JP5814049B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents
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Description
タイヤの転がり抵抗は、主に、タイヤ転動中の繰り返し変形に伴うゴム部材のエネルギー損失、いわゆるヒステリシスロスに起因することが知られている。従って、転がり抵抗を低減するためには、例えば、ヒステリシスロスが特に高いトレッド部及びサイドウォール部のゴムゲージを薄肉化することが行われている。
しかしながら、なおヒステリシスロスが高くさらなる転がり抵抗の低減が求められていることから、その他のゴム部材についても省部材化を図ることが必要とされており、特許文献1には、エネルギーロスの発生し易さの指標であるtanδが大きく且つゴム使用量の多いビードフィラーゴムを省いて、カーカスの折り返しプライを、ビードコアに直接巻き上げることが開示されている。
なお、ビードフィラーを省略した際に生じるサイドウォール部での局所的な歪発生の問題を解決するためには、前記したリムフランジ近接域のゴム部材をタイヤ幅方向に厚みを持たせて、サイドウォール部の剛性を適度に高くすることが考えられる。しかしながら、かかる解決策は、タイヤの構造をより簡素化してタイヤの転がり抵抗を低減しようとする、上述の流れに逆行することになる。
(1) ビードコアを埋設した一対のビード部と、両ビード部間に跨ってトロイド状に延びる本体部及び該本体部から該ビードコアの周りにタイヤ幅方向内側から外側に巻き上げられる折り返し部からなるカーカスとを有する空気入りタイヤにおいて、
前記ビードコアは、ビードワイヤをタイヤ幅方向へ複数列且つタイヤ径方向へ複数段に積み重ねて成り、タイヤ幅方向外側の列はタイヤ幅方向内側の列に向かってタイヤ径方向外側へ増段するとともに、最大の段数を有する大径列は前記本体部に沿ってタイヤ径方向外側へ延びており、
さらに、前記ビードコアのタイヤ径方向外側には、前記本体部に沿ってタイヤ径方向外側へ延びる、前記ビードコアのタイヤ幅方向断面積よりタイヤ幅方向断面積の小さいビードフィラーが配置されており、
前記ビードフィラーの最大幅方向長さは、前記ビードコアの最大幅方向長さの0.5倍以下であり、
前記ビードコアのタイヤ径方向最外端から前記ビードフィラーのタイヤ径方向最外端までのタイヤ径方向長さは、前記ビードコアの最大径方向長さの0.4〜1.0倍であり、
タイヤのリム装着時において、前記ビードコアのタイヤ径方向最外端はリムフランジのタイヤ径方向最外端よりもタイヤ径方向内側に位置し、前記ビードフィラーの径方向最外端はリムフランジのタイヤ径方向最外端よりもタイヤ径方向外側に位置し、
前記折り返し部は、前記ビードコア及び前記ビードフィラーに直接巻き付けられて、該折り返し部の端末は、少なくとも該ビードフィラーと接触することを特徴とする空気入りタイヤ。
本発明のタイヤでは、図示するように、カーカス7の折り返し部7bが、ビードコア2及びビードフィラー6に沿って、ビードコア2及びビードフィラー6の周囲を直接囲いながら、タイヤ幅方向内側から外側に巻き付けられている。
図2を参照して詳細に説明すれば、ビードコア2は、1本又は複数本のビードワイヤ8をタイヤ周方向に巻き回して、幅方向断面にて、タイヤ幅方向(紙面に示すA方向)に複数列(c)、及び、タイヤ径方向(紙面に示すB方向)に複数段(r)にビードワイヤ8を積み重ねることによって形成されている。図示例では、タイヤ幅方向外側から内側に4列(c1〜c4)、及びタイヤ径方向内側から外側に最低3段(列c1の段数)、最高6段(列c4の段数)積み重ねることにより形成されている。
そして、タイヤ幅方向外側の列がタイヤ幅方向内側の列に向かってタイヤ径方向外側へ増段するように形成されている。図示例では列c1のビードワイヤ段数は3段、列c2のビードワイヤ段数は4段、列c3のビードワイヤ段数は5段、列c4のビードワイヤ段数は6段というように、タイヤ幅方向内側の列がタイヤ幅方向外側の列のビードワイヤ段数より多くなるように形成されている。このようにして、タイヤ幅方向最内側の列が最大のビードワイヤ段数を有する列、ここでは6段となる大径列Lが形成され、この大径列Lは、図示するように、カーカス7の本体部7aに沿って径方向外側へ延在するように配置されている。
なお、本発明において、「タイヤ幅方向外側の列がタイヤ幅方向内側の列に向かってタイヤ径方向外側へ増段する」とは、図示していないが、隣接する列同士のビードワイヤ段数が、タイヤ幅方向外側の列から内側の列に増加する場合だけでなく、同段数である場合を含んでもよい。
すなわち、図2を参照してより詳細に説明すれば、点線Nで囲う径方向外側のビードコア部分は、サイドウォール部4の倒れ込みの起点となる、リムフランジ9とタイヤ1の外表面との離反点付近でビードワイヤ8をタイヤ周方向に連続してリング状に巻き回して形成されていることから、サイドウォール部4が変形する際、倒れ込み方向に対してねじり剛性を発揮する。これにより、ビードフィラーが省略された場合に剛性が低下するリムフランジ9の近接域、特に、リムフランジ9とタイヤ1の外表面との離反点付近で高い剛性を確保することができ、サイドウォール部4の倒れ込み変形を抑制することが可能となる。そして、この倒れこみ方向に対するねじり剛性を向上させるためには、タイヤ幅方向内側の列ほどビードワイヤ段数を増加させ、かつ、最大段数を有する大系列Lを、カーカス本体部7aに沿うように配置することが有効である。
一方、点線Mで囲ったように、列c1〜c4まで同段数を有するビードコア部分では、ビードワイヤ8をタイヤ周方向に巻き回すことによって張力を生じるため、従来のビードコアと同様に、タイヤに空気を充填した際、ビード部3とリムフランジ9とを充分に密着させる効果を有する。
なお、点線Mで囲うビードコア部分に加えて径方向外側に点線Nで囲うビードコア部分を形成することで、従来のビードコア(すなわち点線Nで囲ったビードコア部分)よりもビードワイヤ8のタイヤ周方向の巻き回し数が増加することになるが、スチールからなるビードワイヤ8は、歪エネルギー損失を殆ど発生しないため、かかる構成を採用した場合であっても、転がり抵抗の低減を維持することができる。
しかしながら、ビードコア2は、スチールから成るビードワイヤ8を巻き回して構成されて高い剛性を有することから、例えば図4に示すようにビードワイヤ8を高く積み上げていくと、ビード部3周りの剛性が高く成り過ぎる場合がある。すなわち、タイヤ径方向内側列のビードワイヤ段数を多くし過ぎると、i)サイドウォール部剛性が高くなり過ぎるため、逆に転がり抵抗が悪化する、ii)ビードコア2はビードワイヤ8をタイヤ周方向に巻き回して形成されるため、ビードワイヤを高く積み上げたビードコア部分では、ビードコア2の性状が周方向で不均一となる、iii)サイドウォール部4のゲージ厚さが薄い部分にまでビードワイヤ8が達することによって、サイドウォール部4においてゴムとビードワイヤ間の剛性段差が生じたり、凹凸が生じてしまい、タイヤ周方向のクラックが発生する、iv)カーカスの折り返し部7bを、ビードコア2の周囲に直接巻き回すため、カーカスの折り返し端部においてプライコードとビードワイヤ間のプライコーティングゴムのせん断変形により、カーカスの折り返し端部でクラックが発生しやすくなる、v)ビード部からサイドウォール部にかけてのねじり剛性が高くなりすぎるため、リム組性が悪化する、などの問題が生じる場合がある。
また、本発明におけるビードフィラー6は、タイヤ幅方向断面積がビードコア2のタイヤ幅方向断面積よりも小さく、従来のタイヤに配置されていたビードフィラーよりも極端に体積が小さい。従って、ビードフィラーのゴム使用量を極力減らすことができるため、充分に小さいヒステリシスロスを維持することが可能となる。
その結果、タイヤの構造を極力簡素化したまま、局所的な歪が発生することのない、転がり抵抗を充分に低減した空気入りタイヤを実現することが可能となる。
このように、カーカス7を、ビードコア2及びビードフィラー6の周囲全体に対して直接堅固に巻き付けることにより、カーカス7を引き抜け難くして、カーカス7の張力によっても、サイドウォール部4の倒れ込みの発生を抑制して、転がり抵抗を低減することができるからである。
タイヤをリムに装着した際、サイドウォール部4の倒れ込み変形は、主に、リムフランジ9のタイヤ径方向最外端9Eよりもタイヤ径方向外側で発生する。従って、倒れ込み変形が特に大きいリムフランジ9のタイヤ径方向最外端9Eよりもタイヤ径方向外側においては、比較的剛性が高いが柔軟性を有し、ビードコア2の剛性よりも低い剛性であるビードフィラー6を設けることによって、サイドウォール部4の倒れ込みを適度に吸収しながら、変形を抑制することができる。
一方、倒れ込み部分の起点となるリムフランジ9とタイヤ1の外表面との離反点付近では、ビードコア2を形成するビードワイヤ列のうちタイヤ幅方向内側の列の径方向距離を長くすることによって、倒れ込み方向に対するねじり剛性を発揮させることができ、サイドウォール部4の倒れ込み方向にかかる力を抑制することができる。
このように、剛性の異なるビードコア2とビードフィラー6を、サイドウォール部4の倒れ込み変形が大きく異なるリムフランジ9のタイヤ径方向最外端9Eを境界に使い分けることによって、前述のi)〜v)のような問題を生じることなしにサイドウォール部4の倒れ込みを確実に抑制することが可能となる。
最大幅方向長さW6を最大幅方向長さW2の0.5倍超とすると、ビードフィラー6の体積が大きくなってしまい、ヒステリシスロスを小さくするためにゴム使用量を少なくして省部材化したことの効果が低減してしまうからである。
径方向長さH6を最大径方向長さH2の0.4未満とすると、ビードフィラー6のタイヤ径方向長さが短く、サイドウォール部4の倒れ込みを有効に抑制することが難しいからである。一方、1.0倍とすると、ビードフィラー6の体積が大きくなってしまい、ヒステリシスロスを小さくするためにゴム使用量を少なくして省部材化したことの効果が低減してしまうからである。
最大径方向長さH2が最小径方向長さh2の2.0倍未満であると、大径列Lを構成するビードワイヤ段数が少なく、サイドウォール部4の倒れ込みを抑制するのに十分なねじり剛性を生じることが難しいからである。一方、2.5倍超とすると、大径列Lのビードワイヤ段数が多くなり過ぎて、上述のi)〜v)の問題が生じ易くなる場合があったり、反対に、ビードコア2を構成するタイヤ幅方向最外側の列のビードワイヤ段数が少な過ぎて、ビード部3とリムフランジ9とを密着させる従来のビードコアの機能を、充分に発揮することが難しいからである。
表1中、ビードコアの「ビードワイヤ段数」とは、それぞれのタイヤにおける、タイヤ幅方向外側から内側に向かった各列のビードワイヤ段数のことを示している。また、「プライ折り返し高さ」とは、タイヤ幅方向最外側の列の径方向最外端(すなわち、図2で示す点線Mで囲うビードコア部分の径方向最外端)から、カーカスの折り返し部の端末7bEまでの、タイヤ径方向長さのことを示している。
発明例タイヤ2は、列c4のビードワイヤ段数が10段であり、ビードコアの一部がリムフランジの径方向最外側端よりもタイヤ径方向外側に在ること以外は、発明例タイヤ1の構成と同様である。参考例タイヤ1は、ビードフィラーの最大幅方向長さW6が、ビードコアの最大幅方向長さW2の0.5倍超であること以外は、発明例タイヤ1の構成と同様である。参考例タイヤ2は、ビードフィラーの最大径方向長さH6がビードコアの最大径方向長さH2の0.4倍未満であること、参考例タイヤ3は、ビードフィラーの最大径方向長さH6がビードコアの最大径方向長さH2の1.0倍超であること以外は、発明例タイヤ1の構成と同様である。発明例タイヤ3は、ビードコアの最大径方向長さH2が最小径方向長さh2の2倍未満であること以外は、発明例タイヤ1の構成と同様である。
比較例タイヤは、図4に示すタイヤであって、ビードフィラーを省略するとともに、ビードコアを構成するタイヤ幅方向最内側のビードワイヤ列のビードワイヤ段数を極端に多くすることで剛性を確保したタイヤである。他の構成は、発明例タイヤ1と同様である。
従来例タイヤ1は、全ての列のビードワイヤ段数が、発明例タイヤ1のタイヤ幅方向最外側の列のビードワイヤ段数と同じであり、且つ、ビードフィラーを省略したタイヤである。従来例タイヤ2は、従来例タイヤ1のビードコア上に、従来のように、ビードコアのタイヤ幅方向断面積よりも大きなタイヤ幅方向断面積を有するビードフィラーを設けたタイヤである。他の構成は、発明例タイヤ1と同様である。
(転がり抵抗試験)
各試験タイヤを標準リムに装着し、内圧を230kPaに調整した後、直径1707.6mの鉄板表面を持つドラム試験機(速度:80km/h)を用いて、車軸の転がり抵抗力を求めた。転がり抵抗の測定はJIS D4234に準拠し、スムースドラム、フォース式にて実施したものである。
(ドラム試験)
各試験タイヤを標準リムに装着して内圧を300kPaとし、ドラム径1.707mの鉄製平滑ドラム試験機(速度:60km/h)上を、負荷荷重1230kgの下で15000km走行させた後の、カーカスの折り返し端部におけるクラックの発生の有無を調べた。
また、比較例タイヤのように、ビードフィラーを省略するとともに、ビードコアを構成するタイヤ幅方向最内側のビードワイヤ列のビードワイヤ段数を極端に多くすることで剛性を確保した場合には、ビードコア端部において、タイヤ周方向のクラックが生じることが確認された。
2 ビードコア
3 ビード部
4 サイド部
5 トレッド部
6 ビードフィラー
7 カーカス
7a カーカス本体部
7b カーカス折り返し部
7bE カーカス折り返し部の端末
8 ビードワイヤ
9 リムフランジ
9E リムフランジ9のタイヤ径方向最外端
Claims (2)
- ビードコアを埋設した一対のビード部と、両ビード部間に跨ってトロイド状に延びる本体部及び該本体部から該ビードコアの周りにタイヤ幅方向内側から外側に巻き上げられる折り返し部からなるカーカスとを有する空気入りタイヤにおいて、
前記ビードコアは、ビードワイヤをタイヤ幅方向へ複数列且つタイヤ径方向へ複数段に積み重ねて成り、タイヤ幅方向外側の列はタイヤ幅方向内側の列に向かってタイヤ径方向外側へ増段するとともに、最大の段数を有する大径列は前記本体部に沿ってタイヤ径方向外側へ延びており、
さらに、前記ビードコアのタイヤ径方向外側には、前記本体部に沿ってタイヤ径方向外側へ延びる、前記ビードコアのタイヤ幅方向断面積よりタイヤ幅方向断面積の小さいビードフィラーが配置されており、
前記ビードフィラーの最大幅方向長さは、前記ビードコアの最大幅方向長さの0.5倍以下であり、
前記ビードコアのタイヤ径方向最外端から前記ビードフィラーのタイヤ径方向最外端までのタイヤ径方向長さは、前記ビードコアの最大径方向長さの0.4〜1.0倍であり、
タイヤのリム装着時において、前記ビードコアのタイヤ径方向最外端はリムフランジのタイヤ径方向最外端よりもタイヤ径方向内側に位置し、前記ビードフィラーの径方向最外端はリムフランジのタイヤ径方向最外端よりもタイヤ径方向外側に位置し、
前記折り返し部は、前記ビードコア及び前記ビードフィラーに直接巻き付けられて、該折り返し部の端末は、少なくとも該ビードフィラーと接触することを特徴とする空気入りタイヤ。 - 前記ビードコアの最大径方向長さは、前記ビードコアの最小径方向長さの2.0〜2.5倍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。
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