JP4731831B2 - 重荷重用空気入りラジアルタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、ビード部の構造に特徴を有する耐久性の高い重荷重用空気入りラジアルタイヤに関するものである。

一般に、空気入りラジアルタイヤは、図６および図７に示すように、ラジアル方向のコード配列よりなる少なくとも１層のカーカスプライ１を有し、このカーカスプライ１の両端部は、両側のビード部２において、ビードコア３とその上に配されたゴムフィラー４の回りに内側から外側に巻き上げられて係止されている。また、溝９を有するトレッド部７のカーカスプライ１の外側には、複数のベルト層８が形成されている。

カーカスプライ１両端のビード構造は、ビードワイヤと被覆ゴムの積層からなるビードコア３をカバーゴムで覆ってビードカバー３ａを形成し、その上にゴムフィラー４を配している。更にプライ巻き上げ外側には、パッド６や補強チェーファー５があるのが一般的である。

高内圧、高荷重で使用される重荷重空気入りタイヤは、使用過程において、ビード周りの特に内面側のカーカスプライ１の張力が高い部分に引っ張られる形で、ビードコア３が回転モーメントを受け、ビードトウ部２ａが径方向に吊上りと呼ぶ変形を起こすため、リムフランジ上のビード部が外側に大きな張り出し変形を起こす。これにより、カーカスプライ１の巻き上げ端のせん断歪が大きくなり、セパレーションやクラック等の引き起こす起因となり、ビード耐久力を悪化させる大きな要因になっていた。

これを改良するため、特許文献１には、図８に示すようにゴムフィラー４を2層化（４ａと４ｂ）し、ビードコア側に高硬度ゴム４ａを配することで、ビード部２の吊上り変形を抑制する重荷重空気入りタイヤが提案されている。しかし、単に高硬度ゴムフィラーをビードコア３の上だけに適用するだけでは、プライ張力変曲点をビードトウ側に近い位置まで移動できないために効果改善代が少なかった。

また、特許文献２には、ビードコアの周りを高いモジュラスの円形のゴム層で被覆し、更に低いモジュラスのゴム層を介在させつつ、カーカスプライを巻き返した構造を有する空気入りタイヤが開示されている。しかし、この構造は、ビードコアの型崩れをなくし、ビードコア周りの回転変形を円滑にするものであり、ビードコアの捩れ変形を抑制してタイヤの耐久性を向上させるものではない。一方、重荷重空気入りタイヤでは、ビードコア周りの回転変形は極力抑制すべきであり、ビード部はリムと嵌合するためにリム、特に、リムフランジ部との位置関係やプライ端との位置関係がビード部の耐久力向上には大変重要となってくるが、上記の構造はそれらを開示するものではない。
特開平１０−１４７１１６号公報 特開平６−２３９１１４号公報

そこで、本発明の目的は、プライ張力変曲点をビードトウ側に移動させることで、プライ端のセパレーションを生じにくくした耐久性の高い重荷重用空気入りラジアルタイヤを提供することにある。

上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。

即ち、本発明の重荷重用空気入りラジアルタイヤは、ビードワイヤと被覆ゴムの積層からなるビードコアおよびそのビードコアの上に配したゴムフィラーの回りに、カーカスプライを内側から外側に巻き上げて係止してなる重荷重用空気入りラジアルタイヤにおいて、前記カーカスプライの巻き上げ底部の外面には、ビード部補強層が設けられ、前記ビードコアには、２３℃でのゴム硬度８５以上の硬質ゴムからなり、全周を包み込む略円形又は略楕円形のコアカバーを設けると共に、そのコアカバーの上に２３℃でのゴム硬度６０〜７５のゴムフィラーを設け、これと共に前記カーカスプライの巻き上げ端を挟み込むように、２３℃でのゴム硬度６０〜７５のパッドを設けて、前記カーカスプライの巻き上げ部と前記ビード部補強層の間に前記パッドの下側が入り込んだ構造としてあることを特徴とする。本発明におけるゴム硬度等の物性値は、具体的には実施例に記載の測定方法で測定される値である。

次に本発明の作用効果について、図２（ａ）〜（ｃ）に基づいて説明する。図２の（ａ）は、タイヤのビード部周辺の各部の位置Ａ〜Ｃを示している。図２（ｂ）はタイヤが接地していない部分について、空気を入れた時（インフレート時）と更に荷重を負荷した時におけるプライ張力の分布を示している。図２（ｃ）はこれに対応するタイヤ接地部のプライ張力の分布を示している。このグラフで、「プライペリフェリ」とは、赤道面からのプライに沿った距離を指し、プライ張力は相対値で示してある（図３についても同様）。

一般的に、プライ張力分布は図２（ａ）〜（ｃ）に示すように（ＦＥＭ解析結果）、ビードコアから内面側へ斜め上方のポイントＡで最大値となり、ビードコア下のＢ部で最小値、プライ巻き上げ側のビードコア横のポイントＣで再び極大値を示す。ＡＢ間のプライ張力総和とＢＣ間のプライ張力総和には、明らかな差があり前者の方が大きくなる。このため、ビードコアは内面側への回転モーメントを受け、ビードトウ部が内面径方向に吊上げられ、リムフランジ上のビード部が外側へ張り出し変形を起こす。高内圧、高荷重下で使用されると、これらの作用により永久変形を引き起こす。

本発明におけるビード構造によると、ビードコアに対し硬質ゴムからなり全周を包み込む略円形又は略楕円形のコアカバーを設けているため、ビードコアの捩れ抑制効果が高まり、図３に示すように（実施例と比較例の対比したＦＥＭ解析結果）、Ａ部のプライ張力最大値が低減しつつ、Ｂ部側へポイントが移動し、Ｂ部及びＣ部のプライ張力が増大する。そのために、ＡＢ間のプライ張力総和とＢＣ間のプライ張力総和との差が低減され、ビードコアにかかる内面側への回転モーメントが小さくなり、ビードトウの吊上り、リムフランジ上の外側張り出し変形が抑制され、結果的にプライ巻き上げ端のせん断歪が低減でき、ビード耐久力向上が実現できた。これを裏付ける解析データ（ＦＥＭ解析結果）が、図４であるが、上記の作用効果には、軟質ゴムからなるゴムフィラーとパッドの寄与するところも大きい。

本発明では、リム組み後の標準状態において、リムフランジの上端高さを基準とした前記コアカバーとリムとの位置関係は、前記巻き上げ端高さをＨ１、前記コアカバーの上端の高さをＨ２、コアカバー内側のプライとの接触上端の高さをＨ３、コアカバー外側のプライとの接触上端の高さをＨ４とするときに、Ｈ２≦（１／２）Ｈ１、且つ、Ｈ２＞Ｈ３≧Ｈ４を満足するものであることが好ましい。このような条件を満たすことにより、ビードトウの吊上りをより確実に抑制でき、プライ巻き上げ端でのせん断歪みをより低減することができる。

上記において、前記コアカバーのゴム硬度は２３℃で８５以上、且つ、動的弾性率Ｅ’は２３℃で２０ＭＰａ以上であり、且つ、これに対し８０℃でのゴム硬度と動的弾性率Ｅ’とがそれぞれの低下率２５％以内のゴム硬度と動的弾性率Ｅ’とであり、前記ゴムフィラー及びパッドの動的弾性率Ｅ’は２３℃で３〜１０ＭＰａであることが好ましい。

この構成によると、実際の走行状態においても、コアカバーのゴム硬度や動的弾性率Ｅ’が高温でも十分維持されるため、上記の作用によって、プライ端のセパレーションをより生じにくくすることができる。その際、ゴム硬度だけでなく動的弾性率Ｅ’によって各部の物性が規定されていることも重要である。

また、前記高さＨ２の規定位置から前記高さＨ３規定位置までの水平幅をＷ１、前記高さＨ２の規定位置から前記高さＨ４規定位置までの水平幅をＷ２とするとき、Ｗ１＜Ｗ２を満たすことが好ましい。これによって、プライ張力変曲点をビードトウ側により効果的に移動させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の重荷重用空気入りラジアルタイヤの一例を示す要部断面図である。

本発明の重荷重用空気入りラジアルタイヤは、図１に示すように、スチールコードや高強度有機繊維コード等をタイヤラジアル方向に配列した１層又は複数層のプライよりなるカーカス１を備える。ビードワイヤと被覆ゴムの積層からなるビードコア３およびそのビードコア３の上に配したゴムフィラー４の回りに、カーカスプライ１を内側から外側に巻き上げて係止してある。ビードコア３は、例えば被覆ゴムを有するビードワイヤが、順次積層巻回されて集合体をなしている。

ビードコア３には、その全周を包み込む略円形又は略楕円形のコアカバー３ａを設けてある。コアカバー３ａは２３℃でのゴム硬度（ＪＩＳ Ｋ６３０１の規定による硬度、以下同じ）が８５以上の硬質ゴムからなり、この硬質ゴムは、好ましくは硬度９０以上である。硬質ゴムの硬度が８５未満では、ビードコア３の捩れ抑制効果が不十分になる。

本発明では、コアカバー３ａのゴム硬度は２３℃で８５以上、且つ、動的弾性率Ｅ’は２３℃で２０Ｍｐａ以上であり、且つ、これに対し８０℃でのゴム硬度と動的弾性率Ｅ’とがそれぞれの低下率２５％以内であるのが好ましい。それぞれの低下率が２５％を超えると、実際の走行状態において、コアカバー３ａのゴム硬度や動的弾性率Ｅ’が高温で低下するため、ビードトゥの吊り上がり、リムフランジ上の張力変形を抑制しきれないため、プライ巻き上げ端１ａのせん断力を低減できない傾向がある。

コアカバー３ａの上には、２３℃でのゴム硬度６０〜７５のゴムフィラー４を設けており、ゴムフィラー４は、好ましくは硬度６０〜７０である。ゴムフィラー４の硬度が６０未満であると、ビード部２全体の剛性が低下して本来の機能が発現しにくくなり、ゴムフィラー４の硬度が７５を超えると、プライ巻き上げ端１ａへの応力集中が大きくなる傾向がある。同様の理由から、ゴムフィラー４の動的弾性率Ｅ’は２３℃で３〜１０Ｍｐａであることが好ましい。

ゴムフィラー４はタイヤ半径方向に伸びる断面略変形三角形状（但し底辺は円弧状）をなしている。カーカスプライ１の巻き上げ端１ａは、ゴムフィラー４の斜辺の中腹部に位置するのが好ましい。

更に、ゴムフィラー４と共にカーカスプライ１の巻き上げ端１ａを挟み込むように、２３℃でのゴム硬度６０〜７５のパッド６を設けてある。パッド６はゴムフィラー４と同種のゴム材料を用いるのが好ましい。カーカスプライ１の巻き上げ端１ａで硬度の差の有るゴム材料を用いると、セパレーションの起点になる恐れが有るからである。従って、パッド６の動的弾性率Ｅ’も２３℃で３〜１０Ｍｐａであることが好ましい。

ビードコア３を形成するビードワイヤの被覆ゴムは、積層できる最低限に体積を少なくするのが好ましい。これによって、コンパクトなビードコアとし、その剛性を高くすることで、上記コアカバー３ａとの組み合わせによる効果が更に大きくなる。

ビードコア３は、通常、断面円形のビードワイヤを最密に充填して、その集合体の断面形状を六角形にしている。これよって、断面形状の外力による変形を防止している。また、六角形のビードコア３の底辺がリム１０と略平行になるように、ビードコア３を配置している。

カーカスプライ１の巻き上げ底部の外面には、スチールコードまたは有機繊維コードを有するチェーファーと称するビード部補強層５が設けられている。図示した例では、ビード部補強層５が有機繊維コードを有する２枚の補強層からなる場合を示している。また、パッド６の下側が、カーカスプライ１の巻き上げ部とビード部補強層５との間に入り込んだ構造となっている。

本発明では、リム組み後の標準状態において、リムフランジ１０ａの上端高さを基準としたコアカバー３ａとリム１０との位置関係は、巻き上げ端高さをＨ１、コアカバー３ａの上端の高さをＨ２、コアカバー３ａ内側のプライ１との接触上端の高さをＨ３、コアカバー３ａ外側のプライ１との接触上端の高さをＨ４とするときに、Ｈ２≦１／２Ｈ１、且つ、Ｈ２＞Ｈ３≧Ｈ４を満足することが好ましい。図１に示すビード構造は、高さＨ２が高さＨ１の約半分の例を示しており、コアカバー３ａは略円形に近い断面形状である。

Ｈ２≦１／２Ｈ１を満足しないと、プライ巻き上げ端１ａのせん断歪逆に大きくなり、セパレーションを引き起こす可能性が大きくなる傾向があり、Ｈ２＞Ｈ３≧Ｈ４を満足しないと、プライ張力変曲点をビードコア側へ移動できないため、ビード吊り上がりを抑制できない傾向がある。

また、高さＨ２の規定位置から高さＨ３規定位置までの水平幅をＷ１、高さＨ２の規定位置から高さＨ４規定位置までの水平幅をＷ２とするとき、Ｗ１＜Ｗ２を満たすことが好ましい。Ｗ１＜Ｗ２を満足しないと、プライ張力変曲点をビードコア側へ移動できないため、ビード吊り上がりを抑制できない傾向がある。

本発明の重荷重用空気入りラジアルタイヤは、ビード部回りの構造以外は、従来公知のタイヤと同じであり、まず、図６に示すものと同様である。タイヤトレッド部７のカーカスプライ１の外側には、従来同様に１層もしくは複数層のベルト層８が配され、さら必要に応じてベルト補強層が配され、さらにその外側のトレッドゴムによるタイヤ外周面に、タイヤ周方向に複数本の主溝９を有するトレッドパターンが形成される。カーカスプライ１の内側には、通常、インナーライナーが設けられ、外側にはサイドウォールゴムが設けられる。

重荷重用空気入りタイヤは、トラック、バスなどの比較的車両総重量が重い車両に使用されるものである。

［他の実施形態］
（１）前述の実施形態では、高さＨ２が高さＨ１の約半分の例（図５（ｂ））を示したが、図５（ａ）や図５（ｃ）のように、本発明では、高さＨ２と高さＨ１との関係を変化させることも可能である。これに伴って、コアカバー３ａは楕円形に近いものとなり、図５（ｂ）ではＨ２＞Ｈ３≧Ｈ４を満足していたのが、図５（ｃ）のようにＨ２＞Ｈ４≧Ｈ３となる場合がある。

（２）前述の実施形態では、コアカバーの断面形状が円弧又は曲線からなる例を示したが、本発明では、コアカバーの断面形状が、単数又は複数の直線を含むものであってもよく、これらも本発明にいう略円形又は略楕円形のコアカバーに包含される。

（３）前述の実施形態では、断面円形のビードワイヤを最密に充填して断面形状が六角形のビードコアを用いる例を示したが、本発明では、ビードコアの形状を断面が様々な多角形などにしてもよい。その場合、断面が様々な多角形のビードワイヤを用いることが可能である。

以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。なお、実施例等における評価項目は下記のようにして測定を行った。

（硬度）
ＪＩＳ Ｋ６２５３のタイプＡデュロメータ硬さ試験に準じて測定した。

（動的弾性率）
１５０℃で３０分間加硫した後、幅５ｍｍ、厚さ１ｍｍ、長さ２０ｍｍの試料を作製し、スペクトロメータを用いて、初期歪５％、動的歪±１％、周波数５０Ｈｚ、温度２３℃と８０℃の条件で測定した。

（１）ビード耐久性テスト
重荷重耐久力テストとして、タイヤ内圧を９００ｋＰａ、荷重２１０％（重荷重条件）、２５ｋｍ／ｈにて故障までの走行し、その走行距離と故障モードを評価した。

（２）ビード部発熱温度
前記（１）と同じテスト条件で、５時間走行後、ビード部温度を測定した。測定個所は、カーカスプライの巻上げ端からカーカスラインに直交する線上のカーカスプライの背面とした。

（３）ビードトウ吊り上り量
新品時の断面状態と、ビード耐久性テスト終了後の断面状態とを比較して、ビードベースからビードトウまでの平行距離を吊り上り量とした。

比較例１（従来ビード構造）
図７に示すビード構造において、ナイロンコードのビード部補強層とし、ゴムフィラーが硬度７０の単一ゴムよりなる従来ビード構造を有する重荷重用空気入りラジアルタイヤ（サイズ１１Ｒ２２．５ １４ＰＲ）を準備し、上記の評価を行った。実施例および比較例の各タイヤは、ベルト構造等のビード部を除く他の構造については全て同じ条件とした。

比較例２（２層ビードフィラー構造）
図７に示すビード構造において、ナイロンコードのビード部補強層とし、ゴムフィラーの硬度を軟質７０および硬質９０、硬質ゴムフィラーの割合を３１％、硬質ゴムフィラーと軟質ゴムフィラーとの内側の界面点をコアカバー内側のプライとの接触上端から７．５ｍｍとし、硬質ゴムフィラーと軟質ゴムフィラーとの外側の界面点をリムフランジ上端から高さ５ｍｍとした、重荷重用空気入りラジアルタイヤ（サイズ１１Ｒ２２．５ １４ＰＲ）を準備し、上記の評価を行った。

実施例１
図１に示すビード構造において、ナイロンコードのビード部補強層とし、コアカバーの硬度（２３℃）を９０、硬度（８０℃）を８５、動的弾性率Ｅ’（２３℃）を２５Ｍｐａ、動的弾性率Ｅ’（８０℃）を２２Ｍｐａとし、ゴムフィラーの硬度（２３℃）を６５、動的弾性率Ｅ’（２３℃）を７Ｍｐａとし、パッドの硬度（２３℃）を６５、動的弾性率Ｅ’（２３℃）を７Ｍｐａとし、高さＨ１を２２ｍｍ、高さＨ２を１１ｍｍ、高さＨ３を６ｍｍ、高さＨ４を４ｍｍ、水平幅Ｗ１を８ｍｍ、水平幅Ｗ２を１０ｍｍとした、重荷重用空気入りラジアルタイヤ（サイズ１１Ｒ２２．５ １４ＰＲ）を作製し、上記の評価を行った。

以上の結果を表１に示す。

表１の結果が示すように、実施例１では比較例１（従来品）と比較して、ビードトウ吊り上り量が小さく、ビード部の発熱も改善され、耐久性も大幅に改善された。これに対して、２層ビードフィラー構造を有する比較例２では、ビード部の発熱は改善されるものの、ビードトウ吊り上り量が大きく、耐久性は不十分となった。

参考例１
実施例１において、図５（ａ）に示すように、コアカバーの上端高さＨ２をより小さくして、高さＨ２を５．５ｍｍ、高さＨ３を３ｍｍ、高さＨ４を２ｍｍ、水平幅Ｗ１を８ｍｍ、水平幅Ｗ２を１０ｍｍとしたこと以外は、実施例１同様にして重荷重用空気入りラジアルタイヤを作製し、上記の評価を行った。その結果、ビードトウ吊り上り量は２．０ｍｍとなり、実施例１の結果と比較して、プライ巻き上げ端でのせん断歪が５％低下し、ビード部の発熱は５℃程度上昇し、耐久性は悪化する方向であった。

参考例２
実施例１において、図５（ｃ）に示すように、コアカバーの上端高さＨ２をより大きくして、高さＨ２を２２ｍｍ、高さＨ３を１８ｍｍ、高さＨ４を１６ｍｍ、水平幅Ｗ１を６ｍｍ、水平幅Ｗ２を６ｍｍとしたこと以外は、実施例１同様にして重荷重用空気入りラジアルタイヤを作製し、上記の評価を行った。その結果、ビードトウ吊り上り量は０．９ｍｍとなり、実施例１の結果と比較して、プライ巻き上げ端でのせん断歪が３５％上昇し、ビード部の発熱は同等であるが、耐久性は悪化する方向であった。

本発明の重荷重用空気入りラジアルタイヤの一例を示す要部断面図 本発明の課題を説明するための各部のプライ張力を示すグラフ 本発明の作用効果を説明するための各部のプライ張力を示すグラフ 本発明の作用効果を説明するための要部説明図 本発明の重荷重用空気入りラジアルタイヤの他の例を示す要部断面図 本発明の重荷重用空気入りラジアルタイヤの一例を示す子午線断面図 従来の重荷重用空気入りラジアルタイヤの一例を示す要部断面図 従来の重荷重用空気入りラジアルタイヤの他の例を示す要部断面図

符号の説明

１ カーカスプライ
２ ビード部
３ ビードコア
３ａ コアカバー
４ ゴムフィラー
６ パッド
１０ リム
１１ リムフランジ

Claims (3)

1. ビードワイヤと被覆ゴムの積層からなるビードコアおよびそのビードコアの上に配したゴムフィラーの回りに、カーカスプライを内側から外側に巻き上げて係止してなる重荷重用空気入りラジアルタイヤにおいて、
   前記カーカスプライの巻き上げ底部の外面には、ビード部補強層が設けられ、前記ビードコアには、２３℃でのゴム硬度８５以上の硬質ゴムからなり、全周を包み込む略円形又は略楕円形のコアカバーを設けると共に、そのコアカバーの上に２３℃でのゴム硬度６０〜７５のゴムフィラーを設け、これと共に前記カーカスプライの巻き上げ端を挟み込むように、２３℃でのゴム硬度６０〜７５のパッドを設けて、前記カーカスプライの巻き上げ部と前記ビード部補強層の間に前記パッドの下側が入り込んだ構造としてあり、
   前記コアカバーのゴム硬度は２３℃で８５以上、且つ、動的弾性率Ｅ’は２３℃で２０ＭＰａ以上であり、且つ、これに対し８０℃でのゴム硬度と動的弾性率Ｅ’とがそれぞれの低下率２５％以内のゴム硬度と動的弾性率Ｅ’とであり、前記ゴムフィラー及びパッドの動的弾性率Ｅ’は２３℃で３〜１０ＭＰａであることを特徴とする重荷重用空気入りラジアルタイヤ。
2. リム組み後の標準状態において、リムフランジの上端高さを基準とした前記コアカバーとリムとの位置関係は、前記巻き上げ端高さをＨ１、前記コアカバーの上端の高さをＨ２、コアカバー内側のプライとの接触上端の高さをＨ３、コアカバー外側のプライとの接触上端の高さをＨ４とするときに、Ｈ２≦（１／２）Ｈ１、且つ、Ｈ２＞Ｈ３≧Ｈ４を満足するものである請求項１記載の重荷重用空気入りラジアルタイヤ。
3. 前記高さＨ２の規定位置から前記高さＨ３規定位置までの水平幅をＷ１、前記高さＨ２の規定位置から前記高さＨ４規定位置までの水平幅をＷ２とするとき、Ｗ１＜Ｗ２を満たす請求項２に記載の重荷重用空気入りラジアルタイヤ。

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