JP6408956B2 - 重荷重用空気入りラジアルタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、特に建設車両用タイヤとして最適な重荷重用空気入りラジアルタイヤに関する。

建設車両等に用いられる重荷重用空気入りラジアルタイヤでは、タイヤ転動時に発生するリムとタイヤとの滑りを防止するために、また、リムとタイヤとの間の気密性を維持するために、タイヤのビードベース部には、リムのビードシート部に対する締め代を十分に確保する必要がある。

特にチューブレスタイプのタイヤでは、チューブ付きタイプのタイヤとは異なり、リムとビード部との間のエアーシール効果に期待してタイヤ内部の空気圧をなるべく充填初期の圧力に保持するため、このように気密性を維持することは重要である。

特開２０００−２３３６１３号公報 特開２００１−２０６０２７号公報

ところで、重荷重用空気入りラジアルタイヤでは、締め代を十分に確保したことで、タイヤにリムを装着したときのビードベース部の径の拡張、即ち、ビードベース部に対応するゴムチェーファーの見かけ上の圧縮（ゴムは非圧縮性のため）が発生し、ゴムチェーファーを構成するゴムの多くが、ビードヒール部及びビードトウ部の夫々の方向へ流動変形する。

特に、ビードヒール部側では、このゴムの流動変形がリムフランジによって制限されるため、このゴムは、タイヤ半径方向外側に向かい流動変形をする。そして、このゴムチェーファーの流動変形を、ゴムチェーファーのビードコア側に隣接する補強コード層（例えばワイヤーチェーファー）が拘束するため、ゴムチェーファーには剪断歪が生じる。

そして、タイヤ転動時の負荷が大きくなるほど、カーカスのラジアル方向の動きが大きくなり、かつ、ゴムチェーファーの流動変形も増し、剪断歪が大きくなるため、ゴムチェーファーの剪断歪が最も大きくなるビードヒール部に対応した領域のゴムチェーファーとワイヤーチェーファーとの境界面では、セパレーション故障（ビードヒールセパ）が発生し易いという問題がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、リム滑りを抑制するためにビード部の締め代を十分に確保しても、ビードヒール部でゴムチェーファーとワイヤーチェーファーとのセパレーションの発生を抑制することができる重荷重用空気入りラジアルタイヤを提供することを課題とする。

上述した課題を解決するため、本発明の第１の特徴に係る重荷重用空気入りラジアルタイヤは、ビードコアで折り返されたカーカスと、前記カーカスの外周側に配置され、前記ビードコアの周りで折り返しているワイヤーチェーファーと、を備える重荷重用空気入りラジアルタイヤにおいて、前記カーカスと前記ワイヤーチェーファーとの間に、前記カーカスを構成するコーティングゴムおよび前記ワイヤーチェーファーを構成するコーティングゴムの少なくとも一方よりも弾性率が小さい補強ゴム層が配置され、前記補強ゴム層の配置されている領域は、前記ビードコアの中心からタイヤ幅方向と直交してタイヤ径方向内側に延在し前記ワイヤーチェーファーと交差する直線を基準として、タイヤ幅方向外側への前記ビードコアの中心まわりの回転角度が−４５〜９０°の範囲の少なくとも一部となる領域であることを特徴とする。

本発明によれば、リム滑りを抑制するためにビード部の締め代を十分に確保しても、ビードヒール部でゴムチェーファーとワイヤーチェーファーとのセパレーションの発生を抑制することができる重荷重用空気入りラジアルタイヤとすることができる。

第１実施形態に係る重荷重用空気入りラジアルタイヤにおいて、タイヤ中心軸を通過するタイヤ幅方向断面でのビード部の部分拡大断面図である。 実験例１の実験結果を示す説明図である。 解析計算結果を示すグラフ図である。 第２実施形態に係る重荷重用空気入りラジアルタイヤにおいて、タイヤ中心軸を通過するタイヤ幅方向断面でのビード部の部分拡大断面図である。 図４の要部拡大図である。 実験例２の実験結果を示す説明図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。以下の説明では、同一または類似の部分には、同一又は類似の符号を付し、その詳細な説明を適宜省略している。

また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための例示であって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものではない。この発明の実施の形態は、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、本実施形態で、特に条件を規定していない場合の数値は、適宜、リム組して無荷重時、内圧50kPaの条件下での数値である。

［第１実施形態］
まず、第１実施形態を説明する。図１は、本実施形態に係る重荷重用空気入りラジアルタイヤにおいて、タイヤ中心軸を通過するタイヤ幅方向断面でのビード部の部分拡大断面図である。

本実施形態の重荷重用空気入りラジアルタイヤ１０は、ビードコア１２で折り返されたカーカス（カーカスプライ）１４を備える。本実施形態では、カーカス１４の折り返し部１４ｒの高さはタイヤ径方向断面高さの４０〜６０％にまで到達している。

また、重荷重用空気入りラジアルタイヤ１０は、カーカス１４のタイヤ径方向外側に配置された少なくとも２層以上のベルト層（図示せず）と、そのタイヤ径方向外側に配置されたトレッドゴム層（図示せず）と、を備える。

そして、ビード部１６は、ビードトウ部１８と、ビードヒール部２０と、カーカス１４の外周に配置されたワイヤーチェーファー２２（本実施形態ではスチールコード補強層で構成される）と、を備える。ワイヤーチェーファー２２は、ビードコア１２の周りで折り返している。

更に、重荷重用空気入りラジアルタイヤ１０は、カーカス１４とワイヤーチェーファー２２との間に補強ゴム層２４を備える。補強ゴム層２４は、カーカス１４を構成するコーティングゴムおよびワイヤーチェーファー２２を構成するコーティングゴムの少なくとも一方よりも弾性率が小さくされている。

本実施形態では、補強ゴム層２４のゴム種は、インナーライナーと同じゴム種にされており、３００％伸長時の弾性率が８ＭＰａ〜１４ＭＰａとされている。この場合の「３００％伸張時の弾性率」とは、DIN規格に準拠した測定であり、ゴム材を厚み約０．５ｍｍでスライスし、DIN規格による刃型で試験片を打ち抜き、引張試験を引張スピード１００（ｍｍ／ｍｉｎ）の速度で実施した３００％伸長時の引張弾性率のことである。

また、補強ゴム層２４の厚みは、端部を除き、少なくとも０．５ｍｍ以上にされている。なお、補強ゴム層２４の端部２４ｅ、２４ｉの範囲は、補強ゴム層２４の端面から１０ｍｍの範囲内のことである。

この補強ゴム層２４の配置されている領域は、ビードコア１２の中心１２ｃの真下に位置するワイヤーチェーファー真下部２２ｂからタイヤ外側Ｅ（リムフランジＲＦ側）への中心１２ｃまわりの回転角度θが−１２０〜１２０°の範囲となる全領域である。言い換えると、この補強ゴム層２４の配置されている領域は、ビードコア１２の中心１２ｃからタイヤ幅方向と直交してタイヤ径方向内側に延在しワイヤーチェーファー２２と交差する直線を基準として、タイヤ幅方向外側へのビードコア１２の中心１２ｃまわりの回転角度θが−１２０〜１２０°の範囲となる全領域である。この範囲は、ビードコア１２の寸法やタイヤ寸法などに応じて設定する。なお、この範囲を−４５〜９０°の範囲の少なくとも一部となる領域とすることも可能である。

ここで、ビードコア１２の中心１２ｃとワイヤーチェーファー真下部２２ｂとを結ぶ直線Ｌは、タイヤ軸方向線Ｃ（タイヤ中心を通過する直線）に直交している。そして０°とは、ワイヤーチェーファー真下部２２ｂの位置となる。従って、ワイヤーチェーファー真下部２２ｂからタイヤ内側Ｉへの中心１２ｃまわりの回転角度θはマイナス表示となる。

本実施形態により、従来構造で問題となっていたビードヒール部２０のゴムチェーファー２６とワイヤーチェーファー２２との境界面付近のせん断歪の低減を達成することができ、この結果、タイヤ故障（ビードヒールセパ）の発生を効果的に抑制することができる。回転角度θがこの範囲よりも小さい範囲になると、ビードヒールセパの発生を効果的に抑制し難くなり易い。

回転角度θは、−１２０〜１２０°の範囲となる全領域のうち−１５０〜１５０°の範囲であることが更に好ましい。これにより、タイヤ故障（ビードヒールセパ）の発生を更に効果的に抑制することができる。なお、回転角度θを上述した−４５〜９０°の範囲の少なくとも一部となる領域とした場合には、タイヤ故障（ビードヒールセパ）の発生を更に効果的に抑制する観点で、４５〜８０°の全領域とするとすることが好ましい。

ワイヤーチェーファー２２の外周側には、３００％伸長時の弾性率が８ＭＰａ〜１４ＭＰａの範囲のゴム材（すなわち、インナーライナーと同じゴム種）で構成される外側補強層２８が配置されている。

外側補強層２８の厚みは、端部を除き、少なくとも１．０ｍｍ以上にされている。また、外側補強層２８は、ビードベース３０から少なくとも１ｍｍ以上離れている。なお、外側補強層２８の端部２８ｅ、２８ｉの範囲は、それぞれ、端面から１０ｍｍの範囲内のことである。

また、ワイヤーチェーファー２２とビードベース３０との間には３００％伸長時の弾性率が９ＭＰａ〜１５ＭＰａのゴムチェーファー２６が配置されている。ここで、この場合の「３００％伸張時の弾性率」とは、JIS K 6301に準拠して測定した常温（２５度）における３００％伸張時の引張弾性率（Ｍ３００）のことである。

（作用、効果）
以下、本実施形態の作用、効果を説明する。本実施形態では、図１に示したように、従来構造に比べ、カーカス１４とワイヤーチェーファー２２との間に補強ゴム層２４を、ビードコア１２の中心１２ｃまわりの回転角度θが−１２０〜１２０°の範囲となる全領域にわたって配置している。これにより、走行時で、ビードヒール部２０のゴムチェーファー２６とワイヤーチェーファー２２との境界面付近のせん断歪を、従来に比べて効果的に低減させることができる。従って、リム滑りを抑制するためにビード部１６の締め代を十分に確保しても、ビードヒール部２０でゴムチェーファー２６とワイヤーチェーファー２２とのセパレーションの発生を効果的に抑制することができる。

ここで、「正規リム」とは、タイヤのサイズに応じて下記の規格に規定された標準リムをいい、「正規内圧」とは、下記の規格に記載されている、適用サイズにおける単輪の最大負荷能力に対応する空気圧をいい、「正規荷重」とは、下記の規格の適用サイズにおける単輪の最大荷重（最大負荷能力）をいうものとする。そして規格とは、タイヤが生産または使用される地域に有効な産業規格であって、たとえば、日本では「日本自動車タイヤ協会」の“JATMA YEAR BOOK”であり、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 Tyre and Rim Technical Organisation”の“STANDARD MANUAL”である。なお、本明細書では、これ以降の記載などでもこれらを考慮して記載されている。

また、カーカス１４の折り返し部１４ｒの高さはタイヤ径方向断面高さの４０〜６０％にまで到達している。これにより、カーカス１４の引抜きが生じることを更に効果的に防止することができる。

また、ワイヤーチェーファー２２の外周側には、３００％伸長時の弾性率が８ＭＰａ〜１４ＭＰａの範囲のゴム材（すなわち、インナーライナーと同じゴム種）で構成される外側補強層２８が配置されている。これにより、外側補強層２８によって緩衝作用が得られ、ビードヒールセパの発生を更に効果的に抑制できる。

外側補強層２８の厚みは、端部２８ｅ、２８ｉを除き、少なくとも１．０ｍｍ以上にされている。これにより、外側補強層２８による効果を十分に得やすい。

また、外側補強層２８は、ビードベース３０から少なくとも１ｍｍ以上離れている。これにより、外側補強層２８を配置したことによって得られる効果を顕著なものにし易くなる。

なお、外側補強層２８内に有機繊維コードが配列されていてもよい。これにより、外側補強層２８の厚みを増すことなく外側補強層２８の強度を効果的に高めることが可能になる。また、ワイヤーチェーファーと外側補強層２８との間にこの有機繊維コードが配列されていても、同様の効果が得られる。

また、重荷重用空気入りラジアルタイヤ１０の軽量化を十分に得るためには、リムへの装着によるビード部１６のコンプレッション比は０．３以上であることが好ましい。ここで、ビード部１６のコンプレッション比とは、図１に示すように、ビードコア１２の中心１２ｃを通る垂線Ｌ（タイヤ半径方向線分）上でビードコア１２よりもタイヤ半径方向内側ＬＧに存在する全ゴム部分のゴム厚みに関し、リムベースＲＢ（傾斜ビードシート部）で圧縮変形される前のゴム厚みに対する圧縮変形された後のゴム厚みの比（すなわち、圧縮変形後のゴム厚みを圧縮変形前のゴム厚みで除算した値）として規定される。ゴム厚みとしては、構成部材の厚みからコード径を減じた厚みとする。例えば、カーカス１４に補強コードが１層となるように配置されているときでは、カーカス１４のゴム厚みとしてはカーカス１４の厚みから１本のコード径を減じた値となる。ワイヤーチェーファー２２に補強コードが１層となるように配置されているときでは、ワイヤーチェーファー２２のゴム厚みとしてはワイヤーチェーファー２２の厚みから１本のコード径を減じた値となる。

［実験例１］
本発明者は、第１実施形態の重荷重用空気入りラジアルタイヤ１０の一例としての実施例タイヤ（以下、実施例１という）と、従来例タイヤ（以下、従来例１という）とを用いて性能評価のための実験を行った。実施例１では、補強ゴム層としては、リムフランジＲＦ側のワイヤーチェーファー端２２ｅからビードコア１２の中心１２ｃの真下までの領域に、巾１００ｍｍ、厚み１．６５ｍｍのシート状のもの（シート約１枚分）を配置した。従来例１では、このような補強ゴム層を配置していない。

本実験例では、実施例１および従来例１について、それぞれ、正規リムに装着し、転動時におけるビードヒール部２０のゴムチェーファー２６とワイヤーチェーファー２２との境界面付近のせん断歪を測定し、評価指数に換算することで性能評価を行った。

実験条件を以下に示す。

タイヤサイズ：５９／８０Ｒ６３ ＶＲＦ
リムサイズ：４４．００／５．０
内圧：６００ｋＰａ
荷重：１００．０ｔｏｎ
測定結果、評価結果を図２に示す。図２の評価指数では、従来例１の評価指数を１００とし、実施例１をそれに対する相対値として示している。指数の値が小さいほど良好であることを示している。

図２に示すように、実施例１では、指数が８７であり、従来例１に比べて大幅に良好であるという結果になった。従って、カーカス１４とワイヤーチェーファー２２との間に補強ゴム層２４を１．６５ｍｍ挟むことで、カーカス１４の張力変化によるワイヤーチェーファー２２の動きを緩和させ、ビードヒールセパの発生を大きく抑制できることが判った。

［解析計算例］
また、本発明者は、第１実施形態の重荷重用空気入りラジアルタイヤ１０の一例としての実施例タイヤ（以下、実施例２という）と、従来例タイヤ（以下、従来例２という）とについて、解析計算を行い、性能評価を行った。

実施例２では、カーカス１４とワイヤーチェーファー２２との間に、補強ゴム層２４として、低Ｍｏｄ．ゴムであるインナーライナーと同じゴム種の補強ゴム層を配置した。この補強ゴム層としては、リムフランジＲＦ側のワイヤーチェーファー端２２ｅからビードコア１２の中心１２ｃの真下までの領域に、厚み１．６５ｍｍのシート状のもの（シート約１枚分）を配置した。従来例２では、このような補強ゴム層を配置していない。

解析計算結果を図３に示す。図３では、ワイヤーチェーファー真下部２２ｂを原点として、ワイヤーチェーファー真下部２２ｂからリムフランジＲＦ側に向けたワイヤーチェーファー２２のペリフェリ長さ（ワイヤーチェーファーに沿った長さ）を横軸とし、ワイヤーチェーファー２２のコード方向のせん断歪を縦軸として示す。

図３から判るように、ワイヤーチェーファー２２のペリフェリ長さが１０〜９０ｍｍの範囲では、従来例２に比べ、実施例２のほうがワイヤーチェーファー２２のコード方向のせん断歪が明らかに小さいという結果になった。

ここで、ペリフェリ長さが１０ｍｍでは回転角度θが５°、ペリフェリ長さが３０ｍｍでは回転角度θが３０°、ペリフェリ長さが５０ｍｍでは回転角度θが６０°、ペリフェリ長さが７０ｍｍでは回転角度θが８０°、ペリフェリ長さが９０ｍｍでは回転角度θが１００°となる。

従って、ペリフェリ長さが１０〜９０ｍｍの範囲の全領域は、回転角度θが５〜１００°の範囲の全領域に対応している。また、タイヤサイズが本解析計算例のサイズ（５９／８０Ｒ６３ ＶＲＦ）と異なっても、それに合わせたサイズの補強ゴム層を配置することにより、回転角度θが５〜１００°では、本解析計算例と同様の計算結果が得られることになる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態を説明する。図４は、本実施形態に係る重荷重用空気入りラジアルタイヤにおいて、タイヤ中心軸を通過するタイヤ幅方向断面でのビード部の部分拡大断面図である。図５は図４の要部拡大図である。

本実施形態の重荷重用空気入りラジアルタイヤ４０は、第１実施形態の重荷重用空気入りラジアルタイヤ１０に比べ、正規リムＲの装着によるビードヒール部５０での締め代を増大させる構造になっている。以下、図４、図５を参照しつつ、この構造を詳細に説明する。

リム組みされたときでビードコア１２の中心１２ｃからリムベースＲＢに直交するように引いた垂線ＬＡと、この垂線ＬＡとリムベースＲＢとの交点を点Ａとする。また、リム組みしないときでこの垂線ＬＡとビードベース４８との交点を点Ｂとする。また、リムフランジＲＦとリムベースＲＢとの交点を点Ｃとし、線分ＡＣを７：３に分ける点を点Ｄ、線分ＡＤ上の任意の点を点Ｅとする。そして、リムベースＲＢに直交し点Ｅを通る直線ＬＥを引き、この直線ＬＥとリム組みしないときのビードベース４８との交点を点Ｆとする。ここで、線分ＡＢの長さ（すなわち点Ａと点Ｂとの距離）や線分ＥＦの長さ（すなわち点Ｅと点Ｆとの距離）はビードベース４８のリムベースＲＢに対する締め代となる。

線分ＡＢの長さをＸ、線分ＥＦの長さをＹとしたとき、線分ＡＤの全範囲で、ＹはＸの９０％以上、すなわち式で示すと、
Ｙ≧０．９Ｘ
の関係を満たしている。なお、Ｘは例えば８.６８ｍｍであり、Ｙは例えば８.３５〜８.６８ｍｍの範囲である。

このように、本実施形態では、ビードベース４８のリムベースＲＢに対する締め代を、やみくもに増やすのではなく、ビードヒール部５０付近の締め代を従来対比大きくするようなタイヤ構造にすることで、ビードベース４８とリムベースＲＢとの嵌合力を効果的に増加させている。これにより、リム滑り現象を抑え、エアリークの発生を抑制できるという効果を、第１実施形態で得られる効果に加えて更に得ることができる。

［実験例２］
本発明者は、第２実施形態の重荷重用空気入りラジアルタイヤ４０の一例としての実施例タイヤ（以下、実施例３という）と、従来例タイヤ（以下、従来例３という）とを用いて性能評価のための実験を行った。実施例３では、図５に示したＸ、Ｙで、Ｘを８.６８ｍｍとし、Ｙを８.３５ｍｍとした。

本実験例では、実施例３および従来例３について、それぞれ、正規リムに装着し、点Ｄ位置でのビードベース４８のリムベースＲＢに対する締め代を測定し、評価指数に換算することで性能評価を行った。実験条件（タイヤサイズ、リムサイズ、内圧、荷重）は、実験例１と同じにした。

測定結果、評価結果を図６に示す。図６の評価指数では、従来例３の評価指数を１００とし、実施例３をそれに対する相対値として示している。指数の値が大きいほど良好であることを示している。

図６に示すように、実施例３では、指数が１１１であり、従来例３に比べて大幅に良好であるという結果になった。従って、実施例３のようにビードヒール部付近での締め代を増大させることでビードベースとリムベースとの嵌合力が大きく向上することが判った。

１０…重荷重用空気入りラジアルタイヤ、１２…ビードコア、１４…カーカス、１４ｒ…折り返し部、１６…ビード部、２２…ワイヤーチェーファー、２２ｂ…ワイヤーチェーファー真下部、２４…補強ゴム層、２４ｅ…端部、２４ｉ…端部、２８…外側補強層、３０…ビードベース、４０…重荷重用空気入りラジアルタイヤ、４８…ビードベース、５０…ビードヒール部、ＬＡ…垂線、ＬＥ…直線、Ｒ…正規リム、ＲＢ…リムベース、ＲＦ…リムフランジ。

Claims (6)

1. ビードコアで折り返されたカーカスと、前記カーカスの外周側に配置され、前記ビードコアの周りで折り返しているワイヤーチェーファーと、を備える重荷重用空気入りラジアルタイヤにおいて、
   前記カーカスと前記ワイヤーチェーファーとの間に、前記カーカスを構成するコーティングゴムおよび前記ワイヤーチェーファーを構成するコーティングゴムの少なくとも一方よりも弾性率が小さい補強ゴム層が配置され、
   前記補強ゴム層の配置されている領域は、前記ビードコアの中心からタイヤ幅方向と直交してタイヤ径方向内側に延在し前記ワイヤーチェーファーと交差する直線を基準として、タイヤ幅方向外側への前記ビードコアの中心まわりの回転角度が−４５〜９０°の範囲の少なくとも一部となる領域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. 前記回転角度が４５〜８０°の範囲の全領域であ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ラジアルタイヤ。
3. 前記補強ゴム層は、３００％伸長時の弾性率が８ＭＰａ〜１４ＭＰａの範囲のゴム部材で構成され、
   前記補強ゴム層の厚みは、端部を除き、少なくとも０．５ｍｍ以上に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ラジアルタイヤ。
4. 前記ワイヤーチェーファーの外周側に、３００％伸長時の弾性率が８ＭＰａ〜１４ＭＰａの範囲のゴム材で構成される外側補強層が配置され、
   前記外側補強層の厚みは、端部を除き、少なくとも１．０ｍｍ以上にされ、
   前記外側補強層は、ビードベースから少なくとも１ｍｍ以上離れていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の重荷重用空気入りラジアルタイヤ。
5. 前記外側補強層内、または、前記ワイヤーチェーファーと前記外側補強層との間、に有機繊維コードが配列されていることを特徴とする請求項４に記載の重荷重用空気入りラジアルタイヤ。
6. リム組みされたときで前記ビードコアの前記中心からリムベースに直交するように引いた垂線と前記リムベースとの交点を点Ａとし、
   リム組みしないときで前記垂線とビードベースとの交点を点Ｂとし、
   リムフランジと前記リムベースとの交点を点Ｃ、線分ＡＣを７：３に分ける点を点Ｄ、線分ＡＤ上の任意の点を点Ｅ、とし、
   前記リムベースに直交し点Ｅを通る直線と前記ビードベースとの交点を点Ｆとし、
   線分ＡＢの長さをＸとし、
   線分ＥＦの長さをＹ
   とすると、
   線分ＡＤの全範囲で、
   Ｙ≧０．９Ｘ
   の関係を満たしていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の重荷重用空気入りラジアルタイヤ。

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