JP6266885B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、空気入りタイヤ（以下、単に「タイヤ」とも称する）に関し、詳しくは、従来よりも転がり抵抗を低減させた空気入りタイヤに関する。

従来の空気入りタイヤにおいては、荷重転動時におけるサイドウォール部の変形は、ビードコアと一体となって生じる曲げ変形である。サイドウォール部からビードコアにかけての変形を大きくすることでトレッド部の変形が小さくなり、これにより、トレッド部でのヒステリシスロスが低減され、転がり抵抗が低減する。そのため、転がり抵抗を低減させる手法として、サイドウォール部からビードコアにかけての変形を大きくすることが、一般的に行われている。

一方、ビードコアからサイドウォール部の変形を大きくすることでビードコアの周辺のビード部の変形が増加することになる。そのため、ビード部の剛性を必要以上に下げてしまうとビード部の変形に起因するヒステリシスロスが増大してしまい、トレッド部におけるヒステリシスロスは低減されているのにもかかわらず、タイヤ全体での転がり抵抗が悪化してしまうおそれがある。

このような状況の中、タイヤのサイドウォール部やビード部に補強層を配置する技術について種々検討がなされている。例えば、特許文献１では、軽量化および耐久性の向上を目的として、トレッド部のショルダーからビードコアにかけてカーカス沿いに高弾性有機繊維の補強層を配置した空気入りタイヤが提案されている。。

特願２００７−１８８４７７号公報

しかしながら、特許文献１に記載のタイヤは、上記のような広範囲にわたって補強層を配置したものであり、この場合、ビード部だけでなくサイドウォール部からビードコア全体の剛性が補強されるのでサイドウォール部やビード部の変形が減少し、トレッド部の変形が増加するために転がり抵抗に対して悪影響を及ぼす場合がある。

そこで、本発明の目的は、ビード部における各部材の配置を見直すことで、従来よりも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。

本発明者は、上記課題を解消するために鋭意検討した結果、以下の着想を得るに至った。すなわち、サイドウォール部は、通常、カーカスとサイドゴムのみで構成され、大きく変形しても大きなヒステリシスロスは発生しない。一方、ビード部はサイドウォール部に比べ体積が大きく、一般的に高ヒステリシスロス部材であるビードフィラーが存在し、かつ、リムフランジに直接接触してリムから圧縮応力を受ける等、変形によるヒステリシスロスが大きい部分である。そこで、転がり抵抗を低減させるためには、ビード部の剛性をサイドウォール部対比で増加させることでビード部の変形を抑制しつつ、サイドウォール部に変形を集中させることが有効である。

かかる着想に基づき、本発明者はさらに鋭意検討した結果、ビード部におけるビードコア、ビードフィラーおよびインサートの配置を所定のものとすることで、上記課題を解消することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の空気入りタイヤは、左右一対のビード部と、該一対のビード部からタイヤ径方向外側に連なる一対のサイドウォール部と、該一対のサイドウォール部に連なるトレッド部と、前記一対のビード部にそれぞれ埋設された一対のビードコア間にトロイド状に延在する１層以上のカーカスプライからなるカーカスと、前記ビードコアのタイヤ径方向外側に配置されたビードフィラーと、前記ビード部に配置された、コードがゴムで被覆されてなるインサートと、を有する偏平率が４０％以上であるリムガードを有さない空気入りタイヤにおいて、
前記コードが有機繊維コードであって、
標準リムに装着し、規格内圧を充填した無負荷状態において、前記ビードフィラーのタイヤ径方向最外端の位置が、リムフランジのタイヤ径方向最外端から−１５ｍｍ〜−５ｍｍタイヤ径方向外側にあり、
前記インサートのタイヤ径方向最外端の位置が、リムフランジのタイヤ径方向最外端から５ｍｍ〜２０ｍｍタイヤ径方向外側にあり、かつ、前記インサートの角度が、タイヤ径方向に対して５〜２５°であることを特徴とするものである。ここで標準リムとは、ＪＡＴＭＡ（２０１２年度）にて、タイヤに応じて定められた標準リムをいう。

本発明のタイヤにおいては、前記インサートのタイヤ径方向最内端の位置は、前記ビードコアのタイヤ径方向最外端から−５ｍｍ〜１０ｍｍタイヤ径方向外側であることが好ましい。また、本発明のタイヤにおいては、前記カーカスは、前記一対のビードコア間でトロイド状に延びるカーカス本体部と、前記ビードコアの周りにタイヤ幅方向内側から外側に向かって折り返されてなるカーカス折り返し部を有し、前記インサートは、前記カーカス本体と前記ビードフィラーとの間に配置されてなることが好ましい。

本発明によれば、従来よりも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ができる。

本発明の一好適実施の形態に係る空気入りタイヤのタイヤ幅方向断面図である。 （ａ）は、本発明の一好適実施の形態に係る空気入りタイヤをリムに組み付けた場合におけるビード部近傍のタイヤ幅方向断面図であり、（ｂ）〜（ｄ）は、本発明の他の好適実施の形態に係る空気入りタイヤをリムに組み付けた場合におけるビード部近傍のタイヤ幅方向断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の一好適実施の形態に係る空気入りタイヤのタイヤ幅方向断面図である。本発明の空気入りタイヤ１０は、偏平率が４０％以上のタイヤであり、図示するように、左右一対のビード部１およびサイドウォール部２と、両サイドウォール部２間に連なるトレッド部３とを有し、ビード部１間にトロイド状に延在して、これら各部を補強する少なくとも１層（図示例では１層）のカーカスプライ４からなるカーカスを備えている。図示するタイヤにおいては、カーカスのクラウン部のタイヤ径方向外側に２層のベルト層５ａ、５ｂが埋設されており、各ビード部１には、それぞれビードコア６が埋設され、ビードコア６のタイヤ径方向外側であってカーカスプライ４の本体部４ａと折返し部４ｂとの間には、ビードフィラー７が配置されている。

また、本発明のタイヤ１０においては、ビード部１にはコードがゴムで被覆されてなるインサート８が配置されている。後述するが、ビード部１において、ヒステリシスロスに大きく影響する断面内変形は、リムフランジよりタイヤ径方向外側で発生する。そこで、ビード部１にインサート８を配置して、リムフランジよりタイヤ径方向外側におけるビード部１の倒れこみ変形を抑制することで、リムフランジからビードコア６にかけての部分の倒れこみ変形を抑制している。なお、本発明のタイヤ１０は、軽量化の観点からリムガードを有していない。ここで、リムガードとは、タイヤのサイドウォール部２およびリムフランジの損傷を防止するために、ビード部またはサイドウォール部に設けられるタイヤ幅方向外側に向けて突出する突出部をいう。

図２（ａ）は、本発明の一好適実施の形態に係る空気入りタイヤをリムに組み付けた場合におけるビード部近傍のタイヤ幅方向断面図であり、図２（ｂ）〜（ｄ）は、本発明の他の好適実施の形態に係る空気入りタイヤをリムに組み付けた場合におけるビード部近傍のタイヤ幅方向断面図である。図２（ａ）においては、インサート８はカーカスプライの本体部４ａよりもタイヤ幅方向外側であって、ビードフィラー７よりもタイヤ幅方向内側に配置されており、図２（ｂ）においては、インサート８はカーカスプライの本体部４ａのタイヤ幅方向内側に配置されており、図２（ｃ）においては、インサート８はカーカスプライの本体部４ａと折り返し部４ｂとで挟まれて配置されており、図２（ｄ）においては、インサート８は、２層のカーカスプライの本体部４ａで挟まれて配置されている。これらの中でも、インサート８が、カーカス本体４ａとビードフィラー７との間に配置されてなる、図２（ａ）に示す構造が好ましい。

本発明のタイヤ１０においては、標準リムに装着し、規格内圧を充填した無負荷状態において、ビードフィラー７のタイヤ径方向最外端の位置が、リムフランジ９のタイヤ径方向最外端の位置が、リムフランジのタイヤ径方向最外端から−１５ｍｍ〜５ｍｍタイヤ径方向外側、すなわち、ビードフィラー７のタイヤ径方向最外端の位置が、リムフランジ９のタイヤ径方向最外端からタイヤ径方向距離にして内側１５ｍｍから外側５ｍｍの範囲である。ビードフィラー７のタイヤ径方向最外端を上記範囲とすることで、すなわち、ビードフィラー７として、通常よりも小さいものを用いることで、タイヤの軽量化を図ることができる。好適には−１０ｍｍ〜５ｍｍタイヤ径方向外側である。

また、図２（ａ）に示すように、本発明の空気入りタイヤ１０においては、インサート８のタイヤ径方向最外端の位置が、リムフランジ９のタイヤ径方向最外端から５ｍｍ〜２０ｍｍタイヤ径方向外側、好適には１０ｍｍ〜２０ｍｍタイヤ径方向外側にある。本発明のタイヤ１０は、上述のとおり、通常よりも小さいビードフィラーを用いているため、ビード部１の剛性が低下してしまい、かえってビード部１の変形が大きくなり、その結果、転がり抵抗が悪化してしまうおそれがある。しかしながら、タイヤは膜構造物であり、内圧を張って使用する製品であるため、補強層に発生する張力を用いた剛性補完の効果は大きい。そこで、本発明のタイヤ１０においては、上記範囲にインサート８を配置し、ビード部１の剛性を補完し、サイドウォール部２およびビード部１の変形形態を制御することで、ビード部１におけるヒステリシスロスの低減を図っている。

インサート８のタイヤ径方向最外端が、リムフランジ９のタイヤ径方向最外端からの距離が５ｍｍ未満であると、インサート８の全長がリムフランジ９に埋もれてしまう場合があり、変形抑制の効果が小さくなる。一方、インサート８のタイヤ径方向最外端が、リムフランジ９のタイヤ径方向最外端からの距離が２０ｍｍを超えると、サイドウォール部２からビードコア６の全体にわたって剛性が大きくなり変形が減少する半面、荷重転動時にトレッド部３が大きく変形することになり、ヒステリシスロスが増加し、その結果、転がり抵抗が悪化するおそれがある。インサート８とリムフランジ９との関係を、上記のとおりとすることにより、ビード部１のヒステリシスロスを低減するとともに、タイヤ全体の転がり抵抗が低減することができる。

さらに、本発明のタイヤ１０においては、インサート８の角度が、タイヤ径方向に対して５〜４０°、好適には５〜２５°、より好適には５〜２０°傾斜している。ビードコア６およびビード部１のリムフランジ９との接触位置近傍の変形はタイヤ断面内の変形が支配的である。タイヤ断面内の変形のみを抑制するのであれば、インサート８の角度は、タイヤ径方向に対して０°に設定することが最適である。しかしながら、実際には、ビード部１は周方向変形によるヒステリシスロスも発生しているため、ヒステリシスロスの低減には、ある程度周方向に対しても剛性を持たせることが有効である。したがって、インサート８の角度はタイヤ径方向に対して低角度を持つことが適切である。そこで、本発明のタイヤにおいては、インサート８の角度を５〜４０°の範囲としている。

なお、タイヤ周方向に近い角度でインサート８を配置すると、ビード部１のヒステリシスロス低減効果が下がるだけでなく、サイドウォール部２からビードコア６にかけて周方向せん断変形が減少し、タイヤ全体の偏心変形が減少する方向であるので、トレッド部３の変形によるヒステリシスロスの大幅な増加を伴い転がり抵抗には不利である。

本発明のタイヤ１０においては、ビード部１にインサート８を配置するのはビード部１の剛性を高めることが目的であるので、インサート８はタイヤ断面内変形の起点であるビードコア６に近く配置することが好ましい。本発明のタイヤにおいては、インサート８のタイヤ径方向最内端の位置は、ビードコアの径方向最外端から−５ｍｍ〜１０ｍｍタイヤ径方向外側、すなわち、インサート８のタイヤ径方向最内端の位置は、ビードコアのタイヤ径方向最外端からタイヤ径方向距離にして内側５ｍｍから外側１０ｍｍであることが好ましい。好適には、ビードコアのタイヤ径方向最外端から−５ｍｍ〜５ｍｍタイヤ径方向外側であることが好ましい。

また、本発明のタイヤ１０においては、インサート８を構成するコードについては特に制限はなく、スチールコードや有機繊維コードを用いることができるが、過度の重量増を防止するために有機繊維コードが好ましい。本発明のタイヤに係るインサート８のコードとして好適に用いることができる有機繊維としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ナイロン、ビニロン、アラミド等を挙げることができる。

本発明のタイヤ１０においては、インサート８の補強材であるコードとして有機繊維コードを用いる場合、有機繊維コードの打ち込み数は５〜６０（本／５０ｍｍ）とすればよく、また、有機繊維コードとしては、繊度が５００〜２０００ｄｔｅｘの有機繊維からなるフィラメント束を２本又は３本撚り合わせたものを用いることができる。

本発明のタイヤ１０は、ビード部が上記所定の構造を有することのみが重要であり、それ以外については特に制限はない。例えば、ベルト層５ａ，５ｂは、タイヤ周方向に対し所定の角度をもって平行に配列されたスチールコードをゴム引きしてなる２層にて交錯配置すればよい。また、本発明のタイヤにおいて、トレッド部３の表面には適宜トレッドパターンが形成を形成してもよく、最内層にはインナーライナー（図示せず）を形成してもよい。さらに、本発明のタイヤにおいては、タイヤ内に充填する気体としては、通常の又は酸素分圧を変えた空気、もしくは窒素等の不活性ガスを用いることができる。

以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
＜実施例１〜１７、参考例１，２および比較例１〜６＞
図１、２に示すような、インサート８がカーカス本体４ａとビードフィラー７との間に配置されたタイプのタイヤを、タイヤサイズ１５５／６５Ｒ１４で作製した。カーカスプライは１層とし、インサートの有機繊維コードとしては繊度１５００ｄｔｘのＰＥＴフィラメントを２本撚り合わせて束ねたコードを用いた。インサートの有機繊維コードの打込み数は５０本／５０ｍｍとした。ビードフィラーのタイヤ径方向最外端の位置、インサートのタイヤ径方向最内端の位置、インサートのタイヤ径方向最外端の位置およびインサートの角度は、表１〜５に示すとおりである。得られた各供試タイヤにつき、下記の手順に従い、転がり抵抗試験を行った。

＜転がり抵抗試験＞
タイヤをＪＡＴＭＡで規定された定格リム（４．５Ｊ）に装着し、直径１．７ｍの鉄板表面を有するドラム試験機を用いて転がり抵抗力を求めた。測定条件は、速度８０ｋｍ／ｈ、荷重２．６６ｋＮ、内圧２３０ｋＰａとした。得られた結果を、従来のタイヤである比較例１を１００とした指数化し、表１〜５に示す。誤差を除き、なおかつ、市場優位性の観点から２％以上の改良を有意差として評価した。

※１：リムフランジのタイヤ径方向最外端からのタイヤ径方向外側への距離である。
※２：ビードコアのタイヤ径方向最外端からのタイヤ径方向外側への距離である。
※３：リムフランジのタイヤ径方向最外端からのタイヤ径方向外側への距離である。

表１〜５より、本発明の空気入りタイヤは、転がり抵抗が低減されていることがわかる。

１ ビード部、 ２ サイドウォール部、 ３ トレッド部、 ４ カーカスプライ
５ ベルト層、 ６ ビードコア、 ７ ビードフィラー、 ８ インサート
９ リムフランジ、 １０ 空気入りタイヤ

Claims (3)

1. 左右一対のビード部と、該一対のビード部からタイヤ径方向外側に連なる一対のサイドウォール部と、該一対のサイドウォール部に連なるトレッド部と、前記一対のビード部にそれぞれ埋設された一対のビードコア間にトロイド状に延在する１層以上のカーカスプライからなるカーカスと、前記ビードコアのタイヤ径方向外側に配置されたビードフィラーと、前記ビード部に配置された、コードがゴムで被覆されてなるインサートと、を有する偏平率が４０％以上であるリムガードを有さない空気入りタイヤにおいて、
   前記コードが有機繊維コードであって、
   標準リムに装着し、規格内圧を充填した無負荷状態において、前記ビードフィラーのタイヤ径方向最外端の位置が、リムフランジのタイヤ径方向最外端から−１５ｍｍ〜−５ｍｍタイヤ径方向外側にあり、
   前記インサートのタイヤ径方向最外端の位置が、リムフランジのタイヤ径方向最外端から５ｍｍ〜２０ｍｍタイヤ径方向外側にあり、かつ、前記インサートの角度が、タイヤ径方向に対して５〜２５°であることを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記インサートのタイヤ径方向最内端の位置が、前記ビードコアのタイヤ径方向最外端から−５ｍｍ〜１０ｍｍタイヤ径方向外側である請求項１記載の空気入りタイヤ。
3. 前記カーカスが、前記一対のビードコア間でトロイド状に延びるカーカス本体部と、前記ビードコアの周りにタイヤ幅方向内側から外側に向かって折り返されてなるカーカス折り返し部を有し、前記インサートが、前記カーカス本体と前記ビードフィラーとの間に配置されてなる請求項１または２記載の空気入りタイヤ。

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