JP5497749B2 - 航空機用タイヤ - Google Patents

Description

本発明は、航空機用タイヤに関し、特に航空機用タイヤの耐圧性の向上を図ろうとするものである。

航空機用タイヤには、安全性に対する厳しい要求が課せられており、正規内圧の４倍もの耐圧性を有することが必要とされている。

このような要求に応えるため、航空機用タイヤでは、一対のビード部間に跨ってトロイダル状に延び、ゴム被覆したコードからなる２層以上のカーカス層を積層してなるカーカスを骨格とすることによって、タイヤの耐圧性を確保している。

このような航空機用タイヤとして、特許文献１には、２層以上のカーカス層を具え、かかるカーカス層は、引張破断強度が６．３ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、伸張方向に０．２ｃＮ／ｄｔｅｘ荷重時の伸び率が０．２〜１．８％、伸張方向に１．９ｃＮ／ｄｔｅｘ荷重時の伸び率が１．４〜６．４％、伸張方向に２．９ｃＮ／ｄｔｅｘ荷重時の伸び率が２．１〜８．６％であることによって、カーカス層の枚数増加を抑制し、かつタイヤの幅方向の膨出を抑制することが提案されている。

ところが、近年では、航空機用タイヤの大型化や、高内圧化がさらに進んでいるため上記した技術における構成では強度不足が否めず、タイヤ幅方向の膨出を抑制するためにカーカス層数が以前にも増して増加する傾向となっている。

例えば、航空機用タイヤの大型化に伴う新規タイヤの開発時には、タイヤの耐圧性を向上させるために、同種のコードを適用したカーカス層の層数を増やすことが試みられている。

国際公開第２００３／０６１９９１号パンフレット

かようにカーカス層数を増加することによって、そのカーカス層数の増加に見合う耐圧性を得ることができるが、一方でタイヤの重量が増加することが新たな問題になっていた。

そこで、本発明は、タイヤの重量を増加させずに、近年の高い耐圧性の要求を十分に満足するカーカス構造を提案することを目的とする。

発明者らは、上述した目的を達成するために詳細な調査を行ったところ、２層以上のカーカスを有するタイヤに、高い内圧をタイヤに付与した場合、幅方向内側のカーカス層と幅方向外側のカーカス層間で、カーカス層の伸びに違いがあり、この違いを改善することによって上記した目的を達成することができることを新たに知見した。すなわち、タイヤに内圧を付与した場合、タイヤの径成長及び幅成長によって、カーカス層のゴムがタイヤの幅方向に伸長し、これに伴い、カーカス層間の間隔が狭くなる。特に、カーカスでは、ベルトによる拘束がなされていないショルダー部からビード部にかけての領域にて幅成長が顕著である。かかる成長の際、各カーカス層を構成するコードの伸びに違いが生じ、より大きく伸びるカーカス層ほど早期に破断されるので、この現象を改善することによって、上記の目的を達成できることを突き止めた。なお、ここでいう「幅方向内側のカーカス層」及び「幅方向外側のカーカス層」とは、タイヤ赤道面上で見ると、夫々“径方向内側のカーカス層”及び“径方向外側のカーカス層”に対応するカーカス層をいうものである。

上記の現象について図面を参照しつつ、さらに詳細に説明する。図１は、タイヤに内圧を付与する前後におけるタイヤと、そのタイヤのカーカス層のうち、２層のカーカス層を部分的に拡大して示した図である。

すなわち、タイヤの内部に空気を充填していない状態のときに、タイヤ赤道面からカーカスの幅方向内側のカーカス層の中心における軸を通ってタイヤ赤道面と平行な線分までの最短距離をＤ_１、タイヤ赤道面からカーカスの幅方向外側のカーカス層の中心における軸を通ってタイヤ赤道面と平行な線分までの最短距離をＤ_２とした場合、タイヤの内部に空気を充填すると、上記した最短距離はＤ_１＋Δ_１およびＤ_２＋Δ_２となる。

タイヤに内圧を付与すると、カーカス層間の間隔、すなわちカーカス層のコード列相互の間隔が狭くなり、図１における内圧未付与時のコード列間隔δ_ｄｅｆと、内圧付与時のコード列間隔δ_ｉｎｆとの関係は、δ_ｄｅｆ＞δ_ｉｎｆとなる。

すなわち、内圧付与時のコード列間隔δ_ｉｎｆがδ_ｄｅｆより狭くなるのは、最短距離の増加分に違いが生じるからであり、結果としてΔ_１＞Δ_２となる。このように、Δ_２よりもΔ_１の方が大きくなるため、幅方向内側および外側のカーカス層間において、カーカス層を構成するコードの伸びに差が生じ、その結果、カーカス層の伸びにも差が生じるのである。つまり、より幅方向内側のカーカス層がより伸びることになる。

ここで、カーカスを構成するカーカス層のいずれかが破断するタイヤの破壊時について、従来のカーカス層の伸び率と張力の関係を図２に示す。図中において、ＣＡ_ｉｎは幅方向内側のカーカス層を示し、ＣＡ_ｏｕｔは幅方向外側のカーカス層を示すものとする。また、Ａ_ｍａｘはカーカス層ＣＡ_ｉｎが破断した際の伸び率すなわち破断時伸びを示し、その際の張力がＴ_ｍａｘである。また、カーカス層ＣＡ_ｉｎの破断時のカーカス層ＣＡ_ｏｕｔにおける、伸び率はＡであり張力はＴである。

図２に示すように、同じ仕様のカーカス層２層を比較すると、タイヤの破壊時において、カーカス層ＣＡ_ｉｎは強力の限界により破断しているのに対して、カーカス層ＣＡ_ｏｕｔはコード強力の限界まで達していないことがわかる。すなわち、カーカス層ＣＡ_ｉｎが破断したとき、カーカス層ＣＡ_ｏｕｔが破断に至るまでには、伸び率および張力に余裕（図示例においてΔ_ＡおよびΔ_Ｔが伸び率および張力の余裕分を示す）がある。従って、カーカス層ＣＡ_ｏｕｔの性能が最大限に発揮されないままタイヤが破壊したことになる。
以上の結果より、カーカス層ＣＡ_ｏｕｔの能力が最大限に利用されていないことがわかる。

そこで発明者らは以上の知見に基いて、カーカスを構成する各カーカス層の性能を最大限に発揮させて、タイヤの重量を増加させることなく、所期する耐圧性を得るための手法を鋭意検討した結果、カーカスを構成する各カーカス層の破断時の伸びを、カーカスの幅方向内側から外側にかけて適切に調整することが、タイヤの重量を増加することなく、耐圧性を向上させるのに有効であることの知見を得た。本発明は上記の知見に立脚するものである。

すなわち、本発明の要旨は次の通りである。
（１）一対のビード部間に跨ってトロイダル状に延び、ゴム被覆したコードからなる２層以上のカーカス層を積層してなるカーカスを有する航空機用タイヤであって、該カーカスの隣接するカーカス層間における、幅方向外側のカーカス層の破断時伸びが、幅方向内側のカーカス層の破断時伸びよりも小さく、前記カーカスの幅方向最外側カーカス層の破断時伸びＬ _ｏｕｔ と、幅方向最内側カーカス層の破断時伸びＬ _ｉｎ が、０．７５＜Ｌ _ｏｕｔ ／Ｌ _ｉｎ ＜０．９８を満足することを特徴とする航空機用タイヤ。

（２）上記カーカスの幅方向最内側カーカス層を構成するコードの切断時伸びＭ_ｉｎと、幅方向最外側カーカス層を構成するコードの切断時伸びＭ_ｏｕｔが、０．７５＜Ｍ_ｏｕｔ／Ｍ_ｉｎ＜０．９８を満足することを特徴とする上記（１）に記載の空気入りタイヤ。

（３）上記カーカスは、ゴム被覆したコードからなる２層以上のカーカス層の層間で、コード相互が交差する向きに積層してなり、隣接するカーカス層間における、幅方向外側カーカス層を構成するコードのタイヤタイヤ幅方向に対する傾斜角度が、幅方向内側カーカス層を構成するコードのタイヤ幅方向に対する傾斜角度よりも小さいことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の空気入りタイヤ。

（４）隣接するカーカス層間における、幅方向外側カーカス層を構成するコードの撚り数が、幅方向内側カーカス層を構成するコードの撚り数以下であることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

（５）前記カーカス層を構成するコードは、有機繊維コードであることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

（６）前記カーカスの隣接するカーカス層間における離間距離が、幅方向内側から幅方向外側に向かって増大してなることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

（７）前記カーカス層は３層以上であることを特徴とする上記（６）に記載の空気入りタイヤ。

（８）前記隣接するカーカス層間における離間距離が、幅方向内側から幅方向外側に向かって漸増してなることを特徴とする上記（６）又は（７）に記載の空気入りタイヤ。

本発明によれば、複数本のコードをゴム被覆したカーカス層の少なくとも２層からなるカーカスにおいて、このカーカスの幅方向最外側カーカス層の破断時伸びを幅方向最内側カーカス層の破断時伸びより小さく、かつ両者カーカス層の破断時伸びの比を調整して、各カーカス層の能力を最大限に引き出したことから、タイヤの重量を増加することなく、近年の高い耐圧性の要求を十分に満足するカーカス構造を与えることができる。その結果、所期した耐圧性をそなえる航空機用タイヤの提供が可能となる。

タイヤに内圧を付与する前後におけるカーカス層を部分的を拡大して示した図である。 従来例のカーカスの張力とカーカス層の伸び率の関係について示した図である。 本発明の航空機用タイヤの幅方向断面を示す図である。 本発明のカーカスの張力とカーカス層の伸び率の関係について示した図である。 コードの撚り数とその張力及び伸び率との関係を示した図である。

以下、本発明を具体的に説明する。
図３に本発明に従う空気入りタイヤの幅方向断面図を示す。
図３に示すタイヤは、タイヤの内面に沿って配設されるインナーライナ１、リム組みの際にリムに係止するビード部２、一対のビード部２、２間に跨ってトロイド状に延びるカーカス層３からなるカーカス４（４ａ〜４ｃはインナーライナ１の幅方向外側に順に積層配置したカーカス４の夫々の層を示す）を具える。また、かかるタイヤは、カーカス４のタイヤ径方向外側にベルト層５からなるベルト６（５ａ〜５ｄはカーカス４の径方向外側に順に積層配置したベルト６の夫々の層を示す）を具える。更に、ベルト６の径方向外側にベルト保護層７、かかるベルト保護層７のさらに径方向外側にトレッド部８を具え、９はタイヤ全体を示す。

カーカス４は、ゴム被覆したコードからなるカーカス層３の少なくとも３層、図示例ではカーカス層３ａ〜３ｃの３層を積層してなる。そして、隣接カーカス層間における、幅方向外側のカーカス層３の破断時伸びが、幅方向内側のカーカス層３の破断時伸びよりも小さい、すなわち、カーカス層３ｂの破断時伸びは、カーカス層３ａの破断時伸びよりも小さく、カーカス層３ｃの破断時伸びは、カーカス層３ｂの破断時伸びよりも小さい。

ここで、カーカス層３の破断時伸びは、カーカス層３の破断時の伸長率Ｌを意味しており、カーカス層３を構成するコードの切断時の伸びＭ［％］より算出することができる。すなわち、タイヤの幅方向に対するコードの傾斜角度をαとすると、カーカス層３の破断時の伸長率Ｌは下記式にて算出することができる。

なお、コードの切断時の伸びＭは、ＪＩＳ Ｌ １０１７に準拠する引張試験によって測定される。

従って、コードの切断時の伸びＭおよびコードの傾斜角度αのいずれか一方または両方を変化させることによってカーカス層３の破断時伸びを増減することができる。

さて、本発明に従ってカーカス層３の破断時伸びを適切に調整したカーカス構造について、タイヤ９の破壊時におけるカーカス層３の伸び率と張力の関係を図４に示す。同図に示すように、カーカス層ＣＡ_ｏｕｔおよびカーカス層ＣＡ_ｉｎの伸び率および張力の限界は異なっているが、タイヤ９の破壊時において、同時に破断していることが分かる。すなわち、カーカス層ＣＡ_ｏｕｔの破断時伸びＡ_ｍａｘ２をカーカス層ＣＡ_ｉｎの破断時伸びＡ_ｍａｘ１より小さくしたことによって、カーカス層ＣＡ_ｏｕｔよりも高い圧力が加わるカーカス層ＣＡ_ｉｎの伸びの限界Ａ_ｍａｘ１は、ＣＡ_ｏｕｔでの同限界Ａ_ｍａｘ２より高くなるため、カーカス層ＣＡ_ｉｎが先行破断することなく、カーカス層ＣＡ_ｉｎとカーカス層ＣＡ_ｏｕｔの破断を同期させることができる。従って、カーカス層ＣＡ_ｉｎでは張力負担がＴ_ｍａｘ１まで可能であり、同様にカーカス層ＣＡ_ｏｕｔの張力負担がＴ_ｍａｘ２まで可能となる結果、従来は使い切れていない、カーカス層ＣＡ_ｏｕｔの張力負担分を使い切ることができる。

その結果、各カーカス層３ａ〜３ｃを最大限に利用することができるため、カーカス４の層数を増加させることなく耐圧性の向上を得ることができる。

なお、図３のタイヤ９の幅方向断面図に示すカーカス構造やカーカス層３の積層枚数は、特に限定するものではなく、本発明の有利な効果を得ることができれば適宜調整が可能である。また、カーカス４には、バイアス構造のカーカス４と、ラジアル構造のカーカス４とがあるが、一般に、ラジアル構造のカーカス４において、サイドウォール部からビード部にわたった領域の耐久性が低いことから、ラジアル構造のカーカス４を具えるタイヤに対し、本発明の構成を採用することが特に有効な効果を奏するということには留意されたい。

更に、カーカス４の幅方向最外側カーカス層３の破断時伸びＬ_ｏｕｔと、幅方向最内側カーカス層３の破断時伸びＬ_ｉｎが、０．７５＜Ｌ_ｏｕｔ／Ｌ_ｉｎ＜０．９８を満足することが好ましい。なぜなら、Ｌ_ｏｕｔ／Ｌ_ｉｎが０．７５よりも小さい場合には、Ｌ_ｏｕｔが不足することから、幅方向最外側カーカス層３が、幅方向最内側カーカス層３よりも早期に破断するので、カーカス４の総体としての能力を最大限に利用することができない可能性があるからである。一方、Ｌ_ｏｕｔ／Ｌ_ｉｎが０．９８よりも大きい場合には、従来のカーカス４と同様、Ｌ_ｏｕｔが充分に小さくならずに、幅方向最内側カーカス層３が、幅方向最外側カーカス層３よりも早期に破断するので、カーカス４の総体としての能力を最大限に利用することができない可能性があるからである。

更にまた、カーカス４の幅方向最内側カーカス層３を構成するコードの切断時伸びＭ_ｉｎと、幅方向最外側カーカス層３を構成するコードの切断時伸びＭ_ｏｕｔが、０．７５＜Ｍ_ｏｕｔ／Ｍ_ｉｎ＜０．９８を満足することが好ましい。なぜなら、Ｍ_ｏｕｔ／Ｍ_ｉｎが０．７５よりも小さい場合には、Ｍ_ｏｕｔが不足することから、幅方向最外側カーカス層３を構成するコードが、幅方向最内側カーカス層３を構成するコードよりも早期に破断するので、カーカス４の総体としての能力を最大限に利用することができない可能性があるからである。一方、Ｍ_ｏｕｔ／Ｍ_ｉｎが０．９８よりも大きい場合には、従来のカーカス４と同様、Ｍ_ｏｕｔが充分に小さくならずに、幅方向最内側カーカス層３を構成するコードが、幅方向最外側カーカス層３を構成するコードよりも早期に破断するので、カーカス４の総体としての能力を最大限に利用することができない可能性があるからである。

加えて、カーカス４は、ゴム被覆したコードからなる２層以上のカーカス層間で、コード相互が交差する向きに積層してなり、隣接するカーカス層間における、幅方向外側カーカス層３を構成するコードのタイヤ幅方向に対する傾斜角度が、幅方向内側カーカス層３を構成するコードのタイヤ幅方向に対する傾斜角度よりも小さいことが好ましい。

すなわち、幅方向外側カーカス層３を構成するコードのタイヤ幅方向に対する傾斜角度を、幅方向内側カーカス層３を構成するコードのタイヤ幅方向に対する傾斜角度よりも小さくしたことによって、幅方向内側カーカス層３から幅方向外側カーカス層３にかけてタイヤ幅方向の破断時伸びを小さくすることができ、タイヤ９に高内圧を負荷した際のタイヤ破壊時に、幅方向内側および外側のカーカス層３を構成するコードを同時に破断させることができる。その結果、コードの性能をより一層利用することができる。このとき、コードのタイヤ幅方向に対する傾斜角度は、０°〜４５°の範囲にすることが好ましい。というのは、４５°を超えると、カーカス４の幅方向の剛性が相対的に低下し、後述する水圧試験における水圧を支えるメンバーとしての十分な機能を果たせなくなるからである。

加えてまた、隣接するカーカス層間における、幅方向外側カーカス層３を構成するコードの撚り数が、幅方向内側カーカス層３を構成するコードの撚り数よりも小さいことが好ましい。一般的に、図５に示すように、コードの撚り数を小さくして（Ｃ_３＞Ｃ_２＞Ｃ_１）、コードの切断時の伸びが小さくなること（Ａ_３＞Ａ_２＞Ａ_１）に従って、コードの張力が大きくなる（Ｔ_３＜Ｔ_２＜Ｔ_１）傾向がある。すなわち、幅方向外側カーカス層３に、幅方向内側カーカス層３を構成するコードの撚り数よりも小さいコードを適用することによって、コード張力が高くなるため、幅方向外側カーカス層３の破断時伸びを小さくすることが可能となる。なお、上記した撚り数は、コードの上撚り数を示すものとする。

また、カーカス層３を構成するコードは要求される重量、剛性等に応じて適当な有機繊維コードを選択することが好ましい。航空機の種類やタイヤの構成の違いに応じて、コードに所望される柔軟性及び強度が異なる。有機繊維コードとしては、例えば、レーヨンコード、アラミド（芳香族ポリアミド）コード等を用いることが好ましい。もちろん、タイヤを構成するゴムの種類や、ビードコア１０の剛性や断面形状等に応じて、コードの寸法を適宜変更することができる。

更に、カーカス４の隣接するカーカス層３間における離間距離が、幅方向内側から幅方向外側に向かって増大してなることが好ましい。なぜなら、幅方向外側における隣接するカーカス層３間における離間距離を大きくすることにより、幅方向外側のカーカス４程、厚みが大きくなり、タイヤ負荷転動時の変形にエネルギーを要することとなることから、破断時の伸びを小さくすることが可能となるからである。このとき、カーカス４を更に厚くし、破断時伸びを小さくする観点から、カーカス層３は３層以上であることが好ましい。また、カーカス４内でカーカス層３間の離間距離が変化することによる過度な剛性段差が生じることを抑制して、タイヤの耐久性を向上させる観点から、隣接するカーカス層３間における離間距離が、幅方向内側から幅方向外側に向かって漸増してなることが好ましい。

表１に示す種々の仕様の下、タイヤサイズ４６×１７Ｒ２０（３０ＰＲ）の航空機用タイヤを作製した。
それらタイヤを、アメリカ合衆国のＴＲＡ（Ｔｈｅ Ｔｉｒｅ Ａｎｄ Ｒｉｍ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ， Ｉｎｃ．）の“Ｙｅａｒ Ｂｏｏｋ”に基づく標準リムにリム組みし、タイヤ車輪とし、各々のタイヤ車輪における重量および耐圧性を調査した。タイヤの耐圧性は、安全率（破壊圧力）として調査した。その結果を表１に示す。

タイヤの耐圧性は安全率（破壊圧力）を調査することによって評価した。ここで、安全率（破壊圧力）は、タイヤ内に水を充填し、その水圧を除々に上昇させて破壊に至らせる水圧試験を行うことによって調査した。なお、調査値は、タイヤ破壊時の水圧値の規定内圧に対する比率で示されていおり、その数値が大きい程、タイヤの耐圧性に優れていることを示す。なお、公的な規格であるアメリカ合衆国のＦＡＡ（Ｆｅｄｅｒａｌ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ：連邦航空局）の“ＴＳＯ（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｏｒｄｅｒ）”のＴＳＯ−ｃ６２ｅでは、正規内圧の４倍の内圧をタイヤに充填して、かかる充填状態にて、３秒間経過してもタイヤが破損しないことが使用に耐え得る条件である旨が定められている。

表１の結果から明らかなように、従来例タイヤ１は、安全率が有効に確保されているものの、重量が充分に低減されていない。また、従来例タイヤ２は、重量は充分に低減しているものの、安全率が有効に確保されていない。それに対し、実施例タイヤ１〜６の安全率（破壊圧力）は、従来例タイヤ１と同様、有効に確保されており、特に、Ｍ_ｏｕｔ／Ｍ_ｉｎが０．８０〜０．９５の範囲内にある実施例２〜４、６において顕著に向上していた。このとき、上記したＴＳＯ−ｃ６２ｅの条件は、従来例タイヤ１、実施例タイヤ２〜４、６において達成されていた。また、実施例タイヤ１〜６の重量は、従来例タイヤ２と同様、いずれも有効に低下していた。

以上のことから明らかなように、この発明により、カーカス構成の適正化を図ることで、タイヤ重量の増加を有効に抑制しつつも、耐圧性を向上させた航空機用タイヤを提供することが可能となった。

１ インナーライナ
２ ビード部
３、３ａ〜３ｃ カーカス層
４ カーカス
５、５ａ〜５ｄ ベルト層
６ ベルト
７ ベルト保護層
８ トレッド
９ タイヤ
１０ ビードコア

Claims (8)

1. 一対のビード部間に跨ってトロイダル状に延び、ゴム被覆したコードからなる２層以上のカーカス層を積層してなるカーカスを骨格を有する航空機用タイヤであって、該カーカスの隣接するカーカス層間における、幅方向外側のカーカス層の破断時伸びが、幅方向内側のカーカス層の破断時伸びよりも小さく、
   前記カーカスの幅方向最外側カーカス層の破断時伸びＬ _ｏｕｔ と、幅方向最内側カーカス層の破断時伸びＬ _ｉｎ が、０．７５＜Ｌ _ｏｕｔ ／Ｌ _ｉｎ ＜０．９８を満足することを特徴とする航空機用タイヤ。
2. 前記カーカスの幅方向最内側カーカス層を構成するコードの切断時伸びＭ _ｉｎ と、幅方向最外側カーカス層を構成するコードの切断時伸びＭ _ｏｕｔ が、０．７５＜Ｍ _ｏｕｔ ／Ｍ _ｉｎ ＜０．９８を満足する、請求項１に記載の航空機用タイヤ。
3. 前記カーカスは、ゴム被覆したコードからなる２層以上のカーカス層の層間で、コード相互が交差する向きに積層してなり、隣接するカーカス層間における、幅方向外側カーカス層を構成するコードのタイヤ幅方向に対する傾斜角度が、幅方向内側カーカス層を構成するコードのタイヤ幅方向に対する傾斜角度よりも小さい、請求項１又は２に記載の航空機用タイヤ。
4. 前記隣接するカーカス層間における、幅方向外側カーカス層を構成するコードの撚り数が、幅方向内側カーカス層を構成するコードの撚り数以下である、請求項１〜３のいずれかに記載の航空機用タイヤ。
5. 前記カーカス層を構成するコードは、有機繊維コードである、請求項１〜４のいずれかに記載の航空機用タイヤ。
6. 前記カーカスにおいて、隣接するカーカス層間の離間距離が、幅方向内側から幅方向外側に向かって増大してなる、請求項１〜５のいずれかに記載の航空機用タイヤ。
7. 前記カーカス層は３層以上である、請求項６に記載の航空機用タイヤ。
8. 前記隣接するカーカス層間における離間距離が、幅方向内側から幅方向外側に向かって漸増してなる、請求項６又は７に記載の航空機用タイヤ。

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