JP6921668B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、空気入りタイヤ（以下、それぞれ、単に「タイヤ」とも称す）に関し、詳しくは、重量増加を伴わずに、放熱性を高めることで耐久性を向上させた空気入りタイヤに関する。

ゴムやプラスチックは、一般的に、金属材料と比較して、熱伝導性が２〜３オーダー程度低い。そのため、走行中におけるゴムの自己発熱が、タイヤの劣化耐久性の低下の要因のひとつとなっている。そこで、走行中にタイヤ内部で生じた熱を外部に放熱するために、充填剤として金属粉体や炭素繊維、あるいはカーボンナノチューブ等をゴムに配合する方法が提案されている。しかしながら、この場合、充填量を増加させる必要があり、作業性の悪化や硬さや燃費性に関するゴム物性の調製が難しいという問題が生じる。

このような中、特許文献１では、発熱の大きいビード部の放熱性を改善しつつ、耐久性の低下を招くことがない空気入りタイヤが提案されている。具体的には、サイドウォール部におけるサイドウォールゴムよりも高い熱伝導率を有する高熱伝導率層を、サイドウォール部においてタイヤ径方向に沿った幅を有してタイヤ周方向に延在させており、高熱伝導率層のタイヤ径方向内側を、ビードフィラーに接触させている。

特開２００９−２９２４１５公報

ここで、特許文献１では、高熱伝導率層に金属コード、すなわちスチールコードやスチールワイヤを用いることが提案されている。しかしながら、金属コードを用いた場合、タイヤ重量の増加や、高歪領域での耐久性悪化の要因となるため、使用領域が限定されるという問題を有している。

そこで、本発明の目的は、上記課題を生じることなく、重量増加を伴わずに、放熱性を高めることで耐久性を向上させた空気入りタイヤを提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、熱伝導率のよい金属材料の断面形状が非円形であり、金属コードよりも柔軟性を有する、金属ウールのような金属繊維の複合体を用いることによって、金属材料の比表面積を大きくすることができ、その結果、効率的に熱伝導性を向上させることができ、かつ、ゴムとの剛性段差が少なく、耐久性を確保することができることを見出し、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、ビード部と、サイドウォール部と、トレッド部と、前記ビード部間に跨ってトロイド状に延在する少なくとも１枚のカーカスプライからなるカーカスと、該カーカスのタイヤ径方向外側に配置された少なくとも１層のベルト層からなるベルトと、を備えた空気入りタイヤにおいて、
断面形状が非円形である金属繊維の複合体が、少なくとも一部が前記カーカスプライおよび前記ベルト層のうち少なくとも一方に近設して配置され、かつ、少なくとも一部がタイヤ外表面から３．０ｍｍ以内の範囲に存在するように配置されてなり、
前記断面形状が非円形である金属繊維が、黄銅、銅およびスチールからなる群から選ばれる少なくとも１種からなることを特徴とするものである。

また、本発明の他の空気入りタイヤは、ビード部と、サイドウォール部と、トレッド部と、前記ビード部間に跨ってトロイド状に延在する少なくとも１枚のカーカスプライからなるカーカスと、該カーカスのタイヤ径方向外側に配置された少なくとも１層のベルト層からなるベルトと、前記サイドウォール部におけるカーカスのタイヤ径方向内側に配置されたサイド補強ゴム層と、を備えた空気入りタイヤにおいて、
断面形状が非円形である金属繊維の複合体が、少なくともサイド補強ゴムと前記カーカスプライを介して近設して配置され、かつ、少なくとも一部がタイヤ外表面から３．０ｍｍ以内の範囲に存在するように配置されてなり、
前記断面形状が非円形である金属繊維が、黄銅、銅およびスチールからなる群から選ばれる少なくとも１種からなることを特徴とするものである。

本発明のタイヤにおいては、前記断面形状が非円形である金属繊維の複合体は、前記断面形状が非円形である金属繊維が撚り合わされることなく引き揃えたられたコード状のもの、または、前記断面形状が非円形である金属繊維を織らずにシート状にしたものであることが好ましく、これらは、タイヤ断面視において、タイヤ厚み方向に波打つウェーブ状であることが好ましい。また、前記断面形状が非円形である金属繊維の複合体が帯状体であり、該帯状体の幅方向がタイヤ径方向と略平行であることも好ましい。さらに、本発明のタイヤにおいては、前記金属繊維は、黄銅が好ましい。さらにまた、本発明のタイヤにおいては、前記金属繊維の幅は、１０〜２００μｍであることが好ましい。

本発明によれば、重量増加を伴わずに、放熱性を高めることで耐久性を向上させた空気入りタイヤを提供することができる。

本発明の一好適な実施の形態に係る空気入りタイヤのタイヤ幅方向における片側断面図である。 本発明の他の好適な実施の形態に係る空気入りタイヤのタイヤ幅方向における片側断面図である。

以下、本発明の空気入りタイヤについて、図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の一好適な実施の形態に係る空気入りタイヤのタイヤ幅方向における片側断面図である。図示するタイヤは、トラック・バス等の重荷重車両用であり、図示するように、本発明のタイヤ２０は、左右一対のビード部１と、ビード部１から、それぞれタイヤ径方向外側に連なる一対のサイドウォール部２と、一対のサイドウォール部２間に跨って延び接地部を形成するトレッド部３と、を有している。また、一対のビード部１間にトロイド状に延在してこれら各部１、２、３を補強する一枚以上のカーカスプライ４からなるカーカスと、カーカスのクラウン部のタイヤ径方向外側に、少なくとも１層、図示例においては４層のベルト層５ａ〜５ｄからなるベルト５が配置されている。また、図示するタイヤにおいては、ビード部１内にそれぞれ埋設されたリング状のビードコア６のタイヤ径方向外側にビードフィラー７が配置されている。

本発明のタイヤ２０においては、断面形状が非円形である金属繊維の複合体（以下、単に、「金属繊維複合体」とも称す）が、少なくとも一部がカーカスプライ４およびベルト層のうち少なくとも一方に近設して、好ましくは、３．０ｍｍ以内に配置され、かつ、少なくとも一部がタイヤ外表面から３．０ｍｍ以内の範囲に存在するように配置されてなる。図示例においては、金属繊維複合体１０の一方の端部がカーカスプライ４の折り返し端部に近設して配置され、他方の端部がサイドウォール部２の表面近傍で終端している。すなわち、発熱の大きい部位であるカーカスプライ４、ベルト層間、ベルト５の端部等から、タイヤ外表面またはその近傍にかけて、熱伝導性の大きい金属繊維複合体２０を配置することで、タイヤ内部で発生した熱を外部に放熱し、これにより、ゴムの劣化を防止し、タイヤ２０の耐久性を向上させている。なお、カーカスプライ４と金属複合繊維とが接する位置としては、カーカスプライ４の本体部に限らず、図示するように、折り返し端部であってもよい。

図２は、本発明の他の好適な実施の形態に係る空気入りタイヤのタイヤ幅方向における片側断面図である。図２に示すタイヤは、サイド補強ゴムで補強したサイド補強型のランフラットタイヤであり、図示するように、タイヤ１２０は、左右一対のビード部１０１と、ビード部１０１から、それぞれタイヤ径方向外側に連なる一対のサイドウォール部１０２と、一対のサイドウォール部１０２間に跨って延び接地部を形成するトレッド部１０３とを有している。また、一対のビード部１０１間にトロイド状に延在してこれら各部１０１、１０２、１０３を補強する一枚以上のカーカスプライ１０４からなるカーカスと、カーカスのクラウン部のタイヤ径方向外側に、図示例においては、２層のベルト層１０５ａ、１０５ｂからなるベルト１０５が配置されている。また、図示するタイヤにおいては、ビード部１０１内にそれぞれ埋設されたリング状のビードコア１０６のタイヤ径方向外側にビードフィラー１０７が配置されている。

さらに、図示するタイヤは、ベルト１０５のタイヤ径方向外側に、ベルト１０５の全体を覆うベルト補強層（キャップ層）１０８ａと、このベルト補強層１０８ａの両端部のみを覆う一対のベルト補強層（レイヤー層）１０８ｂとが配置されており、さらにまた、サイドウォール部１０２におけるカーカスのタイヤ径方向内側に、サイド補強ゴム層１０９が配置されている。

本発明の他の好適な実施の形態に係る空気入りタイヤ１２０のように、サイド補強ゴム１０９を有するタイヤにおいては、金属繊維複合体１１０が、少なくとも一部がサイド補強ゴム１０９とカーカスプライ１０４を介して近設して、好ましくは、３．０ｍｍ以内に配置され、かつ、少なくとも一部がタイヤ外表面から３．０ｍｍ以内の範囲に存在するように配置されてなる。

すなわち、ランフラットタイヤにおいては、金属繊維複合体は、カーカスプライ１０４や、ベルト層間、ベルト１０５等と近設して配置されていてもよく、さらに、カーカスプライ１０４を介してサイド補強ゴム１０９と近設して配置されていてもよい。図２に示すタイヤにおいては、金属繊維複合体１１０の一方の端部を、カーカスプライ１０４を介してサイド補強ゴム１０９に近設して配置され、他方の端部をタイヤの外表面またはその近傍で終端するように配置している。このような構成とすることで、サイド補強ゴム１０９における発熱を効率よく外部に放熱することができるため、ランフラット耐久性を向上させることができる。なお、他の好適な実施の形態に係るタイヤ１２０においても、カーカスプライ１０４と金属複合繊維とが接する場合、その位置は、カーカスプライ１０４の本体部に限らず、折り返し部であってもよい。

本発明のタイヤ２０、１２０に係る金属繊維複合体１０、１１０を構成する、断面形状が非円形の金属繊維は、金属線材等の表面を連続切削して金属繊維を得る方法等により製造することができる。このような方法で製造された金属繊維は、断面形状が三日月型、三角、長方形等となり、金属繊維自体が不均一なものとなる。そのため、断面形状が円形の金属繊維等と比較して、表面積が大きくなり、従来よりも効率よく放熱が可能となる。また、細線径であるため、柔軟性を有している。そのため、このような金属繊維複合体を配置してもゴムとの剛性段差が小さく、耐久性を確保することができる。金属繊維複合体１０、１１０の製造コストおよび放熱性の観点から、断面形状が非円形の金属繊維の線径は、１０〜２００μｍが好ましく、より好ましくは、５０〜２００μｍ、特に好ましくは、８０〜１２０μｍである。また、金属繊維複合体の目付け密度は、放熱性、ゴムとの剛性段差および重量の観点から、２０〜２０００ｇ／ｍ^２が好ましい。なお、目付け密度とは、金属繊維複合体における単位面積あたりの金属繊維の総重量を意味する。

本発明のタイヤ２０、１２０においては、上述のとおり、金属繊維複合体１０、１１０の少なくとも一部を、タイヤ外表面から３．０ｍｍ以内の範囲に存在するように配置する。例えば、効率よく放熱を行うために、金属繊維複合体１０、１１０をタイヤ外表面に露出させてもよいが、金属繊維複合体２０、１２０における錆の発生を阻止する観点から、タイヤ外表面に露出させず、タイヤの内部で終端していることが好ましい。金属繊維複合体２０、１２０からタイヤ外表面までの距離は、０．５〜３．０ｍｍとすることが好ましい。なお、金属繊維複合体２０、１２０とタイヤ外表面とが近設する位置は、例えば、サイドウォール部２、１０２やショルダー部とすることができる。また、金属繊維複合体２０、１２０とタイヤ外表面とが近設する位置の外表面に、凸部等を設けてもよい。これにより、表面積が大きくなるため、放熱性を高めることができる。

本発明のタイヤ２０、１２０においては、金属繊維複合体１０、１１０としては、断面形状が非円形である金属繊維が撚り合わされることなく引き揃えたコード状のもの、または、断面形状が非円形である金属繊維を織らずにシート状にしたものを好適に用いることができる。コード状の金属繊維複合体は、タイヤ径方向に配置してもよく、タイヤ周方向に沿う方向に配置してもよい。また、金属繊維複合体は、タイヤ断面視において、延在方向に垂直な方向、すなわち、タイヤ厚み方向に波打つウェーブ状となるように配置してもよい。これにより、タイヤ内部の熱を外部に効率よく放熱することができる。また、シート状の金属繊維複合体１０、１１０を帯状体とし、この帯状体の幅をタイヤ径方向と略平行となるように、すなわち、タイヤ断面視、垂直となるように配置してもよい。なお、タイヤ断面視における金属繊維複合体の延在長さは、５．０〜１００ｍｍが好ましい。

本発明のタイヤ２０、１２０において、金属繊維複合体１０、１１０を所定の位置に配置するにあたっては、金属繊維複合体１０、１１０をゴムで被覆し、ゴム−金属繊維複合体として配置してもよい。そうすることで、金属繊維複合体を有するタイヤを成形し易くなる。この場合、金属繊維複合体１０、１１０を被覆する被覆ゴムとしては特に制限はなく、従来から、ベルト等の被覆ゴムとして用いられているゴムを用いることができる。また、本発明のタイヤ２０、１２０においては、金属繊維複合体１０は、タイヤ周方向に沿って連続して配置されることが好ましい。

さらに、本発明のタイヤ２０、１２０においては、金属繊維複合体１０、１１０は、黄銅、銅およびスチールからなる群から選ばれる少なくとも１種からなることが好ましい。これら金属は、熱伝導率が高く、本発明の効果を良好に得られることができる。熱伝導率以外にも、ゴムとの接着性も考慮すると、特に、黄銅が好ましい。なお、金属繊維複合体にスチールを用いる場合は、表面に黄銅めっきがなされているものを用いることが好ましい。

本発明のタイヤ２０、１２０は、熱伝導率が高い金属繊維複合体を、一部が発熱の大きい部位に近設し、さらに他の一部がタイヤ外表面またはタイヤ外表面近傍に存在するように配置することのみが重要であり、これ以外の構成については特に制限はない。また、本発明のタイヤの用途についても、特に制限はなく、例えば、乗用車用、トラック・バス用等の重荷重車両用、建設車両用、二輪車用、航空機用、農業用のタイヤに適用することができる。

また、ベルト層５、１０５は、平行に配列されたスチールコードをゴム引きして形成することができ、そのコード角度についても、適宜設定することができる。ベルト５、１０５のスチールコードの構造としては特に制限はなく、単撚り構造であってもよく、層撚り構造であってもよく、複数本のスチールフィラメントを撚り合わせずに束ねた束コードであってもよい。また、ベルト５、１０５へのスチールコードの打込み数は２８〜５７本／５０ｍｍであることが好ましい。さらに、図２に示す例においては、ベルト１０５のタイヤ径方向外側に、ベルト補強層１０８として、キャップ層１０８ａおよびレイヤー層１０８ｂが配置されている。キャップ層１０８ａは、図示するようにベルト１０５の全幅以上にわたり少なくとも１層にて配置され、タイヤ周方向に対し実質的に平行に配列された有機繊維コードまたは無機繊維コードがゴム引きされてなる。また、レイヤー層１０８ｂは、ベルト１０５の両端領域に少なくとも１層にて配置され、タイヤ周方向に対し実質的に平行に配列された有機繊維コードがゴム引されてなる。

さらに、図示例においては、一方のビード部から他方のビード部にわたってトロイド状に延びるカーカスは、一枚のカーカスプライ４、１０４からなるが、本発明のタイヤ２０、１２０においては複数枚としてもよく、また、カーカスのコードとしてはタイヤ周方向に対してほぼ直交する方向、例えば、７０〜９０°の角度で延びる有機繊維コードを用いることができる。また、トレッド部３、１０３は、カーカスのクラウン領域のタイヤ径方向外側に配置した少なくとも１層、図１に示す例では、４層の第１ベルト層５ａ〜第４ベルト層５ｄとからなるベルト５により、図２に示す例では２層の第１ベルト層１０５ａ、第２ベルト層１０５ｄとからなるベルト１０５により補強されているが、やはり、本発明のタイヤ２０、１２０においては、これに限られるものではない。

さらにまた、トレッド部３、１０３の表面には適宜トレッドパターンが形成されており、トレッド部３、１０３の最内層にはインナーライナーが形成されていてもよい（図示せず）。さらに、本発明のタイヤ２０、１２０に充填する気体としては、通常のあるいは酸素分圧を調整した空気の他、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを用いることができる。

以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
＜実施例１−１〜１−４および従来例１＞
実施例１−１〜１−４および従来例１のタイヤについては、図１に示すタイプのタイヤを、タイヤサイズ１１Ｒ２２．５にて作製した。金属繊維複合体は、一方の端部をカーカスプライの折り返し端部に近設するように配置し、他方の端部をサイドウォール部のタイヤ外表面から２〜３ｍｍの位置となるように配置した。使用した金属繊維複合体はメタルウールであり、メタルウールの材質、線径、形態、目付量および幅は表１のとおりとした。従来例１のタイヤについては、上記タイヤに金属繊維複合体を用いずに作製した。作製したタイヤにつき、縦バネおよびドラム耐久性の評価を下記手順に従って行った。

＜比較例＞
比較例のタイヤは、金属繊維複合体に換えてスチールワイヤを用いた。スチールワイヤの長さは４０ｍｍとし、５本／ｃｍの間隔で配置した。これ以外については、実施例１−１と同等とした。

＜縦バネ＞
各タイヤを、ＪＡＴＭＡで定める標準リムサイズのリムを用い、ＪＡＴＭＡ規格の最大内圧において、荷重−撓み曲線を作成し、得られた荷重−撓み曲線上のある荷重における接線の傾きをその荷重に対する縦バネ定数とし、従来例１のタイヤの縦バネ定数の値を１００として、指数表示した。指数値が大きいほど、縦バネ定数が大きいことを示す。したがって、指数値が小さいほど乗り心地性は良好である。

＜ドラム耐久性＞
各タイヤを、標準リムに組み付け、所定の内圧（ＪＡＴＭＡ規定の内圧）を充填して、荷重６０００ｋｇｆを負荷したドラム上走行試験において、ビード部故障等によって走行不能になるまでの走行距離を測定した。結果は、従来例１の測定結果を１００として指数表示した。指数値が高いほどドラム耐久性に優れていることを示す。

＜実施例２−１〜２−５および従来例２＞
実施例２−１〜２−５のタイヤについては、図２に示すタイプのタイヤを、タイヤサイズ２２５／５０Ｒ１７にて作製した。金属繊維複合体は、一方の端部をカーカスプライを介してサイド補強ゴムに近設するように配置し、他方の端部をサイドウォール部のタイヤ外表面から２〜３ｍｍの位置となるように配置した。使用した金属繊維複合体はメタルウールであり、メタルウールの材質、線径、形態、目付量および幅は表２のとおりとした。従来例２のタイヤについては、上記タイヤに金属繊維複合体を用いずに作製した。作製したタイヤにつき、縦バネ、ドラム耐久性およびランフラット耐久性の評価を下記手順に従って行った。得られた結果は、従来例２のタイヤを１００とする指数にて表した。得られた結果を、同表に併記する。

＜縦バネ＞
各タイヤを、ＪＡＴＭＡで定める標準リムサイズのリムを用い、ＪＡＴＭＡ規格の最大内圧において、重−撓み曲線を作成し、得られた荷重−撓み曲線上のある荷重における接線の傾きをその荷重に対する縦バネ定数とし、従来例２のタイヤの縦バネ定数の値を１００として、指数表示した。指数値が大きいほど、縦バネ定数が大きいことを示す。したがって、指数値が小さいほど乗り心地性は良好である。

＜ドラム耐久性＞
ドラム表面が平滑な鋼鉄製で直径が１．７０７ｍであるドラム試験機を使用して、周辺温度を３０±３℃に制御し、ＪＡＴＭＡで定める標準リムサイズのリムを用い、ＪＡＴＭＡ規格の最大内圧において、ＪＡＴＭＡ規格の最大負荷能力の２倍の荷重をかけて、耐久性ドラム走行試験を行い、タイヤが壊れるまでの距離を測定した。評価は、従来例２の場合を１００として、指数表示した。この値が大きいほど通常内圧時のドラム耐久性は良好である。

＜ランフラット耐久性＞
各試作タイヤを常圧で、ＪＡＴＭＡで定める標準リムサイズのリムにリム組みし、空気を内圧２３０ｋＰａで封入してから３８℃の室温中に２４時間放置後、バルブのコアを抜き、内圧を大気圧として、荷重約４．１７ｋＮ、速度８９ｋｍ／ｈ、室温３８℃の条件でドラム走行テストを行い、この際の故障発生までの走行距離で表す。なお、評価は、従来例２の場合を１００とした指数で表２中に示し、この値が大きいほどランフラット耐久性は良好である。

※１：タイヤ断面視におけるメタルウールの延在長さ

表１および２からわかるように、本発明のタイヤは縦バネを増加させずに、ドラム耐久性が向上している。また、表２から、サイド補強タイプのランフラットタイヤのランフラット耐久性も向上していることがわかる。

１、１０１ ビード部
２、１０２ サイドウォール部
３、１０３ トレッド部
４、１０４ カーカスプライ
５、１０５ ベルト
６、１０６ ビードコア
７、１０７ ビードフィラー
１０８ ベルト補強層
１０９ サイド補強ゴム
１０、１１０ 金属繊維複合体
２０、１２０ タイヤ

Claims (7)

1. ビード部と、サイドウォール部と、トレッド部と、前記ビード部間に跨ってトロイド状に延在する少なくとも１枚のカーカスプライからなるカーカスと、該カーカスのタイヤ径方向外側に配置された少なくとも１層のベルト層からなるベルトと、を備えた空気入りタイヤにおいて、
   断面形状が非円形である金属繊維の複合体が、少なくとも一部が前記カーカスプライおよび前記ベルト層のうち少なくとも一方に近設して配置され、かつ、少なくとも一部がタイヤ外表面から３．０ｍｍ以内の範囲に存在するように配置されてなり、
   前記断面形状が非円形である金属繊維が、黄銅、銅およびスチールからなる群から選ばれる少なくとも１種からなることを特徴とする空気入りタイヤ。
2. ビード部と、サイドウォール部と、トレッド部と、前記ビード部間に跨ってトロイド状に延在する少なくとも１枚のカーカスプライからなるカーカスと、該カーカスのタイヤ径方向外側に配置された少なくとも１層のベルト層からなるベルトと、前記サイドウォール部におけるカーカスのタイヤ径方向内側に配置されたサイド補強ゴム層と、を備えた空気入りタイヤにおいて、
   断面形状が非円形である金属繊維の複合体が、少なくともサイド補強ゴムと前記カーカスプライを介して近設して配置され、かつ、少なくとも一部がタイヤ外表面から３．０ｍｍ以内の範囲に存在するように配置されてなり、
   前記断面形状が非円形である金属繊維が、黄銅、銅およびスチールからなる群から選ばれる少なくとも１種からなることを特徴とする空気入りタイヤ。
3. 前記断面形状が非円形である金属繊維の複合体が、前記断面形状が非円形である金属繊維が撚り合わされることなく引き揃えたコード状のもの、または、前記断面形状が非円形である金属繊維を織らずにシート状にしたものである請求項１または２記載の空気入りタイヤ。
4. 前記断面形状が非円形である金属繊維の複合体が、タイヤ断面視において、タイヤ厚み方向に波打つウェーブ状である請求項１〜３のうちいずれか一項記載の空気入りタイヤ。
5. 前記断面形状が非円形である金属繊維の複合体が帯状体であり、該帯状体の幅方向がタイヤ径方向と略平行である請求項１または２記載の空気入りタイヤ。
6. 前記断面形状が非円形である金属繊維が、黄銅からなる請求項１〜５のうちいずれか一項記載の空気入りタイヤ。
7. 前記断面形状が非円形である金属繊維の線径が、１０〜２００μｍである請求項１〜６のうちいずれか一項記載の空気入りタイヤ。

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