JP2014189177A - 空気入りタイヤ - Google Patents

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Abstract

【課題】転がり抵抗およびショルダー部の偏摩耗性を改善する。
【解決手段】正規リムのリム幅よりも1インチ幅広のリムに装着されかつ15kPaの内圧が充填された無負荷の基準状態において、タイヤ赤道面から前記カーカスの最大幅位置までのタイヤ軸方向距離Lに対するタイヤ赤道面からのタイヤ軸方向距離の比がyであるタイヤ軸方向位置をP、各タイヤ軸方向位置Pにおける、カーカスの外表面からトレッド部の外表面までのタイヤ半径方向距離であるトレッド厚さをt(y)としたとき、次式(1)で示されるトレッド厚さ分布曲線f(y)において、
f(y)=1−t(y)/t(0) −−−(1)
y=0.3の時の、f(y)は0.01〜0.030、
y=0.4の時の、f(y)は0.03〜0.060、
y=0.5の時の、f(y)は0.060〜0.105、
の範囲である。
【選択図】図1

Description

本発明は、転がり抵抗およびショルダー部の偏摩耗性を改善した空気入りタイヤに関する。
タイヤの転がり抵抗は、走行時におけるゴムの繰り返し変形に伴うエネルギー損失が主たる原因である。そこで転がり抵抗を低減するために、走行時の変形が大きくかつゴム使用量が多いトレッドゴムに、エネルギー損失の少ない(tanδが小さい)ゴムを使用することが、従来より行われている。しかしエネルギー損失が小さいゴムを使用した場合、転がり抵抗は低減するものの、グリップ性能(特に、ウェットグリップ性能)が低下し、また耐摩耗性も悪化するという問題がある。
なお下記の特許文献1、2などに示されるように、耐摩耗性を向上させつつ転がり抵抗を減じたトレッドゴム組成物の研究が進められている。しかしながらゴム組成物による改善だけでは限界があり、ゴム組成物以外からの耐摩耗性および低転がり抵抗性へのアプローチが強く望まれている。
特開2004−010781号公報 特開2004−002622号公報
そこで発明は、カーカスからトレッド部の外表面までのトレッド厚さのタイヤ軸方向の分布を規制することを基本として、転がり抵抗を改善するとともにショルダー部での偏摩耗を向上させうる空気入りタイヤを提供することを課題としている。
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、
正規リムのリム幅よりも1インチ幅広のリムに装着されかつ15kPaの内圧が充填された無負荷の基準状態において、
タイヤ赤道面から前記カーカスの最大幅位置までのタイヤ軸方向距離Lに対するタイヤ赤道面からのタイヤ軸方向距離の比がyであるタイヤ軸方向位置をP
各タイヤ軸方向位置Pにおける、カーカスの外表面からトレッド部の外表面までのタイヤ半径方向距離であるトレッド厚さをt(y)としたとき、
次式(1)で示されるトレッド厚さ分布曲線f(y)において、
f(y)=1−t(y)/t(0) −−−(1)
y=0.3の時の、f(y)は0.01〜0.03、
y=0.4の時の、f(y)は0.03〜0.06、
y=0.5の時の、f(y)は0.06〜0.10、
の範囲であることを特徴としている。
また請求項2では、前記トレッド厚さ分布曲線f(y)において、
y=0.5の時のf(y)と、y=0.7の時のf(y)との差(f(0.7)−f(0.5))は−0.02〜0.02の範囲であることを特徴としている。
また請求項3では、前記カーカスの外表面と、タイヤ赤道面とが交わる点をカーカス赤道点、
タイヤ軸方向位置Pにおける、前記カーカス赤道点からカーカスの外表面までのタイヤ半径方向距離であるカーカスキャンバをCa(y)としたとき、
タイヤ軸方向位置P0.7におけるカーカスキャンバCa(0.7)と、タイヤ軸方向位置PにおけるカーカスキャンバCa(1)との比Ca(0.7)/Ca(1)は、0.100〜0.145の範囲であることを特徴としている。
ここで、タイヤを加硫成形する際、加硫金型内でのタイヤのビード巾(金型のクリップ巾)は、タイヤに適用される正規リムのリム巾よりも約1インチ広く設定されている。その理由は、クリップ巾を正規リムのリム巾よりも広くすることで、リム組時にリムフランジとタイヤとの間の隙間が無くなり、エアーを入れやすく、タイヤをリムに嵌合させやすくなるからである。又リム組み時のビード変形に伴いビード剛性を増すことができ操縦安定性が高められるからである。又、内圧15kPaは、タイヤを膨張変形させることなくタイヤ形状を安定化させうる内圧である。従って、「正規リムのリム幅よりも1インチ幅広のリムに装着されかつ15kPaの内圧が充填された無負荷の基準状態」においては、金型内で加硫成形されている状態のタイヤ形状と実質的に一致している。即ち、前記基準状態は、金型内でのタイヤ形状を再現するためのものである。
本明細書では、特に断りがない限り、タイヤの各部の寸法等は、前記基準状態において特定される値とする。
又前記「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" 、或いはETRTOであれば "Measuring Rim"を意味する。
転がり抵抗は、走行時におけるトレッド部材の繰り返し変形に伴うエネルギー損失が主たる原因である。従って、トレッド部材の歪みエネルギーを小さくすることで、転がり抵抗を低減できる。又、偏摩耗は、走行時の接地部の摩耗エネルギー分布で評価でき、摩耗エネルギーが接地部で均一であれば、偏摩耗は発生しない。又摩耗エネルギーは、「接地圧」×「滑り」であり、従って、接地圧および滑りの双方を接地面内で均一化させることで、摩耗エネルギーを均一化でき、偏摩耗を抑制することが可能となる。又、前記接地圧および滑りの均一化により、トレッド部材の歪みエネルギーも減少でき、転がり抵抗の低減が可能となる。
そこで本発明では、トレッド厚さ分布曲線f(y)を特定することで、接地形状の適正化および接地圧の均一化を図り、接地圧および滑りを均一化することで、転がり抵抗およびショルダー部での偏摩耗性を改善するものである。
ここで、y=0.4のタイヤ軸方向位置P0.4では、通常、接地長が長く、かつ接地圧が高くなる。これは、荷重負荷時、接地端付近で曲げ変形し、前記タイヤ軸方向位置P0.4において、トレッドゴムにタイヤ周方向とタイヤ軸方向とから圧縮が働き、トレッドゴムが集まって来ることが原因する。そして、接地長が長く、接地圧が高くなると、コーナリング時のショルダー部での摩耗や転がり抵抗に不利をもたらす。
特に、トレッド厚さh(y)をタイヤ軸方向に均一に分布させた場合、即ち、トレッド厚さ分布曲線f(y)においてf(y)≒0の場合、この傾向が顕著になる。そして、f(y)がyとともに増加する曲線とすることで、この傾向は改善される。
しかしながら、y=0.4の時のf(y)の値が0.03より小さいと、タイヤ赤道面でのトレッド厚さh(0)に対して、タイヤ軸方向位置P0.4でのトレッド厚さh(0.4)がまだ十分厚く、しかもタイヤ軸方向外側からの圧縮によってトレッドゴムも厚くなる。その結果、接地圧が依然として高く、コーナリング時のショルダー部での摩耗や転がり抵抗が十分に改善されない。
逆にy=0.4の時のf(y)の値が0.06より大きいと、タイヤ赤道面側の接地長が長く、かつショルダー部側の接地長が短くなりすぎる。その結果、フリーローリング時にショルダー部で滑りが大きくなって、ショルダー部での偏摩耗が起こりやすくなる。
又、y=0.4の時のf(y)の値が0.03〜0.06の範囲内にある場合にも、y=0.3の時のf(y)の値が0.01より小さいと、タイヤ赤道面側のトレッド厚さh(y)が厚くなりすぎとなり、逆に0.03より大きいと、薄くなりすぎて、接地圧分布が均一とならない。又、y=0.5の時のf(y)の値が0.06より小さいと、ショルダー部側のトレッド厚さh(y)が厚くなりすぎとなり、逆に0.10より大きいと、薄くなりすぎて、接地圧分布が均一とならない。その結果、ショルダー部での摩耗や転がり抵抗の改善効果が十分発揮されなくなる。
本発明の空気入りタイヤの一実施例を示す断面図である。 トレッド厚さt(y)、及びカーカスキャンバCa(y)を説明する断面図である。 表1に記載の実施例1〜3、比較例1〜3のトレッド厚さ分布曲線f(y)を示すグラフである。 A)〜(D)は、実施例1、2、比較例1、2の接地面形状を示す平面図である。 実施例2のトレッド厚さ分布曲線f(y)を拡大して示すグラフである。 表1に記載の実施例2、4、5のトレッド厚さ分布曲線f(y)を示すグラフである。 (A)〜(C)は実施例2、4、5の接地面形状を示す平面図である。 (A)〜(C)は、表1における実施例、比較例の転がり抵抗、及びショルダー部での耐摩耗性をまとめたグラフである。
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図1に示すように、本実施形態の空気入りタイヤ1は、トレッド部2からサイドウォール部3をへてビード部4のビードコア5に至るカーカス6を具える。本例では、前記空気入りタイヤ1が乗用車用のラジアルタイヤである場合が例示される。
前記カーカス6は、カーカスコードをタイヤ赤道面Coに対して例えば75゜〜90゜の角度で配列した1枚以上、本例では1枚のカーカスプライ6Aから形成される。このカーカスプライ6Aは、前記ビードコア5、5間に跨るトロイド状のプライ本体部6aの両端に、前記ビードコア5の廻りでタイヤ軸方向内側から外側に折り返されるプライ折返し部6bを有する。又該プライ本体部6aとプライ折返し部6bとの間には、前記ビードコア5からタイヤ半径方向外側に先細状にのびるビード補強用のビードエーペックスゴム8が配置されている。
前記カーカス6のタイヤ半径方向外側かつトレッド部2の内部には、ベルト層7が配される。このベルト層7は、ベルトコードをタイヤ赤道面Coに対して例えば10〜35゜程度で配列した2枚以上、本例では2枚のベルトプライ7A、7Bから形成される。前記ベルトコードは、プライ間相互で交差する。これによりベルト剛性が高まり、トレッド部2がタガ効果を有して強固に補強される。
本例では、前記ベルト層7のタイヤ半径方向外側には、高速耐久性を高める目的で、バンドコードをタイヤ赤道面Coに対して5度以下の角度で螺旋状に巻回させたバンド層9が配される。このバンド層9として、前記ベルト層7のタイヤ軸方向外端部のみを被覆する左右一対のエッジバンドプライ、及びベルト層7の略全巾を覆うフルバンドプライが適宜使用でき、本例では、1枚のフルバンドプライからなる場合が例示される。
そして本発明では、正規リムのリム幅よりも1インチ幅広のリムRに装着されかつ15kPaの内圧が充填された無負荷の基準状態において、次式(1)で規定されるトレッド厚さ分布曲線f(y)を、下記のように規定している。
f(y)=1−t(y)/t(0) −−−(1)
y=0.3の時の、f(y)は0.01〜0.03、
y=0.4の時の、f(y)は0.03〜0.06、
y=0.5の時の、f(y)は0.06〜0.10、
の範囲である。
図2に略示するように、t(y)とは、タイヤ軸方向位置Pにおける、カーカス6の外表面からトレッド部2の外表面までのタイヤ半径方向距離であるトレッド厚さを意味する。又、前記タイヤ軸方向位置Pとは、タイヤ赤道面Coからカーカス6の最大幅位置Pmまでのタイヤ軸方向距離をLとしたとき、このタイヤ軸方向距離Lに対するタイヤ赤道面Coからのタイヤ軸方向距離の比がyであるタイヤ軸方向位置を意味する。即ち、例えばタイヤ赤道面Coからのタイヤ軸方向距離が前記距離Lの0.4倍である場合のタイヤ軸方向位置は、P0.4である。逆に、タイヤ軸方向位置Pのタイヤ赤道面Coからのタイヤ軸方向距離は、Lとyの積(L・y)で示される。なおカーカス6の最大幅位置Pmとは、カーカス6のプライ本体部6aの外表面が、タイヤ軸方向外側に最も張り出す位置として定義される。
そして、前記トレッド厚さ分布曲線f(y)は、タイヤ赤道面Coの位置(タイヤ軸方向位置Pに相当する。)におけるトレッド厚さt(0)に対する、各タイヤ軸方向位置Pにおけるトレッド厚さt(y)の変化の割合を示す。そして、y=0.3、y=0.4、y=0.5におけるトレッド厚さ分布曲線f(y)の値を、上記範囲に規定することにより、接地形状の適正化および接地圧の均一化が図られ、接地圧および滑りを均一化することで、転がり抵抗およびショルダー部での偏摩耗性を改善する。
図3に、後述する表1に記載の実施例1〜3、比較例1〜3のタイヤにおけるトレッド厚さ分布曲線f(y)が示される。又図4(A)〜(D)には、そのうちの実施例1、2、比較例1、2の接地面形状が示される。なお前記接地面形状では、接地圧が高い部分の色が濃く示される。
ここで、y=0.4のタイヤ軸方向位置P0.4では、通常、接地長が長く、かつ接地圧が高くなる。これは、荷重負荷時、接地端付近で曲げ変形し、前記タイヤ軸方向位置P0.4において、トレッドゴムにタイヤ周方向とタイヤ軸方向とから圧縮が働き、トレッドゴムが集まってくることが原因する。そして、接地長が長くかつ接地圧が高くなると、コーナリング時のショルダー部での摩耗や転がり抵抗に不利をもたらす。特に、比較例1のように、トレッド厚さh(y)がタイヤ軸方向に均一に分布し、トレッド厚さ分布曲線f(y)がf(y)≒0の水平線状となる場合、図4(A)に示すように、ショルダー部の接地長が極端に長く、かつ接地圧が高くなってしまう。
そして、f(y)をyとともに増加する曲線とすることで、この傾向は改善される。
しかしながら、比較例2のように、y=0.4の時のf(y)の値が0.03より小さいと、タイヤ赤道面Coでのトレッド厚さh(0)に対して、タイヤ軸方向位置P0.4でのトレッド厚さh(0.4)がまだ十分に厚く、しかもタイヤ軸方向外側からの圧縮によってトレッドゴムも厚くなる。その結果、図4(B)に示すように、ショルダー部の接地長、および接地圧が依然大であり、コーナリング時のショルダー部での摩耗や転がり抵抗が十分に改善されない。
逆にy=0.4の時のf(y)の値が0.06より大きいと、タイヤ赤道面側の接地長が長く、かつショルダー部側の接地長が短くなりすぎる。その結果、フリーローリング時にショルダー部で滑りが大きくなって、ショルダー部で偏摩耗が起こりやすくなる。
又、y=0.4の時のf(y)の値が0.03〜0.06の範囲内にある場合にも、y=0.3の時のf(y)の値が0.01より小さい場合には、タイヤ赤道面Co側のトレッド厚さh(y)が厚くなりすぎとなり、逆に0.03より大きいと、薄くなりすぎて、接地圧分布が均一とならない。又、y=0.5の時のf(y)の値が0.06より小さい場合には、ショルダー部側のトレッド厚さh(y)が厚くなりすぎとなり、逆に0.10より大きいと、薄くなりすぎて、接地圧分布が均一とならない。その結果、ショルダー部での偏摩耗や転がり抵抗の改善効果が十分発揮されなくなる。
従って、y=0.3、y=0.4、y=0.5におけるトレッド厚さ分布曲線f(y)の値を、上記範囲に規制することが必要となる。なお好ましくは、図5に実施例2のトレッド厚さ分布曲線f(y)を代表して示すように、トレッド厚さ分布曲線f(y)が、変化率上昇領域Yaと、変化率下降領域Ybとを具えるS字状曲線をなし、しかも変化率上昇領域Yaと変化率下降領域Ybとの変局点Kが、y=0.3〜0.5の範囲、さらには、0.35〜0.45の範囲にあるのが望ましい。なお前記変化率上昇領域Yaとは、f(y)の変化率、例えばf(y)の接線の傾きが、yの増加とともに大きくなる領域であって、凹円弧状の曲線をなす。これに対して前記変化率下降領域Ybとは、f(y)の変化率が、yの増加とともに小さくなる領域であって、凸円弧状の曲線をなす。
次に、接地形状の適正化および接地圧の均一化のためには、図6に示すように、y=0.5、及びy=0.7におけるトレッド厚さ分布曲線f(y)の差、即ち(f(0.7)−f(0.5))が−0.02〜0.02の範囲であることが好ましい。なお図6には、後述する表1に記載の実施例2、4、5のタイヤにおけるトレッド厚さ分布曲線f(y)が示される。又図7(A)〜(C)には、その実施例2、4、5の接地面形状が示される。前記差(f(0.7)−f(0.5))が0.02より大きい場合、実施例5に示すように、タイヤ赤道面Co側の接地圧が、ショルダー部側の接地圧より高くなる。逆に、−0.02より小さい場合、実施例4のように、ショルダー部側の接地圧が高くなる。
他方、前記空気入りタイヤ1では、カーカスプロファイルが適正であることも必要である。そのためには、タイヤ軸方向位置P0.7におけるカーカスキャンバCa(0.7)と、タイヤ軸方向位置PにおけるカーカスキャンバCa(1)との比Ca(0.7)/Ca(1)が、0.100〜0.145の範囲であることが好ましい。
ここで、カーカスキャンバCa(y)は、図2に示すように、タイヤ軸方向位置Pにおける、カーカス赤道点Cpからカーカス6の外表面までのタイヤ半径方向距離を意味する。又前記カーカス赤道点Cpとは、カーカス6の外表面と、タイヤ赤道面Coとが交わる点を意味する。
前記カーカスキャンバの比Ca(0.7)/Ca(1)が、0.100より小さい場合、カーカスプロファイルがフラットになる。そのため、ショルダー部の接地圧が高くなり、コーナリング時のショルダー部における偏摩耗が不利となる。逆に、比Ca(0.7)/Ca(1)が0.145より大きい場合、全体のカーカスプロファイル、及び接地形状も丸くなる。そのため、走行時のトレッド挙動が大きくなり、転がり抵抗を悪化させる。又タイヤ赤道面Co側と、ショルダー部側の外径差が大きくなり、フリーローリング時のショルダー部が滑り易く、ショルダー部で偏摩耗し易くなる。
以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。
図1に示す内部構造を有する空気入りタイヤ(165/70R14 81S)を、表1の仕様で試作するとともに、各試供タイヤにおける、転がり抵抗性、及びShの耐摩耗性をテストした。表1に記載以外は、実質的に同仕様である。各タイヤとも、t(0)=12.6mm、Ca(1.0)=46.4mmである。なお図8(A)〜(C)は、実施例1〜9、比較例1〜3の転がり抵抗、及びショルダー部での耐摩耗性をまとめたグラフである。
(1)転がり抵抗性
転がり抵抗試験機を用い、下記の条件にて、タイヤの転がり抵抗(単位N)を測定した。数値が小なほど転がり抵抗が少なく良好である。
・温度:20℃、
・アライメント
トー角:ゼロ、
キャンバー角:0.0°
・ドラム径:1.7m(ドラム表面:smooth steel)
・荷重:4.0kN
・内圧:240kPa
・リム:14×5J
・速度:80km/h
・慣らし時間は、定常状態になるまで充分な時間をとる(30min)、逆転時は、タイヤが温まっているので、約半分の時間で測定。
(2)Shの耐摩耗性:
台上摩耗エネルギ試験装置を用い、下記の条件にて、タイヤ赤道面に最も近いブロック列(センタブロック列)におけるブロック(センタブロック)の摩耗エネルギEc、及び接地端に最も近いブロック列(ショルダーブロック列)におけるブロック(ショルダーブロック)の摩耗エネルギーEsを測定した。そして、Shの耐摩耗性は、摩耗エネルギの比Es/Ecの逆数×100を指数化して評価される。例えばEs/Ec=1.33の場合、Sh摩耗性は、(1/1.33)×100=75である。
・内圧:240kPa
・リム:14×5J
・荷重:4.0kN
・キャンバー角:0.0°
表に示すように、実施例のタイヤは、転がり抵抗およびショルダー部の偏摩耗性が改善されているのが確認できる。
1 空気入りタイヤ
2 トレッド部
3 サイドウォール部
4 ビード部
5 ビードコア
6 カーカス
Co タイヤ赤道面
Cp カーカス赤道点
Pm 最大幅位置

Claims (3)

  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、
    正規リムのリム幅よりも1インチ幅広のリムに装着されかつ15kPaの内圧が充填された無負荷の基準状態において、
    タイヤ赤道面から前記カーカスの最大幅位置までのタイヤ軸方向距離Lに対するタイヤ赤道面からのタイヤ軸方向距離の比がyであるタイヤ軸方向位置をP
    各タイヤ軸方向位置Pにおける、カーカスの外表面からトレッド部の外表面までのタイヤ半径方向距離であるトレッド厚さをt(y)としたとき、
    次式(1)で示されるトレッド厚さ分布曲線f(y)において、
    f(y)=1−t(y)/t(0) −−−(1)
    y=0.3の時の、f(y)は0.01〜0.03、
    y=0.4の時の、f(y)は0.03〜0.06、
    y=0.5の時の、f(y)は0.06〜0.10、
    の範囲であることを特徴とする空気入りタイヤ。
  2. 前記トレッド厚さ分布曲線f(y)において、
    y=0.5の時のf(y)と、y=0.7の時のf(y)との差(f(0.7)−f(0.5))は−0.02〜0.02の範囲であることを特徴とする請求項1記載の空気入りタイヤ。
  3. 前記カーカスの外表面と、タイヤ赤道面とが交わる点をカーカス赤道点、
    タイヤ軸方向位置Pにおける、前記カーカス赤道点からカーカスの外表面までのタイヤ半径方向距離であるカーカスキャンバをCa(y)としたとき、
    タイヤ軸方向位置P0.7におけるカーカスキャンバCa(0.7)と、タイヤ軸方向位置PにおけるカーカスキャンバCa(1)との比Ca(0.7)/Ca(1)は、0.100〜0.145の範囲であることを特徴とする請求項2記載の空気入りタイヤ。
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