JP5053533B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、一対のビードコアに跨るカーカスを有する空気入りタイヤに関し、更に詳細には、特に乗用車用ラジアルタイヤに最適な空気入りタイヤに関する。

近年、タイヤにも低燃費対策が強く求められるようになり、このため、タイヤのゴム厚さを薄くすることやカーカスなどのプライ数を減らすことなどによりタイヤ重量を軽量化することが行われている。

しかしながら、このような従来の軽量化では、タイヤ剛性、特に横剛性が低下してコーナリングパワーなどの低下を招き、操縦安定性を損ねるという問題があった。

この対策として、ビード部のカーカスプロファイルを適正化し、操縦安定性とロードノイズ性能とを改善することが特許文献１に開示されている。しかし、操縦安定性の悪化を抑制しつつ転がり抵抗と乗り心地性とを改良することを更に効率良く行いたい、という要望が出されていた。

なお、横剛性を高める対策として、サイドウォール部に補強コード層を設けることや、ビードエイペックスゴムの高さを増すことなどが従来より知られている。しかし、これらの対策ではいずれもタイヤ重量の増加を招くので当初の目的である軽量化を阻害し、また、上下剛性が増加するため乗り心地性が悪化する。
特許第３４３１８４７号公報

本発明は、上記事実を考慮して、タイヤ重量を増大させることなく、操縦安定性の悪化を抑制しつつ転がり抵抗と乗り心地性とを効率良く改良した空気入りタイヤを提供することを課題とする。

このような状況に鑑み、本発明者は、ビード部のカーカスプロファイルを更に適正化することを検討した。そして、特許文献１では、一対のビードコアを跨るカーカス部分（本体）については検討が加えられているが、ビードコアの周りで折り返されているカーカス折り返し部については何ら検討が加えられていないことに着目した。そして、このカーカス折り返し部について更に工夫を加えることを検討した。

本発明者は、従来の空気入りタイヤについて、正規リムにリム組みして正規内圧を充填した内圧状態で、ビード部８２について以下の調査、検討を行った。

図５に示すように、ビードコア８１のタイヤ外側に接するタイヤ半径方向に沿った直線Ｋ１と、一対のビードコア８１を跨るカーカス本体部のカーカスライン８４ＭＬとの交点をＰ点とした。更に、カーカス本体部のカーカスライン８４ＭＬのＰ点における接線を接線ＬＰとした。また、Ｐ点を通過するタイヤ軸方向に沿った直線Ｋ２とカーカス折り返し部のカーカスライン８４ＳＬとの交点をＱ点とした。更に、カーカス折り返し部のカーカスライン８４ＳＬのＱ点における接線を接線ＬＱとした。

そして、接線ＬＰの直線Ｋ１に対する傾斜角度（ライン傾き角度）αｐ、及び、接線ＬＱの直線Ｋ１に対する傾斜角度（ライン傾き角度）αｑの値を、従来の空気入りタイヤについて調査した。この調査の結果、従来の空気入りタイヤにおいては、正規リムにリム組みして正規内圧を充填した内圧状態では、αｐ、αｑがいずれも５０〜７０度の範囲内にあるものはなかった。

そこで、ＦＥＭ（有限要素法）を用い、αｐとαｑとが同一の値αであるという条件の下で、αをパラメータとして変化させてシミュレーション計算を行った。そして、従来の空気入りタイヤ（α＝５０°）の評価指数を１００とし、αを変化させた空気入りタイヤについては相対評価となる指数を算出した（図３、図４参照）。

この結果、αが５０°以上になると、上下剛性を大幅に抑制しつつ適正な横剛性を維持可能であることを究明した（図３参照）。また、αが７０°を越えると荷重負荷時にビード部近傍がリムフランジに接触しやすくなり、転がり抵抗を大幅に阻害してしまうことも判明した。すなわち、αが７０°を越えると倒れ込み変形の増大によりビート部近傍がリムフランジに当たって歪エネルギーロスが大きくなり、転がり抵抗が悪化することも究明した（図４参照）。なお、ビード部近傍とは、リムフランジ高さよりも径方向外側のサイド部を意味する。

そして、本発明者は、更に計算や実験を重ねて検討を加え、αｐとαｑとが同一でなくても上記と同様の現象が生じることを見い出し、本発明を完成するに至った。

請求項１に記載の発明は、一対のビードコアにトロイド状に跨るカーカス本体部と、前記カーカス本体部に連続し、前記一対のビードコアの周りにそれぞれ折り返されてなるカーカス折り返し部と、で構成されるカーカスを備えた空気入りタイヤであって、カーカス本体部と前記カーカス折り返し部の間にはビードフィラーが設けられ、正規リムにリム組みし、正規内圧を充填した内圧状態で、前記ビードコアのタイヤ外側に接するタイヤ半径方向に沿った直線Ｋ１と前記カーカス本体部のカーカスラインとの交点をＰ点とし、前記カーカス本体部のカーカスラインの前記Ｐ点における接線を接線ＬＰとし、前記Ｐ点を通過するタイヤ軸方向に沿った直線Ｋ２と前記カーカス折り返し部のカーカスラインとの交点をＱ点とし、前記カーカス折り返し部のカーカスラインの前記Ｑ点における接線を接線ＬＱとすると、前記接線ＬＰの前記直線Ｋ１に対する傾斜角度αｐ、及び、前記接線ＬＱの前記直線Ｋ１に対する傾斜角度αｑが、何れも５０〜７０°の範囲内であることを特徴とする。

本明細書において「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、”Ｍｅａｓｒｉｎｇ Ｒｉｍ”となる。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、ＪＡＴＡＭであれば最高空気圧、ＴＲＡであれば表”ＴＩＲＥＬＯＡＤ ＬＩＭＩＴＳ ＡＴ ＶＡＲＩＯＵＳ ＣＯＬＤ ＩＮＦＬＡＴＩＯＮ ＰＲＥＳＳＵＲＥＳ”に記載の最大値、ＥＴＲＴＯであれば”ＩＮＦＬＡＴＩＯＮ ＰＲＥＳＳＵＲＥ”であるが、タイヤが乗用車用である場合には２１０ｋＰａとする。

上記のカーカスライン（カーカスプロファイル）はＣＴスキャンで計測することにより求められる。また、正規内圧充填時におけるタイヤ外面形状とタイヤのカットサンプルとに基づいて、タイヤ外面からカーカスまでの厚さの分布を求め、この分布を用いてカーカスラインを求めることもできる。

αｐが５０°以上になるとカーカスライン（カーカスプロファイル）が自然平衡形状に近いか、もしくは自然平衡形状よりもタイヤ外側に出た形状になるため、タイヤ最大幅よりもビード部側のカーカス張力を小さくすること、すなわちタイヤ最大幅よりもビード部側の上下剛性を低減させることができる。αｑについても同様である。一方、横剛性についてはタイヤ最大幅からクラウン部側のカーカス張力の寄与が大きい。

従って、請求項１に記載の発明により、タイヤ重量を増大させることなく、横剛性の低下を抑えつつ上下剛性を効率良く低下させた空気入りタイヤ、すなわち、タイヤ重量を増大させることなく、操縦安定性の悪化を抑制しつつ乗り心地性を効率良く改良した空気入りタイヤとすることができる。

また、αｐが５０°以上になるとタイヤ最大幅よりビード部側のサイド部のカーカス張力が小さくなり、タイヤが接地変形する際、クラウン部が反接地面方向に変位する偏心変形が大きくなって、クラウン部の歪エネルギーロスが小さくなるので、転がり抵抗が改良される。αｑについても同様である。従って、請求項１に記載の発明により、転がり抵抗も効率良く改良された空気入りタイヤとすることができる。

ここで、αｐ、αｑの両者の値（傾斜角度）が近いほど、カーカス折り返し部も含めてビード部の張力がより均一に分布され、カーカスプロファイルを適正化する効果が有効に発揮される。そこで、請求項２に記載の発明は、αｐ＝αｑであることを特徴とする。

これにより、カーカス折り返し部も含めてビード部の張力を最も均一に分布させることができ、カーカスプロファイルを最適化することができる。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の空気入りタイヤにおいて、前記ビードフィラーは、タイヤ半径方向において、一端が前記ビードコアと接し、他端が前記Ｐ点と前記Ｑ点を結ぶ前記直線Ｋ２よりタイヤ径方向にあるサイドウォール部まで伸びていることを特徴としている。
ビードコアは、比較的硬質のゴムで形成されており、ビードコアとサイドウォール部の間の剛性を高めることができる。

本発明によれば、タイヤ重量を増大させることなく、操縦安定性の悪化を抑制しつつ転がり抵抗と乗り心地性とを効率良く改良した空気入りタイヤとすることができる。

以下、実施形態を挙げ、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態では、本発明が適用された乗用車用ラジアルタイヤを例に挙げて説明する。

本実施形態に係る乗用車用ラジアルタイヤ１０は、ビードコア１１が設けられた一対のビード部１２と、一対のビードコア１１にトロイド状に跨るカーカス本体部１４Ｍと、カーカス本体部１４Ｍに連続し、一対のビードコア１１の周りにそれぞれ折り返されてなるカーカス折り返し部１４Ｓと、で構成されるカーカス１４を備えている。カーカス本体部１４Ｍのタイヤ径方向外側には強靭なベルト層１６が配置され、ベルト層１６のタイヤ径方向外側にはトレッド部１８が設けられている。

ベルト層１６は、タイヤ赤道ＣＬに対して３０度以下の角度をなすようにベルトコードを配列した２枚以上のベルトプライ（本実施形態では２枚のベルトプライ１６Ａ、１６Ｂ）からなる。そして、ベルトコードがプライ間相互で交差することによってトラス構造を形成し、タガ効果を有してトレッド部１８を補強する構成になっている。ベルトコードとしては、ステール等の金属コードや、これに準じる高強力を有する例えば芳香族ポリアミド等の高弾性の有機繊維コードが好ましい。

カーカス１４は、タイヤ赤道ＣＬに対して７５〜９０度の範囲内の角度をなすようにカーカスコードを配列した少なくとも一枚のカーカスプライからなる。カーカスコードとしては、ナイロン、ポリエステル、レーヨン、芳香族ポリアミド等の有機繊維コードが好適である。

カーカス本体部１４Ｍとカーカス折り返し部１４Ｓとの間にはビードフィラー２０が設けられている。このビードフィラー２０は、ＪＩＳＡ硬度が７５〜９７°の比較的硬質のゴムからなり、ビード部１２に必要な剛性を付与するとともにサイドウォール部１３にかけて補強する役割を果たしている。

なお、ビードコア１１は、本実施形態では一本のビードワイヤをらせん状に巻き重ねてなる四角形状のシングルワインド構造にされている。

本実施形態では、乗用車用ラジアルタイヤ１０を正規リムＲにリム組みして正規内圧を充填した内圧状態で、図２に示すように、ビードコア１１のタイヤ外側に接するタイヤ半径方向に沿った直線Ｋ１とカーカス本体部１４Ｍのカーカスライン１４ＭＬとの交点をＰ点とする。そして、カーカス本体部１４Ｍのカーカスライン１４ＭＬのＰ点における接線を接線ＬＰとする。

また、Ｐ点を通過するタイヤ軸方向に沿った直線Ｋ２とカーカス折り返し部１４Ｓのカーカスライン１４ＳＬとの交点をＱ点とする。そして、カーカス折り返し部１４Ｓのカーカスライン１４ＳＬのＱ点における接線を接線ＬＱとする。

接線ＬＰの直線Ｋ１に対する傾斜角度αｐ、及び、接線ＬＱの直線Ｋ１に対する傾斜角度αｑが、何れも５０〜７０°の範囲内である。更に、本実施形態では、αｐとαｑとが同じ値（αｐ＝αｑ）であり、接線ＬＰと接線ＬＱとが平行である。

このように、本実施形態ではαｐ、αｑを何れも５０°以上にしており、カーカスライン（カーカスプロファイル）１４ＭＬ、１４ＳＬが何れも自然平衡形状に近いか、もしくは自然平衡形状よりもタイヤ外側に出た形状になるため、タイヤ最大幅部２２よりもビード部寄りのカーカス張力を小さくすること、すなわちタイヤ最大幅部２２よりもビード部寄りの上下剛性を効率良く低減させることができる。αｑについても同様である。

一方、横剛性についてはタイヤ最大幅部２２からクラウン部寄りのカーカス張力の寄与が大きい。従って、αｐ、αｑを何れも５０°以上にしても横剛性が低下することを抑えることができる。

従って、ビード部１２の横剛性の低下を抑えつつビード部１２の上下剛性を低下させた乗用車用ラジアルタイヤ１０とすることができる。すなわち、操縦安定性の悪化を抑制しつつ乗り心地性を効率良く改良した乗用車用ラジアルタイヤ１０とすることができる。また、補強層などを追加する必要がないので、タイヤ重量が従来に比べて増加することはない。

また、αｐ、αｑを５０°以上にしているので、タイヤ最大幅部２２よりビード部寄り（ビード部１２の側）のサイド部のカーカス張力が小さくなる。従って、乗用車用ラジアルタイヤ１０が接地変形する際、クラウン部が反接地面方向に変位する偏心変形が大きくなって、クラウン部の歪エネルギーロスが小さくなり、転がり抵抗が効率良く改良される。従って、乗用車用ラジアルタイヤ１０では転がり抵抗も効率良く改良されている。

また、αｐ、αｑの両者の値（傾斜角度）が近いほど、カーカス折り返し部１４Ｓも含めてビード部１２の張力がより均一に分布され、カーカスライン（カーカスプロファイル）を適正化する効果が有効に発揮される。そして、本実施形態ではαｐとαｑとが同じ値である。従って、カーカス折り返し部１４Ｓも含めてビード部１２の張力を最も均一に分布させることができ、カーカスライン１４ＭＬ、１４ＳＬを最適化することができる。

＜試験例＞
本発明の効果を確かめるために、本発明者は、上記実施形態に係る空気入りタイヤ１０の一例（以下、実施例タイヤという）、及び、従来の空気入りタイヤの一例（以下、従来例タイヤという）を用い、（１）転がり抵抗、（２）乗り心地性、（３）操縦安定性について、正規リムにリム組みして正規内圧を充填した内圧状態で、それぞれ性能試験を行って性能評価をした。性能評価では、従来例タイヤの性能を指数１００とし、実施例タイヤについては相対評価となる指数を算出した。

（共通条件）
本試験例では、以下のタイヤ条件については全て共通とした。

タイヤサイズ：２０５／５５Ｒ１６
ベルト層 ：スチールコード１×５（０．２５）の本数を５０ｍｍあたり５０本 とするとともに、スチールコードがタイヤ周方向に対して２５°の 角度をなすようなバイパス積層
カーカス層 ：ポリエステル１５００Ｄ／２の本数を５０ｍｍあたり４０本とする とともに、タイヤ周方向に対して実質９０°の角度をなすように配 置
カーカスターンアップ構造：ビードコア周りをタイヤ幅方向内側から外側へターン アップ
ビードフィラー構造 ：左右共にＪＩＳ硬度９０
（非共通条件）
ライン傾きαについては、実施例タイヤでは図２や表１に示すようにαｐ＝αｑ＝６０°とし、従来例タイヤでは図５に示すようにαｐ＝５５°、αｑ＝４０°とした。

接線ＬＰ、ＬＱについては、実施例タイヤでは図２に示すように平行にし、従来例タイヤでは図５に示すように非平行とした。

（１）転がり抵抗
転がり抵抗については、直径１７００ｍｍのスチールドラム上で荷重４０００Ｎ、速度５０、１００、１５０ｋｍ／ｈの３水準にて転がり抵抗を測定し、評価指数を算出した。従来例タイヤの指数を１００とすると、実施例タイヤの指数は８５となった。指数を表１に示す。

転がり抵抗については、指数が小さいほど性能が良好であることを示す。表１から判るように、実施例タイヤでは、従来例タイヤに比べて転がり抵抗性能が大幅に向上していた。

（２）乗り心地性
乗り心地性については、前後方向突起衝撃力を測定することにより上下剛性の値を算出して評価した。この測定では、室内の突起試験機による試験を行った。室内の突起試験機とは、直径１７００ｍｍのドラムの周上一箇所に直径２０ｍｍの半円の突起物をとりつけたものである。本試験では、供試タイヤがこの突起上を乗り越したときの前後方向の軸力から前後方向突起衝撃力を検出し、上下剛性の値を算出した。試験条件としては、荷重４０００Ｎ、速度８０ｋｍ／ｈとした。

そして、この上下剛性の値の大小で乗り心地性の評価指数を算出した。従来例タイヤの指数を１００とすると、実施例タイヤの指数は９０となった。指数を表１に併せて示す。

乗り心地性については、指数が小さいほど性能が良好であることを示す。実施例タイヤでは従来例タイヤに比べて前後方向突起衝撃力が大きく低下しており、表１から判るように、実施例タイヤでは従来例タイヤに比べて乗り心地性が大きく向上していた。

（３）操縦安定性
操縦安定性については、横剛性を測定することにより評価した。この測定では、室内の横剛性試験機による試験を行った。室内の横剛性試験機とは、ローレット加工をされた平板を有する横方向に移動可能な路面上に所定のタイヤ荷重をかけた状態で、この路面を一定速度で横方向に移動させ、そのときの横方向移動量と横方向軸力とを同時に検出し、横方向軸力／横方向移動量（Ｎ／ｍｍ）を横剛性として評価するものである。なお、横方向とはタイヤ走行方向に直交する方向である。

試験条件としては、荷重４０００Ｎ、横方向移動速度１０ｍｍ／３０ｓｅｃ、最大横方向移動量３０ｍｍとした。そして、横方向移動量と横方向軸力との関係で得られる相関線図を求めた。

更に、横方向移動量５〜１０ｍｍでの相関線図の傾きを横剛性の値とし、操縦安定性の評価指数を算出した。従来例タイヤの指数を１００とすると、実施例タイヤの指数は９８となった。指数を表１に併せて示す。

操縦安定性については、指数が大きいほど性能が良好であることを示す。表１から判るように、実施例タイヤでは従来例タイヤに比べ、指数がさほど低下しておらず、横剛性値が維持、すなわち操縦安定性が維持されていた。

以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、上記実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲が上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。

本発明の一実施形態に係る乗用車用ラジアルタイヤのタイヤ径方向断面図である。 本発明の一実施形態に係る乗用車用ラジアルタイヤのビード部のタイヤ径方向断面図である。 シミュレーション計算に基づいてタイヤ性能を示したグラフ図である。 シミュレーション計算に基づいてタイヤ性能を示したグラフ図である。 従来の乗用車用ラジアルタイヤのビード部のタイヤ径方向断面図である。

符号の説明

１０ 乗用車用ラジアルタイヤ（空気入りタイヤ）
１１ ビードコア
１２ ビード部
１４ カーカス
１４Ｍ カーカス本体部
１４Ｓ カーカス折り返し部
１４ＭＬ カーカスライン
１４ＳＬ カーカスライン
８１ ビードコア
８２ ビード部
８４ＭＬ カーカスライン
８４ＳＬ カーカスライン

Claims (3)

1. 一対のビードコアにトロイド状に跨るカーカス本体部と、前記カーカス本体部に連続し、前記一対のビードコアの周りにそれぞれ折り返されてなるカーカス折り返し部と、で構成されるカーカスを備えた空気入りタイヤであって、
   前記カーカス本体部と前記カーカス折り返し部の間にはビードフィラーが設けられ、
   正規リムにリム組みし、正規内圧を充填した内圧状態で、
   前記ビードコアのタイヤ外側に接するタイヤ半径方向に沿った直線Ｋ１と前記カーカス本体部のカーカスラインとの交点をＰ点とし、
   前記カーカス本体部のカーカスラインの前記Ｐ点における接線を接線ＬＰとし、
   前記Ｐ点を通過するタイヤ軸方向に沿った直線Ｋ２と前記カーカス折り返し部のカーカスラインとの交点をＱ点とし、
   前記カーカス折り返し部のカーカスラインの前記Ｑ点における接線を接線ＬＱとすると、
   前記接線ＬＰの前記直線Ｋ１に対する傾斜角度αｐ、及び、前記接線ＬＱの前記直線Ｋ１に対する傾斜角度αｑが、何れも５０〜７０°の範囲内であることを特徴とする空気入りタイヤ。
2. αｐ＝αｑであることを特徴とする請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記ビードフィラーは、タイヤ半径方向において、一端が前記ビードコアと接し、他端が前記Ｐ点と前記Ｑ点を結ぶ前記直線Ｋ２よりタイヤ径方向にあるサイドウォール部まで伸びている請求項１又は２に記載の空気入りタイヤ。
   

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