JP6434284B2

JP6434284B2 - 空気入りタイヤ

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Publication number: JP6434284B2
Application number: JP2014234890A
Authority: JP
Inventors: 誓志今; 好秀河野
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2014-11-19
Filing date: 2014-11-19
Publication date: 2018-12-05
Anticipated expiration: 2034-11-19
Also published as: US20190092099A1; CN107107681A; WO2016080099A1; EP3222442A1; JP2016097749A; CN107107681B; EP3222442B1; EP3222442A4

Description

本発明は、空気入りタイヤに係り、特にタイヤ骨格部材が樹脂材料を用いて形成された空気入りタイヤに関する。

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空気入り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形成されたタイヤ骨格部材を用いて、空気入りタイヤを形成することが開示されている。

特開平０３−１４３７０１号公報

このような、樹脂材料で形成されたタイヤ骨格部材について、車両走行時に繰り返し荷重の入力があり、特に、タイヤ外面には引張力が作用する。この引張力を緩和することがタイヤの耐久性向上に繋がる。

本発明は、上記事実を考慮して成されたものであり、タイヤ外面に作用する引張力によるタイヤへの負荷を軽減することを課題とする。

請求項１に記載の発明の空気入りタイヤは、樹脂製とされ、ビード部及び該ビード部のタイヤ径方向外側に連なるサイド部と、該サイド部のタイヤ幅方向内側に連なるトレッドを配置するクラウン部とを有し、前記サイド部の外面に互いに離間してタイヤ径方向及びタイヤ周方向に並ぶ複数の外面凹部が形成されたタイヤ骨格部材と、前記タイヤ骨格部材の外面に形成され、前記外面凹部内に充填され前記外面凹部を覆う被覆層と、を備えている。

請求項１に係る空気入りタイヤによれば、サイド部の外面に互いに離間する複数の外面凹部が形成されているので、外面凹部によりサイド部の外面において樹脂の変形が容易になる。したがって、タイヤ外面に作用する引張力による応力や歪みが緩和され、樹脂材料で形成されたタイヤ骨格部材への負荷を軽減することができる。

請求項２に記載の発明の空気入りタイヤは、前記サイド部の内面に、前記外面凹部と重複しない位置に、互いに離間する複数の内面凹部が形成されている、ことを特徴とする。

請求項２に係る空気入りタイヤによれば、タイヤ内面において樹脂の変形が容易になり、タイヤ内面に作用する圧縮力による応力や歪みが緩和され、樹脂材料で形成されたタイヤ骨格部材への負荷をさらに軽減することができる。

請求項３に記載の発明の空気入りタイヤは、前記外面凹部は球面状である、ことを特徴とする。

請求項３に係る空気入りタイヤによれば、外面凹部が球面状なので、異方性がなく、バランスよく引張力による応力や歪みを緩和することができる。

請求項４に記載の発明の空気入りタイヤは、前記外面凹部は、深さが０．１ｍｍ以上で、且つ前記サイド部の厚みの１／２以下であることを特徴とする。

外面凹部の深さが０．１ｍｍ未満では、応力緩和の効果が少ない。また、外面凹部の深さがサイド部１４の厚みの１／２を超えると、タイヤ骨格部材の強度が不足する。したがって、外面凹部の深さは、０．１ｍｍ以上で、且つサイド部の厚みの１／２以下であることが好ましい。

請求項５に記載の発明の空気入りタイヤは、前記外面凹部は、開口巾の最大長さが０．１ｍｍ〜１０．０ｍｍであること、を特徴とする。

外面凹部の開口巾の最大長さが０．１ｍｍ未満では、応力緩和の効果が少ない。また、外面凹部の開口巾の最大長さが１０．０ｍｍを超えると、タイヤ骨格部材の強度が不足する。したがって、外面凹部の開口巾の最大長さは０．１ｍｍ〜１０．０ｍｍであることが好ましい。

請求項６に記載の発明の空気入りタイヤは、隣り合う前記外面凹部同士の間隔の最短距離は、０．１ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下であること、を特徴とする。

隣り合う外面凹部同士の間隔の最短距離が、０．１ｍｍ未満の場合には、加工（製造）という不都合がある。１０．０ｍｍを超えると、応力緩和の効果が少ない。したがって、隣り合う外面凹部同士の間隔の最短距離は、０．１ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下であることが好ましい。

以上説明したように、本発明に係る空気入りタイヤによれば、タイヤ外面に作用する引張力による負荷を軽減することができる。

本発明の実施形態に係る空気入りタイヤの断面図である。本発明の実施形態のタイヤ骨格部材の一部斜視図である。本発明の実施形態のタイヤ骨格部材の一部側面図である。図３のＡ−Ａ線の断面図である。本発明の実施形態の変形例のタイヤ骨格部材の一部断面図である。本発明の実施形態の変形例のタイヤ骨格部材の一部側面図である。本発明の実施形態の他の変形例のタイヤ骨格部材の一部側面図である。

以下、実施形態を挙げ、本発明の実施の形態について説明する。図面において、矢印Ｗはタイヤ軸方向を示し、矢印Ｒはタイヤ軸（不図示）からタイヤの半径方向に延びるタイヤ径方向を示し、矢印Ｃはタイヤ周方向を示している。

図１に示すように、本実施形態の空気入りタイヤは内部に空気を充填して用いるタイヤである。空気入りタイヤ１０は、環状のタイヤ骨格部材１７を備えている。タイヤ骨格部材１７は、１対のビード部１２と、ビード部１２からタイヤ径方向外側に延びるサイド部１４と、各々のサイド部１４のタイヤ径方向外側端同士を連結するクラウン部１６と、を備えている。なお、ここでビード部とは、タイヤ径方向内側端からタイヤ断面高さの３０％までをいう。一対のビード部１２の各々は、リム２０のビードシート部２１及びリムフランジ２２に密着して、タイヤ内に充填された空気の内圧を維持する。なお、ビード部１２がリム２０と離れる境界部分を離反点３６といい、タイヤをタイヤの寸法に沿ったJATMA（日本自動車タイヤ協会）が発行する２０１３年度版ＹＥＡＲＢＯＯＫに記載のリムに装着し、規定内圧無負荷状態におけるタイヤとリムフランジが離間する点である。離反点３６のタイヤ骨格部材１７外面に対応する位置をケース離反点３８とする。クラウン部１６のタイヤ径方向外側には、タイヤの接地部分であるタイヤトレッドを構成するトレッド部材３０が配置される。

タイヤ骨格部材１７は、樹脂製とされ、樹脂材料を主原料として形成されている。ここでの樹脂材料には、加硫ゴムは含まれない。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。

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ＡＳＴＭＤ６４８に規定されている荷重たわみ温度（０．４５ＭＰａ荷重時）が７８℃以上、ＪＩＳＫ７１１３に規定される引張降伏強さが１０ＭＰａ以上、同じくＪＩＳＫ７１１３に規定される引張破壊伸び（ＪＩＳＫ７１１３）が５０％以上。ＪＩＳＫ７２０６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。

本実施形態では、タイヤ骨格部材１７が熱可塑性樹脂で形成される場合について説明する。

タイヤ骨格部材１７は、一つのビード部１２、一つのサイド部１４、及び半幅のクラウン部１６、が一体として成形された同一形状の円環状のタイヤ骨格半体１７Ａを、互いに向かい合わせてタイヤ赤道面ＣＬ部分で接合することで形成されている。タイヤ赤道面ＣＬ部分での接合には、溶接用熱可塑性材料１９が用いられている。なお、タイヤ骨格部材１７は、２つの部材を接合して形成するものに限らず、３つ以上の部材を接合して形成してもよく、１対のビード部１２、１対のサイド部１４、及びクラウン部１６を一体で成形したものであってもよい。

なお、本明細書でサイド部とは、ビード部からトレッド端までのことをいう。ここで、トレッド端とは、タイヤをＪＡＴＭＡＹＥＡＲＢＯＯＫ（２０１４年度版、日本自動車タイヤ協会規格）に規定されている標準リムに装着し、ＪＡＴＭＡＹＥＡＲＢＯＯＫでの適用サイズ・プライレーティングにおける最大負荷能力（内圧−負荷能力対応表の太字荷重）に対応する空気圧（最大空気圧）の１００％を内圧として充填し、最大負荷能力を負荷したときのタイヤ幅方向最外の接地部分を指す。使用地又は製造地においてＴＲＡ規格、ＥＴＲＴＯ規格が適用される場合は各々の規格に従う。

熱可塑性材料を用いて形成されるタイヤ骨格半体１７Ａは、例えば、真空成形、圧空成形、インジェクション成形、メルトキャスティング等で成形することができ、ゴムで成形（加硫）する場合に比較して、製造工程を大幅に簡略化でき、成形時間も短縮可能である。なお、タイヤ骨格部材１７は、単一の熱可塑性材料で構成されていても、従来一般のゴム製の空気入りタイヤと同様に、タイヤ骨格部材１７の各部位毎（サイド部１４、クラウン部１６、ビード部１２など）に異なる特徴を有する熱可塑性材料を用いてもよい。

タイヤ骨格部材１７のビード部１２には、円環状のビードコア１５が埋設されている。ビードコア１５は、従来からある一般の空気入りタイヤと同様の、スチールコードからなるものである。なお、ビード部１２の剛性が確保され、リム２０との嵌合に問題なければビードコア１５は省略しても良い。また、ビードコア１５は、有機繊維コード、有機繊維が樹脂被覆されたコード等、スチール以外のコードで形成されていても良く、更には、ビードコア１５がコードではなく射出成形などにより硬質樹脂で形成されたものであってもよい。

タイヤ骨格部材１７のクラウン部１６には、螺旋状に巻回されたスチールのコード２６を備えた補強層２８が埋設されている。補強層２８は、従来のゴム製の空気入りタイヤのカーカスの外周面に配置されるベルトに相当するものである。

タイヤ骨格部材１７の外面には、ビード部１２からトレッド部材３０にかけて被覆層２４が形成されている。被覆層２４のビード部１２側の端部は、ビード部１２のリム２０との密着部よりもタイヤ内側にまで及ぶように配置されている。また、後述する外面凹部４０内にも被覆層２４が充填されている。なお、被覆層２４は、樹脂やゴムで形成することができ、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。

タイヤ骨格部材１７のタイヤ径方向外側には、トレッド部材３０が配置されている。トレッド部材３０は、タイヤ骨格部材１７に沿って配置され、タイヤ１０の接地部分であるタイヤトレッドを構成する。トレッド部材３０は、タイヤ骨格部材１７を形成している熱可塑性樹脂よりも耐摩耗性に優れたゴムで形成されている。トレッド部材３０に用いるゴムとしては、従来のゴム製の空気入りタイヤに用いられているゴムと同種のゴムを用いることができる。なお、トレッド部材３０として、タイヤ骨格部材１７を形成している熱可塑性樹脂よりも耐摩耗性に優れる他の種類の熱可塑性樹脂で構成されるものを用いても良い。

図２に示されるように、タイヤ骨格部材１７のタイヤ外面１７ＯＵＴには、複数の外面凹部４０が形成されている。複数の外面凹部４０は、ビード部１２のリムフランジ２２との離反点３６に対応するケース離反点３８から、トレッド部材３０のタイヤ軸方向Ｗの外側端であるトレッド端３０Ａに対応する外面１７ＯＵＴの位置までの領域に、タイヤ径方向Ｒ及びタイヤ周Ｕ方向に並べられ、全面に亘って形成されている。ケース離反点３８よりもタイヤ径方向内側に外面凹部４０を形成しないのは、タイヤの変形がほとんどなく、外面凹部４０を形成する必要性が低いからである。また、トレッド端３０Ａよりもタイヤ軸方向内側（タイヤ赤道面ＣＬに近い側）に外面凹部４０を形成しないのは、トレッド部材３０が配置されているからである。比較的荷重負荷の影響を受けにくい部分（変形しにくい部分）は、外面凹部４０を形成しないことにより、タイヤ骨格部材１７の剛性を維持することができる。

図３及び図４に示されるように、各々の外面凹部４０は、略半球状の凹部とされている。隣り合う外面凹部４０同士は、間隔を開けて形成されている。外面凹部４０は、タイヤ骨格部材１７のサイド部１４の外面の全体に形成されると共に、ビード部１２の外面の一部にも形成されている。

図４に示されるように、隣り合う外面凹部４０同士のうち、最も近い位置に配置された外面凹部４０同士は、間隔Ｓ１で離間している。なお、間隔Ｓ１は、タイヤ径方向外側に配置された外面凹部４０同士ほど、長くなる。外面凹部４０は、被覆層２４に覆われている。

このように、外面凹部４０を形成することにより、タイヤ外面に作用する引張力による応力や歪みが緩和され、樹脂材料で形成されたタイヤ骨格部材１７への負荷を軽減することができる。

また、サイド部１４の外面に亀裂が発生しても、外面凹部４０同士が離間配置されているので、当該亀裂の進展を抑制することができる。

さらに、外面凹部４０は、略半球状とされているので、異方性がなく、バランスよく引張力による応力や歪みを緩和することができる。なお、外面凹部４０は、球面の一部である球面状とすることによっても、異方性がなく、バランスよく引張力による応力や歪みを緩和することができる。

なお、外面凹部４０は、ケース離反点３８からトレッド端３０Ａまでの領域の全域にわたって形成されていてもよいし、一部に形成されていてもよい。また、ケース離反点３８からトレッド端３０Ａまでの領域の少なくともトレッド端３０Ａ側から３０％以内に形成することが好ましい。車両走行時には、トレッド端３０Ａに近い位置が接地部分との境界となり、負荷が大きくなるからである。

また、タイヤ外面１７ＯＵＴのタイヤ周方向における形状を均一にするため、外面凹部４０は、タイヤ周方向の全域にわたって形成することが好ましい。

また、外面凹部４０の深さＤ１（最も深い部分の深さ）は、０．１ｍｍ以上であることが好ましい。０．１ｍｍ未満では、応力緩和の効果が少ないからである。また、深さＤ１は、サイド部１４の平均厚みＨの１／２以下であることが好ましい。サイド部１４の平均厚みの１／２を超えると、タイヤ骨格部材１７の強度が不足するからである。

また、外面凹部４０の開口（開口巾）の直径Ｄは０．１ｍｍ〜１０．０ｍｍであることが好ましい。直径Ｄが０．１ｍｍ未満では、応力緩和の効果が少なく、直径Ｄが１０．０ｍｍを超えると、タイヤ骨格部材１７の強度が不足するからである。

また、隣り合う外面凹部４０同士の間隔Ｓ１は、０．１ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下であることが好ましい。０．１ｍｍ未満では、外面凹部４０の加工（製造）が難しく、１０．０ｍｍを超えると応力緩和の効果が少ないからである。

外面凹部４０は、タイヤ骨格部材１７を射出成形する際に用いる金型の対応する部分に外面凹部４０用の凸部を形成することより形成することができる。また、外面凹部４０は、タイヤ骨格部材１７を射出成形した後に加工して形成してもよい。

以上説明したように、本実施形態の空気入りタイヤ１０によれば、タイヤ骨格部材１７のタイヤ外面に外面凹部４０が形成されているので、タイヤ骨格部材１７の外面において樹脂の変形が容易になり、タイヤ骨格部材１７の外面に作用する引張力による応力や歪みが緩和され、負荷を軽減することができる。

なお、本実施形態では、タイヤ骨格部材１７の外面にのみ外面凹部４０を形成したが、タイヤ骨格部材１７の内面に内面凹部４２を形成してもよい。この場合には、図５に示されるように、タイヤ骨格部材１７の外面凹部４０と重複しない位置、すなわち、タイヤ骨格部材１７の厚み方向で外面凹部４０が形成されていない部分の内面側に、内面凹部４２を形成する。

このように、内面凹部４２を形成することにより、タイヤ骨格部材１７の内面において樹脂の変形が容易になり、内面に作用する圧縮力による応力や歪みが緩和され、タイヤ骨格部材１７への負荷をさらに軽減することができる。また、内面凹部４２を外面凹部４０と重複しない位置に形成することにより、タイヤ骨格部材１７の厚みが極端に薄くなる箇所ができないので、強度の低下を抑制することができる。

なお、本実施形態では、外面凹部を略半球状を例に説明したが、必ずしも略半球状とする必要はない。例えば、図６に示されるように、略正六角形の外面六角凹部４４とすることもできる。また、図７にされるように菱形の外面菱形凹部４６とすることもできる。

１０空気入りタイヤ
１２ビード部
１４サイド部
１６クラウン部
１７タイヤ骨格部材
１７ＯＵＴタイヤ外面
３０トレッド部材
４０外面凹部
４２内面凹部
Ｓ１間隔

Claims

樹脂製とされ、ビード部及び該ビード部のタイヤ径方向外側に連なるサイド部と、該サイド部のタイヤ幅方向内側に連なるトレッドを配置するクラウン部とを有し、前記サイド部の外面に互いに離間してタイヤ径方向及びタイヤ周方向に並ぶ複数の外面凹部が形成されたタイヤ骨格部材と、
前記タイヤ骨格部材の外面に形成され、前記外面凹部内に充填され前記外面凹部を覆う被覆層と、
を備えた、空気入りタイヤ。
前記サイド部の内面に、前記外面凹部と重複しない位置に、互いに離間する複数の内面凹部が形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の空気入りタイヤ。
前記外面凹部は球面状である、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気入りタイヤ。
前記外面凹部は、深さが０．１ｍｍ以上で、且つ前記サイド部の厚みの１／２以下であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の、空気入りタイヤ。
前記外面凹部は、開口巾の最大長さが０．１ｍｍ〜１０．０ｍｍであること、を特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の空気入りタイヤ。
隣り合う前記外面凹部同士の間隔の最短距離は、０．１ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下であること、を特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の空気入りタイヤ。