JP5607425B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

この発明は空気入りタイヤ、なかでも、トラック、バス等の重荷重用車両に用いて好適な重荷重用空気入りタイヤに関するものであり、とくには、タイヤにスリップ角を付与した場合の、タイヤの発生横力を高めて操縦安定性を向上させる技術を提案するものである。

ラジアル構造とすることができるカーカスのクラウン域の外周側に、たとえば、トレッド周方向に対して５°以下の角度でコードを延在させることによって、実質的にトレッド周方向に延びるコードからなるベルト補強層を一層以上設け、かかるベルト補強層をもってタイヤの径成長を抑制する従来タイヤとしては、特許文献１〜３に開示されたものがある。

なおここで、ベルト補強層を形成するコードは、トレッド周方向に直線状、ジグザグ状、波形状等の形態で延在するものとすることができるとともに、伸長率が２％前後に到るまでは小さな引張力で大きく伸長する一方、その伸長率を越えると、大きな入力によっても伸長率が少なくなる、いわゆる、初期伸びの大きい、たとえば、ラング撚りコード、ハイエロンゲーションコード等とすることができる。
ところで、ベルト補強層のコードを、ジグザグ状、波形状等の迂曲した延在形態とすることで、初期伸びを確保するときは、リム組みしたタイヤに、ＪＡＴＭＡ、ＴＲＡ、ＥＴＲＴＯ等の規格のＹＥＡＲ ＢＯＯＫその他で規定される最高空気圧を充填した状態で、迂曲形態が消失するものとすることが、ベルト補強層に、径成長抑制機能を十分に発揮させる上で好ましい。

特許文献１〜３に開示された空気入りタイヤでは、操縦安定性の向上のために、コードが相互に交差して延びるベルト層を広幅として面内剪断剛性を高めることによって、タイヤが発生する横力を高めることが行なわれているが、ベルト補強層については、ベルト補強層の側縁のベルト層からのセパレーションを抑制するとともに、ベルト補強層それ自体の耐久性能の向上を目的として、これもまた広幅化を図る傾向にある。

しかるに、ベルト補強層の広幅化によって、ベルト補強層の最外側縁を跨ぐ領域にショルダリブを形成したときは、タイヤへのスリップ角の付与によってタイヤに横力ＳＦを発生させるに当り、荷重の直下部分では、図５に、ショルダリブのトレッド幅方向の部分拡大断面図を跨張して例示するように、とくにショルダリブ１００のトレッドセンタ側の側部が、ベルト補強層１０２の周方向の高剛性に基く高いたが作用の故に、ベルト補強層１０２によって圧潰変形されるかの如くトレッドセンタ側へ大きく膨出変形されることになって、いわゆる、クラッシング剪断力ＣＳが大きく増加することになるため、タイヤへのスリップ角の付与によってタイヤに発生する横力ＳＦがそのクラッシング剪断力ＣＳによって相殺されることになり、これがため、先に述べたように、ベルト層１０４の幅を広幅として横力ＳＦの増加を企図してなお、横力ＳＦを所期したほどに大きく高めること、ひいては操縦安定性を所要に応じて十分に向上させることが難しいという問題があった。
なおここで、クラッシング剪断力ＣＳは一般に、ショルダリブ１００の、トレッド幅方向の変形量と、ショルダリブ１００の剛性との積として表わされることなる。

特開２０００−６２４１１号公報 特開２００９−１８４３７１号公報 特開２００９−１２６３６３号公報

この発明は、先に述べた問題点を解決することを課題とするものであり、それの目的とするところは、広幅化したベルト補強層の最外側縁を跨ぐ領域にショルダリブを形成する場合にあっても、そのショルダリブに荷重直下で発生するクラッシング剪断力を有効に抑制することで、タイヤが発生する横力を有利に高め、すぐれた操縦安定性能を確実に発揮させることができる空気入りタイヤを提供するにある。

この発明の空気入りタイヤは、一対のビード部間にトロイダルに延在する、一枚以上のカーカスプライからなるカーカスと、カーカスのクラウン域の外周側に配設されて、トレッド周方向に延在するコードからなるベルト補強層の少なくとも一層と、ベルト補強層の外周側に配設されて、トレッド周方向に対して傾斜して延びるコードからなる一層以上のベルト層と、ベルト層の外周側に配設されてトレッド接地面を形成するトレッドゴムとを具えるものであって、トレッド周方向に連続して延びるショルダ周溝で、前記トレッドゴムに、ベルト補強層の最外側縁位置を跨いで位置するショルダリブを区画するとともに、該ショルダリブのトレッド周方向の一箇所以上に、ベルト補強層の最外側縁と対応する位置、もしくは該位置よりもトレッド幅方向内側の位置から、タイヤ赤道側に延びる溝、および、ベルト補強層の最外側縁と対応する位置と、ショルダリブのトレッド幅方向内側縁との間に存在する、トレッド接地面からの窪みの少なくとも一方を形成してなり、溝及び窪みは、前記ベルト補強層の最外側縁と対応する位置からトレッド幅方向外側には設けられていないものである。

なおここで、「ベルト補強層の最外側縁と対応する位置」とは、ショルダリブの、ベルト補強層の最外側縁を通ってタイヤ中心軸線と直交する線分上の位置をいうものとする。
そしてここでもまた、ベルト補強層を形成するコードは、トレッド周方向に直線状、ジグザグ状、波形状等の形態でトレッド幅方向に螺旋状に延在するものとすることができ、また、コード伸長率が２％前後に到るまでは、小さな引張力で大きく伸長する一方、その伸長率を越えた後は、大きな引張力によっても伸長率が少なくなる、いわゆる初期伸びの大きい、たとえばスチール製撚りコードとすることができる。
なお、ベルト補強層のコードを、ジグザグ状等の迂曲形態で延在させることによって、コードの初期伸びを確保するときは、リムに組み付けたタイヤに、ＪＡＴＭＡ、ＴＲＡ、ＥＴＲＴＯ等の規格のＹＥＡＲ ＢＯＯＫその他で規定される最高空気圧を充填した状態で、迂曲形態が消失するものとすることが、空気入りタイヤの使用状態での径成長抑制機能を、そのベルト補強層に十分発揮させる上で好ましい。

ここで好ましくは、ショルダリブに形成した前記溝及び／又は窪みの深さを、該ショルダリブを区画するショルダ周溝の深さの８％〜７２％の範囲とする。

ところで、コードを相互に交差させて延在させてなる二層以上のベルト層のコード交差幅は、トレッド幅の６５〜９０％の範囲とすることが好ましい。

この発明の空気入りタイヤによれば、高いたが機能を発揮するベルト補強層の最外側縁位置を跨いで位置するショルダリブの、トレッド周方向の一箇所以上に、ベルト補強層の最外側縁と対応する位置、もしくはその位置よりもトレッド幅方向内側の位置から、タイヤ赤道側に延びる溝、および、ベルト補強層の最外側縁と対応する位置と、ショルダリブのトレッド幅方向内側縁との間に存在する、トレッド接地面からの窪みの少なくとも一方を形成したことにより、負荷転動時のタイヤへのスリップ角の付与によって、そのショルダリブの、主としてベルト補強層の半径方向外周側部分が圧潰変形されるに当って、トレッドゴムの圧潰変形部分が、トレッド周方向の前記溝もしくは窪みへ逃げ変形することになって、そのショルダリブ部分の、トレッドセンタ側への膨出変形量を低減することができるので、一般に、ショルダリブの、トレッド幅方向の変形量と、リブ剛性との積として表わされて、発生横力を相殺する向きに作用するクラッシング剪断力を有効に抑制して、スリップ角の付与に基いてタイヤに発生する横力の、クラッシング剪断力による相殺を効果的に抑制し、高い操縦安定性の発揮を十分に担保することができる。

なおここで、ショルダリブの、このような溝および窪みは、前記ショルダリブ部分に生じる変形の、トレッド周方向の逃げ代として機能して、トレッドセンタ側への膨出変形を抑制できるものであればよいことから、溝および窪みを、ベルト補強層の最外側縁と対応する位置よりもトレッド幅方向外側に、横力の低下を招かない程度に多少はみ出して形成することもできる。

ここにおいて、ショルダリブの前記溝及び／又は窪みの深さを、そのショルダリブを区画するショルダ周溝の深さの８％〜７２％としたときは、タイヤへのスリップ角の付与時に、ショルダリブが圧潰変形されるに際し、ショルダリブの圧潰変形部分、とくに、ショルダリブの、トレッド接地面近傍の部分を、前記溝ないしは窪みへ十分効果的に逃げ変形させて、横力を相殺する向きのクラッシング剪断力を有効に抑制するとともに、意図しないリブ剛性の低下を防止するためである。

これはすなわち、溝及び／又は窪みの深さを、ショルダ周溝深さの８％未満とした場合は、ショルダリブの溝及び／又は窪みの深さが小さいことに起因して、トレッドゴムの圧潰変形部分が、前記溝ないしは窪みに十分に逃げ変形しないことから、クラッシング剪断力を抑制する効果があまり期待できない。
一方、溝及び／又は窪みの深さを、ショルダ周溝深さの７２％を越えるものとした場合は、ショルダリブの圧潰変形によるトレッドゴムの逃げ変形が、ショルダリブの、トレッド接地面近傍の部分よりも、ショルダリブの内部の部分で大きくなって、横力を相殺する向きの大きなクラッシング剪断力が作用する接地面近傍部分の膨出変形量を十分に低減することができないので、クラッシング剪断力の作用に起因する横力低下を抑制する効果が十分に得られない他、ショルダリブの溝及び／又は窪みの深さが深いことによって、リブ剛性の意図しない低下を招くおそれがある。

なおここで、コードを相互に交差させて延在させてなる二層以上のベルト層のコード交差幅を、トレッド幅の６５〜９０％の範囲としたときは、ベルト層からなるベルトの面内曲げ剛性を高めることができる。
すなわち、上記数値範囲が６５％未満では、ベルトの面内曲げ剛性の低下が著しく、発生横力も低下することになる他、二層以上のベルト層の幅が大きく相違することによって、プライステアフォースが大きくなる懸念もある。
一方、９０％を越えると、ベルトの面内曲げ剛性が増加して、発生横力も大きくなるが、ベルト層間剥離等の耐久性の低下が懸念されることになる。

この発明の実施の形態を示すトレッド幅方向の部分断面図、ベルト補強層およびベルト層の部分展開平面図、ならびに、トレッドパターンの部分展開平面図である。 他の実施の形態を示すトレッドパターンの部分展開平面図である。 図１に示すタイヤの、図１（ｃ）のIII−III線に沿う部分断面図である。 ショルダリブに形成した溝の深さの割合と横力との関係、ならびに、その溝の終端位置の、最外側縁対応位置からの幅方向距離と横力との関係をそれぞれ示すグラフである。 クラッシング剪断力の発生態様を説明するためのショルダリブの幅方向の部分拡大断面図である。

図１（ａ）に示すところにおいて、１は、図示しない一対のビード部間にトロイダルに延在する、たとえば一枚のカーカスプライからなる、ラジアル構造とすることができるカーカスを示し、２は、カーカス１のクラウン域の外周側に配設されて、トレッド周方向に延在するコード、たとえば、並列に配置した複数本のコードをゴム被覆した、３〜２０ｍｍ幅のリボン状のストリップを、タイヤ軸線の周りに螺旋状に巻回してなる、トレッド周方向に対して５°以下の角度で延在するコードにて形成することができるベルト補強層を示す。
なお、このベルト強化層２は二層以上配設することも可能である。

ここで、ベルト補強層２のコード２ａは、前述したような、初期延びの大きい、ラング撚りスチールコードやハイエロンゲーションスチールコード、あるいは有機繊維コード等とすることができる他、トレッド周方向に対してジグザグ状、クランク状、波形状等の迂曲形態で延在するスチールコードとすることもできる。

そして、ベルト補強層２の外周側には、トレッド周方向に対して、たとえば３５〜５５°の角度で傾斜して延びるコードからなるベルト層の一層以上、図では二層のベルト層３，４を配設し、ここでは、これらのベルト層３，４のそれぞれを形成するコード３ａ，４ａを、トレッド周方向に対して相互に逆方向に延在させる。
また、このようなベルト層３，４のさらに外周側にはトレッド接地面を形成するトレッドゴム５を配設し、かかるトレッドゴム５への、たとえば、四本の周溝６，７の形成により、トレッド接地面に五条のリブ８〜１０を区画する。

ところで、このような空気入りタイヤでは、ベルト補強層２は、その配設層数が一層であると複数層であるとの別なく、トレッド幅方向の最外側縁を、リムに組付けた製品タイヤに、ＪＡＴＭＡ、ＴＲＡ、ＥＴＲＴＯ等の規格のＹＥＡＲ ＢＯＯＫその他で規定される最高空気圧を充填したときのタイヤの径成長率が、後述するＡ％となる位置よりも、トレッド幅方向の外側に位置させることが好ましい。
なおここでのこのＡ％は、ベルト補強層２を形成するコードを引張試験したときに、そのコードが、破断弾性率ＥＩの１０％の弾性率を示すときの伸長率（％）と対応する径成長率をいうものとする。

そしてさらにこの空気入りタイヤでは、トレッド幅方向の最も外側に配設されてトレッド周方向に連続して延びるショルダ周溝６によって、トレッドゴム５に、ベルト補強層２の最外側縁位置Ｅを跨いで位置するショルダリブ１０を区画するとともに、図１（ｃ）に示すように、ショルダリブ１０のトレッド周方向の一箇所以上に、ここでは、ベルト補強層２の最外側縁位置Ｅと対応する位置Ｂから、トレッドセンタ側に向かって直線状に延び、ショルダリブ１０を区画するショルダ周溝６に到る手前で終端する溝１１を形成する。なお、図１（ａ）は、図１（ｃ）のａ−ａ線に沿う断面図である。
この溝１１は、図示は省略するが、ジグザグ状、クランク状、湾曲状などの様々な延在態様とすることができ、また、溝１１を、ベルト補強層２の最外側縁位置Ｅと対応する位置Ｂよりもトレッド幅方向内側の位置から延在させることができる他、溝１１を、ショルダ周溝６に到達するまで延在させて、溝１１とショルダ周溝６とを連通させることもできる。

かかる構成の空気入りタイヤでは、タイヤへのスリップ角の付与に際して、ショルダリブ１０への溝１１の形成に基き、荷重直下でベルト補強層２によって圧潰変形されるショルダリブ１０部分の、トレッド周方向への逃げ変形が可能となることから、ショルダリブ１０の、トレッドセンタ側の側部の膨出変形が抑制されることになり、トレッド幅方向の変形量と、リブ剛性の積として表わされる、横力を相殺する向きのクラッシング剪断力もまた効果的に低減することができるので、クラッシング剪断力による横力の相殺分を十分小さく抑えて操縦安定性を有利に向上させることができる。

ここで、ショルダリブ１０には、上述したような溝１１に代えて、あるいは溝１１とともに、図２に、トレッドパターンの平面展開図で示すような、ベルト補強層最外側縁位置Ｅと対応する位置と、ショルダリブ１０のトレッド幅方向内側縁との間に存在する、トレッド接地面からの窪み１２を形成することができる。
このような窪み１２もまた、溝１１と同様に、スリップ角を付与した際における、ベルト補強層２の半径方向外周側に位置するショルダリブ１０部分の、トレッド周方向の逃げ代として機能することになり、ショルダリブ１０のトレッド幅方向内側部の膨出変形が効果的に抑制されるので、横力を相殺するクラッシング剪断力を十分に低減することができる。

なお、図２に示すところでは、ショルダリブ１０に、円形の横断面形状をなす窪み１２を、タイヤ幅方向に三個整列させて形成するとともに、この整列窪みを、タイヤ周方向に所定の間隔をおいて設けるものとしたが、窪み１２の形態は、これに限定されるものではなく、窪み１２の形状、個数、形成位置などを、所要に応じて変更することができる。

ここにおいて、出願人による実験結果によれば、図３に示すような、ショルダリブ１０の溝１１の深さｄは、そのショルダリブ１０を区画するショルダ周溝６の深さＤの８％〜７２％の範囲とすることが好ましい。
図４（ａ）に、上記の実験結果を、ショルダ周溝６の深さＤに対する溝１１の深さｄの百分率ｄ／Ｄ×１００と、横力ＳＦ１との関係を表すグラフで示す。
図４（ａ）に示すグラフによれば、横力ＳＦ１は、溝１１の深さｄが大きくなるに従い増大していき、横力の最大値ＳＦ１ｍａｘを与える溝深さを越えた後に、溝１１の深さｄがショルダ周溝６の深さＤに近づくにつれて減少する傾向を示す。
ここで、溝深さの割合ｄ／Ｄ×１００の、上記の好適な範囲８％〜７２％は、横力ＳＦ１が、それの最大値ＳＦｍａｘの６０％以上の値を発揮することができる溝１１深さの範囲としたものである。

そしてまた、ショルダリブ１０に、図１、３に示すような、最外側縁対応位置Ｂからトレッド幅方向に延在するとともに、ショルダ周溝６に到る手前で終端する溝１１を形成してなる空気入りタイヤにおいて、ショルダリブ１０の幅を５８ｍｍとした場合は、溝１１の終端位置１１ａの、最外側縁対応位置Ｂからのトレッド幅方向の距離Ｌを、図４（ｂ）に、その幅方向距離Ｌと横力ＳＦ２との関係を表すグラフで示すように、６ｍｍ〜３５ｍｍの範囲とすることが好ましい。
ここでもまた、図４（ａ）に示す、溝１１深さの割合と横力ＳＦ１との関係と同様に、横力ＳＦ２が、それの最大値ＳＦ２ｍａｘの６０％以上の値を発揮することができる幅方向距離Ｌの範囲を、上記の好適な範囲とした。

ところで、この発明では、タイヤの発生横力を高めて操縦安定性を向上させるため、上述したように、ショルダリブ１０に、溝１１及び／又は窪み１２を設けることに加えて、図示は省略するが、次に述べる対策のそれぞれをさらに講じることができる。
ショルダリブの、ベルト補強層の最外側縁と対応する位置よりトレッドセンタ側の領域に、ショルダ周溝に向けてリブ高さを漸減させる傾斜面を設けることができ、また、トレッド幅方向の断面内で、ショルダ周溝のトレッドショルダ側の溝壁の、溝底に立てた法線に対する傾き角を、そのショルダ周溝のトレッドセンタ側の溝壁の、同様の法線に対する傾き角より大きくすることができる。
また、ショルダリブの、トレッド接地面からベルト補強層までの距離を、タイヤ赤道側よりもベルト補強層外側端で長くすることもできる。
そしてまた、ショルダリブの、ベルト補強層の最外側縁と対応する位置よりトレッドセンタ側の領域に、トレッドショルダ側のゴム部分よりも圧縮弾性率の小さい低硬度ゴム部材を配設し、低硬度ゴム部材と、該低硬度ゴム部材に隣接するトレッドショルダ側のゴム部分との界面を、タイヤ赤道面と平行な面に対して傾斜する向きに延在する平坦面もしくは曲面とするとともに、低硬度ゴム部材の厚みを、トレッドセンタ側に向けて漸増させることができる。

トラック・バス用の、サイズが４３５／４５Ｒ２２．５のタイヤを、１４．００×２２．５のリムに組み付けるとともに、充填空気圧を９００Ｐａに、負荷荷重を４９ｋＮとしてドラム試験を行って、タイヤを５０ｋｍ／ｈの速度で、１°回転させたときの、タイヤが発生するコーナリングパワを、従来タイヤおよび、実施例タイヤ１，２のそれぞれについて測定し、従来タイヤをコントロールとして指数評価したところ、表１に諸元とともに示す結果を得た。
なお上記の各タイヤは、タイヤ赤道面に沿う、深さが１５ｍｍの六本の周方向溝を有するものとし、それらの周方向溝によって区画されるリブの幅の相対比は、センタ側からショルダ側に向けて、
１：１：１：１．８
とした。

表１に示すところによれば、この発明に係る実施例タイヤ１および２はいずれも、従来タイヤに比し、横力を相殺するクラッシング剪断力の発生を抑制して、横力を有効に高めることができ、結果として、コーナリングパワの増加、ひいては、操縦安定性の向上を実現できることが解かる。

１ カーカス
２ ベルト補強層
２ａ ベルト補強層コード
３，４ ベルト層
３ａ，４ａ ベルト層コード
５ トレッドゴム
６ ショルダ周溝
７ 周溝
８，９ リブ
１０ ショルダリブ
１１ 溝
１１ａ 終端位置
１２ 窪み
Ｅ ベルト補強層の最外側縁位置
Ｂ ベルト補強層の最外側縁と対応する位置
Ｄ ショルダ周溝深さ
ｄ ショルダリブの溝の深さ
Ｌ ショルダリブの溝の終端位置の、最外側縁対応位置からの幅方向距離
ＳＦ１、ＳＦ２ 横力

Claims (3)

1. 一対のビード部間にトロイダルに延在する、一枚以上のカーカスプライからなるカーカスと、カーカスのクラウン域の外周側に配設されて、トレッド周方向に延在するコードからなるベルト補強層の少なくとも一層と、ベルト補強層の外周側に配設されて、トレッド周方向に対して傾斜して延びるコードからなる一層以上のベルト層と、ベルト層の外周側に配設されてトレッド接地面を形成するトレッドゴムとを具える空気入りタイヤであって、
   トレッド周方向に連続して延びるショルダ周溝で、前記トレッドゴムに、ベルト補強層の最外側縁位置を跨いで位置するショルダリブを区画するとともに、
   該ショルダリブのトレッド周方向の一箇所以上に、ベルト補強層の最外側縁と対応する位置、もしくは該位置よりもトレッド幅方向内側の位置から、タイヤ赤道側に延びる溝、および、ベルト補強層の最外側縁と対応する位置と、ショルダリブのトレッド幅方向内側縁との間に存在する、トレッド接地面からの窪みの少なくとも一方を形成してなり、
   溝及び窪みは、前記ベルト補強層の最外側縁と対応する位置からトレッド幅方向外側には設けられていない空気入りタイヤ。
2. ショルダリブに形成した前記溝及び／又は窪みの深さを、該ショルダリブを区画するショルダ周溝の深さの８％〜７２％の範囲としてなる請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. コードを相互に交差させてなる二層以上のベルト層のコード交差幅を、トレッド幅の６５％〜９０％の範囲内としてなる請求項１もしくは２に記載の空気入りタイヤ。

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