JPWO2003024727A1 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

ラジアルカーカス、二層以上のベルト層、体積弾性率が４ＧＰａ以下のトレッドゴム、及び三日月状のゴム補強層を全域に配したサイドウオールとを備える空気入りタイヤにおいて、ベルトの外周側に、タイヤ赤道面に対するコード交角がいずれのベルト層のコードより大であり、トレッド幅方向の圧縮剛性がベルト層の２倍以上であるベルト付加層を配設する。トレッド部のへ字状の折れ曲がりを抑制して、ベルト層のセパレーション、破断等を有効に防止し、優れた氷上操縦安定性を実現する。

Description

〔技術分野〕
この発明は空気入りタイヤ、なかでもスタッドレスタイヤに関するものであり、とくに、低内圧走行時のトレッド部のバックリングを抑制して、ベルト層のセパレーションや破断を防止する技術を提案するものである。
〔背景技術〕
空気入りタイヤのトレッド部への釘その他の尖鋭物の刺さり込み等によるタイヤ内圧の徐々なる低下の下にタイヤを負荷転動させた場合には、トレッド部へのバックリングの発生によって、ベルト層のセパレーションに起因するトレッドゴムの剥離や、ベルト層の破断等によるバーストその他を生じるおそれがある。
ところで、トレッド部のバックリングは、表面粗さの小さい、古いアスファルト路面、石畳路面等の如くの摩擦係数の小さい路面上で、内圧の極端に低下したタイヤを負荷転動させる場合にとくに顕著であって、トレッド部の幅方向の中央部分が、図１ａにタイヤ幅方向の略線断面図で誇張して示すように、荷重直下で、トレッド部がほぼへ字状に折れ曲がるほどに路面から大きく浮き上がることになるため、その折れ曲がり部に、ベルト層のセパレーション、破断等がとくに発生し易くなる。
また同様のことは、図１ｂにタイヤの赤道面に沿う略線断面を示すように、トレッド部の周方向においても発生し、トレッド部の接地域で、荷重直下部分を中心として周方向の圧縮を受けることになるため、トレッド部中央部分の浮き上がり傾向が一層増長されることになる。
このようなバックリング現象によれば、トレッド部中央部分で、ベルトより外周側に位置する主にはトレッドゴムが、トレッド幅方向および周方向の両方向からの圧縮を受けて体積変化を生じることになる。
従って、トレッドゴムを、体積変化を生じ難い、体積弾性率の大きいゴムにて形成した場合には、図１ａに示すようなトレッド部の折れ曲がり変形を、その高い体積弾性率をもって有効に抑制することができ、結果として、ベルト層のセパレーション、破断等が有利に防止されることになる。ちなみに、トレッドゴムを体積弾性率が５ＧＰａを越えるゴムにて形成した場合には、タイヤ内圧が１０ｋＰａまで低下しても２００ｋｍの継続走行が可能であった。
しかるに、トレッドゴムを、体積弾性率が、スタッドレスタイヤにおいて一般的な４ＧＰａ以下のゴムにより形成したときは、上述したようなへ字状の折れ曲がり変形の十分な抑制ができないため、１０ｋＰａまでのタイヤ内圧の低下によっては、２００ｋｍまで走行することは不可能であった。
またこの一方で、同様のバックリングを抑制する従来技術として、特開平６−１９１２４３号公報および、国際公開第ＷＯ９７／０１４５２号パンフレットに開示されたものがある。
前者のタイヤは、ラジアルカーカスのクラウン部の外周側に、少なくとも二層のコード交差層からなるベルトおよび、その外周に沿って巻回した有機繊維コードよりなるキャップを設け、また、サイドウォール部の全域にわたって、カーカスの内面に沿う、断面が三日月状のゴム補強層を設けたところにおいて、ベルトとキャップとの間に、タイヤ赤道面に対し実質上直交する多数のコード配列になる少なくとも一層のタイエレメントを配設したものであり、このタイエレメントをもって、ベルト層コードの交差によって形成される菱形形状が、トレッド幅方向に伸長するパタングラフ挙動を抑制することにより、トレッド部の、上述したようなバックリングの度合を低減させるものである。
また、国際公開第ＷＯ９７／０１４５２号パンフレットに開示された後者のタイヤは、ラジアルカーカスのクラウン部の外周に、金属コード層の複数枚を含むベルト層と、トレッドとを順次に具えるとともに、カーカスのサイド部内周面に、荷重を分担支持する、断面が三日月状のゴム補強層を具えたタイヤにおいて、カーカスとベルト層との間に有機繊維コードを配設し、有機繊維コードがカーカス及びベルト層と中央赤道面を挟んで交差する向きに配列した補助層を有するものであり、その補強層を、トレッド部のバックリングに際し、曲げの中立軸より外側に位置させて、補助層の耐張力をもってトレッド部の曲げ剛性を高めることでバックリングを抑制するものである。
しかるに、これらの従来タイヤはいずれも、摩擦係数の大きい一般路面上の走行を目的とするものであって、そもそもがバックリングの発生し難い条件下で使用されるものであることに加え、トレッドゴムの体積弾性率が大きいため、バックリング現象それ自体がそれほど深刻なものではなかった。
そこでこの発明は、とくには、氷雪路等の摩擦係数の小さい路面上を転動する機会が多く、しかも路面グリップ力等の確保のために体積弾性率の比較的小さいゴムをトレッドゴムとすることが一般的なスタッドレスタイヤにおいて、トレッド部のへ字状の折れ曲がりに対し、トレッドゴムとは別異の手段をもって高い抵抗力を発揮させることで、トレッド部のバックリング、ひいては、ベルト層のセパレーション、破断等を効果的に防止できる空気入りタイヤを提供する。
〔発明の開示〕
この発明に係る空気入りタイヤは、トレッド部、このトレッド部に連なる一対のサイドウォール部および、各サイドウォール部の内周側に連続するビード部を具えるとともに、ビード部に配設したそれぞれのビードコア間に延在して上記各部を補強する、一枚以上のカーカスプライからなるラジアルカーカスと、このラジアルカーカスのクラウン部の外周側でトレッド部を補強する、層間でコードが相互に交差する二層以上のベルト層よりなるベルトと、サイドウォール部のほぼ全域で、ラジアルカーカスの内面に沿わせて配設した、横断面形状がほぼ三日月状をなすゴム補強層とを具えるものであり、トレッド接地面を形成するトレッドゴムを、スタッドレスタイヤに一般的な４ＧＰａ以下の体積弾性率のゴムとするとともに、ベルトの外周側に、タイヤ赤道面に対するコード角度を、いずれのベルト層のコードのそれよりも大きくしたコードよりなるベルト付加層を配設し、このベルト付加層の、トレッド幅方向の圧縮剛性を、ベルト層のそれの２倍以上としたものである。なおここで、ベルト付加層およびベルト層の、「トレッド幅方向の圧縮剛性」とは、トレッド周方向の単位幅当りの層部分の、トレッド幅方向の圧縮力に対する剛性をいうものとする。
たとえば、トレッド接地面の、路面に対する摩擦力が小さい氷上等にあっては、タイヤ内圧の低下に伴って、トレッドショルダ部が幅方向内方に滑り易く、上述したようなバックリング現象をとくに発生し易い一方で、スタッドレスタイヤでは、先に述べたように、内圧の低下に伴ってトレッド部の幅方向中央部分が路面から浮き上がるそれのバックリングに対し、体積弾性率の小さいトレッドゴムが大きな抵抗力を発揮することができない。
しかるにここでは、ベルトの外周側に配設したベルト付加層が、へ字状の折れ曲がり変形に対する突っ張り部材として機能してその折れ曲がりに有効に抵抗する。そしてこの折れ曲がり抵抗は、ベルト付加層のコードの、タイヤ赤道面に対する交角を、ベルト層コードのそれより大きくして、それの延在方向をトレッド幅方向に近づけることによってより大きくすることができるので、路面の摩擦係数が小さい場合にあってなお、タイヤ内圧の低下に起因する、トレッド部へのバックリングの発生を効果的に抑制して、ベルト層のセパレーション、破断等のおそれを有利に取り除くことができる。
しかもここでは、ベルト付加層の、トレッド幅方向の圧縮剛性を、ベルト層のそれの２倍以上とすることにより、トレッドショルダ部の、氷上等での滑り変位をより十分に拘束して、バックリングの発生を一層効果的に防止することができる。
ここで、ベルト付加層は、トレッド幅方向の圧縮力に対して高い剛性を発揮できるスチールコードによって構成することが好ましく、なかでも、１×Ｎや１＋Ｎ撚りのような単撚り構造が好ましく、圧縮弾性率は１０ＧＰａ以上が好ましい。
また、ベルト付加層は、ベルトの外層側に、実質的にトレッド周方向に延びる有機繊維コード等の螺旋巻回構造になる一層もしくは複数層のキャップを配設すると否とにかかわらず、そのベルトの外周側に直接的に隣接させて配設することが好ましい。
すなわち、ベルト付加層をキャップの外周側に隣接させて配置する場合には、ベルト層とベルト付加層との間の間隔が大きくなり、ベルト層の変形を拘束する度合いが小さくなり、結果として、へ字状の折れ曲がり変形を抑制する効果が小さくなる。
ところで、ベルト付加層のコードを、タイヤ赤道面に対し、最外層のベルト層のコードと同方向に延在させた場合には、いわゆるプライステアを小さくしてタイヤの転がり抵抗の増加を有利に抑制することができ、一方、ベルト付加層のコードを、最外層のベルト層のコードとは逆方向に延在させた場合には、トレッド部の剛性を一層高めてバックリングの発生をより有効に抑制することができる。
なお、ベルト付加層のコードの、タイヤ赤道面に対する交角は４０〜９０°の範囲とすることが、ベルト付加層の存在をより実効あるものとする上で好ましい。すなわち、それが４０°未満では、ベルト層コードの一般的な延在角度である２０〜３０°との間に十分な角度差をつけることができず、トレッド幅方向の圧縮力に対する高い剛性を発揮させることが難しく、一方９０°を越えると、ベルト付加層コードの、タイヤ赤道面に対する延在方向が上述したところとは逆になる。
また、ベルト付加層の幅は、ベルト幅の３０〜１２０％の範囲とすることが、好ましい。
その幅が３０％未満では、へ字状の折れ曲がり変形に対する突っ張り部材としての機能が十分でなく、また、１２０％を越えても、へ字状折れ曲がり変形の抑制効果が大きくならず、逆に、タイヤ重量の増加を招いてしまう。
そしてさらに、カーカスプライは、より軽量の有機繊維コードにより形成することが、ベルト付加層の配設に起因するタイヤ重量の増加を小さく抑える上で有効である。
〔発明を実施するための最良の形態〕
図２に示す、この発明の実施の形態において、図中１はトレッド部を、２は、トレッド部１の側部に連続して半径方向内方へ延びるサイドウォール部を、そして３は、サイドウォール部２の半径方向の内周側に連続するビード部をそれぞれ示す。
ここでは、それぞれのビード部３に配設したビードコア４間にわたってトロイダルに延びて上記各部１，２，３を補強するラジアルカーカス５を一枚以上のカーカスプライで形成するとともに、そのラジアルカーカス５の側部部分を、ビードコア４の周りで半径方向外方に高く巻き上げ、また、このようなラジアルカーカス５のクラウン部の外周側に、スチールコード、アラミド繊維コード等のコードが層間で相互に交差して延びる二層以上、図では二層のベルト層６，７からなるベルト８を配設するとともに、このベルト８のさらに外層側に、実質上タイヤ周方向に延びる有機繊維コードの螺旋状巻回構造になるたとえば二層のキャップ９，１０を配設し、さらに、横断面形状がほぼ三日月状をなすゴム補強層１１を、サイドウォール部２のほぼ全域にわたって、ラジアルカーカス５の内面に沿わせて配設する。
またここでは、トレッド接地面を形成するトレッドゴム１２の体積弾性率を４ＧＰａ以下とするとともに、ベルト８の外周側に直接的に隣接する位置、図ではキャップ９，１０の内周側に隣接する位置に、タイヤ赤道面Ｘを中心として、好ましくはベルト幅Ｗの３０〜１２０％の範囲にわたってベルト付加層１３を配設し、このベルト付加層１３を形成するコード、これも好ましくはスチールコードを、タイヤ赤道面Ｘに対し、いずれのベルト層６，７のコードよりも大きな交角で延在させ、さらには、かかるベルト層１３の、トレッド幅方向の剛性を、ベルト層６，７のそれの２倍以上とする。
ここで、それぞれのベルト層６，７のコード、たとえば、スチールコード、アラミド繊維コード等は一般に、タイヤ赤道面Ｘに対し、相互に逆方向へほぼ２０〜３０°程度の角度で延在することから、ベルト付加層１３のコードの同様の角度は４０〜９０°の範囲とすることが好ましく、そのベルト付加層コードの延在方向は、最外層のベルト層７の延在方向と同方向または逆方向のいずれかを選択することができる。
そして、ここでより好ましくは、カーカスプライを有機繊維コードにより形成する。
このように構成してなるタイヤによれば、図３に示すような内圧低下時の、低摩擦係数路面上での負荷転動に当り、タイヤ赤道面Ｘに対して大きな交角をなすスチールコードよりなる、圧縮剛性の高いベルト付加層１３が、トレッド部１の中央部分が路面から浮き上がる向きの外力の作用に対し、大きな圧縮抵抗、ひいては、折れ曲がり抵抗を発揮する突っ張り部材として有効に機能して、トレッド部１の折り曲がり変形を効果的に抑制するので、ベルト層６，７のセパレーション、破断等の故障の発生が長期間にわたって有効に防止されることになる。
〔実施例〕
サイズが２４５／４０ Ｒ１８で、図２に示す構造を有するタイヤであって、最大厚さが８ｍｍの、低ロス、高弾性ゴムからなるゴム補強層を設けるとともに、ナイロン繊維コードからなる二層のキャップを設け、また、内層側ベルト層の幅を２００ｍｍ、外層側ベルト層の幅を１９０ｍｍ、そしてベルト付加層の幅を１８０ｍｍとした、表１に示す諸言を有する実施例タイヤおよび比較例タイヤのそれぞれを、１８×８ＪＪのリムに組付けるとともに、そこへの充填空気圧を２３０ｋＰａおよび０ｋＰａとしたときの、それぞれの氷上操縦安定性、内圧洩出時の氷上でのトレッド部の浮き上がり量および、タイヤ内圧を０ｋＰａとし、４．８１ｋＮの荷重の作用下で、８９ｋｍ／ｈの速度で転動させたときに、故障の発生なしに２００ｋｍを完走することができるか否かのランフラット耐久性についてのテストを行ったところ表１に示す結果を得た。
なお、表１中の、トレッドゴムの体積弾性率は、図４ａに示すような、内径ｄが１４ｍｍ、高さｈが２８ｍｍの金属スリーブ２１内にトレッドゴム試験片２２を隙間なくセットするとともに、その金属スリーブ２１を、図４ｂに示すように圧縮試験機２３に取付けて、試験片２２の上下面に、０．６ｍｍ／分の速度で荷重Ｗを負荷したときのその試験片２２の変形量をレーザ変位計２４によって測定し、荷重Ｗと変位との関係から算出した。
また、氷上でのトレッド部の浮き上がり量は、氷上で停止させたタイヤのトレッド表面の、石膏による型取り形状を測定して評価した。

表１によれば、幅方向の圧縮剛性比を２以上とし、トレッドゴムの体積弾性率を４ＧＰａ以下とした実施例タイヤ１〜４はいずれも、タイヤ内圧充填時の氷上操安性を高く確保してなお、トレッド部の氷上浮き上がり量を十分小ならしめて、内圧０Ｐａ時のすぐれた氷上操安性を実現することができ、また、すぐれたランクラット耐久性を発揮できることが解る。
〔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、この発明によれば、スタッドレスタイヤの如くに、トレッドゴムの体積弾性率を小さくしてなお、トレッド部へのバックリングの発生を有効に抑制してベルト層のセパレーション、破断等の発生を十分に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、従来タイヤのバックリングの発生態様を例示する図である。
図２は、この発明の実施の形態をタイヤの半部について示す幅方向断面図である。
図３は、ベルト付加層の作用を示す断面図である。
図４は、体積弾性率の測定装置の説明図である。

Claims (8)

1. トレッド部、このトレッド部に連なる一対のサイドウォール部および、各サイドウォール部の内周側に連続するビード部を具えるとともに、ビード部に配設したそれぞれのビードコア間に延在して上記各部を補強する、一枚以上のカーカスプライからなるラジアルカーカスと、このラジアルカーカスのクラウン部の外周側でトレッド部を補強する、層間でコードが相互に交差する二層以上のベルト層よりなるベルトと、サイドウォール部のほぼ全域で、ラジアルカーカスの内面に沿わせて配設した、横断面形状がほぼ三日月状をなすゴム補強層を具える空気入りタイヤにおいて、
   トレッド接地面を形成するトレッドゴムを、体積弾性率が４ＧＰａ以下のゴムとするとともに、前記ベルトの外周側に、タイヤ赤道面に対するコード交角を、いずれのベルト層のコードのそれよりも大きくしたコードよりなるベルト付加層を配設し、このベルト付加層の、トレッド幅方向の圧縮剛性を、ベルト層のそれの２倍以上としてなる空気入りタイヤ。
2. ベルト付加層をスチールコードにより形成してなる請求の範囲第１項に記載の空気入りタイヤ。
3. ベルト付加層を、ベルトに隣接させて配置してなる請求の範囲第１項もしくは２項に記載の空気入りタイヤ。
4. ベルト付加層のコードを、タイヤ赤道面に対し、最外層のベルト層のコードと同方向へ延在させてなる請求の範囲第１〜３項のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
5. ベルト付加層のコードを、タイヤ赤道面に対し、最外層のベルト層のコードとは逆方向に延在させてなる請求の範囲第１〜３項のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
6. ベルト付加層のコードの、タイヤ赤道面に対する交角を４０〜９０°の範囲としてなる請求の範囲第１〜５項のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
7. ベルト付加層の幅をベルト幅の３０〜１２０％の範囲としてなる請求の範囲第１〜６項のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
8. カーカスプライを有機繊維コードにより形成してなる請求の範囲第１〜７項のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

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