JP4287706B2

JP4287706B2 - 重荷重用タイヤ

Info

Publication number: JP4287706B2
Application number: JP2003175208A
Authority: JP
Inventors: 恭司新村
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2003-06-19
Filing date: 2003-06-19
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2023-06-19
Also published as: JP2005008071A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビード構造を改善することにより、ビード耐久性を損ねることなく転がり抵抗を低減した重荷重用タイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
トラック・バス用等の重荷重用タイヤにおいては、図５に示す如きビード構造が一般的であり、耐久性重視の観点から、その構造を大きく変えない設計が従来よりなされている。図中、符号ａはカーカスプライ、符号ｂは硬質ゴムからなる内側エーペックス部ｂ１と軟質ゴムからなる外側エーペックス部ｂ２とからなるビードエーペックスゴム、符号ｃはコード補強層であり、表１に、例えばサイズ１１Ｒ２２．５の従来タイヤ１、２における各部の寸法ｈ１〜ｈ７を示している。なお従来タイヤ１は、ダンプカー用等の強化仕様、従来タイヤ２は汎用仕様である。又前記寸法ｈ１〜ｈ７は、カーカスプライａの最大巾位置におけるビードベースラインからの高さｈ０に対する相対値（％）で記載している。
【０００３】
【表１】

【０００４】
他方、環境資源の保護という観点より、近年、重荷重用タイヤにおいても転がり抵抗の低減が強く望まれており、例えばビードエーペックスゴムｂ等に損失正接の小さい低発熱性ゴムを採用することが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１７８７２４号公報
【０００６】
しかし、ビードエーペックスゴムｂは、タイヤのゴム全体に占める割合が相対的に小である。そのため前記提案において、転がり抵抗の低減効果を十分に得るためには、ゴムの損失正接を大巾に減じることが必要となるなど、ビード部の基本的な耐久性が損なわれる恐れが生じる。
【０００７】
このような状況に鑑み、本発明者は、ビードエーペックスゴムｂのゴム物性を変えずに転がり抵抗を低減させる方法について以下の如く研究した。
【０００８】
従来においては、タイヤ重量は、転がり抵抗の増加要因の一つであるとの見地から、外側エーペックス部ｂ２の高さｈ１を０．８×ｈ０以上に高めることがなく、むしろ前記高さｈ１をより低く設定することが検討されてきた。そこで、本発明者は、外側エーペックス部ｂ２を削除し、ビード部のゴムボリュームを大巾に減じたタイヤを試作した。その結果、試作タイヤでは、重量軽減されたにも拘わらず、転がり抵抗が逆に増大することが判明した。これは、外側エーペックス部ｂ２の削除により、タイヤの側部領域の剛性が減じて撓みが全体に広がり、該側部領域でのエネルギー損失が大となるためと推測される。なお前記側部領域とは、ビード部とサイドウォール部とを含めた領域を意味する。
【０００９】
そこで、外側エーペックス部ｂ２を敢えて大型化し、側部領域での剛性を広範囲に亘って高めることにより撓領域を狭くしエネルギー損失をじるという逆の見地からさらに研究を行った。その結果、外側エーペックス部ｂ２の高さｈ１を、従来よりも高い（０．８〜０．９）×ｈ０の範囲に設定し、かつ内側エーペックス部ｂ１の高さと厚さの関係を特定したときには、重量増加による影響を差し引いた場合にも、ビード耐久性を損ねることなく転がり抵抗を低減しうることを究明し得た。
【００１０】
すなわち本発明は、外側エーペックス部の高さを、従来よりも高い範囲に設定し、かつ内側エーペックス部の高さと厚さの関係を特定することにより、ビード耐久性を損ねることなく転がり抵抗を低減した重荷重用タイヤを提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本願請求項１の発明は、トレッド部からサイドウォール部をへてビード部のビードコアに至るプライ本体部に前記ビードコアの廻りでタイヤ軸方向内側から外側に折り返されるプライ折返し部を一連に設けたカーカスプライからなるカーカスと、前記ビードコアからタイヤ半径方向外方に先細状にのびるビードエーペックスゴムとを具える重荷重用タイヤであって、
前記ビードエーペックスゴムは、タイヤ半径方向外方に向かってタイヤ軸方向外側から内側に傾く斜面を有する断面小三角形状をなす硬質のゴムからなる内側エーペックス部と、前記斜面に接する底面からタイヤ半径方向外方にのびる軟質のゴムからなる外側エーペックス部とを具えるとともに、
前記外側エーペックス部の半径方向外端のビードベースラインからの半径方向高さＢは、前記プライ本体部の最大巾位置のビードベースラインからの半径方向高さＡの８０〜９０％、
しかも前記内側エーペックス部の、ビードベースラインからの半径方向高さＸの位置におけるタイヤ軸方向の厚さＹは、少なくとも前記半径方向高さＸが前記半径方向高さＡの３５％の位置において、次式（１）を充足していることを特徴としている。
５０・ｅ^(-0.085X)≦Ｙ≦５５・ｅ^(-0.065X) ---(1)
【００１２】
又請求項２の発明では、前記内側エーペックス部のタイヤ軸方向の厚さＹは、前記半径方向高さＸが前記半径方向高さＡの２０〜４０％の範囲において、前記式（１）を充足していることを特徴としている。
【００１３】
又請求項３の発明では、前記ビードエーペックスゴムは、前記プライ折返し部の半径方向外端からのプライ本体部への垂線上における厚さＥを、前記半径方向高さＡの１０〜１６％としたことを特徴としている。
【００１４】
又請求項４の発明では、前記ビード部に、前記プライ本体部の内側面に沿ってのびる内片と、この内片から前記ビードコアの半径方向内方を通ってプライ折返し部の外側面に沿って半径方向外方に立上がる外片とを有する補強コード層を設けるとともに、該補強コード層は、前記内片の半径方向外端のビードベースラインからの半径方向高さＤ１を、前記半径方向高さＡの２０〜５０％としたことを特徴としている。
【００１５】
ここで、タイヤの各部の寸法等は、本明細書では、特に断りがない限り、タイヤを正規リムにリム組みしかつ正規内圧の５％の内圧を充填した５％内圧状態で特定される値を意味し、この５％正規内圧状態でのタイヤ形状は、通常、加硫金型内でのタイヤ形状と略一致している。
【００１６】
又前記「正規リム」とは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、当該規格がタイヤ毎に定めるリムであり、例えばＪＡＴＭＡであれば標準リム、ＴＲＡであれば "Design Rim" 、或いはＥＴＲＴＯであれば "Measuring Rim"を意味する。また前記「正規内圧」とは、前記規格がタイヤ毎に定めている空気圧であり、ＪＡＴＭＡであれば最高空気圧、ＴＲＡであれば表 "TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES" に記載の最大値、ＥＴＲＴＯであれば "INFLATION PRESSURE" を意味する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を、図示例とともに説明する。
図１は、本発明の重荷重用タイヤが、トラック・バス用等のチューブレスタイヤである場合の５％正規内圧状態を示す断面図、図２はそのビード部を拡大して示す断面図である。
【００１８】
図１において、重荷重用タイヤ１は、トレッド部２からサイドウォール部３をへてビード部４のビードコア５に至るカーカス６と、このカーカス６の半径方向外側かつトレッド部２の内方に配されるベルト層７とを具備して構成される。
【００１９】
前記ベルト層７は、ベルトコードを用いた３枚以上のベルトプライから形成される。本例では、ベルト層７が、スチールコードをタイヤ周方向に対して例えば６０±１５°の角度で配列した半径方向最内側の第１のベルトプライ７Ａと、タイヤ周方向に対して例えば１０〜３５°の小角度で配列した第２〜４のベルトプライ７Ｂ〜７Ｄとの４枚構造の場合を例示している。このベルトプライ７Ａ〜７Ｄは、ベルトコードがプライ間で互いに交差する箇所を１箇所以上設けて重置されることにより、ベルト剛性を高めトレッド部２をタガ効果を有して補強している。
【００２０】
又前記カーカス６は、カーカスコードをタイヤ周方向に対して７０〜９０°の角度で配列した一枚のカーカスプライ６Ａから形成される。カーカスコードとして、スチールコードが好適であるが、必要に応じてナイロン、レーヨン、ポリエステル、芳香族ポリアミドなどの有機繊維コードも使用される。又前記カーカスプライ６Ａは、前記ビードコア５、５間に跨るプライ本体部６ａの両側に、前記ビードコア５の廻りでタイヤ軸方向内側から外側に折り返されるプライ折返し部６ｂを一連に具える。
【００２１】
なお前記プライ折返し部６ｂの外端のビードベースラインＢＬからの半径方向高さＣは、前記プライ本体部６ａがタイヤ軸方向外方に最も張出す位置である最大巾位置ＰｍのビードベースラインＢＬからの半径方向高さＡ（便宜上、プライ最大巾高さＡという場合がある）の２５〜４０％、さらには２９〜３６％とするのが好ましい。前記高さＣが２５％よりも小であると、ビード部４の曲げ剛性が過小となり、逆に４０％よりも大であると、プライ折返し部６ｂの外端が屈曲の激しい最大巾位置Ｐｍに近づくため、コード端剥離が生じやすくなる。なお前記「ビードベースラインＢＬ」とは、正規リムＪのリム径位置を通るタイヤ軸方向線を意味する。
【００２２】
又前記ビードコア５は、例えばスチール製のビードワイヤを多段多列に巻回してなるリング状体であって、本例では、断面横長の偏平六角形状のものを例示する。このビードコア５は、半径方向下面が前記正規リムＪのリムシートＪ１と略平行となることによって、リムＪとの嵌合力を広範囲に亘って高めている。本例では、前記正規リムＪがチューブレス用の１５°テーパーリムである場合を例示しており、従って、ビードコア５の前記半径方向下面は、タイヤ軸方向線に対して１５°の角度で傾斜してる。なおビードコア５の断面形状としては、必要に応じて、正六角形、矩形状、円形状も採用できる。
【００２３】
次に、前記ビード部４には、図２に示すように、カーカス６の前記プライ本体部６ａとプライ折返し部６ｂの間を通って前記ビードコア５からタイヤ半径方向外方に先細状にのびるビードエーペックスゴム８、及びカーカス６を介して前記ビードコア５の周りをＵ字に囲む補強コード層９が設けられる。
【００２４】
前記補強コード層９は、前記プライ本体部６ａの内側面に沿ってのびる内片９ａから、前記ビードコア５の半径方向内方を通ってプライ折返し部６ｂの外側面に沿って半径方向外方に立上がる外片９ｂを有する断面Ｕ字状をなす。本例では、この補強コード層９が、スチール製の補強コードをタイヤ周方向に対して１０〜６０゜の角度で配列した１枚のコードプライからなるものを例示している。
【００２５】
又前記内片９ａは、その半径方向外端のビードベースラインＢＬからの半径方向高さＤ１を、前記プライ最大巾高さＡの２０〜５０％の範囲とするのが好ましく、特に高荷重下で使用されかつ悪路走行の頻度も高いダンプカー用等の強化仕様の場合には３０〜５０％の範囲、又汎用仕様の場合には２０〜３０％の範囲が好ましい。なお前記高さＤ１がプライ最大巾高さＡの２０％未満では、前記内片９ａによるビード部４の曲げ剛性向上効果が十分に期待できず、逆に５０％を超えると、屈曲の激しい最大巾位置Ｐｍに近づくため、コード端剥離が生じやすくなる。
【００２６】
又前記外片９ｂは、リムフランジに近接して配されるため前記内片９ａに比して曲げ剛性向上効果、或いは補強効果に劣る。従って、その半径方向外端のビードベースラインＢＬからの半径方向高さＤ２を、前記プライ最大巾高さＡの３０％以下かつ内片９ａの前記高さＤ１以下にとどめ、さらには前記高さＤ１との差Ｄ１−Ｄ２を２mm以上、さらには１０mm以上、さらには２０mm以上に確保し、曲げ剛性の向上よりもコード端剥離の抑制を図ることが好ましい。
【００２７】
次に、前記ビードエーペックスゴム８は、タイヤ半径方向外方に向かってタイヤ軸方向外側から内側に傾く斜面Ｓ１を有する断面小三角形状をなす硬質のゴムからなる内側エーペックス部８Ａと、前記斜面Ｓ１に接する底面Ｓ２からタイヤ半径方向外方にのびる軟質のゴムからなる外側エーペックス部８Ｂとからなる２層構造をなす。
【００２８】
前記内側エーペックス部８Ａは、そのゴム硬度Ｈｓ１（デュロメータＡ硬さ）を８９〜９１°とした硬質のゴムからなり、又外側エーペックス部８Ｂは、そのゴム硬度Ｈｓ２（デュロメータＡ硬さ）を５７〜５９°としかつ前記ゴム硬度Ｈｓ１との硬度差（Ｈｓ１−Ｈｓ２）を３０〜３４°とした軟質のゴムから形成される。
【００２９】
このようなビードエーペックスゴム８は、軟質の外側エーペックス部８Ｂが、プライ折返し部６ｂの前記外端と隣接するため、タイヤ変形時に作用する圧縮応力が前記外端に集中するのを緩和でき、カーカスのコード端剥離を抑制しうる。
【００３０】
そして本発明では、前記外側エーペックス部８Ｂの半径方向外端のビードベースラインＢＬからの半径方向高さＢを、前記プライ最大巾高さＡの８０〜９０％と、従来的なタイヤに比して大に設定している。これにより、タイヤの側部領域の剛性を広範囲に亘って適度に増加させることができる。その結果、タイヤ変形時の撓領域が狭く減じられるなど、側部領域でのエネルギー損失を低く抑えることが可能となり、前記高さＢの増加に伴う重量増加を加味した場合にも、転がり抵抗の低減を達成しうる。なお前記高さＢがプライ最大巾高さＡの８０％未満では、転がり抵抗の低減が達成されず、逆に９０％を越えると、剛性が過大となって乗り心地性を損ねるとともに、不必要な重量増加を招くため転がり抵抗の低減に不利となる。
【００３１】
このとき、図３に示すように、ビードベースラインＢＬからの半径方向高さを”Ｘ”、この高さＸの位置における前記内側エーペックス部８Ａのタイヤ軸方向の厚さを”Ｙ”としたとき、少なくとも前記半径方向高さＸが前記プライ最大巾高さＡの３５％の位置において、前記厚さＹは、次式（１）を充足していることが必要である。
５０・ｅ^(-0.085X)≦Ｙ≦５５・ｅ^(-0.065X) ---(1)
即ち、例えばプライ最大巾高さＡが１００ｍｍの場合、ビードベースラインＢＬから３５ｍｍ（＝Ｘ）の高さ位置での、内側エーペックス部８Ａの厚さＹは、２．５〜５．７ｍｍの範囲であることが必要である。
【００３２】
これは、前記外側エーペックス部８Ｂの半径方向高さＢを、プライ最大巾高さＡの８０〜９０％とした種々のタイヤを試作し、転がり抵抗と前記内側エーペックス部８Ａにおける”Ｘ”、”Ｙ”との関係を調査した結果得られたものである。即ち、前記試作タイヤのうち、特に転がり抵抗の向上効果に優れているタイヤについての”Ｘ、”Ｙ”をプロットし、図４に略示するごとく、そのプロット群の上限側、下限側の各境界線の方程式を、回帰分析によって求めることにより、前記式（１）をうることができた。
各境界線の回帰式は以下のとおり。
Ｙ＝５５・ｅ^(-0.065X)−−−−上限側境界線
Ｙ＝５０・ｅ^(-0.085X)−−−−下限側境界線
【００３３】
そして、少なくとも、Ｘ＝０．３５Ａのときに、前記式（１）を充足するタイヤ、好ましくは０．２０Ａ≦Ｘ≦０．４０Ａの範囲で前記式（１）を充足するタイヤが、特に、転がり抵抗の低減効果に優れているのを究明しえたのである。
【００３４】
ここで、内側エーペックス部８Ａにおける前記Ｘ、Ｙの関係が、前記下限側境界線を外れると、ビード部４の剛性が減じて転がり抵抗を悪化させる傾向となり、逆に上限側境界線を外れると、発熱が高まり、転がり抵抗の悪化及び耐久性の低下を招く傾向となる。なお内側エーペックス部８Ａの半径方向外端のビードベースラインＢＬからの半径方向高さＢ２は、少なくとも０．４Ａ以上であれば、特に規制されることはなく、本例では、０．４６Ａ±０．０１Ａとしたものを例示を例示している。
【００３５】
又転がり抵抗を低減するためには、さらに、プライ折返し部６ｂの前記外端からプライ本体部６ａに下した垂線ｊ上におけるビードエーペックスゴム８の厚さＥを、前記プライ最大巾高さＡの１０〜１６％の範囲とするのも好ましい。これは、前記厚さＥが、プライ最大巾高さＡの１０％未満では、タイヤ側部領域での剛性が不十分となってエネルギー損失の抑制効果が過小となってしまうからであり、逆に１６％を越えると、剛性が過大となって、乗り心地性の低下を招く。このとき、プライ折返し部６ｂの前記外端からビード外表面までの厚さＦは、従来と同様であり、本例では９ｍｍ±１ｍｍの範囲に設定したものを例示している。
【００３６】
以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。
【００３７】
【実施例】
図１の構造をなすタイヤサイズが１１Ｒ２２．５のタイヤを表２の仕様に基づき試作するとともに、各試供タイヤの、ビード耐久性、転がり抵抗、操縦安定性についてテストし比較した。なお表３にカーカス及びベルト層の仕様を示す如く、表２以外は夫々同仕様とした。
【００３８】
（１）ビード耐久性：
ドラム試験機を用い、タイヤをリム（８．２５×２２．５）、内圧（７００ｋＰａ）、荷重（２６．７２ｋＮ×２．５）の条件下にて、速度２０ｋｍ／ｈで走行させ、ビード部に損傷が発生するまでの走行時間を、比較例１を１００とした指数で示した。値が大なほど耐久性に優れている。
【００３９】
（２）転がり抵抗：
転がり抵抗試験機を用い、タイヤをリム（７．５０×２２．５）、内圧（７００ｋＰａ）、荷重（２４．５２ｋＮ）、室温（２５℃±２℃）の条件下にて、転がり抵抗を測定し、比較例１を１００とした指数で示した。値が小なほど転がり抵抗が小さく良好である。
【００４０】
（３）操縦安定性：
タイヤをリム（７．５０×２２．５）、内圧（８００ｋＰａ）にて、２−Ｄ−４の１０トン定積載のテスト車両の全輪に装着して乗り心地、ハンドル応答性、剛性感等に関する特性をドライバーの官能評価により、比較例１を６とする１０点法で評価した。値が大なほど操縦安定性に優れている。
【００４１】
【表２】

【００４２】
【表３】

【００４３】
表２の如く、実施例のタイヤは、ビード耐久性を向上しつつ転がり抵抗を減じかつ操縦安定性を高めうるのが確認できた。
【００４４】
【発明の効果】
本発明は叙上の如く構成しているため、ビード耐久性を損ねることなく転がり抵抗を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空気入りタイヤの一実施例を示す断面図である。
【図２】ビード部を拡大して示す断面図である。
【図３】ビード部を拡大して示す断面図である。
【図４】式（１）を説明する線図である。
【図５】従来のビード構造を説明する断面図である。
【符号の説明】
２トレッド部
３サイドウォール部
４ビード部
５ビードコア
６カーカス
６Ａカーカスプライ
６ａプライ本体部
６ｂプライ折返し部
８ビードエーペックスゴム
８Ａ内側エーペックス部
８Ｂ外側エーペックス部
９補強コード層
９ａ内片
９ｂ外片
ＢＬビードベースライン
Ｓ１斜面
Ｓ２底面

Claims

トレッド部からサイドウォール部をへてビード部のビードコアに至るプライ本体部に前記ビードコアの廻りでタイヤ軸方向内側から外側に折り返されるプライ折返し部を一連に設けたカーカスプライからなるカーカスと、前記ビードコアからタイヤ半径方向外方に先細状にのびるビードエーペックスゴムとを具える重荷重用タイヤであって、
前記ビードエーペックスゴムは、タイヤ半径方向外方に向かってタイヤ軸方向外側から内側に傾く斜面を有する断面小三角形状をなす硬質のゴムからなる内側エーペックス部と、前記斜面に接する底面からタイヤ半径方向外方にのびる軟質のゴムからなる外側エーペックス部とを具えるとともに、
前記外側エーペックス部の半径方向外端のビードベースラインからの半径方向高さＢは、前記プライ本体部の最大巾位置のビードベースラインからの半径方向高さＡの８０〜９０％、
しかも前記内側エーペックス部の、ビードベースラインからの半径方向高さＸの位置におけるタイヤ軸方向の厚さＹは、少なくとも前記半径方向高さＸが前記半径方向高さＡの３５％の位置において、次式（１）を充足していることを特徴とする重荷重用タイヤ。
５０・ｅ^(-0.085X)≦Ｙ≦５５・ｅ^(-0.065X) ---(1)
前記内側エーペックス部のタイヤ軸方向の厚さＹは、前記半径方向高さＸが前記半径方向高さＡの２０〜４０％の範囲において、前記式（１）を充足していることを特徴とする請求項１に記載の重荷重用タイヤ。
前記ビードエーペックスゴムは、前記プライ折返し部の半径方向外端からのプライ本体部への垂線上における厚さＥを、前記半径方向高さＡの１０〜１６％としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の重荷重用タイヤ。
前記ビード部に、前記プライ本体部の内側面に沿ってのびる内片と、この内片から前記ビードコアの半径方向内方を通ってプライ折返し部の外側面に沿って半径方向外方に立上がる外片とを有する補強コード層を設けるとともに、該補強コード層は、前記内片の半径方向外端のビードベースラインからの半径方向高さＤ１を、前記半径方向高さＡの２０〜５０％としたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の重荷重用タイヤ。