JP5519411B2

JP5519411B2 - 空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP5519411B2
Application number: JP2010126875A
Authority: JP
Inventors: 崇兒玉
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2010-06-02
Filing date: 2010-06-02
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2030-06-02
Also published as: JP2011251631A

Description

本発明は、空気入りタイヤに関し、特に、タイヤビード部の耐久性の向上を図った空気入りタイヤに関する。

荷重負荷やリムフランジから大きい突き上げ力が繰り返し加わる過酷な条件下で使用される空気入りタイヤでは、ビード部に大きな外力が作用する結果、ビード部がタイヤ幅方向外側に向けて倒れ込む、いわゆるビード部の倒れ込み現象が発生する。この倒れ込み現象により、カーカスのプライ折返し端部付近には、カーカスとその周りに位置するゴムとの間に、タイヤ幅方向に大きな剪断歪みが作用し、セパレーションが生じやすい。また、重荷重の作用下で適用リムのリムフランジと接触するビード部は、フランジに対し円周方向およびタイヤ径方向にくり返し大きく変位するため著しく摩耗し、ときには亀裂が発生する。このため、ビード部の耐久性向上に対する様々な対策が講じられてきた。

その一例として、空気入りタイヤへの入力による上記のようなビード部の屈曲により、力学的にビード部に亀裂が生じることを防止すべく、プライ折返し部のタイヤ幅方向外側に硬度の高いサイド補強ゴムを配置することが知られている。一方、サイド補強ゴムでビード部の剛性を高めすぎても、サイド補強ゴムとカーカスの間の剛性段差による歪が増大し、逆に割れが生じやすくなるため、サイド補強ゴムとカーカスとの間に、サイド補強ゴムよりも軟質の緩衝ゴムを併せて配置することが知られている（特許文献１，２参照）。

特開２００７−２１０３６３号公報特開平１０−２１１８０６号公報

しかしながら、サイド補強ゴムおよび緩衝ゴムの配置バランスに対する考慮は従来何らなされてこなかった。上記特許文献１，２においては、緩衝ゴムがサイド補強ゴムに対して比較的多量に配置されており、タイヤ幅方向断面で見て、緩衝ゴムの占める面積が大きく、厚みも厚くなり、反対に、サイド補強ゴムの占める面積は小さく、薄いものとなっている。この場合、本来サイド補強ゴムを設けた効果が十分に発揮されず、タイヤへの入力によるビード部の屈曲により、力学的にビード部に亀裂が生じやすくなることが懸念される。

そこで本発明は、上記課題に鑑み、サイド補強ゴムと緩衝ゴムとを有する空気入りタイヤのビード部の耐久性をより高めることのできる新規な空気入りタイヤを提供することを目的とする。

本発明者は、サイド補強ゴムおよび緩衝ゴムのそれぞれの機能を最も発揮することができ、ビード部耐久性を最も高くすることのできる、これらゴムの配置バランスを鋭意検討した結果、以下の発明を完成した。

すなわち、上記課題に鑑み、本発明の要旨構成は以下の通りである。
ビードヒールから連なりリムフランジに対応する曲面部を有する一対のビード部内に埋設された一対のビードコアと、
該ビードコアに係止されてトロイド状に延在するプライ本体部と、該プライ本体部から延び前記ビードコアのそれぞれの周りに巻き上げられたプライ折返し部と、からなる少なくとも１プライからなるカーカスと、
前記プライ本体部と前記プライ折返し部との間で前記ビードコア上からタイヤ径方向外側に向けて先細りに延びるビードフィラーと、
前記プライ折返し部のタイヤ幅方向外側に、少なくとも前記曲面部からタイヤ径方向外側に向かって延在するサイド補強ゴムと、
該サイド補強ゴムと前記カーカスとの間で、かつ、適用リムに装着し所定空気圧を充填した無負荷状態におけるタイヤの装着姿勢にて、タイヤ幅方向断面で見て、カーカスのプライ本体部の最大幅位置Ｐと、前記曲面部および前記ビードヒールの境界位置である変曲点Ｑとを結ぶ線分ＰＱよりもタイヤ幅方向内側に配設された、前記サイド補強ゴムよりも軟質の緩衝ゴムと、
を有し、
前記緩衝ゴムは、前記ビードフィラーのタイヤ径方向外側端部の高さ位置にて最大厚さを有し、
タイヤ幅方向断面で見て、前記線分ＰＱの内側における前記サイド補強ゴムと前記緩衝ゴムの総断面積に占める前記緩衝ゴムの断面積の割合が、１０％以上である
ことを特徴とする空気入りタイヤ。

本発明によれば、サイド補強ゴムおよび緩衝ゴムのそれぞれの機能を最も発揮することができる配置関係を見出し、その構成を採用した結果、サイド補強ゴムと緩衝ゴムとを有する空気入りタイヤのビード部の耐久性をより高めることのできる新規な空気入りタイヤを提供することができる。その作用については後述する。

本発明に従う代表的な空気入りタイヤの要部を示す、幅方向断面の部分拡大図である。図１における緩衝ゴムの位置を説明するための模式図である。本発明に従う別の空気入りタイヤの要部を示す、幅方向断面の部分拡大図である。

以下、図面を参照しつつ本発明をより詳細に説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。

本発明に従う代表的な空気入りタイヤ１について、図１および図２を参照して説明する。図１は、図をわかりやすくするため空気入りタイヤ１と適用リム１１とを離して描いたが、図１，２はいずれも空気入りタイヤ１を適用リム１１に装着し所定空気圧を充填した無負荷状態におけるタイヤ装着姿勢の、タイヤ幅方向断面を示している。一対のビード部２（片側のみ図示）の形状としては、ビードヒール２ａから連なりリムフランジ１１ａに対応する曲面部２ｂを有している。このビード部２内に一対のビードコア３（片側のみ図示）が埋設されている。ビードコアは典型的にはスチールコードからなる。

また、空気入りタイヤ１は、ビードコア３間にトロイド状に延びる少なくとも１プライからなるカーカス６を有する。図１は、第１プライ４および第２プライ５の２プライの構成を示しており、これらはビードコア３に係止されてトロイド状に延在するプライ本体部４ａ，５ａと、該プライ本体部４ａ，５ａから延びビードコア３のそれぞれの周りに巻き上げられたプライ折返し部４ｂ，５ｂとからなる。本実施形態では、タイヤ幅方向内側から外側に向かって巻き上げられた構成を示すが、本発明はそれに限られることはなく、外側から内側に巻き上げられた構成でもよい。カーカス６を構成するプライはコードゴム被覆層であり、コード材料としてはスチール、有機繊維などが例示できる。ラジアルカーカスの場合、コードはタイヤ周方向に対し７０°〜９０°の角度で配列される。なお、曲面部２ｂの全面がリムフランジ１１ａと接触していても良いし、一部分が接触していなくても良い。

本明細書において「所定空気圧」とは、下記規格に記載されている適用サイズにおける単輪の最大荷重（最大負荷能力）に対応する空気圧のことを意味する。また「所定負荷条件」とは、同規格に記載されている適用サイズにおける単輪の最大荷重（最大負荷能力）の荷重をかけることを意味する。「適用リム」とは、同規格に記載されている適用サイズにおける標準リム（または“Approved Rim”、“Recommended Rim”）のことである。かかる産業規格については、タイヤが生産又は使用される地域に有効な規格が定められている。例えば、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 Tire and Rim Technical OrganizationのSTANDARDS MANUAL”であり、日本では日本自動車タイヤ協会の”JATMA Year Book”である。

空気入りタイヤ１は、プライ本体部４ａ，５ａとプライ折返し部４ｂ，５ｂとの間で、ビードコア３上からタイヤ径方向外側に向けて先細りに延びるビードフィラー７を有する。ビードフィラー７は、断面略三角形状となっており、硬度４．０〜９．０ＭＰａ（１００％モジュラス）の硬質ゴムからなる。また、ビードフィラー７のタイヤ径方向外側端部７ａのリム径ライン（不図示）からの高さは、リム径ラインからのタイヤ断面高さの１０〜２５％に位置していることが好ましい。ここで「リム径ライン」とは、リム径を測定する位置をいう。

プライ折返し部４ｂ，５ｂのタイヤ幅方向外側には、少なくとも曲面部２ｂからタイヤ径方向外側に向かって延在するサイド補強ゴム８を配置する。サイド補強ゴム８は、負荷転動時のビード部２のくり返し変形によりビード部２に亀裂が生じることを防止するための補強機能を有するものであり、硬質のゴムからなる。サイド補強ゴム８の硬度は、３．０〜７．０ＭＰａ（１００％モジュラス）であることが好ましい。リムフランジ１１ａからの入力に対抗する必要があるため、曲面部２ｂはサイド補強ゴム８から構成される必要があるが、曲面部２よりタイヤ径方向外側のビード部２におけるタイヤ外面は必ずしもサイド補強ゴム８で構成する必要はなく、例えばサイドウォール部から連なるより軟質のサイドウォールゴム１０であってもよい。

サイド補強ゴム８とカーカス６との間には、サイド補強ゴム８よりも軟質の緩衝ゴム９を配置する。サイド補強ゴム８でビード部の剛性を高めすぎても、サイド補強ゴムとカーカスの間の剛性段差による歪が増大し、逆に割れが生じやすくなる懸念がある。そこで、硬質なサイド補強ゴム８と硬質なカーカス６との間に軟質の緩衝ゴム９を配置することで、タイヤへの入力の緩衝機能を持たせたものである。そのような観点から、緩衝ゴム９の硬度は、１．０〜３．５ＭＰａ（１００％モジュラス）であることが好ましい。また、サイド補強ゴムの硬度の１／３倍〜１／２倍の硬度であることが好ましい。さらに、カーカス６のプライゴムの硬度の１／２倍〜１倍の硬度であることが好ましい。プライ折返し部４ｂ，５ｂは、断面三角形状のビードフィラー７に沿って延在しているため、その端部７ａを頂点にクの字を描くようになるため、緩衝ゴム９を配置することができる。

ここで、本発明の構成上の主な特徴である緩衝ゴムの配置について、主に図２を参照して説明する。図２における点Ｐは、カーカス６のプライ本体部の最大幅位置を示す。ここで、本実施形態のようにカーカス６が複数プライからなる場合は、最も内側でビードコア３に巻き付けられているプライ５について、プライ本体部５ｂの最大幅位置をＰとする。また、厳密にはプライ本体部５ｂは厚みを有するため、その厚みの中間位置の最大幅位置を点Ｐとする。また、点Ｑは、曲面部２ｂおよびビードヒール２ａの境界位置を示す。すなわち、点Ｑはタイヤ幅方向断面において変曲点となっており、曲面部２ｂの始点ということもできる。本発明において、緩衝ゴム９は、適用リム１１に装着し所定空気圧を充填した無負荷状態におけるタイヤの装着姿勢にて、タイヤ幅方向断面で見て、点Ｐと点Ｑとを結ぶ線分ＰＱよりもタイヤ幅方向内側に配設されることを特徴とする。

ここで、本発明がこのような構成を採用した技術的意義を作用・効果も含めて説明する。すでに述べたように、緩衝ゴム９がなくサイド補強ゴム８のみの構成の場合、ビード部２の剛性が高くなりすぎ、逆にビード部耐久性が悪化する一方、緩衝ゴム８の配設割合を多くしすぎると、そもそもサイド補強ゴム８を設けた意義がなくなってしまう。すなわち、タイヤへの入力によるビード部の屈曲により、力学的にビード部に亀裂が生じやすくなることが懸念されていた。本発明者の検討の結果、線分ＰＱよりも内側にのみ緩衝ゴム９を配置すれば、サイド補強ゴム８による補強機能を損なうことなく、緩衝ゴム９による緩衝機能を発揮して、最もビード部耐久性が向上することを見出した。そして、驚くべきことに、緩衝ゴム９は線分ＰＱの内側に配置されていれば、その量が少なくても十分な緩衝機能を発揮することがわかった。すなわち、図３に示す本発明に従う別の空気入りタイヤのように、緩衝ゴム９が図１に比べて薄く、その分サイド補強ゴム８が厚いような構成でも、図１と同等のビード部耐久性を有していた。反対に、緩衝ゴム９を線分ＰＱよりもタイヤ幅方向外側にまで配置するように厚くする場合は、補強機能が十分発揮できずビード部耐久性に劣り、線分ＰＱより内側に配置する場合は、その厚さにほぼ依存することなく、緩衝機能を発揮することができるのである。

緩衝ゴム９は、ビードフィラー７のタイヤ径方向外側端部７ａの高さ位置にて最大厚さａを有することが好ましい。タイヤの倒れ込み時には、この端部７ａを基点とした屈曲が起こりやすく、端部７ａの位置が最も歪により故障しやすい位置であるため、歪を低減するために緩衝ゴム９を厚くする必要があるからである。また、最大厚さａは概ね２．５〜６．０ｍｍである。なお、図１において最大厚さａは、緩衝ゴム９の端部７ａに対応する位置（端部７ａからリム径ラインに平行に引いた線分と緩衝ゴム９のタイヤ内方ラインとの交点）から緩衝ゴム９のタイヤ外方ラインに下ろした垂線で示している。

緩衝ゴム９は、サイド補強ゴム８とカーカス６の間の剛性段差による歪を低減させるためのものであるため、ビード部２でタイヤ表面に露出しない。

また、線分ＰＱよりも内側に緩衝ゴム９を配置したとはいえ、あまりに微小であれば、緩衝機能を発揮できず、緩衝ゴム９がない場合と同じことになる。そのため、タイヤ幅方向断面で見て、線分ＰＱの内側におけるサイド補強ゴム８と緩衝ゴム９の総断面積Ｘに占める緩衝ゴム９の断面積Ｙの割合が、１０％以上であることが好ましい。１０％以上であれば、線分ＰＱの内側にある限りどの程度の量の緩衝ゴムであっても、同等のビード部耐久性を得ることができる。

ビード部２は、リムフランジ１１ａに対応する曲面部２ｂを有しているため、リムフランジからの突き上げによるゴムの流動を緩和させることができる。そのため、カーカス近傍でのせん断歪が生じにくい。また、ビードフィラー７のタイヤ径方向外側端部７ａにおけるプライ背面ゲージｂ（図１）をリムフランジ幅の１．５〜２．０倍とすることが好ましい。１．５倍未満であると、ビード部の厚みが不足するため、耐久性に劣る一方、２倍を超えると、リムフランジ１１への倒れ込みが増加し、発熱性が悪化する。１．５〜２．０倍の範囲であれば、耐久性を損なうことなく、故障が発生する発熱レベルを下回るからである。

本発明の空気入りタイヤは、乗用車用タイヤをはじめ、いずれの用途のタイヤにも用いることができるが、重荷重車両用のタイヤとして用いることで、より効果を発揮することができる。例えば、ＴＲＡ規格の重み指数Ｋ（タイヤの撓み指数）が１．９以上の重荷重領域で使用されることが好ましい。このようなタイヤの一例は、農業機械用タイヤである。

次に、本発明の効果をさらに明確にするために、以下の実施例及び比較例にかかる空気入りタイヤを用いて行った比較評価について説明する。ＪＡＴＭＡ規格に定める適用リムに装着した、表１に記載の実施例タイヤおよび比較例タイヤに対し、三次元ＦＥＭモデルによる歪計算と室内ドラム試験を行った。各タイヤのサイズは４２０／８５Ｒ３４とし、リム巾Ｗ１３、内圧２００ｋＰａ、荷重４．２５ｔとした。

（比較例タイヤの構成）
比較例タイヤは、緩衝ゴムが線分ＰＱよりも外側にまで配置されているものであり、ビードフィラーの端部７ａの位置で１０ｍｍ外側にまで緩衝ゴムが配置されている。
（その他の条件）
なお、表１記載以外のタイヤ構造は、いずれのタイヤも以下のとおりである。
ビードフィラー：硬さ８．０ＭＰａ高さ（７ａ）：４５ｍｍ
サイド補強ゴム：硬さ７．０ＭＰａ
プライ被覆ゴム：硬さ１．５ＭＰａ
なお、硬さはいずれも１００％モジュラスである。また、緩衝ゴムの最大厚さは、ビードフィラーの端部７ａの位置である。

（三次元ＦＥＭモデルによる歪計算方法）
各タイヤをトレーシングしたＦＥＭモデルを作成し、所定の計算を行い、荷重負荷時のプライ背面部（プライ折返し部からタイヤ表面までのビード部領域）の歪レベルを確認した。比較例タイヤを基準として指数表示した。数値が小さいほど、歪が少なく良好であることを示す。結果を表１に併せて示す。

（室内ドラム試験）
各タイヤを上記の条件で装着し、速度１０ｍｐｈで荷重ドラム試験機のドラム上で転動させて、ビード部にセパレーションが発生するまでの走行時間を測定した。比較例タイヤと基準として指数表示した。数値が大きいほど走行時間が長く、良好な結果である。結果を表１に併せて示す。

表１の通り、比較例タイヤに比べて、いずれの実施例タイヤでも歪が発生しにくく、ビード部耐久性が向上している。

本発明によれば、サイド補強ゴムおよび緩衝ゴムのそれぞれの機能を最も発揮することができる配置関係を見出し、その構成を採用した結果、サイド補強ゴムと緩衝ゴムとを有する空気入りタイヤのビード部の耐久性をより高めることのできる新規な空気入りタイヤを提供することができる。

１空気入りタイヤ
２ビード部
２ａビードヒール
２ｂ曲面部
３ビードコア
４，５プライ
４ａ，５ａプライ本体部
４ｂ，５ｂプライ折返し部
６カーカス
７ビードフィラー
７ａビードフィラーのタイヤ径方向外側端部
８サイド補強ゴム
９緩衝ゴム
１０サイドウォールゴム
１１適用リム
１１ａリムフランジ

Claims

ビードヒールから連なりリムフランジに対応する曲面部を有する一対のビード部内に埋設された一対のビードコアと、
該ビードコアに係止されてトロイド状に延在するプライ本体部と、該プライ本体部から延び前記ビードコアのそれぞれの周りに巻き上げられたプライ折返し部と、からなる少なくとも１プライからなるカーカスと、
前記プライ本体部と前記プライ折返し部との間で前記ビードコア上からタイヤ径方向外側に向けて先細りに延びるビードフィラーと、
前記プライ折返し部のタイヤ幅方向外側に、少なくとも前記曲面部からタイヤ径方向外側に向かって延在するサイド補強ゴムと、
該サイド補強ゴムと前記カーカスとの間で、かつ、適用リムに装着し所定空気圧を充填した無負荷状態におけるタイヤの装着姿勢にて、タイヤ幅方向断面で見て、カーカスのプライ本体部の最大幅位置Ｐと、前記曲面部および前記ビードヒールの境界位置である変曲点Ｑとを結ぶ線分ＰＱよりもタイヤ幅方向内側に配設された、前記サイド補強ゴムよりも軟質の緩衝ゴムと、
を有し、
前記緩衝ゴムは、前記ビードフィラーのタイヤ径方向外側端部の高さ位置にて最大厚さを有し、
タイヤ幅方向断面で見て、前記線分ＰＱの内側における前記サイド補強ゴムと前記緩衝ゴムの総断面積に占める前記緩衝ゴムの断面積の割合が、１０％以上である
ことを特徴とする空気入りタイヤ。