JP2006035900A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】転がり抵抗に優れたサイド補強式ランフラットラジアルタイヤを提供する。
【解決手段】サイドウォール部６におけるカーカス４とライナ８との間に三日月型のサイド補強部材９を介装する場合、タイヤの最内面、つまりライナ８の形状を内圧ゼロの状態で自然平衡形状とすることにより、内圧負荷状態でのタイヤの変形を均一化してカーカス４の張力を均一化し、もって転がり抵抗を小さくする。また、タイヤ回転軸線方向に最も遠いタイヤ外面上の点とタイヤ回転軸線との距離Ｒ_E ’と、タイヤの幅が最も広い位置のタイヤ最内面上の点とタイヤ回転軸線との距離Ｒ_E との比Ｒ_E ／Ｒ_E ’を０．９３〜１．０７とすることにより、転がり抵抗をより一層小さくすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両に用いられる空気入りタイヤに関するものである。

一般的な乗用車両の空気入りタイヤは、ロードホイールのリムフランジに沿ってスチール等のコードを複数回巻いたビードと硬いコンパウンドを配するフィラーとの回りにカーカスの端部を外側に巻き上げるようにして巻き付け、その状態でカーカスとホイールリムとの間にリムクッションを配設し、前記カーカスの周囲にトレッド部やサイドウォール部等のゴム層を成形する。従来、タイヤ断面は、前記ビード近傍からサイドウォール部、トレッド部を経て、反対側のビード近傍まで配設されている前記カーカスの軌跡、所謂カーカスラインによって規定されている。

一方、ランフラットタイプのラジアルタイヤは、タイヤがパンクしても、そのまま、タイヤ交換が可能な場所まで移動可能であることが求められる。こうしたランフラットタイプのラジアルタイヤとしては、ムース式、中子式、サイド補強式などがある。ムース式は、例えばタイヤとホイールリムとに囲まれる、通常空気が充填される箇所に発泡性組成物を充填したもので、ラリー競技用のタイヤを中心に実用化されている（例えば特許文献１参照）。また、中子式は、ロードホイールに固定された中子を有するもので、高扁平率（例えば７０）のタイヤを中心に実用化されている（例えば特許文献２参照）。また、サイド補強式は、例えば断面三日月形状の厚肉補強ゴム層をタイヤ内部に有するもので、低扁平率（例えば４０）のタイヤを中心に実用化されている。サイド補強式のランフラットタイプラジアルタイヤは、特殊なロードホイールを必要としない上、リム組み作業性を犠牲にしないという点で、他の方式のランフラットタイプラジアルタイヤに比して優れている。
特開２００２−１４４８１１号公報 特開２００２−１１４０１２号公報 特開平１１−１５７３１０号公報

しかしながら、前記三日月形状の厚肉補強ゴム層を有するサイド補強式のランフラットラジアルタイヤでは、一般的なラジアルタイヤに比べて、通常の内圧充填下での転がり抵抗が悪化するという問題がある。
本発明はこれらの諸問題を解決するために開発されたものであり、通常の内圧充填下での転がり抵抗に優れたサイド補強式ランフラットタイプの空気入りタイヤを提供することを目的とするものである。

上記諸問題を解決するため、本発明の空気入りタイヤは、三日月型のサイド補強層をカーカスの内面側に配置すると共に、リムに組んだ、内圧ゼロのタイヤ最内面を規定する曲線Ｎが下記式で表される自然平衡形状曲線又は略自然平衡形状曲線をなすことを特徴とするものである。
ｃｏｓφ＝（Ｒ² ーＲ_E ² ）／（Ｒ_S ² −Ｒ_E ² ）
但し、式中のφは、タイヤ回転軸線から距離Ｒ離れた、曲線Ｎ上の点の接線と、その点を通る回転軸線と平行な直線とのなす角度であり、Ｒ_E は、タイヤの幅が最も広い位置の曲線Ｎ上の点とタイヤ回転軸線との距離であり、Ｒ_S はタイヤ回転軸線から最も遠い、曲線Ｎ上の点とタイヤ回転軸線との距離である。

而して、本発明の空気入りタイヤによれば、三日月型のサイド補強層をカーカスの内面側に配置すると共に、リムに組んだ、内圧ゼロのタイヤ最内面を規定する曲線Ｎが自然平衡形状曲線又は略自然平衡形状曲線をなす構成としたため、通常の内圧充填下でのカーカス張力が均一となり、その結果、サイド補強式のランフラットタイプラジアルタイヤとして、転がり抵抗が低減される。

次に、本発明の空気入りタイヤをサイド補強式のランフラットタイプラジアルタイヤに適用した一実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
図１、図２は、本実施形態のサイド補強式のランフラットタイプラジアルタイヤを示す縦断面図である。図１は内圧ゼロの状態、図２は通常内圧負荷状態を示している。これらの図において、ビード２は、ロードホイールのリムフランジに沿って、スチール等のコードを複数回、周方向に巻回したものであり、これに隣接して、硬いコンパウンドからなるフィラー３がリムフランジから離れる方向に延設されている。カーカス４は、空気入りタイヤの内壁をなす膜材であり、その端部は、前記ビード２及びフィラー３を包むようにして、外側に巻き上げられている。カーカス４のトレッド部分には、補強コードをコーティングしてなるベルト層５が配設されており、その外側に、サイドウォール部６やトレッド部７をなすゴム層が成形されている。なお、カーカス４とベルト層５にベルトカバー１０がかけられている。また、この空気入りタイヤの最も内側にはライナ８と呼ばれる膜材が配設されており、本実施形態では、このライナ８とサイドウォール部６のカーカス４との間に、三日月型のサイド補強部材９が介装されている。

前記サイド補強部材９はエラストマ（ゴム）製であり、この三日月型のサイド補強部材９をライナ８とカーカス４との間に介装するために、ライナ８、つまりタイヤ最内面とカーカス４の軌跡、即ちカーカスラインとが平行にならない。そして、本実施形態では、このライナ８によるタイヤ最内面を規定する曲線Ｎを、標準リムに組み込んだ状態で且つ内圧がゼロのときに、自然平衡形状曲線又は略自然平衡形状曲線とする。つまり、図１のライナ８の曲線Ｎは、図３に示す各符号を用いて、下記１式で表れる。
ｃｏｓφ＝（Ｒ² ーＲ_E ² ）／（Ｒ_S ² −Ｒ_E ² ） ……… (1)

図から明らかなように、式中のφは、タイヤ回転軸線から距離Ｒ離れた、曲線Ｎ上の点の接線と、その点を通る回転軸線と平行な直線とのなす角度であり、Ｒ_E は、タイヤの幅が最も広い位置の曲線Ｎ上の点とタイヤ回転軸線との距離であり、Ｒ_S はタイヤ回転軸線から最も遠い、曲線Ｎ上の点とタイヤ回転軸線との距離である。
自然平衡形状曲線については、前記特許文献３にも記載される。本実施形態では、前記ライナ８によるタイヤ最内面を規定する曲線Ｎを、標準リムに組み込んだ状態で且つ内圧がゼロのときに、自然平衡形状曲線又は略自然平衡形状曲線としたため、図２に示すように、内圧を負荷したときにライナ８が均一に、膨張方向に変形し、カーカスの張力も均一になる。
ここで、転がり抵抗ＲＲについて考察すると、転がり抵抗ＲＲは、タイヤの変形に伴ってエネルギーをロスするために発生する力であり、下記２式で表れる。

ここで、ａはタイヤ動半径、Ｖは体積、Ｕは歪みエネルギー（歪みと応力の積値）、ｔａｎδは損失弾性率／タンデルタである。式から明らかなように、転がり抵抗ＲＲを小さくするためには、体積を少なくする、材料の損失弾性率を小さくする、歪みや応力を小さくすることが有効である。本実施形態では、内圧負荷時のカーカスの張力を均一にすることで、歪みや応力を小さくすることが可能となり、結果として転がり抵抗を小さくすることができる。

また、図３に規定されるタイヤの幅が最も広いタイヤ外面上の点とタイヤ回転軸線との距離をＲ_E ’としたとき、前記タイヤ回転軸線方向に最も遠いタイヤ最内面上の点とタイヤ回転軸線との距離Ｒ_E との比Ｒ_E ／Ｒ_E ’を０．９３〜１．０７とするのが望ましく、そのようにすることで、転がり抵抗をより一層小さくすることができる。

図４、図５は、前記特許文献３に記載されるサイド補強式のランフラットタイプラジアルタイヤを示したものであり、図４は内圧がゼロの状態、図５は内圧負荷状態を示している。理解を容易にするために、符号は、前記図１、図２の実施形態と同じものを用いた。この従来のサイド補強式ランフラットタイプラジアルタイヤは、前記図１、図２の実施形態に類似しているが、標準リムに組み、内圧がゼロのとき、カーカス４の最外面が自然平衡形状曲線に一致又は略一致するようにしている。そのため、内圧を負荷すると、タイヤ最内面のライナ８が自然平衡形状となり、サイド補強部材９の外側部分のカーカス４が大きく外側に張り出すように変形し、その部分の歪みが大きくなる。その結果、前記特許文献３に記載されるサイド補強式ランフラットタイプラジアルタイヤは転がり抵抗が大きいという問題がある。

次に、サイズ２３５／４５Ｒ１８のタイヤモデルを用いて、本実施形態の実施例及び比較例のサイド補強式ランフラットラジアルタイヤに対し、有限要素法（ＦＥＭ）による転がり抵抗の計算を行った。また、合わせて自然平衡形状の規定をカーカスラインで行った前記特許文献３を従来例とし、その他の実施例並びに比較例は、全て自然平衡形状の規定をタイヤ最内面で行った。従来例のタイヤ回転軸線方向に最も遠いタイヤ外面上の点とタイヤ回転軸線との距離Ｒ_E ’と、タイヤ回転軸線方向に最も遠いタイヤ最内面上の点とタイヤ回転軸線との距離Ｒ_E との比Ｒ_E ／Ｒ_E ’を１．００とし、当該比Ｒ_E ／Ｒ_E ’を種々に変更したときの転がり抵抗を計算した。従来例、実施例、比較例の要件と転がり抵抗の計算値を下記表１に示す。なお、ｔａｎδは、温度５０℃、周波数１４Ｈｚに相当する値を用いた。参考に、周長２ｍのタイヤが１００ｋｍ／ｈで回転すると１４Ｈｚでサイドウォールが変形する。転がり抵抗は、例えば「最適化法を用いたタイヤの転がり抵抗低技術開発」（自動車研究Vol.21,No.6,1999、中島幸雄）、「転がり抵抗低減のための構造技術」（日本ゴム協会誌Vol.73,No.2,2000、加部和幸他）に示すように、一般的に計算が行われている。ここでは、ＦＥＭから得られた応力、歪みに粘弾性による位相差δを用いて損失エネルギーを算出した。計算は、空気圧２００ｋＰａ、リム幅７．５インチ、垂直加重４．８ｋＮに相当する。計算結果は、従来例を１００とする指数で示し、この値が小さいほど、転がり抵抗が小さく、燃費性能に優れる。

同表から明らかなように、自然平衡形状の規定をタイヤ最内面で行う本実施形態では、実施例、比較例の何れも転がり抵抗が小さい。そして、前記従来例のタイヤ回転軸線方向に最も遠いタイヤ外面上の点とタイヤ回転軸線との距離Ｒ_E ’と、タイヤ回転軸線方向に最も遠いタイヤ最内面上の点とタイヤ回転軸線との距離Ｒ_E との比Ｒ_E ／Ｒ_E ’を０．９３〜１．０７とすることにより、転がり抵抗をより一層小さくすることができる。

なお、前記実施形態では、サイド補強部材を一種類のエラストマで構成したが、熱可塑性樹脂や熱可塑性樹脂成分とエラストマ成分とを混合して用いてもよいし、複数種の材料を組み合わせてサイド補強部材を構成してもよい。
また、前記実施形態では、サイド補強部材を一つだけ用いたが、複数のサイド補強部材を同時に用いてもよい。また、その際には、追加されるサイド補強部材をカーカスとカーカスとの間に配置しても、或いはカーカスの外側に配置してもよい。

また、前記実施形態では、コード補強部材を埋設していないが、コード補強部材を埋設してもよい。また、その場合には、ポリエステル、レーヨン、アラミド、ＰＥＮ、ナイロンなどの有機繊維やスチールを単体又は撚り合わせて用いてもよい。
また、カーカスの枚数も前記に限定されない。また、前記実施形態ではポリエステル製のカーカスコードを用いたが、レーヨン、アラミド、ＰＥＮ、ナイロン等の有機繊維やスチールを単体又は撚り合わせてカーカスコードとしてもよい。

本発明の空気入りタイヤの一実施形態を示す内圧ゼロ状態の縦断面図である。 図１の空気入りタイヤの内圧負荷状態の縦断面図である。 自然平衡形状の説明図である。 従来の空気入りタイヤの一例を示す内圧ゼロ状態の縦断面図である。 図４の空気入りタイヤの内圧負荷状態の縦断面図である。

符号の説明

２はビード
３はフィラー
４はカーカス
５はベルト層
６はサイドウォール部
７はトレッド部
８はライナ
９はサイド補強部材
１０はベルトカバー

Claims (2)

1. 三日月型のサイド補強層をカーカスの内面側に配置すると共に、リムに組んだ、内圧ゼロのタイヤ最内面を規定する曲線Ｎが下記式で表される自然平衡形状曲線又は略自然平衡形状曲線をなすことを特徴とする空気入りタイヤ。
   ｃｏｓφ＝（Ｒ² ーＲ_E ² ）／（Ｒ_S ² −Ｒ_E ² ）
   但し、式中のφは、タイヤ回転軸線から距離Ｒ離れた、曲線Ｎ上の点の接線と、その点を通る回転軸線と平行な直線とのなす角度であり、Ｒ_E は、タイヤの幅が最も広い位置の曲線Ｎ上の点とタイヤ回転軸線との距離であり、Ｒ_S はタイヤ回転軸線から最も遠い、曲線Ｎ上の点とタイヤ回転軸線との距離である。
2. タイヤ回転軸線方向に最も遠いタイヤ外面上の点とタイヤ回転軸線との距離をＲ_E ’としたとき、Ｒ_E ／Ｒ_E ’が０．９３〜１．０７であることを特徴とする請求項１に記載の空気入りタイヤ。

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