JP4495309B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents
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Description
【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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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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