WO2003024727A1 - Pneu - Google Patents

Description

明 細 書 空気入りタイヤ

〔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 レーションゃ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 ャ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ツドゴ 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、 古いァスフアル 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 1 a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、 トレツ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ヨン、 破断等がとくに発生 し易くなる。

また同様のことは、 図 1 b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ツドゴムが、 トレツ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 1 a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 レーシヨン、 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 5 G P aを越えるゴムにて形成した場合には、 タイヤ内圧が 1 0 k P aまで低下しても 2 0 0 k m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 4 G P a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、 1 0 k P aまでのタイヤ内圧の低下によ つては、 2 0 0 k m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— 1 9 1 2 4 3号公報および、 国際公開第 WO 9 7 / 0 1 4 5 2号パンフレツトに 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、 その外周に沿って卷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、 力一力 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 W〇 9 7 / 0 1 4 5 2号パンフレツトに開示された後者の夕 ィャは、 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、卜レツ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、 力 —カスとベルト層との間に有機繊維コードを配設し、 有機繊維コードが力一カス 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ツ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、 しかも路面ダリップカ等の確保のために体積弾性率の比較的小さい ゴムをトレツドゴムとすることが一般的なス夕ッドレスタイヤにおいて、 トレツ ド部のへ字状の折れ曲がりに対し、 トレツドゴムとは別異の手段をもって高い抵 抗カ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 パレ一シヨン、 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 のサイドウオール部および、各サイドウオ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力一カスと、 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、眉間でコードが 相互に交差する二層以上のベルト層よりなるベルトと、サイドウオール部のほぼ 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、 トレツド接地面を形成するトレツド ゴムを、スタツドレスタイヤに一般的な 4 G P a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一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、 スタツドレスタイヤで 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ヨン、 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 ^^ゃ1 + N燃りのような単撚り構造が好ましく、圧縮弾性率は 1 0 G P a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ヤップを配設す 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、 ベルト付加層をキヤ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夕 ィャ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 —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 4 0〜9 0 ° 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 4 0 ° 未満では、 ベルト層コードの一般的な延在角度である 2 0〜3 0 ° 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 9 0 ° 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 3 0〜1 2 0 %の範囲とすることが、 好ましい。

その幅が 3 0 %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、 1 2 0 %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。

〔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。

〔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オール部を、 そし て 3は、 サイドウオール部 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間にわたつてトロイ ダルに延びて上記各部 1 , 2 , 3を補強するラジアル力一カス 5を一枚以上の力 一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力一 カス 5のクラウン部の外周側に、 スチールコード、 ァ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ヤップ 9 , 1 0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 1 1を、 サイドウオール部 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、 トレツド接地面を形成するトレツドゴム 1 2の体積弾性率を 4 G P a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， 1 0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 3 0〜1 2 0 %の範囲にわたってベルト付加層 1 3を配設 し、 このベルト付加層 1 3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 1 3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、 ァ 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 2 0 〜3 0 ° 程度の角度で延在することから、 ベルト付加層 1 3のコードの同様の角 度は 4 0〜9 0 ° 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 1 3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のセパレ一ショ 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 2 4 5 4 0 R 1 8で、 図 2に示す構造を有するタイヤであって、 最大厚さが 8 mm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 2 0 O mm, 外層側ベルト層の幅を 1 9 0 mm、 そしてベルト付加層の幅を 1 8 0 mm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、 1 8 X 8 J Jのリムに組付けるとともに、 そこへの充填空気圧を 2 3 0 k P aおよび 0 k P a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 0 k P aとし、 4. 8 1 k Nの荷重の作用下で、 8 9 kmZhの速度で転動させたときに、 故障の発 生なしに' 2 0 0 k m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 4 aに示すような、 内径 d が 1 4 mm、 高さ hが 2 8 mmの金属スリーブ 2 1内にトレッドゴム試験片 2 2 を隙間なくセットするとともに、 その金属スリーブ 2 1を、 図 4 bに示すように 圧縮試験機 2 3に取付けて、 試験片 2 2の上下面に、 0 . 6 mm,分の速度で荷 重 Wを負荷したときのその試験片 2 2の変形量をレーザ変位計 2 4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。

従来例 比較例 比較例 タイヤ タイヤ 1 タイヤ 2 ベルト付加層 ベリレト〜 ベリレト〜 なし

配置場所 カーカス間 ベルト補助層 材質 ァラミド ァラミド 幅方向圧縮剛性比 ほぼ零 ほぼ零

(付加層 Zベルト層）

トレッド体積弾性率 （GPa) 0. 5 0. 5 0. 5 氷上操安 （230 kP a) 6 5. 5 5. 5 氷上操安 （OkPa) 走行不可 走行不可 走行不可 氷上浮き上がり 5 Omm 35 mm 4 Omm

RF耐久性 （0 kP a) 30 km 180 km 100 km 比較例 比較例 実施例 タイヤ 3 タイヤ 4 タイヤ 1 ベルト付加層 ベルト〜 ベルト〜 ベル卜〜 配置場所 ベルト補助層 ベルト補助層 ベル卜補助層 材質 スチール スチール スチール 幅方向圧縮剛性比 1. 5 2 2

(付加層 Zベルト層）

トレツド体積弹性率 （GPa) 0. 5 4. 5 4 氷上操安 （230 kP a) 5 1 4 氷上操安 （0 kP a) 走行不可 1 3 氷上浮き上がり 25 mm 8 mm 8 mm

RF耐久性 （0 kP a) 180 km 200 km 200 km 元走 兀走 実施例 実施例 実施例

タイヤ 2 タイヤ 3 タイヤ 4 ベルト付加層 ベル 1 ^〜 ベルト〜 ベル] ^〜 配置場所 ベルト補助層 ベルト補助層 ベル卜補助層 材質 スチール スチール スチール 幅方向圧縮剛性比 2 10 15

(付加層/ベルト層）

トレッド体積弾性率 （GPa) 0. 5 0. 5 0. 5 氷上操安 （230 k P a) 5 5 5

氷上操安 （0 kP a) 4 4 4

氷上浮き上がり 8 mm 5. 5 mm 5 mm

RF耐久性 （Ok Pa) 200 km 200 km 200 km 兀走 C¾ 兀走 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 4 G P a以下とした実施例タイャ 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 0 Pa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、 ス夕ッドレス夕 ィャの如くに、 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。

Claims

請 求 の 範 囲

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 サイドウオ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力一カスと、 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、 層間でコ一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、 ラジアル力一カスの内 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 4 G P a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、 ベル卜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 4 0〜9 0 ° 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 3 0〜1 2 0 %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。