JP5917795B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、乗用車等の一般車両に装着して好適な空気入りタイヤに関し、軽量化を図りつつ転がり抵抗を低減させるとともに偏摩耗性能にも優れた空気入りタイヤに関する。

従来より、タイヤの軽量化を図るために、スチール等の密度の大きい材料を配列したベルトの数を削減する検討が行われており、この点に関する先行技術としては、タイヤの赤道に対し一定角度で傾いて延びるコードを配置して構成された第１のベルトと、タイヤの赤道とほぼ平行に延びるスパイラル状のコードを配置して構成された第２のベルトとを備えた空気入りタイヤが知られている(例えば特許文献１)。

特開平４−７８６０２号公報

上記のような構成となるタイヤにおいて、内圧を充填し荷重を負荷して転動させる際には、タイヤの周方向に強い張力が作用する。タイヤの破壊強度を十分に確保するには、この張力と同じ方向に延在するコードが、高い強度と剛性を備えている必要がある。ところで、一般的なタイヤのトレッド部にはクラウンが設けられており、このためトレッド部の幅方向中央に位置するセンター部と、幅方向外側に位置するショルダー部とでは、タイヤの周方向長さに差が生じ、タイヤが平坦な路面に接地して転動する際に、センター部では圧縮され、ショルダー部では引っ張られる力を受ける。高強度、高剛性のコードを用いた場合には、このコードを含むベルトはほとんど伸縮しないため、ベルトと路面に挟まれるトレッドゴムには大きな剪断変形が生じることとなり、エネルギー損失が大きくなって転がり抵抗が増加するとともに、剪断力が増加して偏摩耗性能が損なわれる懸念があった。

本発明の課題は、空気入りタイヤにつき、軽量化を図りつつ転がり抵抗を低減させるとともに偏摩耗性能にも優れた、新規な空気入りタイヤを提供することにある。

本発明は、トレッド部からサイドウォール部を経てビード部までトロイダル状に延在するカーカス層と、該カーカス層の外側に配置されるベルト層を備えた空気入りタイヤにおいて、
前記カーカス層は、少なくとも１枚のカーカスプライからなり、
前記ベルト層は、タイヤの赤道に対する角度を１５°〜７５°の範囲で傾斜させた第１のコードを１層のみ配置した第１のベルトと、タイヤの赤道と平行に延びる第２のコードを１層のみ配置した第２のベルトとを備え、
前記第２のベルトは、適用リムへ組み付けて内圧充填した状態でのタイヤの軸を含む断面において、タイヤの軸から該第２のベルトの幅方向中央に至る径方向長さをＲｓとし、タイヤの軸から該第２のベルトの幅方向最外端に至る径方向長さをＲｅとし、該径方向長さＲｓと該径方向長さＲｅとの差をδとする場合に、０．００３＜δ／Ｒｓ＜０．０２の関係を満たし、前記トレッド部は、前記タイヤの軸を含む断面における該トレッド部の外表面の曲率半径をＲｔとする場合に、該トレッド部のセンター域における該曲率半径Ｒｔが７００ｍｍ以上であることを特徴とする空気入りタイヤである。なお、第２のコードを１層のみ配置するとは、第２のベルトの幅方向の両外側に重なり部を設ける場合は、この重なり部を除いた部分において第２のコードが１層のみであることを意味する。

前記第１のコード及び前記第２のコードは、ともにスチール製であることが好ましい。

ベルト層に、タイヤの赤道に対する角度を１５°〜７５°の範囲で傾斜させた第１のコードを配置した第１のベルトと、タイヤの赤道と平行に延びる第２のコードを配置した第２のベルトと配設し、タイヤの軸から該第２のベルトの幅方向中央に至る径方向長さをＲｓとし、タイヤの軸から該第２のベルトの幅方向最外端に至る径方向長さをＲｅとし、該径方向長さＲｓと該径方向長さＲｅとの差をδとする場合に、第２のベルトが０．００３＜δ／Ｒｓ＜０．０２の関係を満たすようにしたので、第２のベルトの周長差がタイヤ幅方向の全域に亘ってほぼ均等となり、トレッド部の剪断変形が抑えられて、転がり抵抗の低減と偏摩耗性の向上を図ることができる。

トレッド部の外表面の曲率半径をＲｔとする場合に、トレッド部のセンター域における該曲率半径Ｒｔを７００ｍｍ以上としたので、サイドウォール部から加わる力の影響の少ないトレッド部のセンター域を平坦に近づけることが可能となり、偏摩耗の発生を抑制してより有利に転がり抵抗の低減を図ることができる。

本発明にしたがう空気入りタイヤの実施の形態につき、タイヤの軸を含む断面（タイヤ子午線断面）をタイヤの半部について示した図である。 図１のＸ−Ｘ矢視図であって、一部を破断させてタイヤ内部の構造を示した図（重なり部８ｂは省略している）である。

以下、図面を参照して、本発明をより具体的に説明する。
図１は、本発明にしたがう空気入りタイヤの実施の形態につき、タイヤの回転軸であるタイヤの軸を含む断面を、タイヤの半部について示した図であり、図２は、図１のＸ−Ｘ矢視図であって、一部を破断させてタイヤ内部の構造を示した図である。なお図２につき、後述する重なり部８ｂは省略して図示している。

図１における１は、タイヤの幅方向外側にそれぞれ位置する一対のビード部であり、２は、これらビード部１からそれぞれタイヤのほぼ径方向外側に向かって延びる一対のサイドウォール部であり、３は、これらサイドウォール部２の延伸端に跨って繋がり、トロイダル形状をなすトレッド部である。

４は、ビード部１に配設した一対のビードコアであり、このビードコア４はタイヤの周方向に延びてリング形状をなしている。

５は、一対のビードコア４に跨ってトロイダル形状をなすカーカス層であり、このカーカス層５は、それぞれのビードコア４の周りにその端部を内側から外側に向かって巻き返している。カーカス層５は、少なくとも１枚のカーカスプライにて構成されるものであって、図１の例示においては１枚のカーカスプライ５ａからなるものとして示している。カーカスプライ５ａは、タイヤの赤道Ｓに対して直交するコード５ａ_１を配設している。ここで赤道Ｓに対して直交するとは、具体的にはタイヤの赤道Ｓに対する角度が８５°〜９５°の範囲であることを意味するものであって、製造上の誤差を考慮したものである。またコード５ａ_１は各種選択可能であり、例えばアラミド、ポリエチレン、ナイロン等の有機繊維、ガラス繊維、スチール等から採用される。

６は、カーカス層５に対しタイヤの径方向外側に配置される、ベルト層である。図示の例でこのベルト層６は、第１のベルト７と、この第１のベルト７に対しタイヤの径方向外側に配置される第２のベルト８を備えているが、第１のベルト７が第２のベルト８の径方向外側に配置されるようにしても良い。

第１のベルト７は、図２に示す如く、タイヤの赤道Ｓに対して角度ｙだけ傾斜させた、第１のコード７ａを配設している。ここで本発明では、第１のコード７ａの角度ｙの範囲を１５°〜７５°としたが、その理由はタイヤの赤道Ｓに対する角度が１５°未満では第１のコード７ａと後述する第２のコード８ａが平行に近づいて、タイヤ径方向の柔軟性を確保するために必要なパンタグラフ効果が得られにくくなるからであり、同様にタイヤの赤道Ｓに対する角度が７５°を超えると、第１のコード７ａとコード５ａ_１が平行に近づいて、パンタグラフ効果が得られにくくなるからである。

第１のコード７ａは、アラミド、ポリエチレン、ナイロン等の有機繊維、ガラス繊維、スチール等各種材料から選択することができる。

第２のベルト８は、タイヤの赤道Ｓと平行に延びる第２のコード８ａを配設している。ここでタイヤの赤道Ｓと平行に延びるとは、具体的にはタイヤの赤道Ｓに対して０°〜５°の範囲で延びていることを意味するものであって、これは製造上の誤差を考慮したものである。

第２のコード８ａは、アラミド、ポリエチレン、ナイロン等の有機繊維、ガラス繊維、スチール等各種材料から選択することができる。第２のベルト８は、この第２のコード８ａをタイヤの赤道Ｓと平行に複数配置して構成しても良いし、螺旋状に巻き回したスパイラルコードとして構成しても良い。

第２のコード８ａを備える幅狭のゴムを、タイヤの周方向に沿う向きにスパイラル状に巻き回して第２のベルト８とする場合には、図１に示すように幅方向の両外側に重なり部８ｂを設けても良い。これにより第２のコード８ａの巻き始め端、又は巻き終わり端を基点とするセパレーションの発生が防止される。

本発明において第２のベルト８は、適用リムへ組み付けて内圧充填した状態でのタイヤの軸を含む断面において、タイヤの軸から第２のベルト８の幅方向中央に至る径方向長さをＲｓとし、タイヤの軸から第２のベルト８の幅方向最外端に至る径方向長さをＲｅとし、径方向長さＲｓと径方向長さＲｅとの差をδとする場合に、０．００３＜δ／Ｒｓ＜０．０２の関係を満たすものである。

ここで径方向長さＲｓとは、タイヤの軸から第２のベルト８の幅方向中央（タイヤの赤道Ｓ）に位置する第２のコード８ａの中心までの距離であり、タイヤの赤道Ｓに第２のコード８ａが配設されていない場合は、この赤道Ｓに最も近いコードを指しているものとする。また径方向長さＲｅとは、タイヤの軸から第２のベルト８の幅方向最外側に位置する第２のコード８ａの中心までの距離であり、重なり部８ｂを有する場合には、この重なり部８ｂを除いて最も外側に位置するコードを指しているものとする。

一般にタイヤにはトレッド部にクラウンが設けられており、これにより第２のベルト８においては、幅方向中央での径方向長さＲｓが、幅方向最外端での径方向長さＲｅよりも長くなって、ベルトに周長差が生じる。ここで第２のコード８ａは、タイヤの赤道Ｓと平行に延在しており、特にスパイラル状に形成した際には、第２のベルト８はタイヤの周方向に伸びにくくなる。ベルトの周長差が大きくなると、タイヤが転動する際に、第２のベルト８と路面に挟まれるトレッドゴムには大きな剪断変形が発生し、これによりトレッドゴムに歪によるエネルギー損失が発生して転がり抵抗が大きくなることが憂慮されるが、上記の範囲を満足する場合にはベルトの周長差が十分小さくなり、タイヤの転がり抵抗を低減させることができる。一方、δ／Ｒｓが小さくなりすぎて第２のベルト８が極端に平坦な形状となると、サイドウォール部２がトレッド部３を押し付ける力によって、タイヤの接地面の幅方向外側端部では接地圧が極端に高くなり、偏摩耗性能が損なわれる懸念があるが、上記の範囲であれば偏摩耗の発生を効果的に抑制することができる。

トレッド部３は、適用リムへ組み付けて内圧充填した状態でのタイヤの軸を含む断面において、トレッド部３の外表面の曲率半径をＲｔとする場合に、このトレッド部３の幅方向中央に位置するセンター域３ａにおける曲率半径Ｒｔが、７００ｍｍ以上であることが好ましい。なお曲率半径Ｒｔの上限は無限大であり、これはタイヤの軸を含む断面において、センター域３ａの外形が直線になることを意味している。

ここでトレッド部３は、図１に示すタイヤの軸を含む断面において、タイヤの幅方向中央に位置するセンター域３ａと、センター部３ａの両外側に位置するショルダー域３ｂからなる。センター域３ａは、第２のベルト８の幅を１００％とする際に、タイヤの赤道Ｓを中心として左右均等配分となるように、トレッド部３の１０％〜９５％の範囲を占める領域であり、このときショルダー域３ｂは、トレッド部３の残りの部位となる、それぞれ４５％〜２．５％の範囲を占める領域である。なお第２のベルト８の幅とは、この第２のベルト８の幅方向両外側に位置する第２のコード８ａの中心間距離であり、重なり部８ｂを有する場合には、この重なり部８ｂを除いて最も外側に位置するコードの中心間距離を指しているものとする。またタイヤの諸性能を満足する為に、センター域３ａの範囲は６０％程度であることが好ましい。

トレッド３のセンター域３ａは、サイドウォール部２がトレッド部３を押し付ける力の影響をほとんど受けない為、センター域３ａにおける曲率半径Ｒｔを７００ｍｍ以上としてこの領域を平面に近づけることで、有利にタイヤの転がり抵抗を低減させることができる。なお曲率半径Ｒｔを１５００ｍｍ以上とする場合には、さらに有利にタイヤの転がり抵抗を低減させることができる。

表１に示す第１のベルト及び第２のベルトを備えた、図１の如き構造になる、サイズ１９５／６５Ｒ１５のタイヤ（カーカス層は１枚のカーカスプライを使用し、カーカスプライのコードはポリエチレンの撚り線を使用し、第１のベルトはタイヤの赤道に対する角度ｙが３０度であるスチールコードを使用し、第２のベルトはタイヤの赤道に対して平行に延びるスチール製のスパイラルコードを使用した。第１のベルトのコード打ち込み本数は、０．７２本／ｍｍであり、第２のベルトのコード打ち込み本数は、０．７２本／ｍｍであった。）を製造し、各タイヤにつき、転がり抵抗と偏摩耗性能について調査を行った。その結果を表１に併せて示す。

第１のベルト及び第２のベルトのコード打ち込み本数は、それぞれのベルトに配置したコードが延びる方向に対し、垂直にタイヤを切断して５０ｍｍあたりのコード本数を測定した。そしてこのコードの本数を５０で割って、１ｍｍあたりのコード本数に換算した。

タイヤの寸法（径方向長さＲｓ、差δ、曲率半径Ｒｔ）は、それぞれのタイヤをＪＡＴＭＡ規定の標準サイズのリム（本実施例においては６．０Ｊ）に組み付け、内圧１８０ｋＰａを加え、室温で１日以上放置した後に測定を行った。

転がり抵抗試験は、それぞれのタイヤを前記リムにリム組みして内圧２１０ｋＰａを加え、直径１．７ｍのドラムが鉄板の表面となるドラム試験機を用いて車軸の転がり抵抗力について調査を行った。このとき速度は８０ｋｍ／ｈであり、荷重は４．５２ｋＮであった。基準タイヤを１００として、表１にそれぞれの転がり抵抗力を指数表示した。数字が小さいほど性能が優れていることを示している。誤差を考慮しかつ市場優位性の観点から指数が９５以下であれば優位差があると判断する。指数が９０以下であれば、特に優れた効果を有する。

偏摩耗性能は、それぞれのタイヤを前記リムにリム組みして内圧２１０ｋＰａを加え、直径１．７ｍのドラムの表面を、摩耗を促すための被覆材で覆ったドラム試験機を用いて調査を行った。このとき速度は８０ｋｍ／ｈであった。タイヤへの入力は、フリーローリングを１０分間行った後に制動方向に０．１Ｇを加えて１０分間行い、これを繰り返し実施して５０００ｋｍ走行終了するまで継続した。トレッド部につき、タイヤの赤道に位置する部位（センター部）と接地端から１５ｍｍ内側に入った部位（ショルダー部）とで溝深さを測定し、走行前後での溝深さの差を摩耗量として各部位での摩耗量を算出した。センター部の摩耗量を基準とし、ショルダー部の摩耗量を比で算出して表１に示した。比が１に近いほど均一に摩耗しており、偏摩耗性能が優れていることを意味している。このとき摩耗量の比が１より大きい場合は、センター部よりもショルダー部で早く摩耗が進んでいることを意味しているが、特に比が２よりも大きければ著しく偏摩耗が進んでいることを示している。

その結果、δ／Ｒｓが０．０２以上でＲｔが７００ｍｍよりも小さいタイヤ（基準タイヤ）は転がり抵抗が大きく、またδ／Ｒｓ０．００３以下のタイヤ（比較タイヤ１）は偏摩耗が大きくなって性能を満足することができない。一方、δ／Ｒｓを０．００３より大きく０．０２よりも小さくし、Ｒｔを７００ｍｍ以上にしたタイヤ（適合タイヤ１〜５）は、転がり抵抗と偏摩耗性能を満足できることが確認された。特にＲｔを１５００ｍｍ以上にしたタイヤ（適合タイヤ３〜５）については転がり抵抗を大きく減少させることが可能となり、偏摩耗性能よりも転がり抵抗の向上を重視する際にはより好ましいことが確認された。

本発明によれば、タイヤの軽量化を図りつつ転がり抵抗を低減させるとともに偏摩耗性能にも優れた、新規な空気入りタイヤを安定的に供給できる。

１ ビード部
２ サイドウォール部
３ トレッド部
３ａ センター域
３ｂ ショルダー域
４ ビードコア
５ カーカス層
５ａ カーカスプライ
６ ベルト層
７ 第１のベルト
７ａ 第１のコード
８ 第２のベルト
８ａ 第２のコード
８ｂ 重なり部
Ｒｓ 幅方向中央に至る径方向長さ
Ｒｅ 幅方向最外端に至る径方向長さ
δ 径方向長さＲｓと径方向長さＲｅとの差
Ｒｔ 曲率半径
Ｓ タイヤの赤道

Claims (2)

1. トレッド部からサイドウォール部を経てビード部までトロイダル状に延在するカーカス層と、該カーカス層の外側に配置されるベルト層を備えた空気入りタイヤにおいて、
   前記カーカス層は、少なくとも１枚のカーカスプライからなり、
   前記ベルト層は、タイヤの赤道に対する角度を１５°〜７５°の範囲で傾斜させた第１のコードを１層のみ配置した第１のベルトと、タイヤの赤道と平行に延びる第２のコードを１層のみ配置した第２のベルトとを備え、
   前記第２のベルトは、適用リムへ組み付けて内圧充填した状態でのタイヤの軸を含む断面において、タイヤの軸から該第２のベルトの幅方向中央に至る径方向長さをＲｓとし、タイヤの軸から該第２のベルトの幅方向最外端に至る径方向長さをＲｅとし、該径方向長さＲｓと該径方向長さＲｅとの差をδとする場合に、０．００３＜δ／Ｒｓ＜０．０２の関係を満たし、
   前記トレッド部は、前記タイヤの軸を含む断面における該トレッド部の外表面の曲率半径をＲｔとする場合に、該トレッド部のセンター域における該曲率半径Ｒｔが７００ｍｍ以上であることを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記第１のコード及び前記第２のコードは、ともにスチール製である請求項１に記載の空気入りタイヤ。

Images