JP2013177066A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】ビード耐久性及び操縦安定性を確保しながら、転がり抵抗を低減しうる空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】 ビード部４には、ビードコア５から半径方向外方に先細状にのびるビードエーペックスゴム８が配される。ビードエーペックスゴム８は、内層部９と、該内層部９の外周面を取り囲む外層部１０とを含む。内層部９は、外層部１０よりも損失正接ｔａｎδが小さいゴム材からなる。外層部１０は、前記内層部９よりも複素弾性率Ｅ＊が大きいゴム材からなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、優れたビード耐久性及び操縦安定性を確保しながら、転がり抵抗を低減しうる空気入りタイヤに関する。

近年、環境資源の保護という観点から、タイヤの転がり抵抗を低減し、車両の燃費性能を向上させることが要求されている。このため、エネルギー損失を低減するべく、トレッド部のゴム材に、損失正接ｔａｎδが小さいゴムを採用した空気入りタイヤが提案されている。

他方、ビード部のゴム材、特にビードエーペックスゴムに、上記のような損失正接ｔａｎδの小さいゴムが採用されると、転がり抵抗の低減には高い効果が発揮されるものの、ビード部の剛性が不足して、ビード耐久性及び操縦安定性が低下するという問題があった。

このような問題に対し、下記特許文献１では、ビードエーペックスゴムと、ビードコアを覆うラッピング用ゴムとのゴム硬さを規定することにより、ビード部の剛性の確保と転がり抵抗低減とを両立しうるタイヤが提案されている。

特開２００７−２３０４００号公報

しかしながら、上記のような空気入りタイヤは、ビード部の耐久性及び操縦安定性と、転がり抵抗の低減との両立について十分では無く、さらなる改善の余地があった。

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、ビードエーペックスゴムを、損失正接ｔａｎδが小さい内層部と、該内層部の外周面を取り囲みかつ複素弾性率Ｅ＊が大きい外層部とで構成することを基本として、優れたビード耐久性及び操縦安定性を確保しながら、転がり抵抗を低減しうる空気入りタイヤを提供することを主たる目的としている。

本発明のうち、請求項１記載の発明は、トレッド部からサイドウォール部をへてビード部のビードコアに至るカーカスを具えた空気入りタイヤであって、前記ビード部には、前記ビードコアから半径方向外方に先細状にのびるビードエーペックスゴムが配され、タイヤ回転軸を含むタイヤ子午線断面において、前記ビードエーペックスゴムは、内層部と、該内層部の外周面を取り囲む外層部とを含み、前記内層部は、前記外層部よりも損失正接ｔａｎδが小さいゴム材からなり、前記外層部は、前記内層部よりも複素弾性率Ｅ＊が大きいゴム材からなることを特徴とする。

また、請求項２記載の発明は、前記内層部のゴム材は、損失正接ｔａｎδが０．０３５以下かつ複素弾性率Ｅ＊が８．０ＭＰａ以下である請求項１記載の空気入りタイヤである。

また、請求項３記載の発明は、前記外層部のゴム材は、損失正接ｔａｎδが０．１０〜０．２０かつ複素弾性率Ｅ＊が４０．０〜６０．０ＭＰａである請求項１又は２記載の空気入りタイヤである。

また、請求項４記載の発明は、前記カーカスは、トレッド部からサイドウォール部をへてビード部のビードコアに至る本体部と、該本体部に連なり前記ビードコアの廻りでタイヤ軸方向内側から外側に折り返される折返し部とを有するカーカスプライを含み、前記外層部は、前記内層部のタイヤ軸方向の内側をのびる内側片と、前記内層部のタイヤ軸方向の外側をのびる外側片とを含み、前記内側片及び前記外側片の各厚さは、前記カーカスプライの前記折返し部の外端から前記本体部に立てた法線上でのエーペックス厚さＷの０．１０〜０．３０倍である請求項１乃至３のいずれかに記載の空気入りタイヤである。

また、請求項５記載の発明は、前記カーカスは、トレッド部からサイドウォール部をへてビード部のビードコアに至る本体部と、該本体部に連なり前記ビードコアの廻りでタイヤ軸方向内側から外側に折り返される折返し部とを有するカーカスプライを含み、前記外層部は、前記内層部のタイヤ半径方向の内側をのびる底片を含み、前記底片の厚さは、ビードベースラインから前記ビードエーペックスゴムのタイヤ半径方向の外端までのエーペックス高さＬの０．０１〜０．１０倍である請求項１乃至４のいずれかに記載の空気入りタイヤである。

なお、本明細書において、ゴムの複素弾性率Ｅ＊及び損失正接ｔａｎδは、ＪＩＳ−Ｋ６３９４の規定に準じ、下記の条件で（株）岩本製作所製の粘弾性スペクトロメータを用いて測定された値である。
初期歪：１０％
振幅：±２％
周波数：１０Ｈｚ
変形モード：引張
測定温度：７０°Ｃ

本発明の空気入りタイヤは、ビードエーペックスゴムが、内層部と、該内層部の外周面を取り囲む外層部とを含む。前記内層部は、外層部よりも損失正接ｔａｎδが小さいゴム材からなる。このようなビードエーペックスゴムは、ビード部でのエネルギー損失を抑制し、転がり抵抗を低減させる。また、前記外層部は、内層部よりも複素弾性率Ｅ＊が大きいゴム材からなる。即ち、複素弾性率Ｅ＊が大きい外層部が内層部の外周面を取り囲むため、内層部の剛性が効果的に補完される。従って、ビードエーペックスゴム全体としては剛性が維持され、ひいてはビード耐久性及び操縦安定性が確保される。

本発明の空気入りタイヤの一実施形態を示す断面図である。 図１のビード部の拡大図である。

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
図１は、本実施形態の空気入りタイヤ１の正規状態におけるタイヤ回転軸を含むタイヤ子午線断面図である。ここで、正規状態とは、タイヤを正規リム（図示省略）にリム組みし、かつ、正規内圧を充填した無負荷の状態とする。以下、特に言及しない場合、タイヤの各部の寸法等はこの正規状態で測定された値とする。

なお前記「正規リム」とは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、当該規格がタイヤ毎に定めるリムであり、例えばＪＡＴＭＡであれば "標準リム" 、ＴＲＡであれば "Design Rim" 、ＥＴＲＴＯであれば "Measuring Rim" とする。

また、「正規内圧」とは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、各規格がタイヤ毎に定めている空気圧であり、ＪＡＴＭＡであれば "最高空気圧" 、ＴＲＡであれば表 "TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES" に記載の最大値、ＥＴＲＴＯであれば "INFLATION PRESSURE" とする。

図１に示されるように、本実施形態の空気入りタイヤ（以下、単に「タイヤ」ということがある）１は、トレッド部２からサイドウォール部３を経てビード部４のビードコア５に至るカーカス６と、ビードコア５からタイヤ半径方向外方に先細状にのびるビードエーペックスゴム８と、このカーカス６のタイヤ半径方向外側かつトレッド部２の内方に配されるベルト層７とを具え、本実施形態では重荷重用空気入りタイヤが示されている。

前記カーカス６は、例えば１枚のカーカスプライ６Ａにより構成される。このカーカスプライ６Ａは、トレッド部２からサイドウォール部３を経てビード部４のビードコア５に至る本体部６ａと、該本体部６ａに連なりビードコア５の廻りでタイヤ軸方向内側から外側に折り返される折返し部６ｂとを有する。また、このカーカスプライ６Ａには、例えば芳香族ポリアミド、レーヨンなどの有機繊維コードがカーカスコードとして採用される。さらに、前記カーカスコードは、タイヤ赤道Ｃに対して例えば７０〜９０°の角度で配列される。

前記ベルト層７は、本実施形態では、ベルトコードがタイヤ赤道Ｃに対して、例えば１５〜４５度の角度で傾斜して配列された４枚のベルトプライ７Ａ乃至７Ｄを、ベルトコードが互いに交差する向きにタイヤ半径方向で重ね合わされてなる。このベルトコードには、例えば、アラミド又はレーヨン等の他、スチールコードが好適に採用される。

図２は、本実施形態の空気入りタイヤ１のビード部４の拡大断面図である。図２に示されるように、前記ビードエーペックスゴム８は、タイヤ半径方向外側に先細状にのびている。また、本実施形態では、ビード部４に、前記本体部６ａ及び折返し部６ｂに沿ってのびる断面略Ｕ字状のビード補強層１１と、折返し部６ｂの外端６ｅとビードエーペックスゴム８との間に配されたエッジカバーゴム１２とが設けられている。

前記ビードコア５は、例えば、ビードワイヤを多列多段に巻回したリング体であり、例えば断面が横長の偏平六角形状に形成される。また、ビードコア５には、ビードワイヤのバラケを防止するラッピング層１３がその周囲に巻き付けられている。該ラッピング層１３としては、例えばゴム材のみによって形成されるゴム層、及びゴム材中にコードを埋設させたコード層、及びゴム引きのキャンバス布からなるキャンバス層など、従来のものが適宜採用されうる。

前記ビード補強層１１は、例えば、本体部６ａに沿って立ち上がる内片１１ｉと、折返し部６ｂに沿って立ち上がる外片１１ｏとを繋げた断面略Ｕ字状をなすのが望ましい。また、ビード補強層１１は、スチールコードをタイヤ周方向に対して例えば１０〜６０°の角度で配列したスチールコードプライからなるのが望ましい。これにより、ビード部４の曲げ剛性が高められ、操縦安定性が向上しうる。

前記エッジカバーゴム１２は、折返し部６ｂの外端６ｅを中心として、タイヤ半径方向内外に例えば１．０〜２．５mmの小厚さでのびるのが望ましい。これにより、前記外端６ｅを起点としたカーカスプライ６Ａの剥離が抑制され、ビード部４の耐久性が向上しうる。同様の観点から、エッジカバーゴム１２は、接着性の高いゴムが望ましく、例えば損失正接ｔａｎδが０．０８５〜０．１５０、複素弾性率Ｅ＊が８．０〜１４．０ＭＰａのゴム材により形成されるのが望ましい。

前記ビードエーペックスゴム８は、内層部９と、該内層部９の外周面を取り囲む外層部１０とを含んで構成される。本実施形態の内層部９の輪郭形状は、ビードエーペックスゴム８の輪郭形状とほぼ相似形状をなし、タイヤ半径方向外側に向かって先細状をなす。

前記内層部９は、外層部１０よりも損失正接ｔａｎδが小さいゴム材からなる。これにより、タイヤの運動エネルギーがビードエーペックスゴムで吸収され難くなり、エネルギー損失が低減し、ひいては転がり抵抗が低減する。

前記内層部９の損失正接ｔａｎδ１は、大きくなると、転がり抵抗の低減効果が発揮されないおそれがある。このため、前記損失正接ｔａｎδ１は、好ましくは０．０３５以下、より好ましくは０．０３０以下が望ましい。

他方、前記外層部１０は、内層部９よりも複素弾性率Ｅ＊が大きいゴム材からなる。従来、ビードエーペックスゴム８に低い損失正接ｔａｎδのゴム材が配されると、それに伴って複素弾性率Ｅ＊が低下してしまい、ビードエーペックスゴム８の剛性が低下してしまう。しかし本発明では、複素弾性率Ｅ＊が大きい外層部１０が内層部９の外周面を取り囲むため、内層部９のゴムボリュームが確保されながら、該内層部９の剛性が効果的に補完される。従って、ビードエーペックスゴム８全体としては剛性が維持され、ひいてはビード部４の耐久性及び操縦安定性が確保される。

前記内層部９の複素弾性率Ｅ＊１は、大きくなると、折返し部６ｂの外端６ｅに作用する応力が緩和され難くなり、ビード耐久性が低下するおそれがある。このような観点から、前記複素弾性率Ｅ＊１は、好ましくは８．０ＭＰａ以下、より好ましくは５．０ＭＰａ以下に設定されるのが望ましい。

前記内層部９のタイヤ半径方向の高さは、小さくなると、転がり抵抗の低減効果が小さくなるおそれがあり、大きくなると、外層部１０のゴムボリュームが低下して、ビードエーペックスゴム８の剛性が低下するおそれがある。このような観点から、ビードベースラインＢＬから内層部９のタイヤ半径方向の外端９ｅまでの内層部高さＬ１は、ビードベースラインＢＬからビードエーペックスゴム８のタイヤ半径方向の外端８ｅまでのエーペックス高さＬの好ましくは０．６０倍以上、より好ましくは０．６５倍以上が望ましく、また好ましくは０．８０倍以下、より好ましくは０．７５倍以下が望ましい。なお、ビードベースラインＢＬとは、タイヤが基づく規格で定められるリム径位置を通るタイヤ軸方向線として定義される。

前記内層部９の断面積Ｓ１は、小さくなると、転がり抵抗の低減効果が小さくなるおそれがあり、大きくなると、外層部１０のゴムボリュームが小さくなり、ビード耐久性及び操縦安定性が低下するおそれがある。このような観点から、前記断面積Ｓ１は、ビードエーペックスゴム８の断面積Ｓの好ましくは０．３５倍以上、より好ましくは０．４０倍以上が望ましく、また好ましくは０．５０倍以下、より好ましくは０．４５倍以下が望ましい。なお、前記断面積Ｓ１及びＳは、タイヤ回転軸を含むタイヤ子午線断面における断面積を意味する。

前記内層部９のタイヤ半径方向内側の底面９ｂは、ビード補強層１１の内片１１ｉと外片１１ｏとの間の領域に配されるのが望ましい。これにより、ビード部４の剛性が急変せず、滑らかに変化するため、ビード耐久性が向上する他、乗り心地性が向上しうる。

前記外層部１０の複素弾性率Ｅ＊２は、小さくなると、ビードエーペックスゴム８の剛性が確保できず、ビード耐久性及び操縦安定性が低下するおそれがあり、大きくなると、折返し部６ｂの外端６ｅに作用する応力が分散され難くなり、ビード耐久性が低下するおそれがある他、ビード部の剛性が上がり過ぎて、乗り心地性が低下するおそれがある。このような観点から、前記複素弾性率Ｅ＊２は、好ましくは４０ＭＰａ以上、より好ましくは４５ＭＰａ以上が望ましく、また好ましくは６０ＭＰａ以下、より好ましくは５５ＭＰａ以下が望ましい。

また、前記外層部１０の損失正接ｔａｎδ２は、小さくなると、ビード耐久性が低下するおそれがあり、大きくなると、転がり抵抗が大きくなるおそれがある。このような観点から、前記損失正接ｔａｎδ２は、好ましくは、０．１００以上、より好ましくは０．１３０以上が望ましく、また好ましくは０．２００以下、より好ましくは０．１８０以下が望ましい。

前記外層部１０は、内層部９のタイヤ軸方向の内側をのびる内側片１０ｉと、内層部９のタイヤ軸方向の外側をのびる外側片１０ｏと、内層部９のタイヤ半径方向の内側をのびる底片１０ｂとを含む。

前記内側片１０ｉの厚さＷ１は、小さくなると、ビードエーペックスゴム８全体としての剛性が低下し、ビード耐久性及び操縦安定性が低下するおそれがあり、大きくなると、内層部９のゴムボリュームが小さくなり、転がり抵抗が大きくなるおそれがある。このような観点から、前記厚さＷ１は、カーカスプライ６Ａの折返し部６ｂの外端６ｅから本体部６ａに立てた法線上でのエーペックス厚さＷの、好ましくは０．１０倍以上、より好ましくは０．１５倍以上が望ましく、また好ましくは０．３０倍以下、より好ましくは０．２５倍以下が望ましい。

また、前記外側片１０ｏの厚さＷ２は、小さくなると、ビードエーペックスゴム８全体としての剛性が低下し、ビード耐久性及び操縦安定性が低下するおそれがあり、大きくなると、転がり抵抗が大きくなるおそれがある他、折返し部６ｂの外端６ｅに作用する応力が分散し難くなり、ビード耐久性が低下するおそれがある。このような観点から、前記厚さＷ２は、好ましくは前記エーペックス厚さＷの０．１０倍以上、より好ましくは０．１５倍以上が望ましく、また好ましくは０．３０倍以下、より好ましくは０．２５倍以下が望ましい。

また、本実施形態のように、外側片１０ｏに接してエッジカバーゴム１２が配される場合は、前記厚さＷ２が小さくなる箇所が生じ、ビードエーペックスゴム８の剛性が低下するおそれがある。このような観点から、前記厚さＷ２は、エッジカバーゴム１２の厚さよりも大きいのが望ましい。

前記底片１０ｂの厚さＷ３は、小さくなると、ビードエーペックスゴム８全体としての剛性が低下し、操縦安定性が低下するおそれがあり、大きくなると、内層部９のゴムボリュームが小さくなり、転がり抵抗が大きくなるおそれがある。このような観点から、前記厚さＷ３は、前記エーペックス高さＬの好ましくは０．０１倍以上、より好ましくは０．０２倍以上が望ましく、また好ましくは０．１０倍以下、より好ましくは０．０５倍以下が望ましい。

以上、本発明の空気入りタイヤについて詳細に説明したが、本発明は、本実施形態の重荷重用タイヤに限定されることなく、乗用車用タイヤや、自動二輪車用タイヤ等、種々の態様に変更して実施しうるのはいうまでもない。

図１の基本構造をなすサイズ１１Ｒ２２．５の重荷重用空気入りタイヤが、表１の仕様に基づき試作されるとともに、各試供タイヤの転がり抵抗、ビード耐久性、操縦安定性がテストされた。また、比較例として、ビードエーペックスゴムが単一のゴム材からなるタイヤも同様にテストされた。テスト方法は以下の通りである。

＜転がり抵抗＞
試供タイヤの転がり抵抗が、下記の条件で転がり抵抗試験機にて測定された。結果は、実施例１を１００とする指数であり、数値が小さい程、転がり抵抗が小さいことを示す。
装着リム：７．５０×２２．５
内圧：７５０ｋＰａ
縦荷重：２４．５２ｋＮ
速度８０ｋｍ／ｈ

＜ビード耐久性＞
試供タイヤが、下記の条件でドラム試験機にて連続走行が実施され、ビード部に損傷が出るまでの走行時間が測定された。結果は、実施例１を１００とする指数であり、数値が大きい程ビード耐久性に優れていることを示す。
装着リム：８．２５×２２．５
内圧：１０００ｋＰａ
縦荷重：７６．５３ｋＮ
速度：２０ｋｍ／ｈ

＜操縦安定性＞
試供タイヤが、下記の条件でテスト車両に装着され、操縦安定性が、実走行でのドライバーの官能評価により評価された。結果は、実施例１を１００とする評点であり、数値が大きい程操縦安定性に優れていることを示す。
装着リム：７．５０×２２．５
内圧：８００ｋＰａ
テスト車両：定積載の２−Ｄ車（積載荷重８ｔ）
試供タイヤ装着位置：前輪

表１から明らかなように、実施例の空気入りタイヤは、比較例に比べて、ビード耐久性及び操縦安定性を確保しながら、転がり抵抗が有意に低減していることが確認できる。

５ ビードコア
６ カーカス
７ ベルト層
８ ビードエーペックスゴム
９ 内層部
１０ 外層部
１１ ビード補強層
１２ エッジカバーゴム
１３ ラッピング層

Claims (5)

1. トレッド部からサイドウォール部をへてビード部のビードコアに至るカーカスを具えた空気入りタイヤであって、
   前記ビード部には、前記ビードコアから半径方向外方に先細状にのびるビードエーペックスゴムが配され、
   タイヤ回転軸を含むタイヤ子午線断面において、前記ビードエーペックスゴムは、内層部と、該内層部の外周面を取り囲む外層部とを含み、
   前記内層部は、前記外層部よりも損失正接ｔａｎδが小さいゴム材からなり、
   前記外層部は、前記内層部よりも複素弾性率Ｅ＊が大きいゴム材からなることを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記内層部のゴム材は、損失正接ｔａｎδが０．０３５以下かつ複素弾性率Ｅ＊が８．０ＭＰａ以下である請求項１記載の空気入りタイヤ。
3. 前記外層部のゴム材は、損失正接ｔａｎδが０．１０〜０．２０かつ複素弾性率Ｅ＊が４０．０〜６０．０ＭＰａである請求項１又は２記載の空気入りタイヤ。
4. 前記カーカスは、トレッド部からサイドウォール部をへてビード部のビードコアに至る本体部と、該本体部に連なり前記ビードコアの廻りでタイヤ軸方向内側から外側に折り返される折返し部とを有するカーカスプライを含み、
   前記外層部は、前記内層部のタイヤ軸方向の内側をのびる内側片と、前記内層部のタイヤ軸方向の外側をのびる外側片とを含み、
   前記内側片及び前記外側片の各厚さは、前記カーカスプライの前記折返し部の外端から前記本体部に立てた法線上でのエーペックス厚さＷの０．１０〜０．３０倍である請求項１乃至３のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
5. 前記カーカスは、トレッド部からサイドウォール部をへてビード部のビードコアに至る本体部と、該本体部に連なり前記ビードコアの廻りでタイヤ軸方向内側から外側に折り返される折返し部とを有するカーカスプライを含み、
   前記外層部は、前記内層部のタイヤ半径方向の内側をのびる底片を含み、
   前記底片の厚さは、ビードベースラインから前記ビードエーペックスゴムのタイヤ半径方向の外端までのエーペックス高さＬの０．０１〜０．１０倍である請求項１乃至４のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

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