JP2009113715A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】カーカス折返し部の圧縮歪抑制より、カーカス折返し部の耐疲労性、即ちビード部耐久性が向上した空気入りタイヤを提供すること。
【解決手段】一対のビードコア１間に係留されたカーカス本体２と、該カーカス本体２から各ビードコア１の周りにタイヤ内側から外側へ巻き返して、径方向外側へ延びるカーカス折返し部３を有する空気入りタイヤであって、該カーカス本体１とカーカス折返し部３との間のコード間距離は、該ビードコア１から径方向外側に漸減して、一旦極小となり、次いで漸増して極大となり、更に、リム５に装着した際、該リム５のベースライン４から前記極小及び極大となるカーカス本体２の点までの高さＨ_ＡおよびＨ_Ｂと、適用リムのフランジ高さＨ_ｆとが、１．２６×Ｈ_ｆ≦Ｈ_Ａ≦２．１４×Ｈ_ｆ２．４３×Ｈ_ｆ≦Ｈ_Ｂ≦３．７５×Ｈ_ｆを満足し、かつコード間距離の極小値aとコード間距離の極大値ｂの比ｂ／ａが１．００を超える範囲とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気入りタイヤ、特にビード部の耐久性を向上した空気入りタイヤに関する。

建設車両用の空気入りタイヤは、一対のビードコア間にわたってトロイダル状に跨る複数本のコードをゴム被覆したプライからなるカーカス本体部と、該カーカス本体部から各ビードコアの周りにそれぞれタイヤの内側から外側へ巻き返してタイヤ径方向外側へ延びる該プライからなるカーカス折返し部を有する。

この種のタイヤは、大きな荷重が負荷されながら、突起物または岩石などの凹凸の激しい荒れ地を走行する機会が多いため、苛酷な環境下においても、その使用に耐えられるように、ビード部の耐久性を向上させることが知られている。

しかし、大きな荷重が加わりタイヤが撓むと、ビード部の耐久性の向上に寄与するカーカス折返し部に圧縮歪みが発生し、特に苛酷な環境下において、この圧縮歪が繰り返しカーカス折返し部に発生すると疲労破断が生じてしまう。

このようなカーカス折返し部の疲労破断は、タイヤの寿命を著しく低下させることになるため、カーカス折返し部の疲労破断を抑制することが、この種のタイヤに要求される課題の一つとなっている。

カーカス折返し部の疲労破断を引き起こす圧縮歪の発生は、ビード部が倒れ込んだ際に生じる、略カーカス本体を曲げの中立軸とした曲げ変形において、カーカス折返し部が圧縮側にあることが原因とされている。そこで、カーカス折返し部の圧縮歪を抑制するために、カーカス折り返し部をカーカス本体部にできる限り近づけることが圧縮歪を低減できる代表的な手法として一般的に知られている。

さらに、この手法は、適用リムのリムフランジとビード部との接触部分におけるカーカス折り返し部の変形によって発生する、ビード部の外側表面とカーカス折り返し部との間のゴムのせん断歪を抑制する効果もあり、カーカス折り返し部に沿って発生するゴムのセパレーションを抑制するのにも有効である。

しかしながら、カーカス折返し部とカーカス本体部を近づけただけでは、カーカス折返し部とカーカス本体部との間に存在するゴムのせん断歪みを助長することになり、カーカス折返し部とカーカス本体部との間のゴムのセパレーションを、タイヤの使用期間の中で早期に発生させてしまうことになる。

さらに、カーカス折返し部とカーカス本体部を近づけて圧縮歪を抑制させたとしても、圧縮歪を抑制させた箇所からタイヤ径方向外側の部分では、カーカス折返し部をカーカス本体部に近づけたことによって、逆にカーカス折返し部の曲げ剛性を低下させてしまうことになる。

すなわち、カーカス折返し部の圧縮歪を抑制するには、カーカス折返し部をカーカス本体部に近づけることが有効な対策として知られているが、一方で、カーカス折返し部とカーカス本体部との間のゴムのせん断歪みを助長してしまい、カーカス折返し部の曲げ剛性が低下してしまうことが問題となっている。

そこで、特許文献１では、カーカス本体部とカーカス折返し部との間のコード間距離が、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なり、次いで漸増して一旦極大値となり、さらに漸減してカーカス折返し部の端部において最小値となるようにカーカス形状を構成し、このタイヤを適用リムに装着した際に、適用リムのリムベースラインから極小値および極大値のカーカス本体部の点までの高さとリムフランジの高さを調整することによって、カーカス折返し部とカーカス折返し部との間のゴムのせん断歪を抑制し、かつカーカス折返し部の曲げ剛性の低下を抑制して、カーカス折返し部の圧縮歪を低減する技術が提案されている。
特開平４−１８５５１０号公報

しかしながら、近年の建設車両用タイヤでは、タイヤの大型化や重荷重化が進む中さらに疲労破断を抑制すること、特に苛酷な環境下での使用に耐えられる高い耐久性を有するタイヤの実現が望まれている。

そこで、本発明は、カーカス折返し部の圧縮歪をさらに抑制して、特にカーカス折返し部の疲労破断を抑制することによって、ビード部の耐久性を向上させた空気入りタイヤについて提供することを目的とする。

まず、タイヤが撓み変形した時に、カーカス折返し部に発生する歪みについて、図１にタイヤを適用リムに装着した際の、ビード部とサイドウォール部の一部の幅方向断面を示して説明する。なお、図１において、１はビードコア、２はカーカス本体部、３はカーカス折返し部、４は適用リム、５はリムフランジを示す。

すなわち、タイヤに荷重が加わるとタイヤが撓み、カーカス本体部２を曲げの中立軸としてビード部およびサイドウォール部の一部に曲げ変形が発生する。その際、図１（ａ）に示すように、リムフランジ５の径方向外側の領域Ｃでは、矢印Ｃ_１の方向へ曲げ変形が生じる結果、矢印Ｃ_２で示すように圧縮変形が生じる。さらに領域Ｃの径方向外側の領域Ｔでは、矢印Ｔ_１の方向へ曲げ変形が生じる結果、矢印Ｔ_２で示すように引張り変形が生じる。

このように、タイヤの曲げ変形時には、ビード部およびサイドウォール部の一部に圧縮変形および引張り変形が発生することによって、それぞれの領域にあたるカーカス折返し部には、それら変形に伴う圧縮力および引張り力が作用する。その結果、図１（ｂ）に示すように、それぞれの領域において圧縮歪と引張り歪が発生することになる。

ここで、カーカス折返し部３をカーカス本体部２に近づけることによって、圧縮歪が抑制されることは上述した通りであるが、発明者らは、領域Ｔにおいて発生する引張力を領域Ｃのカーカス折返し部に作用させることによって、カーカス折返し部３に発生する圧縮歪をさらに抑制することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の要旨は次の通りである。
（１）一対のビードコア間にわたってトロイダル状に跨る複数本のコードをゴム被覆したプライからなるカーカス本体部と、該カーカス本体部から各ビードコアの周りにそれぞれタイヤの内側から外側へ巻き返してタイヤ径方向外側へ延びる該プライからなるカーカス折返し部を有するカーカスを骨格とする空気入りタイヤであって、
該カーカス本体部とカーカス折返し部との間のコード間距離は、該ビードコアからタイヤ径方向外側へ向かって漸減して、一旦極小値となり、次いで漸増して極大値となり、
さらに、該タイヤを適用リムに装着した際に、該適用リムのベースラインから前記極小値および極大値となるカーカス本体部の点まで測った高さＨ_ＡおよびＨ_Ｂと、適用リムのフランジ高さＨ_ｆとが、
１．２６×Ｈ_ｆ≦Ｈ_Ａ≦２．１４×Ｈ_ｆ
２．４３×Ｈ_ｆ≦Ｈ_Ｂ≦３．７５×Ｈ_ｆ
を満足し、
かつコード間距離の極小値aおよびコード間距離の極大値ｂの比ｂ／ａが１．００を超えることを特徴とする空気入りタイヤ。

（２）比ｂ／ａが１．４０以上４．００以下であることを特徴とする上記（１）に記載の空気入りタイヤ。

（３）比ｂ／ａが２．００以上３．００以下であることを特徴とする（１）または（２）に記載の空気入りタイヤ。

本発明は、タイヤを適用リムに装着した際のベースラインから極大値および極小値のカーカス本体部の点まで測った高さおよびコード間距離の極大値および極小値によるコード間距離比を厳密に制御したことによって、カーカス折返し部とカーカス本体部との間のゴムに働くせん断歪を抑制すると共に、カーカス折返し部の曲げ剛性を低下させることなく、カーカス折返し部に生じる圧縮歪を抑制することができる。その結果、この圧縮歪の起因によるカーカス折返し部の疲労破断は抑制され、ビード部の耐久性が向上する。

以下、本発明を具体的に説明する。
図２に本発明に従う空気入りタイヤの幅方向断面の半分を示し、図４にこの空気入りタイヤのビード部を拡大した幅方向断面を示す。
図２において、１はビードコア、２は一対のビードコア間にわたってトロイダル状に跨る複数本のコードをゴム被覆したプライからなるカーカス本体部であり、３はカーカス本体部２からプライを各ビードコアの周りにそれぞれタイヤの内側から外側へ巻き返してタイヤ径方向外側へ延びるカーカス折返し部である。そして、カーカスは、カーカス本体部２とカーカス折返し部３からなる。
このカーカス本体部２の径方向外側にベルト６を配置し、このベルト６のさらに径方向外側にトレッド部７を設け、タイヤ８が構成されている。なお、図１と同様に４は適用リム、５でリムフランジを示し、Lはタイヤの赤道を通って、タイヤの回転軸と平行に延びる適用リムのベースライン（以下、リムベースラインという）を示す。

カーカス本体部２とカーカス折返し部３との間のコード間距離は、ビードコア１付近からタイヤ径方向外側へ向かって漸減して、一旦極小値となり、次いで、タイヤ径方向外側へ向かって漸増して極大値となる形態になる。

すなわち、カーカス折返し部３とカーカス本体部２との間のコード間距離を漸減して極小値としたことによって、カーカス折返し部３に作用する圧縮歪が低減される。なぜなら、カーカス折返し部３をカーカス本体部２に近づけたことによって、曲げの中立軸にカーカス折返し部３が近づき、その領域におけるカーカス折返し部３の圧縮作用が軽減されるからである。その結果、カーカス折返し部３の圧縮歪を抑制して、疲労破断を抑制することができる。

さらに、カーカス折返し部３とカーカス本体部２との間のコード間距離を漸減させたことによって、カーカス折返し部３と外側表面間との距離が開き、この領域におけるカーカス折返し部３と外側表面との間に生じるせん断歪が緩和されるため低減される。その結果、カーカス折返し部３とゴムとのセパレーションを抑制することができる。

また、極小値から径方向外側へ、カーカス折返し部３とカーカス本体部２との間のコード間距離を漸増して極大値をとることによって、その領域におけるカーカス折返し部が曲げの中立軸から離れ、引張り力が更に強くなるため引張り歪が増加する。そのため、図３に示すように、領域Ｔが増加し、その増加分だけ圧縮力の作用が低減することになる。その結果、カーカス折返し部３に作用する圧縮歪を低減することができるため、カーカスの疲労破断を抑制することができる。

ここで、図４に示すように、極小値におけるカーカス本体部２のコードの中心点をA、極大値におけるカーカス本体部２のコードの中心点をBとし、Aからカーカス折返し部３に下ろした法線とカーカス折返し部３が交わるコードの中心点をＡ´、Ｂからカーカス折返し部３に下ろした法線とカーカス折返し部３が交わるコードの中心点をＢ´とした際に、コード間距離Ａ〜Ａ´をａ、コード間距離Ｂ〜Ｂ´をｂとする。

このとき、コード間距離極小値ａは、ビードコアの断面最大径Ｌの０．１８〜０．３３倍であることが好ましい。すなわち、ビードコアの断面最大径Ｌの０．１８倍未満では、ビード部の曲げ剛性が不足し、ビード部の倒れ込みが大きくなってしまう。そのため、カーカス折返し部とカーカス本体部との間に存在するゴムのせん断歪みの増大を招いてしまう。一方、ビードコアの断面最大径Ｌの０．３３倍を超えると、カーカス折返し部３がカーカス本体部２から離れすぎてしまい、カーカス折返し部３に発生する圧縮歪が顕著に増加してしまう。また、ビード部の外側表面にカーカス折返し部３が近づきすぎることによって、ビード部の外側表面とカーカス折返し部３との間のゴムのせん断歪みが増加し、ビード部の耐久性を向上することができなくなってしまう。

さて、図２および図４に示すように、リムベースラインＬから極小値となるカーカス本体部２の点Ａまでの高さをＨ_Ａ、リムベースラインＬから極大値となるカーカス本体部２の点Ｂまでの高さをＨ_Ｂ、リムベースラインＬからリムフランジ５の高さをＨ_ｆとした際、
１．２６×Ｈ_ｆ≦Ｈ_Ａ≦２．１４×Ｈ_ｆ
２．４３×Ｈ_ｆ≦Ｈ_Ｂ≦３．７５×Ｈ_ｆ
を満足することが肝要である。

すなわち、Ｈ_Ａが１．２６×Ｈ_ｆ未満であると、ビードコア１からコード間距離の極小値の変化が極端に大きくなり、カーカス折返し部３をカーカス本体部２へ凸形状とするのに急な曲率変化を必要とすることから、タイヤ製造が困難となる。
さらに、リムフランジ５の下端付近におけるビード部の曲げ剛性が低下してビード部の倒れ込み量が大きくなるため、カーカス折返し部３とカーカス本体部２との間のゴムに働くせん断歪の増加が顕著になる。
これに加えて、カーカス折返し部３沿いのゴムのせん断歪の増加を顕著にさせ、カーカス折返し部３のカーカス本体部側およびリムフランジ側のゴムとのセパレーションを招くことになるため、タイヤの寿命が低下してしまう。

一方、Ｈ_Ａが２．１４×Ｈ_ｆを超えると、カーカス折返し部３に圧縮歪が作用する領域に対し極小値の位置が径方向外側へ寄りすぎてしまうため、径方向内側（ビードコア側）の圧縮歪が大きくなってしまう。
さらに、リムフランジ５付近のカーカス折返し部３が、カーカス本体部２と逆方向に凸となる形状となるため、ビード部の外側表面とカーカス折返し部３との間のゴムに働くせん断歪が増大して、カーカス折返し部３とゴムとのセパレーションの発生を抑制することが難しくなる。

なお、高さＨ_Ａは、カーカス折返し部３に生じる圧縮歪が顕著に増加し始める領域に設定することによって、本発明の有利な効果をさらに発揮することができるため、１．４×Ｈ_ｆ≦Ｈ_Ａ≦１．９×Ｈ_ｆとすることが好ましい。

次に、Ｈ_Ｂが２．４３×Ｈ_ｆ未満であると、極大値となる位置でカーカス折返し部３に働く圧縮歪が強くなり、カーカス折返し部３に引張歪を作用させて圧縮歪を低減させる効果が減少してしまい、カーカス折返し部３の疲労破断を抑制することが難しくなる。

一方、Ｈ_Ｂが３．７５×Ｈ_ｆを超えると、圧縮力の作用領域から極大値が離れすぎてしまうため、カーカス折返し部３に引張歪を作用させて圧縮歪を低減させる効果が減少してしまい、カーカス折返し部３の疲労破断を抑制することができなくなる。
さらに、カーカス折り返し部３の端部付近のサイドウォール部領域において、カーカス折返し部３に加わる張力が高くなり、この張力はカーカス折返し部の端部がビードコア１から引き抜ける方向に作用する。その結果、カーカス折返し部３の端部付近におけるゴムのせん断歪が増加し、カーカス折返し部３の端部に亀裂が発生する。

なお、高さＨ_Ｂは、引張り力を強く作用させて、圧縮力が減少することによって、圧縮歪が顕著に減少する領域に設定することによって、本発明の有利な効果をさらに発揮できることから、２．８×Ｈ_ｆ≦Ｈ_Ｂ≦３．４×Ｈ_ｆとすることが好ましい。

さらに、コード間距離極小値ａおよびコード間距離極大値ｂによる比ｂ／ａが１．００を超えることが肝要である。すなわち、比ｂ／ａが１．００以下であると、圧縮歪を低減させることが不可能となってしまう。なぜなら、比ｂ／ａが１．００以下となる形状では、引張り変形が発生する領域Ｔにおいて、その引張り力が増加されないため、圧縮歪を十分低減する効果が失われてしまう。その結果、カーカス折返し部３の疲労破断の抑制ができなくなる。

ここで、ビード部全体の厚みが厚くなり、特に、極大値となる付近での増厚から、カーカス折返し部３およびカーカス本体部２との間のゴムにおけるの発熱や蓄熱の増加による、セパレーション発生を回避を解消するために、１．４０以上４．００以下とすることが好ましい。

さらに、重荷重環境下または低内圧環境下におけるカーカス折返し部３の疲労破断やカーカス折返し部３およびカーカス本体部２との間のゴムの発熱や蓄熱の増加を抑制するには、２．００以上３．００以下とすることが好ましい。

図２に示すタイヤの構造に従って、表１に示す種々の仕様の下、サイズ５９／８０Ｒ６３の建設車両用の空気入りラジアルタイヤを試作した。得られたタイヤを、幅が１１１７．６ｍｍ、フランジ高さＨ_ｆが１２７ｍｍのリムに組み込み、内圧を６００ｋＰａに調整して、ビード部の耐久試験を行った。その結果を表１に示す。また、ビード部の耐久性（指数）に与える、極小値の位置、極大値の位置、コード間距離比ｂ／ａの影響を、それぞれ、図５（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示す。

ビード部の耐久性は、ドラム径が７ｍのドラム耐久試験機にて、ドラム速度を８ｋｍ／ｈとし、ドラム荷重として、正規荷重９９６．４ｋＮの１５０％〜１８０％の荷重を、ステップロード方式によって付与する試験にて評価した。なお、ステップロード方式は、測定対象の空気入りラジアルタイヤに、１２時間にわたるドラム荷重を負荷する際、スタート時を正規荷重の１５０％として、以後正規荷重の１０％を加えながら、最終的に正規荷重の１８０％を負荷するものである。その結果は、従来例の評価を１００として、各々を指数化した。

また、故障箇所については、試験後の空気入りラジアルタイヤを試験後の空気入りラジアルタイヤを切断および解剖することによって調査した。

表１より、コード間距離比ｂ／ａが１．００（一定）である従来例とコード間距離比ｂ／ａが１．００を超える発明例を比較すると、発明例全てにおいて、ビード部の耐久性が向上していることが分かる。さらに、極大値の位置Ｈ_Ｂが特許文献１の範囲内である比較例４の空気入りラジアルタイヤと発明例の空気入りラジアルタイヤでは、上述した耐久試験を行いビード部の耐久性を測定すると、発明例の空気入りラジアルタイヤの方が優れていることが分かる。

図５（ａ）〜（ｃ）より、極小値の高さＨ_Ａが１．６付近、極大値の高さＨ_Ｂが３．１付近およびコード間距離比ｂ／ａが２．５付近であるときにビード部の耐久性が高くなっていることが分かる。すなわち、極小値の高さＨ_Ａが１．６付近であるときに、カーカス折返し部の圧縮歪が効果的に低減され、極大値の高さＨ_Ｂが３．１付近であるときに、カーカス折返し部に引張力が効果的に作用し、コード間距離比ｂ／ａが２．５付近であるときに、圧縮歪の低減および引張力の両者の組み合わせが最適となることが分かる。

圧縮力および引張力が発生する領域および圧縮歪および引張歪の変位を示す図である。 本発明に従う空気入りラジアルタイヤの幅方向断面を示す。 圧縮歪および引張歪の変位の変化を示す図である。 本発明に従う空気入りラジアルタイヤのビード部およびサイドウォール部の一部の幅方向断面を示す。 極小値、極大値およびコード間距離とビード部の耐久性との関係を示す図である。

符号の説明

１ ビードコア
２ カーカス本体部
３ カーカス折返し部
４ 適用リム
５ リムフランジ
６ ベルト
７ トレッド部
８ タイヤ

Claims (3)

1. 一対のビードコア間にわたってトロイダル状に跨る複数本のコードをゴム被覆したプライからなるカーカス本体部と、該カーカス本体部から各ビードコアの周りにそれぞれタイヤの内側から外側へ巻き返してタイヤ径方向外側へ延びる該プライからなるカーカス折返し部を有するカーカスを骨格とする空気入りタイヤであって、
   該カーカス本体部とカーカス折返し部との間のコード間距離は、該ビードコアからタイヤ径方向外側へ向かって漸減して、一旦極小値となり、次いで漸増して極大値となり、
   さらに、該タイヤを適用リムに装着した際に、該適用リムのベースラインから前記極小値および極大値となるカーカス本体部の点まで測った高さＨ_ＡおよびＨ_Ｂと、適用リムのフランジ高さＨ_ｆとが、
   １．２６×Ｈ_ｆ≦Ｈ_Ａ≦２．１４×Ｈ_ｆ
   ２．４３×Ｈ_ｆ≦Ｈ_Ｂ≦３．７５×Ｈ_ｆ
   を満足し、
   かつコード間距離の極小値aおよびコード間距離の極大値ｂの比ｂ／ａが１．００を超えることを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記比ｂ／ａが１．４０以上４．００以下であることを特徴とする請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記比ｂ／ａが２．００以上３．００以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の空気入りタイヤ。

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