JP2012046061A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】フラットスポット性能と高速耐久性能を確保したまま、車両走行時の通過騒音を低減することができる空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】カーカス１１のタイヤ径方向外側のトレッド形成位置にベルト１２を配置し、ベルト１２のタイヤ径方向外側に、コードをタイヤ周方向に螺旋状に巻回してベルト補強層１３を形成した空気入りタイヤ１０において、ベルト補強層１３のコードの巻回密度は、タイヤ幅方向端部に比べタイヤ幅方向中央部の方が低く形成され、ベルト１２の表面からトレッド１４表面までのタイヤ径方向距離は、タイヤ幅方向中央部の方がタイヤ幅方向端部より長く形成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、空気入りタイヤに関し、特に、カーカスを覆ってベルト層及びベルト補強層を有する空気入りタイヤに関する。

従来、カーカスと、ベルト層と、ベルト層のタイヤ半径方向外側に小巾の帯状プライをベルト層の全幅にわたって螺旋巻きすることにより形成されたバンドプライからなるバンド層（ベルト補強層）とを備えた「空気入りラジアルタイヤ」（特許文献１参照）が知られている。この「空気入りラジアルタイヤ」においては、通過騒音と転がり抵抗を悪化させることなくロードノイズを低減するために、帯状プライの巻き付けピッチをトレッドの中央部と外側部で変更している。

ところで、空気入りタイヤにおいて、フラットスポット性能を高めるためには、即ち、タイヤ外周面の路面との接地部分が、例えば、駐車や保管等により平面状に変形してしまうフラットスポットを起こり難くするためには、ベルトのタイヤ周方向剛性を高める必要があるため、従来の「空気入りラジアルタイヤ」においては、バンド層を形成する帯状プライを、帯状プライの幅の１．０倍のピッチでタイヤ周方向に螺旋状に巻き付けていた。

特開２００３−１８２３０７号公報

しかしながら、帯状プライをタイヤ周方向に螺旋状に巻回することによりバンド層を形成して、ベルトのタイヤ周方向剛性を高めた場合、ベルトのタイヤ周方向の変形が抑制されることによって、タイヤ外周面の路面との接地幅が増大することになる。タイヤ外周面の路面との接地幅が増大すると、タイヤと路面との間で形成される音場特性の悪化を招くことになり、その結果、車両走行時における通過騒音（車外騒音）の増大化が避けられない。

そこで、タイヤ外周面の路面との接地幅の増大を抑制するためには、バンドコードをタイヤ周方向に螺旋状に巻回して形成したバンドプライのタイヤ周方向剛性を低下させる必要があるが、バンドプライ全体の剛性を低下させると、トレッドの外側部（トレッドショルダー部）に必要な剛性も確保することができなくなって、高速耐久性能の低下をもたらすことになる。このため、必要とするフラットスポット性能と高速耐久性能を確保したまま、車両走行時の通過騒音を低減することができなかった。

この発明の目的は、コード配列した帯状プライをタイヤ周方向に螺旋状に巻き付けて形成したベルト補強層において必要とするフラットスポット性能と高速耐久性能を確保したまま、車両走行時の通過騒音を低減することができる空気入りタイヤを提供することである。

上記目的を達成するため、この発明に係る空気入りタイヤは、カーカスのタイヤ径方向外側のトレッド形成位置にベルトを配置し、前記ベルトのタイヤ径方向外側に、コードをタイヤ周方向に螺旋状に巻回してベルト補強層を形成した空気入りタイヤにおいて、前記ベルト補強層の前記コードの巻回密度は、タイヤ幅方向端部に比べタイヤ幅方向中央部の方が低く形成され、前記ベルトのタイヤ径方向最外側表面からトレッド表面までのタイヤ径方向距離は、タイヤ幅方向中央部の方がタイヤ幅方向端部より長く形成されている。ベルト補強層は、コードを配列した帯状ベルトのピッチを変化させて巻回することにより、コードの巻回密度（単位幅当たりの本数）を変化させている。
また、この発明の他の態様に係る空気入りタイヤは、前記ベルト補強層の前記タイヤ幅方向端部が、前記コードをタイヤ径方向に重ねた二層構造を有している。

また、この発明の他の態様に係る空気入りタイヤは、前記ベルト補強層が、高弾性フィラメントと低弾性フィラメントとを撚り合わせた複合コードからなる。
また、この発明の他の態様に係る空気入りタイヤは、前記複合コードが、荷重−伸び曲線の原点から変曲点に至る低弾性域と変曲点を越える高弾性域とを有し、タイヤ内部でのコード長に対する伸張率が前記変曲点における伸び以下である。ここで、タイヤ内部は、ＪＡＴＭＡに規定される「最高空気圧」、ＴＲＡに規定される「TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES」の最大値、或いはＥＴＲＴＯに規定される「INFLATION PRESSURES」の状態にある。なお、変曲点を越えるのは高速走行時である。
また、この発明の他の態様に係る空気入りタイヤは、前記ベルト補強層の加硫時拡張率が、タイヤ幅方向端部に比べタイヤ幅方向中央部の方が大きい。

この発明に係る空気入りタイヤによれば、ベルト補強層のコードの巻回密度は、タイヤ幅方向端部に比べタイヤ幅方向中央部の方が低く形成され、ベルトのタイヤ径方向最外側表面からトレッド表面までのタイヤ径方向距離は、タイヤ幅方向中央部の方がタイヤ幅方向端部より長く形成されているので、コードをタイヤ周方向に螺旋状に巻回して形成したベルト補強層において必要とするフラットスポット性能と高速耐久性能を確保したまま、車両走行時の通過騒音を低減することができる。

また、この発明の他の態様に係る空気入りタイヤによれば、ベルト補強層のタイヤ幅方向端部が、コードをタイヤ径方向に重ねた二層構造を有するので、トレッドショルダー部の張力を高めて十分な張力を確保することができ、十分な高速耐久性を備えることができる。
また、この発明の他の態様に係る空気入りタイヤによれば、ベルト補強層の加硫時拡張率が、タイヤ幅方向端部に比べタイヤ幅方向中央部の方が大きいので、フラットスポット性能と高速耐久性能を確保したまま、車両走行時の通過騒音を低減することがより的確に実現できる。

この発明の一実施の形態に係る空気入りタイヤの構成を模式的に示す説明図である。 ハイブリッドレイヤーベルト構造における加硫時拡張変化時のベルト拡張率の計算方法を説明する断面説明図である。

以下、この発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
図１は、この発明の一実施の形態に係る空気入りタイヤの構成を模式的に示す説明図である。図１に示すように、空気入りタイヤ１０は、ラジアル構造のカーカス１１、カーカス１１のタイヤ径方向外側に配置されたベルト１２、ベルト１２のタイヤ径方向外側に配置されたベルト補強層１３、及びベルト補強層１３のタイヤ径方向外側に配置された、タイヤ踏面となるトレッド１４を有している。

カーカス１１は、環状構造を有する左右一対のビードコア（図示しない）間にトロイダル状に架け渡されてタイヤの骨格を構成しており、ベルト１２は、タイヤクラウン部においてカーカス１１のタイヤ半径方向に重なる少なくとも２枚（一例として、第１ベルト１２ａと第２ベルト１２ｂを図示）のベルト層から構成されている。
ベルト補強層１３は、高弾性繊維（高弾性フィラメント）と低弾性繊維（低弾性フィラメント）を撚り合わせた複合コード（コード幅が約６ｍｍ）を、タイヤ周方向に連続して螺旋状に巻回することにより形成されている。高弾性繊維としては、例えば、芳香族ポリアミド繊維が、低弾性繊維としては、例えば、ナイロン繊維が、それぞれ用いられ、複合コードは、例えば、ゴム被覆したシート状に形成されて帯状ベルトになる。

この複合コードは、荷重−伸び曲線の原点から変曲点に至る低弾性域と、変曲点を越える高弾性域とを有しており、この変曲点におけるコードの伸びが２〜７％であると共に、タイヤ内部が、ＪＡＴＭＡに規定される「最高空気圧」、ＴＲＡに規定される「TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES」の最大値、或いはＥＴＲＴＯに規定される「INFLATION PRESSURES」の状態でのコード長に対する伸張率が、変曲点におけるコードの伸び（２〜７％）以下である。

また、ベルト補強層１３は、帯状ベルトをタイヤ周方向に螺旋状に巻回する際の巻回ピッチが、複合コードの幅（コード幅）の１．０〜１．１倍である高密度部と、巻回ピッチが、コード幅の１．４〜１．７倍である低密度部の、タイヤ幅方向における巻回ピッチの密度が異なる二種類の領域により形成されている。つまり、帯状ベルトの巻回ピッチがコード幅の１．０〜１．１倍である高密度部のタイヤ幅方向長さ（高密度部幅Ｗ１）は、ベルト補強層１３のタイヤ幅方向全域の長さ、即ち、全ベルト幅Ｗに対し１６〜２８％の範囲であるベルト端部に設定されている。ベルト補強層１３の高密度部の一部となる、高密度部のタイヤ幅方向外側部分は、複合コードがタイヤ径方向に重なる、下部ベルト１３ａと上部ベルト１３ｂからなる二層構造に形成され、タイヤ径方向外側の上部ベルト１３ｂのベルト幅Ｗ２は、全ベルト幅Ｗに対して５〜１６％の範囲に設定されている。

従って、ベルト補強層１３のタイヤ幅方向中央部（タイヤ赤道ＣＬ近傍）上では、ベルト端部であるタイヤ幅方向端部（トレッドショルダー部）に比べて、コード幅に対する、複合コードをタイヤ周方向に一周巻いた後のタイヤ幅方向への移動量が大きくなる。

また、ベルト１２が２枚のベルト層から構成されている場合、第１ベルト１２ａのタイヤ径方向外側に重なる第２ベルト１２ｂのタイヤ幅方向端部における補強層加硫時拡張率を０．５〜０．９５％、ベルト１２のタイヤ幅方向中央部（タイヤ赤道ＣＬ）における補強層加硫時拡張率を１．５〜１．８％未満（従来は、１．８〜２．２％）とする。補強層加硫時拡張率とは、空気入りタイヤ１０の製造過程において未加硫タイヤを加硫用モールドにより加硫する際の、ベルト補強層１３の拡張率である。

また、タイヤ幅方向中央部（タイヤ赤道ＣＬ）におけるベルト１２のタイヤ径方向最外側表面からトレッド１４の表面までのタイヤ径方向距離を、ベルト補強層１３を形成する複合コードのタイヤ幅方向への移動量が切り替わる場所、即ち、巻回ピッチが高密度部から低密度部へと切り替わる場所であるタイヤ幅方向端部における、ベルト１２のタイヤ径方向最外側表面からトレッド１４の表面までのタイヤ径方向距離の１．２〜１．８倍になるようにする。
このように、タイヤ幅方向中央部（タイヤ赤道ＣＬ）のトレッド１４の厚みを従来に比べて厚くすることにより、タイヤ幅方向中央部におけるベルト補強層１３の加硫時拡張率が従来に比べて低下し、タイヤ幅方向中央部の複合コードの張力が従来に比べて低下することになる。

これは、タイヤ幅方向中央部におけるタイヤ径方向距離がタイヤ幅方向端部におけるタイヤ径方向距離の１．２倍未満では、タイヤ幅方向中央部におけるベルト補強層１３の加硫時拡張率を１．５〜１．８％未満とした場合の、タイヤ幅方向端部におけるベルト補強層１３の加硫時拡張率０．５％以上を確保することが困難であり、タイヤ幅方向中央部におけるタイヤ径方向距離がタイヤ幅方向端部におけるタイヤ径方向距離の１．８倍を越えると、タイヤ幅方向中央部におけるベルト補強層１３の加硫時拡張率を１．５〜１．８％未満とした場合の、タイヤ幅方向端部におけるベルト補強層１３の加硫時拡張率０．９５％以下を確保することが困難であるからである。ここで、加硫時拡張率０．５％以上とするのは、加硫時拡張率０．５％未満ではショルダー部の剛性が確保できないので、高速耐久性を確保することができないためであり、加硫時拡張率０．９５％以下とするのは、加硫時拡張率０．９５％を超えると製造上の問題が発生するためである。

なお、コード応力は、従来の空気入りタイヤが８０．７〜１１２．６Ｎ／ｍｍ² であったのに対し、この発明に係る空気入りタイヤ１０は４８．４〜８０．７Ｎ／ｍｍ² 未満である。
このように、巻回ピッチが複合コード幅の１．０〜１．１倍である高密度部を設けたのは、高密度部を二層構造にしたので、巻回ピッチを複合コード幅の１．０倍未満にしなくても高速耐久性を確保することができるためであり、一方、巻回ピッチを複合コード幅の１．１倍を越えると、ショルダー部における張力確保の効果が小さくなって高速耐久性が低下するためである。

また、巻回ピッチが複合コード幅の１．４〜１．７倍である低密度部を設けたのは、巻回ピッチが複合コード幅の１．４倍未満では、ベルト補強層１３のタイヤ幅方向中央部における張力低下の効果が小さく、一方、巻回ピッチが複合コード幅の１．７倍を越えると、複合コードのコード間隙間にエアが入る虞があり、エアが入ってしまうと不良品になってしまうからである。

また、ベルト補強層１３の高密度部のタイヤ幅方向長さ（高密度部幅Ｗ１）を全ベルト幅Ｗに対し１６〜２８％の範囲にしたのは、全ベルト幅Ｗの１６％未満では、トレッドショルダー部における張力確保の効果が小さくなって高速耐久性が低下するためであり、全ベルト幅Ｗの２８％を越えると、低密度部における張力低下の効果が小さくなって、タイヤ外周面の路面との接地幅を低下させる効果が十分得られないからである。

また、ベルト補強層１３の一部となる、高密度部の複合コードが、タイヤ径方向に重なる二層構造に形成され、上部ベルト１３ｂのベルト幅Ｗ２が、全ベルト幅Ｗに対して５〜１６％の範囲に設定されているのは、上部ベルト１３ｂのベルト幅Ｗ２が、全ベルト幅Ｗの５％未満では、トレッドショルダー部における張力確保の効果が小さくなって高速耐久性が低下するためであり、全ベルト幅Ｗの１６％を越えると、低密度部における張力低下の効果が小さくなって、タイヤ外周面の路面との接地幅を低下させる効果が十分得られないからである。

また、ベルト１２を構成する第２ベルト１２ｂのタイヤ幅方向端部、即ち、トレッドショルダー部における補強層加硫時拡張率を０．５〜０．９５％とするのは、補強層加硫時拡張率が０．５％未満では、トレッドショルダー部における張力確保の効果が小さいため高速耐久性を十分確保することができず、補強層加硫時拡張率が０．９５％を越えると、ベルト−プライ間のコードタッチやベルトにおける凹凸の発生等、タイヤ製造上の不都合が生じるからである。

ベルト１２のタイヤ幅方向中央部、即ち、トレッドセンター（タイヤ赤道ＣＬ）部における補強層加硫時拡張率を１．５〜１．８％未満とするのは、補強層加硫時拡張率が１．５％未満では、フラットスポット性能を十分確保することができず、補強層加硫時拡張率が１．８％以上だと、ベルト１２のタイヤ幅方向中央部におけるベルトの張力を低下させることによる効果が少なく、通過騒音の改良ができないためである。

なお、トレッドショルダー部に位置するベルトの補強層加硫時拡張率については、通常、ホイールに設けた、空気圧低下時のビード外れを防止するためのハンプ（突起）位置で計算するが、空気入りタイヤ１０のように物性の異なる二種類のベルトからなるハイブリッド（ＨＹＢＲＩＤ）レイヤーベルト構造の場合、コードタッチが発生し易い第２ベルト１２ｂの端部ｅにおいて計算する。

図２は、ハイブリッドレイヤーベルト構造における加硫時拡張変化時のベルト拡張率の計算方法を説明する断面説明図である。図２に示すように、ハイブリッドレイヤーベルト構造における、トレッドセンター部及びトレッドショルダー部（第２ベルト１２ｂ端部ｅ）のベルト拡張率は、以下に示す式により計算する。
センター部ベルト拡張率
＝（（モールド内径ａ−タイヤ赤道ＣＬベルト上寸法ｂ×２）×φ／ＢＴ周−１）
ショルダー部ベルト拡張率
＝（（モールド内径ａ−（第２ベルト１２ｂ端モールド落ち寸法ｃ＋第２ベルト１２ｂ端ベルト上寸法ｄ）×２）×φ／ＢＴ周−１）
ここで、φは円周率、ＢＴ周はベルトを貼るドラムの周長である。

このように、ベルト補強層１３のタイヤ幅方向端部（トレッドショルダー部）の高密度部を二層に形成したことにより、トレッドショルダー部の張力を高めて十分な張力を確保することができるので、必要とするフラットスポット性能と高速耐久性を備えることができる。また、ベルト補強層１３のタイヤ幅方向中央部（タイヤ赤道ＣＬ部）に低密度部を形成することにより、タイヤ幅方向中央部の張力を低下させることで、ベルト補強層１３のベルト周方向への変形を促し、タイヤ外周面の路面との接地幅が増大してしまうのを抑制して、騒音を低減することができる。

次に、表１の仕様に基づく空気入りタイヤ１０における高速耐久性能、フラットスポット性能、及び騒音性能についてテストし、従来のタイヤと比較した。
空気入りタイヤ１０と従来のタイヤは、タイヤサイズが２９５／３０ＺＲ２０であり、空気入りタイヤ１０は、低密度部の巻回ピッチを従来のタイヤの巻回ピッチの１．５倍とし、高密度部の幅（Ｗ１）を従来のタイヤの２１％とし、ベルト中央部補強層加硫時拡張率を従来のタイヤの２．２０％に対して１．８０％とした（表１参照）。

この空気入りタイヤ１０及び従来のタイヤを、タイヤサイズに応じてＪＡＴＭＡ（社団法人 日本自動車タイヤ協会）規格で規定された適用リムへ組み付けてタイヤ組立体（車輪）を形成し、リム幅が１１Ｊ−２０、内圧が２６０ｋＰａ、荷重が４．９５ｋＮ、キャンバー角度が２．５°の条件の下、一定速度で所定時間維持する段階的な速度ステップにより、高速耐久性能を比較した（表２参照）。

また、この空気入りタイヤ１０及び従来のタイヤを、タイヤサイズに応じてＪＡＴＭＡ規格で規定された適用リムへ組み付けてタイヤ組立体（車輪）を形成し、リム幅が１１Ｊ−２０、内圧が２２０ｋＰａ、荷重が５．０ｋＮの条件の下、速度を２０ｋｍ／ｈから１０５ｋｍ／ｈ、更に１５０ｋｍ／ｈへと段階的に上昇させた後、１５０ｋｍ／ｈから１０５ｋｍ／ｈ、更に２０ｋｍ／ｈへと段階的に下降させ、続けて、２０ｋｍ／ｈから一気に１５０ｋｍ／ｈへと上昇させた後、１５０ｋｍ／ｈから一気に０ｋｍ／ｈへと下降させ、一定時間０ｋｍ／ｈを維持した後、０ｋｍ／ｈから２０ｋｍ／ｈ、更に１０５ｋｍ／ｈへと段階的に上昇させた後、一定時間１０５ｋｍ／ｈを維持した後、１０５ｋｍ／ｈから２０ｋｍ／ｈ、更に０ｋｍ／ｈへと段階的に下降させた速度ステップにより、フラットスポット性能を比較した。

更に、この空気入りタイヤ１０及び従来のタイヤのタイヤ組立体（車輪）を形成し、リム幅が１１Ｊ−２０、内圧が２２０ｋＰａ、荷重が５．０ｋＮ、速度が６０ｋｍ／ｈの条件の下、騒音を比較した（表３参照）。

上記試験を行った結果を表４に示す。
表４に示すように、この発明に係る空気入りタイヤ１０は、ベルト補強層を備えたラジアル構造を有する空気入りタイヤにあって、従来のタイヤと同様の高速耐久性能及びフラットスポット性能を確保しつつ、騒音については、従来のタイヤに比べて２ポイントの改善効果、即ち、車両走行時の通過騒音を低減することが確認できた。

この発明によれば、コードをタイヤ周方向に螺旋状に巻回して形成したベルト補強層において必要とするフラットスポット性能と高速耐久性能を確保したまま、車両走行時の通過騒音を低減することができるので、カーカスを覆ってベルト層及びベルト補強層を有する空気入りタイヤに最適である。

１０ 空気入りタイヤ
１１ カーカス
１２ ベルト
１２ａ 第１ベルト
１２ｂ 第２ベルト
１３ ベルト補強層
１３ａ 下部ベルト
１３ｂ 上部ベルト
１４ トレッド
ＣＬ タイヤ赤道
Ｗ 全ベルト幅
Ｗ１，Ｗ２ ベルト幅
ａ モールド内径
ｂ タイヤ赤道ベルト上寸法
ｃ 第２ベルト端モールド落ち寸法
ｄ 第２ベルト端ベルト上寸法
ｅ 端部

Claims (5)

1. カーカスのタイヤ径方向外側のトレッド形成位置にベルトを配置し、前記ベルトのタイヤ径方向外側に、コードをタイヤ周方向に螺旋状に巻回してベルト補強層を形成した空気入りタイヤにおいて、
   前記ベルト補強層の前記コードの巻回密度は、タイヤ幅方向端部に比べタイヤ幅方向中央部の方が低く形成され、
   前記ベルトのタイヤ径方向最外側表面からトレッド表面までのタイヤ径方向距離は、タイヤ幅方向中央部の方がタイヤ幅方向端部より長く形成されていることを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記ベルト補強層の前記タイヤ幅方向端部は、前記コードをタイヤ径方向に重ねた二層構造を有することを特徴とする請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記ベルト補強層が、高弾性フィラメントと低弾性フィラメントとを撚り合わせた複合コードからなることを特徴とする請求項１または２に記載の空気入りタイヤ。
4. 前記複合コードは、荷重−伸び曲線の原点から変曲点に至る低弾性域と変曲点を越える高弾性域とを有し、タイヤ内部でのコード長に対する伸張率が前記変曲点における伸び以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の空気入りタイヤ。
5. 前記ベルト補強層の加硫時拡張率は、タイヤ幅方向端部に比べタイヤ幅方向中央部の方が大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の空気入りタイヤ。

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