JP2005126061A - 騒音を改善するオーバーレイを備えたタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】空気タイヤの発生騒音を低減させる。
【解決手段】タイヤのベルト構造は、円周方向を向いて互いに平行に延びる複数のコードによって補強され、かつ横方向の両端部間の幅Ｗを持つオーバーレイプライ１８を有している。オーバーレイプライ１８は、個々のセグメントの中に切断部２２のパターンを持っている。各セグメントは、６列に配置された切断部の繰返しパターンを有している。各切断部２２は隣接する列の切断部から少なくとも１００ｍｍ離れており、少なくとも３ｍｍ、隣接する切断部から横方向にずらされている。この距離は切断部の幅より小さい。各列のオーバーレイコードの長さＬは、２００〜５００ｍｍであり、各列の切断部のピッチの、タイヤの円周に対する割合は、８〜３０％であり、２つの隣接したセグメント間の円周方向のずれ量の、タイヤの円周に対する割合は、０．５〜２％である。
【選択図】 図２

Description

本発明はラジアルタイヤに関し、特に、高速使用の用途のためのオーバーレイを備えたタイヤに関する。

頂部補強材を有するタイヤは、高回転速度を受けるときに、特に耐久性を有することが分かっている。オーバーレイプライは、例えば、半径方向最外周のベルトプライとトレッドとの間に挿入され、最大幅のベルトプライとほぼ等しい幅を持つ単一のプライから構成されることができる。

オーバーレイプライは、また、半径方向最外周のベルトプライの両端を覆うようにベルトの半径方向外側に設けられ、あるいは、ベルトプライの間にそれらの端の間を延びるように挿入された、軸方向に互いに離れた２枚の分離したプライ部分から構成されてもよい。

以下の記述において、オーバーレイプライは、ベルトとトレッドとの間に設けられた単一のプライの意味で記述されるが、従来技術において単一オーバーレイプライに生じる問題および本発明が示す解決策は、上述のような２以上の部分から構成されるオーバーレイプライにも等しくあてはまることは、当業者にとって明らかとなろう。

オーバーレイプライは、通常、グリーンタイヤの上に、重ね継ぎ部を形成するようにプライの２つの終端部分を僅かに重ね合わせて、単一の環状層として、ベルトの回りに取り付けられる。しかし、加硫モールド内でのタイヤの膨張や、織物繊維の熱収縮の結果、プライコードのひずみがタイヤの円周に沿って不均一に分布し、オーバーレイプライの重なり合った領域で、その終端部同士がずれやすくなる。オーバーレイプライが重なり合った領域でずれると、一般に下層のベルトに望ましくない変形が生じる。これはまた一方で、タイヤに不均衡な部分を生じさせ、タイヤの均一性の減少を招く可能性がある。

従来技術において、オーバーレイの重ね継ぎ部によって生じた非均一性をタイヤの円周方向により広く分散させるため、オーバーレイプライの重なり合った領域をタイヤの円周方向に対して例えば３０°から４５°、または、さらに大きな角度で配置することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このような構成とすることで、ベルトの変形は実質的に低減されるが、完全になくなるわけではない。

さらに、重なり合った領域のずれによって生じるベルトへの悪影響を、オーバーレイプライの幅を横切って延びる、概ねジグザグまたは波型形状の重なり合った領域を用いて低減させることが提案されている（特許文献２参照。）。しかしながら、オーバーレイコードのひずみ分布の非均一性は、タイヤの円周方向の相対的に小さな領域に依然として局部的に残り、ベルトの変形は、その領域では完全には避けられない。

従来技術においては、また、円周方向に互いに離れた数個の重なり合い部を有するオーバーレイプライを用いて、タイヤの円周方向に互いに離れて設けられた重なり合い部によって、コードのひずみを取り除けるようにすることが提案されている(例えば、特許文献３、４参照)。しかし、この解決法は、１巻きのオーバーレイを数個の小さな部分であらかじめ組み上げる必要があり、製造面からは高価となる。

従来技術においては、また、オーバーレイプライに対して１本のつむぎ糸の補強コードを用い、この層をタイヤの外周に数回巻きつけて、最終タイヤのオーバーレイプライのずれの可能性を事実上除去することが提案されている（例えば特許文献５参照。）。プライ自身はずれによってベルトの膨張を吸収することはできないため、ベルトの膨張は、単一層のオーバーレイプライに使用されるコードと比べて、この目的のために相対的に小さな伸長率を持つ補強つむぎ糸によって、全て吸収される。

従来技術タイヤの一つは、オーバーレイプライの織物補強要素が、連続して一列に並べられ、各々がタイヤの対応する円周方向展開長の１/４〜１/８の長さを持ち、かつ互いに平行に配置された複数のコードセクションから構成されており、各列の各コードセクションは、実質的に等しい長さをもち、円周方向に延びるコードの１列当たりの各中断部の長さの合計がタイヤの対応する円周方向展開長の４％未満となるような中断部によって分離されていることを特徴としている（特許文献６参照。）。

本明細書においては、タイヤの対応する円周方向展開長は、タイヤが対応するリムに取り付けられ、設計圧力まで膨らませられ、かつ荷重を受けないときの中央円周面におけるオーバーレイプライの円周を意味している。

特許文献７が、円周に沿って規則的な間隔で配置された中断部または切断部を持つラジアルタイヤのオーバーレイプライについて述べていることが注目される。しかしながら、コードセクションのとぎれた部分は、タイヤの対応する円周方向展開長の１/１０以下、好ましくは１/１００〜４/１００となるよう構成されることが好ましいとしている。

さらに、特許文献８が、タイヤの全周において少なくも一つの中断部を持つ複数の環状補強要素より構成されるリング状の層について述べていることも注目される。この特許に述べられている層は、タイヤの冠状領域の裏面補強のためのベルト層であって、本発明のオーバーレイプライによって果たされる機能とは全く異なる、ベルトの機能を果たすベルト層である。
ルクセンブルグ特許出願公開第８５９６４号明細書 米国特許第４，３２５，４２３号明細書 独国特許出願公開第２８２４３５７号明細書 独国特許出願公開第２８２１０９３号明細書 米国特許第４，２８４，１１７号明細書 米国特許第４，７９１，９７３号明細書 米国特許第３，９９０，４９３号明細書 米国特許第２，９４５，５２５号明細書

本発明の目的は、高速耐久性があり、同時に、高度の均一性と優れた乗り心地を持ち、特に発生騒音を低減させることのできる空気タイヤを提供することである。

本発明のもう一つの目的は、コスト的に有効な方法で製造でき、相対的に大きな伸長率をもつ補強コードからなるオーバーレイプライを用いたタイヤを提供することである。

本発明のタイヤは、外側のトレッドと、内側ケーシングと、ベルト構造とを有し、ベルト構造は、円周方向を向いて互いに平行に延びる複数のコードによって補強され、かつ横方向の両端部間の幅Ｗを持つオーバーレイを有し、オーバーレイは、個々のセグメントの中に切断部のパターンを持っている。各セグメントは、６列に配置された切断部の繰返しパターンを有している。各切断部は隣接する列の切断部から少なくとも１００ｍｍ離れており、少なくとも３ｍｍの距離ＤＣだけ、隣接する切断部から横方向にずらされている。各オーバーレイコードが確実に切断されるように、切断部の幅Ｃは距離ＤＣより大きい。各列のオーバーレイコードの長さＬは、２００ｍｍから５００ｍｍの範囲である。各列の切断部のピッチの、タイヤの円周に対する割合Ｐは、８％から３０％の範囲である。２つの隣接したセグメント間の円周方向のずれ量の、タイヤの円周に対する割合Ｏは、０．５％から２％の範囲である。

本発明の好ましい実施態様における切断部のパターンは、コードの切断部が、切断部のピッチＰのそれぞれ０％，５３％，２１％，８９％、および３４％だけ列Ｒ１に対して位置をずらされて６列で配置され、各列において、切断部の長さＬで繰り返されており、切断部のピッチの割合Ｐは２０．９％である。

オーバーレイコードの長さＬは、Ｌ＝Ｐ×Ｍで定義される。ここで、Ｍはタイヤの中心線においてｍｍで計られたタイヤの周長である。

図１を参照すると、ラジアルカーカス空気タイヤ１０が示されている。タイヤ１０は、一対の環状ビード１１，１３を有し、ラジアルカーカスプライ１２が環状ビード１１から他方の環状ビード１３に延びている。カーカスプライのコードは、実質的に互いに平行で、ビードからビードへ、中央円周面Ｍ−Ｍに対して８０°〜９０°の角度をなすように延びている。「中央円周面」はタイヤの回転軸に垂直な平面を意味し、ビード１１，１３の中間に位置している。カーカスプライ１２のコードは、例えば、レーヨン、鋼、ポリエステル、ポリアミド、または芳香族ポリアミド等の任意の適切な材料から作ることができる。

タイヤのトレッド頂部領域１４は、カーカスプライ１２の半径方向外側に位置するベルトアセンブリ１５によって補強され、タイヤの周りを円周方向に延びている。ベルトアセンブリ１５は２つの同心のブレーカベルト１６，１７を有し、各々は、鋼コードまたは、例えばガラス繊維または芳香族ポリアミドといった他の公知の適切な材料によって補強されたエラストマープライからなっている。各ベルト内では、コードは実質的に互いに平行で、中央円周面Ｍ−Ｍに対して１５°〜３０°の角度をなしている。

第１のべルト１６のコードは、第２のべルト１７のコードに対して対角状に反対の方向に延びている。

ベルトアセンブリ１５の半径方向外側には、織物コードで補強されたオーバーレイプライ１８が設けられている。オーバーレイプライ１８の両側の横方向端部２０間の幅Ｗは、オーバーレイプライ１８がベルトアセンブリ１５を完全に覆うように、少なくともベルトアセンブリ１５の幅に等しい。オーバーレイプライ１８は、タイヤの周りを実質的に円周方向に延びる、すなわち、中央円周面Ｍ−Ｍに対して０°〜５°の角度をなすコードを含むエラストマープライである。

図２には、本発明のオーバーレイプライ１８の部分平面図を示す。同図は、オーバーレイプライが、適切なゴム混合物のシートに埋め込まれた断続するコードよりなるセクション２１を有することをより明白に示している。オーバーレイプライ中のコードセクション２１は、間隔をおいた互いに平行な複数の列をなして、端から端まで一列に並べられている。１つの列のコードの任意の２つのセクションの、隣接しあう端部間の中断部２２は、すぐ隣りの列のコードセクション間の中断部に対して、縦方向にずらされている。言い換えると、所定の列の中断部は、隣の列の中断部に対して千鳥に配置されている。本明細書では、「中断部」という用語は、「切断部」という用語を指し、互いに入れ替えて用いられる。

中断部をこのように互いに離すことは、タイヤの高速性能や磨耗性能や騒音性能のために必要となる、補強コード部のタイヤの円周に沿った最適分布を実現するために必要である。

隣接する列の個々のコードの中断部の配列は、例えば、中断部同士の間隔が円周方向に一定であるような、何らかの規則的なパターンに従わないことが望ましい。隣接する列の中断部同士の間隔が、予め設定された不均一な並び方で分布しているときに、特に有利な構造が得られると考えられる。この目的で、中断部の円周方向における位置を計算するために、コンピュータ技術で知られているカットパターンジェネレータを、中断部の並び方を求めるために用いてもよい。

コードセクションは、円周方向制限プライとしてのオーバーレイプライ１８の機能を、各々が実質的に等しい強度で補助することが望ましい。したがって、図２では要求されていないが、各列において、実質的に等しい長さのコードセクションをもつプライを用いることが望ましい。実質的に等しい長さとは、各列における各コードセクションの長さが、平均セクション長さの約５％を超えて変動しないことを意味する。

繰返される切断部は、個々のセグメント１９の中に作られることが重要であると考えられる。個々のセグメント１９はタイヤ１０の円周に沿って巻かれ、両側の横方向端面間の幅はｗであり、オーバーレイを形成するように、隣接するセグメントと横方向端面同士で結合されている。各セグメント１９は、切断幅Ｃでかつ６列をなす切断部が繰返されるパターンを持っている。各切断部は隣接する列の切断部から少なくとも１００ｍｍ離れている。各切断部は、隣接する切断部から横方向に、少なくとも３ｍｍ、距離ＤＣだけずらされており、切断幅Ｃは距離ＤＣより大きい。各列の対応するオーバーレイコードの長さＬは、２００〜５００ｍｍである。各列の対応する切断部のピッチの、タイヤの円周に対する割合Ｐは１８〜３０％である。２つの隣接するセグメント間の円周方向のずれ量の、タイヤの円周に対する割合Ｏは０．５〜２％である。

オーバーレイプライ１８の拘束効果を、例えばタイヤのショルダー部をタイヤの中心部分より硬くするように、タイヤ１０の幅方向に変動させることが有利な場合があろう。これは、タイヤ１０のショルダー部のコードセクション２１を、タイヤ１０の中心部分のコードセクション２１よりも長くすることによって実現される。したがって、円周方向の各列の長さを実質的に等しくしておき、各列のコードセクション２１の長さをタイヤのショルダー部からタイヤの中心部分に向かって短くするようにしてもよい。

織物補強要素の材料は、ナイロン、レーヨン、アラミド、ポリエステル等の、タイヤに使用される１つまたは２以上の従来の材料から選ぶことができる。しかし、補強要素は、相対的に高い伸長率、すなわち、４％伸長時に２０ニュートンを上回る荷重容量を持つことが望ましい。本発明では、加硫過程中のオーバーレイプライの延びは、コードセクション間のギャップによって全て吸収することができるので、高い伸長率を有するコードの使用が可能となる。中断部すなわちギャップは、膨張力の作用の下で僅かに開いて、オーバーレイプライの円周方向長さの変化を吸収する。

オーバーレイプライ１８は、通常の方法でカレンダー掛けされることのできる、未切断のコードを含む、従来プライの在庫品から作ることができる。コードは、規則正しい間隔で、順次セクションに切断される。補強コードをこのようにセクション２１に分離する工程は、切断、穴あけ、研削、磨滅、または類似のプロセスによって可能である。切断操作は、プライ材料を巻上げる前か、オーバーレイプライ１８をタイヤ製造機においてタイヤに取り付ける直前に、カレンダ掛け機自体でおこなうことができる。

以上の記述から、本発明のタイヤ１０は、コスト的に非常に有効な方法で製造できることが明らかである。従来技術の製造方法では、プライコードの応力を効果的に吸収するために、タイヤサイズ毎に異なるオーバーレイプライを使わなければならなかったが、本発明では，種々のタイヤサイズに対して、一つの標準的なオーバーレイプライを使うことができる。本発明のオーバーレイプライ１８のコードに設けられた中断部２２は、オーバーレイプライ１８の応力を効果的に制御することに対し貢献している。

従来の製造過程では、複数の連続する補強コードを分割するために１つの切断部を使うほうが有利かもしれない。したがって、切断装置は大幅に単純化され、プライ上に作られる切断部の総数は相当に減少する。

図３には、３つの互いに隣接するコードセクションからなる一群のコードセクションの中断部３２が同一の半径方向平面に置かれたオーバーレイプライ３０を示す。切断部の幅、言い換えると、同一の半径方向平面に置かれた互いに隣接するコードの中断部によって占められる幅は、同図において距離Ｃで表示されている。図３の実施形態は同一の半径方向平面に置かれた複数の中断部３２を図示しているが、それらは、半径方向に角度が変わる平面に同様に配列されていてもよい。

図２の実施形態に関連して上述したように、中断部は、円周方向に千鳥配置され、タイヤの円周に沿って不規則に分布しているのが好ましい。

出願人は、この発明の有益な効果は、同一半径方向平面の切断部の幅Ｃがオーバーレイプライの幅の約１０％に相当するときでも依然として得られることを見出した。この幅は、大型の乗用車用タイヤのオーバーレイプライ１８、３０、６０で２０本の補強コードが占める幅に、ほぼ相当する。

連続して一列に並べられたコードセクション間の中断部の長さは無視してよい値である。すなわち、円周方向に延びるコードの１列当たりの中断部の長さの合計は、タイヤの円周方向展開長の約４％以下である。

ここで、本発明を一例で図示する。図４には、１８５／６５Ｒ１４サイズのタイヤのオーバーレイプライ６０の部分平面図を示す。

プライ６０の幅Ｗは約１４０ｍｍで、約２５ｍｍ(１インチ)の幅あたり、２５列程度の補強用のコードセクション６１を含んでいる。すなわち、オーバーレイプライ６０は、全体で１３８列程度の、一直線に並んだ補強用コードセクション６１から構成されている。コードセクション間の中断部６２は、互いに隣接する６列程度の中断部が同一半径方向平面に設けられるように、グループで配列されている。図示されているオーバーレイプライの部分は、プライ全体の約半分である。図示されている部分で、各列は２つ半程度のコードセクション６１を有している。各コードセクションの長さは、タイヤの円周の約１/５である約２００ｍｍから５００ｍｍである。より分かりやすく示すために、図４では、個々のコードセクションは示されず、隣接するコードセクションのグループとして描かれている。

図５には、図４のプライの円で囲まれた部分の部分拡大図を示す。個々のコードセクション６１とコードセクション６１間の中断部６２が明確に示されている。単純化して図示するために、コードセクションは線で示されている。

１８５/６５Ｒ１４サイズのタイヤに対しておこなわれた室内騒音測定では、速度平均の次数スペクトラムにおいて最も大きな成分を有し、タイヤオーバーレイによって誘起される次数である第２６次の室内騒音が、時速８０〜２０キロメートルの範囲に渡って、平均３デシベル（Ａ）減少した。同一のタイヤ構造に対しておこなわれた主観的騒音試験結果によれば、新しいピッチのオーバーレイタイヤ構造は、時速８０〜２０キロメートルの範囲における主観的なかん高いパターン(pattern whine)の騒音性能は、当分野で知られている従来のオーバーレイ構造に対して、主観値で平均０．７５改善された。

図７には、隣接するセグメント１９が、円周方向に、タイヤの円周に対する割合で１.１６％ずらされたときの予想騒音効果を示す。各セグメント１９に６列が配置された提案された構成は、図８のグラフに示される騒音特性を有すると予想されている。

本発明を、織物補強コードの単一層を有するオーバーレイプライの観点から説明したが、本発明は、軸方向に互いに離された２つの独立したプライ部分を有するオーバーレイプライのような、織物補強コードの２以上の層を有するオーバーレイプライを有するタイヤにも、同様に適用される。このようなプライ部分は、半径方向最外周のベルトプライの両端部の半径方向外側に配置されてもよいし、ベルトプライの各端部で、ベルトプライ同士の間に半径方向に挿入されてもよい。

最後に、本発明はまた、織物補強コードが多層に重ね合わされたタイヤにも適用される。実際、タイヤの頂部領域に２以上の補強層を重ね合わすことによってタイヤの高速耐久性がさらに強化され得ることは、タイヤ技術においてよく知られていることである。

本発明のタイヤの頂部補強を示すタイヤの半径方向断面の概略図である。 本発明のオーバーレイプライの部分平面図である。 本発明の好ましい実施形態のオーバーレイプライの部分平面図である。 本発明の好ましい実施形態のオーバーレイプライの部分平面図である。 図４のプライの部分拡大図である。 オーバーレイ材料の処理中の長さＰに対する切断部の分布を示す。 本発明のオーバーレイを含むオーバーレイを用いたタイヤの、騒音の次数スペクトラムの予測グラフである。 本発明のオーバーレイを含むオーバーレイを用いたタイヤの、騒音の次数スペクトラムの予測グラフである。

符号の説明

１０ タイヤ
１１ 環状ビード
１２ カーカスプライ
１３ ビード
１４ トレッド頂部領域
１５ ベルトアセンブリ
１６ トレッド補強ベルト
１７ トレッド補強ベルト
１８、３０，６０ オーバーレイプライ
１９ セグメント
２０ 横方向端部
２１、６１ コードセクション
２２、３２、６２ 中断部

Claims (3)

1. 外側のトレッドと、内側ケーシングと、ベルト構造とを有し、該ベルト構造は、円周方向を向いて互いに平行に延びる複数のコードによって補強され、かつ横方向の両端部間の幅Ｗを持つオーバーレイを有し、該オーバーレイは、個々のセグメントの中に切断部のパターンを持ち、該各セグメントは、前記タイヤの円周に沿って横方向端面間の幅ｗで巻かれ、両側の該横方向端面において隣接する前記セグメントと結合されているタイヤにおいて、
   前記各セグメントは、
   ６列に配置された切断部であって、該切断部は隣接する列の該切断部から少なくとも１００ｍｍ離れており、各オーバーレイコードが確実に切断されるように該切断部の幅より小さく、かつ少なくとも３ｍｍの距離だけ、隣接する該切断部から横方向にずらされている、切断部の繰返しパターンを有し、
   前記各列の前記オーバーレイコードの長さＬは、２００ｍｍから５００ｍｍの範囲であり、
   前記各列の前記切断部のピッチの、前記タイヤの円周に対する割合Ｐは、８％から３０％の範囲であり、
   ２つの隣接した前記セグメント間の円周方向のずれ量の、前記タイヤの円周に対する割合Ｏは、０．５％から２％の範囲であることを特徴とするタイヤ。
2. 前記切断部のパターンは、前記コードの該切断部が、該切断部のピッチのそれぞれ０％，５３％，２１％，８９％、および３４％だけ列Ｒ１に対して位置をずらされて６列で配置され、該各列において、前記切断部の長さＬで繰り返されている、請求項１に記載のタイヤ。
3. 前記切断部のピッチの割合Ｐは２０．９％である、請求項１に記載のタイヤ。

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