JPH11286207A

JPH11286207A - 空気入りタイヤ

Info

Publication number: JPH11286207A
Application number: JP10089725A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Sato; 至孝佐藤
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1998-04-02
Filing date: 1998-04-02
Publication date: 1999-10-19

Abstract

(57)【要約】【課題】ケーブル構造のビードコアにおける疲労破壊
を抑制することによって、ビード部の耐久性を向上し
た、空気入りタイヤを提供する。【解決手段】１本の芯線の周囲に、該芯線より細径の
金属側線の複数本を略螺旋状に巻き付けた側線層を少な
くとも３層配置して成る、ビードコアを、ビード部に埋
設した空気入りタイヤにおいて、ビードコアの少なくと
も１つの側線層は、脱炭深さを表面から５μｍ以下に抑
制した、1.0 〜3.0 mm径の側線で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、空気入りタイ
ヤ、とくに高負荷の下に高速で使用される空気入りタイ
ヤに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、高負荷の下に高速で使用される
空気入りタイヤ、例えば航空機用空気入りタイヤでは、
その走行時にビード部に大きな応力が作用するため、こ
のような応力に耐え得る強度のビードコアをビード部に
据える必要がある。

【０００３】従来、高強度のビードコアとしては、例え
ば特開昭53−51804 号公報に記載されている、１本の芯
線の周囲に、該芯線より細径の金属素線の複数本を略螺
旋状に巻き付けた層の複数を配置して成る、いわゆるケ
ーブル構造のものが知られている。このケーブル構造の
ビードコアは、断面が四角形や六角形のビードコアに比
較して強度的に優れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
のビードコアをそなえる空気入りタイヤでは、長期間の
使用に伴って、ビードコアの芯線の外側、とりわけ最外
層の内側の層を構成する金属素線に、疲労破壊が発生す
る結果、ビード部の耐久性が低下することが問題となっ
ている。すなわち、空気入りタイヤを高負荷の下に高速
で使用すると、そのタイヤのビードコアには、大きな外
力が作用して捻じりが繰り返し加わる結果、ビードコア
の芯線の外側を構成する金属素線において、引張り変形
および圧縮変形が繰り返される。この変形の伴う繰り返
し応力によって、金属素線の表面から塑性変形が発生
し、最終的に疲労破壊に到るのである。この現象は、特
に最外層の内側の層を構成する金属素線において顕著で
あることが判明した。

【０００５】従って、この発明の目的は、ケーブル構造
のビードコアにおける疲労破壊を抑制することによっ
て、ビード部の耐久性を向上した、空気入りタイヤを提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】発明者らは、ビードコア
に引張り変形および圧縮変形が繰り返されると、その芯
線の外側を構成する金属素線の表層に亀裂が発生し、こ
の亀裂が進展することによって疲労破壊を招来すること
から、この金属素線として一般に用いられる炭素鋼線に
おいて、その表層域に着目したところ、上記亀裂が発生
する表層域が脱炭域と重複していることが、新たに判明
した。すなわち、ビードコアに供される炭素鋼線は、そ
の製造過程、とくに伸線工程の熱処理において表層での
脱炭が不可避に進行するが、繰り返しの変形による亀裂
が多発した鋼線は、いずれも脱炭層の厚みが７μｍ前後
と厚いことを見出し、この知見に基づいて、この発明を
完成するに到った。

【０００７】この発明は、１本の芯線の周囲に、該芯線
より細径の炭素鋼線による側線の複数本を略螺旋状に巻
き付けた側線層を少なくとも３層配置して成る、ビード
コアを、ビード部に埋設した空気入りタイヤにおいて、
ビードコアのいずれか少なくとも１つの側線層は、脱炭
深さを表面から５μｍ以下に抑制した、1.0 〜3.0 mm径
の側線で構成することを特徴とする空気入りタイヤであ
る。

【０００８】ここで、側線の破断伸びが、側線の径ｄに
関して（6.5 ｄ＋16.5）^1/2％以上であること、そして
芯線の径が側線の径の1.3 倍以上であること、が実施に
当たり好ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１に、この発明の空気入りタイ
ヤの典型例として、航空機用タイヤについて示す。図に
おいて、１は１対のビードコアであり、これらビードコ
ア１間でトロイド状に延びるカーカス２を骨格とし、こ
のカーカス２のクラウン部の径方向外側に、複数層のベ
ルト３およびトレッド４を配置して成る。なお、トレッ
ド４には、タイヤの赤道面Ｏにそって延びる複数本の周
溝およびこれら周溝を横切る向きに延びる横溝を適宜配
置してある。

【００１０】カーカス２は、タイヤの赤道面Ｏに対し
て、実質上直交する向きに延びるテキスタイルコードの
多数本からなるカーカスプライを複数枚積層して配置
し、その大部分のカーカスプライをビードコア１のまわ
りでタイヤの内側から外側に巻き回して折り返した、タ
ーンナッププライ2aと、その折り返し部の外側に沿って
ビードコア１まで延ばしたダウンプライ2bと、を組み合
わせて成る。

【００１１】ベルト３は、タイヤの赤道面Ｏに対して傾
斜して延びかつ隣接相互で平行に配列した多数本のテキ
スタイルコードをゴムで被覆した、プライの複数枚を、
その積層プライ間でコードが互いに交差する配置で重ね
合わせた構造、またはタイヤの赤道面Ｏに沿って延びる
多数本のテキスタイルコードをゴムで被覆した、プライ
の複数枚を重ね合わせた構造、のいずれかの構造あるい
は両者の組み合わせ構造から成る。

【００１２】そして、上記ビードコア１は、図２および
３に示すように、１本のリング状鋼線による芯線５と、
この芯線５の周囲に、該芯線５より細径の炭素鋼線によ
る側線６の複数本を略螺旋状に巻き付けた側線層を少な
くとも３層、図示例では４層の側線層7A〜7Dを配置して
成る。これら側線層7A〜7Dは、その巻き方向が層間相互
で逆になる組み合わせが少なくとも１組あればよく、換
言すると、２層間で巻き方向が逆であれば、残りの層間
における巻き方向が同じでもよいが、巻き方向は層間相
互で全て逆にすることが好ましい。なぜなら、層間相互
の巻き方向が逆になると、ビードコアの断面形状がより
真円に近づき、タイヤ製造時のビードコアにカーカスが
均一に巻き付け易くなるからである。

【００１３】ここで、ビードコア１のいずれか少なくと
も１つの側線層は、脱炭深さを表面から５μｍ以下に抑
制した、1.0 〜3.0 mm径の側線６で構成することが、肝
要である。なぜなら、側線の表面に脱炭層があると、最
大応力を受ける側線表面の強度および残留応力が低下し
て疲労破壊に対する耐性、いわゆる耐疲労特性を劣化す
るが、とりわけ脱炭深さが５μｍをこえて７μｍ前後に
なると、繰り返し変形による亀裂が発生しやすい。従っ
て、空気入りタイヤが高負荷の下に転動される際、タイ
ヤのビードコアの側線とくに最外層の内側の側線におい
て、大きい引張りと圧縮変形による繰り返し応力が付加
されるため、この変形により各側線には表面から塑性変
形による亀裂が発生し、特に側線の脱炭深さが５μｍを
こえると、側線表面の残留応力が引張側の場合に同圧縮
側と対比して、亀裂の進展が速くなって最終的に側線が
破断する。従って、ビードコアの耐疲労破壊性は、側線
層のいずれか少なくとも１層、好ましくは最外層の内側
の側線の脱炭深さを５μｍ以下に抑制することによっ
て、格段に向上するのである。勿論、全ての側線層を、
脱炭深さを５μｍ以下、好ましくは３μｍ以下に抑制し
た側線にて構成することによって、耐疲労破壊性はさら
に改善される。一般に、側線としては、炭素含有量が0.
68〜0.85wt％の炭素鋼が用いられている。

【００１４】なお、側線の脱炭層とは、鋼線の表層部分
に生成される実質的に炭素を含まないフェライト層を意
味し、その深さは、側線の周方向に均等ではないが、こ
こでは後述する手順に従って、脱炭深さを測定してい
る。

【００１５】ちなみに、側線に供する鋼線の脱炭深さ
は、ダイス引き抜き前の鋼線材、およびダイス引き抜き
後の鋼線に対する熱処理において、例えば加熱炉の温度
および雰囲気や、加熱炉での保持時間を適宜制御するこ
とによって、調整できる。

【００１６】この側線には、1.0 〜3.0 mm径のものを使
用する。すなわち、側線の径が1.0mm未満では、側線１
本当たりの強力が小さくなるため、ビードコアに必要と
される強度を確保するのに側線層の側線本数を多くする
必要があり、ビードコアの生産性が低下する要因にな
る。一方、側線の径が3.0 mmをこえると、ビードコア製
造時の側線の型付けが難しくなり、これもビードコアの
生産性が低下する要因になる。

【００１７】さらに、側線の破断伸びを、その径ｄに関
して（6.5 ｄ＋16.5）^1/2％以上とすることが、好まし
い。すなわち、側線の破断伸びが（6.5 ｄ＋16.5）^1/2
％未満になると、側線表面が塑性変形し易くなる結果、
上述した、タイヤ転動時のビードコアに引張りと圧縮変
形が繰り返し付加された際の問題が、より顕著になるか
らである。なお、この式（6.5 ｄ＋16.5）^1/2は、各種
実験により経験的に導かれたものである。

【００１８】一般に、径が1.0 〜3.0 mmの鋼線は、ダイ
ス引き抜きによって製造され、その破断伸びは通常1.0
〜3.0 ％の範囲にあり、この鋼線の破断伸びを（6.5 ｄ
＋16.5）^1/2％以上とするには、引き抜き後に、例えば
340 〜460 ℃の温度範囲に保持した加熱炉中にて、所定
の破断伸びが得られるまで熱処理を行えばよい。

【００１９】一方、芯線１の径は、側線６の径の1.3 倍
以上であることが好ましい。すなわち、芯線１の径が側
線６の径の1.3 倍未満では、芯線１に巻き付ける側線６
の本数が少なくなり過ぎて、ビードコアに必要とされる
強度を与えるために、側線層の層数を多くしなくてはな
らず、その結果ビードコア径が太くなって重量の増
加、ひいてはタイヤ重量の増加という、不利をまねく。

【００２０】また、ビードコアの最外側を構成する側線
層の内側の側線層における、ゴム侵入率を15％以上、よ
り好ましくは30％以上とすることが、有利である。ここ
で、側線層におけるゴム侵入率とは、側線層における側
線相互間の隙間に侵入したゴムの側線層における比率で
ある。具体的には、タイヤから採取したビードコアをそ
の軸線と直交する面で切断して撮影した、切断面の写真
に基づいて、最外側の側線層の側線とその内側の側線層
の側線との各接点を結ぶ多角形の外接円、および同内側
の側線層の側線とさらにその内側の側線層の側線との各
接点を結ぶ多角形の外接円、の間に挟まれた領域の面積
Ａ、そして最外側の側線層の内側の側線層を構成する側
線の総面積Ｂを測定し、次式（ゴムが侵入している領域の面積）／（Ａ−Ｂ）×100 （％）にて算出する。

【００２１】このゴム侵入率を、ビードコアの最外側を
構成する側線層の内側の側線層において15％以上とする
のは、ゴムが侵入し得る空隙を側線層の15％以上にし
て、この空隙にゴムを確実に侵入させることによって、
タイヤ転動時のビードコアに引張りと圧縮変形が繰り返
し付加された際に、側線層間および層内での側線相互の
接触力を減少して、側線表面の塑性変形を抑制するため
である。これによって、側線の耐疲労破壊性を、さらに
改善することができる。すなわち、従来のケーブル構造
のビードコアでは、最外側を構成する側線層の内側の側
線層での耐疲労破壊性がとりわけ劣っているため、当該
側線層のゴム侵入率を15％以上にすることが有効であ
る。そして、当該側線層より内側の側線層についても同
様にゴム侵入率を15％以上にすることによって、ビード
コアの耐疲労破壊性がさらに向上されるのは勿論であ
る。

【００２２】なお、側線層の空隙にゴムを確実に侵入さ
せるには、ビードコアの製造に先立って予め側線となる
鋼線にゴムを被覆しておくか、またはビードコアの製造
時に各側線層の巻き付け形成後にその周囲にゴムシート
を巻く作業を行ってから、加硫成形を行う手法、あるい
は側線層の側線相互間隔を開けて成形後のビードコアの
外側からゴムの押圧侵入をはかる手法などが、有利に適
合する。

【００２３】次に、ビードコア１のいずれか少なくとも
１つの側線層は、表面残留応力がゼロあるいは圧縮側に
ある側線６で構成することも、耐疲労性の改善に有利で
ある。なぜなら、側線の表面残留応力が引張側にある
と、特に側線の最表面には、引張変形を受けた際に引張
歪が加わって、疲労破壊が進行し易くなるためである。
すなわち、空気入りタイヤが高負荷の下に転動される
際、タイヤのビードコアのとくに最外層の内側の側線に
おいて大きい引張りと圧縮変形による繰り返し応力が付
加されるため、この変形により各側線には表面から塑性
変形による亀裂が発生し、特に側線の表面では、側線表
面の残留応力が引張側の場合に同圧縮側と対比して、亀
裂の進展が速くなって最終的に側線が破断する。従っ
て、ビードコアの疲労破壊に対する耐性、いわゆる耐疲
労破壊性は、表面残留応力がゼロまたは圧縮側にある側
線にて、ビードコアのいずれか少なくとも１層好ましく
は最外層の内側の層を構成することによって、格段に向
上するのである。勿論、全ての側線層を、表面残留応力
がゼロまたは圧縮側にある側線にて構成することによっ
て、耐疲労破壊性はさらに改善される。

【００２４】ちなみに、側線の表面残留応力は、例え
ば、ダイス引き抜き後の側線を、複数のローラーに通し
て、引張りおよび曲げ歪みを適正に与えることによっ
て、ゼロまたは圧縮側に移行できる。

【００２５】

【実施例】図１に示したタイヤのビードコアとして、図
２および３に示した構造のビードコアを表１に示す仕様
の下に適用し、サイズ46×17Ｒ20／30PRの航空機用ラジ
アルタイヤを試作した。

【００２６】なお、この発明に従うビードコアは、次に
示す処理を施すことによって、その側線の脱炭深さを調
整した。すなわち、ダイス引き抜き前の鋼材およびダイ
ス引き抜き後の側線の熱処理工程における加熱炉の温
度、在炉時間および炉内の雰囲気によって調整した。

【００２７】この側線の脱炭深さについては、ビードコ
ア製造前の側線に供する鋼線の表面のめっきを酸または
電解研磨により除去し、次いでエチルアルコールと硝酸
との混合液でエッチングを施した後、走査型電子顕微鏡
にし、線の周上で等間隔に並ぶ８か所において、4000倍
の写真を撮影し、各写真での脱炭深さを測定し、それら
測定値の平均値を求めて、脱炭深さとした。

【００２８】また、破断伸びは、JIS Ｚ2241の規定に準
拠して測定し、ゴム侵入率は、上述したように、ビード
コアの切断面の写真から求めた。

【００２９】かくして得られた各試作タイヤについて、
耐疲労破壊性を評価した。その評価結果を、表１に併記
する。なお、耐疲労破壊性は、タイヤをドラム試験機の
リム（サイズ45×16−20）に組み込んで17.1kgf ／cm²
の空気圧に調整し、負荷荷重：16700kgfおよび速度：64
km／ｈでの走行を、１時間に10分間の割合で800 時間に
わたって行い、試験後のタイヤを解剖してビードコアの
最外側の側線層の内側の側線層における側線を30cmの長
さで切り出し、その引張り強さを引張試験機にて測定
し、新品タイヤにおいて同様に測定した側線の引張り強
さを100 としたときの指数で表示した。この値が100 に
近いほど、側線の強力低下が小さく、耐疲労破壊性に優
れている。

【００３０】

【表１】

【００３１】表１において、発明例と側線の脱炭深さが
７μｍの比較例との比較から、脱炭深さが深くなるに従
って、耐疲労破壊性は劣化することが明らかである。

【００３２】

【発明の効果】この発明によれば、従来技術の問題点で
ある、長期使用に伴うヒードコアの疲労破壊に起因し
た、ビード部の耐久性低下を有利に抑制することがで
き、耐久性に優れた長寿命のタイヤを提供し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のタイヤの幅方向断面を示す図であ
る。

【図２】この発明に従うビードコアの斜視図である。

【図３】この発明に従うビードコアの断面図である。

【符号の説明】

１ビードコア２カーカス３ベルト４トレッド５芯線６側線 7A〜7B 側線層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１本の芯線の周囲に、該芯線より細径の
炭素鋼線による側線の複数本を略螺旋状に巻き付けた側
線層を少なくとも３層配置して成る、ビードコアを、ビ
ード部に埋設した空気入りタイヤにおいて、ビードコア
のいずれか少なくとも１つの側線層は、脱炭深さを表面
から５μｍ以下に抑制した、1.0 〜3.0 mm径の側線で構
成することを特徴とする空気入りタイヤ。
【請求項２】側線の破断伸びが、側線の径ｄに関して
（6.5 ｄ＋16.5）^1/ ²％以上である請求項１に記載の空
気入りタイヤ。
【請求項３】芯線の径が側線の径の1.3 倍以上である
請求項１または２に記載の空気入りタイヤ。