JP6495087B2 - タイヤ・リム組立体 - Google Patents

Description

この発明は、ビードコアの外側に有機繊維が埋設されている補強層が配置され、15゜深底リムに装着される重荷重用空気入りタイヤに関する。

従来の重荷重用空気入りタイヤとしては、例えば以下の特許文献１に記載されているようなものが知られている。

特開平７−１０１２１２号公報

このものは、幅方向両端部が一対のビードコア回りに折り返されトロイド状に延びるカーカス層と、カーカス層の半径方向外側に配置されたベルト層と、該ベルト層の半径方向外側に配置されたトレッドと、少なくともビードコアの幅方向外側に配置され内部に有機繊維からなる複数本の補強コードが埋設された有機補強層とを備え、前記有機補強層に埋設された補強コードのタイヤ半径方向に対する傾斜角を40〜50゜の範囲内としたものである。

ここで、近年、一部の外国において、前述のような空気入りタイヤを15゜深底リムに装着するとともに、正規内圧の 1.5〜 2.5倍である高内圧を充填した後、大型トラック等に装着し荷重走行させようとする動きがあるが、このような動きに対し本発明者はビードコアの断面積を増大させることで対応しようとした。しかしながら、前述のようにビードコアの断面積を増大させるだけでは、以下のような課題が生じたのである。即ち、空気入りタイヤに前述のような高内圧を充填すると、タイヤのビード部は高内圧によりリムのリムフランジに強力に押し付けられるが、このような押付け力によりリムフランジとビードコアとの間に位置するゴムは押し潰されて半径方向外側に膨出するよう変形し、この結果、有機補強層内の補強コードが前記ゴムに引き摺られて半径方向に引き伸ばされ破断し、これにより、該補強コードより幅方向外側のゴム（チェーファーゴム）に生じた亀裂がビード部の外面まで進展し、場合によってはビード部が高さの低いリムフランジを乗り越えてしまうことがあった。

この発明は、高内圧を充填した場合でも有機補強層に埋設された有機繊維からなる補強コードの破断を効果的に抑制することが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。

このような目的は、幅方向両端部が一対のビードコア回りに折り返されトロイド状に延びるカーカス層と、カーカス層の半径方向外側に配置されたベルト層と、該ベルト層の半径方向外側に配置されたトレッドと、少なくともビードコアの幅方向外側に配置され内部に有機繊維からなる複数本の補強コードが埋設された有機補強層とを備え、15゜深底リムに装着される重荷重用空気入りタイヤにおいて、正規内圧充填時において前記ビードコアの断面重心Ｇを前記深底リムのリムフランジの半径方向外端より半径方向外側に位置させるとともに、前記有機補強層に埋設された補強コードのタイヤ半径方向に対する傾斜角Ａを60゜以上とし、正規内圧の 1.5〜 2.5倍の内圧での使用が想定されている重荷重用空気入りタイヤにより、達成することができる。

この発明においては、ビードコアの断面重心Ｇを前記深底リムのリムフランジの半径方向外端より半径方向外側に位置させることで、正規内圧の 1.5〜 2.5倍の高内圧が充填されても使用できるようにしている。しかも、有機補強層に埋設された補強コードのタイヤ半径方向に対する傾斜角Ａを60゜以上としたので、前記高内圧によりビードコアとリムフランジとの間のゴムが押し潰されて半径方向外側に膨出するよう変形したとき、この変形の多くは有機補強層の補強コード間に位置するコーティングゴムが変形することで吸収され、その一部が補強コードに長手方向の引っ張りとして作用するに過ぎなくなる。この結果、前記補強コードの破断が効果的に抑制され、ゴム亀裂の進展、ビード部の乗り越えを効果的に抑制することができる。

また、請求項２に記載のように構成すれば、タイヤ成形時における補強コードの破断を防止しながら高内圧時における補強コードの破断を強力に抑制することができる。さらに、請求項３に記載のように構成すれば、有機補強層の外側のゴムゲージを大幅に減少させることなく、高内圧に対処することができる。また、請求項４に記載のように構成すれば、補強コードに作用する張力をさらに強力に抑制することができる。さらに、請求項５に記載のように構成すれば、スチール補強層の半径方向外端における亀裂発生を抑制しながら、ビード部耐久性を効果的に向上させることができる。

この発明の実施形態１を示す空気入りタイヤの子午線断面図である。 そのビード部近傍の拡大断面図である。 有機補強層の側面断面図である。 縦軸が最大張力を、横軸が傾斜角Ａを表すグラフである。

以下、この発明の実施形態１を図面に基づいて説明する。
図１、２、３において、11はトラック、バス等に装着される重荷重用空気入りラジアルタイヤであり、この空気入りタイヤ11はビード部13を有し、これらビード部13にはそれぞれリング状を呈するビードコア12が埋設されている。この結果、前記空気入りタイヤ11は一対のビードコア12を有していることになる。また、前記空気入りタイヤ11は、前記ビード部13から略半径方向外側に向かって延びる一対のサイドウォール部14と、両サイドウォール部14の半径方向外端同士を連結する略円筒状のトレッド部15とをさらに備えている。そして、この空気入りタイヤ11は前記ビードコア12間をトロイド状に延びてサイドウォール部14、トレッド部15を補強するカーカス層16を有し、このカーカス層16のタイヤ幅方向両端部は前記一対のビードコア12の回りに内側から外側に向かって折り返されており、この結果、該カーカス層16はビードコア12間に位置する本体部16ａと、ビードコア12より幅方向外側に位置する一対の折返し部16ｂとに区分される。また、前記ビードコア12はスチールからなる素線としてのビードコード17を複数回リング状に連続して巻回積層することで構成され、断面が六角形、四角形、円形等（ここでは六角形）を呈している。

前記カーカス層16は少なくとも１枚、ここでは１枚のカーカスプライ19から構成され、このカーカスプライ19はタイヤ赤道Ｓに対して70〜90゜（ここでは90゜）のコード角で交差する、即ち、実質上ラジアル方向（子午線方向）に延びる非伸張性の多数本のカーカスコード（ここではスチールコード）をコーティングゴムで被覆することにより構成している。20はトレッド部15において前記カーカス層16の半径方向外側に重ね合わされて配置されたベルト層であり、このベルト層20は少なくとも２枚（ここでは３枚）のベルトプライ21を半径方向に積層することで構成され、各ベルトプライ21は、例えばスチール、芳香族ポリアミド等（ここでは、スチール）からなる非伸張性の互いに平行な複数本のベルトコードをコーティングゴムで被覆することにより構成している。そして、これらベルトプライ21を構成するベルトコードはタイヤ赤道Ｓに対し10〜50゜の所定角度で傾斜するとともに、少なくとも２枚のベルトプライ21において傾斜方向が逆方向となり互いに交差している。なお、22は前記カーカス層16、ベルト層20の半径方向外側に配置されたトレッドであり、このトレッド22の外表面には周方向に延びる複数本の主溝23および該主溝23に交差する方向に延びる図示していないラグ溝が形成されている。

27はカーカス層16の外側に重ね合わされた一対のスチール補強層であり、これらのスチール補強層27はビードコア12の回りを内側から外側に向かって折り返されながらカーカス層16に沿って延びることでビードコア12を包み込むとともに、ビードコア12よりタイヤ幅方向外側に位置する外側部27ａの半径方向外端は前記カーカス層16の折返し部16ｂの半径方向外端より半径方向内側に位置している。各スチール補強層27は少なくとも１枚、ここでは１枚の補強プライ28から構成され、これら補強プライ28は互いに平行な複数本のスチールコードをコーティングゴムで被覆することにより構成され、この結果、スチール補強層27の内部には複数本のスチールコードが埋設されていることになる。

29は前記スチール補強層27の外側部27ａに沿って延びるとともに、該外側部27ａのタイヤ幅方向外側に重ね合わされて配置された一対の有機補強層であり、これらの有機補強層29の半径方向内端はビードコア12の直下に位置し、その半径方向外端は前記外側部27ａの半径方向外端より半径方向外側に位置している。この結果、前記スチール補強層27は少なくともビードコア12のタイヤ幅方向外側において、ビードコア12、カーカス層16と有機補強層29との間に配置されることになる。このようにスチール補強層27をビードコア12と有機補強層29との間に配置すれば、ビード部13がスチール補強層27により効果的に補強され、該ビード部13の耐久性を効果的に向上させることができる。なお、前記有機補強層29はスチール補強層27の外側部27ａのみならず、ビードコア12より内側の内側部27ｂに沿って延びていてもよく、この場合には、該有機補強層はビードコア12のタイヤ幅方向内側にも位置することになり、スチール補強層27と同様にビードコア12を包み込むことになる。

前記有機補強層29は２枚の有機補強プライ30、31を積層することで構成され、これら有機補強プライ30、31は互いに平行な複数本の有機繊維からなる補強コード32をコーティングゴムで被覆することにより構成され、この結果、該有機補強層29の内部には複数本の有機繊維からなる補強コード32が埋設されていることになる。そして、前記補強コード32を構成する有機繊維としては、ナイロン、芳香族ポリアミド、ポリエステル、アクリル、ポリウレタン等を用いることができる（ここではナイロンを使用）。35は前記空気入りタイヤ11が装着される15゜深底リム（15゜テーパリム）であり、このリム35のビードシート部36には空気入りタイヤ11のビード部13がそれぞれ着座されると、これら空気入りタイヤ11、リム35はタイヤ・リム組立体を構成する。ここで、15゜深底リムとはビードシート部36がリム中心軸に対して15゜で傾斜したリムのことで、日本自動車タイヤ協会のJATMA Year Bookに規定されている。

そして、前述のようなタイヤ・リム組立体に正規内圧の 1.5〜 2.5倍の高内圧を充填した後、大型トラック等に装着して荷重走行させようとする動きが、一部の外国にあるが、このような高内圧が充填されても耐えうる空気入りタイヤ11とするため、この実施形態においては、前記ビードコード17の断面積をＤ、前記ビードコード17の巻回回数をＥとしたとき、前記ＤにＥを乗じた値Ｆが 131.5〜 227.0mm²の範囲内であるビードコア12を用いている。そして、前記値Ｆを前述の範囲内としたとき、ビードコア12の断面重心（ビードコア12を空気入りタイヤ11の回転軸線を含む平面で切断したときの断面形状における重心）Ｇは、前記深底リム35のリムフランジ37における半径方向外端37ａ（湾曲面の頂点）より半径方向外側に位置するのである。ここで、正規内圧とは、下記規格に記載されている適用サイズ・プライレーティングにおける最大荷重（最大負荷能力）に対応する空気圧のことであり、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によって決められており、例えば、アメリカ合衆国では「The Tire and Rim Association Inc. のYear Book」が、欧州では「The European Tire and Rim Technical Organization の Standards Manual」が、日本では「日本自動車タイヤ協会のJATMA Year Book」が相当する。

ここで、前記値Ｆが 131.5mm²未満であると、前記高内圧に対処できず荷重走行時に空気入りタイヤ11に故障が生じる場合があり、一方、前記値Ｆが 227.0mm²を超えると、ビードコア12の断面積が大きくなって有機補強層29の外側に配置されたゴム39（例えばチェーファーゴム）のゴムゲージが大幅に減少し、故障発生を招くおそれがあるが、前述のように 131.5〜 227.0mm²の範囲内とすれば、有機補強層29の外側に位置するゴム39のゴムゲージを大幅に減少させることなく、高内圧に対処することができるので、好ましい。このようにビードコア12の断面重心Ｇをリムフランジ37の半径方向外端37ａより半径方向外側に位置させるようにすれば、15゜深底リムに装着された空気入りタイヤ11内に正規内圧の 1.5〜 2.5倍の高内圧を充填し荷重を加えた状態で走行させてもほぼ問題はないが、残念ながら、有機補強層29内の補強コード32が以下のようなメカニズムにより破断することで、該補強コード32より幅方向外側のゴム39に亀裂が生じ、その亀裂がビード部13の外面まで進展してしまうという問題が発生するのである。そして、前述のようにビードコア12より幅方向外側のビード部13にビードコア12に向かう亀裂が発生すると、15゜深底リムはリムラインからリムフランジ37の半径方向外端までの距離が短い（低い）ため、ビード部13がリムフランジ37を乗り越えてしまうことがある。

そのメカニズムとは、前述のような高内圧に基づく大きな押付け力によりリムフランジ37とビードコア12との間に位置するゴムが押し潰されると、該ゴムは半径方向外側に膨出するよう変形するが、このとき、有機補強層内の補強コードが、先行技術文献に記載されているようにタイヤ半径方向に対し40〜50゜の傾斜角で傾斜していると、該補強コードが前記ゴムに引き摺られて半径方向に引き伸ばされ破断してしまうのである。このため、この実施形態においては、後述する試験データから理解されるように、前記有機補強層29に埋設された補強コード32のタイヤ半径方向に対する傾斜角Ａを60゜以上としたのである。なお、前記傾斜角Ａの最大値は90゜である。ここで、前記傾斜角Ａは、15゜深底リム35に空気入りタイヤ11を装着し正規内圧を充填したときに、空気入りタイヤ11のビード部13が15゜深底リム35（リムフランジ37）からの離反する離反点Ｒにおいて測定した値である。

そして、前述のように有機補強層29に埋設された補強コード32のタイヤ半径方向に対する傾斜角Ａを60゜以上とすれば、前記高内圧によりビードコア12とリムフランジ37との間のゴムが押し潰されて半径方向外側に膨出するよう変形したとき、この変形の多くは有機補強層29の補強コード32間に位置するコーティングゴムが変形することで吸収され、その一部が補強コード32に長手方向の引っ張りとして作用するに過ぎなくなる。この結果、前記補強コード32の破断が効果的に抑制され、ゴム亀裂が進展しビードコア12がリムフランジ37を乗り越えるような事態を効果的に抑制することができる。なお、この実施形態で説明する空気入りタイヤ11は前述した範囲内の高内圧を充填し使用することを想定して製造しているが、正規内圧の 1.5倍未満の内圧を充填した状態で使用しても何等問題はない。

そして、有機補強層29に埋設された補強コード32のタイヤ半径方向に対する傾斜角Ａを70〜80゜の範囲内とすることが好ましい。その理由は、傾斜角Ａが80゜を超えると、空気入りタイヤ11の成形時、円筒状を呈していた有機補強層29を略鍔状に変形させるが、このとき、補強コード32が周方向に引き伸ばされ種類によっては破断するおそれがあり、一方、傾斜角Ａが70゜未満であると、高内圧時における前記補強コード32の破断抑制効果が充分でない場合があるが、前述のように傾斜角Ａを70〜80゜の範囲内とすれば、タイヤ成形時における補強コード32の破断を防止しながら、高内圧時における補強コード32の破断を強力に抑制することができるからである。

また、有機補強層29を前述のように２枚の有機補強プライ30、31を積層することで構成したとき、これら有機補強プライ30、31内の補強コード32のタイヤ半径方向に対する傾斜方向を逆方向とし互いに交差させることが、補強コード32に作用する張力をさらに強力に抑制することができるので、好ましい。さらに、この実施形態では前述のようにビードコア12と有機補強層29との間にスチール補強層27を配置しているが、このような位置にスチール補強層27が配置されているとき、前述のように有機補強層29の半径方向外端をスチール補強層27の外側部27ａの半径方向外端より半径方向外側に位置させることが好ましい。その理由は、前述のように構成すれば、スチール補強層27の半径方向外端における応力を効果的に緩和することができるため、該位置での亀裂発生を効果的に抑制することができるからである。ここで、前記スチール補強層27に埋設されているスチールコードは、15゜深底リム35に空気入りタイヤ11が装着され正規内圧が充填されているとき、前記離反点Ｒにおいてタイヤ半径方向に対し30〜50゜の角度で傾斜している。

次に、前述のように傾斜角Ａを60゜以上とする根拠を示す試験について説明する。
この試験に当たっては、２枚の有機繊維プライに埋設された補強コードのタイヤ半径方向に対する傾斜角Ａが共に 0゜である有機補強層を有する比較タイヤ１と、同様の傾斜角Ａが共に15゜である有機補強層を有する比較タイヤ２と、同様の傾斜角Ａが共に30゜である有機補強層を有する比較タイヤ３と、同様の傾斜角Ａが共に40゜である有機補強層を有する比較タイヤ４と、同様の傾斜角Ａが共に55゜である有機補強層を有する比較タイヤ５と、同様の傾斜角Ａが共に60゜である有機補強層を有する実施タイヤ１と、同様の傾斜角Ａが共に70゜である有機補強層を有する実施タイヤ２と、同様の傾斜角Ａが共に75゜である有機補強層を有する実施タイヤ３と、同様の傾斜角Ａが共に82゜である有機補強層を有する実施タイヤ４と、同様の傾斜角Ａが共に90゜である有機補強層を有する実施タイヤ５とを準備した。

ここで、これら比較、実施タイヤはいずれもサイズがJATMA Year Bookに規定された13Ｒ22.5 16ＰＲのタイヤであり、装着したリムのサイズは9.75×22.5である。また、前記比較、実施タイヤはいずれも図面に記載したものと同一構造であり、カーカスコードのタイヤ赤道Ｓに対する傾斜角は90゜、ベルトコードのタイヤ赤道Ｓに対する傾斜角は、最内側から最外側に向かって順次右上がり22゜、左上がり22゜、右上がり30゜であり、スチール補強層のスチールコードはタイヤ半径方向に対して40゜で傾斜していた。そして、このような各タイヤを前記リムに装着し、正規内圧の 2.5倍の高内圧を充填した状態で、有機補強層に埋設された補強コードに作用する最大張力をシミュレーションにより求めた。

その結果を図４のグラフにプロットしたが、この図４においては横軸に前記傾斜角Ａを、縦軸に前記傾斜角Ａが40゜である時の最大張力を指数 100として最大張力を示している。このグラフから明らかなように傾斜角Ａの値が 0゜から55゜までの間は最大張力がなだらかに低減しているが、傾斜角Ａの値が60゜から90゜までの間では最大張力が急激に低減している。このグラフから、傾斜角Ａの値を60゜以上とすれば、高内圧を充填した場合でも、有機補強層に埋設されている補強コードの破断を効果的に抑制することができることが理解できる。なお、最大張力がなだらかに低減する点を繋ぐ仮想線と、急激に低減する点を繋ぐ仮想線との交点である傾斜角Ａ＝58゜では効果が不明であるため、この発明では、実用的に意味のある効果を発揮することができる60゜を傾斜角Ａの下限としている。なお、異なる種類の重荷重用タイヤに対しても同様のシミュレーションを行ったが、その結果は同様の傾向であった。

この発明は、15゜深底リムに装着される重荷重用空気入りタイヤの産業分野に適用できる。

11…空気入りタイヤ 12…ビードコア
16…カーカス層 17…素線
20…ベルト層 22…トレッド
27…スチール補強層 29…有機補強層
30、31…有機補強プライ 32…補強コード
35…深底リム 37…リムフランジ
37ａ…半径方向外端 Ａ…傾斜角

Claims (5)

1. 幅方向両端部が一対のビードコア回りに折り返されトロイド状に延びるカーカス層と、
   カーカス層の半径方向外側に配置されたベルト層と、
   該ベルト層の半径方向外側に配置されたトレッドと、
   少なくともビードコアの幅方向外側に配置され内部に有機繊維からなる複数本の補強コードが埋設され、前記補強コードのタイヤ半径方向に対する傾斜角が６０°以上とされた有機補強層と、を備えた重荷重用空気入りタイヤと、
   １５°深底リムと、がリム組みされた重荷重用空気入りタイヤの組立体であって、
   正規内圧充填時において、前記ビードコアの断面重心が前記深底リムのリムフランジの半径方向外端より半径方向外側に位置し、かつ、正規内圧の１．５〜２．５倍の内圧が充填されたタイヤ・リム組立体。
2. 前記有機補強層に埋設された補強コードのタイヤ半径方向に対する傾斜角Ａを70〜80゜の範囲内とした請求項１記載のタイヤ・リム組立体。
3. 前記ビードコアを、素線を複数回環状に連続して巻回することで構成する一方、前記素線の断面積Ｄに素線の巻回回数Ｅを乗じた値Ｆを １３１．５〜 ２２７．０mm^２の範囲内とした請求項１または２記載のタイヤ・リム組立体。
4. 前記有機補強層は、補強コードが埋設された２枚の有機補強プライを、前記補強コードのタイヤ半径方向に対する傾斜方向を逆方向としながら積層することで構成した請求項１〜３のいずれか一項に記載のタイヤ・リム組立体。
5. 前記有機補強層とビードコアとの間に、内部に複数本のスチールコードが埋設されたスチール補強層を配置するとともに、前記有機補強層の半径方向外端をスチール補強層の半径方向外端より半径方向外側に位置させた請求項１〜４のいずれか一項に記載のタイヤ・リム組立体。

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