JP4589703B2 - 乗用車用空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、タイヤ強度を損ねることなく軽量化できる乗用車用空気入りタイヤに関する。

近年、車両の低燃費性の実現や、サスペンション機構におけるバネ下重量軽減による操縦安定性の向上などを目的として、タイヤの軽量化が望まれている。タイヤを軽量化するために、例えばゴム材料の薄肉化やタイヤコードの小径化、さらには低エンズ化などが行われている。しかしながら、そのような手法による重量削減効果は限界に達しつつある。

乗用車用の空気入りラジアルタイヤの場合、ラジアル構造のカーカスの外側に、該カーカスをタガ締めするベルト層が配置されている。一般的なベルト層は、スチールコードからなる２枚のベルトプライを重ね合わせて構成される。スチールコードはゴムに比べると比重が大きいため、ベルトプライの枚数を１枚でも削減できれば、大きな重量軽減効果が期待できる。

関連する先行技術文献としては、下記のものがある。特許文献１では、２枚のベルトプライの間にゴム層が設けられるが、タイヤ重量の軽量化を目的とするものではない。

特開平７−６９００４号公報 特開平７−１５６６１２号公報

本発明は、以上のような実情に鑑み案出なされたもので、ベルト層を、スチールコードがトッピングゴムで被覆された１枚のコードプライと、このコードプライに重ねられかつ複素弾性率が５０ＭＰａ以上である強化ゴムシート体とで構成することを基本として、タイヤ強度を確保しつつスチールコードのベルトプライ数を削減し軽量な乗用車用空気入りタイヤを提供することを目的としている。

本発明のうち請求項１記載の発明は、一対のビード部に埋設されたビードコア間をトロイド状に跨ってのびるカーカスコードを具えたカーカスと、そのタイヤ半径方向外側かつトレッド部の内部に配されたベルト層とが設けられた乗用車用空気入りタイヤであって、前記ベルト層が、タイヤ赤道に対して１５〜４０゜の角度で傾けて配されたスチールコードがトッピングゴムで被覆された１枚のコードプライと、このコードプライに重ねられかつ複素弾性率が５０ＭＰａ以上である強化ゴムシート体とで構成されたことを特徴としている。

また請求項２記載の発明は、前記強化ゴムシート体は、マトリックスゴム中に短繊維が配向された短繊維補強ゴムシートからなり、かつその損失正接ｔａｎδが０．３５以下であることを特徴とする請求項１記載の乗用車用空気入りタイヤである。

なお強化ゴムシート体の複素弾性率及び損失正接ｔａｎδは、４mm巾×３０mm長さ×２．０mm厚さの短冊状試料を準備し、岩本製作所（株）製の粘弾性スペクトロメーターを用い、温度７０℃、周波数１０Ｈｚ、初期伸長歪１０％、片振幅１％の条件で測定した値とする。

また請求項３記載の発明は、前記強化ゴムシート体は、タイヤ赤道上をタイヤ周方向に連続してのびる中央の短繊維補強ゴムシート片と、その両側に配されタイヤ周方向に連続してのびる外側の短繊維補強ゴムシート片とを含み、かつ各タイヤ軸方向で隣り合う短繊維配向ゴムシート片の短繊維の配向方向を異ならせたことを特徴とする請求項２記載の乗用車用空気入りタイヤである。

また請求項４記載の発明は、前記強化ゴムシート体は、少なくとも前記コードプライと等しい幅を有する請求項１乃至３のいずれかに記載の乗用車用空気入りタイヤである。

本発明の乗用車用空気入りタイヤは、ベルト層が、１枚のコードプライと、このコードプライに重ねられかつ複素弾性率が５０ＭＰａ以上である強化ゴムシート体とで構成される。強化ゴムシートは、スチールコードのベルトプライに比べると比重が小さいため、軽量なタイヤを容易に提供できる。また強化ゴムシート体の複素弾性率が一定範囲に限定されているため、トレッド部の剛性を過度に損ねることも無く、実用上必要な強度を十分に確保できる。

以下、本発明の実施の一形態を図面に基づき説明する。
図１は本実施形態の乗用車用空気入りタイヤのタイヤ回転軸を含む子午線断面図（右半分断面図）、図２はそのベルト層を含む内部構造を展開した展開略図が示される。空気入りタイヤ１は、一対のビード部４、４に埋設されたビードコア５、５間をトロイド状に跨ってのびるカーカスコード６Ｃを具えたカーカス６と、このカーカス６のタイヤ半径方向外側かつトレッド部２の内部に配されたベルト層７とが設けられ、この例では乗用車用のラジアルタイヤ１が例示される。

前記カーカス６は、カーカスコード６Ｃをタイヤ赤道Ｃに対して例えば８０゜〜９０゜の角度で配列したラジアル構造の１枚以上、本例では１枚のカーカスプライ６Ａにより構成される。カーカスコード６Ｃとしては、例えばポリエステル、ナイロン、レーヨン、アラミドなどの有機繊維コードが採用され、この例ではポリエステルコードが用いられている。またカーカスプライ６Ａは、ビードコア５、５間をトロイド状に跨ってのびる本体部６ａと、この本体部６ａに連なりビードコア５の周りをタイヤ軸方向内側から外側に折り返された折返し部６ｂとを有する。本体部６ａと折返し部６ｂとの間には、ビードコア５からタイヤ半径方向外側にのびかつ硬質ゴムからなるビードエーペックス８が配され、ビード部４が適宜補強される。

前記ベルト層７は、１枚のコードプライ８と、このコードプライ８に重ねられかつ複素弾性率が５０ＭＰａ以上である強化ゴムシート体９とで構成される。この実施形態のベルト層７は、タイヤ半径方向内側にコードプライ８が配されており、その外側にコードプライ８と実質的に等しい幅ＢＷを持った強化ゴムシート体９が重ねられている。

このような空気入りタイヤ１は、一般的な乗用車用ラジアルタイヤに比べると、ベルト層７に含まれるコードプライの枚数が１枚削減されている。そして、補強能力を補うために、削減されたコードプライの代わりにコードプライよりも比重が小さい強化ゴムシート体９が組み入れられている。このため、本発明の乗用車用空気入りタイヤ１は、ベルト層の重量を軽量化できる。

前記コードプライ８は、並列された複数本のスチールコード８Ｃを、トッピングゴムで被覆したスチールコードプライで構成される。コードプライ８は、スチールコード８Ｃがタイヤ赤道Ｃに対して１５〜４０゜の角度で傾けて配される。特に限定はされないが、前記角度が１５゜未満であると、スリップ角が与えられたときの面内剛性が低下しやすく、ひいては十分なコーナリングフォースが得られない傾向があり、逆に４０゜を超えるとカーカス６に対するタガ効果が低下し、トレッド部２の膨張変形が大きくなる他、トレッド部２の耐摩耗性を悪化させる傾向がある。

また特に限定されるわけではないが、コードプライ８は、プライ幅５cm当たりのスチールコード８Ｃの打ち込み本数であるエンズが１５〜６０（本／５cm）、より好ましくは２０〜５０（本／５cm）であるのが望ましい。前記エンズが１５（本／５cm）未満であると、コードプライ８のプライ剛性が低下し、ベルト層７に必要なタイヤ強度が得られない傾向があり、逆に６０（本／５cm）を上回ると、スチールコード８Ｃ、８Ｃ間に十分にトッピングゴムが浸透せずコード間でのゴム剥離が生じやすくなるなど、耐久性が低下しやすい。なお本実施形態のスチールコード８Ｃは、線径が０．３mmの素線を４本撚り合わせることにより形成されたものが採用され、そのエンズは４０（本／５cm）である。

前記強化ゴムシート体９は、本実施形態では、マトリックスゴムｒ中に短繊維ｆが配向された短繊維補強ゴムシート１１で構成されたものが例示される。このような短繊維補強ゴムシート１１は、例えば短繊維の配向方向に高い複素弾性率を与えることができ、トレッド部２を補強するゴム材料として特に効果的である。

短繊維補強ゴムシート１１の複素弾性率は、少なくとも５０ＭＰａ以上であるが、好ましくは７０ＭＰａ以上であるのが望ましい。ベルト層７としてコードプライ８が１枚しか用いられていないため、前記複素弾性率が５０ＭＰａ未満であると、カーカス６をタガ締めしかつトレッド部２の剛性を高めるというベルト層７に求められる性能が発揮できない。他方、前記複素弾性率が大き過ぎると、剛性が高くなり過ぎてトレッド部２のエンベロープ性能が低下し、乗り心地が悪化する傾向がある。このような観点より、前記複素弾性率の上限は、好ましくは１０００ＭＰａ以下、より好ましくは５００ＭＰａ以下、さらに好ましくは１００ＭＰａ以下が望ましい。なお短繊維ｆの配向によって強化ゴムシート体９が異方性を示す場合、該強化ゴムシート体の複素弾性率の最大値が、前記数値限定の規定を満たしていれば良い。

また短繊維補強ゴムシート１１の損失正接ｔａｎδは、好ましくは０．３５以下、より好ましくは０．３０以下、さらに好ましくは０．２５以下が望ましい。該損失正接ｔａｎδが０．３５を上回ると、旋回走行時に変形した短繊維補強ゴムシート１１に蓄えられた弾性エネルギーの多くが熱エネルギーへと変換され、大きなコーナリングフォースの発生を阻害する傾向がある他、トレッド部２の内部発熱が大きくなって耐久性が悪化する傾向がある。なお損失正接ｔａｎδの下限値は、特に制限がないが、例えば０．０５以上が実用的である。

また短繊維補強ゴムシート１１のマトリックスゴムｒとしては、例えばジエン系ゴムが好ましく、具体的には天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム又はアクリロニトリルブタジエンゴムなどの１種又は２種以上をブレンドして用いることができる。また短繊維ｆは、比重が小さくかつゴムとの接着性に優れた非金属性のものが好ましく、具体的には、ナイロン、ポリエステル、アラミド、レーヨン、ビニロン、芳香族ポリアミド、コットン、セルロース樹脂、結晶性ポリブタジエンなどの有機物の他、ボロン、グラスファイバー又はカーボンファイバー等が望ましく、これらは単独でも又２種以上を組合わせても用いることができる。特に好ましくは、ＪＩＳ Ｒ７６０１の「炭素繊維試験方法」に準じて測定された繊維の引張弾性率が５０〜１０００ＧＰａ、より好ましくは１００〜８００ＧＰａのものが好ましい。

また短繊維ｆは、例えば平均繊維径が１〜１００μｍ、平均長さが０．１〜５mmであることが望ましい。前記平均繊維径が１μｍ未満又は前記長さが０．１mm未満であると、短繊維自体によるゴム補強効果が低下する傾向があり、逆に平均繊維径が１００μｍよりも大又は前記長さが５mmよりも大であると、短繊維ｆが大きくなりすぎてゴムとの接着性が低下し耐摩耗性や耐クラック性が低下する。かかる観点より、短繊維の平均繊維径は、３〜５０μｍ、その長さは０．１〜３mmとすることが特に望ましい。

短繊維補強ゴムシート１１は、例えばマトリックスゴム１００重量部に対し短繊維ｆを例えば５〜７０重量部、より好ましくは１０〜６０重量部配合されたものが望ましい。前記短繊維ｆが５重量部未満では、補強効果が十分でなく、逆に７０重量部を超えると、マトリックスゴムと短繊維との界面が増加して引き裂き抵抗性や耐クラック性等が低下する傾向がある。なお短繊維補強ゴムシート１１の全重量は、コードプライ８の全重量よりも小さいことは言うまでもない。なお表１には、このような短繊維補強ゴムシート１１の配合のいくつかの例を示す。

図２に示した実施形態では、短繊維補強ゴムシート１１の短繊維ｆが実質的にタイヤ軸方向に沿って配向されている（短繊維ｆの長手方向が実質的にタイヤ軸方向に沿って配されている。）。このような短繊維補強ゴムシート１１は、タイヤ軸方向の複素弾性率Ｅ＊ａが、タイヤ周方向の複素弾性率Ｅ＊ｃよりも大きくなる。また図３に示した実施形態では、短繊維補強ゴムシート１１の短繊維ｆが実質的にタイヤ周方向に沿って配向される（短繊維ｆの長手方向が実質的にタイヤ周方向に沿って配されている。）。このような短繊維補強ゴムシート１１は、タイヤ周方向の複素弾性率Ｅ＊ｃが、タイヤ軸方向の複素弾性率Ｅ＊ａよりも大きくなる。

車両走行時、タイヤにスリップ角が与えられると、接地面内に含まれる強化ゴムシート体９（短繊維補強ゴムシート１１）には、図２ないし図３に矢印Ａで示されるような接地面と平行な平面内での面内曲げモーメント（ただし、向きは逆もあり得る。）が作用し、各短繊維補強ゴムシート１１には矢印Ｂ方向の引張応力と、矢印Ｃ方向の圧縮応力とが作用する。図２の態様では、短繊維補強ゴムシート１１の軸方向の圧縮変形を抑制する効果がある。しかし、短繊維補強ゴムシート１１のタイヤ周方向の複素弾性率Ｅ＊ｃがタイヤ軸方向の複素弾性率Ｅ＊ａに比して相対的に小さいため、引張ないし圧縮応力Ｂ、Ｃの方向には比較的伸びやすい。したがって、旋回走行時などでは、短繊維補強ゴムシート１１の変形量がやや大きくなる傾向がある。

他方、図３の態様では、短繊維補強ゴムシート１１のタイヤ周方向の複素弾性率Ｅ＊ｃがタイヤ軸方向の複素弾性率Ｅ＊ａに比して相対的に大きいため、引張ないし圧縮応力Ｂ，Ｃの方向のいずれに対しても伸び難い。したがって、旋回走行時などでは、短繊維補強ゴムシート１１はその変形量を小とし、ベルト層７のバックリングなどを防止して高い面内曲げ剛性を発揮しうる。これにより、タイヤに大きなコーナリングフォースを発生させることが可能になる。

図４、図５には、短繊維補強ゴムシート１１のさらに他の実施形態が示されている。この実施形態の短繊維補強ゴムシートは、タイヤ赤道Ｃ上をタイヤ周方向に連続してのびる中央の短繊維補強ゴムシート片１１Ａと、その両側に配されタイヤ周方向に連続してのびる外側の短繊維補強ゴムシート片１１Ｂ、１１Ｂとを含んで構成される。各シート片１１Ａ、１１Ｂは、互いの側縁を接触させて配置され、この例では中央の短繊維補強ゴムシート１１Ａを全幅の約０．５倍の幅として最も幅広とし、実質的に左右対称の構造で構成されている。

図５に示されるように、タイヤ赤道Ｃの近傍の中央領域と、その側部領域とでは、旋回走行時の作用応力の方向が異なる。このため、本実施形態では、タイヤ軸方向で隣り合う短繊維配向ゴムシート片１１Ａ、１１Ｂの短繊維の配向方向をそれぞれ異ならせている。この例では、中央の短繊維補強ゴムシート片１１Ａの短繊維ｆはタイヤ軸方向に沿って配向され、また外側の短繊維補強ゴムシート片１１Ｂ、１１Ｂの短繊維ｆはタイヤ周方向に沿って配向される。従って、図５に示されるように、旋回走行時における面内曲げモーメントＡによる引張応力Ｂ及び圧縮応力Ｃが短繊維補強ゴムシート１１に作用した場合、外側の短繊維補強ゴムシート片１１Ｂ、１１Ｂは図３の態様と同様、タイヤ周方向の複素弾性率Ｅ＊ｃが大きいため変形を抑制できる。また、中央の短繊維補強ゴムシート１１Ａでは、外側の短繊維補強ゴムシート片１１Ｂ、１１Ｂからの圧縮応力Ｄに対する抵抗性を高める。従って、このような実施形態では、補強ゴムシート体９の面内剛性をさらに向上し、より一層、大きなコーナリングフォースを発生させて操縦安定性を向上するのに役立つ。

また短繊維補強ゴムシート１１の厚さｔは、特に限定はされないが、小さすぎるとトレッド部２の補強効果が低下し、逆に大きすぎてもタイヤ重量の増加を招きやすくなる。このような観点より、短繊維補強ゴムシート１１の厚さｔは、好ましくは０．３mm以上、より好ましくは０．５mm以上が望ましく、上限については好ましくは３０mm以下、より好ましくは２０mm以下が望ましい。

また上記各実施形態のベルト層は、コードプライ８のタイヤ半径方向外側に強化ゴムシート体９を配したものが例示されている。このような態様では、生産性が良い点で好ましい。

また図６にはベルト層７の他の実施形態が示されている。
この実施形態では、コードプライ８のタイヤ半径方向内側に強化ゴムシート体９が配置されたものが例示される。このような態様は、コードプライ８のタイヤ半径方向外側に強化ゴムシート体９を配置したものに比して、タイヤ膨張率が低く抑えられ、寸法変化をより小さくしうる利点がある。

また図６に示される強化ゴムシート体９は、第１の方向に沿って短繊維ｆを配向した第１の短繊維補強ゴムシート片１１ａと、そのタイヤ半径方向外側に重ねられかつ短繊維ｆが前記第１の方向とは異なる第２の方向に配向された第２の短繊維補強ゴムシート片１１ｂとを少なくとも含んでいる。即ち、短繊維ｆの配向方向を異ならせた少なくとも２枚の短繊維補強ゴムシートをタイヤ半径方向で重ねたものが例示される。短繊維ｆが交差することで、より強い補強効果を発揮し、ベルト層７に高い面内曲げ剛性を発揮させるのに役立つ。なお第１の方向と第２の方向とのなす角度αは、好ましくは３０〜１５０゜、より好ましくは７０〜１１０゜が望ましい。

以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は、図示の実施形態に限定されることなく種々の態様に変形して実施するのは言うまでもない。例えばベルト層７のタイヤ半径方向外側にタイヤ周方向に有機繊維コードを螺旋状に巻回したジョイントレスバンドを配することもできる。

本発明の効果を確認するために、表１の仕様に基づきタイヤサイズ「１９５／６５Ｒ１５ ９１Ｓ」の乗用車用ラジアルタイヤを試作し、タイヤ重量、コーナリングフォース及びタイヤ強度についてテストを行った。コードプライのスチールコードには、前述の通り、０．３mmの線径を有するスチール素線を４本撚り合わせたものが用いられ、エンズは４０（本／５cm）とした。テスト方法は、次の通りである。

＜タイヤ重量＞
各供試タイヤ１本当たりの重量を測定し、比較例１のタイヤ重量を１００とする指数で表示した。数値が小さいほどタイヤ重量が小さいことを示す。

＜タイヤ膨張率＞
図７に示されるように、各供試タイヤを正規リム（１５×６ＪＪ）にリム組みし１０ｋＰａを充填したときのタイヤ断面プロファイルから得られる最大外径Ｒ１と、２００ｋＰａを充填したときのプロファイルから得られる最大外径Ｒ２とから、タイヤ膨張率を下記式により測定した。
タイヤ膨張率＝（Ｒ２−Ｒ１）／Ｒ１×１００
このタイヤ膨張率が過度に大きくなると、内圧充填時にトレッド部の歪が局部的なものとなり好ましくない。

＜コーナリングフォース＞
室内試験器を用い、各供試タイヤのコーナリングフォースを以下の条件で測定した。
リム：１５×６ＪＪ
内圧：２００ｋＰａ
スリップ角：１２゜
縦荷重：４．３５ｋＮ
速度：１０km／Ｈ
結果は、比較例１のコーナリングフォースを１００とする指数で表示した。数値が大きいほど良好である。

＜タイヤ強度＞
タイヤをリム（１５×６ＪＪ）にリム組みし、タイヤバルブからタイヤ内腔内に水を注入して水圧を５００ｋＰａに調整した。そして、２４時間放置して未破壊のものを合格とした。テストの結果等を表１に示す。

テストの結果、実施例のタイヤは、比較例に比べて軽量化されていることが確認できる。またコーナリングフォースについては、比較例と遜色のない値が得られており、実用上の操縦安定性も十分に期待できる。また過酷な水圧破壊テストにも合格しており、タイヤ強度についても問題が無いことが確認できた。さらに、タイヤ膨張率が大きすぎると、これに関連してコーナリングフォースが小さくなって操縦安定性が低下する傾向があるため、好ましくはタイヤ膨張率を−５〜２０％、より好ましくは０〜１０％に抑えうるように、ベルト層７の剛性を設定するのが望ましい。従って、本発明のタイヤは、軽量化でき、安価に提供できる。また例えばスペアタイヤとしても好適である。

本発明の実施形態を示すタイヤの断面図である。 ベルト層を展開して示す展開図である。 他の実施形態を示すベルト層の展開図である。 他の実施形態を示すベルト層の展開図である。 ベルト層の部分斜視図である。 他の実施形態を示すベルト層の展開図である。 タイヤ膨張率を説明するタイヤの断面プロファイルを示す。

符号の説明

１ 空気入りタイヤ
２ トレッド部
３ サイドウォール部
４ ビード部
５ ビードコア
６ カーカス
７ ベルト層
８ コードプライ
９ 強化ゴムシート体
ｒ マトリックスゴム
ｆ 短繊維

Claims (4)

1. 一対のビード部に埋設されたビードコア間をトロイド状に跨ってのびるカーカスコードを具えたカーカスと、
   そのタイヤ半径方向外側かつトレッド部の内部に配されたベルト層とが設けられた乗用車用空気入りタイヤであって、
   前記ベルト層が、タイヤ赤道に対して１５〜４０゜の角度で傾けて配されたスチールコードがトッピングゴムで被覆された１枚のコードプライと、
   このコードプライに重ねられかつ複素弾性率が５０ＭＰａ以上である強化ゴムシート体とで構成されたことを特徴とする乗用車用空気入りタイヤ。
2. 前記強化ゴムシート体は、マトリックスゴム中に短繊維が配向された短繊維補強ゴムシートからなり、かつその損失正接ｔａｎδが０．３５以下であることを特徴とする請求項１記載の乗用車用空気入りタイヤ。
3. 前記強化ゴムシート体は、タイヤ赤道上をタイヤ周方向に連続してのびる中央の短繊維補強ゴムシート片と、その両側に配されタイヤ周方向に連続してのびる外側の短繊維補強ゴムシート片とを含み、
   かつ各タイヤ軸方向で隣り合う短繊維配向ゴムシート片の短繊維の配向方向を異ならせたことを特徴とする請求項２記載の乗用車用空気入りタイヤ。
4. 前記強化ゴムシート体は、少なくとも前記コードプライの幅を有する請求項１乃至３のいずれかに記載の乗用車用空気入りタイヤ。

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