JP4190059B2 - 空気入りラジアルタイヤ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、波状の補強要素が埋設されているベルト強化層をトレッド部に配置した空気入りラジアルタイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両の高速化、低床化に伴ってタイヤの偏平化が進んできているが、このようにタイヤが偏平化してくると、内圧充填によるトレッド部の半径方向外側への径成長が大きくなり、この結果、ベルト端にセパレーションが発生し易くなってタイヤ耐久性が低下してしまうのである。
【０００３】
このような問題を解決するため、従来、例えば特開平２ー２０８１０１号公報に記載されているような空気入りラジアルタイヤが提案されており、このものは、ベルト層とカーカス層の間に、内部に全体としてタイヤ赤道面に平行に延びるとともに波状に屈曲している補強要素が埋設されたベルト強化層を配置し、該ベルト強化層のたが効果によってトレッド部の半径方向外側への径成長を抑制するようにしたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そして、前述のようなベルト強化層をベルト層とカーカス層との間に配置すると、ある程度ベルト端セパレーションの発生を抑制することができるが、最近、タイヤの偏平化がさらに進んできたため、ベルト端セパレーションを充分に抑制することができなくなってきた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明者は前述のようなベルト強化層が配置されたタイヤにおいてベルト端セパレーションがどのように発生するか、鋭意研究を行い、以下のような知見を得た。即ち、走行中に前記タイヤによって石等の突起物を、特にタイヤ赤道面とトレッド端との中間領域において踏むと、該突起物を踏んだ部位のベルト層が半径方向内側に押し込まれて凹むが、このときの凹みの傾斜の程度は周方向に比較して軸方向で急激であるということである。そして、このようなことから突起物を踏んだとき、ベルト層を構成するベルトプライ間に大きな軸方向剪断歪が、特にベルトプライ端に最も大きな軸方向剪断歪が発生し、これが前述のようなベルト端セパレーションを引き起こしていたことを知見したのである。
【０００６】
そこで、本発明者は前述のようにベルト層が変形する原因の解析を試みた。その結果、原因は２つあることが判明した。第１の原因は、各ベルトプライ内に埋設されている補強要素が、トレッド部の径成長を効果的に抑制すべく、タイヤ赤道面に対して小さな傾斜角、通常15度〜30度の範囲で交差し、また、ベルト強化層内に埋設されている補強要素は前述のように全体としてタイヤ赤道面に平行に延びているため、ベルト層およびベルト強化層全体の軸方向曲げ剛性がかなり低いということである。また、第２の原因は、前述のようにベルト強化層内には全体としてタイヤ赤道面に平行に延びている補強要素が埋設されているため、内圧充填によりタイヤ内に発生する周方向張力の大部分をベルト強化層が負担することとなる。この結果、ベルト強化層の軸方向外側端において剛性が急激に低下し、これにより、突起物から前述のような外力を受けると、剛性の高いベルト強化層は１枚の変形可能な板のように機能し、その軸方向外側端を支点（不動点）として凹むよう変形するということである。
【０００７】
このような知見および解析結果を基に本発明者は鋭意研究を重ね、請求項１に記載されているような、軸方向外側端がベルト強化層の軸方向外側端より軸方向外側に位置するとともに、内部に埋設されている多数本の補強要素のタイヤ赤道面に対する傾斜角が前記ベルトプライ内の補強要素のタイヤ赤道面に対する傾斜角より大であるベルト補強層を配置することを案出したのである。そして、このようにベルト強化層より幅広で軸方向曲げ剛性の高いベルト補強層を配置すれば、ベルト層およびベルト強化層全体の軸方向曲げ剛性が該ベルト補強層により高められるとともに、突起物から外力を受けたときの変形の支点がベルト強化層の軸方向外側端からベルト補強層の軸方向外側端まで軸方向外側に移動し、この結果、ベルト層の凹みの傾斜の程度が緩慢となってベルトプライ間に発生する軸方向剪断歪が小さくなり、これにより、ベルト端セパレーションの発生が抑制されるのである。
【０００８】
また、ベルト補強層とベルト層との間に発生する剪断歪を抑えることで、これらの間のセパレーションを効果的に抑制することができる。
さらに、請求項２に記載のように構成すれば、ベルト層をカット等の外傷から有効に保護することができるとともに、ベルト補強層が前記凹み変形の中立面から遠く離れることになるため、ベルト層、ベルト強化層全体の軸方向曲げ剛性を効果的に高めることができる。
また、ベルト補強層内の補強要素の傾斜方向を該ベルト補強層に隣接しているベルトプライ内の補強要素の傾斜方向と逆方向とすると、ベルト補強層とベルト層との間に大きな剪断歪が発生してセパレーションに至るおそれがあるが、請求項３に記載のように構成すれば、このようなセパレーションの発生を防止することができる。
また、請求項４に記載のように構成すれば、セパレーションを防止しながらベルト層、ベルト強化層全体の軸方向曲げ剛性を格段に高めることができる。
さらに、請求項５に記載のように構成すれば、ベルト補強層の軸方向外側端部とベルトプライとの間の剪断歪を効果的に緩和することができ、これにより、これらの間のセパレーションを効果的に抑制することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１、２において、11はトラック、バス等に用いられ偏平比が0.60以下の重荷重用空気入りラジアルタイヤであり、このタイヤ11は環状のビードコア12が埋設された一対のビード部13と、これらビード部13から略半径方向外側に向かってそれぞれ延びる一対のサイドウォール部14と、これらサイドウォール部14の半径方向外端同士を連ねるトレッド部15とを備えている。また、このタイヤ11は一方のビードコア12から他方のビードコア12まで延び、サイドウォール部14およびトレッド部15を補強する略トロイダル状のカーカス層17を有し、このカーカス層17は少なくとも１枚、ここでは１枚のカーカスプライ18から構成されている。該カーカスプライ18内にはほぼラジアル方向（子午線方向）に延びる多数本の補強要素19が埋設され、これら補強要素19は非伸張性材料、例えばスチール、アラミド繊維のコードあるいはモノフィラメントから構成されている。前記カーカス層17の半径方向外側には内圧充填等によるトレッド部15の径成長を抑制するベルト層21が配置され、このベルト層21は２枚以上の、ここでは２枚の第１、第２ベルトプライ22、23を重ね合わせることで構成している。各ベルトプライ22、23内には内部にタイヤ赤道面Ｓに対して10度〜30度、ここではいずれも22度の傾斜角Ａで傾斜した多数本の補強要素24、25が埋設され、これらの補強要素24、25は非伸張性材料、例えばスチール、アラミド繊維のコードあるいはモノフィラメントから構成されている。そして、前記ベルトプライ22、23内の補強要素24、25の傾斜方向は、これら２枚のベルトプライ22、23において逆方向となるよう、ここでは補強要素24が右上がり、補強要素25が左上がりに配置されている。なお、ベルトプライの枚数が３枚以上のときには、３枚目以降のベルトプライ内の補強要素は前記補強要素24または25と同一方向に傾斜する。前記ベルト層21の半径方向外側にはトレッド27が配置され、このトレッド27の外表面には主溝、横溝等の溝28が形成されている。
【００１０】
30はカーカス層17とベルト層21との間に配置され、最小幅のベルトプライ、ここでは第２ベルトプライ23より狭幅であるベルト強化層であり、このベルト強化層30は少なくとも１枚、この実施例では２枚の強化プライ31から構成されている。各強化プライ31内には全体としてタイヤ赤道面Ｓに平行に延びる補強要素32が埋設され、これらの補強要素32は非伸張性材料、例えばスチール、アラミド繊維のコードあるいはモノフィラメントから構成されるとともに、強化プライ31の表裏面に平行な平面内において波状、例えば正弦波、方形波、三角波状、ジグザグ状に実質上同一波長で屈曲している。そして、このベルト強化層30は、例えば補強要素32を少数本並べてゴム被覆したリボン状体をカーカス層17の外側に螺旋状に多数回巻き付けることで構成する。
【００１１】
35はベルト層21に重ね合わせて配置したベルト補強層であり、このベルト補強層35は軸方向外側端35ａがベルト強化層30の軸方向外側端30ａより軸方向外側に位置するとともに、少なくとも１枚、ここでは１枚の補強プライ36から構成されている。前記補強プライ36の内部には多数本の補強要素37が埋設され、これらの補強要素37は非伸張性材料、例えばスチール、アラミド繊維のコードあるいはモノフィラメントから構成されるとともに、タイヤ赤道面Ｓに対する傾斜角Ｂが前記第１、第２ベルトプライ22、23内の補強要素24、25のタイヤ赤道面Ｓに対する傾斜角Ａのいずれよりも大となっている。このようにベルト強化層30より幅広で軸方向曲げ剛性の高いベルト補強層35を配置すれば、ベルト層21およびベルト強化層30全体の軸方向曲げ剛性が該ベルト補強層35により高められるとともに、突起物から外力を受けたときの変形の支点がベルト強化層30の軸方向外側端30ａからベルト補強層35の軸方向外側端35ａまで軸方向外側に移動し、この結果、突起物から外力を受けたときにベルト層21に生じる凹みの傾斜の程度が緩慢となって第１、第２ベルトプライ22、23間に発生する軸方向剪断歪が小さくなり、これにより、ベルト端セパレーションの発生が抑制されるのである。
【００１２】
ここで、前記ベルト補強層35の軸方向外側端35ａは、この実施形態のように最小幅ベルトプライ、ここでは第２ベルトプライ23の軸方向外側端23ａより軸方向内側に位置させる。その理由は、このようにすればベルト補強層35とベルト層21との間に発生する剪断歪を抑えることで、これらの間のセパレーションを効果的に抑制することができるからである。また、前記ベルト補強層35は、この実施形態のように半径方向最外側に位置しているベルトプライ、ここでは第２ベルトプライ23の半径方向外側に配置することが好ましい。その理由は、このようにすればベルト層21をカット等の外傷から有効に保護することができるとともに、該ベルト補強層35が前記凹み変形の中立面から遠く離れることになるため、ベルト層21、ベルト強化層30全体の軸方向曲げ剛性を効果的に高めることができからである。なお、このベルト補強層35を、カーカス層17とベルト強化層30との間、ベルト強化層30とベルト層21との間あるいは第１、第２ベルトプライ22、23間に配置してもよく、この場合にはベルト層21、ベルト強化層30全体の軸方向曲げ剛性をある程度高めることができる。さらに、前記ベルト補強層35内の補強要素37のタイヤ赤道面Ｓに対する傾斜方向は、この実施形態のように該ベルト補強層35に隣接している第２ベルトプライ23内の補強要素25の傾斜方向と同一方向、ここでは左上がりとすることが好ましい。その理由は、前記傾斜方向を逆方向とすると、ベルト補強層35とベルト層21、詳しくは第２ベルトプライ23との間に大きな剪断歪が発生してセパレーションに至るおそれがあるが、前述のように傾斜方向を同一方向とすると、ベルト補強層35とベルト層21との間に生じる剪断歪が小さくなり、これによって該部位でのセパレーションの発生を防止することができるからである。また、前記ベルト補強層35内の補強要素37のタイヤ赤道面Ｓに対する傾斜角Ｂは、ベルト層21、ベルト強化層30全体の軸方向曲げ剛性を効果的に高めるためには、30度以上とすることが好ましく、40度〜70度の範囲内とすることが、ベルト層21とベルト補強層35との間のセパレーションを防止しながら、ベルト層21、ベルト強化層30全体の軸方向曲げ剛性を格段に高めるためには、さらに好ましい。また、この実施形態では前記ベルト補強層35の軸方向外側端部と該ベルト補強層35に隣接するベルトプライ、ここでは第２ベルトプライ23の軸方向外側端部との間に緩衝ゴム層41を配置し、補強プライ36、第２ベルトプライプライ23の軸方向外側端部における補強要素37、25間の距離を、補強プライ36のコーティングゴム厚さと第２ベルトプライ23のコーティングゴム厚さとの和の値より大となるようにしている。これは、前述のようにベルト補強層35内の補強要素37の傾斜角Ｂを大とすると、ベルト補強層35、ベルト層21の軸方向外側端部間における剪断歪が増大してしまうが、このように増大した剪断歪を効果的に吸収緩衝して該部位におけるセパレーションの発生を抑制するためである。ここで、このようなセパレーションの抑制を確実とするには、緩衝ゴム層41として、補強プライ36、第２ベルトプライプライ23の軸方向外側端部における補強要素37、25間の距離が 1.5mm以上となるような肉厚のものを用いればよい。
【００１３】
【実施例】
次に、試験例について説明する。この試験に当たっては、従来タイヤ、比較タイヤ１〜３および供試タイヤ１〜１３並びに参考タイヤ１を準備したが、各タイヤのサイズは285/60Ｒ22.5であり、また、第１、第２ベルトプライの幅はそれぞれ 240mm、 220mm、第１、第２ベルトプライ内の補強要素のタイヤ赤道面に対する傾斜角は共に22度、ベルト強化層の幅は 160mmであった。ここで、従来タイヤは、ベルト補強層が設けられていないタイヤである。また、比較タイヤ１は、ベルト補強層内の補強要素の傾斜角Ｂがベルト層（ベルトプライ）内の補強要素の傾斜角Ａと同一で、しかも、ベルト補強層の幅がベルト強化層の幅より狭い（ベルト補強層の軸方向外側端がベルト強化層の軸方向外側端より軸方向内側に位置している）タイヤであり、一方、比較タイヤ２は、比較タイヤ１と同様にベルト補強層内の補強要素の傾斜角Ｂがベルト層（ベルトプライ）内の補強要素の傾斜角Ａと同一であるが、ベルト補強層の幅がベルト強化層の幅より広い（ベルト補強層の軸方向外側端がベルト強化層の軸方向外側端より軸方向外側に位置している）タイヤであり、さらに、比較タイヤ３は、ベルト補強層内の補強要素の傾斜角Ｂがベルト層（ベルトプライ）内の補強要素の傾斜角Ａより大であるが、ベルト補強層の幅がベルト強化層の幅より狭い（ベルト補強層の軸方向外側端がベルト強化層の軸方向外側端より軸方向内側に位置している）タイヤである。また、供試タイヤ１〜１３および参考タイヤ１は、いずれもベルト補強層の幅がベルト強化層の幅より広く（ベルト補強層の軸方向外側端がベルト強化層の軸方向外側端より軸方向外側に位置しており）、かつ、ベルト補強層内の補強要素の傾斜角Ｂがベルト層（ベルトプライ）内の補強要素の傾斜角Ａより大であるタイヤであるが、供試タイヤ１から供試タイヤ７までは、他の諸元を同一として、傾斜角Ｂを供試タイヤ７に近づくに従い大としている。また、前述の供試タイヤ１〜７においては、ベルト補強層の幅を最小幅ベルトプライの幅より小としている（ベルト補強層の軸方向外側端を最小幅ベルトプライの軸方向外側端より軸方向内側に位置させている）が、参考タイヤ１においては、ベルト補強層の幅を最小幅ベルトプライの幅より大としている（ベルト補強層の軸方向外側端を最小幅ベルトプライの軸方向外側端より軸方向外側に位置させている）。さらに、前述の供試タイヤ１〜７においては、ベルト補強層を半径方向最外側に位置しているベルトプライの半径方向外側に配置しているが、供試タイヤ８、９、１０においては、ベルト補強層をそれぞれベルト強化層とベルト層との間（表１にＸと表示）、カーカス層とベルト強化層との間（表１にＹと表示）およびベルト層を構成する２枚のベルトプライ間（表１にＺと表示）に配置している。また、前述の供試タイヤ１〜７においては、ベルト補強層内の補強要素の傾斜方向を該ベルト補強層に隣接しているベルトプライ内の補強要素の傾斜方向と同一方向としているが、供試タイヤ１１においては、ベルト補強層内の補強要素の傾斜方向を該ベルト補強層に隣接しているベルトプライ内の補強要素の傾斜方向と逆方向としている。さらに、前述の供試タイヤ１〜７においては、ベルト補強層の軸方向外側端部と該ベルト補強層に隣接するベルトプライの軸方向外側端部との間に緩衝ゴム層を配置することで、これらベルト補強層、ベルトプライの補強要素間のゴム厚さを 1.5mmとしているが、供試タイヤ１２においては、前述の緩衝ゴム層を省略し、補強要素間のゴム厚さを 0.6mmとしている。また、前述の供試タイヤ１〜７においては、ベルト補強層の幅を 190mmとしているが、供試タイヤ１３においては、ベルト補強層の幅を供試タイヤ１〜７より若干狭く、 170mmとしている。
【００１４】
そして、ベルト補強層幅（mm）、ベルト補強層内の補強要素のタイヤ赤道面に対する傾斜角、即ち、補強要素傾斜角（度）、ベルト補強層の軸方向外側端と該ベルト補強層に隣接するベルトプライの軸方向外側端部における補強要素間のゴム厚さ（mm）の具体的数値およびベルト補強層が配置されているベルト補強層位置については、以下の表１に記載されている。
【表１】

この表１において、故障箇所がプライ間とは、セパレーションが第１、第２ベルトプライの軸方向外側端部間に発生したことを、最外層端とは、セパレーションがベルト補強層の軸方向外側端に発生したことを意味する。
【００１５】
次に、これら各タイヤを9.00×22.5のリムに装着して 9.0kg/cm^２の内圧を充填した後、3150kgの荷重を作用させながら突起付きドラムの周囲を時速60kmの速度で、ベルト層またはベルト補強層に故障（セパレーション）が発生するまで走行させ、その走行距離を測定した。その結果を前記表１に従来タイヤを 100として指数で示しているが、指数 120以上が市場の要求レベルであり、 140以上が好適範囲である。また、この表１には故障の発生箇所も表示している。
【００１６】
そして、この表１から以下のことが理解される。即ち、比較タイヤ１〜３のように本願発明から外れたタイヤにおいては、従来タイヤに比較して若干走行距離が延びるだけで、セパレーションを殆ど抑制することができない。一方、供試タイヤ１〜７においては、ベルト補強層内の補強要素の傾斜角が大きくなるほどセパレーションの抑制効果が高くなっているが、前記傾斜角が70度を超えると、ベルト補強層の軸方向外側端にセパレーションが発生するため、走行距離が短くなっている。また、供試タイヤ８〜１０のようにベルト補強層をベルト強化層とベルト層との間、カーカス層とベルト強化層との間またはベルト層のベルトプライ間ではなく、最外側ベルトプライの半径方向外側に配置したり、供試タイヤ１１のようにベルト補強層内の補強要素の傾斜方向を該ベルト補強層に隣接しているベルトプライ内の補強要素の傾斜方向と逆方向ではなく同一方向とした場合には、セパレーション抑制効果が大となっている。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、突起物を踏んだとき等の変形に基づくベルト端セパレーションの発生を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を示すタイヤの子午線断面図である。
【図２】一部が破断された平面図である。
【符号の説明】
11…空気入りラジアルタイヤ 17…カーカス層
19…補強要素 21…ベルト層
22、23…ベルトプライ 23ａ…軸方向外側端
24、25…補強要素 27…トレッド
30…ベルト強化層 30ａ…軸方向外側端
32…補強要素 35…ベルト補強層
35ａ…軸方向外側端 37…補強要素
41…緩衝ゴム層 Ｓ…タイヤ赤道面
Ａ…傾斜角 Ｂ…傾斜角

Claims (5)

1. 内部にほぼラジアル方向に延びる多数本の補強要素が埋設されている略トロイダル状のカーカス層と、該カーカス層の半径方向外側に配置され、タイヤ赤道面に対して傾斜している多数本の補強要素が埋設された２枚以上のベルトプライから構成されるとともに、２枚のベルトプライの補強要素の傾斜方向は逆方向であるベルト層と、該ベルト層とカーカス層の間に配置されるとともに、内部に全体としてタイヤ赤道面に平行に延びるとともに波状に屈曲している補強要素が埋設され、最小幅ベルトプライより狭幅であるベルト強化層と、ベルト層の半径方向外側に配置されたトレッドとを備えた空気入りラジアルタイヤにおいて、軸方向外側端がベルト強化層の軸方向外側端より軸方向外側に位置するとともに、内部に埋設されている多数本の補強要素のタイヤ赤道面に対する傾斜角が前記ベルトプライ内の補強要素のタイヤ赤道面に対する傾斜角より大であるベルト補強層を配置し、前記ベルト補強層の軸方向外側端を最小幅ベルトプライの軸方向外側端より軸方向内側に位置させたことを特徴とする空気入りラジアルタイヤ。
2. 前記ベルト補強層を半径方向最外側に位置しているベルトプライの半径方向外側に配置した請求項１記載の空気入りラジアルタイヤ。
3. 前記ベルト補強層内の補強要素の傾斜方向は該ベルト補強層に隣接しているベルトプライ内の補強要素の傾斜方向と同一方向である請求項２に記載の空気入りラジアルタイヤ。
4. 前記ベルト補強層内の補強要素の傾斜角は40度〜70度の範囲内である請求項１〜３のいずれかに記載の空気入りラジアルタイヤ。
5. 前記ベルト補強層の軸方向外側端部と該ベルト補強層に隣接するベルトプライの軸方向外側端部との間に緩衝ゴム層を配置した請求項２〜４のいずれかに記載の空気入りラジアルタイヤ。

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