JP4390163B2 - タイヤのビードコア構造及び空気入りタイヤ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気入りタイヤのビード部のビードコア構造及びそのビードコア構造を有する空気入りタイヤに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、空気入りタイヤは、一対の環状のビード部とそのビード部から各々外周側へ延びるサイドウォール部とそのサイドウォール部の各々の外周側端同士を連ねるトレッド部とを備える。そして、図６に示すように、当該ビード部Ｂにはカーカス層２に囲まれたビードワイヤー３の集束体として形成されるビードコア１が配設される。このビードコア１は、タイヤを構成する部材の中で最も剛性の高いものであり、ビード部Ｂにおいてカーカス層２の端部を係止してこれを支え、タイヤのビード部ＢをリムＲ上に嵌着した状態に保つという役割を有する。
【０００３】
上記のビードコア１を構成するビードワイヤ３の本数およびその配置等は、タイヤサイズやタイヤ構造の違い等によって異なるが、例えば乗用車用タイヤの場合は、図６のように子午線断面において１９本のビードワイヤー３が長方形に近い形状で積層されたビードコア構造などが採用される。またバス、トラック用等の大型のタイヤの場合は、更に本数の多いビードコア構造が採用される。
【０００４】
このようなビードワイヤー３を積層して、図６のように配置する方法としては、複数列に配置した複数のビードワイヤー３をビードコア１の最内周から外周側に巻回して積層する方法（グロメット式）と、一本のビードワイヤー３をタイヤ軸方向にスライドさせながら巻回して、ビードコア１の最内周から外周側に１層づつ積層する方法（シングルストランド式）が、現在主流である。
【０００５】
そして、空気入りタイヤは、上記の如き構造を有するビードコアを配したビード部に、サイドウォール部とトレッド部とを一体化した未加硫原料を、所定の形状を有する成形型内で加圧成形し、加熱加硫する工程を経て生産される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来のビードコア構造では、上記の生産工程において、カーカス層の張力がビードコアに強い力でかかるため、各ビードワイヤーの配置が乱れ易く、それらが不均一な配置になったタイヤが得られ易い。その結果、ビードコアの剛性が不均一となり、タイヤの操縦安定性、乗り心地特性、タイヤのユニフォーミティ性能の低下の要因となっていた。更に、ビードコアの形状が長方形に近いため、走行時のタイヤの変形に際し、ビードコアの特定の部位に応力が集中し易く、ビード部の耐久性等が低くなるという懸念もあった。
【０００７】
一方、近年、タイヤの操縦安定性や乗り心地特性、生産効率の向上等の観点から、種々の形態のビードコア構造が提案されている。例えば、子午線断面におけるビードワイヤーの配置やその集束形状を工夫したもの（特開平７−２０５６１８号公報）、ビードワイヤーを他の材料と複合化したもの（特開平７−１５６６１８号公報）、ビードコアの曲げ剛性指数を規定したもの（特開平１０−５３０１１号公報）などが存在する。しかし、ビードコア構造を過度に複雑化させることは、生産効率の面であまり好ましくなく、また既存の設備も利用し難くくなる。このため、従来の製造工程をあまり変えることなく、上記の問題点を改善する技術が望まれていた。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、ビードコアの生産工程を複雑化させることなく、ビードワイヤーの配置を良好に維持でき、高い耐久性や優れた操縦安定性のタイヤが得られるビードコア構造及びその構造を有する空気入りタイヤを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。
即ち、本発明のビードコア構造は、空気入りタイヤのビード部に配置され、カーカス層に囲まれた硬鋼線材よりなるビードワイヤーの集束体として形成されるビードコアの構造において、前記ビードワイヤーを線径の異なる複数種のビードワイヤーで構成すると共に、最も線径の大きなビードワイヤーをビードコアの最内周の最もビードトウ側に少なくとも配置し、前記複数種のビードワイヤーをそれぞれビードコアの最内周から外周側に巻回して積層すると共に、少なくとも最もビードトウ側の縦方向の列に最も線径の大きなビードワイヤーを積層し、それよりも線径の小さなビードワイヤーをビードヒール側の縦方向の列に積層してあることを特徴とする。
【００１１】
また、前記ビードワイヤーが、線径１．６〜２．２ｍｍのものと線径０．９〜１．６ｍｍのものとで構成されていることが好ましい。
【００１２】
一方、本発明の空気入りタイヤは、一対の環状のビード部とそのビード部から各々外周側へ延びるサイドウォール部とそのサイドウォール部の各々の外周側端同士を連ねるトレッド部とを備える空気入りタイヤにおいて、前記ビード部が上記いずれかに記載のビードコア構造を有することを特徴とする。
【００１３】
［作用効果］
本発明は次のようなＦＥＭ解析の結果に基づいてなされたものである。即ち、図１に示すように配置された各ビードワイヤーに１〜１９までの番号を付して、タイヤを装着した状態で各ビードワイヤーにかかる応力を相対的な指数で表すと、図２に示すグラフのようになる。これによると、応力の大きい順で３番目までのものが、最もビードトウ側のビードワイヤー（番号：１，３，６）に相当し、また、応力の大きい順で６番目までのものが、最もビードトウ側とその次のビードワイヤー（番号：１，３，６，１０，２，５）に相当する。一方、図３はビードコアの周囲に配置される各ビードワイヤーが、タイヤの生産工程においてタイヤの軸方向と径方向にどの程度変位するか示すものである。これによると、径方向に最も変位が大きいのが、最もビードトウ側の最内周のビードワイヤー（番号：１）であり、軸方向に最も変位が大きいのが最もビードトウ側の最内周から２番目のビードワイヤー（番号：３）である。なお、ＦＥＭ解析は、構造物の物性を調査するために、構造物を有限要素に分割し、各々の要素で記述される運動方程式（応力を質量マトリックス、減衰マトリックス、剛性マトリックス及び変位との関数で表した式）を微積分等の演算により求める解析手法であり、タイヤの各種特性の予測に利用されている。
【００１４】
本発明のビードコア構造によると、最も線径の大きなビードワイヤーをビードコアの最内周の最もビードトウ側に配置してあるため、上記のＦＥＭ解析結果から予測される応力の偏りやビードワイヤーの変位に対して、特に有効な改善対策となる。即ち、応力が大きな部位やビードワイヤーの変位が大きい部位に、最も線径の大きなビードワイヤーが配置されることにより、タイヤ生産時にビードワイヤーの配置が良好（均一）に維持されるため、タイヤの操縦安定性や乗り心地特性等を改善することができる。また、車両走行時においても、タイヤの変形時にカーカス層からの大きな張力を受ける部位に、最も線径の大きなビードワイヤーが配置されているため、大きな線径による支持形態（曲率半径が大）とその剛性により、タイヤの耐久性や操縦安定性を高めることができる。一方、剛性を必要としない部位に、より線径の小さいものを配置することができるため、材料コストや軽量化の面でも有利になる。更に、特定位置に配置されるビードワイヤーの線径を変えるだけでよいため、ビードコアの生産工程をあまり複雑化させることがなく、既存の設備も利用し易い。
【００１５】
前記複数種のビードワイヤーをそれぞれビードコアの最内周から外周側に巻回して積層すると共に、少なくとも最もビードトウ側に最も線径の大きなビードワイヤーを積層してある場合、次のような作用効果を奏する。即ち、タイヤを装着した状態で生じる応力の大きい順で３番目までのものが、最もビードトウ側のビードワイヤーであり、また、タイヤの生産時にタイヤの軸方向と径方向に各々最も変位するビードワイヤーが、最もビードトウ側に存在する。このため、最もビードトウ側に最も線径の大きなビードワイヤーを積層することにより、ビードワイヤーの配置を更に良好に維持することができ、タイヤの耐久性や操縦安定性をより高めることができる。また、最もビードトウ側に最も線径の大きなビードワイヤーを積層してあるため、走行時のタイヤの変形に対して、高い曲げ反力、捩じり反力を発生しつつも、剪断力に対しては柔軟に変形するので、操縦安定性が更に向上する。
【００１６】
前記ビードワイヤーが、線径１．６〜２．２ｍｍのものと線径０．９〜１．６ｍｍのものとで構成されている場合、２種の線径とすることにより、ビードコアの生産工程を複雑化させずに済み、また、線径の比率が適当な範囲となるため、各ビードワイヤーに対して適当な曲げ剛性等を付与することができ、上記の如き作用効果を十分に得ることができる。
【００１７】
一方、本発明の空気入りタイヤは、上記いずれかに記載のビードコア構造を有するため、上述の如き作用効果を奏することができ、ビードコアの生産工程を複雑化させることなく、ビードワイヤーの配置を良好に維持でき、高い耐久性や優れた操縦安定性の空気入りタイヤを提供することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら、ビードコア構造、空気入りタイヤの順で説明する。
【００１９】
（ビードコア構造）
図４は空気入りタイヤのビード部Ｂの子午線断面を示すものである。本実施形態では、ビードワイヤーを線径の異なる２種のビードワイヤー３ａ，３ｂで構成し、線径の大きい方のビードワイヤー３ａをビードコア１の最もビードトウ側と２番目の列とに積層して配置した例を示す。
【００２０】
図４に示すように、ビードコア１は、空気入りタイヤのビード部Ｂに配置され、タイヤの内側から外側へ向けて折返されたカーカス層２に囲まれたビードワイヤー３ａ，３ｂの集束体として形成されている。その際、２種のビードワイヤー３ａ，３ｂが使用されているが、ビードワイヤー３ａとしては線径１．６〜２．２ｍｍのものを、ビードワイヤー３ｂとしては線径０．９〜１．６ｍｍのものを使用するのが好ましい。また、前者の線径と後者の線径の比率（前者／後者）は、１．０を超えて２．４以下が好ましく、１．３〜１．６がより好ましい。当該範囲とすることにより、各ビードワイヤーに対して適当な曲げ剛性等を付与することができ、タイヤの操縦安定性をより向上させることができる。なお、ビードワイヤーの断面形状は、円形以外のものでもよく、その場合、上記の線径とは同一断面積を有する円形に換算した場合の線径を指す。
【００２１】
ビードワイヤー３ａ，３ｂの材質としては、従来からタイヤに使用されている各種の硬鋼線材が何れも使用可能であり、例えば、ゴムとの接着性を高めるためにブロンズメッキなどを施した硬鋼線材などが好適に使用できる。なお、ビードワイヤー３ａと３ｂとで異なる材質のものを使用することも可能であるが、その場合でも、ビードワイヤー３ａの方が線材としての剛性が高くなるようにするのが好ましい。
【００２２】
各々のビードワイヤー３ａ，３ｂの間隙部分にはゴム等が充填されているが、これはタイヤの構成材料と同種のゴム原料等を予め被覆したビードワイヤー３ａ，３ｂが、通常、積層時に使用されるためである。
【００２３】
ビードワイヤー３ａ，３ｂの積層方法は、各々についてシングルストランド式で行ってもよいが、グロメット式の方が本発明には適している。つまり、ビードワイヤー３ａと３ｂとを、各々２列に配置してゴム原料で被覆した帯状体（リボン体）をそれぞれ用意し、前者については帯状体を３層積層し、後者については帯状体を３層積層した後、ビードトウ側のビードワイヤー３ｂのみを更に１層積層することにより、図４に示すようなビードコア１が積層体として得られる。
【００２４】
（空気入りタイヤ）
本発明の空気入りタイヤは、一対の環状のビード部とそのビード部から各々外周側へ延びるサイドウォール部とそのサイドウォール部の各々の外周側端同士を連ねるトレッド部とを備える空気入りタイヤにおいて、前記ビード部が以上のようなビードコア構造を有することを特徴とするものである。従って、ビードコア構造以外の部分については、従来の空気入りタイヤの構造、材料、形状、大きさ等が何れも採用できる。また、空気入りタイヤの生産工程についても、前述のようなビードワイヤー３ａ，３ｂの積層方法を利用してビードコア１を製造する点以外は、従来のタイヤの生産工程に準じて行うことができる。
【００２５】
［別実施形態］
（１）前述の実施形態では、図４に示すようなビードコア構造の例を示したが、図５（ａ）〜図５（ｄ）に示すようなビードコア構造であってもよい。即ち、ビードワイヤーを線径の異なる２種のビードワイヤー３ａ，３ｂで構成し、線径の大きい方のビードワイヤー３ａをビードコア１の最もビードトウ側のみに積層して配置した構造（図５（ａ）参照）、線径の大きい方のビードワイヤー３ａをビードコア１の最もビードトウ側と２番目と３番目の列とに積層して配置した構造（図５（ｂ）参照）、ビードワイヤーを線径の異なる３種のビードワイヤー３ａ，３ｂ，３ｃで構成し、線径の大きい順に、ビードトウ側から１列＋１列＋２列づつ積層配置した構造（図５（ｃ）参照）、又は最内周の最もビードトウ側とそれに近接する合計４本のビードワイヤーを線径の大きいビードワイヤー３ａとし、残りのビードワイヤーを線径の小さいビードワイヤー３ｂとした構造（図５（ｄ）参照）なども採用することができる。つまり、本発明のビードコア構造は、最も線径の大きなビードワイヤーをビードコアの最内周の最もビードトウ側に少なくとも配置してあればよいため、線径の大きいビードワイヤーの本数の比率を変えたり、ビードワイヤーの線径の種類を３種以上にしたり、線径の大きいビードワイヤーの配置を変えたりすることが可能である。
【００２６】
なお、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すビードコア構造を有するビードコアは、前述の実施形態に準じて製造することができるが、図５（ｄ）に示すビードコア構造の場合、次のようにして製造するのが好ましい。即ち、ビードワイヤー３ａをシングルストランド方式で２列×２層だけ積層した後、ビードワイヤー３ｂをシングルストランド方式で最内周から外周側へと３層目まで２列×３層だけ積層し、４層目からはビードワイヤー３ａの外周を覆うように全体にビードワイヤー３ｂを巻回して、最外層まで積層する方法が好ましい。
【００２７】
（２）前述の実施形態では、乗用車用タイヤの場合を主に想定して、比較的少ない本数のビードワイヤーで構成されるビードコア構造を例示したが、バス、トラック用等の大型のタイヤの場合は、更に本数の多いビードコア構造が採用される。また、いずれの場合でも、タイヤサイズやタイヤ構造の違い等によって、全体の本数を更に少なくしたり、逆に多くすることが適宜可能である。
【００２８】
（３）前述の実施形態では、ビードワイヤーが直上に積層される積層形態（矩形配置）を有するビードコア構造を例示したが、本発明は、このような積層形態に限定されるものではない。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明の効果を確認するための実施例等について説明する。
表１に示すビードコア構造と線径とを有する空気入りタイヤ（サイズ：２０５／５５Ｒ１６）をそれぞれ作製し、次のような水圧バースト試験と操縦安定性試験を行った。また、ＦＥＭ解析によりタイヤ作製時の各ビードワイヤーの変位量を計算して（図３および図７参照）、その分布から変位量のバラツキを求め、相対的な指数（小さい程バラツキが小）として表した。なお、ビードワイヤーの線径は、その総断面積が何れの例でも同一になるように設定した。
【００３０】
水圧バースト試験は、試験タイヤをリム組みして、チューブ内に水を注入し加圧する方法で行ない、安全基準に基いて設定された圧力値で破断が生じるか否かで判定し、従来例を１００として指数で表示した。また、操縦安定性試験は、各タイヤを乗用車に装着し、専門のドライバーにより操縦安定性を限界性能、応答性能、直進性能の観点から相対的に評価し、従来例を１００として指数で表示した。
【００３１】
その結果を表１に示した。
【００３２】
【表１】

上記の結果から明らかなように、異なる線径のビードワイヤーを使用した本発明の実施例の場合、変位量のバラツキが小さく、水圧バースト試験と操縦安定性試験の結果が、同一線径のものを使用した従来例と比較して大幅に改善されていた。
【００３３】
特に線径が１．７ｍｍと１．２ｍｍ（線径比：約１．４倍）のビードワイヤーを使用した場合には、操縦安定性がより良好になっており、この線径比を含む範囲が特に好ましいことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の作用効果を説明するためのＦＥＭ解析の前提となるビードワイヤーの配置を示す図
【図２】本発明の作用効果を説明するためのＦＥＭ解析によるビードワイヤーの位置と応力との関係を示すグラフ
【図３】本発明の作用効果を説明するためのＦＥＭ解析によるビードワイヤーの位置と変位量との関係を示すグラフ
【図４】本発明のビードコア構造の一例を示す子午線断面図
【図５】別実施形態のビードコア構造の一例を示す子午線断面図
【図６】従来のビードコア構造の一例を示す子午線断面図
【図７】実施例１のタイヤ作製時の各ビードワイヤーの変位量をＦＥＭ解析により計算した結果を示すグラフ（図３の従来例に対応するもの）
【符号の説明】
１ ビードコア
２ カーカス層
３ ビードワイヤー
３ａ ビードワイヤー（大径）
３ｂ ビードワイヤー（小径）
Ｂ ビード部

Claims (3)

1. 空気入りタイヤのビード部に配置され、カーカス層に囲まれた硬鋼線材よりなるビードワイヤーの集束体として形成されるビードコアの構造において、
   前記ビードワイヤーを線径の異なる複数種のビードワイヤーで構成すると共に、最も線径の大きなビードワイヤーをビードコアの最内周の最もビードトウ側に少なくとも配置し、
   前記複数種のビードワイヤーをそれぞれビードコアの最内周から外周側に巻回して積層すると共に、少なくとも最もビードトウ側の縦方向の列に最も線径の大きなビードワイヤーを積層し、それよりも線径の小さなビードワイヤーをビードヒール側の縦方向の列に積層してあることを特徴とするタイヤのビードコア構造。
2. 前記ビードワイヤーが、線径１．６〜２．２ｍｍのものと線径０．９〜１．６ｍｍのものとで構成されている請求項１に記載のビードコア構造。
3. 一対の環状のビード部とそのビード部から各々外周側へ延びるサイドウォール部とそのサイドウォール部の各々の外周側端同士を連ねるトレッド部とを備える空気入りタイヤにおいて、
   前記ビード部が請求項１又は２に記載のビードコア構造を有することを特徴とする空気入りタイヤ。

Images