JP5265394B2

JP5265394B2 - ランフラットタイヤ

Info

Publication number: JP5265394B2
Application number: JP2009010747A
Authority: JP
Inventors: 靖雄大澤
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2009-01-21
Filing date: 2009-01-21
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2029-01-21
Also published as: JP2010167849A

Description

本発明は、転がり抵抗を低減したランフラットタイヤに関するものである。

ランフラットタイヤは、パンク等によりタイヤの内圧が低下した状態にあっても、タイヤが荷重支持能力を失うことなく、ある程度の距離を安全に走行することを可能としたタイヤである。一般的には、タイヤのサイド部におけるカーカスのタイヤ幅方向内側に比較的モジュラスが高い三日月状断面をなす補強ゴムを配置してサイド部の剛性を向上させる構成を採用しており、これにより内圧低下時にサイド部の撓み変形が極端に増加するのを回避している（例えば、特許文献１）。

上述した一般的なサイド補強式のランフラットタイヤでは、タイヤが重く硬くなるため、乗り心地やクルマの諸性能に悪影響を与えるという問題が知られている。そこで、タイヤ幅方向断面において、独特の丸みを持つインボリュート曲線を採用し、トレッドを丸くすることでサイドウォールを短く強靭に設計し、ランフラット性能の発揮と同時に軽量化も実現させたランフラットタイヤが提案されている（例えば、特許文献２）。

また、サイド部に補強ゴムを有するランフラットタイヤの転がり抵抗を低減する従来技術としては、補強ゴムの損失正接（ｔａｎδ）を低減する手法も一般的に知られている。

特開２０００−２６４０１２号公報特開２０００−１０８６１８号公報

しかし、上述した従来技術では、転がり抵抗に対して寄与の大きいトレッドの歪を低減することができないため、タイヤの負荷転動時の転がり抵抗を十分に低減することができないという問題があった。
そこで、本発明の目的は、転がり抵抗を低減したランフラットタイヤを提供することにある。

本発明の要旨は、以下のとおりである。
（１）一対のビード部間にトロイダル状に跨るカーカスを骨格として、前記カーカスのクラウン部のタイヤ径方向外側に、少なくとも１層の傾斜ベルト層を有するベルトおよびトレッドを順に配置し、タイヤのサイド部における前記カーカスのタイヤ幅方向内側に補強ゴムを配置したランフラットタイヤであって、
該タイヤを適用リムに装着した状態のタイヤ幅方向断面において、前記傾斜ベルト層の最外側層の幅ＢＷに対する、当該最外側層の幅方向中心部と幅方向端部との径差ＢＤの比ＢＤ／ＢＷが０．０１以上０．０５以下であるとともに、
前記カーカスのタイヤ径方向最外側とビードトゥとの間のタイヤ径方向の距離ＣＳＨに対する、前記カーカスの最大幅位置にタイヤの回転軸と平行に引いた線分とビードトゥにタイヤの回転軸と平行に引いた線分との最短距離ＣＳＷｈの比ＣＳＷｈ／ＣＳＨが０．６以上０．９以下であることを特徴とするランフラットタイヤ。

ここで、前記タイヤを適用リムに装着した状態とは、日本自動車タイヤ協会規格（ＪＡＴＭＡ）に規定の標準リムに組み込んだ状態にて、内圧を負荷せずに若しくは、３０ｋＰａ程度までの極低内圧を負荷した状態を意味する。

（２）前記カーカスの最大幅ＣＳＷに対する、前記最外側層の幅ＢＷの比ＢＷ／ＣＳＷが０．８以上０．９４以下であることを特徴とする上記（１）に記載のランフラットタイヤ。

（３）一対のビード部間にトロイダル状に跨るカーカスを骨格として、前記カーカスのクラウン部のタイヤ径方向外側に、少なくとも１層の傾斜ベルト層を有するベルトおよびトレッドを順に配置し、タイヤのサイド部における前記カーカスのタイヤ幅方向内側に補強ゴムを配置したランフラットタイヤであって、
該タイヤを適用リムに装着した状態のタイヤ幅方向断面において、前記傾斜ベルト層の最外側層の幅ＢＷに対する、当該最外側層の幅方向中心部と幅方向端部との径差ＢＤの比ＢＤ／ＢＷが０．０１以上０．０５以下であるとともに、
前記カーカスの最大幅ＣＳＷに対する、前記最外側層の幅ＢＷの比ＢＷ／ＣＳＷが０．８以上０．９４以下であることを特徴とするランフラットタイヤ。

本発明によれば、転がり抵抗を低減したランフラットタイヤを提供することができる。

本発明のタイヤの幅方向断面である。本発明のタイヤのトレッドに発生する歪エネルギーについて、有限要素法を用いて解析した結果を示す図である。本発明のタイヤのトレッドショルダー部に発生する歪エネルギーについて、有限要素法を用いて詳細に解析した結果を示す図である。幅方向断面内のせん断歪を説明するための図である。トレッドショルダー部におけるせん断歪の発生要因を説明するための図である。ベルト張力を与える式を説明するための図である。本発明の実施形態に係るタイヤの幅方向断面である。従来のタイヤの幅方向断面である。

以下、図面を参照して、本発明を具体的に説明する。
図１に、本発明のランフラットタイヤ（以下、タイヤともいう）の幅方向断面を示す。タイヤ６は、ビードコア１を埋設した一対のビード部間にトロイダル状に跨るカーカス２を骨格として、このカーカス２のクラウン部のタイヤ径方向外側に、少なくとも１層、図示例で２層の傾斜ベルト層３ａ、３ｂと１層の周方向ベルト層３ｃを有するベルト３およびトレッド５を順に配置するとともに、タイヤのサイド部におけるカーカス２のタイヤ幅方向内側に三日月状断面を有する補強ゴム４を配置してなる。傾斜ベルト層３ａ、３ｂは、タイヤ赤道面ＣＬに対して傾斜して延びるコードの多数本をゴムで被覆した層を層間でコードが交差する向きに配置してなり、周方向ベルト層３ｃは、タイヤ赤道面ＣＬに沿って延びるコードの多数本をゴムで被覆してなる。

かようなタイヤ６は、適用リム７に装着されて使用に供される。ここで、タイヤ６を適用リム７に装着した状態のタイヤ幅方向断面において、図１に示すように、傾斜ベルト層の最外側層である最外側傾斜ベルト層３ｂの幅ＢＷに対する、最外側傾斜ベルト層３ｂの幅方向中心部（タイヤ赤道面ＣＬ）と幅方向端部との径差ＢＤの比ＢＤ／ＢＷが０．０１以上０．０５以下であることが肝要である。この規定は、最外側傾斜ベルト層３ｂのタイヤ幅方向における径差が少ないこと、つまり、ベルトがフラットに近い状態であることを示す。
ここで、タイヤ６を適用リム７に装着した状態とは、日本自動車タイヤ協会規格（ＪＡＴＭＡ）に規定の標準リムに組み込んだ状態にて、内圧を負荷せずに若しくは、３０ｋＰａ程度までの極低内圧を負荷した状態を意味する。

以下、本発明者らが、サイド補強ランフラットタイヤにおいて、転がり抵抗の低減に関して鋭意検討し、本発明に想到した過程を説明する。
タイヤの転がり抵抗（ＲＲ）は、歪エネルギー（ＳＥ）にトレッドゴムの損失正接（ｔａｎδ）とトレッドゴムの体積（Ｖｏｌ）をかけたものと考えられる。すなわち、
ＲＲ＝ＳＥ×ｔａｎδ×Ｖｏｌ
で与えられる。
そこで、図１に示すタイヤの負荷転動時にトレッド５に発生する歪エネルギーについて、有限要素法を用いて詳細に解析したところ、トレッド５における歪エネルギーの比率は図２に示す通りであった。
図２より、トレッド５に発生する歪エネルギーは、トレッドセンター部が４０％、トレッドショルダー部が６０％であり、トレッドショルダー部における歪エネルギーを更に低減させることが、転がり抵抗の低減に有効であることが分かった。
なお、トレッドセンター部は、タイヤ赤道面ＣＬを中心として、最外側傾斜ベルト層３ｂの幅ＢＷの１／２の幅を有する領域にあり、トレッドショルダー部は、トレッドセンター部の幅方向両外側の領域にあるものとする。

さらに、図１に示すタイヤのトレッドショルダー部に発生する歪エネルギーについて、有限要素法を用いて詳細に解析した結果を図３に示す。
図３において、トレッドショルダー部の歪を、半径方向の垂直歪Ｒ、周方向の垂直歪Ｃ、幅方向の垂直歪Ｚ、周方向断面内のせん断歪ＲＣ、幅方向断面内のせん断歪ＲＺおよび半径方向断面内のせん断歪ＣＺの割合で表している。
図３より、幅方向断面内のせん断歪ＲＺが５０％であり、トレッドショルダー部に発生する歪エネルギーの中で支配的であることが分かる。なお、幅方向断面内のせん断歪ＲＺとは、図４に示すように、タイヤ幅方向断面内において、破線の四角形が実線の平行四辺形に変形する際のせん断歪のことである。

次に、本発明者らは、トレッドショルダー部におけるせん断歪ＲＺがどのように発生するかを詳細に検討した結果、主に２つの要因があることを知見した。
第１は、図５（ａ）に、内圧を与えた状態のトレッド５を破線で、負荷転動時のトレッド５を実線で模式的に示すように、曲率を有するベルト（図示せず）の径方向外側のトレッド５が、タイヤの負荷転動時に平坦な路面１０に強制的に押し付けられるため、丸いクラウン形状がまっすぐに伸ばされる形のせん断変形が生ずる。
特に、サイド補強ランフラットタイヤでは、補強ゴム４がパンク時に車両を支えるため、補強ゴム４の曲げ剛性が高い。それゆえ、タイヤの負荷転動時には、サイド部の補強ゴム４の変形は小さく、サイド部に隣接するトレッドショルダー部のゴムのせん断変形が大きくなる。
第２は、ベルト３において、そのトレッドセンター部とトレッドショルダー部の間に径差があるため、図５（ｂ）に模式的に示すように、トレッドセンター部のベルト部分３ＣＥＮＴより、トレッドショルダー部のベルト部分３ＳＨＯの方が接地時により多く周方向に伸ばされる。その結果、タイヤ幅方向断面内に収縮し路面で拘束されているトレッド表面とベルトの間にあるトレッドゴムにせん断歪ＲＺが発生する。

以上の検討結果から、トレッドショルダー部におけるせん断歪ＲＺを低減するためには、トレッド５のクラウン形状をフラットにするためにトレッド５を形作るベルト３をフラットにし、かつ、ベルト３のトレッドセンター部とトレッドショルダー部の径差を小さくすることが有効であることがわかった。そこで、本発明においては、最外側傾斜ベルト層３ｂの幅ＢＷに対する、最外側傾斜ベルト層３ｂの幅方向中心部（タイヤ赤道面ＣＬ）と幅方向端部との径差ＢＤの比ＢＤ／ＢＷを０．０１以上０．０５以下に規定した。
すなわち、比ＢＤ／ＢＷが０.０１未満の場合、荷重をかけない状態でもトレッドショルダー部はほぼ接地しており、荷重をかけてトレッドショルダー部を路面に押し付けると、トレッドショルダー部のゴムは圧縮変形する。ランフラットタイヤではサイド部の補強ゴム４によりサイド部の剛性が高いため、トレッドショルダー部のゴムの圧縮変形がより大きくなり、すなわち、ヒステリシスロスが大きくなり転がり抵抗が悪化する。
一方、比ＢＤ／ＢＷが０．０５超の場合、トレッドショルダー部のゴムのせん断歪ＲＺを低減できず、転がり低減効果が発現できない。

また、トレッドショルダー部におけるせん断歪ＲＺをさらに低減するために、ベルトのトレッドショルダー部の張力を増加させてベルトの剛性を高めることにより、トレッドの接地前後の変形量を小さくすることが有効である。ベルト張力Ｔ_０は、図６に示すように、タイヤの外径ａ、タイヤの空気圧Ｐ、トレッド幅ｂ、曲率半径Ｒ_１、ベルト端におけるカーカスとベルトのなす角θを用いて、
Ｔ_０＝１／２×ａＰ（ｂ−２Ｒ_１ｓｉｎθ）
で与えられることが知られている（株式会社ブリヂストン、「自動車用タイヤの基礎と実際」、山海堂、２００６）。上式からθを小さくすればベルト張力Ｔ_０を大きくできることがわかる。このθを小さくするためには、図１に示すように、カーカス２の最大幅位置Ｃをトレッド５の近傍に位置させ、この部分の曲率を大きくすることが有効である。具体的にはカーカス２のタイヤ径方向最外側とビードトゥ９との間のタイヤ径方向の距離ＣＳＨに対する、カーカス２の最大幅位置Ｃにタイヤの回転軸と平行に引いた線分とビードトゥ９にタイヤの回転軸と平行に引いた線分との最短距離ＣＳＷｈの比ＣＳＷｈ／ＣＳＨが０．６以上０．９以下である必要がある。
なぜなら、この比ＣＳＷｈ／ＣＳＨが０．６未満の場合θを小さくすることができず、一方、この比ＣＳＷｈ／ＣＳＨが０．９超の場合タイヤの形を成さない。なお、一般のタイヤでは、この比ＣＳＷｈ／ＣＳＨは０．４以上０．６以下に設定される。

また、別の構成では、トレッドショルダー部におけるせん断歪ＲＺをさらに低減するために、トレッドの接地幅を大きくしてタイヤ幅方向断面内での負荷分散を図ることが有効である。このように接地幅を大きくする際、それに応じてベルト幅を大きくしなければ、ベルトの存在しないトレッドショルダー部が接地することになり、当該部分に非常に大きなせん断歪ＲＺが発生してしまう。従って、トレッド幅およびベルト幅の双方を大きくするために、カーカス２の最大幅ＣＳＷに対する、最外側傾斜ベルト層３ｂの幅ＢＷの比ＢＷ／ＣＳＷが０．８以上０．９４以下である必要がある。このようにタイヤの幅に対してベルト幅を大きくすることにより、ビードから最大幅、ベルト端までのサイド部の形状全体はより直線的になり、ランフラット走行時の剛性が大きくなり、ランフラット走行時の耐久性能が向上する。
比ＢＷ／ＣＳＷが０．８未満の場合、タイヤ幅方向断面内での負荷分散が十分に図れず、転がり抵抗低減効果が十分に発揮されないおそれがある。ベルト端外側に被覆ゴムが必要なため、カーカス２の最大幅ＣＳＷに対するベルト幅の上限は限られる。

発明例タイヤ、比較例タイヤおよび従来例タイヤを、後述する仕様のもとに試作し、転がり抵抗指数を測定したので以下に説明する。
発明例タイヤおよび比較例タイヤは、図７に示すようなフラットなクラウン部を有し、従来例タイヤは、図８に示すような丸いクラウン部を有する。各供試タイヤはいずれも、タイヤ赤道面ＣＬに対して２６°の角度で傾斜して延びるスチールコードの多数本をゴムで被覆してなる２層を層間でコードが交差する向きに配置してなる傾斜ベルト層３ａ、３ｂと、タイヤ赤道面ＣＬに沿って延びるナイロンコードの多数本をゴムで被覆してなるキャップ３ｃと、傾斜ベルト層３ａ、３ｂおよびキャップ３ｃのタイヤ幅方向端部を補強するためのレイヤ３ｄとからなるベルト構造を有し、タイヤのサイド部におけるカーカス２のタイヤ幅方向内側に三日月状断面の補強ゴム４を有する。
各供試タイヤにおいて、ベルトの落ち率として最外側傾斜ベルト層３ｂの幅方向中心部と幅方向端部との径差ＢＤの比ＢＤ／ＢＷと、カーカス２の形状として比ＣＳＷｈ／ＣＳＨと、カーカス幅対比ベルト幅としてカーカス２の最大幅ＣＳＷに対する最外側傾斜ベルト層２ｂの幅ＢＷの比ＢＷ／ＣＳＷとを測定し、表１に示す。

各供試タイヤ（２２５／４５Ｒ１７）をリム（７．５Ｊ×１７）に装着し、内圧を１８０ｋＰａに調整したのち、転がり抵抗測定（ＩＳＯ１８１６４に準拠、スムースドラム、フォース式）を実施した。結果は、表１に、従来例タイヤの転がり抵抗を１００として指数で表し、数値が小さいほど良化していることを示す。

表１より、発明例タイヤはいずれも、転がり抵抗が良化していることが分かる。
よって、本発明により、転がり抵抗を低減したランフラットタイヤを提供することができる。

１ビードコア
２カーカス
３ベルト
３ａ傾斜ベルト層
３ｂ傾斜ベルト層（最外側傾斜ベルト層）
３ｃ周方向ベルト層（キャップ）
３ｄレイヤ
４補強ゴム
５トレッド
６タイヤ
７適用リム
９ビードトゥ

Claims

一対のビード部間にトロイダル状に跨るカーカスを骨格として、前記カーカスのクラウン部のタイヤ径方向外側に、少なくとも１層の傾斜ベルト層を有するベルトおよびトレッドを順に配置し、タイヤのサイド部における前記カーカスのタイヤ幅方向内側に補強ゴムを配置したランフラットタイヤであって、
該タイヤを適用リムに装着した状態のタイヤ幅方向断面において、前記傾斜ベルト層の最外側層の幅ＢＷに対する、当該最外側層の幅方向中心部と幅方向端部との径差ＢＤの比ＢＤ／ＢＷが０．０１以上０．０５以下であるとともに、
前記カーカスのタイヤ径方向最外側とビードトゥとの間のタイヤ径方向の距離ＣＳＨに対する、前記カーカスの最大幅位置にタイヤの回転軸と平行に引いた線分とビードトゥにタイヤの回転軸と平行に引いた線分との最短距離ＣＳＷｈの比ＣＳＷｈ／ＣＳＨが０．６以上０．９以下であることを特徴とするランフラットタイヤ。
前記カーカスの最大幅ＣＳＷに対する、前記最外側層の幅ＢＷの比ＢＷ／ＣＳＷが０．８以上０．９４以下であることを特徴とする請求項１に記載のランフラットタイヤ。
一対のビード部間にトロイダル状に跨るカーカスを骨格として、前記カーカスのクラウン部のタイヤ径方向外側に、少なくとも１層の傾斜ベルト層を有するベルトおよびトレッドを順に配置し、タイヤのサイド部における前記カーカスのタイヤ幅方向内側に補強ゴムを配置したランフラットタイヤであって、
該タイヤを適用リムに装着した状態のタイヤ幅方向断面において、前記傾斜ベルト層の最外側層の幅ＢＷに対する、当該最外側層の幅方向中心部と幅方向端部との径差ＢＤの比ＢＤ／ＢＷが０．０１以上０．０５以下であるとともに、
前記カーカスの最大幅ＣＳＷに対する、前記最外側層の幅ＢＷの比ＢＷ／ＣＳＷが０．８以上０．９４以下であることを特徴とするランフラットタイヤ。