JP4545018B2

JP4545018B2 - 空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP4545018B2
Application number: JP2005058454A
Authority: JP
Inventors: 誠石山; 征史小出; 崇川井
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2005-03-03
Filing date: 2005-03-03
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2025-03-03
Also published as: JP2006240471A

Description

この発明は、トレッド部にベルト層と重なり合うベルト補強層を配置した空気入りタイヤに関する。

従来の空気入りタイヤとしては、例えば以下の特許文献１に記載されているようなものが知られている。
特開２００２−４６４１５号公報

このものは、幅方向両端部がビードコアの回りに折り返されトロイダル状に延びるカーカス層と、カーカス層の半径方向外側に配置され、タイヤ赤道に対して15度〜35度の範囲内の同一角度で逆方向に傾斜している金属線コードが内部に埋設された２枚のベルトプライからなるベルト層と、該ベルト層の半径方向外側に配置されたトレッドと、前記ベルト層とトレッドとの間に配置され、内部にタイヤ赤道に実質上平行に延びる有機繊維から構成された補強コードが埋設されているベルト補強層とを備えたものである。

そして、このものは、前記ベルト補強層内のタイヤ赤道に実質上平行に延びる補強コードにより、高速走行時における遠心力によって高性能乗用車用、航空機用あるいはトラック・バス用等の空気入りタイヤのトレッド部全体が半径方向外側に大きく径成長するのを抑制し、これにより、高速走行による接地形状の変化を抑制して高速域での高い操縦安定性を実現するようにしている。

ここで、前述のような空気入りタイヤを荷重下で走行させると、空気入りタイヤの踏み込み位置近傍および蹴り出し位置近傍においては、曲率半径が大幅に小さくなるようトレッド部が繰り返し周方向に面外曲げ変形（タイヤ幅方向を折り目とする曲げ変形）し、一方、前記踏み込み位置と蹴り出し位置との間においては、曲率半径が無限大となるよう（平坦となるよう）トレッド部が繰り返し周方向に面外曲げ変形する。

しかしながら、前述のような空気入りタイヤにあっては、ベルト層内にタイヤ赤道に対して小さな傾斜角で傾斜している金属線コードが埋設され、また、ベルト補強層内にタイヤ赤道に実質上平行に延びる補強コードが埋設されているため、該空気入りタイヤに内圧が充填されると、これらベルト層内の金属線コード、ベルト補強層内の補強コードに大きな張力が発生して、これらベルト層、ベルト補強層の周方向曲げ剛性、即ち、これらの周方向曲げ剛性の合成値が高くなる。これにより、前述のような接地時における周方向の面外曲げ変形が制限され、この結果、縦バネ定数が大きな値となって乗り心地性が低下するとともに、接地長が短くなって接地面積が減少し、低、中速域での操縦安定性が低下するという課題があった。

この発明は、乗り心地性、操縦安定性を共に向上させることができる空気入りタイヤを提供することを目的とする。

このような目的は、幅方向両端部がビードコアの回りに折り返されトロイダル状に延びるカーカス層と、カーカス層の半径方向外側に配置され、タイヤ赤道Ｓに対して傾斜している非伸張性のベルトコードが内部に埋設された少なくとも２枚のベルトプライからなるベルト層と、該ベルト層の半径方向外側に配置されたトレッドと、前記ベルト層に重なり合うよう配置され、内部にタイヤ赤道Ｓに実質上平行に延びる非伸張性の補強コードが埋設されたベルト補強層とを備えた空気入りタイヤにおいて、前記ベルトプライのうち、ベルト補強層に密着配置されている密着ベルトプライ内に埋設されているベルトコードの直径を、残りのベルトプライ内に埋設されているベルトコードの直径より大とすることで、密着ベルトプライの周方向曲げ剛性を、残りのベルトプライの周方向曲げ剛性より大とすることにより、達成することができる。

この発明においては、ベルトプライのうち、ベルト補強層に密着配置されている密着ベルトプライの周方向曲げ剛性を、残りのベルトプライの周方向曲げ剛性より大としたので、周方向曲げ剛性が高い値であるベルト補強層と、該ベルト補強層の次に周方向曲げ剛性が高い値である密着ベルトプライとが、これらの境界付近に位置している曲げの中立軸近傍に集合することになる。この結果、ベルト層とベルト補強層との合成周方向曲げ剛性が低下し、これにより、空気入りタイヤの縦バネ定数が小さくなって乗り心地性が向上するとともに、接地長が長くなって接地面積が増大し全速度域での操縦安定性が向上するのである。

これに対し、ベルト補強層から離れた位置に、周方向曲げ剛性が残りのベルトプライより大であるベルトプライを配置した場合には、曲げの中立軸の両側に周方向曲げ剛性の高いベルト補強層、ベルトプライが離れて位置するサンドイッチ構造となるため、従来と同様に合成周方向曲げ剛性が大きな値となり、この結果、このような配置構造は用いることができない。

以下、この発明の実施形態１を図面に基づいて説明する。
図１、２において、11は高速走行が可能な乗用車用空気入りラジアルタイヤであり、この空気入りタイヤ11はビードコア12がそれぞれ埋設された一対のビード部13と、これらビード部13から略半径方向外側に向かってそれぞれ延びるサイドウォール部14と、これらサイドウォール部14の半径方向外端同士を連結する略円筒状のトレッド部15とを備えている。なお、この発明は航空機用あるいはトラック・バス用の空気入りタイヤに適用してもよい。

そして、この空気入りタイヤ11は前記ビードコア12間をトロイダル状に延びてサイドウォール部14、トレッド部15を補強するカーカス層18を有し、このカーカス層18の幅方向両端部は前記ビードコア12の回りを軸方向内側から軸方向外側に向かって折り返されている。前記カーカス層18は少なくとも１枚、ここでは２枚のカーカスプライ19から構成され、これらのカーカスプライ19内にはタイヤ赤道Ｓに対して70〜90度のコード角で交差する、即ちラジアル方向（子午線方向）に延びるナイロン、芳香族ポリアミド、スチール等（ここでは、ナイロン）から構成された多数本の互いに平行なカーカスコード20がそれぞれ埋設されている。

23はカーカス層18の半径方向外側に配置されたベルト層であり、このベルト層23は少なくとも２枚のベルトプライ、ここでは２枚のベルトプライ24、25を半径方向外側に向かってこの順序で積層することにより構成している。ここで、各ベルトプライ24、25の内部には多数本の互いに平行な非伸張性のベルトコード26、27がそれぞれ埋設され、これらのベルトコード26、27は撚り線あるいはモノフィラメントから構成されている。そして、これら２枚のベルトプライ24、25内のベルトコード26、27は、ベルト面内剛性を高い値に維持するため、タイヤ赤道Ｓに対して15〜35度の範囲内の同一傾斜角Ｚで傾斜するとともに、少なくとも２枚のベルトプライにおいてタイヤ赤道Ｓに対し逆方向に傾斜し互いに交差している。

31は前記カーカス層18、ベルト層23の半径方向外側に配置されたゴムからなるトレッドであり、このトレッド31の外表面（踏面）には、排水性能を向上させるため、周方向に連続して延びる複数本、ここでは４本の主溝32が形成されている。また、前記トレッド31の外表面には幅方向や斜め方向に延びる多数本の横溝が形成されることもある。

35はベルト層23とトレッド31との間のトレッド部15に該ベルト層23と重なり合うよう配置され該ベルト層23を全幅で覆うベルト補強層であり、このベルト補強層35は少なくとも１枚（ここでは１枚）の補強プライ36から構成され、該補強プライ36の内部にはタイヤ赤道Ｓに実質上平行に延びる非伸張性の補強コード37が埋設されている。このようにベルト層23の半径方向外側に該ベルト層23を全幅で覆うベルト補強層35を設ければ、高速走行時における遠心力によってトレッド部15全体が半径方向外側に大きく径成長するのが強力に抑制され、これにより、高速走行時における接地形状の変化が抑制され高い操縦安定性が実現できる

ここで、前述のベルト補強層35は、例えば、補強コード37を１本または数本並べてゴム被覆した一定幅のストリップをベルト層23の外側に側端同士を接触させながら螺旋状に巻き付けることで成形することができる。このようにしてベルト補強層35を成形するようにすれば、ベルト補強層35を高能率かつ高精度で成形することができる。また、前記ベルト補強層35内の補強コード37はスチールから構成してもよいが、この実施形態のように芳香族ポリアミドから構成することが好ましい。その理由は、このようにすれば、軽量化を図りながら、高速走行によりトレッド部15が高温となっても、該トレッド部15の径成長を強力に抑制することができるからである。

そして、前述のような空気入りタイヤ11を荷重下で走行させると、空気入りタイヤ11の踏み込み、蹴り出し位置近傍、および、これらの間でトレッド部15が繰り返し面外曲げ変形を受けるが、このとき、ベルト層23およびベルト補強層35は内圧充填に基づく張力によって周方向曲げ剛性が高い値となっているため、前記面外曲げ変形が制限されそうになる。

しかしながら、この実施形態においてはベルトプライ24、25のうち、いずれか１枚のベルトプライ、ここではベルトプライ25の周方向曲げ剛性を、残りのベルトプライ24の周方向曲げ剛性と異ならしめ、ここでは大とするとともに、該ベルトプライ25をベルト補強層35に、間に何者も介在させることなく密着配置し、これにより、ベルト補強層35に密着配置されている密着ベルトプライ、ここではベルトプライ25の周方向曲げ剛性を、残りのベルトプライ、ここではベルト補強層35から最も離れた離隔ベルトプライ24の周方向曲げ剛性より大としたのである。

この結果、周方向曲げ剛性が高い値であるベルト補強層35と、該ベルト補強層35の次に周方向曲げ剛性の高い密着ベルトプライ25とが、これらの境界付近に位置している曲げの中立軸近傍に集合することになる。これにより、ベルト層23とベルト補強層35との合成周方向曲げ剛性が低下し、この結果、空気入りタイヤ11の縦バネ定数が小さくなって、突起乗り越し時の突き上げ感や粗い路面でのごつごつ感等が低減され乗り心地性が向上するとともに、接地長が長くなって接地面積が増大し全速度域での操縦安定性が向上するのである。

これに対し、ベルト補強層35から離れた位置に、周方向曲げ剛性が残りのベルトプライより大であるベルトプライを配置した場合には、曲げの中立軸の両側に周方向曲げ剛性の高いベルト補強層35、ベルトプライが離れて位置するサンドイッチ構造となるため、従来と同様に合成周方向曲げ剛性が大きな値となってしまうのである。

そして、密着ベルトプライ25内に埋設されているベルトコード27の直径を離隔ベルトプライ24内に埋設されているベルトコード26の直径より大とすることで、密着ベルトプライ25の周方向曲げ剛性を離隔ベルトプライ24の周方向曲げ剛性より大としている。このように密着ベルトプライ25におけるベルトコード27の直径を大とすると、ベルト層23の面内剛性を高めることができるが、このような場合には、乗り心地性、操縦安定性を容易に向上させることができる。

また、密着ベルトプライ25内に埋設されているベルトコード27をスチールから構成する一方、離隔ベルトプライ24内に埋設されているベルトコード26をグラスファイバーから構成することで、ベルトコード27のヤング率をベルトコード26のヤング率より大とし、これにより密着ベルトプライ25の周方向曲げ剛性を、残りの離隔ベルトプライ24の周方向曲げ剛性より大とすることができる。

このように、密着ベルトプライ25内のベルトコード27のヤング率を離隔ベルトプライ24のベルトコード26のヤング率より大とすれば、ベルトコード26間、27間のコーティングゴム厚さを変化させることなく、密着ベルトプライ25の周方向曲げ剛性を離隔ベルトプライ24の周方向曲げ剛性より容易に大とすることができる。また、ベルトコード26として前述のような材質のものを用いれば、ベルト層23の面内剛性を高い値に維持することができる。

ここで、前述のようなトレッド部15の面外曲げ変形によって曲げの中立軸から離れた位置には周方向の引張力および圧縮力が発生するが、曲げの中立軸から遠く離れた位置の離隔ベルトプライ24内には前述のようにスチールではなく、グラスファイバーからなるベルトコード26が埋設されているので、これらベルトコード26は前述の面外曲げ変形に対して弱い抵抗としてしか機能せず、トレッド部15における面外曲げ変形を許容する。このようなことから前記引張力、圧縮力によって空気入りタイヤ11の乗り心地性および操縦安定性が低下することは殆どない。

さらに、密着ベルトプライ25内に埋設されているベルトコード27の打ち込み間隔（隣接するベルトコードの中心間距離）を離隔ベルトプライ24内に埋設されているベルトコード26の打ち込み間隔より小とする、即ち密に打ち込むことで、密着ベルトプライ25の周方向曲げ剛性を離隔ベルトプライ24の周方向曲げ剛性より大とすることもできる。このように密着ベルトプライ25におけるベルトコード27の打ち込み間隔を小とすると、ベルト層23の面内剛性を高めることができるが、このような場合にも、乗り心地性、操縦安定性を容易に向上させることができる。

図３、４は、この発明の実施形態２を示す図である。この実施形態においては、ベルト層41より若干幅狭であるベルト補強層40をベルト層41とカーカス層18との間でベルト層41に重なり合うよう配置するとともに、ベルト層41を、ベルト補強層40に密着配置された密着ベルトプライ42と、ベルト補強層40から最も離れた離隔ベルトプライ44と、両ベルトプライ42、44間に配置された中間ベルトプライ43との３枚のベルトプライから構成している。

この結果、これら密着ベルトプライ42、中間ベルトプライ43、離隔ベルトプライ44は半径方向外側に向かってこの順序で配置されることになるが、これらベルトプライ42、43、44の周方向曲げ剛性をこの順序で小としている。これにより、これらベルトプライ42、43、44の周方向曲げ剛性は、密着ベルトプライ42が最大と、離隔ベルトプライ44が最小と、中間ベルトプライ43がこれらの中間の値となる。

このように、この実施形態においても、曲げの中立軸近傍に周方向曲げ剛性が高いベルト補強層40、密着ベルトプライ42を集合させたので、ベルト層41とベルト補強層40との合成周方向曲げ剛性が低下し、乗り心地性、操縦安定性が向上する。しかも、前述のようにベルト補強層40から最も離れた離隔ベルトプライ44の周方向曲げ剛性を、ベルトプライ42、43、44のうちで最小とすれば、周方向曲げ剛性が最小であるベルトプライを離隔ベルトプライ44よりベルト補強層40側に配置した場合に比較して、乗り心地性、操縦安定性を向上させることができる。

また、この実施形態においては、前述のようにベルト補強層40をベルト層41とカーカス層18との間に配置しているが、このような位置にベルト補強層40を設けた場合には、ベルト層41の半径方向内側に配置されたベルト補強層40が高速走行時におけるトレッド部15の半径方向外側への径成長を抑えることができ、これにより、ベルト補強層40をベルト層41の半径方向外側に配置したときと同等の高速走行時における操縦安定性を確保することができる。

次に、試験例１について説明する。この試験に当たっては、離隔、密着ベルトプライ内にそれぞれコードＡを打ち込み間隔（隣接するベルトコードの中心間距離） 1.2mmで埋設した図１、２に示すような従来タイヤ１と、離隔、密着ベルトプライ内のベルトコードをコードＢとした以外は従来タイヤ１と同様である従来タイヤ２と、離隔ベルトプライ内にコードＢを打ち込み間隔 1.2mmで、密着ベルトプライ内にコードＡを打ち込み間隔 1.2mmで埋設した図１、２に示すような参考タイヤ１と、離隔ベルトプライ内のベルトコードをコードＣとした以外は参考タイヤ１と同様である参考タイヤ２と、離隔ベルトプライ内のベルトコードをコードＤと、密着ベルトプライ内のベルトコードをコードＥとした以外は参考タイヤ１と同様である実施タイヤ１と、離隔、密着ベルトプライ内のベルトコードの打ち込み間隔をそれぞれ 1.5mm、 0.9mmとした以外は従来タイヤ１と同様である参考タイヤ３とを準備した。

また、比較タイヤとして、前記参考タイヤ１、２および実施タイヤ１における離隔ベルトプライ内のコードと密着ベルトプライ内のコードとをそれぞれ入れ換えた以外は前記参考タイヤ１、２および実施タイヤ１と同様である比較タイヤ１、２、３と、離隔、密着ベルトプライ内のベルトコードの打ち込み間隔を相互に入れ換えた以外は参考タイヤ３と同様である比較タイヤ４も準備した。

ここで、前記コードＡは直径が 0.3mmのスチールフィラメントを３本撚り合わせて構成したベルトコードであり、コードＢは芳香族ポリアミドのフィラメントを撚り合わせた直径が 0.7mmのベルトコードであり、コードＣはグラスファイバーのフィラメントを撚り合わせた直径が 0.7mmのベルトコードであり、コードＤは直径が 0.3mmのスチールフィラメントを２本撚り合わせて構成したベルトコードであり、コードＥは直径が 0.3mmのスチールフィラメントを４本撚り合わせて構成したベルトコードである。

そして、前述の各タイヤは高性能乗用車用タイヤで、サイズが245/55Ｒ17であり、各タイヤのカーカス層をタイヤ赤道Ｓに対して90度で交差するナイロンコードが埋設された２枚のカーカスプライから構成する一方、ベルト補強層内には芳香族ポリアミドのフィラメントを撚り合わせた直径が 0.7mmの補強コードを打ち込み間隔 1.0mmで埋設した。また、前記離隔ベルトプライ内のベルトコードはタイヤ赤道Ｓに対し右上り30度で傾斜させ、密着ベルトプライ内のベルトコードはタイヤ赤道Ｓに対して左上り30度で傾斜させた。

次に、前記各タイヤに 220ｋPaの内圧を充填した後、トレッド部外表面に塗料を塗布し、該塗料が乾燥する前に６ｋＮの荷重を負荷しながら白い紙に押し付けて接地形状を紙に転写した。その後、各タイヤの接地形状から接地長（接地形状におけるタイヤ赤道方向の最大長で単位はmm）を測定したが、その結果を表１に示す。ここで、周方向曲げ剛性の高いベルト補強層、密着ベルトプライを密着配置した実施タイヤは、これらを離して配置した比較タイヤより接地長が長くなっている。

次に、前記各タイヤを高性能乗用車に装着した後、最高時速 200kmでドライ路面のサーキットを走行させ、熟練したテストドライバーによって操縦安定性の評価を行った。その評価を満点を 100点として各タイヤの点数を表１に示す。ここで、従来タイヤ２ではベルト面内剛性が低下したため、接地長が従来タイヤ１より長くても操縦安定性は悪化している。また、周方向曲げ剛性の高いベルト補強層、密着ベルトプライを密着配置した実施タイヤは接地長が長くなったため、これらを離して配置した比較タイヤより評価が高くなっている。

次に、予めテストコースに準備したでこぼこ道、高速道路のつなぎ目を前述と同一の乗用車により通過し、熟練したテストドライバーによって振動乗り心地性の評価を行った。その評価を10段階で表１に示すが、従来タイヤ２においてはいずれのベルトプライ内にも芳香族ポリアミドからなるベルトコードを埋設しているので、乗り心地性は良好であるが、実施タイヤの乗り心地性もほぼ同様に良好であった。

この発明は、トレッド部にベルト層と重なり合うベルト補強層を配置した空気入りタイヤの産業分野に適用できる。

この発明の実施形態１を示す子午線断面図である。そのトレッド部の一部破断平面図である。この発明の実施形態２を示す子午線断面図である。そのトレッド部の一部破断平面図である。

11…空気入りタイヤ 12…ビードコア
18…カーカス層 23…ベルト層
24…離隔ベルトプライ 25…密着ベルトプライ
26、27…ベルトコード 31…トレッド
35…ベルト補強層 44…離隔ベルトプライ
Ｓ…タイヤ赤道Ｚ…傾斜角

Claims

幅方向両端部がビードコアの回りに折り返されトロイダル状に延びるカーカス層と、カーカス層の半径方向外側に配置され、タイヤ赤道Ｓに対して傾斜している非伸張性のベルトコードが内部に埋設された少なくとも２枚のベルトプライからなるベルト層と、該ベルト層の半径方向外側に配置されたトレッドと、前記ベルト層に重なり合うよう配置され、内部にタイヤ赤道Ｓに実質上平行に延びる非伸張性の補強コードが埋設されたベルト補強層とを備えた空気入りタイヤにおいて、前記ベルトプライのうち、ベルト補強層に密着配置されている密着ベルトプライ内に埋設されているベルトコードの直径を、残りのベルトプライ内に埋設されているベルトコードの直径より大とすることで、密着ベルトプライの周方向曲げ剛性を、残りのベルトプライの周方向曲げ剛性より大としたことを特徴とする空気入りタイヤ。
前記密着ベルトプライ内のベルトコードをスチールから構成する一方、残りのベルトプライ内のベルトコードをグラスファイバーから構成した請求項１記載の空気入りタイヤ。
前記密着ベルトプライ内に埋設されているベルトコードの打ち込み間隔を、残りのベルトプライ内に埋設されているベルトコードの打ち込み間隔より小とした請求項１記載の空気入りタイヤ。