航空機用タイヤのためのクラウン補強材

本発明は、航空機用タイヤに関し、より具体的には、航空機用タイヤのクラウン補強材に関する。

以下において、タイヤの周方向、軸方向、及び半径方向は、それぞれ、タイヤの回転方向においてタイヤのトレッド表面に対して正接する方向、タイヤの回転軸に平行な方向、及びタイヤの回転軸に対して垂直な方向を示す。「半径方向内側」又は「半径方向外側」は、それぞれ、「タイヤの回転軸により近い位置」又は「タイヤの回転軸からより遠い位置」を意味する。「軸方向内側」又は「軸方向外側」は、それぞれ、「赤道面により近い位置」又は「赤道面からより遠い位置」を意味し、タイヤの赤道面は、タイヤのトレッド表面の中央を通る平面であり、タイヤの回転軸に対して垂直である。

一般に、タイヤは、トレッド表面を介して地面に接触することを意図したトレッドを含み、トレッドは、2つのサイドウォールにより、タイヤとタイヤが取り付けられるリムとの間の機械的接続を与えることを意図した2つのビードに接続される。

ラジアル航空機用タイヤは、より具体的には、例えば特許文献1(欧州特許第1381525号明細書)に記載されるような、ラジアルカーカス補強材及びクラウン補強材を含む。

ラジアルカーカス補強材は、タイヤの2つのビードを接続するタイヤ補強構造体である。一般に、航空機用タイヤのラジアルカーカス補強材は、少なくとも1つのカーカス層を含み、各々のカーカス層は、通常、エラストマー又はエラストマー化合物タイプのポリマー材料でコーティングされた、織物の補強体で構成され、補強体は、互いに平行であり、周方向に対して、80°から100°までの間の角度を成す。

クラウン補強材は、トレッドの半径方向内側、及び少なくとも部分的に、ラジアルカーカス補強材の半径方向外側にあるタイヤ補強構造体である。航空機用タイヤのクラウン補強材は、一般に、少なくとも1つのクラウン層を含み、各々のクラウン層は、エラストマー又はエラストマー化合物タイプのポリマー材料でコーティングされた、互いに平行な補強体で構成される。クラウン層の間は、通常、織物補強体で構成されるワーキング補強材を構成するワーキング層と、金属又は織物補強体で構成され、かつ、ワーキング補強材の半径方向外側に配置された保護補強材とに、通常、区別される。ワーキング層は、クラウン補強材の機械的挙動を制御する。保護層は、本質的には、トレッドを通ってタイヤの内側に向けて半径方向に広がる可能性がある衝撃から、ワーキング層を保護する。クラウン層、特にワーキング層は、軸方向端部間の距離を意味する軸方向幅によって、幾何学的に特徴付けられる。

カーカス層及びクラウン層の織物補強体は、通常、スパン織物フィラメント、好ましくは脂肪族ポリアミド又は芳香族ポリアミドで作られたコードである。織物補強体の張力下での機械的特性(弾性、伸び率、及び破断荷重)は、事前調整の後に測定される。「事前調整」とは、織物補強体が、測定前に、欧州規格DIN EN 20139に従った標準雰囲気(温度20±2℃、相対湿度65±2%)中で少なくとも24時間貯蔵されることを意味する。測定は、ZWICK GmbH&Co(独国)製の1435型又は1445型引張試験機を用いて、公知の方法で行われる。織物補強体は、200mm/分の公称速度で400mmの初期長に関して引張りを受ける。10回の測定値について、全ての結果を平均する。

カーカス層及びクラウン層の補強体のコーティングに用いられるもののような、エラストマー材料は、硬化後、引張試験によって求められた引張応力/歪み特性により、機械的に特徴付けることができる。この引張試験は、当業者には周知の方法によって、例えば、国際規格ISO37に準拠して、国際規格ISO471によって定められた通常温度(23+又は−2℃)及び湿度(相対湿度50+又は−5%)条件下において、試験片について実施される。メガパスカル(MPa)で表される、エラストマー化合物の10%伸び率における弾性モジュラスは、試験片の10%伸び率について測定された引張応力に与えられた名称である。

航空機用タイヤの製造中、より具体的には、ワーキング補強材を積層するステップ中、ワーキング層は、通常、建造ドラム(building drum)の外側面上で、エラストマー化合物でコーティングされた少なくとも1つの連続織物補強体を構成するストリップの複数ターンの周方向巻回又はジグザグ状周方向巻回によって得られる。複数ターンの周方向巻回で製造されるか又はジグザグ状周方向巻回で製造されるかに関わらず、ワーキング層は、巻回の各ターンについてストリップ幅の並置で構成される。

複数ターンの周方向巻回は、螺旋状の直径において、タイヤの周方向においてストリップが配置される建造ドラムの直径に等しい巻回を意味し、周方向に対して0度から5度の間の平均角度を有する。従って、周方向に対する、赤道面内に形成された互いに平行なストリップの織物補強体の角度は、0°から5°までの間であるので、複数ターンの巻回によって得られるワーキング層は、周方向であると言われる。

ジグザグ状周方向巻回は、タイヤの周方向の周期曲線での巻回を意味し、これは各極値の間で周期的に振動する波状曲線を形成することを指す。周期曲線でストリップを巻回することで、巻回ストリップの端部から等距離にある線として規定された該ストリップの中心線は、周期曲線と一致することを意味する。従って、周期曲線の各極値の間のピーク間間振幅は、ワーキング層の軸方向幅、すなわちその軸方向端部間の距離を定める。周期曲線の周期は、通常、ストリップが積層される建造ドラムの円周の0.5倍から3倍までの間である。また、周期曲線は、曲線が形成する角度、又はより具体的には、タイヤの周方向に対して、タイヤの赤道面において、曲線の接線が形成する角度、及び周期曲線の極値における曲率半径によっても特徴付けられる。従来のジグザグ状巻回については、ストリップを構成する、互いに平行な織物補強体によって形成される角度に対応する周期曲線の角度は、一般に、周方向に対して5°から35°までの間である。ジグザグ状周方向巻回は、ワーキング層を、対で組み合わせる必要があり、1対のワーキング層がワーキングバイプライを構成することを意味する。

ワーキングバイプライは、主要部、すなわちワーキングバイプライの2つの軸方向端部の半径方向内側の部分において、その軸方向端部で半径方向に重ね合わせられた2つのワーキング層、及びその軸方向端部において半径方向に重ね合わせられた3以上のワーキング層で構成される。軸方向端部における、半径方向の付加的な数の付加的なワーキング層は、主要部における2つのワーキング層と比べて、軸方向端部厚み付加部(additional thickness)と呼ばれる。軸方向端部厚み付加部は、周期曲線の極値におけるストリップの交差により生じる。このように、ワーキング補強材は、複数のワーキングバイプライの半径方向の重ね合わせで構成される。ストリップのジグザグ状周方向巻回により得られるワーキング層を含むこうしたワーキング補強材は、特許文献2(欧州特許第0540303号明細書)、特許文献3(欧州特許第0850787号明細書)、特許文献4(欧州特許第1163120号明細書)及び特許文献5(欧州特許第1518666号明細書)に記載されている。

ジグザグ状周方向巻回の場合、ワーキングバイプライの軸方向端部厚み付加部は、ワーキング補強材の著しい劣化に発展し、従ってタイヤの寿命を短くすることがある、亀裂などの耐久損傷の開始に対して敏感である。こうした亀裂は、ワーキングバイプライの軸方向端部厚み付加部の内部接合面、又は2つの隣接するワーキングバイプライの軸方向端部厚み付加部の間の接合面に現れることがある。

特許文献6(仏国特許第2910381号明細書)は、軽量である一方で、高速、重荷重下で使用できる航空機用タイヤを記載する。こうしたタイヤは、半径方向内側にターンで巻かれた少なくとも1つのワーキング層と、半径方向外側にジグザグに巻かれた少なくとも2つのワーキング層と、ジグザグ・ワーキング層より広くターンで巻かれた少なくとも1つのワーキング層とを含むワーキング補強材を含む。

本出願人らは、亀裂のリスクに対してあまり敏感でない軸方向端部厚み付加部を作製することによって、航空機用タイヤのワーキング補強材の耐久性を改善することを目的に定める。

欧州特許第1381525号明細書

欧州特許第0540303号明細書

欧州特許第0850787号明細書

欧州特許第1163120号明細書

欧州特許第1518666号明細書

仏国特許第2910381号明細書

この目的は、航空機用タイヤであって、 −トレッドの半径方向内側及びカーカス補強材の半径方向外側にあるワーキング補強材を含み、 −ワーキング補強材は、半径方向に重ね合わせられ、それぞれ、第1の軸方向端部から第2の軸方向端部までの軸方向幅(L₁、L₂)を有する、少なくとも2つのワーキングバイプライを含み、 −ワーキングバイプライの各々は、少なくとも部分的に、半径方向に重ね合わせられ、それぞれ、ストリップの部分の軸方向並置で構成される、2つのワーキング層を含み、 −軸方向幅Wのストリップは、タイヤの赤道面において、タイヤの周方向に対して、ゼロでない角度Aを形成し、かつ、その極値において平均曲率半径Rを有する周期曲線をなして周方向に延び、 −ストリップは、エラストマー化合物でコーティングされた補強体で構成される、航空機用タイヤにおいて、 少なくとも2つの半径方向に重ね合わせられたバイプライのそれぞれの軸方向幅の間の差DLは、少なくとも2×(W+(R−W/2)×(1−cosA))に等しいことを特徴とする、航空機用タイヤによって、本発明により達成される。

半径方向に重ね合わせられたワーキングバイプライは、少なくとも部分的に互いに接触し、何らかの他の要素により半径方向に分離されない、2つのワーキングバイプライを意味する。言い換えれば、これらは、半径方向に連続した2つのワーキングバイプライである。

ワーキング補強材を構成するワーキングバイプライは、定義上、2つのワーキング層の半径方向の重ね合わせにより構成される。ワーキングバイプライの幅は、最も広いワーキング層の軸方向幅に等しい、ワーキング層の軸方向幅は、ワーキング層の軸方向端部間、すなわちワーキング層の軸方向の最外点間で測定される。ワーキング層の軸方向端部は、軸方向最外側織物補強体により、タイヤ上に具体化される。

少なくとも2つのワーキングバイプライ、すなわち2つの連続したワーキングバイプライのそれぞれの軸方向幅(L₁、L₂)の間の差DLは、2つのワーキングバイプライのそれぞれの軸方向端部の間の軸方向距離の2倍に相当する。

少なくとも2つのワーキングバイプライのそれぞれの軸方向幅(L₁、L₂)の間の差DLについての、2×(W+(R−W/2)×(1−cosA))の最小値は、2つの連続したワーキングバイプライの軸方向端部厚み付加部が互いからオフセットし、従って、互いに半径方向に重ね合わせられないことを保証する。特に亀裂に対して敏感であると識別されるこの半径方向の重ね合わせを排除することは、この領域におけるワーキング補強材の耐久性を改善できることを意味する。さらに、このオフセットにより、半径方向最外側のワーキングバイプライの軸方向端部厚み付加部が、平面を介して、半径方向最内側のワーキングバイプライの主要部に接触することが可能になる。

ストリップの軸方向幅Wは、少なくとも2mmに等しく、好ましくは少なくとも6mmに等しいことが有利である。ストリップは、一般に、少なくとも2つの織物補強体を含み、その直径は約1mmに等しく、2mmの最小ストリップ幅を与える。少なくとも6mmに等しいストリップ幅により、ワーキングバイプライを生成するのに必要な積層時間を低減することが可能になる。

同じく、ストリップの軸方向幅Wは、多くとも20mmに等しく、好ましくは多くとも14mmに等しいことが有利である。ストリップの幅が大きいほど、軸方向端部厚み付加部におけるストリップ部分の間の界面の数が増加し、従って、亀裂のリスクが高くなる。従って、多くとも20mmに等しく、好ましくは多くとも14mmに等しいストリップ幅は、耐久性と生産性との間の良好な妥協を保証する。

ストリップの周期曲線の極値における曲率半径Rとストリップの幅Wとの間の比R/Wが、少なくとも13に等しいことも有利である。言い換えれば、曲率半径Rは、ストリップの幅Wと比べて十分に大きいことが必要である。この最小値により、製造の際、周期曲線の極値において方向が変化する際、ストリップが積層される間、ストリップがその面外に座屈するリスクを回避することが可能になる。

赤道面において、周方向に対して、ストリップの周期曲線により形成された角度Aは、少なくとも3°に等しく、好ましくは少なくとも5°に等しいことが有利である。この角度についての最小値は、ワーキング補強材についての最小コーナリング剛性を保証することを可能にし、コーナリング剛性は、タイヤの半径方向についての回転角1°を得るためにタイヤに適用する必要があるトルクとして定められる。

赤道面において、周方向に対して、ストリップの周期曲線により形成された角度Aが、多くとも35°に等しく、好ましくは多くとも25°に等しいことも有利である。この最小の角度値は、最大のワーキング補強材コーナリング剛性を可能にする。

1つの好ましい実施形態によると、ストリップの補強体は、織物材料で作製される。剛性及び強度に関する機械的特性と質量との間の良好な妥協を達成することを可能にするので、織物補強体は、通常、航空機用タイヤのワーキング補強材のために使用される。

実施形態の第1の好ましい代替的形態によると、ストリップの補強体は、織物材料である脂肪族ポリアミドで作製される。実際に、比較的低質量を有し、タイヤの質量を著しく節約し、従って、航空機が支持できる最大積載質量の利得を可能にするので、ナイロンのような脂肪族ポリアミドで作製された補強体は、航空機用タイヤの分野において、一般的に使用される。

実施形態の第2の好ましい代替的形態によると、ストリップの補強体は、織物材料である芳香族ポリアミドで作製される。アラミドのような芳香族ポリアミドで作製された補強体は、実際に、機械的強度と重量との間の良好な妥協を達成することを可能にする。芳香族ポリアミドで作製された補強体は、所定の破壊強度のワーキング層について、脂肪族ポリアミドで作製された補強体と比べて、ワーキング層の質量を低減させることが可能である。

実施形態の第3の好ましい代替的形態によると、ストリップの補強体は、それぞれ2つの織物材料である脂肪族ポリアミドと芳香族ポリアミドの組み合わせで作製される。かかる補強体は、一般に、ハイブリッド・補強体と呼ばれ、機械的強度、引張変形能、軽量といった、ナイロン及びアラミドの技術的利点を提供する。特に、かかる補強体は、小さい伸びにおける低い弾性モジュラス(弾性率)及び大きい伸びにおけるより大きいモジュラスにより特徴付けられる二重モジュラス(バイモジュラス)挙動を示す。ハイブリッド・補強体は、所定の破壊強度のワーキング層について、脂肪族ポリアミドで作製された補強体と比べて、ワーキング層の質量の低減も可能にする。

本発明はまた、本明細書による航空機用タイヤを製造する方法にも関する。この方法は、ワーキング補強材を製造するステップを含み、このステップにおいて、半径方向に重ね合わせられ、それぞれ、第1の軸方向端部から第2の軸方向端部までの軸方向幅(L₁、L₂)を有する、少なくとも2つのワーキングバイプライは、半径R_fでありその軸線としてタイヤの回転軸を有するタイヤ建造ドラムの側面上に軸方向幅Wのストリップのジグザグ状周方向巻回することにより得られ、前記軸方向幅Wのストリップは、赤道面において、周方向に対して、ゼロでない角度Aを形成し、かつ、その極値において平均曲率半径Rを有する周期曲線を有し、少なくとも2つの半径方向に重ね合わせられたバイプライのそれぞれの軸方向幅(L₁、L₂)の間の差DLは、少なくとも2×(W+(R−W/2)×(1−cosA))に等しい。

本発明の特徴及び他の利点は、縮尺通りに描かれていない図1乃至図4を用いてより良く理解されるであろう。

回転軸(YY’)を通る半径方向面又は子午面における本発明によるタイヤの片側断面図を示す。

本発明によるタイヤのワーキング層を構成するストリップの一般的構成である。

基準タイヤの2つの連続したワーキングバイプライの軸方向端部区域の、子午面(YZ)の断面図である。

本発明によるタイヤの2つの連続したワーキングバイプライの軸方向端部区域の、子午面(YZ)の断面図である。

建造ドラムの表面上に周期曲線を有する、周方向にジグザグに巻かれたストリップの斜視図である。

図1は、トレッド3の半径方向内側及びカーカス補強材4の半径方向外側にあるワーキング補強材2を含む航空機用タイヤ1の、タイヤ1の回転軸(YY’)を通る半径方向面又は子午面(YZ)における片側断面図を示す。ワーキング補強材2は、半径方向に重ね合わせられ、それぞれ、第1の軸方向端部(I₁、I₂)から第2の軸方向端部(I’₁、I’₂)(図示せず)までの軸方向幅(L₁、L₂)を有する2つのワーキングバイプライ(21、22)を含む。各々のワーキングバイプライ(21、22)は、少なくとも部分的に、半径方向に重ね合わせられ、それぞれ、幅Wのストリップ5の軸方向並置で構成される2つのワーキング層(211、212;221、222)を含む。

図2は、軸方向幅Lのワーキングバイプライを構成するストリップ5の一般的構成を示す。図2において、2ターンのジグザグ巻回が示される。幅Wのストリップ5は、極値7を含む周期曲線6に沿って周方向に、即ち方向(XX’)に延びる中線を有する。言い換えれば、周期曲線6は、ストリップ5の中線を支持する曲線である。周期曲線6は、赤道面(equatorial plane)(XZ)において、周方向(XX’)に対してゼロでない角度Aを形成する。周期曲線6は、その極値7で平均曲率半径Rを有する。ジグザグ巻回の各ターンについて、ストリップ5は軸方向にオフセットし、幅Wのストリップ部分の軸方向並置を得る。

図3Aは、基準タイヤのワーキング補強材2の2つのワーキングバイプライ(21、22)の軸方向端部区画からの、半径方向面(YZ)における断面図である。それぞれ軸方向幅L₁及びL₂のワーキングバイプライ(21、22)の各々は、主要部における2つの半径方向に重ね合わせられたワーキング層(211、212;221、222)と、軸方向端部厚さ付加部における4つの部分的に重ね合わせられたワーキング層とで構成される。各々のワーキング層(211、212;221、222)は、幅Wのストリップ5の部分の軸方向並置で構成される。ストリップ5の各部分は、エラストマー化合物9でコーティングされた織物補強体8を含む。基準タイヤの場合、2つのワーキングバイプライ(21、22)のそれぞれの軸方向端部厚さ付加部は、少なくとも部分的に半径方向に重ね合わせられる。

図3Bは、本発明によるタイヤのワーキング補強材2の2つのワーキングバイプライ(21、22)の軸方向端部区画の、半径方向面(YZ)における断面図である。この場合、2つのワーキングバイプライ(21、22)の軸方向端部厚さ付加部は、2つの軸方向区画の各々において、軸方向距離DL/2だけ軸方向にオフセットしている。

図4は、半径R_fのタイヤ建造ドラム11の側面10上に周期曲線7を有して周方向にジグザグに巻かれ、その軸線としてタイヤの回転軸を有する、ストリップ5の斜視図である。

本出願人らは、サイズ1400×530R23の航空機用タイヤに対して本発明を実施した。

検討されるタイヤにおいて、ワーキング補強材は、2つの半径方向に重ね合わせられたワーキングバイプライを含み、半径方向最内側のワーキングバイプライは、379mmに等しい軸方向幅L₁を有し、半径方向最外側のワーキングバイプライは、349mmに等しい軸方向幅L₂を有する。2つの半径方向に重ね合わせられたワーキングバイプライのそれぞれの軸方向幅(L₁、L₂)の間の差DLは、この場合には、30mmに等しい。11mmに等しい幅Wのワーキングバイプライを構成するストリップは、周期曲線をなしてジグザグに巻かれ、タイヤの赤道面において、タイヤの周方向に対して10°のオーダーの角度Aを形成し、その極値において200mmのオーダーの曲率半径Rを有するので、30mmに等しい差DLは、28mmに等しい2×(W+(R−W/2)×(1−cosA))より大きい。さらに、比R/Wは18に等しく、従って13より大きい。さらに、ストリップの織物補強体は、脂肪族ポリアミドと芳香族ポリアミドの組み合わせからなるハイブリッド・補強体である。本発明による2つのワーキングバイプライを含むタイヤの耐久性の利得は、基準タイヤと比較して、少なくとも10%に等しいと推定される。この耐久性は、欧州航空安全局(Eropean Aviation European Safety Agency、EASA)により定められた規則TSO試験に従ったタイヤで見つかる損傷の量に関して測定される。

1:タイヤ 2:ワーキング補強材 3:トレッド 4:カーカス補強材 5:ストリップ 6:周期曲線 7:極値 10:側面 11:建造ドラム 21、22:ワーキングバイプライ 211、212、221、222:ワーキング層