JP2006213205A - 空気入りタイヤ、及び空気入りタイヤの装着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】前輪駆動乗用車の後輪軸のような非常に低い荷重条件においても、走行時に十分なタイヤコーナリングフォースを発生させ、車両の走行安定性を向上させる空気入りタイヤを得る。
【解決手段】トレッド部のタイヤ子午線断面図上における最小曲率半径の設定位置を規定することにより、低い荷重条件においても、周方向接地長さが長くなり、走行時に十分なタイヤコーナリングフォースが発生する。これによって、車両の走行安定性が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気入りタイヤ及び空気入りタイヤの装着方法に係り、接地形状を適正化して車両の走行安定性を向上させる空気入りタイヤ、及び空気入りタイヤの装着方法に関する。

従来、空気入りタイヤにおいて、トレッド部外表面形状としては、特許文献１に開示されたものがある。

この文献によるトレッド部外表面形状は、タイヤ子午線断面図上でトレッド中央域に位置する円弧の曲率半径をトレッド幅の５倍、ショルダー域に位置する円弧の曲率半径をトレッド幅の０．３〜０．８倍、トレッド中央域とショルダー域との間に位置する円弧の曲率半径をトレッド幅の１〜４倍とする形状としている。
特開平３−１２１９０５号公報

しかしながら、この従来のトレッド部外表面形状は、走行時のバックリング（半径方向内側への凹み）を阻止し、高速旋回時のグリップ力を増大させることを目的としており、特開平３−１２１９０５号では、車両の走行安定性を確保する重要な要素であるタイヤコーナリングフォースについては言及していない。

また、従来、トレッド面におけるタイヤ子午線断面形状は、主に前輪駆動乗用車の前輪のようにな荷重負担が大きな条件における、タイヤ最外側陸部、外側で発生する接地圧の集中、これによる早期摩耗、あるいは偏摩耗を防ぐこと第１目的として考え、一定の半径を有する１つの円弧から形成するか、所謂、１段ラジアス形状、あるいはタイヤ子午線断面形状を一律の円弧で形成せず、タイヤ外側ショルダー域における陸部をトレッド中央側域を形成する円弧より小さい円弧で連続的線分として形成する、所謂二段ラジアス、或いは３段ラジアス形状で設計されていた。

従来の１段ラジアス形状、あるいはタイヤ子午線断面形状を一律の円弧で形成せずに、タイヤ外側ショルダー域における陸部では、トレッド中央側域を形成する円弧よりも小さい円弧で連続的線分として形成する、所謂二段ラジアス、あるいは三段ラジアス形状で設計された場合、荷重負担が大きな条件における前記タイヤ最外側陸部、外側で発生する接地圧の集中はある程度低減することが出来る。

しかしながら、高速走行時やウエット路面走行時の車両の操縦安定性を左右する、前輪駆動乗用車の後輪軸のような非常に低い荷重条件における接地圧分布、特に接地長分布は考慮されておらず、低い荷重条件において発生するコーナリングフォースを大きく左右する接地長を稼ぐことができない問題があった。

このことは、高速走行時やウエット路面走行時の車両の操縦安定性を損なう要因となっており、前輪駆動乗用車の後輪のような非常に低い荷重条件で長い接地長を実現する、新しいタイヤ子午線断面形状を有するタイヤが強く望まれていた。

本発明は、上記事実を考慮し、特に前輪駆動乗用車の後輪軸のように前輪に比べて非常に低い荷重条件においても十分なタイヤコーナリングフォースを発生させ車両の走行安定性を向上させる空気入りタイヤ、及び空気入りタイヤの装着方法を提供することが目的である。

発明者は、タイヤの接地面内の圧力分布を詳細に測定することができる装置を用いて、高速走行時やウエット路面走行時の車両の操縦安定性を大きく左右する、前輪駆動乗用車の後輪軸のような非常に低い荷重条件や前輪駆動乗用車の前輪軸のような非常に重い荷重条件における接地圧分布とタイヤ子午線断面におけるトレッド表面の輪郭形状の関係を詳細に解析した。その結果、後輪荷重条件から前輪荷重条件に荷重を増加させたときの、その接地幅の変化代に対応するトレッド部の曲率の内、最小のものがトレッド幅中を構成するトレッド部の形状の円弧のうち最小でであるように設定すれば、高速走行時やウエット路面走行時の車両の操縦安定性を大きく左右する前輪駆動乗用車の後輪軸のような非常に低い荷重条件において非常に長い接地長を実現し、該後輪軸におけるコーナリングフォースを増大させ、高速走行時やウエット路面走行時の車両の操縦安定性を向上し、かつ荷重負担が大きな条件における前輪タイヤ最外側陸部、外側で発生する接地圧の集中や偏摩耗を低減できることを見出した。

本発明の請求項１に係る空気入りタイヤは上記事実に鑑みてなされたものであって、１対のサイドウォール部と、１対の前記サイドウォール部に跨る円筒状のトレッド部と、タイヤ子午線断面図上における前記トレッド部の輪郭線が、滑らかに連なる複数の曲率半径の円弧を有する空気入りタイヤにおいて、リムに装着され、適用サイズの最大負荷能力（最大負荷荷重）に対応する内圧充填時において、最大負荷荷重の８０％荷重から５０％荷重に変化させた場合に、接地面から非接地面に移行した部位に、無負荷状態における複数の前記曲率半径の円弧の内、最小曲率半径を有する円弧が存在することを特徴とする。

請求項１に記載の空気入りタイヤの作用を説明する。

車両の走行安定性を向上させるには、後輪において発生するタイヤコーナリングフォースの大小が重要であり、後輪における十分なコーナーリングフォースの発生がなければ車両は安定して走行することができない。前輪駆動乗用車においはその機構上、前輪に比べ後輪は非常に低い荷重条件となり、これによって、後輪において発生するコーナーリングフォースが前輪に比べ小さくなり、車両の走行安定性が低下する。したがって、低い荷重条件においても十分なコーナリングフォースを発生させることが重要となる。

このコーナリングフォースは、フィアラの理論（例えば、株式会社グランプリ出版のタイヤ工学の第７章に記載あり。）等で知られているように、基本的にはタイヤトレッド部やタイヤベルト部の剛性に接地長の２乗を乗じた値で整理される。したがって、非常に低い荷重において、トレッド部やベルト部の剛性を落とさずに接地長を長く取ることができれば、より低い荷重、すなわち前輪駆動車両の後輪において大きなコーナリングフォースを発生させることができ、高い安定性を実現することができる。

本発明の空気入りタイヤでは、トレッド部のタイヤ子午線断面図上における最小曲率半径の設定位置を最適に規定することにより、低い荷重条件、例えば、前輪駆動車の後輪に装着した場合においても周方向接地長さを長くでき、これによって走行時に十分なタイヤコーナリングフォースを発生させ、高速走行時やウエット時の車両の操縦安定性を向上させることができる。本発明では、トレッド部の輪郭形状を最適に設定することで、トレッド部やベルト部の剛性を落とさずに接地長を長く取ることが実現できる。

接地長を長く取ることができる理由としては、本発明のトレッド部輪郭形状とすることで、接地端近傍での落ち量（タイヤ赤道面を通りタイヤ回転軸と平行は水平線と接地端とのタイヤ径方向距離。）を非常に大きく取ることができるためである。

また、このようにトレッド部のタイヤ子午線断面図上における最小曲率半径の設定位置を最適に規定することにより、最大負荷荷重の５０％荷重での矩形率（Ｒ５０）が最大負荷荷重の８０％荷重での矩形率（Ｒ８０）より大きくなり、これにより、耐摩耗性を従来クラウンアール形状と同等に確保しつつ、低荷重での長い接地長が得られる。なお、上記落ち量を大きくするのであれば、トレッド部輪郭形状を曲率半径の小さな単一の円弧で形成しても可能ではあるが、低荷重時の矩形率を大きくすることは不可能である。

なお、上記矩形率とは、タイヤをリムに装着し、下記の内圧を充填したときの接地形状において、図２に示すように、接地幅Ｗのうちセンターを挟んで８０%の接地幅部分０．８Ｗにおける接地長（左右の平均、即ちＬａとＬｂの平均）を接地形状内最大接地長（Ｌｍａｘ）で割った値のことである。

内圧とは下記規格に記載されている適用サイズにおける単輪の最大荷重（最大負荷能力）のことであり、内圧は下記規格に記載されている適用サイズにおける単輪の最大荷重（最大負荷能力）に対応する空気圧のことであり、リムとは下記規格に記載されている適用サイズにおける標準リム（または、Ａｐｐｒｏｖｅｄ Ｒｉｍ，Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ Ｒｉｍ）のことである。

そして、規格とは、タイヤが生産または使用される地域に有効な産業規格によって決められている。例えば、アメリカ合衆国ではＴｈｅ Ｔｉｒｅ ａｎｄ Ｒｉｍ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ Ｉｎｃ，のＹｅａｒ Ｂｏｏｋであり、欧州では、Ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｔｉｒｅ Ｒｉｍ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ＯｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎのＳｔａｎｄａｒｄｓ Ｍａｎｕａｌであり、日本では日本自動車タイヤ協会のＪＡＴＭＡ Ｙｅａｒ Ｂｏｏｋにて規定されている。

本発明の請求項２に係る空気入りタイヤは、請求項１記載において、前記タイヤ子午線断面図上において、前記トレッド部の前記最小曲率半径をＣＲｍとして、ＣＲｍの円弧と接するタイヤ赤道面側の円弧の曲率半径をＣＲｃとし、前記ＣＲｍの円弧と接するサイドウォール部側の円弧の曲率半径をＣＲｓとし、前記ＣＲｍと前記ＣＲｃと前記ＣＲｓを比較した場合に、前記ＣＲｍが最小値であり、前記ＣＲｓが最大値であり、前記ＣＲｃがその中間値であることを特徴とする。

請求項２に記載の空気入りタイヤの作用を説明する。

本発明の空気入りタイヤでは、タイヤ子午線断面図上において、曲率半径をＣＲｓ＞ＣＲｃ＞ＣＲｍとすることで、前輪駆動乗用車において高い荷重条件の前輪に装着した場合の、センター部に発生するドライビング方向の剪断力（センター摩耗の原因となるもの）の集中や、ショルダー部に発生するブレ−キング方向の剪断力（センター部とショルダー部とのタイヤ径差により生じる。ショルダー摩耗の原因となる。）の集中を抑制でき、また、小さいＲの円弧を設定することによる悪影響が生じにくい。

ここで、ドライビング方向の剪断力のセンター摩耗に及ぼす影響と、ブレーキング方向の剪断力のショルダー摩耗に及ぼす影響とを比較すると、後者の方が大きく、したがって、前輪駆動乗用車の前輪軸のような高い荷重条件の場合には、ＣＲｓ＞ＣＲｃ＞ＣＲｍとすることが、タイヤ最外側陸部、外側で発生する接地圧の集中や偏摩耗をより一層低減でき、より一層全体的な偏摩耗の抑制になる。

本発明の請求項３に係る空気入りタイヤは、請求項１又は２記載において、偏平率が７０％以上であることを特徴とする。

請求項３に記載の空気入りタイヤの作用を説明する。

空気入りタイヤは、扁平率が７０％以上であると接地長が短くなる傾向にある。したがって、接地長を長くすることを可能とする請求項１及び２に記載の発明を偏平率７０%以上の空気入りタイヤに採用することが請求項１又は２に記載の効果が顕著に現れ好ましい。

本発明の請求項４に係る空気入りタイヤは、請求項１乃至３のいずれか１項に記載において、前輪駆動車の前輪と後輪に装着することを特徴とする。

請求項４に記載の空気入りタイヤの作用を説明する。

前輪駆動車の前輪と後輪とに請求項１乃至３のいずれか１項に記載のタイヤを装着することで請求項１乃至３のいずれか１項に記載の効果が顕著に現れる。

本発明の請求項５に係る空気入りタイヤの装着方法は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の空気入りタイヤを、前輪駆動車の全輪に装着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の装着方法の作用を説明する。

前輪駆動車の全輪に請求項１乃至３のいずれか１項に記載のタイヤを装着することで請求項１乃至３のいずれか１項に記載の効果が顕著に現れ、さらに、前輪と後輪とでタイヤ交換が可能となる。

請求項１の本発明の空気入りタイヤによれば、前輪駆動車において低い荷重条件の後輪に装着することで走行時に十分なタイヤコーナリングフォースが発生し、高速走行時やウエット時の車両の操縦安定性が向上する。また、耐摩耗性を従来クラウンアール形状と同等に確保しつつ、低荷重での長い接地長が得られる。

請求項２の本発明の空気入りタイヤによれば、曲率半径をＣＲｓ＞ＣＲｃ＞ＣＲｍとすることで、前輪駆動車の前輪装着時に、より一層全体的な偏摩耗の抑制になる。

請求項３の本発明の空気入りタイヤによれば、偏平率７０％以上のタイヤに請求項１又は２の発明を採用することにより、請求項１又は２に記載の効果が顕著に現れる。

請求項４の本発明の空気入りタイヤによれば、前輪駆動車の前輪と後輪に装着することで、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の効果が顕著に現れる。

請求項５の本発明の空気入りタイヤの装着方法によれば、全輪に同一タイヤを装着するため、前輪と後輪とでタイヤ交換が可能となり経済的である。

本発明の空気入りタイヤの実施形態を図１、２に従って説明する。

本実施形態を適用する空気入りタイヤ１０はラジアルタイヤであり、偏平率が７０%で全輪に同一タイヤを使用する前輪駆動車に装着される。

図１に示されるように、空気入りタイヤ１０は、１対のサイドウォール部１２と、１対のサイドウォール部に跨る円筒状のトレッド部１４を有し、トレッド部１４のタイヤ子午線断面図上の外表面形状１６には、複数の曲率半径を有する円弧が設定れている。なお、外表面形状１６とは、この空気入りタイヤ１０に対応する標準リムに装着し、最大負荷能力に対応する内圧充填時で、無負荷状態の形状を示す。

無負荷状態の外表面形状１６には、トレッド部中央域側に位置するセンター曲線１８とショルダー部側に位置するショルダー曲線２２とセンター曲線１８とショルダー曲線２２との間に位置する中間曲線２４がある。

なお、センター曲線１８の曲率半径をＣＲｃ、ショルダー曲線２２の曲率半径をＣＲｓ、中間曲線２４の曲率半径をＣＲｍとしたときにＣＲｓ＞ＣＲｃ＞ＣＲｍの関係を満たすことが好ましい。

一方、中間曲線２４は、最大負荷荷重の５０％荷重負荷時の接地端（図１におけるＧＬ５０）と最大負荷荷重の８０％荷重負荷時の接地端（図１におけるＧＬ８０）との間に位置している。

上記外表面形状１６とすることで、最大負荷荷重の５０％荷重での接地形状の矩形率（Ｒ５０）は、最大負荷荷重の８０％荷重での接地形状の矩形率（Ｒ８０）よりも大となる。
（作用）
本実施形態の空気入りタイヤ１０の作用を説明する。

トレッド部１４において上述した本外表面形状を採用することにより、低い荷重条件、例えば、前輪駆動車の後輪に装着した場合においても周方向接地長さが長くなり、これによって走行時に十分なタイヤコーナリングフォースを発生させることができ、耐摩耗性を確保しつつ、高速走行時やウエット時の車両の操縦安定性が向上する。

また、トレッド部１４の外表面形状１６を最適に設定しているので、トレッド部１４やベルト部の剛性を落とさずに接地長を長く取ることが実現できている。

さらに、曲率半径をＣＲｓ＞ＣＲｃ＞ＣＲｍとすることで、高い荷重条件となる前輪駆動車の前輪に装着した場合、センター部に発生する剪断力の集中や、ショルダー部に発生する剪断力の集中が低減され、全体的な偏摩耗の抑制になる。

なお、全輪（前輪、及び後輪）に同一サイズの空気入りタイヤ１０を装着することで、前輪と後輪とでタイヤ交換が可能となるため経済的である。

ここで、最大負荷荷重の５０％荷重での接地形状の矩形率（Ｒ５０）を７０〜９５％の範囲内とすることが好ましい。９５％以上ではハイドロプレーニング現象が発生し易くなり、７０％以下では十分は接地面積が得られ難くなり、コーナリングフォース特性が悪化する。

また、最大負荷荷重の８０％荷重での接地形状の矩形率（Ｒ８０）を６０〜８５％の範囲内とすることが好ましい。８５％以上ではハイドロプレーニング現象が発生し易くなり、６０％以下では十分は接地面積が得られ難くなり、コーナリングフォース特性が悪化する。

以下、実施例および従来比較例を説明する。

実施例のタイヤサイズは１９５／６５Ｒ１４で、２１０ｋＰａの内圧であり、図３（Ａ）に示されるように、トレッド部２６のタイヤ子午線断面図上の曲率半径は、ＣＲｓの値がＲ１０６５ｍｍ、ＣＲｍの値がＲ１２２ｍｍ、ＣＲｃの値がＲ６２０ｍｍであり各円弧は滑らかに接している。また、ＣＲｓの円弧とＣＲｍの円弧との接点は、タイヤ赤道面ＣＬからタイヤ幅方向に５０ｍｍで、ＣＲｃの円弧とＣＲｍの円弧との接点は、タイヤ赤道面ＣＬからタイヤ幅方向に３５ｍｍである。

また、従来比較例に用いたタイヤサイズは１９５／６５Ｒ１４で、２１０ｋＰａの内圧であり、図３（Ｂ）に示されるように、トレッド部２８のタイヤ子午線断面図上の曲率半径は、タイヤ中央部の曲率半径がＲ１０５０ｍｍで、タイヤ赤道面ＣＬからショルダー部に向って３５．７ｍｍの点で曲率半径Ｒ２０５ｍｍの円弧と滑らかに接している。

図４は、本願発明の実施例タイヤと従来比較例タイヤを車両に装着した際のフットプリントであり、測定時の前輪荷重は３９２０Ｎで、後輪荷重は２４５０Ｎである。また、表１はこのフットプリントから得た周方向接地長さの比較である。本実施例が従来比較例に比べて長い接地長さを有すること、特に低荷重条件（後輪）において顕著であることが判る。

また、実施例及び従来比較例のタイヤを用いて、テストコースにて実車（前輪駆動車）を走行させて直進域操縦安定性、レーンチェンジ性能、コーナリングフォース性能、及びワンダリング性能の官能評価を行い、さらにフラットベルト式試験機にて、前輪、後輪、２荷重条件でのコーナリングフォース試験（スリップ角度；１度のときのコーナリングフォース）を行った。評価結果を、表２及び表３に示す。この結果、実施例は、低荷重である後輪荷重条件において特に大きなコーナリングフォースを発生し、１０点満点の官能評価においても良い結果を有している。

表１は、フットプリントによる、周方向接地長の長さを比較した表で、従来比較例を１００とした指数表示である。数値が大きい程、周方向接地長が長く走行安定性に優れていることを意味する。

表２は、１０点満点の官能評価における、各性能を従来比較例と比較した表である。数値が大きい程、高い性能であること意味する。

表３は、フラットベルト試験機にて行ったコーナリングフォースの値を従来比較例を１００とした指数表示である。数値が大きい程、コーナリングフォースが大きく、走行安定性に優れていることを意味する。

上記表１、３に示されるように、本発明が適用された実施例のタイヤは、従来比較例のタイヤと比較して、後輪の周方向接地長さが長く、コーナリングフォースが大きいため、走行安定性に優れていることが分かる。

また、表２に示されるように、官能評価においても、本発明が適用された実施例のタイヤは、表１、３の定量的評価結果を裏付けるように、走行安定に優れていることが分かる。

本発明の実施形態に係る空気入りタイヤのタイヤ子午線断面図である。 本発明の実施形態に係る空気入りタイヤの接地形状図である。 （Ａ）は、本発明の実施例に係る空気入りタイヤのタイヤ子午線断面図であり、（Ｂ）は、本発明の実施例と比較する従来比較例に係る空気入りタイヤのタイヤ子午線断面図である。 本発明の実施例のタイヤと従来比較例のタイヤをフットプリントにて比較した図面である。

符号の説明

１０ 空気入りタイヤ
１２ サイドウォール部
１４ トレッド部
１８ センター曲線（ＣＲｍの円弧と接するタイヤ赤道面側の円弧）
２２ ショルダー曲線（ＣＲｍの円弧と接するサイドウォール部側の円弧）
２４ 中間曲線（最小曲率半径を有する円弧）

Claims (5)

1. １対のサイドウォール部と、
   １対の前記サイドウォール部に跨る円筒状のトレッド部と、
   タイヤ子午線断面図上における前記トレッド部の輪郭線が、滑らかに連なる複数の曲率半径の円弧を有する空気入りタイヤにおいて、
   リムに装着され、適用サイズの最大負荷能力に対応する内圧充填時において、最大負荷荷重の８０％荷重から５０％荷重に変化させた場合に、接地面から非接地面に移行した部位に、無負荷状態における複数の前記曲率半径の円弧の内、最小曲率半径を有する円弧が存在することを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記タイヤ子午線断面図上において、前記トレッド部の前記最小曲率半径をＣＲｍとして、ＣＲｍの円弧と接するタイヤ赤道面側の円弧の曲率半径をＣＲｃとし、前記ＣＲｍの円弧と接するサイドウォール部側の円弧の曲率半径をＣＲｓとし、前記ＣＲｍと前記ＣＲｃと前記ＣＲｓを比較した場合に、前記ＣＲｍが最小値であり、前記ＣＲｓが最大値であり、前記ＣＲｃがその中間値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。
3. 偏平率が７０％以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空気入りタイヤ。
4. 前輪駆動車の前輪と後輪に装着することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の空気入りタイヤ。
5. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の空気入りタイヤを、前輪駆動車の全輪に装着することを特徴とする空気入りタイヤの装着方法。

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