JP4721770B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、高速性能に優れた空気入りタイヤに関し、特に、操縦安定性を向上させることのできるものに関する。

高速性能に優れた、いわゆる、高性能ラジアルタイヤは、図１に、タイヤ横断面図で示すように、通常、幅方向両端をビードコア９１で係止されたカーカス９２の半径方向外側に少なくとも２層のベルトプライよりなるベルト９３を配設して構成され、また、高速における直進走行安定性や排水性を確保するため、トレッド９４には周方向に向いた周方向溝部９５が形成される（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−３３７５０９号公報

このような周方向溝部を有する空気入りタイヤに内圧を充填して路面上を転動させると、トレッド部分のカーカスやベルトは、屈曲量の大小は別にして、必ず、溝を折り目として幅方向断面内で屈曲し、カーカスは、陸部に対応する部分よりも、溝部に対応する部分で、より路面に近づくよう変形する。

図２は、このことを説明するための、溝部周辺のトレッド部分の変形を模式的に示すタイヤ横断面図であり、路面に接地したトレッド９４は、充填した内圧Pによって半径方向内側から押されるが、陸部９５は路面に支持されているのに対して、溝部９６は直接路面に接することがないため、これを後ろから支持するものはなく、したがって、カーカス９２やベルト９３は、陸部９５に対応する部分よりも、溝部９６に対応する部分で、より路面に近づくよう変形する。

この屈曲は、タイヤのサイズや構造によってまちまちであるが、一般的には、溝部９６が広いほど屈曲は大きく、このようにして生起されたベルト９３の屈曲は、ベルト９３の半径方向外側に、もともと均一な厚さで形成されている陸部９５の厚さを変化させ、すなわち、陸部９５の圧縮量がタイヤ幅方向断面における位置によって変化することになり、その結果、タイヤ幅方向に不均一な接地圧分布をもたらす。

そして、一般的に、接地部分おける接地圧分布が均一なほど操縦安定性に優れるとされており、したがって、ベルトのこのような屈曲は、操縦安定性の悪化を招くこととなる。

また、この接地圧の変化は、陸部９５の、溝部９６に隣接する部分では大きく圧縮し、溝部９６から離れるほどその圧縮量は少なくなるので、陸部９５の端の部分に偏摩耗を生じる原因ともなる。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、周方向溝部の存在によって引き起こされる不均一な接地圧分布の発生を抑えることにより、操縦安定性と耐磨耗性を向上させることのできるタイヤを提供することを目的とする。

＜１＞は、少なくとも周方向に延在する溝部を配設したトレッド、一対のビードコア間にトロイダルに延在させた少なくとも一枚のカーカスプライよりなるカーカス、および、トレッドとカーカスとの間に配設されたベルトを具える空気入りタイヤにおいて、
カーカスの半径方向内側の、トレッド幅に対応する幅方向領域内に、赤道面に対する傾斜角度が60〜90度であるスチールコードよりなるカーカス内側補強層を設け、前記カーカスと、前記カーカス内側補強層との間にゴムよりなる緩衝層を配設してなる空気入りタイヤである。

＜２＞は、＜１＞において、前記ゴム緩衝層の厚さを1〜5mmとするとともに、ゴム緩衝層の幅方向端を、赤道面に対してこの端と同じ側の、カーカス内側補強層の幅方向端から、トレッド幅に対応する幅方向領域の端に至るまでの領域に位置させてなる空気入りタイヤである。

＜３＞は、＜１＞もしくは＜２＞において、前記ベルトを、コードを赤道面に対して互いに反対側に傾斜させてなる第一ベルトプライと第二ベルトプライとの２枚よりなるものとし、第一ベルトプライのコードを有機繊維よりなるものし、第一ベルトプライを、第二ベルトプライの半径方向内側に位置する本体部と、この本体部に繋がって第二ベルトプライの幅方向両端部の半径方向外側に位置するよう折り返されたそれぞれのフォールド部とで構成してなる空気入りタイヤである。

＜４＞は、＜１＞〜＜３＞のいずれかにおいて、ベルトの半径方向外側もしくは内側に隣接させて、コードが周方向にスパイラル状に配置された周方向補強層を一層以上設けてなる請求項１もしくは３のいずれかに記載の空気入りタイヤである。

＜５＞は、＜４＞において、前記周方向補強層のコードをアラミド繊維の撚りコードで構成してなる空気入りタイヤである。

＜６＞は、＜４＞において、前記周方向補強層のコードをナイロン繊維の撚りコードで構成してなる空気入りタイヤである。

＜７＞は、＜４＞において、前記周方向補強層のコードをアラミド繊維とナイロン繊維とを撚り合わせて形成してなる空気入りタイヤである。

＜１＞によれば、カーカスの半径方向内側の、トレッド幅に対応する幅方向領域内に、赤道面に対する傾斜角度が60〜90度であるスチールコードよりなるカーカス内側補強層を設けたので、詳細を後述するように、ベルトのタイヤ横断面内での曲げ変形量を抑え、このことにより、トレッドの接地圧を均等化させ、したがって、操縦安定性と耐磨耗性とを向上させることができる。

＜２＞によれば、前記カーカス内側補強層との間にゴムよりなる緩衝層を配設したので、次のような製造上の問題を解決することができる。すなわち、製造過程においてカーカスプライは幅方向に収縮する傾向があり、特に、高速走行性能に優れたタイヤにおいてはタイヤの横剛性を上げることを目的としてカーカスプライのコードの角度を赤道面に対して90度より小さい角度に設定することが多く、このことによって幅方向の収縮が一層大きくなり、このようなカーカスプライに対して、もし、カーカス内側補強層を直接隣接させた場合には、カーカスプライの収縮力によってカーカス内側補強層のスチールコードが圧縮変形され、コードウエーブやコード打ち込みばらつきの悪化を発生させてしまうことになるが、本発明におけるゴム緩衝層はこのような問題を回避させることができる。

また、このゴム緩衝層の厚さを1〜5mmとしたが、この厚さを1mm未満とした場合には、上記問題に対する圧縮力の十分な緩衝効果を得ることができず、また、ゴム緩衝層の厚さを、5mmを超えるものとした場合には、これ以上厚くしても、前記緩衝効果の拡大を期待することができず、むしろゴムの重量の増加によるデメリットが表面化してしまう。

さらに、ゴム緩衝層の幅方向端を、赤道面に対してこの端と同じ側の、カーカス内側補強層の幅方向端から、トレッド幅に対応する幅方向領域の端に至るまでの領域に位置させたが、もし、ゴム緩衝層の幅方向端がカーカス内側補強層の幅方向端かの内側に位置させた場合には、ゴム緩衝層による前記緩衝効果を、カーカス内側補強層の全幅にわたって機能させることができず、一方、これをトレッド幅に対応する幅方向領域の端より外側に位置させた場合には、前記緩衝効果が飽和しゴムの重量の増加によるデメリットが現れる。

＜３＞によれば、ベルトを、コードを赤道面に対して互いに反対側に傾斜させてなる第一ベルトプライと第二ベルトプライとの２枚よりなるものとし、第一ベルトプライのコードを有機繊維よりなるものし、第一ベルトプライを、第二ベルトプライの半径方向内側に位置する本体部と、この本体部に繋がって第二ベルトプライの幅方向両端部の半径方向外側に位置するよう折り返されたそれぞれのフォールド部とで構成したので、詳細を後述するように、高速走行に起因するベルト端からの破壊を抑えて、高速耐久性を向上させることができる。

＜４＞によれば、ベルトの半径方向外側もしくは内側に隣接させて、コードが周方向にスパイラル状に配置された周方向補強層を一層以上設けたので、高速走行時に現れる、カーカスもしくはベルトの幅方向端部の半径方向外側への変位を抑え、高速耐久性を一層向上させることができる。

＜５＞によれば、前記周方向補強層のコードをアラミド繊維の撚りコードとしたので、周方向補強層の引張り剛性を効果的に向上させることができる。

＜６＞によれば、前記周方向補強層のコードをナイロン繊維の撚りコードとしたので、周方向補強層の引張り剛性を確保しつつ、圧縮に対する耐性も確保することができる。

＜７＞によれば、前記周方向補強層のコードをアラミド繊維とナイロン繊維とを撚り合わせて形成したので、周方向補強層の引張り剛性を極めて高いもにしつつ、圧縮に対する耐性も確保することができる。

本発明の実施形態について、図に基づいて説明する。図３は、本発明に係る空気入りタイヤを示す横断面図、図４は、図３における”ａ“部を示す詳細図、図５は、図３のA−A矢視に対応する矢視図、図６（ａ）はベルトを示す平面図、そして、図６（ｂ）はベルトの断面図である。空気入りタイヤ１０は、少なくとも周方向に延在する溝部６を配設したトレッド４、一対のビードコア１間にトロイダルに延在させた少なくとも１枚のカーカスプライ（図示の場合は、内側カーカスプライ２ａと外側カーカスプライ２ｂとの２枚）よりなるカーカス２、および、トレッド４とカーカス２との間に配設されたベルト３とを具える。そして、カーカス２と、タイヤ１０の内周面を覆うインナーライナ７とのカーカスと２との間に、スチールコードを配列したカーカス内側補強層８が設けられる。

ここで、カーカスプライ２ａ、２ｂは、乗用車用ラジアルタイヤの場合、有機繊維コードを赤道面に対して90度もしくは、これに近い角度に向くよう配列して構成される。ベルト３は、スチールコードもしくは有機繊維コードを赤道面に対して、低角度で、かつ互いに反対側に傾斜するよう配列した2枚のベルトプライ１３、１４よりなり、第一ベルトプライ１３は、第二ベルトプライ１４の半径方向内側に隣接する本体部１３ａと、本体部１３ａの幅方向両端に繋がって、第二ベルトプライ１４の幅方向両端部の半径方向外側に位置するよう折り返されたそれぞれのフォールド部１３ｂよりなるよう構成するのが好ましい。

このように、ベルト３を、第一ベルトプライ１３の両端を折り返してフォールド部１３ｂとする、いわゆるフォールド構造にすることにより、高速走行時においてもっとも応力が高く破壊の核となりやすいベルト３の幅方向両端部を補強するとともに、第二ベルトプライ１３がスチールコードよりなるものである場合には特に発生しやすいコードのゴムへの突付きを抑えることができ、よって、高速耐久性を向上させることができる。

また、コードが実質的に周方向に向いたベルト補強層１５を、ベルト３の半径方向外側もしくは内側に設けるのが好ましく、特に、ベルト補強層１５を、図示のように、ベルト３の幅方向端部の半径方向外側だけを集中的に覆うよう配置するのが、さらに好ましく、このことによって、高速走行時の遠心力に起因するベルト幅方向端部の半径方向外側への変位を抑え、高速耐久性を向上させることができる。このようなベルト補強層１５は、ゴムで被覆したコードを周方向にスパイラル状に巻回して形成することができる。

ベルト補強層１５を構成するコードとしては、アラミド繊維もしくはナイロン繊維で構成し、もしくは、アラミド繊維とナイロン繊維とを撚り合わせて構成するのが好ましく、このことによって、周方向補強層の引張り剛性や、圧縮に対する耐性を確保することができる。

また上記の構成に加えて、好ましくは、カーカス２とカーカス内側補強層８との間にゴム緩衝層９を設けるのがよく、この場合、ゴム緩衝層９の厚さｔを1〜5mmとし、ゴム緩衝層９の幅方向端ｅ₁を、この端ｅ₁に対応する側の、カーカス内側補強層８の幅方向端ｅ₂から、トレッド幅TWに対応する領域の幅方向端ｅ_３までの領域に位置させる。

ここで、カーカス内側補強層８をカーカス２の半径方向内側に配置することについての作用について説明する。図７は、従来のタイヤ構造である、ナイロンコードを配列した２層のカーカスプライ２２ａ、２２ｂよりなるカーカス２２と、スチールコードを配列した２層のベルトプライ２３ａ、２３ｂよりなるベルト２３と、ベルト２３の幅方向端部の半径方向外側に配置されたナイロンコードよりなる一対のベルト補強層（図示せず）とよりなる構造の乗用車用タイヤ（詳細は、表１に示す従来例タイヤ）に内圧を充填して、荷重500kgを加えながら転動させたタイヤの荷重直下の断面をX線で撮影した溝部３６の近傍部分の画像である。

図７から分かるように、溝部に対応するカーカス２２とベルト２３とは、図８に、模式図で示すような曲げ変形状態の梁に相当する挙動を示し、これを変形前の状態と比べたところ、半径方向内側のベルトプライ２３ａの位置が、図８における、梁の中立軸Mに対応し、したがって、ベルトプライ２３ａより半径方向内側に配置されたカーカス２２は圧縮され、ベルトプライ２３ａより半径方向外側に配置された外側ベルトプライ２３ｂは引っ張られることになる。

したがって、上記の曲げ変形量を抑えるには、空気入りタイヤ１０において、中立軸Ｍとなるベルトプライ１３から、できるだけ半径方向内側に離れた位置に圧縮強さの強い補強層を設けるのが有効であることがわかる。本発明は、この実験をもとになされたものであり、ベルトプライ１３かららもっとも離れた、カーカス２より半径方向内側に位置する部分に、圧縮強さの強いスチールコードよりなる補強層を設けることにより、ベルト３の曲げ変形量を抑え、よって、トレッドの接地圧の均等化を図ることができる。

ここで、カーカス内側補強層８の、スチールコード８ａの傾斜方向の適正範囲についても検討した。図９は、曲げ実験に用いた試験片を示す斜視図であり、図９（ａ）は、曲げ変形前の状態、図９（ｂ）は曲げ変形後の状態をそれぞれ示す。試験片３１は、厚さ8mm、縦横100mm角の直方体形状をなし、ゴムのベース３２の、厚さ方向一方側の面に、曲げ中心線Pに対して角度αで傾斜するスチールコード３３を並べて形成した。そして、傾斜角度αを変化させ、角度αとそれに対する曲げ強さとの関係をグラフ化した。図１０はこの結果を示すグラフであり、縦軸は、αが90度のときの曲げ強さを100とする指数で表した。

なお、直径0.23mmのスチールフィラメントの3本を撚り合せてスチールコード３３とし、これを2mmピッチならべた。

図１０からわかるように、傾斜角度αが大きいほど、曲げ強さは大きいが、これが60度をしたまらない限り、大きな値を担持することができ、このことから、カーカス内側補強層８の、スチールコード８ａの傾斜方向の適正範囲を60〜90度とした。

赤道面Eに対する傾斜角度が90度のナイロンコードを配列したカーカスプライの2層よりなるカーカスと、赤道面に対する傾斜角度がともに25度で、相互に交差するアラミド繊維の撚りコードを配列した2枚のベルトプライよりなるベルトと、ベルトの幅方向両端の半径方向外側に周方向にナイロンコードをスパイラル状に巻回して形成した左右一対のベルト補強層とを有する、従来例、実施例１〜３の4種類のタイヤを試作した。

これらのタイヤは、表１に示すように、カーカス内側補強層８の有無、厚さ、および、ゴム緩衝層９の有無、硬さの点において異なるだけであり、これらの点以外については全く同じ仕様である。なお、カーカス内側補強層は、0.23mmのフィラメントを3本撚り合わせたスチールコードを2mm間隔で配列して形成した。また、タイヤサイズは、215/55R15であった。

そして、これらのタイヤのそれぞれについて、ベルトのタイヤ横断面内うねり量の測定と、実車操縦安定性評価試験を実施した。その結果を表１に示す。

「ベルトのタイヤ横断面内うねり量の測定」は、200ｋPaの内圧を充填したタイヤを、荷重50Nを加えて路面に押付けながら、ゆっくりと1回転、転動させた後、荷重をかけたまま静止しさせ、その状態で、荷重直下に置けるベルト横断面をX線で撮影し、撮影画像から、ベルトのタイヤ横断面内うねり量を求めた。ここでうねり量とは、図１１にδで示すように、溝部の跨ぐベルト部分の接地面からの距離の最大値と最小値の差として定義される量である。

また、実車操縦安定性評価試験は、タイヤの種類ごとに、4本のタイヤを試作し、これらを車両の各装着ポジションに取り付け、この車両をサーキット走行させ、そのときのドライバーのフィーリングによる操縦安定性評価を行ったものである。結果を、表１に、実施例３を100とする指数で表した。この指数は、数値が大きいほど操縦安定性に優れるものである。また、直進時からのレーンチェンジにおける操縦安定性におけるドライバーのコメントとして、特に実施例４のタイヤは、クイックに反応し、きびきびした動きをすると評価され、また、実施例１、２についても従来例のものに対比して、明らかに改善された操縦安定性を有すると評価された。

本発明は、高性能乗用車用タイヤやレース用タイヤとして用いることができる。

従来の空気入りタイヤを示す横断面図である。 溝部周辺のトレッド部分の変形を示す模式図である。 本発明に係る空気入りタイヤを示す横断面図である。 図３における”ａ“部を示す詳細図である。 図３のA−A矢視に対応する矢視図である。 ベルトを示す平面図および断面図である。 従来のタイヤにおけるＸ線写真を画像化したもののサンプルである。 曲げ変形状態の梁を示す模式図である。 スチールコード試験片の曲げ実験に用いた試験片を示す斜視図 コード角度αとそれに対する曲げ強さとの関係を示すグラフである。 うねり量を定義するための模式図である。

符号の説明

１ ビードコア
２ カーカス
２ａ 内側カーカスプライ
２ｂ 外側カーカスプライ
３ ベルト
４ トレッド
７ インナーライナ
８ カーカス内側補強層
９ ゴム緩衝層
１０ 空気入りタイヤ
１３ 第一ベルトプライ
１３ａ 本体部
１３ｂ フォールド部
１４ 第二ベルトプライ
１５ ベルト補強層
１６、１７ コード
２２ カーカス
２２ａ、２２ｂ カーカスプライ
２３ ベルト
２３ａ 第一ベルトプライ
２３ｂ 第二ベルトプライ
３１ 試験片
３２ ゴムベース
３３ スチールコード
３６ 溝部

Claims (7)

1. 少なくとも周方向に延在する溝部を配設したトレッド、一対のビードコア間にトロイダルに延在させた少なくとも一枚のカーカスプライよりなるカーカス、および、トレッドとカーカスとの間に配設されたベルトを具える空気入りタイヤにおいて、
   カーカスの半径方向内側の、トレッド幅に対応する幅方向領域内に、赤道面に対する傾斜角度が60〜90度であるスチールコードよりなるカーカス内側補強層を設け、前記カーカスと、前記カーカス内側補強層との間にゴムよりなる緩衝層を配設してなる空気入りタイヤ。
2. 前記ゴム緩衝層の厚さを1〜5mmとするとともに、ゴム緩衝層の幅方向端を、赤道面に対してこの端と同じ側の、カーカス内側補強層の幅方向端から、トレッド幅に対応する幅方向領域の端に至るまでの領域に位置させてなる請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記ベルトを、コードを赤道面に対して互いに反対側に傾斜させてなる第一ベルトプライと第二ベルトプライとの２枚よりなるものとし、第一ベルトプライのコードを有機繊維よりなるものし、第一ベルトプライを、第二ベルトプライの半径方向内側に位置する本体部と、この本体部に繋がって第二ベルトプライの幅方向両端部の半径方向外側に位置するよう折り返されたそれぞれのフォールド部とで構成してなる請求項１もしくは２に記載の空気入りタイヤ。
4. ベルトの半径方向外側もしくは内側に隣接させて、コードが周方向にスパイラル状に配置された周方向補強層を一層以上設けてなる請求項１〜３のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
5. 前記周方向補強層のコードをアラミド繊維の撚りコードで構成してなる請求項４に記載の空気入りタイヤ。
6. 前記周方向補強層のコードをナイロン繊維の撚りコードで構成してなる請求項４に記載の空気入りタイヤ。
7. 前記周方向補強層のコードをアラミド繊維とナイロン繊維とを撚り合わせて形成してなる請求項４に記載の空気入りタイヤ。

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