JP7142555B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、空気入りタイヤ、詳しくは、乗り心地と操縦安定性とを高いレベルで両立させた空気入りタイヤに関する。

空気入りタイヤの構造において、乗り心地を向上させるための工夫と、操縦安定性を向上させるための工夫とは相反することが多く、乗り心地と操縦安定性とを両立させるための研究開発がなされている。空気入りラジアルタイヤに関し、繊維コード又はスチールコードからなる補強層をビード部からサイドウォール部にかけてタイヤ全周にわたって配置し、当該補強層のコード角度をカーカス層のカーカスコードに対しほぼ直角としたものがある（特許文献１）。かかる補強層により、縦剛性を変えることなく周剛性を上げることができるので、乗り心地性能を損なうことなく、操縦安定性や制駆動性能を高めることができると特許文献１では述べられている。また、ビード補強層を内外２つの層に分け、サイド中央部に近い外層の周方向のプライ剛性を、ビードコアに近い内層より大きくした空気入りラジアルタイヤがある（特許文献２）

特開昭６２－２９４０３号公報 特開２００４－５８８０７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の空気入りラジアルタイヤは、実施例をみると補強層を有していない比較例に比べて乗り心地が悪化しており、よって実際には乗り心地と操縦安定性との両立が実現できていなかった。また、特許文献２に記載の空気入りラジアルタイヤは、カーカスコードを均等に維持するための周方向の緯糸（ウエフト）がなく、そのためにカーカス剛性か低下しているため、ビード補強層のコードは、この低下したカーカス剛性を補うために配設されている。したがって、ビード補強層のコードには、カーカス剛性を生じさせるために常に引張の応力が付与された状態で使用されている。このことが、タイヤの縦ばね係数を高めて直進時の乗り心地を悪化させていた。
また、空気入りラジアルタイヤは、自動車のばね下重量の軽減のために軽量化が求められていて、そのためにビードフィラーの小型化することが試みられている。しかしながら、ビードフィラーは、タイヤ横方向の変位を抑えてタイヤの縦ばね係数を上げているので、ビードフィラーの小型化は、タイヤの横ばね係数の低下及び縦ばね係数の低下を招くおそれがある。そこで、タイヤ周方向のビード補強層を設けてタイヤの横ばね係数及び縦ばね係数の補強をすることを考えると、ビード補強層のコードには、補強のために常に引張の応力が付与された状態で使用されることになる。このことが、タイヤの縦ばね係数を高め過ぎて直進時の乗り心地を悪化させること等が懸念される。

そこで本発明の目的は、ビードフィラーを小型化した空気入りタイヤにおいて、乗り心地と操縦安定性とを高いレベルで両立させた空気入りタイヤを提供することにある。

本発明の空気入りタイヤは、ビードコアをそれぞれ有する一対のビード部と、該一対のビード部のそれぞれに連なり半径方向外方に延びる一対のサイドウォール部と、該一対のサイドウォール部の外周端を接続するトレッド部と、を備えるとともに、
両端部がそれぞれ前記一対のビード部における前記ビードコアに折り返すように配置さ
れ前記サイドウォール部から前記トレッド部にかけてトロイド状をなすカーカスと、該カーカスのクラウン部分の外周側に設けられたベルトと、前記カーカスの本体部と折り返し部との間に設けられたビードフィラーと、
前記ビード部から前記サイドウォール部までの少なくとも一部分に、周方向に対して０°以上１０°未満の角度をなして設けられたコードと、
を備えた空気入りタイヤにおいて、
リム組みされた状態で、リム径をＤ、リム径Ｄを表すリムの位置からタイヤ径方向高さの最大部までの長さをＳＨ、リムフランジ高さをＧ、リムフランジ半径をＲ_２とし、ビードフィラー高さＨ_ｂｆを、リム径Ｄを表すリムの位置を基準とするタイヤ半径方向の高さとするとき、
前記ビードフィラー高さＨ_ｂｆが、次の計算式
｛ＳＨ－（Ｇ－Ｒ_２）｝／４＋（Ｇ－Ｒ_２））
で求められる値以下であり、
かつ、前記コードが、応力－歪曲線において変曲点を有し、該変曲点以下の低歪領域では低弾性率を、変曲点を超えた高歪領域では高弾性率を有するものであることを特徴とする。

かかる空気入りタイヤは、ビードフィラー高さが所定の計算式で求められる値以下なので、タイヤが軽量化される。また、変曲点以下の低歪領域では低弾性率を、変曲点を超えた高歪領域では高弾性率を有するコードにより補強されているから、乗り心地に関与する縦剛性については低弾性率領域における作用で剛性の増加を抑制しつつ、操縦安定性に関与する横剛性については、高弾性率領域における作用で高い剛性を示し、よって、乗り心地と操縦安定性とを高いレベルで両立させることができる。

本発明の空気入りタイヤは、上記コードが、材質の異なる２種以上の繊維からなり、上記繊維は有機繊維又は無機繊維からなる構造とすることができる。
また、上記コードは、上記カーカスの本体部プライとビードフィラーとの間に配置されているようにしてもよいし、ビードフィラーと上記カーカスの折り返しプライとの間に配置されているようにしてもよいし、上記カーカスの折り返し部プライよりもタイヤ半径方向外側に配置されているようにしてもよい。
さらに、上記コードの材料は、少なくともアラミド又はポリエチレンテレフタレートを含むことが好ましい。
またさらに、上記コードは、上記変曲点が引張歪１～８％の範囲にあることが好ましく、低歪領域の弾性率が高歪領域の弾性率に対して１０～９０％の範囲にあることが好ましい。

本発明の空気入りタイヤの製造方法は、上記の空気入りタイヤを製造する方法であって、
１種又は２種以上の非線形弾性率を有する非線形弾性率コードを用意し、タイヤ成型工程にて、タイヤ内の位置によって上記非線形弾性率コードに異なる張力を付与することで、上記非線形弾性率コードの弾性率を制御して、用意した非線形弾性率コードよりも多い種類の非線形弾性率特性コードをタイヤ内で形成させることを特徴とする。

本発明によれば、乗り心地と操縦安定性とを高いレベルで両立させることができる。

本発明の一実施形態の空気入りタイヤの幅方向断面図である。 リムのフランジ部近傍の拡大断面図である。 ビードフィラーの高さの関係式を示すタイヤの幅方向断面図である。 直進時の変形状態を示す空気入りタイヤの幅方向断面図である。 コーナリング時の変形状態を示す空気入りタイヤの幅方向断面図である。 非線形弾性率コードの応力－歪曲線を示すグラフである。 非線形弾性率コードの配置を示す空気入りタイヤの幅方向断面図であり、図７（ａ）はカーカスの本体部プライとビードフィラーとの間に配置された例、図７（ｂ）はビードフィラーとカーカスの折り返し部プライとの間に配置された例、図７（ｃ）はカーカスの折り返し部プライよりもタイヤ半径方向外側に配置された例である。

以下、本発明の空気入りタイヤ（以下、単に「タイヤ」ともいう。）の実施形態を、図面を用いて、より具体的に説明する。

図１に、ホイールのリムＲにリム組みされた状態の、本発明の一実施形態の空気入りタイヤ１の幅方向断面図を示す。図１において、空気入りタイヤ１は、一対のビード部２と、これらのビード部２にそれぞれ連なる一対のサイドウォール部３と、これら一対のサイドウォール部３の外周端を接続するトレッド部４とを備えている。ビード部２は、ビードワイヤが巻回されてなるビードコア５を有している。このビードコアに隣接して、硬質ゴムからなるビードフィラー６が配置されている。ビード部２は空気入りタイヤ１の幅方向に一対を備え、その一方のビード部２のビードコア５及びビードフィラー６に、カーカス７の一方の一端が折り返されるように配置され、他方のビード部２のビードコア５及びビードフィラー６に、カーカス７の他方の一端が折り返されるように配置されている。

カーカス７は、一対のビード部２に連なる一対のサイドウォール部３からトレッド部４にかけて，トロイド状をなしている。カーカス７は、カーカスコードをゴムで被覆したカーカスプライからなり、空気入りタイヤ１のタイヤ形状を保持するための骨格となっている。ラジアルタイヤではカーカス７のカーカスコードはタイヤ半径方向に（ラジアル方向に）延びている。
カーカス７のクラウン部分の外周側に、一枚以上のベルトプライからなるベルト層８が配置されている。

本発明の空気入りタイヤは、ビードフィラー６の大きさの指標として、ビードフィラー高さＨ_ｂｆを定義する。リム組みされた状態で、リム径をＤ、リム径Ｄを表すリム外周からタイヤ径方向高さ最大部までの長さをＳＨ、リムフランジ高さをＧ、リムフランジ半径をＲ_２とし、ビードフィラー高さＨ_ｂｆを、リム径Ｄを表すリム外周を基準としてタイヤ半径方向の高さとするとき、ビードフィラー高さＨ_ｂｆが、次の計算式
｛ＳＨ－（Ｇ－Ｒ_２）｝／４＋（Ｇ－Ｒ_２））
で求められる値以下である。

このビードフィラー６の大きさについて、より詳細に説明する。
タイヤの重量を軽減するためには、一般的にビードコアやビードフィラーを小さくすることが考えられる。ここに、ビードコアは、複数のビードワイヤからなる集合体であり、仮にビードコアを小さくするとホイールとの嵌合力が低下して、縁石に衝突した場合のように横からの衝撃入力でタイヤがホイールから離脱するおそれがあるために好ましくない。これに対して、ビードフィラーの高さを低くすると、タイヤの重量を軽減できることに加えて、タイヤの縦ばね係数を低減できるので、乗り心地性能を改良できる。その反面、横ばね係数が低下するので、操縦安定性が低下するおそれがある。もっとも、本発明では、後述するように横ばね係数を、タイヤ周方向に設けられたコードによって調整することができるので、ビードフィラーの高さを低くして、タイヤの重量を軽減している。

このビードフィラーの高さの好ましいサイズについて究明すべく、荷重時の変形形状をタイヤ断面で詳細に観察した。図１に示すタイヤにおいて、タイヤ１のビード部２は、ホイールＲの曲面的なフランジ部の表面に接する平面が垂直面であるときの当該フランジ部表面と垂直面との接線の高さまでは変形せず、この位置よりもタイヤ外径側で変形する。このフランジ部表面と垂直面との接線の高さとは、図２に示すリムのフランジ部近傍の拡大断面図においては、リムのフランジ部を示す曲面に対する接線が垂直方向であるときの接点ｔの高さのことである。
そして、タイヤ１のサイドウォール部３は、所定の高さよりもタイヤ外径側はタイヤ幅方向でタイヤよりも外側に凸に変形し、所定の高さよりもタイヤ内径側はタイヤ幅方向でタイヤの内側に凸に変形する。

様々なタイヤを解析した結果、タイヤ１のサイドウォール部３における、タイヤ幅方向のタイヤ内側に凸に変形する高さ未満にビードフィラー６を配置することにより、換言すれば、ビードフィラー６の高さを、タイヤのサイドウォール部における変形がタイヤ幅方向のタイヤ内側に凸である領域とタイヤ外側に凸である領域との境界の高さ未満にすることにより、効果的に縦ばね係数とタイヤ重量とを低減できることが分かった。

上述したサイドウォール部の所定の高さとは、具体的には図３を用いると次のようにして求められる。タイヤをＪＡＴＭＡ標準のリムに組み付け内圧充填した状態で、リム径Ｄからタイヤ外径までの長さをＳＨ（図１参照）、リムフランジ高さをＧ（図１参照）、リムフランジ半径をＲ２（図２参照）とした場合、図３のタイヤ断面図に示すように、タイヤのビード部における変形しない部分ｔの高さはリム径Ｄを表す位置を基準として（Ｇ－Ｒ_２）である。また、タイヤのサイドウォール部における、内側が凸に変形する領域の高さｉはＤ点を基準として｛ＳＨ－（Ｇ－Ｒ_２）｝／４＋（Ｇ－Ｒ_２）である。この高さｉを、図３に図示した。
よって、好ましいビードフィラー高さＨ_ｂｆは上記高さｉ以下である。このビードフィラー高さＨ_ｂｆを、式で表すと次のとおりである。
Ｈ_ｂｆ≦｛ＳＨ－（Ｇ－Ｒ_２）｝／４＋（Ｇ－Ｒ_２））

もっとも、ビードフィラーの高さを従来よりも低くし、それに伴ってビードフィラーの厚さを薄くすることで、タイヤの縦ばね係数と横ばね係数の双方が低くなり、乗り心地は向上するが、操縦安定性が低下するおそれがある。この点については、本発明の空気入りタイヤ１は、ビード部２からサイドウォール部３までの少なくとも一部分に、コード９が設けられているので、このコード９により対応し得る。このコード９について、以下詳述する。

図１の断面図に示されるように、本発明の空気入りタイヤ１は、ビード部２からサイドウォール部３までの少なくとも一部分に、コード９が設けられている。コード９は、タイヤ周方向に対して、０～１０°の角度をなしている。このコード９は、応力－歪曲線において変曲点を有し、引張歪－応力の曲線が、原点から変曲点までを低歪領域とし、変曲点より引張歪が大きい領域を高歪領域とすると、該変曲点以下の低歪領域では低弾性率を、変曲点を超えた高歪領域では高弾性率を有するものである。かかる変曲点以下の低歪領域では低弾性率を、変曲点を超えた高歪領域では高弾性率を有するコードを本明細書では「非線形弾性率コード」という。

図１に示した本実施形態においては、コード９は、カーカス７を、本体部７ａと折り返し部７ｂとで区分したときの、本体部７ａと、ビードフィラー６との間に配置されている。

このコード９の作用効果について図４及び図５を用いて説明する。
タイヤ１に荷重が加えられているときのタイヤ回転軸を含む垂直断面で見た変形状態を、図４にタイヤ幅方向断面図で示す。図４に示した変形状態は、直進して走行中の変形状態と同じである。

図４において、直進時にタイヤ１に荷重が負荷されたとき、一対のサイドウォール部３はそれぞれタイヤの幅方向の外側へ膨出変形する。この時、図４のタイヤ幅方向断面で見ると、ビード部２のうち、ホイールのリム部に組み付けられた部分はほぼ固定され、それ以外の部分が曲げ変形する。かかる変形は、タイヤの半径方向の力による変形である。

次に、タイヤ１に荷重が加えられてコーナリングしているときのタイヤ回転軸を含む垂直断面で見たタイヤ変形状態を、図５に、タイヤ幅方向断面図で示す。コーナー内側のビード部２は、矢印のように外側へ変形するが、コーナー外側のビード部２は、図１の直進時より変形が小さくなっている。この変形をより詳しく説明すると、コーナリング時には、タイヤ１の接地面へ対してコーナーの外側から内側向きに横方向の力がかかるため、図４に示した直進時のタイヤ変形に比べると、一対のサイドウォール部３のうち、コーナーの外側のサイドウォール部では外側への膨出が減り、コーナーの内側のサイドウォール部３では外側への膨出が増えるような変形をする。この時、図５のタイヤ幅方向断面内で見ると一対のビード部２のうち、コーナーの外側に位置するビード部２では曲げ変形が減少し、コーナーの内側に位置するビード部２では曲げ変形が増加する。

このような図４に示した直進時のタイヤ変形及び図５に示したコーナリング時のタイヤ変形に関して、本実施形態の空気入りタイヤが備える、周方向に対して０～１０°の角度をなす非線形弾性率コード９の効果を、幾つかの比較用タイヤと対比させて説明する。

まず、ビード部からサイドウォール部までの少なくとも一部分に、周方向に対して１０°を超える大きな角度を付けた補強用コードを設けた比較用タイヤの場合を述べる。
かかる比較用タイヤのように、ビード部に、周方向に対して大きな角度を有するコードを設けると、タイヤ幅方向断面内でのビード部の曲げ変形の力に対して、ゴムよりも剛性が高いコードに歪がかかる。したがって、当該コードが、タイヤ変形、特にビード部の曲げ変形を抑制するような剛性を発揮する。したがって、かかる比較用タイヤは、縦ばね係数（タイヤ半径方向のばね定数）が大きくなり、換言すれば縦剛性が高くなり、乗り心地は悪化する。また、当該コードがビード部の曲げ変形を抑制することは、縦方向（タイヤ半径方向）の変形を抑制するばかりでなく横方向（タイヤ幅方向）の変形を抑制する。したがって、タイヤの横ばね係数（タイヤ幅方向のばね定数）が大きくなり、換言すれば横剛性が高くなり、操縦安定性は向上する。

次に、ビード部からサイドウォール部までの少なくとも一部分に、周方向に対して角度が小さいコード（周方向に対して０～１０°の角度をなすもの）であるけれども、非線形弾性率コードではない、補強用コードを設けた比較用タイヤの場合を考える。
かかる比較用タイヤのように、ビード部に、周方向に対して角度が小さいコードを設けると、直進時には、タイヤ幅方向断面内でのビード部の曲げ変形の力に対しては、低弾性率であるコード間のゴムが伸びて変形するため、コードの影響がない。また、サイドウォール部の膨出変形の力に対しては高弾性率である周方向に対して近い角度のコードに歪がかかり、このコードが伸びにくいためタイヤの剛性を上げる。したがって、かかる比較用タイヤは、縦ばね係数について、ビード部に設けられたコードの影響はないが、サイドウォール部に設けられたコードの影響のために大きくなる。

この比較用タイヤのコーナリング時を考える。周方向に対して角度が小さいコードをビード部からサイドウォール部までの少なくとも一部分に設けると、タイヤ幅方向断面内でのビード部の曲げ変形の力に対して、低弾性率であるコード間のゴムが伸びて変形するため、影響がない。また、サイドウォール部の膨出変形の力に対しては、一対のサイドウォール部のうち、コーナーの外側のサイドウォール部における膨出変形が減少する部分は、高弾性率である周方向に近い角度のコードが設けてあるものの、膨出変形が減少するためコードには力が加わらずにコードの影響がない。また、コーナーの内側のサイドウォール部の膨出が増大する部分は、高弾性率である周方向に近い角度のコードに歪がかかり、このコードが伸びにくいためタイヤ剛性を上げることができる。このため、タイヤの横ばね係数は、ビード部のコード及びコーナー外側のコードの影響はないが、コーナー内側のコードの影響のため大きくなることが、発明者らの研究により新たに分かった。

直進時のタイヤ縦ばね係数は、乗り心地に影響を及ぼし、コーナー時のタイヤ横ばね係数は、操縦安定性に影響を及ぼす。そこで、直進時のタイヤ縦ばね増加を抑制して乗り心地を向上させ、コーナリング時の横ばね係数の増加を増やして操縦安定性を向上させるためには、ビード部からサイドウォール部までの少なくとも一部分に設けられる、周方向に対して角度が小さいコードについて、直進時の小さな変形時はコード剛性が低く、コーナリング時の大きな変形時はコード剛性を高くすれば良いことが分かった。このようなコード特性は、ビード部からサイドウォール部までの少なくとも一部分に設けられるコードに、非線形弾性率コードを用いることで実現できることを発明者らは研究開発の結果、発見した。

図６に、非線形弾性率コードの弾性応力－歪曲線の一例をグラフで示す。図６に示すように、非線形弾性率コードは、同図における曲線の傾きで示される弾性率について、変曲点で区分される低歪領域では低弾性率、高歪領域では高弾性率である非線形弾性率の特性を有している。

図６に示した非線形弾性率コードを周方向に対して低い角度でビード部からサイドウォール部までの少なくとも一部分に設けた本実施形態のタイヤの直進時及びコーナリング時の変形状態を述べる。まず、直進時は、図４を用いて説明したようにビード部が曲げ変形しサイドウォール部が膨出変形し、このサイドウォール部の膨出変形の力に対して非線形弾性率コードに歪がかかる。このときの該非線形弾性率コードにかかる歪が、図６に示した曲線の変曲点よりも小さい低歪領域になるようなコードであることにより、コードには弾性率が低い領域で力が加えられる。その結果、直進時は非線形弾性率コードを設けてもタイヤの剛性が大きくならないため、タイヤの縦ばね係数は増加しない。したがって、直進時の乗り心地が悪化しない。

次に、コーナリング時は、図５を用いて説明したようにビード部が曲げ変形しサイドウォール部が膨出変形するものの、コーナーの外側のサイドウォール部では、直進時より変形が小さくなるので、非線形弾性率コードにかかる歪は小さくなる。また、コーナー内側のサイドウォール部では非線形弾性率コードにかかる歪は図６に示した曲線の変曲点よりも大きい高歪領域になるようなコードであることにより、コードには弾性率の高い領域で力が加えられる。その結果、コーナリング時には非線形弾性率コードを設けることでタイヤの剛性を大きくすることができ、タイヤの横ばね係数を増加させることができ、コーナリング時の接地状態を改良できる。例えば、コーナリング内側で発生する接地面浮き上がりを抑制することで、接地面積を増加させたり、コーナリング内側での接地圧減少を抑制させたりすることができる。したがって、コーナリング時の操縦安定性を向上できる。

以上述べた直進時及びコーナリング時のタイヤの変形状態の変化により本実施形態の空気入りタイヤは、乗り心地と操縦安定性とを、高いレベルで両立させることができる。

また、先に述べたように、本実施形態の空気入りタイヤは、ビードフィラーの高さが、所定の計算式で求められる値以下である。このことにより、ビードフィラーは従来よりも小さく、厚さが薄いため、タイヤの縦ばね係数及び横ばね係数のいずれもが低下する。このことは、直進時の乗り心地を向上させるが、コーナリング時の操縦安定性を低下させるおそれがある。この点、タイヤ周方向にビード部からサイドウォール部までの少なくとも一部分に設けられたコードは、ビードフィラーの小型化を補い、タイヤの縦ばね係数及び横ばね係数を向上させ得る。
もっとも、コードが非線形弾性率コードではない場合は、ビードフィラーの補強のためにコードは常に引張の応力が付与された状態で使用されることになり、コーナリング時に十分な操縦安定性を有するものの、直進時には、縦ばね係数が高くなり過ぎて乗り心地が悪化したり、直進時の乗り心地は良くても、コーナリング時に十分な操縦安定性が悪化したりすることが考えられる。これに対し、本実施形態の空気入りタイヤは、コード９が非線形弾性率コードであるため、低歪領域では低弾性率の特性を有し、コーナリング時に十分な操縦安定性を有しつつ、直進時の縦ばね係数を下げて乗り心地を良好にすることができる。したがって、ビードフィラーを小さくしてタイヤの軽量化を図りつつ、コーナリング時の優れた操縦安定性と、直進時の良好な乗り心地を得ることができる。そして、コードの非線形弾性率の特性を調整することにより、タイヤの軽量化やコーナリング時の優れた操縦安定性や、直進時の良好な乗り心地を、調整することができる。

次に、本実施形態の空気入りタイヤの非線形弾性率コードについて、より詳しく説明する。
非線形弾性率コードの弾性率は、タイヤからコードを切り出して計測する。つまり、非線形弾性率コードは、実際のタイヤに組み込まれた状態において、直進時やコーナリング時の変形に応じて低い弾性率や高い弾性率を示すコードである。

弾性率の計測の具体的な方法は、ＪＩＳ Ｌ１０１７の「引張強さ及び伸び率」の試験と同様な方法で試験を行い、引張強さ及び伸び率を測定し、この測定結果から、初期長さと伸長長さの比である引張歪、縦軸を応力として曲線をグラフに描く。この応力をＹ軸に、歪をＸ軸にしたグラフの曲線において、歪が０の状態における曲線に引いた接線と、破断点において曲線に引いた接線との交点を通る垂線が当該曲線と交わる点を変曲点とする。

この変曲点は引張歪が１～８％の範囲にあることが好ましい。また、低歪領域の弾性率は高歪領域の弾性率に対して１０～９０％の範囲にあることが好ましい。
低歪領域の弾性率に対して、高歪領域の弾性率は２倍以上大きいような非線形性を持つコードであることが、より好ましい。なお、低歪領域と高歪領域との弾性率の比率は、歪０から変曲点までを結んだ直線の傾きと、変曲点から破断点までを結んだ直線の傾きとの比率で表される。

なお、周方向に対して低い角度をなすコードに関して、本実施形態の空気入りタイヤに設けられる非線形弾性率コードを用いるのではなく、例えばタイヤ径方向の内側に剛性の低いコードを、外側に剛性が高いコードをそれぞれ設けることが考えられる。しかし、このような複数種類のコードを用いたタイヤは、タイヤ径方向で剛性が変化する場所、つまり異なるコードの種類が切り替わる場所で、ゴムに歪集中が発生し、使用時にクラックが発生するなど耐久性に課題がある。これに対して、本実施形態の空気入りタイヤは、非線形な弾性率特性を持つコードを用いることにより、非線形弾性率コードによるタイヤ径方向での剛性は徐々に変化する。よってゴムへの歪集中を避けることができ、耐久性を向上することができる。

非線形弾性率コードは、材質の異なる２種以上の繊維からなり、前記繊維は有機繊維又は無機繊維からなるものとすることができる。
非線形弾性率コードを実現するには、一例では低弾性率のコードと高弾性率のコードという、異なる弾性率の材料の２種以上を用いる。異なる弾性率の２つのコードを撚り合わせて非線形弾性率コードとすることで、低歪時には低弾性率のコード特性を発揮し、高歪時には高弾性のコード特性を発揮することができる。この結果、非線形な弾性率特性が得られる。また、材料の選択により、非線形な弾性率の特性を調整することができる。

非線形弾性率コードは、材料としては、タイヤ用に使われる有機繊維又は無機繊維を用いることができる。有機繊維として、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、アラミド等を挙げることができる。また、無機繊維としてガラスファイバー、カーボンファイバー、スチール等を挙げることができる。これらの材料から、弾性率の異なるものを組み合わせる。例えば、低弾性率の材料としてこれらの中で一番弾性率の低いナイロンを選択し、高弾性率の材料として、ナイロン以外の上記材料を選択して組み合わせることができる。また、低弾性率の材料としてポリエチレンテレフタレートを選択し、高弾性率の材料としてポリエチレンナフタレート、アラミド、ガラスファイバー、カーボンファイバー、スチールのいずれかを選択して組み合わせることができる。さらに、低弾性率の材料としてポリエチレンナフタレートを選択し、高弾性率の材料としてアラミド、ガラスファイバー、カーボンファイバー、スチールのいずれかを選択して組み合わせることができる。

非線形弾性率コードの材料の少なくとも１つにアラミドを使うことで、アラミドが持つ耐カット性が良いことを活かして、走行時に異物が当たった場合に発生する可能性がある外傷を抑制することができる。また、非線形弾性率コードの材料の少なくとも１つにポリエチレンテレフタレートを使うことで、低コストで弾性率を高めることができる。

非線形弾性率コードに適用される材料と前記カーカスに適用される材料が異なるようにしてもよい。非線形弾性率コードの材料を本体プライと同じ材料にした場合、本体プライと非線形弾性率コードが交差する部分で、間に挟まれるゴムに歪が集中する。これに対し、異なる弾性率のコードを使うことで、低い弾性率のコードを持つ側が高い弾性率のコードを持つ側から押されてコード相互間にも歪を分散できる。

非線形弾性率コードはタイヤ周方向に対する角度が０～１０°の範囲とする。タイヤ周方向に対する角度の絶対値が１０°を超えると、直進時における縦ばね係数が高くなって乗り心地が悪化する。

非線形弾性率コードの配置は、特に限定されず、ビード部からサイドウォール部までの少なくとも一部分の、変形が生じ得る位置とすることができる。直進時及びコーナリング時のタイヤの変形状態に応じて、適切な位置に、適切な弾性率の非線形弾性率コードを配置することにより、乗り心地と操縦安定性とを高いレベルで両立させることができる。
少なくともビード部を含む領域に配置するときには、非線形弾性率コード９は図７（ａ）に示すようにカーカスの本体部プライとビードフィラーの間に配置することができ、また、図７（ｂ）に示すようにビードフィラーとカーカスの折り返し部プライとの間に配置することができ、さらに、図７（ｃ）に示すようにカーカスの折り返し部プライよりもタイヤ半径方向外側に配置することができる。

非線形弾性率コードを図７（ａ）に示すようにカーカスの本体部プライとビードフィラーとの間に配置することにより、非線形弾性率コードは、カーカスの本体部プライに隣接して配置することになり、これにより内圧を負担する本体部プライの変形を効果的に抑制できるので、タイヤの横ばね係数を効果的に上げることができる。本体部プライは内圧を負荷することで張力を発生し、剛性を発揮する。このためタイヤ変形は本体部プライが主として負担しており、隣接した外側に非線形弾性率コードを配置することは、この部分が外側へ変形することを抑制するのに効果的である。

非線形弾性率コードを図７（ｂ）に示すようにビードフィラーとカーカスの折り返し部プライとの間に配置することにより、非線形弾性率コードが発揮する剛性をビードフィラーが受け止める形になり、横ばね係数をさらに上げることができる。カーカスの本体部プライの変形を抑制するためにビードフィラーが配置されているところにおいて、ビードフィラーの外側に非線形弾性率コードを配置すれば、本体部プライだけでなく、ビードフィラーの変形も抑制することができるため、この部分が外側へ変形することをさらに抑制できる。

非線形弾性率コードを図７（ｃ）に示すようにカーカスの折り返し部プライよりもタイヤ半径方向外側に配置することにより、非線形弾性率コードが発揮する剛性を本体プライと折り返しプライに挟まれたビードフィラーを合わせた全体が受け止める形になり、横ばね係数を大きく上げることができる。本体プライ、ビードフィラー、折り返しプライは３者一体となってビード部変形を抑制している。折り返しプライの外側に非線形弾性率コードを配置すれば、これら３者一体部分の変形を抑制できるため、この部分が外側へ変形することをさらに大きく抑制できる。

非線形弾性率コードは、タイヤ内において適切な弾性率となるようなものを準備してもよい。また、非線形弾性率コードの非線形弾性率特性を活用して、タイヤ製造工程での変形により製品での弾性率を制御してもよい。タイヤの製造工程において、非線形弾性率コードに対して当該コード方向に引張変形を付与すると、当該コードの低歪で低弾性の特性を活用して容易に変形でき、そして製品タイヤ内部では制御された適切な非線形弾性率特性が得られる。

非線形弾性率コードは、タイヤに配置される位置により、タイヤ内において非線形弾性率特性が異なっていてもよい。タイヤの位置により異なる変形に応じて、適切な非線形弾性率特性の非線形弾性率コードを配置することにより、乗り心地と操縦安定性とを高いバランスで向上させることができる。

タイヤに配置される位置に応じて、非線形弾性率特性が異なる複数種類の非線形弾性率コードをタイヤ成型前に用意してもよいが、１種又は２種以上の非線形弾性率コードを用意し、タイヤ製造時におけるタイヤ成型工程にて、タイヤの位置によって非線形弾性率コードに異なる張力を付与することで、製品タイヤ内の位置により非線形弾性率コードの弾性率を制御して、用意した非線形弾性率コードよりも多い種類の非線形弾性率コードをタイヤ内で得ることもできる。製造工程時にタイヤ内の位置に応じて非線形弾性率コードの張力を変化させることで、当該コードの弾性率を変化できるので、同じ材料を用いながらタイヤの位置により弾性率を変化させることができる。よって準備する非線形弾性率コードの材料の種類数を減らし、効率的に生産することができる。

かかるタイヤ製造時に加える張力の制御により、種々の特性のタイヤを得ることができる。例えば、タイヤ成型工程では、ドラム上に巻いた部材を生タイヤに拡張して作るので、サイドウォール部の非線形弾性率コードは周方向に大きく伸ばされる。そのためサイドウォール部では、非線形弾性率コードの高歪領域を使用することになり、結果としてビード部の非線形弾性率コードより剛性が高くなる。このようにすることで、より効果的にタイヤのコーナリング時の剛性を高めることができる。

また、例えば、製造時の張力により弾性率を変化させ、ビード部の非線形弾性率コードをサイドウォール部に比べて弾性率を高くすることもできる。結果として、タイヤのコーナリング時の剛性を少しだけ高めることができる。

また、例えばタイヤ成型工程での拡張と張力により、ビード部とサイドウォール部にまたがる非線形弾性率コードを、タイヤ径方向中央部において弾性率を高くすることもできる。結果として、タイヤのコーナリング時の剛性を中くらい高めることができる。

以下の試験方法で試験を行う場合のデータを表１に示す。
タイヤサイズ １５５／６５Ｒ１４ ７５Ｓの乗用車用タイヤを、以下に示す従来例、比較例及び実施例の種々のコードをビード部に配置して製造する。なお従来例はコードを配置しなかった。本体プライコードはポリエチレンテレフタレート製とする。内圧２１０ｋＰａ、荷重５．７３ｋＮ、リム６Ｊ×１６で、リム組みする。内圧充填後に荷重６ｋＮまで負荷し、荷重とたわみの関係をプロットし、荷重５．７３ｋＮ時の傾きを縦ばね係数とする。また、荷重５．７３ｋＮを負荷した状態で、横方向に１０ｍｍまで変位させて、変位量と横方向の力の関係をプロットし、横方向変位が５ｍｍの時の傾きを横ばね係数とする。その縦ばね係数及び横ばね係数の推測値を表１に示す。なお、表１において、いずれのばね係数も、従来例を１００として表記する。

従来例： コード配置なし。
比較例１： 周方向角度４５度のアラミドコードを配置。
比較例２： コード配置なし。ビードフィラー高さが従来例より低い。
比較例３： 周方向角度が５０度で、非線形弾性率のアラミドコードを配置。
実施例１： 周方向角度が実質０度で、非線形弾性率のナイロンとアラミドを撚り合わせた非線形弾性率コードを本体プライ内側に配置した。変曲点は引張歪の２％にあり、低歪領域の弾性率は高歪領域弾性率の２０％。
実施例２： 周方向角度が実質０度で、非線形弾性率のナイロンとアラミドを撚り合わせた非線形弾性率コードをビードフィラーと折り返しプライ間に配置に配置。変曲点は引張歪の２％にあり、低歪領域の弾性率は高歪領域弾性率の２０％。
実施例３： 周方向角度が実質０度で、非線形弾性率のナイロンとアラミドを撚り合わせた非線形弾性率コードを折り返しプライ外側に配置に配置。変曲点は引張歪の２％にあり、低歪領域の弾性率は高歪領域弾性率の２０％
実施例４： 周方向角度が実質０度で、非線形弾性率のナイロンとポリエチレンテレフタレートを撚り合わせた非線形弾性率コードを折り返しプライ外側に配置。変曲点は引張歪の２％にあり、低歪領域の弾性率は高歪領域弾性率の５０％。

＊１ 計算式｛ＳＨ－（Ｇ－Ｒ_２）｝／４＋（Ｇ－Ｒ_２））

表１から、実施例１～４は、従来例に比べて縦ばね係数の増加がなく、乗り心地が良好であり、また、従来例に比べて横ばね係数が増加し、操縦安定性が良好である。これに対して、比較例１、３は、従来例に比べて縦ばね係数が増加していて乗り心地が悪化する。

以上、本発明の空気入りタイヤを、実施形態及び実施例により説明したが、本発明の空気入りタイヤは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で幾多の変形が可能である。

１ 空気入りタイヤ、２ ビード部、３ サイドウォール部、４ トレッド部、５ ビードコア、６ ビードフィラー、７ カーカス、８ ベルト層、９ コード

Claims (9)

1. ビードコアをそれぞれ有する一対のビード部と、該一対のビード部のそれぞれに連なり半径方向外方に延びる一対のサイドウォール部と、該一対のサイドウォール部の外周端を接続するトレッド部と、を備えるとともに、
   両端部がそれぞれ前記一対のビード部における前記ビードコアに折り返すように配置され前記サイドウォール部から前記トレッド部にかけてトロイド状をなすカーカスと、該カーカスのクラウン部分の外周側に設けられたベルトと、前記カーカスの本体部と折り返し部との間に設けられたビードフィラーと、
   前記ビード部から前記サイドウォール部までの少なくとも一部分に、周方向に対して０°以上１０°未満の角度をなして設けられたコードと、
   を備えた空気入りタイヤにおいて、
   リム組みされた状態で、リム径をＤ、リム径Ｄを表すリムの位置からタイヤ径方向高さの最大部までの長さをＳＨ、リムフランジ高さをＧ、リムフランジ半径をＲ_２とし、ビードフィラー高さＨ_ｂｆを、リム径Ｄを表すリムの位置を基準とするタイヤ半径方向の高さとするとき、
   前記ビードフィラー高さＨ_ｂｆが、次の計算式
   ｛ＳＨ－（Ｇ－Ｒ_２）｝／４＋（Ｇ－Ｒ_２））
   で求められる値以下であり、
   かつ、前記コードが、応力－歪曲線において変曲点を有し、該変曲点以下の低歪領域では低弾性率を、変曲点を超えた高歪領域では高弾性率を有するものであることを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記コードが、材質の異なる２種以上の繊維からなり、前記繊維は有機繊維又は無機繊維からなる請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記コードが前記カーカスの本体部プライとビードフィラーとの間に配置されている請求項１又は２に記載の空気入りタイヤ。
4. 前記コードがビードフィラーと前記カーカスの折り返しプライとの間に配置されている請求項１又は２に記載の空気入りタイヤ。
5. 前記コードが前記カーカスの折り返し部プライよりもタイヤ半径方向外側に配置されている請求項１又は２に記載の空気入りタイヤ。
6. 前記コードの材料が、少なくともアラミド又はポリエチレンテレフタレートを含む請求項１～５のいずれか一項に記載の空気入りタイヤ。
7. 前記コードは、前記変曲点が引張歪１～８％の範囲にある請求項１～６のいずれか一項に記載の空気入りタイヤ。
8. 前記コードは、低歪領域の弾性率が高歪領域の弾性率に対して１０～９０％の範囲にある請求項１～７のいずれか一項に記載の空気入りタイヤ。
9. 請求項１～８のいずれか一項に記載の空気入りタイヤを製造する方法であって、
   １種又は２種以上の非線形弾性率を有する非線形弾性率コードを用意し、タイヤ成型工程にて、タイヤ内の位置によって前記非線形弾性率コードに異なる張力を付与することで、前記非線形弾性率コードの弾性率を制御して、用意した非線形弾性率コードよりも多い種類の非線形弾性率特性コードをタイヤ内で形成させることを特徴とする空気入りタイヤの製造方法。

Images