JP6844408B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、操縦安定性の維持或いは向上を図りながら、軽量化を達成しうる空気入りタイヤに関する。

近年、車両の燃費性能を向上させるために、空気入りタイヤの軽量化が求められている。空気入りタイヤの軽量化は、主としてタイヤの外皮部分をなすゴム、例えばサイドウォールゴムの厚さを減らすこと（薄肉化）によって行われる。しかしながら、このようなタイヤの軽量化は、低燃費性をもたらし得る反面、タイヤの剛性低下を伴い、操縦安定性を悪化させるという問題がある。

なお下記の特許文献１には、サイドウォールゴムを、ゴム基体中に中空フィラーを混在させた中空フィラー混在ゴムで形成することが提案されている。しかし、軽量化に対して十分満足しうるレベルに至っていない。

特開平０７−２１５０１８号公報

そこで本発明は、サイドウォール部の外面に、炭素繊維強化プラスチックからなるサイド補強層を設けることを基本として、操縦安定性の維持或いは向上を図りながら軽量化を達成しうる空気入りタイヤを提供することを課題としている。

本発明は、トレッド部からサイドウォール部をへてビード部のビードコアに至る本体部と、この本体部に連なりかつ前記ビードコアの周りでタイヤ軸方向内側から外側に折り返される折返し部とを有するカーカスを具える空気入りタイヤであって、
前記サイドウォール部の外面に、炭素繊維強化プラスチックからなるサイド補強層が配されている。

本発明に係る空気入りタイヤでは、正規リムにリム組みされかつ正規内圧が充填されたタイヤに、正規荷重の７０％の荷重を付加して接地させた接地状態において、
前記サイド補強層のタイヤ半径方向内端は、ビードベースラインからのタイヤ半径方向高さＨ１が、ビードベースラインから接地面までのタイヤ半径方向高さＨＴの４５〜５５％、かつ前記サイド補強層のタイヤ半径方向外端は、ビードベースラインからのタイヤ半径方向高さＨ２が、前記高さＨＴの７５〜８０％であるのが好ましい。

本発明に係る空気入りタイヤでは、前記サイド補強層は、炭素繊維の配向方向がタイヤ半径方向に対して６０度以下の角度であるのが好ましい。

本発明に係る空気入りタイヤでは、前記カーカスの折返し部の半径方向外端において、この外端から前記サイド補強層の外面までの厚さｔは２．０〜３．５mmであり、かつ前記サイド補強層の厚さｔ１は０．５〜１．５mmであるのが好ましい。

本発明に係る空気入りタイヤでは、前記炭素繊維強化プラスチックは、炭素繊維にエポキシ樹脂を含浸させた厚さ０．０８〜０．１２mmのプリプレグの積層体からなるのが好ましい。

本発明に係る空気入りタイヤでは、前記炭素繊維強化プラスチックは、エポキシ樹脂の含浸量が３０〜５０wt％であるのが好ましい。

本発明に係る空気入りタイヤでは、前記炭素繊維強化プラスチックは、厚さ１．０mm当たり、繊維方向に対する複素弾性率Ｅ^＊が３．３×１０^１０〜７．８×１０^１０Paであるのが好ましい。

なお前記「正規リム」とは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、当該規格がタイヤ毎に定めるリムであり、例えばＪＡＴＭＡであれば標準リム、ＴＲＡであれば "Design Rim" 、或いはＥＴＲＴＯであれば "Measuring Rim"を意味する。前記「正規内圧」とは、前記規格がタイヤ毎に定めている空気圧であり、ＪＡＴＭＡであれば最高空気圧、ＴＲＡであれば表 "TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES" に記載の最大値、ＥＴＲＴＯであれば "INFLATION PRESSURE"を意味するが、乗用車用タイヤの場合には１８０ｋＰａとする。また前記「正規荷重」とは、前記規格がタイヤ毎に定めている荷重であり、ＪＡＴＭＡであれば最大負荷能力、ＴＲＡであれば表 "TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES" に記載の最大値、ＥＴＲＴＯであれば "LOAD CAPACITY"である。

複素弾性率Ｅ^＊は、ＪＩＳ Ｋ７２４４「プラスチック−動的機械特性の試験方法」に準拠し、動的歪制御により、歪（０．０２％）、周波数（１０Hz）、変形モード（引張）、測定温度（３１℃）の条件にて測定した値である。

本発明は叙上の如く、サイドウォール部の外面に、炭素繊維強化プラスチックからなるサイド補強層を設けている。この炭素繊維強化プラスチックは、繊維配向方向に対して非常に高い引っ張り弾性特性を発揮する。

他方、タイヤに荷重を負荷したとき、サイドウォール部の外面においては、ビード部側では圧縮歪みが発生し、トレッド側では引っ張り歪みが発生している。従って、引っ張り歪みが発生するサイドウォール部の外面の領域に、炭素繊維強化プラスチックからなるサイド補強層を設けることで、タイヤの撓み量を効果的に抑えることができる。

これにより、タイヤ剛性を高く確保して操縦安定性の維持或いは向上を図りながら、サイドウォールゴムの厚さを減じて、軽量化を達成することが可能となる。

本発明の空気入りタイヤの一実施形態を示す断面図である。 内の補強層を拡大して示す断面図である。 空気入りタイヤの接地状態を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は、正規リムＪにリム組みされかつ正規内圧が充填された無荷重の正規内圧状態Ｙ０におけるタイヤの子午断面図である。

図１に示すように、本実施形態の空気入りタイヤ１は、偏平率が５５％以下の超偏平タイヤであって、トレッド部２からサイドウォール部３をへてビード部４のビードコア５に至るカーカス６と、前記カーカス６の外側かつトレッド部２の内部に配されるベルト層７とを具える。

カーカス６は、有機繊維コード等のカーカスコードがタイヤ赤道Ｃに対して例えば７０〜９０度の角度で配列する１枚以上、本例では１枚のカーカスプライ６Ａから形成される。又カーカス６は、ビードコア５、５間を跨る本体部６ａと、この本体部６ａに連なり前記ビードコア５の周りでタイヤ軸方向内側から外側に折り返される折返し部６ｂとを有する。

本例では、前記折返し部６ｂのタイヤ半径方向外端６Ｅは、カーカス最大幅位置Ｍをタイヤ半径方向外側に超えた位置で終端している。なお「カーカス最大幅位置Ｍ」は、前記正規内圧状態Ｙ０（図１に示す）において、カーカス６の本体部６ａが、最もタイヤ軸方向外側に張り出す高さ位置として定義される。

カーカス６の本体部６ａと折返し部６ｂとの間には、ビードコア５からタイヤ半径方向外側に向かって先細状にのびるビード補強用のビードエーペックスゴム８が配される。

ベルト層７は、スチールコード等のベルトコードがタイヤ赤道Ｃに対して例えば１０〜３５度の角度で配列する２枚以上、本例では２枚のベルトプライ７Ａ、７Ｂから形成される。ベルトコードは、ベルトプライ７Ａ、７Ｂ間で互いに交差し、これによりベルト剛性が高まり、トレッド部２がタガ効果を有して強固に補強される。

ベルト層７のタイヤ半径方向外側には、高速耐久性等を高める目的で、バンド層９が配される。バンド層９は、タイヤ周方向に螺旋状に巻回されたバンドコードを有する。このバンド層９として、ベルト層７のタイヤ軸方向外端部のみを被覆する左右一対のエッジバンドプライ、及びベルト層７の略全巾を覆うフルバンドプライが適宜採用できる。本例では、バンド層９が１枚のフルバンドプライ９Ａとエッジバンドプライ９Ｂとからなる場合が例示される。

本例では、カーカス最大幅位置Ｍよりもタイヤ半径方向内側の位置に、リムプロテクター１０が形成される。このリムプロテクター１０は、超偏平タイヤにおいてリムフランジＪｆを保護し、縁石等との接触によるリムフランジＪｆの損傷を防止する。

リムプロテクター１０は、タイヤ軸方向外側に最も突出する頂部Ｐを有してタイヤ周方向に連続してのびる。前記頂部Ｐは、カーカス最大幅位置Ｍよりもタイヤ半径方向内側に位置するとともに、リムフランジＪｆよりもタイヤ軸方向外側に突出している。サイドウォール部３の外面（以下「サイドウォール面」と呼ぶ場合がある。）３Ｓは、前記頂部Ｐよりもタイヤ半径方向外側では、前記頂部Ｐからトレッド接地端Ｔｅに向かって滑らかにのびる凸円弧状の曲線で形成される。又頂部Ｐよりもタイヤ半径方向内外側では、前記頂部Ｐからビード部４の外側面４Ｓに向かって滑らかにのびる凹円弧状の曲線で形成される。

次に、サイドウォール面３Ｓには、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）から形成されるサイド補強層１１が配される。この炭素繊維強化プラスチックの繊維配向方向は、タイヤ半径方向に対して６０度以下、好ましくは４５度以下の角度である。このようなサイド補強層１１は、タイヤ半径方向に対して、非常に高い引っ張り弾性特性を発揮する。

図３は、正規内圧状態のタイヤ１に正規荷重の７０％の荷重を付加して接地させた接地状態Ｙ１のタイヤの子午断面図である。図３に示すように、接地状態Ｙ１においては、サイドウォール面３Ｓのビード側では圧縮歪みが発生し、トレッド側では引っ張り歪みが発生する。この圧縮歪みと引っ張り歪みは、位置Ｋにおいて切り替わる。前記位置ＫのビードベースラインＢＬからのタイヤ半径方向高さＨＫは、大凡、ビードベースラインＢＬから接地面ＧＬまでのタイヤ半径方向高さＨＴの４０〜４５％の範囲である。この位置Ｋは、正規内圧状態Ｙ０におけるカーカス最大幅位置Ｍの近傍に位置している。

従って、引っ張り歪みが発生するサイドウォール面３Ｓの領域、即ち境界位置Ｋよりタイヤ半径方向外側となる領域に、炭素繊維強化プラスチックからなるサイド補強層１１を設けることで、タイヤの撓み量を効果的に抑えることができる。これにより、タイヤ剛性を高く確保して操縦安定性の維持、或いは向上を図りながら、サイドウォールゴム３Ｇの厚さを減じて、軽量化を達成することが可能となる。又サイド補強層１１は、サイドウォール部３の耐カット性の向上にも役立つ。

詳しくは、前記接地状態Ｙ１において、サイド補強層１１は、そのタイヤ半径方向内端Ｅ１のビードベースラインＢＬからのタイヤ半径方向高さＨ１が、前記高さＨＴの４５〜５５％の範囲が好ましい。又、サイド補強層１１のタイヤ半径方向外端Ｅ２のビードベースラインＢＬからのタイヤ半径方向高さＨ２は、前記高さＨＴの７５〜８０％の範囲が好ましい。本例では、前記カーカス６の折返し部６ｂの外端６Ｅは、サイド補強層１１の外端Ｅ２より半径方向内側、かつ内端Ｅ１より半径方向外側に位置している。

前記高さＨ１が前記高さＨＴの４５％を下回ると、サイド補強層１１の内端部が、引っ張り歪みがあまり発生しない領域、或いは圧縮歪みが発生する領域に位置することとなる。そのため、前記内端部では、タイヤの撓み量の抑制効果に貢献できなくなるだけでなく、タイヤ重量の不必要な増加をもたらす。又前記高さＨ１が前記高さＨＴの５５％を超えると、サイド補強層１１自体の半径方向の巾が短くなるため、タイヤの撓み量の抑制効果が減じ、操縦安定性に不利を招く。

又前記高さＨ２が前記高さＨＴの７５％を下回ると、サイド補強層１１自体の半径方向の巾が短くなるため、タイヤの撓み量の抑制効果が減じ操縦安定性に不利を招く。逆に前記高さＨ１が前記高さＨＴの８０％を超えると、サイド補強層１１の外端部が、引っ張り歪みがあまり発生しない領域に位置することとなる。そのため、前記外端部では、タイヤの撓み量の抑制効果にあまり貢献できなくなるだけでなく、タイヤ重量の不必要な増加をもたらす。

なお前記高さＨ２と高さＨ１との差（Ｈ２−Ｈ１）は、高さＨＴの２２．５％以上さらには２５％以上が好ましい。

又サイド補強層１１によってタイヤ剛性を高く確保できるため、サイドウォールゴム３Ｇの厚さを減じることが可能になる。図２に拡大して示すように、カーカス６の折返し部６ｂの外端６Ｅからサイド補強層１１の外面までの厚さｔは、２〜３．５mmであるのが好ましい。このうちサイド補強層１１自体の厚さｔ１は、０．５〜１．５mmであるのが好ましい。特には、前記厚さの差（ｔ−ｔ１）は、２．０mm以下が好ましい。

前記厚さｔ１が０．５mmを下回ると、タイヤの撓み量の抑制効果が不充分となって、操縦安定性と軽量化との両立が達成できなくなる。逆に１．５mmを超えると、重量が増して軽量化の達成が難しくなるとともに、タイヤ剛性が上がりすぎて、操縦安定性、特には乗り心地性能の低下を招く。このような観点から、前記厚さｔ１の下限値は０．８mm以上が好ましく、又上限は１．２mm以下が好ましい。

又厚さｔが３．５mmを超える、或いは差（ｔ−ｔ１）が２．０mmを超えると、軽量化の達成が難しくなる。逆に、厚さｔが２．０mmを下回る、或いは差（ｔ−ｔ１）が０．５mmを下回ると、カーカス６の折返し部６ｂの外端６Ｅの応力が集中し、外端６Ｅを起点とした損傷が発生傾向となる。

炭素繊維強化プラスチック（サイド補強層１１）としては、プリプレグの複数層で形成するのが好ましい。プリプレグは、炭素繊維を一方向に引きそろえた状態で、マトリックス樹脂を含浸させた薄厚シート状の複合材である。マトリックス樹脂として、例えばエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が採用されるが、特には、ポリアルキレンエーテル変性エポキシ樹脂等の柔軟性エポキシ樹脂が好適である。これにより、サイド補強層１１の曲げ剛性を低く抑えることができ、乗り心地性能の向上に役立つ。

プリプレグとして、エポキシ樹脂の含有率が３０〜５０wt％、かつ厚さが０．０８〜０．１２mmのものが好適に使用でき、サイド補強層１１は、例えば８〜１２枚のプリプレグの積層体として形成するのが好ましい。厚さが０．１２mm以下の薄いプリプレグを用いること、及びエポキシ樹脂の含有率を３０wt％以上とすることで、サイド補強層１１に柔軟性を付与できる。なおエポキシ樹脂の含有率が３０wt％を下回ると、サイド補強層１１が硬くなりすぎて乗り心地性能に不利となる。逆に５０％を超えると、炭素繊維の配合量が減るため、タイヤの撓み量の抑制効果が十分発揮できなくなる。

サイド補強層１１では、炭素繊維強化プラスチックの厚さ１．０mm当たり、繊維配向方向に測定した複素弾性率Ｅ^＊が３．３×１０^１０〜７．８×１０^１０Pa、であるのが好ましい。複素弾性率Ｅ^＊が７．８×１０^１０Paを超えると、サイド補強層１１が硬くなりすぎて乗り心地性能に不利となる。逆に複素弾性率Ｅ^＊が３．３×１０^１０Paを下回ると、タイヤの撓み量の抑制効果が十分発揮できなくなる。なお炭素繊維強化プラスチックの厚さ１．０mm当たりの正接損失tanδは、０．０５１〜０．１２８が好ましい。

このような空気入りタイヤ１は、以下の方法で形成できる。まず、加硫成形された空気入りタイヤのサイドウォール面３Ｓに、未硬化のプリプレグを、繊維配向方向がタイヤ半径方向となる向きに順次貼り付けて、プリプレグの積層体（未硬化のサイド補強層１１）を形成する。

プリプレグを貼り付けるためのサイドウォール面の貼付け面は、凹凸の無い平滑面とし、又ナフサなどにより洗浄される。又、プリプレグは、貼り付け位置に合う形状に、予め切断されている。なおプリプレグを先に積層しておき、これをサイドウォール面３Ｓに貼り付けることもできる。

そして、プリプレグの積層体が貼り付けされたタイヤを、例えば１７０℃のオーブン内にて３０分程度放置することで、サイド補強層１１をタイヤ１に一体化させることができる。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

図１の構造をなす空気入りタイヤ（２２５／４５Ｒ１７）が、表１の仕様に基づいて試作された。そして各タイヤの質量、横バネ定数、操縦安定性がテストされ比較された。共通仕様は、以下の通りである。
カーカスプライ---１枚（ポリエステルコード）
ベルトプライ---２枚（スチールコード：1×4/0.27）
バンドプライ---エッジバンドプライ＋フルバンドプライ（ナイロンコード）

サイド補強層は、それぞれ、厚さが０．１０mmのプリプレグを用いた炭素繊維強化プラスチックにより形成された。マトリックス樹脂は、柔軟性エポキシ樹脂である。

従来例は、サイド補強層が無く、サイドウォールゴムが厚いことにより、横バネ定数、及び操縦安定性が確保されている。

（１）タイヤ質量：
タイヤ１本当たりの質量が測定された。結果は、従来例を１００とする指数で表示されている。数値が大きい方が軽量である。

（２）横バネ定数：
試供タイヤを、リム（１７×７．５ＪＪ）、内圧（２３０kPa）の条件にて、横力（０．５kN）を作用させたときの力と、トレッドセンターでの移動量とから横バネを算出し、従来例を１００とする指数で表示した。数値が大きい方が横バネ定数が高く、良好である。

（３）操縦安定性：
試作タイヤを、リム（１７×７．５ＪＪ）、内圧（２３０kPa）にて、車両（２０００ccのセダン車：１名乗車）の全輪に装着し、乾燥アスファルト路面のテストコースを走行した。そのときの操縦安定性を、ドライバーの官能評価により、従来例を１００とする指数で表示した。数値が大きい方が操縦安定性に優れている。

表に示されるように、実施例のタイヤは、操縦安定性の維持或いは向上を図りながら軽量化が達成されるのが確認できる。

１ 空気入りタイヤ
２ トレッド部
３ サイドウォール部
３Ｓ 外面
４ ビード部
５ ビードコア
６ カーカス
６ａ 本体部
６ｂ 折返し部
１１ サイド補強層

Claims (7)

1. トレッド部からサイドウォール部をへてビード部のビードコアに至る本体部と、この本体部に連なりかつ前記ビードコアの周りでタイヤ軸方向内側から外側に折り返される折返し部とを有するカーカスを具える空気入りタイヤであって、
   前記サイドウォール部の外面に、炭素繊維強化プラスチックからなるサイド補強層が配された空気入りタイヤ。
2. 正規リムにリム組みされかつ正規内圧が充填されたタイヤに、正規荷重の７０％の荷重を付加して接地させた接地状態において、
   前記サイド補強層のタイヤ半径方向内端は、ビードベースラインからのタイヤ半径方向高さＨ１が、ビードベースラインから接地面までのタイヤ半径方向高さＨＴの４５〜５５％、かつ前記サイド補強層のタイヤ半径方向外端は、ビードベースラインからのタイヤ半径方向高さＨ２が、前記高さＨＴの７５〜８０％である請求項１記載の空気入りタイヤ。
3. 前記サイド補強層は、炭素繊維の配向方向がタイヤ半径方向に対して６０度以下の角度である請求項１又は２記載の空気入りタイヤ。
4. 前記カーカスの折返し部の半径方向外端において、この外端から前記サイド補強層の外面までの厚さｔは２．０〜３．５mmであり、かつ前記サイド補強層の厚さｔ１は、０．５〜１．５mmである請求項１〜３の何れかに記載の空気入りタイヤ。
5. 前記炭素繊維強化プラスチックは、炭素繊維にエポキシ樹脂を含浸させた厚さ０．０８〜０．１２mmのプリプレグの積層体からなる請求項１〜４の何れかに記載の空気入りタイヤ。
6. 前記炭素繊維強化プラスチックは、エポキシ樹脂の含浸量が３０〜５０wt％である請求項５記載の空気入りタイヤ。
7. 前記炭素繊維強化プラスチックは、厚さ１．０mm当たり、繊維方向に対する複素弾性率Ｅ^＊が３．３×１０^１０〜７．８×１０^１０Paである請求項１〜６の何れかに記載の空気入りタイヤ。

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