JP2011245996A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】車両旋回時のコーナリングパワーに優れた空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】本発明の空気入りタイヤは、タイヤのトレッド踏面に、タイヤ赤道面を境界とする両トレッド半部に少なくとも1本ずつ設けたトレッド周方向に延びる溝と、トレッド端とによって区画される複数の陸部を有し、周方向溝のうちトレッド端に隣接する周方向溝の一方の溝を区画する両側壁に、溝底との間に間隔をもって溝内に延びる突出部をトレッド周方向に間隔を置いて複数設け、両側壁に設けた複数の突出部のうち、トレッド幅方向において対向する位置にある2つの突出部同士は、非接地時には当接せず、接地時には当接することを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、空気入りタイヤ、特に、バックリングを抑制することにより、車両旋回時のコーナリングパワーを向上させた空気入りタイヤに関する。

空気入りタイヤにおいては、トレッド踏面の一部が路面から浮き上がる、バックリング現象が生じることがある。
このバックリング現象は、車両旋回時において、トレッドに対する横側からの外力に起因する、タイヤ径方向の圧縮応力が臨界点を超えることにより生じる。
バックリング現象が生じると、タイヤが路面に接地する面積が小さくなる、あるいはタイヤが路面と接地している箇所の接地圧が低くなるため、コーナリングパワーが低下するおそれがある。

ここで、バックリングを抑制する方法として、例えば、ベルト層を金属材料によって形成して、面外曲げ剛性を高めることが考えられるが、この方法ではタイヤの重量増を招いてしまうという問題がある。

これに対し、特許文献1では、トレッドの曲率と最外側ベルト層の曲率との関係を所定のものとして、荷重時におけるトレッドの形状を平坦にし、ベルトをタイヤ径方向外側に凸な形状とすることによって、バックリングを抑制する方法が提案されている。

特開H5−185807

しかしながら、特許文献1に記載の技術では、バックリングを十分に抑制することができず、実際に特許文献1に記載のタイヤを装着した車両を走行させると、特に車両旋回時においてコーナリングパワーが不足することが判明した。

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、バックリングを効果的に抑制して、タイヤのコーナリングパワーを向上させた空気入りタイヤを提供することにある。

発明者は、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた。
その結果、特許文献1に記載の技術における、コーナリングパワーの低下は、タイヤ幅方向の位置によって、上記のタイヤ径方向の圧縮応力の大きさが異なることに起因することを見出した。すなわち、トレッドの、上記圧縮応力が最大となる部分が最も補強されることが好ましいものの、特許文献1に記載の方法では、トレッド接地幅の中央部に最外側ベルト層の曲率中心があるため、該トレッド接地幅中央部において最外層ベルトによる補強効果が最も大きくなり、タイヤ幅方向外側ほどトレッド接地幅中央部対比で、補強効果が小さくなっていた。しかし、実際には、上記圧縮応力のタイヤ幅方向における最大点はトレッド接地幅中央部ではないため、上記圧縮応力に対する剛性を効果的に高めるには至らず、バックリングを十分に抑制することができていなかったことを見出した。
発明者は、上記圧縮応力が最大となる位置が、タイヤの車両装着時におけるトレッド幅方向外側半部の中央付近であり、特に、トレッドのタイヤ赤道面を境界とする両トレッド半部に少なくとも1本ずつ周方向溝を有するタイヤにおいては、トレッド端に隣接する周方向溝のうち車両装着時に外側となる方の溝、すなわち、車両装着時最外側溝付近となることを知見した。
そして、発明者は、該最外側溝内に、非接地時には当接せず、接地時には当接する突出部を設けることによって、該最外側溝付近の剛性を向上させ、バックリングの発生を抑制して、車両旋回時のコーナリングパワーを向上させることができることの新規知見を得た。
さらに、発明者は、突出部と溝底との間に間隔を設けることによって、溝内の突出部に起因した排水性の低下を抑制できることの新規知見も得た。

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)タイヤのトレッド踏面に、タイヤ赤道面を境界とする両トレッド半部に少なくとも1本ずつ設けたトレッド周方向に延びる溝と、トレッド端とによって区画される複数の陸部を有し、
前記周方向溝のうち前記トレッド端に隣接する周方向溝の一方の溝を区画する両側壁に、溝底との間に間隔をもって溝内に延びる突出部をトレッド周方向に間隔を置いて複数設け、
前記両側壁に設けた複数の突出部のうち、トレッド幅方向において対向する位置にある2つの突出部同士は、非接地時には当接せず、接地時には当接することを特徴とする、空気入りタイヤ。

(2)非接地時における、前記一方の溝の溝幅をW(mm)、前記対応位置にある2つの突出部のタイヤ幅方向の最小間隔をA(mm)とするとき、比A/Wが0.2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。

(3)前記両側壁に設けた突出部は、前記側壁からの突出幅がタイヤ径方向において変化することを特徴とする、上記(1)又は(2)に記載の空気入りタイヤ。

(4)非接地時において、前記対応位置にある2つの突出部の、タイヤ幅方向断面における断面積S1は、前記一方の溝のタイヤ幅方向断面の断面積S2の50%未満であることを特徴とする、上記(1)〜(3)のいずれか1つに記載の空気入りタイヤ。

本発明によれば、車両旋回時のコーナリングパワーに優れ、排水性の低下を抑制した空気入りタイヤを提供することができる。

本発明のタイヤの非接地時のトレッド踏面を模式的に示した概略展開図である。 本発明のタイヤの非接地時における、タイヤ幅方向最外側の周方向溝の一方の溝付近のタイヤ幅方向の概略断面図である。 本発明のタイヤの非接地時における、タイヤ幅方向最外側の周方向溝の一方の溝部分のタイヤ幅方向の概略断面図である。

以下、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。図1は、本発明に従う空気入りタイヤ(以下、タイヤと称する)の非接地時のトレッド踏面を模式的に示した概略展開図である。

図1に示すように、本発明のタイヤは、トレッド踏面1に、複数、図示例ではタイヤ赤道面CLを境界とする半部に2本、全体で4本のトレッド周方向に延びる溝2a、2b、2c、2dを有し、周方向溝2a〜2dとトレッド端TEとによって陸部3a、3b、3c、3d、3eが区画されている。

また、本発明のタイヤは、トレッド端に隣接する周方向溝の一方の溝2aによって区画される陸部3a、3bの両側壁3f、3gに、突出部4を、トレッド周方向に間隔を置いて複数(図示の範囲で片側の側壁に2つ、合計4つ)設けている。
図2は、本発明のタイヤの非接地時における、トレッド端に隣接する周方向溝の一方の溝2a及びその近傍のタイヤ幅方向の概略断面図である。
図2に示すように、突出部4は、溝底2eとの間に間隔5をもって溝内に延びている。
トレッド幅方向において対向する位置にある2つの突出部同士は、非接地時には当接せず、間隔が開いている。一方で、接地時には、2つの突出部同士は当接する。
ここで、「トレッド幅方向において対向する位置」とは、溝の一方の側壁に設けた突出部を他方の側壁に設けた突出部に、タイヤ幅方向に投影した際に、突出部のトレッド周方向幅が重なる位置にあることをいう。なお、「重なる」とは、製造上の誤差を許容するものとする。

また、「接地時に2つの突出部同士が当接する」とは、対応位置にある2つの突出部を有する溝が、タイヤが標準リムに装着され、正規内圧が充填された状態で、正規荷重以上の荷重が負荷される面内にあり、このときに、突出部同士が当接することをいう。
ここでいう、正規荷重とは所定の産業規格に記載されている適用サイズにおける単輪の最大荷重（最大負荷能力）のことであり、正規内圧とは同規格に記載されている適用サイズにおける単輪の最大荷重（最大負荷能力）に対応する空気圧のことであり、また標準リムとは同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。かかる産業規格については、タイヤが生産もしくは使用される地域においてそれぞれ有効な規格が定められており、これらの規格は、例えば、アメリカ合衆国では“The Tire and Rim Association Inc. Year Book”（デザインガイドを含む）により、欧州では、“The European Tire and Rim Technical Organization Standards Manual”により、日本では日本自動車タイヤ協会の“JATMA YEAR BOOK”によりそれぞれ規定されている。
さらに、「非接地時に2つの突出部同士が当接しない」とは、対応位置にある2つの突出部を有する溝が、荷重が負荷されない面内にあり、このときに突出部同士が当接しないことをいう。

本発明のタイヤにおいては、周方向溝のうちトレッド端に隣接する周方向溝の一方の溝を区画する両側壁に、溝底との間に間隔をもって溝内に延びる突出部をトレッド周方向に間隔を置いて複数設け、両側壁に設けた複数の突出部のうち、トレッド幅方向において対向する位置にある2つの突出部同士は、非接地時には当接せず、接地時には当接することが肝要である。

かかるタイヤを、突出部を設けた側が車両外側となるように車両装着することにより、接地時において、トレッド幅方向の対向位置にある突出部同士が当接して相互に支えあう。
このため、車両装着時のトレッド幅方向最外側溝によって区画される陸部の上記タイヤ径方向の圧縮応力に対する剛性が上がり、バックリングが抑制され、車両旋回時におけるコーナリングパワーが向上する。
さらに、突出部は、溝底との間に間隔を有しているため、排水性の低下を抑制することができる。

また、上記のように、トレッド幅方向において対向する位置にある2つの突出部同士が、非接地時には当接せず、接地時には当接するためには、図1、2に示すように、非接地時における、トレッド端に隣接する周方向溝の一方の溝2aの溝幅をW(mm)とし、上記対向位置にある2つの突出部のタイヤ幅方向の最小間隔をA(mm)とするとき、比A/Wを小さくすることが好ましい。
また、図2に示すように、2つの突出部の形状に関しては、対応する長さ(L2とL2’、L3とL3’、L4とL4’、hとh’)を同一とすることができる。

ここで、トレッド周方向の対応位置にある2つの突出部は、タイヤが標準リムに装着され、正規内圧が充填された状態で、正規荷重の1/4以上の荷重が負荷される面内にある場合にも当接することが好ましい。
当該突出部が、トレッド周方向において、正規荷重の1/4の荷重が負荷される面内にあるときにも、当接し、支えあうことで、車両の旋回時における横力に起因するタイヤ径方向の圧縮応力が最大となるのに先立って、車両装着時最外側の溝付近の剛性を高めることができ、より確実にバックリングを防止することができるからである。
また、これを達成するためには、上記の比A/Wをさらに小さくすることが好ましい。

また、図1に示すように、トレッド幅方向の対向位置にあり、対をなす2つの突出部4は、トレッド周方向に所定の一定間隔L1(mm)を置いて周期的に設け、L1は、非接地時において、20〜50mmとするのが好ましい。
なぜなら、接地面内に常に1対の突出部を有するようにするためであり、20mmより間隔が狭いと、接地面内に2対以上の突出部を有することにより、排水性が低下してしまい、一方で、50mmより間隔が大きいと、タイヤの転動時に接地面内に突出部のない場合が生じ、上記のバックリングの抑制効果が図れなくなるからである。

また、突出部4は、側壁からの突出幅がタイヤ径方向において変化することが好ましい。
図2に示す例では、タイヤ径方向最内側部での突出幅L2(mm)、L2’(mm)は、タイヤ径方向最外側部での突出幅L3(mm)、L3’(mm)よりそれぞれ小さく、タイヤ径方向外側から内側に向かって突出幅が減少している。
これにより、図3(d)のように、突出幅が径方向で変化せずにL3(mm)で一定である場合に比べて、排水性の低下を抑制することができる。
なお、突出部4の形状は、図3(a)(b)に示すように、対応する突出部の一方の突出幅がタイヤ径方向外側から内側に向かって増加し、他方の突出幅が増加する形状でもよく、また、図3(c)に示すように、タイヤ径方向外側から内側に向かって突出幅が増加してもよい。
図2、図3(a)〜(c)に示す例では、突出部4の径方向の突出幅は一定の割合で変化し、突出部4の端面4aは平面状であるが、径方向の変化は一定である必要は無く、突出部4の端面4aは曲面となってもよい。

さらに、非接地時における、トレッド幅方向で対向する位置にある2つの突出部の、タイヤ幅方向断面における断面積S1は、タイヤ幅方向最外側溝の一方の溝2aのタイヤ幅方向断面の断面積S2の50%未満であることが好ましい。
50%より大きいと、排水性が低下するからである。

また、図2に示すように、突出部4と溝底2eとの間のタイヤ径方向の間隔h(mm)、h’(mm)は、1mm以上とするのが好ましい。突出部を設けることによる排水性の低下を抑制するためである。

また、図2、図3(a)〜(c)に示す例のように、径方向において、突出部4の突出幅が一定の割合で変化し、突出部の端面4aが平面状である場合、端面4aのタイヤ径方向に対する傾斜角度αは、非接地時において、45°より小さくするのが好ましい。
45°以上だと、突出部の端部4bが鋭角的になりすぎ、突出部の当接時に支えあう効果が十分でなくなり、バックリングを十分に抑制できなくなるからである。
なお、端面4aが曲面である場合の傾斜角度αは、図2に示すように、幅方向断面において、端面4aの径方向外側端部4b及び内側端部4cを結んだ線分のタイヤ径方向に対する角度で定義し、同様に傾斜角αは45°より小さくするのが好ましい。

ここで、図2、図3(a)〜(c)に示すように、トレッド端に隣接する溝の一方の溝2aの溝底2eから突出部の上面までの距離L4(mm)、L4’(mm)は、非接地時において、トレッド端に隣接する溝の一方の溝2aの溝深さH(mm)の20%以上とするのが好ましい。
20%未満であると、間隔5が小さくなり、排水効果が十分でなくなるからである。
なお、図2、図3(a)〜(c)では、溝底が平坦な例を示しているが、溝底が湾曲している場合における「溝底からの距離」とは、湾曲している部分のうち最もタイヤ径方向内側に位置している部分からの距離をいう。

また、図1に示すように、突出部4の周方向幅L5(mm)は、非接地時において、
W/2＜L5＜W
を満たす範囲とするのが好ましい。
W/2未満であると突出部の周方向幅が小さすぎ、突出部同士が支えあい、溝付近の剛性を高める効果が十分でなく、バックリングを十分に防止できないからであり、一方で、Wより大きいと、突出部の体積が大きくなり、排水性を低下させてしまうからである。

本発明のタイヤと従来のタイヤとで、コーナリングパワー、排水性に違いがあることを確認するため、サイズ170/70R14のタイヤを、サイズ5.5J×14のリムに組み、内圧を210kPaとした供試タイヤのコーナリングパワーと排水性を比較するシミュレーションを行った。
また、コーナリングパワーの違いが、バックリングの抑制効果によるものであることを確認するため、FEMシミュレーションの結果から接地面積を求めた。

ここで、発明例タイヤ1〜4、比較例タイヤとして、トレッド端に隣接する溝の一方の溝を区画する両側壁に、非接地時には当接せず、接地時には当接する2つの突出部をトレッド周方向に間隔を置いて複数設けた空気入りタイヤを試作した。
突出部はトレッド周方向に30mmの一定の間隔を置いて、周期的に設けてある。
ここで、発明例タイヤ1〜4については、上記突出部が溝底との間に間隔をもって溝内に延び、比較例タイヤについては、突出部は溝底とは間隔を有さないものとした。
また、従来例タイヤ1として、突出部を有さないタイヤを用意した。
さらに、従来例タイヤ2として、特許文献1に記載のタイヤを作成した。
各タイヤの諸元は、以下の表1に示している。
なお、以下の評価において、トレッド端に隣接する溝のうちの一方の溝内に突出部を有する各タイヤは、突出部を設けてある側が車両外側となるように車両装着するものとする。
また、表1において、トレッド幅方向対向位置にある2つの突出部に関して、非接地時での、タイヤ幅方向の最小間隔をA(mm)、タイヤ幅方向の断面積をS1(mm²)とし、トレッド端に隣接する溝のうち一方の溝に関して、非接地時での、溝幅をW(mm)、タイヤ幅方向断面積をS2(mm²)としている。

評価は、まずFEMシミュレーションによって、荷重4kNにおける接地圧分布をそれぞれ求め、そこから接地面積を求めた。
また、シミュレーション上でそのときのコーナリングパワーを求めた。
これらの値を、従来例1にかかるタイヤの評価結果を100とする指数で表2に示す。指数値が大きいほど優れていることを示す。

次に、排水性の評価は、水深が平均20mmのテストコースを、速度を加速させながら走行させ、ハイドロプレーニング現象が発生するまでの限界速度を測定した。
結果を比較例にかかるタイヤの評価結果を100とする指数で表3に示す。
なお、数値は大きいほど排水性が優れていることを示す。

表2、3に示すように、発明例1〜4にかかるタイヤは、いずれも従来例1、2にかかるタイヤよりも接地面積が大きく、これにより、コーナリングパワーが向上している。
また、発明例1〜4にかかるタイヤは、比較例にかかるタイヤより排水性に優れている。

また、発明例1と2との比較により、比A/Wを好適化した発明例1にかかるタイヤは、発明例2にかかるタイヤよりも接地面積が大きく、これにより、コーナリングパワーが高くなっている。
さらに、発明例1と3との比較により、突出部の形状を好適化した、発明例1にかかるタイヤは、発明例3にかかるタイヤよりも排水性に優れている。
さらにまた、発明例1と4との比較により、突出物の大きさを好適化した発明例1にかかるタイヤは、発明例4にかかるタイヤより、排水性に優れている。

本発明によれば、車両旋回時のコーナリングパワーを向上させた空気入りタイヤを製造して市場に提供することができる。

1 トレッド踏面
2a トレッド端に隣接する周方向溝の一方の溝
2b〜2d 周方向溝
2e トレッド端に隣接する周方向溝の一方の溝の溝底
3a トレッド幅方向最外側陸部の一方
3b トレッド幅方向外側から2番目の陸部の一方
3c〜3e 陸部
3f、3g トレッド幅方向最外側溝の一方の溝の側壁
4 突出部
4a 突出部の端面
4b 突出部の径方向外側端部
4c 突出部の径方向内側端部
5 突出部と溝底との間の間隔
CL タイヤ赤道面
TE トレッド端
A 対向位置にある2つの突出部のタイヤ幅方向の最小間隔
W トレッド端に隣接する溝の一方の溝の溝幅
H トレッド端に隣接する溝の一方の溝の溝深さ
h 突出部と溝底との径方向の間隔
α 突出部の端面のタイヤ径方向に対する傾斜角度
L1、突出部のトレッド周方向の間隔
L2、L2’ 突出部のタイヤ径方向最内側部での突出幅
L3、L3’ 突出部のタイヤ径方向最外側部での突出幅
L4、L4’ 溝底から突出部の上面までの距離
L5 突出部の周方向幅
S1 対向位置にある2つの突出部のタイヤ幅方向断面における断面積
S2 トレッド端に隣接する溝の一方の溝のタイヤ幅方向断面における断面積

Claims (4)

1. タイヤのトレッド踏面に、タイヤ赤道面を境界とする両トレッド半部に少なくとも1本ずつ設けたトレッド周方向に延びる溝と、トレッド端とによって区画される複数の陸部を有し、
   前記周方向溝のうち前記トレッド端に隣接する周方向溝の一方の溝を区画する両側壁に、溝底との間に間隔をもって溝内に延びる突出部をトレッド周方向に間隔を置いて複数設け、
   前記両側壁に設けた複数の突出部のうち、トレッド幅方向において対向する位置にある2つの突出部同士は、非接地時には当接せず、接地時には当接することを特徴とする、空気入りタイヤ。
2. 非接地時における、前記一方の溝の溝幅をW(mm)、前記対応位置にある2つの突出部のタイヤ幅方向の最小間隔をA(mm)とするとき、比A/Wを小さくすることを特徴とする、請求項1に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記両側壁に設けた突出部は、前記側壁からの突出幅がタイヤ径方向において変化することを特徴とする、請求項1又は2に記載の空気入りタイヤ。
4. 非接地時において、前記対応位置にある2つの突出部の、タイヤ幅方向断面における断面積S1は、前記一方の溝のタイヤ幅方向断面の断面積S2の50%未満であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の空気入りタイヤ。

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