JP2008114841A - 軽量化された航空機用タイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】高速、大荷重要件を満たすことができ、かつ軽量化された、改良された航空機用タイヤを提供する。
【解決手段】空気入りタイヤは、カーカスとベルト補強構造とを有している。ベルト補強構造は、少なくとも２つの半径方向内側らせん層４２と、２つのコード層を形成する半径方向外側のジグザグベルト補強構造５０とを含む、コード補強層の複合ベルト構造を有している。コードはタイヤの中心線に対して５度から３０度傾斜して各横縁部の折り返し点まで交互に延び、少なくとも一つの半径方向内側らせん層４２の幅は、ジグザグベルト補強構造５０の幅より大きい。
【選択図】図３

Description

本発明は、カーカスとベルト補強構造とを有する空気入りタイヤに関し、特に、航空機で使用されるような高速・大荷重用のタイヤに関する。

高速用途用の空気入りタイヤは、タイヤが接触部分に入り接触部分から離れるときにクラウン領域がかなりのたわみを受ける。この問題は、離陸及び着陸時にタイヤが時速約３２０ｋｍ（２００ｍｐｈ）を超える速度に達する可能性のある航空機用タイヤで特に深刻である。

タイヤが非常に高い速度で回転すると、クラウン領域は大きな角加速度と速度のために寸法が大きくなり、トレッド領域が半径方向外側に引張られる傾向がある。この力には、接触部分(contact patch)として知られるタイヤの小さい領域でのみ支持されるこの乗物の荷重が反作用として作用する。

現在のタイヤ設計を主導しているのは、高速、大荷重条件を満たし、かつ軽量化された航空機用タイヤである。従来技術では、特許文献１で開示されているように、航空機用タイヤにジグザグベルト層を使用している。ジグザグベルト層には、ベルトパッケージの外側横縁部に切断されたベルト縁部が無くなるという利点がある。ジグザグベルト層に固有の可とう性は、コーナリング力の改善にも寄与している。
米国特許第５４２７１６７号明細書 米国特許第６５７１８４７号明細書 米国特許第４８９３６６５号明細書 米国特許第４１５５３９４号明細書 米国特許第６７９９６１８号明細書

しかし、ジグザグベルト層を備えるタイヤは、現在の商用航空機の設計要求で求められる大荷重を支持することができない。さらに、一般に、支持力と重量とは相反関係にある。従って、高速、大荷重要件を満たしかつ軽量化された、改良された航空機用タイヤが必要である。

本発明の一実施態様によれば、カーカスとベルト補強構造とを有する空気入りタイヤにおいて、ベルト補強構造は、少なくとも２つの半径方向内側らせん層と、２つのコード層を形成する半径方向外側のジグザグベルト補強構造とを含む、コード補強層の複合ベルト構造を有している。コードはタイヤの中心線に対して５度から３０度傾斜して各横縁部の折り返し点まで交互に延び、少なくとも一つの半径方向内側らせん層の幅はジグザグベルト補強構造の幅より大きい。

本発明によれば、高速、大荷重要件を満たしかつ軽量化された、改良された航空機用タイヤを提供することができる。

本明細書で用いられる用語の定義は以下の通りである。

「カーカス」は、プライ上のベルト構造、トレッド、アンダートレッド、およびサイドウォールのゴムとは別の、ビードを含むタイヤ構造を意味する。

「周方向の」は、軸線方向に垂直な環状のトレッドの表面の周縁に沿って延びるラインまたは方向を意味する。

「コード」は、タイヤ内のプライを構成する補強用撚線の一本を意味する。

「赤道面（ＥＰ）」は、タイヤの回転軸に垂直でトレッドの中心を通る平面を意味する。

「プライ」は、ゴムで被覆された互いに平行な連続するコードの層を意味する。

「半径方向の」および「半径方向に」は、半径方向にタイヤの回転軸に向かい、または半径方向に回転軸から離れる向きを意味する。

「ラジアルプライタイヤ」は、ビードからビードへ延びるプライコードが、タイヤの赤道面に対して６５°から９０°の間のコード角度に配置された、ベルト付きのまたは周方向に制限された空気タイヤを意味する。

「ジグザグベルト補強構造」は、各リボン内に１本から２０本のコードを有し、ベルト層の横方向縁部の間を５度から３０度の間の角度で延びる交互パターンで積層された、少なくとも２つのコード層または互いに平行なコードのリボンを意味する。

図１は、航空機用ラジアルタイヤ１０を示している。図示のように、航空機用タイヤは一対のビード部１２を有し、その各々にはビードコア１４が埋め込まれている。航空機用タイヤで用いるのに適したビードコアの一例は特許文献２に示されている。当業者には、他のビードコアも利用できることを理解されよう。航空機用タイヤは、各ビード部１２からタイヤの半径方向にほぼ外側に延びるサイドウォール部１６と、これらのサイドウォール部１６の半径方向外側端部の間を延びるほぼ円筒形のトレッド部２０と、を有している。さらに、タイヤ１０は、一方のビード部１２から他方のビード部１２に環状に延びるカーカス２２で補強されている。カーカス２２は、内側カーカスプライ２４と外側カーカスプライ２６とで構成されている。これらのカーカスプライのうち、通常４つの内側プライ２４がビードコア１４の周りにタイヤの内側から外側に向かって巻かれて、折り返し部を形成しており、通常２つの外側プライ２６が内側カーカスプライ２４の折り返し部の外側に沿って下向きにビードコア１４まで延ばされている。これらのカーカスプライ２４，２６の各々は任意の適切なコードを含むことができる。それは、典型的には、タイヤの赤道面ＥＰに対してほぼ垂直に延びる（すなわち、タイヤの半径方向に延びる）ナイロン−6,6コードなどの多数のナイロンコードである。ベルト４０の半径方向外側にはトレッドゴム２８が配置されている。カーカスプライ２４，２６の１つまたは２つ以上は、たとえば、混成コード(hybrid cord)や、高エネルギーコード(high energy cord)や、組み合わせコード(merged cord)などのアラミド・ナイロンコード構造を有していてもよい。適切なコードの例は特許文献３〜５に記載されている。

航空機用タイヤ１０は、カーカス２２とトレッドゴム２８との間に配置されたベルトパッケージ４０をさらに有している。図３は、航空機用タイヤで用いるのに適したベルトパッケージ４０の第１の実施形態を示している。図示のベルトパッケージ４０は、コードを周方向に対し＋５度から−５度の角度でらせん状に巻いて作られた、コードあるいは２本以上のコードのゴム引きされたストリップ４３からなる、らせん状に巻かれた半径方向内側ベルト層４２を有している。ベルトパッケージは、２つ以上の０度のベルト層を有していることが好ましい。ベルトパッケージ４０は１つまたは２つ以上のジグザグベルト補強構造５０をさらに有している。各ジグザグベルト補強構造５０は２つのコード層で構成されている。ジグザグベルト補強構造は、図２に示されているように形成されている。１本または２本以上のコード４６で形成されたゴム引きされたストリップ４３は、層の側端部すなわち横縁部４４と横縁部４５の間を斜めに延びて図示のようにジグザグ経路を形成しながら、概ね周方向に巻かれている。ストリップは、互いに隣接するストリップ４３の間に隙間が形成されないように周方向に所望の量だけずれながら、このような経路に沿って何度も巻かれている。その結果、コード４６は、両端４４，４５の折り返し点で曲がる方向を変えながら周方向にほぼジグザグに延びている。ジグザグベルト構造のコード４６は、上述のようにストリップ４３が円周の３６０度毎にプライの両側端４４，４５間を少なくとも一度往復するときに、タイヤの赤道面ＥＰに対して典型的には５度から３０度のコード角度Ａで互いに交差している。各ジグザグベルト構造５０に形成された２つのコード層４６は、ベルト層５０に埋め込まれており分離不可能であり、ベルトの横端部には切断された端部はない。

図３に示されているように、ジグザグベルト構造５０はらせん状ベルト層４２の半径方向外側に配置されることが好ましい。らせん状ベルト層の幅はジグザグベルト層の幅よりも大きいことがさらに好ましい。ジグザグベルトの幅Ｗｚとらせん状ベルトの幅の比は以下であることが好ましい。
（１） ０．６≦Ｗｚ／Ｗｓ＜１．０
ジグザグベルトの幅Ｗｚとらせん状ベルトの幅の比は以下であることがさらに好ましい。
（２） ０．５≦Ｗｚ／Ｗｓ＜０．９８
ジグザグベルト構造５０の幅もらせん状ベルト層４２の幅もコーナリング性能及びベルト縁部の耐久性に影響を及ぼす可能性がある。ジグザグベルトベルト層が狭すぎる場合、コーナリング性能が影響を受ける。ジグザグベルト層が広すぎる場合、ベルト縁部の耐久性が低下する。

図４は、らせん状に巻かれた２つの内側層６０，６１と、内側ジグザグ構造６２と、らせん状に巻かれた２つの半径方向外側ベルト層６４，６６と、を有する本発明の第２の実施形態を示している。半径方向外側のらせん層６４，６６の幅はジグザグベルト構造６２の幅より大きくてもよい。らせん状に巻かれた外側層６４，６６の幅は内側らせん層６０，６１の幅より大きくてもよい。ジグザグベルトの幅Ｗｚと最も広いらせん状ベルトの幅Ｗｓの比は以下とすることができる。
（１）０．６≦Ｗｚ／Ｗｓ＜１．０
特に、ジグザグベルトの幅Ｗｚと最も広いらせん状ベルトの幅Ｗｓの比は以下とすることができる。
（２）０．５≦Ｗｚ／Ｗｓ＜０．９８
図５は、ベルト層の第３の実施形態を示している。図５は、２つの内側らせん層７０，７１と、内側ジグザグ構造７２と、らせん状に巻かれた２つの半径方向外側ベルト層７４，７６があるという点で図４に類似している。さらに、半径方向外側ベルト層のベルト端部は、ジグザグベルト構造の周りに巻かれている。図５は、半径方向内側のらせん層７０，７１の幅がジグザグベルト構造７２の幅より大きいという点で図４と異なっている。第３の実施形態では、らせん状に巻かれた内側層７０，７１の幅は外側らせん層７４，７６の幅より大きい。内側らせん層７０，７１は最も広いベルト層であってもよい。ジグザグベルトの幅Ｗｚと最も広いらせん状ベルトの幅Ｗｓの比は以下とすることができる。
（１）０．６≦Ｗｚ／Ｗｓ＜１．０
ジグザグベルトの幅Ｗｚと最も広いらせん状ベルトの幅Ｗｓの比は以下とすることもできる。
（２）０．５≦Ｗｚ／Ｗｓ＜０．９８
図６は、ベルト構造の第４の実施形態を示している。図６は、図５に類似しており、２つの半径方向内側らせん層７０，７１と、２つの半径方向外側らせん層７４，７６と、を有している。しかし、図６は、１つのジグザグベルト構造７８ではなく２つのジグザグベルト構造７８，８０を有している。ジグザグベルト構造７８，８０は幅が食い違っていてもよく、半径方向内側ジグザグベルト構造７８の幅が半径方向外側ベルト構造８０の幅より大きくなっている。ジグザグベルトの幅Ｗｚと最も広いらせん状ベルトの幅Ｗｓとの比は以下とすることができる。
（１）０．６≦Ｗｚ／Ｗｓ＜１．０
ジグザグベルトの幅Ｗｚと最も広いらせん状ベルトの幅Ｗｓの比は以下とすることもできる。
（２）０．５≦Ｗｚ／Ｗｓ＜０．９８
上述の実施形態のいずれでも、コードは１つの層から次の層に連続的に巻くことができる。

図７〜１０は、上述のらせん状に巻かれたベルト層のいずれにも適用できる、様々なベルト始端とベルト終端の構成を示している。図７では、ベルト始端８０とベルト終端８２とがベルトの中心付近で重なり合っている。重なり領域には３つのコード層がある。図８は、ベルト始端８６とベルト終端８４が重なり合い、各ベルト端部がベルトの中心から測ってベルト幅の最大４分の１（一方のベルト縁部８４から他方のベルト縁部８６まで測ってベルト幅の２分の１）までずれている、らせん状に巻かれたベルト層を示している。図９は、ベルト始端８８とベルト終端９０が概ね同じ位置にあり、中心から測ってベルト幅の最大４分の１のオフセット距離だけ中心からずれていることを示している。一方のベルト端部９０には、ストリップがストリップ幅の概ね半分だけ重なり合うように重なりストリップ９２が形成されている。この結果、重なり合った領域には事実上３つのコード層がある。図１０は、ベルト端部９４，９６が中心からベルト幅の最大４分の１ずれていることを除いて図９と同じである。従って、４つの有効コード層がある。層を追加することで、最大の応力が生じるクラウンを補強することができる。

上述したカーカス、らせんベルト層、またはジグザグベルト層のいずれかに用いられるコードは、ナイロン、ナイロン6,6、アラミド、または当業者に公知の組み合わせ構成(merged structure)、混成構成、高エネルギー構成を含む、それらの組み合わせが可能である。ベルトコード、カーカスコード（またはその両方）の適切なコード構成の一例は、６．７撚りで３３００ｄｔｅｘの構成を有するポリアミド（アラミド）の２本のコードを含むアラミドとナイロンの複合体と、４．５撚りで１８８０ｄｔｅｘの構成を有するナイロンまたはナイロン６／６の１本のコードと、を有している。組み合わせケーブルの全体的としての撚りは６．７である。複合コードは、破断伸びが１１％を超え、引張り強度が９００ニュートンを超えていてもよい。任意であるが、原線密度は９０００ｄｔｅｘを超えていてもよい。破断伸び、線密度、及び引張り強度は、浸漬後タイヤの加硫までの間に得られたコードのサンプルから求められる。

本発明によるタイヤの第１の実施形態の概略断面図である。 製造途中段階におけるジグザグベルト層の概略斜視図である。 ベルト層構成を示す複合ベルトパッケージの第１の実施形態の概略拡大断面図である。 ベルト層構成を示す複合ベルトパッケージの第２の実施形態の概略展開断面図である。 ベルト層構成を示す複合ベルトパッケージの第３の実施形態の概略展開断面図である。 ベルト層構成を示す複合ベルトパッケージの第４の実施形態の概略展開断面図である。 ベルト層のベルトコードの始点及び終点の一実施形態を示す図である。 ベルト層のベルトコードの始点及び終点の一実施形態を示す図である。 ベルト層のベルトコードの始点及び終点の一実施形態を示す図である。 ベルト層のベルトコードの始点及び終点の一実施形態を示す図である。

符号の説明

１０ 航空機用ラジアルタイヤ
１２ ビード部
１４ ビードコア
１６ サイドウォール部
２０ トレッド部
２２ カーカス
２４ 内側カーカスプライ
２６ 外側カーカスプライ
２８ トレッドゴム
４０ ベルト
４３ ゴム引きされたストリップ
４４，４５ 端部
４６ コード
５０ ジグザグベルト補強構造
６０，６１ 内側らせん層
６２，７２ 内側ジグザグ構造
６４，６６ 半径方向外側らせん層
７０，７１ 内側らせん層
７４，７６ 外側らせん層
８０，８６，８８ ベルト始端
８２，８４，９０ ベルト終端
９２ 重なりストリップ
９４，９６ ベルト縁部
ＥＰ 赤道面

Claims (16)

1. カーカスとベルト補強構造とを有する空気入りタイヤであって、前記ベルト補強構造は、少なくとも２つの半径方向内側らせん層と、２つのコード層を形成する半径方向外側のジグザグベルト補強構造とを含む、コード補強層の複合ベルト構造を有し、コードは前記タイヤの中心線に対して５度から３０度傾斜して各横縁部の折り返し点まで交互に延び、少なくとも一つの前記半径方向内側らせん層の幅は前記ジグザグベルト補強構造の幅より大きい、空気入りタイヤ。
2. 前記ジグザグベルト補強構造の半径方向内側に位置する２つのらせん層を有している、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記ジグザグベルト補強構造の幅Ｗｚと最も広い前記らせん層の幅Ｗｓの比は約０．６≦Ｗｚ／Ｗｓ＜１．０の範囲内にある、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
4. １本または２本以上のベルトは、ナイロンとアラミドの混合物で作られたコードを有している、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
5. １本または２本以上のベルトは、アラミドで作られたコードを有している、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
6. 前記補強ベルト構造は、２つの半径方向内側らせん状ベルト層と、２つのジグザグベルト構造と、２つの半径方向外側らせん状ベルト層と、を有している、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
7. 前記タイヤは、前記カーカス内にラジアルプライを有している航空機用ラジアルタイヤである、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
8. 少なくとも１つのプライ層は、破断時の伸びが約１１％を超え、破断強度が約９００Ｎを超え、原線密度が約９０００ｄｔｅｘを超えるコードを有している、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
9. 前記コードは、アラミドとナイロンの繊維を有している、請求項８に記載の空気入りタイヤ。
10. ラジアルカーカスプライコードの繊維はナイロンからなる、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
11. 前記らせん層は、前記ベルトの中心付近に位置する第１及び第２のベルト端部を有している、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
12. 前記らせん層は、前記ベルトの中心から、最も広いベルト幅の４分の１以下の距離だけずれている、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
13. 前記ジグザグベルト構造は、前記らせん層から該ジグザグベルト構造まで連続的に巻かれたコードを有している、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
14. 前記ジグザグベルト構造は、らせん状ベルト層から次のらせん状ベルト層まで連続的に巻かれたコードを有している、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
15. ラジアルカーカスコードは、ポリアミドとナイロンの繊維を有している、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
16. 組み合わせコードは、３００％弾性係数（Ｍ３００）範囲が１２ｍｐａ〜２３ｍｐａであるゴムで覆われている、請求項１に記載の空気入りタイヤ。

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