JP5436031B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、空気入りタイヤ、特には、空気入りタイヤの転がり抵抗の低減を実現するものである。

近年、地球温暖化をはじめとする環境問題を考慮した各種の開発が活発に行われており、その一例として、自動車の低燃費化が挙げられる。
これを達成するための一つの手段として、タイヤの転がり抵抗の低減があり、従来から、様々な技術開発が行われている。

タイヤの転がり抵抗の増加は、図５に、タイヤ子午線断面図で例示するように、トレッド踏面の、路面への接地状態が、荷重の付加によるタイヤの半径方向の圧縮変形によって、図５に破線で示す姿勢から実線で示す姿勢に変化する際の、主には、トレッド部の剪断変形が主たる原因となっていると考えられている。
そこで、例えば、トレッド部に使用されるトレッドゴムを損失正接が小さい低発熱性のゴムに変更して、トレッドゴムの変形に伴う発熱量の低減を図ることが、転がり抵抗を低下させる上で有効であると知られている。

しかしながら、従来のタイヤは、例えば、内圧を充填したときに、カーカス等に生じる張力が一定となる自然平衡形状に代表される比較的丸い断面形状に設計されることが多く、転がり抵抗の改善に大きく寄与するトレッド部の変形量それ自体の低減のための改良はほとんど行われていなかった。

そこで、本発明の目的は、トレッド部の変形を抑制することによって、転がり抵抗の低減を実現した空気入りタイヤを提供することにある。

この発明にかかる空気入りタイヤは、トレッド部と、一対のサイドウォール部と、一対のビード部と、ビード部内のビードコア間にトロイド状に延在する本体部および、ビードコアの周りにタイヤ幅方向内側から外側に向けて折り返した折返し部を持つ少なくとも一枚のカーカスプライからなるカーカスと、このカーカスのクラウン域の外周側に配置されて、タイヤ赤道面に対して傾斜する向きに延在するコードを有する一層以上の傾斜ベルト層により形成したベルトと、このベルトの半径方向外方に配設したトレッドゴムとを具えるものであって、適用リムに組み付け内圧無付加状態とした、タイヤの子午線断面内で、カーカスの曲率半径が最小となる部分および、カーカスの本体部からタイヤ外表面までのゴム厚みが最小となる部分が、最狭幅の傾斜ベルト層の幅方向端縁とタイヤ最大幅位置との間に位置することを特徴とするものである。

ここで、「適用リム」とは、タイヤが生産され、使用される地域に有効な産業規格であって、日本ではＪＡＴＭＡ（日本自動車タイヤ協会） ＹＥＡＲ ＢＯＯＫ、欧州ではＥＴＲＴＯ（Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｔｙｒｅ ａｎｄ Ｒｉｍ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｏｒｇａｎｉｓａｔｉｏｎ） ＳＴＡＮＤＡＲＤＳ ＭＡＮＵＡＬ、米国ではＴＲＡ（ＴＨＥ ＴＩＲＥ ａｎｄ ＲＩＭ ＡＳＳＯＣＩＡＴＩＯＮ ＩＮＣ．）ＹＥＡＲ ＢＯＯＫ等に規定されたものとする。
「適用リムに組み付けた内圧無付加状態のタイヤ」とは、タイヤを適用リムに組み付けて、バルブコアを取り除いた状態や、３０ｋＰａ程度の極低内圧を付加した状態をいうものとする。
「最狭幅の傾斜ベルト層」とは、タイヤ最大幅位置の５０％以上のベルト幅を有する傾斜ベルト層のうちの、最小幅のベルト層を言うものとする。
「タイヤ最大幅位置」とは、ＪＡＴＭＡ等に規定された適用リムに組み付けたタイヤの、内圧無付加状態での子午線断面内の最大幅位置をいうものとする。
「カーカスの曲率半径」とは、タイヤの内側に中心をもつ、カーカスの厚み中心線の半径をいうものとする。

このようなタイヤにおいてより好ましくは、カーカスの曲率半径の最小位置でゴム厚みを最小とする。
また好ましくは、カーカスの曲率半径の最小位置を、カーカスの最大断面高さの中点より半径方向外方側に位置させる。
ここで、「カーカスの最大断面高さ」とは、ビードコアのタイヤ半径方向上方端位置と、最外層のカーカス層との間のタイヤ半径方向距離をいうものとする。

そしてまた好ましくは、最狭幅の傾斜ベルト層の幅方向端縁を通って、タイヤ中心軸線と直行する線分よりタイヤ幅方向外側域で、カーカスの最大断面高さの中点より半径方向外方側に位置するカーカスの延在長さを、半径方向内方側に位置するカーカスの延在長さよりも長くする。
ここで、「半径方向内方側に位置するカーカス」の半径方向内端位置は、ビードコアの半径方向外縁と対応する位置とする。

好ましくは、カーカスの折返し部の半径方向高さを、タイヤ最大幅位置より半径方向内方に位置させる。
また好ましくは、カーカスの最小曲率半径を１０〜２５ｍｍの範囲とする。

ところで、最狭幅の傾斜ベルト層のベルト幅ＢＷに対する、ベルトの、リム径ラインからの最大幅位置までの距離に対する、幅方向端縁位置の落ち高さＢＤの比ＢＤ／ＢＷを、０．０１〜０．０４の範囲とすることが好ましい。

本発明の空気入りタイヤは、適用リムに組み付けた内圧無付加状態のタイヤの子午線断面内で、最狭幅の傾斜ベルト層の幅方向端縁とタイヤ最大幅位置との間に、カーカスの曲率半径が最小となる部分および、カーカスプライの本体部からタイヤ外側面までのゴム厚みが最小となる部分のそれぞれを設けることで、ベルトやカーカスプライの折返し部等の補強部材が配設されず、カーカスプライとゴムのみからなる領域の、カーカスの曲率半径が最小となるトレッド部分に荷重負荷時の屈曲を集中させることで、変形によって多くのエネルギーロスを生じる部分の変形を抑制する一方、変形によるエネルギーロスの少ない部分を優先的に変形させて、歪エネルギー損失を有効に低減させることができる。
また、カーカスプライの本体部からタイヤ外側面までのゴム厚みを小さくすることで、最小ゴム厚み位置での剛性を低減させて、カーカスの曲率半径が最小となる領域に屈曲を集中させ易くすることができる。そしてまた、曲率半径の最小部分と、ゴム厚みの最小部分とは互いに近接する方が転がり抵抗の低減に効果的だが、両者がこの領域の範囲内に位置すれば有効である。

本発明の空気入りタイヤの一の実施形態を、適用リムに組み付けた内圧無付加状態のタイヤ子午線断面を、タイヤについて示す図である。 図１のタイヤに、規定の質量に対応する負荷を加えた前後の挙動を模式的に示す図である。 本発明の空気入りタイヤの他の実施形態を、適用リムに組み付けて、内圧無付 加状態のタイヤ子午線断面を、タイヤについて示す図である。 実施例により転がり抵抗を測定した結果を示す図である。 適用リムに組み付けて規定の空気圧を充填して、荷重負荷時のタイヤ幅方向の剪断歪について示す図である。

以下に、図面を参照しながら本発明の空気入りタイヤを詳細に説明する。
図１は、本発明の空気入りタイヤの実施形態を、適用リムに組み付けて、内圧無付加状態を示す子午線断面図である。

図中１はトレッド部を、２はトレッド部１のそれぞれの側部に連続して半径方向内方へ延びる一対のサイドウォール部を、そして３はサイドウォール部２の半径方向内方に連続するビード部をそれぞれ示す。

図示の空気入りタイヤは、一対のビード部３と、ビード部３に埋設配置されたビードコア４間に本体部５ａをトロイド状に延在させるとともに、各側部部分をビードコア４の周りで、タイヤ幅方向内側から外側に向けて折り返された折返し部５ｂを有する、一枚のカーカスプライからなるカーカス５を具える。
ここで、カーカスプライは、例えば、タイヤ周方向と直交する方向に延びるスチールコード、有機繊維コード等にて形成することができる。

また、カーカス５のクラウン域の外周側に、タイヤ赤道面に対して傾斜する向きに延在するコードを有する一層以上の傾斜ベルト層、図ではタイヤ周方向に傾斜するコードからなり、タイヤ幅方向の延在長さの異なる最内層ベルト層と、最狭幅ベルト層である最外層ベルト層とのコード交錯ベルト層からなるベルト６、タイヤ周方向に延在するコードからなり、ベルト６をその全幅にわたって覆う、いわゆるキャップ層としてのベルト補強層７およびトレッドゴム８を配置し、このトレッドゴム８の表面には、図では省略されているが、タイヤ周方向に延びる複数本の周溝等を形成する。なお、キャップ層は必須のものではない。

サイドウォール部２では、カーカス５の本体部５ａおよび折返し部５ｂのタイヤ幅方向外側が、それの外表面に沿って配置されたサイドウォールゴム９によって覆われている。

そしてこの空気入りタイヤでは、最狭幅の傾斜ベルト層の幅方向端縁とタイヤ最大幅位置との間に、カーカス５の曲率半径ｒが最小となる部分と、カーカス５の本体部５ａからタイヤ外側面までの、サイドウォールゴム９のゴム厚みｔが最小となる部分とを、図では曲率半径ｒが最小となる部分１０付近にゴム厚みｔが最小となる部分を設け、好ましくは、カーカスの最小曲率半径位置１０を最小ゴム厚み位置とする。

このように、カーカスの最小曲率半径位置１０を最小ゴム厚み位置とした場合は、図２に、ＪＡＴＭＡ等規定の最高空気圧を充填して、規定の質量に対応する負荷を加えた前後の挙動を模式的に示すように、曲率半径の小さな領域に、荷重の負荷による変形を集中させることにより、カーカス５をタイヤ幅方向外側に設定して、最小ゴム厚み位置の剛性を低減させて、トレッド部１の変形を抑制して、カーカスの曲率半径が最小となる領域１０に屈曲を集中させることができる。

また好ましくは、カーカスの最小曲率半径位置１０を、カーカスの曲率半径の最小位置を、カーカス５の最大断面高さの中点（ＣＳＨ／２）より半径方向外方側に位置させる。
この構成により、歪エネルギーロスが発生しやすいビード部３周辺や、歪エネルギーロスが大きく発生するトレッド部１から離れた位置のサイドウォール部２に変形を集中させることができる。

そしてまた好ましくは、カーカス５の最小曲率半径位置の曲率半径ｒは１０〜２５ｍｍの範囲とすることが好ましく、この範囲とすることで、最外層の傾斜ベルト層の端部とタイヤ最大幅位置との間に、従来のタイヤの約４０ｍｍ以上に対して、部分的にカーカス５を屈曲した形状となり、形状差による曲げ剛性に起因した屈曲の集中を実現することができる。なお、製造面や耐久性の観点から、曲率半径ｒは１０ｍｍ以上が好ましい。

図３は本発明の空気入りタイヤの他の実施形態を、適用リムに組み付けて、内圧無付加状態のタイヤ子午線断面を、タイヤについて示す図である。
なお、先の図１に示したタイヤと同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

このタイヤは、最狭幅の傾斜ベルト層の幅方向端縁とタイヤ最大幅位置との間に、カーカス５の曲率半径ｒが最小となる部分と、カーカス５の本体部５ａからタイヤ外側面までの、サイドウォールゴム９のゴム厚みｔが最小となる部分ととともに、最外層ベルト層のベルト幅方向端縁を通って、タイヤ中心軸線と直行する線分よりタイヤ幅方向外側域で、
カーカスの最大断面高さの中点（ＣＳＨ／２）より半径方向外方側に位置するカーカスの延在長さＣＳＰＵを、半径方向内方側に位置するカーカスの延在長さＣＳＰＤよりも長くする。

このようなタイヤでは、ビードコア中心を通る、リム径ラインと平行な直線の、タイヤ外表面との交点Ｂと、タイヤ最大幅位置Ｓと結ぶ直線と、前記平行直線とのなす角度θを大きくすることとなり、これはサイドウォール部２の半径方向内方領域は路面に対して垂直に近い形状を意味し、特にタイヤ半径方向内方のカーカス領域では、半径方向の荷重に対する剛性が大きくなり、変形がし難くなり、これに対して、撓んだ形状となったタイヤ半径方向上方のカーカス領域は、半径方向の荷重に対する剛性が低下し、そのため、荷重時におけるタイヤ変形を、タイヤ半径方向上方のカーカス付近に集中させることができ、カーカス５の前記経路長ＣＳＰＵを、前記経路長ＣＳＰＤより長くすることによって、荷重下と非荷重下との間の変形によるエネルギーロスを抑制することができる。

好ましくは、カーカス５の折返し部５ｂの半径方向高さＣＳＥｈを、タイヤ最大幅位置より半径方向内方で、より好ましくはタイヤ最大位置の１／２以下に位置させる。
この構成により、カーカス５の本体部５ａとその折返し部５ｂに挟まれたゴム領域は荷重変形時の剪断に起因するエネルギーロスを低減することができる。

また好ましくは、ベルト幅ＢＷに対する、ベルト１６の、リム径ラインからの最大幅位置までの距離に対する、幅方向端縁位置の落ち高さＢＤの比ＢＤ／ＢＷを、０．０１〜０．０４の範囲、好ましくは０．０２〜０．０３５の範囲とする。
この構成により、ベルト１６がタイヤ幅方向断面内において平坦に近い形状となる。通常、タイヤは接地時に路面に合わせて平らになるように変形するが、上述のＢＤ／ＢＷの構成により当初より平坦に近似した形状となり、接地状態での断面内で、ベルト等の大きな変形を伴うことなく接地変形が終結可能である。その結果、接地変形に起因したエネルギーロスの発生をトレッド部で直接的に抑える効果を発現し、転がり抵抗の低減に寄与することができる。

カーカス５の最小曲率半径位置１０の、タイヤ外表面には、大きな溝等を設けることなく、ゴム厚みを連続させることで、カーカスラインが滑らかとなりその形状の効果を発揮することができる。

次に、図１に示すような構造を有し、サイズが１９５／６５Ｒ１５のラジアルタイヤを試作し、カーカスプライが一枚、ベルト層はタイヤ赤道面に対して２４°の傾斜角度で配置したスチールコードを層間で相互に交差させた二層からなり、その上にナイロンコードをゴム被覆したリボン状ストリップを螺旋状巻回構造になる成形した周方向ベルト補強層を設け、表１に示すように、それぞれの諸元を変化させた実施例タイヤ１〜１２、比較例タイヤとのそれぞれにつき、転がり抵抗を測定した。
なお、比較例タイヤは、タイヤ子午線断面形状以外の構造については改変を要しないため、実施例タイヤに準ずるものとした。

実施例タイヤ１〜１２、比較例タイヤとのそれぞれにつき、ＪＡＴＭＡに準拠する、タイヤを６Ｊのリムに組み付けて、内圧を２１０ｋＰａ、負荷荷重４．５ｋＮとし、時速８０ｋｍ／ｈで、タイヤを転動させ、直径１．７ｍの鉄板表面を持つドラム試験機を用いて、車軸の転がり抵抗を測定して評価した。その結果を表２および表４に指数で示す。
なお、表中の指数値は、比較例タイヤの値をコントロールとして求めたものであり、指数が小さいほど、転がり抵抗が優れていることを示す。また、誤差を除き市場優位性の観点から５％以上が有意差とみなし、特に１０％以上では大きな効果がある。

表２および図４の結果から、実施例タイヤ１〜１２は、比較例タイヤに対し、転がり抵抗を低減することができた。

１ トレッド部
２ サイドウォール部
３ ビード部
４ ビードコア
５ カーカス
５ａ 本体部
５ｂ 折返し部
６ ベルト
７ ベルト補強層
８ トレッドゴム
９ サイドウォールゴム
１０ カーカスの最小曲率半径位置

Claims (7)

1. トレッド部と、一対のサイドウォール部と、一対のビード部と、ビード部内のビードコア間にトロイド状に延在する本体部および、ビードコアの周りにタイヤ幅方向内側から外側に向けて折り返した折返し部を持つ少なくとも一枚のカーカスプライからなるカーカスと、このカーカスのクラウン域の外周側に配置されて、タイヤ赤道面に対して傾斜する向きに延在するコードを有する一層以上の傾斜ベルト層により形成したベルトと、このベルトの半径方向外方に配設したトレッドゴムとを具える空気入りタイヤにおいて、
   適用リムに組み付け内圧無付加状態とした、タイヤの子午線断面内で、
   カーカスの曲率半径が最小となる部分および、カーカスの本体部からタイヤ外表面までのゴム厚みが最小となる部分が、最狭幅の傾斜ベルト層の幅方向端縁とタイヤ最大幅位置との間に位置することを特徴とする空気入りタイヤ。
2. カーカスの最小曲率半径位置が最小ゴム厚み位置となる請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. カーカスの曲率半径の最小位置を、カーカスの最大断面高さの中点より半径方向外方側に位置してなる請求項１または２に記載の空気入りタイヤ。
4. 最狭幅のベルト幅方向端縁を通って、タイヤ中心軸線と直行する線分よりタイヤ幅方向外側域で、カーカスの最大断面高さの中点より半径方向外方に位置するカーカスの延在長さを、半径方向内方に位置するカーカスの延在長さよりも長くしてなる請求項１〜３のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
5. カーカスの折返し部の半径方向高さを、タイヤ最大幅位置より半径方向内方に位置してなる請求項１〜４のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
6. カーカスの最小曲率半径を１０〜２５ｍｍの範囲でなる請求項１〜５のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
7. 最狭幅のベルト幅ＢＷに対する、ベルトの、リム径ラインからの最大幅位置までの距離に対する、幅方向端縁位置の落ち高さＢＤの比ＢＤ／ＢＷを、０．０１〜０．０４の範囲としてなる請求項１〜６のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

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