JPWO2002042094A1 - 空気入り安全タイヤ - Google Patents

Abstract

タイヤ内圧が大気圧まで低下してなお、安全な走行を継続できる、製造が容易な空気入り安全タイヤを提供するものであり、サイドウォール部に、タイヤ幅方向の断面形状がほぼ三日月状をなすサイド補強ゴム層を設けるとともに、カーカスのクラウン部とトレッドとの間に配設したベルトに、周方向に連続する少なくとも一条の環状窪みを設けたものである。

Description

技術分野
この発明は、タイヤ圧内が大気圧まで低下してなお、安全な走行を継続することができる空気入り安全タイヤに関するものであり、とくに、製造上の困難等なしにサイド補強ゴム層の厚みの低減を可能とする一方で、タイヤトレッド部内への歪の集中に起因する耐久性の低下を生じるおそれがなく、軽量にして乗心地にすぐれる空気入り安全タイヤを提案するものである。
背景技術
従来のこの種の空気入り安全タイヤとしては、たとえば図１に幅方向断面図で示すように、トレッド部１１１のそれぞれの側部に、半径方向内方へ延びるサイドウォール部１１２を連続させて設けるとともに、それぞれのサイドウォール部１１２の半径方向内端にビード部１１３を連続させて設け、そして、それぞれのビード部１１３間、ひいては、各ビード部１１３に配設したビードコア１１４間にトロイダルに延在してタイヤの骨格構造をなすカーカス１１５を設けるとともに、このカーカス１１５のクラウン部とトレッド部１１１との間にベルト１１６を配設してトレッド部１１１を補強したところにおいて、主にはサイドウォール部１１２の内面に、断面形状がほぼ三日月状をなすサイド部補強ゴム層１１７を配設したものがある。
なお、ベルト１１６は、必要に応じて、実質的に周方向に延びる化学繊維コードの螺旋巻回構造になるベルト補強層１１８によってその全体を覆われることもある。
この安全タイヤでは、パンクその他によってタイヤ内圧が洩出した場合に、サイド補強ゴム層１１７の作用に基づく、サイドウォール部１１２の撓み剛性により、タイヤの比較的小さな圧潰変形の下で、荷重を支持することができるので、タイヤがパンク等してなお、相当距離を安全に継続走行することができる。
また、従来の他の安全タイヤとしては、特開平８−２４４４２２号公報に開示されているように、前述したようなサイド補強ゴム層を設けることに加えて、カーカスの外周に、ベルトより半径方向内側に延在する小径のビードリングを嵌め合わせたものがあり、このタイヤは、タイヤのパンク時等には、サイド補強ゴム層と上記ビードリングとで荷重を負担することなる。
しかるに、図１に示す前者の従来技術にあっては、タイヤのパンク時等における高い耐久性の確保のために、サイド補強ゴム層の厚みを厚くすることが不可避となるため、タイヤの重量増加が余儀なくされるとともに、内圧充填状態のタイヤの負荷転動に際する、車両への乗心地が低下するという問題があった。
一方、後者の従来技術では、サイド補強ゴム層とビードリングとの両者が荷重の負担に寄与できることで、サイド補強ゴム層の厚みを上述の場合より低減できる利点はあるものの、タイヤの製造工程で、カーカスの外周側にビードリングを別途配設することによる作業工数の増加が不可避となる他、そのビードリングのカーカスの外周への嵌め合わせおよび位置決めセットが難しいという問題があり、また、ビードリングによってタイヤ重量の増加が余儀なくされるという問題があった。
しかも、製品タイヤの正常時のそれの負荷転動に当っては、ビードリングがトレッド部に、それの幅方向での大きな剛性段差をもたらすことによって、そのビードリングの周りに歪の集中が生じることになるため、タイヤの負荷転動の繰返しによりトレッド部に早期の損傷が発生して耐久性が低くなる他、高剛性のビードリングの拘束下で、トレッド接地面積、直接的にはトレッド踏面の接地長さが低減されることになって操縦安定性が低下するという問題があり、また、ビードリングがトレッド部の曲げないしは撓み剛性を高めることに起因して、トレッド部のエンベロープ特性が低下するため、大突起乗り越し時の衝撃振動が大きくなって乗心地性能が低下し、加えて、トレッド部、ひいては、高剛性のビードリングへの大きな衝撃力等の入力によるそのビードリングの永久変形により、タイヤの真円度が損なわれるという問題もあった。
ところで、タイヤの正常時の負荷転動時間は、タイヤのパンク等の故障の発生時の負荷転動時間に比してはるかに長いので、これらの問題はいずれも重大であった。
そこでこの発明は、タイヤ内圧が大気圧まで低下してなお、安全な走行を継続できるとする、安全タイヤの本質的な機能を、サイド補強ゴム層の厚みを低減させてなお十分に発揮させることができ、しかも、タイヤの正常時の負荷転動に際し、すぐれた耐久性、操縦安定性および乗心地を実現するとともに、タイヤの真円度を損ねることもない、製造が容易で、特別の作業工数を必要としない空気入り安全タイヤを提供する。
発明の開示
この発明に係る空気入り安全タイヤは、トレッド部と、トレッド部のそれぞれの側部から半径方向内方へ延びるサイドウォール部と、各サイドウォール部の半径方向内端に連続させて設けたビード部とを具えるとともに、一対のビード部間にトロイダルに延在し、多くは、ビード部に配設したビードコアの周りに側部部分を折返されるカーカスと、このカーカスのクラウン部とトレッド部との間に配設したベルトとを具えるものであって、主としてサイドウォール部に、タイヤ幅方向の断面形状がほぼ三日月状をなすサイド補強ゴム層を設けるとともに、前記ベルトに、半径方向内方に凸となって周方向に連続する少なくとも一条の環状窪みを設けたものである。
このタイヤでは、パンク等に起因するそこからの内圧の洩出によるタイヤの圧潰変形に対し、ベルトに設けた環状窪みが補強リブの如くに機能して荷重の支持に有効に寄与することから、サイド補強ゴム層の厚みを低減させてなお、安全タイヤの本質的な機能を十分に発揮させることができる。
従ってここでは、タイヤの軽量化を有効に実現することができる。
またこのタイヤの、前記環状窪みは、たとえば、内周面に環状突条を設けた加硫金型による加硫成形工程で形成することができ、その環状窪みのための、タイヤ成型工程での特別な作業が不要であるので、タイヤの製造上の問題点をことごとく取り除くことができる。
ところで、この安全タイヤの、ベルトに設けた環状窪みは、とくにはそれ自体が変形の自由度を有することにより、その環状窪みが、トレッド部の幅方向での幾分の剛性増加をもたらすことはあっても、正常時のタイヤの負荷転動に際し、環状窪みは、その近傍への歪の集中を自身の変形をもって有効に緩和することができるので、走行耐久性が損なわれるおそれなく、また、その環状窪みは、これも環状窪みそれ自体の変形により、トレッド踏面の接地長さを、高剛性のビードリングほどに大きく拘束しないので、十分大きな接地面積を常に確実に確保してすぐれた操縦安定性をもたらすことができる。
そして、ベルト環状窪みの、窪み開口部が拡開する方向の変形は、タイヤの突起乗り越しに際する、トレッド部の曲げないしは撓み変形の自由度を高めることにもなるので、サイド補強ゴムの厚みを十分に確保してなお、タイヤの振動乗心地性能を有効に向上させることもでき、さらには、大きな衝撃外力等の入力に対するそのベルト環状窪みの変形に基づいて、タイヤの真円度の低下を十分に防止することもできる。
なおここで、一条以上の環状窪みを、ベルトの幅方向の中心線に対して対称に設けた場合には、タイヤのパンク等に起因する圧潰変形時の変形バランスをとって、局部的な大きな変形の発生を有効に防止することができる。
また、環状窪みを、ベルト幅方向の中央域に設けた場合には、上述したところに加え、後述する周方向溝との関連の下で、排水性能を有利に向上させることができる。
この一方で、サイド補強ゴム層の、カーカスラインに立てた法線上で測った最大厚みを２〜１２ｍｍの範囲とした場合には、タイヤの十分なる軽量化の下で、とくにはタイヤの正常時の、転がり抵抗等の低減、乗心地性能の一層の向上等を実現することができる。
なおこの場合、最大厚みが２ｍｍ未満では、サイド補強ゴム層の荷重支持能力が小さくなりすぎるおそれがあり、１２ｍｍを越えると、軽量化等の実効に乏しくなる。
このようなタイヤにおいて、トレッド部に、環状窪みと対応して位置する周方向主溝を設けた場合には、排水性能を有利に向上させることができ、この排水性能は、周方向溝のトータル溝幅をトレッド踏面幅の１０％以上とした場合により一層向上する。
また好ましくは、タイヤを、ＪＡＴＭＡ　ＹＥＡＲ　ＢＯＯＫ、ＥＴＲＴＯＳＴＡＮＤＡＲＤ　ＭＡＮＵＡＬ、ＴＲＡ（ＴＨＥ　ＴＩＲＥ　ａｎｄ　ＲＩＭＡＳＳＯＣＩＡＴＩＯＮ　ＩＮＣ．）ＹＥＡＲ　ＢＯＯＫ等で規格が定められた規格リムにリム組みするとともに、５０ｋＰａの内圧の充填姿勢、いいかえれば、リム上のタイヤが意図しない局部的な変形を生じない程度の内圧の充填姿勢での、ベルトの環状窪み部分の内周面半径を、ベルトの最大内周面半径より５ｍｍ以上小さくする。
これによれば、タイヤのパンク時等に、環状窪みにそれ本来の荷重支持機能等をより十分に発揮させて、ベルト円周での半径方向の余剰変形を一層有効に阻止することができる。
より好ましくは、ベルトの外周側に、実質的に周方向に延在する化学繊維コードの螺旋巻回構造になるベルト補強層を配設し、このベルト補強層をもって、とくに環状窪みを十分に拘束することで、環状窪みの機能を長期間にわたって確実に担保することができる。また、そのベルト補強層をもって、ベルトを、それのほぼ全体にわたって覆うことで、高速耐久性および操縦安定性等を高めることもできる。
ところで、トレッド部の、トレッドセンタから踏面半幅の３０〜７０％の範囲内には周方向溝を配設しないことが、タイヤのパンク時等における、トレッド幅方向断面内でのバックリング、すなわち、トレッド部の幅方向中央部分の、踏面からの浮き上がり現象を防いで十分な接地面積を確保する上で好適であるが、タイヤの正常時の排水性能が周方向主溝のみにては不足する場合には、その範囲内には溝幅が０．５〜５ｍｍ、より好ましくは３ｍｍ以下の周方向副溝を設けることが好ましい。
すなわち、タイヤのパンク時等に、サイド補強ゴムの作用下でサイドウォール部の撓み変形量が増加し、これに伴って、トレッド部が幅方向の中央部側に向く圧縮力を受けてその中央部分が路面から浮き上がる、バックリング傾向が生じた場合に、トレッドセンタからトレッド半幅の３０〜７０％の範囲に、比較的広幅の周方向副溝が存在すると、その周方向副溝を境としたトレッド部の急激な折れ曲がりを伴うバックリングが発生し易く、その折れ曲がり部それ自体がトレッド部の疲労破壊の核となり易いことに加え、この急激な折れ曲がりの発生に起因するトレッド側部域の大きな浮き上がりによってトレッドショルダ部の接地面積が極く小さくなるおそれが高いのに対し、その範囲内に、０．５〜５ｍｍ程度の細幅の周方向副溝を設けたときは、トレッド部に作用する圧縮力によって副溝の溝壁が相互に接触して、そこにトレッド部の浮き上がりに対する抗力が生じるので、バックリングの発生それ自他体が有効に抑制されることになり、たとえそのバックリングが発生しても、トレッド踏面の、路面からの浮き上がり勾配が小さくなることからより大きな接地面積を確保できる利点がある。
発明を実施するための最良の形態
この発明に係るタイヤの実施形態を、それを規格リムに組付けるとともに、そこに５０ｋＰａの内圧を充填した姿勢の下での横断面図で示す図２において、１はトレッド部を、２は、トレッド部１のそれぞれの側部に連続して半径方向内方に延びる一対のサイドウォール部を、そして３は、各サイドウォール部２の内周側に連続するビード部をそれぞれ示す。
ここでは、二枚のカーカスプライ４ａ，４ｂからなるカーカス４を、ビード部３に配設したビードコア５間にトロイダルに延在させるとともに、それぞれのカーカスプライ４ａ，４ｂの側部部分をともにビードコア５の周りに巻上げて係止し、また、カーカス４のクラウン部とトレッド部１との間に、二層のベルト層からなり、それらの層間でベルト層コード、たとえばスチールコードが相互に交差して延びるベルト６を配設する。
そしてこの図に示すところでは、このようなベルト６の幅方向の中央部分に、半径方向内方に凸となって周方向に連続する一条の環状窪み７を設ける。なお、かかる環状窪み７は、たとえば図３に示すように、ベルト６の幅方向中心線に対して、いいかえれば、タイヤの赤道線に対して対称に複数条形成し得ることはもちろんであるが、一条および複数条のいずれにあっても、環状窪み７を、ベルト幅方向の中央域に形成した場合には、後述する周方向主溝の形成態様との関連において、すぐれた排水性能を確保する上で好ましい。
またここでは、サイドウォール部２に、断面形状がほぼ三日月状をなすサイド補強ゴム層８を配設する。このサイド補強ゴム層８は、図示のように、インナゴム層より内側に配置することの他、インナゴム層の外側または、一枚もしくは二枚のカーカスプライの外側に隣接させて配置することもできる。
ところで、このようなサイド補強ゴム層８の最大厚みは２〜１２ｍｍの範囲とすることが好ましい。
ここで、トレッド部１には、環状窪み７に対応して位置して周方向に連続する周方向主溝９を設ける。これによれば、上述したように、周方向主溝９の存在によって排水性能を向上させることができ、また、その周方向主溝９を環状窪み７に対応させて位置させることで、十分大きな溝幅および溝深さを容易に確保することができる。ここにおいて、排水性能の観点からは、一条もしくは複数条の周方向主溝９のトータル溝幅ｗをトレッド踏面幅Ｗの１０％以上とすることが好ましい。
さらに好ましくは、図示のように、タイヤを規定リムＲにリム組みするとともに、そこに５０ｋＰａの内圧を充填した姿勢の下で、ベルトの環状窪み部分の内周面半径Ｒ_０を、ベルト６の最大内周面半径Ｒ_１より５ｍｍ以上小さくして、環状窪み７の補強機能を一層高め、また好ましくは、ベルト６の外周側に、実質的に周方向に延びる化学繊維コードの螺旋巻回構造になるベルト補強層１０を、少なくとも環状窪み７を覆って配設することで、その環状窪み７の、確実なる機能の発揮を可能とし、併せて、高速走行時の耐久性の向上を実現する。
ところで、図２に示すような一条の周方向主溝９だけでは所期した排水性能を確保できない場合には、図４に示すように、トレッド半部のほぼ中央域、いいかえれば、トレッドセンタから、踏面半幅Ｗ／２の３０〜７０％の範囲内に、０．５〜５ｍｍの半幅をもって、周方向に直線状またはジグザグ状に延びる一条もしくは複数条、図では一条の周方向副溝１１を設け、これによってトレッド部１のネガティブ率を高めることが好ましい。
ここで、周方向副溝１１の溝幅を０．５〜５ｍｍの範囲とするのは、先に述べたように、タイヤのパンクその他によるタイヤ内圧の消失時に、トレッド部１の幅方向中央部分が路面から浮き上がるバックリング現象を抑制して、トレッド幅方向でのより大きな接地面積を確保するためである。
いいかえれば、タイヤ内圧の消失によって、図５に誇張して示すようなバックリングがたとえ発生するとしても、溝幅が０．５〜５ｍｍの狭幅の周方向副溝１１の存在下では、図５（ａ）に示すように、その溝１１は、トレッド部１の中央部側に向く圧縮力の作用によって実質的に閉止されることになり、これによって発生されるバックリング抗力により、トレッド部１の、路面からの浮き上がり量および、トレッド側部域の路面に対する傾き角αがともに小さく抑制されるため、トレッドショルダ部分に比較的大きな接地面積を確保することができるのに対し、周方向副溝の溝幅を５ｍｍを超える広幅としたときは、トレッド部に発生する同様の圧縮力によってそのトレッド部が、図５（ｂ）に示すように、その広幅副溝の位置にてトレッド部の折れ曲がり変形が生じることになり、この結果として、トレッド側部域の路面に対する傾き角βが大きくなって、トレッドショルダ部分での接地面積が小さくなる他、タイヤの負荷転動によるその折れ曲がり変形部分の早期の疲労が余儀なくされるという、操縦安定性および耐久性の上での不利が顕在化するおそれが高い。
実施例
実施例１
図２に示す構造を有し、サイド補強ゴム層の最大厚みが５ｍｍである、サイズが２４５／４０ＺＲ１７の実施例タイヤ１につき、ランフラット耐久性、重量、乗心地、耐ハイドロプレーニング性および耐摩耗性を測定したところ表１に示す通りとなった。
なお表中の従来タイヤ１および２のそれぞれは、図１に示す構造を有し、サイド補強ゴム層の最大厚みがそれぞれ１０ｍｍおよび５ｍｍの同サイズのタイヤとした。
また、表中の評価はその従来タイヤ１の測定値をコントロールとして示す。
ところで、ここにおけるランフラット耐久性は、対象タイヤを８．５Ｊ×１７のリムにリム組みし、そこに内圧を供給してリムにフィットさせた後に、バルブコアを取り除いてタイヤ内圧を大気圧とした状態で、乗用車の右後輪に適用し（他の三輪は車両指定の空気圧）、二名乗車に相当する荷重を負荷して、８０ｋｍ／ｈの車速で、試験タイヤのサイド補強ゴム層が破壊故障するまでの走行距離を、その故障による異音の発生、異常震動の発生を感知するまで測定することにより求めた。
また乗心地は、車両指定の空気圧の充填状態での、良路および悪路を走行時の乗心地を、実車試験の評価ドライバーによって、１０点満点で０．５点きざみに採点することにより求め、耐ハイドロプレーニング性は、水深６ｍｍ、半径１００ｍの試験路を、５０ｋｍ／ｈから５ｋｍ／ｈずつ増速した場合の横向き加速度の大きさにより求めた。
そして耐摩耗性は、試験タイヤを装着して２００００ｋｍ実車走行した後の、トレッドゴムの摩粍量を測定することにより求めた。

表１によれば、実施例タイヤ１は、いずれの性能についても従来タイヤよりすぐれたものとなることが明らかである。
実施例２
実施例タイヤ１と同サイズ、同構造の実施例タイヤ２、３および、とくに周方向主溝構造を図６（ａ）に示すように変更した同サイズの実施例タイヤ４のそれぞれにつき、ランフラット耐久性、重量、乗心地およびウェット性能を求めたところ表２に示す通りとなった。
ここで、表中の従来タイヤ３は図１に示す構造を有するものとし、比較タイヤは、図６（ｂ）に示すように、カーカスのクラウン域の中央部にビードリングを配設し、このビードリングの両側部にベルトを配設した構造を有するものとした。
また、ここでのランフラット耐久性および乗心地は先の場合と同様にして求め、ウェット性能は、水深３ｍｍのアスファルト路面上で、車速５０ｋｍ／ｈからの制動（フルブレーキ）時における停止距離を測定することにより求め、従来例を１００とし、その距離の比を逆数として評価した。
なお、表中の性能指数値は重量を除いて大きいほど優れた結果を示すものとした。

上記表によれば、実施例タイヤ２〜４はいずれも、タイヤ重量を十分小さく抑えるとともに、乗心地を低下させることなしに、すぐれたランフラット耐久性を発揮し得ることが明らかである。
産業上の利用可能性
以上に述べたところから明らかなように、この発明に係る空気入り安全タイヤは、特別の作業工数を必要とすることなく容易に、しかも重量の増加なしに製造することができ、タイヤ内圧の流失下での負荷転動に当たっての十分な走行耐久性を発揮させることがてきる他、タイヤの正常時の負荷転動に際して、すぐれた耐久性、操縦安定性および乗心地を実現することができ、しかも、タイヤの真円度が損なわれるおそれもない。
【図面の簡単な説明】
図１は、従来タイヤを示す幅方向断面図である。
図２は、この発明の実施の形態を示す幅方向断面図である。
図３は、この発明の他の実施の形態を示す幅方向断面図である。
図４は、この発明のさらに他の実施の形態を示す幅方向断面図である。
図５は、トレッド部幅方向でのバックリングの発生例を示す横断面図である。
図６は、実施例タイヤおよび比較例タイヤを示す略線横断面図である。

Claims (9)

1. トレッド部と、一対のサイドウォール部およびビード部とを具えるとともに、一対のビード部間にトロイダルに延びるカーカスと、カーカスのクラウン部とトレッド部との間に配設したベルトとを具えるタイヤであって、
   サイドウォール部に、タイヤ幅方向の断面形状がほぼ三日月状をなすサイド補強ゴムを設けるとともに、前記ベルトに、周方向に連続する少なくとも一条の環状窪みを設けてなる空気入り安全タイヤ。
2. 環状窪みを、ベルトの幅方向中心線に対して対称に設けてなる請求項１に記載の空気入り安全タイヤ。
3. 環状窪みをベルト幅方向の中央域に設けてなる請求項１もしくは２に記載の空気入り安全タイヤ。
4. サイド補強ゴム層の最大厚みを２〜１２ｍｍの範囲としてなる請求項１〜３のいずれかに記載の空気入り安全タイヤ。
5. トレッド部に、環状窪みと対応して位置する周方向主溝を設けてなる請求項１〜４のいずれかに記載の空気入り安全タイヤ。
6. 周方向主溝のトータル溝幅をトレット踏面幅の１０％以上としてなる請求項５に記載の空気入り安全タイヤ。
7. 規格リムにリム組みするとともに、５０ｋＰａの内圧の充填姿勢での、ベルトの環状窪み部分の内周面半径を、ベルトの最大内周面半径より５ｍｍ以上小さくしてなる請求項１〜６のいずれかに記載の空気入り安全タイヤ。
8. ベルトの外周側に、実質的に周方向に延びるコードの螺旋巻回構造になるベルト補強層を配設してなる請求項１〜７のいずれかに記載の空気入り安全タイヤ。
9. トレッド部の、トレッドセンタから踏面半幅の３０〜７０％の範囲内に設けた周方向副溝の溝幅を０．５〜５ｍｍの範囲としてなる請求項１〜８のいずれかに記載の空気入り安全タイヤ。

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