JP3718025B2

JP3718025B2 - 重荷重用空気入りラジアルタイヤ

Info

Publication number: JP3718025B2
Application number: JP05612997A
Authority: JP
Inventors: 芳久田窪
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1997-03-11
Filing date: 1997-03-11
Publication date: 2005-11-16
Anticipated expiration: 2017-03-11
Also published as: JPH10250320A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、重荷重用空気入りラジアルタイヤ、より詳細には建設車両やダンプトラックなどのような重車両の使途に供するラジアルタイヤであり、特に、非舗装路や不整地などを走行する際のスタビリティ性能と耐サイドカット性を高度に保持した上で、ベルトのスチールコード層相互間の耐セパレーション性及びトレッド部におけるカーカス単独の耐セパレーション性を向上させた重荷重用空気入りラジアルタイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
非舗装路や不整地又は荒れ地などを走行する重荷重用空気入りラジアルタイヤには、特に車両のピッチングやローリングによる積み荷、例えば破砕した岩石や土砂の落下を防止するため優れたスタビリティ性能（振動減衰性）を備えていること、そして走行路面に散在する岩石やその他の異物により時には不可避的に生じるサイドカット受傷に対する保護構成を備えていることが要求され、これらの要求特性を同時に満たす有効な構造としてサイドウォール部のカーカス内面側にゴム補強層を配置することが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この既知のゴム補強層はスタビリティ性能と耐サイドカット性との両者のみに対して配慮すればよいので、タイヤ半径方向内側端はタイヤの適用リムのフランジ高さ位置近傍からタイヤ最大幅に至る間に位置させ、タイヤ半径方向外側端は踏面端縁及びベルトの最内側スチールコード層端それぞれからカーカスに下ろした二つの法線の延長線に囲まれる領域内に止めている。
【０００４】
しかしこのゴム補強層を備えるタイヤと備えないタイヤとの多くの使用実績を対比解析したところ、ゴム補強層をもつ前者のタイヤは後者のタイヤに比しセパレーション故障がより多く発生していて、故障発生位置はベルトの最内側スチールコード層端のタイヤ外側近傍に位置するカーカス単独のセパレーションであることがわかった。そこで更めて室内耐久実験で確かめたところ、後者のタイヤには見られない、使用実績と同様なカーカスセパレーション発生が認められた。これでは折角のスタビリティ性能及び耐サイドカット性の改善効果を有利に活用しているとはいえず、この種の新規なカーカスのセパレーション故障発生阻止が急務であることが分かった。
【０００５】
従ってこの発明は、ベルトの耐セパレーション性を高度に保持するのはもとよりのこと、従来の優れたスタビリティ性能及び耐サイドカット性を維持した上で、カーカス自体の耐セパレーション性を大幅に向上させ、ベルト〜カーカス全体として優れたセパレーション耐久性を発揮し得る重荷重用空気入りラジアルタイヤを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の重荷重用空気入りラジアルタイヤは、トレッド部と、その両側に連なる一対のサイドウォール部及び一対のビード部からなり、これら各部をビード部内に埋設したビードコア相互間にわたり補強する１プライのラジアル配列スチールコードのゴム被覆になるカーカスと、該カーカスの外周でトレッド部を強化する４層以上のスチールコード層からなるベルトとを備えるものにおいて、サイドウォール部からトレッド部までにわたるカーカス内面に沿う断面三日月状のゴム補強層を有し、該ゴム補強層のタイヤ半径方向内側端を、リム径ラインから測ったカーカス最大幅までの高さの０．５倍位置から上記最大幅位置までの範囲内に位置させ、かつタイヤ半径方向外側端を、ベルトの最内側コード層端からカーカスに下ろした法線の延長線と、トレッド部踏面の端縁とタイヤ赤道面との間を踏面に沿って２分する踏面上位置からカーカスに下ろした法線の延長線とで挟む領域内に位置させるとともに、ゴム補強層のゴムの１００％モジュラスを、１５〜４０ kgf/cm ² の範囲内としてなる。
【０００７】
ここにゴム補強層は当然に対をなし、またリム径ラインとはＪＡＴＭＡＹＥＡＲＢＯＯＫ（１９９６年版）がタイヤのサイズ、種類に応じて定める適用リムの実際の直径（φＤ）位置を通りタイヤの回転軸線に平行な直線を指し、リムの呼び径を用いるものではない。
【０００８】
ゴム補強層の配置による優れたスタビリティ性能及び耐サイドカット性を保持すること、タイヤの負荷転動時にカーカスに作用するせん断歪を適当な値に抑制すること、そして発熱量を或る限度内に止めるためには、ゴム補強層のゴムの１００％モジュラスは、１５〜４０kgf/cm² の範囲内にあることが望ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態の一例を図１に基づき説明する。
図１は、重荷重用空気入りラジアルタイヤ（以下タイヤと略記する）の回転軸心を含む平面による線図的左半断面図であり、図においてタイヤはトレッド部１と、トレッド部１の両側に連なる一対のサイドウォール部２（片側のみ示す）及び一対のビード部３（片側のみ示す）からなり、これら各部１〜３をビード部３に埋設したビードコア４相互間にわたって１プライのトロイド状カーカス５が補強し、カーカス５の外周でトレッド部１をベルト６が強化する。
【００１０】
カーカス５はラジアル配列スチールコードのゴム被覆プライからなり、ベルト６は４層以上（図示例は５層）のスチールコード層の積層になる。図示のベルト６は実質上非伸長性のスチールコード層（４層）６−１〜６−４を実線で示し、これらの層のスチールコードに比しより伸長性に富む、いわゆるハイエロンゲーションスチールコード層（１層）６−５は破線にて示した。
【００１１】
サイドウォール部２からトレッド部１にわたるカーカス５の内面（タイヤ内部に向かう面）に沿ってゴム補強層７を配置する。換言すればカーカス５とインナーライナ８との間に配置する。このゴム補強層７は特に斜線を施して示し、図示を省略した右半にも配置する。これらゴム補強層７の断面形状は中央部分からそれぞれタイヤ半径方向（以下半径方向と略す）内側及び外側に向かい先細りのほぼ三日月状をなす。このゴム補強層７は以下に述べる領域に配置する。
【００１２】
まず図１において、図示を省略したがタイヤを適正リムのうち標準リムに組み付け、最大負荷能力に対応する空気圧を充てんしたタイヤ姿勢にて、リム径（φＤ）位置を通りタイヤの回転軸線（図示せず）に平行な直線であるリム径ラインＲＬから測ったカーカス５の最大幅位置Ａまでの高さｈに関し、ゴム補強層７の半径方向内側端７_LEは、その上記同様に測った高さＨが０．５×ｈ〜１．０×ｈの範囲内となる高さに設定する。なお上記適正リム、標準リム、最大負荷能力及びこの能力に対応する空気圧とは、ＪＡＴＭＡＹＥＡＲＢＯＯＫ（１９９６）が定める規定に従う。
【００１３】
次に図１の断面でみて、トレッド部１の踏面１ｔの端縁ＴＥとタイヤ赤道面Ｅとの間の弧に沿う長さを等しく２分する踏面上の位置Ｃ（いわゆる１／４点）からカーカス５に下ろした法線Ｖ_Cの延長線と、カーカス５に最も近いベルト６のコード層６−１の端６−１Ｅからカーカス５に下ろした法線Ｖ_Eの延長線とで挟む領域内に補強層７の半径方向外側端７_UEを位置させる。なおベルト６の最内側コード層６−１の幅端６−１Ｅは法線Ｖ_Cを超えて延びるのは勿論であり、踏面１ｔの端縁ＴＥからカーカス５に下ろした法線Ｖ_Tと法線Ｖ_Cとの間に位置するものとする。
【００１４】
さてトレッド部１とその近傍部分との図１同様な断面を、破線にて示す内圧充てん時形状と、実線にて示す荷重直下における形状とを合わせ示す図２を参照して、負荷転動するタイヤの荷重直下とその近傍のトレッド部１両側端部におけるカーカス５は、曲げ剛性が大きいベルト６が存在する領域での曲率変化は小さいが、カーカス５に最も近いベルト６のコード層６−１の外側領域（丸い破線で囲む斜線部分）で大きな曲率変化を生じる。
【００１５】
この大きな曲率変化によりカーカス５とその周囲ゴムとの間に著しく大きなせん断歪が生じ、このせん断歪がタイヤの長い走行期間にわたり繰り返しカーカス５に作用する結果、セパレーション故障発生に至る場合が多い。ここでいう周囲ゴムとは、ベルト６の少なくともカーカス５寄りのコード層はほぼ円筒状をなし、タイヤ断面にて大きな曲率半径を有する一方、カーカス５は１／４点近傍から比較的小さな曲率半径にて形成する必要があるためベルト６とカーカス５との間隙を埋めるスペースゴム（又はクッションゴム）のことである。
【００１６】
しかしこの大きなカーカス５の曲率変化領域は１／４点から外側に存在するので、法線Ｖ_Eの延長線と法線Ｖ_Cの延長線とで挟まれる領域内にまで断面三日月状ゴム補強層７を延長配置することにより、カーカス５の曲率変化領域の剛性を高め、かつ剛性の急激な変化を緩和することが可能となり、その結果カーカス５の曲率変化領域での曲率変化量が減少し、カーカス５に作用するせん断歪を低減させ、セパレーション故障発生を抑制することができる。
【００１７】
ゴム補強層７の半径方向外側端７_UEを１／４点からの法線Ｖ_Cにとどめたのは、一方の１／４点から他方の１／４点までの間のトレッド部１領域はすでに十分に高い曲げ剛性を有し、この領域にゴム補強層７を配置する意味はなく、しかもタイヤの負荷転動に伴い発生するトレッド部１の発熱量が増す結果、より高い温度上昇による耐セパレーション性の劣化を生じるからである。ゴム補強層７の半径方向外側端７_UEの位置を種々かえたとき、カーカス５に作用するせん断歪及び法線Ｖ_C上のベルト６表面の発熱（１／４点発熱）を実験した結果を指数にて表１に示す。なお表１に示す結果はゴム補強層７の半径方向内側端７_LEを高さｈに合わせたものである。
【００１８】
表１において、せん断歪は外側端７_UEを踏面１ｔの端縁ＴＥからの法線Ｖ_Tの延長線にとどめたときの値を１００とする指数にてあらわし、ベルト６表面上の発熱は、踏面１ｔにおける１／４点の位置Ｃと赤道面Ｅの踏面位置Ｂとの中間位置、すなわち１／８点を通るカーカス５に対する法線Ｖ_1/8（図示省略）における発熱を１００とする指数にてあらわし、いずれも値は小なるほど良い。
【００１９】
【表１】

【００２０】
表１から、ゴム補強層７の半径方向外側端７_UEをハンプ部の法線Ｖ_Eの延長線にとどめるとき、１／４点発熱は良好である反面、カーカス５に作用するせん断歪が大きくなり過ぎてセパレーション発生のうれいがある一方、外側端７_UEを法１／８点を通るカーカス５に対する法線の延長線はＶ_1/8まで延長すると１／４点の発熱が多くなり過ぎてベルト６にヒートセパレーションが発生するうれいが生じ、せん断歪の低減効果は法線Ｖ_Cにて飽和しているので無意味であることがわかる。
【００２１】
また元来ゴム補強層７に求める主要機能は、先に述べたようにスタビリティ性能の向上とサイドカット受傷時の保護とにあり、ゴム補強層７の半径方向内側端７_LEは上述の機能を十分に果たす範囲内に止めるべきであり、この範囲内は全体ゲージが薄いサイドウォール部２の望ましい領域内が理に叶う。ゴム補強層７の半径方向内側端７_LEの位置を種々変えたとき、スタビリティ性能及び耐サイドカット性に及ぼす影響を実験により確かめた結果を表２に示す。なお表２に示す結果はゴム補強層７の半径方向外側端７_UEをコード層６−１Ｅを通るカーカス５に対する法線Ｖ_6-1Eの延長線に止めたものである。
【００２２】
表２に示す第一の中間位置とは、踏面端縁ＴＥからカーカス５に下ろした法線法線Ｖ_Tの延長線とカーカス５の最大幅位置Ａとのカーカス５に沿う中間位置であり、第二の中間位置とは第一の中間位置とカーカス５の最大幅位置Ａとのカーカス５に沿う中間位置である。またリムラインとは標準リムのフランジ高さに相当する位置より約２５ｍｍ半径方向外側位置に設けたリム組み時の心出し用の小さな環状突起である。
【００２３】
【表２】

【００２４】
表２からはゴム補強層７の半径方向外側端７_UEが第一及び第二の中間位置ではスタビリティ性能及び耐サイドカット性が不十分であり、最小限度カーカス５の最大幅位置Ａまでは延ばす必要がある一方、外側端７_UEをリムラインまで延ばしても両性能共に高さ０．５ｈと同様であるからコストのみ上昇して無意味であることがわかる。
【００２５】
ここにゴム補強層７のゴムの１００％モジュラス（以下Ｍ₁₀₀という）は１５〜４０kgf/cm²の範囲内にあるのがこの発明の目的に適合する。ゴム補強層７の半径方向内側端７_LEを高さｈに合わせ、ゴム補強層７の半径方向外側端７_UEをコード層６−１Ｅを通るカーカス５に対する法線Ｖ_6-1Eの延長線に合わせたタイヤにつき、ゴム補強層７のゴムのＭ₁₀₀を種々変えたとき、カーカス５に作用するせん断歪及び法線Ｖ_C位置におけるベルト６表面の発熱（１／４点発熱）を測定した。
【００２６】
測定結果は、ゴム補強層７のＭ₁₀₀を１０kgf/cm²としたときのせん断歪を１００とする指数にてあらわし、Ｍ₁₀₀を５５kgf/cm²としたときの１／４点発熱を１００とする指数にてあらわし、結果を表３に示す。値は小なる程良い。
【００２７】
【表３】

【００２８】
表３から、ゴム補強層７のＭ₁₀₀が１０kgf/cm²の場合、１／４点発熱は良好である反面、せん断歪が大きくなり不適合ゴムである一方、５５kgf/cm²の場合は逆にせん断歪は良くなる傾向をもつ反面、１／４点発熱が大きくなる不適合ゴムであり、よってゴム補強層７のゴムのＭ₁₀₀は１５〜４０kgf/cm²の範囲内が適合する。
【００２９】
【実施例】
建設車両用タイヤでサイズが３７．００Ｒ５７であり、構成は図１に従い、カーカス５の最大幅位置Ａの高さｈは４７０ｍｍである。踏面１ｔの１／４点は赤道面Ｅからの弧の長さが１９８ｍｍであり、よって踏面端縁ＴＥまでの弧の長さは１９８×２＝３９６ｍｍであり、さらに赤道面Ｅからカーカス５に最も近いベルト６のスチールコード層の端６−１Ｅまでの該コード層に沿う弧の長さは３３０ｍｍである。
【００３０】
まずドラム耐久テストに供する実施例１〜３及び比較例１〜４それぞれのタイヤを準備した。実施例１〜３のタイヤにおけるゴム補強層７の半径方向外側端７_UEは、実施例１、３が法線Ｖ_Cの延長線上及び実施例２が法線Ｖ_Cの延長線と法線Ｖ_Eの延長線との中間に位置させた。また半径方向内側端７_LEの高さＨについては、実施例１、３がカーカス５の最大幅位置Ａの高さｈの０．５倍の２３５ｍｍとし、実施例２では０．６倍の２８２ｍｍとした。
【００３１】
これに対し比較例１〜４のゴム補強層はその半径方向外側端７_UEを、比較例１は踏面端縁ＴＥからの法線Ｖ_Tの延長線上に、比較例２は１／８点からの法線Ｖ_1/8の延長線上に、そして比較例３、４は共に法線Ｖ_Cの延長線上にそれぞれ位置させ、また半径方向内側端７_LEの高さＨを高さｈの０．５倍の２３５ｍｍに揃えた。ゴム補強層７のＭ₁₀₀の値については、実施例１、２が３０kgf/cm²、実施例３は２３kgf/cm²であり、比較例１、２は実施例１、２と同じ３０kgf/cm²であり、比較例３、４は上記値から上下に大幅にずれ、比較例３が１０kgf/cm²、比較例４が５０kgf/cm²である。これら諸点を除く他は全て実施例１〜３と比較例１〜４とを同一とした。実施例１〜３及び比較例１〜４の各タイヤを供試タイヤとして下記の試験方法でドラム耐久テストを実施した。
【００３２】
充てん内圧７．０kgf/cm²、負荷荷重５１．５トン、速度２５ｋｍ／ｈで直進走行させ、試験開始から１００時間経た後に１／４点におけるベルト６表面上の温度測定し、その後はセパレーション故障発生まで走行させ、セパレーション故障発生までの累計走行時間を計測する方法である。これらの試験結果を各例のゴム補強層７の半径方向端位置及びＭ₁₀₀値と共に表４に示す。なお表４の故障形態に記載したＢＬＢはベルト６のスチールコード層相互間のセパレーションを、カーカスＳＥＰ．はベルト６のスチールコード層端６−１Ｅ近傍におけるカーカスセパレーションをそれぞれ示す。
【００３３】
【表４】

【００３４】
表４から、実施例１〜３は１／４点の温度が適正範囲内に保持され、故障形態もカーカスセパレーション故障は発生せずに、市場の要求を十分に満たす走行時間にてＢＬＢ故障を発生しているに止まり、その結果、ベルト〜カーカス全体として優れたセパレーション耐久性を備えていることが分かる。
【００３５】
これに対し比較例１、２は望ましいＭ₁₀₀の値をもつゴム補強層を配置しても半径方向外側端が適正位置から外れているため、比較例１は１／４点温度が適正範囲内に納まっているにもかかわらず不十分な走行時間でカーカスセパレーション故障を発生していること、比較例２ではゴム補強層の半径方向外側端がトレッド部の内側に深く入り込み過ぎているので１／４点温度が高温度になり過ぎ、その結果早期にＢＬＢ故障を発生していることが分かる。
【００３６】
また比較例３、４は折角ゴム補強層を適正位置に配置してもゴム補強層のＭ₁₀₀の値が低すぎたり高すぎたりするため、耐久走行時間はいずれも大幅に不足し、特にＭ₁₀₀の値が低すぎると比較例３にみられるようにカーカスセパレーション故障が発生することが実証されている。
【００３７】
さらに市場での実使用における耐サイドカット性を評価し、併せて実際の車両に装着して走行した際のスタビリティ性能をチェックするため、ゴム補強層７の半径方向外側端７_UEを法線Ｖ_Cの延長線上に位置させ、半径方向内側端７_LEをそれぞれ変えた実施例４、５及び比較例５、６のタイヤを準備した。なお比較例５、６の外側端７_UEは先に触れた第一の中間位置及び第二の中間位置とした。
【００３８】
耐サイドカット性の評価は市場でのサイドカットによる廃品率（％）により、スタビリティ性能のチェックは３７．００Ｒ５７を装着したダンプトラックに同一重量の積み荷を一時に積載した時点から車両の振動が停止するまでの時間（秒）計測によった。なおサイドカットによる廃品率（％）とは同一使用現場で廃品化した多数本のタイヤのなかでサイドカットが原因で廃品となったタイヤが占める割合である。これらの結果を半径方向内側端７_LEの位置と共に表５に示す。
【００３９】
【表５】

【００４０】
表５より、スタビリティ性能の代表的代用特性である振動減衰時間及び耐サイドカット性について比較例５、６に比し実施例４、５が格段に優れた性能を有することがわかる。
【００４１】
【発明の効果】
この発明によれば、ベルトの耐セパレーション性を高度に保持した上で、従来タイヤより優位な優れたスタビリティ性能及び耐サイドカット性を発揮し、カーカス自体の耐セパレーション性を大幅に向上させ、ベルト〜カーカス全体として優れたセパレーション耐久性を発揮し得る長寿命な重荷重用空気入りラジアルタイヤを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】カーカスセパレーション発生の説明図である。
【符号の説明】
１トレッド部
１ｔ踏面
２サイドウォール部
３ビード部
４ビードコア
５ラジアルカーカス
６ベルト
６−１Ｅカーカスに最も近いベルトコード層端
７ゴム補強層
７_UE ゴム補強層の半径方向外側端
７_LE ゴム補強層の半径方向内側端
８インナーライナ
Ｅタイヤ赤道面
Ａカーカス最大幅位置
Ｂ踏面の赤道面上位置
Ｃ踏面上の１／４点
ＴＥ踏面端縁
Ｖ_E ベルトの最内側コード層端からカーカスへの法線
Ｖ_C １／４点からカーカスへの法線
Ｖ_T 踏面端縁からカーカスへの法線
ＲＬリム径ライン
ｈリム径ラインからカーカス最大幅位置までの高さ

Claims

トレッド部と、その両側に連なる一対のサイドウォール部及び一対のビード部からなり、これら各部をビード部内に埋設したビードコア相互間にわたり補強する１プライのラジアル配列スチールコードのゴム被覆になるカーカスと、該カーカスの外周でトレッド部を強化する４層以上のスチールコード層からなるベルトとを備える重荷重用空気入りラジアルタイヤにおいて、
サイドウォール部からトレッド部までにわたるカーカス内面に沿う断面三日月状のゴム補強層を有し、該ゴム補強層のタイヤ半径方向内側端を、リム径ラインから測ったカーカス最大幅までの高さの０．５倍位置から上記最大幅位置までの範囲内に位置させ、かつタイヤ半径方向外側端を、ベルトの最内側コード層端からカーカスに下ろした法線の延長線と、トレッド部踏面の端縁とタイヤ赤道面との間を踏面に沿って２分する踏面上位置からカーカスに下ろした法線の延長線とで挟む領域内に位置させるとともに、上記ゴム補強層のゴムの１００％モジュラスを、１５〜４０ kgf/cm ² の範囲内としてなることを特徴とする重荷重用空気入りラジアルタイヤ。