JPH10287106A - 空気入りタイヤ - Google Patents

空気入りタイヤ

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JPH10287106A
JPH10287106A JP9099301A JP9930197A JPH10287106A JP H10287106 A JPH10287106 A JP H10287106A JP 9099301 A JP9099301 A JP 9099301A JP 9930197 A JP9930197 A JP 9930197A JP H10287106 A JPH10287106 A JP H10287106A
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    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60CVEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C11/00Tyre tread bands; Tread patterns; Anti-skid inserts
    • B60C11/0083Tyre tread bands; Tread patterns; Anti-skid inserts characterised by the curvature of the tyre tread

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Tires In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 操縦安定性と耐摩耗性とを向上する。 【解決手段】 タイヤ子午断面におけるトレッド表面の
輪郭線Lが、タイヤ赤道点PCからトレッド縁Eに向か
って曲率半径が連続的に減じる関数を用いたトレッド曲
線FLからなり、かつタイヤ断面巾Wと、タイヤ断面高
さHとの比(H/W)である扁平率が55%以下の空気
入りタイヤである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、操縦安定性と耐摩
耗性とを向上しうる空気入りタイヤに関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】空気
入りタイヤ、とりわけ乗用車用空気入りタイヤは、近年
の乗用車の高出力化、高速化に伴い、例えば55%以下
の低扁平化が進む傾向にあり、また、タイヤ子午断面に
おけるトレッド部外面輪郭は、曲率半径の異なる2種又
は3種の円弧を接続して形成することが行われている。
【0003】一般に、高速直進時の操縦安定性を向上す
るためには、トレッド中央部の円弧の曲率半径を大きく
すること、つまりフラット化することが望ましい。とこ
ろが、トレッド部をフラット化すると、トレッドのショ
ルダ部において、タイヤ赤道点を通るタイヤ軸方向線
と、トレッド表面とのタイヤ半径方向距離であるキャン
バー量が小さくなるため、旋回時の横力やホイールアラ
イメントによるキャンバー角などの影響により、前記シ
ョルダ部が強く路面に押しつけられるため偏摩耗が発生
しやすく、かつキャンバー角付加時の高速耐久性が損な
われるという問題がある。
【0004】従来、このような問題を防止するべく、特
に前記低扁平のタイヤにおいては、トレッドの中央部は
約1000mmないしそれ以上の曲率半径を有する円弧で
構成する一方、ショルダ部は、例えば200〜300mm
といった小さい曲率半径の円弧を採用することにより、
ショルダ部においてキャンバー量を確保し、高速直進時
の操縦安定性、耐偏摩耗性能、旋回性能などをバランス
させることが行われている。
【0005】本発明者は、タイヤの接地面内の圧力分布
を詳細に測定することができる装置を用いて、前記低扁
平のタイヤの接地圧分布を調べたところ、前記トレッド
の中央部の円弧とショルダ部の円弧との境界付近に、接
地圧が高い部分があることを突き止めた。また、このよ
うな接地圧が高い部分は、キャンバー角に拘わらず同じ
位置で存在していることも判った。
【0006】この現象は、トレッド部外面で隣り合う円
弧の曲率半径が大きく変化するために生じていると考え
られる。そこで、本発明者は、トレッド部外面の輪郭
が、トレッドの中央部からショルダ部にかけて曲率半径
が徐々に小さくなる幾何曲線で形成されるようトレッド
部をバフ研磨し、前記同様に接地圧を調べたところ、接
地圧が均一化していることを見出し本発明を完成させ
た。
【0007】以上のように、本発明は、タイヤ子午断面
におけるトレッド表面の輪郭線を、タイヤ赤道点からト
レッド縁に向かって曲率半径が連続的に減じる関数を用
いたトレッド曲線から構成することを基本とし、接地圧
分布の均一化を図り、ひいては操縦安定性と耐摩耗性と
を向上しうる空気入りタイヤを提供することを目的とし
ている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のうち請求項1記
載の発明は、タイヤ子午断面におけるトレッド表面の輪
郭線が、タイヤ赤道点からトレッド縁に向かって曲率半
径が連続的に減じる関数を用いたトレッド曲線からな
り、かつタイヤ断面巾Wと、タイヤ断面高さHとの比
(H/W)である扁平率が55%以下の空気入りタイヤ
である。
【0009】また請求項2記載の発明は、前記関数は、
サイクロイド関数又は楕円関数であることを特徴とす
る。
【0010】また請求項3記載の発明は、前記サイクロ
イド関数は、エピサイクロイド関数であって、前記タイ
ヤ赤道点を原点とし、タイヤ赤道点からトレッド縁に向
かうタイヤ軸方向をX軸、トレッド面のキャンバー方向
をY軸とした座標において、タイヤ赤道点からのタイヤ
軸方向の距離Xと、その距離Xにおけるトレッド面のキ
ャンバー量Yとが、それぞれ次式の関数により表示され
ることを特徴としている。 X=(r+R)cosθ+R・cos{(k+1)θ−
(π/2)k} Y=A・[r+2R−(r+R)・sinθ−R・si
n{(k+1)θ−(π/2)k}] (但し、Aは定数、Rはエピサイクロイド関数の転がり
円の半径、rはエピサイクロイド関数の基礎円の半径、
k=r/R、θは転がり円の中心と基礎円の中心とを結
ぶ線が、X軸となす角度である。)
【0011】また請求項4記載の発明は、タイヤ子午断
面におけるトレッド表面の輪郭線が、タイヤ赤道点から
トレッド縁に向かって曲率半径が連続的に減じる関数を
用いたトレッド曲線からの誤差が1/100(mm)以内
になるような複数の円弧の連結体で近似的に形成され、
しかもタイヤ断面巾Wと、タイヤ断面高さHとの比(H
/W)である扁平率が55%以下の空気入りタイヤであ
る。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を乗
用車用の空気入りタイヤを例示した図面に基づき説明す
る。図1には、リムJにリム組みされかつ使用内圧を充
填した標準状態のタイヤ子午断面(右半分)を示してい
る。リムJには、JIS、JATMAなどの規格適用リ
ムを好ましく採用できる。
【0013】図において、空気入りタイヤは、ビードコ
ア2を有する一対のビード部3と、各ビード部3から半
径方向外方にのびるサイドウォール部4と、その半径方
向外方端間を継ぐトレッド部5とを具え、本例では、タ
イヤ断面巾Wに対するタイヤ断面高さHの比(H/W)
である扁平率を55%以下、本例では45%とした乗用
車用のラジアルタイヤとして形成される。
【0014】又空気入りタイヤは、前記トレッド部5か
らサイドウォール部4をへてビード部3のビードコア2
で折り返されたカーカス6と、このカーカス6の半径方
向外側かつトレッド部5の内方には強靱なベルト層7が
配される。
【0015】前記カーカス6は、1枚以上、本例では1
枚のカーカスプライからなり、該カーカスプライは、ナ
イロン、ポリエステル、レーヨン、芳香族ポリアミドな
どの有機繊維からなるカーカスコードを、タイヤ赤道C
に対して70〜90度の角度で傾けて配列されている。
【0016】前記ベルト層7は、本例ではスチールコー
ドをタイヤ赤道Cに対して10〜35度の角度で配列し
た少なくとも1枚以上、本例では内外2枚のベルトプラ
イ7A、7Bから形成され、各ベルトプライ7A、7B
は、コードがプライ間相互で交差するように向きを違え
て配される。また、ベルトコードには、例えばレーヨ
ン、芳香族ポリアミド等の高弾性の有機繊維コードも必
要に応じて用いることができる。
【0017】なお前記ベルト層7の半径方向外側には、
ベルト層7の少なくとも軸方向外端部を覆うことによ
り、高速走行に伴うベルト層7のリフティングを抑制す
るバンド層9などを設けることが望ましい。なおバンド
層9は、低弾性の有機繊維コードをタイヤ赤道Cに対し
て0〜5度の小角度で配列するものが好ましい。
【0018】そして本発明の空気入りタイヤは、リム組
みし使用内圧を充填したタイヤ子午断面において、トレ
ッド表面の輪郭線Lが、タイヤ赤道点PCからトレッド
縁Eに向かって曲率半径が連続的に減じる関数を用いた
トレッド曲線FLから形成されることを特徴としてい
る。
【0019】このように曲率半径が連続的に減じる関数
を用いたトレッド曲線にてトレッド表面の輪郭線Lを形
成することにより、円弧の曲率半径が大きく変化する箇
所を無くし、直進、旋回時さらにはキャンバ角が付加さ
れたいずれの状態においても、接地面の圧力分布を均一
化するのに役立ち、直進時および旋回時の操縦安定性が
向上するとともに、耐摩耗性を高めることができる。な
お、トレッド縁Eは、トレッド部の軸方向外端とする
が、ショルダ部がラウンドしているような場合には、タ
イヤをリム組みして正規の内圧を充填し、規格最大荷重
の88%の荷重を負荷して接地するトレッド接地端の位
置として定めることもできる。
【0020】前記関数は、例えばサイクロイド関数又は
楕円関数などを好ましく採用することができ、特にサイ
クロイド関数の中でも、1つの基礎円の円周上の外側を
転がる転がり円に固定された点の軌跡であるエピサイク
ロイド関数(曲線)を好ましく用いることができる。
【0021】以下、トレッド曲線FLに各関数を用いた
場合をタイヤサイズ235/45R17であり、かつタ
イヤ赤道点PCからタイヤ軸方向外側に距離50mmを隔
てるトレッド表面上の第1の点P1でキャンバー量YC
を1.3mm、またタイヤ赤道点PCからタイヤ軸方向外
側に距離100mmを隔てるトレッド縁Eの位置でキャン
バー量YEを7.6mmとして設定された空気入りタイヤ
に適用した場合を例に挙げて説明する。
【0022】先ず、楕円関数について説明する。図2に
示すように、原点Oを中心とする長径2a、短径2bの
楕円の方程式は数1で示すことができる。
【数1】
【0023】そして、この楕円関数を、タイヤ子午断面
においてトレッド表面の輪郭線Lが、タイヤ赤道点PC
からトレッド縁Eに向かって曲率半径が連続的に減じ、
またタイヤ軸方向外側に向かうにつれてキャンバー量が
大きくなるトレッド曲線FLとするべく、先ず、前記タ
イヤ赤道点PCを原点とし、タイヤ赤道点PCからトレ
ッド縁Eに向かうタイヤ軸方向をX軸、トレッド面のキ
ャンバー方向をY軸とした座標に置き換える。
【0024】そして、トレッド曲線FLは、前記キャン
バー量の設定により2つの座標(50、1.3)、(1
00、7.6)を通るものであるから、前記a,b値を
求めると数2で示す関数となり、また図3に示す曲線と
なる。
【数2】
【0025】この曲線のうち、X値が0〜100までの
区間をトレッド曲線FLとし、トレッド表面の(右半分
の)輪郭線として用いることができ、好ましくは又本例
では左右対称に形成している。
【0026】また、この例の場合のトレッド曲線FLに
おいてキャンバー量(mm)と、タイヤ赤道点PCからの
タイヤ軸方向の位置(mm)との関係は概ね表1に示すよ
うになる。
【0027】
【表1】
【0028】次に、エピサイクロイド関数について説明
する。エピサイクロイド関数(曲線)は、図4に示すよ
うに、x−y座標の原点0に中心を有する基礎円cの外
周をすべることなく転がる転がり円dの外周上の定点N
の軌跡であり、転がり円dの中心と基礎円の中心とを結
ぶ線がX軸となす角度θと、転がり円dの外周上の定点
Nと該転がり円の中心とを結ぶ線がx軸となす角度θ’
とを媒介変数とすると次の数3で表すことができる。
【数3】
【0029】また、転がり円dと基礎円cとはすべりが
生じないために、各円の移動円弧の長さの釣り合いより
数4が、また角度αとθとの間には数5が成立する。な
おθ、θ′は、図4においてx軸と平行な基準線に対し
左回りを正とする。
【数4】
【数5】
【0030】数4と数5とを連立して解くと、θ’は数
6となり、これを数3に代入すると数7が得られる。
【数6】
【数7】
【0031】そして、このエピサイクロイド関数を、タ
イヤ子午断面においてトレッド表面の輪郭線Lが、タイ
ヤ赤道点PCからトレッド縁Eに向かって曲率半径が連
続的に減じ、またタイヤ軸方向外側に向かうにつれてキ
ャンバー量が大きくなるトレッド曲線FLとするべく、
先ず、前記タイヤ赤道点PCを原点とし、タイヤ赤道点
PCからトレッド縁Eに向かうタイヤ軸方向をX軸、ト
レッド面のキャンバー方向をY軸とした座標に適用す
る。
【0032】また、トレッド部のキャンバー量Yは、前
記数7を用いて表すと、数8で表すことができる。ただ
し、Aは定数である。
【数8】
【0033】そして、前記関数においてx=50のと
き、前記キャンバー量Yは1.3、同様にx=100の
ときキャンバー量Yは7.6となるものであるから、k
を任意に定め、本例では0.4としこれらを数7、数8
に代入して前記A、r、Rを求めると数9に示すトレッ
ド曲線を特定する関数及び図5に示すトレッド曲線をう
る。
【数9】
【0034】そして、このエピサイクロイド関数を基に
したトレッド曲線FLから、トレッド表面の輪郭線L
が、タイヤ赤道点PCからトレッド縁Eに向かって曲率
半径が連続的に減じることとなる領域(X=0〜10
0)を抽出することができる。この場合のキャンバー量
(Y(mm))とタイヤ軸方向の位置X(mm)との関係を
表2に示す。なお、前記kの値は、任意に定めることが
できる。
【表2】
【0035】次に、サイクロイド関数について説明す
る。サイクロイド関数は、図6に示すように、定直線i
をすべることなく転がる転がり円hの円周上の定点Nが
描く軌跡を特定するもので、転がり円hの半径をr、定
点Nと転がり円hの中心とを結ぶ線分がy軸となす角度
をθとし、図6の座標系においては、次の数10で表す
ことができる。
【数10】
【0036】そして、このサイクロイド関数を、タイヤ
子午断面においてトレッド表面の輪郭線Lが、タイヤ赤
道点PCからトレッド縁Eに向かって曲率半径が連続的
に減じ、またタイヤ軸方向外側に向かうにつれてキャン
バー量が大きくなるトレッド曲線とするが、トレッド部
のキャンバー量Yが、前記値を満たすようにyについて
の式を変形すると、数11のようになる。
【数11】
【0037】そして、前記関数においてx=50のと
き、前記キャンバー量Yは1.3、同様にx=100の
ときキャンバー量Yは7.6となるものであるから、こ
れらを数10、数11に代入して前記A、rを求めると
数12に示すような曲線を特定する関数及び図7に示す
ようなトレッド曲線が得られる。
【数12】
【0038】そして、このサイクロイド関数を基にした
トレッド曲線FLにおいてはキャンバー量Y(mm)とタ
イヤ軸方向の位置X(mm)との関係を表3に示す。
【0039】
【表3】
【0040】以上それぞれの関数を用いたトレッド曲線
FLについて説明したが、前記キャンバー量Yはタイヤ
サイズに応じて種々設定することができる。例えば、上
記の例では、図1に示す如く、タイヤ赤道Cからトレッ
ド縁Eまでのタイヤ軸方向距離であるトレッド半巾(T
W/2)とトレッド縁Eでのキャンバー量YEとの逆正
接tan-1(2YE/TW)が、現実のキャンバー角に
対応しうるよう、3〜5°本例では約4°となるように
設定している。
【0041】また、タイヤ赤道Cからタイヤ軸方向にト
レッド半巾(TW/2)の1/2の距離(TW/4)を
隔てるトレッド表面の位置の前記距離(TW/4)と、
キャンバー量YCとの逆正接tan-1(4YC/TW)
が1〜2°となるように設定することができる。
【0042】以上、トレッド曲線FLに関数を利用して
連続的に曲率半径を減じたものについて説明したが、図
8に示すように、タイヤ子午断面におけるトレッド表面
の輪郭線Lが、タイヤ赤道点PCからトレッド縁Eに向
かって曲率半径が連続的に減じる関数を用いたトレッド
曲線からの誤差が1/100(mm)以内になるような複
数個、本例ではトレッド縁E、E間を7つの円弧の連結
体で近似的に形成することもできる。
【0043】これは、タイヤの加硫金型を製作する際の
加工精度を考慮に入れたもので、関数により得られたト
レッド曲線と物理的に完全同一の金型プロファイル、ひ
いてはタイヤプロファイルでなくとも、関数により得ら
れたトレッド曲線と実質的に同一の作用効果を期待でき
るプロファイルを得るための近似手法として効果があ
る。
【0044】この例によれば、トレッド表面を成形する
加硫金型の製作が容易かつ安価となる点で好ましいもの
とする。なお、このような金型の製作容易と、接地圧の
均一性とを両立すべく、前記分割数は7以上18以下と
するのが好ましい。
【0045】
【実施例】タイヤサイズが235/45R17として、
トレッド表面の輪郭線を前記エピサイクロイド関数を用
いた数9のトレッド曲線で形成したタイヤ(実施例
1)、及びトレッド表面の輪郭線を前記楕円関数を用い
た数2のトレッド曲線で形成したタイヤ(実施例2)を
試作した。
【0046】また、トレッド表面の輪郭線が、トレッド
中央部のクラウン円弧部分Rcと、その両側のミディア
ム円弧部分Rmと、さらにその両側のショルダ円弧部分
Rsとを連結してなる3種類の円弧の連結体で形成され
たタイヤ(従来例)についても併せて試作し性能を評価
した。なお各円弧の曲率半径は次の通りである。 クラウン円弧の曲率半径=1100mm、 ミディアム円弧の曲率半径=400mm、 ショルダ円弧の曲率半径=100mm、 キャンバー量(x=50のとき、1.3mm、x=100
のとき7.6mm)
【0047】そして、各タイヤを17×8JJのリムに
リム組みし、内圧230KPa、荷重400kgf 、キャ
ンバー角をそれぞれ0°、4°の状態で接地させ、接地
面の圧力分布を調べた。
【0048】図9、10には、接地面のフットプリント
を示し、ハッチング部分が接地圧5.0kgf/cm2 以上の
箇所を示している。また、図11には、全接地面に占め
る接地圧の分布を示している。
【0049】図9、10から明らかなように、実施例の
タイヤは、接地圧5.0kgf/cm2 以上の領域が従来例に
比べて少なく、さらに、図11に示すように実施例では
いずれも最も度数の高い接地圧が4.75kgf/cm2 であ
り、5.25kgf/cm2 の従来例に比べると0.5kgf
/cm2 も低いため、偏摩耗の発生を抑制しうることが期
待できる。
【0050】次に、実施例1のタイヤを排気量2500
ccターボチャージャ付きの国産FR車に装着し、直進
安定性、レーンチェンジ性、旋回性能、ECE30の条
件に基づく高速耐久性(キャンバー角=0°、4°)を
比較した。なお直進安定性、レーンチェンジ性能、旋回
性能については6点を標準とする10点満点であり、高
速耐久性については従来例を100とする指数で表示し
ている。数値が大きい程良好である。テストの結果を表
4に示す。
【0051】
【表4】
【0052】テストの結果、実施例1のタイヤは、従来
例のタイヤに比べて著しい直進安定性と旋回性能との向
上が確認できた。また、実施例1、従来例の各タイヤ
を、排気量2500cc自然吸気の国産FR車にそれぞ
れ装着して同時走行するとともに、1500km走行毎
に車両を交換して9000km走行したときの、摩耗1
mm当たりの走行距離と、クラウン部の摩耗量に対するシ
ョルダ部の摩耗量である片落ち摩耗量とを従来例を10
0とする指数で評価した。数値が大きい程良好である。
テストの結果を表5に示す。
【0053】
【表5】
【0054】テストの結果、実施例1のタイヤは、従来
例に比べると耐摩耗性に優れていることが確認できた。
【0055】
【発明の効果】以上のように、請求項1〜3記載の発明
では、前記した関数を用いたトレッド曲線にてトレッド
表面の輪郭線を形成することにより、直進時および旋回
時、さらにキャンバ角付加時のいずれの状態において
も、接地面の圧力分布を均一化することが可能となり、
直進時および旋回時の操縦安定性が向上するとともに、
耐摩耗性を高めることができる。
【0056】また、各関数を用いてトレッド表面の輪郭
線を連続的に変化させることにより、さらに接地面の圧
力分布を均一化することが可能となる。
【0057】また、請求項4記載の発明のように、タイ
ヤ子午断面におけるトレッド表面の輪郭線が、タイヤ赤
道点からトレッド縁に向かって曲率半径が連続的に減じ
る関数を用いたトレッド曲線を、単一の円弧で近似した
複数の円弧の連結体から近似的に構成した場合には、ト
レッド表面の輪郭を成形する加硫金型の製作を考慮に入
れたプロファイルを形成しつつ、直進時旋回時の操縦安
定性と、耐摩耗性とを向上しうる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示すタイヤ右半分断面図で
ある。
【図2】楕円関数を説明する線図である。
【図3】楕円関数を利用したトレッド曲線のグラフであ
る。
【図4】エピサイクロイド関数を説明する線図である。
【図5】エピサイクロイド関数を利用したトレッド曲線
のグラフである。
【図6】サイクロイド関数を説明する線図である。
【図7】サイクロイド関数を利用したトレッド曲線のグ
ラフである。
【図8】トレッド表面の輪郭線を示す線図である。
【図9】実施例のタイヤのフットプリントを示す線図で
ある。
【図10】従来例のタイヤのフットプリントを示す線図
である。
【図11】接地部の圧力分布を示すグラフである。
【符号の説明】
C タイヤ赤道 L トレッド表面の輪郭線 PC タイヤ赤道点 E トレッド縁 FL トレッド曲線 W タイヤ断面巾 H タイヤ断面高さ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】タイヤ子午断面におけるトレッド表面の輪
    郭線が、タイヤ赤道点からトレッド縁に向かって曲率半
    径が連続的に減じる関数を用いたトレッド曲線からな
    り、 かつタイヤ断面巾Wと、タイヤ断面高さHとの比(H/
    W)である扁平率が55%以下の空気入りタイヤ。
  2. 【請求項2】前記関数は、サイクロイド関数又は楕円関
    数であることを特徴とする請求項1記載の空気入りタイ
    ヤ。
  3. 【請求項3】前記サイクロイド関数は、エピサイクロイ
    ド関数であって、前記タイヤ赤道点を原点とし、タイヤ
    赤道点からトレッド縁に向かうタイヤ軸方向をX軸、ト
    レッド面のキャンバー方向をY軸とした座標において、 タイヤ赤道点からのタイヤ軸方向の距離Xと、その距離
    Xにおけるトレッド面のキャンバー量Yとが、それぞれ
    次式の関数により表示されることを特徴とする請求項1
    記載の空気入りタイヤ。 X=(r+R)cosθ+R・cos{(k+1)θ−
    (π/2)k} Y=A・[r+2R−(r+R)・sinθ−R・si
    n{(k+1)θ−(π/2)k}] (但し、Aは定数、Rはエピサイクロイド関数の転がり
    円の半径、rはエピサイクロイド関数の基礎円の半径、
    k=r/R、θは転がり円の中心と基礎円の中心とを結
    ぶ線が、X軸となす角度である。)
  4. 【請求項4】タイヤ子午断面におけるトレッド表面の輪
    郭線が、タイヤ赤道点からトレッド縁に向かって曲率半
    径が連続的に減じる関数を用いたトレッド曲線からの誤
    差が1/100(mm)以内になるような複数の円弧の連
    結体で近似的に形成され、しかもタイヤ断面巾Wと、タ
    イヤ断面高さHとの比(H/W)である扁平率が55%
    以下の空気入りタイヤ。
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