JP2020011584A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】 転がり抵抗性能の低下を抑えながら耐久性能を向上させる。【解決手段】 基準インフレート状態Ｙでのタイヤ子午断面において、カーカス最大巾高さｈ１と、カーカス最大高さＨとの比ｈ１／Ｈは、５０％以下である。交点Ｐにおいて、ビードエーペックスゴム８の内側面の接線Ｋが基準線Ｘとなす角度θは５５〜７５°の範囲である。交点Ｐは、リム巾位置を通るタイヤ半径方向の基準線Ｘが内側面１１Ｓｉと交わる点である。【選択図】図２

Description

本発明は、特にはカーカスプロファイルを改善することにより、転がり抵抗性能の低下を抑えながら耐久性能を向上させた空気入りタイヤに関する。

ＣＯ２規制の強化のために、次世代自動車であるハイブリッド車（ＨＶ）や電気自動車（ＥＶ）などが増加することが予想されるが、この種の自動車では、長航続距離対応のために車重が極端に重くなるという問題がある。

そのため、負荷能力を高めた高負荷荷重のタイヤが必要となる。しかし高負荷荷重のタイヤでは、高荷重下での耐久性能の向上が重要な課題となる。

従来においては、ゴム材料やコード材料の高剛性化、補強層の増設、ビード部周辺のゲージ厚さの増加などにより、負荷能力と耐久性能との両立が図られている。しかし、これらだけでは限界があり、しかも転がり抵抗に不利を招く。このような状況に鑑み、本発明者は、カーカスプロファイルからのアプローチを提案した。

カーカスプロファイルに係わるものとして下記の特許文献１がある。

特開２０１７−１２１８７５号公報

本発明は、カーカスプロファイルを改善することを基本として、転がり抵抗性能の低下を抑えながら耐久性能を向上させた空気入りタイヤに関する。

本発明は、トレッド部からサイドウォール部を通りビード部のビードコアに至るカーカス本体部を有するカーカスと、前記ビードコアから半径方向外側にのびるビードエーペックスゴムとを具える空気入りタイヤであって、
正規リムに装着されかつ正規内圧が充填された基準インフレート状態でのタイヤ子午断面において、
ビードベースラインからのカーカス最大巾高さｈ１と、ビードベースラインからのカーカス最大高さＨとの比ｈ１／Ｈは５０％以下、
前記正規リムのリム巾位置を通るタイヤ半径方向の基準線が、前記ビードエーペックスゴムのタイヤ軸方向内側面と交わる交点において、前記ビードエーペックスゴムのタイヤ軸方向内側面の接線が前記基準線となす角度θは５５〜７５°の範囲である。

本発明に係る空気入りタイヤでは、前記カーカスは、前記カーカス本体部に連なり前記ビードコアの周りで折り返されるカーカス折返し部を有し、
前記ビードエーペックスゴムは、前記ビードコアの半径方向外面から半径方向外側にのびる断面小三角形状の内側エーペックス部と、この内側エーペックス部のタイヤ軸方向の外側斜面に沿う底面から半径方向外側にのびる外側エーペックス部とからなり、
前記カーカス折返し部は、前記外側斜面と前記底面との間を通るのが好ましい。

本発明に係る空気入りタイヤでは、前記外側エーペックス部の半径方向外端のビードベースラインからの半径方向高さｈ２と、前記カーカス最大巾高さｈ１との比ｈ２／ｈ１は、０．７〜１．０であるのが好ましい。

本発明に係る空気入りタイヤでは、前記外側エーペックス部のタイヤ軸方向内側面からタイヤ外面までの厚さが最大厚さｔ０となる最大厚さ位置のタイヤ外面におけるビードベースラインからの半径方向高さｈ３と、前記外側エーペックス部の半径方向外端のビードベースラインからの半径方向高さｈ２との比ｈ３／ｈ２は、０．３〜０．６であるのが好ましい。

本発明に係る空気入りタイヤでは、前記最大厚さ位置における前記最大厚さｔ０のうち、前記外側エーペックス部の厚さｔ１は、前記最大厚さｔ０の０．５２〜０．６倍であるのが好ましい。

本発明に係る空気入りタイヤでは、前記最大厚さ位置において、タイヤ内面からタイヤ外面までの全ビード厚さＴＡは、９〜１５mmであるのが好ましい。

本発明に係る空気入りタイヤでは、前記内側エーペックス部の半径方向外端の前記ビードコアの半径方向外面からの半径方向高さｈ５は、１０〜２０mmであるのが好ましい。

本発明において、「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。又「正規内圧」とは、前記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"を意味する。

本発明の空気入りタイヤでは、基準インフレート状態でのタイヤ子午断面において、
（１）カーカス最大巾高さｈ１とカーカス最大高さＨとの比ｈ１／Ｈが５０％以下と小であり、しかも、
（２）ビードエーペックスゴムのタイヤ軸方向内側面が、リム巾位置を通るタイヤ半径方向の基準線と交わる交点において、前記タイヤ軸方向内側面の接線が前記基準線となす角度θが５５〜７５°と大である。

このような空気入りタイヤでは、基準インフレート状態（非荷重）におけるビード部周辺の形状を、荷重負荷状態における形状に近づけた所謂下膨れのおたふく形状となる。

そのため、荷重負荷前後の形状変化を減じることができ、転がり抵抗性能の低下を抑えながら耐久性能を向上させることが可能になる。

本発明の一実施形態の空気入りタイヤにおける基準インフレート状での子午断面図である。 図１のビード部を拡大して示す子午断面図である。 図１のビード部を拡大して示す子午断面図である。 （Ａ）は歪みと比ｈ１／Ｈとの関係を示すグラフ、（Ｂ）は温度と比ｈ１／Ｈとの関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は、基準インフレート状態Ｙでの空気入りタイヤ１の子午断面を示す。便宜上、図１、２には正規リムが省略して描かれている。

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を通りビード部４のビードコア５に至るカーカス６と、ビード部４に配されるビードエーペックスゴム８とを具える。

カーカス６は、ビードコア５、５間をのびるトロイド状のカーカス本体部６ａと、カーカス本体部６ａに連なりビードコア５の周りでタイヤ軸方向外側から内側に折り返されるカーカス折返し部６ｂとを具える。カーカス６は、カーカスコードをタイヤ周方向に対して例えば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。

本例では、カーカス６の半径方向外側、かつトレッド部２の内部に、トレッド補強用のベルト層７が配される。ベルト層７は、ベルトコードをタイヤ周方向に対して例えば１０〜３５゜の角度で配列した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。ベルトプライ７Ａとベルトプライ７Ｂとは、ベルトコードの傾斜の向きを互いに違えて配される。ベルト層７の半径方向外側には、高速走行性能を高める目的で、バンドコードをタイヤ周方向に螺旋状に巻回させたバンド層（図示省略）を設けることができる。

ビードエーペックスゴム８は、ビードコア５から半径方向外側にのびる。本例では、ビードエーペックスゴム８が内側エーペックス部１０と、外側エーペックス部１１とから構成される場合が示される。

図２に示すように、内側エーペックス部１０は、ビードコア５の半径方向外面５Ｓから半径方向外側に先細状にのびる断面小三角形状をなす。この内側エーペックス部１０の半径方向外端の前記外面５Ｓからの半径方向高さｈ５は、１０〜２０mm である。

外側エーペックス部１１は、内側エーペックス部１０のタイヤ軸方向の外側斜面１０Ｓｏに沿う底面１１Ｓａを有し、この底面１１Ｓａから半径方向外側に先細状にのびる。そして、前記カーカス折返し部６ｂは、外側斜面１０Ｓｏと底面１１Ｓａとの間を通ってカーカス本体部６ａまでのびる。

本例では、ビード部４に、リムズレ防止用のチェーファ１２が配される。チェーファ１２は、ビード部４の半径方向内面に沿う主部１２ａと、ビードヒール部分で立ち上がりかつカーカス折返し部６ｂと重なり合ってのびる副部１２ｂとを具える。このチェーファ１２は、ゴムシート及びゴム引きの布などで形成されている。チェーファ１２は、無くても良い。

このように、本例の内側エーペックス部１０は、カーカス本体部６ａとカーカス折返し部６ｂとビードコア５の外面５Ｓとの間のスペースに充填される。又外側エーペックス部１１の底面１１Ｓａは、本例ではチェーファ１２を介してカーカス折返し部６ｂに隣接し、又外側エーペックス部１１のタイヤ軸方向内側面１１Ｓｉは、カーカス本体部６ａのタイヤ軸方向外側面に隣接する。又外側エーペックス部１１のタイヤ軸方向外側面１１Ｓｏは、サイドウォール部３の外面をなすサイドウォールゴム３Ｇに隣接する。

内側エーペックス部１０及び外側エーペックス部１１のゴム硬度は、例えば６５〜９０度であって、サイドウォールゴム３Ｇのゴム硬度よりも大である。又、内側エーペックス部１０のゴム硬度は、外側エーペックス部１１のゴム硬度と同一、又はそれ以上に設定されるのが好ましい。前記ゴム硬度は、ＪＩＳ−Ｋ６２５３に基づくデュロメータータイプＡによって測定したデュロメータＡ硬さを意味する。

次に、空気入りタイヤでは、基準インフレート状態Ｙでのタイヤ子午断面において、
（１）ビードベースラインＢＬからのカーカス最大巾高さｈ１と、ビードベースラインＢＬからのカーカス最大高さＨ（図１に示す）との比ｈ１／Ｈが、５０％以下、好ましくは４８％以下、さらに好ましくは４５％以下に設定される。

「カーカス最大巾高さｈ１」とは、カーカス本体部６ａが、タイヤ軸方向外側に最も張り出す位置（最大巾位置）Ｐ６、即ち、カーカス本体部６ａのタイヤ軸方向巾が最大となる位置Ｐ６のビードベースラインＢＬからの半径方向高さを意味する。又「カーカス最大高さＨ」とは、タイヤ赤道面Ｃにおけるカーカス本体部６ａのビードベースラインＢＬからの半径方向高さを意味する。

空気入りタイヤ１では、基準インフレート状態Ｙでのタイヤ子午断面において、
（２）正規リムのリム巾位置を通るタイヤ半径方向の基準線Ｘが、ビードエーペックスゴム８のタイヤ軸方向内側面（本例では外側エーペックス部１１のタイヤ軸方向内側面１１Ｓｉ）と交わる交点をＰとしたとき、交点Ｐにおけるビードエーペックスゴム８のタイヤ軸方向内側面の接線Ｋが基準線Ｘとなす角度θが、５５〜７５°の範囲に設定される。

このような条件（１）、（２）を具える空気入りタイヤ１では、基準インフレート状態Ｙにおけるビード部周辺の形状を、荷重負荷状態における形状に近づけた所謂下膨れのおたふく形状となる。

そのため、荷重負荷前後のビード部周辺の形状変化を抑制することができる。その結果、耐久性能を向上させることが可能になる。又形状変化の抑制により走行時のエネルギーロスを減じることができ、転がり抵抗性能の維持或いは向上を図ることが可能になる。

図４に、本発明者が行ったテスト結果の一例を示す。テストでは、タイヤ内部構造が互いに同一、かつ比ｈ１／Ｈを違えたタイヤサイズ２２５／４５Ｒ１７の空気入りタイヤを試作するとともに、各試作タイヤに、内圧２９０kPa、荷重８．９４kN の条件にて荷重試験を行った。この条件は、EXTRA LOAD ＸＬ＝９８よりも約１．６kN 高い荷重である。そして、カーカスの破壊予測位置（最大巾位置Ｐ６の近傍位置）における、荷重負荷時の歪みを測定し、歪みと比ｈ１／Ｈとの関係を図４（Ａ）に示している。同図に示すように、比ｈ１／Ｈが小さくなるにつれ、歪みが小さくなり、カーカスが破壊し難くなるのが確認できる。

又同じ荷重負荷条件にて、タイヤをドラム上で速度１００km/h にて回転させ、カーカスの破壊予測位置（最大巾位置Ｐ６の近傍位置）での温度を測定し、温度と比ｈ１／Ｈとの関係を図４（Ｂ）に示している。同図に示すように、比ｈ１／Ｈが小さくなるにつれ、温度が低くなり、カーカスが破壊し難くなるのが確認できる。

図４（Ａ）、（Ｂ）において、点Ａは、ｈ１／Ｈ＝４８％のタイヤに、EXTRA LOAD ＸＬ＝９８の条件の荷重（７．３５kN）を負荷したときの歪み、及び温度である。

比ｈ１／Ｈが５０％を越えると、ビード部周辺の形状が、荷重負荷状態における形状から離れてしまい、上記効果が得られ難くなる。なお比ｈ１／Ｈが小さくなり過ぎると、カーカスプロファイルが不自然に折れ曲がってしまい、タイヤの形成が難しくなる。このような観点から、比ｈ１／Ｈの下限は３９％以上が好ましい。

同様に、角度θが５５°を下回ると、ビード部周辺の形状が、荷重負荷状態における形状から離れてしまい、上記効果が得られ難くなる。又角度θが７５°を越えると、カーカスプロファイルが不自然に折れ曲がってしまい、タイヤの形成が難しくなる。

又前記したように、本例では、ビードエーペックスゴム８を、内側エーペックス部１０と外側エーペックス部１１とで構成するとともに、カーカス折返し部６ｂを、内側エーペックス部１０と外側エーペックス部１１との間に挟んで終端させている。しかも、内側エーペックス部１０の半径方向高さｈ５を、１０〜２０mm と小に設定している。

即ち、カーカス折返し部６ｂの外端を、リムフランジ高さに近い低所で終端させている。従って、ビード変形時、カーカス折返し部６ｂ及びその外端に作用する圧縮歪みを減じることができ、耐久性能の向上にさらに貢献しうる。

そのためには、図３に示すように、外側エーペックス部１１の半径方向外端１１ｅのビードベースラインＢＬからの半径方向高さｈ２と、カーカス最大巾高さｈ１との比ｈ２／ｈ１を、０．７〜１．０の範囲とするのが好ましい。

外側エーペックス部１１のタイヤ軸方向内側面１１Ｓｉからタイヤ外面ＴＳｏまでの厚さが最大厚さｔ０となる最大厚さ位置Ｑのタイヤ外面ＴＳｏにおけるビードベースラインＢＬからの半径方向高さｈ３と、前記半径方向高さｈ２との比ｈ３／ｈ２を、０．３〜０．６の範囲とするのが好ましい。

又記最大厚さ位置Ｑにおける最大厚さｔ０のうち、外側エーペックス部１１の厚さｔ１を、前記最大厚さｔ０の０．５２〜０．６倍の範囲とするのが好ましい。又最大厚さ位置Ｑにおいて、タイヤ内面ＴＳｉからタイヤ外面ＴＳｏまでの全ビード厚さＴＡを、９〜１５mmの範囲とするのが好ましい。

比ｈ２／ｈ１が０．７を下回ると、外側エーペックス部１１のボリュームを十分に確保できなくなり、ビード剛性が減じて耐久性能の低下傾向を招く。逆に比ｈ２／ｈ１が１．０を越えると、ボリューム過多となって転がり抵抗性能に不利を招く。

比ｈ３／ｈ２が０．３を下回ると、ビード剛性が減じて耐久性能の低下傾向を招く。逆に比ｈ３／ｈ２が０．６を越えると、転がり抵抗性能に不利を招く。

最大厚さ位置Ｑにおいて、厚さｔ１が最大厚さｔ０の０．５２倍を下回ると、外側エーペックス部１１のボリュームを十分に確保できなくなり、ビード剛性が減じて耐久性能の低下傾向を招く。逆に、厚さｔ１が最大厚さｔ０の０．６０倍を越えると、ボリューム過多となって転がり抵抗性能に不利を招く。
。

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に示す構造を有する空気入りタイヤ（タイヤサイズ：225/45R17）を、表１の仕様に基づいて試作した。そして各試作タイヤの耐久性能、及び転がり抵抗性能をテストし比較した。表１に記載以外は実質的に同仕様である。

（１）耐久性能：
試作タイヤを、リム（７．５Ｊ）、内圧（２９０kPa）、荷重（８．９４kN）、速度（１００km/h）の条件にてドラム上を走行させ、タイヤが破損するまでの走行距離を、比較例１を１００とする指数で評価した。指数の大きい方が良好である。

（２）転がり抵抗性能
試作タイヤを、リム（７．５Ｊ）、内圧（２５０kPa）、荷重（５．２６kN）、速度（８０km/h）の条件にて、転がり抵抗試験機を用いて転がり抵抗を測定した。結果は、比較例１を３点とする指数により表示した。数値が大きいほど転がり抵抗が低く良好である。

表に示すように、実施例は、転がり抵抗性能の低下を抑えながら耐久性能を向上しうるのが確認できる。

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
６ａ カーカス本体部
６ｂ カーカス折返し部
８ ビードエーペックスゴム
１０ 内側エーペックス部
１０Ｓｏ 外側斜面
１１ 外側エーペックス部
１１Ｓａ 底面
ＢＬ ビードベースライン
Ｋ 接線
Ｐ 交点
Ｑ 最大厚さ位置
Ｘ 基準線
Ｙ 基準インフレート状態

Claims (7)

1. トレッド部からサイドウォール部を通りビード部のビードコアに至るカーカス本体部を有するカーカスと、前記ビードコアから半径方向外側にのびるビードエーペックスゴムとを具える空気入りタイヤであって、
   正規リムに装着されかつ正規内圧が充填された基準インフレート状態でのタイヤ子午断面において、
   ビードベースラインからのカーカス最大巾高さｈ１と、ビードベースラインからのカーカス最大高さＨとの比ｈ１／Ｈは、５０％以下、
   前記正規リムのリム巾位置を通るタイヤ半径方向の基準線が、前記ビードエーペックスゴムのタイヤ軸方向内側面と交わる交点において、前記ビードエーペックスゴムのタイヤ軸方向内側面の接線が前記基準線となす角度θは、５５〜７５°の範囲である空気入りタイヤ。
2. 前記カーカスは、前記カーカス本体部に連なり前記ビードコアの周りで折り返されるカーカス折返し部を有し、
   前記ビードエーペックスゴムは、前記ビードコアの半径方向外面から半径方向外側にのびる断面小三角形状の内側エーペックス部と、この内側エーペックス部のタイヤ軸方向の外側斜面に沿う底面から半径方向外側にのびる外側エーペックス部とからなり、
   前記カーカス折返し部は、前記外側斜面と前記底面との間を通る請求項１記載の空気入りタイヤ。
3. 前記外側エーペックス部の半径方向外端のビードベースラインからの半径方向高さｈ２と、前記カーカス最大巾高さｈ１との比ｈ２／ｈ１は、０．７〜１．０である請求項２記載の空気入りタイヤ。
4. 前記外側エーペックス部のタイヤ軸方向内側面からタイヤ外面までの厚さが最大厚さｔ０となる最大厚さ位置のタイヤ外面におけるビードベースラインからの半径方向高さｈ３と、前記外側エーペックス部の半径方向外端のビードベースラインからの半径方向高さｈ２との比ｈ３／ｈ２は、０．３〜０．６である請求項２又は３記載の空気入りタイヤ。
5. 前記最大厚さ位置における前記最大厚さｔ０のうち、前記外側エーペックス部の厚さｔ１は、前記最大厚さｔ０の０．５２〜０．６倍である請求項４記載の空気入りタイヤ。
6. 前記最大厚さ位置において、タイヤ内面からタイヤ外面までの全ビード厚さＴＡは、９〜１５mmである請求項４又は５記載の空気入りタイヤ。
7. 前記内側エーペックス部の半径方向外端の前記ビードコアの半径方向外面からの半径方向高さｈ５は、１０〜２０mmである請求項２〜６の何れかに記載の空気入りタイヤ。

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