JP5249843B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、空気入りタイヤに関するものであり、特には、空気入りタイヤの転がり抵抗の低減を実現するものである。

近年、地球温暖化をはじめとする環境問題を考慮した各種の開発が活発に行われており、その一例として、自動車の低燃費化が挙げられる。
これを達成するための一つの手段として、タイヤの転がり抵抗の低減があり、従来から、様々な技術開発が行われている。

タイヤの転がり抵抗は、トレッド踏面の、路面への接地域での圧潰変形等が大きな原因となることが知られており、例えば、トレッド部に使用されるトレッドゴムを損失正接の小さい低発熱のゴムに変更することが、転がり抵抗の低減を図る上で有効であるとされている。
しかしながら、この方法では、タイヤの、例えば耐摩耗性および操縦安定性をはじめとする他の性能が犠牲になることも知られている。
また、転がり抵抗を減らすために、トレッドゴムの厚さを薄くする方法も考えられるが、この場合はタイヤの十分な耐摩耗性を確保できないおそれがある。

そこで、本発明の目的は、耐摩耗性を損なうことなく、転がり抵抗を低減させた空気入りタイヤを提供することにある。

発明者は、従来のタイヤでは、タイヤの転がり抵抗に関して、トレッドセンター領域は駆動変形によるタイヤ周方向の剪断歪、ショルダー領域はタイヤ転動時の接地前後のタイヤ幅方向の剪断歪が大きな影響を与えているとの知見を得た。
また、従来タイヤでは、トレッドセンター領域対比ショルダー領域の径差が大きい形状であるとともに、タイヤ補強層のベルトのコードが、互いに交錯して配置された傾斜ベルト層からなるため、タイヤの負荷転動時に、ショルダー領域が半径方向外方に屈曲することで、その領域域付近のベルトの、パンダグラフ運動によってタイヤ周方向に伸ばされ、この結果として、ショルダー領域がタイヤ幅方向に縮むことになるため、トレッドゴムの、子午線断面内での剪断変形が助長されることがわかった。
したがって、特に、ショルダー領域のタイヤ幅方向の剪断歪を低減させることで、剪断変形に伴うエネルギーロスを減少させ、転がり抵抗を低減させることができる。

そこで、この発明の空気入りタイヤでは、トレッド部と、一対のサイドウォール部と、一対のビード部と、各ビード部内のビードコア間にトロイド状に延在する少なくとも一枚のカーカスプライからなるカーカスと、このカーカスのクラウン域の外周側に配置されて、タイヤ赤道面に対して傾斜する向きに延在するコードからなる少なくとも一層の傾斜ベルト層により形成したベルトと、このベルトの半径方向外方に配設したトレッドゴムとを具えるものであって、適用リムに組み付けた状態のタイヤの子午線断面内での、最外層の傾斜ベルト層の幅ＢＷに対する、そのベルト層の、リム径ラインからの最大距離に対する、幅方向端縁位置の落ち高さＢＤの比ＢＤ／ＢＷが、
（０．０６２×タイヤ偏平比−０．０１）＜ＢＤ／ＢＷ＜（０．０６２×タイヤ偏平比＋０．００４）
の関係を満たしてなることを特徴とするものである。

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規定されたリムをいうものとし、その産業規格は、例えば、日本ではＪＡＴＭＡ（日本自動車タイヤ協会） ＹＥＡＲ ＢＯＯＫ、欧州ではＥＴＲＴＯ（Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｔｙｒｅ ａｎｄ Ｒｉｍ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｏｒｇａｎｉｓａｔｉｏｎ） ＳＴＡＮＤＡＲＤＳ ＭＡＮＵＡＬ、米国ではＴＲＡ（ＴＨＥ ＴＩＲＥ ａｎｄ ＲＩＭ ＡＳＳＯＣＩＡＴＩＯＮ ＩＮＣ．）ＹＥＡＲ ＢＯＯＫ等をいうものとする。
「適用リムに組み付けた状態」とは、タイヤをＪＡＴＭＡ等に規定の適用リムに組み付けて、０〜３０ｋＰａ程度までのバルブコアを取り除いた状態や極低内圧を付加した状態をいうものとする。
また、タイヤ偏平比とは、適用リムに組み付けた状態のタイヤの断面幅に対する断面高さの比をいうものとする。

このようなタイヤにおいてより好ましくは、タイヤ最大幅ＳＷに対する、最外層の傾斜ベルト層の幅ＢＷを、
（−１．０４×タイヤ偏平比＋１．３３）＜ＢＷ／ＳＷ＜（−１．０４×タイヤ偏平比＋１．４３）
の関係を満たすものとする。

また好ましくは、タイヤ断面高さＳＨに対する、リム径ラインから、タイヤの最大幅位置までの半径方向距離ＳＷｈの比ＳＷｈ／ＳＨを０．５〜０．８の範囲内のものとする。

そしてまた好ましくは、カーカスの断面高さＣＨに対する、カーカスの最大幅位置までのカーカスの半径方向距離ＣＷｈの比ＣＷｈ／ＣＨを０．５５〜０．９の範囲内のものとする。
ここで、カーカスの断面高さとは、最外層のカーカスプライの半径をいうものとする。

本発明の空気入りタイヤでは、特に、適用リムに組み付けた状態のタイヤの子午線断面内での、最外層の傾斜ベルト層の幅ＢＷに対する、そのベルト層の、リム径ラインからの最大距離に対する、幅方向端縁位置の落ち高さＢＤの比ＢＤ／ＢＷが、（０．０６２×タイヤ偏平比−０．０１）＜ＢＤ／ＢＷ＜（０．０６２×タイヤ偏平比＋０．００４）の関係を満たすことで、ベルトが、従来のタイヤに比して平坦化されることになって、タイヤ子午線断面内の、接地域内で、トレッド部、特にショルダー領域付近の湾曲ベルト部分が平らに伸ばされて全体的に平坦化される場合、ベルトの径差ＢＤが小さいが故に、ショルダー領域付近での、ベルト層のタイヤ周方向への絶対伸び量が少なくなるので、トレッドゴムの荷重負荷の前後における、トレッド幅方向の剪断変形を有効に抑えることができる。
その結果、トレッドゴムの変形によって生じるエネルギー損失を抑えて、その変形に起因する転がり抵抗を低減することができる。

すなわち、ＢＤ／ＢＷが、（０．０６２×タイヤ偏平比−０．０１）以下では、モールドでの製造を行うことができないおそれがあり、一方、（０．０６２×タイヤ偏平比＋０．００４）以上では、所望の転がり抵抗を得ることができないおそれがある。

また、最外層ベルト層は、完全に平坦になることなく、サイド部の変形に伴った変形成分や、摩耗を起こさないための接地形状並びに接地圧分布を考慮する必要から、ＢＤ／ＢＷが上記範囲では、トレッド部のクラウン域に丸みを持たせるとともに、ベルトのパンダグラフ運動を減少させることができ、接地面の接地圧分布を均等にして、摩耗の発生の低減を図ることができる。

本発明の空気入りタイヤの一の実施形態を、適用リムに組み付けた状態で示すタイヤ子午線断面を示す図である。 （ａ）は本発明タイヤと従来タイヤの、タイヤ偏平比とＢＤ／ＢＷの関係を示す図であり、（ｂ）はタイヤ偏平比とＢＷ／ＳＷの関係を示す図である。

以下に、図面を参照しながら本発明の空気入りタイヤを詳細に説明する。
図１は、本発明の空気入りタイヤの実施形態を、適用リムに組み付けた、無負荷状態で示す子午線断面図であり、図中１はトレッド部を、２はトレッド部１のそれぞれの側部に連続して半径方向内方へ延びる一対のサイドウォール部を、そして３は各サイドウォール部２の半径方向内方に連続するビード部をそれぞれ示す。

図示の空気入りタイヤでは、一対のビード部３と、各ビード部３に埋設配置された、例えば断面形状を円形とすることができるビードコア４間に、各カーカスプライ５の本体部分５ａをトロイド状に延在させるとともに、そのカーカスプライ５の各側部部分をビードコア４の周りで、タイヤ幅方向内側から外側に向けて折り返した折返し部分５ｂとしてなり、それぞれの折返し部分５ｂの半径方向高さを相違させてなる二枚のカーカスプライ５にて形成したカーカスを具える。
ここで、カーカスプライ５は、例えば、タイヤ周方向と直交する方向に延びるスチールコード、有機繊維コード等にて形成することができる。

また、カーカスのクラウン域の外周側に、図ではタイヤ周方向に傾斜するコードからなり、タイヤ幅方向の延在長さの異なる最内層ベルト層６ａと最外層ベルト層６ｂとを配設し、これらベルト層は互いに交錯したベルト６を形成し、このベルト６の外周側にコードがタイヤ周方向に延在する一層のベルト補強層７と、このベルト補強層７の外周側であってタイヤ幅方向外側の端部部分に、コードがタイヤ周方向に延在する一層のベルト端部補強層８と、それらの外周側にトレッドゴム９とを順次に配置し、このトレッドゴム９の表面には、タイヤ周方向に延びる複数本の周溝等を形成する。

サイド部では、カーカス５のタイヤ幅方向外側が、それの外表面に沿って配置されたサイドゴム１０によって覆われている。

そしてこの空気入りタイヤでは、最外層ベルト層６ｂの幅ＢＷに対する、そのベルト層６ｂの、リム径ラインからの最大距離に対する、幅方向端縁位置の落ち高さＢＤの比ＢＤ／ＢＷが、図２（ａ）に実線で示すように、
（０．０６２×タイヤ偏平比−０．０１）＜ＢＤ／ＢＷ＜（０．０６２×タイヤ偏平比＋０．００４）
の関係を満たすものとし、この範囲とすることで、従来のタイヤに比べて、ベルト６が平坦になって、タイヤ最大幅ＳＷを大きくすることができる。

このような空気入りタイヤにおいて好ましくは、タイヤ最大幅ＳＷに対する、最外層ベルト層６ｂの幅ＢＷの比ＢＷ／ＳＷが、図２（ｂ）に実線で示すように、
（−１．０４×タイヤ偏平比＋１．３３）＜ＢＷ／ＳＷ＜（−１．０４×タイヤ偏平比＋１．４３）
の関係を満たすものとする。

ＢＷ／ＳＷを上記範囲とすることで、ベルト幅ＢＷを広くして、転がり抵抗を犠牲にすることなく耐摩耗性を向上することができる。その結果、トレッド部１のゴム厚みを薄くすることができ、更に転がり抵抗を低減することができる。

すなわち、ＢＷ／ＳＷが（０．０６２×タイヤ偏平比−０．０１）以下では、トレッド接地幅が狭くなり耐摩耗性が悪化し、またゴム厚みの薄いバットレス部が路面に近くなり、縁石等でのカット耐久性が低下するおそれがあり、一方、（０．０６２×タイヤ偏平比＋０．００４）以上では、タイヤ重量が大きくなり、転がり抵抗が悪化する傾向がある。

また好ましくは、タイヤ断面高さＳＨに対する、リム径ラインから、タイヤ最大幅位置までの半径方向距離ＳＷｈの比ＳＷｈ／ＳＨを０．５〜０．８の範囲とする。

ＳＷｈ／ＳＨを上記範囲とすることで、タイヤ最大幅位置をクラウン域側へ近づけることになり、ベルト６の周方向張力が増加して、トレッド部１の周方向剪断変形を抑制することができる。

すなわち、ＳＷｈ／ＳＨが０．８を超えると、サイドウォール部２のタイヤ半径方向外方に位置する、ゴム厚みの薄いバットレス部が路面に近づくことになり、縁石乗り越し時の際に、その部分に位置するカーカスプライ５のサイドカット等が起こるおそれがあり、一方、０．５未満では、ベルト６の周方向張力の増加が少なくトレッド部１の周方向剪断変形を抑制することができずに、転がり抵抗の低減ができない傾向がある。

ところで、カーカスの断面高さＣＨに対する、カーカスの最大幅位置までのカーカスの半径方向距離ＣＷｈの比ＣＷｈ／ＣＨを０．５５〜０．９の範囲とすることが好ましい。

ＣＷｈ／ＣＨを上記範囲とすることで、タイヤ最大幅位置をクラウン域側へ近づけることになり、ベルト６の周方向張力が増加して、トレッド部１の周方向剪断変形を抑制することができる。

すなわち、ＣＷｈ／ＣＨが０．９を超えると、サイドウォール部２のタイヤ半径方向外方に位置する、ゴム厚みの薄いバットレス部が路面に近づくことになり、縁石乗り越し時の際に、その部分に位置するカーカスプライ５のサイドカット等が起こるおそれがあり、一方、０．５５未満では、ベルト６の周方向張力の増加が少なくトレッド部１の周方向剪断変形を抑制することができずに、転がり抵抗の低減ができない傾向がある。

次に、図１に示すような構造を有し、サイズが２２５／４５Ｒ１７のラジアルタイヤを試作し、カーカスプライが二枚、ベルト層はタイヤ赤道面に対して２８°の傾斜角度で配置したスチールコードを層間で相互に交差させた二層からなり、その上にナイロンコードをゴム被覆したリボン状ストリップを螺旋状巻回構造になる成形した周方向ベルト補強層を設け、表１に示すように、それぞれの諸元を変化させた実施例タイヤ１〜９、比較例タイヤ１〜３とのそれぞれにつき、転がり抵抗を測定した。
なお、比較例タイヤは、表１に示す構造以外については改変を要しないため、実施例タイヤに順ずるものとした。

〔転がり抵抗〕
実施例タイヤ１〜９、比較例タイヤ１〜３とのそれぞれにつき、ＪＡＴＭＡに準拠する、タイヤを７．５ＪＪ×１７のリムに組み付けて、内圧を２３０ｋＰａ、負荷荷重３．９２ｋＮとし、時速８０ｋｍ／ｈで、タイヤを転動させ、直径１．７ｍの鉄板表面を持つドラム試験機を用いて、転がり抵抗を測定して評価した。その結果を表２に指数で示す。
なお、表中の指数値は、比較例タイヤ１の値をコントロールとして求めたものであり、指数が小さいほど、転がり抵抗が優れていることを示す。

〔耐摩耗性〕
実施例タイヤ１〜９、比較例タイヤ１〜３とのそれぞれにつき、ＪＡＴＭＡに準拠する、タイヤを７．５ＪＪ×１７のリムに組み付けて、内圧を２３０ｋＰａ、負荷荷重３．９２ｋＮとし、時速８０ｋｍ／ｈ、直径３ｍの鉄板表面を持つドラム試験機を用いて、走行距離２０００ｋｍでタイヤを転動させた後の、接地域全体の摩耗量を測定して評価した。その結果を表２に指数で示す。
なお、表中の指数値は、比較例タイヤ１の値をコントロールとして求めたものであり、指数が小さいほど、耐摩耗性が優れていることを示す。

表２の結果から、比較例タイヤ１に対し、実施例タイヤ１〜３ではＢＷを０．０２〜０．０３の範囲内でベルトを平坦にすることで転がり抵抗が低減し、実施例タイヤ４〜６では実施例タイヤ２に対してＢＷ／ＳＷを０．８７〜０．９５の範囲でベルト幅を広げることで、転がり抵抗を大きく変化させることなく耐摩耗性が向上し、実施例タイヤ７〜９では実施例タイヤ５に対してＳＷｈ／ＳＨを０．５〜０．８の範囲でタイヤ最大幅位置をクラウン域側へ移動させることで、転がり抵抗および耐摩耗性が向上することができた。一方、比較例タイヤ２ではＳＷを小さくすることで転がり抵抗が悪化し、比較例タイヤ３ではベルト形状が平坦になりすぎて、転がり抵抗は低減することができるが、耐摩耗性が悪化した。

１ トレッド部
２ サイドウォール部
３ ビード部
４ ビードコア
５ カーカス
５ａ 本体部分
５ｂ 折返し部分
６ ベルト
６ａ 最内層ベルト層
６ｂ 最外層ベルト層
７ ベルト補強層
８ ベルト端部補強層
９ トレッドゴム
１０ サイドゴム

Claims (4)

1. トレッド部と、一対のサイドウォール部と、一対のビード部と、各ビード部内のビードコア間にトロイド状に延在する少なくとも一枚のカーカスプライからなるカーカスと、このカーカスのクラウン域の外周側に配置されて、タイヤ赤道面に対して傾斜する向きに延在するコードからなる少なくとも一層の傾斜ベルト層により形成したベルトと、このベルトの半径方向外方に配設したトレッドゴムとを具える空気入りタイヤにおいて、
   適用リムに組み付けた状態のタイヤの子午線断面内での、最外層の傾斜ベルト層の幅ＢＷに対する、そのベルト層の、リム径ラインからの最大距離に対する、幅方向端縁位置の落ち高さＢＤの比ＢＤ／ＢＷが、
   （０．０６２×タイヤ偏平比−０．０１）＜ＢＤ／ＢＷ＜（０．０６２×タイヤ偏平比＋０．００４）
   の関係を満たしてなることを特徴とする空気入りタイヤ。
2. タイヤ最大幅ＳＷに対する、最外層の傾斜ベルト層の幅ＢＷが
   （−１．０４×タイヤ偏平比＋１．３３）＜ＢＷ／ＳＷ＜（−１．０４×タイヤ偏平比＋１．４３）
   の関係を満たしてなる請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. タイヤ断面高さＳＨに対する、リム径ラインから、タイヤの最大幅位置までの半径方向距離ＳＷｈの比ＳＷｈ／ＳＨが０．５〜０．８の範囲である請求項１または２に記載の空気入りタイヤ。
4. カーカスの断面高さＣＨに対する、カーカスの最大幅位置までの半径方向距離ＣＷｈの比ＣＷｈ／ＣＨが０．５５〜０．９の範囲である請求項１または２に記載の空気入りタイヤ。

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