(57)【要約】【課題】耐摩耗性能に優れかつ転がり抵抗の極めて低い空気入りタイヤを提供する。【解決手段】一対のビード部間にトロイダル状に跨るカーカスを骨格として、該カーカスのクラウン部の径方向外側に、タイヤの赤道面に対して傾斜した向きに延びるコードの多数本をゴムで被覆した、少なくとも２層の傾斜ベルト層とを順に配置して成るベルトを有し、該ベルトの径方向外側にトレッドを配置した空気入りタイヤであって、  該タイヤを適用リムに装着した状態のタイヤ幅方向断面において、前記傾斜ベルト層の最外側層の半幅ＨＢＷに対する、当該最外側層の幅方向中心部と幅方向端部との径差ＢＤの比ＢＤ／ＨＢＷが０．１０以上０．１３以下であり、前記トレッドは、幅方向中央域のゴムの弾性率が、該中央域の両側域のゴムの弾性率より高い。【選択図】図１
2009262795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のビード部間にトロイダル状に跨るカーカスを骨格として、該カーカスのクラウン部の径方向外側に、タイヤの赤道面に対して傾斜した向きに延びるコードの多数本をゴムで被覆した、少なくとも２層の傾斜ベルト層とを順に配置して成るベルトを有し、該ベルトの径方向外側にトレッドを配置した空気入りタイヤであって、
該タイヤを適用リムに装着した状態のタイヤ幅方向断面において、前記傾斜ベルト層の最外側層の半幅ＨＢＷに対する、当該最外側層の幅方向中心部と幅方向端部との径差ＢＤの比ＢＤ／ＨＢＷが０．１０以上０．１３以下であり、
前記トレッドは、幅方向中央域のゴムの弾性率が、該中央域の両側域のゴムの弾性率より高い、
ことを特徴とする空気入りタイヤ。
【請求項２】
前記タイヤの断面高さＳＨに対する、タイヤの最大幅位置にタイヤの回転軸と平行に引いた線分とビードトゥにタイヤの回転軸と平行に引いた線分との最短距離ＳＷｈの比ＳＷｈ／ＳＨが０．５５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。
【請求項３】
前記傾斜ベルト層の最外側層の幅方向中心におけるトレッドゴム厚みＧＡと、前記傾斜ベルト層の最外側層の幅方向端部におけるトレッドゴム厚みＧＢとの比ＧＢ／ＧＡが、０．７５以上であ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。
【請求項４】
前記傾斜ベルト層の最外側層の幅方向端部からビードコアの内側に至るカーカスライン
において最小曲率を示す部分が、タイヤの断面高さＳＨの１／２点より径方向内側に位置する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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐摩耗性能に優れかつ転がり抵抗の低い空気入りタイヤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、より環境負荷の小さい製品の開発が活発に行われている。この原因は、地球温暖化をはじめとする環境問題にあり、タイヤについても例外ではない。このタイヤに関し、前記環境問題に対応するためには、自動車の低燃費化に寄与する性能の確保が大切になる。これを達成する一つの手段として、タイヤの転がり抵抗を減らすことが挙げられ、従来、様々な技術開発が行われている。
以下に、従来の改良方法をいくつか紹介する。
【０００３】
まず、タイヤの転がり抵抗は、トレッド部のゴム内にて多く発生することが知られている。直接的な改良方法として、このトレッド部に使用されるゴムを損失正接（ｔａｎδ）が小さいものに変更することが有効である。しかし、この方法では、タイヤの、例えば耐摩耗性能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。一方、転がり抵抗を増す発生源であるゴムを減らすために、トレッド厚さを薄くする方法も容易に考えられるが、この場合はタイヤの摩耗までの寿命を十分に確保できないことが問題になる。
【０００４】
さらに、特許文献１では、タイヤの断面形状を工夫して転がり抵抗を低減することが提案されている。この提案によって、耐摩耗性を確保しつつ転がり抵抗の低減を図ることができる。
【特許文献１】特開２００６−１３６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、近年の環境への配慮を考えた場合、更なる転がり抵抗の低減が希求されている。
そこで、本発明の目的は、優れた耐摩耗性能を確保しつつ更に転がり抵抗を低減した空気入りタイヤを提供ことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
さて、タイヤの転がり抵抗の多くは、トレッドゴムで発生する歪エネルギーロスによるものである。このトレッド部での現象を詳細に解析すると、せん断変形（周方向および幅方向）による歪エネルギーロスが支配的であり、特にショルダー部において歪エネルギーロスが大きいことが分かった。
そこで、発明者らは、トレッドのクラウン部に丸みを持たせると、タイヤの接地幅は狭くなり、接地幅を狭めることができれば、トレッド部で変形するゴムの体積が減少し、歪エネルギーロスが低減され、転がり抵抗を低減できることを見出した。
【０００７】
また、発明者らは、更なる転がり抵抗の低減を目指して鋭意検討したところ、トレッドを、幅方向中央域と該中央域の両側域とに区画した際、中央域と両側域のゴムの弾性率を規制することが極めて有効であることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００８】
本発明の要旨は、以下のとおりである。
（１）一対のビード部間にトロイダル状に跨るカーカスを骨格として、該カーカスのクラウン部の径方向外側に、タイヤの赤道面に対して傾斜した向きに延びるコードの多数本をゴムで被覆した、少なくとも２層の傾斜ベルト層とを順に配置して成るベルトを有し、該ベルトの径方向外側にトレッドを配置した空気入りタイヤであって、
該タイヤを適用リムに装着した状態のタイヤ幅方向断面において、前記傾斜ベルト層の最外側層の半幅ＨＢＷに対する、当該最外側層の幅方向中心部と幅方向端部との径差ＢＤの比ＢＤ／ＨＢＷが０．１０以上０．１３以下であり、
前記トレッドは、幅方向中央域のゴムの弾性率が、該中央域の両側域のゴムの弾性率より高い、
ことを特徴とする空気入りタイヤ。
【０００９】
ここで、前記タイヤを適用リムに装着した状態とは、日本自動車タイヤ協会規格（ＪＡＴＭＡ）に規定の標準リムまたはその他の適用リムに組み込んだ状態にて、内圧を付加せずに若しくは、３０ｋＰａ程度までの極低内圧を付加した状態を意味する。
【００１０】
（２）前記タイヤの断面高さＳＨに対する、タイヤの最大幅位置にタイヤの回転軸と平行に引いた線分とビードトゥにタイヤの回転軸と平行に引いた線分との最短距離ＳＷｈの比ＳＷｈ／ＳＨが０．５５以下であることを特徴とする上記（１）に記載の空気入りタイヤ。
【００１１】
（３）前記傾斜ベルト層の最外側層の幅方向中心におけるトレッドゴム厚みＧＡと、前記傾斜ベルト層の最外側層の幅方向端部におけるトレッドゴム厚みＧＢとの比ＧＢ／ＧＡが、０．７５以上であることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の空気入りタイヤ。
【００１２】
（４）前記傾斜ベルト層の最外側層の幅方向端部からビードコアの内側に至るカーカスライン
において最小曲率を示す部分が、タイヤの断面高さＳＨの１／２点より径方向内側に位置することを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、耐摩耗性能に優れかつ転がり抵抗の極めて低い空気入りタイヤを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明を具体的に説明する。
図１は本発明に従うタイヤ半部の幅方向断面である。一対のビードコア１間にトロイダル状に跨る、コードのラジアル配列プライからなるカーカス２を骨格として、該カーカス２のクラウン部の径方向外側に、タイヤの赤道面ＣＬに対して傾斜した向きに延びるコードの多数本をゴムで被覆した、少なくとも２層、図示例で２層の傾斜ベルト層３ａおよび３ｂを配置し、さらに傾斜ベルト層３ａの径方向外側に、タイヤの赤道面ＣＬに沿って延びるコードの多数本をゴムで被覆した、少なくとも１層、図示例で１層の周方向ベルト層４を配置し、これらベルトの径方向外側にトレッド５を配置してなる。
【００１５】
かようなタイヤ６は、適用リム７に装着されて使用に供される。ここで、該タイヤ６を適用リム７に装着した状態のタイヤ幅方向断面において、図１に示すように、傾斜ベルト層の最外側層３ａの半幅ＨＢＷに対する、当該最外側層３ａの幅方向中心部（赤道面ＣＬ）と幅方向端部との径差ＢＤの比ＢＤ／ＨＢＷが
０．１０≦ＢＤ／ＨＢＷ≦０．１３
であることが肝要である。
【００１６】
この規定は、傾斜ベルト層３について、その幅方向における径差が大きいことを意味する。これは、トレッドのクラウン部に丸みを持たせることであり、その結果、タイヤの接地幅は狭くなる。接地幅を狭めることができれば、トレッド部で変形するゴムの体積が減少し、歪エネルギーロスを低減することが可能となる。但し、接地幅を狭くしすぎると耐摩耗性が悪化する。
すなわち、比ＢＤ／ＨＢＷが０．１０未満では、接地幅が広くなって歪エネルギーロスを低減することが難しくなる。一方、比ＢＤ／ＨＢＷが０．１３を超えると、接地幅が狭くなりすぎて耐摩耗性能が悪化することになる。
【００１７】
上記した形状に従うタイヤは、図１に示すように、トレッド５を、幅方向中央域に対応するトレッドセンター部５Ｃと、この幅方向中央域の両側域に対応するトレッドショルダー部５Ｓ１、５Ｓ２（トレッドショルダー部５Ｓ１は図示せず）に区画したとき、トレッドセンター部５Ｃの偏心変形を大きくしてトレッドの周方向せん断歪を小さくして、転がり抵抗を低減させている。また、クラウン部に丸みを持たせる形状から、トレッドショルダー部５Ｓ１、５Ｓ２の幅が狭くなって、トレッド断面内のせん断歪の大きい領域が減少する結果、転がり抵抗が低減する。
【００１８】
ここで、図１に示す形状のタイヤのトレッド部に発生する歪エネルギーについて、有限要素法を用いて詳細に解析したところ、トレッド部における歪エネルギーの比率は図２に示す通りであった。
図２より、トレッド部に発生する歪エネルギーは、トレッドセンター部が４０％、トレッドショルダー部が６０％であり、トレッドショルダー部における歪エネルギーを更に低減させることが、転がり抵抗の低減に有効であることが分かった。
【００１９】
そこで、本発明では、トレッドセンター部５Ｃのゴムの弾性率をトレッドショルダー部５Ｓ１、５Ｓ２のゴムの弾性率より高く設定することにした。以下、この理由を説明する。
なお、トレッドセンター部５Ｃとトレッドショルダー部５Ｓ１、５Ｓ２それぞれとの境界は、タイヤ赤道ＣＬから接地幅端部までの接地面内の距離ＨＣＷの、タイヤ赤道ＣＬ側から２／３の位置を基点として、トレッド幅方向に±１０％の領域内に存在し、この境界よりタイヤ赤道ＣＬ側の領域をトレッドセンター部５Ｃとし、この境界よりトレッド幅方向外側の領域をそれぞれトレッドショルダー部５Ｓ１、５Ｓ２と定義する。
なお、接地幅とは、ＪＡＴＭＡに規定されているように、タイヤを適用リムに装着し、規定の空気圧とし、静止した状態で平板に対し垂直に置き、最大負荷能力の８０％の負荷を加えたときの平板との接触面におけるタイヤ軸方向最大直線距離のことである。
【００２０】
さて、タイヤの転がり抵抗（ＲＲ）は、歪エネルギー（ＳＥ）にトレッドゴムの損失正接（ｔａｎδ）とトレッドゴムの体積（Ｖｏｌ）をかけたものと考えられる。すなわち、
ＲＲ＝ＳＥ×ｔａｎδ×Ｖｏｌ
で与えられる。また、トレッド部を弾性体と見たとき、その弾性体の歪エネルギー（ＳＥ）は、応力（σ）と歪（ε）を用いて次式で与えられる。
ＳＥ＝（１／２）×σ×ε
従って、トレッドゴムの損失正接（ｔａｎδ）および体積（Ｖｏｌ）を変えずに転がり抵抗を低減するには、応力（σ）および歪（ε）を低減すればよいことが分かる。
また、弾性体を線形弾性体とすると、弾性率（Ｅ）は次式で与えられる。
Ｅ＝σ／ε
それゆえ、弾性体の歪エネルギー（ＳＥ）は、下記の式（１）または（２）のように変形できる。
記
ＳＥ＝（１／２）×σ２×（１／Ｅ）      （１）
ＳＥ＝（１／２）×Ｅ×ε２              （２）
【００２１】
タイヤの負荷転動時、トレッドショルダー部５Ｓ１、５Ｓ２が接地した際に、主に幅方向断面内のせん断歪が発生する。このせん断歪は、トレッドショルダー部が接地する際の変形により生じ、その変位はクラウン形状によって決まり、同種のタイヤではクラウン形状は一定と考えられる。クラウン形状が一定、すなわち歪（ε）が一定の場合、上記（２）式より、弾性率（Ｅ）を減少させると、歪エネルギー（ＳＥ）が低減できることが分かる。それゆえ、本発明において、トレッドショルダー部５Ｓ１、５Ｓ２のゴムの弾性率を低く設定することにより、歪エネルギーを低減し、転がり抵抗の減少に更に寄与させている。
【００２２】
一方、トレッドセンター部５Ｃは、接地圧により押しつぶされ、これをベルト張力で支えるという一定応力的な周方向せん断による歪エネルギーが発生し、これが転がり抵抗発生につながっている。すなわち、応力（σ）は一定であるから、弾性率（Ｅ）を増加すると、上記（１）式より歪エネルギー（ＳＥ）が低減できることが分かる。それゆえ、本発明においては、トレッドセンター部５Ｃのゴムの弾性率を高く設定することにより、歪エネルギーを低減し、転がり抵抗の減少に更に寄与させている。
【００２３】
以上より、トレッドセンター部５Ｃのゴムの弾性率を高く設定し、かつトレッドショルダー部５Ｓ１、５Ｓ２のゴムの弾性率を低く設定することにより、歪エネルギーを低減し、転がり抵抗の減少に更に寄与させていることを説明した。ここで、トレッドセンター部５Ｃのゴムの弾性率をトレッドショルダー部５Ｓ１、５Ｓ２のゴムの弾性率より高くすることが肝要であり、わずかでも弾性率に差があれば有効である。
ただし、トレッドセンター部５Ｃとトレッドショルダー部５Ｓ１、５Ｓ２とのゴムの弾性率の差が１０％以上であると、優位な転がり抵抗低減が可能なことが分かった。
一方、弾性率の差が３０％より大きいと、コーナリング時のような大きな入力で異なる弾性率のトレッドゴム間で剥離が生じやすいおそれがある。
なお、例えば、トレッドセンター部のゴムの弾性率が２．７ＭＰａ、トレッドショルダー部のゴムの弾性率が２．４ＭＰａのとき効果があることが確認されている。
【００２４】
また、図１に示す例では、トレッドセンター部５Ｃとトレッドショルダー部５Ｓ２との境界線は、タイヤ赤道ＣＬに略平行であるが、トレッドセンター部５Ｃの径方向外側にトレッドショルダー部５Ｓ１、５Ｓ２が配置されるか、反対に、トレッドショルダー部５Ｓ１、５Ｓ２の径方向外側にトレッドセンター部５Ｃが配置されてもよい。
ただし、トレッドセンター部５Ｃの径方向外側にトレッドショルダー部５Ｓ１、５Ｓ２が配置される場合（境界線がハの字を形成する場合）が最も好適である。なぜなら、コーナリング時にトレッド表面から横方向の力が加わる場合、特にコーナリング外側でこの力は大きく、ゴムの弾性率が変わる境界部の接地する部分において、亀裂の発生を少なくすることができるためである。
【００２５】
また、図１に示すように、タイヤの断面高さＳＨに対する、タイヤの最大幅位置Ｄにタイヤの回転軸と平行に引いた線分とビードトゥ１０にタイヤの回転軸と平行に引いた線分との最短距離ＳＷｈの比ＳＷｈ／ＳＨが０．５５以下であることが好ましい。すなわち、ＳＷｈ／ＳＨを０．５５以下にすると、カーカスプライがベルト幅方向端部からビード部側へ小さな曲率で垂れるようなラインとなるため、ベルト端部付近のベルト張力が低下する一方、トレッドの幅方向中央部のベルト張力が増大する。すると、接地面内の踏み込み部と蹴り出し部との間で発生する、周方向せん断変形が抑制される結果、歪エネルギーロスを低減することができる。
【００２６】
更に、０．１０≦ＢＤ／ＢＷ≦０．１３かつＳＷｈ／ＳＨ≦０．５５を共に満たすと、接地幅を狭め且つその領域のベルト張力が増大する為、周方向せん断変形を大きく低減し、歪エネルギーロスを抑制できる。また、ＳＷｈ／ＳＨは０．４以上であることが好ましい。なぜなら、ＳＷｈ／ＳＨが０．４未満では、ショルダー部のベルト張力が低下してショルダー部の摩耗の抑制が難しくなるためである。
【００２７】
次に、前記傾斜ベルト層の最外側層３ａの幅方向中心におけるトレッドゴム厚みＧＡと幅方向端部におけるトレッドゴム厚みＧＢとの比ＧＢ／ＧＡが、０．７５以上であることが好ましい。すなわち、トレッドゴムは薄くなるほど、転がり抵抗は低減する。但し、薄くしすぎると、耐摩耗性が悪化してしまう。また、前述のように、トレッドショルダー部で発生する歪エネルギーロスが大きい為、トレッドショルダー部のトレッドゴム厚みを削減することが転がり抵抗の低減には効率的である。そのためには、ＧＢ／ＧＡが０．７５以下の範囲内においてトレッドゴム厚みに分布を持たせることが有効であり、その結果、転がり抵抗の低下並びに耐摩耗性能の向上を両立することが可能となる。
なお、比ＧＢ／ＧＡは０．９５以下であることが好ましい。なぜなら、０．９５を超えると、発熱耐久性の向上や転がり抵抗の低減が十分に達成されない可能性がある。
【００２８】
さらに、図３に示すように、前記傾斜ベルト層の最外側層３ａの幅方向端部（点線参照）からビードコア１の内側（点線参照）に至るカーカスラインにおいて、最小曲率を示す部分、図示例でＲが、タイヤの断面高さＳＨの１／２点より径方向内側に位置していることが好ましい。
すなわち、カーカスラインの最小曲率部分をビード部側に設定することによって、ビード部側でカーカスを変形させやすくする。このことによって、トレッド部の変形を抑制し、歪エネルギーロスを低減することができる。
【実施例】
【００２９】
サイズ２２５／４５Ｒ１７の発明例タイヤ、従来例タイヤ、および比較例タイヤを、表１に示す仕様の下に試作し、各供試タイヤについて、耐摩耗性能および転がり抵抗の測定を行ったので以下に説明する。各供試タイヤの基本構造は図１に示す通りであり、傾斜ベルト層３ａ、３ｂは赤道面ＣＬに対して２４°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２層からなり、さらにナイロンコードによる周方向ベルト層４を具える。
【００３０】
転がり抵抗試験は、供試タイヤを標準リムに装着し内圧を２３０ｋＰａに調整したのち、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る。なお、この転がり抵抗測定は、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。この測定結果は、従来タイヤでの転がり抵抗力を１００として指数化した。この指数が小さいほど、転がり抵抗が小さいことを示している。評価としては、誤差を除きなおかつ市場優位性の観点から５％以上の差異を有意差とみなす。特に、１０％以上の転がり抵抗の低減が見られる場合は大きな効果であるといえる。
【００３１】
耐摩耗性試験は、転がり抵抗試験と同様のリム組み供試タイヤを、直径１．７ｍの室内ドラム試験機（表面にセーフティウォーク有）にて、ストリップ角およびチャンバー角を共に０°、速度８０ｋｍ／ｈで試験を実施した。入力は制駆動なしで１０分、そして制動方向に０．１Ｇ１０分、を交互に繰り返す。この条件にて、１２００ｋｍ走行後の摩耗重量（摩耗したゴムの量）を従来例対比で指数化して評価した。この磨耗重量は少ないほど良く、５％未満の違いなら同等とみなし、さらに、１０％以上の違いがある場合は顕著な差あるといえる。なお、この試験法では摩耗した重量を比較するため、耐摩耗試験の意味合いが強い。しかし偏摩耗性能が悪いタイヤでは早期に摩耗が進むため、本試験でも検出が可能である。つまり、この見方は耐偏摩耗並びに耐摩耗の両面からの見方を行うことができるものであるが、ここでは耐摩耗性能として総称する。
【００３２】
【表１】
2009262795.tif 000003
【００３３】
表１の結果より、本発明に従うタイヤ形状および構造を有し、さらに、トレッドの幅方向中央域のゴムの弾性率を該中央域の両側域のゴムの弾性率より高くすることにより、従来例タイヤ、比較例タイヤと比較して、優れた耐摩耗性能を維持しながら転がり抵抗が低減できたことが分かる。
【００３４】
以上により、傾斜ベルト層の最外側層の半幅ＨＢＷに対する、最外側層の幅方向中心部と幅方向端部との径差ＢＤの比ＢＤ／ＨＢＷを０．１０以上０．１３以下とするとともに、トレッドの幅方向中央域のゴムの弾性率を該中央域の両側域のゴムの弾性率より高くすることにより、耐摩耗性能に優れかつ転がり抵抗の低い空気入りタイヤを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に従うタイヤ半部の幅方向断面図である。
【図２】本発明に従うタイヤのトレッド部に発生する歪エネルギーについて、有限要素法を用いて解析した結果を示す図である。
【図３】本発明に従うタイヤ半部の幅方向断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１            ビードコア
２            カーカス
３ａ          傾斜ベルト層（最外側層）
３ｂ          傾斜ベルト層
４            周方向ベルト層
５            トレッド
５Ｃ          トレッドセンター部
５Ｓ１、５Ｓ２  トレッドショルダー部
６            タイヤ
７            適用リム
１０          ビードトゥ
ＣＬ          タイヤ赤道
【図１】
2009262795.tif 000004
【図２】
2009262795.tif 000005
【図３】
2009262795.tif 000006