JP4441333B2

JP4441333B2 - 空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP4441333B2
Application number: JP2004166121A
Authority: JP
Inventors: 恭彰國安
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2004-06-03
Filing date: 2004-06-03
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2024-06-03
Also published as: JP2005343334A

Description

本発明は、耐久性能を維持しながらタイヤ重量を軽減でき、しかも操縦安定性に優れた空気入りタイヤに関する。

省エネルギー、地球環境保全の観点からタイヤの軽量化が求められ、例えばサイドウォール部のゴムゲージを減じて軽量化を図ることが行われている。しかしながら、サイドウォールゴムの薄肉化によりタイヤ剛性の低下を招く。

これを補うため、カーカスコードの引張り強度を高めて操縦安定性を確保することが考えられるが、このようなカーカス材料の引張強度のアップは、カーカス材料に負担を強いることとなり、又カーカス材料は長期に亘り大きな荷重が作用するときの耐疲労性に優れるものではなく、タイヤ耐久の低下を招くことも考えられる。

またサイドウォール部の剛性を補強しうるものとして、本出願人は特許文献１により、フランジ高さ以下のビードエーペックスに連続してタイヤ半径方向外方にのびるとともに上端がサイドウオール部のタイヤ最大巾点より半径方向外方で途切れるゴム補強層を用いる空気入りタイヤを高めうる空気入りタイヤを提案している。

また本出願人は、操縦安定性と軽量化とを意図して、図３に示すようにビードエーペックスの半径方向外端のビードベースラインからの高さｈｂをタイヤ断面高さの０．２５倍以下、クリンチエーペックスの高さｈｃを前記高さｈｂより大とするタイヤを特許文献２により提案している。

特開平１１−２０４２４号公報特開２００１−１４６１０５号公報

しかしながら、特許文献１のタイヤはその改善が十分ではなく、又特許文献２のタイヤは、デュロメータＡ硬さについて、クリンチエーペックスをビードエーペックスよりも大としているため、クリンチエーペックスの剛性が大きく、曲げ特性に劣り、荷重負荷時のビード部外面での弾性曲げ変形を減じて、乗心地性を損ない、又ビード部のタイヤ外面での応力を増す結果となっている。

かかる観点について種々検討した結果、ビードエーペックスの形状について、その上方領域において薄肉部とし、かつ、特にクリンチエーペックスのゴム硬度をビードエーペックス硬度よりも小とすることによりビード部の曲げ中心を極力カーカスと近くでき、カーカスの歪、特に圧縮歪を減じうるタイヤを着想した。

本発明は、前記着想に基づき、カーカスの耐久性を保持し耐久性を高めうるとともに、タイヤ重量を軽減でき、しかも操縦安定性に優れた空気入りタイヤの提供を課題としている。

前記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、トレッド部からサイドウォール部をへてビード部のビードコアに至る本体部にこのビードコアの廻りでタイヤ内側から外側に折返えす折返し部を有しかつ並列されたカーカスコードを用いたカーカス、前記トレッド部内かつ前記カーカスの外側に配されるベルト層、前記ビードコアからカーカスの本体部と折返し部との間を通って半径方向外方にのびかつタイヤ軸方向外面が前記折返し部に近接するビードエーペックス、及びビード部から半径方向外側にのびかつタイヤ外面をなすクリンチエーペックスとを有する空気入りタイヤであって、前記カーカスコードは、引張試験において荷重６０Ｎを負荷させたときの伸びを２〜３％とし、かつ正規リムに組込み、かつ正規内圧の５％を充填した状態において、前記カーカスの折返し部の半径方向外端のビードベースラインからの折返し高さＨａは、前記タイヤ断面高さＨｔの０．６倍以下とするとともに、前記ビードエーペックスの半径方向外端のビードベースラインからのエーペックス高さＨｂは、タイヤの断面高さＨｔの０．３〜０．４倍の範囲とし、かつ該ビードエーペックスは、前記エーペックス高さＨｂの６５〜７５％の範囲の上方領域内の高さＨｐｂにあるビード上方点ＰｂでのＰｂ厚さＴｐｂを０．８〜１．５ｍｍとし、前記クリンチエーペックスは、前記ビード上方点Ｐｂと等しい高さのクリンチ上方点Ｐｃにおいて４．０〜５．０ｍｍの最大クリンチ厚さＴｃｍａｘを有し、しかも前記ビードエーペックスのデュロメータＡによるビード硬さＨｓｂを８０度〜９５度の範囲、クリンチエーペックスのデュロメータＡによるクリンチ硬さＨｓｃを６５度〜８５度の範囲かつ前記ビード硬さＨｓｂより小としたことを特徴としている。

又請求項２に係る発明は、前記カーカスの折返し部の半径方向外端のビードベースラインからの前記折返し高さＨａが、前記タイヤ断面高さＨｔの０．３５倍以上であることを特徴とし、かつ請求項３に係る発明は、前記クリンチエーペックスが、その半径方向外端のビードベースラインからのクリンチ高さＨｃを、前記エーペックス高さＨｂの７０〜８５％としたことを特徴とする。

カーカスは荷重６０Ｎを負荷させたときの伸びが２〜３％の高剛性カーカスコードを用いるため、サイドウォール部などのゴムゲージを減じてタイヤ軽量化を図る場合にもタイヤの剛性低下を抑制して操縦安定性の低下を防止できる。又このような高引張力の高剛性カーカスコードを用いることによる耐久性の低下を、ビード部の曲げ中心をカーカスに近づけ、カーカスに作用する曲げ応力、特に圧縮応力の作用を低減することにより抑制する。そのためにビードエーペックスの半径方向外端のビードベースラインからのエーペックス高さＨｂは、タイヤの断面高さＨｔの０．３〜０．４倍の範囲とし、かつ該ビードエーペックスは、前記エーペックス高さＨｂの６５〜７５％の範囲である上方領域内の高さＨｐｂにあるビード上方点ＰｂでのＰｂ厚さＴｐｂを０．８〜１．５ｍｍとしている。また、クリンチエーペックスを、ビード上方点Ｐｂと等しい高さのクリンチ点Ｐｃで４．０〜５．０ｍｍの最大クリンチ厚さＴｃｍａｘとし、かつクリンチエーペックスのデュロメータＡによるクリンチ硬さＨｓｃをビードエーペックスのビード硬さＨｓｂより小とすることにより、前記したように、ビード部の曲げ中心にカーカスを存在させうる。

また請求項２に係る発明により、タイヤ横剛性が向上して操縦安定性を維持でき、請求項３に係る発明により、タイヤ耐久性能、操縦安定性を確保しうる。

以下、本発明の実施の一形態を、図示に基づき説明する。図１は、本発明の空気入りタイヤ１（以下タイヤ１という）が正規リムＲにリム組みされたリム組状態におけるタイヤ子午線断面であって、本例ではタイヤ１が乗用車用タイヤとして形成された場合を例示している。

なお前記「正規リムＲ」（以下単にリムＲということがある）とは、タイヤが基づいている規格体系において、当該規格がタイヤ毎に定めているリムであり、例えばＪＡＴＭＡであれば標準リム、ＴＲＡであれば "Design Rim" 、或いはＥＴＲＴＯであれば "Measuring Rim"とする。

図１において、タイヤ１は、トレッド部２からサイドウォール部３をへてビード部４に至るカーカス６、前記トレッド部２内かつ前記カーカス６の外側に配されるベルト層７、ビードエーペックス９、及びビード部４から半径方向外側にのびかつタイヤ外面をなすクリンチエーペックス１０とを具える。

前記カーカス６は、前記トレッド部２からサイドウォール部３をへてビード部４のビードコア５に至る本体部６Ａに、このビードコア５の廻りでタイヤ内側から外側に折返えす折返し部６Ｂが設けられた１枚以上のカーカスプライ６ａ、本例では１枚のカーカスプライを用いている。

カーカスプライ６ａは、カーカスコード並列したコード並列体（図示せず）をトッピングゴムにより埋設し、かつカーカスコードをタイヤ赤道Ｃに対して例えば７０〜９０゜程度の角度で配設したラジアル又はセミラジアル配列の広巾プライであって、１層以上、本形態では１層のカーカスプライを用いている。

さらに、前記カーカスコードは、荷重６０Ｎを負荷させたときの伸びを２〜３％の範囲の高剛性の有機繊維コードを採用している。この値は、ＪＩＳＬ１０１７（化学繊維タイヤコード試験方法）の標準時試験に準じて行う。２％未満では、剛性が大となって耐久性能が低下するとともに乗り心地性を損ね、逆に３％を超えると、横剛性が低下し、かつ伸びが増すことにより耐疲労性を低下する。このようなコードは、コード太さが２０００〜４０００ｄ、撚り数が３０〜５０回／１０ｃｍの例えばポリエチレンテレフタレート繊維コード（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート繊維コード（ＰＥＮ）（ポリエチレン２，６ナフタレート繊維コード）、芳香族ポリエステル繊維コードなどが好適に使用できる。このような繊維コードは、通常、初期モジュラスを５．５〜１５．０ｇｆ／ｄとする。

このようなカーカスコードを５センチ当たり４０〜６５本程度の打込み本数のコード並列体として、厚さ（表面とコード間）を０．１０〜０．２５ｍｍとしたトッピングゴムに埋設している。なお、複素弾性率は、タイヤ周方向及びタイヤ半径方向を夫々長手方向とする４ｍｍ巾×３０ｍｍ長さ×１．５ｍｍ厚さの短冊状試料を切り取って、岩本製作所（株）製の粘弾性スペクトロメーターを用い、温度７０℃、周波数１０Ｈｚ、動歪±２％の条件で測定する。なおカーカスコードとして、前記条件を充足するものでありさえすると、スチールコードの他、他の有機繊維コード等も採用される。又「デュロメータＡ硬さ」とは、ＪＩＳ−Ｋ６２５３に基づくデュロメータータイプＡによるゴム硬さを意味する。

前記カーカスの折返し部６Ｂは、正規リムＲにリム組みして、正規内圧の５％が充填された状態で、半径方向外端のビードベースラインＢＬからの折返し高さＨａは、前記タイヤ断面高さＨｔの０．６倍以下としている。０．６倍を超えると、前記折返し部６Ｂの半径方向外端が荷重負荷時に歪量が最も大となるタイヤ肩部に位置するため、コード端ルースを生じ易く耐久性能を損なう恐れがある。また、前記折返し部６Ｂの半径方向外端のビードベースラインＢＬからの高さＨａは、前記タイヤ断面高さＨｔの０．３５倍以上とする。０．３５倍未満では、横剛性が不足して操縦安定性が低下する。

なお本形態では、ビード部４に、ビード部４のタイヤ軸方向内面からビード底面を覆ったのちカーカス６の折返し部６ｂのタイヤ軸方向外面を覆って立上がり、その外端がリムフランジＲＦの上端高さ位置近傍で終端するチェーファ１２を設けている。このチェーファ１２は、繊維糸を用いたネット状の織布をゴム引きしたものが好適であるが、耐摩耗性ゴムのシートも用いうる。

前記「正規内圧」とは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、各規格がタイヤ毎に定めている空気圧であり、ＪＡＴＭＡであれば最高空気圧、ＴＲＡであれば表 "TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES" に記載の最大値、ＥＴＲＴＯであれば "INFLATION PRESSURE" であるが、タイヤが乗用車用の場合には１８０ＫＰａとする。前記「ビードベースラインＢＬ」とは、ＪＡＴＭＡ等タイヤが基づく規格で定められるリム径を通るタイヤ軸方向線として定義される。また前記「タイヤ断面高さＨｔ」とは、正規内圧におけるタイヤ赤道点のビードベースラインＢＬからの高さとして定義される。なお、５％内圧とは、通商、加硫金型内での形状を復元する形状とされている。なお、以下に記載する他の構成部材の各部の寸法についても、この５％内圧状態で設定している。

前記ベルト層７は、ベルトコードをタイヤ赤道に対して例えば０〜３０度程度の角度で配列した、本形態では２枚のベルトプライ７Ａ、７Ｂから形成され、各ベルトプライ７Ａ，７Ｂは、ベルトコードがプライ間相互で交差するように向きを違えて重置している。なおベルトコードとしては、スチールコード、又は例えば芳香族ポリアミド繊維、芳香族ポリエステル繊維等の高弾性繊維コードが好適に使用される。

前記ビードエーペックス９は、図２に拡大して示すように、前記カーカスの本体部６Ａと折返し部６Ｂとの間を通って前記ビードコア５からタイヤ半径方向外方へ延在している。このビードエーペックス９は、ビードベースラインＢＬから半径方向外端までのエーペックス高さＨｂを、タイヤの断面高さＨｔの０．３〜０．４倍の範囲としている。０．３倍未満では、タイヤ横剛性が不足して操縦安定性を損なう恐れがあり、逆に０．４倍を超えると、タイヤ荷重の負荷時歪みが大きい領域にビードエーペックス９の端部が位置しかつ剛性を増して乗心地を低下させる。なお、図１，２に示すように、ビードエーペックス９は前記のように、タイヤの断面高さＨｔの０．３〜０．４倍の範囲としいるが、前記カーカス６の本体部６Ａと折返し部６Ｂで挟持されるように、前記折返し部６Ｂは、ビードエーペックス９の外端を半径方向外方に越えてその高さよりも大となるように、延在させるのがよい。

また前記ビードエーペックス９は、前記エーペックス高さＨｂの６５〜７５％の範囲の上方領域Ａ内の高さＨｐｂにある点であるビード上方点ＰｂでのＰｂ厚さＴｐｂを０．８〜１．５ｍｍとしている。この上方領域Ａは、本形態では、ビードエーペックス９のエーペックス厚さＴｂの変曲域であり、即ち、ビードコア５からタイヤ半径方向外方に向け厚さを漸減する基部９Ａにこの上方領域Ａ内において略一定厚さとなる前記ビード上方点Ｐｂを含み、このビード上方点ＰｂでのＰｂ厚さＴｐｂを前記のように０．８〜１．５ｍｍとしている。又本形態では、このＰｂ厚さＴｐｂの一定の外側部分９Ｂが連続している。なお外側部分９Ｂはその上端部分では厚さを減じることができ、又外側部分９Ｂにおいても上端に向かって厚さＴｂを漸減することもできる。

又ビードエーペックス９のタイヤ軸方向内側面は、ビード部４においては、タイヤ外側に中心を有する内に凸な円弧をなすタイヤ内腔面と略同中心の曲面状のカーカス６の本体部６Ａに沿って湾曲する。従って、前記基部９Ａ、前記上方領域Ａによる厚さ減少は、ビードエーペックス９のタイヤ軸方向外側面が、前記内側面に近づくこと、例えば、前記外側面を凸形状の半径よりも小さい半径の凹形状とすることなどにより形成される。その結果、前記外側面に隣接する前記折返し部６Ｂは、ビードコア５から半径方向外側に離れるに伴い、ビード部４の中心線上、乃至その内側を通ることとなる。その結果、図２に一点鎖線で示す負荷によるビード部４の曲げ状態Ｆにおいても、折返し部６Ｂに過度の伸びが作用すること、少なくとも圧縮応力が作用することを抑制して、カーカス６の耐久性を向上できる。なお前記ビード上方点ＰｂでのＰｂ厚さＴｐｂ、乃至外側部分９Ｂが、０．８ｍｍ未満では、充分な横、縦剛性を維持するのが困難となり、操縦安定性を損ない、逆に１．５ｍｍを超えることは不要といえる。

又ビードエーペックス９は、デュロメータＡによるエーペックス硬さＨｓｂを８０度〜９５度の範囲として発熱を抑制している。前記エーペックス硬さＨｓｂが、８０度未満では、タイヤ剛性不足により操縦安定性を損なう恐れがあり、逆に９５度を超えると、半径方向外方端部近傍においてカーカス６の歪みが増大し、耐久性能を低下させる。

前記クリンチエーペックス１０は、タイヤ軸方向内面がビード部４の底部から前記チェーファ１２の外面、その終端からカーカス６の折返し部６Ｂの外面に順次接し、かつ外面はリムＲのリムフランジＲＦに接して半径方向外側にのび、タイヤ外面を構成している。

又クリンチエーペックス１０は、前記ビード上方点Ｐｂと等しい高さのクリンチ上方点Ｐｃにおいて４．０〜５．０ｍｍの最大クリンチ厚さＴｃｍａｘを有し、かつ前記クリンチエーペックス１０が、その半径方向外端１０ｅのビードベースラインＢＬからのクリンチ高さＨｃを、前記エーペックス高さＨｂの７０〜８５％とする。

前記最大厚さＴｃｍａｘが４．０ｍｍ未満では、縦バネが不足するとともにタイヤ横剛性不足により操縦安定性が低下し、逆に５．０ｍｍを超えることは不要であり剛性が過大となる。また、リンチエーペックス１０の高さＨｃを前記ビードエーペックス９の半径方向外端の高さＨｂの０．７未満では、充分な縦バネが得られない上タイヤ横剛性が不足して操縦安定性が確保されず、逆に０．８５を超えると、クリンチエーペックス１０の半径方向外端がビードエーペックス９の半径方向外端と近づくため、ビードエーペックス９の半径方向外端近傍で歪みが集中して耐久性能に不利となる。

また前記クリンチエーペックス１０のデュロメータＡ硬さであるクリンチ硬さＨｓｃを６５度〜８５度の範囲かつ前記エーペックス硬さＨｓｂより小としている。このようにビードエーペックス９の硬度をクリンチエーペックス１０より硬くすることにより、前記ビードエーペックス９の上部部分９Ｂでの厚さＴｂを０．８〜１．５ｍｍと比較的薄く形成することと相俟って、図２の一点鎖線の変形形状Ｆについて前記のように、タイヤ荷重変形時のビード部４の中立線ＣＨをカーカス６の折返し部６ｂに近づけるときにもビード部４の剛性バランスを維持でき、カーカス６の折返し部６Ｂに作用する応力、特に圧縮応力を低減でき、歪を減じて、カーカスコードの疲労破断損傷を抑制するなどタイヤ耐久性能を向上しうる。なおクリンチ硬度Ｈｓｃが６５度未満では、タイヤ横剛性が低下し、逆に８５度を超えると、クリンチエーペックス１０の剛性が過度に増し、ビード部４の曲げを著減して、折返し部６Ｂをビード部４の中立線に近づける意味を減じるとともに、靱性を減じて耐疲労性を低下し又乗心地性等の悪化を招来する。

タイヤサイズが１７５／６５Ｒ１４の図１に示す構成を有する乗用車用タイヤを表１の仕様に基づいて試作するとともに正規、縦バネ、横バネ、剛性感、ハンドル応答性および耐久性能をテストしその結果を表１に記載した。試供タイヤをリム（５．５ＪＪ）、内圧（２００ｋＰａ）の条件下でリム組みし、荷重（４．１７ｋＮ）を負荷した状態で測定している。

（１）縦バネ、横バネ：縦バネ、横バネを測定し、従来例を１００とする指数で表示した。指数が大きい程、バネ定数は大である。

（２）剛性感、ハンドル応答性：前記リム組みしたタイヤをエンジン１０００ｃｍ³のＦＦ国産車の全輪に装着して、タイヤテストコースのドライアスファルト路面上にて、剛性感、ハンドル応答性をドライバーの官能評価により、従来例を６とする相対値で表示した。相対値が大きい方が良好である。

（３）耐久性能：前記リム組みタイヤについて、ＪＩＳＤ４２３０に規定される耐久性能試験に準拠したテストにより損傷発生迄の走行距離で判定し、従来例を１００とする指数で表示した。数値が大きいほど良好である。

本発明の一実施の形態を例示する断面図である。ビード部を拡大して示す断面図である。従来タイヤを例示する断面図である。

符号の説明

１空気入りタイヤ
２トレッド部
３サイドウォール部
４ビード部
５ビードコア
６カーカス
６Ａ本体部
６Ｂ折返し部
７ベルト層
９ビードエーペックス
１０クリンチエーペックス

Claims

トレッド部からサイドウォール部をへてビード部のビードコアに至る本体部にこのビードコアの廻りでタイヤ内側から外側に折返す折返し部を有しかつ並列されたカーカスコードを用いたカーカス、前記トレッド部内かつ前記カーカスの外側に配されるベルト層、前記ビードコアからカーカスの本体部と折返し部との間を通って半径方向外方にのびかつタイヤ軸方向外面が前記折返し部に近接するビードエーペックス、及びビード部から半径方向外側にのびかつタイヤ外面をなすクリンチエーペックスとを有する空気入りタイヤであって、
前記カーカスコードは、引張試験において荷重６０Ｎを負荷させたときの伸びを２〜３％とし、
かつ正規リムに組込み、かつ正規内圧の５％を充填した状態において、前記カーカスの折返し部の半径方向外端のビードベースラインからの折返し高さＨａは、前記タイヤ断面高さＨｔの０．６倍以下とするとともに、
前記ビードエーペックスの半径方向外端のビードベースラインからのエーペックス高さＨｂは、タイヤの断面高さＨｔの０．３〜０．４倍の範囲とし、
かつ該ビードエーペックスは、前記エーペックス高さＨｂの６５〜７５％の範囲の上方領域内の高さＨｐｂにあるビード上方点ＰｂでのＰｂ厚さＴｐｂを０．８〜１．５ｍｍとし、
前記クリンチエーペックスは、前記ビード上方点Ｐｂと等しい高さのクリンチ上方点Ｐｃにおいて４．０〜５．０ｍｍの最大クリンチ厚さＴｃｍａｘを有し、
しかも前記ビードエーペックスのデュロメータＡによるビード硬さＨｓｂを８０度〜９５度の範囲、クリンチエーペックスのデュロメータＡによるクリンチ硬さＨｓｃを６５度〜８５度の範囲かつ前記ビード硬さＨｓｂより小としたことを特徴とする空気入りタイヤ。
前記カーカスの折返し部の半径方向外端のビードベースラインからの前記折返し高さＨａは、前記タイヤ断面高さＨｔの０．３５倍以上であることを特徴とする請求項１記載の空気入りタイヤ。
前記クリンチエーペックスは、その半径方向外端のビードベースラインからのクリンチ高さＨｃを、前記エーペックス高さＨｂの７０〜８５％としたことを特徴とする請求項又は２記載の空気入りタイヤ。