以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。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、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。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。
[空気入りタイヤ]
図1は、この発明の実施の形態にかかる空気入りタイヤを示すタイヤ子午線方向の断面図である。同図は、タイヤ径方向の片側領域の断面図を示している。また、同図は、空気入りタイヤの一例として、長距離輸送用のトラック、バスなどに装着される重荷重用空気入りタイヤを示している。
同図において、タイヤ子午線方向の断面とは、タイヤ回転軸(図示省略)を含む平面でタイヤを切断したときの断面をいう。また、符号CLは、タイヤ赤道面であり、タイヤ回転軸方向にかかるタイヤの中心点を通りタイヤ回転軸に垂直な平面をいう。また、タイヤ幅方向とは、タイヤ回転軸に平行な方向をいい、タイヤ径方向とは、タイヤ回転軸に垂直な方向をいう。
空気入りタイヤ1は、タイヤ回転軸を中心とする環状構造を有し、一対のビードコア11、11と、一対のビードフィラー12、12と、カーカス層13と、ベルト層14と、トレッドゴム15と、一対のサイドウォールゴム16、16と、一対のリムクッションゴム17、17と、インナーライナーゴム(図中の符号省略)とを備える(図1参照)。
一対のビードコア11、11は、スチールから成る1本あるいは複数本のビードワイヤ111(図3参照)を多重に巻き廻して成る環状構造を有し、ビード部に埋設されて左右のビード部のコアを構成する。一対のビードフィラー12、12は、ローアーフィラー121およびアッパーフィラー122から成り、一対のビードコア11、11のタイヤ径方向外周にそれぞれ配置されてビード部を構成する。
カーカス層13は、左右のビードコア11、11間にトロイダル状に架け渡されてタイヤの骨格を構成する。また、カーカス層13の両端部は、ビードコア11およびビードフィラー12を包み込むようにタイヤ幅方向内側からタイヤ幅方向外側に巻き返されて係止される。また、カーカス層13は、スチールあるいは有機繊維材(例えば、ナイロン、ポリエステル、レーヨンなど)から成る複数のカーカスコードをコートゴムで被覆して圧延加工して構成され、絶対値で85[deg]以上95[deg]以下のカーカス角度(タイヤ周方向に対するカーカスコードの長手方向の傾斜角として定義される)を有する。
ベルト層14は、タイヤ径方向内側から順に、高角度ベルト141と、一対の交差ベルト142、143と、付加ベルト144とを積層して成り、カーカス層13の外周に掛け廻されて配置される。高角度ベルト141は、スチールから成る複数のベルトコードをコートゴムで被覆して圧延加工して構成され、絶対値で45[deg]以上70[deg]以下のベルト角度(タイヤ周方向に対するベルトコードの長手方向の傾斜角として定義される。)を有する。一対の交差ベルト142、143は、スチールから成る複数のベルトコードをコートゴムで被覆して圧延加工して構成され、絶対値で10[deg]以上55[deg]以下のベルト角度を有する。また、一対の交差ベルト142、143は、相互に異符号のベルト角度を有し、ベルトコードの長手方向を相互に交差させて積層される(いわゆるクロスプライ構造を有する)。付加ベルト144は、スチールから成る複数のベルトコードをコートゴムで被覆して圧延加工して構成され、絶対値で10[deg]以上55[deg]以下のベルト角度を有する。また、付加ベルト144のベルト角度が、外径側の交差ベルト143のベルト角度に対して同符号に設定される。
トレッドゴム15は、カーカス層13およびベルト層14のタイヤ径方向外周に配置されてタイヤのトレッド部を構成する。一対のサイドウォールゴム16、16は、カーカス層13のタイヤ幅方向外側にそれぞれ配置されて左右のサイドウォール部を構成する。一対のリムクッションゴム17、17は、左右のビードコア11、11およびカーカス層13の巻き返し部のタイヤ径方向内側にそれぞれ配置されて、ビード部のリム嵌合面を構成する。インナーライナーゴム(図中の符号省略)は、カーカス層13のタイヤ径方向内側およびタイヤ幅方向内側すなわち空気入りタイヤ1の内面に配置される。
[ビード部のリム嵌合面]
トラック、バスなどの長距離輸送用の車両に装着される重荷重用空気入りタイヤでは、以下の解決課題がある。すなわち、(1)タイヤ転動時におけるビード・トゥの浮き上がり変形を抑制すべき課題、および、(2)タイヤのリム組み時およびリム外し時におけるビード・トゥの欠損を抑制すべき課題がある。これらの解決課題は、タイヤのエアインフレート性を確保するために要求される。また、(3)タイヤのリム組み容易性およびリム外し容易性を向上すべき課題もある。
そこで、この空気入りタイヤ1は、上記課題を解決するために、以下の構成を採用している。
図2は、図1に記載した空気入りタイヤ1のビード部を示す拡大断面図である。図3および図4は、図2に記載したビード部のリム嵌合面を示す説明図である。これらの図は、タイヤのリム組み前の状態におけるビード部のタイヤ子午線方向の断面図を示している。
ビード部のリム嵌合面(図中の符号省略)は、ビード・ベースBbと、ビード・トゥBtと、ビード・ヒールBhとを含み、タイヤ周方向に一様な輪郭形状を有する(図2参照)。ビード・ベースBbは、ビード部のタイヤ径方向内側に形成されたフラットな領域であり、リムのビードシートに対する接触面を構成する。ビード・トゥBtは、タイヤ子午線方向の断面視にてL字形状を有するビード部の先端部の頂点であり、リム嵌合面のタイヤ幅方向の最も内側に位置する点として定義される。ビード・ヒールBhは、タイヤサイド部の壁面とビード・ベースBbとを接続する屈曲部であり、便宜的に、タイヤ子午線方向の断面視にてビード・ベースBbの壁面を直線で近似し、この直線とタイヤサイド部のプロファイルの延長線との交点として定義される(図3参照)。
タイヤのリム組み状態(図示省略)では、ビード部のリム嵌合面がホイールのリム10に嵌合して、タイヤが保持される。このとき、リム嵌合面のビード・ベースBbがリム10のビードシート101に押圧されて面接触することにより、ビード部とリム10との嵌合部が封止されて、タイヤ内部の気密性が確保される。また、ビード・ヒールBhがビードシート101とフランジ102との接続部に位置し、リム嵌合面のビード・ヒールBhから外側の領域がリム10のフランジ102に当接して、ビード部がタイヤ幅方向外側から保持される。
一方、タイヤのリム組み前の状態(図2参照)では、タイヤ形状が、便宜的に次のように定義される。すなわち、タイヤ回転軸を水平にしてタイヤ単体を直立させる。そして、この状態で、左右のビード・ヒールBh、Bhの相対的な直線距離を固定する。このときのタイヤ形状が、タイヤのリム組み前の状態として定義される。かかるタイヤ形状は、タイヤ加硫成形金型内におけるタイヤ形状、すなわちインフレート前の自然なタイヤ形状に最も近い。
ビードコア11は、上記のように、1本あるいは複数本のビードワイヤを環状かつ多重に巻き廻して成る。また、重荷重用空気入りタイヤでは、ビードワイヤの外径d(図5参照)が、1.4[mm]≦d≦1.9[mm]の範囲内にある。また、図3に示すように、タイヤ子午線方向の断面視にて、所定の多角形のワイヤ配列構造を有する。ワイヤ配列構造の形状は、後述するように、ビードコア11の外周面を構成するワイヤ断面群の中心点を結んだ図形として定義される。
ここで、ビードコア11の最も内径側にある多角形の頂点P1を定義する(図3参照)。ビードワイヤ111を後述する最密状態で巻き廻して成るワイヤ配列構造では、頂点P1が、ビードコア11の最もタイヤ径方向内側に位置する。
このとき、図3に示すように、頂点P1からリム嵌合面のビード・トゥBtまでのタイヤ幅方向の距離Ltと、頂点P1からリム嵌合面のビード・ヒールBhまでのタイヤ幅方向の距離Lh(以下、ビード・ヒールBhの距離Lhともいう。)とが、-0.16≦Lt/Lh≦0.16の関係を有することが好ましく、-0.15≦Lt/Lh≦0.15の関係を有することがより好ましい。したがって、ビード・トゥBtが、頂点P1に対してタイヤ幅方向の略同位置にある。
また、ビード・トゥBtの距離Ltが、-3.0[mm]≦Lt≦3.0[mm]の範囲内にあることが好ましく、-2.0[mm]≦Lt≦2.0[mm]の範囲内にあることがより好ましい。また、ビード・ヒールBhの距離Lhが、18.5[mm]≦Lh≦26.0[mm]の範囲内にあることが好ましく、19.5[mm]≦Lh≦24.5[mm]の範囲内にあることがより好ましい。
ビード・トゥBtの距離Ltおよびビード・ヒールBhの距離Lhは、タイヤ幅方向外側を正として定義され、また、上記したリム組み前の状態におけるタイヤ形状にて測定される。
同時に、ビード・トゥBtの角度αが、80[deg]≦α≦104[deg]の範囲内にあることが好ましく、85[deg]≦α≦100[deg]の範囲内にあることがより好ましい。
ビード・トゥBtの角度αは、ビード・トゥBtを中心とする半径5[mm]の領域にて、ビード・トゥBtとビード・トゥBtを区画する左右のビード壁面にある任意の2点とをそれぞれ結んだ2直線のなす角度として測定される(図4参照)。したがって、ビード・トゥBtを中心とする半径5[mm]の領域では、ビード部の先端形状が、全体として上記角度αの範囲内で屈曲する。
例えば、図3の構成では、ビード・トゥBtの距離Ltがビード・ヒールBhの距離Lhに対して非常に小さく設定されている。これにより、ビード部が、ビード・トゥBtをビードコア11の最内径側の頂点P1からタイヤ径方向に対して略平行に突出させた形状を有している。また、ビード・トゥBtの距離LtがLt≦0[mm]の範囲にあり、より具体的には、ビード・トゥBtが頂点P1よりもタイヤ幅方向内側にオフセットすることにより、距離LtがLt<0[mm]の範囲に設定されている。また、図4に示すように、ビード・トゥBtの角度αが鈍角であり(90[deg]<α)、また、ビード・トゥBtを頂点とするビード部の先端形状が、上記角度αの条件を満たしている。このため、ビード部のタイヤ径方向内側の端部が、ビード・トゥBtを先端とする肉厚なL字断面形状を有している。
上記の構成では、(1)ビード・トゥBtの距離Ltとビード・ヒールBhの距離Lhとの比Lt/Lhが適正化される。具体的には、上記比Lt/Lhの下限により、タイヤのリム組み状態にて、ビード・トゥBtがビードコア11からの荷重によりリム10のビードシート101に向かって効率的に押圧される。これにより、リム嵌合面がビードコア11の頂点P1を大きく越えてタイヤ幅方向内側に延在する構成(後述する図11および図12を参照)と比較して、ビード・トゥBtの浮き上がり変形が効果的に抑制される。これにより、タイヤのエアインフレート性(すなわち、内圧充填時の気密性)が向上する。また、上記比Lt/Lhの上限により、ビード部のリム嵌合面とリム10のビードシート101との均一な接触状態が確保されて、タイヤのリム嵌合性が向上する。これにより、タイヤのエアインフレート性が向上し、また、タイヤのユニフォミティが向上する。
同時に、(2)ビード・トゥBtの角度αが適正化される。具体的には、上記角度αの下限により、ビード・トゥBtの剛性が確保されて、タイヤのリム組み時およびリム外し時におけるビード・トゥBtの欠損が防止される。これにより、タイヤのエアインフレート性が向上する。また、上記角度αの上限により、ビード・トゥBtの可撓性が確保されて、タイヤのリム組み容易性およびリム外し容易性が適正に確保される。
そして、上記(1)、(2)の相乗作用により、タイヤのエアインフレート性の向上作用と、タイヤのリム組み容易性およびリム外し容易性の向上作用とが両立する。
また、図2において、ビード・トゥBtの内径Dtと、規定リム10の公称リム径Drとが、17.5[mm]≦Dr-Dt≦24.5[mm]の関係を有することが好ましく、18.0[mm]≦Dr-Dt≦23.0[mm]の関係を有することがより好ましい。これにより、ビード・トゥBtの内径Dtが適正化される。
ビード・トゥBtの内径Dtは、タイヤの上記リム組み前の状態におけるビード・トゥBtの直径として測定される。
規定リムとは、JATMAに規定される「適用リム」、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、規定内圧とは、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、規定荷重とは、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。ただし、JATMAにおいて、乗用車用タイヤの場合には、規定内圧が空気圧180[kPa]であり、規定荷重が最大負荷能力の88[%]である。
また、リムクッションゴム17のゴム硬さHsが、68≦Hs≦78の範囲内にあることが好ましく、70≦Hs≦76の範囲内にあることがより好ましい。リムクッションゴム17のゴム硬さHsが適正化される。
ゴム硬さHsは、JIS K6253に準拠して測定される。
また、リムクッションゴム17の破断伸びEbが、200[%]≦Ebの範囲にあることが好ましく、300[%]≦Ebの範囲にあることがより好ましい。これにより、リムクッションゴム17の破断伸びEbが適正化される。特に、ビード・トゥBtを中心とする半径3[mm]の領域におけるリムクッションゴム17の破断伸びEbが上記範囲内にあることが好ましい。これにより、タイヤのリム外し時におけるビード・トゥBtの欠損が抑制される。
破断伸びEbは、JIS K6251規定に準拠して測定される。
また、図3において、ビード・トゥBtにおけるリムクッションゴム17のゴムゲージG1が、5.5[mm]≦G1≦10.5[mm]の範囲内にあることが好ましく、6.0[mm]≦G1≦9.0[mm]の範囲内にあることがより好ましい。これにより、ビード・トゥBtにおけるゴムゲージG1が適正化される。
ビード・トゥBtにおけるゴムゲージG1は、タイヤ子午線方向の断面視にて、ビード・トゥBtからビードコア11の頂点P1に引いた線分におけるリムクッションゴム17のゲージとして測定される。したがって、図3のように、カーカス層13の巻き返し部を囲む付加的な補強層18を備える構成では、この金属補強層18のゲージを含まないリムクッションゴム17の実質的なゲージが測定される。
例えば、図3の構成では、空気入りタイヤ1が、単層の金属補強層18を備える。また、金属補強層18が、金属材料から成る補強コード(例えば、スチールコード)をコートゴムで被覆して成る。また、金属補強層18が、カーカス層13の巻き返し部を外周から包み込むように囲んで配置されて、カーカス層13の巻き上げ部に沿ってリム10のフランジ102(図2参照)よりもタイヤ径方向外側の位置まで延在している。これにより、金属補強層18が、ビード部のリム嵌合面の全域に渡って延在している。
また、図3において、ビードコア11の多角形の頂点P1に隣り合うタイヤ幅方向外側の頂点P2を定義する。このとき、多角形の頂点P1、P2のタイヤ幅方向の距離L12と、ビード・ヒールBhの距離Lhとが、0.29≦L12/Lh≦0.61の関係を有することが好ましく、0.31≦L12/Lh≦0.58の関係を有することがより好ましい。これにより、リム10のビードシート101(図2参照)に対向するビードコア11の底面の幅が適正に確保される。
このとき、リム嵌合面のビード・ベースBbを近似した直線が、頂点P1、P2を通る直線に対してタイヤ幅方向内側に向かうに連れて離間する態様で傾斜することが好ましい。すなわち、図2に示すように、タイヤのリム組み前の状態では、ビードコア11の多角形の内径側底辺(図3における頂点P1、P2を通る直線)が、リム10のビードシート101に対して略平行に配置される。そして、ビード・ベースBbの壁面が、リム10のビードシート101に対してビード・ヒールBhからビード・トゥBtに向かうに連れてリム10の内径側に傾斜する。これにより、ビード部のリム嵌合性が高められている。
また、図4において、ビード・トゥBtの角度αの二等分線とタイヤ径方向とのなす角度βが、-15.0[deg]≦β≦15.0[deg]の範囲内にあることが好ましく、-12.5[deg]≦β≦12.5[deg]の範囲内にあることがより好ましい。したがって、ビード・トゥBtの角度βがタイヤ径方向に対して略平行であることが好ましい。これにより、ビード・トゥBtの向きが適正化されて、また、ビード・トゥBtの距離Ltを上記した数値範囲内に適正に設定できる。
ビード・トゥBtの角度βは、タイヤ幅方向外側を正として定義され、また、上記したリム組み前の状態におけるタイヤ形状にて測定される。
例えば、図4の構成では、ビード・トゥBtの角度βが0[deg]≦βの範囲にあり、より具体的には、ビード部がタイヤ幅方向外側にビード・トゥBtを向けることにより、ビード・トゥBtの角度βが0[deg]<βの範囲にある。
また、図4において、ビード・ベースBbに対するビード・トゥBtの突出量Hpが、0<Hpの条件を満たす。したがって、ビード・トゥBtがビード・ベースBbに対してタイヤ径方向内側に突出する。また、ビード・トゥBtの突出量Hpが、1.3[mm]≦Hp≦3.8[mm]の範囲にあることが好ましく、1.8[mm]≦Hp≦3.5[mm]の範囲にあることがより好ましい。これにより、ビード・トゥBtの突出量Hpが適正化される。
ビード・トゥBtの突出量Hpは、タイヤの上記リム組み前の状態におけるタイヤ子午線方向の断面視にて、ビード・ベースBbの壁面を直線で近似し、この直線とビード・トゥBtとの距離として測定される。
例えば、図4の構成では、ビード・ベースBbがフラットな壁面を有し、ビード・トゥBtがタイヤ径方向内側に向かって突出している。また、リム嵌合面におけるビード・トゥBtとビード・ベースBbとの接続領域が所定の曲率半径R1をもつ凹面形状を有することにより、ビード・トゥBtとビード・ベースBbの壁面とが滑らかに接続している。また、ビード・トゥからタイヤ幅方向内側の領域におけるビード部の壁面が凸面形状を有することにより、タイヤ内腔部に滑らかに接続している(図2参照)。
なお、上記に限らず、リム嵌合面におけるビード・トゥBtとビード・ベースBbとの接続領域が平面形状を有することにより、ビード・ベースBbからビード・トゥBtに至るリム嵌合面の壁面が屈曲面で構成さても良い(図示省略)。
[ビードコアのワイヤ配列構造]
図5および図6は、図2に記載したビード部のビードコア11を示す説明図である。これらの図において、図5は、部品単体時における未加硫のビードコア11の径方向の断面図を示し、図6は、図5に記載したビードコア11におけるビードワイヤ111の配列状態を示している。
図5に示すように、ビードコア11は、ビードワイヤ111を環状かつ多重に巻き廻して成り、後述する所定のワイヤ配列構造を有する。具体的には、コア成形治具(図示省略)が用いられ、1本あるいは複数本のビードワイヤ111が所定のワイヤ配列構造でコア成形治具に巻き付けられて、未加硫のビードコア11が成形される。また、ビードコア11が、ゴム材料から成ると共に巻き廻されたビードワイヤ111の外周を覆うビードカバー112を備える。そして、成形されたビードコア11がグリーンタイヤの加硫成形工程の前にプレ加硫される。なお、これに限らず、ビードコア11のプレ加硫が省略され、未加硫のビードコア11がグリーンタイヤに組み込まれて、グリーンタイヤの加硫成形工程が行われても良い。
また、図6に示すように、ビードワイヤ111は、素線1111と、素線1111を覆うインシュレーションゴム1112とから成る。素線1111は、上記のようにスチールから成る。また、インシュレーションゴム1112が、70[M]以上のムーニー粘度を有するゴム組成物から成ることが好ましい。また、トラック・バス用の重荷重用空気入りタイヤでは、ビードワイヤ111の外径が、1.70[mm]以上2.20[mm]以下の範囲内にある。ムーニー粘度は、JIS K6300-1:2013に準拠して求める。
図2の構成では、図5に示すように、ビードコア11が、その径方向断面視にて、ビードワイヤ111を最密状態で巻き廻して成る六角形のワイヤ配列構造を有する。
最密状態とは、図6に示すように、ビードコア11の径方向断面視にて、1つのワイヤ断面が、当該ワイヤ断面の周囲に略60[deg]間隔で配列された6つのワイヤ断面に対して隣り合う状態をいう。かかる最密状態でのワイヤ配列構造では、ワイヤ断面の列が縦横に直交する格子状のワイヤ配列構造と比較して、ビードコア11のワイヤ断面の配置密度が高まり、ビードコア11の耐コア崩れ性が向上する。なお、上記最密状態において、隣り合うワイヤ断面のすべての組が相互に接触する必要はなく、一部の組が後述する微少な隙間gを空けて配置されても良い。
ワイヤ配列構造の形状は、図5に示すように、ビードコア11の外周面を構成するワイヤ断面群の中心点を結んだ図形として定義される。また、図形の1つの頂点が、1つのワイヤ断面の中心点により定義される。また、図形の各辺が、2以上のワイヤ断面の中心点により定義される。ただし、図形の1つの辺を構成するワイヤ断面の中心点は、1つの直線上に厳密に存在する必要はなく、製造誤差等に起因する微少な位置ズレをもって配置されても良い。図5の構成では、ワイヤ配列構造が、6つの頂点P1~P6をもつ六角形状を有している。
また、ワイヤ配列構造の六角形が、すべての頂点で鈍角な内角をもつ凸六角形である。すなわち、六角形のすべての内角が、90[deg]よりも大きく180[deg]よりも小さい範囲にある。かかる凸六角形のワイヤ配列構造は、例えば内側に凸となる頂点をもつ凹六角形のワイヤ配列構造(図示省略)と比較して、ビードコア11の形状安定性が高いため、ビードコア11の耐コア崩れ性が適正に確保される。また、ワイヤ配列構造の六角形が鈍角な内角を有する構成では、鋭角な内角をもつ多角形のワイヤ配列構造と比較して、ビードコア11の耐コア崩れ性が高い。
例えば、図5の構成では、ビードワイヤ111が一定の外径をもつ円形断面のスチールワイヤであり、ワイヤ断面が上記した最密状態で配列されている。このため、六角形のすべての内角が120[deg]付近、具体的には105[deg]以上135[deg]以下の範囲にある。
ここで、図5において、ビードコア11の最も内径側にある六角形の頂点P1を第一頂点として定義する。また、第一頂点P1を含みタイヤ幅方向外側に延在する六角形の辺S12を第一辺として定義する。また、六角形の第一辺S12に平行な軸をX軸として定義し、X軸に垂直な軸をY軸として定義する。ビード部のリム嵌合面が傾斜するため(図2参照)、X軸が、タイヤ幅方向外側に向かってタイヤ径方向外側に傾斜する。
このとき、Y軸方向におけるワイヤ断面の層数Mと、X軸方向におけるワイヤ断面の配列数Nの最大値N_maxとが、0.75≦M/N_max≦1.30の関係を有することが好ましく、0.95≦M/N_max≦1.20の関係を有することがより好ましい。これにより、ビードコア11の偏平率が適正化される。すなわち、上記M/N_maxの下限により、ビードコア11が過剰に幅広となる事態が抑制されて、ビードコア11および周辺部材(特にビードフィラー12)の材料コストが低減される。また、上記M/N_maxの上限により、ビードコア11がY軸方向に縦長となる事態が抑制されて、ビードコア11のねじり剛性が適正に確保される。なお、トラック・バス用の重荷重用空気入りタイヤでは、X軸方向におけるワイヤ断面の配列数Nの最大値N_maxが、7≦N_max≦13の範囲にある。
ワイヤ断面の層数Mは、六角形の第一辺S12に沿ってX軸方向に配列されたワイヤ断面の列を最内層とし、この最内層に対して上記最密状態でY軸方向に積層されたワイヤ断面の層の数として定義される。
ワイヤ断面の配列数Nは、上記ワイヤ断面の各層を構成するワイヤ断面の数として定義される。
例えば、図5の構成では、単一のビードワイヤ111がX軸方向に螺旋状に巻き廻されて、ワイヤ断面の層が形成される。また、単一のビードワイヤ111がX軸方向に往復して巻き廻されて、複数のワイヤ断面の層が形成される。また、最初に、六角形の第一辺S12におけるワイヤ断面の層が形成され、これを最内層として、複数のワイヤ断面の層がY軸方向に積層されてビードコア11が形成される。このため、六角形の3組の対辺S12、S45;S23、S56;S34、S61が、相互に平行である。また、上記したワイヤ断面の層数Mと配列数Nの最大値N_maxとの比M/N_maxが、M/N_max=8/8=1.00である。かかる構成では、ワイヤ断面の層がリム10のビードシート101に直交する方向に積層されるので、ビードコア11の強度が高まり、タイヤのリム嵌合性が向上する。
また、図5において、タイヤ幅方向の最も内側にある六角形の頂点P6から六角形の重心Gまでのタイヤ幅方向の距離Aと、タイヤ幅方向の最も外側にある六角形の頂点P3から六角形の重心Gまでのタイヤ幅方向の距離Bとが、1.05≦B/Aの関係を有することが好ましく、1.06≦B/Aの関係を有することがより好ましい。これにより、六角形の重心G、すなわちビードコア11の重心位置が適正化される。すなわち、比B/Aの上記下限により、ビードコア11の重心がビード・トゥBt側に偏在する。すると、タイヤのインフレート時にて、カーカス層13からの張力がビードコア11に作用したときに、この張力がビードコア11により適正に担持される。これにより、ビード・トゥBtの浮き上がり変形が抑制される。例えば、図5の構成では、上記したタイヤ幅方向の距離A、Bの比B/Aが、B/A=1.07である。なお、B/Aの上限は、特に限定がないが、上記した六角形の内角の条件および比M/N_maxの条件により制約を受ける。
六角形の重心Gは、六角形の各頂点P1~P6の座標の算術平均により算出される。
距離A、Bは、タイヤの上記リム組み前の状態にて測定される。
また、ビードワイヤ111がX軸方向に所定ピッチで螺旋状に巻き廻されるため、図6に示すように、X軸方向に隣り合うワイヤ断面の間に、製造誤差に起因する微少な隙間gが生じ得る。この隙間gが小さいほど、ビードコア11の強度が向上するため好ましい。具体的には、隙間gが、g≦0.08[mm]の範囲にあることが好ましい。また、隙間gと、X軸方向に隣り合うワイヤ断面のコード間距離D1とが、0.020≦g/D1≦0.045の関係を有することが好ましい。
一方、Y軸方向に隣り合うワイヤ断面では、ビードワイヤ111が張力を付与されて巻き付けられるため、ワイヤ断面がY軸方向に押圧されて、インシュレーションゴム1112が押し潰される。このため、X軸方向に隣り合うワイヤ断面のコード間距離D1とY軸方向に隣り合うワイヤ断面のコード間距離D2とが、D2<D1の関係を有する。また、ビードコア11の内部では、1つのワイヤ断面が2つのワイヤ断面によりY軸方向から支持される。これにより、Y軸方向、すなわちビードコア11の径方向の強度が向上する。
また、図5に示すように、六角形の第一辺S12に沿ってX軸方向に配列されたワイヤ断面の層、すなわちY軸方向の最内層が、タイヤ幅方向に対して所定の傾斜角θをもって傾斜する。このため、ビードコア11の内径が、六角形の第一頂点P1からタイヤ幅方向外側に向かって拡径する。また、傾斜角θは、タイヤのリム装着時にてリム10のビードシート101の外周面に平行になるように設定される。一般的な重荷重用空気入りタイヤでは、傾斜角θが15[deg]に設定されている。これにより、タイヤのリム装着時にて、ビードコア11のY軸方向の最内層がビードシート101に対向して、ビード部のリム嵌合性が効率的に高められる。
また、図5の構成では、六角形の辺S23が、タイヤのリム装着時にてリム10のフランジ102の外周面に平行になるように形成される。これにより、タイヤのリム装着時にて、ビードコア11のタイヤ幅方向外側の端面がフランジ102に対向して、ビード部のリム嵌合性が効率的に高められる。
また、図5において、六角形の3組の対辺S12、S45;S23、S56;S34、S61におけるワイヤ断面の配列数N12、N45;N23、N56;N34、N61が、2≦N12-N45=N34-N61=N56-N23≦3の条件を満たすことが好ましい。すなわち、同一径をもつワイヤ断面が最密状態(図6参照)で凸六角形に配置される構成において、ワイヤ配列構造が、(1)N12-N45=N34-N61=N56-N23=2、および、(2)N12-N45=N34-N61=N56-N23=3のいずれか一方の条件を満たすことが好ましい。
ワイヤ断面の配列数N12~N61は、六角形の各頂点P1~P6にあるワイヤ断面をそれぞれ含む数として定義される。例えば、図5の構成では、N12=6、N23=3、N34=6、N45=4、N56=5、N61=4であり、N12-N45=N34-N61=N56-N23=2である。
上記の構成では、Y軸方向の最内層(六角形の第一辺S12)におけるワイヤ断面の配列数N12が最外層(六角形の辺S45)におけるワイヤ断面の配列数N45よりも多い。このため、ビードコア11が、内周面を拡幅した形状を有する。また、Y軸方向の最内層に隣り合う2辺S23、S61におけるワイヤ断面の配列数N23、N61が、それぞれの対辺S56、S34におけるワイヤ断面の配列数N56、N34よりも少ない。このため、ビードコア11が、外周面側の斜辺(六角形の辺S56、S34)を拡幅した形状を有する。これらにより、ビードコア11の強度効率が高められる。
また、N12-N45=N34-N61=N56-N23=2であることにより、ビードコア11の重心Gがビード・トゥBt側に適正に偏在して、ビード・トゥBtの浮き上がり変形の抑制作用が確保される。また、N12-N45=N34-N61=N56-N23=3であることにより、ビードコア11の周辺部品の材料コストの増加が抑制される。
また、六角形の第一辺S12におけるワイヤ断面の配列数N12が、5≦N12≦8の範囲にあることが好ましく、6≦N12≦7の範囲にあることがより好ましい。これにより、ビードシート101に対向する側の辺S12の長さが適正に確保されて、ビードコア11によるリム嵌合性の補強作用が適正に確保される。
また、六角形の第一辺S12に隣り合うタイヤ幅方向外側の辺S23におけるワイヤ断面の配列数N23が、2≦N23≦5の範囲にあることが好ましく、3≦N23≦4の範囲にあることがより好ましい。リム10のフランジ102に対向する側の辺S23では、フランジ102から作用する反力が大きいため、リム崩れが生じ易い傾向にある。したがって、この位置におけるワイヤ断面の配列数N23が適正に確保されることにより、ビードコア11のリム崩れが効果的に抑制される。
また、六角形の第一辺S12に隣り合うタイヤ幅方向外側の辺S23におけるワイヤ断面の配列数N23と、タイヤ幅方向内側の辺におけるワイヤ断面の配列数N61とが、1≦N61-N23の関係を有することが好ましく、2≦N61-N23の関係を有することがより好ましい。したがって、ビードコア11のY軸方向内径側の領域では、リム10のフランジ102に対向する側の辺S23がビード・トゥBt側の辺S61よりも短い。これにより、六角形の重心Gの位置をビード・トゥBt側に効率的に偏在させ得る。なお、差N61-N23の上限は特に限定がないが、上記した六角形の内角の条件および比M/N_maxの条件により制約を受ける。
また、上記のように、六角形の対辺におけるワイヤ断面の配列数がN34-N61=N56-N23の条件を満たすため、ビードコア11のY軸方向内径側の領域にある辺S23、S61のワイヤ断面の配列数N23、N61が上記1≦N61-N23の条件を満たすことにより、六角形のY軸方向の最も外側にある辺S45に隣り合うタイヤ幅方向外側の辺S34におけるワイヤ断面の配列数N34と、タイヤ幅方向内側の辺S56におけるワイヤ断面の配列数N56とが、1≦N34-N56の関係を有することとなる。
また、六角形の第一辺S12におけるワイヤ断面の配列数N12と、X軸方向におけるワイヤ断面の配列数Nの最大値N_maxとが、前提として1≦N_max-N12の関係を有し、好ましくは、2≦N_max-N12の関係を有する。これにより、六角形の重心Gの位置をビード・トゥBt側に効率的に偏在させ得る。
また、Y軸方向に隣り合う任意のワイヤ断面の層におけるワイヤ断面の配列数Nの差が、-1、0または1である。すなわち、ビードワイヤ111の巻き数の増減がY軸方向に向かって最大で1回ずつとなるように、ビードコア11のワイヤ配列構造が構成される。これにより、ワイヤ配列構造の形状安定性が向上して、ビードコア11の耐リム崩れ性が向上する。
また、図5に示すように、六角形の重心Gが、ビードコア11のY軸方向の中央位置YcよりもY軸方向内径側にあることが好ましい。これにより、ワイヤ配列構造の形状安定性が向上して、ビードコア11の耐リム崩れ性が向上する。
なお、上記したビードコア11のワイヤ配列構造にかかる条件は、ビードコア11のタイヤ周方向の50[%]以上の領域、より具体的には、ビードワイヤ111の巻き始め端部および巻き終わり端部を除いた大半の領域で成立すれば足りる。
[変形例]
図7および図8は、図2に記載したビード部の変形例を示す説明図である。同図において、図2に記載した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図2の構成では、上記のように、空気入りタイヤ1が単層の金属補強層18を備え、この金属補強層18が金属材料から成る補強コードをコートゴムで被覆して成る。
しかし、これに限らず、複数の金属補強層18が積層されて配置されてもよい(図示省略)。また、図7に示すように、金属補強層18が省略されてもよい。
また、図8に示すように、空気入りタイヤ1が、非金属補強層19a、19bを備えてもよい。非金属補強層19a、19bは、非金属材料から成る補強コード(例えば、有機繊維コード)をコートゴムで被覆して成る。また、非金属補強層19a、19bが、カーカス層13の巻き返し端部(図2参照)および金属補強層18の巻き返し端部をタイヤ幅方向外側から覆って配置される。これにより、カーカス層13の巻き返し端部および金属補強層18の巻き返し端部における周辺ゴムのセパレーションが抑制される。また、非金属補強層19a、19bが、ビード部のリム嵌合面の全域に渡って延在する。なお、図8の構成では、2層の非金属補強層19a、19bが配置されるが、これに限らず、単層あるいは3層以上の非金属補強層19a、19bが配置されてもよい(図示省略)。
[効果]
以上説明したように、この空気入りタイヤ1は、ビードコア11と、ビードコア11を包み込むように巻き返されてビードコア11に架け渡されるカーカス層13と、カーカス層13の巻き返し部のタイヤ径方向内側に配置されてビード部のリム嵌合面を構成するリムクッションゴム17とを備える(図2参照)。また、タイヤ子午線方向の断面視にて、ビードコア11が、1本あるいは複数本のビードワイヤ111を環状かつ多重に巻き廻して成ると共に、所定の多角形のワイヤ配列構造を有する(図3および図5参照)。また、ビードコア11の最も内径側にある多角形の頂点P1を定義するときに、頂点P1からリム嵌合面のビード・トゥBtまでのタイヤ幅方向の距離Ltと、頂点P1からリム嵌合面のビード・ヒールBhまでのタイヤ幅方向の距離Lhとが、-0.16≦Lt/Lh≦0.16の関係を有する(図3参照)。また、ビード・トゥBtの角度αが、80[deg]≦α≦104[deg]の範囲内にある。
かかる構成では、(1)ビード・トゥBtの距離Ltとビード・ヒールBhの距離Lhとの比Lt/Lhが適正化される。具体的には、上記比Lt/Lhの下限により、タイヤのリム組み状態にて、ビード・トゥBtがビードコア11からの荷重によりリム10のビードシート101に向かって効率的に押圧される。これにより、リム嵌合面がビードコア11の頂点P1を大きく越えてタイヤ幅方向内側に延在する構成(後述する図11および図12を参照)と比較して、ビード・トゥBtの浮き上がり変形が効果的に抑制される。これにより、タイヤのエアインフレート性(すなわち、内圧充填時の気密性)が向上する。また、上記比Lt/Lhの上限により、ビード部のリム嵌合面とリム10のビードシート101との均一な接触状態が確保されて、タイヤのリム嵌合性が向上する。これにより、タイヤのエアインフレート性が向上し、また、タイヤのユニフォミティが向上する。
同時に、(2)ビード・トゥBtの角度αが適正化される。具体的には、上記角度αの下限により、ビード・トゥBtの剛性が確保されて、タイヤのリム組み時およびリム外し時におけるビード・トゥBtの欠損が防止される。これにより、タイヤのエアインフレート性が向上する。また、上記角度αの上限により、ビード・トゥBtの可撓性が確保されて、タイヤのリム組み容易性およびリム外し容易性が適正に確保される。
そして、上記(1)、(2)の相乗作用により、タイヤのエアインフレート性の向上作用と、タイヤのリム組み容易性およびリム外し容易性の向上作用とが両立する利点がある。
また、この空気入りタイヤ1では、ビード・トゥBtの距離Lt(図3参照)が、-3.0[mm]≦Lt≦3.0[mm]の範囲内にある。これにより、ビード・トゥBtの距離Ltが適正化される利点がある。
また、この空気入りタイヤ1では、ビード・トゥBtの距離Ltが、タイヤ幅方向外側を正として、Lt≦0[mm]の範囲にある(図3参照)。かかる構成では、ビード・トゥBtがビードコア11の頂点P1からタイヤ幅方向内側に位置するので、タイヤのリム組み性が向上する利点がある。
また、この空気入りタイヤ1では、ビード・トゥBtの角度αの二等分線とタイヤ径方向とのなす角度β(図4参照)が、-15.0[deg]≦β≦15.0[deg]の範囲内にある。これにより、ビード・トゥBtの向きが適正化される利点がある。すなわち、上記下限により、タイヤのリム嵌合時におけるビード・トゥBtの浮き上がりが効果的に抑制される。また、上記上限により、タイヤのリム嵌合時におけるビード部のリム嵌合面とリム10のビードシート101との面接触が適正に確保される。
また、この空気入りタイヤ1では、ビード・トゥBtの角度βが、タイヤ幅方向外側を正として、0[deg]≦βの範囲にある(図4参照)。かかる構成では、ビード・トゥBtがタイヤ幅方向外側に向くことにより、ビード・トゥBtがタイヤ幅方向内側に向く構成(図示省略)と比較して、タイヤのリム組み状態におけるビード・トゥの浮き上がり変形が効果的に抑制される利点がある。
また、この空気入りタイヤ1では、ビード・ヒールBhの距離Lh(図3参照)が、18.5[mm]≦Lh≦26.0[mm]の範囲内にある。これにより、ビード・ヒールBhの距離Lhが適正化される利点がある。すなわち、上記下限により、幅広なビードコア11を配置可能となり、ビードコア11のねじり剛性が適正に確保される。また、上記上限により、ビードフィラー12の容積が増加することに起因するビード部の発熱量の増加が抑制される。
また、この空気入りタイヤ1は、ビード・トゥBtにおけるリムクッションゴム17のゴムゲージG1(図3参照)が、5.5[mm]≦G1≦10.5[mm]の範囲内にある。これにより、ビード・トゥBtにおけるゴムゲージG1が適正化される利点がある。すなわち、上記下限により、ゴムゲージG1が過小となることに起因するタイヤのリム組み容易性およびリム外し容易性の悪化が抑制される。また、上記上限により、ゴムゲージG1が過大となることに起因するリム外し時におけるビード・トゥBtの欠損が抑制される。
また、この空気入りタイヤ1では、多角形の頂点P1に隣り合うタイヤ幅方向外側の頂点P2を定義するときに、多角形の頂点P1、P2のタイヤ幅方向の距離L12と、ビード・ヒールBhの距離Lhとが、0.29≦L12/Lh≦0.61の関係を有する(図3参照)。これにより、リム10のビードシート101(図2参照)に対するビードコア11の底面の幅が適正化される利点がある。すなわち、上記下限により、ビードコア11の底面の幅が確保されて、ビードコア11のねじり剛性が適正に確保される。また、上記上限により、ビードコア11の位置がタイヤ幅方向において過度にビード・ヒールBh側に寄ることを抑制できる。すなわち、ビードコア11下のリムクッションゴム17のゴムゲージが過度に小さくなることを抑制できる。
また、この空気入りタイヤ1では、ビード・トゥBtの内径Dtと、規定リムの公称リム径Drとが、17.5[mm]≦Dr-Dt≦24.5[mm]の関係を有する(図2参照)。これにより、ビード・トゥBtの内径Dtが適正化される利点がある。具体的には、上記下限により、公称リム径Drとビード・トゥBtの内径Dtとの差が過小となることに起因するタイヤのエアインフレート性の悪化が抑制される。また、上記上限により、公称リム径Drとビード・トゥBtの内径Dtとの差が過大となることに起因するタイヤのリム組み容易性およびリム外し容易性の悪化が抑制される。
また、この空気入りタイヤ1では、ビード・トゥBtを中心とする半径3[mm]の領域におけるリムクッションゴム17の破断伸びEbが、200[%]≦Ebの範囲にある。これにより、リムクッションゴム17の破断伸びEbが確保されて、タイヤのリム外し時におけるビード・トゥBtの欠損が抑制される利点がある。
また、この空気入りタイヤ1では、リム嵌合面のビード・ベースBbに対するビード・トゥBtの突出量Hp(図4参照)が、0<Hpの条件を満たす。これにより、ビード・トゥBtの浮き上がり変形が効果的に抑制される利点がある。
また、この空気入りタイヤ1では、リム嵌合面のビード・ベースBbに対するビード・トゥBtの突出量Hp(図4参照)が、1.3[mm]≦Hp≦3.8[mm]の範囲内にある。これにより、ビード・トゥBtの突出量Hpが適正化される利点がある。すなわち、上記下限により、ビード・トゥBtの突出量Hpが確保されて、ビード・トゥBtの浮き上がり変形の抑制作用が確保される。また、上記上限により、ビード・トゥBtの突出量Hpが過大となることに起因するビード・トゥBtの欠損が防止される。
また、この空気入りタイヤ1では、リム嵌合面におけるビード・トゥBtとビード・ベースBbとの接続領域が、凹面形状を有する(図4参照)。これにより、ビード・トゥBtの浮き上がり変形が効果的に抑制される利点がある。
また、この空気入りタイヤ1では、多角形の頂点P1に隣り合うタイヤ幅方向外側の頂点P2を定義するときに、リム嵌合面のビード・ベースBbを近似した直線が、多角形の頂点P1、P2を通る直線に対してタイヤ幅方向内側に向かうに連れて離間する態様で傾斜する(図2参照)。これにより、リム嵌合性が向上する利点がある。
また、この空気入りタイヤ1では、ビードコア11が、1本あるいは複数本のビードワイヤ111を最密状態(図6参照)で環状かつ多重に巻き廻して成ると共に、タイヤ子午線方向の断面視にて六角形のワイヤ配列構造を有する(図5参照)。また、六角形が、すべての頂点で鈍角な内角をもつ凸六角形である。また、六角形の頂点P1を含みタイヤ幅方向外側に延在する六角形の辺を第一辺S12として定義し、六角形の各辺におけるワイヤ断面の配列数を、六角形の第一辺S12からタイヤ幅方向外側に向かって順にN12、N23、N34、N45、N56、N61として定義するときに、六角形の3組の対辺におけるワイヤ断面の配列数が、2≦N12-N45=N34-N61=N56-N23≦3の条件を満たす。かかる構成では、(1)ビードコア11がビードワイヤ111を最密状態(図6参照)で巻き廻して成ると共に鈍角な内角をもつ凸六角形のワイヤ配列構造を有するので、例えば内側に凸となる頂点をもつ凹六角形のワイヤ配列構造(図示省略)と比較して、ビードコア11の形状安定性が高く、ビードコア11の耐コア崩れ性が適正に確保される利点がある。また、(2)六角形の3組の対辺S12、S45;S23、S56;S34、S61が上記の条件を満たすことにより、ワイヤ配列構造の六角形の形状が適正化されて、ビードコア11の強度効率が高まり、また、ビードコア11の重心Gがビード・トゥBt側に適正に偏在して、ビード・トゥBtの浮き上がり変形の抑制作用が確保される利点がある。
図9は、この発明の実施の形態にかかる空気入りタイヤの性能試験の結果を示す図表である。図10は、図9に記載した従来例の試験タイヤのビード部の構造を示す説明図である。図11および図12は、図9に記載した比較例の試験タイヤのビード部の構造を示す説明図である。図13は、試験タイヤのビードコアを示す説明図である。
この性能試験では、複数種類の試験タイヤについて、(1)トゥ浮き上がり量、(2)耐トゥ欠け性、および、(3)リム組み/リム外し作業性に関する評価が行われた。また、タイヤサイズ275/70R22.5の試験タイヤがJATMAの規定リムに組み付けられ、この試験タイヤにJATMAの規定の75[%]の内圧および1.4倍の荷重が付与される。
(1)トゥ浮上り量に関する評価は、室内ドラム試験機を用いた低圧耐久試験により行われる。具体的には、速度49[km/h]で距離4万[km]の走行後のビード・トゥの内周量が測定されて新品時に対する差分周長が算出される。そして、この算出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、数値が大きいほど好ましく、評価が96以上であれば、性能が適正に確保されているといえる。
(2)耐トゥ欠け性に関する評価は、上記(1)の評価後の試験タイヤを用いてリム組み作業およびリム外し作業が繰り返し行われる。そして、ビード・トゥの欠損が初めて生じたときの試行回数が記録されて、指数評価が行われる。この評価は、数値が大きいほど好ましく、評価が96以上であれば、性能が適正に確保されているといえる。
(3)リム組み/リム外し作業性に関する評価は、上記(1)の評価後の試験タイヤにかかるリム組み作業およびリム外し作業に要した時間の合計が算出される。そして、この算出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、数値が大きいほど好ましく、評価が96以上であれば、性能が適正に確保されているといえる。
実施例1の試験タイヤは、図1および図2の構成において、図13に記載したビードコアを備え、また、図3および図4に記載したリム嵌合面を備える。実施例2~19は、実施例1の試験タイヤの変形例である。
従来例の試験タイヤは、図1および図2の構成において、図10に記載したビード部の構造を備える。また、比較例1、2の試験タイヤは、図1および図2の構成において、図11および図12に記載したビード部の構造をそれぞれ備える。
試験結果に示すように、実施例1~19の試験タイヤでは、トゥ浮き上がり量、耐トゥ欠け性およびリム組み/リム外し作業性が適正に確保され、その結果として、タイヤのエアインフレート性の向上作用と、タイヤのリム組み容易性およびリム外し容易性の向上作用とが両立することが分かる。