JPS6245082B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は車輛用空気入りタイヤに関し、特にポ
リエステルカーカスプライから成るラジアルタイ
ヤにおいて、カーカスプライの主体部と、カーカ
スプライ折返し部との間に、ナイロンコード補強
層を介在することにより、タイヤの耐久性や操縦
安定性などを著しく向上せしめた車輛用空気入り
タイヤに関するものである。 カーカスプライのコードには一般的にナイロ
ン、レーヨン、ポリエステルなどの繊維コードが
用いられている。しかし、ナイロン繊維コードは
フラツトスポツトの問題を有するため、すなわち
タイヤが走行中発熱して荷重のかかつた状態で冷
却されると、再び走行開始した時、一定の発熱状
態になる迄冷却時の変形が残存し、異常な振動を
発生するという問題を有するため使用が限定され
る。また、レーヨン繊維コードは、当業界におい
て供給の問題から縮少される傾向にある。それ
故、最近のタイヤに使用されるカーカスプライの
コードとしてはポリエステル繊維コードがその主
流を占めるようになつている。 従来、このポリエステル繊維コードからなるカ
ーカスプライは、第１図に示すように、タイヤの
ビード部１において、そのカーカスプライＰをビ
ードコア２のまわりにタイヤ内側から外側へ向つ
て折り返して折返し部４を形成する一方、この折
返し部４は、ビードフイラー５によりカーカスプ
ライ主体部３との間に一定の間隔を保持するよう
に構成されている。しかし、この構造ではカーカ
ス折返し部４の端末部６に応力が集中し、タイヤ
の耐久性などが著しく低下する欠点があつた。 このような欠点を解消する対策として、特開昭
52−131305号公報には次のような提案がなされて
いる。すなわち、第２図に示すように、ポリエス
テル繊維コードからなるカーカスプライＰの端部
をビードコア２のまわりに内側から外側に折返
し、その折返し部４の内側面をカーカスプライ主
体部３の外側面に密着させるようにして、折返し
部４の端末部６への応力集中を緩和するようにし
たものである。 しかし、このように折返し部４をカーカスプラ
イ本体３に密着させた場合であつても、タイヤが
低圧高荷重などの通常よりも非常に過酷な条件下
で使用される場合には、次のような要因が重なる
ことによつて端末部６にセパレーシヨンが発生す
るようになり、なお耐久性には難点があつた。 すなわち、第２図の構成では、折返し部４が主
体部３と直接密着する領域l₀ではカーカスプライ
Ｐが２枚構成であるのに対し、端末部６よりも上
方の領域ｌでは１枚構成であるため両領域の間に
段差を生じ、走行時の曲げ荷重によつて端末部６
に応力が集中し、屈曲疲労を発生しやすくなつて
いる。 さらに、カーカスプライＰには、上記曲げ荷重
だけでなく引張荷重もかかり、主体部３と折返し
部４との間に相対的移動を起こすことになり、そ
れによつて両者間の薄い接着ゴム層に層間せん断
応力を発生させるようになる。そして、この層間
せん断応力は、複合材料工学が教えるところによ
れば、上記繊維強化層の端末（すなわち折返し部
の端末部）に著しく集中し〔端末効果（end
effect）と呼ばれる現象〕、かつこの端末効果に
より発生する最大せん断応力の大きさは、繊維強
化層のヤング率の大きいほど大きくなるようにな
つている。そしてカーカスプライがポリエステル
繊維コードの場合、そのヤング率がナイロン繊維
コードに比べて約３〜６倍も大きいものであるた
め、上記端末効果による最大せん断応力を一層大
きくするようになつている。さらに、ポリエステ
ル繊維コードは、タイヤが過酷な条件下に使用さ
れてゴムのヒシテリシスロスによりタイヤ内部が
高温になると、その発熱性がナイロン繊維コード
に比べて高いという特性があるため、熱劣化によ
く接着ゴム層の接着性低下も起こしやすいように
なつている。 したがつて、第２図のタイヤでは、上記曲げ荷
重による端末部への応力集中に加え、さらに引張
り荷重によつて接着ゴム層に起こる層間せん断応
力集中の最大値を大きくし、かつ発熱による接着
性低下も起こる。このため、これらの条件が重な
ることによつて、低圧高荷重などの過酷な走行条
件下であれば、たとえ主体部３に折返し部４が密
着する構成であつても端末部にセパレーシヨンを
発生するようになるのである。 本発明は、上述の現状に鑑みなされたもので、
前記諸問題点を解決した車輛用空気入りタイヤを
提供することを目的とするものである。 上記目的を達成する本発明の車輛用空気入りタ
イヤは、ゴム引きしたポリエステル系繊維コード
からなるカーカスプライの左右両端を、左右ビー
ドコアの周囲に内側から外側へ折り返すと共に、
この折返し部の内側面を、前記ビードコアの上面
に配置したビードフイラーを越えてカーカスプラ
イ主体部の外側面に、すだれ状のナイロンコード
補強層を間に介在させて密着させ、前記補強層
は、カーカスプライよりも剛性の大きい金属コー
ド層のような他の補強層を併用することなく、少
なくとも前記ビードコアの側面から前記折返し部
の端末部を越えてカーカスプライ主体部の外側面
に密着するように延長し、さらに前記折返し部の
外側に、前記ビードコアの外側から前記補強層の
上端部を越えて密着する断面舌状の硬いゴムスト
ツクを配設したことを特徴とするものである。 以下、本発明の車輛用空気入りタイヤを実施例
により図面を参照しつつ説明する。 第３図および第４図はそれぞれ本発明の実施例
を示すもので、第３図に示す車輛用空気入りタイ
ヤE₁は、タイヤ赤道面に対しほぼ直角に交わる
ゴム引きしたポリエステル系繊維コードからなる
カーカスプライＰの両端をビードコア２のまわり
にタイヤ内側から外側に向つて折り返すと共に、
この折返し部４が、前記ビードコア２の外周側に
配置されているビードフイラー１０を越えてカー
カスプライＰの主体部３に近接するようにしてい
る。また、すだれ状ナイロンコード補強層８を、
上記ビードコア２の外側面から折返し部４の内側
面に沿わせると共に、この折返し部４の端末部６
を越えてカーカスプライＰの主体部３の外側面に
密着せしめている。さらに、断面舌状の硬いゴム
ストツク７を、カーカスプライＰの折返し部４の
外側において、ビードコア２の外側にはじまりナ
イロンコード補強層８の上端部９を越えてタイヤ
最大巾付近に至るよう配設するようにしている。 補強層８は、上述のようにカーカスプライ主体
部３の外側面と折返し部４の内側面が互いに密着
する領域において、図示の如く前記ビードコア２
の上部に配設されているビードフイラー１０を越
えたリムフランジ上端に略対応する領域から、さ
らに取返し部４の上端を越えて延長する上記ナイ
ロンコード補強層８の上端部９までの範囲にわた
つて、前記カーカスプライ主体部３の外側面に密
着されている。 また、上記ゴムストツク７およびビードフイラ
ー１０としては、シヨアＡ硬度で90以上の硬いゴ
ム質のものが好ましい。 本発明において、補強層８に使用するコードは
ナイロン繊維コードでなければならない。このよ
うな補強層に使用するコードとしては、ナイロン
繊維コード以外にポリエステル繊維コード、スチ
ールコード、レーヨン繊維コードなどを使う例が
あるが、このうちポリエステル繊維コードやスチ
ールコードはナイロン繊維コードに比べて非常に
ヤング率が大きいため、前述した端末効果による
最大せん断応力が大きくなり、接着剥離を起こし
やすくする問題がある。また、レーヨン繊維コー
ドは、重量強度比がナイロン繊維コードに比べて
不利であり、そのためリムクツシヨン部のゲージ
は厚くなり、かつ屈曲疲労に弱いなどの問題があ
る。 第４図は、本発明の他の実施例からなるタイヤ
E₂を示している。この実施例では、ナイロンコ
ード補強層８をビードコア２とビードフイラー１
０を包囲するように挿入したもので、それ以外の
構成は上述した第３図の実施例と同一である。 以下、本発明のタイヤが奏する作用効果につい
て説明する。 本発明のタイヤでは、ポリエステル繊維コード
からなるカーカスプライＰの折返し部４を主体部
３に密着させるに当たり、その間にヤング率の低
いすだれ状ナイロンコード補強層８を、金属コー
ド層などのカーカスプライよりも剛性の大きいよ
うな補強層を併用することなく挿入し、かつこの
補強層８を少なくともビードコア２の側面から折
返し部４の端末部６を越えて配置するようにした
ものである。このため、タイヤサイド部から最も
剛性の高いビード部までの剛性変化は漸次増大す
る状態となり、途中に急激に剛性変化する部分が
存在しないようにしてある。 したがつて、カーカスプライＰに曲げ荷重（屈
曲荷重）が加えられたとき、折返し部４の端末部
６に発生する応力集中が低減されるようになつて
いる。 一方、本発明のタイヤでは、上記端末部６の部
分において、薄い接着ゴム層はカーカスプライＰ
のポリエステル繊維コードと補強層８のナイロン
繊維コードとの間に介在し、従来のようにポリエ
ステル繊維コード同士の間にはない。すなわち、
接着ゴム層の片側には、ポリエステル繊維コード
よりもヤング率が約1/3〜1/6も小さいナイロン繊
維コードが接着しているため、前述した層間せん
断応力の端末効果を緩和する。さらには、ナイロ
ンコード補強層８の介在により、ポリエステル繊
維コードの発熱による熱劣化からくる接着性低下
も少なくすることができる。 このように本発明のタイヤでは、カーカスプラ
イＰに加えられる曲げ荷重および引張り荷重のい
ずれに対しても、端末部６での応力集中が緩和さ
れ、またポリエステル繊維コードの発熱による接
着性低下も緩和されるので、これらが相乗するこ
とによつて、たとえ低圧高荷重の過酷な走行条件
にしても、折返し端末部でのセパレーシヨンの発
生を低減することができる。 さらに、本発明の作用効果を、第５〜１１図を
参照して説明する。 第５図は、第２図の従来構造そのものであり、
記号上わかり易く別図とした。同様に第６図は、
第３図のそれである。第５図に於てl₁は、カーカ
スプライＰが一枚にて構成される部分、l₂は、カ
ーカス折返し部４とカーカス主体部３とでカーカ
スプライＰが２枚構成されている部分であり、そ
れらのモデル化したものが第７図および第８図で
ある。 同様に、第６図においてL₁はカーカスプライ
P1枚構成の部分、L₂はカーカスプライＰと補強
層８の２枚構成部分、L₃はカーカスプライP2枚
と補強層８の３枚構成部分であり、モデル化した
各々が第９図〜第１１図である。 車輛が直進状態にある時およびコーナリング状
態にある時、タイヤは路面からの反力によりさま
ざまな外力を受ける。 このときカーカスプライには、一般に曲げモー
メントM₁，M₂が引張力P₁，P₂がかかり、またプ
ライ間の接着ゴム層には層間せん断応力が発生す
るが、このうち代表例として曲げモーメントM₁
を対象とし、このM₁に抗する曲げ剛性M₁₁を、第
５図の従来タイヤにおけるl₁，l₂および第６図の
本発明タイヤにおけるL₁，L₂，L₃などの各部位
について、それぞれ複合材料工学の一方向繊維強
化積層に関する複合材理論に基づいて計算する
と、次の表の通りとなる。この計算にはコンピユ
ータを使用し、カーカスプライや補強層に配置す
るポリエステル繊維コードやナイロン繊維コード
のヤング率、ポアソン比、せん断弾性率、ゴム中
への繊維含有率などの各データが使用される。

【表】 ここに明らかな如く、本発明の構造における
L₁，L₂，L₃の曲げ剛性差は、従来構造のl₁，l₂の
曲げ剛性差より小さく、剛性的により連続的な変
化となつている。 また、一般的に単層バイアスプライを引張る
時、コード角として下記数式より周方向に対し
54.7゜にすれば、端末部における接着ゴム層の層
間せん断応力を最小にすることが知られている
が、第１３図から明らかな如く、タイヤ横剛性に
関し周方向に対する角度が30゜以上ならば効果が
ある。 angle＝cos^-1√３＝54.7゜ 補強層としてすだれ状ナイロンコードを用い、
かつ上記角度を採用することにより応力集中度が
大幅に緩和できる。 コーテイングされたポリエステルコードの熱劣
化による接着性低下は、次表の如く148℃×30分
を100とすると、60分では85％、180分では65％ま
で低下してしまう、一方コーテイングされたすだ
れ状ナイロンコードの熱劣下による接着性低下
は、148℃×30分を100とすると60分では98％、
180分では98％とその接着性低下はほとんどな
い。

【表】 さらに第１２図の如く、ポリエステルおよびナ
イロンをチユーブ状に成形し、チユーブに所定の
角度をつけて回転させ発熱の比較を行つたとこ
ろ、ポリエステル（実線にて表示）は、角度が増
すと、チユーブの表面温度においてナイロン（点
線にて表示）のそれより大幅に高くなる。すなわ
ち、タイヤの負荷が極度に増大するか、激しいコ
ーナリングが繰り返される場合などにおいては、
タイヤのサイドウオール部の発熱は、ナイロンの
それより大幅に高く、発熱によるゴムの劣化接着
力の低下を助長し、耐久性の低下を生じせしめ
る。 本発明からなる構造は、発熱の低いすだれ状ナ
イロンコード補強層８がポリエステルカーカスプ
ライＰ間にあり発熱が緩和されることと剛性が高
いことにより、発熱の原因となる屈曲も緩和さ
れ、結果的に耐久性が向上する。 以上説明した本発明ビード部構造の耐久性効果
を確認するため、ドラム耐久テストを従来構造と
比較したところ約25％の耐久性向上となつた。

【表】 供試した従来構造は、第２図の構造でビード部
１から折返し部４の端末部６の距離30mmおよびビ
ードフイラー５の上端迄の距離を70mmとした空気
入りラジアルタイヤである。 供試した本発明からなる構造は、前述の従来構
造に補強層８の上端９がビード部１から距離50mm
のすだれ状ナイロンコード補強層８を挿入したタ
イヤである。 一方操縦安定性においてもサイドの剛性が大き
な影響をおよぼしている。操縦安定性を向上する
には、トレツド部の剛性とサイド部の剛性を適度
にバランスさせる必要がある。 ラジアルタイヤの剛性分布は、トレツド部に剛
性の高いベルトが配置されているため、一般的に
サイド部の剛性が不足する傾向にある。それ故、
硬度の高いビードフイラー１０またはゴムストツ
ク７で剛性を補つている。 しかし、ビード部１におけける基本的な剛性メ
ンバーはカーカスプライ主体部３とカーカス折返
し部４であり、前記従来技術の説明にて述べた如
く、一対のビードコア２間におけるカーカスプラ
イＰは操縦安定性機能などを有しており、これに
よりカーカスプライ主体部３の材料が基本的に設
定され、カーカスプライ主体部３と同一材料にて
折返し部４が形成される。 このような制約条件の中でサイド部およびトレ
ツド部の剛性をバランスさせるのは困難であり、
これらの制約を受けない別のパーツ、すなわち本
発明におけるすだれ状ナイロンコード補強層８を
用いることにより、たやすくバランス設定が可能
となる。また、耐久性向上のため応力集中を避
け、かつサイドからビードコアにかけて漸次剛性
が増大する構造となるため、この点も急転舵など
の過渡的な応答性に好結果を与え操縦安定性の向
上につながる。 さらに上記ナイロンコード補強層８は、コード
のフイラメント数、撚り数、太さ、材質などの材
料特性が、コードを層に配列するときのエンド
数、配置角度（コード角）などを選択することに
より横ばね定数（剛性）を任意に設定することが
できるため、乗心地低下を最小限に抑えながら操
縦安定性の向上を図ることができるようになる。 サイド部の剛性効果を表わし、かつ操縦安定性
の効果を表わす横ばね定数についても前述と同じ
供試タイヤにて測定を行つたところ、下表の如く
約10％向上している。

【表】 また実車状態で操縦安定性について計測を行つ
たところ、下記の如く本発明タイヤは、操舵角に
対するヨーイング角速度、横向加速度が大きくな
り、明らかに応答性も向上している。

【表】 入力 パルス
一方、乗心地に影響をおよぼす縦ばね定数につ
いては、下記の如く0.6％の増大しか認められ
ず、本発明からなる構造は、乗心地の悪化を軽微
な範囲にとどめている。

【表】 本発明からなる供試タイヤでは、補強層８の上
端９をカーカスプライＰの折返し部の端末部６と
この折返し部４の外側に配されたゴムストツク７
の中間高さとして50mmの選定を行つた。 補強層８の上端９がゴムストツク７の上端また
は折返し部４の端末部６に一致する場合は応力集
中の点から従来構造より耐久性が低下することは
明らかである。 本供試タイヤの如く中間高さに設定することが
耐久性の面で最も望ましいが、操縦安定性の点か
らは、サイドの剛性を変える目的で補強層８の高
さを変化させる必要が生ずる。 それ故、工程的なバラツキや、加硫状態でのパ
ーツの流動性を考慮し、一致する危険性のない位
置として、折り返し層先端より５mm以上上部、ゴ
ムストツク７の上端より５mm以上下部の範囲で操
縦安定性の設定を行うことが望ましい。 補強層８の下方位置については、歪の最も少な
いビードコア２に係止するのが望ましいが、生産
上の都合から第４図の如く下方部分をビードコア
２を芯に折り返しても、第３図の如く折り返さな
くても本発明の効果には何の影響もない。 また、補強層８の挿入方法において、カーカス
プライ主体部３の外側もしくは折り返しの内側に
沿わせるかによつて、ビード部１の近傍で形状が
異なるが、本発明の効果には何の影響もない。 上述したように本発明のタイヤは、ポリエステ
ル繊維コードからなるカーカスプライの端末部を
ビードコアを折り返して主体部に密着させるよう
にするに当たり、ナイロンコード補強層を巧みに
介在させることにより次のような効果を奏する。 すなわち、カーカスプライ主体部と折返し部と
の間に挿入したすだれ状ナイロンコード補強層
を、折返し部の上端部を越え延長させて主体部に
密着させ、さらにその外側に硬いゴムストツクを
覆うようにしたため、これによつてタイヤサイド
部からビード部にかけて剛性変化が漸次連続的に
増大するものとなり、急激な剛性変化がないよう
にしている。したがつて、カーカスプライにかか
る曲げ荷重に対し、折返し端部での応力集中を緩
和することができる。 また、カーカスプライ折返し端部付近における
プライ間の接着ゴム層は、片側にヤング率の高い
ポリエステル繊維コードを配置するが、他側には
ヤング率の低いナイロン繊維コードを配置する関
係になつているので、引張荷重を受けることによ
つて折返し端末部に発生する層間せん断応力集中
の最大値を、従来のポリエステル繊維コード同士
に挟まれたものに比べて低減することができる。
また、ナイロンコード補強層の挿入により、ポリ
エステル繊維コードの発熱による熱劣化による接
着性低下も抑制されるようになる。 このようにカーカスプライに加えられる曲げ荷
重および引張り荷重のいずれに対しても折返し端
末部での応力集中と緩和し、またポリエステル繊
維コードの発熱による接着性低下も緩和するの
で、これらの作用が相乗することにより、たとえ
低圧高荷重の過酷な条件で走行しても、折返し端
末部に発生しようとするセパレーシヨンを低減す
ることができる。 また、本発明では、すだれ状ナイロンコード補
強層のコードのフイラメント数、撚り数、太さ、
材質などの材料特性や、コードを層にするときの
エンド数、配置角度（コード角）などを選択する
ことにより、横ばね定数（剛性）を任意に設定す
ることができるようになるため、乗心地低下を最
小限に抑えながら操縦安定性の向上を図ることが
できるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来タイヤの構造図、第
３図および第４図は本発明の実施例を示す構造
図、第５図および第６図は第２図および第３図を
本発明の理論説明を容易にするため書き直した構
造図、第７図ａ，ｂ，ｃは第５図のl₁部のカーカ
スプライをそれぞれモデル化した図（ａは断面平
面図、ｂは断面側面図、ｃは正面図を示す）、第
８図ａ，ｂ，ｃは第５図のl₂部のカーカスプライ
をそれぞれモデル化した図、第９図ａ，ｂ，ｃは
第６図L₁部のカーカスプライをそれぞれモデル
化した図、第１０図ａ，ｂ，ｃは第６図L₂部の
カーカスプライと補強層とをそれぞれモデル化し
た図、第１１図ａ，ｂ，ｃは第６図のL₃部のカ
ーカスプライと補強層とをそれぞれモデル化した
図、第１２図は縦軸に表面発熱温度を横軸に時間
をそれぞれ取りナイロンとポリエステルチユーブ
の発熱性を比較した図、第１３図は縦軸にタイヤ
横剛性を、横軸に周方向に対するナイロンコード
補強層の角度を取り、ナイロンコード補強層の角
度とタイヤ横剛性との関係を示す図、である。 １……ビード部、２……ビードコア、３……カ
ーカスプライ主体部、４……カーカスプライ折返
し部、６……折返し部４の端末部、７……ゴムス
トツク、８……ナイロンコード補強層、９……ナ
イロンコード補強層の上端部、１０……ビードフ
イラー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ゴム引きしたポリエステル系繊維コードから
   なるカーカスプライの左右両端を、左右ビードコ
   アの周囲に内側から外側へ折り返すと共に、この
   折返し部の内側面を、前記ビードコアの上面に配
   置したビードフイラーを越えてカーカスプライ主
   体部の外側面に、すだれ状のナイロンコード補強
   層を間に介在させて密着させ、 前記補強層は、カーカスプライよりも剛性の大
   きい金属コード層のような他の補強層を併用する
   ことなく、少なくとも前記ビードコアの側面から
   前記折返し部の端末部を越えてカーカスプライ主
   体部の外側面に密着するように延長し、 さらに前記折返し部の外側に、前記ビードコア
   の外側から前記補強層の上端部を越えて密着する
   断面舌状の硬いゴムストツクを配設したことを特
   徴とする車輛用空気入りタイヤ。