JP5575597B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は空気入りタイヤ（以下、単に「タイヤ」とも称する）に関し、詳しくは、トレッド部の補強構造の改良に係る空気入りタイヤに関する。

一般に、高性能スポーツ車用の空気入りタイヤとしては、運動性能を発揮させるために、幅広形状のものが適用されている。このような幅広形状のタイヤは、運動性能が重視されるために、摩耗性能の点ではやや劣り、特に、幅が広いことから、局部的な摩耗を発生しやすいという難点があった。

近年、ユーザーからの要請の高まりにより、このような高性能スポーツ車用のタイヤにおいて、高い運動性能を確保しつつ、摩耗性能を向上することが求められている。これに対し、例えば、特許文献１には、接地圧を均一化して、操縦安定性を向上させるとともに、偏摩耗を抑制して耐摩耗性を向上させる技術が開示されている。この特許文献１に記載の技術は、タイヤクラウン部の幅方向の面外曲げ剛性を高めるために、接地時における弧状変形の曲げの中立軸から圧縮側にある程度離れた位置、すなわち、タイヤ半径方向最外側のカーカスプライよりもタイヤ半径方向内側に補強層を配置するとともに、この補強層内に、圧縮力に抵抗し突っ張りとして機能する、タイヤ幅方向を含むその近似方向に延びるスチールコードを埋設したものである。

特開２００５−２５５０６０号公報（段落［００１１］，［００１２］等）

特許文献１に開示されている技術によれば、操縦安定性および耐摩耗性に優れた空気入りタイヤを得ることが可能である。しかしながら、特許文献１に開示されたタイヤは、より高速度での走行時における補強層の耐久性については、未だ改善の余地を有していた。すなわち、特許文献１に開示されている補強構造では、サーキット走行時などのような超高速での走行時に、クラウン部が遠心力によりタイヤ周方向に引っ張られた際に、補強層内のスチールコードがタイヤ幅方向に縮もうとすることで、突っ張った状態のスチールコードが圧縮に耐えきれず、座屈して破断する懸念があった。したがって、超高速走行時でも破断の懸念の少ない補強層とすることで、より高レベルの耐久性を確保した空気入りタイヤの実現が求められていた。

そこで本発明の目的は、上記問題を解消して、サーキット走行等の超高速走行時における耐久性に優れた空気入りタイヤを提供することにある。

本発明者は、上記超高速走行時における補強層内のスチールコードの破断の原因を明らかにするために、ドラムテストによりタイヤを、サーキットの最高速を上回る超高速で走行させた。これにより、本発明者は、従来のスチールコードでは、超高速走行に伴い、コードを構成する素線がコード軸方向に縦割れを生じて、破断する現象を捉えた。本発明者による詳細解析の結果、この破断の現象は、補強層を構成するスチールコードに大きな圧縮歪が加わることで、コードが座屈し、その後の走行により、座屈した箇所に大きな歪が集中して繰り返し付加されることで、引き起こされるものであることが見出された。

かかる観点から、本発明者はさらに、スチールコードの圧縮歪に対する耐久性を検討した。その結果、本発明者は、スチールコードに延性の高いスチール鋼材を適用することで、超高速走行時においてもコードの破断を抑制できることを見出し、スチールコードの強度を３０００ＭＰａ以下とすることで、必要な延性が得られることを見出して、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の空気入りタイヤは、左右一対のビードコア間にトロイド状に延在する２枚のカーカスプライからなるカーカス層と、該カーカス層のクラウン部タイヤ半径方向外側に配置されたベルト層と、該ベルト層のタイヤ半径方向外側に配置されたトレッドと、を備える空気入りタイヤにおいて、
前記２枚のカーカスプライ間に、タイヤ幅方向を含むその近似方向に延びるスチールコードが埋設された補強層が配置され、かつ、該スチールコードの、破断強力Ｔ（Ｎ）を断面積Ｓ（ｍｍ^２）で割った値である強度Ｔｓ（ＭＰａ）が、２５００≦Ｔｓ≦２９００を満足することを特徴とするものである。

本発明においては、前記スチールコードとして、炭素含有量０．８〜１．０質量％の高炭素鋼よりなるものを用いることが好ましい。

本発明によれば、上記構成としたことで、サーキット走行等の超高速走行時においても補強層を構成するスチールコードの座屈が発生しにくく、これによりスチールコードの破断に起因する故障の発生を抑制することができる、高速耐久性に優れた空気入りタイヤを実現することが可能となった。

本発明の一実施の形態に係る空気入りタイヤの幅方向断面図である。 本発明に係るタイヤクラウン部の補強構造を示す一部破断平面図である。 実施例に用いたスチールコードの断面形状を示す概略断面図である。 実施例に用いた他のスチールコードの断面形状を示す概略断面図である。 実施例に用いたさらに他のスチールコードの断面形状を示す概略断面図である。 実施例に用いたさらに他のスチールコードの断面形状を示す概略断面図である。 実施例に用いたさらに他のスチールコードの断面形状を示す概略断面図である。 実施例に用いたさらに他のスチールコードの断面形状を示す概略断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１に、本発明の一実施の形態に係る空気入りタイヤの幅方向断面図を示す。図示するように、本発明の空気入りタイヤは、左右一対のビードコア１間にトロイド状に延在する少なくとも１枚、図示例では２枚のカーカスプライ２ａ，２ｂからなるカーカス層２と、そのクラウン部タイヤ半径方向外側に配置されたベルト層３と、そのタイヤ半径方向外側に配置されたトレッド４と、を備えている。

本発明においては、カーカスプライ２ａ，２ｂのうちタイヤ半径方向最外側に位置するカーカスプライ２ｂのクラウン部タイヤ半径方向内側に、タイヤ幅方向を含むその近似方向に延びるスチールコード２５が埋設された補強層５が配置されている（図２参照）。このように、タイヤ断面の弧状変形の中立軸より内側にスチールコードを埋設した構造とすることで、スチールコードの突っ張り作用により、弧状変形を生じにくくすることができ、これによりタイヤ赤道部せり出しを抑制し、接地圧を均一化して、結果として、操縦安定性および耐摩耗性を向上することができるものである。このタイヤ断面の弧状変形については、後述する。

一方で、前述したように、このような補強構造では、サーキット走行時などのように超高速で走行した際に、クラウン部が遠心力によりタイヤ周方向に引っ張られると、補強層内のスチールコードがタイヤ幅方向に縮もうとして、耐えきれずに座屈し、破断を生ずるおそれがあった。そこで、かかるスチールコードの破断を抑制するために、本発明においては、補強層５を構成するスチールコードとして、破断強力Ｔ（Ｎ）を断面積Ｓ（ｍｍ^２）で割った値である強度Ｔｓ（ＭＰａ）が、Ｔｓ≦３０００を満足するスチールコードを用いる。強度Ｔｓが３０００ＭＰａ以下である延性の高いスチールコードを補強層５に用いることで、超高速走行時にスチールコードに掛かる圧縮歪に対する耐久性を高めて、座屈に起因する破断の発生を抑制することが可能となる。このスチールコードの強度Ｔｓは、好適には、２０００〜３０００ＭＰａとする。強度Ｔｓが低すぎると、路面の突起を踏んだ際のカット性に劣るため好ましくない。

上記スチールコードの延性をより向上するためには、スチール線材を加工してスチールコードとする際の加工量を小さくすることが有効である。このような観点からは、スチールコードを、炭素含有量が０．８〜１．０質量％の高炭素鋼よりなるものとすることが好適であり、さらに、０．９〜１．０質量％とすることがより好適である。これにより、加工量を少なくしつつ、所定の強度を確保することが可能となる。

さらに、スチールコードを構成するスチール素線として、素線径０．２０ｍｍ〜０．４０ｍｍのものを用いることが、耐久性を向上する上でより好適である。すなわち、素線径が０．２０ｍｍ以上のスチール素線を用いることで、スチールコードの曲げ剛性を大きくして、座屈変形しにくくすることができる。また、素線径が０．４０ｍｍ以下のスチール素線を適用することで、スチールコードが縦割れ破断を起こしにくくすることができる。

補強層５の打込み数は、例えば、２０〜１５０本／５０ｍｍとすることができる。また、補強層５に埋設されているスチールコード２５のタイヤ赤道面に対する交差角θは、６０〜９０度の範囲内とすることが好ましい。この交差角θをこの範囲内とすることで、弧状変形が強力に抑制され、これにより、操縦安定性および耐摩耗性が強力に向上するものとなる。特には、上記角度範囲の中でも、交差角が大であるほど、弧状変形の抑制効果が強力となるので、好ましい。

図示するタイヤにおいて、トレッド４の表面には、広幅で実質上タイヤ周方向に延びる複数本、ここでは４本の主溝が形成されている。ここで、これら主溝は、直線状に延びていてもよく、ジグザグ状に折れ曲がっていてもよく、また、タイヤ周方向に対して多少の角度、例えば、３０度程度で傾斜して、略ハの字状を呈していてもよい。このようにトレッド４の表面に主溝が形成されていると、トレッド端と主溝との間、および、隣接する主溝間には、リブ状ないしブロック状の陸部が画成される。このような主溝を有する空気入りタイヤに所定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およびベルト層のうち、主溝に重なり合っている部位の近傍では、突っ張りとして機能する陸部が存在せず、しかも、ベルト層の曲げ剛性が比較的低い値であるため、タイヤ半径方向外側に向かって弧状に突出するような変形が生じ、その内部には曲げの中立軸（通常、タイヤ半径方向最内側のベルト近傍に位置している）よりタイヤ半径方向外側に引張力が、一方、タイヤ半径方向内側には圧縮力が発生しようとする。

このため、本発明においては、クラウン部におけるタイヤ半径方向最外側のカーカスプライよりタイヤ半径方向内側に、タイヤ幅方向を含むその近似方向に延びる多数本のスチールコードが埋設された補強層５を、主溝に重なり合うよう配置することが好ましい。ここで、上記スチールコードの延在方向であるタイヤ幅方向を含むその近似方向とは、タイヤ周方向に近似する方向ではなく、タイヤ幅方向とタイヤ幅方向に近似する方向との両方を含む方向という意味であり、具体的には、タイヤ赤道面に対し４５〜９０度で傾斜している方向である。

上記曲げの中立軸から圧縮側にある程度離れた位置において、タイヤ幅方向を含むその近似方向に延びる多数本のスチールコードが配置されることで、このようなスチールコードが埋設された補強層５は、前述の圧縮力に抵抗して突っ張りとして機能する。これにより、前述したカーカス層およびベルト層の弧状変形が効果的に抑制されて、トレッド表面の陸部における接地圧が均一化される。その結果、空気入りタイヤにおける操縦安定性が向上するとともに、偏摩耗が抑制されて、耐摩耗性が向上する。特に、前述のように、カーカスプライの内部に有機繊維からなる補強コードが埋設されている場合には、カーカス層の曲げ剛性が小さいために上記弧状変形量が大きくなりやすいが、本発明によれば、このような弧状変形量が大きなタイヤにおいても、弧状変形を効果的に抑制することができる。

また、本発明において、補強層５は、タイヤ半径方向最外側に位置するカーカスプライ２ｂのクラウン部タイヤ半径方向内側に配置されているものであればよいので、図示するように、２枚ないしそれ以上で配置されたカーカスプライの間のみならず、全てのカーカスプライ２ａ，２ｂ、すなわち、タイヤ半径方向最内側のカーカスプライ２ａよりもタイヤ半径方向内側に配置されているものであってもよい。補強層５を、図示するようにカーカスプライの間に配置した場合には、補強層５のタイヤ幅方向両端において露出しているスチールコードの切断端が、カーカスプライ２ａ，２ｂにより包囲されるので、補強層５のタイヤ幅方向外側端での亀裂発生を効果的に抑制することができる。また、補強層５を、タイヤ半径方向最内側のカーカスプライ２ａよりタイヤ半径方向内側に配置した場合には、曲げの中立軸から補強層５までのタイヤ半径方向距離が長くなって、補強層５のスチールコードによる突っ張り機能がさらに強力になるので、前述の弧状変形の抑制効果を高めて、操縦安定性および耐摩耗性をさらに向上させることができる。

なお、本発明においては、カーカス層が、タイヤ赤道面に対して逆方向に傾斜した有機繊維からなる補強コードが埋設された２枚のカーカスプライから構成されている場合であって、補強層５が最内側のカーカスプライよりタイヤ半径方向内側に配置されているときには、補強層５内のスチールコードの延在方向を、補強層５に隣接する最内側のカーカスプライ内の補強コードの延在方向と平行とすることが好ましい。また、同様に、カーカス層が、タイヤ赤道面に対して逆方向に傾斜した有機繊維からなる補強コードが埋設された２枚のカーカスプライから構成されている場合であって、補強層５が隣接する２枚のカーカスプライ間に配置されているときには、補強層５内のスチールコードの延在方向を、補強層５に隣接する内側または外側のカーカスプライ内の補強コードの延在方向と平行とすることが好ましい。上記のように、補強層５のスチールコードの延在方向を補強層５に隣接するカーカスプライ内の補強コードの延在方向と平行とすれば、これらコードの延在方向がある角度で交差している場合と比較して、補強層５のタイヤ幅方向外側端（スチールコードの切断端）での亀裂発生を抑制することができる。

また、補強層５の幅は、タイヤ幅方向最外側に位置する２本の主溝のそれぞれのタイヤ幅方向外側壁面の間の間隔より、広幅とすることが好ましい。これにより、タイヤの成形作業、すなわち、補強層５の貼付け作業が簡単となるとともに、全ての主溝における弧状変形を効果的に抑制することができる。但し、補強層５の幅をトレッド幅より広くすると、補強層５のタイヤ幅方向外側端に亀裂が発生するおそれがあるため、補強層５の幅はトレッド幅より狭くする必要がある。

なお、補強層５は、各主溝と重なり合う位置に配置され、かつ、主溝の幅より若干幅広である、主溝と同数の補強層片から構成したり、または、タイヤ赤道面の一方側および他方側に位置する主溝にそれぞれ重なり合い、一方側に位置する主溝間の距離および他方側に位置する主溝間の距離より若干幅広である２枚の補強層片から構成するようにしてもよい。

本発明においては、上記所定の強度を有するスチールコードよりなる補強層５を配置する点のみが重要であり、これにより、本発明の所期の効果を得ることができるものであって、それ以外の点については特に制限されるものではなく、常法に従い適宜構成することが可能である。例えば、図示するタイヤは、トレッド部１１と、その両側に連なる一対のサイドウォール部１２およびビード部１３とからなり、カーカス層２は、これら各部を、ビード部１３内にそれぞれ埋設された一対のビードコア１間にわたり補強している。

カーカス層２は、少なくとも１枚、図示例では２枚のカーカスプライ２ａ，２ｂから構成され、これらカーカスプライ２ａ，２ｂは、有機繊維、例えば、ナイロンやポリエステルからなる補強コード２２ａ，２２ｂが、複数本にてゴム中に埋設されてなる（図２参照）。この補強コード２２ａ，２２ｂは、通常、タイヤ赤道面に対し９０度で交差する、いわゆるラジアル方向に配列されるが、タイヤ赤道面に対して、例えば、７０度程度の大きな角度で交差しているものであってもよく、この場合には、カーカスプライを２枚として、各層の補強コードの傾斜方向をプライ間で逆方向とし、各層の補強コードを互いに交差させる。

ベルト層３は、少なくとも１枚、図示例では２枚のベルト３ａ，３ｂが積層されて構成され、これらベルトは、例えば、スチールや、芳香族ポリアミド繊維およびナイロン等の有機繊維からなる補強コード２３ａ，２３ｂが、複数本にてゴム中に埋設されてなる（図２参照）。このベルトに埋設されている補強コード２３ａ，２３ｂは、タイヤ赤道面に対し１０〜４０度の角度で傾斜するとともに、少なくとも２枚のベルトについては、タイヤ赤道面に対し逆方向に傾斜して互いに交差している。

また、図示する例では、ベルト層３のタイヤ半径方向外側に、さらに、ベルト補強層６が配置されている。このベルト補強層６は、有機繊維、例えば、ナイロンやポリエステルから構成された補強コード２６が、複数本にてゴム中に埋設されてなり、そのコード方向は、タイヤ赤道面に対し９０度で交差する方向とすることができる（図２参照）。さらに、本発明のタイヤにおいて、タイヤ内に充填する気体としては、通常の又は酸素分圧を変えた空気、もしくは窒素等の不活性ガスを用いることができる。

本発明の空気入りタイヤは、特に、サーキット走行等の超高速走行が想定されるレーシング車等の高性能スポーツ車において有用である。

以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
図１，２に示す構造を有するタイヤサイズ２４５／４０Ｒ１７の乗用車用タイヤを、補強層の条件をそれぞれ変えて、作製した。この供試タイヤにおいて、カーカス層は、タイヤ赤道面に対し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。また、ベルト層は、カーカス層のクラウン部タイヤ半径方向外側に配置され、タイヤ赤道面に対し±２５度で互いに逆方向に交差する芳香族ポリアミド繊維コードが埋設された２枚のベルトからなる。さらに、ベルト補強層は、ベルト層のタイヤ半径方向外側に配置され、タイヤ赤道面に対し９０度で交差するナイロンコードが埋設されてなる。さらにまた、補強層は、幅１９０ｍｍにて２枚のカーカスプライ間に配置され、タイヤ赤道面に対する交差角θが９０度であるスチールコードを下記表中に示す打込み数にて配列して形成されてなる。

得られた各供試タイヤに内圧１３０ｋＰａを充填した後、ドラム上で、４６０ｋｍ／ｈの速度で１０ｋＮの垂直荷重を５秒間負荷し、その後、３００ｋｍ／ｈの速度で５ｋＮの垂直荷重を負荷して、１０分間走行させた。このドラム走行終了後の各供試タイヤについて、補強層のスチールコードに破断が生じているかどうかを確認した。その結果を、下記の表中に併せて示す。

上記表中に示すように、最外側カーカスプライの内側に配置される補強層のスチールコードとして、強度Ｔｓが所定値以下であるものを用いたことで、超高速走行時における耐久性に優れた空気入りタイヤが得られることが確かめられた。

１ ビードコア
２ カーカス層
２ａ，２ｂ カーカスプライ
３ ベルト層
３ａ，３ｂ ベルト
４ トレッド
５ 補強層
６ ベルト補強層
１１ トレッド部
１２ サイドウォール部
１３ ビード部
２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ，２６ 補強コード
２５ スチールコード

Claims (2)

1. 左右一対のビードコア間にトロイド状に延在する２枚のカーカスプライからなるカーカス層と、該カーカス層のクラウン部タイヤ半径方向外側に配置されたベルト層と、該ベルト層のタイヤ半径方向外側に配置されたトレッドと、を備える空気入りタイヤにおいて、
   前記２枚のカーカスプライ間に、タイヤ幅方向を含むその近似方向に延びるスチールコードが埋設された補強層が配置され、かつ、該スチールコードの、破断強力Ｔ（Ｎ）を断面積Ｓ（ｍｍ^２）で割った値である強度Ｔｓ（ＭＰａ）が、２５００≦Ｔｓ≦２９００を満足することを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記スチールコードが炭素含有量０．８〜１．０質量％の高炭素鋼よりなる請求項１記載の空気入りタイヤ。

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