JP2013095329A - 乗用車用空気入りラジアルタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、上記の問題を解決することを課題とするものであり、低燃費性と車両スペースの確保とを実現しつつ、静音性を向上させた、乗用車用空気入りラジアルタイヤを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の乗用車用空気入りラジアルタイヤは、タイヤの断面幅ＳＷとタイヤ外径ＯＤとの比ＳＷ／ＯＤを適切に規制したものである。また、トレッドのベースゴムの少なくとも一部に、発砲ゴムを用いている。
【選択図】図５

Description

本発明は、乗用車用空気入りラジアルタイヤに関するものである。

西暦１９６０年頃までの車両は、車両の重量が軽く、車両に要求される巡航速度も遅かったため、タイヤへの負担が軽く、タイヤの断面幅が狭いバイアスタイヤが用いられていた。しかし、近年の車両の高出力化や高速道路網の発達に伴い、高速走行時の操縦安定性や耐磨耗性の向上が求められるようになってきており、幅広、扁平のラジアル構造のタイヤが主流となりつつある（特許文献１など）。

しかし、タイヤの幅広化は、車両スペースを圧迫し、居住性を低下させる。このことは、特に、近年実用化されている電気自動車においては、タイヤ車軸回りにタイヤを回転させるトルクを制御するためのモーターなどの駆動部品を収容するスペースの確保が必要となり、タイヤ回りのスペース確保の重要性が高まりつつある状況を鑑みると、大きな問題である。

また、近年、環境問題への関心の高まりにより低燃費性への要求が厳しくなってきている状況にある。ここで、燃費性を向上させるためにタイヤの転がり抵抗値（ＲＲ値）を低減するには、タイヤを大径化、幅広化することが有効であることが知られているが、タイヤを大径化、幅広化すると、タイヤ重量及び車両の空気抵抗が増大するため、かえって車両抵抗が増大し、また、タイヤの負荷能力も過剰となってしまうという問題がある。
また、タイヤを大径化すると、ベルト張力が増大してリング剛性が高まるため、路面からの入力に対してより敏感となり、静音性が悪化してしまうという問題もある。

特開平７−４０７０６号公報

本発明は、上記の問題を解決することを課題とするものであり、低燃費性と車両スペースの確保とを実現しつつ、静音性を向上させた、乗用車用空気入りラジアルタイヤを提供することを目的とする。

発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた。
その結果、まず、ラジアルタイヤの燃費性及び車両スペースを確保するためには、タイヤの狭幅化及び大径化、すなわち、タイヤの断面幅ＳＷと外径ＯＤとを適切な比の下に規制することが極めて有効であることを見出した。
さらに、発明者らは、狭幅化及び大径化したタイヤにおいて、トレッドのベースゴムに発泡ゴムを用いることが静音性の向上に有効であることの新規知見を得た。

本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、その要旨構成は、以下の通りである。
（１）一対のビード部間でトロイダル状に跨るラジアル配列のカーカスコードのプライからなるカーカスと、トレッドとを備えた、乗用車用空気入りラジアルタイヤであって、
前記タイヤの断面幅ＳＷと外径ＯＤとの比ＳＷ／ＯＤが０．２４以下であり、
前記トレッドは、ベースゴムと該ベースゴムのタイヤ径方向外側に配置したキャップゴムとからなり、
前記ベースゴムの少なくとも一部に、発泡ゴムを用いたことを特徴とする、乗用車用空気入りラジアルタイヤ。

（２）タイヤ幅方向断面において、前記ベースゴムの断面積は、前記トレッドの断面積の２０％以上である、上記（１）に記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。

（３）タイヤ幅方向断面において、前記ベースゴムの断面積は、前記トレッドの断面積の４０％以下である、上記（２）に記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。

（４）前記タイヤの接地面をタイヤ幅方向に３等分し、タイヤ幅方向中央部と、該タイヤ幅方向中央部の両外側のタイヤ幅方向外側部と、に分けるとき、
前記タイヤ幅方向中央部に相当するタイヤ幅方向領域においてのみ、前記ベースゴムが、発泡ゴムである、上記（１）〜（３）のいずれか１つに記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
ここで、「接地面」とは、タイヤをリムに装着し、タイヤを装着する車両毎に規定される空気圧を充填し、タイヤを装着する車両毎に規定される最大荷重を負荷した際に、タイヤと路面とが接触する面をいうものとする。
ここに、「装着する車両毎に規定される最大負荷」とは、最大乗員数を想定した時に、４輪の中で最も荷重のかかるタイヤへの負荷荷重を意味する。

（５）前記発泡ゴムの発泡率は、１０〜２５％である、上記（１）〜（４）のいずれか１つに記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。

本発明によれば、低燃費性や車両スペースを確保しつつも、静音性にも優れた乗用車用空気入りラジアルタイヤを提供することができる。

タイヤの断面幅ＳＷと外径ＯＤを示す図である。 （ａ）本発明の大径化、狭幅化したタイヤを装着した車両を示す図である。（ｂ）従来のタイヤを装着した車両を示す図である。 タイヤの断面幅ＳＷと外径ＯＤとの比ＳＷ／ＯＤと、車両の空気抵抗値（Ｃｄ値）及びタイヤの転がり抵抗値（ＲＲ値）との関係を示す図である。 本発明の一実施形態にかかる乗用車用空気入りラジアルタイヤのタイヤ幅方向断面図である。 図４に示すタイヤのトレッドを模式的に示す、タイヤ幅方向断面図である。 本発明の作用効果について説明するための図である。 本発明の作用効果について説明するための図である。

以下、本発明の乗用車用空気入りラジアルタイヤ（以下、タイヤとも称する）を導くに至った過程について説明する。
まず、発明者らは、ラジアルタイヤのタイヤ断面幅ＳＷ（図１参照）を従前に比し狭くすることによって、車両スペースの確保が可能であること、特にタイヤの車両装着内側近傍に駆動部品の設置スペースが確保されることに着目した（図２参照）。
さらに、タイヤ断面幅ＳＷを狭くすると、タイヤを前方から見た面積が減少するため、車両の空気抵抗値（Ｃｄ値）が低減されるという効果がある。
しかしながら、接地部分の変形が大きくなるため、同じ空気圧の場合、タイヤの転がり抵抗値（ＲＲ値）が大きくなるという問題がある。

一方で、発明者らは、ラジアルタイヤ特有の性質により、上記の問題点を解決しうることを見出した。すなわち、ラジアルタイヤはバイアスタイヤに比し、トレッドの変形が小さいため、ラジアルタイヤの外径ＯＤ（図１参照）を従前に比し大きくすることによって、路面の粗さの影響を受けにくくし、同じ空気圧の場合に、転がり抵抗値（ＲＲ値）を低減させることができることに着目した。また、大径化することで、タイヤの負荷能力を向上させることもでき、さらに、図２に示すように、ラジアルタイヤの大径化によって車輪軸が高くなり、床下のスペースが拡大されるため、車両のトランク等のスペースや、駆動部品の設置スペースが確保することができることも見出した。

ここで、上記のように、タイヤの狭幅化と大径化は、共に車両スペース確保の効果があるものの、転がり抵抗値（ＲＲ値）に関しては、トレードオフの関係にある。また、タイヤの狭幅化によって車両の空気抵抗値（Ｃｄ値）の低減を図ることができる。

そこで、発明者らは、車両の空気抵抗値（Ｃｄ値）と転がり抵抗値（ＲＲ値）について、タイヤ断面幅とタイヤ外径とのバランスの適切化を図ることによって、これらの特性を従来のラジアルタイヤより向上させるべく鋭意検討した。

発明者らは、タイヤ断面幅ＳＷとタイヤの外径ＯＤとの比ＳＷ／ＯＤに着目し、規格外のものを含む様々なタイヤサイズのタイヤを車両に装着させて、車両の空気抵抗値（Ｃｄ値）と転がり抵抗値（ＲＲ値）を計測する試験を行い、これらの特性が共に従来のラジアルタイヤより上回る、比ＳＷ／ＯＤの条件を導出した。
以下、比ＳＷ／ＯＤの好適範囲を導出するに至った実験結果について、詳しく説明する。

まず、評価基準となるタイヤとして、最も汎用的な車両で使用され、タイヤ性能の比較に適している、タイヤサイズ１９５／６５Ｒ１５のタイヤを基準タイヤとして用意した。
また、様々なタイヤサイズのタイヤを用意し、リムに組み込み、内圧を２２０ｋＰａとし、以下の試験を行った。
表１に各タイヤの諸元を示す。タイヤの内部構造等、表１に示さないタイヤの諸元については、一般的なタイヤと同様であり、各タイヤは、一対のビード部間でトロイダル状に跨るラジアル配列コードのプライからなるカーカスと、トレッドとを備える。
なお、タイヤサイズに関しては、ＪＡＴＭＡ（日本のタイヤ規格）、ＴＲＡ（アメリカのタイヤ規格）、ＥＴＲＴＯ（欧州のタイヤ規格）等の従来の規格に捉われずに、これらの規格外のタイヤサイズも含めて、幅広く検討した。

＜タイヤの転がり抵抗値（ＲＲ値）＞
上記各タイヤをリムに装着して、タイヤ・リム組立体とし、タイヤを装着する車両毎に規定される空気圧を充填し、タイヤを装着する車両毎に規定される最大荷重を負荷して、ドラム回転速度１００ｋｍ／ｈの条件にて転がり抵抗を測定した。
評価結果は、基準タイヤを１００とする指数にて示した。この指数値が小さいほど転がり抵抗が小さいことを意味する。
＜車両の空気抵抗値（Ｃｄ値）＞
実験室にて、上記各タイヤを排気量１５００ｃｃの車両に装着し、１００ｋｍ／ｈに相当する速度で送風したときの空気力を車輪下にある床置き天秤を用いて測定し、基準タイヤを１００とする指数によって評価した。数値が小さいほど空気抵抗は小さい。
以下、評価結果を表２及び図３に示す。

表２及び図３に示す試験結果から、タイヤ断面幅ＳＷとタイヤ外径ＯＤとの比ＳＷ／ＯＤが０．２４以下である、タイヤサイズのラジアルタイヤは、全体として、比ＳＷ／ＯＤが０．２４超であるタイヤより空気抵抗値（Ｃｄ値）と転がり抵抗値（ＲＲ値）とが共に低減され、車両抵抗が大きく低減することの知見を得た。

次に、タイヤ断面幅ＳＷとタイヤ外径ＯＤとの比ＳＷ／ＯＤを０．２４以下とすることで、実際に車両の燃費性が向上し、車両スペースを確保することができることを確かめるため、上記の供試タイヤについて、以下の試験を行った。

＜実燃費＞
ＪＯＣ８モード走行による試験を行った。評価結果は、基準タイヤの評価結果を１００とした指数で表し、指数が大きい方が、燃費が良いことを表している。
＜車両スペース＞
１．７ｍ幅車両にタイヤを装着した際のリアトランク幅を計測した。評価結果は、基準タイヤの評価結果を１００とした指数で表し、指数が大きい方が、車両スペースが広いことを表している。
試験結果を以下の表３に示す。

表３に示すように、比ＳＷ／ＯＤが０．２４超の供試タイヤでは、それぞれ、燃費性、車両スペースの少なくとも一方が、基準タイヤより低下した供試タイヤがあったのに対し、比ＳＷ／ＯＤが０．２４以下である供試タイヤ１〜７、及び１７は、いずれも基準タイヤより燃費性が良く、車両スペースも広いことがわかる。
発明者らは、斯くの如くして、乗用車等空気入りラジアルタイヤにおいて、比ＳＷ／ＯＤを０．２４以下とすることで、車両スペースを確保しつつ、車両抵抗を低減させて、燃費性を向上させることができることを見出したものである。

ここで、さらに、発明者らは、上記比ＳＷ／ＯＤが０．２４以下であるタイヤは、大径化したことにより、ベルト張力が増大してリング剛性が高まること、また、狭幅化したことにより、接地端付近での接地圧が他の部分に比して大きくなることから、路面からの入力に対してより敏感となり、静音性が悪化するという、狭幅・大径タイヤに特有の問題が生じることを見出し、この問題を解決すべく鋭意検討を行い、この問題を解決し得るタイヤ構造に関する知見を得た。
そこで、次に、上記比ＳＷ／ＯＤが０．２４以下の乗用車用空気入りラジアルタイヤにおいて、静音性を向上させるためのタイヤの構造について説明する。

図４は、本発明の一実施形態にかかる乗用車用空気入りラジアルタイヤのタイヤ幅方向概略断面図である。図４は、タイヤをリムに装着し、タイヤを装着する車両毎に規定される空気圧を充填し、タイヤを装着する車両毎に規定される最大荷重を負荷したときのタイヤの状態を示している。
図４に示すタイヤは、比ＳＷ／ＯＤが０．２４以下である。
図４に示すように、本発明のタイヤは、一対のビード部１間でトロイダル状に跨るラジアル配列のカーカスコードのプライからなるカーカス２と、トレッド３とを備えている。
また、図示例で、本発明のタイヤは、カーカス２のタイヤ径方向外側に２層のベルト層からなるベルト４と、１層のベルト補強層５とを備えている。
また、図示例で、本発明のタイヤは、タイヤ幅方向半部に１つ、全体で２つの溝６を有している。

図５は、図４に示すタイヤのトレッド３を模式的に示す、タイヤ幅方向断面図である。
図５に示すように、トレッド３は、ベースゴム３ａと、該ベースゴム３ａのタイヤ径方向外側に配置したキャップゴム３ｂとを有している。
図示例で、ベースゴム３ａは、内部に多数の独立気泡を有する発泡ゴムからなり、キャップゴムは、非発泡ゴム（発泡率が０％のゴム）からなる。
このように、本発明にあっては、ベースゴムの少なくとも一部に発泡ゴムを用いることが肝要である。
以下、本発明の作用効果について説明する。

本発明によれば、ベースゴムに反発弾性率の低い発泡ゴムを用いていることから、図６（ａ）に模式的に示すような路面からのタイヤ周方向の入力を、図６（ｂ）に模式的に示すように、発泡ゴムの、タイヤ周方向に対する弾性及び粘性によって吸収、緩和することができる。また、図７（ａ）に模式的に示すように、路面からの上下方向（タイヤ径方向）の入力を、図７（ｂ）に模式的に示すように、発泡ゴムの、上下方向（タイヤ径方向）に対する弾性及び粘性によって吸収、緩和することもできる。
従って、タイヤ転動時の踏み込み部および蹴り出し部でのトレッドの振動が抑制され、また音圧を低減することもできるため、トレッド振動による騒音が低減され、タイヤの静音性が向上する。
さらに、本発明によれば、タイヤの縦バネ係数も低減するため、タイヤの乗り心地性も向上する。
加えて、タイヤ周方向の路面入力を緩和することができるため、蹴り出し時の滑りを抑制することができ、また、タイヤの大径化によりトレッドの周長が伸びて走行時のタイヤ回転数が減少することと相まって、耐磨耗性（磨耗ライフ）も向上する。

ここで、本発明にあっては、タイヤ幅方向断面において、ベースゴム３ａの断面積は、トレッド３の断面積の２０％以上４０％以下であることが好ましい。
なぜなら、２０％以上とすることにより、上記のタイヤ周方向及び上下方向の入力を緩和する効果をより確保することができるからであり、一方で、４０％以下とすることにより、発泡ゴムの体積を小さくしてタイヤの耐発熱性の低下を抑制することができるからである。

また、本発明にあっては、図４に示すように、タイヤの接地面をタイヤ幅方向に３等分し、タイヤ幅方向中央部Ｃと、該タイヤ幅方向中央部の両外側のタイヤ幅方向外側部Ｓ１、Ｓ２と、に分けるとき、ベースゴムの、タイヤ幅方向中央部Ｃに相当するタイヤ幅方向領域にのみ、発泡ゴムを用いることが好ましい。
なぜなら、タイヤ幅方向中央部Ｃに相当するタイヤ幅方向領域にのみ発泡ゴムを用いることにより、上述のタイヤの静音性の向上を図りつつも、発泡ゴムの体積を小さくして、タイヤの耐発熱性の低下も抑えることができるからである。

さらに、本発明にあっては、発泡ゴムの発泡率は、１０〜２５％であることが好ましい。
なぜなら、１０％以上とすることにより、上述した路面からの周方向入力及び上下方向入力を緩和、吸収して、静音性をより向上させることができるからであり、一方で、２５％以下とすることにより、タイヤの耐発熱性の低下を抑えることができるからである。

ここで、図５に示すように、タイヤ赤道面ＣＬに相当するタイヤ幅方向位置における、ベースゴム３ａのタイヤ径方向厚さをａとし、タイヤ赤道面ＣＬに相当するタイヤ幅方向位置における、キャップゴム３ｂのタイヤ径方向厚さをｂとするとき、比ａ／（ａ＋ｂ）は、
１／８≦ａ／（ａ＋ｂ）≦１／２
を満たすことが好ましい。
なぜなら、１／８以上とすることにより、上述した路面からの周方向入力及び上下方向入力を緩和、吸収して、静音性をより向上させることができるからであり、一方で、１／２以下とすることにより、タイヤの耐発熱性の低下を抑えることができるからである。

本発明の効果を確かめるため、発明例１〜４にかかるタイヤ、及び比較例１、２にかかるタイヤを試作した。
各タイヤは、図４に示すように、一対のビード部１にトロイダル状に跨るカーカス２を有し、該カーカス２の径方向外側には、２層のベルト層からなるベルト４と１層のベルト補強層５と、トレッド３とを順に有している。
２層のベルト層のコードは、スチールコードを用い、１層のベルト補強層のコードには、ナイロンを用いた。２層のベルト層のコードは層間で互いに交差し、それぞれタイヤ周方向に２８°の角度で傾斜して延びている。
また、トレッド３は、ベースゴム３ａとキャップゴム３ｂとを有している。

上記の各タイヤに対し、タイヤの性能を評価する以下の試験を行った。
＜転がり抵抗値（ＲＲ値）＞
上記各タイヤをリムに装着して、タイヤ・リム組立体とし、タイヤを装着する車両毎に規定される空気圧を充填し、タイヤを装着する車両毎に規定される最大荷重を負荷して、ドラム回転速度１００ｋｍ／ｈの条件にて転がり抵抗を測定した。
評価結果は、比較例１にかかるタイヤを１００とする指数にて示した。この指数値が小さいほど転がり抵抗が小さいことを意味する。
＜静音性＞
ドライバーシートの外側（車内窓側）に音圧計を設置して、既定のロードノイズ評価直線路にて、０〜２ｋＨｚの音圧（ｄＢ）を計測し、そのオーバーオール値の大きさで静音性を評価した。
評価結果は、比較例１にかかるタイヤを１００とする指数にて示した。この指数値が小さいほど静音性に優れていることを意味する。
＜乗り心地性＞
各タイヤをリムに装着し、室内試験器を用いて、撓み量を測定し、荷重４ｋＮでの接線勾配より縦バネ係数を測定し、比較例１にかかるタイヤを１００とした指数によって評価した。縦バネ係数は、乗り心地性の指標として用いており、数値が大きい方が乗り心地性に優れている。
＜コーナリングパワー＞
フラットベルト式コーナリング試験機において、内圧２２０ｋＰａ、荷重３．５ｋＮ、速度１００ｋｍ／ｈで測定を行った。
コーナリングパワーは、比較例１にかかるタイヤにおけるコーナリングパワーを１００として指数で評価した。当該指数が大きいほどコーナリングパワーが大きく好ましい。
＜耐磨耗性＞
上記各タイヤの内圧を２２０ｋＰａとした。その後タイヤに荷重３．５ｋＮを負荷し、８０ｋｍ／ｈの速度で３００００ｋｍ走行させるドラム試験を行った。
耐磨耗性の評価は、上記ドラム走行後の残溝量を求めることにより行い、比較例１にかかるタイヤにおける耐磨耗性を１００とした指数で表す。当該指数は大きいほど耐磨耗性に優れている。
各タイヤの諸元及び評価結果を以下の表４に示している。
なお、表４において、「ベースゴム」の「範囲」とは、発泡ゴムの使用領域を意味し、「２ｍｍ」とはタイヤ赤道面における発泡ゴムのタイヤ径方向厚さが２ｍｍであることを意味する。なお、タイヤ赤道面におけるトレッドゴム全体のタイヤ径方向厚さは８ｍｍである。
また、「幅８０％」とは、ベースゴムのタイヤ幅方向の幅の８０％（タイヤ赤道面を中心とする８０％の領域）に発泡ゴムを用いたことを意味する。さらに、「幅３０％（両端）」とは、ベースゴムのタイヤ幅方向の幅の３０％（タイヤ幅方向両端部に、片側１５％ずつで合計３０％の領域）に発泡ゴムを用いたことを意味する。

表４に示すように、発明例１〜４にかかるタイヤは、いずれも、転がり抵抗値（ＲＲ値）が低減され、また、静音性が向上していることがわかる。

１ ビード部
２ カーカス
３ トレッド
３ａ ベースゴム
３ｂ キャップゴム
４ ベルト
５ ベルト補強層
６ 溝
ＣＬ タイヤ赤道面
Ｃ タイヤ中央部
Ｓ１、Ｓ２ タイヤ外側部

Claims (5)

1. 一対のビード部間でトロイダル状に跨るラジアル配列のカーカスコードのプライからなるカーカスと、トレッドとを備えた、乗用車用空気入りラジアルタイヤであって、
   前記タイヤの断面幅ＳＷと外径ＯＤとの比ＳＷ／ＯＤが０．２４以下であり、
   前記トレッドは、ベースゴムと該ベースゴムのタイヤ径方向外側に配置したキャップゴムとからなり、
   前記ベースゴムの少なくとも一部に、発泡ゴムを用いたことを特徴とする、乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
2. タイヤ幅方向断面において、前記ベースゴムの断面積は、前記トレッドの断面積の２０％以上である、請求項１に記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
3. タイヤ幅方向断面において、前記ベースゴムの断面積は、前記トレッドの断面積の４０％以下である、請求項２に記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
4. 前記タイヤの接地面をタイヤ幅方向に３等分し、タイヤ幅方向中央部と、該タイヤ幅方向中央部の両外側のタイヤ幅方向外側部と、に分けるとき、
   前記タイヤ幅方向中央部に相当するタイヤ幅方向領域においてのみ、前記ベースゴムが、発泡ゴムである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
5. 前記発泡ゴムの発泡率は、１０〜２５％である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。

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