JP5573458B2 - 重荷重用空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、ビード部の耐久性を向上した重荷重用空気入りタイヤに関するものである。

重荷重用空気入りタイヤのビード部は、タイヤの負荷転動時に、タイヤ幅方向外側に向く倒れ込み変形を受けることで、リムフランジに接触する部分にリムフランジから反力を受け、当該部分にせん断応力が集中する。このため、高負荷がかかった際にはビード部においてスチール補強層と、当該スチール補強層の外側に配置されたリムクッションゴムとの間にクラックが生じるおそれがある。

従来、特許文献１に記載の重荷重用空気入りタイヤ（重荷重用ラジアルタイヤ）では、カーカス層の外側にスチール補強層（ワイヤチェイファー）を備え、カーカス層とスチール補強層との間にゴム材を配置する技術が示されている。具体的には、ビード部のリムフランジ当接部の曲面の曲率中心を通る垂直面をビードワイヤ側へ３５°±５°回転させた面とスチール補強層とが交わる交線よりビードワイヤ側において、カーカス層の金属コードとスチール補強層のワイヤとの間のゴム厚Ｔ１を０．２［ｍｍ］≦Ｔ１≦１．６［ｍｍ］に設定すると共に、前記交線のタイヤ径方向外側において、カーカス層の金属コードとスチール補強層のワイヤとの間のゴム厚Ｔ２をＴ２＞Ｔ１に設定している。

特開平３−２６２７１１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の重荷重用空気入りタイヤでは、カーカス層およびスチール補強層の端部に向かってゴム材のゴム厚寸法が大きくなっている。すなわち、ゴム材がカーカス層およびスチール補強層の端部からタイヤ径方向内側に向けて楔状に形成されているため、スチール補強層端部からタイヤ幅方向へのクラック、あるいはカーカス層の端部からタイヤ幅方向内側のカーカス層に向かうクラックが生じるおそれがある。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ビード部の耐久性を向上することのできる重荷重用空気入りタイヤを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の重荷重用空気入りタイヤは、ビード部におけるビードコア周りにタイヤ幅方向内側からタイヤ幅方向外側に折り返されたカーカス層と、前記カーカス層の外周でタイヤ幅方向内側からタイヤ幅方向外側に折り返されたスチール補強層と、前記スチール補強層の外周に配置されたリムクッションゴムとを備えた重荷重用空気入りタイヤにおいて、正規リムに装着し、正規内圧を充填した無負荷状態で、ビードヒール側で、前記ビードコアのタイヤ幅方向最外端を通過してタイヤ幅方向に延在する基準線が前記スチール補強層の内周面に交差する交点を基点とし、前記カーカス層と前記スチール補強層との間で前記交点からタイヤ径方向外側に向けて配置された緩衝ゴムを備え、前記基準線から前記緩衝ゴムのタイヤ径方向外側端までのタイヤ径方向寸法Ｈと、前記基準線から前記スチール補強層のタイヤ幅方向外側端までのタイヤ径方向寸法ＨＳと、前記基準線から前記カーカス層のタイヤ幅方向外側端までのタイヤ径方向寸法ＨＣとの関係がＨＳ＜Ｈ≦ＨＣに設定され、かつ前記緩衝ゴムが配置された部分で前記カーカス層がタイヤ幅方向内側に凸形状に形成され、前記カーカス層のタイヤ幅方向外側端の位置におけるビードフィラーの最小厚みが、１０．５［ｍｍ］以上に設定されていることを特徴とする。

この重荷重用空気入りタイヤによれば、スチール補強層のタイヤ幅方向外側端のタイヤ幅方向内側に、緩衝ゴムが配置される。しかも、カーカス層のタイヤ幅方向内側への凸形状により、スチール補強層のタイヤ幅方向外側端が、カーカス層のタイヤ幅方向端からタイヤ幅方向に大きく逸れない。このため、タイヤの負荷転動時に、ビード部がタイヤ幅方向外側に向く倒れ込み変形を受けることで、リムフランジから反力を受けてリムフランジに接触する部分にせん断応力が集中しても、スチール補強層のタイヤ幅方向外側端部には十分なリムクッションゴムゲージが確保できるため、スチール補強層のタイヤ幅方向外側端部を起因としたセパレーションを抑制する。また、カーカス層のタイヤ幅方向内側への凸形状により、リムからの反力による応力を、スチール補強層の外周に配置されたリムクッションゴムと凸部に配置した緩衝ゴムとの両方で緩和することができる。この結果、ビード部の耐久性を向上することができる。しかも、この重荷重用空気入りタイヤによれば、ビードフィラーの最小厚みの設定により、カーカス層のタイヤ幅方向外側端の位置におけるビードフィラーに向かうクラックを抑制することができる。

また、本発明の重荷重用空気入りタイヤは、前記緩衝ゴムの１００％モジュラスＭＢが、前記リムクッションゴムの１００［％］モジュラスＭＲに対し、ＭＢ≦ＭＲに設定されていることを特徴とする。

この重荷重用空気入りタイヤによれば、緩衝ゴムの１００％モジュラスＭＢを、リムクッションゴムの１００％モジュラスＭＲと同等または以下にすることで、上記せん断応力の集中時に、緩衝ゴムが撓むので上記の効果を顕著に得ることができる。

また、本発明の重荷重用空気入りタイヤは、前記交点と前記カーカス層のタイヤ幅方向外側端とを結ぶ直線と、前記交点と前記スチール補強層のタイヤ幅方向外側端とを結ぶ直線とがなす角度αが、０［°］≦α≦５［°］の範囲に設定されていることを特徴とする。

この重荷重用空気入りタイヤによれば、角度αが５［°］以下であることで、スチール補強層のタイヤ幅方向外側端がタイヤ幅方向外側に向けて広がる事態を防ぎ、これによるビード部のタイヤ幅方向外側（ビードヒール側）のゴムゲージの薄肉化を防ぐ。この結果、上記せん断応力の集中が抑制されるので、ビード部の耐久性をより向上することができる。

また、本発明の重荷重用空気入りタイヤは、前記基準線から前記スチール補強層のタイヤ幅方向外側端までのタイヤ径方向寸法ＨＳに対し、前記基準線から前記緩衝ゴムが最大厚みとなるタイヤ幅方向外側点までのタイヤ径方向寸法ＨＧが、０．３≦ＨＧ／ＨＳに設定されていることを特徴とする。

この重荷重用空気入りタイヤによれば、ビード部は、基準線の位置でリムフランジに接触するようにリム組み設計されることが、リム組み強度を得る上で好ましい。この点、この重荷重用空気入りタイヤによれば、ＨＧ／ＨＳを０．３以上とすることで、リムフランジに接触するタイヤ径方向位置から緩衝ゴムが最大厚みＴｍａｘとなる部分がタイヤ径方向に離隔される。この結果、上記せん断応力の集中が抑制されるので、ビード部の耐久性をより向上することができる。

本発明に係る重荷重用空気入りタイヤは、ビード部の耐久性を向上することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る重荷重用空気入りタイヤのビード部を示す子午断面図である。 図２は、図１における部分拡大図である。 図３は、本発明の実施例に係る重荷重用空気入りタイヤの性能試験の結果を示す図表である。

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施の形態の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、この実施の形態に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。

以下の説明において、タイヤ径方向とは、重荷重用空気入りタイヤの回転軸（図示せず）と直交する方向をいい、タイヤ径方向内側とはタイヤ径方向において回転軸に向かう側、タイヤ径方向外側とはタイヤ径方向において回転軸から離れる側をいう。また、タイヤ幅方向とは、前記回転軸と平行な方向をいい、タイヤ幅方向内側とはタイヤ幅方向においてタイヤ赤道面に向かう側、タイヤ幅方向外側とはタイヤ幅方向においてタイヤ赤道面から離れる側をいう。また、タイヤ周方向とは、前記回転軸を中心軸とする周り方向をいう。

本実施の形態に係る重荷重用空気入りタイヤは、タイヤ径方向の最も外側部分に形成されて走行時に路面と接触するトレッド部（図示省略）を有し、このトレッド部のタイヤ幅方向外側から、タイヤ径方向内側の所定の位置までに、サイドウォール部（図示省略）が設けられている。そして、サイドウォール部のタイヤ径方向内側には、図１に示すビード部１が設けられている。このビード部１は、重荷重用空気入りタイヤのタイヤ赤道面の対称位置で２箇所に設けられており、リム２のリムベース２１に嵌合する部位である。なお、図１では、ビード部１の一方（子午断面の左側）のみを示している。

ビード部１には、主に、ビードコア１１と、カーカス層１２と、ビードフィラー１３と、スチール補強層１４と、リムクッションゴム１５と、が設けられている。

ビードコア１１は、スチールワイヤであるビードワイヤを複数束ねてタイヤ周方向にリング状に巻くことにより形成されている。

カーカス層１２は、スチールコードがゴム材で被覆されたもので、タイヤ周方向にトロイド状に掛け回され、かつスチールコードのタイヤ幅方向の端部がビードコア１１に対してタイヤ幅方向内側（ビードトウ側）からビードコア１１のタイヤ径方向内側を通ってタイヤ幅方向外側（ビードヒール側）に巻き返されることでタイヤの骨格を構成するものである。カーカス層１２のスチールコードは、重荷重用空気入りタイヤのタイヤ赤道線に対してほぼ９０度（ラジアル方向）の角度を有して設けられている。

ビードフィラー１３は、カーカス層１２が折り返された内側に配置されたゴム材である。

スチール補強層１４は、スチールコードからなり、ビードコア１１に巻き返されたカーカス層１２の外周に沿って配設されている。

リムクッションゴム１５は、カーカス層１２の外周に配設されたゴム材のうち、カーカス層１２のタイヤ幅方向外側であって、スチール補強層１４のタイヤ幅方向外側端部の位置に配置されたものである。本実施の形態でのリムクッションゴム１５は、ＪＩＳ Ｋ ６２５１による１００％モジュラスＭＲが２．０［ＭＰａ］≦ＭＲ≦３．５［ＭＰａ］の範囲に設定されている。

このような構成において、本実施の形態に係る重荷重用空気入りタイヤは、緩衝ゴム１６を備えている。緩衝ゴム１６は、正規リムに装着し、正規内圧を充填した無負荷状態で、ビードヒール側で、ビードコア１１のタイヤ幅方向最外端１１ａを通過してタイヤ幅方向に延在する基準線Ｓが、スチール補強層１４の内周面に交差する交点Ｐを基点とし、カーカス層１２とスチール補強層１４との間で交点Ｐからタイヤ径方向外側に向けて配置されている。

ここで、正規リムとは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、当該規格がタイヤごとに定めるリムであり、例えばＪＡＴＭＡであれば「標準リム」、ＴＲＡであれば「Design Rim」、ＥＴＲＴＯであれば「Measuring Rim」を意味する。また、正規内圧とは、前記規格がタイヤごとに定めている空気圧であり、例えばＪＡＴＭＡであれば「最高空気圧」、ＴＲＡであれば「TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES」に記載の最大値、ＥＴＲＴＯであれば「INFLATION PRESSURES」を意味する。

緩衝ゴム１６は、基準線Ｓからタイヤ径方向外側端までのタイヤ径方向寸法Ｈとして構成されている。そして、この寸法Ｈと、基準線Ｓからスチール補強層１４のタイヤ幅方向外側端までのタイヤ径方向寸法ＨＳと、基準線Ｓからカーカス層１２のタイヤ幅方向外側端までのタイヤ径方向寸法ＨＣとの関係が、ＨＳ＜Ｈ≦ＨＣに設定されている。

また、緩衝ゴム１６が配置された部分において、カーカス層１２は、タイヤ幅方向内側に凸形状に形成されている。すなわち、緩衝ゴム１６は、カーカス層１２側に凸形状に突出して形成されている。

すなわち、本実施の形態にかかる重荷重用空気入りタイヤによれば、スチール補強層１４のタイヤ幅方向外側端のタイヤ幅方向内側に、緩衝ゴム１６が配置される。しかも、カーカス層１２のタイヤ幅方向内側への凸形状により、スチール補強層１４のタイヤ幅方向外側端が、カーカス層１２のタイヤ幅方向端からタイヤ幅方向に大きく逸れない。このため、タイヤの負荷転動時に、ビード部１がタイヤ幅方向外側に向く倒れ込み変形を受けることで、リムフランジ２２から反力を受けてリムフランジ２２に接触する部分にせん断応力が集中しても、スチール補強層１４のタイヤ幅方向外側端部には十分なリムクッションゴムゲージが確保できるため、スチール補強層１４のタイヤ幅方向外側端部を起因としたセパレーションを抑制する。また、カーカス層１２のタイヤ幅方向内側への凸形状により、リムからの反力による応力を、スチール補強層１４の外周に配置されたリムクッションゴムと凸部に配置した緩衝ゴム１６との両方で緩和することが可能である。

また、本実施の形態の重荷重用空気入りタイヤは、緩衝ゴム１６のＪＩＳ Ｋ ６２５１による１００％モジュラスＭＢが、リムクッションゴム１５の１００［％］モジュラスＭＲに対し、ＭＢ≦ＭＲに設定されている。具体的には、緩衝ゴム１６の１００％モジュラスＭＢは、２．０［ＭＰａ］≦ＭＢ≦３．０［ＭＰａ］の範囲に設定されていることが好ましい。

この重荷重用空気入りタイヤによれば、緩衝ゴム１６の１００％モジュラスＭＢを、リムクッションゴム１５の１００％モジュラスＭＲと同等または以下にすることで、上記せん断応力の集中時に、緩衝ゴム１６が撓むので、上記の効果を顕著に得ることが可能になる。

また、本実施の形態の重荷重用空気入りタイヤは、図２に示すように、交点Ｐとカーカス層１２のタイヤ幅方向外側端とを結ぶ直線ＬＣと、交点Ｐとスチール補強層１４のタイヤ幅方向外側端とを結ぶ直線ＬＳとがなす交点Ｐを中心とする角度αが、０［°］≦α≦５［°］の範囲に設定されている。

この重荷重用空気入りタイヤによれば、角度αが５［°］以下であることで、スチール補強層１４のタイヤ幅方向外側端がタイヤ幅方向外側に向けて広がる事態を防ぎ、これによるビード部１のタイヤ幅方向外側（ビードヒール側）のゴムゲージの薄肉化を防ぐ。この結果、上記せん断応力の集中が抑制されるので、ビード部１の耐久性をより向上することが可能になる。

また、本実施の形態の重荷重用空気入りタイヤは、図１に示すように、基準線Ｓからスチール補強層１４のタイヤ幅方向外側端までのタイヤ径方向寸法ＨＳに対し、基準線Ｓから緩衝ゴム１６が最大厚みＴｍａｘとなるタイヤ幅方向外側点までのタイヤ径方向寸法ＨＧが、０．３≦ＨＧ／ＨＳに設定されている。

ビード部１は、基準線Ｓの位置でリムフランジ２２に接触するようにリム組み設計されることが、リム組み強度を得る上で好ましい。この点、この重荷重用空気入りタイヤによれば、ＨＧ／ＨＳを０．３以上とすることで、リムフランジ２２に接触するタイヤ径方向位置から緩衝ゴム１６が最大厚みＴｍａｘとなる部分がタイヤ径方向に離隔される。この結果、上記せん断応力の集中が抑制されるので、ビード部１の耐久性をより向上することが可能になる。なお、ＨＧ／ＨＳは、せん断応力の集中を抑制し、かつ当該抑制の効果を顕著に得るため、０．３≦ＨＧ／ＨＳ≦１．０の範囲に設定されていることが好ましい。

また、本実施の形態の重荷重用空気入りタイヤは、カーカス層１２のタイヤ幅方向外側端の位置におけるビードフィラー１３の最小厚みＷが、１０．５［ｍｍ］以上に設定されている。

この重荷重用空気入りタイヤによれば、ビードフィラー１３の最小厚みＷの設定により、カーカス層１２のタイヤ幅方向外側端の位置におけるビードフィラー１３に向かうクラックを抑制することが可能になる。

本実施の形態では、条件が異なる複数種類の重荷重用空気入りタイヤについて、ビード部耐久性に関する性能試験が行われた（図３参照）。

この性能試験では、タイヤサイズ１１Ｒ２２．５の重荷重用空気入りタイヤを、正規リムに組み付け、正規内圧を充填し、正規荷重の１５０％を加えた。なお、ここでいう正規リムとは、ＪＡＴＭＡに規定される「標準リム」、ＴＲＡに規定される「Design Rim」、あるいはＥＴＲＴＯに規定される「Measuring Rim」をいう。また、正規内圧とは、ＪＡＴＭＡに規定される「最高空気圧」、ＴＲＡに規定される「TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES」の最大値、あるいはＥＴＲＴＯに規定される「INFLATION PRESSURES」をいう。また、正規荷重とは、ＪＡＴＭＡに規定される「最大負荷能力」、ＴＲＡに規定される「TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES」の最大値、あるいはＥＴＲＴＯに規定される「LOAD CAPACITY」をいう。

評価方法は、ビード部耐久性の性能試験（１）は、試験タイヤを室内ドラム試験機に取り付け、速度４５［ｋｍ／ｈ］にて１５，０００［ｋｍ］走行した後、タイヤのある位置を基点とした子午断面によりタイヤ周上８等分で切断した扇状サンプルを作成し、各断面（合計１６断面）を観測してスチール補強層とリムクッションゴムとの間のクラック数を測定し、この結果に基づいて従来例を基準（１００）とした指数評価が行われる。この評価は、数値が大きいほどクラックが少なく耐久性が優れていることを示している。

評価方法は、ビード部耐久性の性能試験（２）では、試験タイヤを室内ドラム試験機に取り付け、速度４５［ｋｍ／ｈ］で走行して、重荷重用空気入りタイヤが破壊するまでの走行距離を測定し、この結果に基づいて従来例を基準（１００）とした指数評価が行われる。この評価は、数値が大きいほどクラックが少なくビード部全体の耐久性が優れていることを示している。

従来例の重荷重用空気入りタイヤは、緩衝ゴムを備えていない。比較例の重荷重用空気入りタイヤは、緩衝ゴムを備えているが、基準線からのタイヤ径方向寸法：ＨＳ＜Ｈ≦ＨＣ、カーカス層の凸形状、緩衝ゴムの１００％モジュラスとリムクッションゴムの１００％モジュラスの関係：ＭＢ≦ＭＲ、カーカス層とスチール補強層との角度：α、緩衝ゴム最大厚みＴｍａｘの位置の関係：ＨＧ／ＨＳ、およびビードフィラーゲージ：Ｗが適正化されていない。一方、実施例１〜実施例８の重荷重用空気入りタイヤは、緩衝ゴムを備えており、基準線からのタイヤ径方向寸法：ＨＳ＜Ｈ≦ＨＣ、およびカーカス層の凸形状が適正化されている。また、実施例２の重荷重用空気入りタイヤは、さらに緩衝ゴムの１００％モジュラスとリムクッションゴムの１００％モジュラスの関係：ＭＢ≦ＭＲが適正化されている。また、実施例３および実施例４の重荷重用空気入りタイヤは、さらにカーカス層とスチール補強層との角度：αが適正化されている。また、実施例５および実施例６の重荷重用空気入りタイヤは、さらに緩衝ゴム最大厚みＴｍａｘの位置の関係：ＨＧ／ＨＳが適正化されている。また、実施例７および実施例８の重荷重用空気入りタイヤは、さらにビードフィラーゲージ：Ｗが適正化されている。

図３の試験結果に示すように、実施例１〜実施例８の重荷重用空気入りタイヤは、スチール補強層とカーカス層との間のクラックが見あたらず、従来例および比較例と比較して、それぞれビード部耐久性が向上されていることが分かる。

以上のように、本発明に係る重荷重用空気入りタイヤは、ビード部の耐久性を向上することに適している。

１ ビード部
２ リム
２１ リムベース
２２ リムフランジ
１１ ビードコア
１１ａ タイヤ幅方向最外端
１２ カーカス層
１３ ビードフィラー
１４ スチール補強層
１５ リムクッションゴム
１６ 緩衝ゴム
Ｓ 基準線
Ｐ ビードコアのタイヤ幅方向最外端を通過してタイヤ幅方向に延在する基準線がスチール補強層の内周面に交差する交点
Ｈ 基準線から緩衝ゴムのタイヤ径方向外側端までのタイヤ径方向寸法
ＨＣ 基準線からカーカス層のタイヤ幅方向外側端までのタイヤ径方向寸法
ＨＳ 基準線からスチール補強層のタイヤ幅方向外側端までのタイヤ径方向寸法
ＨＧ 基準線から緩衝ゴムが最大厚みとなるタイヤ幅方向外側点までのタイヤ径方向寸法
ＭＢ 緩衝ゴムの１００％モジュラス
ＭＲ リムクッションゴムの１００％モジュラス
ＬＣ 交点とカーカス層のタイヤ幅方向外側端とを結ぶ直線
ＬＳ 交点とスチール補強層のタイヤ幅方向外側端とを結ぶ直線
α 直線ＬＣ、ＬＳがなす角度

Claims (4)

1. ビード部におけるビードコア周りにタイヤ幅方向内側からタイヤ幅方向外側に折り返されたカーカス層と、前記カーカス層の外周でタイヤ幅方向内側からタイヤ幅方向外側に折り返されたスチール補強層と、前記スチール補強層の外周に配置されたリムクッションゴムとを備えた重荷重用空気入りタイヤにおいて、
   正規リムに装着し、正規内圧を充填した無負荷状態で、ビードヒール側で、前記ビードコアのタイヤ幅方向最外端を通過してタイヤ幅方向に延在する基準線が前記スチール補強層の内周面に交差する交点を基点とし、前記カーカス層と前記スチール補強層との間で前記交点からタイヤ径方向外側に向けて配置された緩衝ゴムを備え、
   前記基準線から前記緩衝ゴムのタイヤ径方向外側端までのタイヤ径方向寸法Ｈと、前記基準線から前記スチール補強層のタイヤ幅方向外側端までのタイヤ径方向寸法ＨＳと、前記基準線から前記カーカス層のタイヤ幅方向外側端までのタイヤ径方向寸法ＨＣとの関係がＨＳ＜Ｈ≦ＨＣに設定され、かつ前記緩衝ゴムが配置された部分で前記カーカス層がタイヤ幅方向内側に凸形状に形成され、前記カーカス層のタイヤ幅方向外側端の位置におけるビードフィラーの最小厚みが、１０．５［ｍｍ］以上に設定されていることを特徴とする重荷重用空気入りタイヤ。
2. 前記緩衝ゴムの１００％モジュラスＭＢが、前記リムクッションゴムの１００［％］モジュラスＭＲに対し、ＭＢ≦ＭＲに設定されていることを特徴とする請求項１に記載の重荷重用空気入りタイヤ。
3. 前記交点と前記カーカス層のタイヤ幅方向外側端とを結ぶ直線と、前記交点と前記スチール補強層のタイヤ幅方向外側端とを結ぶ直線とがなす角度αが、０［°］≦α≦５［°］の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の重荷重用空気入りタイヤ。
4. 前記基準線から前記スチール補強層のタイヤ幅方向外側端までのタイヤ径方向寸法ＨＳに対し、前記基準線から前記緩衝ゴムが最大厚みとなるタイヤ幅方向外側点までのタイヤ径方向寸法ＨＧが、０．３≦ＨＧ／ＨＳに設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の重荷重用空気入りタイヤ。

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