JP5521756B2

JP5521756B2 - 空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP5521756B2
Application number: JP2010110567A
Authority: JP
Inventors: 好司西尾
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2010-05-12
Filing date: 2010-05-12
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2030-05-12
Also published as: JP2011235824A

Description

本発明は、空気入りタイヤに関する。

トラック等の大型車両には、重荷重用の空気入りラジアルタイヤが使用されている。通常、この空気入りラジアルタイヤには、スチールコードからなるベルト層が複数層設けられ、この複数層の中には、タイヤ赤道線を挟んで互いのスチールコードが反対方向に傾斜するように交差積層された少なくとも１組の交差積層されたベルト層が設けられている。
通常、ベルト故障（セパレーション）は、この種の交差ベルト層の片方のベルトコードの端部とゴムとが剥離して亀裂を生じ、それが他方のベルトコード端部の亀裂とつながってタイヤ周方向に生じるものが一般的である。

このようなベルトコード端部の剥離を抑えるには、負荷転動時のベルト層の端部付近で生ずる歪みを緩和すればよい。この歪みを緩和する方法として、交差ベルト層のベルト層間の幅方向両端部分にベルト間ゴムを配置することが知られている。また、さらに歪みを緩和する方法として、交差ベルト層のうち、ベルト幅の狭い方のベルト層のベルト端部において、ベルトコードを、ベルト中央部におけるよりもタイヤ赤道線に対し大きく傾斜させることが知られている（特許文献１参照）。
特許文献１のタイヤは、従来よりもベルト端部に生じる歪みを緩和することができる、とされている。

特開平９−４８２１２号公報

しかし、負荷荷重等の厳しい使用条件では、ベルト端部での歪みがさらに増大するため、歪みの緩和をより一層改善することが求められる。
本発明は、交差ベルト層のベルト端部における歪みがより一層改善された空気入りタイヤを提供する。

本発明の一態様は、空気入りタイヤであって、
少なくとも２つのベルト層を含み、互いに隣接する２つのベルト層の補強線材が交差する交差ベルト層、を有し、
前記交差ベルト層の前記ベルト層のそれぞれは、タイヤ赤道線から端部にいたる途中で、前記補強線材の配向方向が変化する変化部を有し、前記変化部から前記ベルト層の端部まで、前記補強線材の配向方向がタイヤ周方向に対して８０度〜１００度であり、
前記変化部における前記交差ベルト層の前記ベルト層間の距離はタイヤ赤道線における前記ベルト層間の距離の１５０％〜１６０％であり、前記変化部のタイヤ幅方向外側の領域では、前記ベルト層間の距離は、前記変化部における前記ベルト層間の距離よりも大きい。

その際、空気入りタイヤは重荷重用であり、
前記交差ベルトの前記ベルト層間の距離は、タイヤ幅方向で変化し、
前記交差ベルトの前記ベルト層間の距離のうちの最大距離は、２ｍｍ〜８ｍｍであることが好ましい。

前記交差ベルト層における最も幅の広いベルト層において、前記変化部からタイヤ幅方向の端部までのタイヤ幅方向の幅は、前記最も幅の広いベルト層の幅の７％〜１８％であることが好ましい。

上記態様の空気入りタイヤは、交差ベルト層のベルト端部における層間歪みの抑制を従来に比べてより一層向上することができる。

一実施形態の重荷重用空気入りラジアルタイヤのトレッド部の一部を示す半断面図である。図１に示す重荷重用空気入りラジアルタイヤに用いるベルト層の構成を説明する図である。（ａ）は、交差ベルト層に生じる層間歪みの分布を示す図であり、（ｂ）は、ベルト端部のコード角度に伴う主歪みの変化を示す図である。

以下、本発明の空気入りタイヤを詳細に説明する。
図１は、本実施形態の重荷重用空気入りラジアルタイヤ（以下、タイヤという）１０の右半分を示す半断面図である。重荷重用空気入りラジアルタイヤとは、ＪＡＴＭＡＹＥＡＲＢＯＯＫ２００９のＣ章に規定されるタイヤをいう。
タイヤ１０は、トレッドゴム１２と、カーカス層１４と、サイドゴム１６と、インナライナ１８と、ベルト間ゴム２０と、ベルト層１Ｂ〜４Ｂと、を有する。この他に図示されないが、タイヤ１０は、ビード、ビードフィラーゴム等を有する。
トレッドゴム１２、サイドゴム１６、インナライナ１８、ベルト間ゴム２０、及びビードフィラーゴムは、周知のゴム部材が用いられるのでその説明は省略する。カーカス層１４、及びビードは周知のスチール線材が用いられるのでその説明は省略する。

図２は、ベルト層１Ｂ〜４Ｂの配置を説明する図である。ベルト層１Ｂ〜４Ｂは、それぞれタイヤ周方向に対して所定のコード角度を有するスチールコードを有する。
ベルト層１Ｂは、トレッド部におけるカーカス層１４の外周に配置されるスチールコードを有する層である。ベルト層１Ｂのスチールコードは、タイヤ周方向に対して傾斜した方向に延びるように配置されている。タイヤ周方向とは、タイヤ回転軸を中心にタイヤ１０を回転させたときのタイヤ回転方向をいう。
ベルト層１Ｂのスチールコードのタイヤ周方向に対するコード角度は、後述するベルト層２Ｂのコード角度より大きい。ベルト層１Ｂのベルト幅は、ベルト層２Ｂのベルト幅より小さい。

ベルト層２Ｂ，３Ｂは、スチールコードを有し、層間でスチールコードが交差した交差ベルト層である。ベルト層２Ｂ，３Ｂは、ベルト層１Ｂの外周に設けられる。ベルト層２Ｂは、交差ベルト層の内径側ベルト層であり、ベルト層３Ｂは交差ベルト層の外径側ベルト層である。ベルト層２Ｂは、ベルト層３Ｂより幅が広い。ベルト層２Ｂの幅は、例えば、トレッド幅Ｔｗの９０〜１００％である。ベルト層３Ｂの幅は、例えば、トレッド幅Ｔｗの８０〜９５％である。

ここで、トレッド幅Ｔｗとは、タイヤ１０を正規リムに組み付け、正規内圧を充填し、正規荷重の８０％を負荷荷重とした条件において水平面に接地させたときの接地幅をいう。なお、ここでいう正規リムとは、ＪＡＴＭＡに規定される「適用リム」、ＴＲＡに規定される「Design Rim」、あるいはＥＴＲＴＯに規定される「Measuring Rim」をいう。また、正規内圧とは、ＪＡＴＭＡに規定される「最高空気圧」、ＴＲＡに規定される「TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES」の最大値、あるいはＥＴＲＴＯに規定される「INFLATION PRESSURES」をいう。また、正規荷重とは、ＪＡＴＭＡに規定される「最大負荷能力」、ＴＲＡに規定される「TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES」の最大値、あるいはＥＴＲＴＯに規定される「LOAD CAPACITY」をいう。

ベルト層２Ｂ，３Ｂは、タイヤ赤道線ＣＬから端部にいたる途中でコード角度が変化する変化部２Ｂ_ｉ，３Ｂ_ｉをタイヤ幅方向の両側に有している。ベルト層２Ｂのコード角度は、タイヤ赤道線ＣＬを挟む２Ｂ_ｉの間の領域（以下、ベルト中央部という）では、１５〜２５°である。ベルト層３Ｂは、ベルト中央部では、スチールコードがタイヤ赤道線ＣＬに対し、ベルト層２Ｂのスチールコードと逆側に傾斜しており、−１５〜−２５°である。ベルト層２Ｂとベルト層３Ｂのコード角度は、ベルト中央部では正負は異なる（タイヤ周方向に対して傾斜する方向が異なる）が絶対値は同じである。

ベルト層２Ｂ，３Ｂのコード角度は、両変化部２Ｂ_ｉ，３Ｂ_ｉより外側の領域（以下、ベルトエッジという）ではいずれも、タイヤ周方向に対し８０〜１００°であり、このうちタイヤ周方向に対し略９０°であるのが好ましい。コード角度をこのように定めるのは、ベルトエッジでの歪みの集中を十分に緩和させるためである。ここでいう歪みとは、ベルト層２Ｂ、３Ｂの層間で生ずる歪み（タイヤ周方向に生じるせん断歪み）をいう。ベルトエッジでの歪み集中が緩和することにより、従来に比べタイヤの耐久性を向上させることができる。なお、ベルト層２Ｂ，３Ｂのベルトエッジでのコード角度がタイヤ周方向に対し８０°未満又は１００°を超えると、ベルトエッジでの歪み集中はある程度緩和されるが、セパレーションが抑制される程度には緩和されない。

ベルト層２Ｂのベルトエッジの幅は、ベルト２Ｂの幅の７〜１８％である。この幅が７％以上であることにより、ベルトエッジでの層間歪みを十分に緩和することができる。また、この幅が１８％以下であることにより、ベルト層２Ｂの重量を低減でき、コストを低減できる。ベルト層２Ｂのベルトエッジの幅は、例えば２０〜４０ｍｍである。
ベルト層３Ｂのベルトエッジの幅は、ベルト幅３Ｂの幅の５〜１３％であり、例えば１０〜３０ｍｍである。

ベルト層２Ｂとベルト層３Ｂとの層間距離は、ベルト層２Ｂ，３Ｂ間にベルト間ゴム２０が配されているため、タイヤ幅方向で変化している。ここでいう層間距離とは、ベルト層２Ｂのスチールコードとベルト層３Ｂのスチールコードとのコード間の距離をいう。層間距離の最大距離は２．３〜８ｍｍである。２．３ｍｍ以上であることにより、ベルトエッジでの層間歪みを十分に緩和することができ、セパレーションを抑制することができる。また、層間距離の最大距離が８ｍｍを越す場合、ベルト層４Ｂに大きな凹凸が生じ易く、ベルト層４Ｂの外層として設けられるトレッドゴム１２の厚さが不連続に変化するため、偏摩耗が発生し易い。このため、層間距離の最大距離は８ｍｍ以下である。

ベルト層２Ｂ，３Ｂの変化部２Ｂ_ｉ，３Ｂ_ｉは、ベルト層２Ｂとベルト層３Ｂとの層間距離が、タイヤ赤道線ＣＬでの層間距離の１５０％〜１６０％となるタイヤ幅方向位置に設けられている。このように変化部２Ｂ_ｉ，３Ｂ_ｉの位置を定めるのは、層間距離がこの範囲より大きくなる幅方向外側の領域では、タイヤ赤道線ＣＬの領域に比べ周方向張力は殆ど作用せず、タイヤの剛性に寄与しないからである。ここでいう剛性とは、ベルト層１Ｂ〜４Ｂを円環と見たとき、円環の周状の１箇所を変位させたときの円環が抗する力をいう。

図３（ａ）は、横軸をタイヤ赤道線ＣＬからのタイヤ幅方向距離、縦軸をタイヤ周方向のせん断歪みとして、タイヤ周方向のせん断歪みの分布を説明する図である。タイヤ周方向のせん断歪みの分布は、タイヤ１０を忠実に再現した有限要素モデルを用いて内圧充填および荷重（２９．４０kＮ）の負荷を再現した処理を行って得られた結果である。図３（ａ）中では、タイヤ周方向のせん断歪みの分布は、タイヤ周上の２箇所の位置におけるタイヤ幅方向の分布である。タイヤ周上の２箇所とは、タイヤの回転軸から接地面に垂直に降ろした線が接地面と交わるタイヤ周上の位置（接地直下位置）と、この位置と１８０度反対側の位置（対向位置）とである。また、図３（ａ）中に示すＢＥＣ先端は、ベルト層２Ｂ，３Ｂの層間距離が変化し始めるタイヤ幅方向位置（層間距離がタイヤ赤道線での層間距離の１５０〜１６０％となる位置、ここでは２．３ｍｍ以上となる位置）である。

図３（ａ）に示す分布によると、接地直下位置および対向位置のタイヤ周方向のせん断歪みの大きさは、タイヤ赤道線からＢＥＣ先端にかけて徐々に増え、ＢＥＣ先端付近では接地直下位置のせん断歪みと対向位置のせん断歪みの差分が最も大きい。一般に、ベルト交差層の交差角度が大きいほど、ベルト層の層間せん断歪みは小さくなるので、ＢＥＣ先端にベルト層２Ｂ，３Ｂの変化部２Ｂ_ｉ，３Ｂ_ｉを設けることにより、ベルト層２Ｂ，３Ｂ間に生じるタイヤ周方向のせん断歪みを抑制することができる。

図３（ｂ）は、横軸をベルトエッジのコード角度、縦軸を主歪みとして、交差ベルト層のベルトエッジのコード角度を変化させたときの主歪みの変化を説明する図である。主歪みとしては、ＢＥＣ先端で生じるものと、ベルトエッジでの層間に生じるものの２種を測定した。ベルトエッジのコード角度による主歪みの変化は、図３（ａ）と同様のタイヤ１０を忠実に再現した有限要素モデルを用いて、内圧充填および荷重（２９．４０kＮ）の負荷を再現した処理を行って得られた結果である。

図３（ｂ）に示す結果からも分かるように、ベルトエッジのコード角度が９０°に近づくにつれ、ＢＥＣ先端での主歪みおよびベルトエッジでの層間歪みのいずれも低減しているのが分かる。したがって、ベルト層２Ｂ，３Ｂを、各ベルトエッジのコード角度が８０〜１００°、好ましくは略９０°となるよう設けることで、これら主歪みを抑制することができる。

ベルト層４Ｂは、スチールコードを有し、ベルト層３Ｂの外周に配置される層である。ベルト層４Ｂは、ベルト層３Ｂのスチールコードと同じ傾斜方向に、同じコード角度で傾斜している。ベルト層４Ｂのコード角度をベルト層３Ｂと同様にするのは生産性向上のためである。ベルト層４Ｂのベルト幅は、ベルト層３Ｂのベルト幅より小さい。

ベルト層１Ｂ〜４Ｂのスチールコードの種類は、いずれも同じである。
本実施形態のタイヤ１０は、ベルト層２Ｂとベルト層３Ｂは、コード角度の絶対値が同じであったが、互いに異なっていてもよい。

（実施例）
以下、本発明のタイヤの効果を調べるために、ベルト層の仕様を種々変えたタイヤ（タイヤサイズ：２９５／８０Ｒ２２．５）を試作し、ベルト耐久性を評価した。
ベルト耐久性の評価は、試作したタイヤ（ＴＲＡに規定される「TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES」の最大値、「Design Rim」）を室内ドラム試験機で行った。具体的には、周囲温度３０℃の環境下で、一定の負荷荷重で走行速度４５ｋｍ／時で２４時間ずつ走行させるステップを繰り返し、ステップを繰り返すたびに負荷荷重を一定量増加して、タイヤがベルトセパレーションにより破壊するときの負荷荷重を調べ、指数化した。指数は高いほど耐久性が優れていることを示す。

まず、以降で説明する実施例１〜３、比較例１〜３および従来例は、いずれもベルト層１Ｂ，４Ｂは同一のものである。ベルト層１Ｂ〜４Ｂに用いるスチールコードの線材は同じ種類のものを用いた。

（実施例１〜３、比較例１〜３、従来例）
実施例１〜３は、図１に示すタイヤ１０の構成において、交差ベルト層の各層のベルトエッジのコード角度が８０〜１００°以内である例であり、比較例１〜３は、ベルト層２Ｂ，３Ｂのベルトエッジのコード角度が８０°未満または１００°を超える例である。従来例のベルト層２Ｂ，３Ｂのベルトエッジのコード角度は２０°である。
実施例１〜３，比較例１〜３、従来例における詳細な仕様と、評価結果を表１に示す。表１中、コード角度、ベルトエッジの幅方向長さはいずれも、交差ベルト層の各層に共通である。但し、外径側ベルト層のコード角度は、内径側ベルト層のコード角度と絶対値が同じで傾斜する方向が異なる（−１８°）。また、表１中、交差ベルト緩衝層の最大厚さは、交差ベルト層のベルト層間の最大厚みを示し、モジュラスはベルト間ゴムの弾性率を示す。

表１に示す実施例１〜３、比較例１〜３および従来例の評価結果から、交差ベルト層のベルトエッジのコード角度を８０〜１００°の範囲内にすることにより、優れたベルト耐久性が得られることが分かる。

以上、本発明の空気入りタイヤについて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

１０重荷重用空気入りタイヤ
１２トレッドゴム
１４カーカス層
１６サイドゴム
１８インナライナ
２０ベルト間ゴム
１Ｂ〜４Ｂベルト層

Claims

空気入りタイヤであって、
少なくとも２つのベルト層を含み、互いに隣接する２つのベルト層の補強線材が交差する交差ベルト層、を有し、
前記交差ベルト層の前記ベルト層のそれぞれは、タイヤ赤道線から端部にいたる途中で、前記補強線材の配向方向が変化する変化部を有し、
前記変化部から前記ベルト層の端部まで、前記補強線材の配向方向がタイヤ周方向に対して８０度〜１００度であり、
前記変化部における前記交差ベルト層の前記ベルト層間の距離はタイヤ赤道線における前記ベルト層間の距離の１５０％〜１６０％であり、前記変化部のタイヤ幅方向外側の領域では、前記ベルト層間の距離は、前記変化部における前記ベルト層間の距離よりも大きいことを特徴とする空気入りタイヤ。
重荷重用空気入りタイヤであって、
前記交差ベルトの前記ベルト層間の距離は、タイヤ幅方向で変化し、
前記交差ベルトの前記ベルト層間の距離のうちの最大距離は、２．３ｍｍ〜８ｍｍである、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
前記交差ベルト層における最も幅の広いベルト層において、前記変化部からタイヤ幅方向の端部までのタイヤ幅方向の幅は、前記最も幅の広いベルト層の幅の７％〜１８％である、請求項１または２に記載の空気入りタイヤ。