JP5001117B2 - 航空機用ラジアルタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、航空機用ラジアルタイヤに関し、特に航空機用ラジアルタイヤの耐圧性の向上を図ろうとするものである。

航空機用ラジアルタイヤには、安全性に対する厳しい要求が課せられており、正規内圧の４倍もの耐圧性を有することが必要とされている。

このような要求に応えるため、航空機用ラジアルタイヤでは、一対のビード部間に跨ってトロイダル状に延びるカーカスを骨格とし、該カーカスのタイヤ径方向外側に、複数本のコードをゴム被覆したプライからなるベルト層を複数枚積層させたベルトを配置することによって、タイヤの耐圧性を確保している。

このような航空機用ラジアルタイヤとして、特許文献１には、異種の有機繊維コードを適用したベルト層からなるベルトの最大幅の２／３の位置におけるベルト層の総強力を、タイヤ赤道面におけるベルト層の総強力よりも小さくすることによって、ベルト層の枚数増加を抑制し、かつタイヤの径方向の膨出を抑制することが提案されている。
国際公開第２００３／０６１９９１号パンフレット

ところが、近年では、航空機用ラジアルタイヤの大型化や、高内圧化がさらに進んでいるため上記した技術におけるベルト層数では強度不足が否めず、タイヤ径方向の膨出を抑制するためにベルト層数が以前にも増して増加する傾向となっている。

例えば、航空機用ラジアルタイヤの大型化に伴う新規タイヤの開発時には、タイヤの耐圧性を向上させるために、同種の有機繊維コードを適用したベルト層の層数を増やすことが試みられている。

しかしながらベルト層数を単に増加して、そのベルト層数の増加に見合う耐圧性を向上させても、タイヤの重量が増加することが問題になっていた。

そこで、本発明は、タイヤの重量を増加させずに、近年の高い耐圧性の要求を十分に満足するベルト構造を提案することを目的とする。

発明者らは、上述した目的を達成するために詳細な調査を行ったところ、高い内圧をタイヤに付与した場合、ベルトの径方向内側から外側のベルト層間で、ベルト層の伸びに違いがあり、この違いを改善することによって上記した目的を達成することができることを新たに知見した。すなわち、タイヤに内圧を付与した場合、タイヤの径成長によって、ベルト層のゴムがタイヤの周方向および幅方向に伸長し、これに伴い、ベルト層間の間隔が狭くなる。その際、ベルト層を構成するコードの伸びに違いが生じ、この現象を改善することによって、上記の目的を達成することができることを突き止めた。

上記の現象について図面を参照しつつ、さらに詳細に説明する。図１は、タイヤに内圧を付与する前後におけるベルト層を部分的に拡大して示した図である。

すなわち、タイヤの内部に空気を充填していない状態のときに、タイヤの回転軸（図示せず）からベルトの径方向内側のベルト層の中心における軸と平行な線分までの最短距離をＤ_１、軸からベルトの径方向外側のベルト層の中心における軸と平行な線分までの最短距離をＤ_２とした場合、タイヤの内部に空気を充填すると、上記した最短距離はＤ_１＋Δ_１およびＤ_２＋Δ_２となる。

タイヤに内圧を付与すると、ベルト層間の間隔、すなわちベルト層のコード列相互の間隔が狭くなり、図１における内圧未付与時のコード列間隔δ_ｄｅｆと、内圧付与時のコード列間隔δ_ｉｎｆとの関係は、δ_ｄｅｆ＞δ_ｉｎｆとなる。

すなわち、内圧付与時のコード列間隔δ_ｉｎｆがδ_ｄｅｆより狭くなるのは、最短距離の増加分に違いが生じるからであり、結果としてΔ_１＞Δ_２となる。このように、Δ_２よりもΔ_１の方が大きくなるため、径方向内側および外側のベルト層間において、ベルト層を構成するコードの伸びに差が生じ、その結果、ベルト層の伸びにも差が生じるのである。つまり、より径方向内側のベルト層がより伸びることになる。

ここで、ベルトを構成するベルト層のいずれかが破断するタイヤの破壊時について、従来のベルト層の伸び率と張力の関係を図２に示す。図中において、Ｂ_ｉｎは径方向内側のベルト層を示し、Ｂ_ｏｕｔは径方向外側のベルト層を示すものとする。また、Ａ_ｍａｘはベルト層Ｂ_ｉｎが破断した際の伸び率すなわち破断時伸びを示し、その際の張力がＴ_ｍａｘである。また、ベルトＢ_ｉｎの破断時のベルト層Ｂ_ｏｕｔの伸び率がＡおよび張力がＴである。

図２に示すように、同じ仕様のベルト層２層を比較すると、タイヤの破壊時において、ベルト層Ｂ_ｉｎは強力の限界により破断しているのに対して、ベルト層Ｂ_ｏｕｔはコード強力の限界まで達していないことがわかる。すなわち、ベルト層Ｂ_ｉｎが破断したとき、ベルト層Ｂ_ｏｕｔが破断に至るまでには、伸び率および張力に余裕（図示例においてΔ_ＡおよびΔ_Ｔが伸び率および張力の余裕分を示す）がある。従って、ベルト層Ｂ_ｏｕｔの性能が最大限に発揮されないままタイヤが破壊したことになる。
以上の結果より、ベルト層Ｂ_ｏｕｔの能力が最大限に利用されていないことがわかる。

そこで発明者らは以上の知見に基いて、ベルトを構成する各ベルト層の性能を最大限に発揮させて、タイヤの重量を増加させることなく、所期する耐圧性を得るための手法を鋭意検討した結果、ベルトを構成する各ベルト層の破断時の伸びを、ベルトの径方向内側から外側にかけて適切に調整することが、タイヤの重量を増加することなく、耐圧性を向上させるのに有効であることの知見を得た。
本発明は上記の知見に立脚するものである。

すなわち、本発明の要旨は次の通りである。
（１）一対のビード部間に跨ってトロイダル状に延びるカーカスを骨格とし、該カーカスのタイヤ径方向外側に、複数本の有機繊維コードをゴム被覆したプライからなるベルト層の少なくとも２層からなるベルトを備えた航空機用ラジアルタイヤであって、該ベルトは、径方向最外側ベルト層の破断時伸びＬ_ｏｕｔが、径方向最内側ベルト層の破断時伸びＬ_ｉｎより小さく、かつ比Ｌ_ｏｕｔ／Ｌ_ｉｎが、０．８＜Ｌ_ｏｕｔ／Ｌ_ｉｎ＜０．９５を満足し、さらに隣接ベルト層間における、径方向外側のベルト層の破断時伸びが、径方向内側のベルト層の破断時伸び以下であることを特徴とする航空機用ラジアルタイヤ。

（２）上記ベルトの径方向最内側ベルト層を構成する有機繊維コードの切断時の伸びｌ_ｉｎと径方向最外側ベルト層を構成する有機繊維コードの切断時の伸びｌ_ｏｕｔが０．８＜ｌ_ｏｕｔ／ｌ_ｉｎ＜０．９５を満足することを特徴とする上記（１）に記載の空気入りタイヤ。

（３）上記ベルトは、複数本の有機繊維コードをゴム被覆したプライからなるベルト層の少なくとも２層を層間で有機繊維コード相互が交差する向きに積層してなり、隣接ベルト層間における、径方向外側ベルト層を構成する有機繊維コードのタイヤの赤道面に対する傾斜角度が、径方向内側ベルト層を構成する有機繊維コードのタイヤの赤道面に対する傾斜角度以下であることを特徴とする上記（１）ないし（２）に記載の空気入りタイヤ。

（４）上記隣接ベルト層間における、径方向外側ベルト層を構成する有機繊維コードの撚り数が、径方向内側ベルト層を構成する有機繊維コードの撚り数以下であることを特徴とする上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

本発明によれば、複数本の有機繊維コードにゴム被覆したプライからなるベルト層の少なくとも２層からなるベルトにおいて、このベルトの径方向最外側ベルト層の破断時伸びを径方向最内側ベルト層の破断時伸びより小さく、かつ両者ベルト層の破断時伸びの比を調整し、さらに隣接ベルト層間において、径方向外側ベルト層の破断時伸びを径方向内側ベルト層の破断時伸び以下として、各ベルト層の能力を最大限に引き出したことから、タイヤの重量を増加することなく、近年の高い耐圧性の要求を十分に満足するベルト構造を与えることができる。その結果、所期した耐圧性をそなえる航空機用ラジアルタイヤの提供が可能となる。

以下、本発明を具体的に説明する。
図３に本発明に従う空気入りタイヤの幅方向断面図を示す。
図３において、符号１はビードコア、２はビードコア１に跨ってトロイド状に延びるカーカス、３ａ〜３ｄはカーカス２の径方向外側に順に積層配置したベルト層であり、これらベルト層３ａ〜３ｄによってベルト４が形成される。また、５はベルト４の径方向外側に設けたベルト保護層、６はベルト保護層５のさらに径方向外側に設けたトレッドであり、７でタイヤ全体を示す。

ベルト４は、有機繊維コードをゴム被覆したプライからなるベルト層の少なくとも２層、図示例ではベルト４の径方向内側から外側に向かって狭幅となるベルト層３ａ〜３ｄの４層を積層してなる。そして、径方向最外側のベルト層３ｄの破断時伸びＬ_ｏｕｔは、径方向最内側のベルト層３ａの破断時伸びＬ_ｉｎより小さく、かつ比Ｌ_ｏｕｔ／Ｌ_ｉｎが０．８＜Ｌ_ｏｕｔ／Ｌ_ｉｎ＜０．９５を満足し、さらに隣接ベルト層間における、径方向外側のベルト層の破断時伸びが、径方向内側のベルト層の破断時伸び以下、すなわち、ベルト層３ｂの破断時伸びは、ベルト層３ａの破断時伸び以下、ベルト層３ｃの破断時伸びは、ベルト層３ｂの破断時伸び以下であり、ベルト層３ｄの破断時伸びは、ベルト層３ｃの破断時伸び以下となっている。

ここで、ベルト層の破断時伸びは、ベルト層の周方向の破断時の伸長率Ｌを意味しており、ベルト層を構成する有機繊維コードの切断時の伸びｌ［％］より算出することができる。すなわち、ベルト層の破断時の伸長率Ｌは下記式（１）にて算出することができる。
記

ただし、有機繊維コードの切断時の伸びｌは、ＪＩＳ Ｌ １０１７に準拠する引張試験によって測定され、αは、タイヤ赤道面に対するコードの傾斜角度を意味する。

従って、コードの切断時の伸びｌおよびコードの傾斜角度αのいずれか一方または両方を変化させることによってベルト層の破断時伸びを増減することができる。

さて、本発明に従ってベルト層の破断時伸びを適切に調整したベルト構造について、タイヤの破壊時におけるベルト層の伸び率と張力の関係を図４に示す。同図に示すように、ベルト層Ｂ_ｏｕｔおよびベルト層Ｂ_ｉｎの伸び率および張力の限界は異なっているが、タイヤの破壊時において、同時に破断していることが分かる。すなわち、ベルト層Ｂ_ｏｕｔの破断時伸びＡ_ｍａｘ２をベルト層Ｂ_ｉｎの破断時伸びＡ_ｍａｘ１より小さくしたことによって、ベルト層Ｂ_ｏｕｔよりも高い圧力が加わるベルト層Ｂ_ｉｎの伸びの限界Ａ_ｍａｘ１は、Ｂ_ｏｕｔでの同限界Ａ_ｍａｘ２より高くなるため、ベルト層Ｂ_ｉｎが先行破断することなく、ベルト層Ｂ_ｉｎとベルト層Ｂ_ｏｕｔの破断を同期させることができる。従って、ベルト層Ｂ_ｉｎでは張力負担がＴ_ｍａｘ１まで可能であり、同様にベルト層Ｂ_ｏｕｔの張力負担がＴ_ｍａｘ２まで可能となる結果、従来は使い切れていない、ベルト層Ｂ_ｏｕｔの張力負担分を使い切ることできる。

さらに、比Ｌ_ｏｕｔ／Ｌ_ｉｎが０．８＜Ｌ_ｏｕｔ／Ｌ_ｉｎ＜０．９５を満足することによって、ベルトの総体としての能力を向上することができる。

その結果、各ベルト層３ａ〜３ｄを最大限に利用することができるため、ベルトの層数を増加させることなく耐圧性の向上を得ることができる。

なお、図３のタイヤの幅方向断面図に示すベルト構造やベルトの積層枚数は、特に限定するものではなく、本発明の有利な効果を得ることができれば適宜調整が可能である。

次に、径方向最内側ベルト層を構成する有機繊維コードの切断時の伸びｌ_ｉｎと径方向最外側ベルト層を構成する有機繊維コードの切断時の伸びｌ_ｏｕｔが０．８＜ｌ_ｏｕｔ／ｌ_ｉｎ＜０．９５を満足することが好ましい。すなわち、径方向最外側ベルト層および径方向最内側ベルト層を構成する有機繊維コードの切断時の伸びを適切に調整して、本発明の有利な効果をより一層得るには、ｌ_ｏｕｔ／ｌ_ｉｎを０．８＜ｌ_ｏｕｔ／ｌ_ｉｎ＜０．９５の範囲とすることが好ましい。

さて、ベルトが、複数本の有機繊維コードをゴム被覆したプライからなるベルト層の少なくとも２層を層間で有機繊維コード相互が交差する向きに積層してなる場合、隣接ベルト層間における径方向外側ベルト層を構成する有機繊維コードのタイヤ赤道面に対する傾斜角度が、径方向内側ベルト層を構成する有機繊維コードのタイヤの赤道面に対する傾斜角度以下であることが好ましい。

すなわち、径方向外側ベルト層を構成する有機繊維コードのタイヤ赤道面に対する傾斜角度を、径方向内側ベルト層を構成する有機繊維コードのタイヤの赤道面に対する傾斜角度以下としたことによって、径方向内側ベルト層から径方向外側ベルト層にかけてタイヤ周方向の破断時伸びを小さくすることができ、タイヤに高内圧を付与した際のタイヤ破壊時に、径方向内側および外側のベルト層を構成する有機繊維コードを同時に破断させることができる。すなわちコードの性能をより一層利用することができる。

ここで、有機繊維コードのタイヤ赤道面に対する傾斜角度は、０°〜４５°の範囲にすることが好ましい。というのは、４５°を超えると、ベルトの周方向の剛性が相対的に低下し、後述する水圧試験における水圧を支えるメンバーとしての十分な機能を果たせなくなるからである。

また、隣接ベルト層間における、径方向外側ベルト層を構成する有機繊維コードの撚り数が、径方向内側ベルト層を構成する有機繊維コードの撚り数以下とすることが好ましい。一般的に、図５に示すように、コードの撚り数を小さくすると（Ｃ_３＞Ｃ_２＞Ｃ_１）、コードの切断時の伸びが小さくなる（Ａ_３＞Ａ_２＞Ａ_１）に従って、コードの張力が大きくなる（Ｔ_３＜Ｔ_２＜Ｔ_１）傾向がある。すなわち、ベルトの径方向外側のベルト層に、径方向内側ベルト層を構成する有機繊維コードの撚り数以下とした有機繊維コードを適用することによって、コード強力が高くなるため、径方向外側のベルト層の破断時伸びを小さくすることができ好ましい。なお、上記した撚り数は、コードの上撚り数を示すものとする。

表１〜表４に示す種々の仕様の下、サイズが４６×１７Ｒ２０―３０ＰＲの空気入りタイヤを作製した。
そして、かようなタイヤをＴＩＲＥ ａｎｄ ＲＩＭ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（ＴＲＡ）に規定の標準リムに組み込み、各々のタイヤにおける重量および耐圧性を調査した。タイヤの耐圧性は、安全率（破壊圧力）として調査した。その結果を表１に示す。

ここで、ベルト形態は、図６（ａ）に示すように、ジグザグに折り曲げた帯状のプライ８を周方向に複数回巻回してなるジグザグ巻き無端ベルトおよび図６（ｂ）に示すように、帯状のプライ８をタイヤ赤道に対して若干傾斜させ、周方向に螺旋状に巻回してなる周方向らせん巻きベルトを適用した。図中における帯状のプライ８内の破線はコードを示す。なお表１において、Ａをジグザグ巻き無端ベルト、Ｂを周方向らせん巻きベルトとする。

タイヤの耐圧性は安全率（破壊圧力）を調査することによって評価した。ここで、安全率（破壊圧力）は、タイヤ内に水を充填し、その水圧を除々に上昇させて破壊に至らせる水圧試験を行うことによって調査した。なお、調査値は、タイヤ破壊時の水圧値の規定内圧に対するの比率を示し、アメリカのＦＡＡ（Ｆｅｄｅｒａｌ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ 連邦航空局）の規格であるＴＳＯ−ｃ６２ｅ（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｏｒｄｅｒ）では、正規内圧の４倍以上の耐圧性能を保持しなければならないことが定められている。

表１より、発明例のタイヤの安全率（破壊圧力）は、比較例１〜比較例３のタイヤの安全率（破壊圧力）に比べて、向上しているのがわかる。また、発明例は、従来例よりタイヤ重量増加を抑制することができることがわかる。従って、発明例の航空機用ラジアルタイヤは、従来例よりも、軽量化され、比較例よりも、耐圧性〔安全率（破壊圧力）〕が向上しているのがわかる。

タイヤに内圧を付与する前後におけるベルト層を部分的を拡大して示した図である。 従来例のベルトの張力とベルト層の伸び率の関係について示した図である。 本発明の航空機用ラジアルタイヤの幅方向断面を示す図である。 本発明のベルトの張力とベルト層の伸び率の関係について示した図である。 コードの撚り数の変化を示す図である。 ベルト形態の例を示した図である。

符号の説明

１ ビードコア
２ カーカス
３ａ〜３ｄ ベルト層
４ ベルト
５ ベルト保護層
６ トレッド
７ タイヤ
８ 帯状のプライ

Claims (4)

1. 一対のビード部間に跨ってトロイダル状に延びるカーカスを骨格とし、該カーカスのタイヤ径方向外側に、複数本の有機繊維コードをゴム被覆したプライからなるベルト層の少なくとも２層からなるベルトを備えた航空機用ラジアルタイヤであって、該ベルトは、径方向最外側ベルト層の破断時伸びＬ_ｏｕｔが、径方向最内側ベルト層の破断時伸びＬ_ｉｎより小さく、かつ比Ｌ_ｏｕｔ／Ｌ_ｉｎが、０．８＜Ｌ_ｏｕｔ／Ｌ_ｉｎ＜０．９５を満足し、さらに隣接ベルト層間における、径方向外側のベルト層の破断時伸びが、径方向内側のベルト層の破断時伸び以下であることを特徴とする航空機用ラジアルタイヤ。
2. 前記ベルトの径方向最内側ベルト層を構成する有機繊維コードの切断時の伸びｌ_ｉｎと径方向最外側ベルト層を構成する有機繊維コードの切断時の伸びｌ_ｏｕｔが０．８＜ｌ_ｏｕｔ／ｌ_ｉｎ＜０．９５を満足することを特徴とする請求項１に記載の航空機用ラジアルタイヤ。
3. 前記ベルトは、複数本の有機繊維コードをゴム被覆したプライからなるベルト層の少なくとも２層を層間で有機繊維コード相互が交差する向きに積層してなり、隣接ベルト層間における、径方向外側ベルト層を構成する有機繊維コードのタイヤの赤道面に対する傾斜角度が、径方向内側ベルト層を構成する有機繊維コードのタイヤの赤道面に対する傾斜角度以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の航空機用ラジアルタイヤ。
4. 前記隣接ベルト層間における、径方向外側ベルト層を構成する有機繊維コードの撚り数が、径方向内側ベルト層を構成する有機繊維コードの撚り数以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の航空機用ラジアルタイヤ。

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