JP2006082693A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】パンク走行時のショルダ領域の耐久性を向上すると共に、ロードノイズの悪化を最小限に抑える。
【解決手段】ベースゴム１１を有するトレッド部２１と断面略三日月状のサイド補強ゴム層３を有する一対のサイドウォール部２０とを備えるサイド補強式ランフラットタイヤ１において、ショルダ領域２２のベースゴム１１に接する位置に、タイヤ内周面に垂直且つトレッドと路面とのタイヤ幅方向の接地端を通る線を跨ぐようにクッションゴム１３を配置し、このクッションゴム１３の損失正接（ｔａｎδ）をベースゴム１１のｔａｎδより低く設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空気入りタイヤに関し、より詳細にはランフラット（パンク状態での走行）耐久性を向上することができる空気入りタイヤに関するものである。

ランフラットタイプのラジアルタイヤの１つとして、サイド補強式ランフラットタイヤがある。サイド補強式ランフラットタイヤは、断面三日月状のサイド補強層をタイヤ内部に備えるもので、低扁平率（例えば４０％）のタイヤを中心に実用化されている。
このようなサイド補強式ランフラットタイヤにおいて、パンク走行時（ゼロ内圧走行時）のショルダ領域の耐久性を向上させるものとして、例えば、ショルダ領域のコード補強ゴム層（ベルト、ベルトカバー、カーカス等）の層間に、損失正接（ｔａｎδ）が低いクッションゴムを配置するというものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１６０２３号公報

ところで、走行時、コード補強ゴム層には大きな層間せん断変形が発生しており、この層間せん断変形は振動を減衰する効果がある。すなわち、コード補強ゴム層の層間ゴムがダッシュポットの役割を果たして振動を抑制している。
しかしながら、上記従来の空気入りタイヤにあっては、ショルダ領域のコード補強ゴム層の層間にｔａｎδが低いクッションゴム（すなわち、減衰性の悪いゴム）を配置しているので、振動伝達率が大きくなり、通常走行時（内圧負荷時）のロードノイズが悪化するという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、パンク走行時のショルダ領域の耐久性を向上すると共に、通常走行時のロードノイズの悪化を最小限に抑えることができる空気入りタイヤを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る空気入りタイヤは、トレッド部のショルダ領域にあるベースゴムに接するように配置されたクッションゴムを備え、該クッションゴムの損失正接を前記ベースゴムの損失正接より低く設定する。

本発明によれば、サイド補強式ランフラットタイヤにおいて、クッションゴムをショルダ領域のベースゴムに接するように配置することで、通常走行時のロードノイズを悪化させることなく、パンク走行時のショルダ領域の耐久性を向上することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施形態を示す概略構成図であり、空気入りタイヤ１（以下、タイヤ１と称す）の右半断面を示す図である。このタイヤ１はサイド補強式ランフラットタイヤであり、耐外傷性に優れるコンパウンドを配するサイドウォール２の内周側に、断面が略三日月状のサイド補強ゴム層３を備えている。

これにより、サイドウォール２を補強して剛性を高め、例えばパンクにより内圧が低下又は零になった場合であっても車両総重量を安定して支持すると共に、パンクした場所からある程度の距離を走行可能としている。
またタイヤ１は、その骨格を構成するカーカス４を有する。このカーカス４はポリエステル、レーヨンなどのコードを周方向と直角に配するものであり、その端部がタイヤ１の内周側から外周側へ向けてビードコア５に巻き付けられている。さらに、このビードコア５の上部のカーカス４間の隙間には、剛性確保のために硬いコンパウンドを配し細切り形状に形成されたビードフィラー６が埋設されている。

ここで、ビードコア５は、タイヤ１をリムに締め付け固定するために配置されるものであり、ピアノ線を層状又は１本で周方向に巻いたものである。サイド補強ゴム層３はカーカス４より内周側に配置されており、このサイド補強ゴム層３より内周側のタイヤ１の最内層をインナーライナー７が形成している。
このインナーライナー７は、タイヤ内部の空気を保持すると共に、タイヤ内部への酸素の透過を防止し、タイヤ内部の酸化劣化を防ぐ機能がある。

前記サイドウォール２、サイド補強ゴム層３、カーカス４及びビードフィラー６で、荷重支持や振動吸収などの役割を担うサイドウォール部２０を構成している。
また、カーカス４の外周にはトレッド部２１を強化する２層のベルト８及びベルトカバー９を備え、ベルト８は、トレッド部２１のショルダ領域２２にその端部を配置するように構成されている。

ここで、トレッド部のショルダ領域とは、タイヤとリムとの組立体に最高空気圧（１９９８年版のＪＡＴＭＡ、ＴＲＡ、ＥＴＲＴＯの規格による）の１０％に相当する微圧を充填したタイヤ断面において、トレッド部の踏面幅を８等分した１／８幅を踏面端から踏面中央側に隔てた位置を通る最内側カーカスプライ内面の法線と、踏面端を通る最内側カーカスプライ内面の法線とで囲まれる領域を指すものと定義する。

ベルト８は、スチール、アラミドなどのコードを２層に積層したものであり、ベルトカバー９は、ナイロン、ＰＥＮ（ペン）などから成る。そして、ベルト８及びベルトカバー９で、トレッドを適切に接地させるための基礎となるベルト部２３を構成している。
トレッド部２１は、路面に接触する重要な要素であり、ＮＲ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｒｕｂｂｅｒ）、ＢＲ（Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ）、ＳＢＲ（Ｓｔｙｒｅｎｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ）などのエラストマーに、カーボンブラック、シリカなどの補強材や硫黄、加硫促進剤などの配合剤を混合したコンパウンドで構成され、接地面に配置されるキャップゴム１０と、キャップゴム１０とベルト部２３との間に配置されるベースゴム１１とで構成される。

キャップゴム１０は、摩擦力を上げるため、他のゴムに比べて高発熱なゴムであり、ベースゴム１１は、主にベルト部２３へのキャップトレッドの発熱防止オイル成分の移行防止、及びキャップゴム１０とベルト部２３との接着性向上を目的としている。
さらに、このタイヤ１は、ベースゴム１１の外周側、例えば、キャップゴム１０とベースゴム１１との間にクッションゴム１２を備えている。クッションゴム１２の損失正接（以下、ｔａｎδと称す）はベースゴム１１のｔａｎδより低く設定されており、ベースゴム１１のｔａｎδの４０％以上８０％以下とする。

ここで、ｔａｎδは、ゴム材料における転がり抵抗、制振材における振動減衰性能の評価に重要な物理量であり、ＪＩＳ Ｋ ６３９４−１９９５の「加硫ゴムの動的性質試験方法」に記載されている（１）非共振方法のうち「荷重波形、たわみ波形による場合」に従い、変形の種別は引張りとして求める値である。
このクッションゴム１２は、図２に示すように、ショルダ領域において、トレッドと路面とのタイヤ幅方向の接地端Ａを通りタイヤ内周面に垂直な線Ｂを跨ぐように配置されている。図中Ｃはショルダ領域のトレッド総厚さを示しており、図中Ｄはトレッド幅を示している。

そして、クッションゴム１２は、その厚さがショルダ領域のトレッド総厚さＣの１５％以上７５％以下に設定され、幅がトレッド幅Ｄの８％以上４０％以下に設定されている。
なお、このクッションゴム１２は、ＮＲ，ＢＲ，ＳＢＲなどのエラストマーに、カーボンブラック、シリカなどの補強材や硫黄、加硫促進剤などの配合剤を混合したコンパウンドが好ましいが、必要に応じて、エラストマーの代わりに熱可塑性樹脂を混合したり、エラストマーを含む熱可塑性樹脂を混合してもよい。

ところで、車両走行中に、例えば釘や金属片などの異物がタイヤに突き刺さることで、タイヤの内圧が低下又はゼロの状態即ちパンクした状態となったときに、パンクした場所からタイヤを付け替えできるサービスステーション等のドライバが望む場所までの距離を、それ以上タイヤにダメージを与えることなく、且つ操縦安定性を損なうことなく、継続して安定走行可能であることが要求される。

パンク時（ゼロ内圧走行時）には、図３に示すように、トレッド面がバックリング（座屈）し、ショルダ領域のみが接地する。これに伴い、ショルダ領域の損失エネルギー密度が高くなり、ショルダ領域のセパレーション（剥離）等の耐久性が悪化する。
そこで、本発明では、ショルダ領域に低ｔａｎδなクッションゴム（即ち発熱が小さいゴム）を配置することで、ショルダ領域のセパレーション（剥離）等の耐久性を向上する。
また、通常走行時のロードノイズ（路面から車体に伝わる振動騒音）は、図４に示すタイヤの振動伝達特性が影響する。走行時には、ベルト、ベルトカバー、カーカス等のコード補強ゴム層に大きな層間せん断変形が発生することが一般的に知られており、この層間せん断変形は振動を減衰する効果がある。

したがって、従来の空気入りタイヤのように、コード補強ゴム層の層間に低ｔａｎδなクッションゴムを配置すると、この層間せん断変形の発生が妨げられて振動伝達率が大きくなり、ロードノイズが悪化するという問題がある。そこで、本発明では、クッションゴムをショルダ領域のコード補強ゴム層の層間でない適正位置に配置することで、ロードノイズの悪化を最小限に抑える。
今、２３５／４５Ｒ１８サイズのタイヤモデルを用いて有限要素法によるタイヤ解析を行い、表１に示す従来例ｚ及び実施例ａ〜ｅについて、耐久性の評価指標となる損失エネルギー密度と、ロードノイズの評価指標となる振動伝達率との計算を行う。

従来例ｚは、特開２０００−１６０２３号公報に示されているようにベルトとベルトカバーとの間にクッションゴムを配置したものである。各実施例ａ〜ｅは、クッションゴムをベースゴムの外周側に隣接させて配置し、クッションゴムの厚さ、幅、及びｔａｎδを異なる値に設定している。また、従来例ｘはクッションゴムを配置しないものである。

ここで、損失エネルギー密度は、ＦＥＭから得られた応力及びひずみと、ゴム試験片の粘弾試験で得られた位相差δとを用いて算出する。計算条件は、空気圧０ｋＰａ（パンク時）、リム幅７．５インチ、垂直荷重４．８ｋＮとする。
そして、従来例ｘを１００とするショルダ領域の損失エネルギー密度の指数を求め、これを解析結果とする。この値が小さいほどショルダ領域の損失エネルギーが小さく、耐久性に優れると判断する。なお、目標レベルは、市場実績を考慮し、損失エネルギー指数９８以下とする。

振動伝達率は、ＦＥＭから得られた入力と出力との比として算出する。入力はトレッド中央部の節点力として与え、出力はリム部の節点力とする。計算条件は、空気圧２００ｋＰａ、リム幅７．５インチ、垂直荷重０ｋＮ（無荷重）とする。
そして、従来例ｘを０とするオーバーオール値の差を解析結果とし、この値が小さいほど振動伝達率が低く、静粛性に優れると判断する。なお、目標レベルは、市場実績を考慮し、伝達率差＋０．４ｄＢ以下とする。
ｔａｎδは、温度５０℃、周波数１４Ｈｚ、動歪２％におけるゴム試験片の粘弾試験結果を用いる。ここで、周長２．０ｍのタイヤが１００ｋｍ／ｈで走行すると、２７．８ｍ／ｓ÷２．０ｍ≒１４Ｈｚで変形するため、周波数を１４Ｈｚとしている。

上記のような条件下でタイヤ解析を行った結果を図５及び図６に示す。
図５において、横軸はベースゴムのｔａｎδに対するクッションゴムのｔａｎδの比率、縦軸は損失エネルギー指数である。この図からも明らかなように、実施例ｂ〜ｅが目標レベル９８以下となっており、耐久性に優れていることがわかる。
また、図６において、横軸はｔａｎδの比率、縦軸は伝達率差である。この図からも明らかなように、実施例ａ〜ｄが目標レベル＋０．４ｄＢ以下となっており、従来例ｚの伝達率差＋１．４ｄＢと比較すると、大幅にロードノイズが低減しており静粛性に優れていることがわかる。つまりこれは、従来例ｚと実施例ａ〜ｄとでコード補強ゴム層の層間せん断変形に大きく違いがあることを示している。

したがって、図５及び図６の解析結果により、実施例ｂ〜ｄが耐久性と静粛性の両方に優れていることがわかる。耐久性と静粛性の両方を満足するためのクッションゴムの適正条件は、ｔａｎδが０．１以上０．２１％以下、クッションゴムの厚さが１ｍｍ以上５ｍｍ以下、クッションゴムの幅が１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。
ここで、ｔａｎδは、ベースゴムのｔａｎδ（０．２６）の４０％以上８０％以下、クッションゴムの厚さは、ショルダ領域のトレッド総厚さ（約６．７ｍｍ）の１５％以上７５％以下、クッションゴムの幅は、トレッド幅（約１２５ｍｍ）の８％以上４０％以下に相当する。

この解析結果より、クッションゴムのｔａｎδが高すぎる、厚さが薄すぎる、幅が狭すぎると耐久性に効果がなく、ｔａｎδが低すぎる、厚さが厚すぎる、幅が広すぎるとロードノイズが悪化することがわかる。
このように、上記第１の実施形態では、トレッド部のショルダ領域に低ｔａｎδなクッションゴムを配置するので、車両走行中にタイヤがパンクした場合であっても、ショルダ領域の耐久性を向上して、それ以上タイヤへのダメージを与えることなく且つ操縦安定性を損なうことなく、ある程度の距離を安定して走行することができる。

また、クッションゴムをショルダ領域におけるベースゴムの外周側に隣接させて配置するので、走行時におけるコード補強ゴム層の層間せん断変形の妨げを防止することができ、通常走行時のロードノイズの悪化を抑制して静粛性を向上させることができる。
さらに、クッションゴムをタイヤ内周面に垂直且つトレッドと路面とのタイヤ幅方向の接地端を通る線を跨ぐように配置するので、クッションゴムが適正位置に配置されて、よりショルダ領域の耐久性を向上させることができると共に、ロードノイズの悪化を抑制して静粛性を向上させることができる。

また、クッションゴムのｔａｎδをベースゴムのｔａｎδの４０％以上８０％以下、厚さをショルダ領域のトレッド総厚さの１５％以上７５％以下、幅をトレッド幅の８％以上４０％以下とするので、クッションゴムの大きさ及びｔａｎδを適正範囲に設定して、パンク時のショルダ領域の耐久性を向上しつつ、走行時のロードノイズの悪化を最小限に抑えることができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態は、前述した第１の実施形態において、クッションゴムをベースゴムの外周側に配置しているのに対し、ベースゴムの内周側に配置するようにしたものである。
図７は、第２の実施形態における空気入りタイヤ１の概略構成を示す図であり、前述した第１の実施形態と同様の構成を有する部分には同符号を付し、その詳細な説明は省略する。

クッションゴム１２は、ベースゴム１１の内周側、例えば、ベースゴム１１とベルト８の最外層８ａとの間に配置されている。
今、２３５／４５Ｒ１８サイズのタイヤモデルを用いて有限要素法によるタイヤ解析を行い、表２に示す従来例ｚ及び実施例ｆ〜ｊについて、耐久性の評価指標となる損失エネルギー密度と、ロードノイズの評価指標となる振動伝達率との計算を行う。

各計算条件は前述した第１の実施形態と同様とし、そのような条件下でタイヤ解析を行った結果を図８及び図９に示す。
図８において、横軸はベースゴムのｔａｎδに対するクッションゴムのｔａｎδの比率、縦軸は損失エネルギー指数である。この図からも明らかなように、実施例ｇ〜ｊが目標レベル９８以下となっており、耐久性に優れていることがわかる。

また、図９において、横軸はｔａｎδの比率、縦軸は伝達率差である。この図からも明らかなように、実施例ｆ〜ｉが目標レベル＋０．４ｄＢ以下となっており、従来例ｚの＋１．４ｄＢと比較すると、大幅にロードノイズが低減しており静粛性に優れていることがわかる。
したがって、図８及び図９の解析結果により、実施例ｇ〜ｉが耐久性と静粛性の両方に優れていることがわかる。つまり、耐久性と静粛性の両方を満足するためのクッションゴムの適正条件は、ｔａｎδが０．１２以上０．２３％以下、クッションゴムの厚さが１ｍｍ以上５ｍｍ以下、クッションゴムの幅が１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。

ここで、ｔａｎδは、ベースゴムのｔａｎδ（０．２６）の４５％以上９０％以下、クッションゴムの厚さは、ショルダ領域のトレッド総厚さ（約６．７ｍｍ）の１５％以上７５％以下、クッションゴムの幅は、トレッド幅（約１２５ｍｍ）の８％以上４０％以下に相当する。
また、ベースゴム１１の内周側と外周側とでは、ロードノイズと耐久性とに与える影響が異なり、ベースゴム１１の内周側は、ベースゴム１１の外周側に比べてロードノイズと耐久性とに与える影響が大きい。そのため、クッションゴム１２をベースゴム１１の内周側に配置した場合の方が、目標レベルをクリアするｔａｎδが若干高い範囲となる。

次に、実施例ｃと実施例ｈとのタイヤ解析結果を比較する。この実施例ｃと実施例ｈとは、クッションゴム１２の配置が異なるのみで、大きさやｔａｎδは等しい。
実施例ｃの損失エネルギー指数は９３、実施例ｈの損失エネルギー指数は８９であり、クッションゴムをベースゴムの内周側に配置した実施例ｈの方が耐久性に有利であることがわかる。また、実施例ｃの伝達率差は＋０．１、実施例ｈの伝達率差は＋０．２であり、クッションゴムをベースゴムの外周側に配置した実施例ｃの方がロードノイズの抑制に有利であることがわかる。

このように、上記第２の実施形態では、クッションゴムをショルダ領域におけるベースゴムの内周側に隣接させて配置するので、走行時におけるコード補強ゴム層の層間せん断変形の妨げを防止することができ、通常走行時のロードノイズの悪化を抑制して静粛性を向上することができる。
また、クッションゴムのｔａｎδをベースゴムのｔａｎδの４５％以上９０％以下、厚さをショルダ領域のトレッド総厚さの１５％以上７５％以下、幅をトレッド幅の８％以上４０％以下とするので、クッションゴムの大きさ及びｔａｎδを適正範囲に設定して、パンク時のショルダ領域の耐久性を向上しつつ、走行時のロードノイズの悪化を最小限に抑えることができる。

なお、上記各実施形態においては、クッションゴムを、タイヤ内周面に垂直且つトレッドと路面とのタイヤ幅方向の接地端を通る線を跨ぐように配置する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、この線は、タイヤ内周面に略垂直な線であればよく、さらには、トレッドと路面との接地部におけるタイヤ幅方向の端の方を通る線であればよい。

本発明の第１の実施形態を示す概略構成図である。 クッションゴムの寸法の定義を説明する図である。 パンク時のタイヤ断面形状を示す図である。 タイヤの振動伝達特性を示す図である。 第１の実施形態における損失エネルギー密度の解析結果を示す図である。 第１の実施形態における振動伝達率の解析結果を示す図である。 第２の実施形態を示す概略構成図である。 第２の実施形態における損失エネルギー密度の解析結果を示す図である。 第２の実施形態における振動伝達率の解析結果を示す図である。

符号の説明

１ 空気入りタイヤ
２ サイドウォール
３ サイド補強ゴム層
４ カーカス
５ ビードコア
６ ビードフィラー
７ インナーライナー
８ ベルト
９ ベルトカバー
１０ キャップゴム
１１ ベースゴム
１２ クッションゴム
２０ サイドウォール部
２１ トレッド部
２２ ショルダ領域
２３ ベルト部

Claims (6)

1. キャップゴムと該キャップゴムの内周側に位置するベースゴムとを有するトレッド部と、該トレッド部の両側に位置し、サイド補強ゴム層を有する一対のサイドウォール部とを備える空気入りタイヤにおいて、
   前記トレッド部のショルダ領域にある前記ベースゴムに接するように配置されたクッションゴムを備え、該クッションゴムの損失正接を前記ベースゴムの損失正接より低く設定することを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記クッションゴムは、タイヤ内周面に垂直且つトレッドと路面とのタイヤ幅方向の接地端を通る線を跨ぐように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記クッションゴムは、前記ベースゴムの外周側に接するように配置することを特徴とする請求項１又は２に記載の空気入りタイヤ。
4. 前記クッションゴムの損失正接を前記ベースゴムの損失正接の４０％以上８０％以下に設定し、前記クッションゴムの厚さを前記ショルダ領域の総厚さの１５％以上７５％以下に設定し、前記クッションゴムの幅をトレッド幅の８％以上４０％以下に設定することを特徴とする請求項３に記載の空気入りタイヤ。
5. 前記クッションゴムは、前記ベースゴムの内周側に接するように配置することを特徴とする請求項１又は２に記載の空気入りタイヤ。
6. 前記クッションゴムの損失正接を前記ベースゴムの損失正接の４５％以上９０％以下に設定し、前記クッションゴムの厚さを前記ショルダ領域の総厚さの１５％以上７５％以下に設定し、前記クッションゴムの幅をトレッド幅の８％以上４０％以下に設定することを特徴とする請求項５に記載の空気入りタイヤ。

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