JP4385024B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

この発明は、略タイヤ幅方向に沿って延在する底辺を有する多角形ビードコアをビード部に埋設し、ビード部はビードヒールとビードトウとの間にわたって延びるビードベースを有する空気入りタイヤ、特に重荷重用タイヤに関し、かかるタイヤの耐リム滑り性と耐久性の双方の向上を図る。

トラックやバスなどの重荷重用タイヤに使用される空気入りタイヤは、所定のテーパ角をもつビードシートを有するリムに装着されるため、多角形断面を有するビードコアをその底辺がリムのビードシートと略平行となるようにビード部に埋設するとともに、ビードシートと略一致するテーパ角をビードベースに付与した構造となっている。しかし、このようなビード部構造をもつ空気入りタイヤでは、リムに取り付けてタイヤ車輪とし内圧を充填した状態において、ビード部とリムとの間の摩擦力に起因してビード部をビードコアの周りに回転させる力が作用するため、ビードトウがリムから浮き上がった状態になり、リムとの接触圧力が低下する傾向がある。この結果、ステアリング時、ブレーキング時、又は路面の凹凸の乗り越え時等に、タイヤとリムとのずれ（リム滑り）を誘発するという問題があった。

かかるリム滑りを防止するには、図４に示すように、ビード部を、ビードコア底辺とビードベースとの間をタイヤ径方向に沿って測定した距離のリム装着前後の差である締め代が大きくなるような形状とするのが一般的である。これにより、タイヤをリムに装着した際にビード部のゴム部材が圧縮弾性変形してタイヤとリムとの接触圧力を高まるからである。しかし、ビードヒールはリムフランジによって幅方向への変形が制限されているためゴム部材は径方向外側に向かって変形し、一方ワイヤーチェーファ、カーカス等の金属部材はビードコアにより固定されているため幅方向及び径方向のいずれにもほとんど変形しないので、ビードベース全体の締め代を一律に増大させた場合には、ゴム部材と金属部材の間で大きなせん断歪が生じ、ビードヒールでセパレーションが発生しやすいという問題があった。

ビードヒールのセパレーションを防止するには、前記のせん断歪を小さくする必要がある。そこで従来より、図５に示すように、ビードヒールの曲率半径を大きくして、ビードヒール近傍のゴム量を減らすとともに、ビードベースの幅方向外側部分とリムのビードシートとの間の接触圧力を減らすことにより、ゴム部材と金属部材の間のせん断歪を低減してビードヒールでのセパレーションを抑制することが行われている。かかるタイヤは使用初期のビードヒールのセパレーションを抑制することはできるが、ビード部とリムフランジとの間に比較的大きな空隙Ｓが発生するため、タイヤを長期間使用した場合に、ビード部のゴム部材が劣化してこの空隙Ｓを埋めるような変形、いわゆるヘタリを生じる結果、幅方向外方に向かってゴム部材と金属部材の間のせん断歪が増加し、やはりセパレーションが発生しやすいという問題があった。

かかる問題を解決するため、例えば特開２００１−２３９８１２号公報にはベースラインを屈曲させてビードトウ部側のテーパ角をビードヒール部側のテーパ角よりも大きくするとともに、ビードトウ部のタイヤ内面側にビード部に沿って凹部を形成した空気入りタイヤが記載されている。また特開２００１−１５０９１３号公報にはビードコア中心直下におけるコンプレッション量を１〜５ｍｍとし、ビードコア中心直下よりもトウ先側のコンプレッション量の最大値をビードコア中心直下におけるコンプレッション量の１．１５〜１．６５倍とした空気入りタイヤが記載されている。かかるタイヤによればリム滑りを防止することができる。しかしかかるタイヤは、ビードヒールのセパレーションを有効に防止するために、ビードヒール側の形状の適正化がなされていない。

また特開２００１−２１３１２５号公報にはタイヤのリム組み姿勢でビードコアの横断中心を通るラジアル線分に対し、それよりビードヒール側に位置して、リムのビードシートで押し退け変形されるゴムチェーファの体積に対する、リムのビードシートとリムフランジが連続する隅部にあって、リム組みによって押し退け変形されたゴムチェーファを受容するスペースの容積の比を０．３〜０．８の範囲として、ビードヒール対応域でのせん断変形を小さくし、ゴムチェーファのセパレーションを防止した空気入りタイヤが記載されている。しかしかかるタイヤは、リム滑りを有効に防止するために、ビードトウ側の形状の適正化がなされていない。

したがって、この発明の目的はビードベースの形状の適正化を図ることにより、タイヤの耐リム滑り性と耐久性の双方を向上させた空気入りタイヤを提供することにある。

上記の目的を達成するため、この発明は略タイヤ幅方向に沿って延在する底辺を有する多角形ビードコアをビード部に埋設し、該ビード部はビードヒールとビードトウとの間にわたって延びるビードベースを有する空気入りタイヤにおいて、タイヤ幅方向断面にて、ビードコア底辺の外端点、幅方向中心点及び内端点からそれぞれタイヤ径方向内側に向かって延ばした直線とビードベースとの交点を第１ベース点、第２ベース点及び第３ベース点とし、締め代が最大となるビードベース上の点を最大変位点するとき、最大変位点は、第３ベース点を中心としビードコア底辺の幅の２５％以下の範囲にあり、最大変位点における締め代が第２ベース点における締め代の１．１〜１．３倍であり、ビードベースは、少なくともビードヒールと第１ベース点とにわたって延びかつ標準リムのビードシートのテーパ角と一致又は３°以下の範囲だけ大きいテーパ角をもつ第１テーパ部を有することを特徴とする空気入りタイヤである。

なお、ここでいう「略タイヤ幅方向」とはタイヤ幅方向とのなす角が０〜２０°、好ましくはタイヤ幅方向とのなす角が０〜１０°の範囲の方向をいうものとし、「締め代」とはビード部を、ビードコア底辺とビードベースとの間をタイヤ径方向に沿って測定した距離のリム装着前後の差をいうものとし、「標準リム」とはＪＡＴＭＡ、ＴＲＡ、ＥＴＲＴＯ等の、タイヤが製造、販売、又は使用される地域において有効な工業基準、規格等に規定される標準リム（または、”Ａｐｐｒｏｖｅｄ Ｒｉｍ”、”Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ Ｒｉｍ”）をいうものとする。

またビードベースは、最大変位点から幅方向外側に向かって延びかつ標準リムのビードシートのテーパ角より１０〜１４°大きいテーパ角をもつ第２テーパ部と、最大変位点から幅方向内側に向かって延びかつ標準リムのビードシートのテーパ角と一致又はこれより５°以下の範囲だけ小さいテーパ角をもつ第３テーパ部とをさらに有することが好ましい。

さらに第１テーパ部の幅方向内側に第２テーパ部が連続することが好ましく、この場合には第１テーパ部と第２テーパ部が第２ベース点で接することがさらに好ましい。

さらにまた第３ベース点の幅方向外側に最大変位点が位置することが好ましい。

加えて第１ベース点における締め代が第２ベース点における締め代の０．７〜１．０倍であることが好ましい。

加えてまた標準リムに装着した状態にて、ビード部とリムとの接触圧力は、第１ベース点において第２ベース点の０．６〜０．８倍であり、第３ベース点において第２ベース点の０．８〜１．０倍であることが好ましい。

また標準リムに装着した状態にて、ビードコア底辺の外端点からタイヤ幅方向外側に向かって延ばした直線、ビードコア底辺の外端点からタイヤ径方向内側に向かって延ばした直線、及びタイヤの外輪郭線によって画定される面積は、前記２直線及びリムの外輪郭線によって画定される面積の０．９３〜０．９７倍であることが好ましい。

図１は、この発明に従う代表的な空気入りタイヤのビード部のタイヤ幅方向断面図である。 図２は、図１のタイヤのビード部を、標準リムＲに装着した状態で示すタイヤ幅方向断面図である。 図３は、図２のビード部のビードヒール近傍の拡大図である。 図４は、従来技術に従うタイヤのビード部を、標準リムＲに装着した状態で示すタイヤ幅方向断面図である。 図５は、従来例のタイヤのビード部を、標準リムＲに装着した状態で示すタイヤ幅方向断面図である。

以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の形態を説明する。図１はこの発明に従う代表的な空気入りタイヤ（以下「タイヤ」という。）のビード部のタイヤ幅方向断面図であり、図２は標準リムＲに装着した状態の図１のタイヤのビード部のタイヤ幅方向断面図である。

ビード部１には、略タイヤ幅方向に沿って延在する底辺２を有する多角形ビードコア３が埋設されている。またビード部１はビードヒール４とビードトウ５との間にわたって延びるビードベース６を有する。さらにビードコア３の周りにはカーカス７が巻き返して配設されている。かかるビード部１において、ビードコア底辺２の外端点Ｃ_Ｏ、幅方向中心点Ｃ_Ｍ及び内端点Ｃ_Ｉからそれぞれタイヤ径方向内側に向かって延ばした直線ｌ_１、ｌ_２、ｌ_３とビードベース６との交点を第１ベース点８、第２ベース点９及び第３ベース点１０とし、締め代ｔが最大となるビードベース６上の点を最大変位点１１する。

そしてこの発明の構成上の主な特徴は、最大変位点１１が第３ベース点１０を中心としビードコア底辺の幅ｗの２５％以下の範囲にあり、最大変位点１１における締め代ｔ_ａが第２ベース点９における締め代ｔ_ｂの１．１〜１．３倍であり、ビードベース６は、少なくともビードヒール４と第１ベース点８とにわたって延びかつ標準リムＲのビードシートのテーパ角θ_ＢＳと一致又は３°以下の範囲だけ大きいテーパ角θ_１をもつ第１テーパ部１２を有することにある。

以下、この発明が上記構成を採用するに至った経緯を作用とともに説明する。
上記のとおり、耐リム滑り性を改善するには、ビート部を締め代が大きくなるような形状とするのが一般的であった。かかるタイヤをリムＲに装着したときのビード部１０１のタイヤ幅方向断面は図４のようになる。ビード部１０１のゴム部材はリムＲのビードシートＢＳにより押圧され圧縮変形する。この際、ビード部１０１のゴム部材のビードトウ１０５側は自由端となっているので、矢印Ａで示すように、幅方向内方に向かって大きく押し退け変形し、ビードコア１０３の下方はビードコア１０３とビードシートＢＳとに挟まれているので接触圧力が高くなり、ビードヒール１０４側はリムＲのリムフランジＲＦにより固定端となっているので幅方向に押し退け変形することができず、矢印Ｂで示すように、径方向外方に向かって大きく逃げ変形する。このときの接触圧力の分布は図４に示すようになる。このようにビード部１０１のゴム部材のビードヒール１０４側は径方向外方に大きく変形するが、これに接する金属部材、図４ではカーカス１０７はビードコア１０３により固定されている上、それ自体はほとんど変形を行わないため、ゴム部材と金属部材の間にせん断歪が増大し、ゴム部材と金属部材の間でセパレーションが発生しやすいという問題があった。

かかるセパレーションの発生を防止するため、図５に示すように、ビードヒール１０４側のゴム部材の使用量を減らしたタイヤが知られている。しかし、かかるタイヤにおいては、ビード部１０１とリムフランジＲＦとの間の間隙Ｓが比較的大きいため、タイヤを長期間使用した場合には、矢印Ｃで示すように、ゴム部材にヘタリが発生して間隙Ｓを埋めるように変形する。この結果、ゴム部材と金属部材の間にせん断歪が増大し、ゴム部材と金属部材の間でセパレーションが発生しやすいという問題があった。

リム滑りの原因としては、ビード部とリムとの間の摩擦力に起因してビード部をビードコアの周りに回転させる力が作用するため、ビードトウがリムから浮き上がった状態になり、リムとビード部との接触圧力が低下し、リム滑りが発生することが知られている。発明者がリム滑りとセパレーションの発生の機構についてさらに研究を重ねたところ、リム滑りには第３ベース点付近、より具体的には第３ベース点を中心としビードコア底辺の幅の２５％以下の範囲の接触圧力が大きく寄与しており、一方セパレーションには第１ベース点より幅方向外側の接触圧力が大きく寄与しているとの知見を得た。そこで発明者は、ビードトウ側の締め代を大きくして接触圧力を増大させながら、ビードヒール側のゴム部材の使用量をヘタリの発生しない限度内で減らして接触圧力を低減すれば、ビードヒール側のせん断歪の増大を伴うことなく、リム滑りを有効に防止することができるとの着想を得た。しかし、前記のようにビード部とリムフランジの間の空隙が大きいと、長期間使用した場合にセパレーションが発生するおそれがある。そこで発明者は、ビードベース６を、第３ベース点１０を中心としビードコア底辺２の幅ｗの２５％以下の範囲に最大変位点１１が位置するとともに、少なくともビードヒール４と第１ベース点８とにわたって延びる第１テーパ部１２が通常のタイヤと同様に標準リムのビードシートのテーパ角と略一致するテーパ角θ_１を有する形状とすれば、図２に示すように、第３ベース点１０付近の接触圧力は増加するが、第１ベース点８より幅方向外方の接触圧力は減少するとともに、ビード部とリムフランジの間の空隙は比較的小さくなる結果、耐リム滑り性と耐久性の双方を向上させることができることを見出し、この発明を完成させるに至ったのである。

この際、最大変位点１１における締め代ｔ_ａを第２ベース点９における締め代ｔ_ｂの１．１〜１．３倍とする。締め代ｔ_ａが締め代ｔ_ｂの１．１倍未満の場合には最大変位点１１における接触圧力が不足しリム滑りを有効に抑制できないからであり、１．３倍を超える場合にはリム組み性の悪化が懸念されるからである。

さらに、第１テーパ部１２のテーパ角θ_１を標準リムのビードシートのテーパ角θ_ＢＳと一致又は３°以下の範囲だけ大きくする。θ_１が標準リムのビードシートのテーパ角θ_ＢＳより小さい場合にはエア漏れの発生が懸念されるからであり、標準リムのビードシートのテーパ角θ_ＢＳより３°を超えて大きい場合にはビード部１とリムフランジＲＦとの間の空隙が過大となり、長期間使用時にゴム部材にヘタリが発生して、ゴム部材と金属部材のセパレーションを有効に抑制できないからである。

またビードベース６は、最大変位点１１から幅方向外側に向かって延びかつ標準リムのビードシートのテーパ角θ_ＢＳより１０〜１４°大きいテーパ角θ_２をもつ第２テーパ部１３と、最大変位点１１から幅方向内側に向かって延びかつ標準リムのビードシートのテーパ角θ_ＢＳと一致又はこれより５°以下の範囲だけ小さいテーパ角θ_３をもつ第３テーパ部１４とをさらに有することが好ましい。かかる第２テーパ部１３を有することにより、リム滑りに大きく寄与する、第３ベース点１０を中心としたビードコア底辺の幅の２５％以下の範囲の接触圧力の分布が比較的フラットなものとなり、耐リム滑り性が一層向上するからである。またθ_３＞θ_ＢＳの場合にはリム組み性の悪化が懸念されるからであり、θ_３＜θ_ＢＳ−５°の場合にはエア漏れの発生が懸念されるからである。

さらに第１テーパ部１２の幅方向内側に第２テーパ部１３が連続することが好ましい。このように第１テーパ部１２と第２テーパ部１３が連続して延びることにより第１テーパ部１２の幅方向内側の接触圧力の減少を防ぐことができるからである。この場合には第１テーパ部１２と第２テーパ部１３が第２ベース点９で接することがさらに好ましい。局所的に接触圧力が上昇することを防止でき、第１テーパ部１２と第２テーパ部１３の接触圧力の分布が比較的フラットなものとなり、対リム滑り性が一層向上するからである。

さらにまた第３ベース点１０の幅方向外側に最大変位点１１が位置することが好ましい。このようにビードコア底辺２の下方に最大変位点１１を位置させると、リムに装着した際に最大変位点１１がビードコア底辺２とリムの間に挟まれるので、接触圧力をより有効に増大させることができるからである。

加えて第１ベース点８における締め代ｔ_ｃが第２ベース点９における締め代ｔ_ｂの０．７〜１．０倍であることが好ましい。締め代ｔ_ｃが締め代ｔ_ｂの０．７倍未満の場合にはエア漏れの発生が懸念されるからであり、１．０倍を超える場合にはビードヒール４側の接触圧力が過大となり、ゴム部材と金属部材との間のせん断歪が増加してセパレーションが発生するおそれがあるからである。

加えてまた標準リムＲに装着した状態にて、ビード部１とリムＲとの接触圧力は、第１ベース点８において第２ベース点９の０．６〜０．８倍であり、第３ベース点１０において第２ベース点９の０．８〜１．０倍であることが好ましい。接触圧力が第１ベース点８において第２ベース点９の０．６倍未満の場合にはリム滑りの抑制に有効な比較的フラットな接触圧力の分布が得られないからであり、０．８倍を超える場合にはビードヒール４側の接触圧力が過大となり、ゴム部材と金属部材との間のせん断歪が増加してセパレーションが発生するおそれがあるからである。また接触圧力が第３ベース点１０において第２ベース点９の０．８倍未満の場合には第３ベース点１０における接触圧力が不足しリム滑りを有効に抑制できないからでありからであり、１．０倍を超える場合にはリム組み性が悪化する懸念があるからである。

図３は図２のビード部のビードヒール近傍の拡大図である。ビード部１を標準リムＲに装着した状態にて、ビードコア底辺２の外端点Ｃ_Ｏからタイヤ幅方向外側に向かって延ばした直線ｌ_４、ビードコア底辺２の外端点Ｃ_Ｏからタイヤ径方向内側に向かって延ばした直線ｌ_１、及びタイヤの外輪郭線ｌ_Ｔによって画定される面積Ｓ_１と、直線ｌ_１、ｌ_Ｔ及びリムＲの外輪郭線ｌ_Ｒによって画定される面積Ｓ_２との比である空隙率Ｓ_１／Ｓ_２が０．９３〜０．９７であることが好ましい。空隙率Ｓ_１／Ｓ_２が０．９３未満の場合にはゴム部材のヘタリが生じる結果、ゴム部材と金属部材の間のせん断歪が大きくなってセパレーションが生じやすくなるからであり、０．９７を超える場合にはリム組み性が悪化する懸念があるからである。

なお、上述したところは、この発明の実施態様の一部を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。例えば、カーカスをワイヤーチェーファ等の補強層で覆ってもよい。また図１では第１テーパ部、第２テーパ部及び第３テーパ部のそれぞれを断面が直線状であり、かつこれらを折れ線状に連結した例を示したが、第１テーパ部、第２テーパ部及び第３テーパ部のそれぞれの断面は曲線状であってもよく、これらを曲線状に連結してもよい。

次に、この発明に従うタイヤを試作し、性能評価を行ったので、以下に説明する。

実施例のタイヤは、タイヤサイズが５５／８０Ｒ６３の重荷重用タイヤであり、底辺が４５ｍｍの六角ビードコアをビード部に埋設しており、最大変位点が第３ベース点と一致しており、ビードヒールと第２ベース点との間にわたってテーパ角が８°の第１テーパ部が延び、第２ベース点と第３ベース点の間にわたってテーパ角が１７°の第２ベース点が延び、第３ベース点とビードトウとの間にわたってテーパ角が０°の第３ベース点が延び、表１に示す諸元を有する。

比較のため、タイヤサイズ、ビードコアが実施例のタイヤと同じであり、表１に示す諸元を有し、図５に示すようなビードベース形状を有するタイヤ（従来例）についても併せて試作した。

前記各供試タイヤをＴＲＡに定められた標準リム（サイズ：４１．００×５．０、テーパ角：５°）に取り付けてタイヤ車輪とし、６００ｋＰａ（相対圧）の内圧を適用し、次の各試験を行った。

１．耐リム滑り性
無負荷状態の前記タイヤ車輪のタイヤのビードベースとリムのビードシートとの間にシート状の圧力センサーを貼り付け、発生する接触圧力の分布を測定し、この測定値の総和から圧縮力を算出して耐リム滑り性を評価した。評価結果を表１に示す。

２．耐久性
前記タイヤ車輪をタイヤ負荷荷重：９２０〜１５００ｋＮ、走行速度：８ｋｍ／ｈの条件下でドラム試験機上を走行させ、１０４０ｋｍ走行後に発生したビードヒールのセパレーションの長さを測定し、この測定値から耐久性を評価した。評価結果を表１に示す。

なお、表１の評価結果の数値はいずれも、従来例を１００としたときの指数比で示してあり、数値の大きいほど性能が優れている。

表１に示す結果から、実施例のタイヤは従来例のタイヤに比べて耐リム滑り性及び耐久性に優れていることが分かる。

この発明により、ビードベースの形状の適正化を図り、タイヤの耐リム滑り性と耐久性の双方を向上させた空気入りタイヤを提供することが可能となった。

Claims (8)

1. 略タイヤ幅方向に沿って延在する底辺を有する多角形ビードコアをビード部に埋設し、該ビード部はビードヒールとビードトウとの間にわたって延びるビードベースを有する空気入りタイヤにおいて、
   タイヤ幅方向断面にて、ビードコア底辺の外端点、幅方向中心点及び内端点からそれぞれタイヤ径方向内側に向かって延ばした直線とビードベースとの交点を第１ベース点、第２ベース点及び第３ベース点とし、締め代が最大となるビードベース上の点を最大変位点するとき、
   最大変位点は、第３ベース点を中心としビードコア底辺の幅の２５％以下の範囲にあり、
   最大変位点における締め代が第２ベース点における締め代の１．１〜１．３倍であり、
   ビードベースは、少なくともビードヒールと第１ベース点とにわたって延びかつ標準リムのビードシートのテーパ角と一致又は３°以下の範囲だけ大きいテーパ角をもつ第１テーパ部を有することを特徴とする空気入りタイヤ。
2. ビードベースは、最大変位点から幅方向外側に向かって延びかつ標準リムのビードシートのテーパ角より１０〜１４°大きいテーパ角をもつ第２テーパ部と、最大変位点から幅方向内側に向かって延びかつ標準リムのビードシートのテーパ角と一致又はこれより５°以下の範囲だけ小さいテーパ角をもつ第３テーパ部とをさらに有する請求項１記載の空気入りタイヤ。
3. 第１テーパ部の幅方向内側に第２テーパ部が連続する請求項２記載の空気入りタイヤ。
4. 第１テーパ部と第２テーパ部が第２ベース点で接する請求項３記載の空気入りタイヤ。
5. 第３ベース点の幅方向外側に最大変位点が位置する請求項１〜４のいずれか一項に記載の空気入りタイヤ。
6. 第１ベース点における締め代が第２ベース点における締め代の０．７〜１．０倍である請求項１〜５のいずれか一項記載の空気入りタイヤ。
7. 標準リムに装着した状態にて、ビード部とリムとの接触圧力は、第１ベース点において第２ベース点の０．６〜０．８倍であり、第３ベース点において第２ベース点の０．８〜１．０倍である請求項１〜６のいずれか一項記載の空気入りタイヤ。
8. 標準リムに装着した状態にて、ビードコア底辺の外端点からタイヤ幅方向外側に向かって延ばした直線、ビードコア底辺の外端点からタイヤ径方向内側に向かって延ばした直線、及びタイヤの外輪郭線によって画定される面積は、前記２直線及びリムの外輪郭線によって画定される面積の０．９３〜０．９７倍である請求項１〜７のいずれか一項記載の空気入りタイヤ。

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