JP6936843B2 - 補強材を備える空気圧タイヤ - Google Patents

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Description

本発明は、空気圧タイヤに関し、さらに詳しくは、補強材を断面高さの低い低偏平率タイヤに適用できるように設計自由度を高めた構造の補強材を備える空気圧タイヤに関する。
乗用車用タイヤ（ＰＣＲ ｔｉｒｅ；Ｐａｓｓｅｎｇｅｒ Ｃａｒ Ｒａｄｉａｌ ｔｉｒｅ）の高インチ（ｈｉｇｈ ｉｎｃｈ）化現象により低偏平率（Ｌｏｗ Ｓｅｒｉｅｓ）タイヤにおける性能向上が求められている。
ハンドリング性能向上のための方法の一つであるスチール補強材（ｓｔｅｅｌ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｍａｔｅｒｉａｌ）は、断面高さ（ＳＨ；Ｓｅｃｔｉｏｎ Ｈｅｉｇｈｔ）の低いタイヤでは、ビードフィラー／カーカス／スチール補強材の終端離隔距離の確保が難しいので、低偏平率タイヤに適用することができない。
また、カーカス終端（Ｅｎｄ Ｐｏｉｎｔ）で発生する応力集中現象を考慮すると、終端の位置を設定する設計技術が必要であり、このような設計技術の従来技術である特許文献１においては、カーカス終端の位置を中の構造であるビードワイヤの下方に配置することにより耐久性を改善することを開示している。
さらに、特許文献２においては、リムフランジが接触する接触面に突起部が突出したタイヤにおいて、カーカス層の端部及びビード部を構成する構成部材の端部がタイヤ断面高さに対してタイヤ径方向内側から５０％を超え、かつ７０％未満の範囲から外れて配置されるように構成した空気圧タイヤを開示している。
図１は、従来技術のタイヤビード部の引張及び圧縮力を示す図である。
従来技術である特許文献１においては、図１のように、カーカス終端がビード部の圧縮領域に存在するので、依然として耐久性に問題がある。
また、従来技術である特許文献２においては、低偏平率タイヤの断面高さが低いため、応力が集中するカーカス終端の位置を離隔させなければならないという問題を解決することができず、実際には低偏平率タイヤに適用できないという問題がある。
よって、従来技術においては、目標とするハンドリング性能を確保し、かつ耐久性を向上させるために、スチール補強材（ＳＲＦＭ；Ｓｔｅｅｌ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ Ｍａｔｅｒｉａｌ）をカーカス界面間に配置していた。図２は、従来技術によるスチール補強材をカーカス界面間に配置した構成を示す図である。しかしながら、前記構造は、ビードフィラーの上方領域であるＣ領域を過補強するものであり、タイヤ総重量が不要に増加し、回転抵抗性能がトレードオフ（ｔｒａｄｅ ｏｆｆ）されるという問題があり、低偏平率タイヤにおいてはＤ区間の設定が難しく、カーカス終端を離隔させなければならないので、耐久性の問題が生じる。
特許第５０７６３２２号公報 特開２０１０−１４３２８５号公報
よって、本発明は、前記問題を解決するためになされたものであり、ビードフィラー／カーカス／スチール補強材の終端離隔距離の確保を容易にし、断面高さの低い低偏平率タイヤに補強材を容易に適用できるように設計自由度を高めた改善された構造を有する補強材を備える空気圧タイヤを提供する。
前記技術的課題を解決するために、本発明の一実施形態は、路面に接触するトレッド部１００と、前記トレッド部１００の両側からショルダーと共にインナーライナー３００を形成して延びるサイドウォール部２００と、前記トレッド部１００と前記サイドウォール部２００の内周面に一体に貼り付けられ、サイドウォール部２００の両端部でターンアップヘッド３ｃを形成するカーカス３と、前記カーカス３の前記トレッド部１００側に積層されるベルト層４と、前記ターンアップヘッド３ｃの内側でホイール側に挿入されるビードコア１、前記ビードコア１の前記トレッド１００側面に挿入されるビードフィラー２、及び前記ターンアップヘッド３ｃの界面に挿入される補強材１０を有するビード部Ｐとを含み、前記補強材１０は、前記補強材１０の前記トレッド部１００側終端１０ａが、前記ビードフィラー２の前記トレッド部１００側終端２ａから前記トレッド部１００側に５〜１０ｍｍ離隔して位置するように形成されることを特徴とする補強材を備える空気圧タイヤを提供する。
前記補強材１０のホイール側終端１０ｂは、前記ビードコア１のビードコア補強材側面１ａの範囲内に位置することを特徴とする。
前記補強材１０は、ハンドリング剛性寄与度を考慮して、１５〜４５℃の範囲内で湾曲する圧延物であることを特徴とする。
前記カーカス３は、前記ビードコア１を覆うようにターンアップされてから、カーカス終端３１が前記ビードコア１のビードコア補強材側面１ａの範囲内に位置することを特徴とする。
前記カーカス３は、前記カーカス終端３１を含む端部と前記補強材１０が５〜７ｍｍ重なるように構成されることを特徴とする。
前記カーカス３は、ホイール側の第１のカーカス層３ａと前記ベルト層４側の第２のカーカス層３ｂが積層された２ｐｌｙ構造を有し、前記第１のカーカス層３ａの第１のカーカス層終端３ａ１が前記ビードコア１を覆ってターンアップされてから、前記ビードコアホイール側面１ｂの範囲内に位置するように構成されることを特徴とする。
前記第２のカーカス層３ｂの第２のカーカス層終端３ｂ１が前記ビードコア１を覆ってターンアップされてから、前記ビードコア補強材側面１ａの範囲内に位置するように構成されることを特徴とする。
前記第２のカーカス層３ｂの前記第２のカーカス層終端３ｂ１を含む端部と前記補強材１０が５〜７ｍｍ重なるように構成されることを特徴とする。
前述した本発明の一実施形態による空気圧タイヤは、ビードフィラー／カーカス／スチール補強材の設計自由度を高めることにより、ビードフィラー／カーカス／スチール補強材の終端離隔距離の確保を容易にし、断面高さの低い低偏平率タイヤに補強材を容易に適用できるようにするという効果を奏する。
従来技術のタイヤビード部の引張及び圧縮力を示す図である。 従来技術によるスチール補強材をカーカス界面間に配置した構成を示す図である。 本発明の実施形態による補強材を備える空気圧タイヤのビード部断面図である。 本発明の実施形態による１ｐｌｙ構造のタイヤビード部のカーカスとスチール補強材の構造を概略的に示す図である。 本発明の実施形態による２ｐｌｙ構造のタイヤビード部のカーカスとスチール補強材の構造を概略的に示す図である。 一般的な２ｐｌｙタイヤ（２２５／４５Ｒ１７）（１番モデル（Ｍ１））の特性／性能測定表である。 カーカス界面上をＳＲＦＭで補強した一般的な２ｐｌｙタイヤ（２２５／４５Ｒ１７）（２番モデル（Ｍ２））の特性／性能解析結果表である。 本発明の実施形態によるカーカスターンアップヘッド構造とＳＲＦＭが適用された２ｐｌｙタイヤ（２２５／４５Ｒ１７）（３番モデル（Ｍ３））の特性／性能解析結果表である。 １〜３番モデルの分析圧力、エネルギー、剛性分布グラフである。 １〜３番モデルのエネルギー、剛性比較グラフである。 一般的な１ｐｌｙタイヤ（２２５／４５Ｒ１７）（４番モデル（Ｍ４））の特性／性能測定表である。 カーカス界面上をＳＲＦＭで補強した一般的な１ｐｌｙタイヤ（２２５／４５Ｒ１７）（５番モデル（Ｍ５））の特性／性能解析結果表である。 本発明の実施形態によるカーカスターンアップヘッド構造とＳＲＦＭが適用された２ｐｌｙタイヤ（２２５／４５Ｒ１７）（６番モデル（Ｍ６））の特性／性能解析結果表である。
以下、本発明について説明するにあたり、関連する公知機能または構成についての具体的な説明が、本発明の要旨を不明瞭にすると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。
本発明の概念による実施形態は、様々な変更を加えることができ、様々な形態で実施できるので、特定の実施形態を図面に示して本明細書において詳細に説明する。しかしながら、これは本発明の概念による実施形態を特定の形態に限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変更、均等物、代替物を含む。
ある構成要素が他の構成要素に「連結」または「接続」されていると言及された場合、他の構成要素に直接連結または接続されてもよく、中間にさらに他の構成要素が存在してもよいものと理解すべきである。それに対して、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結」または「直接接続」されていると言及された場合、中間にさらに他の構成要素が存在しないものと理解すべきである。構成要素間の関係について説明する他の表現、すなわち「〜間に」と「直接〜間に」や、「〜に隣接する」と「〜に直接隣接する」なども同様に理解すべきである。
本発明に用いられる用語は、単に特定の実施形態について説明するために用いられるものであり、本発明を限定しようとする意図はない。単数の表現には、文脈からみて明らかに他の意味を有さない限り、複数の言い回しを含む。本明細書における「含む」、「有する」などの用語は、説示されている特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部分品またはそれらの組み合わせが存在することを示すためのものであり、１つまたはそれ以上の他の特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部分品またはそれらの組み合わせの存在または付加可能性を予め排除するものではない。
以下、本発明の実施形態を示す添付図面を参照して、本発明についてより詳細に説明する。
図３は、本発明の実施形態による補強材を備える空気圧タイヤのビード部断面図である。
図３に示すように、本発明の実施形態による空気圧タイヤは、１ｐｌｙ構造であり、路面に接触するトレッド部１００と、前記トレッド部１００の両側からショルダーと共にインナーライナー３００を形成して延びるサイドウォール部２００と、前記トレッド部１００と前記サイドウォール部２００の内周面に一体に貼り付けられ、サイドウォール部２００の両端部でターンアップヘッド３ｃを形成するカーカス３と、前記カーカス３の前記トレッド部１００側に積層されるベルト層４と、前記ターンアップヘッド３ｃの内側でホイール側に挿入されるビードコア１、前記ビードコア１の前記トレッド１００側面に挿入されるビードフィラー２、及び前記ターンアップヘッド３ｃの界面に挿入される補強材１０を有するビード部Ｐとを含み、前記補強材１０は、前記補強材１０の前記トレッド部１００側終端１０ａが、前記ビードフィラー２の前記トレッド部１００側終端２ａから前記トレッド部１００側に５〜１０ｍｍ離隔して位置するように形成されることを特徴とする。また、前記補強材１０のホイール側終端は、前記ビードコア１のビードコア補強材側面１ａの範囲内に位置する。
前記補強材１０は、ハンドリング剛性寄与度を考慮して、１５〜４５℃の範囲内で湾曲するスチールワイヤで構成される圧延物、炭素素材、プラスチックなどである。
図４は、本発明の実施形態による１ｐｌｙ構造の空気圧タイヤビード部のカーカスとスチール補強材の構造を概略的に示す図である。
前記構成の本発明の実施形態による補強材を備えるタイヤは、図４に示すように、１ｐｌｙ構造を有する。
ここで、前記カーカス３は、前記ビードコア１を覆うようにターンアップされてから、前記カーカス終端３１が前記ビードコア１のビードコア補強材側面１ａの範囲内に位置することを特徴とする。
また、前記カーカス３は、前記カーカス終端３１を含む端部と前記補強材１０が５〜７ｍｍ重なるように構成されることを特徴とする。
図５は、本発明の実施形態による２ｐｌｙ構造のタイヤビード部のカーカスとスチール補強材の構造を概略的に示す図である。
図３の本発明の実施形態による補強材を備える空気圧タイヤは、図５のように、２ｐｌｙ構造を有してもよい。
ここで、前記カーカス３は、ホイール側の第１のカーカス層３ａと前記ベルト層４側の第２のカーカス層３ｂが積層された２ｐｌｙ構造を有し、前記第１のカーカス層３ａの第１のカーカス層終端３ａ１が前記ビードコア１を覆ってターンアップされてから、前記ビードコアホイール側面１ｂの範囲内に位置するように構成されることを特徴とする。
また、前記第２のカーカス層３ｂの前記第２のカーカス層終端３ｂ１が前記ビードコア１を覆ってターンアップされてから、前記ビードコア補強材側面１ａの範囲内に位置するように構成されることを特徴とする。
さらに、前記第２のカーカス層３ｂの前記第２のカーカス層終端３ｂ１を含む端部と前記補強材１０が５〜７ｍｍ重なるように構成されることを特徴とする。
本発明の空気圧タイヤにおける設計自由度向上、回転抵抗性能改善及び耐久性向上を検証するための実験を行った。
＜実験例＞
実験１
２２５／４５Ｒ１７のサイズで、従来技術による２ｐｌｙ空気圧タイヤ（１番モデル（Ｍ１））、従来技術によるスチール補強材（ＳＲＦＭ）が挿入された２ｐｌｙ空気圧タイヤ（２番モデル（Ｍ２））、及び本発明の実施形態によるカーカスターンアップヘッド構造及び補強材構造を有する２ｐｌｙ空気圧タイヤ（３番モデル（Ｍ３））を作製し、ひずみエネルギー密度（ＳＥＤ；Ｓｔｒａｉｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｎｓｉｔｙ）、タイヤの垂直方向剛性（ＫＶ）、回転方向剛性（ＫＤ）を測定した。
図６は、一般的な２ｐｌｙ空気圧タイヤ（２２５／４５Ｒ１７）（１番モデル（Ｍ１））の特性／性能測定表であり、図７は、カーカス界面上をＳＲＦＭで補強した一般的な２ｐｌｙ空気圧タイヤ（２２５／４５Ｒ１７）（２番モデル（Ｍ２））の特性／性能解析結果表であり、図８は、本発明の実施形態によるカーカスターンアップヘッド構造とＳＲＦＭが適用された２ｐｌｙタイヤ（２２５／４５Ｒ１７）（３番モデル（Ｍ３））の特性／性能解析結果表であり、図９は、１〜３番モデルの分析圧力、エネルギー、剛性分布グラフであり、図１０は、１〜３番モデルのエネルギー、剛性比較グラフである。
図６ないし図１０に示すように、補強材を備えない２ｐｌｙ構造の空気圧タイヤである２番モデルは、背景技術で説明したように、ビードフィラーの上方領域であるＣ領域を過補強するものであり、タイヤ総重量が不要に増加し、回転抵抗性能がトレードオフ（ｔｒａｄｅ ｏｆｆ）されるという問題があり、低偏平率タイヤにおいてはＤ区間の設定が難しく、カーカス終端の離隔処理を行う必要があるので、耐久性の問題が生じ、低偏平率タイヤに適用することができず、適用されたとしても空気圧タイヤの重量が増加して回転抵抗が増加する。
本発明の実施形態によるカーカスターンアップヘッド構造及び補強材構造を有する、補強材を備える空気圧タイヤである３番モデルにおいては、重量及び回転抵抗が最小限に抑えられると共に耐久性（ＳＥＤ）が向上し、それによって乗り心地（ＫＶ；垂直方向剛性）とトラクション（ｔｒａｃｔｉｏｎ）（ＫＤ；回転方向剛性）が向上する結果がもたらされたので、低偏平率タイヤに補強材を適用できるように設計自由度を高め、回転抵抗性能、耐久性、乗り心地及びトラクションを向上させる補強材を有する低偏平率空気圧タイヤを製造できることが示された。
実験２
２２５／４５Ｒ１７のサイズで、従来技術による１ｐｌｙ空気圧タイヤ（４番モデル（Ｍ４））、従来技術によるスチール補強材（ＳＲＦＭ）が挿入された１ｐｌｙ空気圧タイヤ（５番モデル（Ｍ５））、及び本発明の実施形態によるカーカスターンアップヘッド構造及び補強材構造を有する１ｐｌｙ空気圧タイヤ（６番モデル（Ｍ６））を作製し、ひずみエネルギー密度（ＳＥＤ；Ｓｔｒａｉｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｎｓｉｔｙ）、タイヤの垂直方向剛性（ＫＶ）、回転方向剛性（ＫＤ）を測定した。
図１１は、一般的な１ｐｌｙタイヤ（２２５／４５Ｒ１７）（４番モデル（Ｍ４））の特性／性能測定表であり、図１２は、カーカス界面上をＳＲＦＭで補強した一般的な１ｐｌｙ空気圧タイヤ（２２５／４５Ｒ１７）（５番モデル（Ｍ５））の特性／性能解析結果表であり、図１３は、本発明の実施形態によるカーカスターンアップヘッド構造とＳＲＦＭが適用された2ｐｌｙ空気圧タイヤ（２２５／４５Ｒ１７）（６番モデル（Ｍ６））の特性／性能解析結果表である。
図１１及び図１２に示すように、本発明による１ｐｌｙ構造の空気圧タイヤにおいては、１〜３番モデルの実験と同様の向上及び傾向が示された。
すなわち、本発明は、補強材の終端及びカーカス層の終端の位置を適切に設定することにより設計自由度を高め、従来技術における、低偏平率空気圧タイヤの断面高さが低く、スチール補強材の終端の剛性変化が大きく、ストレスが集中することによりスチール補強材の終端位置設定が難しいという問題を解決することができる。よって、本発明は、補強材を有する低偏平率空気圧タイヤの製造を容易にする。また、本発明は、低偏平率空気圧タイヤに補強材を適用することにより、空気圧タイヤの耐久性を向上させ、重量に対する燃費などのトレードオフ（ｔｒａｄｅ ｏｆｆ）効果を最小限に抑えると共に、乗り心地及びトラクション性能を改善できることが確認された。
前述した本発明の技術的思想は、好ましい実施形態に具体的に記載されているが、前記実施形態はそれを説明するためのものであり、それを限定するものではないことを理解すべきである。また、本発明の技術的分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想の範囲内で様々な実施形態が可能である。よって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲の技術的思想により定められる。
１００ トレッド部
２００ サイドウォール部
３００ インナーライナー
Ｐ ビード部
１ ビードコア（Ｂｅａｄ ｃｏｒｅ）
１ａ ビードコア補強材側面
１ｂ ビードコアホイール側面
２ ビードフィラー
２ａ ビードフィラー終端
３ カーカス（Ｃａｒｃａｓｓ）
３ａ 第１のカーカス層
３ａ１ 第１のカーカス層終端
３ｂ 第２のカーカス層
３ｂ１ 第２のカーカス層終端
３ｃ ターンアップヘッド
３１ カーカス終端
４ ベルト層
６ リム（Ｒｉｍ）
７ ビードトウ（Ｂｅａｄ ｔｏｅ）部
１０ 補強材（Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ Ｍａｔｅｒｉａｌ）
１０ａ 補強材トレッド部側終端
１０ｂ 補強材ホイール側終端

Claims (7)

  1. 路面に接触するトレッド部１００と、
    前記トレッド部１００の両側からショルダーと共にインナーライナー３００を形成して延びるサイドウォール部２００と、
    前記トレッド部１００と前記サイドウォール部２００の内周面に一体に貼り付けられ、サイドウォール部２００の両端部でターンアップヘッド３ｃを形成するカーカス３と、
    前記カーカス３の前記トレッド部１００側に積層されるベルト層４と、
    前記ターンアップヘッド３ｃの内側でホイール側に挿入されるビードコア１、前記ビードコア１の前記トレッド１００側面に挿入されるビードフィラー２、及び前記ターンアップヘッド３ｃの界面に挿入される補強材１０を有するビード部Ｐとを含み、
    前記補強材１０は、前記補強材１０の前記トレッド部１００側終端１０ａが、前記ビードフィラー２の前記トレッド部１００側終端２ａから前記トレッド部１００側に５〜１０ｍｍ離隔して位置するように形成され、
    前記カーカス３は、前記ビードコア１を覆うようにターンアップされてから、前記カーカス終端３１が前記ビードコア１のビードコア補強材側面１ａの範囲内に位置する
    ことを特徴とする補強材を備える空気圧タイヤ。
  2. 前記カーカス３は、前記カーカス終端３１を含む端部と前記補強材１０が５〜７ｍｍ重なるように構成される
    請求項１に記載の補強材を備える空気圧タイヤ。
  3. 路面に接触するトレッド部１００と、
    前記トレッド部１００の両側からショルダーと共にインナーライナー３００を形成して延びるサイドウォール部２００と、
    前記トレッド部１００と前記サイドウォール部２００の内周面に一体に貼り付けられ、サイドウォール部２００の両端部でターンアップヘッド３ｃを形成するカーカス３と、
    前記カーカス３の前記トレッド部１００側に積層されるベルト層４と、
    前記ターンアップヘッド３ｃの内側でホイール側に挿入されるビードコア１、前記ビードコア１の前記トレッド１００側面に挿入されるビードフィラー２、及び前記ターンアップヘッド３ｃの界面に挿入される補強材１０を有するビード部Ｐとを含み、
    前記補強材１０は、前記補強材１０の前記トレッド部１００側終端１０ａが、前記ビードフィラー２の前記トレッド部１００側終端２ａから前記トレッド部１００側に５〜１０ｍｍ離隔して位置するように形成され、
    前記カーカス３は、ホイール側の第１のカーカス層３ａと前記ベルト層４側の第２のカーカス層３ｂが積層された２ｐｌｙ構造を有し、
    前記第１のカーカス層３ａの第１のカーカス層終端３ａ１が前記ビードコア１を覆ってターンアップされてから、前記ビードコアホイール側面１ｂの範囲内に位置するように構成される
    ことを特徴とする補強材を備える空気圧タイヤ。
  4. 前記第２のカーカス層３ｂの前記第２のカーカス層終端３ｂ１が前記ビードコア１を覆ってターンアップされてから、前記ビードコア補強材側面１ａの範囲内に位置するように構成される
    請求項３に記載の補強材を備える空気圧タイヤ。
  5. 前記第２のカーカス層３ｂの前記第２のカーカス層終端３ｂ１を含む端部と前記補強材１０が５〜７ｍｍ重なるように構成される
    請求項３に記載の補強材を備える空気圧タイヤ。
  6. 前記補強材１０のホイール側終端１０ｂは、前記ビードコア１のビードコア補強材側面１ａの範囲内に位置する
    請求項１ないし５のいずれかに記載の補強材を備える空気圧タイヤ。
  7. 前記補強材１０は、ハンドリング剛性寄与度を考慮して、１５〜４５℃の範囲内で湾曲する圧延物である
    請求項１ないし５のいずれかに記載の補強材を備える空気圧タイヤ。
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