JP2010254205A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】転がり抵抗を低減させた空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】一対のビード部間にトロイダル状に跨るカーカス２を骨格として、該カーカス２のクラウン部の径方向外側に、タイヤ６の赤道面に対して傾斜した向きに延びるコードの多数本をゴムで被覆した、少なくとも１層の傾斜ベルト層３を配置し、該タイヤ６を適用リム７に装着し、内圧を負荷せず、若しくは３０ｋＰａ程度の極低内圧の状態のタイヤ幅方向断面において、ビードトゥ１０にタイヤの回転軸と平行に引いた線分に対して、カーカス２のトレッドセンター部ＣＬからの距離ＳＨ_１とカーカス２の最大幅位置からの距離ＳＨ_２は、０．６ＳＨ_１≦ＳＨ_２≦０．９ＳＨ_１を満たし、前記最外側傾斜ベルト層３ｂの幅方向端部３ｂＥとタイヤ最大幅位置との間に位置する、カーカス２の曲率半径が最小となる部分に、溝８を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、転がり抵抗の低減を実現した空気入りタイヤに関するものである。

近年、地球温暖化をはじめとする環境問題を考慮した各種の開発が活発に行われており、その一例として、自動車の低燃費化が挙げられる。これを達成するための一つの手段として、タイヤの転がり抵抗の低減があり、従来から、様々な技術開発が行われている。
タイヤの転がり抵抗の増加は、図１１に示すような、荷重負荷時にトレッド踏面の路面への接地時の、トレッドゴムの圧縮変形、せん断変形等が主たる原因となっていると考えられている。そこで、例えば、トレッド部に使用されるトレッドゴムを損失正接（ｔａｎδ）が小さい低発熱性のゴムに変更して、トレッドゴムの変形に伴う発熱量の低減を図ることが、転がり抵抗を低下させる上で有効であると知られている。
しかしながら、従来のタイヤは、例えば、内圧を充填したときに、カーカス等に生じる張力が一定となる自然平衡形状に代表される比較的丸い断面形状に設計されることが多く、転がり抵抗の大きな寄与を占めるトレッド部の変形の低減の改良が行われていないことが多かった。

従来のタイヤにおいて、転がり抵抗を低減させる手法として、サイドウォールのトレッド部に近接したバットレス部に、周方向に向かって複数のえぐり部（窪み部）を連続的あるいは断続的に設けることが提案されている（例えば特許文献１、２参照）。

特許第３４１９８８１号公報 特開平１１−２２２０１３号公報

しかし、上述した、比較的丸い断面形状に設計された従来のタイヤにおける転がり抵抗低減の手法は、タイヤサイド部の変形に着目しておらず、さらなる改善の余地があった。
そこで、本発明の目的は、転がり抵抗の低減に有利な変形形状を具えた空気入りタイヤを提供することにある。

本発明の要旨構成は、次のとおりである。
（１）一対のビード部間にトロイダル状に跨るカーカスを骨格として、該カーカスのクラウン部の径方向外側に、タイヤの赤道面に対して傾斜した向きに延びるコードの多数本をゴムで被覆した、少なくとも１層の傾斜ベルト層を配置して成るベルトを有し、該ベルトのタイヤ径方向外側にトレッドを配置した空気入りタイヤであって、
該タイヤを適用リムに装着し、内圧を負荷せず、若しくは３０ｋＰａ程度の極低内圧の状態のタイヤ幅方向断面において、ビードトゥにタイヤの回転軸と平行に引いた線分に対して、カーカスのトレッドセンター部からの距離ＳＨ_１とカーカスの最大幅位置からの距離ＳＨ_２は、０．６ＳＨ_１≦ＳＨ_２≦０．９ＳＨ_１を満たし、
前記最外側傾斜ベルト層の幅方向端部とタイヤ最大幅位置との間に位置する、カーカスの曲率半径が最小となる部分に、溝を設けてなることを特徴とする空気入りタイヤ。

ここで、「適用リム」とは、タイヤが生産され、使用される地域に有効な産業規格であって、日本ではＪＡＴＭＡ（日本自動車タイヤ協会） ＹＥＡＲ ＢＯＯＫ、欧州ではＥＴＲＴＯ（Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｔｙｒｅ ａｎｄ Ｒｉｍ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｏｒｇａｎｉｓａｔｉｏｎ） ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＭＡＮＵＡＬ、米国ではＴＲＡ（ＴＨＥ ＴＩＲＥ ａｎｄ ＲＩＭ ＡＳＳＯＣＩＡＴＩＯＮ ＩＮＣ．）ＹＥＡＲ ＢＯＯＫ等に規定されたものとする。
「適用リムに装着した状態」とは、適用リムに組み付けて、内圧を０〜３０ｋＰａ程度までのバルブコアを取り除いた状態や極低内圧を付加した状態をいうものとする。
「タイヤ最大幅位置」とは、ＪＡＴＭＡ等に規定された適用リムに、タイヤを組み付けて、ＪＡＴＭＡ等の規格にタイヤサイズに応じて規定された、無負荷状態での、タイヤ幅方向断面内の最大幅位置をいうものとする。
「カーカスの曲率半径」とは、タイヤの内側に中心をもつ、カーカスの厚み中心線の半径をいうものとする。

（２）前記カーカスの曲率半径が最小となる前記部分における、前記カーカスより外のゴムゲージが最小であることを特徴とする上記（１）に記載の空気入りタイヤ。

（３）前記溝が、タイヤ周方向に連続して延びることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の空気入りタイヤ。

（４）前記傾斜ベルト層の最外側傾斜ベルト層の幅ＢＷに対する、当該最外側層の幅方向中心部と幅方向端部との径差ＢＤの比ＢＤ／ＢＷが０．０１以上０．０４以下であることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

本発明により、転がり抵抗の低減に有利な変形形状を具えた空気入りタイヤを提供することができる。

本発明の空気入りタイヤを適用リムに装着した状態での幅方向断面である。 図１の空気入りタイヤの、適用リムに装着した状態および内圧充填後荷重を負荷した状態の断面内変形を模式的に示す図である。 梁の断面２次モーメントを説明するための図である。 本発明の空気入りタイヤを適用リムに装着した状態で、溝８のない部分の幅方向断面の半部である。 本発明の空気入りタイヤの部分側面図である。 本発明の空気入りタイヤの部分側面図である。 本発明の空気入りタイヤを適用リムに装着した状態での幅方向断面である。 本発明の空気入りタイヤを適用リムに装着した状態での幅方向断面である。 従来の空気入りタイヤを適用リムに装着した状態での幅方向断面である。 本発明の空気入りタイヤを適用リムに装着した状態での幅方向断面である。 空気入りタイヤを適用リムに装着し規定の空気圧を充填して、荷重負荷時のタイヤ幅方向のせん断歪について説明する図である。

以下、図面を参照して、本発明の空気入りタイヤを具体的に説明する。
図１は本発明の空気入りタイヤを適用リムに装着した状態での幅方向断面である。本発明の空気入りタイヤ６は、一対のビードコア１を埋設した一対のビード部間にトロイダル状に跨るカーカス２を骨格として、このカーカス２のクラウン部の径方向外側に、タイヤの赤道面ＣＬに対して傾斜した向きに延びるコードの多数本をゴムで被覆した、少なくとも１層、図示例では２層の傾斜ベルト層３ａ、３ｂと、タイヤ赤道面ＣＬに沿って延びるコードの多数本をゴムで被覆した、少なくとも１層、図示例で１層の周方向ベルト層４を順に配置して成るベルトを有し、該ベルトの径方向外側にトレッド５を配置してなる。このような空気入りタイヤ６は、適用リム７に装着されて使用に供される。

ここで、タイヤ６を適用リム７に装着した状態のタイヤ幅方向断面において、図１に示すように、ビードトゥ１０にタイヤの回転軸と平行に引いた線分に対して、カーカス２のトレッドセンター部からの距離ＳＨ_１とカーカス２の最大幅位置Ｗ_ＣＭＡＸからの距離ＳＨ_２は、０．６ＳＨ_１≦ＳＨ_２≦０．９ＳＨ_１を満たす。
この規定は、カーカス２の最大幅位置Ｗ_ＣＭＡＸがトレッド５に近いことを意味し、サイドウォールのトレッド５に近い領域に曲率半径が小さい部分があることを示す。
転がり抵抗は、前述したように、タイヤトレッド部のゴム中で発生するエネルギーロスが支配的であり、その変形の一つである幅方向断面内のせん断変形を抑えることが、転がり抵抗の低減に有効である。このせん断変形が起こる原因は、接地時に湾曲したベルトが平らに伸ばされる変形である。さらに、通常のラジアルタイヤでは、タイヤセンター対比ショルダーの半径が小さく径差を持っているため、ショルダー付近のベルトはタイヤ周方向に伸ばされる。すると、コードが交差して配置された傾斜ベルト層はパンタグラフ状に変形して周方向に伸びる結果として幅方向に縮むことになるため、上記せん断変形を助長することになる。この変形を、タイヤの形状面から最も簡便に抑制するには、ベルトをなるべく平坦にする必要がある。しかしながら、実際のタイヤ設計では、サイド部の変形に伴った変形成分や、偏摩耗を起こさないための接地形状並びに接地圧分布を考慮しなければいけないことから、完全に平坦にすることなく適正な範囲に設定することが肝要である。この適正な範囲について鋭意究明したところ、上記した０．６ＳＨ_１≦ＳＨ_２≦０．９ＳＨ_１であることが判明した。
特に、トレッド部の形状から上記のせん断変形を抑制する改良を行った場合、接地面内のせん断力やすべり分布も縮小される方向に変化するため、耐摩耗性能を同時に改良することができることも解明するに到った。

さらに、この空気入りタイヤ６では、最外側傾斜ベルト層３ｂの幅方向端部３ｂＥとタイヤ最大幅位置Ｗ_ＭＡＸとの間に位置する、カーカス２の曲率半径が最小となる部分に溝８を設けることが肝要である。以下、この理由を説明する。

空気入りタイヤのサイド部剛性は、サイド部のカーカス２の張力によるものと、サイド部の構造によるものとに分けられる。
カーカス２の張力について検討すると、カーカス２のトレッドセンター部高さＳＨ_１と最大幅位置Ｗ_ＣＭＡＸの高さＳＨ_２との関係を０．６ＳＨ_１≦ＳＨ_２≦０．９ＳＨ_１にしたことで、最外側傾斜ベルト層３ｂの幅方向端部３ｂＥとタイヤ最大幅位置Ｗ_ＭＡＸとの間の領域である、いわゆるバットレス部におけるカーカス２の曲率半径が最小となる部分を作り、この部分のカーカス２の張力を下げることができる。
空気入りタイヤに内圧を充填した場合にカーカス２にかかる張力は、タイヤ半径（ケースラインの半径）Ｒ、内圧Ｐを用いて、Ｒ×Ｐで求めることができる（自動車用タイヤの基礎と実際 山海堂）。
また、タイヤ６を適用リム７に装着した状態のタイヤ幅方向断面において、図１に示すように、傾斜ベルト層３ａ、３ｂのうち最外側傾斜ベルト層３ｂの幅ＢＷに対する、当該最外側傾斜ベルト層３ｂの幅方向中心部（タイヤ赤道面ＣＬ）と幅方向端部３ｂＥとの径差ＢＤの比ＢＤ／ＢＷが０．０１以上０．０４以下とすると、最外側傾斜ベルト層３ｂの幅方向端部３ｂＥとタイヤの最大幅位置Ｗ_ＭＡＸとの間にカーカス２の曲率半径が小さい部分を広くすることができる。
サイド部のカーカス２の張力を低下させることで、張力による剛性を下げて、曲率半径が最小となる部分で荷重時に大きく変形させて、その結果、トレッド部付近のゴムに発生する変形を減少させ、これにより歪エネルギー損失を低減させることができる。

次に、サイド部の構造による剛性に着目する。図２は、図１の空気入りタイヤの、適用リムに装着した状態および内圧充填後荷重を負荷した状態の断面内変形を模式的に示す図である。図２から分かるように、バットレス部はリム組み後内圧充填時から、内圧充填後荷重時になると、曲率半径が小さくなる方向に曲げられていることがわかる。
ここで、サイド部は曲げ変形を受ける梁として見ることができる。タイヤ周方向に見て単位長さあたりの曲げ剛性は、部材の弾性率Ｅおよび断面２次モーメントＩを用いて、Ｅ×Ｉで求められる。Ｉは断面形状により決まる値で、長方形断面の場合、図３に示すように、Ｉ＝ｂｈ^３／１２になる。これをタイヤサイド部に当てはめると、ｂが周方向長さ、ｌがサイド部のラジアル方向長さ、ｈが厚さに相当する。周方向の単位長さを考えているのでｂ＝ｌとすると、曲げ剛性は厚さの３乗に比例し、厚さを薄くすることで曲げ剛性を非常に効果的に低減できる。すなわち、この部分に溝８を設け、カーカス２の本体部からタイヤ外側面までのゴムゲージを小さくすることで、この部分の剛性を低減させる。その結果、トレッド部付近のゴムに発生する変形を減少させ、これにより歪エネルギー損失を低減させることができる。

図４は本発明の空気入りタイヤを適用リムに装着した状態で、溝８のない部分の幅方向断面の半部である。図４に示すように、カーカス２の曲率半径が最小となる位置がカーカス２より外のゴムゲージｔが最小となっている。このように滑らかにゴムゲージを変化させて該当部のゴムゲージを最小にすることで、従来のタイヤと同様にサイド部にメーカー名や商品名などを表示することができる。

図５および図６は本発明のタイヤの部分側面図である。図５および図６はトレッドショルダー部にショルダーブロック９を有する例であり、図６に示すように、溝８をショルダーブロック９と対応させて形成する、すなわち、溝８をショルダーブロック９間の溝以外の領域に形成することが好ましい。これにより、トレッドショルダー部のトレッドゲージが大きい部分に相当する位置で効果的にバットレス部の曲げ剛性を低減でき、その結果、転がり抵抗を効果的に低減することができるからである。

図７は本発明の空気入りタイヤを適用リムに装着した状態での幅方向断面である。図７に示すように、溝８がタイヤ周方向に連続して延びることが好適である。なぜなら、製造時にサイドウォール部材をタイヤ周方向に押し出すため、タイヤ周方向に連続している溝８に相当する部分のゴムゲージをあらかじめ小さくして部材を準備することでタイヤ周方向の均一性に優れた転がり抵抗の小さい空気入りタイヤを容易に製造することができるからである。

サイズ２２５／４５Ｒ１７の発明例タイヤおよび従来例タイヤを、表１に示す仕様の下に試作し、各試作タイヤについて、転がり抵抗の測定を行ったので以下に説明する。
各供試タイヤは、タイヤ径方向内側から２層のカーカスプライ２ａ、２ｂからなるカーカス２とタイヤ赤道面ＣＬに対して２６°の傾斜角度で配置したスチールコードを層間で相互に交差させた傾斜ベルト層３ａ、３ｂと、タイヤ赤道面ＣＬに沿った向きに延びるナイロンコードによるキャップ４ａとレイヤ４ｂとを具える。

発明例タイヤ１は、図８に示すような、クラウン部がフラットな断面形状を有し、バットレス部の曲率半径が最小の部分に周方向に連続した長方形の溝８（深さ１ｍｍ、幅１０ｍｍ）を有する。
発明例タイヤ２は、図８に示すような、クラウン部がフラットな断面形状を有し、バットレス部の曲率半径が最小の部分に、トレッドショルダー部ラグ溝部を除き周方向に不連続の長方形の溝８を有する。
発明例タイヤ３は、図８に示すような、クラウン部がフラットな断面形状を有し、バットレス部の曲率半径が最小の部分に周方向に連続した長方形の溝８（深さ１ｍｍ、幅１０ｍｍ）を有する。発明例タイヤ１とはベルト形状等が異なる。
従来例タイヤ１は、図９に示すような、クラウン部が丸い断面形状を有している。
従来例タイヤ２は、図１０に示すようなクラウン部がフラットな断面形状を有し、長方形の溝８を有さない点以外、発明例タイヤ１と同様である。
従来例タイヤ３は、バットレス部のゴムゲージが最小である点以外、従来例タイヤ２と同様である。

これら供試タイヤを、サイズ７．５Ｊ×１７のリムに組み込み、内圧を２３０ｋＰａに調整した上で、荷重を４．５ｋＮ、時速８０．０ｋｍ／ｈの条件にて転がり抵抗測定を実施した。なお、この転がり抵抗測定は、ＩＳＯ１８１６４に準拠し、スムースドラム、フォース式にて実施したものである。表１に示す測定結果は、従来例タイヤ１の結果を１００として指数で表し、指数が小さいほど、転がり抵抗が小さいことを示している。

発明例タイヤは従来例タイヤ１と比較して転がり抵抗指数が良化していることが分かる。

１ ビードコア
２ カーカス
３ａ 傾斜ベルト層
３ｂ 傾斜ベルト層（最外側傾斜ベルト層）
４ 周方向ベルト層
５ トレッド
６ 空気入りタイヤ
７ 適用リム
８ 溝
９ ショルダーブロック
１０ ビードトゥ
ＣＬ タイヤ赤道面

Claims (4)

1. 一対のビード部間にトロイダル状に跨るカーカスを骨格として、該カーカスのクラウン部の径方向外側に、タイヤの赤道面に対して傾斜した向きに延びるコードの多数本をゴムで被覆した、少なくとも１層の傾斜ベルト層を配置して成るベルトを有し、該ベルトのタイヤ径方向外側にトレッドを配置した空気入りタイヤであって、
   該タイヤを適用リムに装着し、内圧を負荷せず、若しくは３０ｋＰａ程度の極低内圧の状態のタイヤ幅方向断面において、ビードトゥにタイヤの回転軸と平行に引いた線分に対して、カーカスのトレッドセンター部からの距離ＳＨ_１とカーカスの最大幅位置からの距離ＳＨ_２は、０．６ＳＨ_１≦ＳＨ_２≦０．９ＳＨ_１を満たし、
   前記最外側傾斜ベルト層の幅方向端部とタイヤ最大幅位置との間に位置する、カーカスの曲率半径が最小となる部分に、溝を設けてなることを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記カーカスの曲率半径が最小となる前記部分における、前記カーカスより外のゴムゲージが最小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. 前記溝が、タイヤ周方向に連続して延びることを特徴とする請求項１または２に記載の空気入りタイヤ。
4. 前記傾斜ベルト層の最外側傾斜ベルト層の幅ＢＷに対する、当該最外側層の幅方向中心部と幅方向端部との径差ＢＤの比ＢＤ／ＢＷが０．０１以上０．０４以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

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