(57)【要約】【課題】  常用空気圧を低くしつつタイヤ構造に基づく荷重支持率を高めることで、実用上の不都合を生じることなく、ランフラット走行性能を改善することを可能にした空気入りラジアルタイヤを提供する。【解決手段】  左右一対のビード部３，３間に複数本のカーカスコードを含むカーカス層４ａ，４ｂを装架すると共に、クラウン部１におけるカーカス層４ａ，４ｂの外周側に複数本のベルトコードを含むベルト層６ａ，６ｂ，６ｃを配置した空気入りラジアルタイヤにおいて、規格で指示された空気圧の４０〜６０％を常用空気圧として、タイヤ構造に基づく荷重支持率を３０〜７０％とし、内圧に基づく荷重支持率を７０〜３０％とする。【選択図】  図１
2005212655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右一対のビード部間に複数本のカーカスコードを含むカーカス層を装架すると共に、クラウン部におけるカーカス層の外周側に複数本のベルトコードを含むベルト層を配置した空気入りラジアルタイヤにおいて、規格で指示された空気圧の４０〜６０％を常用空気圧として、タイヤ構造に基づく荷重支持率が３０〜７０％であり、内圧に基づく荷重支持率が７０〜３０％であることを特徴とする空気入りラジアルタイヤ。
【請求項２】
前記カーカス層が無負荷の内圧充填時にタイヤ子午線断面にて描くカーカスラインのクラウンセンターでの曲率半径Ｒ１と該カーカスラインのタイヤ最大幅位置での曲率半径Ｒ２との比（Ｒ１／Ｒ２）が１．０〜１．３である請求項１に記載の空気入りラジアルタイヤ。
【請求項３】
タイヤの種類に応じて選定される等価内圧係数をＰｘとしたとき、前記ベルト層の等価曲げ剛性がＰｘ×２９０００Ｎ・ｍｍを満足し、前記カーカス層の等価曲げ剛性がＰｘ×５．３Ｎ・ｍｍを満足し、かつ等価内圧係数Ｐｘが乗用車用タイヤでは０．９〜１．１、ライトトラック用タイヤでは２．７〜３．３、トラック・バス用タイヤでは３．６〜４．４である請求項１又は請求項２に記載の空気入りラジアルタイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーカスコードを含むカーカス層とベルトコードを含むベルト層とを備えた空気入りラジアルタイヤに関し、更に詳しくは、常用空気圧を低くしつつタイヤ構造に基づく荷重支持率を高めることで、実用上の不都合を生じることなく、ランフラット走行性能を改善することを可能にした空気入りラジアルタイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
空気入りタイヤの内圧は、ＪＡＴＭＡ（日本自動車タイヤ協会）、ＥＴＲＴＯ（欧州タイヤ・リム技術機構）、ＴＲＡ（米国タイヤ・リム協会）等の規格で規定されており、例えば、ＪＡＴＭＡではＪＡＴＭＡイヤーブックに記載されている。例えば、乗用車用タイヤの内圧は１４０ｋＰａから２４０ｋＰａの範囲で規定され、それを前提としたタイヤ構造設計が行われている。この１９０±５０ｋＰａという内圧は、基本的には従来のバイアスタイヤの規格を準用し、５０ｋＰａ程度の安全率を考慮したものである。
【０００３】
上記内圧を前提とする空気入りラジアルタイヤでは、通常、タイヤ構造に基づく荷重支持率が１０％程度であり、内圧に基づく荷重支持率が９０％程度である。即ち、空気入りラジアルタイヤは内圧充填により生じる張力が荷重を実質的に支持しているのである。このような空気入りラジアルタイヤでは、通常走行状態からパンク状態への内圧の落差が大きいため、パンク状態で走行を持続することが困難である。
【０００４】
そこで、ランフラット走行性能を確保するために、サイドウォール部を補強したタイヤやタイヤ内部に剛体を設けたランフラット支持構造が提案されている。しかしながら、サイドウォール部を補強したタイヤは、重量増加が大きく通常走行時の乗心地が悪いという問題がある。一方、タイヤ内部に剛体を設けたランフラット支持構造は、車輪全体としての重量増加が大きく高価であるばかりでなく、剛体の脱着作業が煩雑であるという問題がある。
【０００５】
上記以外にも、高剛性の高分子材料を用いて、撚りコードを含まない新規な構造を備えた空気入りタイヤが提案されている（例えば、特許文献１参照）。ここでは、空気圧による剛性（張力剛性）とタイヤ材料による剛性（曲げ剛性）の比率を適正化することで、パンクした際に最低限のタイヤ性能を発揮するようにしている。しかしながら、高剛性の高分子材料から構成した空気入りタイヤは、操縦安定性や乗心地が従来に比べて低下するため、実用域に達していないのが現状である。
【特許文献１】特開２００１−３０３５６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、常用空気圧を低くしつつタイヤ構造に基づく荷重支持率を高めることで、実用上の不都合を生じることなく、ランフラット走行性能を改善することを可能にした空気入りラジアルタイヤを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明の空気入りラジアルタイヤは、左右一対のビード部間に複数本のカーカスコードを含むカーカス層を装架すると共に、クラウン部におけるカーカス層の外周側に複数本のベルトコードを含むベルト層を配置した空気入りラジアルタイヤにおいて、規格で指示された空気圧の４０〜６０％を常用空気圧とし、タイヤ構造に基づく荷重支持率が３０〜７０％、より好ましくは、４０〜６０％であり、内圧に基づく荷重支持率が７０〜３０％、より好ましくは、６０〜４０％であることを特徴とするものである。
【０００８】
ここで、規格とは出願時の規格を意味し、ＪＡＴＭＡ（日本自動車タイヤ協会）、ＥＴＲＴＯ（欧州タイヤ・リム技術機構）、ＴＲＡ（米国タイヤ・リム協会）等の公的規格のうち、タイヤ使用地域に応じて選択されたものである。常用空気圧は、より具体的には、乗用車用タイヤで８０〜１２０ｋＰａ、ライトトラック用タイヤで８０〜３００ｋＰａ、トラック・バス用タイヤで２２０〜４３０ｋＰａにすることが好ましい。
【０００９】
荷重支持率は、バネ定数の測定により求めることができる。即ち、内圧ゼロの状態でタイヤに径方向の荷重を負荷し、そのときの撓みを測定する。そして、この測定結果から得られる荷重−撓み曲線において、撓みが１０ｍｍのときの荷重を１０で割った値（Ｎ／ｍｍ）をとってバネ定数Ｋｔを求める。このバネ定数Ｋｔはタイヤ自身が持っている剛性の指標となる。また、常用空気圧を充填した状態でタイヤに径方向の荷重を負荷し、そのときの撓みを測定する。そして、この測定結果から得られる荷重−撓み曲線において、撓みが１０ｍｍのときの荷重を１０で割った値（Ｎ／ｍｍ）をとってバネ定数Ｋを求める。内圧に起因するバネ定数Ｋｐは、バネ定数Ｋからバネ定数Ｋｔを除したものである（Ｋｐ＝Ｋ−Ｋｔ）。つまり、タイヤ構造に基づく荷重支持率は（Ｋｔ／Ｋ）×１００％であり、内圧に基づく荷重支持率は（Ｋｐ／Ｋ）×１００％である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、通常走行時の内圧を従来よりも低くすることで、パンク前後の内圧変化が小さくなり、タイヤの状態変化が小さくなるので、パンク状態での走行性能を通常走行時の走行性能に近づけることができる。即ち、低内圧化によりタイヤの張力を下げて張力剛性を低下させる一方で、タイヤ構造に基づく剛性を高めることで、内圧充填状態では従来構造を同等の剛性を確保するのである。
【００１１】
常用空気圧を低くしつつタイヤ構造に基づく剛性を高めるに際して、従来のラジアルタイヤの構造を見直し、タイヤ径方向の剛性の増大を可及的に抑えるようにする。つまり、内圧が充填された状態では、内圧によるコード張力がベルト層及びカーカス層に作用するが、この内圧充填状態ではタイヤ径方向の剛性が過度に大きくならないような構造を採用する。一方、内圧がゼロの状態では、逆にタイヤの変形によってコード張力が作用するような構造を採用し、パンク状態での荷重を効率良く支持するようにする。
【００１２】
例えば、カーカス層が無負荷の内圧充填時にタイヤ子午線断面にて描くカーカスラインのクラウンセンターでの曲率半径Ｒ１と該カーカスラインのタイヤ最大幅位置での曲率半径Ｒ２との比（Ｒ１／Ｒ２）を１．０〜１．３、より好ましくは１．０〜１．１にする。つまり、クラウンセンターからタイヤ最大幅位置までの範囲において、タイヤ断面形状を概ね半円形にする。これにより、パンク時のタイヤの変形によってコード張力が作用して荷重を効率良く支持することが可能になる。
【００１３】
また、タイヤの種類に応じて選定される等価内圧係数をＰｘとしたとき、ベルト層の等価曲げ剛性がＰｘ×２９０００Ｎ・ｍｍを満足し、カーカス層の等価曲げ剛性がＰｘ×５．３Ｎ・ｍｍを満足し、かつ等価内圧係数Ｐｘが乗用車用タイヤでは０．９〜１．１、ライトトラック用タイヤでは２．７〜３．３、トラック・バス用タイヤでは３．６〜４．４であることが好ましい。つまり、ベルト層への剛性依存率を大きくするのである。これにより、内圧が充填された状態において、タイヤ構造に基づくタイヤ径方向の剛性が過度に増大するのを回避することができる。
【００１４】
上述した本発明の空気入りラジアルタイヤによれば、ランフラット走行性能の改善効果に加えて、以下の効果を奏することができる。即ち、内圧充填状態でのタイヤ剛性を従来のままにして低内圧化することにより、タイヤの撓み量が大きくなり、更には接地面積が増大するので、乗心地を向上することができる。また、トレッドゴムの剛性を高めて摩擦係数を増大させるようにすれば、耐摩耗性や操縦安定性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の構成について添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施形態からなる空気入りラジアルタイヤを示すものである。図１において、１はクラウン部、２はサイドウォール部、３はビード部である。左右一対のビード部３，３間には複数本のカーカスコードを含む２層のカーカス層４ａ，４ｂが装架され、これらカーカス層４ａ，４ｂの端部がビードコア５の廻りにタイヤ内側から外側に折り返されている。クラウン部１におけるカーカス層４ａ，４ｂの外周側には、複数本のベルトコードを含む３層のベルト層６ａ，６ｂ，６ｃがタイヤ全周にわたって配置されている。なお、クラウン部１には種々の溝を形成することが可能であるが、ここでは図示を省略する。
【００１７】
上記空気入りラジアルタイヤは、規格で指示された空気圧の４０〜６０％を常用空気圧として、タイヤ構造に基づく荷重支持率が３０〜７０％、内圧に基づく荷重支持率が７０〜３０％となるように設計されている。
【００１８】
ここで、本発明のタイヤと従来のタイヤにおける荷重−撓み曲線の一例を図２に示す。図２において、曲線Ａは従来のタイヤの内圧を２００ｋＰａとした場合（通常走行状態）、曲線Ｂは従来のタイヤの内圧を０ｋＰａとした場合（パンク状態）、曲線Ｃは本発明のタイヤの内圧を１００ｋＰａとした場合（通常走行状態）、曲線Ｄは本発明のタイヤの内圧を０ｋＰａとした場合（パンク状態）を示す。
【００１９】
図２から判るように、本発明のタイヤは、内圧１００ｋＰａのとき、従来のタイヤの通常走行状態と同等の撓み特性を発揮し、内圧０ｋＰａのとき、従来のタイヤよりも撓み量が少なくなっている。そのため、パンク前後の内圧変化が小さくなり、タイヤの状態変化が小さくなるので、ランフラット走行性能を向上することができる。なお、タイヤ構造に基づく荷重支持率が３０％未満であるとランフラット走行性能の改善効果が不十分になり、逆に７０％を超えると乗心地が悪化する。
【００２０】
上記空気入りタイヤにおいて、カーカス層４ａ，４ｂが無負荷の内圧充填時にタイヤ子午線断面にて描くカーカスラインのクラウンセンターでの曲率半径Ｒ１と該カーカスラインのタイヤ最大幅位置での曲率半径Ｒ２との比（Ｒ１／Ｒ２）が１．０〜１．３に設定され、その結果として、クラウンセンターからタイヤ最大幅位置までの範囲において、タイヤ断面形状が概ね半円形になっている（図１参照）。
【００２１】
一般に、パンク等により内圧が低下すると、タイヤ構造に基づく荷重支持率が大きくなり、クラウン部のバックリングが発生し易くなる。そして、バックリングが発生すると、接地面積が減少し、荷重の支持が困難になる。これに対して、半円形のプロファイルを採用することにより、このバックリングを抑えることが可能になる。
【００２２】
上記空気入りタイヤでは、十分な縦バネ定数を確保するために、カーカス層４ａ，４ｂはタイヤ周方向に対するコード角度が６５°〜７５°の範囲に設定され、かつ層間でカーカスコードが互いに交差するように配置されている。また、カーカス側から数えて１番目のベルト層６ａはタイヤサイドウォール側へ延長している。このようなベルト層６ａの配置も縦バネ定数の増大に寄与する。ベルト層６ａはタイヤ周方向に対するコード角度が０°であり、ベルト層６ｂ，６ｃはタイヤ周方向に対するコード角度が６０°〜８０°の範囲に設定され、かつ層間でベルトコードが互いに交差するように配置されているか、またはベルト層６ｂのタイヤ周方向に対するコード角度が９０°、ベルト層６ｃのタイヤ周方向に対するコード角度が０°に設定されている。また、カーカス層４ａ，４ｂやベルト層６ａ，６ｂ，６ｃのコートゴムの弾性率を高めるようにすれば、バイアス効果が更に高くなり、縦バネ定数を増大することができる。
【００２３】
タイヤの種類に応じて選定される等価内圧係数をＰｘとしたとき、ベルト層の等価曲げ剛性がＰｘ×２９０００Ｎ・ｍｍを満足し、前記カーカス層の等価曲げ剛性がＰｘ×５．３Ｎ・ｍｍを満足するようにベルト層及びカーカス層を設計する。等価内圧係数Ｐｘとしては、乗用車用タイヤでは０．９〜１．１、ライトトラック用タイヤでは２．７〜３．３、トラック・バス用タイヤでは３．６〜４．４を適用する。ベルト層及びカーカス層の等価曲げ剛性を上記範囲に設定することにより、タイヤ構造に基づくタイヤ径方向の剛性が過度に増大するのを回避することができる。
【００２４】
以下、ベルト層及びカーカス層の等価曲げ剛性について力学的に説明する。
【００２５】
単層板の引張り剛性：
ＥL ＝Ｅf Ｖf ＋ＥR ＶR ≒Ｅf Ｖf           ・・・（１）
１／ＥT ＝Ｖf ／Ｅf ＋ＶR ／ＥR ≒ＶR ／ＥR ・・・（２）
ここで、ＥL はコードとゴムとの複合体からなる単層板のコード長さ方向の弾性率、ＥT はコードとゴムとの複合体からなる単層板のコードと垂直方向の弾性率、Ｅf はコードの弾性率、Ｖf はコードの体積含有率、ＥR はゴムの弾性率、ＶR はゴムの体積含有率（１−Ｖf ）である。これら（１），（２）式より、コード長さ方向の弾性率はコードが支配的であり、一方、コードと垂直方向の弾性率はゴムの弾性率が支配的である。つまり、コードとゴムとの複合体からなる単層板の弾性率（引張り剛性も同様）は、その方向によって大きく異なる。
積層板の引張り剛性（Ｅｃ）：
Ｅｃ＝ＥT ＋ＥL Cos4θ      ・・・（３）
ここで、Ｅｃはカーカス層又はベルト層の周方向の剛性、θはタイヤ周方向に対するコード角度である。ＥT ，ＥL には（１），（２）式の結果を用いる。
積層板の曲げ剛性（Ｄｃ）：
曲げ剛性Ｄｃについては、下記のように簡略化した（４）式を用いる。
Ｄｃ＝Ｅｃ・Ｉ      ・・・（４）
ここで、Ｉは積層板の断面二次モーメントであり、一般に（５）式のように表される。
Ｉ＝ｂ・ｈ3 ／１２      ・・・（５）
ここで、ｈは積層板の厚さ、ｂは積層板の単位幅である。
【００２６】
以上の（１）〜（５）式を用いて、乗用車用空気入りラジアルタイヤのベルト層及びカーカス層の等価曲げ剛性を求める。本発明のタイヤの材料データを表１に示す。参考のため、従来のタイヤの材料データを表２に示す。
【００２７】
【表１】
2005212655.tif 000003
【００２８】
【表２】
2005212655.tif 000004
【００２９】
ベルト層の等価曲げ剛性：
表１より、Ｅf ＝１７０００ｋｇｆ／ｍｍ2 
Ｖf ＝０．１
ＥR ＝０．８４７ｋｇｆ／ｍｍ2 
ＶR ＝０．９
θ＝０°，９０°
よって、単層板の引張り剛性は、以下のようになる。
ＥL ＝Ｅf Ｖf ＝１７００ｋｇｆ／ｍｍ2 
ＥT ＝ＥR ／ＶR ＝０．９７１ｋｇｆ／ｍｍ2 
そして、積層板の引張り剛性は（Ｅｃ）及び積層板の曲げ剛性（Ｄｃ）は、以下のようになる。
Ｅｃ＝ＥT ＋ＥL Cos4θ＝１７０１ｋｇｆ／ｍｍ2 
Ｄｃ＝Ｅｃ・Ｉ＝２９４８．０ｋｇｆ・ｍｍ＝２８８９０Ｎ・ｍｍ
【００３０】
ここでは、ベルト層が３層であるが、１層のゲージ（１．１ｍｍ）の２．５倍を断面二次モーメントの計算式に用いて曲げ剛性を求めている。つまり、コード角度０°のベルト層に挟まれたコード角度９０°のベルト層のゲージ効果を半分のゲージ効果として計算している。実際には、ベルトアングルの変化によって計算上では曲げ剛性は連続的に変化するものであるが、ここでは、便宜上、コード角度０°以外のベルト層については半分のゲージ効果を考慮することで、曲げ剛性の計算の本質を損なわずに曲げ剛性の計算を簡略化している。
【００３１】
カーカス層の等価曲げ剛性：
表１より、Ｅf ＝６００ｋｇｆ／ｍｍ2 
Ｖf ＝０．２
ＥR ＝０．４６３ｋｇｆ／ｍｍ2 
ＶR ＝０．８
θ＝７５°
よって、単層板の引張り剛性は、以下のようになる。
ＥL ＝Ｅf Ｖf ＝１２０ｋｇｆ／ｍｍ2 
ＥT ＝ＥR ／ＶR ＝０．５７９ｋｇｆ／ｍｍ2 
【００３２】
そして、積層板の引張り剛性は（Ｅｃ）及び積層板の曲げ剛性（Ｄｃ）は、以下のようになる。
Ｅｃ＝ＥT ＋ＥL Cos4θ＝１．１１７ｋｇｆ／ｍｍ2 
Ｄｃ＝Ｅｃ・Ｉ＝０．５４３ｋｇｆ・ｍｍ＝５．３２１Ｎ・ｍｍ
【００３３】
つまり、表１の材料を用いた乗用車用空気入りラジアルタイヤは、ベルト層の等価曲げ剛性が２８８９０Ｎ・ｍｍとなり、カーカス層の等価曲げ剛性が５．３２１Ｎ・ｍｍとなる。等価内圧係数Ｐｘに０．９〜１．１を選定したとき、ベルト層の等価曲げ剛性はＰｘ×２９０００Ｎ・ｍｍを満足し、カーカス層の等価曲げ剛性はＰｘ×５．３Ｎ・ｍｍを満足する。
【００３４】
上述した実施形態では、カーカスラインの曲率半径やベルト層及びカーカス層の等価曲げ剛性を適正化することにより、タイヤ構造に基づく荷重支持率を従来よりも高くしているが、本発明では、タイヤ構造に基づく荷重支持率を高くする手法は上記実施形態に限定されるものではない。
【００３５】
本発明は、特に乗用車用空気入りラジアルタイヤの場合、偏平率が２５〜５５％であることが望ましい。また、乗用車用空気入りラジアルタイヤにおいては、気室内に空気圧センサを設けたり、気室内に繋がる空気ポンプを設けると良い。つまり、本発明ではパンク前後の内圧変化が明確に現れないので、空気圧センサを設けることにより、パンク状態を容易に検知することができる。また、空気ポンプを設けることにより、パンク状態での走行距離を延長することが可能になる。
【実施例】
【００３６】
表１に示す材料を用いてベルト層及びカーカス層を構成した乗用車用空気入りラジアルタイヤ（本発明タイヤ：１８５／８０Ｒ１４）と、表２に示す材料を用いてベルト層及びカーカス層を構成した乗用車用空気入りラジアルタイヤ（従来タイヤ：２０５／６５Ｒ１５）とをそれぞれ製作した。
【００３７】
ここで、本発明タイヤと従来タイヤとでタイヤサイズが異なっているのは、以下の理由からである。即ち、本発明タイヤについては、本発明の考え方を具現化するため、上記タイヤサイズ（偏平率）と共に図１のタイヤ構造が与えられている。一方、従来タイヤについては、本発明タイヤと同等サイズ（同一車両に装着されるもの）であって、現在、汎用的に使用されているサイズが選択されている。
【００３８】
これら試験タイヤについて、標準状態及びパンク状態においてタイヤ特性を評価し、その結果を表３に示した。標準状態とは、従来タイヤでは内圧を２００ｋＰａとした状態であり、本発明タイヤでは内圧を１００ｋＰａとした状態である。パンク状態とは、内圧を０ｋＰａとした状態である。タイヤ特性の評価項目は、耐久性、操縦安定性（実車評価）、乗心地（実車評価）である。標準状態の耐久性については、室内ドラム試験機を用い、速度を８１ｋｍ／ｈで一定にし、８８％荷重から１４０％荷重まで２時間毎に１３％ずつ荷重を増加させ、１４０％荷重に到達した後は４時間毎に１３％ずつ荷重を増加させ、タイヤが破壊するまでの合計走行距離を測定した。但し、最大２７０％荷重で試験を終了した。一方、パンク状態の耐久性については、速度８０ｋｍ／ｈでの実車走行を行い、タイヤが破壊するまでの走行距離を測定した。
【００３９】
【表３】
2005212655.tif 000005
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態からなる空気入りラジアルタイヤを示す子午線断面図である。
【図２】本発明のタイヤと従来のタイヤの荷重−撓み曲線の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４１】
１  クラウン部
２  サイドウォール部
３  ビード部
４ａ，４ｂ  カーカス層
５  ビードコア
６ａ，６ｂ，６ｃ  ベルト層
Ｒ１，Ｒ２  曲率半径
【図１】
2005212655.tif 000006
【図２】
2005212655.tif 000007