JP4562486B2

JP4562486B2 - 空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP4562486B2
Application number: JP2004299707A
Authority: JP
Inventors: 誠石山
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2004-10-14
Filing date: 2004-10-14
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2024-10-14
Also published as: JP2006111106A

Description

この発明は、ベルト層に重なり合う補強層を設けた空気入りタイヤに関する。

一般に、空気入りタイヤ11の内部には所定圧の内圧が充填されているため、図８に示すように、該空気入りタイヤ11を構成するカーカス層12、ベルト層13は前記内圧を受けて半径方向外側に膨出しようとする。ここで、接地領域に位置するカーカス層12、ベルト層13のうち、陸部14（リブ、ブロック等）に重なり合っている部位は、該陸部14が突っ張りとなって前述の膨出変形が規制されるが、陸部14間の主溝15に重なり合っている部位は、突っ張りとなる陸部14が存在せず、しかも、ベルト層13内の補強コードはタイヤ赤道に対し10〜40度の角度で傾斜し幅方向曲げ剛性が低いため、半径方向外側に向かって弧状に突出するよう膨出変形してしまう。

そして、このように主溝15に重なり合っている部位近傍のカーカス層12、ベルト層13が弧状に変形すると、この変形が周囲の陸部14に伝達されて主溝15近傍の陸部14における圧縮量が陸部14の中央部における圧縮量より大となり、この結果、陸部14における接地圧が、主溝15近傍の幅方向両側部では高く、一方、幅方向中央部では低くなって不均一となり、操縦安定性が低下するとともに、陸部14の幅方向両側部が中央部に比較して早期摩耗することにより偏摩耗が生じて耐摩耗性が低下するという問題があった。

また、タイヤ内圧が漏出しても安全に走行することができる空気入りタイヤ21として、図９に示すようなサイドウォール部22の内面側に断面略三日月状の補強ゴム層23を配設したランフラットタイヤが提案されているが、このような空気入りタイヤ21でランフラット走行（タイヤ内圧が０となった状態での走行）を行うと、サイドウォール部22が潰れて幅方向外側に膨出変形する一方、トレッド部24は全体が半径方向内側に向かって弧状に変形（トレッド中央部が路面から浮き上がるよう変形）する。そして、このようにトレッド部24の全体が弧状に変形すると、該トレッド部24内のベルト層25も同様に弧状に変形し、この結果、トレッド端部における発熱が増加するとともに、サイドウォール部22における変形が助長されるという問題があった。

このような問題を解決するため、例えば以下の特許文献１に記載されているように、タイヤ赤道に対する傾斜角が70〜90度の範囲内である多数本のスチールコードが埋設され、幅が幅方向最外側に位置する２本の主溝における外側壁面間の間隔より広幅である補強層を１層だけベルト層に重ね合わせて配置し、これにより、該補強層内の各スチールコードを曲げに抵抗する剛性の高い梁として機能させるとともに、該スチールコードを前記弧状変形により発生する圧縮あるいは引張に対する抵抗として機能させて弧状変形を抑制することも考えられる。
特開平１０−４４７１２号公報

しかしながら、このような従来の空気入りタイヤにあっては、前述したベルト層の部分的あるいは全体的な弧状変形をある程度抑制することができるものの、近年、車両の乗り心地性向上、対費用効果向上等の要求から、空気入りタイヤにさらなる操縦安定性、耐久性が求められるようになってきたが、前述したような従来の空気入りタイヤでは、充分にその要求に応えることができないという課題があった。

この発明は、ベルト層の部分的あるいは全体的な弧状変形を強力に抑制することができる空気入りタイヤを提供することを目的とする。

このような目的は、ビード間をトロイダル状に延び２枚のカーカスプライからなるカーカス層と、該カーカス層の半径方向外側に配置され、少なくとも２枚のベルトプライからなるベルト層と、前記カーカス層、ベルト層の半径方向外側に配置され、外周に複数本の主溝が形成されたトレッドとを備えた空気入りタイヤにおいて、タイヤ赤道に対する傾斜角が60〜90度の範囲内である多数本のスチールコードが埋設され、幅が幅方向最外側に位置する２本の主溝における外側壁面間の間隔より広幅である補強層をベルト層に重ね合わせて２層設けるとともに、これら２層の補強層間に全ベルトプライおよび半径方向外側のカーカスプライを介装することにより、達成することができる。

前述のようにベルト層が内圧によって主溝の位置で部分的に、あるいは、ランフラット走行によって全体的に弧状に変形すると、このような弧状変形によって曲げの中立軸（通常、半径方向最内側のベルトプライ近傍に位置している）より凸側においては引張力が、凹側においては圧縮力が発生する。このため、この発明においては、曲げの中立軸から離れた位置に補強層を配置するとともに、該補強層内に主溝にほぼ直交するヤング率の高いスチールコードを埋設し、これらスチールコードを前記引張力、圧縮力に対する抵抗として機能させたのである。

そして、この発明では、前述のような補強層を２層設けるとともに、これら２層の補強層間に全ベルトプライおよび半径方向外側のカーカスプライを介装し、曲げの中立軸の両側に補強層を１層ずつ配置したので、これら補強層が引張力、圧縮力の双方に対し抵抗として強力に機能する。

しかも、前記補強層内に埋設されている各スチールコードは主溝を横切ることで、弧状変形に抵抗する剛性の高い梁としても機能するが、このような補強層を２層設けたので、梁としての機能が倍加する。このようなことからベルト層の部分的あるいは全体的な弧状変形が強力に抑制され、これにより、空気入りタイヤの操縦安定性、耐久性が簡単かつ確実に向上する。

また、通常は半径方向最内側のベルトプライ近傍に位置している曲げの中立軸の両側に補強層を確実に１層ずつ配置することができるため、これら補強層が引張力、圧縮力の双方に対して抵抗として機能するとともに、全ベルトプライの半径方向外側に位置している補強層は曲げの中立軸から遠く離れるため、前述したベルト層の部分的あるいは全体的な弧状変形をさらに強力に抑制することができる。

また、半径方向内側に位置している補強層を曲げの中立軸から遠く離すことができるため、前述したベルト層の部分的あるいは全体的な弧状変形をさらに強力に抑制することができる。

以下、空気入りタイヤの一例を図面に基づいて説明する。
図１、２において、31は高性能乗用車等に装着される空気入りラジアルタイヤであり、この空気入りタイヤ31はリング状のビード32がそれぞれ埋設された一対のビード部33と、これらビード部33から略半径方向外側に向かってそれぞれ延びるサイドウォール部34と、これらサイドウォール部34の半径方向外端同士を連結する略円筒状のトレッド部35とを備えている。

そして、この空気入りタイヤ31は前記ビード32間をトロイダル状に延びてサイドウォール部34、トレッド部35を補強するカーカス層38を有し、このカーカス層38の両端部は前記ビード32の回りを軸方向内側から軸方向外側に向かって折り返されている。前記カーカス層38は少なくとも１枚、ここでは１枚のカーカスプライ39から構成され、このカーカスプライ39はタイヤ赤道Ｓに対して70〜90度のコード角で交差する、即ちラジアル方向（子午線方向）に延びるナイロン、芳香族ポリアミド、スチール等から構成された多数本の補強コード40をゴムコーティングすることで構成され、この結果、このカーカスプライ39内には前記補強コード40が埋設されていることになる。

43はカーカス層38の半径方向外側に配置されたベルト層であり、このベルト層43は複数枚（ここでは２枚）のベルトプライ44、45を積層することで構成され、これらベルトプライ44、45は、例えば多数本のスチール、芳香族ポリアミドからなる非伸張性補強コード46、47をゴムコーティングすることで構成され、この結果、このベルトプライ44、45内には前記補強コード46、47がそれぞれ埋設されていることになる。そして、これら補強コード46、47はタイヤ赤道Ｓに対して10〜40度の角度で傾斜するとともに、少なくとも２枚のベルトプライ44、45においてタイヤ赤道Ｓに対し逆方向に傾斜して互いに交差している。

51は前記カーカス層38、ベルト層43の半径方向外側に配置されたゴムからなるトレッドであり、このトレッド51の外周には広幅で実質上周方向に延びる複数本、ここでは４本の主溝52が形成されている。ここで、これら主溝52は、この一例のように直線状に延びていてもよいが、ジグザグ状に折れ曲がっていてもよく、また、周方向に対して多少の角度、例えば30度程度で傾斜し略ハの字状を呈していてもよい。このようにトレッド51の外周に主溝52が形成されると、トレッド端と主溝52との間および隣接する主溝52間には陸部54、ここではリブが画成される。ここで、前述したトレッド51の外周には略タイヤ幅方向に延び主溝52に交差する横溝が形成される場合があるが、この場合には前述の陸部54はブロックとなる。

そして、このような空気入りタイヤ31に所定圧の内圧を充填した後、路面上を負荷転動させると、接地領域におけるカーカス層38、ベルト層43のうち、主溝52に重なり合っている部位近傍は、前述のように突っ張りとして機能する陸部54が存在せず、しかも、ベルト層43の曲げ剛性が比較的低い値であるため、半径方向外側に向かって部分的に弧状に突出するよう変形し、トレッド部35の内部には曲げの中立軸（通常、半径方向最内側のベルトプライ44近傍に位置している）より半径方向外側の凸側に引張力が、一方、半径方向内側の凹側に圧縮力が発生しようとする。

このため、この一例においては、前記曲げの中立軸から離れた位置に２層の補強層57、58を配置したのである。ここで、前記補強層57、58は、タイヤ赤道Ｓに対する傾斜角Ｋが60〜90度の範囲内である、即ち、主溝52にほぼ直交する方向に延びるヤング率の高い多数本のスチールコード59、60をゴムコーティングすることでそれぞれ構成されており、この結果、これら補強層57、58の内部には前記スチールコード59、60がそれぞれ埋設されていることになる。このように補強層57、58内のスチールコード59、60の傾斜角Ｋが前述の角度範囲であると、後述の試験結果に示されているように、これら補強層57、58（スチールコード59、60）は、前記引張力、圧縮力に対する抵抗として強力に機能し、弧状変形を強力に抑制することができる。そして、このような抑制機能は前記傾斜角Ｋが90度に近くなるほど大となる。

ここで、前記２層の補強層57、58を密着配置せず、これら補強層57、58間に少なくとも１枚のカーカスプライまたはベルトプライ、ここでは全ベルトプライ44、45、即ちベルト層43を介装するようにしている。この結果、通常は半径方向最内側のベルトプライ44近傍に位置している曲げの中立軸の両側に補強層57、58を確実に１層ずつ配置することができるため、これら補強層57、58が圧縮力、引張力の双方に対して抵抗として機能するとともに、ベルト層43の半径方向外側に位置している補強層58を曲げの中立軸から遠く離すことができるため、前述したベルト層43の部分的な弧状変形をさらに強力に抑制することができる。

また、前記補強層57、58の幅Ｗを、幅方向最外側に位置する２本の主溝52における外側壁面52ａ間の間隔Ｍより広幅とし、これにより、全ての主溝52における弧状変形を効果的に抑制するようにしている。但し、前記補強層57、58の幅Ｗをトレッド幅より広くすると、補強層57、58の幅方向外側端に亀裂が発生し易くなるため、前記補強層57、58の幅Ｗはトレッド幅より幅狭とすることが好ましい。

さらに、前記補強層57、58内に埋設されている各スチールコード59、60は、主溝52をほぼ真横に横切っているため、前述した弧状変形に抵抗する剛性の高い梁としても機能するが、このようなスチールコード59、60が埋設されている補強層57、58を２層設けたので、梁としての機能が倍加する。このようなことからベルト層43の部分的な弧状変形が強力に抑制され、これにより、空気入りタイヤ31の操縦安定性、耐摩耗性を簡単かつ確実に向上させることができる。

ここで、２層の補強層間に１枚のベルトプライ45、あるいは、１枚のカーカスプライ39を介装するようにしてもよいが、この場合には、曲げの中立軸（ベルトプライ44近傍）の片側、前者では半径方向外側、後者では半径方向内側に２層の補強層が共に配置されることになるため、曲げの中立軸から離隔した側の補強層が、該中立軸から遠く離れて配置されることとなって、引張力または圧縮力に対し抵抗として強力に機能することができる。また、２層の補強層間に１枚のベルトプライ44（曲げの中立軸）が介装されている場合には、前述と同様に曲げの中立軸の両側に補強層が１層ずつ配置されることとなり、これら補強層は引張力、圧縮力の双方に対し抵抗として強力に機能することができる。

また、前記２層の補強層57、58に埋設されているスチールコード59、60のタイヤ赤道Ｓに対する傾斜角Ｋは同一であることが好ましいが、製造時におけるばらつきがあるため、実質上同一であればよい。このように傾斜角Ｋを実質上同一とすれば、補強層57、58に同一構造のプライを用いることができるため、製造が容易となるとともに、曲げに対する抵抗を効率的に発生させることができる。つまり、２層の補強層内におけるスチールコードの方向がずれていると、交差層となり、曲げ変形が生じたときにねじれるような動きをするが、同方向にすればねじれるような動きはなく、純粋に曲げに対して対抗することができるのである。さらに、記補強層57、58に埋設されているスチールコード59間および60間の間隔は５mm以上であることが好ましい。その理由は、隣接するスチールコード59間、60間の間隔を５mm以上とすれば、軽量化を図りながらベルト層43の弧状変形を強力に抑制することができるからである。

ここで、前述の試験結果は以下の試験により得たものである。この試験に当たっては、図３に示すような、ゴムシート62の最上面にタイヤ赤道Ｓ（ゴムシート62の一側辺に平行な直線をタイヤ赤道Ｓと仮定）に対するスチールコード63の交差角Ｋが 0度から90度まで10度ずつ異なっている補強層64を１層だけ貼付けた試験片１と、図４に示すような、ゴムシート62の最上面に前記試験片１と同様の補強層64を２層密着状態で貼付けた試験片２と、図５に示すような、ゴムシート62の最上面および最下面に前記試験片１と同様の補強層64をそれぞれ１層、合計２層貼付けた試験片３とをそれぞれ１０枚準備した。

これら試験片１、２、３は、各辺の長さが 200mmで厚さが 5mmの正方形であり、また、補強層64が２層存在しているときには、これら２層の補強層64内におけるスチールコード63の交差角Ｋを同一としている。次に、タイヤ赤道Ｓに平行に延びるとともに 200mmだけ離れた水平な一対の支持部材65によって各ゴムシート62の両側端をそれぞれ下方から支持した後、該ゴムシート62の幅方向中央上にタイヤ赤道Ｓに平行に延びる 9.8Ｎの文鎮状（四角柱状）をした重錘66を載置することで、荷重を付与した。ここで、前述の各補強層64は、線径が0.23mmである素線を３本撚ってスチールコード63を構成するとともに、このようなスチールコード63を２mm間隔で平行に配列したものをゴムコーティングすることで構成した。

そして、前述のような荷重を各試験片に付与したときの重錘66の直下での最大撓み量を測定し、前記交差角Ｋが90度である試験片１の最大撓み量の逆数を曲げ強さ 100として図６に示した。ここで、交差角Ｋが90度である試験片１の最大撓み量は18mmであった。また、前記スチールコード63間の間隔が４mmである以外は試験片３と同様である試験片４を１０枚準備するとともに、前述と同様の試験を行い、その結果も指数表示で図６に示した。

この試験結果から前記交差角Ｋが60〜90度の範囲内であると、曲げ強さが高い値を維持していることが理解できる。また、試験片３のように曲げの中立軸の両側に補強層64をそれぞれ１層、合計２層を前記中立軸から離して配置した場合には、補強層64を曲げの中立軸から離して１層だけ配置した試験片１に比較し、曲げ強さが５倍以上高く、また、２層の補強層64を曲げの中立軸から離して密着配置した試験片２に比較して 2.5倍程度高くなっていることが理解できる。また、試験片３と４を比較すると、スチールコード63の打ち込み密度をある程度低くしても、充分な曲げ強さを得ることができる理解できる。

再び、図１、２において、72はベルト層43、補強層58の幅方向両端部でその半径方向外側に配置され、少なくとも１枚の補助プライ73からなる一対の補助層であり、これら補助プライ73内には実質上周方向に延びる有機繊維、例えばナイロン、ポリエステルから構成された補強コード74が埋設されている。

図７はこの発明の実施形態１を示す図である。この実施形態は、サイドウォール部34の内面側にそれぞれ断面略三日月状を呈する比較的硬質の補強ゴム層75を配設することで、タイヤ内圧が漏出しても安全に走行することができる空気入りタイヤ（ランフラットタイヤ）76に適用したもので、この空気入りタイヤ76においては、補助層72を省略する一方、カーカス層38を２枚のカーカスプライ39から構成している。そして、このような空気入りタイヤ76でランフラット走行（タイヤ内圧が０となった状態での走行）を行うと、サイドウォール部34が潰れて幅方向外側に膨出変形する一方、トレッド部35（ベルト層43）は全体が半径方向内側に向かって弧状に変形しようとする。

しかしながら、この実施形態では、半径方向外側に配置されている補強層58を前記一例と同様にベルト層43の半径方向外側（ベルト層43とトレッド51との間）に配置する一方、半径方向内側に配置されている補強層57を前記２枚のカーカスプライ39間に配置し、これにより、補強層57、58間に全ベルトプライ44、45および半径方向外側のカーカスプライ39を介装するようにしている。このようにすれば、曲げの中立軸から補強層57までの半径方向距離が前記一例の場合より長くなって、トレッド部35全体における弧状変形をより強力に抑制することができるとともに、補強層57の幅方向両端において露出しているスチールコード59の切断端がカーカスプライ39によって包囲されるため、補強層57の幅方向外側端での亀裂発生を効果的に抑制することもできる。なお、他の構成、作用は前記一例と同様である。

次に、試験例１について説明する。この試験に当たっては、補強層が配置されていない従来タイヤと、交差角Ｋが90度のスチールコードが埋設されている１層の補強層をベルト層とトレッドとの間に配置した比較タイヤと、交差角Ｋが90度のスチールコードが埋設されている２層の補強層を配置した、詳しくは、半径方向外側の補強層をベルト層とトレッドとの間に、半径方向内側の補強層を２枚のカーカスプライ間に配置した実施タイヤとを準備した。

ここで、前述の各タイヤは、サイドウォール部の内面側にそれぞれ断面略三日月状を呈する比較的硬質の補強ゴム層が配設された乗用車用ランフラットタイヤで、サイズが225/50Ｒ16であった。また、これらタイヤの骨格構造は、図７に示すようにタイヤ赤道Ｓに対して90度で交差するナイロンコードが埋設された２枚のカーカスプライからなるカーカス層と、タイヤ赤道Ｓに対して25度で逆方向に交差するスチールコードが埋設された２枚のベルトプライからなるベルト層とを備えたものである。また、前記比較タイヤ、実施タイヤにおける補強層は、線径が0.23mmである素線を３本撚って成形したスチールコードを多数本10mm間隔で埋設するとともに、幅を 160mmとした。

次に、このような各タイヤを内圧０（大気圧）の状態で室内試験機に装着した後、5kＮの垂直荷重を負荷しながら路面上をスリップ角０度（直進走行）でゆっくりと２回転させ、回転後の静止状態において前記荷重直下の断面をＸ線で撮影し、タイヤ赤道におけるトレッド外表面の路面からの浮き上がり量Ｕ（図９参照）を計測した。その結果は、従来タイヤにおける浮き上がり量Ｕを指数 100とすると、比較タイヤでは80であったが、実施タイヤでは40まで効果的に抑制することができた。ここで、指数 100は22mmであった。また、サイドウォール部の潰れも従来タイヤより実施タイヤで少なかった。

また、前述した各タイヤを後輪駆動の乗用車に装着した後、後輪右側のタイヤのバルブを外すことで内圧を０とする一方、残り３本のタイヤに220kPaの内圧を充填し、その後、１周３kmのオーバルコースを時速90kmの定速で、前記後輪右側のタイヤが故障して走行が困難となるまで反時計回りにランフラット走行をさせた。このときの従来タイヤの走行距離を指数 100とすると、比較タイヤでは 150であったが、実施タイヤでは 270まで走行距離が伸びていた。ここで、指数 100は60kmであった。

この発明は、空気入りタイヤの産業分野に適用できる。

空気入りタイヤの一例を示す子午線断面図である。トレッド部の一部破断平面図である。試験片１の斜視図である。試験片２の斜視図である。試験片３の斜視図である。試験結果を示すグラフである。この発明の実施形態１を示す子午線断面図である。従来の空気入りタイヤの接地時における断面形状を示す部分子午線断面図である。従来の空気入りタイヤのランフラット走行時における断面形状を示す子午線断面図である。

31…空気入りタイヤ 32…ビード
38…カーカス層 39…ビード部
43…ベルト層 44、45…ベルトプライ
51…トレッド 52…主溝
52ａ…外側壁面 57、58…補強層
59、60…スチールコードＳ…タイヤ赤道
Ｋ…傾斜角Ｍ…間隔
Ｗ…幅

Claims

ビード間をトロイダル状に延び２枚のカーカスプライからなるカーカス層と、該カーカス層の半径方向外側に配置され、少なくとも２枚のベルトプライからなるベルト層と、前記カーカス層、ベルト層の半径方向外側に配置され、外周に複数本の主溝が形成されたトレッドとを備えた空気入りタイヤにおいて、タイヤ赤道に対する傾斜角が60〜90度の範囲内である多数本のスチールコードが埋設され、幅が幅方向最外側に位置する２本の主溝における外側壁面間の間隔より広幅である補強層をベルト層に重ね合わせて２層設けるとともに、これら２層の補強層間に全ベルトプライおよび半径方向外側のカーカスプライを介装したことを特徴とする空気入りタイヤ。