JP7041592B2 - タイヤ - Google Patents

Description

この発明は、タイヤ、特に、ベルト耐久性を向上させたタイヤに関する。

タイヤのカーカスの径方向外側に、傾斜ベルト層を積層した交差ベルトを配置したタイヤにおいては、車両走行時の遠心力等によってベルトのタイヤ幅方向端部（以下、単にベルト端部ともいう）に浮き上がりが生じ、ベルト端部と周囲のゴムとの剥離等に起因する故障が発生することがあった。

そのため、例えば、特許文献１に記載のタイヤでは、周方向に延びる有機繊維コードによるプライからなるベルト補強層によって、タイヤ径方向外側からベルト端部を押さえて、タイヤ径方向におけるベルト端部の浮き上がりを抑制して、ベルト端部における故障を防ぎ、タイヤの耐久性を高めている。

特開２０１５－１５７５００号公報

ところで、近年は、高速道路網が整備され、より高速域で長距離を走行する機会が増加している。このような背景の下、特許文献１に記載のような、ベルト補強層によって周方向剛性を高めたタイヤについて、高速走行中のコーナリングやレーンチェンジ等の挙動に対しても、十分な耐久性を担保することが希求されていた。

そこで、本発明は、上述した課題を解決するためのものであり、交差ベルト及び周方向に延びる有機繊維コードを有するベルト補強層を組み合わせた構造を有するタイヤにおける、ベルト耐久性の更なる向上を目的とする。

発明者らは、前記課題を解決する手段について鋭意究明したところ、有機繊維コードによるプライからなるベルト補強層の、タイヤ幅方向における剛性を適切に分布させることによって、特にタイヤ幅方向の入力に対するベルト耐久性を更に向上させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明の要旨は、以下のとおりである。

（１）一対のビードコア間にトロイド状に延在するカーカスと、該カーカスのタイヤ径方向外側に、タイヤ周方向に対して傾斜する向きに延びるコードによるプライからなる傾斜ベルト層の、タイヤ幅方向長さの異なる少なくとも２層を、隣接相互間でコードが交差する向きに積層配置した交差ベルトと、前記交差ベルトのタイヤ径方向外側に配置した、タイヤ周方向に延びる有機繊維コードによるプライからなるベルト補強層の、少なくとも２層と、を有するタイヤであって、前記少なくとも２層のベルト補強層が有する剛性は、前記交差ベルトの非積層域に対応する領域を除く領域に最大値を有する、タイヤ幅方向分布を有することを特徴とする、タイヤ。

（２）前記少なくとも２層のベルト補強層は、タイヤ幅方向長さが異なる、請求項１に記載のタイヤ。

（３）前記少なくとも２層のベルト補強層は、有機繊維コードの伸び－応力曲線が異なる、請求項１又は２に記載のタイヤ。

（４）前記少なくとも２層のベルト補強層が有する剛性は、前記交差ベルトの非積層域に対応する領域よりも、該領域のタイヤ幅方向両側の領域の方が大きい、請求項１～３のいずれかに記載のタイヤ。

（５）前記少なくとも２層のベルト補強層が有する剛性は、前記タイヤ幅方向両側の領域のうち、タイヤ幅方向外側の方が大きい、請求項４に記載のタイヤ。

本発明により、交差ベルト及び周方向に延びる有機繊維コードを有するベルト補強層を組み合わせた構造を有するタイヤの、特にタイヤ幅方向の入力に対するベルト耐久性を更に向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るタイヤの幅方向断面図である。 従来のベルト補強層を有するタイヤの、交差ベルト及びベルト補強層の配置について説明するための図である。 ベルト補強層の有機繊維コードの応力－伸び率曲線である。 ベルト補強層が有する剛性の幅方向分布を示すグラフである。 トレッドゴムのせん断ひずみについて説明するための図である。 ベルト補強層が有する剛性の幅方向分布を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係るタイヤの、交差ベルト及びベルト補強層の配置について説明するための図である。 ベルト補強層が有する剛性の幅方向分布を示すグラフである。 本発明の他の実施形態に係るタイヤの、交差ベルト及びベルト補強層の配置について説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態に係るタイヤについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態１に係るタイヤの幅方向断面図である。実施形態１に係るタイヤ１は、一対のビードコア２ａ及び２ｂと、該ビードコア２ａ及び２ｂ間にトロイド状に延在するカーカス３と、該カーカス３のタイヤ径方向外側に、傾斜ベルト層の少なくとも２層、図１では、２層の傾斜ベルト層４及び５からなる交差ベルト６とを備えている。

交差ベルト６を構成する傾斜ベルト層４及び５は、互いに異なるタイヤ幅方向長さを有している。図示例では、径方向内側に配した傾斜ベルト層４は、傾斜ベルト層５よりもタイヤ幅方向長さが大きいが、このような構成に限られず、傾斜ベルト層５が傾斜ベルト層４よりも大きいタイヤ幅方向長さを有していてもよい。

このように幅の異なるベルト層４及び５を積層配置することによって、図１に示すように、交差ベルト６は、傾斜ベルト層４及び傾斜ベルト層５が、タイヤ径方向に積層する積層域Ｒ１と、タイヤ径方向に積層しない、即ち図示例で、傾斜ベルト層４のみが延在する、非積層域Ｒ２とを有することになる。言い換えれば、傾斜ベルト層４の端部ＢＥ１から、傾斜ベルト層５の端部ＢＥ２までのタイヤ幅方向における領域が非積層域Ｒ２である。

また、傾斜ベルト層４及び５は、いずれもタイヤ周方向に対して傾斜する向きに延びるコードによるプライからなり、隣接する傾斜ベルト層４及び５の相互間で、コードが交差する向きに積層配置されている。傾斜ベルト層４及び５のコードの傾斜角度は特に限定されないが、例えば、傾斜ベルト層４のコードは、タイヤ周方向に対して56°～74°の範囲で傾斜し、傾斜ベルト層５のコードは、傾斜ベルト層４のコードと互いに交差する向きに傾斜し、タイヤ周方向に対して56°～74°の範囲で傾斜するように配置されている。

なお、傾斜ベルト層４及び５のコードの材質は特に限定されず、例えば、ナイロンコードや、有機繊維コード等の化学繊維コードを用いることができる。

さらに、タイヤ１は、交差ベルト６のタイヤ径方向外側に配置した、タイヤ周方向に延びる有機繊維コードによるプライからなるベルト補強層の、少なくとも２層、図示例では２層のベルト補強層７及び８を備えている。

ここで、少なくとも２層のベルト補強層の重ね合わせによって発現される、当該ベルト補強層の全体の剛性が、上記した交差ベルト６の非積層域Ｒ２に対応する領域を除く領域に最大値を有する、タイヤ幅方向分布を有していることが肝要である。

このベルト補強層の重ね合わせによって発現される剛性分布について、図２、図３及び図４を参照して以下に詳述する。

図２は、特許文献１に記載される、従来のベルト補強層を有するタイヤの、交差ベルト及びベルト補強層の配置について説明するための図である。図２では、タイヤ幅方向をＷとし、タイヤ径方向をＺとして図示している。図示例において、傾斜ベルト４及び５のタイヤ径方向外側に、ベルト補強層９及び１０が配置された状態が示されている。ベルト補強層９は、赤道面ＣＬに跨る態様にてタイヤ幅方向Ｗに延び、屈曲部Ｐ１及びＰ２を介してタイヤ径方向外側に折り返され、タイヤ幅方向端部ＬＥ１に至る形状を有している。さらに、ベルト補強層１０が、ベルト補強層９のタイヤ径方向外側に配置され、タイヤ幅方向端部ＬＥ２とＬＥ３とを有している。

図２に示される従来のベルト補強構造について、剛性分布を調査した。まず、剛性については以下の通りに定義し、これを剛性の指標とした。

即ち、タイヤ１が備える複数のベルト補強層が、同一種の有機繊維コードからなり、ベルト補強層の単位面積当たりのコード打ち込み本数も同じ場合は、ベルト補強層がタイヤ径方向に積層される枚数に基づいて剛性を評価する。なお、ここでいうベルト補強層が積層された枚数とは、２層のベルト補強層がタイヤ径方向に積層されたベルト補強層の層数だけでなく、１層のベルト補強層が屈曲部を介して折り返された状態で、タイヤ径方向に重なり合っている領域では、２枚と数えるものとする。

また、タイヤ１が備える複数のベルト補強層が、同一種の有機繊維コードからなり、ベルト補強層の単位面積当たりのコード打ち込み本数が異なる場合は、ベルト補強層の単位面積当たりのコード打ち込み本数と、ベルト補強層が積層された枚数とに基づいて、剛性を評価する。

そして、タイヤ１が備える複数のベルト補強層が、異なる種の有機繊維コードからなり、ベルト補強層の単位面積当たりのコード打ち込み本数が同様の場合は、各ベルト補強層の有機繊維コードの伸び－応力曲線と、ベルト補強層が積層された枚数とに基づいて、剛性分布を評価する。ここで、有機繊維コードの伸び－応力曲線に基づくとは、具体的には、各ベルト補強層の有機繊維コードの伸び－応力曲線の交点における接線の傾きの比を用いることを指す。

例えば、図３では、ベルト補強層９の有機繊維コードの応力－伸び率曲線Ｃｓと、ベルト補強層１０の有機繊維コードの応力－伸び率曲線Ｃｅとの交点ＩＰにおける接線をそれぞれ直線Ｎ１と直線Ｎ２として示している。図示例では、直線Ｎ１の傾きを１００とするとき、直線Ｎ２の傾きは４００を示している。

以上の剛性指標のうち、異なる種の有機繊維コードからなり、ベルト補強層の単位面積当たりのコード打ち込み本数が同様の場合の剛性指標を用いて、図２に示した従来のベルト補強層における剛性を評価すると、図４のような剛性分布を示す。図４では、領域Ｓ１が剛性の小ピークを示し、領域Ｓ２が剛性の最大値を有する大ピークを示している。即ち、領域Ｓ１は、図２でベルト補強層９とベルト補強層１０とが積層されて２枚となった箇所に対応する領域であり、領域Ｓ２は、ベルト補強層９が折り返されて２枚積層し、その径方向外側にベルト補強層１０が積層されて合計３枚となった箇所に対応する領域である。図示例では、剛性の最大値を有する大ピークを示す領域Ｓ２が、非積層域Ｒ２の範囲内に位置している。

このような剛性分布のベルト補強層を有するタイヤについて、ベルト耐久性を調査したところ、特にタイヤの幅方向入力に対する耐性に改善の余地があることが判明した。

即ち、図４に示される、非積層域Ｒ２に剛性の最大値を有する場合には、特にタイヤ幅方向の入力に対する耐力が不足する傾向があった。ここで、タイヤ幅方向の入力に応じて発生するせん断ひずみγは、図５に示すモデルによって、タイヤ径方向Ｚにおけるトレッドゴムの長さＬに対する、タイヤに作用する幅方向の力Ｆの方向における変位Δｘを用いて、下記（式１）により定義することができる。
（式１）
γ＝Δｘ／Ｌ

この定義の下、交差ベルト６に生じるせん断ひずみについて考察すると、非積層域Ｒ２に剛性の最大値があることは、即ちトレッドゴムの長さＬのタイヤ径方向Ｚへの増加が抑えられることである。その結果、幅方向入力Ｆによるせん断変形量Δｘが同じ場合に、せん断ひずみγを大きくすることになって、ベルト耐久性が不足する要因となる。特に、傾斜ベルトの非積層域Ｒ２は、積層域Ｒ１に比べて、傾斜ベルト一層からなる分、せん断ひずみによる影響を受けやすく、周囲のトレッドゴムとの剥離が生じやすくなっていた。

従って、ベルト補強層の剛性分布の最大値を、交差ベルト６の非積層域Ｒ２に対応する領域には持たないことが、ベルト耐久性の向上において肝要である。

非積層域Ｒ２に対応する領域に、剛性の最大値を持たない剛性分布として、例えば、図６に示す分布パターンは、非積層域Ｒ２に対応する領域Ｓ３を除く、領域Ｓ４が剛性の小ピークを示し、領域Ｓ５が剛性の最大値を有する大ピークを示している。このような剛性分布を有するタイヤでは、非積層域Ｒ２におけるトレッドゴムの長さＬの増加が抑えられることなく、従来のタイヤよりも相対的に大きくなることから、幅方向入力Ｆによるせん断ひずみγの値が小さくなる。よって、せん断ひずみによる交差ベルト６の端部における耐久性を高めることができる。

以下、図６に示す剛性の分布パターンを得るためのベルト補強層７及び８について例示するが、下記の例に限られない。

図７は、本実施形態に係るベルト補強層を有するタイヤの、ベルトの配置について説明するための図である。図示例では、タイヤ１の傾斜ベルト４及び５のタイヤ径方向外側に、ベルト補強層７及び８が配置された状態が示されている。

図７に示すとおり、ベルト補強層７及び８は、タイヤ幅方向長さが異なっている。ベルト補強層７は、赤道面ＣＬに跨る態様にてタイヤ幅方向に延び、タイヤ幅方向端部ＬＥ４は、傾斜ベルト５のタイヤ幅方向端部ＢＥ２よりも赤道面ＣＬ側に位置している。さらに、ベルト補強層８は、ベルト補強層７のタイヤ径方向外側に配置されている。ベルト補強層８は、赤道面ＣＬ側のタイヤ幅方向端部ＬＥ５から、一部がベルト補強層７と積層するように延び、屈曲部Ｐ３及びＰ４を介してタイヤ径方向外側に折り返され、タイヤ幅方向端部ＬＥ６に至る形状を有している。

図７に示す例では、ベルト補強層７とベルト補強層８とは、異なる種の有機繊維コードからなり、有機繊維コードの伸び－応力曲線が異なっている。なお、ベルト補強層の単位面積当たりのコード打ち込み本数については同様である。ここで、図３に示す応力－伸び率曲線を参照して、ベルト補強層７の有機繊維コードは、応力－伸び率曲線Ｃｓを有するものとし、ベルト補強層８の有機繊維コードは、応力－伸び率曲線Ｃｅを有するものとする。

図７に示すベルトの配置及び構造によれば、ベルト補強層８のタイヤ幅方向端部ＬＥ５から、ベルト補強層７のタイヤ幅方向端部ＬＥ４までのタイヤ幅方向領域では、ベルト補強層７とベルト補強層８とが積層されて２枚となっており、図６に示す領域Ｓ４に対応する。さらに、ベルト補強層８が折り返されて２枚積層した箇所は、図６に示す領域Ｓ５に対応している。そして、非積層域Ｒ２においては、ベルト補強層８が一層で延びており、図６に示す領域Ｓ３に対応している。よって、非積層域Ｒ２に対応する領域が剛性の最大値を有しない、図６に示す剛性分布が実現されている。

本発明の他の実施形態に係るタイヤについて、図８及び図９を用いて説明する。図８は、実施形態２に係るタイヤのベルト補強層が有する剛性分布を示す。なお、実施形態２に係るタイヤは、ベルト補強層を除いて、実施形態１に係るタイヤ１と同様の内部構造を有している。

図８に示すとおり、実施形態２に係るタイヤのベルト補強層が有する剛性は、交差ベルト６の非積層域Ｒ２に対応する領域Ｓ６よりも、領域Ｓ６の両側の、領域Ｓ７及びＳ８の方が大きい剛性を示していることが好ましい。この構成によれば、タイヤの幅方向外側からタイヤ幅方向Ｗの入力があった場合には、剛性の大きい領域Ｓ８を介することによって、領域Ｓ６に対応する部分のトレッドゴムに入力が伝わりにくくなる。さらに、領域Ｓ６に対応する部分のトレッドゴムが、領域Ｓ７に対応する側には変形しにくくなるため、せん断ひずみを小さくすることができる。タイヤの赤道面ＣＬ側から、タイヤ幅方向外側に向かう入力があった場合においても、領域Ｓ７によって領域Ｓ６に対応する部分には入力が伝わりにくく、さらに、トレッドゴムが領域Ｓ８に対応する側には変形しにくくなり、せん断ひずみを小さくすることができる。

なお、ベルト補強層が有する剛性は、領域Ｓ６のタイヤ幅方向両側の領域Ｓ７及びＳ８のうち、タイヤ幅方向外側の領域Ｓ８の方が大きいことがより好ましい。即ち、高速走行中のコーナリングやレーンチェンジ等におけるタイヤ幅方向Ｗの入力は、タイヤの幅方向外側において大きくなる傾向がある。従って、より大きな入力を受けやすいタイヤ幅方向外側の領域Ｓ８の剛性を高めることによって、せん断ひずみを効果的に低減することができる。

図９に、図８に示す剛性の分布パターンを得るためのベルト補強層７０及び８０について例示するが、下記の例に限られない。

図９に示す例では、ベルト補強層７０は、ベルト補強層７と同じ有機繊維コード及びコード打ち込み本数を有し、ベルト補強層８０は、ベルト補強層８と同じ有機繊維コード及びコード打ち込み本数を有している。ベルト補強層８０のタイヤ幅方向端部ＬＥ８から、ベルト補強層７０のタイヤ幅方向端部ＬＥ７までの領域では、ベルト補強層７０とベルト補強層８０とが積層されて２枚となっており、図８に示す領域Ｓ７に対応する。さらに、ベルト補強層８０が折り返されて２枚積層した箇所は、図７に示す領域Ｓ８に対応している。よって、領域Ｓ６の両側において、領域Ｓ６よりも剛性が大きくなり、さらに、領域Ｓ７及びＳ８のうち、領域Ｓ８の剛性がより大きくなる剛性分布が実現されている。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれだけに限定されるものではない。
発明例タイヤおよび比較例タイヤ（ともに、タイヤサイズは215/55R17）を表１に示す仕様のもと試作し、ベルト耐久性を評価した。

（テスト項目）
＜ベルト耐久性＞
ベルト耐久性は、ベルトの端部における亀裂長さに支配されるため、この亀裂長さを耐ベルト耐久性の指標とした。即ち、上記の供試タイヤを規定リムに組み込み、内圧150kPaを充填してから実車に装着し、最大負荷能力に対応する負荷の下に、高速道路を６万km走行させ、しかる後タイヤを解剖して、交差ベルトのうち、タイヤ径方向最外側に位置する傾斜ベルト層の端部での亀裂長さを測定し、比較例の亀裂長さを100 としたときの指数で表示した。指数が小さいほど亀裂長さが小さく、ベルト耐久性に優れることを示している。

１：タイヤ、 ２ａ、２ｂ：ビード、 ３：カーカス、 ４、５：傾斜ベルト層、 ６：交差ベルト、 ７、８、９、１０、７０、８０：ベルト補強層、 ＢＥ１、ＢＥ２：傾斜ベルト層の端部、 ＬＥ１、ＬＥ２、ＬＥ３、ＬＥ４、ＬＥ５、ＬＥ６、ＬＥ７、ＬＥ８、ＬＥ９：ベルト補強層のタイヤ幅方向端部、 Ｒ１：積層域、 Ｒ２：非積層域、 Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８：領域

Claims (4)

1. 一対のビードコア間にトロイド状に延在するカーカスと、
   該カーカスのタイヤ径方向外側に、タイヤ周方向に対して傾斜する向きに延びるコードによるプライからなる傾斜ベルト層の、タイヤ幅方向長さの異なる少なくとも２層を、隣接相互間でコードが交差する向きに積層配置した交差ベルトと、
   前記交差ベルトのタイヤ径方向外側に配置した、タイヤ周方向に延びる有機繊維コードによるプライからなるベルト補強層の、少なくとも２層と、を有するタイヤであって、
   前記少なくとも２層のベルト補強層が有する剛性は、前記交差ベルトの非積層域に対応する領域を除く領域に最大値を有する、タイヤ幅方向分布を有し、
   前記少なくとも２層のベルト補強層が有する剛性は、前記交差ベルトの非積層域に対応する領域よりも、該領域のタイヤ幅方向両側の領域の方が大きいことを特徴とする、タイヤ。
2. 前記少なくとも２層のベルト補強層は、タイヤ幅方向長さが異なる、請求項１に記載のタイヤ。
3. 前記少なくとも２層のベルト補強層は、有機繊維コードの伸び－応力曲線が異なる、請求項１又は２に記載のタイヤ。
4. 前記少なくとも２層のベルト補強層が有する剛性は、前記タイヤ幅方向両側の領域のうち、タイヤ幅方向外側の方が大きい、請求項１から３のいずれか１つに記載のタイヤ。

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