JPWO2013161296A1 - 空気入りタイヤ - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、本発明では、操縦安定性能および転がり抵抗性能を維持しながら騒音性能を向上させた空気入りタイヤを提供することを目的とする。
本発明により、操縦安定性能および転がり抵抗性能を維持しながら騒音性能を向上させた空気入りタイヤを提供することができる。
この構成により、騒音性能をより一層向上させることができる。
この構成により、操縦安定性能および転がり抵抗性能を高いレベルで維持することができる。
(1)高剛性領域の周方向ベルトを構成する周方向ベルト層のタイヤ径方向の層数を、他の領域のそれと比較して多くする。
(2)高剛性領域の周方向ベルトを、タイヤ幅方向に分割された周方向ベルト層がオーバーラップすることにより形成する。
(3)高剛性領域の周方向ベルトのコードの剛性を、他の領域のそれと比較して高くする。
OD≧−0.0187×SW2+9.15×SW−380・・・(i)
を満たすことが好適である。
この構成によれば、タイヤの転がり抵抗と空気抵抗の観点から、燃費性能を飛躍的に向上させることができる。
また、本発明でいう「タイヤの外径OD」とは、タイヤを適用リムに装着し、空気圧を充填し、無負荷とした状態におけるタイヤ径方向の外径をいう。このときの空気圧は、後述する規格に記載されている適用サイズ・プライレーティングにおける最大負荷能力に対応する空気圧である。
図1は、本発明の第1実施形態に係る空気入りタイヤの幅方向断面を示す。
第1実施形態に係る空気入りタイヤ10は、1対のビード部に設けられたビードコア1と、ビード部間にトロイダル状に跨るカーカス2と、カーカス2のクラウン部のタイヤ径方向外側に配置された2層の傾斜ベルト層3a、3bからなる傾斜ベルト3と、この傾斜ベルト3のタイヤ径方向外側に配置された2層の周方向ベルト層4a、4bからなる周方向ベルト4と、この周方向ベルト4のタイヤ径方向外側に配置されたトレッド6と、を具える。空気入りタイヤ10は、適用リム7に装着されて使用に供される。
適用リム7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 YEAR BOOK、欧州ではETRTO STANDARD MANUAL、米国ではTRA YEAR BOOK等に記載されている、適用サイズにおける標準リムをいう。また、後述する周方向ベルト4の幅W4等は、空気入りタイヤ10を適用リム7に装着し、JATMA等に記載されている適用サイズ・プライレーティングにおける最大負荷能力に対応する空気圧が充填され、無負荷の状態で測定するものとする。
傾斜ベルト層3a、3bのコードのタイヤ周方向に対する傾斜角度が35°未満の場合、タイヤ幅方向に対する剛性が低下するため、特にコーナリング時の操縦安定性能が十分に得られないとともに、層間ゴムのせん断変形が増大するため、転がり抵抗性能が悪化する。また、傾斜ベルト層3a、3bのコードのタイヤ周方向に対する傾斜角度を50°以上とすることにより、操縦安定性能および転がり抵抗性能を高いレベルで維持することができる。
周方向ベルト層4a、4bは、タイヤ周方向に沿って延びるコードを有する。なお、「コードがタイヤ周方向に沿って延びる」とは、コードがタイヤ周方向に平行である場合およびコードをゴム被覆したストリップを螺旋巻回した際にタイヤ周方向に対してわずかに傾斜している場合(タイヤ周方向に対する傾斜角度5°程度)を含むものとする。
周方向ベルト4は、傾斜ベルト3を覆うように配置されている。すなわち、最幅広の周方向ベルト層4aの幅W4は、最幅広の傾斜ベルト層3aの幅より大きい。このように、最幅広の周方向ベルト層4aの幅W4が、最幅広の傾斜ベルト層3aの幅よりも大きく、周方向ベルト層4aの端部と傾斜ベルト層3aの端部とは5mm以上離れていることがベルト端セパレーションを抑制するために好ましい。ただし、周方向ベルト層4aの幅W4が、傾斜ベルト層3aの幅に比べて短い場合でも、操縦安定性能、転がり抵抗性能、及び騒音性能の効果を両立させることが可能である。
なお、高剛性領域Cに配置されるベルト層の層数が該高剛性領域C以外に配置されるベルト層の層数と異なる場合は、トレッド6におけるタイヤ幅方向の剛性は、該高剛性領域Cから他の領域に向かって剛性が連続して変化するのではなく、両領域間の境界にて変化することになる。
さらに、タイヤ赤道CLを含む領域の剛性を局所的に増加させると、トップゴム(トレッド表層を形成するゴム)の局所的なせん断ひずみが大きくなるために、振動モードの減衰性も大きくなる。本発明のように、タイヤ周方向の剛性が高くなる方向へ同剛性を変更する改良は、タイヤのリング剛性を上げてタイヤの偏心を抑制する方向の変更に当たるため、転がり抵抗性能を悪化させにくい。
Wc<0.2×W4の場合、高剛性領域Cの幅Wcが狭すぎて、騒音性能向上の効果が十分に得られないおそれがある。一方、0.6×W4<Wcの場合、高剛性領域Cの幅Wcが広すぎて、トレッド全体が振動するモードを誘発しやすくなるため、放射音の低減効果が十分に得られないとともに、タイヤ重量が増したことによる転がり抵抗の悪化も懸念される。
なお、複数の周方向ベルト層が配置されている場合、最も幅の広い周方向ベルト層の幅をW4とし、これを基準とする。
図3は、本発明の第2実施形態に係る空気入りタイヤの幅方向断面を示す。第2実施形態において、第1実施形態と同一の構成要素には同一の参照符号を付してその説明を省略する。
第2実施形態に係る空気入りタイヤ20では、周方向ベルト層4a、4bは、タイヤ幅方向に分割されている。高剛性領域Cにおいて、タイヤ径方向内側に周方向ベルト層4aが配置され、タイヤ径方向外側に周方向ベルト層4bが配置されることにより、周方向ベルト層4a、4bがオーバーラップしている。
第3実施形態に係る空気入りタイヤ30では、周方向ベルト4は、1層の周方向ベルト層4aからなる。高剛性領域Cの周方向ベルト層4aを構成するコードの剛性は、他の領域のコードの剛性より高い。
また、該高剛性領域Cと他の領域との境界においては、例えば、コードとコードの5mm程度の重複や、コード間の5mm程の隙間等を許容することで、剛性の異なる両領域にわたって連続したベルト層を設けることができる。
第4実施形態に係る空気入りタイヤ40では、傾斜ベルト3は1層のみの傾斜ベルト層3aからなる。上述した実施形態と比較して、ベルト層数を減らすことにより、タイヤ重量を低下させるため、転がり抵抗性能の悪化を抑制することができる。
また、幅が狭い周方向ベルト層4aがタイヤ径方向内側に配置され、幅が広い周方向ベルト層4bがタイヤ径方向外側に配置されている。
また、その他の実施形態として、他の領域の単位幅あたりのタイヤ周方向剛性が高剛性領域Cに近いほど高く、例えば、タイヤ幅方向内側から外側に向かって漸減する、あるいは、階段状に減少する構成とすることもできる。
高剛性領域Cのゴム(傾斜ベルト層3a、3bや周方向ベルト層4a、4bのコーティングゴムおよび層間ゴム)の剛性を、他の領域のゴムの剛性より高くすることもできる。
このような構成にすることにより、高剛性領域Cの周方向剛性をさらに高めることができる。
OD≧−0.0187×SW2+9.15×SW−380・・・(i)
を満たす空気入りタイヤに適用することが好ましい。
すなわち、上記の関係式(i)を満たすタイヤでは、タイヤ断面幅SWに対する外径ODを従前に比べて大きくする(大径化および狭幅化)ことによって、路面の粗さの影響を受けにくくなるので、同じ空気圧の場合に、車両の転がり抵抗値(RR値)の低減と、空気抵抗値(Cd値)の低減とを両立することができる。また、大径化することで、タイヤの負荷能力も向上する。
このように、上記の関係式(i)を満たすことにより、タイヤの転がり抵抗と空気抵抗の観点から、燃費性能を向上させることができる。
さらに、上記の関係式(i)を満たすタイヤでは、タイヤの大径化によって車輪軸が高くなり、床下のスペースが拡大されるため、車両のトランク等のスペースや、駆動部品の設置スペースを確保することができる。
以下、SWとODとの最適な関係を導出するに至った試験結果について詳しく説明する。
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、適用リムに組み付けた各供試タイヤを表A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た。
<転がり抵抗値>
適用リムに組み付けた各供試タイヤを表Aに記載する内圧として、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。
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。
また、詳細な試験結果を以下の表Bに示す。
発明例タイヤ1−1〜1−14および比較例タイヤ1−1〜1−4、従来例タイヤ1(ともに、タイヤサイズは225/45R17)を表1に示す仕様のもと試作し、操縦安定性能、転がり抵抗性能および騒音性能を評価した。
発明例タイヤ1は、図1に示すベルト構造を有し、周方向ベルト層4aの幅W4に対する高剛性領域Cの幅Wcの比Wc/W4は0.28であり、傾斜ベルト層3a、3bのコードのタイヤ周方向に対する傾斜角度は60°である。
従来例タイヤ1は、発明例タイヤ1−1から、周方向ベルト層4bを除き、傾斜ベルト層3a、3bのコードのタイヤ周方向に対する傾斜角度を25°にした点以外は、発明例タイヤ1−1と同様である。
比較例タイヤ1−1は、発明例タイヤ1−1から、周方向ベルト層4bを除いた点以外、発明例タイヤ1−1と同様である。
比較例タイヤ1−2は、発明例タイヤ1−1から、周方向ベルト層4bの幅を周方向ベルト層4aの幅と同一にした点以外、発明例タイヤ1−1と同様である。
発明例タイヤ1−2〜1−7は、比Wc/W4を変更した点以外は、発明例タイヤ1−1と同様である。
発明例タイヤ1−8、1−9、1−13、1−14および比較例タイヤ1−3、1−4は、傾斜ベルト層3a、3bのコードのタイヤ周方向に対する傾斜角度を変更した点以外は、発明例タイヤ1−1と同様である。
発明例タイヤ1−10は、図3に示すベルト構造を有する。
発明例タイヤ1−11は、図4に示すベルト構造を有する。
発明例タイヤ1−12は、図5に示すベルト構造を有する。
各供試タイヤを適用リム7に組み付け、最大負荷能力に対応する空気圧を充填した後、基礎性能試験である微小舵角コーナリングパワー試験を以下に示す手順で行い、コーナリングパワーを評価した。
まず、供試タイヤを、踏面が平坦になる回転ベルト(フラットベルト)に押し付けた状態で、速度30km/hにて30分間予備走行させた。その後、再度、上記の空気圧に調整した上で同一速度にて走行させ、タイヤの転動方向とドラムの円周方向との間に、正負最大1°の角度(スリップアングル)を連続してつけることにより、正負両角度に対応するコーナリングパワー(CP)の値を0.1°間隔で測定した。そのCPの値について、舵角に対する線形フィッティングを行い、その傾きをコーナリング剛性として操縦安定性を評価した。その結果を、従来例タイヤのコーナリング剛性を100として指数化した。該指数が大きくなるほど操縦安定性が良好であることを示す。
各供試タイヤを適用リム7に組み付け、内圧180kPaを付与した後、直径1.7mの鉄板表面を持つドラム試験機(速度:80km/h)を用いて、車軸の転がり抵抗力を求めた。この転がり抵抗の測定はISO18164に準拠し、スムースドラム、フォース式にて実施したものである。結果は、比較例タイヤ1からの転がり抵抗性能の悪化を%で表示している。6%以内の悪化は、有意差がないものとみなす。
各供試タイヤを適用リム7に組み付け、内圧180kPaを付与した後、走行試験用ドラム上で荷重4.52Nを与えて、時速40km、60km、80km、100kmで回転させてマイク移動式でノイズ(騒音)レベルを測定し、これら測定値の平均を算出した。結果は、指数が小さいほど、性能に優れていることを示す。
4段から成る表1のうち、1段目及び2段目は、高剛性領域Cの幅を増減させた場合の比較結果を示している。該高剛性領域C幅が、本発明に定める範囲(周方向ベルト幅の0.2倍以上0.6倍以下)の下限よりも小さい場合は、振動モード形状の変化を促すことが出来ず、騒音性能の効果が期待できない。また、高剛性領域C幅が本発明に定める範囲の上限を超える場合においては、高剛性のベルト層がショルダー部の振幅を拘束することになり、その結果、トレッド全体が振動するモード形状に変化するため、騒音性能の効果が目減りする。
また、表1の3段目及び4段目は、ベルト角度を変化させた場合の結果を示している。タイヤ周方向に対するベルト角が、本発明に定める範囲(35°以上90°以下)の下限よりも小さい場合は、操縦安定性能や転がり抵抗性能が一律に低下したことが確認できる。
発明例タイヤ2、比較例タイヤ2−1、2−2、および従来例タイヤ2を、表2に示す仕様のもと試作し、操縦安定性能、転がり抵抗性能、耐偏摩耗性能および騒音性能を評価した。
発明例タイヤ2は、図1に示すベルト構造を有し、タイヤの断面幅SWが155mm、タイヤの外径ODが704.5mmであり、周方向ベルト層4aの幅W4に対する高剛性領域Cの幅Wcの比Wc/W4が0.28であり、傾斜ベルト層3aおよび3bのコードのタイヤ周方向に対する傾斜角度が70°である。
比較例タイヤ2−2は、発明例タイヤから周方向ベルト層4bを除いた点以外、発明例タイヤ2と同様である。
比較例タイヤ2−1は、発明例タイヤから周方向ベルト層4bを除くとともに、傾斜ベルト層3aおよび3bのコードのタイヤ周方向に対する傾斜角度を30°とした点以外、発明例タイヤ2と同様である。
従来例タイヤ2は、タイヤの断面幅SWが195mm、タイヤの外径ODが634.5mmであり、発明例タイヤから周方向ベルト層4bを除くとともに、傾斜ベルト層3aおよび3bのコードのタイヤ周方向に対する傾斜角度を30°とした点以外、発明例タイヤ2と同様である。すなわち、従来例タイヤ2は、発明例タイヤ2および比較例タイヤ2−1、2−2に比べて、幅広かつ小径のタイヤである。
実施例1と同様の方法にて、各供試タイヤの操縦安定性能を評価した。表2に示す結果は、従来例タイヤ2の操縦安定性能を100として指数化した。該指数が大きいほど、性能に優れていることを意味する。
実施例1と同様の方法にて、各供試タイヤの転がり抵抗性能を評価した。表2に示す結果は、従来例タイヤ2の転がり抵抗値を100として指数化した。該指数が小さいほど、性能に優れていること意味する。
各供試タイヤを、JIS D4230に規定のドラム試験機に装着し、荷重4kNの負荷の下、一定速度で1万km走行させ、走行後のタイヤのトレッド部ショルダー域における摩耗量を測定、比較することにより評価を行った。表2に示す結果は、従来例タイヤ2のトレッド部ショルダー域における摩耗量を100として指数化した。該指数が小さいほど、性能に優れていることを意味する。
実施例1と同様の方法にて、各供試タイヤの騒音性能を評価した。表2に示す結果は、従来例タイヤ2の音低減効果を100として指数化した。該指数が小さい方が騒音性能に優れていることを意味する。
2 カーカス
3a、3b 傾斜ベルト層
3 傾斜ベルト
4a、4b 周方向ベルト層
4 周方向ベルト
6 トレッド
7 適用リム
10、20、30、40 空気入りタイヤ
CL タイヤ赤道
C 高剛性領域
TW トレッドの接地幅
SW タイヤの断面幅
Claims (7)
- 1対のビード部に設けられたビードコアと、前記1対のビード部間にトロイダル状に跨るカーカスと、前記カーカスのクラウン部のタイヤ径方向外側に配置されるとともにタイヤ周方向に対して35°以上90°以下の角度で傾斜するコードを有する少なくとも1層の傾斜ベルト層からなる傾斜ベルトと、前記カーカスのクラウン部のタイヤ径方向外側に配置されるとともにタイヤ周方向に沿って延びるコードを有する少なくとも1層の周方向ベルト層からなる周方向ベルトと、前記周方向ベルトのタイヤ径方向外側に配置されるトレッドと、を具えた空気入りタイヤであって、
前記周方向ベルトは、タイヤ赤道を含む領域である高剛性領域のいずれの部分の単位幅あたりのタイヤ周方向剛性が、他の領域のいずれの部分の単位幅あたりのタイヤ周方向剛性より高く、
前記他の領域の単位幅あたりのタイヤ周方向剛性は、タイヤ幅方向にわたって一定、あるいは、前記高剛性領域に近いほど高いことを特徴とする空気入りタイヤ。 - 前記高剛性領域の幅は、タイヤ赤道を中心として、前記周方向ベルトの幅の0.2倍以上0.6倍以下であることを特徴とする請求項1に記載の空気入りタイヤ。
- 前記少なくとも1層の傾斜ベルト層のコードは、タイヤ周方向に対して50°以上90°以下の角度で傾斜することを特徴とする請求項1または2に記載の空気入りタイヤ。
- 前記高剛性領域は他の領域と比較して、前記周方向ベルトを構成する前記周方向ベルト層のタイヤ径方向の層数が多いことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
- 前記高剛性領域の前記周方向ベルトは、タイヤ幅方向に分割された前記周方向ベルト層がオーバーラップすることにより形成されていることを特徴とする請求項4に記載の空気入りタイヤ。
- 前記高剛性領域は他の領域と比較して、前記周方向ベルトのコードの剛性が高いことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
- 前記空気入りタイヤは、前記タイヤの断面幅SWおよび外形ODが、
OD≧−0.0187×SW2+9.15×SW−380
を満たすことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の空気入りタイヤ。
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