JP6042957B2 - 乗用車用空気入りラジアルタイヤ - Google Patents
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Description
ラジアルカーカスを適用したタイヤは、バイアスタイヤに比較してタイヤクラウン部の剛性が高いため、耐偏磨耗性に優れている。また、クラウン部の剛性が高く、タイヤ構成部材間での動きの伝播が抑制されるため、転がり抵抗が小さくなる。このため、燃費がよく、コーナリングパワーも高いという特徴がある。
また、タイヤの幅広化によって、タイヤの接地面積を増加させて、コーナリングパワーを増大させることができる。
近年、環境問題への関心の高まりにより、低燃費性への要求が厳しくなってきている。特に、将来に向けて実用化されつつある電気自動車は、タイヤ車軸回りにタイヤを回転させるトルクを制御するためのモーターなどの駆動部品を収容するスペースの確保が必要となることから、タイヤ回りのスペース確保の重要性は高まりつつある。
さらに、本発明は、かような電気自動車用タイヤの耐偏磨耗性を向上させることも目的とする。
その結果、ラジアルタイヤにおいて、タイヤの断面幅Wと外径Lとを適切な比の下に規制することが低燃費性及び居住性の向上に極めて有効であることを見出した。
また、発明者は、さらに上記の比の下に規制したラジアルタイヤの、タイヤの耐偏磨耗性及び最大コーナリングフォース、コーナリングパワーを向上させるべく鋭意検討を重ねたところ、上記の比の規制と共に、ラジアルタイヤのリング剛性を高めることによって、タイヤの耐偏磨耗性の低下を抑制することができることを知見した。
(1)一対のビード部間でトロイダル状に跨る、ラジアル配列コードのプライからなるカーカスのタイヤ径方向外側に1層以上のベルト層からなるベルト、トレッドを順に備えた、乗用車用空気入りラジアルタイヤであって、
前記タイヤの断面幅Wと外径Lとの比W/Lが0.22以上0.25以下であり、
前記ベルトとトレッドとの間に、高剛性のベルト補強層を有し、
前記ベルト層は、タイヤ周方向に対して、50°〜70°の角度で傾斜して延びるベルトコードからなり、層間で前記ベルトコードが互いに交差する、複数の傾斜ベルト層であり、
前記タイヤの扁平率は、50以上80以下であることを特徴とする、乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
X=Y×n×m
と定義するとき、
X≧750
であることを特徴とする、上記(1)又は(2)に記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
(6)前記タイヤのタイヤサイズは、155/55R21、165/55R21、155/55R19、155/70R17、165
/55R20、165/65R19、165/70R18、175/55R21、165/55R19、165/70R17、175/55R20、175/65
R19、175/80R18、185/55R21、155/50R21、145/50R19、145/55R19、145/60R18のいずれかである、上記(1)〜(5)のいずれか1つに記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
(7)前記タイヤは、リム径が17インチ以上である、上記(1)〜(6)のいずれか1つに記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
(8)前記ベルト補強層のコードのヤング率は15〜30GPaである、上記(1)〜(7)のいずれか1つに記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
(9)前記ベルト補強層のコードの打ち込み数は、40〜60(本/50mm)である、上記(1)〜(8)のいずれか1つに記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
(10)前記ベルト補強層のコードの繊度は、1500〜1800dtexである、上記(1)〜(9)のいずれか1つに記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
(11)前記ベルトの面外曲げ剛性は、6N/mm以上である、上記(1)〜(10)のいずれか1つに記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
(12)前記ベルトのコードの引張り強さは、1255kPa以上である、上記(1)〜(11)のいずれか1つに記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
まず、発明者は、図1に示すように、ラジアルタイヤの断面幅Wに着目し、この断面幅Wを従前に比し狭くすることによって、図2に示すように、車両スペースの確保が可能であること、特にタイヤの車両装着内側近傍に駆動部品の設置スペースが確保されることを知見した。
さらに、タイヤ断面幅Wを狭くすると、タイヤを前方から見た面積(以下、前方投影面積と称する)が減少するため、車両の空気抵抗値が低減されるという効果がある。
しかしながら、接地部分の変形が大きくなるため、同じ空気圧の場合、タイヤの転がり抵抗値が大きくなるという問題がある。
以下、比W/Lの好適範囲を導出するに至った試験結果について、詳しく説明する。
供試タイヤとして、慣例に従い、図3に示すような、一対(図3では片側のみ)のビードコア1間をトロイダル状に跨り、ラジアルに配列した、カーカス2を備えた乗用車用空気入りラジアルタイヤを、タイヤサイズを変えて複数試作した。
なお、タイヤサイズに関しては、JATMA(日本のタイヤ規格)、TRA(アメリカのタイヤ規格)ETRTO(欧州のタイヤ規格)等の従来の規格に捉われずに、これらの規格外のタイヤサイズも含めて、幅広く検討した。
ここで、図示例のタイヤにおいて、カーカス2は有機繊維で構成され、カーカス2のクラウン部のタイヤ径方向外側には複数の、図示例では2層のベルト層からなるベルト3、トレッド4が順に配置されている。図示例の2層のベルト層は、タイヤ赤道面CLに対して20〜40°の角度で傾斜した、傾斜ベルト層であり、層間でベルトコードが交差する配置となっている。また、ベルト層のタイヤ径方向外側には、タイヤ赤道面CLに沿って延びるコードのゴム引き層からなるベルト補強層5が配置されている。
図示例では、ベルト補強層5はナイロンからなる、ヤング率3.2GPa、繊度1400dtexのコードで構成され、打ち込み数は50(本/50mm)である。
なお、ヤング率は、タイヤ周方向に対するヤング率を意味し、JIS L1017 8.5 a) (2002)にて試験を行い、JIS L1017 8.8(2002)に準拠して求めるものである。
さらに、トレッド4には、複数の、図示例で半部に1つのタイヤ周方向に延びる主溝6が設けられている。
以上のタイヤ構造を基本として、種々の断面幅及び外径のタイヤを多数試作した。
また、試験の評価基準となる従来タイヤとして、上記の慣例に従う構造を有する、タイヤサイズ175/65R15のタイヤを用意した。このタイヤサイズのタイヤは、最も汎用的な車両で使用され、タイヤ性能を比較するのに最も適している。
ここで、各タイヤの諸元を表1に示す。
<空気抵抗値(Cd値)>
実験室にて、上記各タイヤを排気量1500ccの車両に装着し、100km/hに相当する速度で送風したときの空気力を車輪下にある床置き天秤を用いて測定し、従来タイヤを100とする指数によって評価した。数値が小さいほど空気抵抗は小さい。
<転がり抵抗値(RR値)>
上記各タイヤをリムに組み付け、空気圧220kPa、負荷荷重3.5kN、ドラム回転速度100km/hの条件にて転がり抵抗を測定した。
評価結果は、従来タイヤを100とする指数にて示した。この指数値が小さいほど転がり抵抗が小さいことを意味する。
各試験結果を表2と図4に示す。
JOC8モード走行による試験を行った。評価結果は、従来例タイヤの評価結果を100とした指数で表し、指数が大きい方が、燃費が良いことを表している。
<居住性>
1.7m幅車両にタイヤを装着した際のリアトランク幅を計測した。評価結果は、従来例タイヤの評価結果を100とした指数で表し、指数が大きい方が、居住性が良いことを表している。
試験結果を以下の表3に示す。
発明者は、斯くの如くして、乗用車用空気入りラジアルタイヤにおいて、比W/Lを0.25以下とすることで、車両の居住性を向上させつつ、車両の空気抵抗値及びタイヤの転がり抵抗値を共に低減して、燃費性を向上させることができることを見出したものである。
試験項目は、図3に示す構造を有する上記供試タイヤ1及び7と従来タイヤに対し、耐偏磨耗性及びコーナリングパワー、最大コーナリングフォースを評価した。各試験の評価方法は、以下の通りである。
<耐偏磨耗性>
上記各タイヤの内圧を220kPaとした。それからタイヤに荷重3.5kNをかけ、80km/hの速度で30000km走行させるドラム試験を行った。
耐偏磨耗性の評価は、上記ドラム走行後のトレッド中央部とトレッド端部との磨耗量の差を求めることにより行い、従来タイヤにおける耐偏磨耗性を100とした指数で表す。当該指数は小さいほど耐偏磨耗性に優れている。
<コーナリングパワー>
フラットベルト式コーナリング試験機において、内圧220kPa、荷重3.5kN、速度100km/hで測定を行った。
コーナリングパワーは、従来タイヤにおけるコーナリングパワーを100として指数で評価した。当該指数が大きいほどコーナリングパワーが大きく好ましい。
<最大コーナリングフォース>
フラットベルト式コーナリング試験機において、内圧220kPa、荷重3.5kN、速度100km/hで、スリップ角を1°として測定を行った。
最大コーナリングフォースは、従来タイヤにおける最大コーナリングフォースを100として指数で評価した。当該指数が大きいほど最大コーナリングフォースが大きく好ましい。
以下の表4に評価結果を示す。
以下、供試タイヤ1及び7と従来例タイヤの接地形状の変化を評価する試験について述べる。
I=t1/t2×100
として定義する。指数は小さいほど接地形状の変化が大きいことを示す。
供試タイヤ1及び7と従来例タイヤについて、上記の接地形状変化指数を求める試験を行った。評価は、スリップ角を4°として、規定リムにリム組みし、規定内圧とした各タイヤに荷重350kgを負荷し、時速3km/hで走行させた際の接地形状を計測して、上記t1、t2を求めることによって行った。
以下の表5に評価結果を示す。
そこで、次に、比W/Lが0.25以下のラジアルタイヤにおいて、接地形状変化を抑制することによって、耐偏磨耗性、コーナリングパワー、最大コーナリングフォースを向上させるためのタイヤ構造について説明する。
以下、図面を参照して、耐偏磨耗性、コーナリングパワー、最大コーナリングフォースの向上を実現するための具体的なタイヤ構造について詳細に説明する。
図7(a)に示すタイヤの図3のタイヤとの違いは、ベルト補強層7が、高剛性の層となっている点である。また、図7(b)に示すタイヤは、高剛性のベルト補強層7が複数層、図示例で2層の構造である。
これに対し、高剛性のベルト補強層を有する本発明のタイヤによれば、タイヤのリング剛性が向上して、タイヤ周方向の変形が抑制されることとなるため、ゴムの非圧縮性により、タイヤ幅方向の変形も抑制される。
従って、路面からのタイヤ幅方向の入力に対して、図5(b)に示すように、接地面が周方向の広域にわたって変形することになるため、接地面は略台形状、すなわち、タイヤ幅方向の位置による周方向の接地長の変化が小さい形状となる。
よって、本発明によって、路面からのタイヤ幅方向の入力に対する接地形状の変化が小さいタイヤを実現できる。
ここで、「ベルト補強層が高剛性」とは、ベルト補強層に用いるコードの上述の評価方法に基づくヤング率をY(GPa)、打ち込み数をn(本/50mm)とし、ベルト補強層をm層として、X=Y×n×m
と定義するとき、このパラメータXが従前の比W/Lが0.25より大きいタイヤにおいて一般的に用いられるコードのヤング率、打ち込み数及びベルト補強層の層数から計算されるパラメータX対比で高いことを意味する。
また、「リング剛性が向上する」とは、当該高剛性のベルト補強層を有することにより、タイヤ周方向の剛性が大きくなることをいう。
なお、従前の比W/Lが0.25より大きいタイヤのベルト補強層において一般的に用いられるコードのヤング率、打ち込み数、及びベルト補強層の層数から定義されるパラメータXの範囲は150〜300程度である。
また、コードをタイヤ周方向に螺旋巻回した場合の打ち込み数とは、タイヤ幅方向断面図でみたときの打ち込み数をいう。
なぜなら、750未満だと、タイヤのリング剛性を向上させる効果が十分に得られないからであり、一方1000以上とすることで、踏面からの入力がタイヤ反直下まで伝播し、環状のベルトが全体的に変形するようになることで、踏面近傍の局所変形を最小化できるからである。
また、上記のパラメータXは1500以下であることが好ましい。
なぜなら、パラメータXが1500より大きいと、タイヤ周方向の剛性が高くなりすぎて、後述するコーナリングフォース低下の問題を生じるからである。
また、コードは、繊度1500〜1800dtexのケブラーなどの有機繊維等を用いることが好ましい。
なお、表6において、ベルト補強層に用いるコードはタイヤ周方向に螺旋巻回され、打ち込み数は、50(本/50mm)である。
また、表7から、パラメータXが1000以上の場合に、特に耐偏磨耗性に優れることがわかる。
発明者は、接地形状の変化について、さらに鋭意究明を重ねたところ、後述の通り、図7(a)(b)に示す構造を有するタイヤは、直進転動時の接地面の幅方向中央部の接地長tcが小さくなっていることを見出し、このことにより、接地長の二乗にほぼ比例するコーナリングフォースが小さくなり、コーナリングパワーも低下していることを知見した。
以下の表8に、各供試タイヤに対し、直進転動時の接地形状の計測装置を用いて、上記接地長tcを求め、従来タイヤを100とした指数で評価した結果を示す。指数は大きい方が優れている。
すなわち、接地形状の変化を抑制するためのタイヤ周方向の剛性を専らベルト補強層に担わせることにより、接地形状の変化を抑制しつつも、直進転動時の接地長tcの減少を抑制することができ、耐偏磨耗性やコーナリングフォース、コーナリングパワーの低下を抑制することができることを導いたものである。
以下、このタイヤ構造について説明する。
図8(a)(b)に示すタイヤの図7(a)(b)のタイヤとの違いは、ベルト層8がタイヤ周方向に対して高角度に傾斜している点である。
これにより、上述の通り、高強度のベルト補強層により、リング剛性を高めて、接地形状の変化を抑制しつつも、ベルト層をタイヤ周方向に高角度に傾斜させることによって、タイヤ周方向の面外曲げ剛性を低下させて、踏面変形時のゴムのタイヤ周方向の伸びを増大させ、接地長の減少を抑制することができる。
ここで、「高角度」とは、具体的には、タイヤ周方向に対して50°〜70°の角度で傾斜していることをいう。50°未満だと周方向の面外曲げ剛性を低減させる効果が不十分となり、接地長が低下してしまい、一方で、70°より大きいとタイヤ幅方向のせん断剛性が低下してしまうからである。
図9(a)に示す構造を有するタイヤを複数試作し、タイヤの諸性能を評価する試験を行った。各タイヤの諸元を表9に示し、評価結果を表10に示す。
なお、表9中、「傾斜角度」とは、ベルト層のタイヤ周方向に対する傾斜角度のことである。
なお、ベルト補強層に用いたコードはタイヤ周方向に螺旋巻回され、打ち込み数は50(本/50mm)である。
ここで、面外曲げ剛性は、以下のように定義する。
すなわち、図9(a)に示すように、ベルトをタイヤ周方向に200mm、タイヤ幅方向25mmの矩形となるようにカットしたサンプルDをつくる。
次いで、図9(b)に示すように、カットしたベルトを支持部材9で支持する。この状態で、矩形の面に垂直な方向から押板(図示せず)によりサンプルDの中央を押圧する。
このときのサンプルDにおける、支持部材9による支持点P、Q間の距離を160(mm)、押圧の力をF(N)、サンプルのたわみ量をA(mm)とする。
ここで、図9(c)に示すように、面外曲げ剛性(N/mm)を、実験的に得られた荷重−たわみ量線図(F−A線図)で、たわみ量が5(mm)となる点における接線の傾きa(N/mm)と定義する。
このとき、上記のベルトにおいては、面外曲げ剛性は、6N/mm以上であることが好ましい。
また、ベルトに用いる部材は、タイヤの内圧や突起入力等に耐えうる強度が求められるため、JIS Z 2241(1998)で定義される引張り強さが大きい部材であることが好ましい。
具体的には、JIS Z 2241で定義される引張り強さが1255kPa以上であることが好ましい。
2 カーカス
3、8 ベルト
4 トレッド
5、7 ベルト補強層
6 周方向主溝
9 支持部材
P 平面上の1点
Q 平面上の1点
R 2点間距離(mm)
A 押し込み量(mm)
D サンプル
W タイヤ断面幅
L タイヤ外径
S 接地面
O 接地面幅方向中央部
t、t1、t2 接地長
w 接地幅
Y ヤング率
n 打ち込み数
m ベルト補強層の層数
X 補強層の剛性の高さを示すパラメータ
Claims (12)
- 一対のビード部間でトロイダル状に跨る、ラジアル配列コードのプライからなるカーカスのタイヤ径方向外側に1層以上のベルト層からなるベルト、トレッドを順に備えた、乗用車用空気入りラジアルタイヤであって、
前記タイヤの断面幅Wと外径Lとの比W/Lが0.22以上0.25以下であり、
前記ベルトとトレッドとの間に、高剛性のベルト補強層を有し、
前記ベルト層は、タイヤ周方向に対して、50°〜70°の角度で傾斜して延びるベルトコードからなり、層間で前記ベルトコードが互いに交差する、複数の傾斜ベルト層であり、
前記タイヤの扁平率は、50以上80以下であることを特徴とする、乗用車用空気入りラジアルタイヤ。 - 前記比W/Lは、0.24以下であることを特徴とする、請求項1に記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
- 前記ベルト補強層は、タイヤ周方向に延びるコードのゴム引き層からなり、前記コードのヤング率をY(GPa)、打ち込み数をn(本/50mm)とし、前記ベルト補強層をm層として、
X=Y×n×m
と定義するとき、
X≧750
であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。 - タイヤのエアボリュームは、15000cm3以上であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
- 前記タイヤの断面幅Wは、145mm以上である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
- 前記タイヤのタイヤサイズは、155/55R21、165/55R21、155/55R19、155/70R17、165/55R20、165/65R19、165/70R18、175/55R21、165/55R19、165/70R17、175/55R20、175/65R19、175/80R18、185/55R21、155/50R21、145/50R19、145/55R19、145/60R18のいずれかである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
- 前記タイヤは、リム径が17インチ以上である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
- 前記ベルト補強層のコードのヤング率は15〜30GPaである、請求項1〜7のいずれか一項に記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
- 前記ベルト補強層のコードの打ち込み数は、40〜60(本/50mm)である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
- 前記ベルト補強層のコードの繊度は、1500〜1800dtexである、請求項1〜9のいずれか一項に記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
- 前記ベルトの面外曲げ剛性は、6N/mm以上である、請求項1〜10のいずれか一項に記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
- 前記ベルトのコードの引張り強さは、1255kPa以上である、請求項1〜11のいずれか一項に記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
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