JP5543834B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、カーカス層のトレッド部外周にベルト層が配設された空気入りタイヤに関する。

空気入りタイヤの内部構造として、タイヤの骨格となるカーカス層のトレッド部外周に補強用のベルト層を配設したものが知られている。通常、ベルト層は、タイヤ周方向に対して所定の角度で傾斜して延びるコードを含んでおり、そのコードの傾斜角度は、ベルト層の幅方向の全域に亘って一定である。

一方、下記特許文献１では、ショルダー部の径成長の抑制を目的として、ベルト層のコードを図８に示すように配置することが提案されている。このコード配置では、ベルト層１５におけるコード１６のタイヤ周方向ＰＤに対する角度を中央部１０Ａよりも両端部１０Ｃで小さくし、即ち角度Ｘ＞角度Ｙとし、それらの間に滑らかに角度が変化する中間部１０Ｂを介在させている。径成長とは、内圧の充填や長期の走行によって径寸法が大きくなる現象であり、これが進行すると耐久性や偏摩耗性が低下する傾向にある。

また、本発明者が研究により得た知見では、上記のようにベルト層の両端部よりも中央部にてコードの傾斜角度を大きくすることで、そのベルト層の面内曲げ剛性（幅方向への曲げ剛性）を確保しやすくなり、その結果、コーナリング時にはベルト層の面内曲げ変形を抑えてコーナリングパワーを大きくし、操縦安定性を向上できることが判明した。

それだけでなく、図８に示したコード配置の場合、中央部１０Ａや両端部１０Ｃではコード１６が直線状に延びて角度が一定であるのに対し、それらの間に介在する中間部１０Ｂではコード１６が湾曲して角度が急激に変化するため、ベルト層１５が局所的に変形して中間部１０Ｂに歪みが集中しやすく、耐久性の向上が十分でないことが分かった。また、このベルト層１５では、突発的な操舵により急激な変形を受けたときに接地形状が崩れやすくなるため、これを改善することで操縦安定性を向上できる見込みがあることが分かった。

特開２００３−１５４８０９号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ショルダー部の径成長を抑制しうる構成でありながら、ベルト層の耐久性と操縦安定性を向上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。

上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。即ち、本発明の空気入りタイヤは、カーカス層のトレッド部外周にベルト層が配設された空気入りタイヤにおいて、前記ベルト層の幅方向中央におけるコードのタイヤ周方向に対する角度θｃと、そのベルト層の幅方向両端におけるコードのタイヤ周方向に対する角度θｓとが、０°＜θｓ＜θｃ＜９０°の関係を満たし、且つ、平面展開した前記ベルト層のコードが、前記ベルト層の幅方向の一端から他端まで連続して延びるとともに、前記ベルト層の幅方向の全域に亘って、２つの弧が連続してなる曲線状に配置されているものである。

この空気入りタイヤでは、ベルト層のコード配置が０°＜θｓ＜θｃ＜９０°の関係を満たすため、ベルト層の両端部での拘束力が相対的に高くなり、ショルダー部の径成長を抑制することができる。しかも、ベルト層のコードが上記の如き曲線状に配置されているため、ベルト層の幅方向に沿ってコードの角度が常に変化したものとなり、ベルト層に歪みが集中しやすい箇所が生じず、局所歪みを抑えて耐久性を向上できる。更には、突発的な操舵に対してもベルト層の変形が分散して歪みが緩和され、接地形状の変化を小さくして操縦安定性を高めることができる。

上記において、角度θｃは、ベルト層の幅方向中央におけるコードの接線とタイヤ周方向とがなす角度のうち、鋭角となる方の角度として求められる。また、角度θｓは、ベルト層の幅方向両端におけるコードの接線とタイヤ周方向とがなす角度のうち、鋭角となる方の角度として求められる。

本発明の空気入りタイヤでは、前記ベルト層のコードが幅方向にオフセットして配置され、前記コードのタイヤ周方向に対する角度が最大となる位置が前記ベルト層の幅方向中央からずれているものでもよい。かかる構成によれば、ベルト層の両端部でコードの周方向成分を相違させてベルト張力に非対称性を付与できることから、トレッド面のパターン剛性やキャンバ角などの車両特性に応じた接地形状の補正が可能となり、操縦安定性の向上に資する。

本発明の空気入りタイヤでは、前記ベルト層の外周に、タイヤ周方向に延びたコードを含むベルト補強層が配設され、前記ベルト補強層が、幅方向中央よりも幅方向両端にて強度を低下させるとともに、前記ベルト層の両端部を被覆しないように前記ベルト層よりも幅狭に形成されているものでもよい。

本発明では、既述のようにベルト層の両端部での拘束力を高めうることから、ベルト補強層を上記の如く幅狭に形成して、ショルダー部での配設を省略できる。これにより、幅方向中央部での径成長を効果的に抑制しつつ、ベルト層を全体的に覆う場合よりもタイヤを軽量化して転がり抵抗を低減できる。また、ベルト補強層が幅方向中央よりも幅方向両端にて強度を低下させているため、急激な剛性変化を避けて耐久性を確保するうえでも有利になる。

本発明に係る空気入りタイヤの一例を概略的に示すタイヤ子午線断面図 ベルト層の平面展開図 図２に示したベルト層のコード配置を説明する図 コードの経路となる複数の弧を模式的に示した図（但し、（Ｂ）は本発明に 含まれない） 本発明に含まれない形態におけるベルト層のコード配置を説明する図 本発明の別実施形態におけるベルト層のコード配置を説明する図 ベルト補強層の構造の一例を示す概略断面図 先行技術文献に記載されたベルト層のコード配置を説明する図

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。図１は、本発明に係る空気入りタイヤの一例を概略的に示すタイヤ子午線断面図である。この空気入りタイヤは、一対のビード部１と、ビード部１の各々からタイヤ径方向外側に延びるサイドウォール部２と、そのサイドウォール部２の外周端に連なるトレッド部３とを備える。ビード部１には、鋼線等の収束体をゴム被覆してなる環状のビードコア１ａと、硬質ゴムからなるビードフィラー１ｂが配設されている。

タイヤの骨格をなすカーカス層４は、ビード部１の間に架け渡されるように配設され、その端部がビードコア１ａを介して巻き上げられた状態で係止されている。カーカス層４は、タイヤ周方向に対して略９０°の角度で延びるコードを含んでおり、該コードとしては、ポリエステルやレーヨン、ナイロン、アラミド等の有機繊維コードやスチールコードが採用されうる。カーカス層４のトレッド部３外周にはベルト層５が配設され、たが効果によってカーカス層４を補強している。

図２に示すように、ベルト層５は、多数のコードＣをゴムでトッピングしたベルトプライにより構成され、本実施形態では２枚のベルトプライ５ａ，５ｂにより構成されている。コードＣは、タイヤ周方向ＰＤに対して全体的に斜めに延びており、コードＣが互いに逆向きに交差するようにベルトプライ５ａ，５ｂが積層されている。ベルト層５を構成するコードＣとしては、スチールコードが例示されるが、上述したような有機繊維コードも使用可能である。図２は概念的に記載しており、実際にはもっと密にコードＣが配置される。

ベルト層５のコード配置を説明するため、図３に、相対的に幅広となるベルトプライ５ａのコード配置を示す。この空気入りタイヤでは、ベルト層５の幅方向中央におけるコードＣのタイヤ周方向ＰＤに対する角度θｃと、そのベルト層５の幅方向両端におけるコードＣのタイヤ周方向ＰＤに対する角度θｓとが、０°＜θｓ＜θｃ＜９０°の関係を満たし、且つ、平面展開したベルト層５のコードＣが、ベルト層５の幅方向ＷＤの全域に亘って、複数の弧が連続してなる曲線状に配置されている。

具体的には、ベルト層５の幅方向中央となるベルトセンターＢＣとコードＣとの交点に接線Ｌ１を引き、ベルト層５の幅方向両端となるベルト端ＢＥとコードＣとの交点に接線Ｌ２を引いたとき、それら接線Ｌ１，Ｌ２とタイヤ周方向とがなす角度θｃ，θｓが、０°＜θｓ＜θｃ＜９０°の関係を満たすように設定されている。これによりベルト層５の両端部での拘束力が相対的に高くなって、ショルダー部の径成長を抑制できる。かかる作用効果を高めるうえで、θｃ−θｓは５〜２５°が好ましく、５〜１０°がより好ましい。角度θｃは、例えば１０〜４５°に設定され、好ましくは２５〜３５°である。また、角度θｓは、例えば５〜４０°に設定され、好ましくは２０〜３０°である。

コードＣは、ベルト端ＢＥの片側から他側に至る範囲で直線部分を有しておらず、ベルト層５の幅方向ＷＤの全域に亘って、複数の弧が連続してなる曲線状に配置されている。かかる構成により、ベルト層５の幅方向ＷＤに沿ってコードＣの角度が常に変化したものとなるため、ベルト層５に歪みが集中しやすい箇所が生じず、局所歪みを抑えて耐久性や偏摩耗性を向上できる。更には、突発的な操舵に対してもベルト層５の変形が分散して歪みが緩和され、接地形状の変化を小さくして操縦安定性を高めることができる。

図４（Ａ）は、このコードＣの経路となる複数の弧を模式的に示しており、各弧の末端及び接点を黒点で表している。本実施形態におけるコードＣの経路は、曲率半径Ｒ１が同じで互いに逆向きに湾曲した２つの円弧ａ１，ａ２を滑らかに連ねた曲線であり、ベルトセンターＢＣ上の点を中心として円弧ａ１と円弧ａ２は互いに点対称である。上述したコードＣの角度の関係を満たすうえでは、このように円弧ａ１，ａ２が幅方向ＷＤの外側に凸となるように湾曲することが好ましい。また、この例では、コードＣの経路が右上がりの向きになっているが、左上がりの向きであっても構わない。

図３に示すように、ベルトセンターＢＣからベルト端ＢＥに向かってベルト半幅ＨＷの０〜３０％となる範囲をセンター領域Ｃｅ、３０〜７０％となる範囲をクォータ領域Ｑｒ、７０〜１００％となる範囲をショルダー領域Ｓｈとする。ベルト半幅ＨＷは、図２の如く幅広のベルトプライを基準にして測定される。通常、センター領域Ｃｅやクォータ領域Ｑｒでは、ショルダー領域Ｓｈよりもトレッド部３の曲率半径が大きいため、適正な接地形状を得て操縦安定性を高めるうえで、センター領域Ｃｅやクォータ領域ＱｒにおけるコードＣの角度変化は小さい方が望ましい。

このため、センター領域Ｃｅの角度変化αｃは、好ましくは０＜αｃ＜１．０であり、より好ましくは０＜αｃ＜０．５である。同理由により、クォータ領域Ｑｒの角度変化αｑは、好ましくは０＜αｑ＜３．０であり、より好ましくは０＜αｑ＜１．０である。同理由により、ショルダー領域Ｓｈの角度変化αｓは、好ましくはαｃ＜αｓ＜３０であり、より好ましくはαｃ＜αｓ＜５．０である。角度変化αｃ，αｑ，αｓは、各領域の両端におけるコードＣの角度の差として求められる。

上述したようなコード配置は、ベルト層５を構成する複数のベルトプライの何れに採用してもよく、全てのベルトプライに採用しても構わないが、ワーキングベルト（主ベルト）として機能するベルトプライに採用することが好ましい。例えばトラックやバスなどの重荷重車両に用いられる空気入りタイヤにおいて、４枚のベルトプライがベルト層を構成する場合には、ワーキングベルトとして機能する２枚目と３枚目のベルトプライに採用することが好ましい。

本実施形態では、２枚のベルトプライ５ａ，５ｂによりベルト層５を構成しており、相対的に幅狭となるベルトプライ５ｂでは、ベルトプライ５ａを左右反転したコード配置になっている。ベルトプライ５ｂにおいても、ベルトプライ５ａと同様に０°＜θｓ＜θｃ＜９０°の関係を満たし、コードＣが幅方向ＷＤの全域に亘って曲線状に配置されている。これにより、ベルトプライ間でコードＣが逆向きに湾曲し、コードＣ同士の交差角度が幅方向ＷＤに沿って常に変化することから、ベルト層５におけるコードＣのせん断力を低減して耐久性を良好に向上できる。

図２及び図３では、２つの弧が連続してなる曲線状にコードＣが配置されている例を示したが、この弧の個数は３つ以上であってもよく（但し、本発明に含まれない）、コード配置の対称性を維持する観点から偶数個であることが好ましい。但し、弧の個数が４つを超えると、弧同士を滑らかに連ね難くなるため、４つ以下が好ましい。図５に示したコード配置では、コードＣが、０°＜θｓ＜θｃ＜９０°の関係を満たしつつ、図４（Ｂ）に示すような４つの円弧ａ３〜ａ６を滑らかに連ねた曲線状に配置されている。

図４（Ｂ）では、円弧ａ３と円弧ａ６とが曲率半径Ｒ２を共通させ、円弧ａ４と円弧ａ５とが曲率半径Ｒ３を共通させている。曲率半径Ｒ２，Ｒ３は、互いに同じでも相違していてもよい。隣り合う円弧同士は互いに逆向きに湾曲しており、ベルトセンターＢＣを境界とした２つの曲線は、ベルトセンターＢＣ上の点を中心として互いに点対称である。ベルトプライ５ｂでは、ベルトプライ５ａを左右反転したコード配置になっていることが好ましい。上述したコードＣの角度の関係を満たすうえで、円弧ａ４，ａ５は幅方向ＷＤの外側に凸となるように湾曲していることが好ましい。

図３及び図５では、コード配置が左右対称であって、コードＣのタイヤ周方向ＰＤに対する角度がベルトセンターＢＣにて最大となるが、本発明はこれに限られるものではなく、図６に示したように、コード配置を左右非対称とし、コードＣのタイヤ周方向ＰＤに対する角度が最大となる位置がベルトセンターＢＣからずれていても構わない。図６に示したコード配置では、コードＣの角度が０°＜θｓ＜θｃ＜９０°の関係を満たしつつ、コードＣの経路が図４（Ｃ）に示すように２つの円弧ａ７，ａ８を滑らかに連ねた曲線になっている。

図６のコード配置は、図３に示したベルト層５のコードＣを幅方向ＷＤにオフセットして配置し、コードＣのタイヤ周方向ＰＤに対する角度が最大となる位置ＭＰをベルトセンターＢＣからずらしたものである。かかる構成によれば、ベルト層５の両端部でコードＣの周方向成分を相違させてベルト張力に非対称性を付与できることから、トレッド面のパターン剛性やキャンバ角などの車両特性に応じた接地形状の補正が可能となり、操縦安定性の向上に資する。

図１のようにトレッド面に非対称パターンを採用している本実施形態では、タイヤ赤道ＣＬを基準にして右側よりも左側で陸部面積が小さく、延いては左側のパターン剛性が低くなる。かかる非対称パターンでは、右側に比べて左側の接地長（接地面のタイヤ周方向長さ）が長くなるため、圧力分散が高くなって接地性が損なわれ、操縦安定性や耐久性、耐摩耗性に悪影響が及びうる。そこで、図６では、コードＣの角度分布を右側にオフセットし、コードＣの周方向成分が増える左側にてベルト張力を高め、左側の接地長の伸長を抑えて接地形状の最適化を図っている。

この場合、ベルトプライ５ｂでは、ベルトプライ５ａを左右反転したコード配置であって、ベルトプライ５ａと同じ方向に且つ同等のずれ量ＧにてコードＣをオフセット配置することが好ましい。また、ベルトプライ５ｂのみをオフセット配置してもよく、プライ間でずれ量Ｇを異ならせても構わない。ベルトセンターＢＣを基準とした位置ＭＰのずれ量Ｇは、上述したベルト張力の非対称性を勘案して任意に調整できるが、例えばベルトセンターＢＣからベルト半幅ＨＷの５〜１５％となる範囲に設定される。

無論、本発明は、トレッド面に対称パターンを有する空気入りタイヤにも適用可能であり、その場合であっても、上記のようなオフセット配置を採用して構わない。

図１では記載していないが、ベルト層５の外周には、実質的にタイヤ周方向に延びたコードを含むベルト補強層を配設することができる。該ベルト補強層としては、単層又は複層でベルト層５を全体的に覆う構造や、幅狭の帯状をなしてベルト層５の両端部のみを覆う構造、それらを組み合わせた構造など種々が採用可能である。ベルト補強層は、１本又は複数本のコードをゴムで被覆したものを、ベルト層５の外周に螺旋状に巻回して形成することができる。

本発明では、既述のようにベルト層５の両端部での拘束力を高められるとともに、ベルト層５における局所歪みを抑えて耐久性を向上できることから、図７に示すように、ベルト補強層６がベルト層５の両端部を被覆しないようにベルト層５よりも幅狭に形成できる。これにより、幅方向中央部での径成長を効果的に抑制しつつ、ベルト層５を全体的に覆う場合よりもタイヤを軽量化して、転がり抵抗を低減することができる。

このベルト補強層６では、幅方向中央よりも幅方向両端にて強度を低下させており、それによって急激な剛性変化を避けて耐久性を確保しやすくしている。本実施形態では、ベルト補強層６のエンド数（コードＫの幅方向１インチ当たりのコード本数）をタイヤ幅方向外側に向かって次第に小さくし、コードＫをセンター領域Ｃｅで密にクォータ領域Ｑｒで疎となるように配置している。この他、ベルト補強層６の強度を低下させる手法として、コードＫの材質を低強度にしたり、コードＫを小径にしたりすることが考えられる。

本発明の空気入りタイヤは、ベルト層のコードを上記の如く配置する程度の改変で、その他は従来のタイヤ製造工程と同様にして製造を行うことができる。上記のようなベルト層は、例えば、本出願人による特開２００２−１２７７１１号公報に記載の製造装置を利用して、コードを１本ずつ又は数本ずつ順次に且つコードの角度を変えながら配置することで作製することができる。或いは、成型ドラムに幅方向中心より外側に向かって外径が大きくなるスペーサーを装着することにより、従来のベルト成形工程による作製が可能となる。

以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例について説明する。下記の評価に供したタイヤのサイズは１９５／６５Ｒ１５であり、１５×６．０−ＪＪのリムに装着して空気圧を２３０ｋＰａとした。

（１）操縦安定性
実車による官能試験を実施して評価した。比較例１の結果を１００として指数評価し、数値が大きいほど操縦安定性に優れていることを示す。

（２）耐久性
直径１４００ｍｍのドラムに４．１ｋＮの荷重でタイヤを回転自在に押し付けて速度を１０ｋｍ／ｈずつ上げていき（室温３５℃）、ベルト層に故障が発生するまでの走行距離にて評価した。比較例１の結果を１００として指数評価し、数値が大きいほど耐久性に優れていることを示す。

（３）転がり抵抗
転がり抵抗測定用の１軸ドラム試験機を使用し、負荷荷重４．２ｋＮ、速度８０ｋｍ／ｈでの転がり抵抗を測定し、その逆数にて評価した。比較例１の結果を１００として指数評価し、数値が大きいほど転がり抵抗に優れていることを示す。

直線状のコード配置を比較例１、図８に示したコード配置を比較例２、図３に示したコード配置を実施例１〜３、図５に示したコード配置を参考例とした。実施例４〜６は、実施例２においてコードをオフセット配置したものであり、陸部面積が左右で異なる非対称パターンを採用している。また、実施例２〜６及び参考例では、ベルト層の両端部を被覆しないようにベルト補強層を幅狭に形成している。評価結果を表１に示す。

表１より、実施例１〜６及び参考例では、ベルト層のコードを上記の如く配置したことによって、比較例１，２に比べて耐久性及び操縦安定性が向上していることが分かる。また、実施例２〜６及び参考例では、ベルト補強層を上記の如く形成したことによって、転がり抵抗も併せて改善できていることが分かる。

３ トレッド部
４ カーカス層
５ ベルト層
５ａ ベルトプライ
５ｂ ベルトプライ
６ ベルト補強層
ＢＣ ベルトセンター
ＢＥ ベルト端
Ｃ コード

Claims (3)

1. カーカス層のトレッド部外周にベルト層が配設された空気入りタイヤにおいて、前記ベルト層の幅方向中央におけるコードのタイヤ周方向に対する角度θｃと、そのベルト層の幅方向両端におけるコードのタイヤ周方向に対する角度θｓとが、０°＜θｓ＜θｃ＜９０°の関係を満たし、且つ、平面展開した前記ベルト層のコードが、前記ベルト層の幅方向の一端から他端まで連続して延びるとともに、前記ベルト層の幅方向の全域に亘って、２つの弧が連続してなる曲線状に配置されていることを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記ベルト層のコードが幅方向にオフセットして配置され、前記コードのタイヤ周方向に対する角度が最大となる位置が前記ベルト層の幅方向中央からずれている請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記ベルト層の外周に、タイヤ周方向に延びたコードを含むベルト補強層が配設され、前記ベルト補強層が、幅方向中央よりも幅方向両端にて強度を低下させるとともに、前記ベルト層の両端部を被覆しないように前記ベルト層よりも幅狭に形成されている請求項１又は２に記載の空気入りタイヤ。
   

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