JP2005145446A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】 タイヤの速度性能および耐久性が改善された空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】 空気入りタイヤ１０は、ショルダーを有するトレッド２６と、トレッド２６の下に位置するベルト構造２４と、カーカスとを有している。カーカスは、２つのサイドウォールと、伸びない２つの環状ビード１６と、ラジアルプライ層１２を有している。さらに、ベルト構造２４は、ラジアルプライ構造１２に直接隣り合う、互いに平行な複数のコードからなる環状の層２８を有している。環状の層２８は、互いに対向する一対の環状縁部３４と、半径状湾曲する連続した輪郭とを有している。環状の補強ストリップ層３２は、環状の層２８の各縁部の半径方向内側に位置しており、各補強ストリップ層３２は、３０ｍｍ以下の幅を有すると共に、ベルト構造の軸方向外側に向かって１０ｍｍ以下の距離Ｖだけ延びている。
【選択図】 図１

Description

本発明は空気入りタイヤに関する。より具体的には、本発明は、乗員に対するタイヤの動作特性を改善する、タイヤのトレッドの下にあるベルト構造と、軽量のトラックのタイヤに関する。

ほぼ全ての空気入りタイヤは、タイヤの最高速度性能に基づいて速度定格が付与されている。今日、慣習的に使用されている速度定格は、標準速度でのタイヤの安全な動作を制御する必要に応えるために作り出された。乗物の製造者がタイヤの仕様を定める際に、タイヤに要求される速度定格は乗物の種類によって決まる。家族向けのセダン車の場合、タイヤの速度定格は、高性能のスポーツカーの速度定格よりも低くなると考えられる。現在の速度定格は、５０ｋｍ／ｈのＢ速度定格に始まり、３００ｋｍ／ｈ以上で動作可能なタイヤに対するＹまたはＺＲ速度定格に至る。乗用車用タイヤの多くは、１８０ｋｍ／ｈのＳＲ速度定格、または２１０ｋｍ／ｈのＨＲ速度定格のいずれかを有している。

高性能のスポーツカーへの関心がますます高まっていることと、ドイツのアウトバーンの一部で許可されているようにより速く運転したいという要望のために、タイヤの速度性能を向上させることが目標にされている。しかしながら、タイヤがより高速で回転するにつれて、タイヤおよびタイヤの構成部材が受ける遠心力が著しく大きくなる。問題となっているこれらの力を相殺し、かつ、これらの力に耐えるタイヤを設計することは、ベルト構造、金型構造、およびフットプリント形状をも含む多くの要因の変更を必要とする場合がある。速度定格が上がるにつれて、些細ではあるが徐々の変更が、タイヤの性能に大きな向上をもたらしてタイヤの定格を高めることができる。

従来のタイヤにおいて求められていた他の変更点は、タイヤの圧力が下がった状況のときに動作できるタイヤ、すなわちランフラットタイヤが要求されていることである。市販のランフラットタイヤの多くは、自立型のランフラットタイヤである。このようなタイヤは、圧力が下がった状況のあいだタイヤを支持する、厚さが厚くなったサイドウォールを備えている。サイドウォール内の追加のゴム層を使用することによって達成された、サイドウォールの厚さの増大によって、重量の増加およびタイヤによって発生した内部の熱のためにタイヤの速度定格が低下することがある。したがって、ランフラットタイヤが要求されていることも、タイヤの性能を低下させることによってタイヤの通常の動作に影響を及ぼす。

本発明の一実施態様は、タイヤの速度性能の向上および耐久性の向上を達成することに関する。本発明の他の実施態様は、高速性能を備えたランフラットタイヤの相反する複数の目標に関し、例えば、人々の乗物に期待され要望される、完全に膨らんだ状態での所望の性能と、圧力が下がった不測の状況においてタイヤが走行し続ける確実性とを備えた高性能の乗物を彼らに提供する。

開示される空気入りタイヤは、ショルダーを有するトレッドと、トレッドの下に位置するベルト構造と、２つのサイドウォール、伸びない２つの環状ビード、およびラジアルプライ構造を備えているカーカスとを有する。タイヤの各ショルダーは、ショルダーがトレッドの輪郭からタイヤのサイドウォールまで滑らかに移り変わり、理想的には、ショルダーを形成する半径の軌跡がタイヤの内側に位置するように、湾曲する半径方向外側の輪郭を有している。これは、トレッドがタイヤの上部サイドウォールに移り変わる前に切り立った硬い縁部となっている、直角のショルダーを有するものとは異なっている。本発明のタイヤは、ラジアルプライ構造に直接隣り合う、互いに平行な複数のコードからなる環状の層で形成されているベルト構造をさらに有し、環状の層は、互いに対向する一対の環状縁部と、半径状に湾曲する連続した輪郭とを有している。環状の補強ストリップ層が、ベルト構造の環状の層の軸方向の各縁部の半径方向内側に位置している。ストリップは、３０ｍｍ以下の幅を有すると共に、環状の層の各縁部の軸方向外側に向かって１０ｍｍ以下の距離だけ延びている。

開示されるタイヤの一実施態様では、環状の補強ストリップ層は複数のコードからなり、そのコードの材料は、ナイロン、レーヨン、ポリエステル、アラミド、金属、およびガラスからなる群から選択される。コードは、タイヤの中心線に対して０°〜５°の角度だけ斜めになっている。

タイヤの他の実施態様では、ベルト構造はオーバーレイプライを含んでいる。オーバーレイプライは、互いに平行な複数のコードからなる環状の層の半径方向外側にあり、その平行なコードからなる環状の層よりも大きな幅を有している。環状の補強ストリップ層は、オーバーレイプライと同じコードから形成されていてもよいし、または、異なる種類のコードから形成されていてもよい。

タイヤの他の実施態様では、タイヤに使用される環状の補強ストリップ層は、２０ｍｍ、１０ｍｍ、または５ｍｍの幅を有している。ストリップは、１０ｍｍ以下、好ましくは６ｍｍ以下の距離、または、補強ストリップ層の幅の７５％以下の距離の、２つの値のうちの小さい方の距離だけ、ベルトの各縁部を越えて延びている。

タイヤの他の実施態様では、タイヤのベルト構造は、トレッド幅の少なくとも９５％のベルト幅を有している。ベルト構造の軸方向外側の端部では、ベルト構造を形成している環状の層は、ベルトプライが６ｍｍ以下だけ降下しており、ベルトプライが２ｍｍ以下だけ降下していることがより望ましい。

本発明の他の実施態様では、環状の補強ストリップ層を備えたタイヤは、自立型のランフラットタイヤであってもよい。タイヤは、ラジアルプライ構造の軸方向内側で、タイヤのサイドウォール内に配置された少なくとも１つのゴム挿入物を有している。ゴム挿入物は、１００℃で４５〜９０の範囲内のショアＡ硬さを有している。

［定義］
下記の定義は開示される発明を規定する。

“エイペックス”は、ビードコアの半径方向上方であって、プライと折り返しプライの間に位置するエラストマーの充填物を意味する。

“環状の”は、リング状に形成されていることを意味する。

タイヤの”アスペクト比”は、タイヤの断面幅に対するタイヤの断面高さの比を意味し、パーセントで表示するために１００を乗じている。

“軸方向”および”軸方向に”は、タイヤの回転軸に平行な線または方向を意味する。

“ビード”は、タイヤの、フリッパ、チッパ、エイペックス、トウガード、およびチェーファーのような他の補強部材を有していても有していなくてもよく、設計リムにぴったり嵌まるように形作られ、かつ、プライコードによって被覆された環状の引張部材を含む部分を意味する。半径方向内側のビードは、タイヤをホイールリムに保持するのに関わっている。

“ベルト構造”は、トレッドの下に存在し、ビードに固定されておらず、タイヤの赤道面に対して１７°から２８°の範囲内の両側のコード角を有する、織られていても織られていなくてもよい、互いに平行な複数のコードからなる、少なくとも１つの環状の層、すなわちプライを意味する。

“カーカス”は、ベルト構造、トレッド、アンダートレッド、およびプライ上のサイドウォールゴムとは異なるが、ビードを含むタイヤ構造を意味する。

“円周の”は、環状のタイヤの、赤道面（ＥＰ）に平行で軸方向に垂直な表面の周囲に沿って延びる線または方向を意味する。

“コンタクトパッチ”は、幅の広い空隙領域によって幾つかの部分に分割されたフットプリントの、地面との接触を保っている部分を意味する。

“設計リム”は、指定された構造と幅を有するリムを意味する。これを明確にすると、設計リムおよび設計リム幅は、タイヤが作られる場所において有効な工業規格によって指定された通りである。例えば、アメリカ合衆国では、設計リムは、タイヤ・リム協会（Tire and Rim Association）によって指定された通りである。欧州では、リムは、欧州タイヤ・リム技術機構（European Tyre and Rim Technical Organization）の標準マニュアルに指定された通りであり、「設計リム」という用語は「標準寸法リム」と同じである。日本では、標準化機構は日本自動車タイヤ協会である。

“赤道面（ＥＰ）”は、タイヤの回転軸に対して垂直で、トレッドの中心を通る平面を意味する。

“フットプリント”は、コンタクトパッチ、すなわち、速度が零であり標準の荷重および圧力がかかっているときに、タイヤのトレッドの、平らな面に接触する領域を意味する。

“内側の”はタイヤの内側に向かうという意味であり、”外側の”はタイヤの外側に向かうという意味である。

“側方の”は、軸方向を意味する。

“側方の縁部”は、内側トレッド面の半径方向の頂上部において軸方向の最も外側の牽引ラグの外側の端部と交差する、赤道面に対して平行な平面によって規定される、トレッドの軸方向の最も外側の縁部を意味する。

“標準の膨張圧”は、タイヤの使用条件に関する適切な標準化機関によって決められた特定の設計膨張圧力および荷重を指す。

“半径方向の”および”半径方向に”は、タイヤの回転軸に対し半径方向に向かう方向、または、タイヤの回転軸から半径方向に離れる方向を意味する。

“ショルダー”は、コーナリングに影響する、トレッド縁部の直下の、サイドウォールの上部を意味する。トレッドショルダーまたはショルダーリブは、トレッドの、ショルダーの近くの部分を意味する。

“サイドウォール”は、タイヤの、トレッドとビードの間の部分を意味する。

“トレッド圧”は、タイヤのフットプリント領域の全域にわたる荷重の分布を意味する。

“トレッド幅”は、軸方向の、すなわち、タイヤの回転軸に平行な平面内の、トレッド表面の弧の長さを意味する。

“折り返しプライ”は、１つのビードの周りのみに巻かれたカーカスプライの端部を意味する。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

従来の製造手順によれば、自動車およびトラックに使用される空気入りラジアルプライタイヤの２つの基本的な部品がある。１つの部品は、通常、膨張に先立って円筒状の組立ドラム上で組み立てられるカーカスである。カーカスは、補強プライ、伸びない２つの環状ビード、サイドウォール、インナーライナー、および、タイヤが組み立てられてカーカスが硬化された後にこれらの部品を一緒に保持するエラストマー材料を含んでいる。タイヤの他の部品は、カーカスとは別に組み立てられ、トレッドと、硬化されたゴムの母材によって同様に一緒に保持されている下層のベルトまたはブレーカーとを含んでいるクラウンである。カーカスは、ゴムを硬化するのと同様に、半径方向の最も外側のゴムにトレッドパターンを押し付けてサイドウォール上に所望のサイドウォールパターンおよび所要の刻印を形成する加熱プレス内で加圧されて硬化される前に、クラウンに接合される。

このような一般化されたタイヤ、すなわち汎用タイヤでは、ほとんどの場合には鋼または本質的に伸びない他の材料から作られているベルトまたはブレーカーがクラウン組立体の一部をなしており、カーカスのプライ層の半径方向外側にあるがそれに直接隣り合って配置されている。

図１を参照すると、本発明の一実施形態を取り入れている、成形された自立型のラジアルプライタイヤ１０の一部の断面が示されている。タイヤ１０の図示されていない半分は、図示されているものに対して対称になっている。カーカスは、タイヤに対する主要な補強構造を形成している少なくとも１つのラジアルプライ層を有している。図示されているタイヤでは、カーカスは、ともにラジアルプライ構造を含んでいる外側のラジアルプライ層１２と内側のラジアルプライ層１４とを有している。内側のラジアルプライ層１４の端部は、伸びない環状ビード１６の周りに巻かれている。内側のラジアルプライ層１４の折り返しプライ１８を外側のラジアルプライ層１２から離すために、エイペックス２０が環状ビード１６の半径方向外側に配置されていてもよい。楔形のサイドウォール挿入物２２が、各サイドウォール内においてプライ層１２，１４の半径方向内側にある。楔形のサイドウォール挿入物２２は、タイヤにランフラット性および自立性をもたらしている。そのような部材は当該技術分野で公知であり、ここでは詳細には説明しない。図１は自立型のランフラットタイヤの構造を示しているが、本発明者は、本発明を非自立型の種類のタイヤ、または異なる種類のランフラットタイヤに組み入れることも意図している。前述したタイヤおよび後述するタイヤの構造は楔形挿入物２２がないものであってもよい。

ベルト構造２４とトレッド２６は、カーカスプライ層１２，１４の半径方向外側にある。ベルト構造２４は、軸方向の幅の大部分にわたって、最も外側のラジアルプライ層１２に直接隣り合っている、互いに平行な複数のコードからなる、半径方向の最も内側の少なくとも１つのプライ２８を有している。図示されているように、互いに平行な複数のコードからなる少なくとも１つの他のプライ３０が、最も内側のプライ２８の外側にあってもよい。隣接するプライ３０の互いに平行な複数のコードは、最も内側のプライ２８のコードと同じ角度であるが反対向きに斜めになっていることが好ましい。

半径方向の最も内側のベルトプライ２８の側方の領域では、カーカスプライ１２，１４の経路がランフラット挿入物２２の外側の輪郭に従うように、ベルトプライ２８はカーカスプライ１２，１４から離れている。ベルト幅ＢＷの外側２０％のところでは、ベルトプライ２８，３０は半径方向内側に向かって曲がっている。ベルトプライの降下量Ｃは、ベルト幅ＢＷの外側２０％のところからベルト構造の中心線の軸方向の最も外側のところまでの、ベルト構造２４の中心線の降下量として定義される。ベルトプライの降下量Ｃは、タイヤのヒールおよびトゥの摩耗に影響を及ぼす。ベルトプライの降下量Ｃが小さいと、トレッドのヒールおよびトゥの摩耗が改善される。ベルトプライの降下量Ｃは６ｍｍ未満であることが好ましく、ベルトプライの降下量Ｃが２ｍｍ未満であるとより好ましい。

ベルト構造２４は、トレッド幅ＴＷの少なくとも９５％の幅ＢＷを有している。トレッド幅ＴＷは、タイヤ１０の外側の輪郭に沿って、ショルダーの降下点Ｐから測定される。より幅広いベルト構造２４は、タイヤの高速性能を向上させるが、ベルトの縁部を所望の外形のところに保持してベルトプライの降下量Ｃを最小にする方策が必要である。

トレッド２６の外側の表面は、滑らかに連続する輪郭によって形成されている。トレッド２６は溝がないように描かれているが、当業者は、トレッド２６に任意の数のトレッドパターンで溝が形成されていてもよいことが分かるであろう。どのような溝のパターンが選択されたとしても、トレッド２６の上面は、開示されている表面の輪郭を有するであろう。トレッドの中央領域では、好ましくはベルトの輪郭の曲率に近い曲率半径ＲＴによって規定されている外形が、ほぼ一定のトレッド厚さを形作っている。タイヤのショルダーにおいて、トレッドの縁部のところでは、トレッドの厚さが薄くなっており、また、トレッドの輪郭を規定する半径が小さくなっていてもよい。

タイヤのショルダー領域において、ベルト構造２４の側方の各縁部とカーカスプライ１２，１４との間の間隔を保つために、従来と同様にゴムの楔がその間隔内に挿入されている。本発明の実施形態によると、タイヤ１０の高速耐久性を改善するために、間隔は、半径方向の最も内側のベルト層２８の側方の各縁部の半径方向内側に位置する環状の補強ストリップ層３２によって部分的に確保されている。補強ストリップ層３２は、ベルト層２８，３０が補強ストリップ層３２の内側縁部３４のところで浮き上がるのを防止するために、幅Ｕを有している。好ましくは、補強ストリップ層３２は、少なくとも５ｍｍであって、３０ｍｍ以下、より好ましくは２０ｍｍ以下の幅Ｕを有している。補強ストリップ層３２の幅Ｕが３０ｍｍより大きい場合、ベルト構造２４にたわみが生じることもある。

補強ストリップ層３２は、タイヤ１０の中心線に対して０°〜５°だけ斜めになった、互いに平行な複数の補強コードからなる、少なくとも１つのプライで形成されている。コードは、限定されるものではないが、ナイロン、レーヨン、ポリエステル、アラミド、金属、またはガラス等の、従来のあらゆるタイヤコード材料から形成されていてよい。コードは、伸びの大きなコード、すなわち、破断荷重と同じ大きさの引張力をかけたときに少なくとも４％の相対的な伸びを示すコードから形成しなければならない。ベルト構造２４内にオーバーレイプライがある場合、補強ストリップ層３２はオーバーレイプライに用いられているのと同じ材料から形成されていてもよい。幅Ｕを、少なくとも５ｍｍであって３０ｍｍ以下にするために、例えば幅５ｍｍの４つのストリップからなるプライにより幅２０ｍｍの補強ストリップ層を形成するように、補強ストリップ層３２が、隣接する、幅の狭いストリップから形成されていてもよい。

補強ストリップ層３２は、最も内側のベルトプライの軸方向外側に向かって距離Ｖだけ延びている。補強ストリップ層３２は、補強ストリップ層３２の幅Ｕにかかわらず、ベルト構造２４から外側に向かって１０ｍｍ以下、好ましくは６ｍｍ以下だけ延びていることが好ましい。さらに、補強ストリップ層３２は、ストリップ幅Ｕの７５％以下の幅Ｖだけベルト構造２４を越えて延びていなければならない。延長幅Ｖの長さは、これらの条件のうち値がより小さい方とされるであろう。例えば、補強ストリップ層３２が５ｍｍの幅Ｕを有する場合、延長幅Ｖは７５％、すなわち３．７５ｍｍを越えてはならない。補強ストリップ層３２が２０ｍｍの幅Ｕを有する場合、延長幅Ｖは１０ｍｍ、すなわち補強ストリップ層３２の幅Ｕの５０％を越えることはなく、補強ストリップ層３２が３０ｍｍの幅Ｕを有している場合、補強ストリップ層３２は１０ｍｍ、すなわち補強ストリップ層３２の幅Ｕの３３％を越えない延長幅Ｖを有する。

最も内側のベルト層２８の側方の縁部の下に環状の補強ストリップ層３２を設けることによって、タイヤ１０の耐久特性が改善される。

試験では、３つのタイヤＡ，Ｃ，Ｅが、図１に示されている通り、本発明に基づいて構成され、対照用のタイヤＢ，Ｄ，Ｆと比較された。比較用のタイヤは、同じ大きさの本発明のタイヤと同様なカーカス構造を有し、かつ、表１に示されているように、タイヤのショルダー領域のベルト構造の上に環状の補強ストリップ層を有していた。本発明のタイヤＡ，Ｃ，Ｅと比較用のタイヤＢ，Ｄ，Ｆとを試験した。その結果を表１に記載する。

速度試験は、次のような条件で、すなわち、２１０ｋｍ／ｈで５分間；２４０ｋｍ／ｈで３０分間；２７０ｋｍ／ｈで３０分間；２８０ｋｍ／ｈで１０分間；２９０ｋｍ／ｈで１０分間行われた、段階的に速度を上げる試験であった。一旦、タイヤを２９０ｋｍ／ｈで１０分間走行させたら、速度を１０ｋｍ／ｈ上げ、そしてその後タイヤが壊れるまで、１０分間ごとに１０ｋｍ／ｈずつ上げていった。

試験の結果によると、補強ストリップ層３２が、図１に示されているように、ベルトプライ端部の半径方向内側にある場合には、補強ストリップ層３２がベルト構造２４の上に位置しているものと比べて、最高速度をより速くし、最高速度での走行時間をより長くすることが達成されたのがわかる。また、速度は、補強ストリップ層３２の幅が大きくなるのに対応して速くなった。

最高速度が上がった理由は次の通りであろう。タイヤの故障は、通常、２つの要因によって引き起こされる。すなわち、遠心力によって生じたスタンディングウェーブ、またはタイヤ内の発熱である。より高速になってからスタンディングウェーブが発生するようにし、タイヤの内部温度が制御されれば、タイヤは、より長時間にわたって走行でき、より高速にすることができる。本発明のタイヤでは、両方の要因の緩和が起こっている。環状の補強ストリップ層３２があることによって、ベルトの外形は、スタンディングウェーブを抑える、所望の平らな外形に保たれている。さらに、ベルト縁部の下の、一般的なショルダーの楔のゴムの幾らかを取り替えることによって、ショルダー領域におけるゴムの量が減り、発熱が抑えられる。

環状の補強ストリップ層３２があることによって、フットプリントの形状係数も大きくなる。フットプリントの形状係数（ＦＳＦ）は、トレッド縁部でのフットプリントの長さに対する、トレッド中央部でのフットプリントの長さの比である。ＦＳＦを計算するためには、フットプリントの軸方向の最大幅Ｗをまず計測する。そして、軸方向の最大幅Ｗの中間の距離の面を、タイヤの中央面ＣＰと定義する。中央面の両側にトレッド幅Ｗの４０％の距離の位置を定めてそこからタイヤの中央面に平行な線を引く。この平行な線の長さを計算し、それらを合計し、そして２で割って、平均ショルダー長さＬ_Sとする。中央面でのフットプリントの長さＬ_Cを計測する。フットプリント形状係数ＦＳＦは、これらの比Ｌ_C／Ｌ_Sである。

ＦＳＦの増大が見られるのは、ショルダー縁部におけるベルトプライ２８，３０の拘束力が大きくなったことによるものと考えられる。一方、そのようなベルトプライ２８，３０の外側のオーバーレイ層は、ベルト構造２４およびベルト縁部が半径方向に大きくなるのを抑えるように働き、環状の補強ストリップ層３２は、ショルダー領域内でカーカスプライ１２，１４が半径方向に大きくなるのを抑え、所望のベルト縁部外形を維持するように働く。

本発明に基づくタイヤの半分の断面を示す図である。

符号の説明

１０ タイヤ
１２，１４ ラジアルプライ層
１６ ビード
１８ 折り返しプライ
２０ エイペックス
２２ 挿入物
２４ ベルト構造
２６ トレッド
２８，３０ プライ
３２ 補強ストリップ層
３４ 縁部
ＢＷ ベルト幅
ＴＷ トレッド幅
ＲＴ 曲率半径
Ｃ 降下量
Ｐ 降下点

Claims (3)

1. ショルダーを有するトレッドと、前記トレッドの下に位置するベルト構造と、２つのサイドウォール、伸びない２つの環状ビード、およびラジアルプライ構造を備えているカーカスとを有する空気入りタイヤにおいて、
   前記各ショルダーは、湾曲する半径方向外側の輪郭を有し、
   前記ベルト構造は、前記ラジアルプライ構造に直接隣り合う、互いに平行な複数のコードからなる環状の層を含み、該環状の層は、互いに対向する一対の環状縁部と、半径状に湾曲した連続した輪郭とを有し、
   前記環状の層の各縁部の半径方向内側に位置しており、各々が３０ｍｍ以下の幅を有すると共に、前記ベルト構造の軸方向外側に向かって１０ｍｍ以下の距離だけ延びている、環状の補強ストリップ層を有する
   ことを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記環状の補強ストリップ層は、前記タイヤの中心線に対して０°〜５°の角度だけ斜めになっている複数のコードからなる、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記各サイドウォール内にランフラット用のゴム挿入物をさらに有する、請求項１に記載の空気入りタイヤ。

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