JP4495309B2 - 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、特に重荷重用タイヤとして好適であり、ビードコア強度を確保しつつ軽量化を達成しうる空気入りタイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術、および発明が解決しようとする課題】
近年の自動車の低燃費化の観点から、タイヤの軽量化が強く求められている。その一環として、例えばビードコアにおいても、それを構成するビード線を、従来のスチールワイヤから芳香族ポリアミド繊維等の高張力の有機繊維コードに置き換えることが提案されており、乗用車用タイヤにおいては、実用化されたものも一部出現している。
【０００３】
しかしながら、有機繊維コードからなるビードコアを、特に重荷重用タイヤに採用した場合には、設計上充分な引張り強度が確保され、しかも通常の水圧破壊試験を満足したものにおいても、実使用状態においてビードコアが破壊してしまい、実用化ができないことが判明した。
【０００４】
そこで、本発明者は、このようなビードコアの破壊原因を究明すべく、種々研究を積み重ねた。その結果、前記ビードコアの破壊は、ビードコア自身の断面重心廻りでの回転変形と大きな因果関係があり、下記のメカニズムによって破断が発生することが判明した。
【０００５】
すなわち、重荷重用タイヤでは、充填内圧が例えば７００〜１０００ｋＰａと非常に高いため、図５に示すように、カーカスａの本体部ａ１に大きなテンションＦが作用するなど、ビードコアｂには強い回転力が働く。
【０００６】
そして、このビードコアｂの回転変形により、該ビードコアｂの断面重心Ｇを通りかつビードコアｂの半径方向内向き面ｂｓと平行な横方向線Ｘよりも半径方向外側、かつ前記断面重心Ｇを通りかつ前記横方向線Ｘと直角な縦方向線Ｙよりもタイヤ軸方向外側の断面領域Ｋ１（便宜上、ヒール側上領域Ｋ１という場合がある）では圧縮力が発生し、又前記横方向線Ｘよりも半径方向内側かつ縦方向線Ｙよりもタイヤ軸方向内側の断面領域Ｋ２（便宜上、トウ側下領域Ｋ２という場合がある）では引張力が発生する。
【０００７】
他方、芳香族ポリアミド繊維等の有機繊維コードは、圧縮に対し、スチールワイヤに比して曲げや座屈等の圧縮変形が容易に発生してしまうなど、圧縮に対する抗力がほとんど生じない。すなわち、前記ヒール側上領域Ｋ１において圧縮力に対する抗力が発生しない分、トウ側下領域Ｋ２では、引張力が余分に作用する。しかも、コードは細い素線の撚り合わせであるため、前記増大した引張力が静的に長時間作用した場合には、弱い素線から逐次破断が進行し、ビードコア全体の破壊に至ってしまう。
【０００８】
又前記ビードコアｂの回転変形は、加硫成型時、加硫圧に伴うプライ本体部ａ１のテンションによってもある程度発生し、ビードコアｂ内に、引張の内部応力が残存することも、素線の破断進行に大きな影響を与えている。
【０００９】
なお、通常の水圧破壊試験の如く、引張力が１０分程度と比較的短時間に作用する場合には、素線の破断進行までには至らず、強度不足が判明しないものと推測される。
【００１０】
そこで本発明は、ビードコアのうち、圧縮変形が生じる前記ヒール側上領域に圧縮に対する抗力が高いスチールワイヤを用い、これによってビードコアの回転変形を抑制し、トウ側下領域で発生する引張力を緩和させることを基本として、スチールワイヤの使用量を最小限に止めて軽量化を図りながらビードコアに充分な強度を付与でき、有機繊維コードを主体としたビードコアの実用化を達成した空気入りタイヤの提供を目的としている。
【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、前記ビードコアをタイヤ内側から外側に折り返すプライ折返し部を連設したカーカスプライを有する空気入りタイヤであって、
前記ビードコアは、タイヤ子午線断面において、引張り弾性率が３００００ＭＰａ以上の高張力の有機繊維コードを用いたビード線を巻回した主部と、スチールワイヤを用いたビード線を巻回した補強部とからなり、
かつ前記補強部は、前記ビードコアの子午断面において、断面重心を通りかつビードコアの半径方向内向き面と平行な横方向線よりも半径方向外側、かつ前記断面重心を通りかつ前記横方向線と直角な縦方向線よりもタイヤ軸方向外側の断面領域のみに配されることを特徴としている。
【００１２】
また請求項２の発明では、前記補強部は、前記断面領域のうち、前記断面重心から隔たる外側域に配されることを特徴としている。
【００１３】
また請求項３の発明では、前記ビードコアは、前記主部における有機繊維コードの断面積の総和Ａｋと、補強部におけるスチールワイヤの断面積の総和Ａｓとの比Ａｋ／Ａｓを２．５〜５．０としたことを特徴としている。
【００１４】
また請求項４の発明では、前記ビードコアは、前記内向き面とビード底面とがなす角度θの、加硫前と加硫後における角度差（θ１−θ２）を１３゜以下としたことを特徴とする請求項２記載の空気入りタイヤ。
【００１５】
【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、本発明の空気入りタイヤが、トラック・バス用等の重荷重用タイヤである場合の断面図を示す。
【００１６】
図において、空気入りタイヤ１（以下タイヤ１という）は、トレッド部２と、その両端からタイヤ半径方向内方にのびる一対のサイドウォール部３と、各サイドウォール部３の内方端に位置するビード部４とを具えるとともに、このビード部４、４間にはカーカス６が架け渡される。
【００１７】
前記カーカス６は、ナイロン、レーヨン、ポリエステル、芳香族ポリアミド等の有機繊維コード又はスチールコードを用いた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１枚以上のカーカスプライ６Ａからなる。本例では、スチールコードをタイヤ周方向に対して９０°の角度で配列した１枚のカーカスプライ６Ａから形成された場合を例示している。
【００１８】
このカーカスプライ６Ａは、トレッド部２からサイドウォール部３をへて前記ビード部４に埋設されるビードコア５に至るプライ本体部６ａと、該ビードコア５の廻りでタイヤ内側から外側に折り返されるプライ折返し部６ｂとを一体に具え、前記プライ本体部６ａの外側かつトレッド部２内方にはベルト層７を配置している。
【００１９】
前記ベルト層７は、２枚以上、通常、重荷重用タイヤの場合には３〜４枚のベルトプライからなり、本例では、スチールコード等の高強力のベルトコードをタイヤ周方向に対して例えば６０±１０°程度の角度で配列した最内のベルトプライ７Ａと、タイヤ周方向に対して３０°以下の小角度で配列したベルトプライ７Ｂ、７Ｃ、７Ｄとの４枚構造の場合を例示している。このベルト層７は、例えば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し、これによってベルト剛性を高め、トレッド部２の略全巾をタガ効果を有して補強している。
【００２０】
又前記ビード部４には、カーカスの前記プライ本体部６ａとプライ折返し部６ｂとの間に、前記ビードコア５からタイヤ半径方向外側に先細状にのびる硬質のゴムからなるビードエーペックス８が配される。
【００２１】
このビードエーペックス８の外端のビードベースラインＢＬからの高さ（ｈａ）は、タイヤ断面高さＨ（図１に示す）の６〜２２％、さらには８〜１４％であることが好ましく、このようにビードエーペックス８を小型化することにより、前記プライ折返し部６ｂに生じる圧縮歪みを軽減しかつビード発熱を抑える。特に、前記プライ折返し部６ｂは、ビードエーペックス８を越えて半径方向外方にのびることにより、プライ本体部６ａに隣接して略平行にのびる近接部Ｊを有する。これにより、ビード部４の曲げ変形中立線に、前記近接部Ｊが近づくため、前記プライ折返し部６ｂを起点としたビード損傷をいっそう抑制できる。なお前記「ビードベースラインＢＬ」とは、ＪＡＴＭＡ等の規格で定められるリム径を通るタイヤ軸方向線を意味する。
【００２２】
次に、前記ビードコア５は、図２、３（Ａ）に拡大して示すように、ビード線１０がビード底面４Ｓに沿って横方向に並ぶ最下段のワイヤ列Ｌ１を少なくとも有する、断面多角形状をなし、本例では、重荷重用タイヤにおいて一般的な、断面略六角形状のものを例示している。
【００２３】
又該ビードコア５は、有機繊維コード１１を用いたビード線１０Ａを巻回した主部５Ａと、スチールワイヤ１２を用いたビード線１０Ｂを巻回した補強部５Ｂとからなる複合構造を具える。そして、本発明では、前記補強部５Ｂが、加硫成形に伴うビードコア５の回転変形によってビード線１０に圧縮が生じる部分に形成されることに特徴を有する。
【００２４】
なお、このビードコア５の回転変形は、前述した如く、加硫成型時のカーカス６の膨張により前記プライ本体部６ａが半径方向外方に引張られ、その移動に引きづられることにより、ビードコア５がその断面重心Ｇ廻りで回転する。
【００２５】
ここで、ビードコア５自身の形成時には、図３（Ａ）に示すように、前記最下段のワイヤ列Ｌ１によってなる半径方向内向き面５Ｓは、タイヤ軸と実質的に平行をなす。しかし、図３（Ｂ）に示すように、ビードコア５内のあるビード線ｐ１には、前記回転変形によりタイヤ軸からの距離ｒ１が減じるため圧縮が生じ、又あるビード線ｐ２には、前記回転変形によりタイヤ軸からの距離ｒ２が増加するため引張が生じる。（図中、ｐ１’、ｒ１’、ｐ２’、ｒ２’は回転後のものを示す）
【００２６】
従って、この圧縮が生じる部分を、圧縮剛性に優れるスチールワイヤ１２を用いて補強することにより、加硫成型時におけるビードコア５の回転変形、さらには実使用状態における回転変形をも効果的に抑制することができる。その結果、引張側となるビード線ｐ２に作用する引張力も低減され、その破断損傷を効果的に防止できるのである。
【００２７】
なお前記圧縮は、厳密には、前記回転後の角度にも影響するが、一般に、前記断面重心Ｇを通りかつ前記内向き面５Ｓと直角な縦方向線Ｙよりもタイヤ軸方向外側の断面領域Ｋ０で発生する。しかし、特に前記回転変形の抑制に効果的なのは、前記断面領域Ｋ０のうち、前記断面重心Ｇを通りかつ前記内向き面５Ｓと平行な横方向線Ｘよりも半径方向外側の断面領域Ｋ１（便宜上、ヒール側上領域Ｋ１という場合がある）内、しかも前記断面重心Ｇから隔たる外側域Ｋ１ａである。
【００２８】
すなわち、前記ヒール側上領域Ｋ１のうちコア外表面側で並ぶビード線１０の列を基準とし、順次その内側（断面重心側）の列をスチールワイヤ１２で形成するのが好ましい。
【００２９】
ここで、前記主部５Ａに用いる有機繊維コード１１として、引張弾性率が３００００ＭＰａ以上の高張力の有機繊維コード、例えば芳香族ポリアミド繊維コード、芳香族ポリエステル繊維コードが使用される。なお有機繊維コード１１の太さ自体は特に規制されないが、１００００〜６００００dtexのものが好適であり、従来的なビードコア（スチールワイヤのみで形成した）と略同等の引張り強度を確保するために、打ち込み本数及び前記太さを調整する。
【００３０】
なお有機繊維コード１１では、ビードコア５として不可欠な寸法安定性を確保し、かつ充分なリム締め付け力をうるために、総dtex数Ｄの平方根√Ｄに１０ｃｍ当たりのコード撚り数Ｔをかけた撚り係数Ｔ・√Ｄを２０００以下に止めることが好ましい。これによって、有機繊維コード１１の伸び曲線を、図５に示す如く、撚りによる影響が少ない直線状に設定している。
【００３１】
他方、前記補強部５Ｂに用いるスチールワイヤ１２としては、従来の硬鋼線のものが好適に使用でき、図３（Ａ）に示す如く、前記有機繊維コード１１と略同じ太さのもの以外にも、図４（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、有機繊維コード１１より細い或いは太いものが好適に使用できる。なおビードコア５の回転変形抑制の観点から、有機繊維コード１１より太いものが好ましいが、ビード線１０の配列を安定させる観点からは同じ太さのものが好ましい。
【００３２】
又ビードコア５の回転変形抑制の観点から、前記ビードコア５の子午断面において、前記主部５Ａにおける有機繊維コード１１の断面積の総和Ａｋと、補強部５Ｂにおけるスチールワイヤ１２の断面積の総和Ａｓとの比Ａｋ／Ａｓを２．５〜５．０とすることが好ましい。もし、比Ａｋ／Ａｓが５．０を越えると、回転変形が過大となり、前記横方向線Ｘよりも半径方向内側かつ縦方向線Ｙよりもタイヤ軸方向内側の断面領域Ｋ２（便宜上、トウ側下領域Ｋ２という場合がある）で、有機繊維コード１１に引張破断を招く傾向となる。逆に比Ａｋ／Ａｓが２．５未満では、軽量化のメリットが少なくなる。従って、この軽量化と破断強度との兼ね合いから、３．０〜４．５の範囲、さらには３．５〜４．０の範囲がより好ましい。
【００３３】
又、前記回転変形抑制によって、前記トウ側下領域Ｋ２での引張破断を確実に防止するために、図２に示すように、ビードコア５の前記内向き面５Ｓとビード底面４Ｓとがなす角度θの、加硫前と加硫後における角度差（θ１−θ２）を１３゜以下に抑えることがこのましい。もし、角度差（θ１−θ２）が１３゜を越えると、回転変形抑制が不十分となり、しかも加硫後の新品タイヤにおいて、すでにビードコア５内に、引張の内部応力が残存してしまうため、引張破断を確実に防止することができなくなる。
【００３４】
なお金型内に装着された加硫前のタイヤでは、通常、前記内向き面５Ｓとビード底面４Ｓとは略平行、すなわち前記角度θ１は実質的に０゜であり、従って、加硫後のタイヤにおいて、前記角度θ２を１３゜以下に規制するのも好ましい。
【００３５】
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、本願のタイヤは、重荷重用に限定されることなく、乗用車用、小型トラック用、あるいは航空機用など、種々なタイヤとして形成することができる。
【００３６】
【実施例】
図１の構造を有するタイヤサイズ１１Ｒ２２．５の重荷重用タイヤを、表１の仕様に記載のビードコアを用いて試作するとともに、この試作タイヤに水圧破壊試験、静的荷重試験、ビード耐久試験を行い、その結果を表１に記載した。なおビードコア自体の重量も測定した。
【００３７】
（１）水圧破壊試験
通常の水圧破壊試験であり、試供タイヤをリム（７．５０×２２．５）にリム組みし、水の充填によってタイヤ内の圧力を約１０分程度かけて上昇（最大で５０００ｋＰａ程度）させ、ビードコアが破断したときの破壊水圧を測定した。
【００３８】
（２）静的荷重試験
前記試験機を用いて、タイヤ内の圧力を１２００ｋＰａまで上昇させた後、常温下で放置（最大２４時間）し、ビードコアが破断したときの放置時間を測定した。
【００３９】
（３）ビード耐久試験
試供タイヤをリム（７．５０×２２．５）、内圧（８００ｋＰａ）、荷重（６１．７ＫＮ）、速度（２０ｋｍ／ｈ）でドラム上を走行（完走６００時間）させ、ビード部に損傷が発生した時の走行時間を測定した。
【００４０】
（４）ビードコア重量
ビードコア単体の重量を測定し、従来例を１００とした指数で示す。指数が小なほど軽量である。
【００４１】
【表１】

【００４２】
表の如く、実施例のタイヤは、スチールワイヤの使用量をできる限り抑えて最大限の軽量化を達成しながら、必要なビードコア強度を確保しうるのが確認できる。
【００４３】
【発明の効果】
叙上の如く本発明は、ビードコアのうち、圧縮変形が生じるヒール側上領域に圧縮に対する抗力が高いスチールワイヤを用い、ビードコアの回転変形を抑制しているため、トウ側下領域で発生する引張力を緩和させることができ、スチールワイヤの使用量を最小限に止めて軽量化を図りながらビードコアに充分な強度を付与でき、有機繊維コードを主体としたビードコアの実用化を達成しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のタイヤの断面図である。
【図２】ビード部を拡大して示す断面図である。
【図３】ビードコアを拡大して示す断面図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）は、ビードコアの他の実施例を示す断面図である。
【図５】従来技術の問題点を説明する線図である。
【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
４Ｓ ビード底面
５ ビードコア
５Ａ 主部
５Ｂ 補強部
５Ｓ 内向き面
６Ａ カーカスプライ
６ａ プライ本体部
６ｂ プライ折返し部
１０、１０Ａ、１０Ｂ ビード線
１１ 有機繊維コード
１２ スチールワイヤ
Ｇ 断面重心
Ｋ１ 断面領域
Ｋ１ａ 外側域
Ｘ 横方向線
Ｙ 縦方向線

Claims (4)

1. 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、前記ビードコアをタイヤ内側から外側に折り返すプライ折返し部を連設したカーカスプライを有する空気入りタイヤであって、
   前記ビードコアは、タイヤ子午線断面において、引張り弾性率が３００００ＭＰａ以上の高張力の有機繊維コードを用いたビード線を巻回した主部と、スチールワイヤを用いたビード線を巻回した補強部とからなり、
   かつ前記補強部は、前記ビードコアの子午断面において、断面重心を通りかつビードコアの半径方向内向き面と平行な横方向線よりも半径方向外側、かつ前記断面重心を通りかつ前記横方向線と直角な縦方向線よりもタイヤ軸方向外側の断面領域のみに配されることを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記補強部は、前記断面領域のうち、前記断面重心から隔たる外側域に配されることを特徴とする請求項１記載の空気入りタイヤ。
3. 前記ビードコアは、前記主部における有機繊維コードの断面積の総和Ａｋと、補強部におけるスチールワイヤの断面積の総和Ａｓとの比Ａｋ／Ａｓを２．５〜５．０としたことを特徴とする請求項１又は２記載の空気入りタイヤ。
4. 前記ビードコアは、前記内向き面とビード底面とがなす角度θの、加硫前と加硫後における角度差（θ１−θ２）を１３゜以下としたことを特徴とする請求項２記載の空気入りタイヤ。

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