JP6136712B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、一対のビード部にそれぞれ環状のビードコアを埋設した空気入りタイヤに関し、更に詳しくは、タイヤ性能を維持しながら軽量化を図ることを可能にした空気入りタイヤに関する。

空気入りタイヤにおいて、一対のビード部にはそれぞれ環状のビードコアを埋設されている。このようなビードコアとして、タイヤ周方向に巻回された少なくとも１本のビードワイヤから構成され、該ビードワイヤの複数の周回部分がタイヤ軸方向に並ぶ複数の列とタイヤ径方向に重なる複数の層を形成するようにしたものがある。一般的に、１本のビードワイヤを連続的に巻き付けたものは１本巻きビードと呼ばれ、複数本のビードワイヤを引き揃えて連続的に巻き付けたものは層巻きビードと呼ばれている。このような構造を有するビードコアは例えば乗用車用の空気入りタイヤにおいて広く採用されている。

上記のような構造を有するビードコアは、ビードワイヤの周回数を増やし、ビードワイヤの断面積を大きくすることにより、その剛性が高くなり、操縦安定性等のタイヤ性能の改善に貢献する。これに対して、近年では、省資源・省エネルギーの観点から、空気入りタイヤを軽量化し、それによってタイヤの転がり抵抗を低減することが求められ、その一環として、ビードコアの軽量化が求められている。

しかしながら、空気入りタイヤのビードコアにおいて、ビードワイヤの周回数を減らしたり、ビードワイヤの断面積を小さくしたりした場合、ビードコアの剛性が低下することにより、操縦安定性等のタイヤ性能が低下することになる。また、ビードワイヤの一部を有機繊維コードに置き換えること（例えば、特許文献１，２参照）が試みられているが、このような場合もタイヤ性能の低下を招くことになる。

特開２００９−２８０１１９号公報 特開２０１３−５６５６６号公報

本発明の目的は、タイヤ性能を維持しながら軽量化を図ることを可能にした空気入りタイヤを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の空気入りタイヤは、一対のビード部にそれぞれ環状のビードコアを埋設し、各ビードコアをタイヤ周方向に巻回された少なくとも１本のビードワイヤから構成し、該ビードワイヤの複数の周回部分がタイヤ軸方向に並ぶ複数の列とタイヤ径方向に重なる複数の層を形成するようにした空気入りタイヤにおいて、
前記ビードコアが前記ビードワイヤとしてスチールワイヤとチタンを含有するチタンワイヤを含み、前記ビードコアの最内層を全て前記スチールワイヤで構成する一方で、該最内層よりも径方向外側に位置する各層を全て前記チタンワイヤで構成し、
或いは、前記ビードコアが前記ビードワイヤとしてスチールワイヤとチタンを含有するチタンワイヤを含み、前記スチールワイヤの直径よりも前記チタンワイヤの直径を小さくしたことを特徴とするものである。

本発明では、ビードワイヤの複数の周回部分を複数列かつ複数層に配置したビードコアを有する空気入りタイヤにおいて、ビードコアのビードワイヤとして軽量かつ高剛性のチタンワイヤを採用することにより、操縦安定性に代表されるタイヤ性能を良好に維持しながら、空気入りタイヤの軽量化を図ることができる。このような軽量化により空気入りタイヤの転がり抵抗を低減することが可能になり、延いては、車両の燃費を改善し、省資源・省エネルギーに大きく貢献することができる。

本発明において、ビードコアはビードワイヤとしてスチールワイヤとチタンを含有するチタンワイヤを含むことが好ましい。特に、ビードコアの最内層を全てスチールワイヤで構成する一方で、該最内層よりも径方向外側に位置する各層ではチタンワイヤの構成比率を最内層よりも高くすることが好ましい。より具体的には、最内層よりも径方向外側に位置する各層を全てチタンワイヤで構成するか、或いは、最内層よりも径方向外側に位置する各層ではチタンワイヤの構成比率を径方向外側に向かって徐々に増加させることが好ましい。ここで、各層でのチタンワイヤの構成比率とは、各層に含まれるビードワイヤの総断面積に対するチタンワイヤの総断面積の比率である。

つまり、本発明者の知見によれば、チタンワイヤは軽量かつ高剛性であるという利点を有するものの、靱性が高くはないため、上記のような構造を有するビードコアの最内層にチタンワイヤを配置した場合、ビード部の耐久性が損なわれることになる。その一方で、最内層よりも径方向外側に位置する各層にチタンワイヤを配置してもビード部の耐久性を殆ど低下させることはない。そこで、ビードコアの最内層を全てスチールワイヤで構成することにより、ビード部の耐久性を十分に確保すると共に、最内層よりも径方向外側に位置する各層ではチタンワイヤの構成比率を最内層よりも高くすることにより、より効果的に軽量化を図ることができる。

本発明においては、スチールワイヤの直径よりもチタンワイヤの直径を小さくすることが好ましい。チタンワイヤはスチールワイヤよりも高剛性であるため、必要な剛性を維持しつつスチールワイヤよりも細くすることが可能であり、その結果、更なる軽量化が可能になる。

本発明の実施形態からなる空気入りタイヤを示す子午線断面図である。 本発明の空気入りタイヤにおけるビードコアの一例を示す断面図である。 本発明の空気入りタイヤにおけるビードコアの変形例を示す断面図である。 本発明の空気入りタイヤにおけるビードコアの変形例を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の空気入りタイヤにおけるビードコアの変形例を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の空気入りタイヤにおけるビードコアの変形例を示す断面図である。

以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実施形態からなる空気入りタイヤを示すものである。図１に示すように、本実施形態の空気入りタイヤは、タイヤ周方向に延在して環状をなすトレッド部１と、トレッド部１の両側に配置された一対のサイドウォール部２と、サイドウォール部２のタイヤ径方向内側に配置された一対のビード部３とを備えている。

一対のビード部３，３間にはタイヤ径方向に延びる複数本のカーカスコードを含むカーカス層４が装架されている。このカーカス層４を構成するカーカスコードとしては、ナイロンやポリエステル等の有機繊維コードが好ましく使用される。各ビード部３には環状のビードコア５が埋設されており、そのビードコア５の外周上にゴム組成物からなるビードフィラー６が配置されている。

一方、トレッド部１におけるカーカス層４の外周側には複数層のベルト層７が埋設されている。これらベルト層７はタイヤ周方向に対して傾斜する複数本の補強コードを含み、かつ層間で補強コードが互いに交差するように配置されている。ベルト層７において、補強コードのタイヤ周方向に対する傾斜角度は例えば１０°〜４０°の範囲に設定されている。ベルト層７の補強コードとしては、スチールコードが好ましく使用される。

ベルト層７の外周側には、高速耐久性の向上を目的として、補強コードをタイヤ周方向に対して５°以下の角度で配列してなる少なくとも１層のベルトカバー層８が配置されている。ベルトカバー層８は少なくとも１本の補強コードを引き揃えてゴム被覆してなるストリップ材をタイヤ周方向に連続的に巻回したジョイントレス構造とすることが望ましい。また、ベルトカバー層８はベルト層７の幅方向の全域を覆うように配置しても良く、或いは、ベルト層７の幅方向外側のエッジ部のみを覆うように配置しても良い。ベルトカバー層８の補強コードとしては、ナイロンやアラミド等の有機繊維コードが好ましく使用される。

図２は本発明の空気入りタイヤにおけるビードコアの一例を示すものである。図２に示すように、上記空気入りタイヤにおいて、各ビードコア５はタイヤ周方向に巻回されたビードワイヤ５０から構成され、該ビードワイヤ５０の複数の周回部分５０Ａがタイヤ軸方向Ｔｗに並ぶ複数の列とタイヤ径方向Ｔｒに重なる複数の層を形成している。ビードコア５におけるビードワイヤ５０の周回部分５０Ａの列数は３〜６の範囲とし、層数は３〜６の範囲とするのが良い。なお、ビードワイヤ５０の周囲にはインシュレーションゴムが配置されているが、ここではインシュレーションゴムの描写を省略している。

上記ビードコア５は、ビードワイヤ５０として、スチールワイヤ５１とチタンを含有するチタンワイヤ５２を含んでいる。より具体的には、ビードコア５の最内層（図中、最下層）に含まれる全ての周回部分５０Ａはスチールワイヤ５１で構成され、該最内層よりも径方向外側に位置する各層に含まれる全ての周回部分５０Ａはチタンワイヤ５２で構成されている。

このようにビードワイヤ５０の複数の周回部分５０Ａを複数列かつ複数層に配置したビードコア５を有する空気入りタイヤにおいて、ビードコア５のビードワイヤ５０として軽量かつ高剛性のチタンワイヤ５２を採用することにより、操縦安定性に代表されるタイヤ性能を良好に維持しながら、空気入りタイヤの軽量化を図ることができる。特に、ビードコア５の最内層に含まれる全ての周回部分５０Ａをスチールワイヤ５１で構成することにより、ビード部３の耐久性を十分に確保することができ、しかも最内層よりも径方向外側に位置する各層に含まれる全ての周回部分５０Ａをチタンワイヤ５２で構成することにより、軽量化の効果を最大限に享受することができる。

図３は本発明の空気入りタイヤにおけるビードコアの変形例を示すものである。図３において、スチールワイヤ５１とチタンワイヤ５２の配置は図２と同じであるが、スチールワイヤ５１の直径よりもチタンワイヤ５２の直径が小さくなっている。チタンワイヤ５２はスチールワイヤ５１よりも高剛性であるため、必要な剛性を維持しつつスチールワイヤ５１よりも細くすることが可能であり、その結果、更なる軽量化が可能になる。例えば、スチールワイヤ５１の直径は０．８ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲に設定し、チタンワイヤ５２の直径はスチールワイヤ５１の直径の７０％〜９０％の範囲に設定すると良い。

図４は本発明の空気入りタイヤにおけるビードコアの更なる変形例を示すものである。図４において、ビードコア５を構成するビードワイヤ５０の全ての周回部分５０Ａはチタンワイヤ５２で構成されている。この場合、軽量化の効果は最大限に得られるものの、ビードコア５の最内層に靱性が低いチタンワイヤ５２が配置されるため、ビード部３の耐久性が若干低下するという欠点がある。

図５（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の空気入りタイヤにおけるビードコアの更なる変形例を示すものである。図５（ａ）〜（ｃ）において、ビードコア５の最内層（図中、最下層）に含まれる全ての周回部分５０Ａはスチールワイヤ５１で構成され、該最内層よりも径方向外側に位置する各層ではチタンワイヤ５２の構成比率が最内層よりも高くなっている。つまり、ビードコア５の最内層よりも径方向外側に位置する各層ではスチールワイヤ５１とチタンワイヤ５２とが混在している。この場合、ビード部３の耐久性を良好に維持しながらビードコア５の軽量化を図ることができる。

図６（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の空気入りタイヤにおけるビードコアの更なる変形例を示すものである。図６（ａ）〜（ｃ）において、ビードコア５の最内層（図中、最下層）に含まれる全ての周回部分５０Ａはスチールワイヤ５１で構成され、該最内層よりも径方向外側に位置する各層ではチタンワイヤ５２の構成比率が最内層よりも高く、かつチタンワイヤ５２の構成比率が径方向外側に向かって徐々に増加している。つまり、ビードコア５の最内層よりも径方向外側に位置する各層ではスチールワイヤ５１とチタンワイヤ５２とが混在しているが、スチールワイヤ５１の構成比率が径方向外側に向かって徐々に減少している。この場合も、ビード部３の耐久性を良好に維持しながらビードコア５の軽量化を図ることができる。

本発明において、チタンを含有するチタンワイヤは、チタン金属単体のみならず、チタンにアルミニウム、バナジウム、モリブデン、錫等の他の金属を少量添加したチタン合金から構成することができる。チタン金属単体又はチタン合金には、α相（稠密六方格子）の金属組織を持つα型、β相（体心立方格子）の金属組織を持つβ型、α相とβ相とが混在するα＋β型がある。チタンワイヤをα型、β型又はα＋β型のチタン合金で構成することは、機械的かつ化学的な諸特性安定化の観点から好ましい。特に、強度及び加工性の観点から、チタン合金の中で、β型チタン合金又はα＋β型チタン合金がより好ましい。

β型チタン合金としては、チタンにバナジウム、モリブデン、アルミニウム、クロム等の合金元素を少量添加したチタン合金、例えば、バナジウム１５．０重量％、クロム３．０重量％、錫３．０重量％、アルミニウム３．０重量％を含むチタン合金、あるいはモリブデン１５．０重量％、ジルコニウム５．０重量％、アルミニウム３．０重量％を含むチタン合金等が挙げられる。

α＋β型チタン合金としては、チタンにアルミニウム、バナジウム、モリブデン、錫等の合金元素を少量添加したチタン合金、例えば、アルミニウム６．０重量％、バナジウム４．０重量％を含むチタン合金、あるいはアルミニウム６．０重量％、バナジウム６．０重量％、錫２．０重量％を含むチタン合金等が挙げられる。

更に、チタンワイヤとゴムとの接着性を向上させるため、チタンワイヤの表面に銅、亜鉛、黄銅、青銅等のめっきを施すのが好ましい。

タイヤサイズ２１５／４５Ｒ１７で、一対のビード部にそれぞれ環状のビードコアを埋設し、各ビードコアをタイヤ周方向に巻回された少なくとも１本のビードワイヤから構成し、該ビードワイヤの複数の周回部分がタイヤ軸方向に並ぶ複数の列とタイヤ径方向に重なる複数の層を形成するようにした空気入りタイヤにおいて、ビードコアを構成するビードワイヤを種々異ならせた従来例及び試験例１〜５のタイヤを製作した。

従来例のタイヤは、ビードコアをスチールワイヤだけで構成したものである。試験例１（参考例）のタイヤは、図４に示すように、ビードコアをチタンワイヤだけで構成したものである。試験例２のタイヤは、図２に示すように、ビードコアの最内層を全てスチールワイヤで構成し、該最内層よりも径方向外側に位置する各層を全てチタンワイヤで構成したものである。試験例３のタイヤは、図３に示すように、スチールワイヤの直径よりもチタンワイヤの直径を小さくしたこと以外は実施例２と同じ構造を有するものである。試験例４（参考例）のタイヤは、図５（ａ）に示すように、ビードコアの最内層を全てスチールワイヤで構成し、該最内層よりも径方向外側に位置する各層ではチタンワイヤの構成比率を最内層よりも高くしたものである。試験例５（参考例）のタイヤは、図６（ａ）に示すように、ビードコアの最内層を全てスチールワイヤで構成し、該最内層よりも径方向外側に位置する各層ではチタンワイヤの構成比率を最内層よりも高くし、かつチタンワイヤの構成比率を径方向外側に向かって徐々に増加させたものである。

これら試験タイヤについて、下記の評価方法により、タイヤ重量、操縦安定性、ビード強度を評価し、その結果を表１に併せて示した。

タイヤ重量：
各試験タイヤの重量を測定した。評価結果は、従来例を１００とする指数にて示した。この指数値が小さいほど軽量であることを意味する。

操縦安定性：
各試験タイヤをリムサイズ１７×７Ｊのホイールに組み付けて試験車両に装着し、空気圧２１０ｋＰａの条件にて、テストドライバーによるテストコースでの官能評価を実施した。評価結果は、従来例を１００とする指数にて示した。この指数値が大きいほど操縦安定性は優れていることを意味する。

ビード強度：
各試験タイヤをリムサイズ１７×７Ｊのホイールに組み付けてドラム耐久試験機に装着し、所定の荷重耐久試験を実施した後、試験タイヤのビードコアからビードワイヤを取り出し、その強度を測定した。評価結果は、新品時のビードワイヤの強度を１００とする指数にて示した。この指数値が大きいほどビード強度の低下が少なくビード部の耐久性が優れていることを意味する。ビード強度の評価では、ビードコアの全ての周回部分について強度を測定し、その指数値は全ての周回部分の平均値とした。

表１から判るように、試験例１〜５のタイヤは、従来例との対比において、操縦安定性を良好に維持しながら、軽量化を図ることができた。また、試験例１ではビード強度が若干低下しているものの、試験例２〜５ではビード強度の低下が全く見られなかった。

１ トレッド部
２ サイドウォール部
３ ビード部
４ カーカス層
５ ビードコア
６ ビードフィラー
７ ベルト層
８ ベルトカバー層
５０ ビードワイヤ
５０Ａ 周回部分
５１ スチールワイヤ
５２ チタンワイヤ

Claims (5)

1. 一対のビード部にそれぞれ環状のビードコアを埋設し、各ビードコアをタイヤ周方向に巻回された少なくとも１本のビードワイヤから構成し、該ビードワイヤの複数の周回部分がタイヤ軸方向に並ぶ複数の列とタイヤ径方向に重なる複数の層を形成するようにした空気入りタイヤにおいて、前記ビードコアが前記ビードワイヤとしてスチールワイヤとチタンを含有するチタンワイヤを含み、前記ビードコアの最内層を全て前記スチールワイヤで構成する一方で、該最内層よりも径方向外側に位置する各層を全て前記チタンワイヤで構成したことを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 一対のビード部にそれぞれ環状のビードコアを埋設し、各ビードコアをタイヤ周方向に巻回された少なくとも１本のビードワイヤから構成し、該ビードワイヤの複数の周回部分がタイヤ軸方向に並ぶ複数の列とタイヤ径方向に重なる複数の層を形成するようにした空気入りタイヤにおいて、前記ビードコアが前記ビードワイヤとしてスチールワイヤとチタンを含有するチタンワイヤを含み、前記スチールワイヤの直径よりも前記チタンワイヤの直径を小さくしたことを特徴とする空気入りタイヤ。
3. 前記ビードコアの最内層を全て前記スチールワイヤで構成する一方で、該最内層よりも径方向外側に位置する各層では前記チタンワイヤの構成比率を前記最内層よりも高くしたことを特徴とする請求項２に記載の空気入りタイヤ。
4. 前記最内層よりも径方向外側に位置する各層を全て前記チタンワイヤで構成したことを特徴とする請求項３に記載の空気入りタイヤ。
5. 前記最内層よりも径方向外側に位置する各層では前記チタンワイヤの構成比率を径方向外側に向かって徐々に増加させたことを特徴とする請求項３に記載の空気入りタイヤ。

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