JP2010254249A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】転がり抵抗の少ないタイヤを提供するための、タイヤ形状の詳細について提案する。
【解決手段】タイヤを適用リムに装着した状態のタイヤ幅方向断面において、傾斜ベルト層の最外側層の半幅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δの比δ／BWが0.10以上0.13以下であり、かつ前記タイヤの赤道面からタイヤの最大幅位置に至るカーカスラインは、該カーカスラインの中間部に比し、その両側部で小さい曲率半径を有し、前記トレッドは、該トレッドの幅方向に延びる複数本の幅方向溝を有し、該幅方向溝のトレッドゴムに占める比率が、トレッド中央域に比し該中央域の両側域で大きくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、転がり抵抗の低い空気入りタイヤに関する。

近年、より環境負荷の小さい製品の開発が活発に行われている。この原因は、地球温暖化をはじめとする環境問題にあり、タイヤについても例外ではない。このタイヤに関し、前記環境問題に対応するためには、自動車の低燃費化に寄与する性能の確保が大切になる。これを達成する一つの手段として、タイヤの転がり抵抗を減らすことが挙げられ、従来、様々な技術開発が行われている。
以下に、従来の改良方法をいくつか紹介する。

まず、タイヤの転がり抵抗は、トレッド部のゴム内にて多く発生することが知られている。直接的な改良方法として、このトレッド部に使用されるゴムを損失正接が小さいものに変更することが有効である。しかしながら、この方法では、タイヤの、例えば耐摩耗性能をはじめとする他の性能が犠牲になることも知られている。一方、転がり抵抗を増す発生源であるゴムを減らすために、トレッド厚さを薄くする方法も容易に考えられるが、この場合はタイヤの摩耗寿命を確保できないことが問題になる。

さらには、タイヤの断面形状を工夫して転がり抵抗を低減することが提案されている。この提案によって、転がり抵抗の低減が図られるが、近年の低燃費化に対する更なる要求に対応する、より詳細なタイヤ設計が求められている。

特開2006−1360号公報

そこで、本発明の目的は、転がり抵抗の少ないタイヤを提供するための、タイヤ形状の詳細について提案することにある。

さて、タイヤの転がり抵抗の多くは、トレッドゴムで発生する歪エネルギーロスによるものである。このトレッド部での現象を詳細に解析すると、せん断変形（周方向および幅方向）による歪エネルギーロスが支配的であり、特にショルダー部において歪エネルギーロスが大きいことが判った。
そこで、歪エネルギーロスを低減する方途を鋭意究明したところ、トレッドのクラウン部に丸みを持たせると、タイヤの接地幅は狭くなり、接地幅を狭めることが出来れば、トレッド部で変形するゴムの体積が減少して歪エネルギーロスが低減すること、そしてカーカスラインの曲率分布を規定することが更なる転がり抵抗の低減に有効であることを見出し、本発明を完成するに到った。

すなわち、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２層の傾斜ベルト層を含むベルトを有し、該ベルトの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た状態のタイヤ幅方向断面において、前記傾斜ベルト層の最外側層の半幅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δの比δ／BWが0.10以上0.13以下であり、かつ前記タイヤの赤道面からタイヤの最大幅位置に至るカーカスラインは、該カーカスラインの中間部に比し、その両側部で小さい曲率半径を有し、
前記トレッドは、該トレッドの幅方向に延びる複数本の幅方向溝を有し、該幅方向溝のトレッドゴムに占める比率が、トレッド中央域に比し該中央域の両側域で大きいことを特徴とする空気入りタイヤ。

ここで、前記タイヤを適用リムに装着した状態とは、日本自動車タイヤ協会規格（JATMA）に規定の標準リムまたはその他の適用リムに組み込んだ状態にて、内圧を付加せずに若しくは、30kPa程度までの極低内圧を付加した状態を意味する。
なお、幅方向溝のトレッドゴムに占める比率とは、トレッド中央域またはその両側域に周方向に延びる溝がある場合は該周方向溝の体積分はトレッドゴム部分とする。

（２）前記トレッドは、前記最外側層の全幅２BWを６等分の区画に分割した際に、最外側区画に隣接する中間区画のゴムの弾性率が、該中間区画のトレッド幅方向内側の中央区画のゴムの弾性率より10〜25％高いことを特徴とする前記（１）に記載の空気入りタイヤ。

（３）前記カーカスラインの中間部は、径方向内側に凸であることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の空気入りタイヤ。

（４）前記タイヤの最大幅SWに対する、前記傾斜ベルト層の最外側層の全幅２BWの比２BW／SWが0.5以上0.7以下であることを特徴とする前記（１）、（２）または（３）に記載の空気入りタイヤ。

（５）前記タイヤの断面高さSHに対する、タイヤの最大幅位置にタイヤの回転軸と平行に引いた線分とビードトゥにタイヤの回転軸と平行に引いた線分との最短距離SWHの比SWH／SHが0.55以上0.80以下であることを特徴とする前記（１）から（４）のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

本発明によれば、転がり抵抗の少ないタイヤを提供することができ、特に自動車の低燃費化に偉功を奏する。

本発明に従うタイヤの幅方向断面を示す図である。 本発明に従うタイヤの幅方向断面を示す図である。 本発明に従うタイヤのトレッド部に発生する歪エネルギーに関する、有限要素法による解析結果を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明を具体的に説明する。
図１に、本発明に従うタイヤについて、その幅方向断面を示す。
同図において、符号１は一対のビードコアであり、これらビードコア１間にトロイダル状に跨る、コードのラジアル配列プライからなるカーカス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、タイヤの赤道面Ｏ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２層、図示例で２層の傾斜ベルト層３ａおよび３ｂを配置し、さらに傾斜ベルト層３ａの径方向外側に、タイヤの赤道面Ｏ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を配置し、これらベルトの径方向外側にトレッド５を配置してなる。なお、周方向ベルト層は省略することも可能である。

かようなタイヤ６は、適用リム７に装着されて使用に供される。ここで、該タイヤ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、前記傾斜ベルト層の最外側層３ａの半幅BWに対する、当該最外側層３ａの幅方向中心部（赤道面Ｏ）と幅方向端部との径差δの比δ／BWが0.10以上0.13以下であることが肝要である。

この規定は、傾斜ベルト層３について、その幅方向における径差が大きいことを意味する。これは、トレッドのクラウン部に丸みを持たせることであり、その結果、タイヤの接地幅は狭くなる。接地幅を狭めることが出来れば、トレッド部で変形するゴムの体積が減少し、歪エネルギーロスを低減することが可能となる。但し、接地幅を狭くしすぎると耐摩耗性が悪化する為、0.10≦δ／BW≦0.13の範囲内に収めるのが良い。

すなわち、δ／BWが0.10未満では、接地幅が広くなって歪エネルギーロスを低減することが難しくなる。一方、0.13を超えると、接地幅が狭くなりすぎて耐摩耗性能が悪化することになる。

上記した形状に従うタイヤは、図１に示すように、トレッド５を、タイヤの赤道面Ｏを中心として最外側層３ａの全幅２BWの１／２の幅に跨るトレッド中央域Ｔ_Ｃと、このトレッド中央域Ｔ_Ｃの両側域（以下、トレッド側域と示す）Ｔ_Ｓに区画したとき、トレッド中央域Ｔ_Ｃの偏心変形を大きくしてトレッドの周方向せん断歪を小さくして、転がり抵抗を低減させている。また、クラウン部に丸みを持たせる形状から、トレッド側域Ｔ_Ｓの幅が狭くなって、トレッド断面内のせん断歪の大きい領域が減少する結果、転がり抵抗が低減する。

さらに、前記タイヤの赤道面Ｏからタイヤの最大幅位置Ｄに至るカーカスラインの曲率半径が、該カーカスラインの中間部に比し、その両側部で小さいことが肝要である。すなわち、図１に示すように、タイヤの赤道面Ｏからタイヤの最大幅位置Ｄに至るカーカスラインは、タイヤの赤道面Ｏ側から順に、曲率半径Ｒ_１、Ｒ_２そしてＲ_３の部分からなり、曲率半径はＲ_２に比較しＲ_１およびＲ_３が小さいことが特徴である。すなわち、前記領域のカーカスラインが、赤道面Ｏからタイヤの最大幅位置Ｄに向かって、曲率半径Ｒ_１＜Ｒ_２＞Ｒ_３との関係を局所的にでも満足していればよい。

ここで、カーカスラインを上記のように規定することによって、比較的に曲率半径の小さい、カーカスのクラウン部とサイド部とを比較的に曲率半径の大きい部分を介して離したため、歪エネルギーロスの発生が大きい、トレッドのクラウン部を不必要に幅広にしないためである。

なお、曲率半径がそれぞれＲ_１、Ｒ_２およびＲ_３となる領域は、まず曲率半径Ｒ_１の領域が、傾斜ベルト層のうち最も幅の狭い層、図示例では傾斜ベルト層３ａの全幅の端部側８分の１の領域である。そして、ここでの曲率半径Ｒ_１とは、該領域の曲率が一定であればその曲率半径、また複数の曲率を有する場合は該領域を１つの曲率で近似させた際の当該曲率の曲率半径を意味する。
次に、曲率半径Ｒ_２の領域は、前記曲率半径Ｒ_１の幅方向外側において最も曲率の小さい領域を指す。そして、曲率半径Ｒ_３の領域は、曲率半径Ｒ_２の領域とタイヤの最大幅位置Ｄとの間において最も曲率の大きい領域である。ちなみに、これらのＲ_１、Ｒ_２およびＲ_３となる領域は滑らかにつながっていればよい。

また、曲率半径Ｒ_１およびＲ_３は小さいほど好ましいため、タイヤの基本形状を崩さない範囲で小さくすることが推奨される。これに対して、曲率半径Ｒ_２は、大きくして直線に近づけることが好ましい。その際、カーカスラインの曲率半径Ｒ_２部分は、図２に示すように、径方向内側に凸であることが有利である。この径方向内側に凸となる場合の曲率半径は、径方向内側に凹から凸に反転する直前の曲率半径に凸になった際の曲率半径を足した値とする。このように、曲率半径Ｒ_２の領域を径方向内側に凸とすると、タイヤに所定内圧を付与した際に、当該領域を径方向外側に変形させることによって、傾斜ベルト層に強い張力を保持させて、トレッド剛性を高めることが可能になる。

ここで、図１に示す形状のタイヤのトレッド部に発生する歪エネルギーについて、有限要素法を用いて詳細に解析したところ、トレッド部における歪エネルギーの比率は図３に示す通りであった。
図３より、トレッド部に発生する歪エネルギーは、トレッド中央域Ｔ_Ｃが４０％、トレッド側域Ｔ_Ｓが６０％であり、トレッド側域における歪エネルギーを更に低減させることが、転がり抵抗の低減に有効であることが分かった。

そこで、本発明では、図１に示すように、トレッド５の踏面を、該トレッド５の周方向に延びる周方向溝50ａ〜50ｄおよび同幅方向に延びる幅方向溝51ａ〜51ｄにて、複数の陸部52ａ〜52ｅに区画した際に、該幅方向溝51ａ〜51ｄのトレッドゴムに占める比率が、トレッド中央域Ｔ_Ｃに比しトレッド側域Ｔ_Ｓで大きく設定することにした。
すなわち、トレッド中央域Ｔ_Ｃでの周方向剛性を高くする一方、トレッド側域Ｔ_Ｓでは幅方向剛性を高めて、トレッド側域における歪エネルギーを更に低減させる。そのためには、幅方向溝をトレッド中央域Ｔ_Ｃに比べてトレッド側域Ｔ_Ｓに多く導入することによって、トレッド側域Ｔ_Ｓの幅方向剛性を低下することなく、当該側域Ｔ_Ｓでのトレッドゴム体積を低減することが有効である。

なお、幅方向溝のトレッドゴムに占める比率は、トレッド中央域Ｔ_Ｃで０〜10％およびトレッド側域Ｔ_Ｓで12〜20％とすることが、上記の効果を得るのに好適である。

さらに、本発明では、トレッド５を全幅２BWの６等分の区画に分割した際に、最外側区画に隣接する中間区画のゴムの弾性率が、該中間区画のトレッド幅方向内側の中央区画のゴムの弾性率より10〜25％高いことが好ましい。ここで、ゴムの弾性率は、JIS Ｚ2241に準拠した、JIS ３号引張試験片を用いた引張試験における、50％歪での弾性率とする。

すなわち、タイヤの制動性能について検討した結果、車両制動時には前輪にかかる荷重が、等速平坦路走行時より大きくなるため、前輪装着タイヤのショルダー部の接地圧が大きくなり、該ショルダー部で発生する制動力の寄与が大きくなることが判明した。ここでいうショルダー部とは、前記中間区画を主とする部分である。そこで、該中間区画でのトレッドゴムの弾性率を大きくして当該区画の剛性を高めることによって、中間区画で発生する制動力を大きくすることが有利である。そのためには、中間区画のゴムの弾性率を、該中間区画のトレッド幅方向内側の中央区画のゴムの弾性率より高くする必要がある。

この弾性率を高くする割合は、中間区画と中央区画との接地圧比に応じて決定することができ、本発明に従う上記した形状のタイヤでは、1.1〜1.25倍である。従って、中間区画のゴムの弾性率は、中央区画のゴムの弾性率より10〜25％高いことが好ましい。

また、図１に示すように、タイヤの最大幅SWに対する、前記傾斜ベルト層３の最外側層３ａの全幅２BWの比２BW／SWが0.5以上0.7以下であることが好ましい。これは、適切なトレッド幅についての規定であり、比２BW／SWが0.7を超えると、転がり抵抗が増加する傾向にあり、一方、比２BW／SWが0.5未満になると、トレッド端部の局所変形の発生が懸念される。すなわち、局所変形が起こると、一部に大きな変形が集中することからヒステリシスロスが発生し、上記したタイヤの転がり抵抗の低下を阻害する、おそれがある。

さらに、図１に示すように、タイヤの断面高さSHに対する、タイヤの最大幅位置Ｄにタイヤの回転軸と平行に引いた線分とビードトゥ１０にタイヤの回転軸と平行に引いた線分との最短距離SWHの比SWH／SHが0.55以上0.08以下であることが好ましい。すなわち、上記した0.10≦δ／BW≦0.13の規定に従うベルトの張力変化を促進するには、上述のサイドの屈曲部は接地面近くに配されることが有利である。さらに、上記したカーカスラインの曲率規定に従って、サイド部の曲率を小さくする場合には、最大幅位置はビード寄りか接地面側かにすることが有利であるが、ビード寄りでは剛性の高いビードフィラーなども存在するため、十分に効果を発揮できない可能性がある。従って、比SWH／SHは0.55以上とする。

一方、比SWH／SHは0.80を超えると、製造することが難しくなる上、製造したタイヤにおいても、リム組みして内圧を充填後に車両装着して荷重変形した際に、トレッド外側のショルダー部が接地してしまう不具合をまねく、おそれがある。

サイズ195／65 Ｒ15のラジアルタイヤを、表１に示すタイヤ形状の下、表２に示す仕様を適用して作製し、上述した転がり抵抗の試験を行った。なお、タイヤの基本構造は同じであり、カーカスプライが１枚、傾斜ベルト層はタイヤ赤道面に対して24°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２層からなり、その上にナイロンのコードをゴム被覆したリボン体を螺旋状に巻き回して成形した周方向ベルト層を備える。

ここで、転がり抵抗試験は、供試タイヤを標準リムに装着し内圧を210kPaに調整したのち、直径1.7ｍの鉄板表面を持つドラム試験機（速度：80km／ｈ）を用いて、車軸の転がり抵抗力を求める。この測定結果は、比較タイヤ１での転がり抵抗力を100として指数化した。この指数が小さいほど、転がり抵抗が小さいことを示している。

表２に示した発明タイヤ１と同じタイヤ構造において、表３に示すようにトレッドゴムの弾性率を種々に変更して試作タイヤを作製した。得られた試作タイヤについて、上述した転がり抵抗試験並びに制動試験を行った。

ここで、制動試験は、供試タイヤを標準リムに組み込み内圧を210kPaに調整したのち、実車に装着し、水深１mmの路面上を80km／ｈで走行中にブレーキをかけて停止するまでの距離を測定した。この測定結果は、試作タイヤ１での制動距離を100として指数化し、その逆数をもって表示した。この指数が大きいほど、制動距離が短いことを示している。

１ ビードコア
２ カーカス
３ａ 傾斜ベルト層（最外側層）
３ｂ 傾斜ベルト層
４ 周方向ベルト層
５ トレッド

Claims (5)

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２層の傾斜ベルト層を含むベルトを有し、該ベルトの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た状態のタイヤ幅方向断面において、前記傾斜ベルト層の最外側層の半幅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δの比δ／BWが0.10以上0.13以下であり、かつ前記タイヤの赤道面からタイヤの最大幅位置に至るカーカスラインは、該カーカスラインの中間部に比し、その両側部で小さい曲率半径を有し、
   前記トレッドは、該トレッドの幅方向に延びる複数本の幅方向溝を有し、該幅方向溝のトレッドゴムに占める比率が、トレッド中央域に比し該中央域の両側域で大きいことを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記トレッドは、前記最外側層の全幅２BWを６等分の区画に分割した際に、最外側区画に隣接する中間区画のゴムの弾性率が、該中間区画のトレッド幅方向内側の中央区画のゴムの弾性率より10〜25％高いことを特徴とする請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記カーカスラインの中間部は、径方向内側に凸であ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. 前記タイヤの最大幅SWに対する、前記傾斜ベルト層の最外側層の全幅２BWの比２BW／SWが0.5以上0.7以下であることを特徴とする請求項１、２または３に記載の空気入りタイヤ。
5. 前記タイヤの断面高さSHに対する、タイヤの最大幅位置にタイヤの回転軸と平行に引いた線分とビードトゥにタイヤの回転軸と平行に引いた線分との最短距離SWHの比SWH／SHが0.55以上0.80以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

Images