JP5722085B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

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Description

本発明は、ビードコアにカーカスプライが折り返された空気入りタイヤに係り、特に、ビード部の耐久性を向上させた空気入りタイヤに関する。
ラジアル構造の空気入りタイヤが負荷を受けたとき、ビード部は、リムフランジよりもタイヤ径方向外側の領域で、タイヤ軸方向外側へ倒れる変形に伴い曲げモーメントが働く。これにより、ビード部には、曲げの中立軸を境にしてタイヤ内側には引っ張り力、タイヤ外側には圧縮力が作用する。この圧縮力がビードコアを折り返されたカーカスプライの折り返し部のコードに作用して圧縮歪を生じ、その圧縮歪が過大になるとカーカスプライのコードが疲労破断に至る場合がある。
従来、折り返し部のコードの圧縮歪を抑制して折り返し部のコードの疲労破断を抑制することでビード部の耐久性を向上させた建設車両用の空気入りタイヤが提案されている(例えば、特許文献1、2参照。)。
特許文献1、2の空気入りタイヤでは、カーカスの本体部と折り返し部との間のコード間距離を、ビードコアからタイヤ径方向外側へ向かって漸減して一旦極小値とし、次いで漸増させて極大値とし、適用リムのベースラインから上記コード間距離が極小値、及び極大値となる位置までの距離等を最適化することで、折り返し部のコードに生ずる圧縮歪を抑制して折り返し部のコードの疲労破断を抑制している。
曲げの中立軸の外側の圧縮領域では、ビード部外表面からの距離に比例して剪断歪や圧縮歪が減少することから、従来技術では、コード破断の発生核となる折り返し部の圧縮歪の集中する区域を曲げの中立軸に近接させて配置し、折り返し部における局部的な圧縮歪の集中を回避し、コード破断を抑制している。
特開2009−113715号公報 特開平4−185510号公報
従来の空気入りタイヤでは、カーカスの本体部と折り返し部との間のコード間距離を、ビードコアからタイヤ径方向外側へ向かって漸減して一旦極小値とし、次いで漸増させて極大値とすることで、折り返し部のコードの疲労破断は抑制されているが、負荷を受けてビード部が変形した時に、コード間距離を極小値とした部分の本体部と折り返し部との間のゴムに応力が集中し、特に過酷な環境下で過大な負荷が作用すると該ゴムに亀裂を発生する場合があり、ビード部の耐久性を更に向上する上で改善の余地があった。
本発明は、上記事実を考慮して、カーカスの折り返し部に生ずる圧縮歪を抑制してカーカスの折り返し部におけるコードの疲労破断を抑制しつつ、本体部と折り返し部との間のゴムに生ずる応力集中を緩和してビード部の耐久性を更に向上することを目的とする。
請求項1に記載の空気入りタイヤは、一対のビード部間をトロイド状に跨って配設され前記ビード部間に位置する本体部と前記ビード部のビードコアに内側から外側に折り返される折り返し部とを備えた複数本のラジアルカーカスコードを含むカーカスプライを有し、前記本体部と前記折り返し部とのコード間距離が前記ビードコアからタイヤ径方向外側に向けて漸減する第1区間と、前記第1区間のタイヤ径方向外側に設けられ、前記カーカスプライの本体部と前記折り返し部とのコード間距離が前記ビードコアからタイヤ径方向外側に向けて漸増する第2区間と、前記第1区間のタイヤ径方向外側部分と前記第2区間のタイヤ径方向内側部分とを連結し、前記本体部と前記折り返し部とのコード間距離が一定とされた第1間隔不変区間とが設けられタイヤ径方向に沿って計測した前記第1間隔不変区間の長さが、適用リムのリムフランジ高さの40〜60%の範囲内に設定されたカーカスと、前記ビードコアからタイヤ径方向外側の前記本体部と前記折り返し部との間に配置されるスティフナーと、を有する。
次に、請求項1に記載の空気入りタイヤの作用を説明する。
空気入りタイヤが負荷を受けてビード部がタイヤ径方向外側へ倒れこむ変形を生じた際に、曲げの中立軸よりもタイヤ軸方向外側は圧縮変形(歪)し、これによりカーカスプライの折り返し部のラジカルカーカスコードに圧縮力が作用するが、折り返し部の途中に、本体部と折り返し部とのコード間距離がビードコアからタイヤ径方向外側に向けて漸減する第1区間と、第1区間のタイヤ径方向外側に設けられて該コード間距離がビードコアからタイヤ径方向外側に向けて漸増する第2区間と、第1区間のタイヤ径方向外側部分と前記第2区間のタイヤ径方向内側部分とを連結して該コード間距離が一定とされた第1間隔不変区間とを設けたことで、第1間隔不変区間の折り返し部のラジカルカーカスコードが、ほぼ曲げの中立軸となるカーカスプライの本体部に近づき、これによって折り返し部のラジアルカーカスコードに作用する圧縮力が低減され、該圧縮力に起因する折り返し部のラジアルカーカスプライの疲労破断を抑えることができる。
したがって、折り返し部のラジアルカーカスコードの圧縮力が最も高くなる部位に合わせて、本体部と折り返し部とのコード間隔が狭く設定された第1間隔不変区間を設けることが、ラジアルカーカスプライの疲労破断を抑える上で最も効果的である。
さらに、請求項1に記載の空気入りタイヤでは、従来タイヤの様に本体部と折り返し部とのコード間距離がビードコアからタイヤ径方向外側に向けて漸減する第1区間と、該コード間距離がビードコアからタイヤ径方向外側に向けて漸増する第2区間とが直接連結されてラジアルカーカスコードの方向が急変しておらず、第1区間と第2区間との間に第1区間のタイヤ径方向外側部分と第2区間のタイヤ径方向内側部分とを連結するように本体部と折り返し部とのコード間距離が一定とされて延びる第1間隔不変区間が設けられているため、第1間隔不変区間が無い従来タイヤに比較して、第1区間と第2区間との中間部分において折り返し部のコードと本体部のコードとの間のゴムに対して応力の集中が抑えられ、該ゴムからの亀裂の発生が抑えられる事でビード部の耐久性が向上する。
ここで、本体部と折り返し部とのコード間距離とは、本体部のタイヤ軸方向最外側のコードのコード中心から折り返し部のタイヤ軸方向最内側のコードのコード中心へ下ろした法線の長さ(コード中心間距離)で定義される。
また、空気入りタイヤをモールドで製造する際、カーカスプライ、ゴム等は成形時の圧力により動くため、第1間隔不変区間のコード間距離を完全な一定間隔とすること、即ち、製造誤差を零とすることは実際問題として困難である。したがって、本発明では、第1間隔不変区間のコード間距離を一定としているが、本発明における一定とは製造時の誤差として、第1間隔不変区間の平均のコード間距離に対してプラスマイナス10%以内の変動を含むものとする。
また、タイヤ径方向に沿って計測した第1間隔不変区間の長さを、適用リムのリムフランジ高さの40〜60%の範囲内に設定することで、高い応力集中緩和効果が得られる。
なお、タイヤ径方向に沿って計測した第1間隔不変区間の長さが、適用リムのリムフランジ高さの40%未満では、高い応力集中緩和効果が得られなくなる。
一方、タイヤ径方向に沿って計測した第1間隔不変区間の長さが、適用リムのリムフランジ高さの60%を超えると、スティフナーのボリュームが減り、ビード部の剛性を確保するというスティフナー本来の作用が低下する方向となる。
したがって、高い応力集中緩和効果を得るには、第1間隔不変区間の長さを上記範囲内に設定することが好ましい。
なお、適用リムとは下記規格に記載されている適用サイズにおける標準リム(または、”Approved Rim" 、”Recommended Rim")のことである。
規格は、タイヤが生産又は使用される地域に有効な産業規格によって決められている。例えば、日本では日本自動車タイヤ協会の“JAMA Year Book"にて規定され、アメリカ合衆国では "The Tire and Rim Association Inc. の Year Book" にて規定され、欧州では"The European Tire and Rim Technical Organization の Standards Manual"にて規定されている。
また、寸法は、規格にて定めるタイヤのサイズに対応する標準リム(または、"Approved Rim" 、"Recommended Rim" )にタイヤを装着し、規格に記載されている適用サイズにおける単輪の最大荷重(最大負荷能力)に対応する空気圧を充填して計測したものである。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の空気入りタイヤにおいて、前記第1区間、前記第1間隔不変区間、及び前記第2区間における前記本体部と前記折り返し部とのコード間距離の極小値をa、前記第2区間における前記本体部と前記折り返し部とのコード間距離の極大値をbとしたときに、a/bが0.7〜0.9の範囲内に設定されている。
次に、請求項2に記載の空気入りタイヤの作用を説明する。
a/bを0.7〜0.9の範囲内に設定することで、ビード部の曲げ剛性の確保と、折り返し部に発生する圧縮歪の低減とを高次元で両立することができる。
なお、a/bの値が小さ過ぎると、第1間隔不変区間においてコード間距離が小さくなり過ぎることとなり、ビード部の曲げ剛性が不足してビード部の倒れ込みが大きくなってしまい、折り返し部と本体部との間に介在するゴムの剪断歪の増大を招く。
一方、a/bの値が大きすぎると、第1間隔不変区間においてカーカスプライの折り返し部が本体部から離れ過ぎてしまい、折り返し部のラジアルカーカスコードに発生する圧縮歪が増加してしまう。
請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の空気入りタイヤにおいて、前記カーカスは、前記第2区間のタイヤ径方向外側に設けられ、前記カーカスプライの本体部と前記折り返し部とのコード間距離が前記ビードコアからタイヤ径方向外側に向けて漸減する第3区間と、前記第3区間のタイヤ径方向外側部分から前記折り返し部のタイヤ径方向外側部分まで前記本体部と前記折り返し部とのコード間距離が一定とれた第2間隔不変区間と、を有する。
次に、請求項3に記載の空気入りタイヤの作用を説明する。
一般的な空気入りタイヤのカーカスでは、カーカスプライの折り返し部と本体部とのコード間距離がタイヤ径方向外側に向けて漸減し、最終的には折り返し部のタイヤ径方向外側部分が本体部に平行になるように構成されている。
カーカスプライの本体部と折り返し部とを接近させると、本体部のラジアルカーカスコードと折り返し部のラジアルカーカスコードとの間に介在するゴムの剪断歪は増大方向となり、タイヤが特に過酷な条件で使用されると、タイヤの使用期間の中で本体部のラジアルカーカスコードと折り返し部のラジアルカーカスコードとの間に介在するゴムにセパレーションを発生させる虞がある。
請求項3に記載の空気入りタイヤでは、第3区間のタイヤ径方向外側に、カーカスプライの本体部と折り返し部とのコード間距離が一定とされた第2間隔不変区間が延びているため、折り返し部のタイヤ径方向外側部分のラジアルカーカスコードと本体部のラジアルカーカスコードとの間のゴムに応力が集中し難くなり、該ゴムにおいてセパレーションの発生が抑えられる。
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の空気入りタイヤにおいて、タイヤ径方向に沿って計測した前記第2間隔不変区間の長さは、適用リムのリムフランジ高さの70〜85%の範囲内に設定されている。
次に、請求項4に記載の空気入りタイヤの作用を説明する。
タイヤ径方向に沿って計測した第2間隔不変区間の長さを、適用リムのリムフランジ高さの70〜85%の範囲内に設定することで、折り返し部のタイヤ径方向外側部分のラジアルカーカスコードと本体部のラジアルカーカスコードとの間のゴムに対して、高い応力集中緩和効果が得られる。
なお、タイヤ径方向に沿って計測した第2間隔不変区間の長さが、適用リムのリムフランジ高さの70%未満では、折り返し部のタイヤ径方向外側部分と本体部との間のゴムに対して、高い応力集中緩和効果が得られなくなる。
一方、タイヤ径方向に沿って計測した第2間隔不変区間の長さが、適用リムのリムフランジ高さの85%を超えると、折り返し部のラジアルカーカスコードの圧縮歪が悪化し、折返しカーカスコード折れを引き起こす。
したがって、第2間隔不変区間の長さを上記範囲内に設定することが好ましい。
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の空気入りタイヤにおいて、前記第2区間における前記本体部と前記折り返し部とのコード間距離の極大値をb、前記第2間隔不変区間の前記コード間距離をcとしたときに、c/bが0.45〜0.60の範囲内に設定されている。
次に、請求項5に記載の空気入りタイヤの作用を説明する。
c/bを0.45〜0.60の範囲内に設定することで、折り返し部のタイヤ径方向外側部分のラジアルカーカスコードと本体部のラジアルカーカスコードとの間のゴムの応力集中と、折り返し部のラジアルカーカスコードの圧縮歪の低減とを高次元で両立することができる。
なお、c/bの値が小さ過ぎると、カーカスプライの本体部と折り返し部とが接近し過ぎてしまい、カーカスプライの本体部と折り返し部との間のゴムの応力集中を緩和できなくなる。
一方、c/bの値が大きすぎると、カーカスプライの折り返し部が本体部から離れ過ぎてしまい、折り返し部のラジアルカーカスコードの圧縮歪が悪化し、折り返しカーカスコード折れを引き起こす。
請求項6に記載の発明は、請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の空気入りタイヤにおいて、前記スティフナーのタイヤ径方向外側端は前記折り返し部のタイヤ径方向外側端よりもタイヤ径方向内側に位置し、前記折り返し部と前記本体部との間には、前記スティフナーのタイヤ径方向外側端から前記折り返し部のタイヤ径方向外側端に向けて、前記スティフナーを構成するゴムよりも弾性率の小さい亀裂進展抑制ゴム層が設けられている。
次に、請求項6に記載の空気入りタイヤの作用を説明する。
請求項6に記載の空気入りタイヤでは、スティフナーのタイヤ径方向外側にスティフナーを構成するゴムよりも弾性率の小さい亀裂進展抑制ゴム層が設けられているため、万が一、スティフナーのタイヤ径方向外側部分においてセパレーションが発生した場合であっても、スティフナーのタイヤ径方向外側に配置される弾性率の小さい亀裂進展抑制ゴム層の存在によって、本体部と折り返し部との間で発生した該セパレーションのタイヤ径方向外側への進展が抑えられる。
請求項7に記載の空気入りタイヤは、一対のビード部間をトロイド状に跨って配設され前記ビード部間に位置する本体部と前記ビード部のビードコアに内側から外側に折り返される折り返し部とを備えた複数本のラジアルカーカスコードを含むカーカスプライを有し、前記本体部と前記折り返し部とのコード間距離が前記ビードコアからタイヤ径方向外側に向けて漸減する第1区間と、前記第1区間のタイヤ径方向外側に設けられ、前記カーカスプライの本体部と前記折り返し部とのコード間距離が前記ビードコアからタイヤ径方向外側に向けて漸増する第2区間と、前記第1区間のタイヤ径方向外側部分と前記第2区間のタイヤ径方向内側部分とを連結し、前記本体部と前記折り返し部とのコード間距離が一定とされた第1間隔不変区間と、前記第2区間のタイヤ径方向外側に設けられ、前記カーカスプライの本体部と前記折り返し部とのコード間距離が前記ビードコアからタイヤ径方向外側に向けて漸減する第3区間と、前記第3区間のタイヤ径方向外側部分から前記折り返し部のタイヤ径方向外側部分まで前記本体部と前記折り返し部とのコード間距離が一定とされた第2間隔不変区間とが設けられ、タイヤ径方向に沿って計測した前記第2間隔不変区間の長さが、適用リムのリムフランジ高さの70〜85%の範囲内に設定されたカーカスと、前記ビードコアからタイヤ径方向外側の前記カーカス本体部と前記折り返し部との間に配置されるスティフナーと、を有する
以上説明したように、請求項1に記載の空気入りタイヤは上記の構成としたので、カーカス折り返し部に生ずる圧縮歪が抑制されてカーカス折り返し部の疲労破断が抑制されつつ、折り返し部のラジアルカーカスコードと本体部のラジアルカーカスコードとの間のゴムの応力集中が緩和され、ビード部の耐久性が向上する、という優れた効果を有する。
また、請求項1に記載の空気入りタイヤは上記の構成としたので、第1区間と第2区間との間で高い応力集中緩和効果が得られる。
請求項2に記載の空気入りタイヤは上記の構成としたので、ビード部の曲げ剛性の確保と、折り返し部のラジアルカーカスコードに発生する圧縮歪の低減とを高次元で両立することができる。
請求項3に記載の空気入りタイヤは上記の構成としたので、折り返し部のタイヤ径方向外側部分のラジアルカーカスコードと本体部のラジアルカーカスコードとの間のゴムの応力集中に起因するセパレーションの発生が抑えられる。
請求項4に記載の空気入りタイヤは上記の構成としたので、折り返し部のタイヤ径方向外側部分のラジアルカーカスコードと本体部のラジアルカーカスコードとの間のゴムに対して、高い応力集中緩和効果が得られる。
請求項5に記載の空気入りタイヤは上記の構成としたので、折り返し部のタイヤ径方向外側部分のラジアルカーカスコードと本体部のラジアルカーカスコードとの間のゴムの応力集中と、折り返し部のラジアルカーカスコードの圧縮歪の低減とを高次元で両立することができる。
請求項6に記載の空気入りタイヤは上記の構成としたので、本体部と折り返し部との間で発生したセパレーションのタイヤ径方向外側への進展が抑えられる。
実施形態に係る空気入りタイヤのタイヤ回転軸に沿った断面図である。 図1に示す空気入りタイヤのビード部、及びサイドウォール部の一部を示す断面図である。 第1間隔不変区間の本体部の拡大断面図である。 第2間隔不変区間の本体部の拡大断面図である。 ビード部の拡大断面図である。 ビード部の拡大断面図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図1のタイヤ回転軸に沿った断面図で示すように、本実施の形態に係る空気入りタイヤ10は、一対のビード部12間をトロイド状に跨って配設されるカーカス13を備えている。本実施形態のカーカス13は、タイヤ幅方向両端側が、ビード部12に埋設されたビードコア16をタイヤ幅方向内側から外側へ折り返された1枚のカーカスプライ14から構成されている。なお、カーカスプライ14は、一方のビードコア16と他方のビードコア16とを跨っている部分が本体部14A、ビードコア16にタイヤ幅方向外側に折り返されている部分を折り返し部14Bと呼ぶ。
図1に示す空気入りタイヤ10は、偏平率が90%の重荷重用の空気入りラジアルタイヤであり、TRAで規定されるタイヤのサイズに対応するリム15に装着して、規格に記載されている適用サイズにおける単輪の最大荷重(最大負荷能力)に対応する空気圧を充填した状態のタイヤ回転軸に沿った断面が示されている。
カーカスプライ14は、互いに平行に並べられた複数本のコード(一例としてスチールコード、有機繊維コード等であっても良い。)をゴムコーティングした一般的な構造のものであり、タイヤ側部においてはコードがラジアル方向に延びており、タイヤ赤道面CLにおいてはコードがタイヤ軸方向に延びている。カーカスプライ14の本体部14Aは、ビードコア近傍を除き、全体的にはタイヤ幅方向外側へ凸となる略円弧形状とされている。
図2に示すように、カーカスプライ14の本体部14Aと折り返し部14Bとの間には、第1スティフナー18が配置されており、折り返し部14Bの外面側には、第2スティフナー19が配置されている。
本実施形態のカーカス13は、ビード部12及びサイドウォール17にかけての断面形状に特徴があり、カーカスプライ14の本体部14Aに対して折り返し部14Bの離間距離が部分部分で異なっている。
図2に示すように、カーカスプライ14は、本体部14Aと折り返し部14Bとのコード間距離が、ビードコア16からタイヤ径方向外側へ向けて一旦漸減している。このカーカス13のビードコア16からタイヤ径方向外側へ向けてコード間距離が漸減している部分を、本実施形態ではカーカス13の第1区間13Aと呼ぶ。
カーカス13には、第1区間13Aからタイヤ径方向外側へ離れた位置に、タイヤ径方向外側へ向けてコード間距離が漸増している第2区間13Bが設けられている。
そして、カーカス13は、第1区間13Aのタイヤ径方向外側部分と第2区間13Bのタイヤ径方向内側部分とは、コード間距離が一定とされた第1間隔不変区間13Cで連結されている。タイヤ径方向に沿って計測した第1間隔不変区間13Cの長さLcは、リム15のリムフランジ高さHf(図1参照)の40〜60%の範囲内に設定することが好ましい。
なお、本実施形態において「コード間距離が一定」とは、製造時の誤差としてプラスマイナス10%以内の厚みの変動を含むものとする。
なお、第1区間13Aのタイヤ径方向外側部分は、第1区間13Aの中で最もコード間距離が小さい部分であり、第2区間13Bのタイヤ径方向内側部分は、第2区間13Bの中で最もコード間距離が小さい部分である。
ここで、第1区間13A、第1間隔不変区間13C、及び第2区間13Bにおける本体部14Aと折り返し部14Bとのコード間距離の極小値をa、タイヤ軸方向に沿って計測したビードコア16の最大幅をWとしたときに、a/Wを0.3〜0.5の範囲内に設定することが好ましい。
極小値aがビードコア16の最大幅Wの0.3未満では、第1スティフナー断面内の曲げ剛性が不足してしまう。一方、極小値aがビードコア16の最大幅Wの0.5を超えると、折り返し部14Bが本体部14Aから離れすぎてしまい、折り返し部14Bに発生する圧縮歪が顕著に増加してしまう。さらに、ビード部12の外表面に折り返し部14Bが近付き過ぎることによって、ビード部12の外表面と折り返し部14Bとの間のゴムの剪断歪が増加し、ビード部12の耐久性を向上することができなくなってしまう。
ここで、第1区間13A、第1間隔不変区間13C、及び第2区間13Bにおける本体部14Aと折り返し部14Bとのコード間距離の極小値をa(図2参照)、第2区間13Bにおける本体部14Aと折り返し部14Bとのコード間距離の極大値をb(図5参照)としたときに、a/bを0.7〜0.9の範囲内に設定することが好ましい。なお、本実施形態では、極小値aは第1間隔不変区間13Cでのコード間距離、極大値bは第2区間13Bのタイヤ径方向最外端部でのコード間距離(第2区間13Bと、後述する第3区間13Dとの境界部分でのコード間距離)となっている。
第2区間13Bのタイヤ径方向外側部分には、タイヤ径方向外側に向けてコード間距離が漸減する第3区間13Dが連結されている。
さらに、第3区間13Dのタイヤ径方向外側部分には、第3区間13Dのタイヤ径方向外側端からタイヤ径方向外側へ延びるコード間距離が一定とされた第2間隔不変区間13Eが設けられている。
タイヤ径方向に沿って計測した第2間隔不変区間13Eの長さLeは、適用リムのリムフランジ高さHfの70〜80%の範囲内に設定することが好ましい。
また、第2間隔不変区間13Eのコード間距離をcとしたときに、c/bを0.45〜0.6の範囲内に設定することが好ましい。
本実施形態では、カーカスプライ14の本体部14Aのタイヤ最大幅位置Wmaxが、空気入りタイヤ10を装着するTRAで規定されるリム15のリム径Rを計測する際の基準となっているタイヤ軸方向に平行に延びるベースラインLdから計測するリムフランジ高さHfの3.4倍タイヤ径方向外側に位置している。本実施形態では、タイヤ最大幅位置Wmaxがリムフランジ高さHfの3.4倍タイヤ径方向外側に位置しているが、タイヤ最大幅位置Wmaxは、リムフランジ高さHfの3.4倍タイヤ径方向外側に位置するものに限らない。
ここで、本体部14Aのタイヤ最大幅位置Wmaxとなっている部分のコードの中心線の接線Lt1とタイヤ回転軸と平行な線Ln1との成す角度(タイヤ最大幅位置Wmaxのタイヤ径方向外側、かつタイヤ外面側で計測する)をθ1としたときに、θ1は80°<θ1<90°を満足することが好ましい。
また、タイヤ最大幅位置付近(定義:本実施形態では、タイヤ最大幅位置Wmaxを中心に、タイヤ径方向内側、及び外側へリムフランジ高さHfの15%離間した位置までの範囲を指す。)のコードの中心線は、略直線的に延びていることが好ましい。本実施形態で「略直線」とは、曲率半径が3000mm以上(上限は∞)の事を意味する。
なお、本実施形態のタイヤ最大幅位置Wmaxは、前述した第2間隔不変区間13Eのタイヤ径方向中間部にある。
リム径をRとしたときに、タイヤ回転中心からタイヤ径方向外側へR/2+1.18Hf離れたタイヤ外表面位置P1から本体部14Aのコードの中心線に向けて法線Ln2を引き、該法線Ln2と本体部14Aのコードの中心線との交点をM1として、交点M1における本体部14Aのコードの中心線の接線とタイヤ回転軸と平行な線Ln3との成す角度をθ2としたときに、40°<θ2<50°とすることが好ましい。
なお、交点M1は前述した第1間隔不変区間13Cのタイヤ径方向中間部にあり、この交点M1付近が、負荷によってビード部12が倒れ込込んだ際のゴムの変形が最も大となる部分である。
ここで、ビード部12〜サイドウォール17に掛けての耐発熱性に関しては、発熱(蓄熱)源となるゴムのゲージを減らすことが有効である。そのためには、なるべくカーカスプライ14の本体部14Aと折り返し部14Bとをタイヤ外輪郭(タイヤ外表面)に近づけることが有効である。そのためには、角度θ1を大きく、角度θ2を小さくする必要がある。
そこで、θ1は、80°<θ1<90°の範囲内で大きいことが望ましく、θ2は40°<θ2<50°の範囲内で小さいことが望ましい。
θ1が80°以下になると、タイヤ最大幅位置Wmaxからタイヤ径方向内側の本体部14Aが折り返し部14Bに対して開く方向となり、タイヤ最大幅位置Wmaxよりもタイヤ径方向内側の本体部14Aと折り返し部14Bとの間において発熱(蓄熱)源となるゴムのボリュームが増加して発熱耐久性が悪化する方向となる。
一方、θ1が90°以上になると、タイヤ最大幅位置Wmaxからタイヤ径方向内側の本体部14Aが折り返し部14Bに近接乃至接触することとなり、本体部14Aと折り返し部14Bとの間の剪断歪が悪化する。
また、角度θ2が小さくなり過ぎると、折り返し部14Bのタイヤ軸方向外側のゴムゲージW1pt、及び折り返し部14Bと本体部14Aとの間のゴムゲージW1tmが小さくなる。
ここで、折り返し部14Bのタイヤ径方向外側のゴムゲージW1ptが小さくなり過ぎると、荷重時のビード部12の倒れ込みにより、折り返し部14Bのタイヤ軸方向外側のゴム部分の耐久性が低下する。
また、折り返し部14Bと本体部14Aとの間のゴムゲージW1tmが小さくなり過ぎると、荷重時にカーカスプライ14のコーティングゴムの剪断歪が悪化して亀裂が発生し易くなり、耐久性が低下する。
さらに、角度θ2が小さくなり過ぎると、タイヤが荷重を受けてビード部12が倒れ込み変形をする際に、角度θ2の計測点からタイヤ径方向内側において、折り返し部14Bと曲げの中立軸との距離が離れ、折り返し部14Bに対する圧縮入力が悪化してコード(フィラメント)の切れ耐久性が低下する方向となる。
したがって、40°<θ2<50°とすることが好ましい。
交点M1付近(本実施形態では、交点M1を中心に、タイヤ径方向内側、及び外側へリムフランジ高さHfの45%離間した位置までの範囲を指す。)のコードの中心線(L2)は、略直線的に延びていることが好ましい(寸法の計測は、日本では、空気入りタイヤを規定のリム(JATMA(日本自動車タイヤ協会)のYear Book2011年度版規定の標準リム)に装着し、規定の内圧(JATMA(日本自動車タイヤ協会)のYear Book2011年度版の最大負荷能力に対応する空気圧)を充填し、無負荷状態で計測する。日本以外では、内圧とは下記規格に記載されている単輪の最大荷重(最大負荷能力)に対応する空気圧のことであり、リムとは下記規格に記載されている適用サイズにおける標準リム(または、”Approved Rim" 、”Recommended Rim")のことである。規格は、タイヤが生産又は使用される地域に有効な産業規格によって決められている。例えば、アメリカ合衆国では、”The Tire and Rim Association Inc. のYear Book ”であり、欧州では”The European Tire and Rim Technical OrganizationのStandards Manual”である。)。
ここで、本体部14Aは、タイヤ最大幅位置側のコードの中心線L1と、交点M1側のコードの中心線とは、ベースラインLdからタイヤ径方向外側へ1.85Hf離間した位置を中心に、タイヤ内側に曲率中心を有する半径Rmの円弧で連結することが好ましい。
半径Rmとリムフランジ高さHfとの比Rm/Hfは、1.05<Rm/Hf<1.55を満足することが好ましい。。
(折り返し部の詳細)
折り返し部14Bにおいては、本体部14Aのタイヤ最大幅位置Wmaxを通り、かつタイヤ軸方向に対して平行な線Ln1と折り返し部14Bのコードの中心線との交点付近のコード中心線(L1’)と、前記タイヤ外表面位置P1から本体部14Aのコードの中心線に向けて引いた法線Ln2と折り返し部14Bのコードの中心線との交点付近のコード中心線(L2’)とは、ベースラインLdからタイヤ径方向外側へ1.85Hf離間した位置を中心に、タイヤ内側に曲率中心を有する半径Rtの円弧で滑らかに連結することが好ましい。
カーカスプライ14のコードの切れ耐久性には、図5に示すように、第2区間13Bと第3区間13Dにおける本体部14Aと折り返し部14Bのコード間距離W2tmを大きくすることで、折り返し部14Bのコードの断面内長さを長くすることができ、該コードにかかる圧縮歪を緩和させることが可能となる。
さらに、リムフランジ高さHfと半径Rtとの比Rt/Hfは、0.60<Rt/Hf<1.05を満足することが好ましく、比Rt/Rmは、0.55<Rt/Rm<0.75を満足することが更に好ましい。
ここで、Rt/Rmが0.55以下になると、本体部14Aの半径Rmに対して、折り返し部14Bの半径Rtが小さくなり過ぎ、本体部14Aと折り返し部14Bとの間のゴムボリュームが増大して発熱に対して不利となる。
一方、Rt/Rmが0.75以上になると、折り返し部14Bの半径Rtが大きくなって直線に近づき、折り返し部14Bのコードの断面内長さを長くすることができなくなり、該コードにかかる圧縮歪を緩和することが出来なくなる。
また、折り返し部14Bのタイヤ径方向外側端の位置は、ベースラインLdからタイヤ径方向外側へ0.7Hf〜1.1Hfの範囲内に設定することが好ましい。
折り返し部14Bのタイヤ径方向外側端の位置が、上記範囲よりもタイヤ径方向内側に位置していると、折り返し部14Bのコードの圧縮歪が悪化し、コード折れを引き起こす。
一方、折り返し部14Bのタイヤ径方向外側端の位置が、上記範囲よりもタイヤ径方向外側に位置していると、カーカスプライ14の本体部14Aと折り返し部14Bとの間のゴムの応力集中が緩和できない。
(スティフナー)
カーカスプライ14の本体部14Aと折り返し部14Bとの間には、第1スティフナー18が配置されており、折り返し部14Bの外面側には、第2スティフナー19が配置されている。
第1スティフナー18は、ビードコア16からタイヤ径方向外側へ向けて延びている。本実施形態の第1スティフナー18は、硬さの異なる複数のゴム部を有しており、ビードコア16からタイヤ径方向外側へ向けて厚さが漸減する硬ゴム部28と、硬ゴム部28のタイヤ径方向外側に配置され硬ゴム部28よりも100%伸張モジュラスの小さい(即ち、軟らかい)軟ゴム部30とを有している。
なお、本実施形態では、硬ゴム部28のタイヤ径方向外側端は、ベースラインLdからタイヤ径方向外側へ1.35Hfの位置にある。
一方、軟ゴム部30は、タイヤ径方向内側端がベースラインLdからタイヤ径方向外側へ0.75Hfの位置にあり、タイヤ径方向外側端がベースラインLdからタイヤ径方向外側へ2.8Hfの位置にある。
硬ゴム部28は、ビードコア16からタイヤ径方向外側へ向けて厚さが漸減している。軟ゴム部30は、タイヤ径方向内側端付近ではタイヤ径方向内側に向けて厚さが漸減し、タイヤ径方向外側端付近ではタイヤ径方向外側に向けて厚さが漸減している。
第1スティフナー18のタイヤ径方向外側端の位置は、カーカスプライ14の折り返し部14Bのタイヤ径方向外側端よりもタイヤ径方向内側に位置している。
第1スティフナー18のタイヤ径方向外側には、本体部14Aと折り返し部14Bとの間に亀裂進展抑制ゴム層32が配置されている。なお、亀裂進展抑制ゴム層32は、本体部14Aの外面に沿って折り返し部14Bのタイヤ径方向外側端よりもタイヤ径方向へ延びており、図示しないベルトの幅方向端部のタイヤ径方向内側で終端している。
ここで、硬ゴム部28は、100%伸長モジュラスを6.9〜7.6MPaの範囲内に設定することが好ましく、軟ゴム部30は、100%伸長モジュラスを2.3〜2.5MPaの範囲内に設定することが好ましい。
第1スティフナー18における硬ゴム部28及び軟ゴム部30の100%伸長モジュラスに下限を設けたのは、これを下回ると、荷重作用時のビード部12の倒れ込み変形量が大きくなってビード部12の耐久性が確保できないからである。また、上限を設けたのは、これを上回ると、スティフナー18が硬くなり過ぎて該スティフナー18自体の破壊が生じ易くなるからである。
また、亀裂進展抑制ゴム層32は、軟ゴム部30よりも亀裂が進展し難いゴム、例えば、軟ゴム部30よりも100%伸長モジュラスが低いゴムが好ましく、その100%伸長モジュラスは、1.3〜1.5MPaの範囲内が好ましい。
さらに、第2スティフナー19は、折り返し部14Bの外面に沿って第1区間13Aから第2間隔不変区間13Eに渡って設けられており、第1間隔不変区間13C、即ち、第1スティフナー18の長手方向中間部の薄い部分と対向する部分が最も厚く形成されており、タイヤ径方向外側及びタイヤ径方向内側に向けて厚さが漸減されている。なお、第1スティフナー18と第2スティフナー19とを合わせた剛性は、ビードコア16からタイヤ径方向に向けて漸減傾向にある。
ここで、第2スティフナー19は、100%伸長モジュラスを2.0〜2.2MPaの範囲内に設定することが好ましい。
ビードコア16に巻き掛けられているカーカスプライ14の外側には、第1チェーファー20A、及び第2チェーファー20Bを有するチェーファー層20が配置されている。
また、ビード部12には、ビードトゥからビードヒールを介して、折り返し部14Bのタイヤ軸方向外側をタイヤ径方向外側へ向けて延びるゴムチェーファー22が設けられている。
なお、カーカス13のタイヤ内面側には、インナーライナー36が設けられており、カーカス13のタイヤ軸方向外面側にはサイドゴム層38が設けられている。
(作用)
次に、本実施形態に係る空気入りタイヤ10の作用を説明する。
空気入りタイヤ10が負荷を受けたとき、ビード部12は、図1に示すように、リム15のフランジ15Aよりもタイヤ径方向外側の領域で、タイヤ軸方向外側へ倒れる変形に伴い曲げモーメントMが働く。これにより、ビード部には、曲げの中立軸を境にしてタイヤ内側には引っ張り力、タイヤ外側には図1に示す領域C付近にて圧縮力fが作用する。この圧縮力fがビードコアを折り返されたカーカスプライ14の折り返し部14Bのコードに作用して圧縮歪を生じ、その圧縮歪が過大になるとカーカスプライ14のコードが疲労破断に至る場合がある。
本実施形態の空気入りタイヤ10では、カーカス13の第1間隔不変区間13Cにおいて折り返し部14Bを本体部14Aに接近させているので、負荷によってビード部12が変形した際の折り返し部14Bのコードに作用する圧縮力を低減でき、折り返し部14Bのコードは高い耐久性を得ている。
さらに、本体部14Aと折り返し部14Bとのコード間距離がタイヤ径方向外側に向けて漸減する第1区間13Aと、該コード間距離がタイヤ径方向外側に向けて漸増する第2区間13Bとの間にタイヤ径方向に延びる第1間隔不変区間13Cを設け、第1区間13Aと第2区間13Bとの間で折り返し部14Bのコードの向きを急変させていないため、第1区間13Aと第2区間13Bとの中間部分において、ビード部12の倒れ込み変形時に折り返し部14Bのコードと本体部14Aのコードとの間のゴムに対して応力が集中し難くなる。
このため、第1区間13Aと第2区間13Bとの間における本体部14Aのコードと折り返し部14Bのコードとの間のゴム発生する亀裂を抑制でき、従来タイヤに比較してビード部12の耐久性を向上することができる。
また、本実施形態の空気入りタイヤ10では、タイヤ径方向外側へ向けて本体部14Aと折り返し部14Bとのコード間距離が漸減する第3区間13Dのタイヤ径方向外側に、該コード間距離が一定とされた第2間隔不変区間13Eを設けているので、ビード部12の倒れ込み変形時に第3区間13Dのタイヤ径方向外側部分で応力が集中し難くなり、本体部14Aのコードと折り返し部14Bのコードとの間のゴムの亀裂の発生を抑制できる。
タイヤ径方向に沿って計測した第2間隔不変区間13Eの長さLeを、適用リムのリムフランジ高さHfの70〜80%の範囲内に設定することで、折り返し部14Bのタイヤ径方向外側部分のコードと本体部14Aのコードとの間のゴムに対して、高い応力集中緩和効果が得られる(試験例4参照。)。
第2間隔不変区間13Eのコード間距離cと極大値bとの比c/bを0.45〜0.6の範囲内に設定することで、折り返し部14Bのタイヤ径方向外側部分のコードと本体部14Aのコードとの間のゴムに対する高い応力集中緩和効果と、折り返し部14Bのコードの圧縮歪低減とを両立することができる(試験例5参照。)。
タイヤ径方向に沿って計測した第1間隔不変区間13Cの長さLcを、リム15のリムフランジ高さHfの40〜60%の範囲内に設定することで、高い応力集中緩和効果を得ることができる(試験例2参照。)。
極小値aと極大値bとの比a/bを0.7〜0.9の範囲内に設定することで、ビード部12の曲げ剛性の確保と、折り返し部14Bのコードに発生する圧縮歪の低減とを高次元で両立することができる(試験例3参照。)。
さらに、本実施形態の空気入りタイヤ10では、第1スティフナー18のタイヤ径方向外側にスティフナー18を構成するゴムよりも弾性率の小さい亀裂進展抑制ゴム層32を設けているため、万が一、スティフナー18のタイヤ径方向外側部分においてセパレーションが発生した場合であっても、亀裂進展抑制ゴム層32の存在によって該セパレーションのタイヤ径方向外側への進展を抑えることができる。
(その他の実施形態)
上記実施形態の空気入りタイヤ10のカーカス13は、カーカスプライ14が1枚であったが、2枚以上であっても良い。カーカスプライ14が複数枚の場合には、スティフナーに最も近いカーカスプライ14に対して各部の寸法等の規定を適用する。
上記実施形態の空気入りタイヤ10は、建設車両用であったが、トラック・バス用、乗用車用等、他の種類のタイヤにも本願発明は適用可能である。
上記実施形態は本発明の一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
(試験例1)
表1に示す条件で、実施例、及び従来例に係るタイヤを試作し、ビード部耐久試験を行った。タイヤは、何れもタイヤサイズが27.00R49の建設車両用タイヤである。
下表に示す仕様にて、FEMによる歪計算と、実タイヤにおけるドラム試験を実施した。
供試タイヤは、以下の通りである。
実施例のタイヤ:上記実施形態の構造を有するタイヤ。
従来例のタイヤ:第1区間と第2区間との間に、ゲージ一定の第1間隔不変区間が設けられていないタイヤ(第1区間と第2区間との間で、折り返し部の向きが急変)。
(1)歪評価(FEM)
標準リム(TRA)、正規内圧(TRA)、正規荷重(TRA)における平押し時の歪をFEMにて求めた。評価は、従来例の歪を100としたときの指数表示とし、数値が小さいほど歪が小さいことを表している。
(2)耐久性評価(ドラム試験)
供試タイヤを標準リム(TRA)に組み付け後、正規内圧(TRA)を充填し、速度8km/h、ドラム径5mのもとで、正規荷重(TRA)の100%荷重を負荷させてビード部の温度を測定した後、正規内圧(TRA)の170%の荷重を負荷させて耐久試験を行い、500時間走行後にタイヤを切断してビード部の故障状況を評価した。
評価方法は以下の通りである。
・折り返し部の外側の剪断歪(FEM)、及びカーカスプライのコードのコーティングゴムの圧縮歪(FEM):従来例の歪を100とする指数表示とし、数値が小さいほど歪が小さいことを表している。カーカスプライのコードの圧縮歪は、FEM(正規内圧、正規荷重の条件下)において、カーカスプライコード方向の歪みを計算した。
ビード部発熱(ドラム試験):図2に示すタイヤ外表面位置P1からカーカス13の本体部14Aに下ろした法線Ln2と、カーカス14の折り返し部14Bとの交点の温度を熱伝対にて測定。
カーカスのコード切れ(ドラム試験):コードが切れているか否かを目視で検査。
ビード部故障(ドラム試験):ビード部の断面を目視で検査。
試験の結果、従来例のタイヤでは、ドラム試験終了後に折り返し部にコード切れは発生しなかったものの、カーカスプライのコーティングゴムに亀裂が発生していた。
一方、実施例のタイヤは、折り返し部にコード切れは発生せず、また、ビード部に故障も無かった。
(試験例2)
第1間隔不変区間の長さLcとリムフランジ高さHfとの比Lc/Hfが各々異なるタイヤを5種試作し、折り返し部の剪断歪、カーカスプライのコーティングゴムの剪断歪、及びビード部の曲げ剛性をFEMにて求めた。評価は、タイヤ1を100とする指数表示とし、歪に関しては数値が小さい方が良く、曲げ剛性は数値が大きい方が良い。
試験の結果から、歪と剛性のバランスはLc/Hfを0.4〜0.6の範囲内とすることが良いと考えられる。
(試験例3)
第1区間13A、第1間隔不変区間13C、及び第2区間13Bにおける本体部14Aと折り返し部14Bとのコード間距離の極小値aと、第2区間13Bにおける本体部14Aと折り返し部14Bとのコード間距離の極大値をbとの比a/bが各々異なるタイヤを5種試作し、折り返し部の外側の剪断歪、折り返し部のコードの圧縮歪、及びビード部の曲げ剛性をFEMにて求めた。評価は、タイヤ2を100とする指数表示とし、歪に関しては数値が小さい方が良く、曲げ剛性は数値が大きい方が良い。なお、各タイヤとも極大値bは17.5mmとし、極小値aを各々異ならせた。
試験の結果から、歪と剛性のバランスは、a/bを0.7〜0.9の範囲内とすることが良いと考えられる。
(試験例4)
第2間隔不変区間13Eの長さLeとリムフランジ高さHfとの比Le/Hfが各々異なるタイヤを5種試作し、折り返し部の外側の剪断歪、及び折り返し部のコードの圧縮歪をFEMにて求めた。評価は、タイヤ4を100とする指数表示とし、数値が小さい方が良い。なお、第2間隔不変区間13Eにおける本体部14Aと折り返し部14Bとのコード間距離cは各タイヤとも10mmとした。
試験の結果から、Le/Hfを0.7〜0.85の範囲内とすることが良いと考えられる。
(試験例5)
第2間隔不変区間13Eにおける本体部14Aと折り返し部14Bとのコード間距離cと、第2区間13Bにおける本体部14Aと折り返し部14Bとのコード間距離の極大値bとの比c/bが各々異なるタイヤを5種試作し、折り返し部の外側の剪断歪、及び折り返し部のコードの圧縮歪をFEMにて求めた。評価は、タイヤ5を100とする指数表示とし、歪に関しては数値が小さい方が良く、曲げ剛性は数値が大きい方が良い。なお、第2間隔不変区間13Eの長さLeは各タイヤとも80mmとした。
試験の結果から、c/bを0.45〜0.6の範囲内とすることが良いと考えられる。
10 空気入りタイヤ
12 ビード部
13 カーカス
13A 第1区間
13B 第2区間
13C 第1間隔不変区間
13E 第2間隔不変区間
13D 第3区間
14 カーカスプライ
14A カーカス本体部
14B 折り返し部
15 リム(適用リム)
16 ビードコア
18 第1スティフナー
32 亀裂進展抑制ゴム層

Claims (7)

  1. 一対のビード部間をトロイド状に跨って配設され前記ビード部間に位置する本体部と前記ビード部のビードコアに内側から外側に折り返される折り返し部とを備えた複数本のラジアルカーカスコードを含むカーカスプライを有し、前記本体部と前記折り返し部とのコード間距離が前記ビードコアからタイヤ径方向外側に向けて漸減する第1区間と、前記第1区間のタイヤ径方向外側に設けられ、前記カーカスプライの本体部と前記折り返し部とのコード間距離が前記ビードコアからタイヤ径方向外側に向けて漸増する第2区間と、前記第1区間のタイヤ径方向外側部分と前記第2区間のタイヤ径方向内側部分とを連結し、前記本体部と前記折り返し部とのコード間距離が一定とされた第1間隔不変区間とが設けられタイヤ径方向に沿って計測した前記第1間隔不変区間の長さが、適用リムのリムフランジ高さの40〜60%の範囲内に設定されたカーカスと、前記ビードコアからタイヤ径方向外側の前記本体部と前記折り返し部との間に配置されるスティフナーと、
    を有する空気入りタイヤ。
  2. 前記第1区間、前記第1間隔不変区間、及び前記第2区間における前記本体部と前記折り返し部とのコード間距離の極小値をa、前記第2区間における前記本体部と前記折り返し部とのコード間距離の極大値をbとしたときに、a/bが0.7〜0.9の範囲内に設定されている、請求項1に記載の空気入りタイヤ。
  3. 前記カーカスは、前記第2区間のタイヤ径方向外側に設けられ、前記カーカスプライの本体部と前記折り返し部とのコード間距離が前記ビードコアからタイヤ径方向外側に向けて漸減する第3区間と、前記第3区間のタイヤ径方向外側部分から前記折り返し部のタイヤ径方向外側部分まで前記本体部と前記折り返し部とのコード間距離が一定とれた第2間隔不変区間と、有する請求項1または請求項2に記載の空気入りタイヤ。
  4. タイヤ径方向に沿って計測した前記第2間隔不変区間の長さは、適用リムのリムフランジ高さの70〜85%の範囲内に設定されている、請求項3に記載の空気入りタイヤ。
  5. 前記第2区間における前記本体部と前記折り返し部とのコード間距離の極大値をb、前記第2間隔不変区間の前記コード間距離をcとしたときに、c/bが0.45〜0.60の範囲内に設定されている、請求項4に記載の空気入りタイヤ。
  6. 前記スティフナーのタイヤ径方向外側端は前記折り返し部のタイヤ径方向外側端よりもタイヤ径方向内側に位置し、
    前記折り返し部と前記本体部との間には、前記スティフナーのタイヤ径方向外側端から前記折り返し部のタイヤ径方向外側端に向けて、前記スティフナーを構成するゴムよりも弾性率の小さい亀裂進展抑制ゴム層が設けられている、請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の空気入りタイヤ。
  7. 一対のビード部間をトロイド状に跨って配設され前記ビード部間に位置する本体部と前記ビード部のビードコアに内側から外側に折り返される折り返し部とを備えた複数本のラジアルカーカスコードを含むカーカスプライを有し、前記本体部と前記折り返し部とのコード間距離が前記ビードコアからタイヤ径方向外側に向けて漸減する第1区間と、前記第1区間のタイヤ径方向外側に設けられ、前記カーカスプライの本体部と前記折り返し部とのコード間距離が前記ビードコアからタイヤ径方向外側に向けて漸増する第2区間と、前記第1区間のタイヤ径方向外側部分と前記第2区間のタイヤ径方向内側部分とを連結し、前記本体部と前記折り返し部とのコード間距離が一定とされた第1間隔不変区間と、前記第2区間のタイヤ径方向外側に設けられ、前記カーカスプライの本体部と前記折り返し部とのコード間距離が前記ビードコアからタイヤ径方向外側に向けて漸減する第3区間と、前記第3区間のタイヤ径方向外側部分から前記折り返し部のタイヤ径方向外側部分まで前記本体部と前記折り返し部とのコード間距離が一定とされた第2間隔不変区間とが設けられ、タイヤ径方向に沿って計測した前記第2間隔不変区間の長さが、適用リムのリムフランジ高さの70〜85%の範囲内に設定されたカーカスと、
    前記ビードコアからタイヤ径方向外側の前記本体部と前記折り返し部との間に配置されるスティフナーと、
    を有する空気入りタイヤ。
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