JP5519341B2 - ランフラットタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、ランフラットタイヤ、特には、パンク走行時のタイヤの耐久性及び通常走行時の乗り心地性を両立させ、且つタイヤの転がり抵抗を低減させたランフラットタイヤに関する。

パンク等によってタイヤ内圧が低下した際にもある程度の距離の走行が可能なタイヤとして、タイヤのサイドウォール部に断面三日月状のサイド補強ゴム層を配設したサイド補強型のランフラットタイヤがある(例えば、特許文献1)。
このランフラットタイヤは、正常時にはタイヤ荷重をタイヤ内圧で支持し、一方、ランフラット走行時(パンク走行時)にはタイヤ荷重をサイド補強ゴム層で肩代わり支持する。
このため、ランフラットタイヤは、タイヤパンク時において、タイヤ内部の空気圧が急激に低下した際にも急激な車両変化が起こらないため安定した走行が可能であり、また、車両挙動の変化に慌てた運転手が誤って急なハンドル操作を行う危険性がない点でも安全である。

ランフラットタイヤの走行距離は、ランフラットタイヤの耐久性に依存するため、タイヤの耐久性を向上させることが望まれている。
これに対し、例えばランフラットタイヤのサイドウォール部に配設するサイド補強ゴム層の体積を大きくすることで、パンク走行時のタイヤ耐久性を向上させ、安全性能を高める方法が考えられる。
しかしながら、サイド補強ゴム層の体積を増加させると、タイヤの重量増加を招き、転がり抵抗が増大する問題があった。また、縦バネ係数の増大により通常走行時の車両乗り心地性の低下を招いていた。

さらに、ランフラット走行時にサイド補強ゴム層が破壊されるまで走行できるタイヤ耐久性能を有するタイヤであっても、ビードフィラゴムの早期故障に起因するタイヤの耐久性能の低下の問題があることが新たに判明した。

特開平5−112110号公報

それゆえ、本発明は、上記の問題を解決することを課題とするものであり、その目的は、タイヤの耐久性を保持しつつ、タイヤの重量増を回避し、通常走行時の乗り心地性を向上させたランフラットタイヤを提供することにある。

発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた。
その結果、ランフラットタイヤのサイド補強ゴム層の配置や、サイド補強ゴム層とビードフィラとの体積比を適切に設定することで、サイド補強ゴム層の体積を小さくしてもタイヤの耐久性を保持することができ、これにより、タイヤの重量増を回避し、通常走行時の乗り心地性を向上させることができることの新規知見を得た。

前記の課題を解決するための本発明の要旨構成は、以下の通りである。
(1)一対のビード部間にトロイド状に跨るカーカス本体部及び該カーカス本体部から前記ビード部に埋設されたビードコアに沿ってタイヤ幅方向内側から外側に折り返される、折り返し部を有するカーカスと、前記ビード部に埋設したビードフィラと、タイヤ内面に配置したインナーライナーとを備え、サイドウォール部に前記カーカス本体部と前記インナーライナーとの間に前記カーカス本体部に沿う断面三日月状のサイド補強ゴム層を備えた、ランフラットタイヤであって、
タイヤ幅方向断面において、前記ビード部とタイヤをリムに装着した際のリムフランジとの離反点Qから前記カーカス本体部へ下ろした垂線と該カーカス本体部との交点をPとし、前記ビードフィラのタイヤ径方向外側端の点をS、点Sを通り線分PQに平行な直線と前記インナーライナーとの交点をTとしたとき、前記サイド補強ゴム層のタイヤ径方向内側端を、点Pから前記カーカス本体部に沿ってタイヤ径方向外側へ5mm離間した位置よりタイヤ径方向内側に配置し、且つ
前記サイド補強ゴム層の体積をU1、前記ビードフィラの体積をU2とし、タイヤ幅方向断面における線分STよりタイヤ径方向内側にある前記サイド補強ゴム層の体積をV1、線分PQよりタイヤ径方向外側にある前記ビードフィラの体積をV2とするとき、
1.5≦U1/U2≦3.0且つ、0.35≦V1/V2≦1.2
を満たすことを特徴とする、ランフラットタイヤ。

本発明によれば、パンク走行時の耐久性が高く、軽量で、転がり抵抗が小さく、通常走行時の乗り心地性に優れたランフラットタイヤを提供することができる。

本発明のタイヤのタイヤ幅方向断面図である。 ランフラット走行時のタイヤの変形について説明するための図である。 ランフラット走行時のタイヤにかかる応力について説明するための図である。 (a)サイド補強ゴム層、ビードフィラの体積について説明するための図である。(b)サイド補強ゴム層とビードフィラとの重なり部分でのサイド補強ゴム層、ビードフィラの各体積について説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明のランフラットタイヤについて詳細に説明する。
図1は、本発明のランフラットタイヤのタイヤ幅方向断面図であり、タイヤの赤道CLを境界とした半部のみを示している。
図1に示すように、本発明のランフラットタイヤは、一対の(図示は片側のみ)ビード部1に、図示例では幅広のビードコア1aを埋設しており、一対の(図示は片側のみ)のビードコア1a間をトロイダル状に跨るカーカス本体部2aと該カーカス本体部2aからビードコア1aに沿ってタイヤ幅方向内側から外側に折り返される、折り返し部2bとからなるカーカス2を有する。
また、このタイヤは一対の(図示は片側のみ)サイドウォール部3と、両サイドウォール(図示は片側のみ)に連なるトレッド4とを有している。
さらに、ビードコア1aのタイヤ径方向外側には、断面三角形状のビードフィラ5を配設している。サイドウォール部3には、断面三日月状のサイド補強ゴム層6を配設している。また、タイヤ内面にはインナーライナー8が配設されている。

サイド補強ゴム層6の配置位置については、リムフランジ7とビード部1との離反点をQとし、点Qからカーカス本体部2aへ下ろした垂線とカーカス本体部2aとの交点をPとしたとき、図示例では、サイド補強ゴム層6のタイヤ径方向内側端が点Pと一致するように配置している。
ここで、離反点とは、空気入りタイヤを以下に定義する規定リムに組み付け、規定内圧を充填し、規定荷重を負荷したときにビード部外周面がリムフランジから離れる点をいう。

上記の規定リムとは、JATMA(日本自動車タイヤ協会）のYear Book 2008年度版規定のリムであり、規定荷重とは、JATMA(日本自動車タイヤ協会)のYear Book 2008年度版の最大荷重である。
また、規定内圧とはJATMA(日本自動車タイヤ協会)のYear Book 2008年度版の最大負荷能力(最大荷重)に対応する空気圧である。
なお、日本以外では、内圧は下記規格に記載されている単輪の最大荷重(最大負荷能力)に対応する空気圧のことであり、リムとは下記規格に記載されている適用サイズにおける標準リム(または、”Approved Rim" 、”Recommended Rim")のことである。
規格は、各地域の産業規格によって決められている。例えば、アメリカ合衆国では、”The Tire and Rim Association Inc. Year Book ”であり、欧州では”The European Tire and Rim Technical Organization Standards Manual”である。

このように本発明のタイヤにおいては、まず、サイド補強ゴム層6のタイヤ径方向内側端を点Pからカーカス本体部2aに沿ってタイヤ径方向外側へ5mm離間した位置よりタイヤ径方向内側に配置することが肝要である。

以下、図2、図3を参照して、サイド補強ゴム層6を上記の配置とすることの作用効果について説明する。
図2は、タイヤの内圧がゲージ圧で0kPa、すなわちパンク時におけるタイヤの変形の様子を示す図である。
図2に示すように、タイヤはランフラット走行時において、サイド部3が大きく撓み、リムフランジ7とビード部1との離反点Qを支点としてビード部1が大きな曲げ変形を受ける。
ランフラット走行時における荷重直下のビード部1の曲げ変形の中心位置は、リムフランジ7とビード部1との離反点Qにおける法線位置付近である。

図3に本発明のランフラットタイヤのランフラット走行時におけるビード部にかかる応力の様子を示す。
図3に示すように、ランフラット走行時には、荷重支持のため、リムフランジ接触部Aは大きな圧縮力を受ける。また、リムフランジとビード部との離反点Qの法線位置を中心にビード部は大きな曲げ変形の力を受け、この付近においてビード部に大きな圧縮応力及び曲げ応力がかかる。
ここで、本発明のランフラットタイヤは、離反点Qからカーカス本体部2aへの法線と該カーカス本体部2aとの交点をPとするとき、サイド補強ゴム層のタイヤ径方向内側端を、点Pからカーカス本体部2aに沿ってタイヤ径方向外側へ5mm離間した位置よりタイヤ径方向内側に、図3に示す例では点Pに配置してある。
これにより、上記の圧縮応力や曲げ応力が大きく加わる領域において、サイド補強ゴム層6が配置されている構造となるため、これらの応力を適度にサイド補強ゴム層6に負担させ、ビードフィラ5への応力の集中を緩和し、ビードフィラの早期故障を防止することができる。
ここで、「5mm」とは、サイド補強ゴム層のタイヤ径方向内側端が点Pからカーカス本体部2aに沿ってタイヤ径方向外側へ5mmより離れた位置に設けてしまうと、上記の離反点Qの法線位置から大きく離れすぎてしまい、サイド補強ゴム層に応力を負担させる効果が十分に得られず、ビードフィラの早期故障を十分に防止できないからである。

また、本発明のタイヤは、上記のサイド補強ゴム層の配置の適切化に加え、サイド補強ゴム層とビードフィラとの体積比を適切に設定することが肝要である。
具体的には、図4(a)に示すようにサイド補強ゴム層の体積をU1、ビードフィラの体積をU2とするとき、
1.5≦U1/U2≦3.0
を満たす範囲とすることが肝要である。
比U1/U2が1.5未満であると、サイド補強ゴム層の体積が小さくなりすぎてサイド補強ゴム層の耐久性が十分でなくなり、サイド補強ゴム層の破壊によるタイヤ耐久性の低下を招いてしまうからである。
一方で、3.0より大きいと、剛性の高いサイド補強ゴム層の割合が大きくなり、縦バネ係数が増加するため、通常走行時の乗り心地性が低下し、また、タイヤの重量が増加して、転がり抵抗の増加を招いてしまうからである。

さらに、本発明のタイヤは、図4(b)に示すように、ビードフィラのタイヤ径方向外側端の点をS、点Sを通り線分PQに平行な直線とインナーライナー8との交点をTとし、タイヤ幅方向断面における線分STよりタイヤ径方向内側にあるサイド補強ゴム層の体積をV1、線分PQよりタイヤ径方向外側にあるビードフィラの体積をV2とするとき、
V1/V2≧0.35
を満たす範囲とすることが肝要である。
比V1/V2が0.35未満であると、上記のようにサイド補強ゴム層を適切な位置に配置したとしても、ビードフィラへの応力の集中を緩和するのに十分な体積のサイド補強ゴム層が無いため、依然としてビードフィラに大きな応力が加わってしまい、ビードフィラの早期故障を招いてしまうからである。
また、比V1/V2は、1.2以下とするのが好ましい。
なぜなら、ビード部の厚さが厚くなり、荷重時におけるビード部の変形が大きくなって、発熱量が増加し、熱によるビード部のゴムの破壊による早期故障が発生し、タイヤの耐久性が低下してしまうからである。

本発明にかかるタイヤの耐久性、乗り心地性、転がり抵抗を評価するため、サイズ225/45R17のタイヤを、リムサイズ7.5J×17のリムに組み、空気圧を230kPaとした供試タイヤを用いて後述の試験を行った。

試供タイヤは、発明例タイヤ1〜4として、サイド補強ゴム層の配置位置及びサイド補強ゴム層とビードフィラとの体積比U1/U2、V1/V2を共に適切化したタイヤを試作した。
また、比較例1〜9として、サイド補強ゴム層の配置位置又は上記U1/U2、V1/V2のいずれかが本発明の範囲外にあるタイヤを試作した。
各タイヤの諸元は、以下の表1に示す。
なお、表1において、U1はU2を100としたときの指数で表しており、V1はV2を100としたときの指数で表している。
また、「点Pからの距離」とは、点Pからカーカス本体部に沿った距離をいい、符号は正がタイヤ径方向外側、負がタイヤ径方向内側を指す。サイド補強ゴム層のタイヤ径方向内側端のタイヤ径方向における位置を示すものであり、例えば、「5mm」とは、点Pからカーカス本体部に沿ってタイヤ径方向外側に5mmの距離にある点とサイド補強ゴム層のタイヤ径方向内側端点がタイヤ径方向において同じ位置にあることを示す。

各試験の内容は、以下の通りである。
《タイヤ質量》
タイヤ質量を測定し、発明例1を基準とした質量の差で表す。
《乗り心地評価》
(A)縦バネ係数
室内試験機で、荷重4.22kNとして、撓み量と荷重の関係により縦バネ係数を算出した。なお、発明例1の縦バネ係数を100とした指数で表すものとする。指数は値が大きい方が、縦バネ係数が大きい。
(B)実車官能試験
テストコースで官能によるフィーリング試験を実施した。速度40〜120km/hで周回路を実車走行したときの官能評価で±5段階評点で比較した。なお、値が大きいほうが乗り心地性に優れていることを示す。
《転がり抵抗測定》
室内ドラム試験機で、荷重4.22kNを負荷し、速度40、60、80、100、120km/hでの転がり抵抗を測定し、平均値を算出し、指数として相対的に表した。なお、指数は、値が大きい方が転がり抵抗が小さい。
《ランフラット走行時のタイヤ耐久性能》
室内耐久ドラム試験で、タイヤが故障するまでの耐久距離を指数化して評価した。ここで、空気圧は0kPa、荷重4.52kN、速度80km/hとした。走行距離80kmが耐久性能を満足するレベルでありこれを100とした指数で評価した。なお、値が大きい方が、耐久性が高い。
《ビードフィラ部の故障の有無》
上記のタイヤ耐久性能試験後のタイヤを解剖して、ビードフィラ部の故障の有無を確認した。
以上の試験結果を以下の表2に示す。

表2より、発明例1と比較例3、4との比較、及び発明例3、4と比較例1、2との比較により、比較例タイヤ1〜4がビードフィラに故障があったのに対し、サイド補強ゴム層の配置位置を適切化した発明例1、3、4は、ビードフィラの故障がない。
また、発明例1〜3と比較例5との比較により、U1/U2が好適範囲より小さい比較例5がランフラット走行時のタイヤ耐久性が低いのに対し、発明例1〜3は、タイヤ耐久性を満足している。一方で、発明例1〜3と比較例6との比較により、U1/U2が好適範囲より大きい比較例6にかかるタイヤより、発明例1〜3にかかるタイヤの乗り心地性能が優れ、且つ転がり抵抗が小さいことがわかる。
さらに、発明例3と比較例7との比較、及び発明例2と比較例8との比較により、V1/V2が好適範囲外にある比較例7、8がビードフィラに故障があるのに対し、発明例2、3にかかるタイヤは、ビードフィラに故障がない。一方で、発明例3と比較例9との比較により、V1/V2が好適範囲外にある比較例9は、ビード部故障があるのに対して、発明例3にかかるタイヤは、ビード部故障が無い。

本発明によれば、パンク走行時の耐久性が高く、軽量で、転がり抵抗が小さく、通常走行時の乗り心地性に優れたランフラットタイヤを生産して市場に提供することができる。

1 ビード部
1a ビードコア
2 カーカス
2a カーカス本体部
2b カーカス折り返し部
3 サイドウォール
4 トレッド
5 ビードフィラ
6 サイド補強ゴム層
7 リムフランジ
8 インナーライナー
A リムフランジ接触部
Q 離反点
U1 サイド補強ゴム層の体積
U2 ビードフィラの体積
V1 サイド補強ゴム層とビードフィラとの重なり部分でのサイド補強ゴム層の体積
V2 サイド補強ゴム層とビードフィラとの重なり部分でのビードフィラの体積

Claims (1)

1. 一対のビード部間にトロイド状に跨るカーカス本体部及び該カーカス本体部から前記ビード部に埋設されたビードコアに沿ってタイヤ幅方向内側から外側に折り返される、折り返し部を有するカーカスと、前記ビード部に埋設したビードフィラと、タイヤ内面に配置したインナーライナーとを備え、サイドウォール部に前記カーカス本体部と前記インナーライナーとの間に前記カーカス本体部に沿う断面三日月状のサイド補強ゴム層を備えた、ランフラットタイヤであって、
   タイヤ幅方向断面において、前記ビード部とタイヤをリムに装着した際のリムフランジとの離反点Qから前記カーカス本体部へ下ろした垂線と該カーカス本体部との交点をPとし、前記ビードフィラのタイヤ径方向外側端の点をS、点Sを通り線分PQに平行な直線と前記インナーライナーとの交点をTとしたとき、前記サイド補強ゴム層のタイヤ径方向内側端を、点Pから前記カーカス本体部に沿ってタイヤ径方向外側へ5mm離間した位置よりタイヤ径方向内側に配置し、且つ
   前記サイド補強ゴム層の体積をU1、前記ビードフィラの体積をU2とし、タイヤ幅方向断面における線分STよりタイヤ径方向内側にある前記サイド補強ゴム層の体積をV1、線分PQよりタイヤ径方向外側にある前記ビードフィラの体積をV2とするとき、
   1.5≦U1/U2≦3.0且つ、0.35≦V1/V2≦1.2
   を満たすことを特徴とする、ランフラットタイヤ。

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