JP5623813B2

JP5623813B2 - 建設車両用タイヤ

Info

Publication number: JP5623813B2
Application number: JP2010167891A
Authority: JP
Inventors: 和貴松澤
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2009-07-27
Filing date: 2010-07-27
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2030-07-27
Also published as: JP2011046372A; EP2460671A1; EP2460671A4; CN102481810A; US8955568B2; WO2011013357A1; EP2460671B1; BR112012001846A2; CN102481810B; ES2522991T3; US20120118461A1; EP2896513A1; EP2896513B1

Description

本発明は、建設車両用タイヤ、特には、最外層ベルト端の発熱及び亀裂発生を抑制した建設車両用タイヤに関する。

近年、建設車両の大型化に伴い、タイヤの大型化、偏平化及び重荷重化が進んできた。このような背景から、当初トレッドセンター部の発熱性が問題となっていたが、これに対し、例えば特許文献1に記載のように、トレッドセンター部に細溝を設けることによってタイヤのトレッドセンター部の放熱性を高める技術が開発された。

特開2007-191093号公報

しかしながら、温度上昇の大きいトレッドセンター部には、上記の改良がなされていたものの、トレッドセンター部と比較して放熱性が良く温度上昇が比較的小さい、ベルトのトレッド幅方向端付近の発熱性については改良されていなかったため、特にベルト端付近における温度がトレッドセンター部の温度より相対的に高くなり、ベルト端を起点とする亀裂によるトレッドセパレーションが散見されるようになった。

また、不整地を走行する建設車両用タイヤにおける最外側ベルト層は、カーカス保護を目的に幅が広く設定されているのが一般的であり、その近傍に溝を設定することはベルト端を起点とするトレッドカットによるトレッド脱落を懸念して回避される傾向があった。

それゆえ、本発明は、これらの問題を解決することを課題とするものであり、その目的は、最外側ベルト層付近の放熱性を高めると共に最外側ベルト層の端からの亀裂発生を抑制する建設車両用タイヤを提供することにある。

発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねたところ、最外側ベルト層から発生する亀裂は、走行中にタイヤに荷重がかかるときにベルト端部付近が接地して周方向に伸ばされてベルトが踏面内で幅方向に縮む際に生じる歪みと、トレッドゴムが圧縮されてトレッドが幅方向へ押し出される際に生じる歪みと、が複合された径−幅方向断面内せん断歪に起因すること、さらに、タイヤ転動時にトレッドが発生する熱が亀裂進展を促進することを見出した。そこで、これらを解消するための方途を究明したところ、最外側ベルト層の端に対応させて細溝を設置することによって、トレッドの押し出し変形が緩和されて最外側ベルト層の端部からの亀裂発生時期を遅延させることができるとともに、当該領域での放熱性が高まり、最外側ベルト層の端部から発生した亀裂の進展を抑制できることの知見を得た。

さらに、発明者は、タイヤ踏面の挙動について、鋭意究明を行ったところ、特に周方向剛性の高いベルトを有する建設車両用タイヤでは、トレッド幅方向における、トレッド半幅の中央位置付近を中心として、正規内圧付加時のトレッドゴムの径方向への変形が大きくなり、これによって、トレッドの端部からトレッド半幅の25%〜50%の範囲にて、タイヤ踏面がトレッド幅方向内側に接地する傾向があることを知見した。
そこで、発明者は、上記最外側ベルト層の端部をトレッド端部からトレッド半幅の25%の距離離間した位置より中央寄りに位置させることにより、通常幅方向外側にかかる上記トレッドの押し出し変形をさらに緩和させ、上記の径−幅方向断面内せん断歪をさらに抑制することができることの新規知見を得た。
また、上記の細溝をトレッド端部からトレッド半幅の25%の距離離間した位置より中央寄りに位置させることにより、タイヤ接地時に細溝が閉じる方向に力が働き、溝底でのクラックの発生及び進展を抑制できることも併せて見出した。

前記の課題を解決するための本発明の要旨構成は、以下の通りである。
(1)一対のビード部間にトロイダル状に跨るカーカスのクラウン部の径方向外側に複数層からなるベルトを有する建設車両用タイヤにおいて、
前記ベルトの最も径方向外側の最外側ベルト層は、トレッド幅の50%以上の幅を有し、
前記最外側ベルト層の端部におけるトレッド厚さをTとしたとき、前記最外側ベルト層の端部と細溝の底部との距離が前記トレッド厚さTの15〜100%の範囲にある細溝を有し、
前記細溝は、トレッド周方向に延び、
前記細溝は、前記横溝によって区画される陸部内に留まる、建設車両用タイヤ。

(2)前記最外側ベルト層の端部は、前記トレッドの端部からトレッド半幅の25%の距離離間した位置よりトレッド幅方向中央寄りにあることを特徴とする、上記(1)に記載の建設車両用タイヤ。

(3)前記細溝は、前記トレッドの端部からトレッド半幅の25%の距離離間した位置よりトレッド幅方向中央寄りにあることを特徴とする、上記(1)又は(2)に記載の建設車両用タイヤ。

(4)前記細溝の開口幅をGW、深さをDとしたとき、幅GWと深さDの比GW/Dが5〜25%の範囲にある、上記(1)〜(3)のいずれか1つに記載の建設車両用タイヤ。

(5)前記細溝は、該細溝の底部からトレッド表面に向かって、タイヤの車両装着時の車両外側に傾斜している、上記(1)〜(4)のいずれか1つに記載の建設車両用タイヤ。

この発明に従って、最外側ベルト層の端部に対応させた適切な位置に細溝を設置することによって、トレッドの押し出し変形を緩和すると共に放熱性を高めて最外層ベルト端からの亀裂発生及び進展を抑制でき、亀裂によるトレッドセパレーションを防止できる。

細溝をタイヤ周方向に設けた場合のタイヤの断面図である。細溝をタイヤ周方向に設けた場合におけるタイヤのトレッド部を示す平面図である。細溝をタイヤ幅方向に設けた場合のタイヤの断面図である。細溝をタイヤ幅方向に設けた場合におけるタイヤのトレッド部を示す平面図である。細溝をタイヤ周方向に設け、最外側ベルト層の端部の位置を適切化した場合のタイヤの断面図である。細溝をタイヤ幅方向に設け、最外側ベルト層の端部の位置を適切化した場合のタイヤの断面図である。細溝を傾斜させて設けているタイヤの断面図である。発明例5におけるタイヤのトレッド部を示す平面図である。参考例4におけるタイヤの断面図である。従来のタイヤの断面図である。従来のタイヤのトレッド部を示す平面図である。

以下、図1を参照して、第一のタイヤについて詳細に説明する。図1に示すように、この建設車両用タイヤ(以下「タイヤ」とする)は、一対のビードコア(図示せず)の間にトロイダル状に跨るカーカス1を有する。
カーカス1のクラウン部の径方向外側に複数層、図示例では6層のベルト層からなるベルト2が配置されている。これら複数のベルト層のうち、最もタイヤ径方向外側にあるベルト層を最外側ベルト層3と称する。ここで、タイヤ径方向最外側ベルト層の端部からトレッド踏面に下ろした垂線の長さをTとしておく。図示例では、最外側ベルト層3は、タイヤ径方向内側から1、2層目のベルト層より幅広であり、タイヤ径方向外側から2番目のベルト層が最も幅広である。
さらに、トレッドの最外側ベルト層3に対応する位置にはトレッド周方向に延びる細溝4が設けられている。具体的には、最外側ベルト層3の端部と細溝の底部5との距離Lを、最外側ベルト層の端部のトレッド厚さTの15〜100%の範囲内として設けている。
ここでいう最外側ベルト層3の端部と細溝の底部5との距離Lとは、最外側ベルト層3の端点と、細溝の底部5との最短距離である。「端点」の「点」とは、線の厚み中心位置であり、「底部」とは、細溝の底面が平坦である場合は、その底面が底部となる。一方、細溝の底面が曲面をなしている場合には、細溝とトレッドの境界をなす径内側に凸な面のうち、湾曲している部分を底部という。また、「細溝」とは、深さが開口幅に対して3倍以上の大きさの溝をいう。
なお、最外側ベルト層3はトレッド幅TWの50%以上の幅を有し、図示例では、最外側ベルト層の端部は、トレッドの端部からトレッド半幅の25%の距離だけトレッド幅方向に離間した点Pに対応する位置にある。「点Pに対応する位置にある」とはタイヤ幅方向断面において、点Pを通りタイヤ径方向に平行な直線上にあることをいう。
また、図示例では、タイヤ径方向内側から1、2層目のベルト層のタイヤ周方向に対する傾斜角度は、最外側ベルト層3のタイヤ周方向に対する傾斜角度より小さい。

図2は、第一のタイヤのトレッド部を表す平面図である。図2に示すように、トレッド部は、トレッド端からタイヤの赤道に向かってタイヤの赤道の隣接域まで延び、先細り形状をなす複数の横溝6を有しており、トレッド一端側の横溝6の周方向の配列と同他端側のそれとは位相差をもっている。ラグ7は、この横溝6によってトレッド面を区画して形成されている。
また、トレッド中央部には、タイヤの赤道上を延びる幅狭の溝である、中央周溝8及び、タイヤの赤道を横切る向きに延び、トレッドの一端側の横溝6と他端側の横溝6とに交互に連続する横断溝9を有している。
なお、図2においては中央周溝8より横断溝9の方の深さが大きく表されているが、同じ深さとするか、あるいは、中央周溝8の方が溝の深さが深くても良い。

さらに、このトレッド部には、最外側ベルト層の端部10の付近にも細溝4が設けられている。最外側ベルト層の端部10と細溝4との具体的な位置関係は上述の通り、細溝4は、最外側ベルト層の端部と細溝4の底部5との距離Lが、最外側ベルト層の端部におけるトレッド厚さTの15〜100%の範囲となるように設けている。図2では周方向に延びる細溝は直線状となっているが、ジグザグに延びていてもよい。また、図2では細溝4は横溝6につながっているが、細溝4は横溝6につながっていなくても良い。

この細溝4が設けてあることにより、トレッドの押し出し変形が緩和されて、最外側ベルト層の端部からの亀裂発生時期を遅延させることができるとともに、当該領域での放熱性が高まり、最外側ベルト層の端部から発生した亀裂の進展が抑制できる。細溝4を設ける範囲を上記の範囲としたのは、15%未満ではベルト端に発生した亀裂が細溝の底部5につながりやすく、却って故障を助長してしまい、100%超では押し出し変形の抑制に若干の効果はあるものの、放熱性を高める効果が見込めないため、本発明の効果が低くなってしまうからである。
なお、最外側ベルト層3の幅をトレッド幅TWの50%以上としているのは、50%未満では、カーカスの保護が不十分となってしまうからである。
また、建設車両用タイヤでは、特に高いタイヤの周方向剛性が必要となるため、最外側ベルト層以外のベルト層のうち少なくとも1層以上がタイヤ周方向に対する傾斜角度が10°以下であることが好ましい。

このように細溝をタイヤの周方向に延在させた場合は、車両走行中の空気の流れ(以下走行風)が増加し、放熱性が高まるという点で特に効果がある。

図3は第二のタイヤの断面図である。図3に示すようにこのタイヤは、細溝4をタイヤの幅方向に延在させている点において第一のタイヤと相違している。図4はこのときのタイヤトレッド部の平面図を示す。図4に示すように、細溝4は最外側ベルト層の端部10の付近からトレッド中央部に向かってタイヤ幅方向に沿って延びている。具体的には、細溝4は、最外側ベルト層3の端部と細溝の底部5との距離Lを、最外側ベルト層の端部のトレッド厚さTの15〜100%の範囲内として設けている。
横溝6、ラグ7、中央周溝8、横断溝9に関する構成は第一のタイヤと同様である。なお、図4では細溝4が横断溝9と繋がっているが、細溝4は横断溝9と繋がっていなくてもよい。

このように、細溝4をタイヤの幅方向に延在させて設けた場合には、細溝4の近傍の幅方向の剛性の低下を抑えることができ、タイヤ踏み切り時における動きの増加を抑え、磨耗性能が低下するのを防止することができる。また、周方向に細溝を設ける場合と比べて細溝の底部にクラックが発生した場合にその部分にかかる応力が小さいため、ブロックの脱落を抑制できる。また、トレッド表面積が増加するために放熱性の増加が見込め、最外側ベルト層の端部から発生した亀裂の進展が抑制できる。

細溝をタイヤ周方向に延在させる場合とタイヤ幅方向に延在させる場合のいずれにおいても、細溝による放熱効果で発熱が抑制され、亀裂の発生に対する耐疲労性が向上し、さらに、細溝によってトレッドの圧縮変形が吸収され、ベルト端の歪が減少するという効果がある。

また、図5、6に示すように、最外側ベルト層3の端部は、トレッドの端部からトレッド半幅の25%の距離だけトレッド幅方向に離間した点Pよりトレッド幅方向において、トレッド中央寄りにあることが好ましい。
これにより、最外側ベルト端の位置では、タイヤ踏面がトレッド幅方向内側に接地する変形を受けることとなる。このため、トレッド幅方向外側にかかる力によるトレッドの押し出し変形が緩和され、径−幅方向断面内せん断歪がさらに抑制される領域に最外側ベルト層の端部が位置することとなる。
また、最外側ベルト層が点Pに対応する位置又は点Pより上記トレッド端部側に位置する場合に比べて、最外側ベルト層の変形に伴って、変形するトレッドゴムの量が減少することとなる。
これらの効果により、最外側ベルト層の端部からの亀裂発生時期をさらに遅らせることができる。
なお、図5、6に示すように、最外側ベルト層3の端部は、タイヤ径方向内側から4層目のベルト層の端部よりトレッド幅方向中央寄りに位置することが好ましい。
これにより、タイヤ径方向内側から4層目のベルト層の動きによって発生する最外側ベルト層の端部の歪みを抑制することができるからである。
また、最外側ベルト層3は、タイヤ径方向内側から1、2層目のベルト層より幅広であることが好ましい。
特に張力負担の大きいタイヤ径方向内側から1、2層目のベルト層を保護するためである。
さらに、タイヤ径方向外側から2番目のベルト層が最も幅広であることが好ましい。
タイヤ径方向内側から1〜4層目のベルト層を保護するためである。
さらにまた、タイヤ径方向内側から1、2層目のベルト層のタイヤ周方向に対する傾斜角度を、最外側ベルト層3のタイヤ周方向に対する傾斜角度より小さくすることが好ましい。
なぜなら、これにより、タイヤの径成長を抑制しつつ、最外側ベルト層3の端部での亀裂の発生を抑制することができるからである。

さらに、図1に示すように、細溝4をタイヤ周方向に延在させる場合は、細溝4がトレッドの端部からトレッド半幅の25%の距離だけトレッド幅方向に離間した点Pより、トレッド幅方向でトレッド中央寄りにあることが好ましい。
これにより、上記のタイヤ踏面がトレッド幅方向内側に接地する変形が生じる領域に細溝が位置するため、タイヤ接地時に細溝が閉じる方向に力が働き、溝底でのクラックの発生及び進展を抑制できる。

ところで、細溝を設ける場合には、細溝の形状について、図7に示すように、細溝の開口部の幅をGW、細溝の深さをDとしたとき、その比GW/Dを5〜25%の範囲にすることが好ましい。なぜなら5%未満の場合、走行風が溝の底部5に届かないため放熱効果が低く、25%以上の場合、踏面内で細溝壁面同士の接触が発生しないため、トレッド剛性が低下し、磨耗性能が低下するからである。

また、細溝をタイヤ幅方向に延在させる場合に、図4に示すように細溝4を、横断溝9と繋げて設けると、トレッドセンターからの放熱性、トレッド剛性の均一性を高めることができる。

さらにまた、図8のように、細溝4は横溝6によって区画されるラグ7の陸部内に留めて設けることもできる。細溝4を横溝6によって区画されるラグ7の陸部内に留めた場合、放熱性の増加は若干のものとなってしまうものの、トレッド剛性の低下が抑制され、磨耗性の低下及びブロック脱落のリスクを低減できる。

細溝をタイヤの周方向に延在させる場合や、細溝を横溝によって区画されるラグの陸部内に留めて設ける場合には、図9に示すように、細溝4を、最外側ベルト層3の端部からタイヤの踏面に下ろす垂線に対して、細溝4の底部5からトレッド表面に向かって、タイヤの車両装着時の車両外側に傾けて設けることができる。

これにより、細溝外側のブロックのブロック剛性を高めることが可能になり、垂直に設定する場合よりもブロック脱落を抑制できる。なお、傾ける角度は0〜30°が好ましい。

従来のタイヤと本発明にかかるタイヤとで、放熱性及び亀裂の発生時期及び進展の抑制効果に違いがあることを確認するため、サイズ53/80R63のタイヤを、リム幅36インチのリムに組み、600kPaの内圧とした供試タイヤを用いて室内ドラム試験及び耐磨耗試験を行った。
供試タイヤは、まず、従来タイヤとして図10、図11に示すタイプのタイヤを用意した。
この6層のベルト層を有する構造を基本として、表1に示すように、細溝をタイヤ周方向に延在させて設けたものを参考例1〜4、7、9、及び発明例5にかかるタイヤとして試作し、これらの中で、溝の幅と深さの比や横溝への接続の有無を変えて試験を行った。また、細溝をタイヤ幅方向に延在させて設けたものを参考例6、8にかかるタイヤとして試作した。
従来例、及び参考例1〜4、6〜9、及び発明例5のタイヤの緒元は表1〜3に示している。
なお、表1、3において、「最外側ベルト層上」とは、細溝が最外側ベルト層の端部と当
該細溝の底部との距離がトレッド厚さTの15〜100%の範囲にあることをいう。
「1/8点」とは、トレッドの端部からトレッド半幅の25%の距離離間した点(例えば図1では点P)をいう。
また、参考例1〜4、6〜9、及び発明例5及び従来例について、タイヤ径方向内側から1、2層目のベルト層の端部は、トレッドの端部からそれぞれトレッド半幅の53%、55%離間した位置にあり、タイヤ径方向内側から4層目のベルト層の端部は、トレッドの端部からトレッド半幅の30%離間した位置にあり、これらの端部の位置は参考例1〜4、6〜9、及び発明例5及び従来例について共通している。
表2における、「最外側ベルト層の端部の位置」の「25%」、「40%」とは、最外側ベルト層の端部がトレッドの端部からそれぞれトレッド半幅の「25%」、「40%」の距離だけ離間した位置にあることをいう。
また、表2においては、参考例2と7の表中に示さない諸元は共通しており、参考例6と8の表中に示さない諸元は共通している。同様に、表3においては、参考例1と9の表中に示さない諸元は共通している。

室内ドラム試験条件は、荷重82.5t、サイドフォース121kN、ドラム径5m、走行速度8km/hである。耐磨耗試験条件は、320tダンプカーの前輪に上記のタイヤを装着し、実路(非舗装路)を速度15km/h、低積載状態で、約5000km走行させた。磨耗量は磨耗後の細溝の深さを測定することで算出した。試験結果を以下の表4に示す。

表4に示したとおり、参考例1〜4、6〜9、及び発明例5にかかるタイヤは全て、最外側ベルト層の端部における温度について、従来例にかかるタイヤより温度が低い。このことから、これらのタイヤは最外層ベルト部の放熱性が従来例のタイヤの場合よりも高いことがわかる。
また、参考例1〜4、6〜9、及び発明例5にかかるタイヤは全て、従来例にかかるタイヤよりも最外側ベルト層の端部における亀裂の長さ(従来例を100%としている)が小さい。このことから、これらのタイヤは、亀裂の発生を遅延させる効果が従来例のタイヤよりも高いことがわかる。

参考例1ないし参考例3では細溝幅GWのみが異なっており、他のスペックは共通している。これらのタイヤの試験結果を比較すると、参考例1、2の耐磨耗指数は共に80%、参考例3の耐磨耗指数は70%であり、GW/Dの値が5〜25%の範囲にある参考例1、2の方が耐摩耗性に関して良好な結果となっている。
また、参考例2と参考例4は、細溝を設ける角度のみが異なっており、他のスペックは共通している。これらのタイヤの試験結果を比較すると、細溝底のクラック発生長さが参考例2では10mmであるのに対し、参考例4では5mmとなっており、細溝を傾けて設けた参考例4の方が、ブロックの脱落の抑制効果が高いという結果が出ている。
さらに、参考例2と発明例5は、細溝が横溝と接続されているか、ラグの陸部に留まるかのみが異なっており、他のスペックは共通している。これらのタイヤの試験結果を比較すると、参考例2の耐磨耗指数が80%、細溝底のクラック発生長さが10mmであるのに対して、発明例5の耐磨耗指数が90%、細溝底のクラック発生長さが5mmであり、細溝がラグの陸部に留まる発明例5の方が、耐摩耗性及びブロックの脱落抑制効果が良好となっている。一方で放熱性に関しては、最外層ベルト端温度が、発明例5は88℃であるのに対して参考例2では82℃であり、細溝が横溝と接続されている方が、放熱性が良好という結果となっている。
さらにまた、発明例5と参考例6は細溝を周方向に延在させて設けているか幅方向に延在させて設けているかのみが異なっており他のスペックは共通しており、これらの試験結果を比較すると、発明例5の耐磨耗指数が90%、細溝底のクラック発生長さが5mmであるのに対して、参考例6の耐磨耗指数が95%、細溝底のクラック発生長さが0mmであり、細溝を幅方向に設ける参考例6の方が、耐摩耗性及びブロックの脱落抑制効果が良好となっている。

参考例2と7との比較、及び参考例6と8との比較により、最外側ベルト層の端部位置を好適化した参考例7、8は、参考例2、3よりそれぞれ最外側ベルト端での亀裂長さが小さいことがわかる。
また、参考例1と9との比較により、細溝の幅方向位置を好適化した参考例1は参考例9より、細溝底に発生したクラックの長さが小さいことがわかる。

最外層ベルト端の放熱性が良く、亀裂の発生及び進展の抑制効果が高い建設車両用タイヤを市場に提供できる。

1 カーカス
2 ベルト
3 最外側ベルト層
4 細溝
5 細溝の底部
6 横溝
7 ラグ
8 中央周溝
9 横断溝
10 最外側ベルト層の端部

Claims

一対のビード部間にトロイダル状に跨るカーカスのクラウン部の径方向外側に複数層からなるベルトを有する建設車両用タイヤにおいて、
前記ベルトの最も径方向外側の最外側ベルト層は、トレッド幅の50%以上の幅を有し、
前記最外側ベルト層の端部におけるトレッド厚さをTとしたとき、前記最外側ベルト層の端部と細溝の底部との距離が前記トレッド厚さTの15〜100%の範囲にある細溝を有し、
前記細溝は、トレッド周方向に延び、
前記細溝は、前記横溝によって区画される陸部内に留まる、建設車両用タイヤ。
前記最外側ベルト層の端部は、前記トレッドの端部からトレッド半幅の25%の距離離間した位置よりトレッド幅方向中央寄りにあることを特徴とする、請求項1に記載の建設車両用タイヤ。
前記細溝は、前記トレッドの端部からトレッド半幅の25%の距離離間した位置よりトレッド幅方向中央寄りにあることを特徴とする、請求項1又は2に記載の建設車両用タイヤ。
前記細溝の開口幅をGW、深さをDとしたとき、幅GWと深さDの比GW/Dが5〜25%の範囲にある、請求項1〜3のいずれか一項に記載の建設車両用タイヤ。
前記細溝は、該細溝の底部からトレッド表面に向かって、タイヤの車両装着時の車両外側に傾斜している、請求項1〜4のいずれか一項に記載の建設車両用タイヤ。