JP3062694B2 - 乗用車用空気入りラジアルタイヤ - Google Patents

乗用車用空気入りラジアルタイヤ

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JP3062694B2
JP3062694B2 JP2105385A JP10538590A JP3062694B2 JP 3062694 B2 JP3062694 B2 JP 3062694B2 JP 2105385 A JP2105385 A JP 2105385A JP 10538590 A JP10538590 A JP 10538590A JP 3062694 B2 JP3062694 B2 JP 3062694B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、乗用車用空気入りラジアルタイヤ(以下、
ラジアルタイヤという)に係わり、さらに詳しくは、乾
燥路における操縦安定性(以下、ドライ性能という)、
耐摩耗性およびウェット性能を向上したラジアルタイヤ
に関する。
〔従来の技術〕
従来、ラジアルタイヤのカーカスラインを“平衡カー
カスライン”に規定することによってベルト部の耐久性
を向上したり、転がり抵抗の低減を図るようにした提案
がある。
平衡カーカスラインとは、タイヤに正規内圧を充填し
たとき、カーカス層の張力が、その内圧とカーカス層が
ベルト層と重なる区域に発生する反力以外には実質的に
なんらの力を受けない場合に、これらの力と釣り合って
形成されるカーカス層の自然平衡形状のことである。
たとえば、特開昭54−64303号公報には、内圧充填時
のカーカス層の最大幅位置からビード部に向かう区域で
は、前記内圧以外は実質上なんらの力を受けないときに
形成される自然平衡形状を呈し、上記最大幅位置からト
レッド方向に向かう残りの領域では、前記内圧とベルト
層の反力以外は実質的になんらの力を受けないときに形
成される理論平衡形状を呈するように平衡カーカスライ
ンを設けることによって耐久性を向上することが提案さ
れている。また、特開昭59−48204号公報には、タイヤ
最大幅になるサイドウォール部の高さを高くして転がり
抵抗を低減することが提案されている。
しかし、これらの提案は、いずれもカーカスコードの
張力分布をコントロールしようとしたものであって、本
発明が以下に提案するように、ベルトコードの張力分布
を意図的にコントロールしようとするものではなかっ
た。このため、これらのラジアルタイヤに正規内圧を充
填した場合のベルト張力はトレッド部接地中央部では大
きいけれども、ショルダー側端部に行くにつれて急激に
低減し、見掛けの剛性が低下していた。このため、旋回
走行時の操縦安定性を向上させることはできなかった。
また、旋回走行時のサイドフォースによってトレッド部
の溝幅が縮小するため、ウェット性能の低下は避けられ
なかった。
一方、一般にウェット性能を向上しようとする場合に
は、溝面積比率を大きくするのが普通であった。しか
し、溝面積比率を増加すると、トレッド面の実接地面積
が減少してドライ性能が低下し、耐摩耗性も低下してし
まう欠点を避けることができなかった。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、ドライ性能や耐摩耗性を向上すると
共に、ウェット性能を大幅に向上したラジアルタイヤを
提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
このような目的を達成する本発明のラジアルタイヤ
は、正規リムに組み付け、正規内圧を充填したときのタ
イヤの少なくともタイヤ最大幅位置から半径方向外側部
分のカーカスラインを、下記(3)式で表わされるトレ
ッド部でのカーカス層の内圧分担率g(y)の分布形状
指数αを4として計算された下記(1)式および(2)
式により表される曲率半径r1の円弧の連続体からなる平
衡カーカスラインと実質的に一致させ、かつトレッド部
に設けたベルト層のコートゴムの50%伸張時のモジュラ
スを25〜35Kg/cm2にしたことによって、旋回時にトレッ
ド部に発生する局部的なバックリングおよび溝変形を抑
えることができ、このため、ウェット性能を大幅に向上
させることが可能となった。
yD≦y≦yAでは yB≦y≦yDでは ただし、トレッド部センターからタイヤ回転軸に垂直
に下ろした線をy座標軸、タイヤ回転軸をz座標軸とす
るとき、 yA:トレッド部センターでのカーカスラインのy座標 yD:ベルト層有効幅端部でのカーカスラインのy座標 yC:カーカスラインの最大幅位置でのy座標、 yB:カーカスラインのビード位置でのy座標、かつ η:トレッド部センターでのカーカス層の内圧分担率
を示す。
本発明タイヤにおいて、正規リムおよび正規内圧と
は、日本自動車タイヤ協会規格(JATMA)においてタイ
ヤの種類に応じて規定されているリムおよび内圧をい
う。
また、本発明タイヤにおいて、50%伸張時におけるモ
ジュラス(以下、50%モジュラスと略す)とは、JIS K
6301に規定されている測定方法に準じて測定した値をい
う。
第1図は、本発明のラジアルタイヤを例示したもの
で、左右一対のビード部3、このビード部3に連なる左
右一対のサイドウォール部2、この両サイドウォール部
2を繋ぐトレッド部1から形成されている。ビード部3
のビードコア5の周りにはカーカス層4の両端部がタイ
ヤの内側から外側に折り返され、このカーカス層4のト
レッド部1には2層のベルト層7がタイヤ周方向に延び
るように配置されている。
カーカス層4を構成するカーカスコードとしては、乗
用車用タイヤの場合は、ナイロン、ポリエステル等の有
機繊維コードを用いるのが普通である。また、ベルト層
7を構成するベルトコードとしては、スチールコード、
アラミド繊維コード等の高弾性率のコードが使用され
る。さらにこのベルト層7の表面には、必要によりタイ
ヤ周方向に対して0゜のコード角度を有するナイロンコ
ードからなるカバー層が配置されることもある。
平衡カーカスラインを設定する理論式は多数知られて
いるが、本発明では、これらの中でも最もよく使用され
ているF.Bhmにより開発された前述の(1)式、
(2)式および(3)式により定義されるものとする。
この理論式の詳細はATZ 69(1967),“Zur Statik und
Dynamik des Grlelreifens"に説明されている。
F.Bhmの理論式では、トレッド部において内圧P
は、ベルト層とカーカス層との二つの層により分担され
て受け持たれているとされ、カーカス層が受け持つ分担
率をg(y)とすると、カーカス層が分担する内圧はP
・g(y)となり、ベルト層が分担する内圧がP(1−
g(y))となるから、 P=〔P・g(y)〕+〔P(1−g(y))〕 ……
(4) で表わされる。
g(y)はトレッド部センターからサイド(ショルダ
ー)側に向かってのベルト層の内圧分担率の関数であ
り、前述の(3)式で表わされる。
また、トレッド部におけるベルト層とカーカス層との
内圧Pの分担が上記(4)式のように表わされる場合、
トレッド部の平衡カーカスライン形状は前述の(1)式
と(2)式で表わされる曲率半径r1の円弧の連続体とな
る。
この(1)式と(2)式において、第2図に示すよう
に、トレッド部センターCからタイヤ回転軸に下ろした
線をy座標軸とし、タイヤ回転軸をz座標軸とすると
き、yAはトレッドセンターCでのカーカスラインのy座
標、yDは有効ベルト幅の端部Wbでのカーカスラインのy
座標、yCはカーカスライン最大幅位置Wmaxでのy座標お
よびyBはカーカスラインのビード位置でのy座標であ
る。ηはトレッド部センターCにおけるカーカス層の内
圧分担率となる。
したがって、(1)式と(2)式に基づいた平衡カー
カスラインは、(3)式のg(y)を決定することによ
り一義的に決定することができる。従来タイヤにおける
g(y)としては、有限要素法による計算式や実験結果
から(3)式における分布形状指数αを2にした二次曲
線を用いるのが常識であった。このα=2の二次関数を
用いて得られる従来タイヤのカーカスライン形状の場合
は、ショルダー部におけるベルト張力が大幅に低下す
る。
これに対し、(3)式における分布形状指数αを4の
高次関数とすることによって得られる本発明タイヤのカ
ーカスライン形状の場合は、式(3)と式(4)から明
らかなように、従来のα=2の二次関数を用いた場合よ
りもベルト層の内圧分担率をサイド部まで大きくし、シ
ョルダー部におけるベルト張力の低下を少なくすること
ができる。
第3図は、前記(1)式と(2)式から算出した曲率
半径r1に基づいて作成した円弧の連続体、すなわち平衡
カーカスラインの形状を示す。図において、実線はα=
4にしたときの本発明タイヤの平衡カーカスラインを示
し、点線はα=2の従来タイヤの平衡カーカスラインを
示している。図から、実線で示した本発明タイヤの平衡
カーカスラインの形状は、点線で示した従来タイヤの平
衡カーカスラインの形状に比べて、ショルダー部に向か
って曲率半径r1が徐々に小さくなっている。
このようなカーカスライン形状をとることにより、シ
ョルダー部のベルトコード張力を高めることができるこ
とに加えて、ベルト層を被覆するコートゴムの50%モジ
ュラスを大きくすることにより、ショルダー部の耐摩耗
性及びウェット性能をさらに向上することができる。
つまり、繊維補強ゴム(FRR)の座屈特性には、コー
トゴムのモジュラスが大きく影響するので、カーカスラ
イン形状によるコード張力の増大に加えてコートゴムの
モジュラスを大きくすると、FRRとしての座屈荷重は大
幅に増大する。したがって、ベルト部に大きな圧縮力が
働く旋回時に起こるトレッド部の局部的なバックリング
現象を抑制することができ、これによって、旋回走行時
のドライ性能を向上し、ショルダー部の耐摩耗性を向上
することができると共に、ショルダー部の溝幅の縮小変
動を抑制するからウェット性能を大きく向上することが
できる。
このような本発明タイヤにおいて、コートゴムの50%
モジュラスを25Kg/cm2以上にすることによりベルト層の
座屈荷重を充分に大きくすることができ、また、50%モ
ジュラスを35Kg/cm2以下にすることによりベルト層の破
断特性の大幅な低下を抑制することができる。上記コー
トゴムの50%モジュラスとして、さらに好ましくは27〜
33Kg/cm2の範囲にするのがよい。
本発明に使用する上述のコートゴムとしては、例えば
天然ゴム単独または天然ゴムと剛性ポリイソプレンゴム
との混合物等のゴム成分100重量部に対し、所定量のカ
ーボンブラック、有機酸コバルト、加硫促進剤、イオウ
等の各種ゴム薬品を適宜配合したゴム組成物である。
また、このゴム組成物の50%モジュラスは、たとえば
メラミン誘導体を配合することによって容易に望ましい
範囲のものを得ることができる。
このような本発明タイヤは、次のような手順で製造す
ることができる。
まず、ベルト内圧分担率の分布形状指数αを4として
前記(1)式、(2)式および(3)式から曲率半径r1
の計算を行って平衡カーカスラインを求める。次いで得
られた平衡カーカスラインの少なくともタイヤ最大幅位
置から半径方向外側部分における形状と一致するよう
に、カーカスライン形状を設定し、それに所定の肉付け
を行うことによりモールド形状を定める。この成型用モ
ールドを使用し、目的とする構造を有するグリーンタイ
ヤを加硫することにより製造することができる。
また、本発明タイヤのカーカスラインの形状は、、タ
イヤに正規内圧を充填し、インフレートした状態でタイ
ヤ形状を安定化させた後、タイヤの外周に石膏を塗布し
て型取りする。一方、タイヤを径方向に切断して、その
タイヤ断面形状を上記型取りしたタイヤ外形に沿わせて
描くことにより前記タイヤのインフレート時のカーカス
ラインを特定する。
〔実施例〕
タイヤサイズがいずれも195/65R15である次の4種類
のラジアルタイヤを作製した。
本発明タイヤ: ベルト層、カーカス層、カーカスライン形状が次の条
件を有する。
ベルト層:1×5(0.25)のスチールコードを50mm当た
り40本のエンド数でタイヤ周方向に対して24゜の角度で
バイアス積層し、コートゴムとして、第1表に示すゴム
組成物Aを使用したもの カーカス層:1000D/2のポリエステル繊維コードを50mm
当たり55本のエンド数でタイヤ周方向に対して実質90゜
の角度で配置したもの カーカスライン形状:正規リムに組み、正規内圧を充
填した時のタイヤの少なくともタイヤ最大幅位置からタ
イヤ半径方向外側部分のカーカスライン形状がベルト内
圧分担率g(y)の分布形状指数αを4として、前述し
た(3)式および(1)式と(2)式から計算した曲率
半径r1の円弧の連続体からなり、かつ第3図中に実線
(α=4)で示す平衡カーカスライン形状に一致した形
状であって、カーカスラインのy座標が次の通りのも
の。
yA=302.2mm、yD=294.013mm、yC=253.6mm、yB=19
9.4mm。
第1表中、1)はN,N′−ジシクロヘキシルベンゾチア
ゾールスルフェンアミド 2)は10重量%コバルト元素含有 3)は“スミカノール507" 4)は“スミカノール610"である。
従来タイヤI: カーカスライン形状、ベルト層のコートゴムを次の通
り変更した以外は、本発明タイヤと同じ構造を有する。
カーカスライン形状:正規リムに組み、正規内圧を充
填した時のタイヤの少なくともタイヤ最大幅位置からタ
イヤ半径方向外側部分のカーカスライン形状がベルト内
圧分担率g(y)の分布形状指数αを2として、前述し
た(3)式および(1)式と(2)式から計算した曲率
半径r1の円弧の連続体からなり、かつ第3図中に点線
(α=2)で示す平衡カーカスライン形状に一致した形
状であって、カーカスラインのy座標が次の通りのも
の。
yA=302.2mm、yD=296.08mm、yC=253.6mm、yB=199.
4mm。
ベルト層のコートゴム:第1表に示すゴム組成物B 従来タイヤII: カーカスライン形状を次の通り変更した以外は、本発
明タイヤと同じ構造を有する。
カーカスライン形状:正規リムに組み、正規内圧を充
填した時のタイヤの少なくともタイヤ最大幅位置からタ
イヤ半径方向外側部分のカーカスライン形状が、ベルト
内圧分担率g(y)の分布形状指数αを2として、前述
した(3)式および(1)式と(2)式から計算した曲
率半径r1の円弧の連続体からなり、かつ第3図中に点線
(α=2)で示す平衡カーカスライン形状に一致した形
状であって、カーカスラインのy座標が次の通りのも
の。
yA=302.2mm、yD=296.08mm、yC=253.6mm、yB=199.
4mm。
対比タイヤ: ベルト層のコートゴムを第1表に示すゴム組成物Bに
変更した以外は、本発明タイヤと同じ構造を有する。
これらの4種類のタイヤについて、次の測定方法によ
りハイドロプレーニングの発生状況、ドライ性能として
のコーナリングパワーを評価した。
ハイドロプレーニング試験: 試作タイヤを、15×5 1/2JJのリムに組み、1.9Kg/cm2
の空気圧を充填し、国産FR車に装着し、半径100mの円旋
回路の周上に長さ10m、深さ5mmの水面を設け、この円旋
回路を一定の速度で走行し、水面上通過時の横Gが最大
になる時の速度を測定した。
コーナリングパワー: 試作タイヤを、15×5 1/2JJのリムに組み、1.9Kg/cm2
の空気圧を充填し、MTS社製のフラットベルト式コーナ
リング試験機を用いて、荷重505Kgにおけるコーナリン
グパワー(スリップ角1度のときのコーナリングフォー
スで代用)を測定し、結果を第2表に示した。
上記の測定結果は、いずれも従来のタイヤIの測定値
を100とする指数で示した。この指数値が大きいほどド
ライ性能とウェット性能とが優れている。
第2表から判るように、本発明タイヤは、従来タイヤ
I,IIおよび対比タイヤに比べてコーナリングパワーが大
きくドライ性能に優れ、また、ウェット性能が著しく向
上している。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、正規リムに組
み、正規内圧を充填したタイヤの少なくともタイヤ最大
幅位置からタイヤ半径方向外側部分のカーカスライン
を、(3)式で表わされるトレッドでのカーカス層の内
圧分担率g(y)の分布形状指数αを4として計算した
前記(1)式と(2)式により表わされる平衡カーカス
ラインとを実質的に一致させると共に、トレッド部に設
けたベルト層のコートゴムの50%モジュラスを25〜35Kg
/cm2にすることによって、ベルト層の座屈荷重を充分に
大きくすることができる。したがって、コーナリング時
のドライ性能(操縦安定性)や耐摩耗性が向上し、しか
もショルダー部の溝幅の縮小が少ないので、ウェット性
能が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明タイヤの1例を示す半断面図、第2図は
本発明タイヤの平衡カーカスラインを座標で示す図、第
3図は本発明タイヤおよび従来タイヤの平衡カーカスラ
インの形状の1例を対比して示す半断面図である。 1……トレッド部、2……サイドウォール部、4……カ
ーカス層、7……ベルト層、C……トレッド部センタ
ー、Wb……有効ベルト幅端部位置、Wmax……カーカスラ
イン最大幅位置。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B60C 9/08 B60C 9/20

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】正規リムに組み付け、正規内圧を充填した
    とき、少なくともタイヤ最大幅位置から半径方向外側部
    分のカーカスラインを、下記(3)式で表されるトレッ
    ド部でのカーカス層の内圧分担率g(y)の分布形状指
    数αを4として計算された下記(1)式および(2)式
    により表される曲率半径r1の円弧の連続体からなる平衡
    カーカスラインと実質的に一致させ、かつトレッド部に
    設けたベルト層のコートゴムの50%伸張時のモジュラス
    を25〜35Kg/cm2にした乗用車用空気入りラジアルタイ
    ヤ。 yD≦y≦yAでは yB≦y≦yDでは ただし、トレッド部センターからタイヤ回転軸に垂直に
    下ろした線をy座標軸、タイヤ回転軸をz座標軸とする
    とき、 yA:トレッド部センターでのカーカスラインのy座標、 yD:ベルト層有効幅端部でのカーカスラインのy座標、 yC:カーカスラインの最大幅位置でのy座標、 yB:カーカスラインのビード位置でのy座標、かつ η:トレッド部センターでのカーカス層の内圧分担率を
    示す。
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