JP4391593B2 - タイヤのクラウン補強体 - Google Patents

Description

本発明は、例えばローリ、バス、トレーラ、ハイウェイユニット用牽引車両、建設機械または農業用トラクタ等の重車両、建設車両または農業用車両に取り付けられるラジアルタイヤに関し、より詳しくは、このようなタイヤのクラウン補強体に関する。
このような補強体は、現在は、幾つかのクラウンプライ、一般には２つのいわゆる三角形ハーフプライから形成されている。該ハーフプライは、タイヤの赤道平面の両側でカーカス補強体上に配置されかつ周方向に対して４５〜９０°の間の角度を形成する非伸長性金属ケーブルからなる。これらの三角形ハーフプライ上には非伸長性金属ケーブルからなる２つのプライが半径方向に載置されており、該２つのプライは１つのプライから次のプライへと交差されかつ周方向に対して１０〜３０°の角度を形成している。小さい角度をなす２つのプライ、いわゆるワーキングプライは、該プライの半径方向外方に、半径方向に隣接するワーキングプライの直ぐ下のケーブルとほぼ同じ方向をなす少なくとも１つの伸長可能な弾性金属ケーブルを配置することにより完成される。弾性ケーブルからなる単一または複数のプライは、保護プライと呼ばれている。
このようなクラウン補強体の構成は、過酷な走行条件下で、ワーキングクラウンプライの縁部間に分離を発生させる。これらの縁部は剪断応力を受け易い位置にあり、このため、クラウン補強体の完全な劣化が生じるまで、縁部を分離させる加硫ゴムの層の裂けおよびワーキングプライの分離を引き起こす。
この問題を解決しまたは上記欠点を少なくとも緩和するため、多くの解決法が提案されている。かくして、ワーキングクラウンプライの縁部間に、ゴムのウェッジまたはパッドを配置して、前記プライ間剪断応力を低減させることができる。
膨張圧力によるタイヤのクラウン補強体の膨張により、クラウン補強体の強度にとって非常に有害な予剪断応力がプライ間に発生されるという仮説に従って、カーカス補強体とクラウン補強体との間に、周方向に対して好ましくは５°の小さい角度を形成する事実上非伸長性の金属ケーブルからなる少なくとも２つのプライを半径方向に配置することが提案されている。これらのプライは、直ぐ下のラジアルカーカス補強体を最大限に包囲しかつフーピング（hooping）する機能を有し、このため、内部膨張圧力の作用下で、その周方向延伸（circumferential development）を増大させると同時にその横方向曲率を増大させる傾向が生じ、この傾向によりタイヤの走行寿命が増大される。例えば、フランス国特許出願第2 452 390号に開示されたタイヤは上記定義に合致する。
その後、上記フーピングプライの非伸長性ケーブルは伸長性ケーブルに置換されかつ小さい角度はゼロとなるか、ゼロとみなされるまでになっている。前記プライは依然としてカーカス補強体とクラウン補強体との間に配置されている。このようなタイヤは、米国特許第4,934,429号に開示されている。
上記解決法は、特に、１ユニットより小さい形状比をもつ重車両用タイヤの場合にコスト高となりかつ使用に繊細な注意が必要とされる。多くの発明者は、有る場合には長期間をかけて、交差形ケーブル（crossed cables）のプライで形成されたクラウン補強体、または交差形ケーブルのプライおよび周方向ケーブルのプライで形成された混合形クラウン補強体を、専ら周方向補強要素で形成された補強体と置換することを思考してきた。
フランス国特許第1 198 141号には、ほぼ円筒状の外側走行面を備えたタイヤが開示されている。カーカス補強体とトレッドとの間には、プラスチック材料内に埋入された１つ以上の周方向補強要素で形成されたフーピング補強体が配置されている。
フランス国特許第2 429 678号は、0.40〜0.65の間の形状比をもつタイヤに、周方向ケーブルからなるこのようなクラウン補強体を推奨している。このクラウン補強体は、ケーブルを、該ケーブルの直径の１〜４倍のピッチで螺旋状に巻回することにより得られる。
欧州特許出願0 093 451 A2は、クラウン補強体の製造への周方向ケーブルの専用使用をやめて、より複雑な補強体を使用することにより、タイヤが横すべり状態で走行するときに受ける横方向力の作用に対応できる充分な横方向剛性が得られることを説明しているが、それでも、タイヤの転がり抵抗を低減させるため、高弾性係数および非常に特殊な特性をもつゴム層内に被覆された周方向ケーブルを有するクラウン補強体構造を提案している。
非常に大きい弾性係数をもつ被覆を使用する考えは、上記欧州特許出願に開示されたタイヤのコース保持特性を改善するという明白な目的のため、欧州特許出願0 200 055 A2でも採用されている。
ゼロスリップ角での横方向スラストを低減させまたは除去する試み、より一般的には「プライ・ステア」と呼ばれる試みにおいて、米国特許第4,691,752号は、周方向ケーブルからなるクラウンプライと、短繊維で形成されかつ少なくとも１０kg/mm²の張力下での剛性をもつゴム層で形成されたベルトとを組み合わせることを提案している。
上記提案に係る解決法では、大荷重を支持することを意図しかつ１より小さい形状比を有するタイヤの満足できる耐摩耗性を得ることはできない。一方、非常に良好な全体的強度を維持でき、このようなタイヤを装着することによって、特に、道路のわだち掘れ（rutting）による効果を最小にする試みをなすときの道路上での車両の挙動が改善される。
クラウン補強体プライ間の分離の問題を解決すると同時に、優れた摩耗特性、充分な道路保持性および小さい転がり抵抗を得るため、本発明によれば、第１に、少なくとも１つのラジアルケーブルのプライで形成されたカーカス補強体と、第２に、周方向補強要素からなる少なくとも１つのプライで形成されたクラウン補強体とを有し、該プライ上にはトレッドを含む幾つかのゴム層が半径方向に載置された構成のタイヤにおいて、周方向補強要素の準円筒状プライが金属の非伸長性主要素からなり、該主要素は場合によっては副要素により分離され、主要素は前記プライの外周半径Ｒ_Sの平方根の少なくとも0.09倍に等しい最小の横方向寸法および半径方向寸法を有し、プライの充填率は少なくとも0.70に等しく、プライ上には、三日月状断面をもつ高伸び弾性係数のレンズ状ゴム部片が載置され、該ゴム部片は、少なくとも主補強要素の最大半径方向寸法に等しい最大厚さを有し、ゴム部片の軸方向幅は主要素からなるプライの最大軸方向幅のせいぜい８０％に等しいことを特徴とするタイヤが提供される。
「高伸び弾性係数（high modulus of elongation）」とは、１０％相対伸びで測定した少なくとも２０MPaの割線係数（secant modulus）を意味すると理解すべきである。
周方向補強要素のプライは、レンズ状ゴム部片として形成された幅内のプライの横方向曲率半径がその周方向半径Ｒ_Sの少なくとも３倍である場合には、この横方向曲率が凸状または凹状であるか否かに係わらず、準円筒状というべきである。
周方向補強要素の最大軸方向幅は、好ましくは、タイヤがその使用リムに取り付けられかつその使用圧力に膨張されたときのタイヤの最大軸方向幅Ｓの0.70Ｓであり、かつ少なくともトレッドの軸方向幅Ｌ₀の９０％に等しい。かくして、スリップ角（slip angle）の下で走行するときに、タイヤの道路保持性、すなわちタイヤにより支持される垂直荷重に対する地面がタイヤに作用する横方向力の比が改善される。
補強要素のプライは、一方では補強要素により形成されかつ他方では前記要素を被覆するゴムで形成された複合組立体である。前記ゴムは、補強要素間の空間を充填できかつ要素の上側および下側に実質的に一定の厚さの層を得ることができる。前記要素は、連続または不連続に構成できる。この場合、プライの充填率は、全体積に対するプライ中に補強要素が占める体積の比率である。補強要素のプライは主補強要素、すなわち膨張、荷重支持、直線路の走行および／または横方向力による引張り応力、圧縮応力および曲げ応力に耐え得る要素のみで形成できる。前記主要素は、公式Ｔ_ep・Ｎ／Ｒ_S・ｐ（ここで、Ｔ_epは主要素の張力、Ｎはプライの１cm当たりの主要素の数、Ｒ_Sはプライの周方向半径、ｐはタイヤの膨張圧力（バール）である）により計算される膨張応力の少なくとも９０％を吸収する。しかしながら、充填率は、主要素の間で軸方向に配置されかつ主要素と副補強要素とが軸方向に対面するいわゆる結合表面が大きくなるようにした形状を有する副補強要素を設けることによりが増大される。これにより、主要素間の剪断強度、従ってクラウン補強体の横方向剛性を増大できる。
本発明によるタイヤのロードホールディングは、レンズ状ゴム部片の半径方向外方に少なくとも１つの保護プライを設けることにより増大される。前記プライは、周方向に対して３０〜９０°の間の或る角度αに配向されるケーブルで形成できる。これにより、直線路での走行時に、或る使用形態において有効な残留横方向スラストが発生される。保護プライの好ましい構造は、タイヤの赤道平面の両側で軸方向に配置される２つの保護ハーフプライを設けることからなり、該ハーフプライは、周方向に対し、一方のハーフプライについては＋αの角度、他方のハーフプライについては−αの角度を形成する金属ケーブルで形成される。角度αは、できる限り、周方向に対して３０〜６０°の間の角度にする。２つのハーフプライのケーブルにより形成される、周方向とのなす角度は異ならせることができ、例えば、一方のハーフプライについては＋α、他方のハーフプライについては−βにすることができる。
上記２つのハーフプライは、周方向に対して或る角度を形成して１つのプライから次のプライへと交差する補強要素からなる２つの軸方向連続プライで置換することができる。前記要素は、周方向に対して３０〜４５°の間の角度を形成する弾性コードまたはケーブルで構成できる。要素はまた、周方向に対して４５°より大きい角度を形成する非弾性コードまたはケーブルで構成することもできる。このような要素で形成されるプライは、周方向主要素のプライの破裂抵抗性よりプライ１cm当たりの破裂抵抗性が少なくとも３倍小さく、かつタイヤの膨張による応力の１０％以下を吸収するに過ぎないように構成されるであろう。
本発明の特徴および長所は、非制限的な形態の例示実施形態を示す添付図面に関連して述べる以下の説明から良く理解されよう。
第１図は、本発明によるタイヤを子午線方向に切断した概略断面図である。
第２Ａ図〜第２Ｅ図は、主補強要素および副補強要素が互いに並んで配置されているクラウンプライの部分を示す概略図である。
第３Ａ図および第３Ｂ図は、本発明による好ましいクラウン補強体の子午線方向概略断面図および平面図である。
第４Ａ図および第４Ｂ図は、本発明によるクラウン補強体の他の変更実施形態を示す概略図である。
第１図に示すように、315/50-22.5の寸法の重車両用タイヤは、ほぼ0.50に等しいＨ／Ｓ形状比を有する。ＨおよびＳは、それぞれ、その使用リムJに取り付けられかつ使用圧力に膨張されたタイヤの高さおよび最大軸方向幅である。前記タイヤＰは、芳香族ポリアミドのケーブルからなる単一プライ（１）で形成されたカーカス補強体を有し、該カーカス補強体は、ビードワイヤ（２）の回りに巻かれてアップターン（１０）を形成することにより各ビードに係止される。カーカスプライ（１）は、スチールで作られた非伸長性金属ケーブルそのものである周方向の非伸長性補強要素（３０）で形成された単一クラウンプライ（３）によりフープ掛けされている。すなわち、ケーブルは、これらの破断力の１０％に等しい力を受けたときに、せいぜい0.5％の相対伸びを有する。周方向補強要素は、周方向に対して０±2.5°の角度を形成する要素である。いかなる副補強要素も存在しない場合、これらのケーブルは、前記寸法に通常使用されるケーブルの断面と比べて比較的大きい断面を有し、前記タイヤの使用膨張圧力により発生される引張り応力に妥当な安全係数を掛けた引張り応力に耐え得るケーブルである。本発明のクラウン補強体に使用される補強要素は、プライ（３）の外周半径Ｒ_Sの平方根の0.135倍に相当する2.8mmに等しい直径の円形断面を有し、上記場合には、補強要素は、基本コードが数本のスパイラルストランドに巻回された中心コアで形成されたケーブルであり、ストランドは幾つかの層に形成できる。プライ（３）は、２６０mm、すなわち、トレッドＬ_oの幅の0.91倍または最大軸方向幅Ｓの0.82倍の軸方向幅Ｌを有する。プライ（３）は大きな幅に亘ってカーカスプライ（１）に対して半径方向に隣接しており、一方、プライ（３）の縁部は、ゴムウェッジ（７）により前記プライ（１）から分離されている。プライ（３）上には、加硫ゴムからなる三日月形レンズ状部片すなわちパッド（４）が半径方向外方に載置されている。該パッド（４）は、タイヤの赤道平面ＸＸ′のレベルで最大厚さを有し、この寸法はプライ（３）のケーブルの直径の2.14倍に相当する６mmである。また、パッド（４）は、プライ（３）の幅Ｌの６１％に相当する１５０mmに等しい軸方向幅Ｌ₁を有する。三日月状部片（４）のゴムは、１０％相対伸びを生じる張力を受けたとき、４０MPaの割線剪断弾性係数（secant modulus of rigidity）を有する。レンズ状部片（４）自体は、下方トレッド層と呼ばれるゴム層（５）で覆われている。前と同じ条件で測定したゴム層（５）の剪断弾性係数はせいぜい６MPaであり、これは、レンズ状部片（４）の同じ名前の係数に比べて非常に小さい。いわゆるアッパートレッド（６）がタイヤのクラウンを完成させており、該トレッド（６）は、外側のゴム側壁部片（８）および内側のゴム部片（９）によりタイヤのビードに接合されている。
第２Ａ図は、本発明によるタイヤのプライ（３）の極く一部を示す図面である。このプライ（３）の補強要素（３０）の断面形状は楕円形であるため、これ自体は既知の形状であるが、補強要素（３０）は、その長軸が互いに平行でかつ赤道平面ＸＸ′に対しても平行になるように配置されている。この好ましい配向により、隣接する補強要素の結合表面すなわち補強要素を分離する被覆ゴム部分に対する全接着表面が増大するため、隣接する補強要素間の良好な結合が可能になる。従って、補強要素とゴム間の結合レベルでの標点応力（pinpoint stresses）が増大されることなく、より大きな全要素間剪断力が発生される。前記楕円形要素すなわちケーブルは任意の形状のコアで形成できかつプラスチック材料または金属で形成される。前記コアは１本または数本のプラスチックおよび／または金属コードまたはケーブル、またはプラスチック材料の層（３３）、または非常に大きい弾性係数をもつ弾性材料の層（３３）により包囲されている。
第２Ｂ図〜第２Ｄ図に示すように、２つの主補強要素（３０）（この場合は金属ケーブルである）の間に副補強要素（３１）を設けることにより、有効結合表面がかなり増大される。第２Ｂ図に示す副要素（３１）は、薄い厚さ（図示の例では0.2mm）の黄銅めっき金属のストリップである。このストリップは、主補強要素のようなプライを作るため、その上端部および下端部が円弧状に湾曲されかつ巻き付けられている。矩形断面形状をもつこのストリップは、主補強要素（30）の被覆ゴムにくっ付くものでもよいし、プライ（３）の周囲方向に沿って不連続に構成してもよい。好ましくは、ストリップ（３１）の周囲に半径方向のノッチを設け、これらのノッチは、ストリップ（３１）の半径方向上縁部と半径方向下縁部との間で交互に配置する。
第２Ｃ図は最も効果的な側面形状をもつ副補強要素（３１）を示す。すなわち、その側壁は、実際に、主要素（３０）の側面輪郭（この場合は、円形断面のケーブル）に平行である。これにより、結合表面を最大にできかつ要素（３１）およびケーブル（３０）のそれぞれの側壁の間に僅かな厚さ、すなわち、補強要素とゴムとを充分に接着させてタイヤの強度を高める上で厳格に必要とされる厚さのゴムを残すことができる。第２Ｄ図に示す構造は工業的に使用する上で最も簡単である。副補強要素（３１）は、主ケーブル（３０）の直径より小さい直径をもつ金属またはプラスチック材料からなる簡単なケーブルであり、２つの主要素間の各ギャップには、プライ（３）の中線の両側に、２つの副要素が設けられる。上記３つの場合は、ゴムにより主要素から分離された副補強要素を付加することに関するものである。また、第２Ｅ図に示すように、主要素と一体の副補強要素を設けることもできる。この場合には、ケーブル（３０）は、大きい弾性係数をもつプラスチック、金属または弾性材料からなるシース（鞘）内に被覆され、組立体に、剪断強度を高める上でより好ましい側面形状を付与できる。
第３Ａ図および第３Ｂ図は、本発明によるタイヤの好ましい変更形態を示す。この変更形態における改良点は、いわゆる弾性金属ケーブルからなる２つのハーフプライ（９′、９″）を、レンズ状ゴム部片（４）の半径方向外方に配置することからなる。ケーブルは、これが、破断力の１０％に等しい力に対して少なくとも0.5％の相対伸びを有する場合には、弾性であるということができる。ここに説明する場合におけるハーフプライ（９′、９″）は、タイヤの赤道平面に関して、幅および角度の両観点から対称的に配置される。すなわち、ハーフプライ（９′）の要素は、＋４５°＋αの角度に配向されるのに対し、ハーフプライ（９″）の要素は、−４５°−αの角度に配向されるため対称的になる。これらの各ハーフプライの軸方向幅は、フーピングプライ（３）の軸方向幅の４８％に殆ど等しいため、各ハーフプライの軸方向外端部はプライ（３）の対応端部より軸方向内側に位置し、かつハーフプライの軸方向内端部はプライ（３）の幅Ｌの少なくとも３％の距離だけ赤道平面から離される。
第４Ａ図はクラウン補強体の変更形態を示し、この変更形態では、レンズ状ゴム部片（４）上に、１つのプライから次のプライへと交差されかつ周方向に対して４５°の角度を形成する芳香族ポリアミドのケーブルからなる２つのプライ（１０）が半径方向に載置されている。この後者の構造は、第１に、このようなクラウン補強体を備えたタイヤが装備された重車両の道路挙動を非常に大きく改善すること、第２に、建設車両用タイヤおよび輸送車両用タイヤの場合に主クラウン補強体を充分に保護することを可能にする。第４Ｂ図に示すクラウン補強体の変更形態は、２つのプライ（１０）の幅の点で第４Ａ図のクラウン補強体とは異なっている。前記幅は、２つのプライの軸方向全幅は同じままであるが、小さくなっており、全幅ｌの少なくとも５０％の小さくなった幅に亘って補強要素を交差させることができるにすぎない。

Claims (3)

1. 第１に、少なくとも１つのラジアルケーブルのプライ（１）で形成されたカーカス補強体と、第２に、連続または不連続の周方向補強要素からなる少なくとも１つのプライ（３）で形成されたクラウン補強体とを有し、該プライ（３）上にはトレッド（６）を含む幾つかのゴム層が半径方向に載置された構成のタイヤＰであって、周方向補強要素の準円筒状プライ（３）が金属の非伸長性主補強要素（３０）からなり、前記プライ（３）上には、三日月状断面をもつ高伸び弾性係数のレンズ状ゴム部片（４）が載置され、該ゴム部片（４）は、少なくとも主補強要素（３０）の最大半径方向寸法の１倍に等しい最大厚さと、補強要素のプライ（３）の最大軸方向幅Ｌの８０％以下である軸方向幅Ｌ₁とを有するタイヤにおいて、前記主補強要素（３０）は、前記プライ（３）の外周半径Ｒ_Sの平方根の少なくとも0.09倍に等しい最小の横方向寸法および半径寸法を有し、補強要素のプライ（３）は、少なくとも0.70に等しい充填率と、タイヤがその使用リムに取り付けられかつその使用圧力に膨張されたときのタイヤの最大軸方向幅をＳとするとき、少なくとも0.70Ｓに等しくかつ少なくともトレッドの軸方向幅Ｌ₀の９０％に等しい最大軸方向幅Ｌとを有し、前記レンズ状ゴム部片（４）は、１０％の相対伸びで測定された少なくとも２０ＭＰａの割線係数を有することを特徴とするタイヤ。
2. 主補強要素（３０）の間で軸方向に配置されかつ主補強要素（３０）と副補強要素（３１）とが軸方向に対面するいわゆる結合表面が大きくなるようにした形状を有する副補強要素（３１）を設けることにより充填率が増大されていることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ。
3. 副補強要素（３１）は主補強要素（３０）と一体であり、この場合には、主補強要素（３０）は、組立体に、剪断強度を高める上でより好ましい側面形状を付与できるプラスチック、高硬度の弾性材料または金属からなるシース（３１）内に被覆されることを特徴とする請求項２に記載のタイヤ。

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