JP6306564B2 - タイヤ - Google Patents

Description

本発明は、特にタイヤ骨格部材が樹脂材料を用いて形成されたタイヤに関する。

従来から、ゴム、有機繊維材料、及びスチール部材で形成されているタイヤが知られている。近年、軽量化やリサイクルのし易さの観点から、熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）や熱可塑性樹脂等の熱可塑性高分子材をタイヤ骨格部材とすることが求められている。例えば特許文献１には、熱可塑性エラストマーでビードコアを覆ってタイヤ骨格部材を形成し、該タイヤ骨格部材の外周に補強層を配置することが開示されている。この補強層は、スチール繊維等の金属繊維を用いた補強コードを、タイヤ周方向に対して０度に近い角度で配列して形成されている。

特開平３−１４３７０１号公報

しかしながら、タイヤ骨格部材に樹脂材料を用いたタイヤについても、省資源化の観点から更なる改善が必要とされる。

本発明は、上記事実を考慮して、タイヤ骨格部材に樹脂材料を用いたタイヤにおいて、内圧に対する強度を確保しつつ軽量化することを目的とする。

本発明の第１の態様は、樹脂材料からなり、タイヤ幅方向両側に位置するサイド部と、このサイド部のタイヤ半径方向外側端部に連なりタイヤ幅方向内側へ延びるクラウン部とが設けられたタイヤ骨格部材と、前記クラウン部の外周側に設けられ、タイヤ周方向に螺旋状に巻回して構成されたコードを有する補強層と、前記クラウン部のタイヤ幅方向中央部において、前記補強層の幅内でかつ前記クラウン部の幅よりも狭い範囲に設けられた薄肉部と、を有している。
このタイヤでは、タイヤ骨格部材のクラウン部において、補強層の幅内でかつクラウン部の幅よりも狭い範囲に薄肉部を設けることにより、内圧に対するタイヤの強度を確保しつつ、タイヤを軽量化することができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様に係るタイヤにおいて、前記クラウン部における前記薄肉部と前記薄肉部以外の一般部との境界部が段差状となっている。
このタイヤでは、薄肉部と一般部との境界部を段差状とすることにより、タイヤ骨格部材のボリュームをより一層低減させて、タイヤを軽量化することができる。

本発明の第３の態様は、第２の態様に係るタイヤにおいて、前記境界部が、前記クラウン部の内面側及び外面側の少なくとも一方に設けられている。
このタイヤでは、境界部がクラウン部の内面側に設けられている場合、クラウン部の外面側を平坦にすることができる。また境界部がクラウン部の外面側に設けられている場合、クラウン部の内面側を平坦にすることができる。

本発明の第４の態様は、第１の態様に係るタイヤにおいて、前記薄肉部の厚さは、タイヤ赤道面に向かって漸減する。
このタイヤでは、薄肉部の厚さが、タイヤ赤道面に向かって漸減するので、クラウン部における薄肉部と、該薄肉部以外の一般部との間の強度変化を緩やかにして、応力集中を抑制し、耐久性を高めることができる。

本発明の第５の態様は、第１〜第６の態様の何れか１態様に記載のタイヤにおいて、前記薄肉部の範囲は、タイヤ赤道面からタイヤ幅方向外側に、前記補強層の全幅の１／３以内である。
ここで、薄肉部の範囲が、タイヤ赤道面からタイヤ幅方向外側に、補強層の全幅の１／３を上回ると、補強層のうち内圧付与時に張力が増大する領域に薄肉部が位置することになり、内圧に対するタイヤの強度を十分に確保することが難しくなる。

このタイヤによれば、薄肉部の範囲を適切に設定しているので、内圧に対するタイヤの強度を十分に確保することができる。

以上説明したように、第１の態様に係るタイヤによれば、内圧に対する十分な強度を確保しつつ、軽量化することができる、という優れた効果が得られる。

第２の態様に係るタイヤによれば、タイヤ骨格部材のボリュームをより一層低減させて、タイヤを軽量化することができる、という優れた効果が得られる。

第３の態様に係るタイヤによれば、クラウン部の内面側や外面側を平坦にしたり、工数を増加させず軽量化を実現することができるという優れた効果が得られる。

第４の態様に係るタイヤによれば、応力集中を抑制し、耐久性を高めることができる、という優れた効果が得られる。

第５の態様に係るタイヤによれば、内圧に対するタイヤの強度を十分に確保することができる、という優れた効果が得られる。

タイヤ軸方向断面において、第１実施形態に係るタイヤを示す半断面図である。 内圧付与時の補強層の張力分布を示す線図と、タイヤ軸方向断面におけるタイヤを示す断面図である。 タイヤ軸方向断面において、第２実施形態に係るタイヤを示す半断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づき説明する。

［第１実施形態］
図１において、本実施形態に係るタイヤ１０は、例えば空気入りタイヤであり、タイヤ骨格部材１２と、補強層１４と、薄肉部１６とを有している。

タイヤ骨格部材１２は、樹脂材料からなっている。このタイヤ骨格部材１２に、タイヤ幅方向両側に位置するサイド部１８と、このサイド部１８のタイヤ半径方向外側端部に連なりタイヤ幅方向内側へ延びるクラウン部２２とが設けられている。

タイヤ骨格部材１２は、タイヤ軸方向を中心とした環状とされている。タイヤ骨格部材１２を構成する樹脂材料としては、熱可塑性樹脂（熱可塑性エラストマーを含む）、熱硬化性樹脂、及びその他の汎用樹脂のほか、エンジニアリングプラスチック（スーパーエンジニアリングプラスチックを含む）等が挙げられる。ここでの樹脂材料には、加硫ゴムは含まれない。

熱可塑性樹脂（熱可塑性エラストマーを含む）とは、温度上昇と共に材料が軟化、流動し、冷却すると比較的硬く強度のある状態になる高分子化合物をいう。本明細書では、このうち、温度上昇と共に材料が軟化、流動し、冷却すると比較的硬く強度のある状態になり、かつ、ゴム状弾性を有する高分子化合物を熱可塑性エラストマーとし、温度上昇と共に材料が軟化、流動し、冷却すると比較的硬く強度のある状態になり、かつ、ゴム状弾性を有しない高分子化合物をエラストマーでない熱可塑性樹脂として、区別する。

熱可塑性樹脂（熱可塑性エラストマーを含む）としては、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）、ポリスチレン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＳ）、ポリアミド系熱可塑性エラストマー（ＴＰＡ）、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＵ）、ポリエステル系熱可塑性エラストマー（ＴＰＣ）、及び、動的架橋型熱可塑性エラストマー（ＴＰＶ）、ならびに、ポリオレフィン系熱可塑性樹脂、ポリスチレン系熱可塑性樹脂、ポリアミド系熱可塑性樹脂、及び、ポリエステル系熱可塑性樹脂等が挙げられる。

また、上記の熱可塑性材料としては、例えば、ＩＳＯ７５−２又はＡＳＴＭ Ｄ６４８に規定されている荷重たわみ温度（０．４５ＭＰａ荷重時）が７８℃以上、ＪＩＳ Ｋ７１１３に規定される引張降伏強さが１０ＭＰａ以上、同じくＪＩＳ Ｋ７１１３に規定される引張破壊伸び（ＪＩＳ Ｋ７１１３）が５０％以上、ＪＩＳ Ｋ７２０６に規定されるビカット軟化温度（Ａ法）が１３０℃であるものを用いることができる。

熱硬化性樹脂とは、温度上昇と共に３次元的網目構造を形成し、硬化する高分子化合物をいう。熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂等が挙げられる。

なお、樹脂材料には、既述の熱可塑性樹脂（熱可塑性エラストマーを含む）及び熱硬化性樹脂のほか、（メタ）アクリル系樹脂、ＥＶＡ樹脂、塩化ビニル樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂等の汎用樹脂を用いてもよい。

サイド部１８は、一対のビード部２４のタイヤ半径方向外側に連なっている。各々のビード部２４には、円環状のビードコア２６が埋設されている。ビードコア２６は、ビードコードを複数回円環状に巻回したり、複数本のビードコードを撚ったケーブルコードを円環状に成形したりすることにより構成される。

ビードコードには、複数本のスチール製のフィラメントを撚って構成されるスチールコードを用いることができる。フィラメントは、外面に亜鉛メッキ、銅メッキ、真鍮メッキなどのメッキが施されていてもよい。また、ビードコードとしては、他の金属製のコードを用いてもよい。

ビード部２４と、サイド部１８の外面と、クラウン部２２のタイヤ幅方向の端部の外面とは、被覆層２８により覆われている。被覆層２８としては、例えばゴムが用いられる。

被覆層２８のうち、ビード部２４を被覆する部分、特にリム（図示せず）と接触する部分には、例えば、タイヤ骨格部材１２の樹脂材料よりもシール性に優れたゴムが用いられる。このゴムは、一般のゴム製の空気入りタイヤのビード部外面に用いられているゴムと同種のゴムであることが好ましい。タイヤ骨格部材１２を構成する樹脂材料のみでリムとの間のシール性が確保できれば、ビード部２４の被覆層２８を省略してもよい。また、被覆層２８の材料として、タイヤ骨格部材１２を構成する樹脂材料よりもシール性に優れる他の種類の樹脂材料を用いてもよい。

補強層１４は、クラウン部２２の外周側に設けられ、タイヤ周方向に螺旋状に巻回して構成されたコード３０を有している。この補強層１４は、従来のゴム製の空気入りタイヤにおいて、カーカスプライのタイヤ半径方向外側に配置されるベルト層に相当するものである。

補強層１４のコード３０は、樹脂材料からなるコード被覆層３４により、予め被覆されている。この樹脂材料としては、タイヤ骨格部材１２を構成する樹脂材料と同種のものであっても、異種のものであってもよい。コード被覆層３４の材料として、タイヤ骨格部材１２を構成する樹脂材料と同種のものを用いると、該タイヤ骨格部材１２との接着を良好に行うことができる。

クラウン部２２及び補強層１４のタイヤ半径方向外側には、タイヤ１０の接地部分であるトレッドを構成するトレッド部材３２が配置されている。トレッド部材３２は、例えばゴムを用いて構成されたプレキュアトレッド（ＰＣＴ：Pre-Cured Tread）である。またトレッド部材３２は、タイヤ骨格部材１２を形成している樹脂材料よりも耐摩耗性に優れたゴムで形成されている。そのゴムとしては、従来のゴム製の空気入りタイヤに用いられているトレッドゴムと同種のもの、例えばＳＢＲ（スチレン−ブタジエンゴム）を用いることができる。なお、トレッド部材３２として、タイヤ骨格部材１２を形成している樹脂材料よりも耐摩耗性に優れる他の種類の樹脂材料で構成されるものを用いてもよい。
なお、クラウン部２２は、タイヤ半径方向外側にトレッド部材を配置した領域である。補強層１４は、スチールコードからなる補強層である。

薄肉部１６は、クラウン部２２のタイヤ幅方向中央部において、補強層１４の幅内でかつクラウン部２２の幅よりも狭い範囲に設けられ、クラウン部２２の一般部３６よりも薄く構成されている。薄肉部１６の範囲は、タイヤ赤道面ＣＬからタイヤ幅方向外側に、補強層１４の全幅の１／３以内である。換言すれば、タイヤ幅方向における補強層１４の全幅をＷとし、タイヤ赤道面ＣＬから薄肉部１６と一般部３６との境界部３８までのタイヤ幅方向距離をｄとすると、ｄ≦Ｗ／３である。

ここで、薄肉部１６の範囲が、タイヤ赤道面ＣＬからタイヤ幅方向外側に、補強層１４の全幅の１／３を上回り、ｄ＞Ｗ／３になると、補強層１４のうち内圧付与時に張力が増大する領域に薄肉部１６が位置することになり、内圧に対するタイヤの強度を十分に確保することが難しくなる。

補強層１４の全幅Ｗとは、タイヤ幅方向の両側における、コード被覆層３４のタイヤ幅方向端部間のタイヤ幅方向距離である。補強層１４のコード３０がコード被覆層３４により被覆されていない場合には、タイヤ幅方向の両側においてタイヤ幅方向の最も外側に位置するコード３０間の距離である。

図２の上部の線図は、クラウン部２２の肉厚が一様とされたタイヤ（図示せず）について、内圧付与時に補強層１４に生じるタイヤ周方向の張力の分布を示したものである。横軸は、タイヤ赤道面ＣＬの位置を原点としたタイヤ幅方向距離を示したものであり、最大値は補強層１４の全幅Ｗの半分、即ち、Ｗ／２に相当する。また、縦軸は張力である。３本の線（記号▲、■、＊）は、タイヤ骨格部材１２を構成する樹脂材料が夫々異なることを示している。記号■、＊の樹脂材料の場合のタイヤ内圧は、１４００ｋＰａであり、記号▲の場合のタイヤ内圧は、１８００ｋＰａである。

この線図によれば、樹脂材料や内圧の違いにかかわらず、タイヤ赤道面ＣＬの両側に夫々Ｗ／３の位置までは、補強層１４に生じる張力は比較的小さく、Ｗ／３を超えると増加している。このことから、タイヤ赤道面ＣＬの両側に夫々Ｗ／３の位置までは、補強層１４には更なる張力を負担する余裕が残されていることがわかる。本実施形態では、このことに着目して、図２の下部に示されるように、クラウン部２２の上記範囲に薄肉部１６を設定している。これにより、内圧に対するタイヤ１０の強度を十分に確保している。

図１に示されるように、クラウン部２２の外面側は、薄肉部１６から該薄肉部１６以外の一般部３６にかけて、平坦に形成されている。一方、クラウン部２２においては、薄肉部１６と一般部３６との境界部３８が、段差状となっている。この境界部３８は、クラウン部２２の内面側及び外面側の少なくとも一方に設けられている。図１に示される例では、境界部３８が、クラウン部２２の内面側のみに設けられている。なお、境界部３８は、クラウン部２２の外面側のみに設けられてもよく、また外面側と内面側の双方に設けられていてもよい。

なお、境界部３８の形状はこれに限られず、タイヤ半径方向内側に向かうに従って、タイヤ幅方向外側に傾斜していてもよい。また、クラウン部２２の内面の輪郭が、一般部３６から薄肉部１６にかけて曲線的に連続していてもよい。この場合、タイヤ赤道面ＣＬから薄肉部１６と一般部３６との境界部３８、即ち薄肉部１６の範囲は、薄肉部１６の厚さが一般部３６に向かって増大し始める位置で特定される。

タイヤ半径方向における薄肉部１６の厚さは、部分的に増減していたり０であったりしてもよい。即ち、薄肉部１６は、クラウン部２２の厚さが一様である場合と比較して、ボリュームが減少している部位であればよい。また薄肉部１６の厚さは、全体的に０であってもよい。換言すれば、クラウン部２２のうち、タイヤ赤道面ＣＬを含む一部領域が存在していなくてもよい。

（作用）
本実施形態は、上記のように構成されており、以下その作用について説明する。図１，図２において、本実施形態に係るタイヤ１０では、タイヤ骨格部材１２のクラウン部２２に薄肉部１６を設けることにより、タイヤ１０を軽量化することができる。特に、クラウン部２２において、薄肉部１６と一般部３６との境界部３８が段差状となっているので、タイヤ骨格部材１２のボリュームをより一層低減させて、タイヤ１０を軽量化することができる。

タイヤ骨格部材１２のうち、タイヤ１０への内圧付与時の張力を単独で負担している部分は、主にサイド部１８である。このタイヤ骨格部材１２のうち、補強層１４が配置されているクラウン部２２では、該補強層１４が主に張力を負担している。従って、クラウン部２２に、補強層１４の幅内でかつクラウン部２２の幅よりも狭い範囲、即ち、補強層１４で覆われた部分に薄肉部１６を設けても、タイヤ１０の強度への影響は少ない。

従って、本実施形態では、タイヤ骨格部材１２に樹脂材料を用いたタイヤ１０において、内圧に対する強度を確保しつつ軽量化することができる。

また、タイヤ１０のクラウン部２２のタイヤ幅方向中央部にカーカスプライを配置しない、所謂中抜きカーカス構造のゴムタイヤ（図示せず）の場合、カーカスプライのコードがタイヤ周方向に間隔を置いて配置されているため、タイヤ周方向の張力が不均一となる傾向がある。

その点、本実施形態に係るタイヤ１０では、タイヤ骨格部材１２が樹脂材料からなっているので、タイヤ周方向の張力の不均一が生じ難い。従って、本実施形態に係るタイヤ１０は、従来の中抜きカーカス構造のゴムタイヤとは異なるものである。

［第２実施形態］
図３において、本実施形態に係るタイヤ２０では、タイヤ骨格部材１２のクラウン部２２における薄肉部１６の厚さが、タイヤ赤道面ＣＬに向かって漸減する。タイヤ赤道面ＣＬから薄肉部１６と一般部３６との境界部３８の位置、即ち薄肉部１６の範囲は、一般部３６の厚さが薄肉部１６に向かって減少し始める位置で特定される。

薄肉部１６の厚さの変化は連続的であるが、これに限られず、段階的であってもよい。また薄肉部１６の一部に、厚さが増加に転じる部位があっても、クラウン部２２の厚さが一般部３６の厚さで一様となっている場合と比較して、薄肉部１６のボリュームが減少していればよい。更に、タイヤ赤道面ＣＬに至る前に、薄肉部１６の厚さが０になってもよい。

他の部分については、第１実施形態と同様であるので、同一の部分には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。

（作用）
本実施形態は、上記のように構成されており、以下その作用について説明する。図３において、本実施形態に係るタイヤ２０では、薄肉部１６の厚さが、タイヤ赤道面ＣＬに向かうに従って減少しているので、クラウン部２２における薄肉部１６と、該薄肉部１６以外の一般部３６との間の強度変化を緩やかにして、応力集中を抑制し、耐久性を高めることができる。

［他の実施形態］
上記実施形態において、薄肉部１６の範囲が、タイヤ赤道面ＣＬからタイヤ幅方向外側に、補強層１４の全幅Ｗの１／３以内であるものとしたが、これに限られず、全幅Ｗの１／３を超えていてもよい。

２０１３年２月２０日に出願された日本国特許出願２０１３−３１４５０号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。

（符号の説明）
１０ タイヤ、１２ タイヤ骨格部材、１４ 補強層、１６ 薄肉部、１８ サイド部、２０ タイヤ、２２ クラウン部、２４ ビード部、３０ コード、３６ 一般部、３８ 境界部、ＣＬ タイヤ赤道面、Ｗ 補強層の全幅

Claims (7)

1. 樹脂材料からなり、タイヤ幅方向両側に位置するサイド部と、このサイド部のタイヤ半径方向外側端部に連なりタイヤ幅方向内側へ延びるクラウン部とが設けられたタイヤ骨格部材と、
   前記クラウン部の外面側に設けられ、樹脂材料からなるコード被覆層により被覆されタイヤ周方向に螺旋状に巻回して構成されたコードを有し、互いに隣接する前記コード被覆 層同士が一体的に接合された、単層の補強層と、
   前記クラウン部のタイヤ幅方向中央部において、前記補強層の幅内でかつ前記クラウン部の幅よりも狭い範囲に設けられ、前記クラウン部におけるタイヤ幅方向両側の一般部よ り肉厚が小さい薄肉部と、
   を有するタイヤ。
2. 前記コード被覆層の樹脂材料は、ＪＩＳ Ｋ７１１３に規定される引張降伏強さが１０ ＭＰａ以上、同じくＪＩＳ Ｋ７１１３に規定される引張破壊伸びが５０％以上である請 求項１に記載のタイヤ。
3. 前記クラウン部において、前記薄肉部と、前記薄肉部以外の一般部との境界部は、段差状となっている請求項１又は請求項２に記載のタイヤ。
4. 前記境界部は、前記クラウン部の内面側及び外面側の少なくとも一方に設けられている請求項３に記載のタイヤ。
5. 前記薄肉部の厚さは、タイヤ赤道面に向かって漸減する請求項１又は請求項２に記載のタイヤ。
6. 前記薄肉部の範囲は、タイヤ赤道面からタイヤ幅方向外側に、前記補強層の全幅の１／３以内である請求項１〜請求項５の何れか１項に記載のタイヤ。
7. 前記薄肉部の厚さは、０である請求項１に記載のタイヤ。

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