JP4348582B2

JP4348582B2 - 空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP4348582B2
Application number: JP32368199A
Authority: JP
Inventors: 凌村松; 政弘瀬川; 辰也土居
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 1999-11-15
Filing date: 1999-11-15
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2019-11-15
Also published as: JP2001138708A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硬度の高いゴムにより部分的にカーカス層が補強された空気入りタイヤに関し、特に、タイヤのサイドウォール部を薄肉化して軽量化するための技術として有用である。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題等の理由より、タイヤを軽量化することが望まれており、一般にはタイヤを薄肉化して対応する方法がとられている。その際、サイドウォール部やその周辺に対して、厚みを薄くすることが行われている。しかし、サイドウォール部等を薄くすると、特に横力に対するタイヤ剛性が低下し、このため操縦安定性が損なわれるという欠点があった。一方、高速使用されるハイパフォーマンスタイヤでは、有機材料補強層をサイドウォール部に配置してカーカス剛性を高めているなど、カーカス剛性の向上に対する要求もある。つまり、サイドウォール部の薄肉化とカーカス剛性の向上とは相反する関係にあり、サイドウォール部を薄くしながら、操縦安定性を十分維持するには、如何にして効率の良い補強を部分的に行うかが重要なポイントであった。
【０００３】
このような部分補強に関して、例えば特開平５−３２１０４号公報には、第１ベルト層の端部近傍からサイドウォール部側にかけて（バットレス部近傍）、カーカス層の外側面にショア硬度６５〜７５°の補強ゴムパッドを配置したタイヤが開示されている。
【０００４】
また、特開平７−１９１４号公報には、ベルト層の両端部を覆いつつ端部がカーカス層の上面にまで延びた高硬度ゴムシートを配置したタイヤが開示されている。更に、特開平７−２５２０５号公報には、ベルト層とカーカス層との間にＪＩＳＡ硬度７０〜８５°の補強ゴム層を配置したタイヤが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の如き従来技術は、何れも補強ゴム層をカーカス層の外側に配置するものであり、本発明者らの検討によると、このような補強のみでは、サイドウォール部の薄肉化したタイヤで、横力に対する十分なカーカス剛性を維持できないことが判明した。
【０００６】
なお、特開平３−１５７２１０号公報には、ビード部からベルト層端部の中央側のかなり広い範囲にかけて、カーカス層の内側に高硬度ゴムを配置して補強した空気入りラジアルタイヤが開示されているが、タイヤの軽量化のために効率良く部分補強を行い得るものではない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、効率良くカーカス層を補強することができ、サイドウォール部を薄くした場合でも、操縦安定性を十分維持することができる空気入りタイヤを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、高硬度ゴムによる部分的な補強について鋭意研究したところ、カーカス層の特定範囲の内側と外側の両側に高硬度ゴムを配置して補強することにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本発明は、一対の環状のビード部間を略半径方向に配列した有機繊維で補強するカーカス層と、トレッド部付近のカーカス層の外側に配置されるベルト層とを有する空気入りタイヤにおいて、タイヤ赤道より前記ベルト層の最大幅の１／４だけベルト層端部側の位置からタイヤ最大幅の位置の範囲内の少なくとも一部に対し、前記カーカス層の内側にＪＩＳＡ硬度６５〜９７°の内側補強ゴムを配置してあると共に、前記カーカス層の外側にＪＩＳＡ硬度６５〜９７°の外側補強ゴムを配置してあることを特徴とする。
【００１０】
また、前記外側補強ゴムは、前記ベルト層と前記カーカス層との間に一端が介挿され、その一端からサイドウォール部側にかけて前記カーカス層の外側に外接する一辺を有すると共に、前記一端からベルト層端部にかけて厚みが漸増しつつベルト層端部近傍の最大厚み部から他端にかけて厚みが漸減する断面形状を有することが好ましい。
【００１１】
更に、前記カーカス層の有機繊維を被覆するゴムがＪＩＳＡ硬度６０°以上であることが好ましい。
【００１２】
特に、本発明の空気入りタイヤは、サイドウォール部の有機繊維より外側ゴムの総厚み（以下「サイドウォール総厚み」という）が３．０ｍｍ以下である場合に有用である。ここで、サイドウォール総厚みとは、サイドウォール部のカーカス層を構成する有機繊維（コード）より外側のゴムの厚み、即ち、有機繊維を被覆するゴム（トッピングゴム）の厚みとサイドウォールゴムの厚みの和を指し、タイヤ最大幅の位置を中心にしてタイヤ高さの４０％の範囲で測定した厚みの平均値を採用する。
【００１３】
［作用効果］
本発明によると、実施例の結果が示すように、カーカス層の特定範囲の内側と外側の両側に高硬度ゴムを配置して補強することにより、効率良くカーカス層を補強することができ、サイドウォール部を薄くした場合でも、操縦安定性を十分維持することができる。その理由の詳細は明確ではないが、次のように推測される。
【００１４】
横力に対してカーカス剛性を高めるには、バットレス部近傍でのカーカス層の曲げ（曲率変化）に対する剛性を高めること、バットレス部近傍での隣接する有機繊維（コード）の間隔の開き（以下、「目開き」という）を少なくすること、ベルト層による補強効果をベルト層の端部近傍で高めること、などが有効であるが、本発明における内側と外側の補強ゴムは、これらのいずれに対しても効果的である。つまり、横力によるタイヤへの剪断力は、カーカス層の曲げを生じさせるが、旋回内側の場合、高硬度の補強ゴムにより曲げ反力を大きくすることができ、特に内側補強ゴムでは圧縮反力も付加されるので、より有効に曲げに対するカーカス剛性を高めることができる。一方、旋回外側についても、外側に高硬度ゴムを配置することにより、曲げ反力を大きくすることができ、圧縮反力も付加されるので、より有効に引張りに対するカーカス剛性を高めることができる。また、カーカス層のバットレス部近傍では、走行中に目開きが生じることとなるが、特にその状態で横力が負荷されると、カーカス層による補強効果が小さくなるところ、高硬度の補強ゴムをバットレス部近傍に配置することで、目開きを抑制してカーカス層による補強効果を向上させることができる。更に、ベルト層の端部近傍では、繊維配列との関係でカーカス層に対する補強効果（タガ効果）が十分でなく、その部分で横力に対するカーカス剛性が不十分となるところ、その部分の内側に高硬度の補強ゴムを配置することで、横力に対するカーカス剛性を向上させることができる。また更に、カーカス層を両側から挟むように補強ゴムが配置されるため、上記の曲げ力が各補強ゴムの圧縮力と引張り力に効果的に変換されるので、厚みの薄い補強ゴムであっても有効な補強が行え、特にタイヤの軽量化に有利になる。
【００１５】
そして、上記のように補強ゴムを配置するのが有効な場所は、タイヤ赤道よりベルト層の最大幅の１／４だけベルト層端部側の位置からタイヤ最大幅の位置の範囲内に相当する。また、補強ゴムのＪＩＳＡ硬度を６５〜９７°とすることで、上記のような補強効果が得られるが、硬度が高すぎると疲労特性や破壊特性が劣りタイヤ故障を発生させる。また、タイヤ構造によっては乗り心地も悪化して実用に供しない。
【００１６】
また、前記外側補強ゴムは、前記ベルト層と前記カーカス層との間に一端が介挿され、その一端からサイドウォール部側にかけて前記カーカス層の外側に外接する一辺を有すると共に、前記一端からベルト層端部にかけて厚みが漸増しつつベルト層端部近傍の最大厚み部から他端にかけて厚みが漸減する断面形状を有する場合、上記のような三日月形に近い断面形状により、曲げ反力を効果的に向上させてカーカス剛性を高めることができ、しかも、補強ゴムの両端部での応力集中を少なくして耐久性等を向上させることができる。
【００１７】
前記カーカス層の有機繊維を被覆するゴムがＪＩＳＡ硬度６０°以上である場合、有機繊維と内側又は外側補強ゴムとの間に硬度の低いゴムが介在しなくなるため、応力集中による層間剥離（プライセパ）の発生が防止されることとなる。また、被覆ゴムの硬度が高くなると、両側の補強ゴムと共に三者一体的な補強が行えるようになり、上記のごとき本発明の作用効果がより顕著なものになる。
【００１８】
サイドウォール総厚みが３．０ｍｍ以下である場合、上述のような横力に対するカーカス剛性を特に低下し易いところ、上記の如き本発明の作用効果により、効率良くカーカス層を補強することで、操縦安定性を十分維持することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、第１実施形態では、カーカス層の内側と外側に面状の補強ゴムを配置する例を、第２実施形態では、カーカス層の外側の補強ゴムとして断面三日月状のものを配置する例を示す。
【００２０】
〔第１実施形態〕
本発明の空気入りタイヤは、図１に示すように、一対の環状のビード部１間を略半径方向に配列した有機繊維で補強するカーカス層５と、トレッド部４付近のカーカス層５の外側に配置されるベルト層６とを有してなる。図１に示す例では、カーカス層５は、ビード部１に配置されたビードワイヤーの集合体であるビードコア１ａにて外側に折り返され係止されている。このカーカス層５は、略半径方向（ラジアル又はセミラジアル）に配列した有機繊維と、それを被覆するゴムからなり、単層又は複数層で構成される。但し、軽量化を図るには、単層（１プライ）の方が好ましい。
【００２１】
ベルト層６は、タイヤ赤道方向から傾斜（例えば２０°前後）して配列したスチールコード等と、それを被覆するゴムからなり、通常コードの配列方向（又は補強方向）が対称になるように複数層で構成される。図１に示す例では、内側ベルト層６ａと、それより若干幅の狭い外側ベルト層６ｂとを備える。なお、トレッドゴム４ａの内側のベルト層６の外側面には、更にベルト補強層などが適宜形成される。
【００２２】
本発明は、上記のようなタイヤにおいて、タイヤ赤道Ｐ１よりベルト層６の最大幅Ｗｂの１／４だけベルト層端部側の位置Ｐ２からタイヤ最大幅Ｗの位置Ｐ３の範囲内の少なくとも一部に対し、カーカス層５の内側にＪＩＳＡ硬度６５〜９７°の内側補強ゴム１０を配置してあることを特徴とする。
【００２３】
内側補強ゴム１０のＪＩＳＡ硬度が６５°未満では、前述のような補強効果が十分とならず、ＪＩＳＡ硬度が９７°を超えると、乗り心地の悪化や故障が発生し実用に供しない。かかる観点から、好ましくはＪＩＳＡ硬度６５〜９０°、更に好ましくはＪＩＳＡ硬度７０〜８５°である。
【００２４】
内側補強ゴム１０としては、カーボンブラック等の添加剤の種類又は量を調節するなど、公知の方法により硬度調整したゴム材料を用いればよい。なお、ゴムの種類としては、カーカス層５の被覆ゴムやインナーライナー７との接合性を考慮した選択が通常行われる。
【００２５】
また、内側補強ゴム１０を配置する場所としては、位置Ｐ２から位置Ｐ３の範囲内の一部又は全部（更に広い部分を補強する場合を含む）であればよく、位置Ｐ２から位置Ｐ３の範囲の中央の位置Ｐ４を中心として、上記範囲内の３０〜７０％の範囲を補強してあるのが好ましい。なお、内側補強ゴム１０はカーカス層５に内接させるのが好ましい。
【００２６】
内側補強ゴム１０の幅は２０〜７０ｍｍ程度が好ましく、厚みは０．３〜１．５ｍｍ程度が好ましい。なお、内側補強ゴム１０としては、曲げ反力を効果的に向上させつつ、両端部での応力集中を防止する観点から、その断面形状が、中央又はその付近から両端にかけて厚みが漸減するものが好ましい。
【００２７】
第１実施形態では、位置Ｐ２から位置Ｐ３の範囲内の少なくとも一部に対し、カーカス層５の外側面に沿うようにＪＩＳＡ硬度６５〜９７°の面状の外側補強ゴム１１を配置してある。ここで、面状とは、シート状やシート状に近い形状を指しており、厚み一定のシート状物に限定しない趣旨である。
【００２８】
外側補強ゴム１１のＪＩＳＡ硬度は、内側補強ゴム１０と同様の理由から、好ましくはＪＩＳＡ硬度６５〜９０°、更に好ましくはＪＩＳＡ硬度７０〜８５°である。また、面状の外側補強ゴム１１を配置する場所も、内側補強ゴム１０と同様の理由から、位置Ｐ４を中心として、上記範囲内の３０〜７０％の範囲とするのが好ましい。但し、ベルト層側の端部は、ベルト層６の内側に配置するのが好ましい。なお、外側補強ゴム１１の幅は２０〜７０ｍｍ程度が好ましく、厚みは０．３〜３ｍｍ程度が好ましい。
【００２９】
前記カーカス層５の有機繊維を被覆するゴムは、ＪＩＳＡ硬度６０°以上であるのが好ましく、ＪＩＳＡ硬度６５°以上であるのがより好ましい。有機繊維としては、ポリエステル、ナイロン等が好ましく使用される。なお、カーカス層５のビード部１近傍には、適宜、その他の補強層が形成される。
【００３０】
本発明では、サイドウォール部２の外側ゴム、即ち、サイドウォールゴム２ａ及びカーカス層５の被覆ゴムの厚みが、３．０ｍｍ以下であるのが好ましく、２．５ｍｍ以下がより好ましい。このようなサイドウォール部の薄肉化により、タイヤの軽量化を行うことができる。なお、上記で説明した以外のタイヤ構造、材料等については、従来公知の技術が何れも採用できる。
【００３１】
〔第２実施形態〕
第２実施形態では、図２に示すように、ベルト層６とカーカス層５との間に一端２１ａが介挿され、その一端２１ａからサイドウォール部２側にかけてカーカス層５の外側に外接する一辺を有すると共に、一端２１ａからベルト層端部にかけて厚みが漸増しつつベルト層端部近傍の最大厚み部２１ｂから他端２１ｃにかけて厚みが漸減する断面形状にて、ＪＩＳＡ硬度６５〜９７°の外側補強ゴム２１を配置してある。以下、第１実施形態と相違する部分のみについて説明する。
外側補強ゴム２１の一端２１ａが介挿される位置としては、位置Ｐ２からベルト層端部までの範囲内が好ましく、位置Ｐ２からベルト層端部より最大幅Ｗｂの１／２０だけベルト層中央側までの範囲内がより好ましい。また、外側補強ゴム２１の他端２１ｃが配置される位置としては、位置Ｐ４より位置Ｐ３側が好ましい。
【００３２】
外側補強ゴム２１の好ましいＪＩＳＡ硬度は、外側補強ゴム１１と同様であり、公知の方法により硬度調整したゴム材料などを用いればよい。外側補強ゴム２１の幅は２０〜７０ｍｍ程度が好ましく、最大厚み部２１ｂの厚みは１〜７ｍｍ程度、特に２〜３ｍｍが好ましい。
【００３３】
〔他の実施形態〕
以下、本発明の他の実施の形態について説明する。
【００３４】
（１）前述の実施形態では、カーカス層の内側に面状の補強ゴムを設けた例を示したが、図３に示すように中央から両端２０ａ，２０ｃにかけて厚みが漸減する断面三日月状の内側補強ゴム２０を設けてもよい。このような断面形状にすることで、曲げ反力を効果的に向上させつつ、両端部での応力集中を防止することができる。
【００３５】
なお、内側補強ゴム２０の両端２０ａ，２０ｃを配置する位置は、第１実施形態と同様である。内側補強ゴム２０の幅は２０〜７０ｍｍ程度が好ましく、最大厚み部２０ｂの厚みは１〜７ｍｍ程度、特に２〜３ｍｍが好ましい。
【００３６】
（２）前述の実施形態では、補強ゴムを単層で構成した例を示したが、補強ゴムを複数層で構成してもよい。その場合、少なくとも１層が前述のＪＩＳＡ硬度の範囲内であればよい。また、本発明は、従来公知の各種の補強層と組み合わせてもよい。
【００３７】
【実施例】
以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。
【００３８】
実施例１−１〜４及び比較例１
概ね図２に示す構造のタイヤにおいて、パッド状の外側補強ゴムの硬度、内側補強ゴムの硬度、カーカス層の被覆ゴムの硬度、及びサイドウォール総厚みが表１に示す値となるように、サイズ２０５／５５Ｒ１６の空気入りタイヤを作製した。その際、内側補強ゴムの厚みを１．０ｍｍ、幅を５０ｍｍとし、外側補強ゴムの最大厚みを２．５ｍｍ、幅を３０ｍｍとした。また、比較例として、外側補強ゴムの硬度、及び内側補強ゴムの硬度を高めていない空気入りタイヤを作製した。なお、硬度は何れもＪＩＳＡ硬度であり、タイヤからカッターナイフでなるべく平滑になるようにサンプルを切り出し、計測面と平行になるように裏面をバフ研磨して計測用サンプルを調製し、ＷＡＬＬＡＣＥ製のミクロハードネステスターを用いて測定した。
【００３９】
これらの空気入りタイヤを後輪駆動の排気量２５００ｃｃの国産乗用車に装着し、一周３．７ｋｍのテストコース（一般的なラップタイムが一周１２０秒前後のサーキットコース）にて、ラップタイムの測定と操縦安定性とを評価した。なお、ラップタイムは短い程良好であり、−１．０秒はかなり良好な値である。また、操縦安定性は、コーナリング走行安定性等を含めたドライバーのフィーリングで１０段階評価したものであり、点数が高いほど良好で、１点差は一般人でも判別できる。
【００４０】
また、カーカス耐久性について次のように評価した。米国自動車安全基準ＦＭＶＳＳ１０９に耐久試験として定める条件に準拠して、規定荷重で規定時間試験を行い、故障の発生は認められず合格したが、更に速度８５ｋｍ／ｈ、荷重１４０％で故障するまでドラム走行を続けた。故障して走行不可能になるまでの走行時間を、比較タイヤを１００として各タイヤの走行時間を指数で示した。
【００４１】
その結果を表１に示す。
【００４２】
【表１】

実施例のタイヤでは、ラップタイム及び操縦安定性がかなり改善され、被覆ゴムによる耐久性向上の効果も認められる。
【００４３】
実施例１−５〜６
実施例１−１〜４においてサイドウォール総厚みを２．８ｍｍとする以外は同様にして、表２に示すような空気入りタイヤを作製し、評価試験を行った。その結果を比較例１の結果と併せて表２に示す。
【００４４】
【表２】

実施例のタイヤでは、サイドウォール部をかなり薄くした場合でも、ラップタイム及び操縦安定性が改善される。
【００４５】
実施例２−１〜４及び比較例２
概ね図１に示す構造のタイヤにおいて、シート状の外側補強ゴムの硬度、内側補強ゴムの硬度、カーカス層の被覆ゴムの硬度、及びサイドウォール総厚みが表３に示す値となるように、サイズ２０５／５５Ｒ１６の空気入りタイヤを作製した。その際、内側補強ゴムの厚みを１．０ｍｍ、幅を５０ｍｍとし、外側補強ゴムの厚みを１．５ｍｍ、幅を３５ｍｍとした。また、比較例として、外側補強ゴムの硬度、及び内側補強ゴムの硬度を高めていない空気入りタイヤを作製した。これらの空気入りタイヤを用いて、実施例１と同様に評価試験を行った結果を表３に示す。
【００４６】
【表３】

実施例のタイヤでは、ラップタイム及び操縦安定性がかなり改善され、被覆ゴムによる耐久性向上の効果も認められる。
【００４７】
比較例３−１〜３
実施例１−５において、内側補強ゴムと外側補強ゴムの両方又は何れかの硬度を高めない以外は同様にして表４に示すような空気入りタイヤを作製し、評価試験を行った。その結果を実施例１−５および比較例１の結果と併せて表４に示す。
【００４８】
【表４】

実施例のタイヤでは、サイドウォール部を薄くした場合でも、ラップタイム及び操縦安定性を改善できるのに対し、内側又は外側の何れかだけを高硬度にした比較例３−２，３−３では、ラップタイム及び操縦安定性の改善には至らなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の空気入りタイヤの一例を示す部分断面図
【図２】第２実施形態の空気入りタイヤの一例を示す部分断面図
【図３】他の実施形態の空気入りタイヤの一例を示す部分断面図
【符号の説明】
１ビード部
４トレッド部
５カーカス層
６ベルト層
１０内側補強ゴム
１１外側補強ゴム
２０内側補強ゴム
２１外側補強ゴム
Ｐ１タイヤ赤道
Ｐ２位置（１／４Ｗｂ）
Ｐ３タイヤ最大幅の位置
Ｗタイヤ最大幅
Ｗｂベルト層の最大幅

Claims

一対の環状のビード部間を略半径方向に配列した有機繊維で補強するカーカス層と、トレッド部付近のカーカス層の外側に配置されるベルト層とを有する空気入りタイヤにおいて、
タイヤ赤道より前記ベルト層の最大幅の１／４だけベルト層端部側の位置からタイヤ最大幅の位置の範囲内の少なくとも一部に対し、前記カーカス層の内側にＪＩＳＡ硬度６５〜９７°の内側補強ゴムを配置してあると共に、前記カーカス層の外側にＪＩＳＡ硬度６５〜９７°の外側補強ゴムを配置してあることを特徴とする空気入りタイヤ。
前記外側補強ゴムは、前記ベルト層と前記カーカス層との間に一端が介挿され、その一端からサイドウォール部側にかけて前記カーカス層の外側に外接する一辺を有すると共に、前記一端からベルト層端部にかけて厚みが漸増しつつベルト層端部近傍の最大厚み部から他端にかけて厚みが漸減する断面形状を有する請求項１記載の空気入りタイヤ。
前記カーカス層の有機繊維を被覆するゴムがＪＩＳＡ硬度６０°以上である請求項１又は２記載の空気入りタイヤ。
サイドウォール部の有機繊維より外側ゴムの総厚みが３．０ｍｍ以下である請求項１〜３いずれかに記載の空気入りラジアルタイヤ。