JP2008201159A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】操縦安定性と乗り心地性の双方を高次元でバランスさせ向上することのできる空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】１対のビードコア５を備えたビード部４と、前記ビード部４から各々タイヤ径方向外側に延びるサイドウォール部３と、前記サイドウォール部３間に設けたトレッド部２とを有し、前記１対のビード部４間に装架した少なくとも１層のカーカスプライからなるカーカス６と、該カーカス６のトレッド部２における外周側に少なくとも２層のベルトプライからなるベルト７を配置した空気入りタイヤ１において、前記ベルト７の両端部外側とタイヤ最大幅部Ｗの間で、前記カーカス６のタイヤ径方向外側のバットレス部１０に、複数の円環状プレート材１２とゴム材とを交互に配して積層した積層構造部材１１を埋設する。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気入りタイヤに関し、より詳しくは、操縦安定性と乗り心地性とを高次元でバランスさせることができる空気入りタイヤに関する。

従来、空気入りタイヤの操縦安定性向上のためには、タイヤの扁平率を小さくしてトレッド接地面積を確保したり、ビードフィラーに硬いゴム組成物を使用する、或いはサイド部〜ショルダー部間に補強材を追加配置することによりタイヤの横剛性を向上する、さらにはトレッドゴムを変更するなどの手法が取られている。また、一方で、乗り心地性の向上のためには、ベルトコードの角度変更によるトレッド部のエンベロープ性の改善やカーカスやビードフィラーの構造変更によりタイヤ縦剛性を低下させる手法が取られていた。 例えば、下記特許文献１、２には、テキスタイルコードあるいはスチールコードからなるショルダー補強層を配置したもの、ショルダー部のカーカス内側と外側に補強ゴム層を配置し操縦安定性を向上したタイヤ、また特許文献３には、カーカスに金属コードを用いて操縦安定性と振動乗り心地を同時に向上することが記載されている。

しかしながら、上記の操縦安定性及び乗り心地性の改善方策は互いに二律背反の関係にあり、タイヤの縦、横、前後剛性の３方向の剛性は正の関係を持って変化することが一般に知られており、すなわち縦剛性を上げると横、前後剛性も上がることから、操縦安定性と乗り心地性の双方を高次元でバランスさせ向上することは困難であった。
特開平７−１７９１０１号公報 特開２００１−１３８７０８号公報 特開平１１−１１１０９号公報

本発明は上記の背反事象に鑑み、その目的とするところは、操縦安定性と乗り心地性の双方を高次元でバランスさせ向上することのできる空気入りタイヤを提供するものである。

本発明者は上記課題を解決するため鋭意検討を行ったところ、従来のタイヤの縦方向剛性と横方向剛性の関係を変化させ、それぞれを独立し制御することで、縦方向に柔であって横方向には剛であるという、縦、横方向で互いに独立する特性をタイヤに付与することで上記課題を解決できることを見出したものである。

すなわち本発明は、１対のビードコアを備えたビード部と、前記ビード部から各々タイヤ径方向外側に延びるサイドウォール部と、前記サイドウォール部間に設けたトレッド部とを有し、前記１対のビード部間に装架した少なくとも１層のカーカスプライからなるカーカスと、該カーカスのトレッド部における外周側に少なくとも２層のベルトプライからなるベルトを配置した空気入りタイヤにおいて、前記ベルトの両端部外側とタイヤ最大幅部の間で、前記カーカスのタイヤ径方向外側のバットレス部に、複数の円環状プレート材とゴム材とを交互に配して積層した積層構造部材を埋設したことを特徴とする空気入りタイヤである。

本発明において、前記プレート材の縦弾性係数が１０〜２５，０００ｋｇｆ／ｍｍ^２の範囲にあることが好ましい。

また、前記プレート材のタイヤ径方向の配置角度が、該タイヤ回転軸から接地面に下ろした鉛直線に対して０±１０°の範囲にあると効果的である。

さらに、本発明の空気入りタイヤは、前記カーカスの少なくとも１枚のカーカスプライが前記積層構造部材の位置において該タイヤ周上で分断され、該カーカスプライ分断端部がタイヤ周上で前記円環状プレート材間の間隙に挟持されているものとすることができる。

本発明の空気入りタイヤによれば、バットレス部に埋設された積層構造からなる積層構造部材が、荷重付加時に方向性を持ち変形することから、荷重付加時のタイヤ縦剛性と横剛性の増加率を変化させ、それぞれを独立し制御することができるようになる。すなわち、タイヤの縦方向の撓み（タイヤ径方向の入力）に対しては柔であり、横方向の撓み（タイヤ軸方向の入力）に対しては剛であることで、タイヤの操縦安定性と乗り心地性との双方を高次元でバランスさせ向上させることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の１実施形態である乗用車用の空気入りタイヤ（以下、空気入りタイヤを単に「タイヤ」ということがある）１を示す半断面図である。図２は図１におけるタイヤ１のバットレス部１０を拡大した一部断面図である。

空気入りタイヤ１は、リム組される１対のビード部４と、前記ビード部４から各々タイヤ径方向外側に延びるサイドウォール部３と、前記サイドウォール部３、３間に設けた路面に接地するトレッド部２とから構成される。タイヤ１の基本構造は、図６に示す従来の一般構造を有するタイヤ３０と同一である。

図１に示すようにタイヤ１は、タイヤ赤道線ＣＬに対して略９０°の角度で延びるポリエステル、レーヨンなどの有機繊維コードからなる２層のカーカスプライ６１、６２を、一対のビード部４に夫々埋設されたビードコア５の周りにタイヤ内側から外側に折り返してビードフィラー９を挟み係止されたカーカス６と、前記トレッド部２の内側に赤道線ＣＬに対して１５〜３５°の角度で傾斜して延びるスチールコード、アラミド繊維などを用いた少なくとも２層の交差ベルトプライからなるベルト７と、さらにベルト７の外周にはタイヤ周方向に対しほぼ０°の角度でらせん状に巻回されたナイロンなどの有機繊維コードからなるキャッププライ８を有するラジアル構造の乗用車用タイヤであり、トレッド部２には、タイヤの要求性能や使用条件に応じてトレッド面にリブ、ブロック等の各種トレッドパターンが形成されている。

タイヤ１には、ベルト７両側のベルト端部７ａから外れたタイヤ軸方向接地領域の外側とタイヤ最大幅部Ｗの間に位置するバットレス部１０で、前記カーカス６のタイヤ径方向外側のバットレス部１０に、複数の円環状プレート材１２を積層した積層構造部材１１が埋設されている。

積層構造部材１１は、図３のプレート材１２の正面図及び側面図に示すように、円環状に周方向に連続する断面板状をなすプレート材１２を、その複数枚を該プレート材１２とゴム材とを交互に配して積層した積層構造体である。

前記プレート材１２の寸法、プレート材１２相互間のゴム厚み、積層枚数等は、特に制限されることはなく、タイヤサイズ、バットレス部の断面形状、そのゴム厚み等により適宜決めることができる。

例えば、乗用車用タイヤの場合、プレート材１２の厚みＷは、０．１〜２．０ｍｍ、好ましくは０．２〜１．５ｍｍの範囲が例示される。厚みＷが薄すぎるとプレート材が柔軟となり必要な縦剛性、横剛性が得られず、厚くなりすぎると縦、横方向共に高剛性となって操縦安定性、乗り心地性の確保が困難となり、また隣接ゴム材との剛性差により動的接着性が低下するようになる。また、プレート幅Ｈと外径Ｄはタイヤサイズ、要求特性等により適宜決められるが、例えばプレート厚みＷと幅Ｈの比は、Ｈ／Ｗ＝５〜３０程度であり、Ｈ／Ｗ＝８〜２０の範囲がより好ましい。積層枚数の上限は特に制限されないが、乗用車用タイヤの場合は１０枚程度である。

上記プレート材１２は、図４に示すように、バットレス部１０の断面形状に合わせて、外径Ｄ及び内径ｄを漸次減径した複数本（図では４枚のプレート材１２ａ〜１２ｄの場合を示す）をそれぞれの相互間に間隙Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を空けて階段状に平行に積層されている。加硫後タイヤでは、この間隙Ｓにはそれぞれゴム材が充填され複数のプレート材１２を互いに接着し積層構造部材１１を形成するとともにバットレス部１０のゴム中に積層構造部材１１を埋設し固定される。この間隙Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の距離は、特に限定されないが、例えば、０．２〜３．０ｍｍ程度、好ましくは０．２〜２．０ｍｍである。間隙Ｓの距離が狭いと隣接するプレート材間での変位が充分得られず、特に積層構造部材１１の縦方向での変形量が小さくなり剛性の制御が困難になる。また、間隙Ｓが広くなると、プレート材１２間の変位が大きくなり、特に斜め入力時にプレート材１２間の変位にバラツキを生じやすくなり操縦安定性を低下させるおそれがある。間隙Ｓ１〜Ｓ３の各距離は、等間隔でもよいし、異なっていてもよい。

積層構造部材１１は、タイヤ成型時にバットレス部１０に複数のプレート材１２とシート状ゴム材を交互に配して積層し成形することができる。

また、積層構造部材１１は、複数の円環状プレート材１２と複数のシート状ゴム材とを交互に積層してなる成形体を予め形成し、タイヤ成型時にこの成形体をバットレス部１０に配設することもできる。

この積層構造部材１１は、タイヤ１にタイヤ径方向、軸方向あるいは両方向同時に外力が入力されると、積層されたプレート材１２が積層構造部材１１内で縦、横方向に段階的に変位することで、タイヤの縦方向及び横方向の剛性をそれぞれ独立して制御することができる。特に、タイヤ径方向の入力に対する変位を生じやすくすることで、タイヤの径方向の入力に対しては柔であり、軸方向の入力に対しては剛であることで、バットレス部１０の縦、横方向の撓み（剛性）を制御しタイヤの操縦安定性と乗り心地性を両立させることができる。

また、前記プレート材１２としては、その材質は特に制限されないが、その材料の縦弾性係数（ヤング率）が１０〜２５，０００ｋｇｆ／ｍｍ^２の範囲にあるものが好ましく、特に１，０００〜２５，０００ｋｇｆ／ｍｍ^２の範囲にあるものが好ましい。

上記ヤング率の範囲にあるプレート材１２の材料としては、例えば、炭素鋼、ステンレス鋼、モリブデン、ニッケル、クロムなどの合金鋼、軟鉄、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、鉛等の金属が挙げられる。

また、樹脂として、ポリアミド系樹脂（ナイロン６、ナイロン６６等）、ポリエステル系樹脂（ＰＥＴ、ＰＢＮ，ＰＥＮ等）、ポリニトリル系樹脂（ＰＡＮ、ＡＳ等）、ポリ（メタ）アクリレート系樹脂（ＰＭＭＡ、ＥＥＡ等）、ポリビニル系樹脂（ＥＶＡ、ＰＶＡ、ＰＶＣ等）、セルロース系樹脂（酢酸セルロース等）、フッ素系樹脂（ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル等）等の熱可塑性樹脂、また、スチレン系、オレフィン系、ポリエステル系、ウレタン系、ポリアミド系等の熱可塑性エラストマーが挙げられ、これらの複数樹脂のブレンド材でもよい。

また、尿素系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂等の熱硬化性樹脂を使用することもできる。

さらに、樹脂類としては、ステンレス等の金属フィラメントやナイロン、ＰＥＴ、ガラス繊維、炭素繊維等の有機、無機繊維で強化された強化プラスチック（ＭＲＰ、ＦＲＰ）でもよい。

積層構造部材１１は、上記の２種以上の材質からなるプレート材を組み合わせて形成してもよい。

なお、プレート材１２の表面は、ゴムとの接着性を向上する目的で、研磨やブラスト法による物理的表面処理、各種ゴム糊やレゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス液等の接着剤の塗布、真鍮や亜鉛等の金属めっき処理を施すことが好ましい。

ここで、プレート材１２とその間隙Ｓ内に配されるゴム材料とは、両者のヤング率との差が大きい程好ましい。これにより、タイヤ１にかかる入力に対して各プレート材１２が積層構造部材１１の層間で変位しやすくなり、その結果積層構造部材１１が撓みやすくなることで縦剛性と横剛性を制御しやすくなる。タイヤ用の加硫ゴム材料のヤング率は一般的に０．１〜０．５ｋｇｆ／ｍｍ^２の範囲にあるので、この観点からプレート材１２のヤング率は上記１，０００ｋｇｆ／ｍｍ^２以上にあることが好ましい。ヤング率が１０ｋｇｆ／ｍｍ^２未満の場合、バットレス部１０のゴムの動きと同化して積層構造部材１１が動くようになり本発明の効果が充分得られなくなる。

また、前記積層構造部材１１における円環状プレート材１２のタイヤ径方向の配置角度は、ＪＩＳ規定の標準リムを使用し、規定内圧、最大荷重付加時に、タイヤ回転軸から接地面に下ろした鉛直線に対して０±１０°の範囲に配置されていることが好ましい。

前記プレート材１２の配置角度が前記鉛直線に対して±１０°の範囲を外れると、タイヤ１への径方向及び軸方向の入力が積層構造部材１１に対して傾斜してかかるようになり、特に積層構造部材１１の縦方向入力に対する減衰性能が低下し、タイヤ１の縦剛性及び横剛性のバランスが得難くなる。

また、本発明では、図５に示すタイヤ２０のように、カーカス６の少なくとも１枚のカーカスプライが積層構造部材１１の位置でタイヤ周上で分断され、そのカーカスプライ分断端部がタイヤ周上で積層構造部材１１の円環状プレート材１２間の間隙Ｓに挟持されているものでもよい。

図５に示すタイヤ２０は、カーカス６が２プライ構造のタイヤであり、カーカスプライの内で２ｎｄプライ６２がタイヤ両サイドにおいて積層構造部材１１の位置でタイヤ周上で分断され、そのトレッド２側のプライ分断端部６２ａがプレート材１２ｂと１２ｃの間にタイヤ周上で挟持され、サイドウォール部３側のプライ分断端部６２ｂがプレート材１２ｃと１２ｄの間に挟持され、プレート材１２ｃを介してカーカス６の２ｎｄプライ６２を一体に形成している。また、図の例では、１ｓｔプライ６１は積層構造部材１１の位置でプライが分断されずに連続したカーカスを形成しているが、１ｓｔプライ６１も２ｎｄプライと同様に分断構造にすることができる。

このようにカーカスプライが積層構造部材１１の部位で分断されることで、バットレス部１０の縦方向の変形量を大きくすることで乗り心地性をより改善することができる。

また、本発明のタイヤ１、２０は、積層構造部材１１が、バットレス部１０の縦方向変形量を従来より大きくすることで、従来のタイヤ変形に寄与していたタイヤ最大幅Ｗ付近のサイド部の変形を抑えることができ、これによりサイド部のカーカス張力の低下を抑制する効果が得られるようになり、コーナリング時のハンドル応答性に優れるものとなる。

以下に、本発明を実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこの実施例により限定されるものではない。

タイヤサイズを２１５／６０Ｒ１６（主溝４本のリブパターン）とし、厚み０．５ｍｍのプレート材４枚の間に厚み０．５ｍｍのゴム材を交互に配して積層構造を形成した積層構造部材をバットレス部に埋設した図２、図５に示す実施例１〜４のタイヤを試作した。実施例１、２のプレート材には、炭素０．３３％含有炭素鋼板（ヤング率２１０，０００ｋｇｆ／ｍｍ^２）、実施例３のプレート材はアルミニウム合金（ヤング率６，０００ｋｇｆ／ｍｍ^２）、実施例４のプレート材はナイロン６樹脂（ヤング率１１０ｋｇｆ／ｍｍ^２）を使用した。比較例タイヤは図８に示す従来構造のタイヤである。

使用リム１６×６．５ＪＪ、空気圧２００ｋＰａ、縦荷重４８０ｋｇｆ、横荷重１２０ｋｇｆの条件にて、縦剛性と横剛性を測定した。縦、横剛性は、その方向の付加荷重（ｋｇｆ）／その方向の変形量（ｍｍ）で求められる。

また、接地特性として、縦荷重付加時と（縦荷重＋横荷重）付加時におけるタイヤ接地面でのトレッド接地長及び平均接地圧を測定した。実施例１、２のトレッド接地形状を図６、図７に例示する。図６は縦荷重４８０ｋｇｆを付加した時、図７は縦荷重４８０ｋｇｆと横荷重１２０ｋｇｆ（横荷重は図において右側から付加）を同時に付加した時のトレッド接地形状を示し、接地長（タイヤ周方向の接地長さ）及び平均接地圧（付加荷重／接地面積）はこれらの接地形状から、トレッドセンター部（Ｃ部と表示）とショルダー部（横荷重付加側をＡ部、その反対側をＢ部と表示）について求めた。いずれも比較例を基準とし指数１００とする指数表示で示した。

次に、各タイヤ４本を車両（排気量２５００ｃｃの国産乗用車、ＦＲタイプ）に装着し、下記条件で操縦安定性及び乗り心地性の評価を行った。いずれも結果を表１に示す。

なお、各タイヤのカーカスはポリエステルコード１，１００ｄｔｅｘ／２（打ち込み密度２３本／２５ｍｍ）の２プライ、ベルトはスチールコード２＋２×０．２５ｍｍ（打ち込み密度２５本／２５ｍｍ）の２プライ、キャッププライはナイロン６６コード９４０ｄｔｅｘ／２（打ち込み密度２１本／２５ｍｍ）の１プライとし、実施例と比較例で同一とした。

［操縦安定性］
出願人所有の操縦安定性評価用のテストコース（アスファルト乾燥路面）において、時速８０〜１００ｋｍ／ｈでの直進性、レーンチェンジ性、及びコーナリング時のハンドリング性を３名のテストドライバーのフィーリングで総合評価し、平均をとった。比較例を基準とし指数１００とした指数表示で示した。指数が大きいほど良好である。

［乗り心地性］
出願人所有の良路、不整路及び突起段差路の３種のテストコースを時速６０ｋｍ／ｈで走行し、それぞれの走行路について、ゴツゴツ感、ブルブル感、突起乗り越え時のショック吸収性及びダンピング等を総合して３名のテストドライバーのフィーリングで評価し、平均をとった。比較例を基準とし指数１００とした指数表示で示した。指数が大きいほど良好である。

表１に示されるように、比較例タイヤでは縦剛性を増加するとそれに伴い横剛性も増加する（横剛性／縦剛性が０．５に近い値を示す）が、本発明に係る実施例１〜４のタイヤでは縦剛性と横剛性の増加率を変化させることができ、縦剛性の増加に対して横剛性の増加が高く得られ、横剛性／縦剛性を制御することができる。

すなわち、表１、及び図６、７から、縦荷重付加のみの接地特性は各実施例において大きな変化は無く、車両の通常走行時のタイヤ特性は比較例および実施例の各タイヤで類似していると判断される。これに対し、縦及び横荷重を付加するとタイヤの接地形状は一般的に台形形状に変化するが、実施例タイヤにおいては、比較例タイヤの接地長が短くなる側（Ｂ部側ショルダー部）の接地長が維持され、同様に比較例タイヤの接地長が長くなる側（Ａ部側ショルダー部）の接地長の増加が比較例に対して小さく保たれている。このことは実施例タイヤのコーナリング特性が優れていることを示すものである。

これにより、操縦安定性と乗り心地性の評価結果から知られるように、操縦安定性の上昇が大きく得られ、対して乗り心地性の低下代は小さく、操縦安定性と乗り心地性をバランス良く両立させるタイヤを、本発明に係る積層構造部材を採用しプレート材のヤング率、寸法形状、積層枚数等を設計することで容易に見積もることができるようになる。

本発明は、乗用車用を始めとして、ライトトラック、バスやトラック用の大型タイヤなど各種サイズ、用途の空気入りタイヤに適用することができる。

実施形態の空気入りタイヤの半断面図である。 同上タイヤのバットレス部の拡大断面図である。 プレート材の正面図及び側面図である。 積層構造部材の側面図である。 他の実施形態のタイヤのバットレス部の拡大断面図である。 縦荷重付加時のトレッド接地形状の説明図である。 縦荷重と横荷重付加時のトレッド接地形状の説明図である。 従来例の空気入りタイヤの半断面図である。

符号の説明

１……空気入りタイヤ
２……トレッド部
３……サイドウォール部
４……ビード部
５……ビードコア
６……カーカス
７……ベルト
１０……バットレス部
１１……積層構造部材
１２……プレート材
Ｗ……タイヤ最大幅部

Claims (4)

1. １対のビードコアを備えたビード部と、前記ビード部から各々タイヤ径方向外側に延びるサイドウォール部と、前記サイドウォール部間に設けたトレッド部とを有し、前記１対のビード部間に装架した少なくとも１層のカーカスプライからなるカーカスと、該カーカスのトレッド部における外周側に少なくとも２層のベルトプライからなるベルトを配置した空気入りタイヤにおいて、
   前記ベルトの両端部外側とタイヤ最大幅部の間で、前記カーカスのタイヤ径方向外側のバットレス部に、複数の円環状プレート材とゴム材とを交互に配して積層した積層構造部材を埋設した
   ことを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記プレート材の縦弾性係数が１０〜２５，０００ｋｇｆ／ｍｍ^２の範囲にある
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記プレート材のタイヤ径方向の配置角度が、該タイヤ回転軸から接地面に下ろした鉛直線に対して０±１０°の範囲にある
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の空気入りタイヤ。
4. 前記カーカスの少なくとも１枚のカーカスプライが前記積層構造部材の位置において該タイヤ周上で分断され、該カーカスプライ分断端部がタイヤ周上で前記円環状プレート材間の間隙に挟持されている
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

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