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JP5677730B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

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Description

本発明は、タイヤ、特に耐久性能に優れた空気入りタイヤに関するものである。
タイヤのカーカスの補強に供するベルトについて、特許文献1には、カーカスの周りにタイヤの赤道面に対し、10〜40°の傾斜角にて互いに赤道面をはさんで交差する多数のコードを補強素子とする、少なくとも2層の交差ベルトを有し、さらに交差ベルトの下に位置する、少なくとも1層より成り、波形若しくはジグザグ形を成す多数のコードの補強要素を全体としてタイヤの赤道に沿う配向としたストリップ材によるクラウン強化層をも具える構造が開示されている。
特開平2−208101号公報
近年、車両の高速化や低床化の要求により、タイヤの扁平化が進んでおり、これに伴って標準内圧充填時のトレッド部の径方向成長量は一層増大していく傾向にある。このトレッド部における径方向成長の増加は、ベルト端部での応力集中を増幅して当該部分での耐久性能の低下を招くため、特にベルトエンドセパレーションを早期に発生させる要因となる。
即ち、扁平率の低いタイヤでは、内圧充填時のトレッド部、特にショルダ部近傍の径成長量が増大することが問題になるから、タイヤの周方向に配置した補強素子による周方向ベルト層にて径成長を抑制する技術が、例えば、上記した特許文献1にて提案されたのである。
しかし、さらに扁平率が低くなった場合、具体的には、タイヤの断面幅に対する断面高さの比である扁平率が0.70以下の場合には、周方向ベルト層の幅をさらに拡大しないと、所期した径成長の抑制が困難となる。ところが、周方向ベルト層を拡大することは、以下の新たな問題を招くことになる。
すなわち、周方向ベルト層の幅を拡大すると、該周方向ベルト層の幅方向両端部がタイヤの転動に伴う反復的な引張応力を集中的に受けやすくなる。これによって、内部に埋設したコードが疲労破断してしまう可能性が高まり、タイヤの耐久性能を損ねてしまうことが問題となっている。
そのため、今日の市場において、より高度化する耐久性能への要求を満足するためには、この周方向ベルト層の幅方向両端部におけるコードの疲労破断の究明および解決が急務である。
従って、本発明は、上記の課題に鑑み、特に扁平率の低い空気入りタイヤにおける耐久性能を改善することを目的とする。
発明者らは、従来の空気入りタイヤの耐久性能低下の原因となっていた、周方向ベルト層の端部に埋設したコードの疲労破断を抑制する手法について、鋭意検討したところ、周方向ベルト層に使用するコードの弾性率を、幅方向に適切な分布とすることが有効であるとの知見を得て、本発明を完成するに到った。即ち、上記課題を解決する本発明の要旨構成は、以下の通りである。
(1)一対のビード部間にトロイダル状に跨るカーカスを骨格として、該カーカスのクラウン部の径方向外側に、タイヤの赤道面に沿って延びるコードの多数本をゴムで被覆した、少なくとも1層の周方向ベルト層と、タイヤの赤道面に対して傾斜した向きに延びるコードの多数本をゴムで被覆した、少なくとも2層の傾斜ベルト層とを順に配置して成るベルトを有し、該ベルトの径方向外側にトレッドを配置した空気入りタイヤであって、
前記周方向ベルト層の最大幅がタイヤの総幅の60%以上であり、少なくとも1層の傾斜ベルト層の幅が周方向ベルト層の幅よりも広く、さらに、
前記周方向ベルト層の少なくとも1層において、コードの弾性率の幅方向分布が、タイヤの赤道面上における当該コードの弾性率よりも大きな極大値を、タイヤの赤道面を挟んだ両側に、少なくとも1つずつ有し、
タイヤの赤道面からの距離が前記周方向ベルト層の最大幅の40〜50%の範囲である幅方向端部における前記コードの弾性率が、他の部位における前記コードの弾性率よりも小さく、
前記コードの弾性率の前記極大値を、タイヤの赤道面からの距離が前記周方向ベルト層の最大幅の10〜40%の範囲に有することを特徴とする空気入りタイヤ。
ここで、前記弾性率は、引張歪1.5〜2.0%の範囲で測定した弾性率の平均値を言う。「極大値」とは、その近傍の範囲における最大値を言う。また、各点上のコードの弾性率は、ゴムに埋設された状態で測定するものとし、例えば、前記コードが波状やジグザグ状に型付けされた状態で前記ゴムに被覆されているような場合、その形状による弾性率を、前記コードの弾性率とする。また、例えば、前記周方向ベルト層が、コードをゴム被覆したストリップ材を螺旋巻きすることによって成る、いわゆるスパイラル補強層型である場合、該ストリップ材の断面における平均弾性率より算出するものとする。
(2)前記コードの弾性率の幅方向分布は、幅方向端部に最小値があることを特徴とする上記(1)に記載の空気入りタイヤ。
(3)前記コードの弾性率の幅方向分布を有する周方向ベルト層は、1本または複数本のコードをゴムで被覆したストリップ材を、前記カーカスのクラウン部に螺旋巻きして成ることを特徴とする上記(1)または(2)に記載の空気入りタイヤ。
(4)前記ストリップ材には、金属製弾性コード、金属製非伸長コード、有機繊維コードおよび波状またはジグザグ状に型付けしたコードのいずれか、或いは複数を組み合わせて用いることを特徴とする上記(3)に記載の空気入りタイヤ。
本発明により、従来、問題となっていた幅広の周方向ベルト層の幅方向端部におけるコードに生じる反復的な引張応力を効果的に緩和することが可能であり、これにより、該部分の疲労破断を抑制し、空気入りタイヤの耐久性能を向上することができる。
本発明に従う空気入りタイヤの幅方向断面図である。 本発明に従う空気入りタイヤのトレッド部付近を示す拡大幅方向断面図である。 本発明に従う空気入りタイヤの周方向ベルト層に使用するコードの弾性率の幅方向分布の一例を示す図である。
以下、図面を参照にして、本発明について詳細に説明する。ここで、図1は、本発明に従う空気入りタイヤ1の幅方向断面図であり、図2は、該タイヤ1のトレッド部5付近を示す拡大幅方向断面図である。図3は、本発明に従う空気入りタイヤの周方向ベルトに使用するコードの弾性率の幅方向分布の一例を示す図である。
図1に示す空気入りタイヤ1は、一対のビード部(図示せず)間にトロイダル状に跨るカーカス2のクラウン部の径方向外側に、タイヤの赤道面Cに沿って延びるコードの多数本をゴムで被覆した、少なくとも1層、図示例では2層の周方向ベルト層3a,3bと、タイヤの赤道面Cに対して傾斜した向きに延びるコードの多数本をゴムで被覆した、少なくとも2層、図示例では2層の傾斜ベルト層4a,4bとを順に配置して成るベルト6を有し、ベルト6のタイヤ径方向外側にトレッド5を配置する。
ここで、本発明では、図1および2に示すように、前記周方向ベルト層3a,3bの最大幅BWがタイヤの総幅TWの60%以上であり、少なくとも1層の傾斜ベルト層4a,4bの幅が周方向ベルト層3a,3bの幅よりも広い必要がある。上記により、内圧充填時のトレッド部5の径方向成長を抑制し、タイヤの形状を保持する。
さらに、本発明では、前記周方向ベルト層3a,3bの少なくとも1層において、コードの弾性率の幅方向分布が、タイヤの赤道面C上における当該コードの弾性率よりも大きな極大値M(P)を、タイヤの赤道面Cを挟んだ両側に、少なくとも1つずつ有するものであることが肝要である。
即ち、周方向ベルト層3a,3b上のタイヤの赤道面Cと幅方向端部との間の領域内に、タイヤの赤道面Cまたは幅方向端部に使用するコードのいずれよりも弾性率の高いコードを使用することを意味する。
かようにコードを配置することにより、例えば、図3に示すような、前記弾性率の幅方向分布を得ることが可能である。ここで、図3に示したM(C),M(P)およびM(E)は順番に、タイヤの赤道面C上のコードの弾性率、コードの弾性率の極大値および周方向ベルト層の幅方向最外側のコードの弾性率を示す。図示例では、コードの弾性率Mは、最初、タイヤの赤道面Cからタイヤの幅方向外側に向かって漸増し、タイヤの赤道面Cからの距離がBW/4となる点において極大値M(P)となり、そこからタイヤの幅方向外側に向かって漸減し、周方向ベルト層の幅方向端部で最も小さくなる。
周方向ベルト層3a,3bに使用するコードの弾性率に、例えば、上記のような幅方向分布を与えることにより、周方向ベルト層3a,3bの幅方向端部のコードの疲労破断を効果的に抑制することが可能である。これは、周方向ベルト層の幅方向端部から離れた位置に弾性率の比較的高いコード、以下、高弾性率コードを配したことによって、当該高弾性率コードが、タイヤの転動に伴って生じる反復的な引張応力による引張歪を抑制し、前記幅方向端部のコードにかかる荷重を、効果的に軽減させるためである。
尚、コードの弾性率に分布を与える手法として、例えば、タイヤの赤道面Cからの距離に応じて、ヤング率の異なる材料から成るコードを使い分けたり、或いは、同じ材料から成るコードを波状またはジグザグ状に型付けする等してからゴム被覆し、その型付けの形状によって弾性率を異ならせたりすることが可能である。
また、例えば、コードをゴム被覆したストリップ材を螺旋巻きすることによって前記周方向ベルト層3a,3bを成形する場合、該ストリップ材に使用するコードの弾性率を変化させるなどして製造した弾性率の異なるストリップ材を使い分けることによって、前記周方向ベルト層の弾性率に変化を与える手法も効果的である。
本発明の構成に加え、前記コードの弾性率Mの幅方向分布を、幅方向端部で最小とする、即ち、幅方向端部におけるコードの弾性率M(E)を最小とすることによって、コードの疲労破断をより効果的に抑制することが可能である。これは、同一量の歪に対しては、弾性率が小さいほど、負担するエネルギーも少なくてよく、疲労しにくいためである。
さらに、本発明では、前記コードの弾性率の幅方向分布を有する周方向ベルト層3a,3bは、1本または複数本のコードをゴムで被覆したストリップ材を、前記カーカス2のクラウン部に螺旋巻きして成ることが好ましい。
1本または複数本のコードをゴムで被覆したストリップ材を螺旋状に巻いて、前記周方向ベルト層3a,3bを製造することによって、前記周方向ベルト3a,3bの弾性率Mを幅方向により柔軟に変化させることが可能である。また、かように周方向ベルト層3a,3bをタイヤの耐久性能に加え、乗り心地性能やNZ性能(ノイズバイブレーション性能)を向上させることが可能である
加えて、本発明では、前記ストリップ材には、金属性弾性コード、金属製非伸長コード、有機繊維コードおよび波状またはジグザグ状に型付けしたコードのいずれか、或いは複数を組み合わせて用いることが好ましい。
例えば、前記周方向ベルト層3a,2bの幅方向端には、金属製弾性コード等のいわゆるハイエロンゲーションコードを使用し、また、タイヤの赤道面C付近には、波状やジグザグ状に型付けした金属製非伸長コードなどを配して、弾性率の分布を適切とすることが可能である。
図1に示すタイヤの幅方向断面の構成に従い、表1に示す仕様の下に適用した、サイズ435/45R22.5のトラック・バス用タイヤをそれぞれ試作した。かくして得られた供試タイヤを、サイズ14.00×22.5のリムに組み込み、内圧を900kPaに調整した上で、ドラム荷重:59.0kNおよびドラム回転速度60.0km/hの条件にて24時間ドラム走行させ、その後、タイヤを解剖して周方向ベルト層におけるコードの疲労破断本数を確認した。
尚、各タイヤの周方向ベルトには、弾性率MがM(W1)〜M(W5);{M(W1)<M(W2)<M(W3)<M(W4)<M(W5)}であるコードを、タイヤの赤道面Cからの距離によって使い分けた。以下の表1にその仕様を示す。
Figure 0005677730
表1に示すように、従来例タイヤは、前記コードの弾性率Mが、幅方向に均一であるタイヤであり、比較例タイヤは、同弾性率Mが、タイヤの赤道面から幅方向外側にかけて小さくなるタイヤであり、また、発明例タイヤ〜4は、本発明の要旨を満たすタイヤである。参考例タイヤ1及び発明例タイヤ〜4のコード疲労破断数は、従来例タイヤおよび比較例タイヤに対して格段に少なく、耐久性能に優れていた。
これは、タイヤの赤道面と周方向ベルト層の幅方向端部との間に、高弾性率コード(具体的には、弾性率MがM(5)であるコード)を配置したことにより、当該高弾性率コードが、タイヤの転動に伴って生じる反復的な引張応力による引張歪を抑制し、周方向ベルト層の幅方向端部のコードにかかる応力を効果的に軽減させたためである。これにより、従来のタイヤにおいて特に顕著であった、周方向ベルト層の幅方向端部のコードの疲労破断を抑制し、周方向ベルト層全体の疲労破断本数を大幅に低減させることができた。
また、上記参考例タイヤ1及び発明例タイヤ〜4の中でも、周方向ベルト層に使用するコードの弾性率Mの幅方向分布が端部、表1の例では赤道面からの距離(%)が40〜50%の範囲で、最小となることを特徴とする発明例タイヤ2〜4は、参考例タイヤ1に対し、さらにコード疲労破断数が少なく、優れた耐久性能を呈した。これは、周方向ベルト層の幅方向端部におけるコードの弾性率M(E)を、他のコードの弾性率Mよりも小さくしたことにより、当該幅方向端部におけるコードにかかる疲労を低減することができたためである。
本発明により、従来、問題となっていた周方向ベルト層の幅方向端部に埋設したコードに生じる反復的な引張応力を効果的に緩和し、疲労破断を抑制することが可能である。これにより、特に、扁平率の低い空気入りタイヤにおいて、耐久性能を大幅に向上することが可能である。また、タイヤに配する周方向ベルトおよび傾斜ベルト層の幅を、タイヤの耐久性能を低下させることなく、従来対比拡大することが可能であり、これにより、タイヤの耐摩耗性能等を初めとした他の諸性能の向上を図ることも可能である。
C タイヤの赤道面
TW タイヤの総幅
BW 周方向ベルト層の最大幅
BW 傾斜ベルト層の最大幅
1 空気入りタイヤ
2 カーカス
3a 周方向ベルト層(最大幅)
3b 周方向ベルト層
4a 傾斜ベルト層(最大幅)
4b 傾斜ベルト層
5 トレッド部
6 ベルト
M コードの弾性率
M(C) コードの弾性率(赤道面上)
M(E) コードの弾性率(幅方向端部)
M(P) コードの弾性率(極大値)

Claims (3)

  1. 一対のビード部間にトロイダル状に跨るカーカスを骨格として、該カーカスのクラウン部の径方向外側に、タイヤの赤道面に沿って延びるコードの多数本をゴムで被覆した、少なくとも1層の周方向ベルト層と、タイヤの赤道面に対して傾斜した向きに延びるコードの多数本をゴムで被覆した、少なくとも2層の傾斜ベルト層とを順に配置して成るベルトを有し、該ベルトの径方向外側にトレッドを配置した空気入りタイヤであって、
    前記周方向ベルト層の最大幅がタイヤの総幅の60%以上であり、少なくとも1層の傾斜ベルト層の幅が周方向ベルト層の幅よりも広く、さらに、
    前記周方向ベルト層の少なくとも1層において、コードの弾性率の幅方向分布が、タイヤの赤道面上における当該コードの弾性率よりも大きな極大値を、タイヤの赤道面を挟んだ両側に、少なくとも1つずつ有し、
    タイヤの赤道面からの距離が前記周方向ベルト層の最大幅の40〜50%の範囲である幅方向端部における前記コードの弾性率が、他の部位における前記コードの弾性率よりも小さく、
    前記コードの弾性率の前記極大値を、タイヤの赤道面からの距離が前記周方向ベルト層の最大幅の10〜40%の範囲に有することを特徴とする空気入りタイヤ。
  2. 前記コードの弾性率の幅方向分布を有する周方向ベルト層は、1本または複数本のコードをゴムで被覆したストリップ材を、前記カーカスのクラウン部に螺旋巻きして成ることを特徴とする請求項1に記載の空気入りタイヤ。
  3. 前記ストリップ材には、金属製弾性コード、金属製非伸長コード、有機繊維コードおよび波状またはジグザグ状に型付けしたコードのいずれか、或いは複数を組み合わせて用いることを特徴とする請求項2に記載の空気入りタイヤ。
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