JP4467419B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

この発明は、ベルト層とカーカス層との間にベルト補強層を配置した空気入りタイヤに関する。

従来の空気入りタイヤとしては、例えば以下の特許文献１に記載されているようなものが知られている。
特開２００２−４６４１５号公報

このものは、幅方向両端部がビードコアの回りに折り返されトロイダル状に延びるカーカス層と、カーカス層の半径方向外側に配置され、タイヤ赤道に対して15度〜35度の角度で逆方向に傾斜している金属線コードが内部に埋設された２枚のベルトプライからなるベルト層と、該ベルト層の半径方向外側に配置されたトレッドと、前記ベルト層とトレッドとの間に配置され、内部にタイヤ赤道に実質上平行に延びた有機繊維からなる補強コードが埋設されたベルト補強層とを備えたものである。

そして、このものは、前記ベルト補強層内のタイヤ赤道と実質上平行に延びる補強コードにより、高速走行時における遠心力によって高性能乗用車用あるいはトラック・バス用等の空気入りタイヤのトレッド部が半径方向外側に大きく径成長するのを抑制し、これにより、発熱およびベルト端での歪みを低減させて高速耐久性を向上させるとともに、操縦安定性を向上させるようにしている。

しかしながら、このような従来の空気入りタイヤにあっては、前述のようにベルトプライ内に埋設されている金属線コードがタイヤ赤道に対し15度〜35度の小さな角度で傾斜し、しかも、ベルト補強層内の補強コードはタイヤ赤道と実質上平行に延びているため、これらが重なり合っている部位では周方向の面外曲げ剛性（タイヤ幅方向を折り目とする曲げに対する剛性）が高くなり、これにより、空気入りタイヤの縦バネ定数が大きな値となって乗り心地性能が低下するとともに、接地長が短くなって充分な駆動力を確保することができなくなるという課題があった。

この発明は、高速耐久性、操縦安定性を維持しながら、乗り心地性、駆動性能を向上させることができる空気入りタイヤを提供することを目的とする。

このような目的は、幅方向両端部がビードコアの回りに折り返されトロイダル状に延びるカーカス層と、カーカス層の半径方向外側に配置され、タイヤ赤道Ｓに対して逆方向に傾斜しているスチールコードが内部に埋設された少なくとも２枚のベルトプライからなるベルト層と、該ベルト層の半径方向外側に配置されたトレッドと、前記ベルト層に重なり合うよう配置され、内部にタイヤ赤道Ｓに実質上平行に延びた有機繊維からなる補強コードが埋設されたベルト補強層とを備えた空気入りタイヤにおいて、全ベルトプライ内のスチールコードのタイヤ赤道Ｓに対する傾斜角Ａを45度以上とするとともに、ベルト補強層をベルト層とカーカス層との間に配置し、かつ、少なくともトレッド中央部におけるトレッド外輪郭の曲率半径Ｒを3000mm以上とすることにより、達成することができる。

この発明においては、ベルトプライ内のスチールコードのタイヤ赤道Ｓに対する傾斜角Ａを45度以上とし、スチールコードをどちらかと言えば周方向ではなく幅方向に沿って延在させるようにしたので、ベルト層における周方向の面外曲げ剛性が低下し、これにより、空気入りタイヤの縦バネ定数が小さくなって乗り心地性能が向上する。

しかも、傾斜角Ａが45度以上であると、接地変形時の周方向伸びはスチールコード間のコーティングゴムが伸びることで吸収するため、非伸張性のスチールコードはタイヤ変形をあまり阻害しなくなり、この結果、接地長が長くなって充分な駆動力を確保することができる。さらに、傾斜角Ａが45度以上であると、幅方向の圧縮力に対する剛性が高くなるため、幅方向のバックリング変形を抑制することができ、接地形状をほぼ一定形状に維持することができる。

しかも、この発明では、内部にタイヤ赤道Ｓと実質上平行に延び有機繊維からなる補強コードが埋設されたベルト補強層を設けているので、高速走行時における遠心力によってトレッド部が半径方向外側に大きく径成長するのが抑制され、これにより、タイヤの操縦安定性、高速耐久性をそのまま維持することができる。

ここで、ベルト補強層を従来のようにベルト層とトレッドとの間に配置した場合には、ベルト端において段差が存在するため、該部位でベルト補強層の径が変化するが、この発明のようにベルト補強層をベルト層とカーカス層との間に配置すれば、カーカス層が幅方向位置に拘わらずほぼ一定の外径を有しているため、該ベルト補強層の径が均一化し、これにより、剛性が均一化して操縦安定性が向上する。

さらに、この発明では傾斜角Ａを前述のような角度としたので、トレッド部（ベルト層）における幅方向の面外曲げ剛性（タイヤ周方向を折り目とする曲げに対する剛性）が高くなるが、このとき、トレッド外輪郭の曲率半径Ｒを比較的小さな値とすると、トレッド部も接地時に大きく変形するようになるため、タイヤ荷重を幅方向面外曲げ剛性の高いトレッド部がかなり負担するようになり、この結果、空気入りタイヤの縦バネ定数が大きな値となって乗り心地性能が低下してしまう。

しかしながら、前述のように少なくともトレッド中央部におけるトレッド外輪郭の曲率半径Ｒを3000mm以上とすれば、トレッド外輪郭の広い範囲が路面にほぼ平行となって接地時におけるトレッド部の変形量が小さくなり、この結果、タイヤ荷重を幅方向面外曲げ剛性の高いトレッド部が殆ど負担せず、曲げ剛性の低いサイドウォール部が大部分を負担するようになり、乗り心地性能の低下を抑制することができる。

また、空気入りタイヤのトレッド部は接地の踏み込み時と蹴り出し時に変形してベルト端に歪みが発生するが、このとき、トレッド外輪郭の曲率半径Ｒが比較的小さな値であると、前記踏み込み、蹴り出し時におけるベルト端の歪みが大きな値となって亀裂が発生しやすくなり、耐久性が低下してしまう。しかしながら、前述のように少なくともトレッド中央部におけるトレッド外輪郭の曲率半径Ｒを3000mm以上とすれば、トレッド外輪郭の広い範囲が路面にほぼ平行となって踏み込み、蹴り出し時におけるトレッド部の変形量が小さくなり、これにより、ベルト端の発生する歪みが小さくなって亀裂発生による耐久性の低下を抑制することができる。

また、請求項２に記載のように構成すれば、乗り心地性能の向上、駆動力の確保、バックリング変形の抑制を充分としながら、面内剪断剛性を確保してコーナリング時に発生する横力を充分な値に維持することができる。
さらに、請求項３に記載のように構成すれば、ベルト端での歪み、亀裂を強力に抑制することができるとともに、トレッド部の大部分または全域の内圧充填、高速走行に基づく径成長を強力に抑制することができ、これにより、タイヤの耐久性を効果的に向上させることができる。

また、トレッドの外表面に複数本の主溝が形成されていると、空気入りタイヤに大きな横力が作用したとき、曲げ剛性の低い主溝においてバックリング変形するおそれがあるが、請求項４に記載のように構成すれば、幅方向に延びる非伸張性のスチールコードが抵抗となって前述のようなバックリング変形を効果的に抑制することができる。

さらに、請求項５に記載のように構成すれば、ベルト補強層を高能率かつ高精度で成形することができる。
また、請求項６に記載のように構成すれば、軽量化を図りながら、高速走行によりトレッド部が高温となっても、該トレッド部の径成長を強力に抑制することができる。

以下、この発明の実施形態１を図面に基づいて説明する。
図１、２において、11は高速走行が可能な乗用車用空気入りラジアルタイヤであり、この空気入りタイヤ11はビードコア12がそれぞれ埋設された一対のビード部13と、これらビード部13から略半径方向外側に向かってそれぞれ延びるサイドウォール部14と、これらサイドウォール部14の半径方向外端同士を連結する略円筒状のトレッド部15とを備えている。なお、この発明は航空機用あるいはトラック・バス用の空気入りタイヤに適用してもよい。

そして、この空気入りタイヤ11は前記ビードコア12間をトロイダル状に延びてサイドウォール部14、トレッド部15を補強するカーカス層18を有し、このカーカス層18の幅方向両端部は前記ビードコア12の回りを軸方向内側から軸方向外側に向かって折り返されている。前記カーカス層18は少なくとも１枚、ここでは２枚のカーカスプライ19から構成され、これらのカーカスプライ19内にはタイヤ赤道Ｓに対して70〜90度のコード角で交差する、即ちラジアル方向（子午線方向）に延びるナイロン、芳香族ポリアミド、スチール等（ここでは、ナイロン）から構成された多数本の互いに平行なカーカスコード20がそれぞれ埋設されている。

23はカーカス層18の半径方向外側に配置されたベルト層であり、このベルト層23は少なくとも２枚のベルトプライ、ここでは２枚の内側ベルトプライ24および外側ベルトプライ25を積層することで構成している。ここで、各ベルトプライ24、25の内部には多数本の互いに平行なスチールコード26、27がそれぞれ埋設され、これらのスチールコード26、27は、撚り線あるいはモノフィラメントから構成されている。そして、前記２枚のベルトプライ24、25内のスチールコード26、27はタイヤ赤道Ｓに対して逆方向に傾斜し互いに交差している。

ここで、全てのベルトプライ24、25内のスチールコード26、27はタイヤ赤道Ｓに対して45度以上の傾斜角Ａで傾斜し、どちらかと言えば周方向ではなく幅方向に沿って延在している。この結果、ベルト層23における周方向の面外曲げ剛性（タイヤ幅方向を折り目とする曲げに対する剛性）が低下し、これにより、空気入りタイヤ11の縦バネ定数が小さくなる。この結果、突起乗り越し時の突き上げ感や、粗い路面でのごつごつ感等が低減され、乗り心地性能が向上する。

しかも、前記傾斜角Ａが45度以上であると、接地変形時の周方向伸びはスチールコード26、27間のコーティングゴムが伸びることで吸収されるため、ベルトプライ24、25内に埋設されているコードが非伸張性のスチールコード26、27であっても、これらスチールコード26、27がタイヤ変形をあまり阻害しなくなり、この結果、接地長が長くなって充分な駆動力を確保することができる。さらに、前記傾斜角Ａが45度以上であると、非伸張性のスチールコード26、27が幅方向に沿って延在することになるため、幅方向の圧縮力に対する剛性が高くなり、この結果、トレッド部15における幅方向のバックリング変形を抑制することができ、接地形状をほぼ一定形状に維持することができる。

ここで、前記傾斜角Ａは50度以上とすることが好ましい。その理由は、傾斜角Ａが50度以上であると、前記乗り心地性能の向上、駆動力の確保、バックリング変形の抑制を充分に図ることができるからである。そして、この傾斜角Ａが大であるほど、前述のような効果をより顕著とすることができる。しかしながら、傾斜角Ａが85度を超えると、面内剪断剛性が低下して、コーナリング時に発生する横力の値が充分ではなくなるため、前記傾斜角Ａは50度〜85度の範囲内とすることが好ましい。

また、前記ベルト層23を前述のように２枚のベルトプライ24、25から構成した場合には、該ベルト層23の面内剪断剛性が充分でないことがあるが、このような場合には、スチールコードの傾斜角Ａが45度以上であるベルトプライをもう１枚積層して３枚とすることで、縦バネ定数を殆ど上昇させることなく、面内剪断剛性を向上させることができる。但し、ベルト層23を４枚以上のベルトプライから構成した場合には、重量が大きくなり過ぎるため、前述のように２または３枚のベルトプライから構成することが好ましい。

31は前記カーカス層18、ベルト層23の半径方向外側に配置されたゴムからなるトレッドであり、このトレッド31の外表面（踏面）には、排水性能を向上させるため、幅広で周方向に連続して延びる複数本、ここでは４本の主溝32が形成されている。また、前記トレッド31の外表面には幅広で幅方向に延びる多数本の横溝が形成されることもある。そして、このようにトレッド31の外表面に複数本の主溝32が形成されている場合には、空気入りタイヤ11に対して大きな横力が作用すると、曲げ剛性の低い主溝32の位置においてトレッド部15がバックリング変形するおそれがある。

しかしながら、前述した全ベルトプライ24、25の幅を幅方向最外側に位置する主溝32間の間隔Ｎより広幅とすれば、幅方向に延び非伸張性で曲げ剛性の高いスチールコード26、27が抵抗となって前述のようなバックリング変形を効果的に抑制することができる。このようなことから全ベルトプライ24、25の幅を幅方向最外側に位置する２つの主溝32の外側壁間の間隔Ｎより広幅とすることが好ましい。そして、前記全ベルトプライ24、25の幅はトレッド部15の踏面全体をほぼカバーする幅、具体的には、トレッド幅Ｗの 0.8〜 1.0倍の範囲とすることがさらに好ましい。

35は前記ベルト層23とカーカス層18との間のトレッド部15に該ベルト層23と重なり合うよう配置されたベルト補強層であり、このベルト補強層35は少なくとも１枚（ここでは１枚）の補強プライ36から構成され、各補強プライ36の内部にはタイヤ赤道Ｓと実質上平行に延びる有機繊維、例えばナイロン、芳香族ポリアミドから構成された補強コード37が埋設されている。このようにトレッド部15にタイヤ赤道Ｓと実質上平行に延びる有機繊維補強コード37が内部に埋設されたベルト補強層35を設ければ、高速走行時における遠心力によってトレッド部15が半径方向外側に大きく径成長するのが抑制され、これにより、タイヤの操縦安定性、高速耐久性をそのまま維持することができる。

ここで、ベルト端においてはベルトプライ24、25が終了しているため、段差が存在しているが、このような段差が存在している位置においてベルト補強層をベルト層23とトレッド31との配置すると、段差の位置においてベルト補強層の径が変化するが、この実施形態のようにベルト補強層35をベルト層23とカーカス層18との間に配置すれば、トレッド部15におけるカーカス層18が幅方向位置に拘わらずほぼ一定の外径を有しているため、該ベルト補強層35の径が均一化し、これにより、剛性が均一化して操縦安定性が向上する。

そして、前記ベルト補強層35内の補強コード37は芳香族ポリアミドから構成することが好ましい。その理由は、このようにすれば、軽量化を図りながら、高速走行によりトレッド部15が高温となっても、該トレッド部15の径成長を強力に抑制することができるからである。また、前述したベルト補強層（キャップ）35の幅Ｐはいずれのベルトプライ24、25の幅よりも大とすることが好ましい。その理由は、このようにすれば、ベルト端での歪み、亀裂を強力に抑制することができるとともに、トレッド部15の大部分または全域の内圧充填、高速走行に基づく径成長を強力に抑制することができ、これにより、空気入りタイヤ11の耐久性を効果的に向上させることができるからである。

また、前述のベルト補強層35は、例えば、補強コード37を１本または少数本並べてゴム被覆した一定幅のリボン状体をカーカス層18の外側に螺旋状に巻き付けることで成形することができる。このようにしてベルト補強層35を成形するようにすれば、ベルト補強層35を高能率かつ高精度で成形することができる。

ここで、前述のようにベルト層23内にタイヤ赤道Ｓに対して45度以上の傾斜角Ａで傾斜したスチールコード26、27が埋設されていると、トレッド部15（ベルト層23）における幅方向の面外曲げ剛性（タイヤ周方向を折り目とする曲げに対する剛性）が高くなるが、このとき、トレッド外輪郭の曲率半径Ｒを比較的小さな値とすると、トレッド部15も接地時に大きく変形するようになるため、タイヤ荷重を曲げ剛性の低いサイドウォール部14に加え、幅方向面外曲げ剛性の高いトレッド部15がかなりの部分負担するようになり、この結果、空気入りタイヤ11全体の縦バネ定数が大きな値となって乗り心地性能が低下してしまう。

このため、この実施形態においては、少なくともトレッド中央部におけるトレッド外輪郭の曲率半径（クラウンアール）Ｒを3000mm以上としたのである。これにより、トレッド外輪郭の広い範囲が路面にほぼ平行となって接地時におけるトレッド部15の変形量が小さくなり、この結果、タイヤ荷重を幅方向面外曲げ剛性の高いトレッド部15が殆ど負担せず、曲げ剛性の低いサイドウォール部14が大部分を負担するようになり、乗り心地性能の低下を抑制することができる。

また、空気入りタイヤ11のトレッド部15は接地の踏み込み時と蹴り出し時に変形してベルト端に歪みが発生するが、このとき、トレッド外輪郭の曲率半径Ｒが比較的小さな値であると、前記踏み込み、蹴り出し時にトレッド部15が大きく曲げ変形するため、ベルト端の歪みが大きな値となって亀裂が発生し易くなり、耐久性が低下してしまう。

しかしながら、前述のように曲率半径Ｒを3000mm以上とすれば、トレッド外輪郭の広い範囲が路面にほぼ平行となって前記踏み込み、蹴り出し時におけるトレッド部15（ベルトプライ24、25）の変形量が小さくなり、れにより、ベルト端の発生する歪みが小さくなって亀裂発生による耐久性の低下を抑制することができる。なお、前述のように曲率半径Ｒを3000mm以上とする範囲は、タイヤ赤道Ｓを中心としてトレッド幅Ｗの 0.5〜 0.9倍の範囲が好ましい。また、前記曲率半径Ｒは、 50000mmを超えると、接地形状が蝶々形となってトレッド端部での接地圧が高くなり、これにより、該部位が急速に摩耗するおそれがあるため、 50000mm以下とするのが一般的である。

次に、試験例について説明する。この試験に当たっては、図１、２に示すような実施タイヤ１と、図３に示すような比較タイヤ１と、スチールコードの傾斜角を45度未満とした以外は実施タイヤ１と同一である比較タイヤ２と、トレッド外輪郭の曲率半径Ｒを3000mm未満とした以外は実施タイヤ１と同一である比較タイヤ３とを準備した。

ここで、前述の各タイヤは高性能乗用車用タイヤで、サイズが215/45Ｒ17であり、また、各タイヤのカーカス層は、タイヤ赤道Ｓに対して90度で交差するナイロンコードが埋設された２枚のカーカスプライから構成した。ここで、実施タイヤ１および比較タイヤ１、３においては、タイヤ赤道Ｓに対して左上がり70度のスチールコードが埋設された内側ベルトプライおよび右上がり70度のスチールコードが埋設された外側ベルトプライの２枚のベルトプライを積層することでベルト層を構成し、一方、比較タイヤ２においては、タイヤ赤道Ｓに対して左上がり30度のスチールコードが埋設された内側ベルトプライおよび右上がり30度のスチールコードが埋設された外側ベルトプライの２枚のベルトプライを積層することでベルト層を構成している。

また、実施タイヤ１および比較タイヤ２、３においては、カーカス層とベルト層との間に、タイヤ赤道Ｓに実質上平行に延びる補強コードが内部に埋設されたベルト補強層（キャップ）を配置しているが、比較タイヤ１においては、ベルト層とトレッドとの間でベルト層の幅方向両端部に重なり合う位置に、タイヤ赤道Ｓに実質上平行に延びる補強コードが内部に埋設された一対のベルト補強層（レイヤー）を配置している。さらに、実施タイヤ１および比較タイヤ１、２においては、トレッド外輪郭の曲率半径Ｒを5000mmとしているのに対し、比較タイヤ３においては、前記曲率半径Ｒを1000mmとしている。

ここで、前記各タイヤのベルトプライ内には直径が 0.3mmのスチールフィラメントを３本撚り合わせて構成したスチールコードを打ち込み間隔（隣接するスチールコードの中心間距離） 1.2mmで埋設している。また、実施タイヤ１および比較タイヤ２、３のベルト補強層内には芳香族ポリアミドのフィラメントを撚った直径が 0.7mmの補強コードを打ち込み間隔 1.0mmで埋設する一方、比較タイヤ１においては、700d/2のナイロンからなる補強コードを打ち込み間隔 1.2mmで埋設している。さらに、前記各タイヤのトレッド幅Ｗは 200mm、内側ベルトプライの幅は 200mm、外側ベルトプライの幅は 190mmであり、実施タイヤ１、比較タイヤ２、３においては、ベルト補強層の幅Ｐは 210mm、比較タイヤ１においては、各ベルト補強層の幅Ｐは30mmであった。

次に、前記各タイヤに 240ｋPaの内圧を充填した後、５ｋＮの荷重を負荷しながらドラムにスリップ角、キャンバー角０度で押し付けて高速走行させることにより、高速耐久試験を行った。ここで、この高速耐久試験は、 100km/hの速度から各タイヤの走行を開始し、10分毎に10km/hのステップで速度を次々に増加させて故障発生時の速度を求める試験である。そして、前述した故障は、タイヤ軸に加速度計を取付け、該加速度計がタイヤ軸の異常振動を検出したとき、発生したと判定した。その結果は、比較タイヤ１、２、３ではそれぞれ 260km/h、 320km/h、 270km/hであったが、実施タイヤ１では 320km/hであり、充分な高速耐久性を有していることが理解される。

次に、前記各タイヤを高性能乗用車に装着した後、最高時速 200kmでドライ路面のサーキットを走行させ、熟練したテストドライバーによって操縦安定性の評価を行った。その評価を満点を 100点として点数で表すと、比較タイヤ１、２、３ではそれぞれ70点、60点、70点であったが、実施タイヤ１では80点と操縦安定性が向上していた。なお、比較タイヤ２、３に関しては、ドライバーからステアリング操作に車両が敏感で扱いづらいとのコメントがあった。これは、実施タイヤ１に比較し、比較タイヤ２、３の縦バネ定数が高いことが原因であると考えられる。

次に、予めテストコースに準備したでこぼこ道、高速道路のつなぎ目を前述と同一の乗用車により通過し、熟練したテストドライバーによって振動乗り心地性の評価を行った。その評価を満点を 100点として点数で表すと、比較タイヤ１、２、３ではそれぞれ70点、50点、75点であったが、実施タイヤ１では80点と振動乗り心地性についても向上していた。なお、比較タイヤ２、３に関しては、ドライバーからごつごつ感が感じられるとのコメントがあった。これも、実施タイヤ１に比較し、比較タイヤ２、３の縦バネ定数が高いことが原因であると考えられる。

この発明は、ベルト層とカーカス層との間にベルト補強層を配置した空気入りタイヤの産業分野に適用できる。

この発明の実施形態１を示す子午線断面図である。 そのトレッド部の一部破断平面図である。 試験に用いた比較タイヤ１の子午線断面図である。

符号の説明

11…空気入りタイヤ 12…ビードコア
18…カーカス層 23…ベルト層
24、25…ベルトプライ 26、27…スチールコード
31…トレッド 32…主溝
35…ベルト補強層 37…補強コード
Ｓ…タイヤ赤道 Ａ…傾斜角
Ｒ…曲率半径

Claims (6)

1. 幅方向両端部がビードコアの回りに折り返されトロイダル状に延びるカーカス層と、カーカス層の半径方向外側に配置され、タイヤ赤道Ｓに対して逆方向に傾斜しているスチールコードが内部に埋設された少なくとも２枚のベルトプライからなるベルト層と、該ベルト層の半径方向外側に配置されたトレッドと、前記ベルト層に重なり合うよう配置され、内部にタイヤ赤道Ｓに実質上平行に延びた有機繊維からなる補強コードが埋設されたベルト補強層とを備えた空気入りタイヤにおいて、全ベルトプライ内のスチールコードのタイヤ赤道Ｓに対する傾斜角Ａを45度以上とするとともに、ベルト補強層をベルト層とカーカス層との間に配置し、かつ、少なくともトレッド中央部におけるトレッド外輪郭の曲率半径Ｒを3000mm以上としたことを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記傾斜角Ａを50度〜85度の範囲内とした請求項１記載の空気入りタイヤ。
3. 前記ベルト補強層の幅Ｐをいずれのベルトプライの幅よりも大とした請求項１または２記載の空気入りタイヤ。
4. 前記トレッドの外表面に複数本の主溝が形成されているとき、全ベルトプライの幅を幅方向最外側に位置する主溝の外側壁間の間隔Ｎより広幅とした請求項１〜３のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
5. 前記ベルト補強層は、補強コードを１本または少数本平行に並べてゴム被覆したリボン状体を螺旋状に巻き付けることで成形した請求項１〜４のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
6. 前記ベルト補強層内の補強コードを芳香族ポリアミドから構成した請求項１〜５のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

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