JP5013967B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本願発明は耐摩耗性能を向上した空気入りタイヤ、とくに、重荷重用の空気入りタイヤに関するものである。

駆動軸に装着されて使用される空気入りタイヤ、とくにトレッド部に複数の溝で区画された多数のブロックを有する重荷重用空気入りタイヤにおいては、駆動力によるトレッドの摩耗を抑えることが重要な課題である。
通常、ブロックは、走行時に踏込側で路面から反力を受けて変形し、その接触領域は踏込側から蹴出側に移動して蹴出端で路面から離れる。従って、ブロックは路面から離れた瞬間に変形から開放され、蹴出側では大きな接地圧を受けながら路面を擦ることになる。そのため、長期間走行を繰り返している間に踏込側に対し蹴出側がより多く磨耗し、ブロックの踏込側と蹴出側で段差が生じるいわゆるヒールアンドトウ磨耗（以下、Ｈ＆Ｔ摩耗という）が発生する。

Ｈ＆Ｔ摩耗が大きくなると、走行ノイズの悪化、タイヤブロックの接地状態の悪化によるトラクション性能が低下する。
そのため、タイヤのＨ＆Ｔ摩耗に対しては、例えば、旋回時に直線走行時と逆に踏込端の磨耗を促進させてその抑制を図ったり（特許文献１参照）、或いはブロックの表面を溝底面に対して捻じれた配置構造とし、荷重でブロックが圧縮されたときにブロックの踏込端と蹴出端の摩擦エネルギー差を小さくするようにしたもの（特許文献２）等、これまで種々の改善策が講じられてきたが、近年のタイヤの扁平化、高内圧化に伴うトレッドゴムの変形の増大に伴い、従来の対処法では必ずしも抑制しきれず、むしろＨ＆Ｔ摩耗が悪化する場合もあり、従来技術で満足な性能を得ることが必ずしも容易ではなくなってきている。

特開平１１− ３３４３１９号公報 特開２００６−１３７２３０号公報 特開２００１−２９４０２２号公報

本願発明は以上のような実情に鑑みなされたものであって、その目的は、特に扁平かつ高内圧の条件で使用される駆動用重荷重空気入りタイヤにおけるＨ＆Ｔ摩耗性能を改良し、走行ノイズやトラクション性能の低下を防止することである。

請求項１の発明は、ビードと、該ビードをラジアル方向に結ぶカーカスラインと、そのクラウン部を覆うベルト層からなり、トレッド陸部に略周方向に伸びる溝と同溝によって区画される陸部を周方向に分割する溝によって区画されるブロックパターンを形成したタイヤにおいて、前記ブロックの一部又は全部に少なくとも一つ形成され略幅方向に伸びるサイプと、該サイプの隣接する少なくとも片方の壁面に形成されブロック高さ中央部を最大幅とし、周方向及び幅方向にふくらみを持ち、かつ前記サイプのタイヤ幅方向中央部のみに形成されたくぼみを有することを特徴とする。
この構成により、ブロックのトレッドゴムの蹴出端側に押し出されるゴムを吸収して、蹴出端においてトレッドゴムが蹴出端側へずれることを防止する。また、ブロック深さ方向中央部を最大幅とすることで、吸収に要するくぼみ全体の容量を小さくすることができ、前記くぼみを前記サイプのタイヤ幅方向中央部のみに形成したことによりブロック剛性を維持することができる。
請求項２の発明は、請求項１に記載された空気入りタイヤにおいて、前記くぼみがブロックの表面からみて、ブロック高さの約３０〜１３０％のところに設けたことを特徴とする。
この構成により、タイヤの走行に伴いブロックゲージが減少して、接地時のゴムの押し出され量が最も大きくなる点が移動しても、性能を維持することができる。
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載された空気入りタイヤにおいて、前記くぼみの幅はタイヤ幅方向においてブロック幅の３０〜６０％の範囲内にあり、かつそのタイヤ周方向最大幅は、サイプ幅の２〜４倍の範囲内にあることを特徴とする。
この構成により、ゴムの吸収効果とブロックの周方向剛性とが両立できる。
請求項４の発明は、請求項１ないし３に記載された空気入りタイヤにおいて、前記くぼみがサイプ両面に形成されていることを特徴とする。
この構成によりタイヤが左右どちらに回転しても、目的の性能を発揮することができる。

本願発明によれば、簡易な構成によりＨ＆Ｔ摩耗を軽減することができ、それによって、走行ノイズの悪化、タイヤブロックの接地状態の悪化を防止しトラクション性能の低下を防止することができる。
また、タイヤのくぼみをブロックの表面からみて、ブロック高さの約３０〜１３０％のところに設ける構成により、摩耗によるトレッドゲージの減少によって、接地時のゴムの押し出されが最も大きくなる点が移動しても良好な性能が保たれる。
前記くぼみの幅をタイヤ幅方向においてブロック幅の３０〜６０％の範囲内とし、そのタイヤ周方向の最大幅をサイプ幅の２〜４倍の範囲内としたことにより、ゴムの吸収効果とブロックの周方向剛性とを両立させることができる。
さらに、くぼみをタイヤのサイプ両壁面に形成したことにより、タイヤの回転方向によらずＨ＆Ｔ摩耗を軽減する等の性能を得ることができる。

本願発明に係るタイヤの１実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る重荷重用空気入りタイヤの半分を示す幅方向断面図である。
この重荷重用空気入りタイヤは、一対のビード部１及び一対のサイドウォール部２と、両サイドウォール部２に連なるトレッド部３とを有し、一対のビード部１間にトロイド状に延在してこれら各部１，２，３を補強する少なくとも一枚のカーカスプライからなるラジアルカーカス４と、このカーカス４のクラウン部のタイヤ半径方向外側に配置された例えばスチールベルト層からなるベルト層５と、このベルト層５のタイヤ半径方向外側に配置された少なくとも一層のベルト補強層６とを備えている。また、トレッド部３には、略周方向に延びる溝と同溝によって区画される陸部を周方向に分割する溝によって区画されたブロック８を備えたパターンが形成され、かつ各ブロック８には、タイヤの略幅方向に延びるサイプ１０（図３参照）が形成されている。

このような空気入りタイヤにおいて、とくに扁平サイズでかつ高内圧にした場合、走行時トレッドゴム（ブロック）の接地時に、踏込端８ｂ側のトレッドゴムが圧縮荷重を受けると、ゴム自体は非圧縮性であり、かつゴムの径方向の変形は剛性を増したベルト層５で抑制されているため、ゴムは、図２にその断面を示すように、蹴出端８ａ方向に押し出されるように変形する。トレッドゴムが蹴出端８ａ方向に押し出されると、これに伴って蹴出端８ａのトレッド表面の接地位置がベルト層５に対して進行方向、つまり蹴出端８ａ側にずれる（図２参照）。

さらに、このずれによって、タイヤブロック８が路面から離れて変形から開放される際に、蹴出端では路面からより大きな進行方向向きの力を受け、この力は駆動力付加時にタイヤが受ける力と同方向であるために、タイヤが駆動軸で使用される条件下では、このずれがＨ＆Ｔ性能を悪化させる原因となることが分かった。

そこで、本願発明は、前記ずれ（即ち、トレッドゴムの周方向への押し出しによる膨出（押し出され）が生じることに起因するずれ）をなくすため、ブロック８内にくぼみ（空所）を設けて、押し出されるゴムをそのくぼみで吸収するようにした。ただし、くぼみが大きすぎるとブロック剛性が低下することから、その大きさはずれ防止効果が得られる限り小さい方がよい。そのため、くぼみの形状や設置位置についてこれを最適なものにする必要がある。

即ち、タイヤ走行時、トレッドゴムの路面側は路面で、またベルト側は既に述べたようにベルトによって変形が拘束されるために、前記ゴムの「押し出され」はブロック８の高さ方向中央部で最も大きくなる特性を持っている。そのため、これを抑制するには、くぼみをその「押し出され」と同じ高さ即ちブロックの高さ（深さ）方向中央部に配置し、くぼみのタイヤ周方向幅を最大にするのが最も合理的である。

また、ブロックの幅方向端部では、リブ溝に接するブロック壁がリブ溝側に押し出されるために、周方向への「押し出され」量が比較的小さくそもそもくぼみを設ける必要がないが、くぼみを持たせない方がブロック剛性が高くこの方が良好な性能が得られるから、くぼみはサイプ（ブロック８）の幅方向中央部付近にのみに設けている。
本願発明では、ブロック８をこのような構成にすることにより、前述のゴムの「押し出され」がくぼみに吸収されて、蹴出端の接地位置の進行方向へのずれが抑制され、その結果、蹴出端における摩耗が抑制され、Ｈ＆Ｔ摩耗性能等を改善することができる。

図３は、第１の実施形態に係るブロック８及びブロック８に形成されたサイプ１０とくぼみ２０との関係を示す斜視図である。図示の例ではくぼみ２０は、サイプ１０の溝の深さの略中央部に形成されている。

図４Ａは、図３の線Ａ−Ａに沿った断面図であり、かつ、図４Ｂは線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。
図４Ａに示すようにサイプ１０の両側壁１０ａ、１０ｂには、深さ方向のそれぞれ中央部が最も幅が広いくぼみ２０が形成され、対向するサイプ１０の側壁１０ａ、１０ｂ間で断面略円形を成している。
なお、くぼみ２０の断面形状は円形に限ることはなく、要はブロック８の中央部が最も大きな形状であればよいが、ブロック８の剛性やゴムの「押し出され」部分の吸収等を考慮すると、円形や楕円形の断面形状が好ましい。また、くぼみ２０は、サイプ１０の側壁１０ａ、１０ｂの何れか一方にのみに設けてもよいが、その場合は蹴出側の側壁１０ａに設ける方が蹴出端との距離が近くなるためより効果的である。

なお、サイプ１０は、図示のようにタイヤ赤道面に対して垂直方向のもののみに限定されず、角度を有していてもよいし、幅方向両端が開放している必要はなく、両端若しくは、片側端が閉じた形状であってもよい。さらに１ブロック８内に複数のサイプ１０を形成してもよい。

図５は、第２の実施形態に係るくぼみを備えたブロック８の斜視図であり、図６Ａは、図５の斜視図の線Ａ−Ａに沿った断面図であり、図６Ｂは図５の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。
図示のように、くぼみ２０は、矢印で示すタイヤ周方向に対してはブロック８の中央部が最も幅が広く形成され、そこからサイプ１０の最深部（溝底）に向かって徐々に幅が狭くなっている。くぼみ２０は、周方向と直角方向では、円弧状上端部に続き一定幅のくぼみとして形成されている。この最深部は少なくともブロック８の高さ（又はサイプの溝の深さ）の少なくとも８０％を超えることが好ましい。

以上の実施形態において、各くぼみの高さｈは、ブロック８の表面からみて、ブロック高さＨの中央部ここでは約３０〜１３０％の範囲、好ましくは４０〜８０％の範囲のところに設け、かつタイヤ幅方向は、ブロック幅Ｗの３０〜６０％の幅ｗのくぼみを設ける。
ブロック８に対するくぼみの大きさをこのように規定したのは、くぼみの位置がブロック８高さの３０％未満では、ブロックの周方向剛性が低下するためゴムの吸収効果が不十分であり、また、１３０％を越えるとゴム底のクラック性が悪化するからである。また、くぼみの前記幅がブロック幅Ｗの３０％未満であるとゴムの吸収効果が不十分であり、６０％を越えるとブロックの周方向剛性が低下するからである。また、くぼみの周方向最大幅Ｙはサイプ幅の２〜４倍が好ましい。その理由は、２倍より小さいとゴムの吸収効果が十分に得られず、４倍を越えるとブロックの周方向剛性が低下するためである。
くぼみ２０を前記のような位置及び大きさで配置することで、くぼみ２０を設けたことによるブロックの剛性を低下させることなく、タイヤの走行時にその蹴出端でのずれの発生が抑制される。

実施例を１つ挙げると、タイヤサイズが４９５／４５Ｒ２２．５である重荷重用空気入りタイヤにおいて、ブロック８の周方向長さを４４ｍｍ、幅方向長さを４０ｍｍ、深さ（高さ）を１８ｍｍ、トレッド表面におけるサイプ幅を０．８ｍｍとしたとき、くぼみの幅方向長さは２０ｍｍである。

なお、本願発明と同様にサイプの深さ方向中央付近にくぼみを設けた空気入りタイヤについて本出願人は既に提案しているので（特許文献３参照）、その発明と本願発明との違いについて説明する。
この発明は、図８Ａに示すように、トレッド部の踏面部にリブ溝およびラグ溝を有するブロックパターンが形成されている空気入りタイヤにおいて、ブロックパターンを形成するブロック１０１の一部または全部に少なくとも１つのサイプ１０２が付加され、サイプ１０２とサイプ１０２の間およびサイプ１０２とブロックエッジとの間に形成される小ブロック部１０４のサイプ１０２に隣接する壁面および／または該壁面と対向する小ブロック１０４の壁面に、サイプ深さ方向中央部付近、つまりサイプ深さの３０％〜７０％の範囲内に位置するようにくぼみ１０５を形成したものである。

しかし、この発明は、くぼみ１０５を設けることで、図８Ｂに示すように小ブロック部１０４はせん断変形時に根元付近では変形せず、先端１０３付近で大きな変形、即ち小ブロック部１０４の大きな傾きが得られるようにすることで、ブロック部の剛性を確保しつつ、同時に適正なブロック倒れ込み量が得られるようにするためであって、このようなサイプ１０２を付加することで、二律背反的な氷上性能と雪上性能を両立させたものであるから、その目的が全く相違している。
従って、くぼみはサイプ深さ方向中央部を最大幅とする必要はなく、少なくとも、サイプ深さ中央部を最大幅とするとの技術思想は存在していない。また、くぼみはサイプのタイヤ方向幅方向の中央部のみに設けたのではその効果が発揮できない。
したがって、この特許文献１は、本願発明の進歩性を否定する理由とはならない。

次に、重荷重用空気入りタイヤの作用効果を実証するために行った実験について説明する。
（実施例）

実験は、トラクターの駆動輪に本願発明の実施形態に係るタイヤと、同じ寸法の従来のタイヤとを装着し、定積状態のトレーラー車両と連結して行った。具体的には、高速道路を５００００ｋｍ走行した後における、タイヤセンター部における、ブロック８の踏込端と蹴出端の摩耗量の差を測定したものと、幅方向で最も摩擦量が大きいところと小さいところの差を測定した。
まず、サンプルとして、実施例１、２、３、４は、先に実施例として説明したタイヤ、即ち、タイヤサイズが４９５／４５Ｒ２２．５で、ブロック８の周方向長さは４４ｍｍ、幅方向長さは４０ｍｍ、深さ（高さ）は１８ｍｍ、トレッド表面におけるサイプ幅は０．８ｍｍとしたとき、くぼみ２０の幅方向長さは２０ｍｍである重荷重用空気入りタイヤにおいて、いずれもブロック深さ方向中央部のくぼみの幅を３ｍｍ、くぼみの位置は実施例１ではブロック高さの４０〜６０％、実施例２では同４０〜１２０％、実施例３では３０〜１２０％、実施例４では４０〜１３０％とし、サイプ底部におけるくぼみの幅は、実施例１ではなし、実施例２〜４では２ｍｍとしたタイヤを用意し、従来例として図７に示す通常のブロックパターンのタイヤを用いた。

表１は、これらの試験結果を示したものである。ここで表１における試験条件は以下のとおりである。
試験用タイヤ サイズ ４９５／４５Ｒ２２．５
リム １７．００×２２．５
内圧 ９００ｋｐａ
試験用タイヤの装着位置 駆動輪
最終評価時の走行距離 約５００００ｋｍ
走行路線の特徴 高速道路

この表から明らかなように、５００００ｋｍ走行時の踏込端と蹴出端との摩擦量の差は、従来例が２ｍｍであったものが、実施例１、２及び実施例４ではいずれも１．２ｍｍであり、実施例３では１．６ｍｍであった。
このことから実施例３つまりくぼみの位置を３０％のところまで拡大すると上記摩耗差が従来例よりも少ないながらやや拡大することが分かった。これは、既に述べたようにゴムの吸収効果が低減したことを示している。１０００００ｋｍ走行時の踏込端と蹴出端の摩耗量の差は、従来例が１．５ｍｍであったのに対し、実施例１では１．１ｍｍ、実施例２では、０．９ｍｍ、実施例３では１．０、実施例４では０．９であり、実施例はいずれも従来例よりもＨ＆Ｔ摩耗が少ないこと、走行距離が延びてもこの傾向に変化がないことが分かった。
なお、走行距離が延びると、実施例２、実施例４の方が実施例１よりもＨ＆Ｔ摩耗がやや少なくなる。

くぼみ又はサイプの底に発生するクラック長さは従来例では０．５ｍｍ、実施例１、２ではそれぞれ０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、実施例３、４ではそれぞれ０．６ｍｍ、１．０ｍｍであった。つまり、クラック長さは従来例、実施例１〜３ではあまり変わらないが、実施例４ではクラック長さが大きくなっている。これはくぼみの位置が１３０％に達していることによりクラック性が悪化したことを示している。
いずれにしても、本願発明のくぼみがＨ＆Ｔ摩耗を抑制する効果があることが分かった。

本願発明が適用されるタイヤの要部断面図である。 タイヤ走行時にブロックの踏込端に現れる膨出（押し出され）の原理を説明するための図である。 第１の実施形態に係るタイヤブロックの斜視図である。 図４Ａは図３の線Ａ−Ａ断面図であり、図４Ｂは同線Ｂ−Ｂ断面図である。 第２の実施形態に係るタイヤブロックの斜視図である。 図６Ａは図５の線Ａ−Ａ断面図であり、図６Ｂは同線Ｂ−Ｂ断面図である。 従来のタイヤブロックの斜視図である。 従来の他のタイヤブロックの周方向断面図である。

符号の説明

１・・・ビード部、２・・・サイドウォール部、３・・・トレッド部、４・・・ラジアルカーカス、５・・・ベルト層、６・・・ベルト補強層、８・・・ブロック、１０・・・サイプ、２０・・・くぼみ

Claims (4)

1. ビードと、該ビードをラジアル方向に結ぶカーカスラインと、そのクラウン部を覆うベルト層からなり、トレッド陸部に略周方向に伸びる溝と同溝によって区画される陸部を周方向に分割する溝によって区画されるブロックパターンを形成したタイヤにおいて、
   前記ブロックの一部又は全部に少なくとも一つ形成され略幅方向に伸びるサイプと、該サイプの隣接する少なくとも片方の壁面に形成されブロック高さ中央部を最大幅とし、周方向及び幅方向にふくらみを持ち、かつ前記サイプのタイヤ幅方向中央部のみに形成されたくぼみを有することを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 請求項１に記載された空気入りタイヤにおいて、
   前記くぼみはブロックの表面からみて、ブロック高さの３０〜１３０％の範囲内にあることを特徴とする空気入りタイヤ。
3. 請求項１又は２に記載された空気入りタイヤにおいて、
   前記くぼみの幅はタイヤ幅方向においてブロック幅の３０〜６０％の範囲内にあり、かつそのタイヤ周方向最大幅は、サイプ幅の２〜４倍の範囲内にあることを特徴とする空気入りタイヤ。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載された空気入りタイヤにおいて、
   前記くぼみがサイプ両面に形成されていることを特徴とする空気入りタイヤ。

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