JP4908809B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、カーカスプライがビードコアに巻き付けられたＷＩＮＤビードを有する重荷重用の空気入りタイヤに関する。

従来の空気入りタイヤのビード部では、カーカスプライがビードコアで巻き返され、その折返し部がサイドウォール部の方向に延在しているものが一般的である。

その一方で、カーカスプライをビードコアで巻き返すのではなく、該ビードコアに巻き付けるようにした、所謂ＷＩＮＤビード構造が開示されている（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。

また、何れのビード部構造においても、ビードコアのタイヤ径方向外方に、スティフナーと呼ばれる補強用のゴム（例えば硬ゴムと軟ゴムが組み合わされている）が配置される場合がある。
特開２００１−１９１７５５号公報 特開２００１−１９１７５６号公報

ＷＩＮＤビード構造でない一般のビード部の構成では、タイヤに荷重が作用すると、ビード部全体が倒れ込み、カーカスプライのプライ端を故障核とした故障が発生する場合がある。このため、従来はスティフナーのうち硬ゴムの高さを高くする（硬ゴムの高さを、スティフナー全体の高さの略半分とする）ことで、荷重作用時のビード部の倒れ込みを抑制し、プライ端に生じる歪みを少しでも低減させようとしていた。

しかしながら、ＷＩＮＤビード構造の場合には、カーカスプライをビードコアに巻き付けているため、荷重作用時の該プライ端における故障は発生しないものの、上記のようにスティフナーの硬ゴム高さを高くしておくと、該硬ゴムとカーカスプライ（一対のビード部間に位置するカーカス本体部）との間の歪みが大きくなって、ここから故障が発生する場合があった。

本発明は、上記事実を考慮して、ＷＩＮＤビード構造を有する空気入りタイヤにおいて、荷重作用時にスティフナーの硬ゴム部とカーカス本体部との間に故障が発生することを防止して、ビード部の耐久性を向上させることを目的とする。

請求項１の発明は、一対のビード部間をトロイド状に跨って配設され前記ビード部間に位置するカーカス本体部と前記ビード部のビードコアに内側から外側に巻き回されると共に該ビードコアに沿って該ビードコアのタイヤ軸方向最外端よりもタイヤ軸方向内側に巻き付けられた巻込み部とを有する少なくとも１層のカーカスプライと、前記ビード部における前記カーカスプライの外側に配置されたチェーファー層と、硬さの異なる複数のゴム部を有し前記カーカス本体部のタイヤ軸方向外側かつ前記ビードコア及び／又は前記巻込み部から前記ビード部のタイヤ径方向外方に延在し、最も硬い硬ゴム部が、前記ビードコア及び／又は前記巻込み部と隣接して配置され、タイヤ軸方向断面において、前記硬ゴム部のうち前記ビードコア及び／又は前記巻込み部と接する底面の幅は、前記ビードコアの最大幅の５０乃至１００％であるスティフナーと、前記ビード部のうち、前記スティフナーと、前記巻込み部と、前記チェーファー層と、サイドウォール部のタイヤ外面に配設されたサイドウォールゴムとに囲まれた領域に配置された、前記スティフナーとは異なるゴムと、を有している。

ここで、硬ゴム部における底面の幅の下限をビードコアの最大幅の５０％としたのは、これを下回ると、ビード部の曲げ剛性が低過ぎて、荷重作用時のビード部の倒れ込み変形量が大きくなり、ビード部の耐久性が低下するからであり、上限を１００％としたのは、これを上回ると、ビード部のカーカスラインが設計目標よりタイヤ軸方向内側に入ってしまい、荷重作用時のビード部の倒れ込み変形量が大きくなってビード部の耐久性が確保できなくなるからである。

請求項１に記載の空気入りタイヤでは、スティフナーにおける硬ゴム部の底面幅を適切に設定しているので、ビード部の曲げ剛性が適正化される。このため、荷重作用時のビード部の倒れ込み変形量が少なくなり、ビード部の耐久性が向上する。

請求項２の発明は、請求項１に記載の空気入りタイヤにおいて、タイヤ軸方向断面において、前記ビードコアは、断面が六角形に形成され、前記ビードコアのタイヤ径方向内側となるビードコア底面のタイヤ軸方向最外側の点と該ビードコアのタイヤ径方向外側となるビードコア上面のタイヤ軸方向最内側の点とを結んだ直線を基準とし、該直線と直角方向における前記硬ゴム部の高さは、タイヤ断面高さの７．５乃至２０％であることを特徴としている。

ここで、硬ゴム部の高さの下限をタイヤ断面高さの７．５％としたのは、これを下回ると、ビード部の倒れ込み変形量が大きくなり、ビード部の耐久性が低下するからであり、上限をタイヤ断面高さの２０％としたのは、これを上回ると、荷重作用時に歪みが最も大きくなる領域に硬ゴム部の端が近づき、硬ゴム部とカーカスプライ間の故障が生じ易くなるからである。

請求項２に記載の空気入りタイヤでは、硬ゴム部の高さを適切に設定しているので、荷重作用時に硬ゴム部とカーカスプライとの間に大きな歪みが発生せず、この部分からの故障の発生を抑制できる。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の空気入りタイヤにおいて、タイヤ軸方向断面において、前記ビードコアは、断面が六角形に形成され、前記ビードコアのタイヤ径方向内側となるビードコア底面のタイヤ軸方向最外側の点と該ビードコアのタイヤ径方向外側となるビードコア上面のタイヤ軸方向最内側の点とを結んだ直線を基準とし、該直線と直角方向における前記スティフナーの高さは、タイヤ断面高さの２５乃至４５％であることを特徴としている。

ここで、スティフナーの高さの下限をタイヤ断面高さの２５％としたのは、これを下回ると、スティフナーにおける硬ゴム部と該硬ゴム部以外のゴム部との境界面が剥離し易くなるからであり、また、上限をタイヤ断面高さの４５％としたのは、これを上回ると、ビード部のカーカスラインが設計目標よりタイヤ軸方向内側に入ってしまい、荷重作用時のビード部の倒れ込み変形量が大きくなってビード部の耐久性が確保できなくなるからである。

請求項３に記載の空気入りタイヤでは、スティフナーの高さを適切に設定しているので、荷重作用時に、スティフナーにおける硬ゴム部とそれ以外のゴム部との境界面で剥離が起きず、かつビード部の耐久性も確保できる。

請求項４の発明は、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の空気入りタイヤにおいて、前記硬ゴム部の５０％伸長モジュラスは、５．５乃至７．０ＭＰａであり、前記スティフナーにおける前記硬ゴム部以外のゴム部の５０％伸長モジュラスは、０．５乃至２．５ＭＰａであることを特徴としている。

ここで、スティフナーにおける硬ゴム部及び該硬ゴム部以外のゴム部の５０％伸長モジュラスに下限を設けたのは、これを下回ると、荷重作用時のビード部の倒れ込み変形量が大きくなってビード部の耐久性が確保できないからである。また、上限を設けたのは、これを上回ると、スティフナーが硬くなり過ぎて該スティフナー自体の破壊が生じ易くなるからである。

請求項４に記載の空気入りタイヤでは、スティフナーの各ゴム部の５０％伸長モジュラスを適切に設定しているので、スティフナーが破壊し難く、かつビード部の耐久性が確保される。

請求項５の発明は、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の空気入りタイヤにおいて、前記硬ゴム部と前記カーカス本体部との間に５０％伸長モジュラスが０．５乃至２．５ＭＰａの緩衝ゴム層が配置され、前記硬ゴム部のタイヤ径方向最外側端における前記緩衝ゴム層の厚さは、０．５乃至１０ｍｍであることを特徴としている。

ここで、緩衝ゴム層の５０％伸長モジュラスの下限を０．５ＭＰａとしたのは、これを下回ると、ビード部の剛性が低く、倒れ込み変形が大きくなり、耐久性を確保できないからであり、上限を２．５ＭＰａとしたのは、これを上回ると、荷重時に硬ゴム部とカーカスプライとの境界面で剥離が生じ易くなるからである。

また、緩衝ゴム層の厚さの下限を０．５ｍｍとしたのは、これを下回ると、硬ゴム部とカーカス本体部との間のせん断歪みが大きくなるからであり、上限を１０ｍｍとしたのは、これを上回ると、ビード部の発熱が大きくなって故障し易くなるからである。

請求項５に記載の空気入りタイヤでは、硬ゴム部とカーカス本体部との間に緩衝ゴム層を適切に配置しているので、荷重作用時における硬ゴム部とカーカス本体部との間のせん断歪みの増大を抑制でき、割れを防止することができる。

以上説明したように、本発明の空気入りタイヤによれば、ＷＩＮＤビード構造を有する空気入りタイヤにおいて、荷重作用時にスティフナーの硬ゴム部とカーカス本体部との間に故障が発生することを防止でき、ビード部の耐久性を向上させることができるという優れた効果を有する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
［第１実施形態］
図１において、本実施の形態に係る空気入りタイヤ１００は、ＷＩＮＤビード構造を有しており、具体的には、一対のビード部１２間をトロイド状に跨って配設されビード部１２間に位置するカーカス本体部１４Ａとビード部１２のビードコア１６に内側から外側に巻き回されると共に該ビードコア１６に沿って該ビードコア１６のタイヤ軸方向最外端よりもタイヤ軸方向内側に巻き付けられた巻込み部１４Ｂとを有する少なくとも１層のカーカスプライ１４と、硬さの異なる複数のゴム部（硬ゴム部２８と軟ゴム部３０）を有しカーカス本体部１４Ａのタイヤ軸方向外側かつビードコア１６及び／又は巻込み部１４Ｂからビード部１２のタイヤ径方向外方に延在するスティフナー１８とを有している。

ビード部１２におけるカーカスプライ１４の外側には、例えばワイヤーからなる第１チェーファー２０Ａ及び例えば有機繊維からなる第２チェーファー２０Ｂを有するチェーファー層２０が配置され、該チェーファー層２０はゴムチェーファー２２により覆われている。また、ゴムチェーファー２２に連なって、タイヤ内面にはインナーライナー２４が配設され、サイドウォール部１０のタイヤ外面には夫々サイドウォールゴム２６が配設されている。

スティフナー１８における最も硬い硬ゴム部２８は、ビードコア１６及び／又は巻込み部１４Ｂと隣接して配置され、タイヤ軸方向断面において、硬ゴム部２８のうちビードコア１６及び／又は巻込み部１４Ｂと接する底面２８Ａの幅ｗは、ビードコア１６の最大幅Ｗの５０乃至１００％である。

底面２８Ａの幅ｗは、例えばビード部１２のビードベース面１２Ａと平行な方向における幅である。本実施形態では、図１に示されるように、ビードコア１６の最大幅Ｗの方向も、ビードベース面１２Ａと略平行となっている。

ここで、硬ゴム部２８における底面２８Ａの幅の下限をビードコア１６の最大幅の５０％としたのは、これを下回ると、ビード部１２の曲げ剛性が低過ぎて、荷重作用時のビード部１２の倒れ込み変形量が大きくなり、ビード部１２の耐久性が低下するからであり、上限を１００％としたのは、これを上回ると、ビード部１２のカーカスライン（カーカス本体部１４Ａがなす輪郭形状）が設計目標よりタイヤ軸方向内側に入ってしまい、荷重作用時のビード部１２の倒れ込み変形量が大きくなってビード部１２の耐久性が確保できなくなるからである。

硬ゴム部２８の底面２８Ａは、スティフナー１８の底面も兼ねており、ビード部１２のうち、例えば該スティフナー１８、巻込み部１４Ｂ、チェーファー層２０及びサイドウォールゴム２６に囲まれた領域には、スティフナー１８とは異なるゴム３４が配置されている。ゴム３４を配置したのは、第１チェーファー２０Ａのワイヤーコード及び第２チェーファー２０Ｂの有機繊維コードとの接着をよくするためである。ゴム３４の高さｈ３は、硬ゴム部２８の高さｈ１よりも高く、軟ゴム部３０の高さｈ２よりも低く設定されている。これは、ゴム３４の高さｈ３が硬ゴム部２８よりも低いと、第２チェーファー２０Ｂのコードとの接着性が悪くなると共に、第２チェーファー２０Ｂと軟ゴム部３０とが直接接触してしまい、セパレーションを発生させる可能性があるからである。また、ゴム３４の高さｈ３が軟ゴム部３０の高さｈ２よりも高いと、ゴム３４が入り込んだ分だけカーカス１４がタイヤ内側に入ってしまい、これによって荷重時のビード部１２の倒れ込み変形が大きくなり、耐久性を確保できないからである。

タイヤ軸方向断面において、ビードコア１６は、断面が六角形に形成されている。ビードコア１６のタイヤ径方向内側となるビードコア底面１６Ａのタイヤ軸方向最外側の点Ａと該ビードコア１６のタイヤ径方向外側となるビードコア上面１６Ｂのタイヤ軸方向最内側の点Ｂとを結んだ直線ＢＬを基準とすると、該直線ＢＬと直角方向における硬ゴム部２８の高さｈ１は、タイヤ断面高さ（図示せず）の７．５乃至２０％である。

ここで、硬ゴム部２８の高さｈ１の下限をタイヤ断面高さの７．５％としたのは、これを下回ると、ビード部１２の倒れ込み変形量が大きくなり、ビード部１２の耐久性が低下するからであり、上限をタイヤ断面高さの２０％としたのは、これを上回ると、荷重作用時に歪みが最も大きくなる領域（スティフナー１８とカーカス本体部１４Ａとの境界面３８のうち、タイヤ径方向外側寄りの領域）に硬ゴム部２８の端が近づき、硬ゴム部２８とカーカスプライ１４間の故障が生じ易くなるからである。

また、タイヤ軸方向断面において、直線ＢＬと直角方向におけるスティフナー１８の高さ（軟ゴム部３０の高さ）ｈ２は、タイヤ断面高さの２５乃至４５％である。

ここで、スティフナー１８の高さｈ２の下限をタイヤ断面高さの２５％としたのは、これを下回ると、スティフナー１８における硬ゴム部２８と軟ゴム部３０（該硬ゴム部２８以外のゴム部）との境界面３６が剥離し易くなるからであり、また、上限をタイヤ断面高さの４５％としたのは、これを上回ると、ビード部１２のカーカスラインが設計目標よりタイヤ軸方向内側に入ってしまい、荷重作用時のビード部１２の倒れ込み変形量が大きくなってビード部１２の耐久性が確保できなくなるからである。

硬ゴム部２８の５０％伸長モジュラスは、５．５乃至７．０ＭＰａであり、軟ゴム部３０の５０％伸長モジュラスは、０．５乃至２．５ＭＰａである。

ここで、スティフナー１８における硬ゴム部２８及び軟ゴム部３０の５０％伸長モジュラスに下限を設けたのは、これを下回ると、荷重作用時のビード部１２の倒れ込み変形量が大きくなってビード部１２の耐久性が確保できないからである。また、上限を設けたのは、これを上回ると、スティフナー１８が硬くなり過ぎて該スティフナー１８自体の破壊が生じ易くなるからである。

なお、第１チェーファー２０Ａのタイヤ内側端部は、硬ゴム部２８の高さｈ１よりも高い位置にあり、タイヤ外側端部は高さｈ１よりも低い位置にある。これは、タイヤ内側においてはビード部１２をより強固に補強するためであり、タイヤ内側においては、チェーファー端にセパレーションが生じないようにするためである。

また、第２チェーファー２０Ｂのタイヤ内側端部は、第１チェーファー２０Ａとは逆に、硬ゴム部２８の高さｈ１よりも低く、直線ＢＬよりも低い位置にあり、タイヤ外側端部は、硬ゴム部２８の高さｈ１と同等又はわずかに上回る程度の位置にあって、第１チェーファー２０Ａを覆っている。これは、タイヤ外側では第１チェーファー２０Ａの端部でセパレーションが生じ易いので、これを押さえ込むためである。
（作用）
本実施形態に係る空気入りタイヤ１００では、スティフナー１８における硬ゴム部２８の底面２８Ａの幅を適切に設定しているので、ビード部１２の曲げ剛性が、強すぎずかつ弱すぎないように適正化される。このため、荷重作用時のビード部１２の倒れ込み変形量が少なくなり、ビード部１２の耐久性が向上する。

また、スティフナー１８において、硬ゴム部２８の高さｈ１を適切に設定しているので、荷重作用時に硬ゴム部２８とカーカスプライ１４との間に大きな歪みが発生せず、この部分からの故障の発生を抑制できる。

更に、スティフナー１８の高さｈ２も適切に設定しているので、荷重作用時に、スティフナー１８における硬ゴム部２８と軟ゴム部３０との境界面３６で剥離が起きず、かつビード部１２の耐久性も確保できる。

そして、スティフナー１８の各ゴム部の５０％伸長モジュラスを適切に設定しているので、スティフナー１８が破壊し難く、かつビード部１２の耐久性が確保される。
［第２実施形態］
図２において、空気入りタイヤ２００の硬ゴム部２８とカーカス本体部１４Ａとの間には、５０％伸長モジュラスが０．５乃至２．５ＭＰａの緩衝ゴム層３２が配置され、硬ゴム部２８のタイヤ径方向最外側端２８Ｂにおける緩衝ゴム層３２の厚さは、０．５乃至１０ｍｍである。

ここで、緩衝ゴム層３２の５０％伸長モジュラスの下限を０．５ＭＰａとしたのは、これを下回ると、ビード部１２の剛性が低く、倒れ込み変形が大きくなり、耐久性を確保できないからであり、上限を２．５ＭＰａとしたのは、これを上回ると、荷重時に硬ゴム部２８とカーカスプライ１４との境界面で剥離が生じ易くなるからである。

また、緩衝ゴム層３２の厚さの下限を０．５ｍｍとしたのは、これを下回ると、硬ゴム部２８とカーカス本体部１４Ａとの間のせん断歪みが大きくなるからであり、上限を１０ｍｍとしたのは、これを上回ると、ビード部１２の発熱が大きくなって故障し易くなるからである。

緩衝ゴム層３２は、硬ゴム部２８とカーカス本体部１４Ａとの間だけでなく、軟ゴム部３０とカーカス本体部１４Ａとの間に、例えば硬ゴム部２８の高さｈ１に対して略２倍程度の高さ位置まで延在している。

緩衝ゴム層３２の厚さが厚い場合には、その分だけ硬ゴム部２８の位置がタイヤ軸方向外側に寄ると共に、該硬ゴム部２８が寄った分だけ軟ゴム部３０が部分的に薄くなる。そうすると、結果的に硬ゴム部２８よりも柔軟な軟ゴム部３０及び緩衝ゴム層３２によって、硬ゴム部２８が略タイヤ軸方向の両側から挟まれるような状態となり、ビード部１２の耐久性が増す。

他の部分は、第１実施形態と同様であるので、同一の部分には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。
（作用）
本実施形態に係る空気入りタイヤ２００では、硬ゴム部２８とカーカス本体部１４Ａとの間に緩衝ゴム層３２を適切に配置しているので、荷重作用時における硬ゴム部２８とカーカス本体部１４Ａとの間のせん断歪みの増大を抑制でき、割れを防止することができる。
（試験例）
表１に示す条件で、実施例、従来例１及び従来例２に係るタイヤを試作し、ビード部耐久試験を行った。タイヤサイズは、何れも４３５／４５Ｒ２２．５である。

ビードコアの最大幅Ｗは２０ｍｍであり、硬ゴム部底面幅ｗは、その６５％の１３ｍｍとした。硬ゴム部と軟ゴム部の５０％伸長モジュラスは、夫々５ＭＰａ、１．０ＭＰａである。表１において、軟ゴム部厚さとは、硬ゴム部高さｈ１における軟ゴム部の厚さを指す。

試験は、タイヤの内圧を９００ｋＰａとし、ドラム試験機上で５０００ｋｇｆ（４９ｋＮ）の荷重を作用させた状態で、一定速度で６０分間走行後、ビード部に故障がなかった場合に１０ｋｍ／ｈずつ速度を上げて行き、故障しなかった最高速度を測定した。試験結果は、従来例１を１００とした指数により示しており、数値が大きいほど良好な結果であることを示している。

この試験例によれば、本発明の実施例は、従来例１に対して３３％のビード部耐久性向上が確認できた。従来例２は硬ゴム部の高さが高すぎるため、従来例１よりもビード部耐久性が低下している。

第１実施形態に係る空気入りタイヤのビード部を示す断面図である。 第２実施形態に係る空気入りタイヤのビード部を示す断面図である。

符号の説明

１０ サイドウォール部
１２ ビード部
１４ カーカスプライ
１４Ａ カーカス本体部
１４Ｂ 巻込み部
１６ ビードコア
１６Ａ 底面
１６Ｂ 上面
１８ スティフナー
２０ チェーファー層
２６ サイドウォールゴム
２８ 硬ゴム部
２８Ａ 底面
２８Ｂ タイヤ径方向最外側端
３０ 軟ゴム部（硬ゴム部以外のゴム部）
３２ 緩衝ゴム層
３４ ゴム
３６ 境界面
３８ 境界面
１００ 空気入りタイヤ
２００ 空気入りタイヤ
Ａ ビードコア底面のタイヤ軸方向最外側の点
Ｂ ビードコア上面のタイヤ軸方向最内側の点
ＢＬ 直線
ｗ 硬ゴム部の底面の幅
Ｗ ビードコアの最大幅

Claims (5)

1. 一対のビード部間をトロイド状に跨って配設され前記ビード部間に位置するカーカス本体部と前記ビード部のビードコアに内側から外側に巻き回されると共に該ビードコアに沿って該ビードコアのタイヤ軸方向最外端よりもタイヤ軸方向内側に巻き付けられた巻込み部とを有する少なくとも１層のカーカスプライと、
   前記ビード部における前記カーカスプライの外側に配置されたチェーファー層と、
   硬さの異なる複数のゴム部を有し前記カーカス本体部のタイヤ軸方向外側かつ前記ビードコア及び／又は前記巻込み部から前記ビード部のタイヤ径方向外方に延在し、最も硬い硬ゴム部が、前記ビードコア及び／又は前記巻込み部と隣接して配置され、タイヤ軸方向断面において、前記硬ゴム部のうち前記ビードコア及び／又は前記巻込み部と接する底面の幅は、前記ビードコアの最大幅の５０乃至１００％であるスティフナーと、
   前記ビード部のうち、前記スティフナーと、前記巻込み部と、前記チェーファー層と、サイドウォール部のタイヤ外面に配設されたサイドウォールゴムとに囲まれた領域に配置された、前記スティフナーとは異なるゴムと、
   を有する空気入りタイヤ。
2. タイヤ軸方向断面において、前記ビードコアは、断面が六角形に形成され、
   前記ビードコアのタイヤ径方向内側となるビードコア底面のタイヤ軸方向最外側の点と該ビードコアのタイヤ径方向外側となるビードコア上面のタイヤ軸方向最内側の点とを結んだ直線を基準とし、該直線と直角方向における前記硬ゴム部の高さは、タイヤ断面高さの７．５乃至２０％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. タイヤ軸方向断面において、前記ビードコアは、断面が六角形に形成され、
   前記ビードコアのタイヤ径方向内側となるビードコア底面のタイヤ軸方向最外側の点と該ビードコアのタイヤ径方向外側となるビードコア上面のタイヤ軸方向最内側の点とを結んだ直線を基準とし、該直線と直角方向における前記スティフナーの高さは、タイヤ断面高さの２５乃至４５％であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空気入りタイヤ。
4. 前記硬ゴム部の５０％伸長モジュラスは、５．５乃至７．０ＭＰａであり、
   前記スティフナーにおける前記硬ゴム部以外のゴム部の５０％伸長モジュラスは、０．５乃至２．５ＭＰａであることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の空気入りタイヤ。
5. 前記硬ゴム部と前記カーカス本体部との間に５０％伸長モジュラスが０．５乃至２．５ＭＰａの緩衝ゴム層が配置され、
   前記硬ゴム部のタイヤ径方向最外側端における前記緩衝ゴム層の厚さは、０．５乃至１０ｍｍであることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の空気入りタイヤ。

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