３２を有する実施例１〜６の繊維補強層３２は、繊維コード３２Ｂの傾斜角度θ１、θ２を４５°とし、実施例１〜６では、繊維補強層３２の配置を変えている。

実施例１は、図４（Ａ）に示すように、要補強範囲ＳＲにおいて、樹脂環状ベルト２０のタイヤ径方向内側と外側の両側に繊維補強層３２を配置したものである。実施例２は、図６（Ｂ）に示すように、要補強範囲ＳＲにおいて、樹脂環状ベルト２０のタイヤ径方向内側のみに繊維補強層３２を配置したものであり、実施例３は、図６（Ａ）に示すように、要補強範囲ＳＲにおいて、樹脂環状ベルト２０のタイヤ径方向内側のみに繊維補強層３２を配置したものである。

実施例４は、図５（Ａ）に示すように、樹脂環状ベルト２０の表面全体（タイヤ径方向内側全面と外側全面）に繊維補強層３２を配置したものである。実施例５は、図７（Ｂ）に示すように、樹脂環状ベルト２０のタイヤ径方向内側全面のみに繊維補強層３２を配置したものであり、実施例６は、図７（Ａ）に示すように、樹脂環状ベルト２０のタイヤ径方向外側全面に繊維補強層３２を配置したものである。

試験では、６０００ｋｍ走行した後に、樹脂環状ベルト２０に発生した亀裂数及び亀裂進展長さを測定した。図８には、測定結果が示されている。繊維補強層３２を有する実施例１〜６では、繊維補強層３２を有さない比較例よりも、樹脂環状ベルト２０に発生した亀裂数が少なく、亀裂進展長さも短い。

また、樹脂環状ベルト２０のタイヤ径方向外側に繊維補強層３２を配置するよりも、タイヤ径方向内側に繊維補強層３２配置した方が樹脂環状ベルト２０に発生した亀裂数が少なく、亀裂進展長さも短い。樹脂環状ベルト２０のタイヤ径方向外側及び内側の両側に繊維補強層３２を配置すると、どちらか一方に配置する場合と比較して、亀裂の抑制に有効であることがわかる。

また、繊維補強層３２は、樹脂環状ベルト２０の要補強範囲ＳＲにのみ配置する場合と、全面に配置する場合とでは、亀裂数及び亀裂進展長さ同程度である。

１０ 空気入りタイヤ、 １２ ビード部、 １２Ａ ビードコア、 １８ カーカス、２０ 樹脂環状ベルト（ベルト層）、２０Ａ 補強コード、 ２０Ｂ 樹脂本体
３２ 繊維補強層、 ３２Ｂ 繊維コード（交錯繊維コード）
ＣＬ タイヤ赤道面、 Ｅ 接地端、 Ｐ ピッチ
ＳＲ 要補強範囲、 ＴＷ 接地幅

Claims (4)

1. 一対のビードコアと、
   前記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樹脂で形成された環状の樹脂本体、及び、タイヤ周方向に延在すると共にタイヤ幅方向に間隔をあけて並び前記樹脂本体に埋設された補強コード、を有するベルト層と、
   前記ベルト層のタイヤ径方向外面及び内面の少なくとも一方において、前記ベルト層のタイヤ赤道面からタイヤ幅方向外端までのベルト半幅におけるタイヤ幅方向外側の１／３の範囲内の少なくとも一部に配置され、延在方向が前記補強コードと交差すると共に前記補強コードの延在方向に対して互いに反対方向に傾斜して交錯する交錯繊維コードを有する繊維補強層と、
   を備えた空気入りタイヤ。
2. 前記繊維補強層は、タイヤ幅方向における前記補強コード間のピッチよりもタイヤ幅方向に広幅である、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記繊維補強層は、前記ベルト層のタイヤ径方向内側に配置されている、請求項１または請求項２に記載の空気入りタイヤ。
4. 前記繊維補強層は、前記ベルト層のタイヤ径方向外側に配置されている、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の空気入りタイヤ。

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