JP4758348B2 - タイヤおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ビード部耐久性および操縦安定性に優れ、しかもビード部構造の簡素化によって製造を容易にしたタイヤと、その製造方法に関するものである。

タイヤの製造を容易にする手段としては、特許文献１ないし３に記載された、補強層でカーカスプライを挟み込むもの（いわゆるビードコアレスの技術）や、特許文献４ないし９に記載された、カーカスプライをビードコアで挟み込むかあるいはコアに埋設するもの等が知られている。
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上記に掲げた従来技術は、いずれもカーカスプライの端部をビードコアに巻き回す必要がないために製造は容易であるが、空気充填時に発生するカーカスプライの引張り応力を、ビードコアあるいは補強層とカーカスプライとの間のゴムの剪断応力のみで保持する構造となっているため、新品時にはこれを保持できたとしても、時間の経過と共にゴムが経年劣化して保持力が低下するという欠点がある。

これを解決するには、ビードコアあるいは補強層とカーカスプライとの間の圧着力を高める必要がある。具体的には、ビード部がリムと嵌合する際にビードべース部で発生する嵌合圧を利用するのが有効であるが、例えば特許文献３、４、５、６、７および９に記載された手法は、この嵌合圧を利用する形態となっていないため、圧着力としてタイヤ内面からの空気圧による分しか得られないため、長期使用に対する耐久性は不十分である。

一方、特許文献１、２および８に記載された手法では、カーカスプライ端部の上面と下面とに位置する補強層またはビードコアの剛性を適切に設定すれば、上記嵌合圧の有効利用はある程度可能である。しかし、特許文献１および２に記載のビードコアを省略した手法では、カーカスプライがビード部のタイヤ軸方向厚みのほぼ中心に位置することになり、負荷時においてもカーカスプライに有効な張力が発生しないため、タイヤの操縦性に不可欠な横ばねが低下するという欠点がある。

また、特許文献８では、カーカスプライがタイヤ軸方向厚みの中心から外側に位置するため、横ばねの低下のみならず、負荷時に繰り返し圧縮応力がカーカスプライに加わることになり、カーカスプライの疲労耐久性を著しく損なうことになる。

そこで、本発明は、ビード部耐久性および操縦安定性を犠牲にすることなしに、ビード部構造の簡素化を実現したタイヤについて提案することを目的とする。

本発明の要旨は、次のとおりである。
（１）両ビード部にそれぞれ埋設した一対のビードコア間に、トロイド状に延びるカーカスを有するタイヤであって、該カーカスは、ビード部のタイヤ軸方向厚み中心のタイヤ内側を通ってビードコアのタイヤ内側面に至り、ビードコアをタイヤの内側から外側に貫通してビードコアのビードベース側の面に接して更に延び、ビードコアのタイヤ径方向最内端より３mm以上20mm以下の範囲で突き出して終点となる経路にて、ビードコアと結合して成ることを特徴とするタイヤ。

（２）上記（１）において、さらに、ビードコアのビードベース側の面に接するカーカス部分を覆う保護層を有することを特徴とするタイヤ。

（３）上記（２）において、前記保護層は、ビードベース面に平行な面上においてタイヤの周方向に対して浅い角度で延びるコードまたはワイヤーを平行配列したゴム引き層からなり、前記周方向の総剛性が、カーカスの貫通によって２分割されたビードコアのタイヤ内側部分の総剛性と同等以下であることを特徴とするタイヤ。

（４）上記（１）、（２）または（３）において、さらに、カーカスの貫通によって２分割されたビードコアのタイヤ外側部分の側面に沿って周方向補強層を配置したことを特徴とするタイヤ。

（５）上記（１）ないし（４）のいずれかにおいて、さらにカーカスの貫通によって２分割されたビードコアのタイヤ外側部分の側面に沿って周方向に対して１０°以上６０°以下の範囲で配置したコードまたはワイヤーの補強素子からなる補強層を設けたことを特徴とするタイヤ。

（６）上記（１）ないし（５）のいずれかに記載のタイヤを製造する際、ビードコアをビードワイヤーの連続巻回しにより成形するに当たり、カーカスの貫通によって２分割されるビードコアのタイヤ内側部分を形成した後、この部分にカーカスプライを圧着し、再度ビードワイヤーを連続巻回してカーカスの貫通によって２分割されるビードコアのタイヤ外側部分を形成することを特徴とするタイヤの製造方法。

（７）上記（６）において、ビードコアを成形後、該ビードコアの内周面に沿って、波型に型付けされたコードまたはワイヤーによる保護層を形成することを特徴とするタイヤの製造方法。

（８）上記（６）または（７）において、ビードコアを成形後、該ビードコアのタイヤ外側部分の側面に沿って、予張力をかけたコードまたはワイヤーによる周方向補強層を形成することを特徴とするタイヤの製造方法。

（９）上記（６）または（７）において、ビードコアを成形後、該ビードコアのタイヤ外側部分の側面に沿って、コードまたはワイヤーの補強素子からなる補強層を形成することを特徴とするタイヤ。

本発明によれば、ビード部耐久性および操縦安定性に優れ、かつビード部構造の簡素化を実現したタイヤを提供できる。

本発明のタイヤのビード部構造を示す図である。 保護層を追加したビード部構造を示す図である。 周方向補強層を追加したビード部構造を示す図である。 保護層および周方向補強層を追加したビード部構造を示す図である。 他のビード部構造を示す図である。 他のビード部構造を示す図である。 他のビード部構造を示す図である。 比較のビード部構造を示す図である。 従来のビード部構造を示す図である。 比較のビード部構造を示す図である。 比較のビード部構造を示す図である。 比較のビード部構造を示す図である。 比較のビード部構造を示す図である。

符号の説明

１ ビードコア
２ カーカス
３ 保護層
４ 周方向補強層

以下、本発明のタイヤについて、図面を参照して具体的に説明する。
すなわち、図１にタイヤのビード部を示すように、両ビード部にそれぞれ埋設した一対のビードコア１間に、トロイド状にカーカス２を張り渡すに当たり、該カーカス２は、ビード部のタイヤ軸方向厚み中心Ｏのタイヤ内側を通ってビードコア１のタイヤ内側面に至り、ビードコア１をタイヤの内側から外側へ貫通してビードコア１のビードベースＢ側の面に接して終点となる経路にて、ビードコア１と結合することが肝要である。

さて、ビードコア１とカーカス２との間のゴムの経年劣化によるカーカスプライの保持力低下を防ぐには、ビードコア１とカーカス２との間の圧着力を高める必要があり、それにはリムとの嵌合圧を有効利用するのがよい。何故ならば、ビード部近傍において定常的に作用している圧力は、空気圧および嵌合圧であり、また通常の場合、嵌合圧は空気圧の数倍程度の値を持つからである。この嵌合圧は、ビードコアのように高い周方向剛性を有するものがリムと嵌合する際に、周方向に伸ばされることに抵抗する力（いわゆるフープ応力）を発生源とするため、その最も有効な利用形態は、高い周方向剛性を有するビードコアとビードベースとの間にカーカスのプライ端を配置することである。

そこで、本発明では、この考えに基づき、ビードコア１のビードベースＢ側の面に接する位置までカーカス１のプライ端を延ばして配置してリムとの嵌合圧を有効活用することによって、カーカス１端部の固定を強固にした。

また、ビードコア１の近傍において、カーカス２がビード部のタイヤ軸方向厚み中心Ｏを境として、タイヤの内側または外側のいずれの側に存在するかは、操縦安定性およびカーカス自体の耐久性の観点から極めて重要な意味を持っている。すなわち、負荷時にビード部が倒れ込むことによりビード部に曲げが発生する状態において、カーカスがタイヤ軸方向厚み中心Ｏからタイヤ外側に位置する場合、カーカスは曲げの内側に位置することになり、操縦安定性にとって重要な特性である横ばねへ寄与するところの大きい、カーカスの張力が発生しないばかりか、繰り返しの圧縮応力が作用することでカーカス自体の疲労耐久性を著しく損ねてしまう。従って、これらの欠点を克服するには、ビード部近傍において、カーカスを曲げの外側に配置すること、すなわちタイヤ軸方向厚み中心Ｏからタイヤ内側に配置する必要がある。

ここで、以上の２つの要求を満たすには、例えば図８に示すようなカーカス２の配置が考えられるが、この場合カーカス２のプライ端を従来の巻き上げ構造と同様にタイヤの内側から外側へ折り返す必要があるため、製造面での簡素化を達成するのが難しくなるため、推奨することはできない。

この製造面での簡素化を達成するには、ビードコア１をビードワイヤーの連続巻回しにより成形するに当たり、ビードコアをタイヤ内側と外側の部分に２分割して成形することを考え、まずタイヤ内側部分（図１におけるビードコア部分１ａ）をビードワイヤーの連続巻回にて形成し、この部分１ａにカーカスプライ２を圧着したのち、再度ビードワイヤーを連続巻回してタイヤ外側部分（図１におけるビードコア部分１ｂ）を形成することが有利である。従って、ビードコア１の構造は、図１に示したように、ビードコア１のタイヤ内側面にからビードコア１をタイヤの内側から外側へ貫通してビードコア１のビードベースＢ側の面に接して終点となる経路上を、カーカス２が通るものとした。

かくして、本発明に従う経路にてカーカス２をビードコア１と結合することによって、製造の容易性を維持しながら、ビードコア１にカーカスを長期に渡って固定保持できるから、操縦安定性やカーカス自体の耐久性を確保できるのである。

ところで、極めて過酷な条件下でタイヤを使用した際に、リムとビードベース部がこすれることによってビードコア１のタイヤ内側部分１ａの下面部に接しているカーカス２のプライ端部が損傷することがあるため、図２に示すように、カーカス２のプライ端部を覆うように保護層３を配置することが望ましい。この保護層３の効果をより高めるには、ビードベース面に平行な面上において
タイヤの周方向に対して浅い角度で延びるコードまたはワイヤーを平行配列したゴム引き層とすることが好ましい。なぜなら、リムとビードベース部のこすれは、タイヤに加わる駆動力・制動力により生じる周方向の滑りを主体とするが、さらにタイヤに加わる横力により生じる、ビードベース面に平行な面上での軸方向への滑りも加わるので、保護層3は周方向の剛性と共にビードベース面に平行な面上での軸方向の剛性も必要だからである。

また、先に述べたような嵌合圧の有効利用の観点からは、カーカス２のプライ端部とビードベースＢとの間に高い周方向剛性を有する層があるのは好ましくないため、上記周方向の総剛性が、ビードコア１のタイヤ内側部分１ａの総剛性と同等以下であることが好ましい。

本発明に従うビード部構造によって横ばねは十分に確保されるが、更に横ばね常数を高めたい場合には、図３に示すように、ビードコア１のタイヤ外側部分１ｂの側面に沿って周方向補強層４を配置することが望ましい。この場合も、例えば補強層４を構成するコードまたはワイヤーをビードコア部分１ｂの側面に沿って連続的に巻回して該補強層４を形成すれば、製造の簡便さは維持される。

この周方向補強層４としては、例えばビードコアの外側側面に実質的に平行な面上において波形をなすコードまたはワイヤーを、互いに隣接させて周方向に配置する。

なお、上記保護層３および周方向補強層４は、必ずしも各々個別に形成する必要はなく、図４に示すように、保護層３および周方向補強層４を一体化した複合層とすることも可能である。その場合、例えば予め波型を片付けしたコードまたはワイヤーを用い、保護層の部分はこれをそのまま巻回して形成し、補強層部に至った時点でコードまたはワイヤーに予張力をかけて巻回することで、製造の容易性を更に高めることができると共に、保護層３部では周方向剛性を高めず補強層４部のみで周方向剛性を高くすることができる。

さらに、ビードコアをタイヤの内側から外側へ貫通するカーカス２の経路は、上記の図１に示した形状に限らず、図５に示す屈曲を小さくした形状や、図６に示すジグザグ状の屈曲形状、或いは図７に示す端末を延長した形状としてもよい。

表１に示す仕様のビード部を有するトラックおよびバス用１５°テーパラジアルタイヤ（チューブレスタイヤ）を、サイズ１１／７０Ｒ２２．５にて作製した。かくして得られたタイヤを供試タイヤとして、下記の手法にて長時間走行後のカーカスの保持力を評価した。

すなわち、内圧８．０ｋｇｆ／ｃｍ^２を充填したタイヤに荷重５０００ｋｇを負荷してドラムに押し当て、時速６０ｋｍ／ｈにて一定時間走行させ、走行前後でのタイヤショルダー部の周長の変化を測定した。ここで、走行によりビード部におけるカーカスの保持力が低下していれば、カーカスはショルダー部方向に移動するため、その結果としてショルダー部の周長が増える。従って、この値をカーカスの保持力を評価する指標とした。なお、測定した各タイヤの周長変化は、表１における従来例の変化量を１００としたときの指数で示す。また、同様の内圧および荷重において横ばねを測定した結果についても、従来例の横ばね値を１００としたときの指数表示で示す。

表１に示すように、発明例１〜４では、ショルダー部周長変化量がいずれも従来例とほぼ同等におさまっており、カーカスの保持力が長期に渡って維持されている。この内、発明例３はビードコア下面との接触面積が狭いために、他の発明例と比較すると周長変化量が若干大きい。また、発明例１〜４は横ばねも従来例と同等以上となっている。この内、ビードコア側面部に補強層を追加した発明例２は、横ばねが更に高い。

一方、比較例１および２（図１０および１１）は、カーカスのプライ端部がビードコア下面に配置されていないため、カーカスプライの保持力が長期に渡って維持できなかった結果、ショルダー部周長変化量が大きくなっている。また、比較例３および４（図１２および１３）は、カーカスが軸方向厚み中心Ｏよりもタイヤ外側に配置されているため、横ばねが低下している。この内、比較例３については走行途中でカーカスプライに疲労故障が生じたため、最後まで走行することができなかった。また、走行後のビードベース部の状態を観察した結果、カーカスプライ端部を覆うように保護層を配置したもの、およびカーカスプライ端部がビードコア下面に配置されていないものには異常が見られなかったが、プライ端部がビードコア下面に配置され、かつ保護層が配置されていないものについては、極めて微小なクラックが観察された。

Claims (9)

1. 両ビード部にそれぞれ埋設した一対のビードコア間に、トロイド状に延びるカーカスを有するタイヤであって、該カーカスは、ビード部のタイヤ軸方向厚み中心のタイヤ内側を通ってビードコアのタイヤ内側面に至り、ビードコアをタイヤの内側から外側に貫通してビードコアのビードベース側の面に接して更に延び、ビードコアのタイヤ径方向最内端より３mm以上20mm以下の範囲で突き出して終点となる経路にて、ビードコアと結合して成ることを特徴とするタイヤ。
2. 請求項１において、さらに、ビードコアのビードベース側の面に接するカーカス部分を覆う保護層を有することを特徴とするタイヤ。
3. 請求項２において、前記保護層は、ビードベース面に平行な面上においてタイヤの周方向に対して浅い角度で延びるコードまたはワイヤーを平行配列したゴム引き層からなり、前記周方向の総剛性が、カーカスの貫通によって２分割されたビードコアのタイヤ内側部分の総剛性と同等以下であることを特徴とするタイヤ。
4. 請求項１、２または３において、さらに、カーカスの貫通によって２分割されたビードコアのタイヤ外側部分の側面に沿って周方向補強層を配置したことを特徴とするタイヤ。
5. 請求項１ないし４のいずれかにおいて、さらにカーカスの貫通によって２分割されたビードコアのタイヤ外側部分の側面に沿って周方向に対して１０°以上６０°以下の範囲で配置したコードまたはワイヤーの補強素子からなる補強層を設けたことを特徴とするタイヤ。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のタイヤを製造する際、ビードコアをビードワイヤーの連続巻回しにより成形するに当たり、カーカスの貫通によって２分割されるビードコアのタイヤ内側部分を形成した後、この部分にカーカスプライを圧着し、再度ビードワイヤーを連続巻回してカーカスの貫通によって２分割されるビードコアのタイヤ外側部分を形成することを特徴とするタイヤの製造方法。
7. 請求項６において、ビードコアを成形後、該ビードコアの内周面に沿って、波型に型付けされたコードまたはワイヤーによる保護層を形成することを特徴とするタイヤの製造方法。
8. 請求項６または７において、ビードコアを成形後、該ビードコアのタイヤ外側部分の側面に沿って、予張力をかけたコードまたはワイヤーによる周方向補強層を形成することを特徴とするタイヤの製造方法。
9. 請求項６または７において、ビードコアを成形後、該ビードコアのタイヤ外側部分の側面に沿って、コードまたはワイヤーの補強素子からなる補強層を形成することを特徴とするタイヤ。

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