JP5070804B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、１本又は複数本のスチールワイヤを連続的に巻回して成形された環状のビードコアをビード部に埋設した空気入りタイヤに関し、更に詳しくは、リムに対する嵌合特性を良好に維持しながら、ビードコアの軽量化を可能にした空気入りタイヤに関する。

空気入りタイヤのビード部には、スチールワイヤを連続的に巻回して成形された環状のビードコアが埋設されている。このビードコアの剛性は、ビードアンシーティング抵抗値に大きな影響を及ぼす（例えば、特許文献１参照）。

つまり、ビードコアを構成するスチールワイヤの使用量を増やした場合、ビードアンシーティング抵抗値が高くなり、逆にビードコアを構成するスチールワイヤの使用量を減らした場合、ビードアンシーティング抵抗値が低下することになる。そのため、リムに対する嵌合特性を良好に維持しながら、スチールワイヤの使用量の削減に基づいてビードコアを軽量化することは困難である。
特開２００１−２３３０２３号公報

本発明の目的は、リムに対する嵌合特性を良好に維持しながら、ビードコアの軽量化を可能にした空気入りタイヤを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の空気入りタイヤは、１本のスチールワイヤをタイヤ軸方向の位置をずらしながら連続的に巻回して層を形成しこれを複数層巻き重ねて成形された、又は、タイヤ軸方向に並べられた複数本のスチールワイヤを連続的に複数層巻き重ねて成形された多層構造を有する環状のビードコアをビード部に埋設した空気入りタイヤにおいて、前記ビードコアを構成するスチールワイヤをタイヤから採取し、該タイヤから採取されたスチールワイヤを平面上に自然放置した状態での該スチールワイヤの曲率半径Ｒ０と、前記タイヤから採取されたスチールワイヤの曲率半径方向外側の半円周部分を曲率半径方向の太さの３％に相当する厚さ分だけ硝酸水溶液にて溶解除去した状態での該スチールワイヤの曲率半径Ｒ１とを測定したとき、これら曲率半径Ｒ０と曲率半径Ｒ１との比が１．０＜Ｒ１／Ｒ０≦１．８の関係を満足することを特徴とするものである。

本発明者は、種々異なる空気入りタイヤからビードコアを構成するスチールワイヤを採取し、これらスチールワイヤの物性を解析したところ、タイヤから採取されたスチールワイヤの曲率半径方向外側の半円周部分の表層における残留応力が圧縮側である場合、耐水圧試験での破壊圧が高く、リムに対する嵌合特性が良好であることを知見した。ここで、スチールワイヤの曲率半径方向外側の半円周部分の表層における圧縮残留応力の存在は、当該部分を選択的に溶解除去した際のスチールワイヤの曲率半径の変化に基づいて判別することが可能である。

即ち、タイヤから採取されたスチールワイヤを平面上に自然放置した状態での該スチールワイヤの曲率半径Ｒ０と、タイヤから採取されたスチールワイヤの曲率半径方向外側の半円周部分を曲率半径方向の太さの３％に相当する厚さ分だけ硝酸水溶液にて溶解除去した状態での該スチールワイヤの曲率半径Ｒ１とを測定したとき、これら曲率半径Ｒ０と曲率半径Ｒ１との比が１．０＜Ｒ１／Ｒ０≦１．８の関係、好ましくは１．０＜Ｒ１／Ｒ０≦１．６の関係を満足することにより、耐水圧試験での破壊圧を増大させ、リムに対する嵌合特性を良好に維持しながら、ビードコアの軽量化が可能になる。

本発明者は、上記物性に加えて、タイヤから採取されたスチールワイヤの曲率半径方向内側の半円周部分の表層における残留応力が圧縮側である場合、耐水圧試験での破壊圧が高く、リムに対する嵌合特性が更に良好であることを知見した。ここで、スチールワイヤの曲率半径方向内側の半円周部分の表層における圧縮残留応力の存在は、当該部分を選択的に溶解除去した際のスチールワイヤの曲率半径の変化に基づいて判別することが可能である。

即ち、タイヤから採取されたスチールワイヤを平面上に自然放置した状態での該スチールワイヤの曲率半径Ｒ０と、タイヤから採取されたスチールワイヤの曲率半径方向内側の半円周部分を曲率半径方向の太さの３％に相当する厚さ分だけ硝酸水溶液にて溶解除去した状態での該スチールワイヤの曲率半径Ｒ２とを測定したとき、これら曲率半径Ｒ０と曲率半径Ｒ２との比がＲ２／Ｒ０＜１．０の関係を満足することにより、耐水圧試験での破壊圧を増大させることができる。

本発明において、スチールワイヤは長方形の断面形状を有すると共にビードコアの周上の複数箇所で金属製の帯材で結束されていることが好ましい。これは、一般的なトラック・バス用タイヤのビードコア（いわゆる平ビード）を想定するものである。このようなビードコアに対して上述の残留応力を与えた場合、金属製の帯材のかしめ加工に対する耐性が大きくなるという利点がある。

また、スチールワイヤは亜鉛めっきワイヤであると共に表面に金属球によるショットブラスト処理が施されていることが好ましい。この場合、ショットブラスト処理によりスチールワイヤの表層に圧縮残留応力を与えることでスチールワイヤの物性を改善すると同時に、ショットブラスト処理により亜鉛めっき層の表面活性を高めることでスチールワイヤのゴムに対する接着性を向上し、両者の相乗効果により耐水圧試験での破壊圧を大幅に増大させることが可能になる。

以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態からなる空気入りタイヤを示すものである。図１において、１はトレッド部、２はサイドウォール部、３はビード部である。左右一対のビード部３，３間にはカーカス層４が装架され、このカーカス層４の端部がビードコア５の廻りにタイヤ内側から外側に折り返されている。トレッド部１におけるカーカス層４の外周側には、ベルト層６がタイヤ全周にわたって配置されている。これらベルト層６は、タイヤ周方向に対して傾斜する補強コードを含み、かつ層間で補強コードが互いに交差するように配置されている。

図２は図１の空気入りタイヤのビードコアを拡大して示すものである。図２に示すように、ビードコア５はスチールワイヤＷと該スチールワイヤＷを被覆するインシュレーションゴムＧとから構成されている。このビードコア５は１本又は複数本のスチールワイヤＷを連続的に巻回して成形されたものであり、タイヤ径方向に積層された多層構造を有している。ビードコア５を１本のスチールワイヤＷから成形する場合、１本のスチールワイヤＷをタイヤ軸方向の位置をずらしながら連続的に巻回して１つの層を形成し、そのような層の形成を繰り返すことにより、多層構造のビードコア５が得られる。一方、ビードコア５を複数本のスチールワイヤＷから成形する場合、タイヤ軸方向に並べられた複数本のスチールワイヤＷを連続的に巻回することにより、多層構造のビードコア５が得られる。

上記空気入りタイヤにおいて、ビードコア５を構成するスチールワイヤＷをタイヤから実質的に変形させることなく採取し、図３に示すように、タイヤから採取されたスチールワイヤＷを平面上に自然放置した状態での該スチールワイヤＷの曲率半径Ｒ０と、タイヤから採取されたスチールワイヤＷの曲率半径方向外側の半円周部分を曲率半径方向の太さの３％に相当する厚さ分だけ硝酸水溶液にて溶解除去した状態での該スチールワイヤＷの曲率半径Ｒ１とを測定したとき、これら曲率半径Ｒ０と曲率半径Ｒ１との比が１．０＜Ｒ１／Ｒ０≦１．８の関係、好ましくは１．０＜Ｒ１／Ｒ０≦１．６の関係を満足するようになっている。曲率半径Ｒ０，Ｒ１はスチールワイヤＷの断面中心線の曲率半径である。

スチールワイヤＷの曲率半径Ｒ１は、より具体的には、以下の方法により測定される。即ち、タイヤから採取されたスチールワイヤＷを長さ１０ｃｍに切断し、その表面のめっきを過硝酸アンモニウム水溶液により除去し、図４に示すように、スチールワイヤＷの曲率半径方向内側の半円周部分をラッカーＬで被覆した後、硝酸水溶液中でエッチングを施し、スチールワイヤＷの曲率半径方向外側の半円周部分を曲率半径方向の太さ（図４の場合、スチールワイヤＷの直径）の３％に相当する厚さ分だけ除去する。このようにしてスチールワイヤＷの表層の一部を選択的に除去した後、そのスチールワイヤＷを平面上に自然放置した状態で曲率半径Ｒ１を測定する。

上述のようにスチールワイヤＷの曲率半径Ｒ０と曲率半径Ｒ１との比が１．０＜Ｒ１／Ｒ０の関係の関係を満足することは、ビードコア５を構成するスチールワイヤＷの曲率半径方向外側の半円周部分の表層に圧縮残留応力が存在することを意味する。そして、スチールワイヤＷの曲率半径方向外側の半円周部分の表層に圧縮残留応力が存在する場合、空気入りタイヤの耐水圧試験での破壊圧が増大するため、リムに対する嵌合特性を良好に維持しながら、ビードコアの軽量化が可能になる。ここで、比Ｒ１／Ｒ０が１．０以下であると破壊圧の増大効果が得られず、逆に１．６よりも大きくなるとスチールワイヤＷの曲率半径方向内側の引張残留応力が強くなって悪影響を及ぼし始め、破壊圧の増大効果が頭打ちになる。

なお、スチールワイヤＷの曲率半径方向外側の半円周部分の表層に圧縮残留応力を付与する手段は特に限定されるものではないが、例えば、ビードコア５を構成するスチールワイヤＷに予めタイヤ内での曲率よりも大きな曲率で曲げ癖を付けておくことが有効である。それ以外の手段として、金属球によるショットブラスト処理（ショットピーニング処理）等の表面圧縮化処理を利用することも可能である。

上述の空気入りタイヤでは、上記物性に加えて、図５に示すように、タイヤから採取されたスチールワイヤＷを平面上に自然放置した状態での該スチールワイヤＷの曲率半径Ｒ０と、タイヤから採取されたスチールワイヤＷの曲率半径方向内側の半円周部分を曲率半径方向の太さの３％に相当する厚さ分だけ硝酸水溶液にて溶解除去した状態での該スチールワイヤＷの曲率半径Ｒ２とを測定したとき、これら曲率半径Ｒ０と曲率半径Ｒ２との比がＲ２／Ｒ０＜１．０の関係を満足するようになっている。

スチールワイヤＷの曲率半径Ｒ２は、より具体的には、以下の方法により測定される。即ち、タイヤから採取されたスチールワイヤＷを長さ１０ｃｍに切断し、その表面のめっきを過硝酸アンモニウム水溶液により除去し、図６に示すように、スチールワイヤＷの曲率半径方向外側の半円周部分をラッカーＬで被覆した後、硝酸水溶液中でエッチングを施し、スチールワイヤＷの曲率半径方向内側の半円周部分を曲率半径方向の太さ（図６の場合、スチールワイヤＷの直径）の３％に相当する厚さ分だけ除去する。このようにしてスチールワイヤＷの表層の一部を選択的に除去した後、そのスチールワイヤＷを平面上に自然放置した状態で曲率半径Ｒ２を測定する。曲率半径Ｒ０，Ｒ２はスチールワイヤＷの断面中心線の曲率半径である。

上述のようにスチールワイヤＷの曲率半径Ｒ０と曲率半径Ｒ２との比がＲ２／Ｒ０＜１．０の関係の関係を満足することは、ビードコア５を構成するスチールワイヤＷの曲率半径方向内側の半円周部分の表層に圧縮残留応力が存在することを意味する。そして、スチールワイヤＷの曲率半径方向外側の半円周部分の表層のみならず曲率半径方向内側の半円周部分の表層にも圧縮残留応力が存在する場合、空気入りタイヤの耐水圧試験での破壊圧が更に増大することになる。ここで、比Ｒ２／Ｒ０が１．０以上であると破壊圧の増大効果が不十分になる。

なお、スチールワイヤＷの曲率半径方向内側の半円周部分の表層に圧縮残留応力を付与する手段は特に限定されるものではないが、例えば、スチールワイヤＷに曲げ癖を付与した後、スチールワイヤＷに対して金属球によるショットブラスト処理（ショットピーニング処理）等の表面圧縮化処理を施し、スチールワイヤＷの全面の残留応力を圧縮側にすることが可能である。

図７はトラック・バス用タイヤで使用されるビードコアを示すものである。図７において、スチールワイヤＷは長方形の断面形状を有すると共にビードコア５の周上の複数箇所で金属製の帯材Ｂで結束されている。このようなビードコア（いわゆる平ビード）に対して上述の残留応力を与えた場合、耐水圧試験での破壊圧の増大効果に加えて、金属製の帯材Ｂのかしめ加工に対する耐性が大きくなるという利点がある。図７の場合、スチールワイヤＷの曲率半径方向の太さとは長方形の短辺の長さである。

スチールワイヤＷは亜鉛めっきワイヤであると共に表面に金属球によるショットブラスト処理が施されていると良い。この場合、ショットブラスト処理によりスチールワイヤの表層に圧縮残留応力を与えることでスチールワイヤＷの物性を改善すると同時に、ショットブラスト処理により亜鉛めっき層の表面活性を高めることでスチールワイヤＷのゴムに対する接着性を向上し、両者の相乗効果により耐水圧試験での破壊圧を大幅に増大させることが可能になる。

タイヤサイズが１１Ｒ２２．５（リムサイズ２２．５×８．２５）であり、断面形状が長方形（２．０ｍｍ×１．３ｍｍ）をなす８本のスチールワイヤを連続的に巻回して成形された環状のビードコアをビード部に埋設した空気入りタイヤにおいて、ビードコアを構成するスチールワイヤの使用量、タイヤから採取されたスチールワイヤを平面上に自然放置した状態での該スチールワイヤの曲率半径Ｒ０、タイヤから採取されたスチールワイヤの曲率半径方向外側の半円周部分を曲率半径方向の太さの３％に相当する厚さ分だけ硝酸水溶液にて溶解除去した状態での該スチールワイヤの曲率半径Ｒ１、タイヤから採取されたスチールワイヤの曲率半径方向内側の半円周部分を曲率半径方向の太さの３％に相当する厚さ分だけ硝酸水溶液にて溶解除去した状態での該スチールワイヤの曲率半径Ｒ２を表１のように設定した比較例１〜２及び実施例１〜６のタイヤをそれぞれ製作した。但し、スチールワイヤ使用量については、比較例１を１００とする指数にて示した。比較例２及び実施例１〜６はいずれも比較例１に比べてビードコアを構成するスチールワイヤの使用量を減らしたものである。

比較例１〜２及び実施例１〜４については、ビードコアの成形に先駆けてスチールワイヤに与える曲げ癖に基づいて該スチールワイヤの曲率半径方向外側の表面残留応力を調整した。一方、実施例５〜６については、ビードコアの成形に先駆けてスチールワイヤに与える曲げ癖に基づいて該スチールワイヤの曲率半径方向外側の表面残留応力を調整した後、更に金属球によるショットブラスト処理に基づいてスチールワイヤの曲率半径方向内側の表面残留応力を調整した。

これら試験タイヤについて、耐水圧試験を実施し、その破壊圧を測定した。より具体的には、リム組みされた各試験タイヤの内部に水を充填し、その水圧を徐々に上昇させ、タイヤが破壊されるときの破壊圧を測定した。評価結果は、比較例１を１００とする指数にて表１に示した。この指数値が大きいほど破壊圧が大きいことを意味する。

この表１から判るように、実施例１〜６のタイヤは、比較例１に比べてビードコアを軽量化したものであるが、耐水圧試験における破壊圧が比較例１と同等以上になっていた。一方、比較例２のタイヤは、ビードコアの軽量化に伴って耐水圧試験における破壊圧が低下していた。

本発明の実施形態からなる空気入りタイヤを示す子午線半断面図である。 図１の空気入りタイヤのビードコアを拡大して示す断面図である。 スチールワイヤを曲率半径Ｒ０と曲率半径Ｒ１と共に示す平面図である。 スチールワイヤの曲率半径Ｒ１の測定方法を説明するためのワイヤ断面図である。 スチールワイヤを曲率半径Ｒ０と曲率半径Ｒ２と共に示す平面図である。 スチールワイヤの曲率半径Ｒ２の測定方法を説明するためのワイヤ断面図である。 トラック・バス用タイヤで使用されるビードコアを示す断面図である。

符号の説明

１ トレッド部
２ サイドウォール部
３ ビード部
４ カーカス層
５ ビードコア
６ ベルト層
Ｗ スチールワイヤ
Ｇ インシュレーションゴム

Claims (5)

1. １本のスチールワイヤをタイヤ軸方向の位置をずらしながら連続的に巻回して層を形成しこれを複数層巻き重ねて成形された、又は、タイヤ軸方向に並べられた複数本のスチールワイヤを連続的に複数層巻き重ねて成形された多層構造を有する環状のビードコアをビード部に埋設した空気入りタイヤにおいて、前記ビードコアを構成するスチールワイヤをタイヤから採取し、該タイヤから採取されたスチールワイヤを平面上に自然放置した状態での該スチールワイヤの曲率半径Ｒ０と、前記タイヤから採取されたスチールワイヤの曲率半径方向外側の半円周部分を曲率半径方向の太さの３％に相当する厚さ分だけ硝酸水溶液にて溶解除去した状態での該スチールワイヤの曲率半径Ｒ１とを測定したとき、これら曲率半径Ｒ０と曲率半径Ｒ１との比が１．０＜Ｒ１／Ｒ０≦１．８の関係を満足することを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 曲率半径Ｒ０と曲率半径Ｒ１との比が１．０＜Ｒ１／Ｒ０≦１．６の関係を満足することを特徴とする請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記タイヤから採取されたスチールワイヤを平面上に自然放置した状態での該スチールワイヤの曲率半径Ｒ０と、前記タイヤから採取されたスチールワイヤの曲率半径方向内側の半円周部分を曲率半径方向の太さの３％に相当する厚さ分だけ硝酸水溶液にて溶解除去した状態での該スチールワイヤの曲率半径Ｒ２とを測定したとき、これら曲率半径Ｒ０と曲率半径Ｒ２との比がＲ２／Ｒ０＜１．０の関係を満足することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空気入りタイヤ。
4. 前記スチールワイヤが長方形の断面形状を有すると共に前記ビードコアの周上の複数箇所で金属製の帯材で結束されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
5. 前記スチールワイヤが亜鉛めっきワイヤであると共に表面に金属球によるショットブラスト処理が施されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

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