WO2015019818A1 - 空気入りタイヤ - Google Patents

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belt
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cord
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一夫 浅野
久保田　康弘
佐和 荻原
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住友ゴム工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a pneumatic tire with improved fuel efficiency.
  • Tire factors in vehicle fuel efficiency include tire rolling resistance and air resistance.
  • the rolling resistance of the tire is mainly caused by energy loss due to repeated deformation of rubber during running.
  • a rubber having a small energy loss small tan ⁇ is used for the tread rubber.
  • a narrow and large bead diameter tire with a reduced tire cross-section width and a larger bead diameter reduces energy loss at the tread and sidewalls and reduces tire mass. It has been found that fuel efficiency is greatly improved by reducing air resistance.
  • the angle of the belt cord is set to a small angle, for example, about 30 °.
  • the improvement cost due to the structure is better than the deterioration due to the tread profile, and the effect of further reducing the rolling resistance is exhibited. I was able to find out what would be done.
  • the present invention relates to a tire having a narrow and large bead diameter, based on the fact that the angle of the belt cord is set to a value larger than 35 ° and not more than 55 °, which is larger than the conventional one.
  • An object of the present invention is to provide a pneumatic tire that can further improve the fuel efficiency improvement effect.
  • the present invention is a carcass that leads from the tread portion to the bead core of the bead portion through the sidewall portion, A belt layer composed of two belt plies arranged radially outside the carcass and inside the tread portion, and having a belt cord inclined at an angle ⁇ opposite to the tire equator; A pneumatic tire comprising a band layer composed of a single band ply that is disposed radially outside the belt layer and inside the tread portion, and a band cord is spirally wound in the tire circumferential direction.
  • the angle ⁇ of the belt cord is 45 ° to 55 °.
  • the tensile rigidity in the range of 0.4% to 1.0% of elongation per belt cord is Ea
  • the belt cord in the first and second belt plies is perpendicular to the belt cord.
  • the ply rigidity of the belt ply which is the product of the tensile rigidity Ea and the number of driven Na (Ea ⁇ Na) is 14000 to 20000 N / mm. It is preferable.
  • the tensile rigidity in the range of 3% to 5% of elongation per band cord is Eb
  • the band cord per 1 mm of ply width in the direction perpendicular to the band cord in the band ply is Eb
  • the ply rigidity of the band ply which is the product of the tensile rigidity Eb and the driving number Nb (Eb ⁇ Nb)
  • the tire outer diameter Dt (unit: mm) satisfies the following expressions (4) and (5).
  • each part of the tire is values specified when the bead part is held in accordance with the rim width defined by the tire size in a non-rim assembled state. Further, in this specification, in the range of T1 or more and T2 or less, it is expressed as T1 to T2.
  • the pneumatic tire of the present invention is formed as a tire having a narrow and large bead diameter in which the tire cross-sectional width Wt satisfies the expressions (1) and (2). Therefore, it is possible to achieve a reduction in the amount of energy loss in the tread portion and the sidewall portion, a reduction in tire mass, and a reduction in air resistance, thereby improving fuel efficiency.
  • the belt cord angle ⁇ is set in the range of 35 ° to 55 °. This makes it possible to further improve the rolling resistance while suppressing crack damage TGC (Tread Groove Cracking) at the groove bottom of the lug groove provided in the tread portion, as described in the “Mode for Carrying Out the Invention” section. Become.
  • (A), (B) is a graph which shows the distortion of the tire axial direction of the tread rubber in a tire equator at the time of tire rolling, and the distortion of the tire axial direction of a belt layer.
  • (A), (B) is a graph which shows the distortion of the tire axial direction of the tread rubber in a tread shoulder at the time of tire rolling, and the distortion of the tire axial direction of a belt layer. It is a graph of "elongation-load curve" explaining the tensile rigidity of a cord. It is a graph which shows the relationship between band ply rigidity and belt layer ply rigidity, and the amount of energy loss of a tread rubber and a topping rubber.
  • the pneumatic tire 1 of the present embodiment includes a carcass 6 that extends from a tread portion 2 through a sidewall portion 3 to a bead core 5 of a bead portion 4, a radially outer side of the carcass 6, and a tread portion. 2 and a belt layer 7 and a band layer 9 disposed radially outside the belt layer 7 and inside the tread portion 2.
  • the pneumatic tire 1 is a radial tire for a passenger car is shown.
  • the tire cross-sectional width Wt satisfies the following expressions (1) and (2). It is formed as a tire with a narrow and large bead diameter. Wt ⁇ ⁇ 0.7257 ⁇ (Db) 2 + 42.763 ⁇ Db ⁇ 339.67 ⁇ (1) Wt ⁇ ⁇ 0.7257 ⁇ (Db) 2 + 48.568 ⁇ Db ⁇ 552.33 ⁇ (2)
  • the region Y1 satisfying the expressions (1) and (2) is outside the range of the conventional tire indicated by the plot, and the average relation Ka indicated by the expression (A) is expressed by the tire cross-sectional width. It is arranged at a position where Wt is translated in a small direction and bead diameter Db is translated in a large direction. That is, a tire satisfying the above formulas (1) and (2) has a narrow and large bead diameter in which the tire cross-sectional width Wt is reduced and the bead diameter Db is increased as compared with a conventional tire having the same tire outer diameter. Tire.
  • Such a tire has a narrow tread width due to a narrow tire cross-sectional width, and accordingly, a rubber amount of the tread rubber also decreases. Therefore, the amount of energy loss due to the tread rubber is relatively reduced, and the tire mass is also reduced.
  • the exposed area of the tire exposed downward from the lower end of the bumper is also reduced with the tire cross-sectional width. Therefore, the air resistance of the tire during traveling can be reduced.
  • the bead diameter is larger than that of a conventional tire having the same tire outer diameter, the side wall region where the deformation during running is large is narrowed. As a result, the amount of energy loss in the sidewall portion 3 is reduced, and the tire mass is also reduced.
  • the fuel consumption performance of the tire can be improved by reducing the energy loss in the tread portion 2 and the sidewall portion 3, reducing the tire mass, and reducing the air resistance.
  • the tire outer diameter Dt (unit: mm) satisfies the following expressions (4) and (5).
  • the average relationship Kb shown in the expression (B) is arranged at a position where the tire outer diameter Dt is translated in the large direction. Is done.
  • a tire that further satisfies the expressions (4) and (5) is a tire having a narrow width, a large bead diameter, and a large tire outer diameter Dt.
  • the tire T1 having a relatively large tire outer diameter Dt has less bending deformation in the circumferential direction at the contact portion than the tire T2 having a small tire outer diameter Dt. Therefore, the amount of energy loss is small, and it is effective in reducing rolling resistance.
  • decrease of the said rolling resistance by tire diameter increase cannot be anticipated.
  • the tire flatness is preferably in the range of 55% to 70%. If the tire flatness is less than 55%, the tread width is widened, and tread members such as tread rubber are increased accordingly, leading to an increase in energy loss. Conversely, when the tire flatness ratio exceeds 70%, the ratio of the sidewall members increases, thereby causing an increase in energy loss.
  • the road index LI of the pneumatic tire 1 of this example is set in a range of +3 to ⁇ 10 with respect to the load index LI 0 of the reference tire.
  • the tire width Wt 0 of the reference tire is defined as the nominal width closest to the value W calculated by the following equation (6) using the tire flatness ratio H.
  • W 0.0098 ⁇ H 2 ⁇ 2.9758 ⁇ H + 343.69 ⁇ (6)
  • the rim diameter Dr 0 of the reference tire is defined as an integer closest to the value Dr calculated by the following equation (7) using the tire flatness ratio H (unit:%).
  • Dr 0.002 ⁇ H 2 ⁇ 0.3547 ⁇ H + 29.783 ⁇ (7)
  • the tire width Wt 0 is defined as 205 which is the nominal width closest to 203.
  • the road index LI 0 of the reference tire is a road index described in a tire size specified by TATMA, and when there are a plurality of road indexes LI 0 , the lowest value is adopted.
  • the carcass 6 of the pneumatic tire 1 includes one or more carcass cords in which a carcass cord is arranged at an angle of, for example, 75 to 90 ° with respect to the tire equator Co, in this example, one carcass. It is formed from ply 6A.
  • the carcass ply 6 ⁇ / b> A has ply folding portions 6 b that are folded from the inner side to the outer side in the tire axial direction around the bead core 5 at both ends of the toroidal ply main body portion 6 a straddling the bead cores 5 and 5.
  • a bead apex rubber 8 for bead reinforcement that extends from the bead core 5 outward in the tire radial direction is disposed.
  • the belt layer 7 is formed of two belt plies 7A and 7B in which a belt cord 7c is inclinedly arranged in opposite directions with respect to the tire equator Co. That is, the belt layer 7 has a bias structure in which the belt cords cross each other between the plies, and strongly reinforces almost the entire width of the tread portion 2.
  • the angle ⁇ of the belt cord 7c with respect to the tire equator Co is set to 35 to 55 °, which is larger than the conventional angle.
  • FIG. 6A shows the relationship between the angle ⁇ of the belt cord 7c and the shear rigidity of the belt layer 7.
  • FIG. 6B shows the relationship between the angle ⁇ of the belt cord 7 c and the Poisson's ratio of the belt layer 7.
  • the Poisson's ratio means a ratio between a deformation amount in the tire circumferential direction and a deformation amount in the tire axial direction (width direction) when the belt layer 7 is pulled in the tire circumferential direction.
  • the belt layer 7 is pulled in the tire circumferential direction at the time of ground contact.
  • the Poisson's ratio is larger, the behavior of the tread portion 2 in the tire axial direction becomes large, and the amount of energy loss is increased. Therefore, it is preferable that the Poisson's ratio is smaller from the viewpoint of rolling resistance.
  • the Poisson's ratio has a maximum value when ⁇ 15 °, and from the maximum value, the Poisson's ratio decreases as ⁇ increases.
  • the inclination is steep between 20 ° and 35 °, and gradually decreases from 35 °.
  • the range of 35 to 55 ° is a region where the shear rigidity is large and the Poisson's ratio is small, and the effect of reducing rolling resistance can be exhibited.
  • the range of 35 to 55 ° is as large as the range of 50 to 55 ° for shear rigidity, but the Poisson's ratio is relatively large. Therefore, the behavior of the tread portion 2 in the tire axial direction is slightly large, and the effect of reducing rolling resistance is relatively low. Therefore, in the range of 35 to 55 °, a range larger than 40 ° where the Poisson's ratio is smaller, particularly a range of 45 ° or more is more preferable.
  • the angle ⁇ exceeds 55 °, although the Poisson's ratio is small, the shear rigidity itself is excessively reduced, so that the effect of reducing the rolling resistance is not sufficiently exhibited.
  • the protrusion of the tread portion 2 toward the outside in the radial direction increases due to the decrease in shear rigidity. Therefore, when the lug groove is formed in the tread portion 2, it tends to cause crack damage such as a crack in the groove bottom.
  • a tire for a passenger car (tire size 165 / 65R19) having the structure shown in FIG.
  • the distortion in the direction and the distortion in the tire axial direction of the belt layer 7 were calculated by the finite element method, and the results are shown in FIGS. 7 (A) and 7 (B).
  • the tread rubber strain calculation position is the center of the tread rubber thickness
  • the belt layer 7 strain calculation position is the position between the belt plies 7A and 7B.
  • the distortion in the tire axial direction of the tread rubber at the position P (shown in FIG. 1) on the tread shoulder and the distortion in the tire axial direction of the belt layer 7 are measured. The results are shown in FIGS. 8 (A) and 8 (B).
  • the ply stiffness (hereinafter sometimes referred to as “belt ply stiffness”) in the belt plies 7A and 7B is preferably in the range of 14000 to 20000 N / mm.
  • the ply stiffness (hereinafter sometimes referred to as “band ply stiffness”) in the band ply 9A is preferably in the range of 1600 to 2500 N / mm.
  • the belt ply rigidity is defined by the product (Ea ⁇ Na) of the tensile rigidity Ea per belt cord and the number Na of belt cords to be driven.
  • the driving number Na means the driving number of belt cords per 1 mm of the ply width of the belt ply in the direction perpendicular to the belt cords.
  • the tensile rigidity Ea is the tensile rigidity in the range of 0.4% to 1.0% of the cord elongation. As illustrated in FIG. 9, the tensile rigidity Ea is expressed as a load per 1% of the elongation amount from an inclination between 0.4% and 1.0% of elongation in the “elongation-load curve” of the cord. Desired.
  • the band ply rigidity is defined by the product (Eb ⁇ Nb) of the tensile rigidity Eb per band cord and the number Nb of band cords to be driven.
  • the driving number Nb means the number of band cords driven per 1 mm of the ply width of the band ply in the direction perpendicular to the band cords.
  • the tensile stiffness Eb is the tensile stiffness in the range of 3% to 5% of the cord elongation.
  • the tensile rigidity Ea is obtained as a load per 1% of the elongation amount from an inclination between 3% and 5% of elongation in the “elongation-load curve” of the cord.
  • the cause is estimated as follows.
  • the belt layer 7 is bent in the circumferential direction, a force is generated in the length direction of the belt cord, and shear deformation is generated in the belt layer.
  • the belt ply rigidity is small, it is presumed that the shear deformation of the belt layer 7 is also small, and the behavior of the tread rubber on the belt layer 7 is reduced.
  • the belt cord angle ⁇ is set to 35 ° or more. Therefore, the behavior in the tire axial direction in the tread portion 2 is reduced as compared with the conventional case. Therefore, distortion at the bottom of the lug groove is reduced, and crack damage is suppressed. That is, by setting the belt cord angle ⁇ to 35 ° or more, the belt ply rigidity can be made lower than the conventional one. Therefore, the effect of reducing the rolling resistance due to the angle ⁇ and the effect of reducing the rolling resistance due to the belt ply rigidity can be activated.
  • the rolling resistance reduction effect will not be exhibited effectively. Conversely, if it is less than 15000 N / mm, although it is preferable for rolling resistance, it becomes difficult to suppress crack damage at the bottom of the lug groove.
  • the tread portion 2 enters the ground contact region, the tread portion 2 is bent in the circumferential direction, so that the band layer 9 is deformed to the tension side and the belt layer 7 is deformed to the compression side. Therefore, when the band ply rigidity is large, the force is more likely to act on the belt layer 7. Therefore, the deformation of the topping rubber of the belt layer 7 becomes large, and the amount of energy loss increases. However, the deformation of the band layer 9 itself is suppressed because the band ply rigidity is increased, and the amount of energy loss of the tread rubber disposed thereon is reduced. That is, when the band ply rigidity increases, the energy loss amount of the topping of the belt layer 7 increases, but the energy loss amount of the tread rubber decreases conversely.
  • the band ply rigidity has an appropriate range for reducing the sum of the energy loss amount of the tread rubber and the energy loss amount of the topping. If the appropriate range is 1600 to 2500 N / mm and the band ply rigidity is out of the above range, the total energy loss becomes large, which is disadvantageous for rolling resistance. Moreover, when the band ply rigidity is less than 1600 N / mm, the tagging effect is insufficient, which causes a disadvantage in crack damage at the bottom of the lug groove.
  • FIG. 10 shows a tread rubber and a topping rubber (belt layer and belt) in a tire in which five types of band layers having different band ply stiffnesses B1 to B5 and three types of belt layers having different belt ply stiffnesses A1 to A3 are combined. It is the calculation result which calculated
  • the values of the band ply stiffnesses B1 to B5, the values of the belt ply stiffnesses A1 to A3, the value of the energy loss amount of the tread rubber, and the value of the energy loss amount of the topping rubber in the drawing are indicated by indices.
  • a pneumatic tire having the internal structure shown in FIG. 1 was prototyped according to the specifications shown in Table 1, and the rolling resistance, air resistance, and riding comfort performance of each sample tire were tested.
  • Example 2 (165 / 65R19) in Table 1 is a standard tire (corresponding to Example 3A in Table 2), and only the belt cord angle ⁇ , belt ply stiffness Ea / Na, and band ply stiffness Eb / Nb are shown. Tires changed according to the specifications of No. 2 were manufactured, and the rolling resistance at that time and the crack damage (TGC) at the bottom of the groove were tested.
  • TGC crack damage
  • ⁇ TGC> Make a cut scratch with a depth of 2mm and a length of 8mm with a razor blade with a thickness of 0.25mm at the bottom of the circumferential groove and lug groove arranged in the tread, and mold the mouth opening shape. measure. Also, the tire was run on a drum for 10000 km with a rim (5.0 J ⁇ 19), internal pressure (310 kPa), and load (4.8 kN), and the cut flaw size before running and cut flaw after running The reciprocal of the increase was shown as an index with the standard tire as 100. The larger the value, the better the crack damage resistance.

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Abstract

　タイヤの転がり抵抗及び空気抵抗を改善する。　ベルトコードがタイヤ赤道に対して互いに逆向きの角度θで傾斜配列された２枚のベルトプライからなるベルト層と、バンドコードがタイヤ周方向に螺旋状に巻回された１枚のバンドプライからなるバンド層とを具える。前記ベルトコードの角度θは３５°～５５°の範囲である。タイヤ断面巾をＷｔ（単位：mm）、ビード径をＤｂ（単位：インチ）としたとき、前記タイヤ断面巾Ｗｔが次式（１）、（２）を充足する。　Ｗｔ≦ －0.7257×(Ｄｂ)２ ＋ 42.763×Ｄｂ － 339.67　－－－（１）　Ｗｔ≧ －0.7257×(Ｄｂ)２ ＋ 48.568×Ｄｂ － 552.33　－－－（２）

Description

空気入りタイヤ
　本発明は、燃費性を改善した空気入りタイヤに関する。
　車両の燃費性におけるタイヤの要因として、タイヤの転がり抵抗および空気抵抗がある。このうちタイヤの転がり抵抗は、走行時におけるゴムの繰返し変形に伴うエネルギー損失が主原因である。この転がり抵抗を減じるために、トレッドゴムにエネルギー損失の少ない（tanδが小さい）ゴムを使用することが行われている。
　しかしエネルギー損失が小さいゴムを使用した場合、転がり抵抗は減じるものの、グリップ性能（特に、ウェットグリップ性能）が低下し、また耐摩耗性も悪化するという問題がある。下記の特許文献１、２などに示されるように、耐摩耗性を向上させつつ転がり抵抗を減じたトレッドゴム組成物の研究が進められている。しかしゴム組成物による改善だけでは限界があり、ゴム組成物以外からの低転がり抵抗性へのアプローチが強く望まれている。
　このような状況に鑑み、本発明者が研究を行った結果、以下のことを究明し得た。タイヤ外径が同一のタイヤにおいてタイヤ断面巾を減じた場合、それに伴いトレッド巾も減少する。そのため、トレッドゴムのゴム量も少なくなる。その結果、トレッドゴムによるエネルギー損失量が減じ、かつタイヤの軽量化も図られる。又車両を前面視したとき、バンパー下端から下方に露出するタイヤの露出面積も、タイヤ断面巾とともに減じるため、タイヤの空気抵抗を減じることができる。
　又、タイヤ外径が同一のタイヤにおいて、ビード径を大きくした場合、走行時の変形が大きいサイドウォール領域が狭くなる。その結果、サイドウォール部におけるエネルギー損失量の低減、及びタイヤの軽量化が図られる。
　従って、タイヤ外径が同一のタイヤにおいて、タイヤ断面巾を減じかつビード径を大きくした巾狭・大ビード径のタイヤにおいては、トレッド部及びサイドウォール部におけるエネルギー損失量の低減、タイヤ質量の低減、及び空気抵抗の低減により、燃費性が大幅に改善されることが判明した。
　他方、ベルト層が２枚のベルトプライからなるタイヤの場合、ベルトコードの角度（タイヤ赤道に対する角度）が小さいほど、トレッドプロファイルがフラットになってトレッド部の挙動が抑えられる結果、転がり抵抗に有利となると考えられていた。そのため従来においては、ベルトコードの角度は例えば３０°程度と小な角度に設定されている。しかし本発明者の研究の結果、ベルトコードの角度を、従来範囲よりもある程度大きく設定した場合、トレッドプロファイルによる悪化よりも、構造による改善代の方が勝り、転がり抵抗のさらに大きな低減効果が発揮されることを究明し得た。
特開２００４－０１０７８１号公報 特開２００４－００２６２２号公報
　本発明は、巾狭・大ビード径のタイヤにおいて、ベルトコードの角度を従来よりも大きい３５°より大かつ５５°以下の値に設定することを基本として、巾狭・大ビード径のタイヤにおける燃費性の改善効果をさらに高めうる空気入りタイヤを提供することを課題としている。
　本発明は、トレッド部からサイドウォール部をへてビード部のビードコアに至るカーカスと、
　該カーカスの半径方向外側かつトレッド部の内部に配され、かつベルトコードがタイヤ赤道に対して互いに逆向きの角度θで傾斜配列された２枚のベルトプライからなるベルト層と、
　該ベルト層の半径方向外側かつトレッド部の内部に配され、かつバンドコードがタイヤ周方向に螺旋状に巻回された１枚のバンドプライからなるバンド層とを具えた空気入りタイヤであって、
　タイヤ断面巾をＷｔ（単位：mm）、ビード径をＤｂ（単位：インチ）としたとき、前記タイヤ断面巾Ｗｔが次式（１）、（２）を充足するとともに、前記ベルトコードの角度θを３５～５５°の範囲としたことを特徴としている。
　　Ｗｔ≦ －0.7257×(Ｄｂ)２ ＋ 42.763×Ｄｂ － 339.67　－－－（１）
　　Ｗｔ≧ －0.7257×(Ｄｂ)２ ＋ 48.568×Ｄｂ － 552.33　－－－（２）
　本発明に係る前記空気入りタイヤでは、前記ベルトコードの角度θは、４５°～５５°であることが好ましい。
　本発明に係る前記空気入りタイヤでは、前記ベルトコード１本当たりの、伸び０．４％～１．０％の範囲における引張り剛性をＥａ、前記第１、第２のベルトプライにおけるベルトコードと直角方向のプライ巾１mm当たりのベルトコードの打ち込み本数をＮａとしたとき、前記引張り剛性Ｅａと打ち込み本数Ｎａとの積（Ｅａ×Ｎａ）であるベルトプライのプライ剛性は、１４０００～２００００N/mmであることが好ましい。
　本発明に係る前記空気入りタイヤでは、前記バンドコード１本当たりの、伸び３％～５％の範囲における引張り剛性をＥｂ、前記バンドプライにおけるバンドコードと直角方向のプライ巾１mm当たりのバンドコードの打ち込み本数をＮｂとしたとき、前記引張り剛性Ｅｂと打ち込み本数Ｎｂとの積（Ｅｂ×Ｎｂ）であるバンドプライのプライ剛性は、１６００～２５００N/mmであることが好ましい。
　本発明に係る前記空気入りタイヤでは、タイヤ外径Ｄｔ（単位：mm）は、次式（４）、（５）を充足することが好ましい。
　　Ｄｔ≦ 59.078×Ｗｔ０．４９８　－－－（４）
　　Ｄｔ≧ 59.078×Ｗｔ０．４６７　－－－（５）
　本明細書では、特に断りがない限り、タイヤの各部の寸法は、非リム組状態において、タイヤサイズで規定されるリム巾に合わせてビード部を保持したときに特定される値とする。又本明細書では、Ｔ１以上かつＴ２以下の範囲の場合、Ｔ１～Ｔ２と表記する。
　本発明の空気入りタイヤは、叙上の如く、タイヤ断面巾Ｗｔが前式（１）、（２）を充足する巾狭・大ビード径のタイヤとして形成される。そのため、トレッド部及びサイドウォール部におけるエネルギー損失量の低減、タイヤ質量の低減、及び空気抵抗の低減を達成でき、燃費性を改善させることが可能となる。
　しかも前記空気入りタイヤでは、ベルトコードの角度θを、３５°～５５°の範囲に設定している。これにより「発明を実施するための形態」の欄で説明する如く、トレッド部に設けるラグ溝の溝底における亀裂損傷TGC（Tread Groove Cracking）を抑えながら、転がり抵抗をいっそう向上させることが可能となる。
本発明の空気入りタイヤの一実施例を示す断面図である。 ＪＡＴＭ表示の従来タイヤにおける、タイヤ断面巾とビード径との関係をプロットしたグラフである。 ＪＡＴＭ表示の従来タイヤにおける、タイヤ断面巾とタイヤ外径との関係をプロットしたグラフである。 タイヤ大径化による効果を説明する概念図である。 ベルト層のコード配列を示す平面展開図である （Ａ）はベルトコードの角度と、ベルト層の剪断剛性との関係を示すグラフ、（Ｂ）はベルトコードの角度と、ベルト層のポアソン比との関係を示すグラフである。 （Ａ）、（Ｂ）は、タイヤ転動時の、タイヤ赤道におけるトレッドゴムのタイヤ軸方向の歪み、及びベルト層のタイヤ軸方向の歪みを示すグラフである。 （Ａ）、（Ｂ）は、タイヤ転動時の、トレッドショルダにおけるトレッドゴムのタイヤ軸方向の歪み、及びベルト層のタイヤ軸方向の歪みを示すグラフである。 コードの引張り剛性を説明する「伸び－荷重曲線」のグラフである。 バンドプライ剛性およびベルト層プライ剛性と、トレッドゴムおよびトッピングゴムのエネルギー損失量との関係を示すグラフである。
　以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
　図１に示すように、本実施形態の空気入りタイヤ１は、トレッド部２からサイドウォール部３をへてビード部４のビードコア５に至るカーカス６と、前記カーカス６の半径方向外側かつトレッド部２の内部に配されベルト層７と、前記ベルト層７の半径方向外側かつトレッド部２の内部に配されるバンド層９とを具える。本例では、前記空気入りタイヤ１が、乗用車用のラジアルタイヤである場合が示される。
　前記空気入りタイヤ１は、タイヤ断面巾をＷｔ（単位：mm）、ビード径をＤｂ（単位：インチ）としたとき、前記タイヤ断面巾Ｗｔが、次式（１）、（２）を充足する巾狭・大ビード径のタイヤとして形成される。
　　Ｗｔ≦ －0.7257×(Ｄｂ)２ ＋ 42.763×Ｄｂ － 339.67　－－－（１）
　　Ｗｔ≧ －0.7257×(Ｄｂ)２ ＋ 48.568×Ｄｂ － 552.33　－－－（２）
　図２は、ＪＡＴＭ表示の従来タイヤに対して実施された、タイヤ断面巾Ｗｔとビード径Ｄｂとの関係の調査結果をプロットしたグラフである。この調査結果から、ＪＡＴＭ表示の従来タイヤにおけるタイヤ断面巾Ｗｔとビード径Ｄｂとの平均的な関係は、同図に一点鎖線Ｋａで示されるように、次式（Ａ）で示すことができる。
　　Ｗｔ＝－0.7257×(Ｄｂ)２ ＋ 39.134×Ｄｂ － 217.30　－－－（Ａ）
　これに対して、前記式（１）、（２）を充足する領域Ｙ１は、プロットで示される従来タイヤの範囲外で、しかも前記式（Ａ）で示す平均的な関係Ｋａを、タイヤ断面巾Ｗｔが小な方向、かつビード径Ｄｂが大な方向に平行移動した位置に配されている。即ち、前記式（１）、（２）を充足するタイヤは、タイヤ外径が同一の従来タイヤに比して、タイヤ断面巾Ｗｔを減じかつビード径Ｄｂを大きくした巾狭・大ビード径のタイヤである。
　このようなタイヤは、タイヤ断面巾が狭いことにより、トレッド巾も減少し、それに伴いトレッドゴムのゴム量も減少する。そのためトレッドゴムによるエネルギー損失量が相対的に少なくなり、かつタイヤ質量も減少する。又車両を前面視したとき、バンパー下端から下方に露出するタイヤの露出面積も、タイヤ断面巾とともに減じる。そのため、走行時のタイヤの空気抵抗を小さくすることができる。
　またタイヤ外径が同一の従来タイヤに比して、ビード径が大きいため、走行時の変形が大きいサイドウォール領域が狭くなる。その結果、サイドウォール部３におけるエネルギー損失量が少なくなり、かつタイヤ質量も減少する。
　従って、巾狭・大ビード径のタイヤでは、トレッド部２及びサイドウォール部３におけるエネルギー損失量の低減、タイヤ質量の低減、及び空気抵抗の低減により、タイヤの燃費性能を改善することができる。
　なおタイヤ断面巾Ｗｔが、前記式（２）から外れる場合、巾狭・大ビード径化が過小となって燃費性能の改善効果が不十分となる。逆に前記式（１）から外れる場合、巾狭となりすぎるため、必要な負荷能力を確保するために使用内圧を高く設定する必要が生じる。そのため、乗り心地性能やロードノイズ性能に悪影響を与える。
　また燃費性能のさらなる向上のために、前記空気入りタイヤ１では、タイヤ外径Ｄｔ（単位：mm）が、次式（４）、（５）を充足することが好ましい。
　　Ｄｔ≦ 59.078×Ｗｔ０．４９８　－－－（４）
　　Ｄｔ≧ 59.078×Ｗｔ０．４６７　－－－（５）
　図３は、ＪＡＴＭ表示の従来タイヤに対して実施された、タイヤ断面巾Ｗｔとタイヤ外径Ｄｔとの関係の調査結果をプロットしたグラフである。この調査結果から、ＪＡＴＭ表示の従来タイヤにおけるタイヤ断面巾Ｗｔとタイヤ外径Ｄｔとの平均的な関係は、同図に一点鎖線Ｋｂで示されるように、次式（Ｂ）で示すことができる。
　　Ｄｔ＝ 59.078×Ｗｔ０．４４８　－－－（Ｂ）
　これに対して、前記式（４）、（５）を充足する領域Ｙ２は、前記式（Ｂ）で示す平均的な関係Ｋｂを、タイヤ外径Ｄｔが大な方向に平行移動した位置に配される。即ち、前記式（４）、（５）をさらに充足するタイヤは、巾狭・大ビード径かつタイヤ外径Ｄｔが大なタイヤでる。
　タイヤ外径Ｄｔが相対的に大なタイヤＴ１は、図４に概念的に示すように、タイヤ外径Ｄｔが小なタイヤＴ２に比して接地部での周方向の曲げ変形が少ない。そのため、エネルギー損失量が小さく、転がり抵抗の低減に効果がある。なお前記式（５）から外れる場合、タイヤ大径化による前記転がり抵抗の低減が見込めなくなる。逆に前記式（４）から外れる場合、必要な負荷能力を確保するために使用内圧を高く設定する必要が生じ、そのため、乗り心地性能やロードノイズ性能に悪影響を与える。
　転がり抵抗の観点からは、タイヤ扁平率は５５％～７０％の範囲が好ましい。もしタイヤ扁平率が５５％を下回ると、トレッド巾が広くなり、それに伴いトレッドゴムなどのトレッド部材も増加するため、エネルギー損失量の増加傾向を招く。逆にタイヤ扁平率が７０％を越える場合にも、サイドウォール部材の割合が増し、それによってエネルギー損失量の増加傾向を招く。
　本例の空気入りタイヤ１のロードインデックスＬＩは、基準タイヤのロードインデックスＬＩ０に対して、＋３～－１０の範囲に設定される。前記基準タイヤのタイヤ巾Ｗｔ０は、タイヤ扁平率Ｈを用いて次式（６）で計算される値Ｗに最も近い呼び幅として定義される。
　　Ｗ＝0.0098×Ｈ２－2.9758×Ｈ＋343.69　　－－－（６）
又基準タイヤのリム径Ｄｒ０は、タイヤ扁平率Ｈ（単位：％）を用いて次式（７）で計算される値Ｄｒに最も近い整数として定義される。
　　Ｄｒ＝0.002×Ｈ２－0.3547×Ｈ＋29.783　－－－（７）
　例えば、タイヤ扁平率Ｈが６０％の場合、式（６）から
　　Ｗ＝0.0098×６０２－2.9758×６０＋343.69　＝　203
である。従って、タイヤ巾Ｗｔ０は、２０３に最も近い呼び幅である２０５として定義される。
　又式（７）から、
　　Ｄｒ＝0.002×６０２－0.3547×６０＋29.783　＝　15.7
である。従って、リム径Ｄｒ０は、１５．７に最も近い整数である１６として定義される。即ち、基準タイヤのタイヤサイズは、２０３／６０Ｒ１６となる。
　前記基準タイヤのロードインデックスＬＩ０は、ＴＡＴＭＡが規定するタイヤサイズに記載されたロードインデックスであって、複数のロードインデックスＬＩ０がある場合、そのうちの最も低い値を採用する。
　次に、図１に示すように、空気入りタイヤ１の前記カーカス６は、カーカスコードをタイヤ赤道Ｃｏに対して例えば７５～９０゜の角度で配列した１枚以上、本例では１枚のカーカスプライ６Ａから形成される。このカーカスプライ６Ａは、前記ビードコア５、５間に跨るトロイド状のプライ本体部６ａの両端に、前記ビードコア５の廻りでタイヤ軸方向内側から外側に折り返されるプライ折返し部６ｂを有する。プライ本体部６ａとプライ折返し部６ｂとの間には、前記ビードコア５からタイヤ半径方向外側に先細状にのびるビード補強用のビードエーペックスゴム８が配置されている。
　前記ベルト層７は、図５に示すように、ベルトコード７ｃをタイヤ赤道Ｃｏに対して互いに逆向きに傾斜配列した２枚のベルトプライ７Ａ、７Ｂから形成される。即ち、ベルト層７は、ベルトコードがプライ間相互で交差するバイアス構造をなし、トレッド部２のほぼ全巾を強固に補強する。そして前記ベルトコード７ｃのタイヤ赤道Ｃｏに対する角度θは、３５～５５°と、従来よりも大きい角度に設定される。
　図６（Ａ）には、ベルトコード７ｃの角度θと、ベルト層７の剪断剛性との関係が示される。又図６（Ｂ）には、ベルトコード７ｃの角度θと、ベルト層７のポアソン比との関係が示される。
　トレッド部２では、ベルト層７の剪断剛性が大きいことにより、転動時の変形量が抑えられる。従って、転がり抵抗の観点からは、ベルト層７の剪断剛性がより大きいことが好ましい。又前記ポアソン比とは、ベルト層７をタイヤ周方向に引っ張った際の、タイヤ周方向の変形量とタイヤ軸方向（巾方向）の変形量との比を意味する。タイヤでは接地時、ベルト層７がタイヤ周方向に引っ張られる。このとき、ポアソン比が大きい場合、トレッド部２におけるタイヤ軸方向の挙動が大きくなり、エネルギー損失量の増加を招く。従って、転がり抵抗の観点から、ポアソン比がより小さいことが好ましい。
　前記図６（Ａ）から、剪断剛性は、θ＝４５°で最大値をなし、又３５～５５°の範囲では最大値に近い高い剪断剛性を示している。これに対してポアソン比は、θ≒１５°で最大値をなし、かつ最大値からはθの増加とともにポアソン比は減少している。特に２０～３５°の間では傾斜は急勾配であり、３５°からしだいに緩傾斜となっていく。このように３５～５５°の範囲は、剪断剛性が大、かつポアソン比が小な領域であって、転がり抵抗の低減効果を発揮することができる。
　なお前記３５～５５°の範囲うちで、３５～４０°の範囲は、剪断剛性に対しては、５０～５５°の範囲と同程度に大きいが、ポアソン比は相対的に大きくなる。そのためトレッド部２のタイヤ軸方向の挙動がやや大きく、転がり抵抗の低減効果は相対的に低くなる。従って、３５～５５°の範囲うちで、ポアソン比がより小さくなる４０°よりも大の範囲、特に４５°以上の範囲がより好ましい。なお角度θが５５°を越える場合には、ポアソン比が小さいとはいえ、剪断剛性自体が過度に減少するため、転がり抵抗の低減効果は十分発揮されなくなる。しかも剪断剛性の減少により、トレッド部２の半径方向外側へのせり出しが大きくなる。そのため、トレッド部２にラグ溝が形成されている場合、その溝底にクラックなどの亀裂損傷を発生させる傾向となる。
　前記角度θの転がり抵抗への影響を検証するため、図１の構造を有しかつベルトコードの角度θのみを違えた乗用車用タイヤ（タイヤサイズ１６５／６５Ｒ１９）を試作した。試作タイヤは角度θが２４°と４５°との２種類である。そしてリム（５Ｊ×１９）、内圧（３１０kPa）、縦荷重（４．８kN）の条件にて、タイヤを－１８０°～１８０°回転させた時の、タイヤ赤道Ｃｏの位置におけるトレッドゴムのタイヤ軸方向の歪み、及びベルト層７のタイヤ軸方向の歪みを有限要素法により計算し、その結果を図７（Ａ）、（Ｂ）に示した。なおトレッドゴムの歪みの計算位置は、トレッドゴムの厚さ中央であり、ベルト層７の歪みの計算位置は、ベルトプライ７Ａ、７Ｂ間の位置である。同様にタイヤを－１８０°～１８０°回転させた時の、トレッドショルダでの位置Ｐ（図１に示す）におけるトレッドゴムのタイヤ軸方向の歪み、及びベルト層７のタイヤ軸方向の歪みを測定し、その結果を図８（Ａ）、（Ｂ）に示した。
　同図に示されるように、タイヤ赤道及びトレッドショルダの何れの位置においても、θ＝４５°のタイヤの方が、θ＝２４°のタイヤに比してタイヤ軸方向の歪みの振幅が小さく、エネルギー損失量が少ないことが確認できる。
　次に、前記空気入りタイヤ１では、ベルトプライ７Ａ、７Ｂにおけるプライ剛性（以下「ベルトプライ剛性」と言う場合がある。）は、１４０００～２００００N/mmの範囲であることが好ましい。又バンドプライ９Ａにおけるプライ剛性（以下「バンドプライ剛性」と言う場合がある。）は、１６００～２５００N/mmの範囲であるのが好ましい。
　前記ベルトプライ剛性とは、ベルトコード１本当たりの引張り剛性Ｅａと、ベルトコードの打ち込み本数Ｎａとの積（Ｅａ×Ｎａ）で定義される。前記打ち込み本数Ｎａは、ベルトコードと直角方向のベルトプライのプライ巾１mm当たりのベルトコードの打ち込み本数を意味する。又前記引張り剛性Ｅａは、コードの伸び０．４％～１．０％の範囲における引張り剛性である。前記引張り剛性Ｅａは、図９に例示されるように、コードの「伸び－荷重曲線」における、伸び０．４％と１．０％との間の傾きから、伸び量１％当たりの荷重として求められる。又、前記バンドプライ剛性とは、バンドコード１本当たりの引張り剛性Ｅｂと、バンドコードの打ち込み本数Ｎｂとの積（Ｅｂ×Ｎｂ）で定義される。
前記打ち込み本数Ｎｂは、バンドコードと直角方向のバンドプライのプライ巾１mm当たりのバンドコードの打ち込み本数を意味する。又前記引張り剛性Ｅｂは、コードの伸び３％～５％の範囲における引張り剛性である。前記引張り剛性Ｅａは、コードの「伸び－荷重曲線」における、伸び３％と５％との間の傾きから、伸び量１％当たりの荷重として求められる。
　従来においては、ベルトプライ剛性が大きい程、トレッド部２の変形が少なく転がり抵抗が低減すると考えられていた。しかし本発明者の研究の結果、ベルトプライ剛性が従来よりも小さい範囲において、転がり抵抗の低減効果が現れることが判明した。
　その原因として下記のように推測される。タイヤ走行時に、ベルト層７が周方向に曲げられ、ベルトコードの長さ方向に力が発生し、ベルト層に剪断変形が発生する。このとき、ベルトプライ剛性が小さい場合、ベルト層７の剪断変形も小さくなり、ベルト層７上のトレッドゴムの挙動が減少するためと推測される。
　しかしベルトプライ剛性が小さい場合、タイヤのインフレートによって、トレッド部２の半径方向外側へのせり出しが大きくなる。その結果、ラグ溝溝底に亀裂損傷が発生する懸念が生じる。しかしながら本発明では、ベルトコードの角度θが３５°以上に設定されている。そのため、トレッド部２におけるタイヤ軸方向の挙動が、従来よりも減じられる。そのため、ラグ溝溝底での歪みが軽減され、亀裂損傷が抑制される。即ち、ベルトコードの角度θが３５°以上に設定されることで、ベルトプライ剛性を従来よりも低くすることが可能となる。そのため、前記角度θによる転がり抵抗の低減効果と前記ベルトプライ剛性による転がり抵抗の低減効果とを発動させることができる。
　なおベルトプライ剛性が２１０００N/mmを越えると、転がり抵抗の低減効果が有効に発揮されなくなる。逆に１５０００N/mmを下回ると、転がり抵抗には好ましいものの、ラグ溝溝底での亀裂損傷を抑制することが難しくなる。
　次に、トレッド部２が接地領域に入る時、トレッド部２が周方向に曲げられることにより、バンド層９は引っ張り側へ、又ベルト層７は圧縮側へ変形する。従って、バンドプライ剛性が大きい場合、よりベルト層７に力が作用し易くなる。そのためベルト層７のトッピングゴムの変形が大きくなって、エネルギー損失量が増加する。しかしながら、バンド層９自身の変形は、バンドプライ剛性が大きくなるので抑えられ、その上に配されるトレッドゴムのエネルギー損失量は低減する。即ち、バンドプライ剛性が大きくなると、ベルト層７のトッピングのエネルギー損失量は増加するが、トレッドゴムのエネルギー損失量は逆に低減する。
　即ち、バンドプライ剛性には、トレッドゴムのエネルギー損失量とトッピングのエネルギー損失量との総和を減少させるための適正な範囲が存在することになる。その適正な範囲が１６００～２５００N/mmであり、バンドプライ剛性が前記範囲から外れると、エネルギー損失量の総和が大となって転がり抵抗に不利となる。しかもバンドプライ剛性が１６００N/mmを下回る場合には、タガ効果が不十分となって、ラグ溝溝底での亀裂損傷に不利を招く。
　図１０は、異なるバンドプライ剛性Ｂ１～Ｂ５を有する５種類のバンド層と、異なるベルトプライ剛性Ａ１～Ａ３有する３種類のベルト層とを組み合わせたタイヤにおける、トレッドゴム、及びトッピングゴム（ベルト層及びバンド層のトッピングゴム）のエネルギー損失量をシュミレーションによって求めた計算結果である。図中のバンドプライ剛性Ｂ１～Ｂ５の値、及びベルトプライ剛性Ａ１～Ａ３の値、トレッドゴムのエネルギー損失量の値、トッピングゴムのエネルギー損失量の値は、それぞれ指数で示されている。
　同図に示されるように、バンドプライ剛性Ｂが増加するに従い、トレッドゴムのエネルギー損失量は減少するが、トッピングゴムのエネルギー損失量は逆に増加するのが確認できる。又ベルトプライ剛性Ａにおいては、ベルトプライ剛性Ａの増加とともに、トレッドゴムのエネルギー損失量、及びトッピングゴムのエネルギー損失量の双方が増加するのが確認できる。
　以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。
（１）図１に示す内部構造を有する空気入りタイヤを、表１の仕様で試作するとともに、各試供タイヤにおける、転がり抵抗性、空気抵抗、乗り心地性能をテストした。各タイヤとも、ベルトコードの角度θ＝４１°、ベルトプライ剛性Ｅａ／Ｎａ＝２４２７５N/mm、バンドプライ剛性Ｅｂ／Ｎｂ＝８２７N/mmで同一であり、タイヤ断面巾Ｗｔ、ビード径Ｄｂ、タイヤ外径Ｄｔのみ相違している。
＜転がり抵抗性＞
　転がり抵抗試験機を用い、下記の条件にて、タイヤの転がり抵抗（単位Ｎ）を測定し、その逆数を比較例１を１００とする指数で示している。数値が大なほど転がり抵抗が少なく良好である。
　　温度：２０℃、
　　荷重：４．８ｋＮ
　　内圧：表１に記載
　　リム：正規リム
　　速度：８０ｋｍ／ｈ
＜空気抵抗＞
　実験室にて、バンパー下端からの露出高さを１４０mmとし、走行速度１００km/hに相当する空気をタイヤの露出面に送風し、そのときタイヤが受ける空気力を測定した。評価は、測定値の逆数を、比較例１を１００とする指数で示し、数値が大なほど空気抵抗が小さく良好である。
＜乗り心地性能＞
　試供タイヤの縦バネ定数を測定し、その逆数を比較例１を１００とする指数で示した。数値が大なほど、乗り心地性能に優れている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
（２）
　表１の実施例２（１６５／６５Ｒ１９）を標準タイヤ（表２の実施例３Ａに相当する。）とし、ベルトコードの角度θ、ベルトプライ剛性Ｅａ／Ｎａ、バンドプライ剛性Ｅｂ／Ｎｂのみを表２の仕様で変化させたタイヤを試作し、そのときの転がり抵抗と、ラブ溝溝底での亀裂損傷性（TGC）とをテストした。
＜ＴＧＣ＞
　トレッド部に配される周方向溝とラグ溝の溝底に、厚さ０．２５mm のかみそりの刃で、深さ２mm、長さ８mm のカット傷を入れ、その口開き形状を型取りして計測する。又前記タイヤをリム（５．０Ｊ×１９）、内圧（３１０kPa）、荷重（４．８kN）にてドラム上を１００００km走行させ、型取りした走行前のカット傷の寸法と、走行後のカット傷の寸法とを比較し、増加量の逆数を、標準タイヤを１００とする指数で示した。数値が大なほど耐亀裂損傷性に優れている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
　表に示すように、実施例のタイヤは、燃費性（転がり抵抗及び空気抵抗）が改善されているのが確認できる。
１　　　空気入りタイヤ
２　　　トレッド部
３　　　サイドウォール部
４　　　ビード部
５　　　ビードコア
６　　　カーカス
７ ベルト層
７Ａ、７Ｂ ベルトプライ
７ｃ ベルトコード
９ バンド層
９Ａ バンドプライ
Ｃｏ タイヤ赤道面
Ｐｍ　　　最大幅位置
 
 
 

Claims (5)

  1. 　トレッド部からサイドウォール部をへてビード部のビードコアに至るカーカスと、
    　該カーカスの半径方向外側かつトレッド部の内部に配され、かつベルトコードがタイヤ赤道に対して互いに逆向きの角度θで傾斜配列された２枚のベルトプライからなるベルト層と、
    　該ベルト層の半径方向外側かつトレッド部の内部に配され、かつバンドコードがタイヤ周方向に螺旋状に巻回された１枚のバンドプライからなるバンド層とを具えた空気入りタイヤであって、
    　タイヤ断面巾をＷｔ（単位：mm）、ビード径をＤｂ（単位：インチ）としたとき、前記タイヤ断面巾Ｗｔが次式（１）、（２）を充足するとともに、前記ベルトコードの角度θを３５～５５°の範囲としたことを特徴とする空気入りタイヤ。
    　　Ｗｔ≦ －0.7257×(Ｄｂ)２ ＋ 42.763×Ｄｂ － 339.67　－－－（１）
    　　Ｗｔ≧ －0.7257×(Ｄｂ)２ ＋ 48.568×Ｄｂ － 552.33　－－－（２）
  2. 　前記ベルトコードの角度θは、４５～５５°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. 　前記ベルトコード１本当たりの、伸び０．４％～１．０％の範囲における引張り剛性をＥａ、前記第１、第２のベルトプライにおけるベルトコードと直角方向のプライ巾１mm当たりのベルトコードの打ち込み本数をＮａとしたとき、前記引っ張り剛性Ｅａと打ち込み本数Ｎａとの積（Ｅａ×Ｎａ）であるベルトプライのプライ剛性は、１４０００～２００００N/mmであることを特徴とする請求項１又は２記載の空気入りタイヤ。
  4. 　前記バンドコード１本当たりの、伸び３％～５％の範囲における引張り剛性をＥｂ、前記バンドプライにおけるバンドコードと直角方向のプライ巾１mm当たりのバンドコードの打ち込み本数をＮｂとしたとき、前記引っ張り剛性Ｅｂと打ち込み本数Ｎｂとの積（Ｅｂ×Ｎｂ）であるバンドプライのプライ剛性は、１６００～２５００N/mmであることを特徴とする請求項３記載の空気入りタイヤ。
  5. 　タイヤ外径Ｄｔ（単位：mm）は、次式（４）、（５）を充足することを特徴とする請求項１～４の何れかに記載の空気入りタイヤ。
    　　Ｄｔ≦ 59.078×Ｗｔ０．４９８　－－－（４）
    　　Ｄｔ≧ 59.078×Ｗｔ０．４６７　－－－（５）
     
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