JP5891025B2 - ビードコアおよび空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、タイヤ用のビードコアおよびそのビードコアを用いた空気入りタイヤに関し、特には、薄板状の金属材料を用いて形成したビードコア、および、そのビードコアを用いた空気入りタイヤに関するものである。

一般に、タイヤとリムとの嵌合性を向上させる観点から、空気入りタイヤのビード部には、ビードコアが埋設されている。そして、ビード部に埋設されたビードコアは、トレッド部から一対のサイドウォール部を介して一対のビード部に亘ってトロイド状に延びるカーカスを係止する係止部材としても機能する。

ここで、従来、ビードコアとしては、ゴム被覆した断面円形のスチールワイヤ（鋼線）を巻き回して形成した環状体が用いられている。
しかし、断面円形のスチールワイヤをゴム被覆した後に巻き回してなるビードコアでは、ビードコア全体としての回転剛性が十分ではなく、例えば図５に示すように、タイヤの内圧充填時等にタイヤ径方向外方に向かう引っ張り力Ｆが負荷されると、ビードコア６Ａ全体が大きく回転変形してしまうという問題がある。即ち、ゴム被覆したスチールワイヤ６１Ａを巻き回してなるビードコア６Ａを用いたタイヤでは、内圧充填時等にビードコア６Ａ全体が大きく回転変形し、その結果、ビードコア６Ａの周りで折り返されてビードコア６Ａに係止されているカーカス４の引き抜けや、カーカス４の端部（折返し端）での応力（引張応力）の発生による故障が生じることがある。

そこで、例えば特許文献１では、断面四角形のビードワイヤをタイヤ幅方向およびタイヤ径方向の双方に互いに接触するように巻き回してビードコアを形成することにより、互いに隣接するビードワイヤ同士の接触面積を大きくしてビードコア全体としての回転剛性を高めることが提案されている。

特開昭４９−１１９３０１号公報

しかし、断面四角形のビードワイヤを巻き回してなる上記従来のビードコアでは、タイヤ幅方向に並列に配置した複数本のビードワイヤを巻き回すことによりビードワイヤ同士をタイヤ幅方向およびタイヤ径方向の双方に接触させているので、ビードコアに外力ｆが負荷された際に、図６に示すようにビードコア６Ｂ内でビードワイヤ６１Ｂ同士の位置がずれ、ビードコア６Ｂの形状が崩れることがあった。即ち、上記従来のビードコアを用いたタイヤには、図６に示すようにビードコアの形状が崩れると、ビードコア全体としての回転剛性が低下してしまい、その結果、ビード部の耐久性が低下してしまうという問題があった。

また、近年では、燃費を向上して環境負荷を低減する観点から、タイヤの軽量化が求められており、ビードコアに対しても、強度等の性能を確保しながら部材の重量を低減することが求められている。

そこで、本発明は、十分な回転剛性および強度を確保しつつ重量を低減し得るビードコアを提供することを目的とする。また、本発明は、そのビードコアを用いることにより、ビード部の耐久性が高くて軽量な空気入りタイヤを提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行った。そして、本発明者らは、断面形状が所定のアスペクト比を有する薄板状の金属材料を用いてビードコアを形成することにより、外力が負荷された際であっても形状が崩れ難く、且つ、十分な回転剛性および強度を確保しつつ重量を低減し得るビードコアを提供し得ることを見出して本発明を完成させた。

即ち、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明のビードコアは、タイヤ用のビードコアであって、金属製の板状体を用いて形成された環状体よりなり、前記環状体は、前記板状体を板状体の厚さ方向に板状体同士が直接重なり合うように積層してなる積層構造を有し、前記板状体の幅方向断面は、アスペクト比（長辺／短辺）が１０〜６０であり、前記幅方向断面は、長方形状であることを特徴とする。このように、金属製の板状体を板状体の厚さ方向に積層した積層構造を採用すれば、ビードコア全体として十分な回転剛性を得ることができると共に、外力に対するビードコアの形状保持性を高めることができる。また、幅方向断面のアスペクト比が１０以上６０以下の板状体を用いてビードコアを形成すれば、十分な強度を確保しつつビードコアの重量を低減することができる。因みに、本発明のビードコアは、前記アスペクト比（長辺／短辺）が、１０〜５０であることが好ましい。
なお、本発明において、「板状体を板状体の厚さ方向に積層する」には、複数枚の板状体を積み重ねて積層構造を形成する場合のほか、一枚の板状体を巻き回すことにより積層構造を形成する場合も含まれる。

ここで、本発明のビードコアは、前記環状体が、前記板状体を巻き回して形成されていることが好ましい。板状体を巻き回して環状体を形成すれば、ビードコアを容易に製造することができるからである。

また、本発明のビードコアは、前記積層構造が、積層数が４〜３０であることが好ましい。積層数を４以上とすれば、ビードコアの強度を十分に確保することができるからである。また、積層数を３０以下とすれば、ビードコアを十分に軽量化することができるからである。

更に、本発明のビードコアは、前記板状体の幅方向断面が、長辺の長さが５〜３０ｍｍであり、短辺の長さが０．５〜２．０ｍｍであることが好ましい。幅方向断面の長辺の長さが５〜３０ｍｍであり、短辺の長さが０．５〜２．０ｍｍである板状体を用いれば、板状体の強度を確保して、ビードコアの重量を更に低減することができるからである。また、短辺の長さが０．５〜２．０ｍｍである板状体を用いれば、ビードコアの周方向の均一性（ユニフォミティ）を高めることができるからである。
なお、本発明において、「長辺」とは、板状体の幅方向断面の長手方向の最大長さ（即ち、板状体の最大幅）を指し、「短辺」とは、板状体の幅方向断面の、長手方向に直交する方向の最大長さ（即ち、板状体の最大厚み）を指す。

そして、本発明のビードコアは、前記板状体が、圧延鋼板よりなることが好ましい。幅方向断面のアスペクト比が１０以上となるように圧延された鋼板は、十分に高い強度（特に、破断強度）を有するからである。

また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の空気入りタイヤは、上記ビードコアの何れかを用いたことを特徴とする。このように、上述したビードコアを用いれば、ビード部の耐久性が高くて軽量な空気入りタイヤを提供することができる。

本発明によれば、十分な回転剛性および強度を確保しつつ重量を低減し得るビードコアを提供することができる。また、本発明によれば、ビード部の耐久性が高くて軽量な空気入りタイヤを提供することができる。

本発明に従う代表的な空気入りタイヤのタイヤ幅方向断面図である。 図１に示す空気入りタイヤのビード部のタイヤ幅方向断面を拡大して示す図である。 本発明に従う代表的なビードコアの側面図である。 図３に示すビードコアのＩ−Ｉ線に沿う断面を示す図である。 断面円形のスチールワイヤを巻き回してなる従来のビードコアを有する空気入りタイヤについて、内圧充填時のビードコアの回転変形を説明する図である。 断面四角形のビードワイヤを巻き回してなる従来のビードコアを有する空気入りタイヤについて、ビードコアに外力が負荷された際のビードコアの形状の崩れを説明する図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。本発明の空気入りタイヤは、本発明のビードコアを用いたことを特徴とする。そして、本発明のビードコアは、断面形状が所定のアスペクト比（長辺／短辺）を有する金属製板状体を用いて形成したことを特徴とする。

＜空気入りタイヤ＞
ここで、図１に、本発明に従う空気入りタイヤの一例について、適用リムＲに装着し、ＪＡＴＭＡ等に規定の所定内圧（最高空気圧）を適用した無負荷状態におけるタイヤ幅方向断面を示す。

図１に示す空気入りタイヤ１０は、トレッド部１と、トレッド部１の側部からタイヤ径方向内方に延びる一対のサイドウォール部２と、各サイドウォール部２のタイヤ径方向内方に連なるビード部３とを備えている。
また、空気入りタイヤ１０は、一対のビード部３間に延在する１プライからなるラジアルカーカス４を備えている。ここで、ラジアルカーカス４は、トレッド部１から一対のサイドウォール部２を介して一対のビード部３にわたってトロイド状に延び、ビード部３内に埋設された断面四角形のビードコア６の周りでタイヤ幅方向内側からタイヤ幅方向外側に向かって折り返されてなる。なお、ビード部３のビードコア６のタイヤ径方向外側には、ビードフィラー７が配設されている。
更に、トレッド部１のラジアルカーカス４のタイヤ径方向外側（クラウン部外周側）には、２層のベルト層５１，５２よりなるベルト５が設置されている。そして、ベルト５のタイヤ径方向外側には、トレッドゴム８が配置されており、該トレッドゴム８の表層部（トレッド部踏面側）には、タイヤ周方向に延びる複数本（図１では３本）の主溝９が、タイヤ赤道Ｃを中心として線対称となるように形成されている。

そして、図１に示す空気入りタイヤ１０は、以下に詳細に説明する環状のビードコア６をビード部３に埋設したことを特徴とする。
なお、図２にビード部３の断面を拡大して示すように、断面四角形のビードコア６は、特に限定されることなく、タイヤ幅方向に対して所定の角度θ₁で傾斜している。因みに、角度θ₁は、適用リムＲのビードシートと、ビードコア６の内周面とが略並行になる大きさ（例えば、１５°以下）とすることができる。

＜ビードコア＞
ここで、図３に、本発明に従うビードコアの一例について、模式的な側面図を示す。図３に示すビードコア６は、金属製の板状体６１を用いて形成された環状体よりなり、空気入りタイヤのビードコアとして用いられる。そして、ビードコア６は、板状体６１として、幅方向断面が所定のアスペクト比を有する板状体を用いることを特徴とする。

より具体的には、ビードコア６は、図３に側面図を示し、図４に図３のＩ−Ｉ線に沿う断面を示すように、一定幅の板状体６１を巻き回して形成された環状体よりなる。なお、図３に示すビードコア６では、板状体６１はゴム等で被覆されることなく（即ち、ゴムを間に介在させることなく）、巻き回されている。そして、板状体６１の巻き始め端６２と、巻き終わり端６３とは互いに異なる周方向位置に位置している。そして、ビードコア６の中心軸線と巻き始め端６２とを通る仮想面と、ビードコア６の中心軸線と巻き終わり端６３とを通る仮想面とは、角度θ₂（例えば、６０〜９０°）で交差している。

また、このビードコア６は、図４に示すように、幅方向断面が、板状体６１を一方向（図４では上下方向に）に積層してなる積層構造を有している。即ち、図４に示すように、一枚の板状体６１を巻き回して形成された環状体よりなるビードコア６は、板状体６１が積層方向に直接重なり合うように巻き回されているので、ビードコア６のＩ−Ｉ線に沿う断面は、板状体６１の幅方向断面に対応する長方形が、一方向（板状体６１の厚さ方向）に積層された形状を有している。

そして、ビードコア６を構成する板状体６１の幅方向断面は、長方形状をしており、該幅方向断面のアスペクト比（長辺の長さ／短辺の長さ）は、３〜６０の範囲内とされている。即ち、環状のビードコア６の中心軸線に沿う断面視において、積層構造の各層を構成する板状体６１の断面の長辺の長さａ（板状体の幅に相当）と、短辺の長さｂ（板状体の厚みに相当）との比（ａ／ｂ）は、３〜６０の範囲内とされている。なお、アスペクト比（ａ／ｂ）は、１０〜５０であることが好ましい。

ここで、上述したビードコア６（環状体）の形成は、特に限定されることなく、ドラムの外周に板状体６１を巻き付けることにより行うことができる。因みに、図２に示すようにビードコア６をタイヤ幅方向に対して所定の角度θ₁で傾斜させてビード部３に埋設する場合には、予め所定のくせ付けを行った板状体６１をドラムの外周に巻き付けることによりビードコア６を形成することができる。

そして、上記ビードコア６によれば、十分な回転剛性および強度を確保しつつビードコア６の重量を低減することができる。
即ち、ビードコア６は、金属製の板状体６１を積層した積層構造を有しているので、積層方向（板状体６１の厚さ方向）に直接重なり合う板状体６１間の接触面積が大きくなり、板状体６１間の引っ掛かり効果が大きくなる。従って、ビードコア６は、ビード部３に埋設された際のビードコア６全体としての回転剛性が十分に大きくなる。
また、ビードコア６は、金属製の板状体６１を積層した積層構造を有しているので、タイヤ幅方向に複数のワイヤを並列配置して巻き回した従来のビードコアに比べ、外力が負荷された場合であっても形状が崩れ難い。より具体的には、ビードコア６は、積層方向に外力が作用した場合であっても形状が崩れることは無く、また、積層方向に直交する方向に外力が作用した場合であっても、板状体６１のアスペクト比（ａ／ｂ）が大きいので、形状が大きく崩れることはない。
更に、ビードコア６は、断面形状のアスペクト比（ａ／ｂ）が３以上の板状体６１を用いているので、アスペクト比が３未満の厚い板状体を用いた場合と比較し、単位体積当たりの板状体６１の破断強力を十分に大きくして、十分な強度を確保することができる。また、アスペクト比（ａ／ｂ）が６０以下の板状体６１を用いているので、板状体６１の厚さが不均一になるのを抑制し、ビードコア６の強度が低下するのを抑制することができる。
そして、このビードコア６は、上述したように十分な回転剛性および強度を有しているので、板状体６１の巻回数を低減してビードコア６の厚みおよび重量を減少させても、十分な回転剛性および強度を確保することができる。

従って、このビードコア６を用いた空気入りタイヤ１０では、ビードコア６の回転剛性および強度の確保と、ビードコア６の軽量化とを両立することができるので、ビード部３の耐久性の低下を抑制しつつ、タイヤ重量を低減することができる。

ここで、板状体６１は、冷間圧延鋼板や熱間圧延鋼板などの圧延鋼板よりなることが好ましい。鋼板は、幅方向断面のアスペクト比が３以上、特には１０以上となるように薄く圧延された際に、特に十分に高い強度（特に、破断強度）を有するからである。

また、板状体６１の幅方向断面は、長辺の長さａが５〜３０ｍｍであり、短辺の長さｂが０．５〜２．０ｍｍであることが好ましい。短辺の長さが２．０ｍｍ以下であり、且つ、長辺の長さが５ｍｍ以上である板状体６１を用いれば、板状体の破断強力を更に大きくして、ビードコア６の強度を十分に確保することができるからである。また、短辺の長さが０．５ｍｍ未満の板状体６１や、長辺の長さが３０ｍｍ超の板状体６１は、均一な厚さで製造するのが困難だからである。更に、短辺の長さが２．０ｍｍ以下であれば、板状体６１を巻き回して積層した際に、巻き始め端６２と巻き終わり端６３との間に位置するオーバーラップ部分（他の部分よりも積層数が１層多くなる部分）と、オーバーラップ部分以外の部分との厚みの差を小さくして、ビードコアの周方向の均一性が低減するのを抑制することができるからである。即ち、長辺の長さａおよび短辺の長さｂを上記範囲内とすれば、十分な強度を確保しつつビードコア６を軽量化することができると共に、ビードコア６およびそのビードコア６を用いた空気入りタイヤの周方向の均一性を高めることができるからである。
なお、巻き始め端６２と巻き終わり端６３とが周方向に近接して位置することによる応力の集中を抑制しつつビードコア６の周方向の均一性を確保する観点からは、角度θ₂は、６０〜９０°であることが好ましい。

更に、積層構造の積層数、即ち板状体６１の巻回数は、４〜３０とすることが好ましい。積層数を４以上とすれば、ビードコアの強度を十分に確保することができるからである。また、積層数を３０以下とすれば、ビードコアを十分に軽量化することができるからである。

以上、図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明のビードコアおよび空気入りタイヤは上述した例に限定されることは無く、本発明のビードコアおよび空気入りタイヤには適宜変更を加えることができる。

具体的には、上記一例のビードコア６は一枚の板状体６１を巻き回して形成したが、本発明のビードコアは、複数枚の板状体を一枚ずつ巻き付けて積層することにより形成しても良い。また、本発明のビードコアは、環状の板を（ビードコアの幅方向に向かって）積層することにより形成しても良い。但し、ビードコアを容易に製造する観点からは、一枚の板状体を巻き回してビードコアを形成することが好ましい。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。

（参考例１）
圧延鋼板を用いて、表１に示す諸元で、図３〜４に示すような構成を有するビードコアを作製した。次に、作製したビードコアを用いて、図１に示すような断面形状を有する、サイズが２７５／８０Ｒ２２．５の空気入りタイヤを常法に従い製造した。
そして、作製したタイヤについて、タイヤ重量、均一性およびビード部の耐久性を下記の方法で評価した。結果を表１に示す。

（実施例２〜５、比較例１）
ビードコアの諸元を表１に示すように変更した以外は参考例１と同様にしてビードコアおよび空気入りタイヤを作製した。
そして、作製したタイヤについて、タイヤ重量、均一性およびビード部の耐久性を参考例１と同様の方法で評価した。結果を表１に示す。

（従来例１）
表１に示す諸元で、図５に示すような構成を有するビードコアを作製した。なお、スチールワイヤとしては、直径１．８３ｍｍのワイヤを用いた。次に、作製したビードコアを用いて、図１に示すような断面形状を有する、サイズが２７５／８０Ｒ２２．５の空気入りタイヤを常法に従い製造した。
そして、作製したタイヤについて、タイヤ重量、均一性およびビード部の耐久性を参考例１と同様の方法で評価した。結果を表１に示す。

＜タイヤ重量＞
作製したタイヤの質量を測定した。そして、従来例１の質量を１００として指数評価した。表中、数値が小さいほど軽いことを示す。
＜均一性（ユニフォミティ）＞
作製したタイヤを適用リムに装着し、内圧が９００ｋＰａ（相対圧）となるように内部に空気を充填した後、ロードセルの入ったハブ(ドラムへのタイヤ取付け部)を有するドラム試験機を用いて、正規荷重を負荷した条件下でドラム走行試験を行った。そして、タイヤが一回転する間の上下・左右・前後力の変動を測定し、従来例１の均一性を１００として指数評価した。表中、数値が大きいほど均一性が高いことを示す。
＜ビード部耐久性＞
作製したタイヤを適用リムに装着し、内圧が９００ｋＰａ（相対圧）となるように内部に空気を充填した後、ドラム試験機を用いてビード部が故障するまでの走行距離を測定した。なお、測定条件は、室温：４５℃、荷重：正規荷重の１８０％（５７ｋＮ）、速度：６０ｋｍ／ｈとした。そして、従来例１の走行距離を１００として指数評価した。表中、数値が大きいほどビード部が故障するまでの走行距離が長くてビード部耐久性が高い（即ち、回転剛性や強度が高い）ことを示す。

表１より、実施例３〜５のタイヤは、ビード部耐久性に優れ、且つ、軽量であることが分かる。また、実施例２のタイヤは、ビード部耐久性に非常に優れているので、十分な回転剛性および強度を確保しつつ、重量を低減し得る（即ち、重量低減の余地がある）ことが分かる。更に、実施例２〜５のビードコアを用いた空気入りタイヤは、均一性に優れていることが分かる。

本発明によれば、十分な回転剛性および強度を確保しつつ重量を低減し得るビードコアを提供することができる。また、本発明によれば、ビード部の耐久性が高くて軽量な空気入りタイヤを提供することができる。

１ トレッド部
２ サイドウォール部
３ ビード部
４ ラジアルカーカス
５ ベルト
６ ビードコア
６Ａ ビードコア
６Ｂ ビードコア
７ ビードフィラー
８ トレッドゴム
９ 主溝
１０ 空気入りタイヤ
５１，５２ ベルト層
６１ 板状体（圧延鋼板）
６１Ａ スチールワイヤ
６１Ｂ ビードワイヤ
６２ 巻き始め端
６３ 巻き終わり端
Ｒ 適用リム

Claims (7)

1. タイヤ用のビードコアであって、
   金属製の板状体を用いて形成された環状体よりなり、
   前記環状体は、前記板状体を板状体の厚さ方向に板状体同士が直接重なり合うように積層してなる積層構造を有し、
   前記板状体の幅方向断面は、アスペクト比（長辺／短辺）が１０〜６０であり、
   前記幅方向断面は、長方形状であることを特徴とする、ビードコア。
2. 前記環状体は、前記板状体を巻き回して形成されたことを特徴とする、請求項１に記載のビードコア。
3. 前記積層構造は、積層数が４〜３０であることを特徴とする、請求項１または２に記載のビードコア。
4. 前記アスペクト比（長辺／短辺）が、１０〜５０であることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載のビードコア。
5. 前記板状体の幅方向断面は、長辺の長さが５〜３０ｍｍであり、短辺の長さが０．５〜２．０ｍｍであることを特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載のビードコア。
6. 前記板状体が、圧延鋼板よりなることを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載のビードコア。
7. 請求項１〜６の何れかに記載のビードコアを用いたことを特徴とする、空気入りタイヤ。

Images