JP5739681B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

この発明は、一対のビード部間にトロイダルに延びる、少なくとも一枚のカーカスプライからなるカーカスに外接させて配設されて、コードを実質的にトレッド周方向に延在させてなる一層以上のベルト補強層を有する空気入りタイヤ、なかでも、航空機に用いて好適な空気入りラジアルタイヤに関するものであり、とくに、トレッド踏面の、トレッドショルダ域に位置するショルダ陸部への偏摩耗の発生を有効に防止する技術を提案するものである。

従来この種のタイヤでは、特許文献１に記載されたもののように、高速走行時などの、トレッドゴムの膨出変形を抑制するため、カーカスの外周側に、有機繊維コードもしくはスチールコード等の、伸張の初期から大きな引張剛性を発揮する非伸張性のコードを、たとえば、トレッド周方向に対して５°以下の角度で傾斜させて、実質的にトレッド周方向に延在させてなる一層以上のベルト補強層を、カーカスに外接させて配設することとしている。
このようなベルト補強層によれば、使用内圧が極めて大きい航空機用タイヤであっても、コードをトレッド周方向に大きく傾斜させて延在させてなるベルト層に比して少ない層数で、タイヤの径成長を有利に抑制できるので、航空機用タイヤ等に要求されるほどの優れた耐久性能を発揮させてなお、部材点数の低減に基く、タイヤの軽量化を実現できる結果として、車両の燃費の向上に寄与させることができる。

特許４４２４９８９号公報

ところで、一般に、トレッドセンターからトレッドショルダに向かうに従い、タイヤ中心軸線からトレッド踏面までのタイヤ外径が次第に小さくなる外表面形状を有する空気入りタイヤでは、図５に、トレッド幅方向での、接地面内の周方向剪断力をグラフで示すように、タイヤの負荷転動時に、トレッドセンター域の陸部表面に、タイヤ回転方向に対して遅れる方向、すなわち、車両の進行方向の周方向剪断力が作用する一方で、トレッドショルダ域の陸部表面には、タイヤ回転方向に対して進む方向、すなわち、前記進行方向とは逆方向の周方向剪断力が作用することになるも、上述した従来のタイヤのように、カーカスの外周側に一層以上のベルト補強層を配設した場合は、実質的にトレッド周方向に延在する非伸張性コードにて構成されるベルト補強層が周方向に高い剛性を有する反面、幅方向の連結剛性が比較的小さいことの故に、トレッド部の、とくにトレッドセンター域の、接地圧の作用による押し込み変形を抑制する効果が小さいことから、タイヤの接地面内で、トレッドセンター域とトレッドショルダ域との、タイヤ外径の差が小さくならず、これにより、ショルダ陸部に作用する、進行方向とは逆方向の前記周方向剪断力が増大することになる。

そして、このような、タイヤの負荷転動に際する、ショルダ陸部への大きな周方向剪断力の作用は、路面に対する滑りに起因する、ショルダ陸部の陸部表面の摩耗量の増大を招くので、とくに、過酷な条件の下で使用された場合は、トレッドショルダ域での陸部の早期の摩耗に伴い、その陸部を画成する周溝等もまた早期に消失することになって、トレッドセンター域では、未だに陸部が残存しているにもかかわらず、タイヤを交換せざるを得ず、これがため、タイヤの摩耗寿命が、極めて短い期間で尽きるという問題があった。

この発明は、従来技術が抱えるこのような問題を解決することを課題とするものであり、それの目的とするところは、コードを実質的にトレッド周方向に延在させてなる一層以上のベルト補強層を、カーカスに外接させて配設したことにより、軽量化を実現しつつ、すぐれた径成長抑制機能を発揮し得るタイヤにおいて、トレッド踏面の耐摩耗性能を有効に向上させることができる空気入りタイヤを提供するにある。

発明者は、図５に示すような、トレッド踏面に作用する周方向剪断力の、トレッド幅方向の分布についての鋭意研究を重ねた結果、このような、周方向剪断力の分布が、タイヤ幅方向のタイヤ外表面形状と、高い相関をもって対応すること、および、従来のタイヤにおいて、タイヤ幅方向断面内で、複合曲線を滑らかに連結することによって形成されるタイヤ外表面形状を、実質的に単一の円弧で近似できることを見出した。
これによれば、タイヤ幅方向断面で、実質的に円弧状の外表面形状を有する従来のタイヤは、トレッドセンターからショルダ側に向かうに従い、タイヤ外径の漸減に伴って、トレッド踏面の摩耗量もまた急増することになる。

そして、ショルダ陸部に作用する周方向剪断力の絶対値を低減するように、タイヤ幅方向断面内で、周方向剪断力の分布形状と対応するタイヤ外表面形状を選択することによって、ショルダ陸部の摩耗量の低減、ひいては、タイヤの耐摩耗性能の向上をもたらすことができると考えた。

このような知見に基き、この発明の空気入りタイヤは、一対のビード部に埋設配置したビードコアと、ビード部間にトロイダルに延びる、少なくとも一枚のカーカスプライからなるカーカスと、該カーカスのクラウン域の外周側に、カーカスに外接させて配設されて、コードをトレッド周方向に向けて延在させてなる一層以上のベルト補強層と、ベルト補強層の外周側に配設されて、トレッド踏面を形成するトレッドゴムとを具え、前記トレッド踏面に設けた、たとえば四本の環状周溝により、トレッド踏面のセンター域に位置するセンター陸部と、トレッドショルダ域に位置するショルダ陸部と、センター陸部とショルダ陸部との間に位置する中間陸部とを画成してなるものであって、適用リムに組付けて規定内圧を充填した後に、タイヤ内圧を、タイヤが形状を保つに必要な圧力、たとえば５０ｋＰａまで減圧したタイヤ姿勢で、タイヤ幅方向断面内にて、センター陸部の陸部表面および、ショルダ陸部の陸部表面が実質的に単一の仮想円弧を形成する外表面形状を有し、前記仮想円弧に対し、前記中間陸部の陸部表面をタイヤ幅方向全域にわたって、タイヤ半径方向内側に位置させ、センター陸部の前記中央位置での、タイヤ中心軸線からのタイヤ半径をｒとしたときに、中間陸部の陸部表面の、前記仮想円弧に対する段下がり量δが、該中間陸部の陸部表面のタイヤ幅方向全域にわたって、
ｒ／４００≦δ≦ｒ／１００
の関係を満たすものとしてなるものである。

ここで、「コードをトレッド周方向に向けて延在させ」ることは、コードを、トレッド周方向に対して５°以下の角度で傾斜させることによって、コードを実質的にトレッド周方向に延在させることを意味する。
またここで、「センター陸部」は、タイヤ幅方向断面内で、タイヤ赤道線上に位置させて設けたものをいう。

ここにおいて、「適応リム」とは、タイヤサイズに応じて下記の規格に規定されたリムをいい、「規定内圧」とは、下記の規格において、最大負荷能力に対応して規定される空気圧をいい、「最大負荷能力」とは、下記の規格でタイヤに負荷されることが許容される最大の質量をいう。
そして、その規格とは、タイヤが生産または使用される地域に有効な産業規格によって決められたものであり、たとえば、“ＴＨＥ ＴＩＲＥ ＡＮＤ ＲＩＭ ＡＳＳＯＣＩＡＴＩＯＮ ＩＮＣ．のＹＥＡＲ ＢＯＯＫ”である。

この発明の空気入りタイヤによれば、所定のタイヤ姿勢で、タイヤ幅方向断面内にて、センター陸部の、中央位置の陸部表面および、ショルダ陸部の陸部表面の少なくとも一部のそれぞれに外接する仮想円弧に対し、前記中間陸部の陸部表面を、タイヤ半径方向内側に位置させたことにより、タイヤ外表面形状が、中間陸部の陸部表面で、前記仮想円弧に対する段下がり量δだけ部分的に小さくなることに基き、このタイヤ外表面形状と高い相関をもって対応する、トレッド踏面に作用する周方向剪断力の、とくにトレッドショルダ域での減少勾配が小さくなるので、ショルダ陸部に作用する周方向剪断力の絶対値を効果的に低減させることができ、この結果として、周方向剪断力の作用に起因する、ショルダ陸部の偏摩耗を有効に防止して、タイヤの耐摩耗性能を向上させることができる。

ここで、センター陸部の前記中央位置での、タイヤ中心軸線からのタイヤ半径をｒとしたときに、中間陸部の陸部表面の、前記仮想円弧に対する段下がり量δを、該中間陸部の陸部表面のタイヤ幅方向全域にわたって、ｒ／４００≦δ≦ｒ／１００の関係を満たすものとしたのは、トレッド踏面の全域にわたって摩耗量の増大を抑制して、タイヤの耐摩耗性能を十分有効に高めるためである。

これはすなわち、中間陸部の陸部表面の段下がり量δを、ｒ／４００未満とした場合は、段下がり量δが小さすぎることによって、前記周方向剪断力の、とくにトレッドショルダ域での減少勾配が十分に小さくならないことから、ショルダ陸部に作用する周方向剪断力を、偏摩耗の発生を抑制できるほどに軽減することができず、この一方で、段下がり量δを、ｒ／１００を超えるものとした場合は、タイヤ幅方向断面で、大きく段下がりした中間陸部に対して、センター陸部がタイヤ半径方向外側に突出した形状となることに起因して、センター陸部の摩耗量の増大を招くことになる。

この発明の一の実施形態を示す幅方向断面図である。 図１のタイヤの要部を拡大して示す幅方向断面図である。 図１に示すタイヤのトレッド踏面に作用する、接地面内の周方向剪断力の、トレッド幅方向の分布を示すグラフである。 従来例タイヤの要部を示す、図２と同様の図である。 従来のタイヤのトレッド踏面に作用する、接地面内の周方向剪断力の、トレッド幅方向の分布を示すグラフである。

以下に図面を参照しつつ、この発明の実施形態について説明する。
図１に例示するタイヤ１は、一対のビード部２にそれぞれ埋設配置したビードコア３と、一対のビード部２間にトロイダルに延びる、少なくとも一枚のカーカスプライからなるカーカス４と、カーカス４のクラウン域の外周側に、該カーカス４に外接させて配設されて、コードをトレッド周方向に向けて延在させてなる、ここでは４層のベルト補強層５〜８と、ベルト補強層５〜８の外周側に配設されて、コードをトレッド周方向に対して傾斜させて延在させてなるベルト層９と、ベルト層９の外周側に配設されて、コードをトレッド周方向に向けて延在させてなる保護ベルト層１０と、保護ベルト層１０の外周側に配設されて、トレッド踏面１１を形成するトレッドゴム１２とを具えてなる。

ここで、ベルト補強層５〜８のそれぞれを構成するコードは、たとえば、スチールコードもしくは有機繊維コード等とすることができ、この場合は、伸張の初期から高い引張剛性を発揮する上記の非伸張性コードを、実質的にトレッド周方向に延在させてなるベルト補強層５〜８により、少ない層数で、タイヤの負荷転動時等の径成長を十分有効に抑制することができるので、装着される車両の燃費の向上をもたらす、タイヤそれ自体の軽量化と、タイヤ１の耐久性能とを、高い次元で両立させることができる。
なお、ベルト補強層は、１〜３層または、５層以上配設することもできる。

そしてここでは、トレッド踏面１１に、トレッド周方向に環状に延在する四本の周溝１３〜１６を設けることにより、たとえば、トレッドセンター域に位置するセンターリブ１７と、トレッドショルダ域に位置するそれぞれのショルダリブ１８、１９と、センターリブ１７と各ショルダリブ１８、１９との間にそれぞれ位置する中間リブ２０、２１とを区画形成する。
また、図示は省略するが、トレッド踏面１１に、前記環状周溝１３〜１６に加えて、トレッド幅方向に延びてそれらの環状周溝に交差ないしは開口する複数本の横溝を設けることで、トレッドパターンを、上述したリブパターンに代えて、ブロックパターンとすることもできる。

以上に述べたような、カーカス４の外周側に、ベルト補強層５〜８を設けたタイヤ１では、ベルト補強層５〜８を構成するコードにより、トレッド部に高い周方向剛性が付与されることになり、これにより、タイヤ１の負荷転動時に、トレッド踏面１１の、とくにトレッドショルダ域に、車両の進行方向とは逆向きの大きな周方向剪断力が作用して、ショルダリブ１８、１９に、路面に対する滑りに起因する偏摩耗が生じるので、タイヤの摩耗寿命が短くなる。

そこで、この発明では、かかる偏摩耗に対処するため、タイヤ１の負荷転動に際して、トレッド踏面１１に作用する周方向剪断力の、トレッド幅方向での分布が、タイヤ幅方向のタイヤ外表面形状と高い相関をもって対応するとの知見の下で、適用リムＲに組付けて規定内圧を充填した後に、タイヤ内圧を、タイヤが形状を保つに必要な程度の圧力まで減圧したタイヤ姿勢で、タイヤ幅方向断面内にて、図２に示すように、センターリブ１７の、中央位置、ここではトレッドセンターＣ位置のリブ表面と、ショルダリブ１８のリブ表面とのそれぞれに、たとえば、接点Ｐｃおよび接点Ｐｓで外接するとともに、タイヤ回転軸線上に中心を有する仮想円弧Ａを求め、中間リブ２０、２１のそれぞれのリブ表面を、その仮想円弧Ａよりもタイヤ半径方向内側に位置させる。
より詳細には、センターリブ１７のトレッドセンターＣ位置での、タイヤ中心軸線からのタイヤ半径をｒとしたときに、中間リブ２０、２１の、仮想円弧Ａに対する段下がり量δを、ｒ／４００≦δ≦ｒ／１００の関係を満たすものとする。

このことによれば、仮想円弧Ａに近似して、トレッドセンターＣからトレッドショルダに向けて滑らかに漸減するタイヤ外径が、その途中の中間リブ２０、２１で、前記段下がり量δをもって部分的に減少することから、図３のグラフに実線で示すように、トレッド踏面１１に作用する周方向剪断力の、トレッド幅方向での分布の、とくにトレッドショルダでの減少勾配が小さくなって、ショルダリブ１８、１９に作用する周方向剪断力の絶対値が、図に仮想線で示す従来技術に比し、グラフ中に矢印で示す如く低減されることになる。
そして、この結果として、かかる周方向剪断力の作用に起因する、ショルダ陸部１８、１９への偏摩耗の発生を有効に抑制することができ、タイヤ1の耐摩耗性能を大きく向上させることができる。

なおここで、図示は省略するが、トレッド踏面に設ける周溝は、上述した四本の場合に限定されることはなく、たとえば、六本の周溝をトレッド踏面に設けることもでき、この場合は、センター陸部と各ショルダ陸部との間に、それぞれ二個の中間陸部が区画形成されることになる。
そして、このように、センター陸部と、一方のショルダ陸部との間に、複数の中間陸部を設けてなるタイヤに、この発明を適用するときは、タイヤ幅方向断面内で、これらの中間陸部のいずれの陸部表面も一律に、前記仮想円弧に対して段下がり量δだけ、タイヤ半径方向内側に位置させる。

ところで、カーカス４は、たとえば、有機繊維コードをラジアル方向に（トレッド周方向に対して７０〜９０°の角度で）延在させてなる一枚以上のカーカスプライにて構成することができ、そして、このラジアルカーカス４は、詳細は図示しないが、トレッド部からサイド部を経てビード部２までトロイダルに延在し、それぞれの端部分を、対をなすビードコア３の周りでタイヤ幅方向外側に折り返してなるものとすることができる。

図に示すところでは、ベルト補強層５〜８の外周側に設けたベルト層９は、スチールコードもしくは有機繊維コード等を、トレッド周方向に対して、２°〜４５°の範囲内の角度で傾斜させて延在させて形成することができ、また、ベルト層９の外周側の保護ベルト層１０を構成するコードは、初期延びの大きい、ラング撚りスチールコードやハイエロンゲーションスチールコード、あるいは有機繊維コード等とすることができる他、トレッド周方向に対してジグザグ状、クランク状、波形状等の迂曲形態で延在するスチールコードあるいは有機繊維コードとすることもできる。
なお、図１に示すところでは一層ずつとしたベルト層９および保護ベルト層１０はそれぞれ二層以上配設することもでき、または、これらのベルト層を配設しないことも可能である。

次に、この発明に係るタイヤを試作し、その性能を評価したので以下に説明する。
供試タイヤはいずれも、サイズが４６×１７Ｒ２０ ３０ＰＲの航空機用タイヤとした。

実施例タイヤ１および２はともに、図１および２に示す構造を有するものとし、中間リブ２０、２１の段下がり量δを、表１に示すように、ｒ／４００≦δ≦ｒ／１００の関係を満たしつつ、相互に異なるものとした。
従来例タイヤは、図４に示すように、中間リブ２０、２１を段下がりさせずに、段下がり量δ＝０としたことを除いて、実施例タイヤ１、２と同様の構成を有するものとした。
比較例タイヤは、中間リブ２０、２１の段下がり量δを、上記の条件を満たさない８．０ｍｍとしたことを除いて、実施例タイヤ１、２と同様の構成を有するものとした。

これらの各供試タイヤにつき、摩耗特性試験機を用いて、タイヤと路面との接触面で、タイヤ周方向に作用する剪断応力および、相対滑り量のそれぞれを測定し、剪断力に滑り量を乗じた値として表される摩耗仕事量を、タイヤ幅方向の各位置で、タイヤ周方向に積分した値から、トレッドセンター域およびトレッドショルダ域のそれぞれの摩耗寿命を指数値で算出した。
より詳細には、上記の摩耗特性試験機は、水平面内、タイヤ進行方向に移動可能な路面と、供試タイヤに、垂直方向の荷重を負荷することができるタイヤプレスとを具えたものであり、前記路面の内部に、垂直方向および水平方向の二方向の力を測定することができる、先端がピン状のロードセル、および、タイヤ通過時に滑り方向および滑り量を画像でトレースできるカメラのそれぞれを埋設配置して、それらのロードセルおよびカメラによって、上述した剪断応力および滑り量の各々を測定した。

なおここで、トレッドショルダ域の摩耗寿命は、図１に示すように、ＴＲＡに定められた規定内圧を充填し、規定荷重を負荷した際のタイヤフットプリントの幅を２×ＴＷとしたときに、トレッドセンターから、タイヤ幅方向に０．９ＴＷ離れた位置を基準として測定および算出したものである。
これらの結果を、各タイヤの諸元とともに表１に示す。なお、表１に示す指数値は、数値が大きいほど、摩耗寿命が長く、耐摩耗性能にすぐれることを表す。

ここで、表１に示すタイヤ摩耗寿命は、トレッドセンター域およびトレッドショルダ域のそれぞれの摩耗寿命のうち、値が小さいほうを選択したものであり、これを、タイヤの交換が必要となるまでの時間とした。

表１に示すところから明らかなように、実施例タイヤ１および２はともに、従来例タイヤよりも、トレッドセンター域およびトレッドショルダ域のいずれの摩耗寿命も長いことが解かる。
また、比較例タイヤは、実施例タイヤ１および２に比して、ショルダ域の摩耗寿命は長いが、センター域の摩耗寿命が短いため、タイヤトータルの摩耗寿命が短くなることが解かる。
よって、この発明の空気入りタイヤによれば、耐摩耗性能を大きく向上できることが解かった。

１ 空気入りタイヤ
２ ビード部
３ ビードコア
４ カーカス
５〜８ ベルト補強層
９ ベルト層
１０ 保護ベルト層
１１ トレッド踏面
１２ トレッドゴム
１３〜１６ 環状周溝
１７ センターリブ
１８、１９ ショルダリブ
２０、２１ 中間リブ
Ｒ リム
Ｃ トレッドセンター
ｒ トレッドセンター位置でのタイヤ半径
Ａ 仮想円弧
δ 段下がり量
Ｐｃ、Ｐｓ 接点

Claims (1)

1. 一対のビード部に埋設配置したビードコアと、ビード部間にトロイダルに延びる、少なくとも一枚のカーカスプライからなるカーカスと、該カーカスのクラウン域の外周側に、カーカスに外接させて配設されて、コードをトレッド周方向に向けて延在させてなる一層以上のベルト補強層と、ベルト補強層の外周側に配設されて、トレッド踏面を形成するトレッドゴムとを具え、
   前記トレッド踏面に設けた環状周溝により、トレッド踏面のセンター域に位置するセンター陸部と、トレッドショルダ域に位置するショルダ陸部と、センター陸部とショルダ陸部との間に位置する中間陸部とを画成してなる空気入りタイヤであって、
   適用リムに組付けて規定内圧を充填した後に、タイヤ内圧を、タイヤが形状を保つに必要な圧力まで減圧したタイヤ姿勢で、タイヤ幅方向断面内にて、センター陸部の陸部表面および、ショルダ陸部の陸部表面が実質的に単一の仮想円弧を形成する外表面形状を有し、前記仮想円弧に対し、前記中間陸部の陸部表面をタイヤ幅方向全域にわたって、タイヤ半径方向内側に位置させ、センター陸部の前記中央位置での、タイヤ中心軸線からのタイヤ半径をｒとしたときに、中間陸部の陸部表面の、前記仮想円弧に対する段下がり量δが、該中間陸部の陸部表面のタイヤ幅方向全域にわたって、
   ｒ／４００≦δ≦ｒ／１００
   の関係を満たすものとしてなる空気入りタイヤ。