JPWO2013014949A1 - 乗用車用空気入りラジアルタイヤ及びその使用方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、特に、将来に向けて実用化されている電気自動車は、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も高まりつつある。
しかし、溝幅の広い主溝を設ける場合には、ネガティブ率が増大して接地面積が減少するため、グリップ力、すなわち操縦安定性やドライ路面での制動性、さらに耐磨耗性や騒音性能も低下してしまうという問題が生じる。また、溝深さの深い溝を設ける場合には、その分、トレッドゴムを厚くする必要があるため、タイヤの重量増を招き、走行性能が悪化する。さらに、冬道でも運転可能なオールシーズン用のタイヤとする場合には、上述の通り、接地面積が減少することから、雪上トラクション性能や雪上ブレーキ性能が低下するという問題も生じる。
その結果、まず、ラジアルタイヤの燃費性及び居住性を向上させるためには、タイヤの狭幅化及び大径化、すなわち、タイヤの断面幅SWと外径ODとを適切な比の下に規制することが極めて有効であることを見出した。
(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と、トレッドとを備えた、乗用車用空気入りラジアルタイヤであって、
前記トレッドの踏面に、少なくとも1本の溝を有し、
前記溝の各々は、溝幅が3mm以下であり、
前記タイヤの断面幅SWが165(mm)未満である場合は、前記タイヤの断面幅SWと外径ODとの比SW/ODは、0.26以下であり、
前記タイヤの断面幅SWが165(mm)以上である場合は、前記タイヤの断面幅SWおよび外径ODは、関係式、
OD≧2.135×SW+282.3
を満たすことを特徴とする、乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
前記トレッドの踏面に、少なくとも1本の溝を有し、
前記溝の各々は、溝幅が3mm以下であり、
前記タイヤの断面幅SWおよび外径ODは、関係式、
OD≧−0.0187×SW2+9.15×SW−380
を満たすことを特徴とする、乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
まず、発明者らは、ラジアルタイヤのタイヤ断面幅SW(図2参照)を従前に比し狭くすることによって、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に着目した(図3参照)。
さらに、タイヤ断面幅SW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(Cd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(RR値)が大きくなるという問題がある。
以下、SWとODとの最適な関係を導出するに至った実験結果について、詳しく説明する。
まず、評価基準となるタイヤとして、最も汎用的な車両で使用され、タイヤ性能の比較に適している、タイヤサイズ195/65R15のタイヤを基準タイヤ1として用意した。この基準タイヤ1のインチアップとなるタイヤサイズ225/45R17のタイヤを基準タイヤ2として用意した。
また、様々なタイヤサイズのタイヤ(供試タイヤ1〜52)を用意した。
そして、これらのタイヤをリムに組み込み、以下の試験を行った。
表1、及び図4に各タイヤの諸元を示す。タイヤの内部構造等、表1に示さないタイヤの諸元については、一般的なタイヤと同様であり、各タイヤは、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と、トレッドとを備える。
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。
実験室にて、上記各タイヤを、表2に記載する内圧として、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、基準タイヤ1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>
上記各タイヤを、表2に記載する内圧として、リムに装着して、タイヤ・リム組立体とし、タイヤを装着する車両毎に規定される最大荷重を負荷し、ドラム回転速度100km/hの条件にて転がり抵抗を測定した。
ここで、「タイヤを装着する車両毎に規定される最大負荷」とは、最大乗員数を想定した時に、4輪の中で最も荷重のかかるタイヤへの負荷荷重を意味する。
評価結果は、基準タイヤ1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。
以下、評価結果を表2、図4及び図5に示す。図4には、転がり抵抗の低減の効果、及び空気抵抗の低減の効果が見られるタイヤを白色の印で、これらの効果が十分でないタイヤを黒色の印で示す。
図4(a)には、タイヤの転がり抵抗値(RR値)及び車両の空気抵抗値(Cd値)とを共に低減するという効果を有するタイヤと、これらの効果を十分に有しないタイヤとを分ける境界(一次式による境界線)を示す;SW<165mmの範囲では、OD=(1/0.26)×SWを示す直線、SW≧165mmの範囲では、OD=2.135×SW+282.3を示す直線。
図4(b)には、タイヤの転がり抵抗値(RR値)及び車両の空気抵抗値(Cd値)とを共に低減するという効果を有するタイヤと、これらの効果を十分に有しないタイヤとを分ける境界(二次式による境界線)を示す;OD=−0.0187×SW2+9.15×SW−380を示す曲線。
JOC8モード走行による試験を行った。評価結果は、基準タイヤ1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、基準タイヤ1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。
発明者らは、斯くの如くして、空気入りラジアルタイヤにおいて、タイヤの断面幅SWおよび外径ODについて、上記関係式(1)及び/又は(2)を満たすことで、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、更に、車両の居住性を向上させつつ、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。
図6に示すように、第1の実施形態にかかるタイヤは、トレッド踏面1に、少なくとも1本の、トレッド幅方向に延びる溝2と該溝2及びトレッド端TEによって区画される陸部3とを有する。また、溝2は、全て、溝幅が3mm以下である。すなわち、このタイヤは、溝幅が3mm以下の溝のみからなる溝パターンを有している。
なお、ここでいう溝幅とは、溝の延在方向にわたって溝幅が一定でない場合には、最大溝幅をいうものとする。
また、トレッド踏面とは、タイヤを適用リムに装着するとともに、タイヤを装着する車両毎に規定される最高空気圧を充填して平板上に垂直に置き、タイヤを装着する車両毎に規定される最大負荷に相当する重量を負荷したときに平板と接触することになるトレッドゴムの表面領域をいうものとする。
ここで、「適用リム」とは、タイヤが生産され、使用される地域に有効な産業規格であって、日本ではJATMA(日本自動車タイヤ協会)YEAR BOOK、欧州ではETRTO(European Tyreand Rim Technical Organisation)STANDARD MANUAL、米国ではTRA(THE TIRE and RIM ASSOCIATION INC.)YEAR BOOK等に規定されたリムをいうものとする。また、「最高空気圧」とは、上記のJATMAYEAR BOOK(日本自動車タイヤ協会規格)等に定められたラジアルプライタイヤのサイズに対応する適用リム及び空気圧−負荷能力対応表に基づくものである。また、「最大負荷に相当する重量」とは、上記所定の産業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。
図6に示すように、溝2は、タイヤ赤道面CLを境界とする、トレッド踏面1の一方の幅方向半部のトレッド端TEに開口する一方の端部(始端)から、指定タイヤ回転方向Rの方向に向かって、トレッド幅方向内側に、タイヤ赤道面CLに跨ってトレッド踏面1の他方の幅方向半部まで延びている。この溝2の他方の端部(終端)は、トレッド踏面1の他方の半部の陸部3内(センタ部4)に留まっている。
また、図6に示す例では、トレッド周方向に隣接する溝2は、互いに、タイヤ赤道面CLを境界とする反対側のトレッド端TEから延びるように配設されている。
さらに、第1の実施形態において、図6に示すように、溝2は、トレッド幅方向内側へ延びるにつれ、トレッド幅方向に沿った形状となるように配設されている。
以下、図6の矢印の方向Rをタイヤ回転方向として車両に装着した場合の、本発明の作用効果について説明する。
また、ドライ路面での走行に関しては、第1の実施形態にかかるタイヤはトレッド踏面に溝幅の小さい溝のみを有しているため、ネガティブ率が低い。また、陸部の剛性が高く、陸部の倒れ込みが抑えられる。このため、接地面積を確保して、操縦安定性、制動性、耐磨耗性を確保することができる。
同様に、雪上路面においても、接地面積が確保されるため、雪上トラクション性能や雪上ブレーキ性能が向上する。
従って、第1の実施形態によれば、低燃費性と車両スペースの確保とを実現でき、且つドライ路面、ウェット路面、雪上路面での走行性能を両立させることができる。
また、図7に示す例では、溝2は、タイヤ赤道面CLを中心として対称に配置されており、タイヤ赤道面CLを境界とするトレッド幅方向半部において、トレッド端TEから指定タイヤ回転方向に向かってトレッド幅方向内側に延びている。
さらに、図7に示すように、溝2は、トレッド半部において、トレッド端TEから幅方向内側へ延びるにつれ、よりトレッド幅方向に沿った形状となるように配設されている。
また、図7に示すように、第2の実施形態にかかるタイヤは、トレッド踏面1のセンタ部4内に、このセンタ部4内に留まる、トレッド幅方向に延びる溝2を有している。
以下、第2の実施形態にかかるタイヤを図7の矢印の方向Rをタイヤ回転方向として車両に装着したときの作用効果について説明する。
さらに、第2の実施形態によれば、上記センタ部において幅方向に延びる溝を有するため、接地長が長くなるセンタ部における幅方向エッジ成分が増大し、より一層ドライ性能及び雪上性能が向上する。
ここで、トレッド踏面1のタイヤ赤道面CLを境界とする一方の半部T1を、他方の半部をT2とする。
図8に示すように、溝2は、一方の半部T1において、トレッド端TE1からトレッド周方向の一方向に向かってトレッド幅方向に延びている。また、溝2は、他方の半部T2において、トレッド端TE2から上記一方向とは逆方向に向かってトレッド幅方向に延びている。
以下、第3の実施形態にかかるタイヤの作用効果について説明する。
さらに、第3の実施形態によれば、タイヤの回転方向指定が無いため、装着内側と装着外側との間でのクロスローテーションが可能となり、左右荷重不当配分等による偏磨耗を抑制でき、タイヤ寿命を長くすることができる。
また、図9に示す例では、溝2は、タイヤ赤道面CLを中心として対称に配置されており、タイヤ赤道面CLを境界とするトレッド幅方向半部において、トレッド端TEからトレッド周方向の一方向に向かってトレッド幅方向内側に延びる溝2と、トレッド端TEから上記一方向とは逆方向に向かってトレッド幅方向内側に延びる溝2とがトレッド周方向に交互に配設されている。また、図9に示す例では、溝2は、互いに交差している。
さらに、図9に示すように、溝2は、トレッド半部において、トレッド端TEから幅方向内側へ延びるにつれ、よりトレッド幅方向に沿った形状となるように配設されている。
以下、第4の実施形態にかかるタイヤを車両に装着したときの作用効果について説明する。
さらに、第4の実施形態によれば、溝が互いに交差して連結しているため、排水性が高まり、特に、ウェット性能が向上する。
また、タイヤの回転方向指定が無いため、装着内側と装着外側との間でのクロスローテーションが可能となり、左右荷重不当配分等による偏磨耗を抑制でき、タイヤ寿命を長くすることができる。
ここで、図10に示す例では、トレッド踏面1のセンタ部4に配設される溝2は、トレッド幅方向に延び、ショルダ部5に配設される溝2は、トレッド周方向に延びている。
以下、第5の実施形態にかかるタイヤを車両に装着したときの作用効果について説明する。
さらに、第5の実施形態によれば、上記センタ部においては、溝がトレッド幅方向に延びているため、幅方向エッジ成分を確保することができ、氷上制動性能が高い。また、上記ショルダ部においては、溝がトレッド周方向に延びているため、周方向エッジ成分を確保することができ、氷上旋回性能が高い。また、車両旋回時の排水性が高い。
従って、第5の実施形態によれば、特に、ウェット旋回性、並びに、ドライ性能及び雪上性能をさらに向上させることができる。
また、タイヤの回転方向指定が無いため、装着内側と装着外側との間でのクロスローテーションが可能となり、左右荷重不当配分等による偏磨耗を抑制でき、タイヤ寿命を長くすることができる。
ここで、図11に示す例では、溝2は、タイヤ赤道面CLを境界として対称に配置されている。
トレッド踏面1の上記センタ部においては、溝2は、楕円形であり、トレッド周方向に隣接する楕円形の溝同士が交差している。また、上記ショルダ部においては、溝2は、四角形の四辺をなす形状である。
以下、第6の実施形態にかかるタイヤを車両に装着したときの作用効果について説明する。
さらに、第6の実施形態によれば、タイヤの回転方向指定が無いため、装着内側と装着外側との間でのクロスローテーションが可能となり、左右荷重不当配分等による偏磨耗を抑制でき、タイヤ寿命を長くすることができる。
このとき、トレッド踏面1における、単位面積当たりの溝2の総延長ρは、0.15(mm/mm2)以上であることが好ましい。排水性をより向上させるためである。
一方で、トレッド踏面1における、単位面積当たりの溝2の総延長ρは、0.2(mm/mm2)以下であることが好ましい。陸部の剛性を確保して、ドライ路面、雪上路面での走行性能をより向上させるためである。
上記センタ部における、単位面積当たりの、溝をトレッド幅方向に投影した総延長ρcを、0.1(mm/mm2)以上とすることで、幅方向エッジ成分を増加させ、氷上や圧雪路面を引掻く働き、及びウェット路面での接地面への水膜侵入抑止による、制動性能を向上させることができるからである。
また、上記ショルダ部における、単位面積当たりの、溝をトレッド周方向に投影した総延長ρsを、0.1(mm/mm2)以上とすることで、周方向エッジ成分を増加させ、氷上や圧雪路面を引掻く働きにより、旋回性能を向上させることができるからである。
なお、上記センタ部における、単位面積当たりの、溝をトレッド幅方向に投影した総延長ρcは、0.2(mm/mm2)以下とすることが好ましく、上記ショルダ部における、単位面積当たりの、溝をトレッド周方向に投影した総延長ρsは、0.2(mm/mm2)以下とすることが好ましい。
ここで、「溝をトレッド幅方向に投影した総延長」は、図12に示すように、溝が複数(図示例では特に3つに注目する)ある場合には、重なり部分も含む投影長さ「2A+B」を意味するものとする。また、「溝をトレッド周方向に投影した総延長」は、図12に示すように、溝が複数(図示例では特に3つに注目する)ある場合には、重なり部分も含む投影長さ「2C+D」を意味するものとする。
さらに、「センタ部における、単位面積当たりの、溝をトレッド幅方向に投影した総延長ρc」とは、センタ部内に配設されている溝について、上記の定義による「溝をトレッド幅方向に投影した総延長」を求め、その値をセンタ部の面積で除したものをいう。
また、「ショルダ部における、単位面積当たりの、溝をトレッド周方向に投影した総延長ρs」とは、ショルダ部内に配設されている溝について、上記の定義による「溝をトレッド周方向に投影した総延長」を求め、その値をショルダ部の面積で除したものをいう。
なぜなら、高内圧とすることにより、ベルト張力が増大し、接地圧が増大することと相まって、ハイドロプレーニング性が向上するからである。
また、内圧は350kPa以下で使用することが好ましい。
なお、本発明のタイヤは、エアボリュームが15000cm3以上のものであることが好ましい。タイヤの最低限の負荷能力を保持するために必要だからである。
さらに、本発明にあっては、ネガティブ率は、5%〜20%程度とすることが好ましい。
これらのタイヤについて性能を評価するため、以下の試験を行った。
上記各タイヤを装着した車両につき、ウェット路面を、初速40km/hで走行し、フルブレーキ時の停止距離(mm)を指数評価した。
評価において従来例1を100とした指数で表し、数値が大きい方が、性能が優れていることを示す。
<操縦安定性>
上記各タイヤについて、長い直線部分を含む周回路、および緩やかなカーブの多いハンドリング評価路などからなるテストコース内を、低速から150km/h程度までの速度域で走行し、操縦安定性(ハンドル応答性)をドライバーが10点満点でフィーリング評価した。数値が大きい方が性能に優れていることを示す。
<耐磨耗性>
10万キロ走行後の残溝測定から磨耗量を算出した。従来例1における評価の値を100として、指数評価をした。数値が大きいほど耐磨耗性に優れていることを示す。
<雪上トラクション性能>
雪上でのトラクション性能は、圧雪上をフル加速し、50mの距離に達するまでの時間を測定し、その測定した時間から評価した。評価は、従来例1の結果を100とした指数で表したものであり、数値が大きいほど雪上でのトラクション性能が良好であることを示す。
<雪上ブレーキ性能>
雪上でのブレーキ性能は、圧雪上を時速40km/hからABSフル制動したときの制動距離を測定し、その測定した距離から評価した。評価は、従来例1の結果を100としたときの指数で表したものであり、数値が大きいほど雪上でのブレーキ性能が良好であることを示す。
<タイヤ質量>
タイヤの質量を計測した。従来例1の結果を100としたときの指数で示し、数値が小さい方がタイヤが軽量であることを示している。
各タイヤの諸元及び評価結果は、以下の表4に示している。
各タイヤの諸元及び評価結果を以下の表5に示す。なお、表5における「溝密度」とは、トレッド踏面における、単位面積当たりの溝の総延長ρを意味する。また、表5において、評価結果は、発明例6を100としたときの相対値で示している。
表6に各タイヤの諸元及び評価結果を示す。なお、表6において、評価結果は、発明例8を100としたときの相対値で示している。
各タイヤの諸元及び評価結果を以下の表7に示す。なお、評価結果は、内圧を250kPaとしたときの相対値で示している。数値が大きい方が各性能に優れていることを示す。
2 溝
3 陸部
4 センタ部
5 ショルダ部
Claims (6)
- 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と、トレッドとを備えた、乗用車用空気入りラジアルタイヤであって、
前記トレッドの踏面に、少なくとも1本の溝を有し、
前記溝の各々は、溝幅が3mm以下であり、
前記タイヤの断面幅SWが165(mm)未満である場合は、前記タイヤの断面幅SWと外径ODとの比SW/ODは、0.26以下であり、
前記タイヤの断面幅SWが165(mm)以上である場合は、前記タイヤの断面幅SWおよび外径ODは、関係式、
OD≧2.135×SW+282.3
を満たすことを特徴とする、乗用車用空気入りラジアルタイヤ。 - 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と、トレッドとを備えた、乗用車用空気入りラジアルタイヤであって、
前記トレッドの踏面に、少なくとも1本の溝を有し、
前記溝の各々は、溝幅が3mm以下であり、
前記タイヤの断面幅SWおよび外径ODは、関係式、
OD≧−0.0187×SW2+9.15×SW−380
を満たすことを特徴とする、乗用車用空気入りラジアルタイヤ。 - 前記トレッド踏面における、単位面積当たりの前記溝の総延長ρは、0.15(mm/mm2)以上0.2(mm/mm2)以下である、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。
- 前記トレッド踏面をトレッド幅方向に6つの領域に等分し、トレッド幅方向中央の2つの領域をセンタ部、該センタ部のトレッド幅方向両外側の他の4つの領域をショルダ部とするとき、前記センタ部における、単位面積当たりの、前記溝をトレッド幅方向に投影した総延長ρcは、0.1(mm/mm2)以上であり、且つ、前記ショルダ部における、単位面積当たりの、前記溝をトレッド周方向に投影した総延長ρsは、0.1(mm/mm2)以上である、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。
- 前記比SW/ODは、0.24以下である、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。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載のタイヤを、内圧を250kPa以上として使用することを特徴とする、乗用車用空気入りラジアルタイヤの使用方法。
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