JP2006188222A - 高い折り返し部と、固定されたビード構造を備えた空気入りタイヤ - Google Patents

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Abstract

【課題】軽い重量とビード領域の高い耐久性を有する、比較的大きい負荷用の空気入りラジアルプライタイヤを提供する。
【解決手段】空気入りタイヤ10が、ビード14とカーカスプライ12を有している。カーカスプライ12はビード14の周りに巻かれ、本体部分16と折り返し部分18を形成している。折り返し部分18は、ビード14の半径方向外側に、本体部分16に隣接して配置され、断面の全高さの約35〜45%の折り返し高さTHを有している。薄いゴムストリップ36が本体部分16と折り返し部分18の間に配置され、その挿入高さIHは断面の全高さの約25%である。この空気入りタイヤ10はチェーファー28をさらに有し、そのチェーファーゲージCGはサイドウォール部分26の厚さSTの約1.5倍以下である。
【選択図】図2

Description

本発明は空気入りタイヤに関し、特に、比較的大きい負荷用に設計され、軽い重量と耐久性の高いビード領域とを特徴とする空気入りタイヤに関する。
空気入りタイヤは、通常、2つのビードの間を延びている少なくとも1つのカーカスプライを有し、かつ軸線方向に互いに離れている、伸びない一対のビードを有している。カーカスプライは、各々が各ビードの周りで折り返され各ビードに固定されている、軸線方向に互いに対向している複数の端部を有している。トレッドゴムとサイドウォールゴムは、カーカスプライから軸線方向に、およびカーカスプライの半径方向外側にそれぞれ配置されている。
ビード領域は、タイヤを構成する工程中に相当の注意が払われる、タイヤの一部分である。過酷な動作条件下では、ビード領域内の応力が特に問題となることがあり、隣接する複数の構成部材を分離させることがある。特に、プライ折り返し端部は、タイヤの、隣接する複数の構造部材から分離し易い。このため、ビード領域内のタイヤ部材の分離を取り扱う、さまざまな構造設計の取り組みがなされてきた。これらの設計の取り組みには、通常、強度と剛性を高くするためにビード領域内にさまざまなポリマー材料を追加することが含まれる。多くのタイヤビードの構造では、1つまたは2つ以上のフィラー、つまりエイペックスが、隣接する構成部材同士の間に配置される。例えば、エイペックスは、ビードの半径方向にすぐ外側に、かつカーカスの本体部分と折り返し部分の間に配置されることがある。第2のエイペックスが、折り返し部分とタイヤのサイドウォールの間に配置されることがある。ビード構造の多くは、すべてがビード領域の耐久性を向上させるように構成された、チェーファー、チッパ、トウガード、および締め付け部材などの追加部材を有している。
前述した補強部材を有しているビード領域の構造は、材料コストの上昇やタイヤの重量の増加など、いくつかの欠点を有している。タイヤの製造者は、これらの欠点に対処するために、小さい重量および体積を有しているがビード領域の耐久性を高くするビード領域の構造を実現するための努力を続けている。軽量トラック用のラジアルタイヤ[Radial Light Truck (RLT) Tire]の市場など、特定のタイヤの市場では、製造者は、ビード領域の構造に、軽い重量と高い耐久性とを与えることにおいて幾分の進歩をとげている。一例として、本発明の譲受人に譲渡されている特許文献1によるタイヤにおいては、固定されたビード構造を有しているビード領域が、本体部分と折り返し部分の間にエイペックスを持たず、かつチッパまたは締め付け部材を持たず、実質的に五角形のビードの周りに巻かれた折り返し部分を有している。したがって、この構造によって、従来の多くのビード領域の構造における構造部材の多くが不要になり、それによって、重量を減らしているが依然としてビード領域の高い耐久性を確保している。
中程度の大きさのトラック用のラジアルタイヤ[Radial Medium Truck (RMT) Tire]の市場のためのタイヤなど、比較的大きい負荷の下で使用される空気入りタイヤの場合、通常、大きな負荷を支持するさまざまな補強部材の体積が増大し、それによって、材料コストとビード領域の重量がさらに増加している。その結果、製造者は、RLTタイヤ市場と同様に、さらにビード領域の高い耐久性が得られる、体積および重量の特性を小さくしたビード領域の構造を求めている。しかし、特許文献1に見られるようなRLTタイヤ市場における教示および技術を、RMTタイヤなどの比較的大きい負荷用に構成されているタイヤに適用すると、プライの分離とタイヤの不具合につながる許容できない応力集中がビード領域内にしばしば生じる。
したがって、ビード領域の重量を減らしながらもビード領域の高い耐久性が得られる、比較的大きい負荷用のラジアルタイヤのための簡略化されたビード領域の構造に対する要求が存在し続けている。
米国特許明細書第5,524,688号
空気入りタイヤ、特に、比較的大きい負荷用の空気入りタイヤが、タイヤビードと、本体部分とタイヤビードに組み合わされた折り返し部分とを形成するようにビードの周りに巻かれたカーカスプライとを有している。折り返し部分は、ビードの周りに巻かれ、ビードの半径方向外側の本体部分に隣接して配置されている。折り返し部分は、断面の全高さのおよそ35%から45%までの間の、好ましくは約40%の折り返し高さを有している。ゴムストリップがビードに組み合わされ、内側端部と外側端部を有している。ゴムストリップの少なくとも一部分は、そのゴムストリップの内側端部が断面の全高さの約25%の挿入高さを有するように、本体部分と折り返し部分の間に配置されている。それに加えて、空気入りタイヤは、ビードに組み合わされビードの軸線方向外側に配置されているチェーファーをさらに有している。チェーファーは、タイヤサイドウォールの厚さの約1.5倍以下の最大チェーファーゲージを有している。
一実施態様では、タイヤビードは実質的に五角形の、半径方向の断面形状を有している。他の実施態様では、タイヤビードは実質的に六角形の、半径方向の断面形状を有している。後者の実施態様では、エイペックスが、半径方向にビードのすぐ外側の本体部分と折り返し部分の間に配置されている。エイペックスは比較的小さく、約1.3cm以下の半径方向高さを有している。さらに、ゴムストリップの厚さ、つまりゲージと、折り返し部分の折り返し高さの間には関連がある。
前述したことによって、一般的なビード領域の構造内の多くの構造上の機能が不要になり、それによって、ビード領域の耐久性を犠牲にすることなく軽量化されたタイヤビード領域が得られる、改善された空気入りタイヤ、特に比較的大きい負荷用の空気入りタイヤが提供される。
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の実施態様を示しているが、前記した本発明の一般的な説明と、後述する詳細な説明と共に、本発明を説明する役割を有している。
定義
「エイペックス」は、ビードの半径方向外側に、かつプライと折り返しプライの間に位置しているエラストマのフィラーを意味する。
「軸線方向の」および「軸線方向に」は、タイヤの回転軸線に平行な線または方向を意味する。
「ビード」は、チッパ、エイペックス、トウガード、およびチェーファーのような他の補強部材を持たず、プライコードによって包まれ、設計リムにぴったり填るように形作られた環状の引張部材を有するタイヤの一部分を意味する。
「ビード領域」は、タイヤの、ビードを取り囲んでいる部分を意味する。
「カーカス」は、プライの上方のベルト構造、トレッド、アンダートレッド、およびサイドウォールゴムを除くが、ビードを含んでいるタイヤ構造を意味する。
「チェーファー」は、コードプライをリムから保護し、リムを中心にして撓みを分散させ、タイヤを密閉する、ビードの外側の周りに配置されている材料からなるストリップを意味する。
「チッパ」は、ビード領域を補強し、サイドウォールの半径方向に最も内側の部分を安定させる機能を有する、ビード領域内に位置している、繊維または鋼のコードの狭い帯を意味する。
「コード」は、タイヤ内のプライを構成している補強用素線(strands)の1つを意味する。
「クラウン」は、トレッドが配置されている、タイヤの実質的な外周を指す。
「赤道面(EP)」は、タイヤの回転軸線に垂直でそのトレッドの中心を通る平面を意味する。
「フリッパ」は、ビードワイヤをタイヤボディ内に取り付ける補強用のビードワイヤの周囲の補強繊維を意味する。
「ゲージ」は、寸法、特に厚さを意味する。
「内側の」および「内向きに」は、タイヤの内部に向かうことを意味する。
「挿入高さ」は、リムの公称直径と、ゴムストリップすなわちインサートの内縁部との間の半径方向の距離を意味する。
「外側の」および「外向きに」はタイヤの外部に向かうことを意味する。
「プライ」は、ゴムに被覆された互いに平行な複数のコードの連続した層を意味する。
「空気入りタイヤ」は、ビードとトレッドを有しており、ゴム、化学物質、繊維および鋼、またはその他の材料から作られている、概ね環状で、通常は開いた円環体である、積層された機械装置を意味する。
「半径方向の(ラジアル)」および「半径方向に」は、半径方向にタイヤの回転軸線に向かう、または回転軸線から離れる方向を意味する。
「半径方向の断面」は、タイヤ、またはタイヤおよびリムの組立体の回転軸線を含む平面内で切断した断面を意味する。
「ラジアルタイヤ」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°までの間のコード角度で置かれた、ベルトが巻かれ、または周方向に拘束された空気入りタイヤを意味する。
「断面幅の線」は、タイヤの断面内でタイヤの回転軸線に平行であり、タイヤの、軸線方向の幅が最大になる点に位置している線を意味する。
「サイドウォール」は、タイヤの、トレッドとビード領域との間の部分を意味する。
「実質的に六角形の」は、いくつかの辺、またはすべての辺が正六角形のような直線ではなく曲線であってもよい、6つの辺を持つ半径方向の断面を意味する。
「実質的に五角形の」は、いくつかの辺、またはすべての辺が正五角形のような直線ではなく曲線であってもよい、5つの辺を持つ半径方向の断面を意味する。
「トウガード」は、タイヤの、周方向に配置され、各ビードの軸線方向内側の、エラストマからなるリム接触部分を意味する。
「断面の全高さ」は、リムの公称直径とタイヤの最大外径の間の半径方向の距離を意味する。
「トレッド」は、タイヤケーシングに接合されると、タイヤが正常に膨らみ標準の負荷の下にあるときに道路と接触するようになるタイヤの一部分を含む、成形されたゴムの構成部材を意味する。
「折り返し高さ」は、リムの公称直径と、折り返し部分つまりプライの外縁部との間の半径方向の距離を意味する。
「折り返しプライ」および「折り返し部分」は、カーカスプライの、1つのビードのみの周りに巻かれている部分を指す。
本発明は、従来の構造よりも軽量でありながらビード領域の高い耐久性が得られる、簡略化されたビード領域の構造を提供する、比較的大きい負荷用のタイヤのためのビード領域の構造に関する。比較的大きい負荷に対処するために、従来のビード領域の構造は、複数のエイペックス、チッパ、トウガード、および締め付け部材など、体積が大きく重い補強部材を有している。本発明は、ビード領域の構造のいくつかの機能によって、これらの補強部材の多くを不要にし、それによってビード領域の重量を減らしている。さらに、これらの構造の機能は、ビード領域の耐久性に悪影響を与えることなくこの重量の削減を可能にしている。
図1と2を参照すると、符号10で全体が示されている空気入りタイヤは、複数回巻かれた1本の金属製フィラメントを各々が有している一対のビード14の周りを延びて巻かれている少なくとも1つのカーカスプライ12を有している。簡略化するために、タイヤ10の一方の半分だけを図面に示しており、他方の半分は、図示されているこの一方の半分の、赤道面EPを挟んだ実質的な鏡像である。カーカスプライ12は、本体部分16と、半径方向外側の折り返し端部20を有している折り返し部分18とを有している。タイヤ10は、タイヤ10のクラウン部分内の、カーカスプライ12の半径方向外側に位置している複数のベルトプライ22も有している。エラストマのトレッド部分24は、ベルトプライ22の半径方向外側に配置されている。サイドウォール部分26は、トレッド部分24からビード14に向けて半径方向内向きに延びている。ビード領域は、カーカスプライ12とビード14の軸線方向外側に位置しており、ビード14の半径方向に最も外側の範囲の半径方向内側に位置している半径方向内側端部から、リム32のフランジ30の半径方向外側に配置されている半径方向外側端部まで延びているチェーファー28もさらに有している。図面に示されているように、リム32は平坦な基部、または5°の角度で先細になったリムであってもよい。しかし、本発明は、15°の角度で先細になったリムを有している深底のチューブレス(Drop Center Tubeless)などの、他のリムにおいて使用してもよいと考えられる。
折り返し部分18は、ビード14のすぐ上に、裏面を本体部分16に押し当てられて配置されており、本体部分16に押し当てられて半径方向外向きに延びている。折り返し部分18を本体部分16に押し当てて配置することで、カーカス12のコード(不図示)内の曲げ歪みが減少し、本体部分16と折り返し部分18の間での力のばらつきが制限される。折り返し部分18は、ビード14のすぐ後に本体部分16と合わせられなければならない。そのために、図1と2の実施形態に示されているように、ビード14は、ビード14の半径方向に最も外側の範囲が、折り返し部分18を本体部分16に合わせ易くする五角形の辺のうちの2つの辺からなる頂点である、実質的に五角形の、半径方向の断面形状を有していてもよい。五角形の形状は、従来の多くのビード領域の構造のように、ビード14のすぐ隣の本体部分16と折り返し部分18の間にエイペックスが用いられていない場合に、特に有利である。さらに、ビード14の五角形の形状は、タイヤ10が膨らんでいるときにビード14をリム32上に保持する際に、タイヤ10とリム32との間の固有の圧力を補う。
ビード14の五角形の形状は有利であるが、ビード14の他の構成を本発明で用いることもできる。例えば、図2内にあるものと同様な特徴部を同じ参照数字で参照している図3に示されているように、実質的に六角形のビード14aを使用することが本発明の範囲内に含まれる。この場合、小さいエイペックス34が、六角形のビード14aのすぐ隣の本体部分16と折り返し部分18の間に用いられている。本実施形態では、エイペックス34は、ビード領域の他の構造に比べて比較的小さく、半径方向の高さは約1.3cm以下である。六角形のビード14aの場合、エイペックス34は、折り返し部分18を本体部分16に合わせるのを助けるだけでなく、タイヤ10の製造中にタイヤ10のサイドウォール26内にいかなる空気ポケット(air pocket)も閉じ込められないようにする。
図2に戻って参照すると、カーカスプライ12は折り返され、つまりビード14に押し当てられて巻かれ、サイドウォール26によってカーカスプライ12の本体部分16に押し当てられて固定される。リムの公称直径RDを基準として用いると、折り返し部分18の折り返し端部20は、断面の全高さSHの約35%から45%までの間、より好ましくは約40%の折り返し高さTHを有する。この点に関しては、本発明の折り返し高さTHは、通常、断面の全高さSHの約25%折り返し高さを有する、特許文献1に示されているビード構造などの従来の固定されたビード構造の折り返し高さよりも著しく大きい。RMTタイヤなど、比較的大きい負荷を支持するタイヤの場合、有限要素(FE:Finite Element)解析によって、従来の折り返し高さでは、許容できない応力集中が折り返し端部20の周りに生じることがわかった。しかし、折り返し端部20を半径方向外向きに延長し、それによって折り返し高さTHを大きくすることによりこれらの応力は減少することが、有限要素解析によってさらにわかった。
図2にさらに示しているように、本発明のビード領域の構造は、ビード14の半径方向外側の折り返し部分18と本体部分16の間に配置されている薄いゴムストリップ36も有している。有限要素解析によれば、ゴムストリップ36によって、折り返し端部20に隣接している領域で応力がさらに減少し、それによってプライの分離とタイヤの不具合の可能性が減少することがわかっている。ゴムストリップ36は、折り返し端部20の半径方向内側にある内側端部38と、概ね、少なくとも折り返し部分18と同様に広がり、好ましくは折り返し端部20よりも半径方向にわずかに外側にある外側端部とを有している。ゴムストリップ36の、折り返し端部を越えて延びる量によって、ゴムストリップ36と折り返し端部20が離れることが可能になることもあり、製造上のばらつきが吸収されることもあり、また、単にゴムストリップ36自体が先細になることもある。
ゴムストリップ36は、内側端部38が断面の全高さSHの約25%の挿入高さIHを有するように、本体部分16と折り返し部分18の間に配置されている。本発明の一態様では、ゴムストリップ36の厚さつまりゲージGと折り返し高さTHの間には関連がある。具体的には、ゴムストリップ36のゲージGは、次の式から求めることができる。
G/Gref=(MW−IH)/(TH−IH)
この式において、Grefは、ビード14とゴムストリップ36の内側端部38との間の位置P1における、本体部分16のコード(不図示)と折り返し部分18のコード(不図示)の間の距離として定義される参照用ゲージ厚さである。一般に、この参照用ケージ厚さの値はコード直径の約1〜3倍である。さらに、MWは、タイヤ10が膨らまされたときのリム公称直径RDに対する断面幅の線SLの半径方向の高さである。ゴムストリップ36の内側端部38は、断面の全高さSHの約25%の挿入高さIHを有していることが好ましいが、ゴムストリップ36は、ビード14に向けて半径方向内向きに延びていてもよい。用途によっては、ゴムストリップ36は、本体部分16と折り返し部分18が直接接触している領域が本来存在しないように、ビード14までずっと延びていることもある。しかし、その場合でも、ゴムストリップ36のゲージGは、前述の式から求めることができる。
本発明の他の態様では、チェーファー28は、チェーファーゲージが最小になるように構成されている。たとえば、負荷が比較的大きい多くの用途では、チェーファー28の厚さは、ビード領域に強度と耐久性を持たせるように著しく大きくなっている。チェーファー28の参照用ゲージは、チェーファー28の半径方向外側端部に合わせられるサイドウォール26の厚さであってもよく、サイドウォールの厚さはSTと表される。サイドウォール26の厚さSTと比較すると、多くのチェーファー28は、サイドウォールの厚さSTの2倍から3倍までの間の最大チェーファーゲージを有している。さらに、厚さが厚くなった部分が、チェーファー28のかなりの部分にわたって延びていてもよい。しかし、本発明では、最大チェーファーゲージCGは、サイドウォール厚さSTの約1.5倍を越えることはない。これによって、チェーファー28をより薄くすることができ、その結果、ビード領域の重量が減少する。
本発明では、目的に合わせて構成された金型形状の結果として、最小のチェーファー28を、タイヤ10の製造中に下側のサイドウォール26内に用いることがある。金型の形状の一態様では、全体が40で示されている、ビード領域の、リム32に接触している部分は、タイヤ10がリム32に取り付けられて標準の圧力まで完全に膨らまされているときに、リム係合部分40の形状がリム32の形状と実質的に同じになるように構成されている。このように、タイヤ10は、タイヤ10を実際に使用する前にビード領域内に過度の応力や曲げを生じさせることなく、リム32に取り付けられてもよい。この同様の取り組みが、チェーファー28の半径方向外側部分を含む、下側のサイドウォール26の形状に対してもなされる。このために、成形工程中の下側のサイドウォール26の形状、すなわち曲率は、本体部分16と折り返し部分18のゴムの中に好ましい予備応力を生じさせるように、膨らまされたタイヤ10の曲率に非常に近くなるように構成される。
本発明による空気入りタイヤ10は、軽い重量と、比較的大きい負荷の条件下でのビード領域の高い耐久性が有利に得られる、固定されたビード構造を有しているビード領域を特徴とする。このことは、本発明が、ビード領域にかなりの重量を加える複数のエイペックス、締め付け部材、チッパ、またはトウガードを使用しないので、実現することができる。さらに、本発明では、RLTタイヤ市場用のビード構造などの従来の固定されたビード構造と比較して、折り返し部分18の折り返し端部20が従来の構造に比べて約15%大きくなるように、著しく増大した折り返し高さTHが必要とされる。さらに、ゴムストリップ36が本体部分16と折り返し部分18の間に挿入されている。折り返し高さTHに関連しているゴムストリップ36のゲージGを、数式から求めることができる。さらに、最小のチェーファーゲージCGを有するチェーファー28が、ビード領域内で使用されている。最小のチェーファー28は、製造工程中に、下側のサイドウォール26に関する、目的に合わせて構成された金型の形状のため、用いられることがある。
したがって、本発明のビード領域の構造の、前記した特徴によって、比較的大きい負荷用の従来のビード領域の構造において用いられていた補強部材の多くが不要になった。本発明では、複数のエイペックス、チッパ、トウガード、または締め付け部材は存在しないが、薄いゴムストリップ36が本体部分16と折り返し部分18の間に配置されている。この構造は、従来の構造よりも重量が軽く、それによってさまざまな作業効率の向上が達成できる。さらに、この構造は、負荷が比較的大きい条件下でのビード領域の高い耐久性を有する。
本発明による空気入りタイヤの部分断面図である。 リム上に取り付けられている、本発明による空気入りタイヤのビード領域の断面図である。 本発明による空気入りタイヤのビード領域の他の実施形態の断面図である。
符号の説明
10 空気入りタイヤ
12 カーカスプライ
14,14a ビード
16 本体部分
18 折り返し部分
20 折り返し端部
22 ベルトプライ
24 トレッド部分
26 サイドウォール
28 チェーファー
30 フランジ
32 リム
34 エイペックス
36 ゴムストリップ
38 内側端部
40 リム係合部分
G ゴムストリップのゲージ
CG チェーファーのゲージ
EP 赤道面
IH 挿入高さ
MW 断面幅の線の高さ
RD リムの公称直径
1 ビードとゴムストリップの内側端部との間の位置
SH 断面の全高さ
SL 断面幅の線
ST サイドウォールの厚さ
TH 折り返し高さ

Claims (3)

  1. タイヤビードと、
    本体部分と、前記タイヤビードと組み合わされ、前記タイヤビードの周りに巻かれ、前記タイヤビードの半径方向外側の前記本体部分に隣接して配置され、かつ断面の全高さのおよそ35%から45%までの間の折り返し高さを有している折り返し部分と、を形成するように、前記タイヤビードの周りに巻かれているカーカスプライと、
    前記タイヤビードと組み合わされ、内側端部と外側端部を有し、少なくとも一部分が前記本体部分と前記折り返し部分の間に配置され、前記内側端部は前記断面の全高さの約25%の挿入高さを有している、ゴムストリップと、
    を有する空気入りラジアルプライタイヤ。
  2. タイヤビードと、
    本体部分と、前記タイヤビードと組み合わされ、前記タイヤビードの周りに巻かれ、前記タイヤビードの半径方向外側の前記本体部分に隣接して配置され、かつ断面の全高さのおよそ35%から45%までの間の折り返し高さを有している折り返し部分と、を形成するように、前記タイヤビードの周りに巻かれているカーカスプライと、
    前記タイヤビードに組み合わされ、厚さを有しているサイドウォールと、
    前記タイヤビードに組み合わされ、前記タイヤビードの軸線方向外側に配置され、前記サイドウォールの前記厚さの約1.5倍以下の最大チェーファーゲージを有しているチェーファーと、
    を有する空気入りラジアルプライタイヤ。
  3. タイヤビードと、
    本体部分と、前記タイヤビードと組み合わされ、前記タイヤビードの周りに巻かれ、前記タイヤビードの半径方向外側の前記本体部分に隣接して配置され、かつ断面の全高さのおよそ35%から45%までの間の折り返し高さを有している折り返し部分と、を形成するように、前記タイヤビードの周りに巻かれているカーカスプライと、
    前記タイヤビードに組み合わされ、内側端部と外側端部を有し、少なくとも一部分が前記本体部分と前記折り返し部分の間に配置され、前記内側端部は前記断面の全高さの約25%の挿入高さを有している、ゴムストリップと、
    前記タイヤビードに組み合わされ、厚さを有しているサイドウォールと、
    前記タイヤビードに組み合わされ、前記タイヤビードの軸線方向外側に配置され、前記サイドウォールの前記厚さの約1.5倍以下の最大チェーファーゲージを有しているチェーファーと、
    を有する空気入りラジアルプライタイヤ。
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