JP5683977B2 - 農業用タイヤ - Google Patents

Description

本発明は、農業用タイヤに係り、特に優れたカーカスプライの耐久性に優れた農業用タイヤに関する。

タイヤ軸方向断面におけるカーカスプライの形状（カーカスライン）について、曲率半径の異なる複数のカーカスラインを組み合わせた構造が開示されている（特許文献１，２参照）。またカーカスプライに用いられるスチールコードの撚り構造を最適化することによって、圧縮入力に対する耐疲労性を向上させる技術が開示されている（特許文献３参照）。

特開平６−１５６０１１号公報 特開平８−１４２６０２号公報 特開平１１−１１１０７号公報

しかしながら、上記した特許文献１，２に係る従来例は、乗用車用のタイヤに係り、耐偏摩耗性能や低燃費性能、振動乗り心地等の向上を目的したものであり、農業用タイヤとは用途や使用条件が異なる。農業用タイヤは、硬い道路ではなく、圃場等軟らかい土の上で走行に使用されるタイヤである。また農業用タイヤは、軟らかい土を掻くことでトラクションを発生させて進むために、トレッド形状がラグパターンであり、かつ乗車用タイヤと比較して低圧で使用される。

ところで、農業機械用車両の大型化に伴い、装着タイヤへの負荷荷重も増大している。その対策としては、タイヤの高内圧化や、タイヤサイズの大型化が挙げられる。これらの対策のうち、タイヤの高内圧化は、圃場におけるトラクションの低下や、土を踏み固めてしまうことによる圃場へのダメージが増大するため、限界がある。従って、タイヤの高負荷荷重への対応としては、タイヤサイズの大型化が一般的である。

一方、圃場におけるトラクションの確保や、土を踏み固めてしまうことによる圃場へのダメージの軽減を図るため、農業作業用車両向けのタイヤは、低内圧で使用される。従って、該タイヤのカーカスプライは、有機繊維を用いたものであることが一般的である。

有機繊維のカーカスプライは、コードの引張強力があまり大きくないため、タイヤの大型化に伴い、充填内圧に対する強力が足りなくなる。それを解消するために、一般にカーカスプライを複数層配置することで強力を確保している。しかしながら、タイヤが大型化すると、より多くのカーカスプライが必要となり、タイヤの重量化を招く。

一方、カーカスコードの強力を確保するためには、より高強力であるスチールコードを適用するという手段もある。しかしながら、低内圧で使用される農業作業用車両では、カーカスコードに圧縮力が作用する。スチールコードは、この圧縮力に弱い。カーカスコードにスチールコードを適用するために、例えば上記した特許文献３に記載の技術が存在するが、想定より大きな圧縮力が作用するような構造のタイヤにおいては、適用に限界がある。

本発明は、上記事実を考慮して、質量やコストを増加させることなく、カーカスラインの強力を確保し、高負荷荷重に対する耐久性を高めると共に、カーカスプライに対する圧縮力の入力を抑制できるようにすることを目的とする。

請求項１の発明は、カーカスコードとしてスチールコードが用いられ、タイヤ軸方向両側のビード部間をトロイド上に跨るカーカス本体部、及び該ビード部において外側に巻き返された巻返し部を有する１枚以上のカーカスプライと、ベルトコードとしてスチールコードが用いられ、該カーカスプライのクラウン域のタイヤ径方向外側に少なくとも２層設けられたベルト層と、該ベルト層のタイヤ径方向外側に設けられるトレッド部と、を有し、タイヤパターンの表面積の総和が、タイヤトレッド幅とタイヤ周長の積の４０％以下であり、扁平率が６５％〜７５％であり、正規リムに装着し、内圧を充填していない無負荷状態において、タイヤ赤道面から前記カーカス本体部のタイヤ軸方向最外側点までの距離をＷとし、前記タイヤ赤道面でのビードベース部から前記カーカス本体部までのタイヤ径方向高さをＤとし、前記タイヤ赤道面からタイヤ軸方向に０．６Ｗ離れた位置Ｐ１までの範囲の前記カーカスプライの曲率半径をＲ１とし、位置Ｐ１から、前記ビードベース部からタイヤ径方向外側に０．７Ｄの位置Ｐ２までの範囲の前記カーカス本体部の曲率半径をＲ２とし、位置Ｐ２から、前記ビードベース部からタイヤ径方向外側に０．３Ｄの位置Ｐ３までの範囲の前記カーカス本体部の曲率半径をＲ３としたとき、０．０７≦Ｒ２／Ｒ１≦０．１１、０．５≦Ｒ２／Ｒ３≦０．７である。

タイヤに作用する力をタイヤ周方向、タイヤ径方向、タイヤ幅方向に分けた場合、タイヤ周方向の力は主に車両の制駆動力により発生し、タイヤ径方向の力は主に充填内圧と車両重量による鉛直方向荷重により発生し、タイヤ幅方向の力は充填内圧と、車両旋回時の横力により発生する。

タイヤの周方向の力は、カーカスプライに対して略垂直に作用するため、カーカスプライに対して引張や圧縮の力を発生しない。

タイヤ径方向の力は、タイヤサイド部付近に引張や圧縮の力を発生させ、特に車両重量により発生する鉛直方向荷重は、カーカスプライに圧縮の力を発生させる。これは、タイヤ赤道面でのカーカス本体部のタイヤ径方向高さＤの３０％〜７０％の範囲、即ちカーカス本体部のカーカスラインがタイヤ径方向に伸びる位置で大きく作用する。

タイヤ幅方向の力は、タイヤ赤道面付近に引張や圧縮の力を発生させ、特に車両旋回時の横力は、タイヤ赤道面付近のカーカス本体部に圧縮の力を発生させる。これは、タイヤと路面が接地するトレッド部の直下でかつ、タイヤ赤道面からカーカス本体部のタイヤ軸方向最外側点までの距離Ｗの０％〜６０％の範囲、即ちカーカス本体部のカーカスラインがタイヤ軸方向に伸びる位置で大きく作用する。

また、充填内圧、鉛直方向荷重によってタイヤは変形し、カーカスプライには曲げの力も作用する。カーカスプライ（カーカス本体部）の曲げ応力は、一般的にはタイヤショルダー部からタイヤサイド部付近で最大となる。

ここで、タイヤショルダー部２６付近のカーカス本体部２２Ｂの曲率半径Ｒ２をタイヤ赤道面ＣＬ付近のカーカス本体部の曲率半径Ｒ１で除したＲ２／Ｒ１を、０．０７以上としたのは、これを下回ると、タイヤショルダー部付近の曲率半径Ｒ２が相対的に小さくなってしまい、内圧充填時にタイヤショルダー部付近のカーカス本体部に対して作用する引張の力が小さくなるからである。この場合、鉛直方向荷重によるタイヤの変形によって発生する曲げの力によって、最終的にタイヤショルダー部付近におけるカーカス本体部の曲げ内側部分に圧縮の力が作用し、該タイヤショルダー部付近でカーカスプライ破断の原因となる。

また、Ｒ２／Ｒ１を０．１１以下としたのは、これを上回ると、逆にカーカス本体部におけるタイヤ赤道面ＣＬ付近の曲率半径Ｒ１が相対的に小さくなってしまい、内圧充填時にタイヤ赤道面ＣＬ付近のカーカス本体部に対して作用する引張の力が小さくなるからである。この場合、車両旋回時に発生する横力により、最終的に圧縮の力がタイヤ赤道面ＣＬ付近におけるカーカス本体部に作用し、該タイヤ赤道面ＣＬ付近でカーカスプライ破断の原因となる。

次に、タイヤショルダー部２６付近のカーカス本体部２２Ｂの曲率半径Ｒ２をタイヤサイド部付近のカーカス本体部の曲率半径Ｒ３で除したＲ２／Ｒ３を０．５以上としたのは、これを下回ると、タイヤショルダー部２６付近の曲率半径Ｒ２が相対的に小さくなってしまい、内圧充填時にタイヤショルダー部２６付近のカーカス本体部２２Ｂに対して作用する引張の力が小さくなるからである。この場合、鉛直方向荷重によるタイヤの変形によって発生する曲げの力によって、最終的にタイヤショルダー部２６付近におけるカーカス本体部の曲げ内側部分に圧縮の力が作用し、該タイヤショルダー部２６付近でカーカスプライ破断の原因となる。

また、Ｒ２／Ｒ３を０．７以下としたのは、これを上回ると、逆にタイヤサイド部付近の曲率半径Ｒ３が相対的に小さくなってしまい、内圧充填時にタイヤサイド部付近のカーカス本体部に対して作用する引張の力が小さくなるからである。この場合、鉛直方向荷重により、最終的に圧縮の力がタイヤサイド部付近におけるカーカス本体部に作用し、該タイヤサイド部付近でカーカスプライ破断の原因となる。

請求項１に記載の農業用タイヤでは、曲率半径がＲ１であるタイヤ赤道面ＣＬ付近のカーカス本体部に対して大きな引張張力を作用させることにより、車両旋回時のカーカスプライへの圧縮入力を緩和し、旋回耐久性を向上させることができる。また、曲率半径がＲ２であるタイヤショルダー部２６付近や、曲率半径がＲ３であるタイヤサイド部付近のカーカス本体部に対して大きな引張張力を作用させることにより、車両旋回時も含めた走行時全般におけるカーカスプライへの圧縮入力を緩和し、耐久性を向上させることができる。

内圧充填時にカーカスプライに作用する引張張力の総和は内圧によって決まるので、一部だけ引張張力を大きくすると、その他の部分の引張張力が小さくなる。本発明のように、荷重時や、車両旋回時にカーカスプライの各部に作用する圧縮張力を考慮して、カーカスライン（カーカス本体部における各部の曲率）を設定することで、質量やコストを増加させることなく、カーカスラインの強力を確保し、高負荷荷重に対する耐久性を高めると共に、カーカスプライに対する圧縮力の入力を抑制できる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の農業用タイヤにおいて、前記ベルト層では、最も径方向内側の第１層ベルトと、その外側の第２層ベルトの前記タイヤ赤道面に対するベルトコード角度が、１０°〜３０°で互いに交錯している。

請求項２に記載の農業用タイヤでは、ベルト層におけるベルトコード角度が、乗用車用のタイヤで用いられるベルトコード角度に比べて小さく、タイヤ周方向に近づいているので、該タイヤ周方向のタガ効果により、タイヤクラウン部のタイヤ径方向変形を抑制することができる。

以上説明したように、本発明に係る請求項１に記載の農業用タイヤによれば、質量やコストを増加させることなく、カーカスラインの強力を確保し、高負荷荷重に対する耐久性を高めると共に、カーカスプライに対する圧縮力の入力を抑制できるようにすることができる、という優れた効果が得られる。

請求項２に記載の農業用タイヤによれば、タイヤクラウン部のタイヤ径方向変形を抑制することができる、という優れた効果が得られる。

農業用タイヤについて、タイヤ赤道面ＣＬの片側を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づき説明する。図１において、本実施形態に係る農業用タイヤ１０は、扁平率が６５％〜７５％であり、１枚以上のカーカスプライ１２と、少なくとも２層のベルト層１４と、トレッド部１６と、を有している。

カーカスプライ１２は、カーカスコードとしてスチールコード（図示せず）が用いられ、タイヤ軸方向両側のビード部１８間をトロイド上に跨るカーカス本体部２２、及び該ビード部１８においてビードコア２０の外側に巻き返された巻返し部２４を有している。巻返し部２４は、例えばタイヤサイド部２８の最大幅位置まで延びて終端している。

農業用タイヤ１０を正規リムに装着し、内圧を充填していない無負荷状態において、タイヤ赤道面ＣＬからカーカス本体部２２のタイヤ軸方向最外側点Ｐまでの距離をＷとし、タイヤ赤道面ＣＬでのビードベース部３０からカーカス本体部２２Ａまでのタイヤ径方向高さをＤとし、タイヤ赤道面ＣＬからタイヤ軸方向に０．６Ｗ離れた位置Ｐ１までの範囲のカーカスプライ１２の曲率半径をＲ１とし、位置Ｐ１から、ビードベース部３０からタイヤ径方向外側に０．７Ｄの位置Ｐ２までの範囲のカーカス本体部２２の曲率半径をＲ２とし、位置Ｐ２から、ビードベース部３０からタイヤ径方向外側に０．３Ｄの位置Ｐ３までの範囲のカーカス本体部２２の曲率半径をＲ３としたとき、０．０７≦Ｒ２／Ｒ１≦０．１１、０．５≦Ｒ２／Ｒ３≦０．７である。

ここで、タイヤショルダー部２６付近のカーカス本体部２２Ｂの曲率半径Ｒ２をタイヤ赤道面ＣＬ付近のカーカス本体部２２Ａの曲率半径Ｒ１で除したＲ２／Ｒ１を、０．０７以上としたのは、これを下回ると、タイヤショルダー部２６付近の曲率半径Ｒ２が相対的に小さくなってしまい、内圧充填時にタイヤショルダー部２６付近のカーカス本体部２２Ｂに対して作用する引張の力が小さくなるからである。この場合、鉛直方向荷重によるタイヤの変形によって発生する曲げの力によって、最終的にタイヤショルダー部２６付近におけるカーカス本体部２２Ｂの曲げ内側部分に圧縮の力が作用し、該タイヤショルダー部２６付近でカーカスプライ１２の破断の原因となる。

また、Ｒ２／Ｒ１を０．１１以下としたのは、これを上回ると、逆にカーカス本体部２２におけるタイヤ赤道面ＣＬ付近の曲率半径Ｒ１が相対的に小さくなってしまい、内圧充填時にタイヤ赤道面ＣＬ付近のカーカス本体部２２Ａに対して作用する引張の力が小さくなるからである。この場合、車両旋回時に発生する横力により、最終的に圧縮の力がタイヤ赤道面ＣＬ付近におけるカーカス本体部２２Ａに作用し、該タイヤ赤道面ＣＬ付近でカーカスプライ１２の破断の原因となる。

次に、タイヤショルダー部２６付近のカーカス本体部２２Ｂの曲率半径Ｒ２をタイヤサイド部２８付近のカーカス本体部２２Ｃの曲率半径Ｒ３で除したＲ２／Ｒ３を０．５以上としたのは、これを下回ると、タイヤショルダー部２６付近の曲率半径Ｒ２が相対的に小さくなってしまい、内圧充填時にタイヤショルダー部２６付近のカーカス本体部２２Ｂに対して作用する引張の力が小さくなるからである。この場合、鉛直方向荷重によるタイヤの変形によって発生する曲げの力によって、最終的にタイヤショルダー部２６付近におけるカーカス本体部２２Ｂの曲げ内側部分に圧縮の力が作用し、該タイヤショルダー部２６付近でカーカスプライ１２の破断の原因となる。

また、Ｒ２／Ｒ３を０．７以下としたのは、これを上回ると、逆にタイヤサイド部２８付近の曲率半径Ｒ３が相対的に小さくなってしまい、内圧充填時にタイヤサイド部２８付近のカーカス本体部２２Ｃに対して作用する引張の力が小さくなるからである。この場合、鉛直方向荷重により、最終的に圧縮の力がタイヤサイド部２８付近におけるカーカス本体部２２Ｃに作用し、該タイヤサイド部２８付近でカーカスプライ１２の破断の原因となる。

なお、本実施形態において、「正規リム」とは、米国のタイヤとリムの協会ＴＲＡが発行する２０１０年版のＹＥＡＲ ＢＯＯＫに定められた適用サイズにおける標準リムを指す。「正規荷重」及び「正規内圧」とは、同様のＹＥＡＲ ＢＯＯＫに定められた適用サイズ・プライレーティングにおける最大荷重及び最大荷重に対する空気圧を指す。使用地又は製造地において、ＪＡＴＭＡ規格、ＥＴＲＴＯ規格が適用される場合は、各々の規格に従う。

内圧の充填は、空気により行われるが、この空気を窒素ガス等の不活性ガスその他に置換することも可能である。

次に、ベルト層１４は、ベルトコードとしてスチールコード（図示せず）が用いられ、該カーカスプライ１２のクラウン域のタイヤ径方向外側に設けられている。図示は省略するが、ベルト層１４では、最も径方向内側の第１層ベルト３１と、その外側の第２層ベルト３２のタイヤ赤道面ＣＬに対するベルトコード角度が、１０°〜３０°で互いに交錯している。

トレッド部１６は、ベルト層１４のタイヤ径方向外側に設けられている。トレッド部１６におけるタイヤパターン（図示せず）の表面積の総和は、トレッド幅とタイヤ周長の積の４０％以下である。

ここで、「トレッド幅」とは、トレッド幅とは、農業用タイヤ１０を正規リムに装着し、正規内圧を充填し、静止した状態で平板（図示せず）に対し垂直に置き、正規荷重を加えたときのタイヤ接触面のタイヤ軸方向の最大幅をいう。

（作用）
本実施形態は、上記のように構成されており、以下その作用について説明する。タイヤに作用する力をタイヤ周方向、タイヤ径方向、タイヤ幅方向に分けた場合、タイヤ周方向の力は主に車両の制駆動力により発生し、タイヤ径方向の力は主に充填内圧と車両重量による鉛直方向荷重により発生し、タイヤ幅方向の力は充填内圧と、車両旋回時の横力により発生する。

タイヤの周方向の力は、カーカスプライ１２に対して略垂直に作用するため、カーカスプライ１２に対して引張や圧縮の力を発生しない。

タイヤ径方向の力は、タイヤサイド部２８付近に引張や圧縮の力を発生させ、特に車両重量により発生する鉛直方向荷重は、カーカスプライ１２に圧縮の力を発生させる。これは、タイヤ赤道面ＣＬでのカーカス本体部２２Ａのタイヤ径方向高さＤの３０％〜７０％の範囲、即ちカーカス本体部２２のカーカスラインがタイヤ径方向に伸びる位置で大きく作用する。

タイヤ幅方向の力は、タイヤ赤道面ＣＬ付近に引張や圧縮の力を発生させ、特に車両旋回時の横力は、タイヤ赤道面ＣＬ付近のカーカス本体部２２Ａに圧縮の力を発生させる。これは、タイヤと路面が接地するトレッド部１６の直下でかつ、タイヤ赤道面ＣＬからカーカス本体部２２のタイヤ軸方向最外側点までの距離Ｗの０％〜６０％の範囲、即ちカーカス本体部２２のカーカスラインがタイヤ軸方向に伸びる位置で大きく作用する。

また、充填内圧、鉛直方向荷重によってタイヤは変形し、カーカスプライ１２には曲げの力も作用する。カーカスプライ１２（カーカス本体部２２）の曲げ応力は、一般的にはタイヤショルダー部２６からタイヤサイド部２８付近で最大となる。

本実施形態に係る農業用タイヤ１０では、曲率半径がＲ１であるタイヤ赤道面ＣＬ付近のカーカス本体部２２Ａに対して大きな引張張力を作用させることにより、車両旋回時のカーカスプライ１２への圧縮入力を緩和し、旋回耐久性を向上させることができる。また、曲率半径がＲ２であるタイヤショルダー部２６付近のカーカス本体部２２Ｂや、曲率半径がＲ３であるタイヤサイド部２８付近のカーカス本体部２２Ｃに対して大きな引張張力を作用させることにより、車両旋回時も含めた走行時全般におけるカーカスプライ１２（カーカス本体部２２）への圧縮入力を緩和し、耐久性を向上させることができる。

内圧充填時にカーカスプライ１２に作用する引張張力の総和は内圧によって決まるので、一部だけ引張張力を大きくすると、その他の部分の引張張力が小さくなる。本実施形態のように、荷重時や、車両旋回時にカーカスプライ１２の各部に作用する圧縮張力を考慮して、カーカスライン（カーカス本体部２２における各部の曲率）を設定することで、質量やコストを増加させることなく、カーカスラインの強力を確保し、高負荷荷重に対する耐久性を高めると共に、カーカスプライ１２に対する圧縮力の入力を抑制できる。

更に、ベルト層１４におけるベルトコード角度が、乗用車用のタイヤで用いられるベルトコード角度に比べて小さく、タイヤ周方向に近づいているので、該タイヤ周方向のタガ効果により、タイヤクラウン部のタイヤ径方向変形を抑制することができる。

（試験例）
表１に示す諸元を有する、サイズが７１０／７０Ｒ４２のタイヤの実施例及び比較例１〜６のそれぞれにつき、カーカスプライ耐久性の評価試験を行ったところ表２に示す結果を得た。

なお、これらのタイヤの評価は、各タイヤを、ＤＷ２３Ａ×４２のリムに装着した条件で行い、破壊圧試験は、タイヤ内面に水を充填し、タイヤが破壊したときの水圧を測定した。

カーカスプライの耐久性試験は、ドラム試験にて空気圧１００ｋＰａとした条件の下にて行い、充填空気圧（正規内圧）に相当するＴＲＡ負荷荷重（正規荷重）×１．２倍[ｋｇｆ]の負荷荷重とし、１０度のスリップアングルを左右に１０秒毎に付加し、時速１６ｋｍで２６０００ｋｍ走行した際のカーカスプライコードの塑性変形や破断の有無を測定した。なお、２６０００ｋｍ走行前に故障した際には、故障までの走行距離及び故障時のプライコードの塑性変形や破断の有無を測定した。

なお、表１におけるタイヤ破壊圧及びタイヤ質量の数値は、それぞれ実施例を１００とした指数で示されている。

表２によれば、実施例タイヤは、タイヤ破壊圧の低下、タイヤ重量の増加等を生じることなく、カーカスプライに作用する引張応力を大きくし、曲げ応力を低減させることで、カーカスプライの耐久性を向上させることが可能であることが明らかである。

１０ 農業用タイヤ
１２ カーカスプライ
１４ ベルト層
１６ トレッド部
１８ ビード部
２２ カーカス本体部
２２Ａ カーカス本体部
２２Ｂ カーカス本体部
２２Ｃ カーカス本体部
３０ ビードベース部
３１ 第１層ベルト
３２ 第２層ベルト
ＣＬ タイヤ赤道面
Ｄ 径方向高さ
Ｐ タイヤ軸方向最外側点
Ｐ１ 位置
Ｐ２ 位置
Ｐ３ 位置
Ｒ１ 曲率半径
Ｒ２ 曲率半径
Ｒ３ 曲率半径
Ｗ 距離

Claims (2)

1. カーカスコードとしてスチールコードが用いられ、タイヤ軸方向両側のビード部間をトロイド上に跨るカーカス本体部、及び該ビード部において外側に巻き返された巻返し部を有する１枚以上のカーカスプライと、
   ベルトコードとしてスチールコードが用いられ、該カーカスプライのクラウン域のタイヤ径方向外側に少なくとも２層設けられたベルト層と、
   該ベルト層のタイヤ径方向外側に設けられるトレッド部と、を有し、
   タイヤパターンの表面積の総和が、タイヤトレッド幅とタイヤ周長の積の４０％以下であり、
   扁平率が６５％〜７５％であり、
   正規リムに装着し、内圧を充填していない無負荷状態において、タイヤ赤道面から前記カーカス本体部のタイヤ軸方向最外側点までの距離をＷとし、前記タイヤ赤道面でのビードベース部から前記カーカス本体部までのタイヤ径方向高さをＤとし、
   前記タイヤ赤道面からタイヤ軸方向に０．６Ｗ離れた位置Ｐ１までの範囲の前記カーカスプライの曲率半径をＲ１とし、
   位置Ｐ１から、前記ビードベース部からタイヤ径方向外側に０．７Ｄの位置Ｐ２までの範囲の前記カーカス本体部の曲率半径をＲ２とし、
   位置Ｐ２から、前記ビードベース部からタイヤ径方向外側に０．３Ｄの位置Ｐ３までの範囲の前記カーカス本体部の曲率半径をＲ３としたとき、
   ０．０７≦Ｒ２／Ｒ１≦０．１１、
   ０．５≦Ｒ２／Ｒ３≦０．７
   である農業用タイヤ。
2. 前記ベルト層では、最も径方向内側の第１層ベルトと、その外側の第２層ベルトの前記タイヤ赤道面に対するベルトコード角度が、１０°〜３０°で互いに交錯している請求項１に記載の農業用タイヤ。

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