JP6363835B2 - ジオデシックベルトを備える空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、タイヤ製造およびタイヤ構造の分野を対象とする。

当技術分野では、航空機タイヤおよびトラックタイヤでジグザグベルトを使用することが知られている。ジグザグベルトは、一般に、一方のベルト縁部から他方のベルト縁部にかけて一定の角度で連続的に編まれており、ベルト縁部で折り返されている。ジグザグベルトでは、ベルト縁部が切れていない、共に編み合わされた２層のコードができる。しかし、タイヤサイズや他の要因に応じて、クラウン領域におけるジグザグベルトの角度は、一般に１０〜１４度であり、ベルト縁部での折返し角度は、一般に約９０度である。しかしながら、摩耗を改善するためには、中心線において、典型的には１５〜４５度の範囲内の、より高い角度を有することが望ましい。

ジオデシックベルト（ｇｅｏｄｅｓｉｃ ｂｅｌｔ）構造では、タイヤの湾曲した表面上の測地線上にベルトコードが配置されている。湾曲した表面上では、その測地経路（ｇｅｏｄｅｓｉｃ ｐａｔｈ）が、最小曲率、または湾曲した表面上の２点間の最短距離である。真の測地経路は、特別な数学的法則、すなわちρｃｏｓα＝一定に従う。真のジオデシックベルトは、ジグザグベルトに比べて、中心線においてクラウン角がより高いという利点を有する。また、真のジオデシックベルトは、最小経路であるため、せん断応力がないという利点を有する。ジグザグベルト構造とは異なり、ジオデシックベルト角は、中心線において典型的には約４５度と高くなり、ベルト縁部において１８０度となるように連続的に変わる。

ジグザグベルトもジオデシックベルトも共に、ベルト縁部に蓄積の問題がある。したがって、測地経路を修正しジオデシックベルトの短所を克服する改善されたベルト設計を提供することが望ましい。したがって、前述の理由により、上述の短所なしに、測地経路が修正されたベルトを有するタイヤを提供することが望ましい。

本発明による空気入りタイヤは、
カーカスおよびベルト補強構造を有する空気入りタイヤであって、
前記ベルト補強構造が、
中央周方向平面に対して５度以下の角度で配置されたコードと修正ジオデシックベルト補強構造とを有する第１のベルト層を特徴とし、前記修正ジオデシックベルト補強構造が、各側方縁部における折返し点に交互に延びる３次元の最小経路で形成され、前記修正ジオデシックベルト補強構造が、前記第１のベルト層より幅広であり、前記第１のベルト層の半径方向に外側に位置する。

本発明について、例として、また添付の図面を参照して述べる。
対称な航空機タイヤの半分の断面図である。 外側表面上の理想的な測地線３を示すタイヤの斜視図である。 修正ジオデシックベルトを有するタイヤの正面図である。 修正ジオデシックベルトを有するタイヤの正面図である。 Ψ＝０度からΨ＝３６０度の修正ジオライン（ｇｅｏｌｉｎｅ）の概略図である。 ドラム回転角Ψ＝０からΨ＝ＡＧを示すタイヤ成形ドラム（ｔｉｒｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｄｒｕｍ）の簡易、概略的な側面図である。 本発明の方法ステップを示すプロセスフローチャートである。 矩形座標内の最小経路Ｌを示す。 対称なベルトパッケージの半分の断面図である。

（定義）
「アスペクト比」は、タイヤの断面高さ対その断面幅の比を意味する。

「軸方向の」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」または「ビードコア」は、環状の引張部材を有しているタイヤの部分を一般的に意味し、半径方向内側のビードは、プライコードに被覆されて形作られて、タイヤを保持した状態でリムと結合され、フリッパ、チッパ、エイペックス、またはフィラ、トーガード、およびチェーファーのような他の補強部材を有することもあれば、有しないこともある。

「バイアスプライタイヤ」は、複数の強化コードがカーカスプライ内をタイヤを横切ってビードからビードにタイヤの赤道面に対して約２５°から６５°の角度で対角線方向に延びており、複数のプライコードが複数の層内を交互に反対の角度で延びていることを意味する。

「ブレーカ」または「タイヤブレーカ」は、ベルトまたはベルト構造または補強ベルトと同じものを意味する。

「カーカス」は、タイヤプライ材料の層、および他のタイヤ構成部品を意味する。加硫処理して成形タイヤを作り出す前に、追加の構成部品をカーカスに追加してもよい。

「周方向」は、軸方向に対して垂直な環状のトレッドの表面の周囲に沿って延びる線または方向を意味し、断面で見たとき、その半径が軸方向曲率を規定する、隣接する複数の円形曲線の集合の方向を指すこともある。

「コード」は、プライを補強するために使用される、繊維を含む補強ストランドの１つを意味する。

「インナーライナ」は、チューブレスタイヤの内側表面を形成し、タイヤ内に膨張流体を含む、エラストマーまたは他の材料の層または複数の層を意味する。

「インサート」は、一般にランフラット型タイヤのサイドウォールを補強するために使用される補強体を意味し、トレッドの下にあるエラストマーインサートをも指す。

「プライ」は、エラストマー被覆コードのコード補強層を意味する。

「ラジアル（半径方向の）」および「半径方向に」は、タイヤの回転軸に半径方向に向かうか、またはその軸から離れる方向を意味する。

「サイドウォール」は、トレッドとビードの間のタイヤの部分を意味する。

「ラミネート構造」は、インナーライナ、サイドウォール、および任意選択のプライ層など、タイヤの１つもしくは複数の層、またはエラストマー構成部品でできた未加硫構造を意味する。

図１は、本発明の航空機ラジアルタイヤ１０の半分の断面図を示している。このタイヤは、中央周方向平面（ｍｉｄ−ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｌａｎｅ）周りで対称であり、したがって半分だけが示されている。図のように、航空機タイヤは、１対のビード部１１０を備え、それぞれのビード部にはビードコア１２０が埋め込まれている。航空機タイヤで使用するのに適したビードコアの一例が、米国特許第６５７１８４７号に示されている。ビードコア１２０は、複数の鋼製シースワイヤ（図示せず）によって囲まれた中央部分内にアルミニウム、アルミニウム合金、または他の軽量合金を有することが好ましい。当業者なら、他のビードコアを使用してもよいことを理解することができる。

さらに、航空機タイヤは、ビード部１１０のそれぞれからタイヤの半径方向で実質的に外側に延びるサイドウォール部１１６を備え、トレッド部１３０は、サイドウォール部１１６の半径方向外側端部間に延びている。さらに、タイヤ１０は、ビード部１２の１つから他のビード部１２にトロイダル状に延びるカーカス２２で補強されている。カーカス２２は、内側カーカスプライ２２と外側カーカスプライ２４で構成され、好ましくは半径方向に配向されている。折り返し部分を形成するために、これらのカーカスプライのうち、一般に４つの内側プライ２２がタイヤの内側からその外側に向かってビードコア１２０周りに巻かれ、一方、一般に２つの外側プライ２４が、内側カーカスプライ２２の折返し部分の外側に沿って、下向きにビードコア１２０へ延びている。これらのカーカスプライ２２、２４のそれぞれは、タイヤの赤道面ＥＰに対して実質的に垂直に延びる（すなわち、タイヤの半径方向に延びる）任意の好適なコード、典型的にはナイロン６，６コードなどナイロンコードを含むことができる。ナイロンコードは、１８９０デニール／２／２構造または１８９０デニール／３構造を有することが好ましい。カーカスプライ２２、２４の１つまたは複数は、アラミド／ナイロン構造、たとえばハイブリッドコード、高エネルギーコード、または混成コード（ｍｅｒｇｅｄ ｃｏｄｅ）を含んでもよい。好適なコードの例が、米国特許第４８９３６６５号、米国特許第４１５５３９４号、または米国特許第６７９９６１８号に記載されている。

航空機タイヤ１０は、カーカス２２とトレッドゴム１３０の間に配置されたベルトパッケージ１５０をさらに備える。図８は、第１の実施形態の、航空機タイヤで使用するのに適したベルトパッケージ１５０の半分を示す。ベルトパッケージ１５０は、中央周方向平面周りで対称であり、したがってベルトパッケージの半分だけが示されている。図のベルトパッケージ１５０は、カーカスに隣接して位置する第１のベルト層５０を備える。第１のベルト層５０は、中央周方向平面に対して５度以下の角度を有するコードから形成されていることが好ましい。第１のベルト層５０は、周方向に対して±５度以下の角度でコードを渦巻き状またはらせん状に巻くことによって、２つ以上のコードのゴム引きストリップ４３から形成されていることが好ましい。第１のベルト層５０は、ベルトパッケージ１５０の最も細いベルト構造であり、リム幅（フランジ間の幅）の約１３％から約１００％の範囲、より具体的にはリム幅（フランジ間の幅）の約２０％から約７０％の範囲、最も具体的にはリム幅（フランジ間の幅）の約３０％から約４２％の範囲の幅を有する。

ベルトパッケージ１５０は、第１のベルト層５０の半径方向外方に位置する第２のベルト層６０をさらに備える。第２のベルト層６０は、中央周方向平面に対して５度以下の角度を有するコードから形成されていることが好ましい。第２のベルト層６０は、周方向に対して±５度以下の角度でコードを渦巻き状またはらせん状に巻くことによって、２つ以上のコードのゴム引きストリップ４３から形成されていることが好ましい。第１のベルト５０は、半径方向で最内郭のベルトであり、幅Ｂｗ_ｓを有する。第１のベルト５０は、すべてのベルトのうち最も細いベルトである。第２のベルト６０は、第１のベルトの半径方向外方に位置し、第１のベルトよりわずかに大きい幅を有する。この実施形態は、周方向平面に対して５度以下の低い角度を有する第３のベルト７０および第４のベルト８０をさらに含む。第３および第４のベルトは、らせん状に巻かれていることが好ましい。第３のベルト７０は、第２のベルトの半径方向外方に位置し、第１および第２のベルトより実質的に幅広である。第３のベルトは、幅ｂｗ３を有し、第１のベルト５０、第２のベルト６０、および第４のベルト８０の最も幅の広いベルトである。第４のベルト８０は、第３のベルトの半径方向外方に位置し、低角度ベルトの最も幅の広いものである。第４のベルトは、第３のベルトよりわずかに小さい幅を有する。この実施形態は、共に第１〜第４のベルトの半径方向外方に位置する第１の修正ジオデシックベルト構造１２０および第２の修正ジオデシックベルト構造１３０をさらに含む。第１のジオデシックベルト１２０は、第４のベルト８０の半径方向外方に位置し、ベルト５０、６０、７０、８０、１３０のすべてのうち最も広い幅ＢｗＺを有する。ジオデシックベルト幅ＢＷｇ対最も細いカットベルトＢｗｓの比は、以下の通りである。
（１） ０．３＜ＢＷｓ／ＢＷｇ＜０．６、より好ましくは０．３＜ＢＷｓ／ＢＷｇ＜０．５の範囲内
上記の実施形態では、プライがナイロン製であること、およびベルトがアラミド／ナイロンのブレンド製であり、プライコードの破断点伸び率がベルトコードの破断点伸び率より大きいようなものであることがさらに好ましい。ベルトコードの最大破断点伸びが１８％未満であることがさらに好ましい。

ベルトパッケージは、下記でより詳細に述べるように、少なくとも１つの修正ジオデシックベルトを有する。湾曲した表面上の真の測地線が、空間内の２点間の最も短い３次元距離、または最小曲率であると理解することは有用である。図２は、真の測地線を有するベルトを示す線３を示している。コードは、点Ａでベルト縁部に接することに留意されたい。真の測地プライパターンは、数式ρｃｏｓα＝ρ_０ｃｏｓα_０に正確に従い、ここでρは、回転の軸から所与の位置でのコードまでの半径方向距離であり、αは、中央周方向平面（ｍｉｄ−ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｌａｎｅ）に対する所与の位置でのコードの角度であり、ρは、コアの回転の軸からクラウンまでの半径方向距離であり、ρ_０、α_０は、中央周方向平面での半径および角度である。

図３Ａおよび図３Ｂは、それぞれ、本発明の修正ジオデシックベルト１５０で構築されたベルト製造機（ｂｅｌｔ ｍａｋｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ）上のタイヤの正面図を示している。縁部でのベルトの角度は、１８０度よりもわずかに小さい。各ベルトは、所望の中心線角θｓなど異なるパラメータの選択により、異なって見える。ジオデシックベルトは、回転するＢ＆Ｔドラム上でベルトアプライヤ（ｂｅｌｔ ａｐｐｌｉｅｒ）を使用して掛けられる。ベルトアプライヤは、一方のベルト縁部のショルダから他方のベルト縁部のショルダに軸方向で平行移動（ｔｒａｎｓｌａｔｅ）する機械式アームアプライヤ（図示せず）を使用している。コンピュータコントローラが、Ｂ＆Ｔドラムの速度（Ψ）に合わせたアーム位置（ｘ軸）を制御する。修正測地経路１５０は、以下のステップから決定される。

図４および図７は、本発明の教示による修正測地経路１５０を示している。図４は、０度からΦ＝３６０度まで１回転した場合の経路を示している。真の測地経路の場合、各ベルト縁部（Ｗ／２）であって、角度α＝０度であり、その結果、コードは、ベルト縁部で接する。本発明の修正測地経路は、ベルト縁部での過剰な積み重なりを回避するために、ベルト縁部でゼロの角度から逸脱している。また、修正測地経路は、所望の中心線角θｓが得られるように中心線での角度からも逸脱している。説明のために、例示的なタイヤサイズの場合、２０本のジオラインが９回転で形成されていることが知られている。したがって、真の測地経路の場合、ジオラインが０．４５回転で形成される。各ベルト縁部では、ジオラインがベルト縁部と接し（α＝０）、中心線でのベルト角度は、約１５．５度である。ジオラインは、一方のベルト縁部（図４の点Ａ）から反対側のベルト縁部（点Ｄ、図４）までの３次元の最小経路として定義される。したがって、ベルトは、タイヤベルトを全体的に覆うために、複数のジオライン、典型的には８０本のジオラインを必要とすることになる。

ＡＧは、図５に示されているように、ジオラインの開始点Ａから終了点Ｄにかけての角度Ψの変化として定義される。ＡＧは、初期ＮＲ値２０、ＮＧ値３０を指定することにより初期値を有するように設定されている。ＮＧ、ＡＧの値は、反復する一連の計算が実施されるにつれて変化することになる。

ＡＧ＝３６０＊ＮＲ／ＮＧ
ここで、ＮＲ＝ＮＧ本のジオラインを形成するための回転の数
ＮＧ＝その組内のジオラインの数であり、全組が等しい。

図６は、ベルト用の修正ジオライン１５０を計算するためのステップを概説するフローチャートを示している。ステップ１０に関して、ベルト幅、ストリップ幅、および所望の中心線角θｓが入力される。ステップ２０に関して、θｓが入力値θｓに設定され、ＮＲが２０に設定され、ＮＧが３０に設定される。これらの値は、経験から決定した。

ここで、ＮＲ＝１組のジオラインにおける回転の数
ＮＧ＝０度Ψ（ｐｈｉ）の開始点および終了点を有するある組内のジオラインの数
ステップ３０に関して、以下の計算からＡＧが決定される。

ＡＧ＝３６０＊ＮＲ／ＮＧ
ステップ４０では、あるジオラインについて、３次元の最小距離の経路Ｌが、Ｘ＝−Ｗ／２からＷ／２、Ψ＝０からＡＧの範囲にわたって、下記の式から決定される。

Ｌ＝Σ（ＳＱＲＴ（Ｘ^２＋Ｙ^２＋Ｚ^２））、ｉ＝１からｋの場合
ここで、Ｚ＝Ｒ＊δΨ
ステップ５０では、角度θが中心線で計算され、入力値θｓと比較される。ステップ６０に関して、θ＝θｓか、が真でない場合には、ステップ７０が実施され、ＮＧが以下の式によって増大される。

ＮＧ＝ＮＧ＋ΔＮＧ
θ＝θｓになるまで、ステップ３０〜７０が繰り返される。

θ＝θｓとなったならば、ステップ４０からの式を使用して、その組について残りのジオラインが決定される。あるいは、あるジオラインが計算された後で、他の残りのジオラインは、ジオラインデータセットのΨ値にＡＧを加えることによって決定することができる。

今、第１のデータセットが既知であり、この例ではＮＲ＝２０、ＮＧ＝７０が決定されている。最小経路を描くデータ点のこの第１のセットは、Ｘ、Ｙ、Ψ座標で既知である。ベルト表面を十分に充填するために、いくつかのセット、典型的には２セットから５セットの範囲のセットが必要である。この例では、４つのデータセットが必要とされると仮定してみる。セット２からセット４の開始点を決定するために、値Ｋが下記の式から決定される。

４つのデータセットに関して、ベルト領域をコードによって全体的に覆うために、また、第１のデータセットが終了したところで第２のデータセットが確実に始まるように、第１のデータセットが係数Ｋによって修正されることが好ましい。４つの指定済みのデータセットに関して、第１のデータセットの終了点は、Ψ＝９０度で正確に生じることになる。したがって、我々の第１のデータセットは、Ψ＝０で始まり、Ψ＝９０度で終了することになる。セット２は、９０度で始まり、１８０度で終了することになる。セット３は、１８０度で始まり、２７０度で終了することになる。セット４は、２７０度で始まり、０／３６０度で終了することになる。

Ｋ＝［３６０＊ＮＲ＋３６０／ＮＳ］）／ＮＲ
ここで、ＮＳは、例４において生成すべきデータセットの数
ベルトを充填するために、少なくとも４つのデータセットが生成されていることが望ましい。

第１のデータセットに関して、Ψ’＝Ｋ＊Ψ
したがって、第１のデータセットでは、７０本のジオラインが２０回転で形成されており、このデータセットは、Ψ＝０で始まり、Ψ＝９０で終了する。Ｋは、９０度など均等な間隔で正確に終了するようにデータセットをわずかに拡張する乗数である。第２のデータセットは、Ψ＝９０で始まり、Ψ＝１８０で終了する。このデータセットは、他のデータ値を同じままとしながらΨ＝Ψ＋９０を加えることによって第１のデータセットから導出することができる。第３のデータセットは、Ψ＝１８０で始まり、Ψ＝２７０で終了する。このデータセットは、他のデータ値を同じままとしながらΨ＝Ψ＋１８０を加えることによって第１のデータセットから導出することができる。第４のデータセットは、Ψ＝２７０で始まり、Ψ＝３６０で終了する。このデータセットは、他のデータ値を同じままとしながらΨ＝Ψ＋２７０を加えることによって第１のデータセットから導出することができる。

ベルトは、ストリップから形成されたものであってよく、連続的なストリップから形成されたものであってよい。

また、少なくとも１つのベルトプライ層が、約２４％より小さい破断点伸び率と４００Ｎより大きい破断強さとを有するコードを有するものであってよい。

また、修正ジオデシックベルト構造は、１５〜３０度の範囲内になるように選択されている中心角を有するものであってよい。
コード構造
コードは、ポリエステル、ナイロン、レーヨン、鋼、ｆｌｅｘｔｅｎ（登録商標）、またはアラミドであってよい１つまたは複数のゴム被覆コードを含むことができる。

本明細書に提供されている説明に照らして、本発明の変形形態が可能である。いくつかの代表的な実施形態および詳細について本発明を説明するために示したが、本発明の範囲から逸脱することなしに様々な変更および修正を加えることができることが、当業者には明らかであろう。したがって、記載の特定の実施形態において、以下の添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の完全な所期の範囲内に入ることになる変更を加えることができることを理解されたい。

１００ タイヤ
１１０ ビード部
１１６ サイドウォール部
１２０ ビード
１３０ トレッド部
１４０ カーカス
１５０ ベルトパッケージ、修正ジオデシックベルト

Claims (16)

1. カーカスおよびベルト補強構造を有する空気入りタイヤであって、前記ベルト補強構造が、
   中央周方向平面に対して５度以下の角度で配置されたコードを有する第１のベルト層と、互いに接合された複数のジオラインで形成された第２のベルト層とを有し、各ジオラインは、第１のベルト縁部と第２のベルト縁部との間を延び、各ジオラインは、前記第１のベルト縁部および前記第２のベルト縁部と接しており、かつ、３次元の最小経路で形成され、また、各ジオラインは、前記タイヤの回転軸との成す角をΨ、当該ジオラインの開始点から終了点にかけての角度Ψの変化量をＡＧ、当該ジオラインの空間座標をＸ、ＹおよびＺ、特定の位置における当該ジオラインの半径をＲ、当該特定の位置における角度Ψの変分をδΨとしたとき、Ψ＝０からＡＧであってＺ＝Ｒ＊δΨの場合、式Ｌ＝Σ（ＳＱＲＴ（Ｘ^２＋Ｙ^２＋Ｚ^２））を使用して一方のベルト縁部から他方のベルト縁部までの３次元の最小距離の経路Ｌを計算することによって形成され、
   前記第２のベルト層は、前記第１のベルト層より幅広であり、前記第１のベルト層の半径方向に外側に位置する、空気入りタイヤ。
2. 前記第２のベルト層の中心線における角度は、所望の値に設定され、Ψ＝０からＡＧであってＺ＝Ｒ＊δΨの場合、一方のベルト縁部から他方のベルト縁部までの３次元の最小距離の経路Ｌは、式Ｌ＝Σ（ＳＱＲＴ（Ｘ^２＋Ｖ＋Ｚ^２））を使用して決定される、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記第２のベルト層は、連続なストリップから形成されている、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
4. 前記第２のベルト層は、ナイロン／アラミドストリップ材料から形成されている、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
5. 前記第２のベルト層は、ナイロン材料から形成されている、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
6. 前記第２のベルト層は、アラミド材料から形成されている、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
7. 前記第１のベルト層および前記第２のベルト層の少なくとも１つは、２４％より小さい破断点伸び率と４００Ｎより大きい破断強さとを有するコードを有する、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
8. 前記カーカスプライの１つまたは複数は、ナイロン製のコードを含む、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
9. 前記カーカスプライコードは、前記第１のベルト層および前記第２のベルト層の少なくとも１つのコードより大きい破断点伸びを有する、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
10. 中央周方向平面に対して５度以下の角度で配置されたコードを有する第３のベルト層を有する、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
11. 前記第３のベルト層は、前記第１のベルト層より幅広である、請求項１０に記載の空気入りタイヤ。
12. 前記第３のベルト層は、前記第１のベルト層の半径方向に外側にある、請求項１０または１１に記載の空気入りタイヤ。
13. 前記第２のベルト層は、最も幅の広いベルト層である、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
14. 前記第２のベルト層は、半径方向で最外郭のベルトである、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
15. 前記第２のベルト層は、１５〜３０度の範囲内になるように選択されている中心線角を有する、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
16. カーカスおよびベルト補強構造を有する空気入りタイヤであって、前記ベルト補強構造が、
    互いに接合された複数のジオラインで形成されたベルト層を有し、各ジオラインは、第１のベルト縁部と第２のベルト縁部との間を延び、各ジオラインは、前記第１のベルト縁部および前記第２のベルト縁部と接しており、かつ、３次元の最小経路で形成され、また、各ジオラインは、前記タイヤの回転軸との成す角をΨ、当該ジオラインの開始点から終了点にかけての角度Ψの変化量をＡＧ、当該ジオラインの空間座標をＸ、Ｙ及びＺ、特定の位置における当該ジオラインの半径をＲ、当該特定の位置における角度Ψの変分をδΨとしたとき、Ψ＝０からＡＧであってＺ＝Ｒ＊δΨの場合、式Ｌ＝Σ（ＳＱＲＴ（Ｘ^２＋Ｙ^２＋Ｚ^２））を使用して一方のベルト縁部から他方のベルト縁部までの３次元の最小距離の経路Ｌを計算することによって形成される、空気入りタイヤ。

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