JP2010006125A - タイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤの偏摩耗を抑えつつ、転がり抵抗を低減する。
【解決手段】標準リムに装着し、標準空気圧を充填した際の空気入りタイヤ１０を断面で見た時に、ビードコア１２のタイヤ径方向内側端を通る基準線Ｌからカーカス１４の最大径位置までの距離をＨ、カーカス１４の最大幅をＳ、基準線Ｌからタイヤ最大幅位置Ｐまでの距離をｈ_０、タイヤ径方向最外のベルトプライ１８Ａのタイヤ最大径位置から最外のベルトプライ１８Ａの端部までのタイヤ径方向に沿って計測する距離をｈ_１としたときに、０．５２≦ｈ_０／Ｈ≦０．５５、及びｈ_１／Ｈ≦０．０３を満足するようにカーカス形状を設定する。カーカス１４のプライ張力が均一化されて、トレッド２２のショルダー側の耐摩耗性が向上すると共に、内圧充填時のベルト形状が平坦化されてタイヤ内部の歪みエネルギーロスが低減して、転がり抵抗が低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、タイヤにかかり、特には、偏摩耗を抑えつつ、転がり抵抗の低減を図ったタイヤに関する。

タイヤの転がり抵抗、及び耐摩耗性の改善を目的として、ゴムを改善する提案が特許文献１等でなされているが、タイヤの構造面においても転がり抵抗、及び耐摩耗性の改善が望まれている。
カーカスの最大幅を相対的に広げることでタイヤの歪エネルギー損失を下げる方法が、例えば、特許文献２，３に記載されている。
しかしながら、カーカスの最大幅を相対的に広げることはタイヤ最大幅を広げることにつながり、装着する車両等、種々の制約があるため、カーカスの最大幅等を変更するには限界がある。
一方、カーカスプライの最大幅位置を踏面側に近づけることで、踏面に対し、接地端付近のベルトの変形が抑えられ、かつベルトの周方向張力が増大することで、転がり抵抗を低減できる技術が例えば特許文献４に記載されている。
特開２００６−１５２２１１号公報 特開２００３−１４６０１２号公報 特開２００３−１４６０１３号公報 特開平８−４００１１号公報

特許文献３の公報の段落０００７、０００８の記載によれば、「ベルト及びカーカスプライの張力は、ラジアルタイヤでは、下記２つのポイント、すなわち、（Ａ）タイヤを薄膜として取扱った時、空気圧とのつり合いによって決まる張力（Ｂ）タイヤを厚肉体として取扱った時、各部に生じる曲げ変形によって決まる張力から決まる。まず、（Ａ）の考え方から次の式が得られる。Ｔ₀ ＝1/2 ａｂＰ−ａＮφ sinθ（１）、Ｎφ＝ｒ₁ Ｐ（２）。なお、Ｔ₀ はベルトの円周張力、ａはベルトの直径、ｂはベルトの幅、Ｐはタイヤ空気圧、Ｎφはカーカスプライのコード配設方向張力、θはカーカスとベルトとのなす角度、ｒ₁ はカーカスプライのサイドウォール部での曲率半径である。（１）式より、ベルトの円周張力を大きくするためには、カーカスプライのコード配設方向張力Ｎφを小さくするか、カーカスプライとベルトとのなす角度θを小さくすればよく、また、（２）式より、Ｎφを、空気圧Ｐを変えずに小さくするには、前記曲率半径ｒ₁ を小さくすればよい。」とある。

ここで、（１）式のθ（図１参照）を小さくすれば、カーカスの最大幅部の位置がタイヤ径方向外側、即ち、踏面側に近づくことになる。即ち、（１）式のθを小さくすることで、ａＮφ sinθが小さくなり、その結果、ベルトの円周張力Ｔ₀ が大きくなる。
このように、カーカスの最大幅位置を踏面に近づけるとベルトの張力は高くなるが、近付け過ぎると接地形状の矩形率が下がってしまい（接地形状が丸くなる）、トレッドのショルダー側の耐摩耗性を悪化させる。即ち、トレッドに偏摩耗を生じさせるため、耐偏摩耗性の観点から更なる改善が必要となる。なお、逆に、カーカスの最大幅位置が踏面から遠くなり過ぎると、トレッドのセンター部の摩耗が悪化することになる。

本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、偏摩耗を抑えつつ、転がり抵抗の低減を図ることのできるタイヤを提供することが目的である。

発明者が種々の実験検討を重ねた結果、カーカスの最大幅と断面高さがある範囲にあることを前提に、内圧充填時のカーカスの形状、及びベルトの形状を最適化することで、偏摩耗を抑えつつ、転がり抵抗を低減できることを見出した。

請求項１に記載のタイヤは本発明は上記事実に鑑みてなされたものであって、１対のビードコアと、一方のビードコアから他方のビードコアへトロイド状に跨るカーカスと、前記カーカスのタイヤ径方向外側に配置され、１枚以上のベルトプライからなるベルトと、を備え、適用リムに装着し、タイヤ規格の最大負荷能力に対する空気圧を充填した際に、前記ビードコアのタイヤ径方向内側端を通りタイヤ回転軸に対して平行な基準線Ｌからタイヤ径方向外側へ計測する前記カーカスの最大径位置までの距離Ｈ、前記カーカスの最大幅Ｓ、前記基準線Ｌからタイヤ径方向外側へ計測するタイヤ最大幅位置Ｐまでの距離ｈ_０、及びタイヤ径方向最外の前記ベルトプライの外周面におけるタイヤ最大径位置からベルトプライ端部までのタイヤ径方向に沿って計測する距離ｈ_１の関係が、０．７５≦Ｈ／Ｓ、０．５２≦ｈ_０／Ｈ≦０．５５、及びｈ_１／Ｈ≦０．０３を満足する。

次に、請求項１に記載のタイヤの作用を説明する。
請求項１に記載のタイヤでは、カーカスの最大幅Ｓと距離Ｈが所定の範囲、即ち０．７５≦Ｈ／Ｓであることを前提に、距離Ｈに対するカーカスの最大幅位置の高さ（基準線Ｌからタイヤ径方向外側へ計測するタイヤ最大幅位置Ｐまでの距離ｈ_０）を特定の範囲、即ち０．５２≦ｈ_０／Ｈ≦０．５５とすることにより、カーカスのプライ張力を均一化させ、トレッドのショルダー側の耐摩耗性を維持、向上させることができる。

さらに、カーカスの最大幅Ｓと距離Ｈが所定の範囲、即ち０．７５≦Ｈ／Ｓであることを前提に、距離Ｈに対するタイヤ径方向最外のベルトプライの落ち込み量（距離ｈ_１）を特定の範囲とする、即ち、ｈ_１／Ｈ≦０．０３とすることにより、内圧充填時のベルト形状を平坦化することができ、タイヤ内部の歪みエネルギーロスが低減し、転がり抵抗を低減することができる。
なお、０．０３＜ｈ_１／Ｈでは、内圧充填によりベルト端付近が平坦になろうとする為に、歪みエネルギーロスが発生し、転がり抵抗を低減できなくなる。
このように、請求項１に記載のタイヤでは、カーカスの最大幅と断面高さがある範囲にあることを前提に、内圧充填時のカーカスの形状、及びベルトの形状を最適化したので、偏摩耗を抑えつつ、転がり抵抗を低減することができる。
なお、カーカスは、一般的には一方のビードコアから他方のビードコアまで連続して設けられているが、一方のビードコアと他方のビードコアとの間で、一部分（例えば、タイヤ赤道面付近で）で分断されていても良い。

以上説明したように本発明のタイヤは上記の構成としたので、偏摩耗を抑えつつ、転がり抵抗を低減できる、という優れた効果を有する。

図１に示すように、本実施例の空気入りタイヤ１０は、ラジアル構造のトラック及びバス用タイヤであり、一対のビードコア１２と、一方のビードコア１２と他方のビードコア１２とを跨ぐトロイダル状をしたカーカス１４とを有している。カーカス１４は、ラジアル方向に延びる多数本のコードが埋設された少なくとも１枚のカーカスプライ１６から構成されている。

このカーカスプライ１６は、一方のビードコア１２から他方のビードコア１２まで延びる部分が本体部１６Ａ、ビードコア１２の回りをタイヤ内側から外側に折り返される部分が折り返し部１６Ｂとされている。なお、本体部１６Ａと折り返し部１６Ｂとの間には、ビードフィラー１７が配設されている。

カーカス１４のタイヤ半径方向外側には、複数枚のベルトプライ１８Ａから構成されるベルト１８が配設されている。これらのベルトプライ１８Ａの内部には、タイヤ周方向に対して傾斜した多数本の補強コードが埋設されており、これらの補強コードは隣接するベルトプライ１８Ａにおいて互いに交差している。
ベルト１８の端部とカーカス１４との間には、断面略三角形のクッションゴム２１が配置されている。
また、ベルト１８の半径方向外側には、トレッド２２が、さらに、前記カーカス１４の軸方向外側にはサイドウォール２４がそれぞれ配設されている。

ここで、空気入りタイヤ１０を標準リムに装着し、標準空気圧を充填した際の空気入りタイヤ１０を回転軸に沿った断面で見た時に、ビードコア１２のタイヤ径方向内側端を通り、タイヤ回転軸に対して平行な線を基準線Ｌ、基準線Ｌからタイヤ径方向外側へ計測するカーカス１４の最大径位置（タイヤ赤道面ＣＬとカーカス１４の外表面との交点）までの距離をＨ、カーカス１４の最大幅をＳ、基準線Ｌからタイヤ径方向外側へ計測するタイヤ最大幅位置Ｐまでの距離をｈ_０、タイヤ径方向最外のベルトプライ１８Ａの外周面におけるタイヤ最大径位置からベルトプライ端部までのタイヤ径方向に沿って計測する距離(落ち高）をｈ_１としたときに、下式を満足している。

０．７５≦Ｈ／Ｓ・・・・・・・・・・・・・・・（１）式
０．５２≦ｈ_０／Ｈ≦０．５５・・・・・・・・・・（２）式
ｈ_１／Ｈ≦０．０３・・・・・・・・・・・・・・・（３）式

ここで、空気入りタイヤ１０において、０．７５≦Ｈ／Ｓとした上で、０．５２≦ｈ_０／Ｈ≦０．５５とするのは、トレッドのショルダー側の耐摩耗性を向上させるためである。なお、Ｈ／Ｓは０．７８以下に設定することが好ましい。
また、０．７５≦Ｈ／Ｓとした上で、ｈ_１／Ｈ≦０．０３とするのは、内圧充填時のベルト形状を平坦化（断面で見て）することで、タイヤ内部の歪みエネルギーロスを低減して、転がり抵抗を低減するためである。
ここで、空気入りタイヤ１０がトラック及びバス用タイヤでは、ｈ_１は６ｍｍ以下が好ましい。

なお、本実施形態において、標準リムとはＪＡＴＭＡ（日本自動車タイヤ協会）のＹｅａｒ Ｂｏｏｋ２００８年度版規定のリムであり、標準空気圧とはＪＡＴＭＡ（日本自動車タイヤ協会）のＹｅａｒ Ｂｏｏｋ２００８年度版の最大負荷能力に対応する空気圧である。
標準空気圧、及び標準リムは、日本以外では下記規格に記載されている単輪の最大荷重（最大負荷能力）に対応する空気圧とし、リム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"）とする。
規格は、タイヤが生産又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おり、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 and Rim Technical OrganizationのStandards Manual”である。

（作用）
本実施形態の空気入りタイヤ１０では、０．５２≦ｈ_０／Ｈ≦０．５５、及びｈ_１／Ｈ≦０．０３を満足しているので、カーカス１４のプライ張力が均一化されて、ショルダー側の耐摩耗性が向上すると共に、内圧充填時のベルト形状が平坦化されてタイヤ内部の歪みエネルギーロスが低減して、転がり抵抗が低減する。
０．５２≦ｈ_０／Ｈ≦０．５５とすると、カーカス１４の側部の最大幅部を有する円弧形状部分が踏面側に近づき、図１で示すカーカス１４とベルト１８の端部付近の隙間の角度θが小さくなることで、前述した式「Ｔ₀ ＝1/2 ａｂＰ−ａＮφ sinθ」の「ａＮφ sinθ」が小さくなり、ベルトの円周張力Ｔ₀が大きくなる結果、転がり抵抗が小さくなる。

なお、Ｈ／Ｓが０．７５未満では、例えば、カーカス１４の最大幅Ｓ（サイドのゴムの厚みを加えるとタイヤ最大幅に対応する）を基準とすると、Ｈが小さくなり、即ち、タイヤの外径が小さくなり、タイヤ寸法がタイヤ規格から外れる等の問題が生ずる。
一方、Ｈ／Ｓが０．７８を超えると、例えば、カーカス１４の最大幅Ｓを基準とすると、Ｈが大きくなり、即ち、タイヤの外径が大きくなり、タイヤ寸法がタイヤ規格から外れる等の問題が生ずる。

ｈ_０／Ｈ＜０．５２では、接地形状の矩形率は大きくなるが、相対的にタイヤ赤道面ＣＬでの接地長がショルダー側の接地長よりも短くなり（接地形状において、タイヤ赤道面ＣＬ付近が凹形状となる。）、トレッド２２のタイヤ赤道面ＣＬ付近の耐摩耗性が悪化する。
一方、０．５５＜ｈ_０／Ｈでは、ショルダー側のベルト張力対比で、タイヤ赤道面ＣＬ側のベルト張力が高くなり、接地形状の矩形率が高くならず（接地形状が丸に近づく）、トレッドのショルダー側の耐摩耗性が悪化する。
また、０．０３＜ｈ_１／Ｈでは、内圧を充填した状態において、ベルト端付近が平坦になろうとする為に、歪みエネルギーロスが発生し、転がり抵抗が低減できなくなる。

なお、矩形率とは、空気入りタイヤを標準リムに組み込み最大付加能力に対応する空気圧を充填して１００％荷重（最大負荷能力）を負荷して接地させた時の図２に示すような接地形状において、タイヤ幅方向中心での接地長さをＬｃ、中心から振り分けて最大接地幅Ｗｍａｘの８０％の位置０．８Ｗｍａｘにおける左右の接地長さをＬａ、Ｌｂとしたとき、１００×（Ｌａ＋Ｌｂ）／２／Ｌｃ（％）で表されるものである。

［その他の実施形態］
なお、上記実施形態の空気入りタイヤ１０は、トラック及びバス用タイヤであったが、本発明はこれに限らず、乗用車、小型トラック等の他の種類の空気入りタイヤにも適用できる。

（試験例）
ｈ_０／Ｈ、及びｈ_１／Ｈを変更した際に耐摩耗性、転がり抵抗がどのようになるかを調べた試験結果を以下に記載する。

耐偏摩耗性：タイヤ（タイヤサイズ：１１Ｒ２２．５、リムサイズ：２２．５×７．５、空気圧：９００ｋＰａ）を装着した車両（２−Ｄ４）を高速道路にて５００００ｋｍ走行させ、トレッドの中央部とショルダー側の摩耗量の差を測定。評価は、ｈ_０／Ｈ＝０．５７、ｈ_１／Ｈ＝０．０４５のタイヤにおける摩耗量の差を１００とする指数表示とした。なお、指数の数値が小さいほど偏摩耗が少なく、耐偏摩耗性に優れていることを表している。

転がり抵抗：室内ドラム試験機による測定（フォース式）。タイヤサイズ１１Ｒ２２．５のタイヤを７．５×２２．５のリムに装着して内圧９００ｋＰａとし、一定の荷重（２４．５２ｋＮ）を負荷し、一定の速度（８０ｋｍ／ｈ）のもとに回転する時の接地面に発生する進行方向の抵抗値を測定。評価は、ｈ_０／Ｈ＝０．５７、ｈ_１／Ｈ＝０．０４５のタイヤの抵抗値を１００とする指数表示とし、指数の数値が小さいほど転がり抵抗が小さいことを表す。

試験の結果、ｈ_０／Ｈ、及びｈ_１／Ｈを本発明の範囲内とすることで、耐偏摩耗性を向上しつつ、転がり抵抗を低減できることが分かる。

空気入りタイヤのタイヤ回転軸に沿った断面図である。 矩形率を説明するためのタイヤの接地形状図である。

符号の説明

１０ 空気入りタイヤ
１２ ビードコア
１４ カーカス
１６ カーカスプライ
１８ ベルト
１８Ａ ベルトプライ
Ｈ 距離
ｈ_０ 距離
ｈ_１ 距離
Ｓ 最大幅

Claims (1)

1. １対のビードコアと、
   一方のビードコアから他方のビードコアへトロイド状に跨るカーカスと、
   前記カーカスのタイヤ径方向外側に配置され、１枚以上のベルトプライからなるベルトと、を備え、
   適用リムに装着し、タイヤ規格の最大負荷能力に対する空気圧を充填した際に、
   前記ビードコアのタイヤ径方向内側端を通りタイヤ回転軸に対して平行な基準線Ｌからタイヤ径方向外側へ計測する前記カーカスの最大径位置までの距離Ｈ、前記カーカスの最大幅Ｓ、前記基準線Ｌからタイヤ径方向外側へ計測するタイヤ最大幅位置Ｐまでの距離ｈ_０、及びタイヤ径方向最外の前記ベルトプライの外周面におけるタイヤ最大径位置からベルトプライ端部までのタイヤ径方向に沿って計測する距離ｈ_１の関係が、０．７５≦Ｈ／Ｓ、０．５２≦ｈ_０／Ｈ≦０．５５、及びｈ_１／Ｈ≦０．０３を満足するタイヤ。

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