JPWO2012066766A1 - 空気入りタイヤ - Google Patents
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Abstract
Description
このタイヤ幅方向の径差により、タイヤ転動時においては、タイヤ幅方向の転動速度差が生じ、特に、センタ部とショルダ部との間の転動速度差は著しくなり、周方向せん断力がタイヤ幅方向において不均一となる。
特に、ショルダ部には、制動方向の大きなせん断力が発生するため、このせん断力によりショルダ部のトレッドゴムは磨耗が促進され、局所磨耗を呈し、いわゆる偏磨耗が発生する。
さらに、空気入りタイヤは、通常、図1に示すように、トレッド部1とタイヤサイド部2とが角度をもって接合されている。このため、タイヤサイド部2から接地面に加わる力によって、ベルト3に幅方向内側へ押し込まれる力が加わる。その結果、トレッド部1に幅方向せん断力が生じてゴムに幅方向せん断変形が生じることも、接地端部での磨耗が大きい原因となっていた。このことは、特にランフラットタイヤなどの、サイド部の剛性の高いタイヤにおいて顕著である。
特に、このキャンバー角が大きいときは、上述のベルトにかかる力が顕著に増大し、上記の偏磨耗が促進されてしまう。
また、タイヤが高荷重や低内圧で使用される場合、偏磨耗が促進されてしまうことも知られている。
このため、クラウン部の形状を変えずに、タイヤの局所磨耗を抑える手法が求められている。
その結果、まず、発明者は、タイヤの径方向最外側の補強層を、少なくとも一方のタイヤ幅方向半部にてタイヤ径方向外側に凸に湾曲した部分を有する形状とすることにより、当該湾曲部分での径方向最外側補強層とトレッド外側輪郭線との間隔を近づけ、タイヤ周方向のせん断力を低減させて、タイヤの耐偏磨耗性を向上させることができることの知見を得た。
すなわち、発明者は、タイヤ赤道面から接地端付近までトレッドを薄くし、接地端付近から最外側補強層の端部の幅方向位置までトレッドを厚くすることにより、上述のゴムの幅方向せん断変形を抑制することができることの新規知見を得たものである。
(1)一対のビード部間にトロイダル状に跨るカーカスのクラウン部の径方向外側に、複数の補強層及びトレッドを順に配置した、空気入りタイヤであって、
前記タイヤを規定リムに装着し、タイヤ内圧を規定内圧の5%としたときにおいて、
前記複数の補強層のうちタイヤ径方向最外側に位置する補強層は、タイヤ幅方向の少なくとも一方の半部にて、タイヤ径方向外側に凸に湾曲した部分を有し、且つ前記湾曲部分の頂部から前記最外側補強層の端部に向かってタイヤ径方向内側に延びることを特徴とする、空気入りタイヤ。
ここで、「規定リム」とは所定の産業規格に記載されている適用サイズにおける標準リム(または“Approved Rim”、“Recommended Rim”)のことであり、規定内圧とは同規格に記載されている適用サイズにおける単輪の最大荷重(最大負荷能力)に対応する空気圧のことである。
また、後述の最大負荷荷重とは、同規格に記載されている適用サイズにおける単輪の最大荷重(最大負荷能力)のことである。
かかる産業規格については、タイヤが生産もしくは使用される地域においてそれぞれ有効な規格が定められており、これらの規格は、例えば、アメリカ合衆国では“The Tire and Rim Association Inc. Year Book”(デザインガイドを含む)により、欧州では、“The European Tire and Rim Technical Organization Standards Manual”により、日本では日本自動車タイヤ協会の“JATMA YEAR BOOK”によりそれぞれ規定されている。
前記最外側補強層と、前記トレッドの外側輪郭線とのタイヤ径方向の間隔について、タイヤ赤道面での前記間隔をd1(mm)、前記最外側補強層の頂部での前記間隔をd2(mm)、前記最外側補強層の端部位置での前記間隔をd3(mm)とするとき、
0.3≦d2/d1<1、且つ、1<d3/d2≦1.5
を満たす、上記(1)に記載の空気入りタイヤ。
図2は、本発明の一実施形態にかかる空気入りタイヤを示す幅方向断面図であり、タイヤを規定リムに装着し、タイヤ内圧を規定内圧の5%とし、無負荷状態としたときの概略形状を示している。
図2に示すように、本発明のタイヤは、一対のビード部4にトロイダル状に跨るカーカス5のタイヤ径方向外側に、複数、図示例で3層の補強層6及びトレッド7を順に備えている。
図示例では、補強層6は、タイヤ周方向に45°〜70°、好ましくは、60°〜70°の角度で傾斜して延びるベルトコードをゴム被覆してなるベルト層である。
図示例では、一方のみの幅方向半部にて、最外側ベルト層6aの半部全体がタイヤ径方向外側に凸に湾曲している。
また、最外側ベルト層6aは、湾曲部分6bの頂部6cから最外側補強層6aの端部6dに向かってタイヤ径方向内側に延びている。
ここで、「タイヤ径方向外側に凸に湾曲した部分」とは、タイヤ幅方向断面において、タイヤ径方向最外側の補強層の形状をみたときに、曲率中心が当該最外側補強層よりタイヤ径方向内側に位置する曲率を有する部分全体をいうものとする。
すなわち、最外側補強層よりタイヤ径方向外側に曲率中心を有する部分や、有限の曲率を有しない部分については、除外するものとする。
このとき、本発明のタイヤでは、上記半部にて、最外側ベルト層6aとトレッドの外側輪郭線TLとのタイヤ径方向の間隔が、タイヤ幅方向において、タイヤ赤道面CLから湾曲部分6bの頂部6cまでの間で減少し、湾曲部分6bの頂部6cから最外側ベルト端部6dまでの間で増加する。
以下、本発明の作用効果について説明する。
このため、最外側補強層とトレッドとの間の相対変位に起因する周方向せん断力が低減し、タイヤ幅方向外側における局所磨耗の発生を抑制することができる。
このため、トレッドゴムは幅方向外側から内側へは変位しづらくなり、上述した最外側補強層とトレッドとの間の圧縮応力によるトレッドゴムの幅方向外側から内側への押し出しによる幅方向せん断変形が抑制される。
このように、本発明によれば、偏磨耗の原因となる、トレッドゴムの周方向及び幅方向のせん断変形を抑制して、タイヤの耐偏磨耗性を向上させることができる。
また、タイヤ幅方向において最も磨耗しやすいベルト端部位置でのトレッド厚さを確保できるため、磨耗寿命を向上させることができる。
図3に示すように、本発明のタイヤは、タイヤ幅方向半部にて最外側補強層6aの一部のみが湾曲していてもよい。
この場合も、図2に示すタイヤの場合と同様に、上記半部にて、タイヤ幅方向外側において、最外側補強層とトレッド表面との間隔が減少する。また、タイヤ幅方向外側における、トレッドの外側輪郭線とのタイヤ径方向の間隔が小さくなる。従って、耐偏磨耗性及び磨耗寿命を向上させることができる。
図4に示すタイヤは、タイヤ径方向最外側の補強層がベルト補助層8aである点で、図2に示すタイヤと異なっている。
図示例では、ベルト補助層8aは、略タイヤ周方向に延びる、ゴム被覆されたコードからなる。
図4に示すタイヤのように、最外側補強層がベルト補助層である場合も、最外側補強層がベルト層である場合と同様の作用効果によって、耐偏磨耗性及び磨耗寿命を向上させることができる。
図5に示すタイヤは、タイヤ赤道面CLから頂部6cまでの範囲にて、タイヤ径方向内側に凸に湾曲した部分を有する点で、図2に示すタイヤと異なっている。
図5に示すタイヤの場合も、図2に示すタイヤの場合と同様に、上記半部にて、タイヤ幅方向外側において、最外側補強層とトレッド表面との間隔が減少する。また、タイヤ幅方向外側における、トレッドの外側輪郭線とのタイヤ径方向の間隔が小さくなる。従って、局所磨耗を低減して、耐偏磨耗性及び磨耗寿命を向上させることができる。
0.3≦d2/d1<1、且つ、1<d3/d2≦1.5
を満たすことが好ましい。
なぜなら、d2/d1を0.3以上とすることで、頂部領域において溝を有する場合に、この溝の溝深さを確保することができ、磨耗寿命を確保することができるからである。
一方で、d2/d1を1未満とすることで、上記の最外側補強層とトレッドとの間の相対変位に起因する周方向せん断力をより低減することができるからである。
また、d3/d2を1超とすることで、上記の圧縮応力によるトレッドゴムの幅方向せん断変形をより抑制することができるからであり、一方で、d3/d2を1.5以下とすることで、最外側ベルトの端部の耐久性を確保することができるからである。
このとき、湾曲部分6bの頂部6cの幅方向の位置は、トレッド半幅の中点(いわゆる1/4点)より幅方向外側で、且つ上記接地端Eより接地幅の半分の5%以上内側にあることが好ましい。
頂部6cをトレッド半幅の中点より幅方向外側に位置させることにより、トレッド半幅の中点よりタイヤ幅方向外側での最外側補強層とトレッド表面との間隔が減少する。
また、トレッド半幅の中点よりタイヤ幅方向外側での最外側補強層とトレッドの外側輪郭線とのタイヤ径方向の間隔が小さくなる。
このため、局所磨耗しやすい箇所でのゴムの周方向及び幅方向のせん断変形を抑えて、耐偏磨耗性をより向上させることができる。
一方で、頂部6cを接地端Eより接地幅の半分の5%以上内側に位置させることにより、当該位置より幅方向外側のトレッドゴムを厚くして、上述したゴムの幅方向外側から内側への変位を抑制することができる。
なお、少なくとも、上記接地端Eより接地幅の半分の5%以上内側の位置から、上記接地端Eからトレッド幅の5%幅方向外側の位置までは、トレッドゴムを厚くすべく、最外側補強層がタイヤ径方向内側へ延びていることが好ましい。上述したゴムの幅方向外側から内側への変位が特に大きい箇所においてかような変位を抑制することで効果的に耐偏磨耗性を向上させることができるからである。
なぜなら、15%以上とすることで、ベルトの交差による、周方向せん断力の低減効果を発揮させることができるからである。
すなわち、ポジティブキャンバーの場合は、少なくとも車両装着時外側にて、上述した最外側補強層の湾曲形状が位置するように車両装着することが好ましい。
一方で、ネガティブキャンバーの場合は、少なくとも車両装着時内側にて、上述した最外側補強層の湾曲形状が位置するように車両装着することが好ましい。
これにより、トレッドゴムの幅方向せん断変形をより効果的に抑制して、タイヤの耐偏磨耗性を向上させることができるからである。
まず、発明例1、2として、それぞれ図2、3に示す、最外側ベルト層が、タイヤ幅方向の一方の半部において、接地端Eから幅方向内側にトレッド幅の20%の位置を頂部として径方向外側に凸に湾曲し、当該頂部から最外側ベルト層の幅方向外側端部まで径方向内側に延びる構造のタイヤを試作した。
ここで、発明例1に係るタイヤは、タイヤ幅方向において、タイヤ赤道面CLから頂部位置までトレッド外側輪郭線と最外側ベルト層との距離が漸減しているのに対し、発明例2は、漸減せずに当該距離が一定である部分を有する。
なお、最外側ベルト層の湾曲部分のタイヤ幅方向の幅は、発明例1については、当該湾曲部分が位置する半部における最外側ベルト層のタイヤ幅方向の幅の100%であり、発明例2については、当該湾曲部分が位置する半部における最外側ベルト層のタイヤ幅方向の幅の40%である。
さらに、発明例4、11として、発明例2に係るタイヤと最外側ベルト層の湾曲部分のタイヤ幅方向の幅のみが異なるタイヤを試作した。
これらのタイヤの諸元は、表1にまとめてある。
比較例1、2にかかるタイヤは、発明例1、2に係るタイヤと異なり、最外側ベルト層がタイヤ径方向外側に湾曲しない。このため、接地端付近において、最外側補強層とトレッド表面との間隔が減少しない。また、比較例1では、最外側ベルト層は幅方向一方の半部にて、幅方向外側の端部側がタイヤ径方向内側に延びない形状である。
さらに、従来例として、図8に示す構造を有するタイヤを用意した。従来例に係るタイヤは最外側ベルト層が径方向には延びていない。
各タイヤの諸元について、表1にまとめる。
ここで、表1において、「湾曲部分の幅(%)」とは、最外側ベルト層の湾曲部分のタイヤ幅方向の幅の、当該湾曲部分が位置する半部における最外側ベルト層のタイヤ幅方向の幅に対する割合のことを意味する。
また、比較例2の「d2」は、発明例1の「d2」を測定するタイヤ幅方向位置と同じ幅方向位置での測定値を示すものである。
発明例1〜11及び比較例1、2に係るタイヤは、各図に示すように、いずれもタイヤ赤道面CLを境界とする一方のタイヤ幅方向半部においては、トレッド輪郭線と最外側ベルト層との間隔が一定であり、他方の半部においては当該距離が幅方向で変化する部分を有している。
<耐偏磨耗性>
タイヤサイズ245/45ZR18の上記各タイヤを規定リムに組み込み、内圧を290kPaとした。
それからタイヤに荷重6kNを負荷し、3m/minの速度で転動させ、トレッド端部との摩擦エネルギーE1とトレッド中央部の摩擦エネルギーE2とを計測し、比E1/E2を求めた。
なお、発明例、比較例、及び、従来例にかかるタイヤを装着した車両のホイールアライメントはネガティブキャンバーであり、踏面観察装置によりキャンバー角を2.7度付与した。
発明例及び比較例にかかるタイヤについては、車両装着内側に最外側ベルト層の径方向外側に凸に湾曲する部分や径方向内側に延びる部分が位置するように車両装着した。
評価結果を以下の表2に示す。表2において、数値は、上記E1/E2を、従来例を100とした指数で表しており、数値が大きい方が耐偏磨耗性に優れていることを示す。
また、最外側補強層と、トレッド外側輪郭線とのタイヤ径方向の間隔が、タイヤ幅方向において、タイヤ赤道面から湾曲部分の頂部までにて漸減し、湾曲部分の頂部から最外側ベルト端部までにて漸増する、発明例1は、発明例2よりさらに耐偏磨耗性に優れていることがわかる。
磨耗寿命の評価は、以下のようにして行った。
<磨耗寿命>
タイヤサイズ245/45ZR18の上記各タイヤを規定リムに組み込み、内圧を290kPaとした。
それからタイヤに荷重6kNを負荷し、3m/minの速度で転動させ、トレッド端部での摩擦エネルギーE1を計測した。
タイヤ幅方向最外側の溝の溝深さと、上記摩擦エネルギーE1との比を計算し、発明例9のタイヤにおける当該比を100としたときの指数で評価した。当該指数が大きい方の磨耗寿命が長いことを示している。
評価結果を以下の表3に示す。
評価結果を以下の表4に示す。なお、表4において、発明例8のベルト耐久性を100としたときの指数で表し、数値が大きい方が性能に優れていることを示す。
さらにまた、表2より、最外側ベルト層の湾曲部分の幅を好適化した発明例2、11は発明例4と比較して、耐偏磨耗性に優れていることがわかる。
2 タイヤサイド部
3 ベルト
4 ビード部
5 カーカス
6 補強層
7 トレッド
Claims (4)
- 一対のビード部間にトロイダル状に跨るカーカスのクラウン部の径方向外側に、複数の補強層及びトレッドを順に配置した、空気入りタイヤであって、
前記タイヤを規定リムに装着し、タイヤ内圧を規定内圧の5%としたときにおいて、
前記複数の補強層のうちタイヤ径方向最外側に位置する補強層は、少なくとも一方のタイヤ幅方向半部にて、タイヤ径方向外側に凸に湾曲した部分を有し、且つ前記湾曲部分の頂部から前記最外側補強層の端部に向かってタイヤ径方向内側に延びることを特徴とする、空気入りタイヤ。 - 前記最外側補強層と、前記トレッドの外側輪郭線とのタイヤ径方向の間隔は、タイヤ幅方向において、タイヤ赤道面から前記湾曲部分の頂部までにて漸減し、前記湾曲部分の頂部から前記最外側ベルト端部までにて漸増する、請求項1に記載の空気入りタイヤ。
- 前記タイヤを規定リムに装着し、規定内圧を付与し、最大負荷荷重の80%の荷重を付与したときのタイヤ接地面の最大幅の両端を接地端と定義し、
前記最外側補強層と、前記トレッドの外側輪郭線とのタイヤ径方向の間隔について、タイヤ赤道面での前記間隔をd1(mm)、前記最外側補強層の頂部での前記間隔をd2(mm)、前記最外側補強層の端部位置での前記間隔をd3(mm)とするとき、
0.3≦d2/d1<1、且つ、1<d3/d2≦1.5
を満たす、請求項1に記載の空気入りタイヤ。 - 前記湾曲部分のタイヤ幅方向の幅は、前記湾曲部分が位置するタイヤ幅方向半部における前記最外側補強層のタイヤ幅方向の幅の15〜100%である、請求項1に記載の空気入りタイヤ。
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