JP2022106214A - 空気入りタイヤ及び空気入りタイヤの製造方法 - Google Patents

空気入りタイヤ及び空気入りタイヤの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】低荷重時のタイヤの接地面積等を確保しつつ、高い縦ばね剛性が得られる空気入りタイヤを提供する。【解決手段】空気入りタイヤ１のカーカス層６は、本体部６３ａと折返し部６３ｂとを含む第１カーカスコード６３と、第１カーカスコード６３の折返し部６３ｂのタイヤ軸方向外側の位置で終端する第２カーカスコード６４とを含む。第２カーカスコード６４のヤング率Ｅ２は、第１カーカスコード６３のヤング率Ｅ１よりも大きい。【選択図】 図１

Description

本発明は、空気入りタイヤに関する。
従来から、車両の空気力学特性によるダウンフォースを用いて、走行性能を高める技術が知られている。ダウンフォースを安定的に得るためには、タイヤに高い縦ばね剛性を付与することが有効である。
そして、特許文献１では、第１カーカスプライと第２カーカスプライとによるアップダウン構造により、縦ばね剛性を高めたタイヤが提案されている。
特開２０２０－０８３０５３号公報
従来のタイヤでは、内圧を高めたり、カーカスケースの剛性を高めることにより、縦ばね剛性が高められていた。しかしながら、上記手法によれば、低荷重時の撓みが不足し、タイヤの接地長さ及び接地面積（以下、接地面積等とする）が減少するため、ダウンフォースが減少する低速度域では却って走行性能が低下することがあった。
本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、低荷重時のタイヤの接地面積等を確保しつつ、高い縦ばね剛性が得られる空気入りタイヤを提供することを主たる目的としている。
本発明は、トレッド部と、一対のサイドウォール部と、それぞれにビードコアが埋設された一対のビード部と、前記一対のビード部間をのびるカーカス層とを含む空気入りタイヤであって、前記カーカス層は、前記トレッド部から前記サイドウォール部を経て前記ビード部に至る本体部と前記本体部に連なりかつ前記ビードコアの回りをタイヤ軸方向内側から外側に折り返された折返し部とを含む第１カーカスコードと、前記トレッド部から前記ビード部に至りかつ前記第１カーカスコードの前記折返し部のタイヤ軸方向外側の位置で終端する第２カーカスコードとを含み、前記第２カーカスコードのヤング率は、前記第１カーカスコードのヤング率よりも大きい。
本発明に係る前記空気入りタイヤにおいて、前記第２カーカスコードのヤング率は、前記第１カーカスコードのヤング率の１．５～２．５倍である、ことが望ましい。
本発明に係る前記空気入りタイヤにおいて、前記第１カーカスコードの前記本体部と前記第２カーカスコードとの間にインスレーションゴムが配されている、ことが望ましい。
本発明に係る前記空気入りタイヤにおいて、前記インスレーションゴムのタイヤ半径方向の外端は、前記折返し部のタイヤ半径方向の外端よりもタイヤ半径方向の外側に位置している、ことが望ましい。
本発明に係る前記空気入りタイヤにおいて、前記インスレーションゴムのタイヤ半径方向の内端は、前記折返し部のタイヤ半径方向の外端よりもタイヤ半径方向の内側に位置している、ことが望ましい。
本発明に係る前記空気入りタイヤにおいて、前記インスレーションゴムは、前記折返し部よりもタイヤ軸方向の内側に配されている、ことが望ましい。
本発明に係る前記空気入りタイヤにおいて、レースに用いられる、ことが望ましい。
本発明は、トレッド部と、一対のサイドウォール部と、それぞれにビードコアが埋設された一対のビード部と、前記一対のビード部間をのびるカーカス層とを含む空気入りタイヤの製造方法であって、第１カーカスコードを含む第１カーカスプライを円筒状に巻き付ける第１工程と、前記第１カーカスプライのタイヤ半径方向外側に円環状のビードコアを配置する第２工程と、前記第１カーカスプライの前記ビードコアよりも軸方向外側部分を前記ビードコアに沿って半径方向外側に折り返す第３工程と、前記第１カーカスコードよりもヤング率が大きい第２カーカスコードを含む第２カーカスプライを前記第１カーカスコードのタイヤ半径方向外側に巻き付ける第４工程とを含む。
本発明に係る前記空気入りタイヤの製造方法において、前記第２カーカスプライのタイヤ半径方向外側にトレッドゴムを巻き付けて生タイヤを成形する第５工程と、前記生タイヤを加硫する第６工程とを含み、前記第６工程において、前記トレッドゴムは、タイヤ周方向に２～４％伸張される、ことが望ましい。
本発明の前記空気入りタイヤは、前記本体部と前記折返し部とを含む前記第１カーカスコードと、前記第１カーカスコードの前記折返し部のタイヤ軸方向外側に終端を有する前記第２カーカスコードとを含む。前記空気入りタイヤに荷重が負荷されると、前記サイドウォール部の内側では圧縮応力が発生し、前記サイドウォール部の外側では引張応力が発生する。本発明では、外側に位置される前記第２カーカスコードの前記ヤング率が内側に位置される前記第１カーカスコードの前記ヤング率よりも大きいので、高荷重時の縦ばね剛性が向上する。一方、低荷重時にあっては、前記サイドウォール部の外側で発生する引張応力は小さいため、前記第２カーカスコードが縦ばね剛性に及ぼす影響は限定的となり、十分な接地面積等が容易に確保される。
本発明の空気入りタイヤの製造方法によって製造される空気入りタイヤは、外側に位置される前記第２カーカスコードの前記ヤング率が内側に位置される前記第１カーカスコードの前記ヤング率よりも大きいので、高荷重時の縦ばね剛性が向上する。一方、低荷重時にあっては、前記サイドウォール部の外側で発生する引張応力は小さいため、前記第２カーカスコードが縦ばね剛性に及ぼす影響は限定的となり、十分な接地面積等が容易に確保される。
本発明の空気入りタイヤの一実施形態を示す子午断面図である。 図１の空気入りタイヤの一方側の断面図である。 荷重が負荷された空気入りタイヤのサイドウォール部に生ずる応力を模式的に示した断面図である。 インスレーションゴムを含むサイドウォール部の断面図である。 図１の空気入りタイヤの製造方法を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
図１は、本実施形態の空気入りタイヤ１の正規状態におけるタイヤ回転軸（図示省略）を含む子午断面図である。
「正規状態」とは、空気入りタイヤ１が正規リムに組み込まれ、かつ、正規内圧が充填され、無負荷の状態である。以下、特に言及されない場合、空気入りタイヤ１の各部の寸法等はこの正規状態で測定された値である。
「正規リム」とは、空気入りタイヤ１が基づいている規格を含む規格体系において、当該規格がタイヤ毎に定めるリムであり、例えばJATMAであれば "標準リム" 、TRAであれば "Design Rim" 、ETRTOであれば "Measuring Rim" である。
「正規内圧」とは、空気入りタイヤ１が基づいている規格を含む規格体系において、各規格がタイヤ毎に定めている空気圧であり、JATMAであれば "最高空気圧" 、TRAであれば表"TIRE LOAD LIMITSAT VARIOUSCOLD INFLATION PRESSURES"に記載の最大値、ETRTOであれば "INFLATION PRESSURE" である。
レース用のタイヤのように、適用される規格がない場合、正規リム、正規内圧には、メーカにより推奨されるリム、空気圧が適用される。
空気入りタイヤ１は、トレッド部２と、一対のサイドウォール部３と、それぞれにビードコア５が埋設された一対のビード部４と、一対のビード部４間をのびるカーカス層６とを含む。
トレッド部２には、カーカス層６のタイヤ半径方向外側にトレッドゴム２１が設けられている。カーカス層６とトレッドゴム２１との間には、トレッド部２を補強するためのベルト層が設けられていてもよい。
図２は、空気入りタイヤ１のタイヤ赤道ＣＬに対する一方側の構成を示している。
カーカス層６は、第１カーカスプライ６１と、第１カーカスプライ６１の外側に配される第２カーカスプライ６２とを含んでいる。第１カーカスプライ６１の内側には、空気非透過性に優れたゴムを含むインナーライナーゴムが設けられていてもよい。
第１カーカスプライ６１は、タイヤ半径方向及びタイヤ軸方向に沿って配列された複数の第１カーカスコード６３がトッピングゴムで被覆されることにより構成されている。同様に、第２カーカスプライ６２は、タイヤ半径方向及びタイヤ軸方向に沿って配列された複数の第２カーカスコード６４がトッピングゴムで被覆されることにより構成されている。
第１カーカスコード６３は、本体部６３ａと本体部６３ａに連なる折返し部６３ｂを含んでいる。本体部６３ａは、トレッド部２からサイドウォール部３を経てビード部４に至る。折返し部６３ｂは、ビードコア５の回りをタイヤ軸方向内側から外側に折り返されている。折返し部６３ｂは、例えば、タイヤ最大幅部の近傍で終端する。
第２カーカスコード６４は、トレッド部２からビード部４に至りかつ第１カーカスコード６３の折返し部６３ｂのタイヤ軸方向外側の位置で終端する。
上記第１カーカスプライ６１及び第２カーカスプライ６２によって、いわゆる１アップ１ダウン構造のカーカス層６となる。
本発明では、第２カーカスコード６４のヤング率Ｅ２は、第１カーカスコード６３のヤング率Ｅ１よりも大きい。
図３は、荷重が負荷された空気入りタイヤ１のサイドウォール部３に生ずる応力を模式的に示している。空気入りタイヤ１に荷重が負荷されると、サイドウォール部３に撓み変形が生じ、サイドウォール部３の内側では圧縮応力が発生し、サイドウォール部３の外側では引張応力が発生する。
本発明では、サイドウォール部３の外側に位置される第２カーカスコード６４のヤング率Ｅ２がサイドウォール部３の内側に位置される第１カーカスコード６３のヤング率Ｅ１よりも大きいので、高荷重時の縦ばね剛性が向上する。
トップカテゴリーのレース車両では、床下を流れる空気によるダウンフォースを用いて、タイヤへの縦荷重を増やすことによりグリップ力を高め、走行性能の向上が図られている。このような車両は、高い速度域で走行するとき大きいダウンフォースを発生する反面、床と地面との距離が変動すると、ダウンフォースの量が大きく変動し、走行性能の低下を招く。また、加減速時の荷重移動により、車両の姿勢が変動すると、ダウンフォースの前後バランスが変動し、走行性能の低下を招く。
本発明の空気入りタイヤ１によれば、高荷重時において高い縦ばね剛性が得られるので、高速度走行時においても床と地面との距離及び車両の姿勢が安定する。従って、大きいダウンフォースを安定的に得ることができ、車両の走行性能を容易に高めることが可能となる。
一方、ヘヤピンカーブ等の低速度域では、車両が発生するダウンフォースが大幅に減少することに伴い、タイヤに負荷される荷重も大幅に減少する。従って、サイドウォール部３の撓み変形が抑制されるので、サイドウォール部３の外側で発生する引張応力は小さくなるため、ヤング率Ｅ２が大きい第２カーカスコード６４が空気入りタイヤ１の縦ばね剛性に及ぼす影響は限定的となる。従って、本発明の空気入りタイヤ１は、低荷重域でもサイドウォール部３が柔軟に撓み、十分な接地面積等が容易に確保され、車両の走行性能を容易に高めることが可能となる。また、加減速によって各輪に負荷される縦荷重が減少しても（例えば、加速時の前輪又は減速時の後輪）、接地面積等の変化が少なく、車両の走行性能を容易に高めることが可能となる。
第２カーカスコード６４のヤング率Ｅ２は、第１カーカスコード６３のヤング率Ｅ１の１．５～２．５倍が望ましい。上記ヤング率Ｅ２が上記ヤング率Ｅ１の１．５倍以上であることにより、
一方、上記ヤング率Ｅ２が上記ヤング率Ｅ１の２．５倍以下であることにより、サイドウォール部３の撓み変形が十分に確保され、良好な耐久性能が得られる。
空気入りタイヤ１では、第２カーカスコード６４のヤング率Ｅ２は、第１カーカスコード６３のヤング率Ｅ１よりも大きいので、両者の間で剛性差が生ずる。
そこで、本実施形態では、図２に示されるように、第１カーカスコード６３の本体部６３ａと第２カーカスコード６４との間にインスレーションゴム６５が配されている、のが望ましい。インスレーションゴム６５は、第１カーカスコード６３の本体部６３ａと第２カーカスコード６４との間で緩衝部材として機能し、上記剛性差に起因するカーカス層６の損傷を抑制する。
図４は、インスレーションゴム６５を含むサイドウォール部３のタイヤ周方向に沿う断面図である。なお、同図において、第１カーカスコード６３及び第２カーカスコード６４の断面を示すハッチングは省略している。インスレーションゴム６５は、第１カーカスコード６３を被覆する第１トッピングゴム６６及び第２カーカスコード６４を被覆する第２トッピングゴム６７とは異なるゴムである。
図２に示されるように、インスレーションゴム６５のタイヤ半径方向の外端６５ｏは、折返し部６４ｂのタイヤ半径方向の外端６４ｅよりもタイヤ半径方向の外側に位置している、のが望ましい。これにより、上記外端６４ｅよりもタイヤ半径方向の外側（例えば、荷重の負荷時に変形の大きいバットレス部）でのカーカス層６の損傷が抑制される。
インスレーションゴム６５のタイヤ半径方向の内端６５ｉは、折返し部６４ｂの外端６４ｅよりもタイヤ半径方向の内側に位置している、のが望ましい。これにより、上記外端６４ｅの近傍でのカーカス層６の損傷が抑制される。
インスレーションゴム６５は、折返し部６４ｂよりもタイヤ軸方向の内側に配されている、のが望ましい。これにより、折返し部６４ｂがビード部４のタイヤ軸方向の外側に位置されるので、高荷重が負荷されたときのビード部４の縦剛性が向上する。
なお、インスレーションゴム６５は、省略されていてもよい。
図５は、空気入りタイヤ１の製造方法１００の手順を示すフローチャートである。空気入りタイヤ１の製造方法１００は、第１カーカスプライ６１を円筒状に巻き付ける第１工程Ｓ１と、ビードコア５を配置する第２工程Ｓ２と、第１カーカスコード６３の折返し部６３ｂを折り返す第３工程と、第２カーカスプライ６２を巻き付ける第４工程Ｓ４とを含む。
第１工程Ｓ１では、第１カーカスコード６３を含む第１カーカスプライ６１が、例えば、円筒状の成形ドラムの外周面に巻き付けられる。
第２工程Ｓ２では、第１カーカスプライ６１のタイヤ半径方向外側に円環状のビードコア５が配置される。ビードコア５は、第１カーカスプライ６１のタイヤ軸方向の外端よりもタイヤ軸方向内側に配置される。これにより、第１カーカスコード６３においてビードコア５よりもタイヤ軸方向外側部分が折返し部６３ｂとなる。
第３工程Ｓ３では、第１カーカスプライ６１の折返し部６４ｂがビードコア５に沿って半径方向外側に折り返される。なお、上記インスレーションゴム６５は、第３工程Ｓ３を実行する前に、第１カーカスプライ６１に巻き付けられる。
第４工程Ｓ４では、第２カーカスプライ６２が第１カーカスプライ６１のタイヤ半径方向外側に巻き付けられる。すでに述べたように、第２カーカスプライ６２を構成する第２カーカスコード６４は、第１カーカスプライ６１を構成する第１カーカスコード６３よりもヤング率が大きい。
空気入りタイヤ１の製造方法１００では、以下の工程を含んでいてもよい。
第５工程Ｓ５では、第２カーカスプライ６２のタイヤ半径方向外側にトレッドゴム２１が巻き付けられる。これにより、生タイヤが成形される。
第６工程Ｓ６では、生タイヤが加硫される。第６工程Ｓ６において、トレッドゴム２１は、タイヤ周方向に２～４％伸張される、のが望ましい。これにより、加硫成形時のトレッドゴム２１と加硫成形金型との干渉が抑制され、かつ、トレッド部２の変形が抑制される。
本実施形態では、第１工程Ｓ１で巻き付けられる第１カーカスコード６３は、第４工程Ｓ４で巻き付けられる第２カーカスコード６４よりもヤング率が小さいので、加硫成形時の第１トッピングゴム６６及びインナーライナーゴムの移動が抑制され、オープンスレッドの発生が抑制される。
以上、本発明の空気入りタイヤ１が詳細に説明されたが、本発明は上記の具体的な実施形態に限定されることなく種々の態様に変更して実施される。
図１の基本構造を有するサイズ：３３０／７１０Ｒ１８の空気入りタイヤが、表１の仕様に基づいて試作され、各種の性能がテストされた。各タイヤのタイヤ周方向に対するカーカスコードの角度は９０゜である。テスト方法は、以下の通りである。
＜オープンスレッドの発生＞
各タイヤが、１００本製造され、オープンスレッドの発生の有無が作業者の目視によって確認された。
＜耐久性能＞
ドラム試験機によって各タイヤの高速耐久力がテストされた。結果は、比較例１を１００とする指数であり、数値が大きい程、耐久性能に優れていることを示す。
＜接地長さ＞
各タイヤの低荷重時（２ｋＮ）、高荷重時（８ｋＮ）における静的な接地長さが測定された。結果は、比較例１を１００とする指数である。
＜コーナリングフォース＞
フラットベルト式のタイヤ試験機を用いて、各タイヤの低荷重時（２ｋＮ）、高荷重時（８ｋＮ）におけるコーナリングフォースが測定された。なお、測定時のスリップ角は、４度であり、キャンバー角は０度であり、速度は６０ｋｍ／ｈである。結果は、比較例１を１００とする指数であり、数値が大きい程、コーナリング性能に優れていることを示す。
＜負荷半径＞
フラットベルト式のタイヤ試験機を用いて、各タイヤの低荷重時（２ｋＮ）、高荷重時（１０ｋＮ）における負荷半径が測定された。なお、測定時のキャンバー角は０度であり、速度は６０ｋｍ／ｈである。結果は、比較例１を１００とする指数である。
Figure 2022106214000002
表１から明らかなように、実施例の空気入りタイヤは、比較例に比べて低荷重時のコーナリングフォースを低下させることなく、タイヤ負荷半径の変化を抑制できることが確認できた。
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 カーカス層
２１ トレッドゴム
６１ 第１カーカスプライ
６２ 第２カーカスプライ
６３ 第１カーカスコード
６３ａ 本体部
６３ｂ 折返し部
６４ 第２カーカスコード
６４ｂ 折返し部
６４ｅ 外端
６５ インスレーションゴム
６５ｉ 内端
６５ｏ 外端
１００ 製造方法
Ｅ１ ヤング率
Ｅ２ ヤング率
Ｓ１ 第１工程
Ｓ２ 第２工程
Ｓ３ 第３工程
Ｓ４ 第４工程
Ｓ５ 第５工程
Ｓ６ 第６工程

Claims (9)

  1. トレッド部と、
    一対のサイドウォール部と、
    それぞれにビードコアが埋設された一対のビード部と、
    前記一対のビード部間をのびるカーカス層とを含む空気入りタイヤであって、
    前記カーカス層は、
    前記トレッド部から前記サイドウォール部を経て前記ビード部に至る本体部と前記本体部に連なりかつ前記ビードコアの回りをタイヤ軸方向内側から外側に折り返された折返し部とを含む第１カーカスコードと、
    前記トレッド部から前記ビード部に至りかつ前記第１カーカスコードの前記折返し部のタイヤ軸方向外側の位置で終端する第２カーカスコードとを含み、
    前記第２カーカスコードのヤング率は、前記第１カーカスコードのヤング率よりも大きい、
    空気入りタイヤ。
  2. 前記第２カーカスコードのヤング率は、前記第１カーカスコードのヤング率の１．５～２．５倍である、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
  3. 前記第１カーカスコードの前記本体部と前記第２カーカスコードとの間にインスレーションゴムが配されている、請求項１又は２に記載の空気入りタイヤ。
  4. 前記インスレーションゴムのタイヤ半径方向の外端は、前記折返し部のタイヤ半径方向の外端よりもタイヤ半径方向の外側に位置している、請求項３に記載の空気入りタイヤ。
  5. 前記インスレーションゴムのタイヤ半径方向の内端は、前記折返し部のタイヤ半径方向の外端よりもタイヤ半径方向の内側に位置している、請求項４に記載の空気入りタイヤ。
  6. 前記インスレーションゴムは、前記折返し部よりもタイヤ軸方向の内側に配されている、請求項４に記載の空気入りタイヤ。
  7. レースに用いられる請求項１ないし６の何れかに記載の空気入りタイヤ。
  8. トレッド部と、
    一対のサイドウォール部と、
    それぞれにビードコアが埋設された一対のビード部と、
    前記一対のビード部間をのびるカーカス層とを含む空気入りタイヤの製造方法であって、
    第１カーカスコードを含む第１カーカスプライを円筒状に巻き付ける第１工程と、
    前記第１カーカスプライのタイヤ半径方向外側に円環状のビードコアを配置する第２工程と、
    前記第１カーカスプライの前記ビードコアよりも軸方向外側部分を前記ビードコアに沿って半径方向外側に折り返す第３工程と、
    前記第１カーカスコードよりもヤング率が大きい第２カーカスコードを含む第２カーカスプライを前記第１カーカスプライのタイヤ半径方向外側に巻き付ける第４工程とを含む、
    空気入りタイヤの製造方法。
  9. 前記第２カーカスプライのタイヤ半径方向外側にトレッドゴムを巻き付けて生タイヤを成形する第５工程と、
    前記生タイヤを加硫する第６工程とを含み、
    前記第６工程において、前記トレッドゴムは、タイヤ周方向に２～４％伸張される、請求項８に記載の空気入りタイヤの製造方法。
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