JP4307226B2

JP4307226B2 - 空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP4307226B2
Application number: JP2003404283A
Authority: JP
Inventors: 鶴田　　誠
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2003-12-03
Filing date: 2003-12-03
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2023-12-03
Also published as: JP2005162022A

Description

この発明は、ビードコア近傍のカーカス層の外側に補強層を重ね合わせた空気入りタイヤに関する。

一般に、空気入りタイヤが荷重負荷を受けながら転動しているとき、カーカス層の折返し部の半径方向外端には、以下に説明するような理由により大きな歪みが発生するが、この歪みにより該部位に亀裂が生じるとともに、この亀裂が時間の経過と共に円周方向に進展して互いに繋がり、ビード部破壊に至ることがあった。ここで、前記歪み発生の理由の一つは、トレッドの接地部分に対応するサイドウォール部、ビード部はタイヤ幅方向外側に向かって大きく撓むが、この撓み変形が前記折返し部の半径方向外端に圧縮として伝達されることである。また、他の理由としては、トレッド接地部分の踏み込み部と蹴り出し部において、ベルト層の周方向への変形の影響を受けてサイドウォール部が円周方向に大きく変形し、この変形が前記折返し部の半径方向外端に周方向の剪断として伝達されることであり、さらに、もう一つ他の理由としては、タイヤ内への内圧充填によりカーカス層（折返し部の半径方向外端）が本体部側に引き抜かれようとすることである

前述のような問題を解決するため、例えば以下の特許文献１に記載されているように、ビードコア近傍のカーカス層の外側に、内部にタイヤ円周線に対して傾斜した多数本のスチールコードが埋設されている補強層を重ね合わせて配置するとともに、前記折返し部に重なり合っている補強層の外側部の半径方向外端を折返し部の半径方向外端よりある程度の距離だけ半径方向外側に位置させるようにした空気入りタイヤが提案された。
特開２００３−１９１７２３号公報

このものは、前述のように構成することで、折返し部の半径方向外端に発生する歪みを補強層の外側部の半径方向外端で代わりに受けるようにしているが、このような補強層の場合にも前記歪みにより該外側部の半径方向外端に亀裂が発生する。しかしながら、このものにおいては、前記亀裂は補強層内のスチールコードに沿って傾斜しながら半径方向内側に向かって進展し、コードから離れることがないため、ビード部耐久性が向上するのである。

しかしながら、近年、空気入りタイヤの偏平化、重荷重化、ロングライフ化（更生回数の増加）が進んできたことから、前述のような構成の空気入りタイヤではビード部耐久性を充分に向上させることができなくなってきた。その理由は、前述した空気入りタイヤの偏平化、重荷重化によりスチールコードに沿っての亀裂進展速度が上昇する一方、ロングライフ化により空気入りタイヤへの入力回数が増加することで、前記亀裂が従来より早期にカーカス層の折返し部の半径方向外端に到達するようになったが、このように亀裂が折返し部の半径方向外端に到達すると、該亀裂はスチールコードから離れて円周方向に進展しながら互いに繋がり、ビード部破壊に至ってしまうからである。

このような事態を解決するために、本発明者は補強層の外側部をさらに半径方向外側に向かって延長させ、亀裂の進展可能距離（スチールコードの半径方向外端からカーカス層の折返し部の半径方向外端までのスチールコードの長さ）を長くすることで対処しようしたが、リム径位置から該外側部の半径方向外端までの距離を大きくし過ぎると、スチールコードが折損してしまう現象が発生し、逆にビード部耐久性が低下する事態を招いた。

このため、本発明者は前述のスチールコード折損のメカニズムを解明すべく鋭意研究を行い、負荷転動によってトレッド接地部分（荷重直下から若干ずれた位置）に対応する補強層の外側部に半径方向の大きな圧縮力が加わり、これにより、該補強層内のスチールコードが座屈していることを知見した。ここで、このようなスチールコードの折損を防止するには、スチールコード（補強層）の曲げ剛性を高くすればよいが、この曲げ剛性を高くし過ぎると、圧縮変形に対して補強層の半径方向外端近傍でスチールコードがしなやかに追従変形することができず、この結果、スチールコードに大きな圧縮力が作用してスチールコードに沿っての亀裂の進展速度が大幅に上昇し、これまた、ビード部耐久性が低下してしまうのである。

このため、本発明者はさらに研究を行い、スチールコードの折損を抑制しながらスチールコードに沿っての亀裂進展速度を低下させることができる適正な数値範囲を見出した。

この発明は、スチールコードの折損を抑制しながらスチールコードに沿っての亀裂進展速度を低下させ、これにより、ビード部耐久性を効果的に向上させることができる空気入りタイヤを提供することを目的とする。

このような目的は、一対のビードコアと、これらビードコア間に配置されたトロイダル状の本体部およびビードコアの回りに内側から外側に向かって巻き上げられた折返し部からなり、内部に多数本の補強コードが埋設されたカーカス層と、ビードコア近傍のカーカス層の外側に重ね合わされ、内部にタイヤ円周線に対して傾斜した多数本のスチールコードが埋設されている補強層と、前記本体部の半径方向外側に配置されたベルト層およびトレッドとを備え、前記折返し部に重なり合っている補強層の外側部の半径方向外端を折返し部の半径方向外端より半径方向外側に位置させた空気入りタイヤにおいて、リム径位置から補強層の外側部の半径方向外端までの半径方向距離Ｌを、空気入りタイヤのタイヤ高さＨで除した値をＢとしたとき、前記補強層のトリート曲げ剛性Ｍを前記値Ｂの２乗で除した値Ｆを0.10〜0.50の範囲内とすることにより達成することができる。

本願発明においてはリム径位置から補強層の外側部の半径方向外端までの半径方向距離Ｌをタイヤ高さＨで除した値をＢとしたとき、前記補強層のトリート曲げ剛性Ｍを前記値Ｂの２乗で除した値Ｆを0.10以上としているが、このようにすれば、補強層内のスチールコードの座屈による折損を防止しながら、亀裂の進展可能距離を長くすることができる。ここで、前記値Ｆが0.50を超えると、前述のように圧縮変形に対してスチールコードが追従変形できなくなり、これにより、スチールコードに沿っての亀裂の進展速度が大幅に上昇してしまうため、本願発明では、前記値Ｆを0.50以下としている。このようなことから、空気入りタイヤの偏平化、重荷重化、ロングライフ化に対抗してビード部耐久性を効果的に向上させることができる。

また、請求項２に記載のように構成すれば、亀裂を確実にスチールコードに沿って進展させることができる。
さらに、請求項３に記載のように構成すれば、スチールコードに沿って進展する亀裂がカーカス層の折返し部の半径方向外端に到達するまでの時間を長くし、ビード部破壊を効果的に遅延させることができる。
また、請求項４に記載のように構成すれば、振動乗り心地性を悪化させることなく、カーカス層の折返し部の引き抜けを効果的に抑制することができる。
さらに、請求項５に記載のように構成すれば、補強層の内側部によってカーカス層の折返し部の半径方向外端部における周方向の剪断変形を抑制することができる。

以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１、２において、11はトラック・バス等に装着される偏平な重荷重用空気入りラジアルタイヤであり、この空気入りタイヤ11はビードコア12がそれぞれ埋設された一対のビード部13と、これらビード部13から略半径方向外側に向かってそれぞれ延びるサイドウォール部14と、これらサイドウォール部14の半径方向外端同士を連結する略円筒状のトレッド部15とを備えている。

そして、この空気入りタイヤ11は、前記一対のビードコア12間に配置され、略トロイダル状に延びてサイドウォール部14、トレッド部15を補強する本体部18と、該本体部18の両端からビードコア12の回りを内側から外側に向かって巻上げられた折返し部19とからなるカーカス層20を有する。ここで、前記カーカス層20は少なくとも１枚、ここでは１枚のカーカスプライ21から構成され、このカーカスプライ21の内部には実質上ラジアル方向（子午線方向）に延びる非伸張性の補強コード22、例えばスチールコードが多数本埋設されている。

24はカーカス層20の本体部18の半径方向外側に配置されたベルト層であり、このベルト層24は少なくとも２枚（ここでは４枚）のベルトプライ25を積層することで構成され、各ベルトプライ25の内部には、例えばスチール、アラミド繊維からなる非伸張性の補強コードが多数本埋設されている。そして、これらベルトプライ25に埋設されている補強コードはタイヤ赤道面に対して10〜60度の傾斜角で傾斜するとともに、少なくとも２枚のベルトプライ25においてタイヤ赤道面に対する傾斜方向が逆方向である。また、前記カーカス層20の本体部18およびベルト層24の半径方向外側にはトレッド26が配置されている。

29はビードコア12近傍のカーカス層20の外側に重ね合わされた状態で該カーカス層20に沿って延びる、通常ワイヤチェーファーと呼ばれる補強層であり、この補強層29は少なくとも１枚（ここでは１枚）の補強プライ30から構成されている。そして、この補強層29の内部にはタイヤ円周線Ｃに対して同一角度で傾斜した多数本のスチールコード31が埋設されている。

ここで、前記補強層29はビードコア12の直下から折返し部19の外側（幅方向外側）を略半径方向外側に向かって該折返し部19に重なり合いながら延びる外側部32と、ビードコア12の直下から本体部18の外側（幅方向内側）を略半径方向外側に向かって該本体部18に重なり合いながら延びる内側部33とから構成されている。

そして、前記補強層29の外側部32の半径方向外端32ａはカーカス層20の折返し部19の半径方向外端19ａより半径方向外側に位置させている。その理由は、このようにすると、負荷転動時に発生する歪みが前記折返し部19の半径方向外端19ａから外側部32の半径方向外端32ａに移動するが、この歪みにより発生する亀裂は補強層29内のスチールコード31に沿って進展し、スチールコード31から離れることはないため、ビード部耐久性が向上するからである。

ここで、前記空気入りタイヤ11のタイヤ高さをＨ、リム径位置Ｓ（ビードヒール）から外側部32の半径方向外端32ａまでの半径方向距離をＬ、前記距離Ｌをタイヤ高さＨで除した値Ｌ／ＨをＢとしたとき、前記補強層29のトリート曲げ剛性Ｍを前記値Ｂの２乗で除した値Ｆ＝Ｍ／Ｂ² を0.10〜0.50の範囲内としている。その理由は、前記値Ｆが0.10未満であると、スチールコード31が圧縮力により座屈をして折損してしまうからであり、一方、値Ｆが0.50を超えると、圧縮変形に対してスチールコード31が追従変形できなくなり、これにより、スチールコード31に沿っての亀裂の進展速度が大幅に上昇してしまうからである。

これに対し、前述のように値Ｆを0.10〜0.50の範囲内とすれば、補強層29内のスチールコード31の座屈による折損を防止しながら、亀裂の進展可能距離を長くするとともに、その進展速度を低下させることができ、これにより、空気入りタイヤ11の偏平化、重荷重化、ロングライフ化に拘わらずビード部耐久性を効果的に向上させることができる。ここで、前記Ｆの値を0.15〜0.40の範囲内とすると、前述の効果がより顕著となり、好ましい。

ここで、補強層29のトリート曲げ剛性Ｍとは、１本のスチールコード31の曲げ剛性に50mm当たりのコード打込み本数を乗じた値であり、単位としてはＮ・ｍ² である。なお、コードの曲げ剛性に関しては、以下の数１に示した式、即ち、良く知られているコードの曲げ剛性の簡易モデル計算式に従う。ここで、スチールコード31が複撚り構造の場合には、重ね梁の原理に従い、それぞれの層における曲げ剛性値を足し合わせた値を１本のスチールコード31の曲げ剛性とする。

前記式において、Ｎは各層当たりのフィラメント本数、αはフィラメントの撚り角（ tanα＝Ｐ／２πＲ、ここでＲはスチールコードを構成する各層の外接円の直径）、Ｅはフィラメントのヤング率（縦弾性係数）、Ｇはフィラメントの横弾性係数、Ｉは断面２次モーメント（Ｉ＝πｄ⁴ ／64、Ｉp ＝πｄ⁴ ／32）、ｄはフィラメントの直径、μf はフィラメントのポアソン比である。

また、前記補強層29に埋設されているスチールコード31のタイヤ円周線Ｃに対する傾斜角度θは10〜40度の範囲内とすることが好ましい。その理由は、前記傾斜角度θを10〜40度の範囲内とすれば、亀裂を確実にスチールコード31に沿って進展させることができるからである。また、前記リム径位置Ｓから折返し部19の半径方向外端19ａまでの半径方向距離をＪとしたとき、前記距離Ｌから距離Ｊを減じた距離Ｑを10mm以上とすることが好ましい。その理由は、距離Ｑを10mm以上とすると、スチールコード31に沿って進展する亀裂が折返し部19の半径方向外端19ａに到達するまでの時間が長くなり、これにより、ビード部破壊を効果的に抑制することができるからである。

このように距離Ｑが10mm以上であるとき、前記距離Ｌをタイヤ高さＨで除した値Ｂ＝Ｌ／Ｈを0.10〜0.40の範囲内とすることが好ましい。その理由は、前記値Ｂが 0.10未満であると、折返し部19の半径方向高さが非常に低くなり、この結果、該折返し部19が内圧により引き抜かれ易くなるからであり、一方、0.40を超えると、補強層29によってサイドウォール部14の剛性が高くなり、振動乗り心地性が悪化するからである。ここで、前記Ｂの値を0.15〜0.30の範囲内とすると、前述の効果がより顕著となり、より好ましい。

さらに、前記折返し部19の半径方向外端19ａからカーカス層20の本体部18に対して垂線Ｕを下ろしたとき、補強層29の内側部33の半径方向外端33ａを、前記垂線Ｕと本体部18との交点Ｖより半径方向外側に位置させることが好ましい。その理由は、このようにすると、補強層29の内側部33によって折返し部19の半径方向外端部が拘束され、これにより、折返し部19の半径方向外端部における周方向の剪断変形を抑制することができるからである。

次に、試験例について説明する。この試験に当たっては、以下の表１に示す諸元の比較例１〜４および供試例１〜１１を準備した。ここで、前述した比較、供試例のタイヤサイズは275/70Ｒ22.5であり、適用リムは8.25×22.5であった。次に、前述したタイヤを適用リムに装着した後、最大空気圧 900ｋPaを充填するとともに、最大負荷能力の 1.5倍である46.3ｋＮの荷重を作用させながら、速度60km/hで半径 1.7ｍのドラム上をビード部に故障が発生するまで連続走行させ、故障発生までの距離を測定した。その結果を以下の表１に指数で表示したが、ここで、指数100は実際には 18,000kmであった。また、このような各タイヤを国産乗用車に装着した後、テストコースを走行し、各タイヤの振動乗り心地性をドライバーによるフィーリングで評価したが、供試例１０のみが比較例１より若干低い値となった。

なお、この表１において、曲げ剛性Ｍは１本のスチールコードの曲げ剛性に50mm当たりのコード打込み本数を乗じたトリート曲げ剛性Ｍのこと、値Ｂは半径方向距離Ｌをタイヤ高さＨで除した値のこと、値Ｆはトリート曲げ剛性Ｍを前記値Ｂの２乗で除した値のこと、距離Ｑは距離Ｌから距離Ｊを減じた距離のことで、単位はmm、距離Ａは交点Ｖから内側部33の半径方向外端33ａまでの半径方向距離のことで、単位はmm、傾斜角度θはスチールコード31のタイヤ円周線Ｃに対する傾斜角度のことで、単位は度である。

なお、前述の実施形態においては、この発明をトラック・バス用の重荷重用空気入りラジアルタイヤに適用したが、この発明は乗用車用空気入りタイヤ、産業車両用の大型タイヤ等に適用することもできる。

この発明は、空気入りタイヤの産業分野に適用できる。

この発明の一実施形態を示す幅方向半断面図である。コードの配列状態を説明する展開図である。

符号の説明

11…空気入りタイヤ 12…ビードコア
18…本体部 19…折返し部
19ａ…半径方向外端 20…カーカス層
22…補強コード 24…ベルト層
26…トレッド 29…補強層
31…スチールコード 32…外側部
32ａ…半径方向外端 33…内側部
33ａ…半径方向外端Ｓ…リム径位置
Ｃ…タイヤ円周線Ｕ…垂線
Ｖ…交点

Claims

一対のビードコアと、これらビードコア間に配置されたトロイダル状の本体部およびビードコアの回りに内側から外側に向かって巻き上げられた折返し部からなり、内部に多数本の補強コードが埋設されたカーカス層と、ビードコア近傍のカーカス層の外側に重ね合わされ、内部にタイヤ円周線に対して傾斜した多数本のスチールコードが埋設されている補強層と、前記本体部の半径方向外側に配置されたベルト層およびトレッドとを備え、前記折返し部に重なり合っている補強層の外側部の半径方向外端を折返し部の半径方向外端より半径方向外側に位置させた空気入りタイヤにおいて、リム径位置から補強層の外側部の半径方向外端までの半径方向距離Ｌを、空気入りタイヤのタイヤ高さＨで除した値をＢとしたとき、前記補強層のトリート曲げ剛性Ｍを前記値Ｂの２乗で除した値Ｆを0.10〜0.50の範囲内としたことを特徴とする空気入りタイヤ。
前記補強層に埋設されているスチールコードのタイヤ円周線に対する傾斜角度θを10〜40度の範囲内とした請求項１記載の空気入りタイヤ。
リム径位置からカーカス層の折返し部の半径方向外端までの半径方向距離をＪとしたとき、前記距離Ｌから距離Ｊを減じた距離Ｑを10mm以上とした請求項１または２記載の空気入りタイヤ。
前記値Ｂを0.10〜0.40の範囲内とした請求項３記載の空気入りタイヤ。
カーカス層の折返し部の半径方向外端からカーカス層の本体部に対して垂線を下ろしたとき、該本体部に重なり合っている補強層の内側部の半径方向外端を前記垂線と本体部との交点より半径方向外側に位置させた請求項１〜４のいずれかに記載の空気入りタイヤ。