JP2007099110A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】トレッドに刻まれた溝への雪詰まりを抑制し、雪上性能を損なうことなく氷上走行性能及び摩耗性能を向上させる。
【解決手段】トレッドに周方向に延びる周方向溝１及び周方向溝１同士を連結する横溝２、４が刻まれ、周方向溝１及び横溝２、４によりブロック１１が形成されたタイヤであって、標準リムに装着し標準空気圧を充填した状態で、幅２ｍｍ以下の細溝５と、ブロック１１内で閉塞する溝６と、周方向溝１の最大深さの２０％未満の浅溝３とを陸部に含めた仮想陸部１２に、幅方向に延びる直線Ｌ１〜Ｌ５を、所定のタイヤ周方向間隔で引き、直線Ｌと仮想陸部１２との重複部分を構成する線分群２１〜２５などが構成され、１）４本以上の線分で構成され、２）線分の長さの総和は接地幅の４５〜９０％であり、３）隣接する線分間隔は、周方向溝１の最大深さの４０％以上である、線分群が、全体の８０％以上であることを特徴とする空気入りタイヤとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気入りタイヤに関し、氷雪路走行時における、トレッドに刻まれた溝の雪詰まりを抑制し、氷上性能及び雪上性能を向上させた空気入りタイヤに関する。

スタッドレスタイヤと呼ばれる氷上・雪上の走行性能に向上させたタイヤにおいて、一般的にトレッドにはブロックパターンが構成されている。更に言えば、氷上性能及び雪上性能それぞれについて、ブロックパターンを検討し設計する必要がある。所望の氷上性能を確保するためには、接地面積（陸部の面積）を十分に確保することが必要である。一方、雪上性能を確保するためには、トレッドに刻まれた溝の面積及び容積を十分に確保することにより、雪柱剪断力の確保することが必要である。

氷上性能を向上させることと、雪上性能を向上させることとは相反するものであり、両立させることは困難であった。例えば、特許文献１に開示された空気入りタイヤにおいては、主溝内に更にブロックパターンを形成することにより氷上性能と雪上性能とを両立させているが、十分とは言えなかった。

特開平６−２８６４２２号公報（図１）

雪路においては、タイヤに踏み固められた雪がタイヤの溝の中で雪柱を形成し、該雪柱を剪断することにより駆動力を得ている。市街地等の降雪した路面では、融雪剤の散布により半溶解した雪が堆積している。このような半溶解した雪は、融雪剤により単純に溶解した雪に比べて粘性が高くなっているため、タイヤの溝に詰まりやすくなる。しかも、市街地走行の速度では、タイヤに発生する遠心力が小さいため、溝内に残留した雪を完全に排除できないことがある。その結果、雪柱剪断力を得るための溝空隙が減少し十分な雪柱が形成されず、雪上性能が低下する問題があった。したがって、トレッドパターンの設計において、溝内の雪の残留を抑制すること（雪詰まりの抑制）、すなわち排雪性能を向上することを考慮する必要がある。

したがって、本発明の目的は、トレッドに刻まれた溝への雪詰まりを抑制し、雪上性能を損なうことなく、氷上走行性能及び摩耗性能を向上させることにある。

上記課題を解決するため、発明者は、雪が溝内に残留する条件を種々評価した結果、タイヤ溝内の雪の残留の程度は、トレッドに刻まれた溝の幅Ｗ及び深さＤの比（Ｗ／Ｄ）に相関があることを見いだした。

すなわち、雪と溝壁面との摩擦力が路面の雪の剪断抵抗より大きい場合、タイヤが地面から離れるとき、路面上の雪と溝内の雪が剪断されて溝に残留する。溝深さＤが深いほど溝断面の変形が大きく、溝内の雪は強く圧縮され、溝壁面との摩擦力が増大する。

一方、図３（ａ）に示すように荷重付加時において、溝の断面は、溝幅が減少するよう変形圧縮され、路面上の雪と溝内の雪との接触面積は減少する。溝内の摩擦力は、図３（ｂ）に示す溝断面の長さ（溝内面ペリフェリ）と相関があるので、図３（ｃ）に示す溝深さに依存する内面長さに比べて、溝底幅に依存する内面長さの割合は低く、溝内の雪の残留の主な要因は、溝幅Ｗと溝深さＤとの関係であることを見いだした。

更に、雪路走行用タイヤには、細溝（本願ではサイプやカーフと呼ばれる幅２ｍｍ以下の溝を言う）が刻まれることが一般的である。タイヤの摩耗が進行してもタイヤの諸性能が変化しないように、あるいは変化が小さいように、このような細溝は設計されている。排雪性能に観点から見れば、溝幅が狭いため、雪が溝内に残留することは避けられない。したがって、細溝に雪が残留しないように設計変更を施すことは、タイヤの諸性能を却って悪化させること原因となり得る。加えて、仮に雪が残留したとしても、細溝に溜まった雪を核として近接領域に付着した雪に影響を及ぼすこと少ない。細溝に溜まった雪と、近接領域に付着した雪との接合断面積が小さいため、細溝部分と溝部分とで雪柱が前断されるからである。

また、同様の理由から、トレッドに刻まれた溝のうち摩耗早期に消滅する浅溝（本願では、このような溝は周方向溝の最大深さの２０％未満の溝を言う）及びブロック内で閉塞する溝（閉塞溝）においても、溝内に溜まった雪が核となる溝容積がなく、近接領域に付着した雪に対して影響を及ぼし得ない。したがって、上述の細溝、浅溝及び閉塞溝を陸部として含めた仮想的なトレッドパターンを考えれば、排雪性能を十分に確保することが判った。

本願発明の空気入りタイヤは、上記仮想的なトレッドパターンにおいて、氷上性能と雪上性能とを両立させた空気入りタイヤであり、
トレッドにタイヤ周方向に延びる周方向溝及び前記周方向溝同士を連結する横溝が刻まれ、前記周方向溝及び前記横溝によりブロックが形成されたタイヤであって、
標準リムに装着し、標準空気圧を充填した状態で、幅２ｍｍ以下の細溝と、前記ブロック内で閉塞する溝と、前記周方向溝の最大深さの２０％未満の浅溝とを陸部に含めた仮想陸部に、タイヤ幅方向に延びる直線を、所定のタイヤ周方向間隔で引き、前記直線と前記仮想陸部との重複部分による線分群が構成され、
１） ４本以上の線分で構成されていること
２） 前記線分の長さの総和は接地幅の４５〜９０％であること
３） 隣接する前記線分間隔は、前記周方向溝の最大深さの４０％以上であること
のすべてを満足する線分群が、全体の８０％以上であることを特徴とする。

幅２ｍｍ以下の細溝と、周方向溝の最大深さの２０％未満の浅溝と、ブロック内で閉塞する溝とを陸部として含めた仮想陸部を有する仮想的なトレッドパターンにおいて、タイヤ幅方向に延びる直線を、所定のタイヤ周方向間隔で引き、前記直線と前記仮想陸部との重複部分を構成する線分群を考える。所定のタイヤ周方向間隔とは、０．５〜３ｍｍが好ましい。０．５ｍｍ未満であるとトレッドパターン設計が煩雑になり、３ｍｍを超えると間隔が荒くなり設計どおりの性能を得られないことがある。

まず、第１の条件として、１つの線分群が４本以上の線分で構成されている必要がある。これは、雪柱を形成する空間が少なくとも３箇所以上あることを意味し、十分な雪柱剪断力が発生し雪路走行性能を確保することができる。逆に、線分群が３本以下で構成されていれば、十分な雪柱剪断力が発生し得ない。

第２の条件として、線分群を構成する線分の長さの総和は接地幅の４５〜９０％であることが必要である。９０％を超える場合、雪柱剪断力を発生させる溝容積を確保できず、雪上走行性能を低下させてしまう。４５％未満の場合、路面との接触面積が少なくなり氷上性能が低下し、耐摩耗性能や耐偏摩耗性能が低下することがある。

第３の条件として、隣接する線分間隔は、周方向溝の最大深さの４０％以上であれば、排雪効果を十分に得ることを見いだした。そして、第４の条件として、第１〜第３の条件を満たす線分群が全体の８０％以上あれば、タイヤ周方向の全体に渡って、雪上性能と氷上性能を向上させることができる。これは通常タイヤのトレッドパターンは、基本形状の繰り返しによって構成される点を鑑み、８０％以上の線分群が条件を満たしておれば、条件を満足さない線分による雪の滞留が局所的に発生しても、その滞留が核となり周囲広範囲に影響が及ぶことなく、排雪性能の低下が顕著に起こり得ない。更には、必ずしも１００％の線分群が条件を満足する必要はなく、略７０％以上満足すれば、排雪性に起因する雪上走行性能の悪化は認められなかった。

更に、本願発明の空気入りタイヤは、前記線分群を構成する線分の数のうち、最大値をＭａｘ、最小値をＭｉｎとしたとき、Ｍａｘ≦２・Ｍｉｎであることを特徴とする。

線分群を構成する線分の数を上記範囲にすることにより、同様に排雪効果がタイヤ周方向に渡って平均化され、雪詰まりが発生しやすい領域を核とする近接領域への雪詰まり波及を抑制することが可能となる。

また、本願発明の空気入りタイヤは、隣接する周方向溝により挟まれた線分の長さの最大値は、前記周方向溝の最大深さの１〜２．５倍であり、接地端と周方向溝とにより挟まれた線分の長さの最大値は、前記周方向溝の最大深さの１〜３．５倍であることを特徴とする。

線分の最大長さは、周方向溝の最大深さ以上を確保する必要がある。これ以下であると、旋回時など横力が作用した場合、陸部のタイヤ幅方向の変形が大きくなり、耐摩耗性能や耐偏摩耗性能が低下することがある。

隣接する周方向溝により挟まれた線分の長さの最大値は、周方向溝の最大深さの２．５倍以下が好ましく、接地端と周方向溝とにより挟まれた線分の長さの最大値は、周方向溝の最大深さの３．５倍以下が好ましい。これらの値を超えてしまうと、タイヤ幅方向に対する剛性が高くなりすぎて、特に雪路面上での轍走行性能の確保が困難となる。

本願発明の空気入りタイヤは、溝深さをＤ、溝幅をＷとしたとき、前記周方向溝及び前記横溝のタイヤ新品時のＷ／Ｄは０．４〜１．３であることを特徴とする。

上述したように、溝内の雪の残留の主な要因は、溝幅Ｗと溝深さＤとの関係であり、周方向溝及び横溝のタイヤ新品時のＷ／Ｄは０．４〜１．３であれば、雪詰まりを抑制されることを見出した。０．４未満であると、路面との雪柱接触長さに比べて溝断面の長さが大きく、溝内の摩擦力が路面との接触面における雪柱の剪断力や粘着力に勝り、雪柱がせん断されることにより、その結果、溝内に雪が残留し、すなわち雪詰まりが発生することになる。逆に１．３を超えると、溝幅Ｗが相対的に広くなる、もしくは溝深さＤを浅くなることを意味する。前者の場合、ゴムボリュームが確保できず耐摩耗性が低下する。後者の場合、走行初期において溝が消滅することにより、雪上走行性能の維持が困難となることがある。本願発明では、溝幅とは溝が延びる方向に垂直な断面における溝の稜線間の距離を言う。

本願発明の空気入りタイヤは、前記横溝のＷ／Ｄは、前記周方向溝のＷ／Ｄの０．８〜１．２倍であることを特徴とする。

溝のＷ／Ｄにより雪詰まりの程度が決定される。横溝のＷ／Ｄに対して、周方向溝のＷ／Ｄを０．８〜１．２倍にすることにより両者を均一化して、周方向溝及び横溝における排雪性能を同程度にできる。その結果、溝に残留した雪を核として、近接する溝内に雪が残留することが抑えられ、トレッド全体に渡って雪の残留を抑えることが可能となる。

以下、図面を用いて、本発明に係る空気入りタイヤの実施形態を説明する。図１（ａ）は、本発明に係る空気入りタイヤのトレッドパターンを示す概略図である。図において、タイヤ周方向に延びる周方向溝１及び周方向溝１を連通する横溝２、４や他の溝３によりブロック１１がトレッド面に形成されている。また、ブロック１１にはサイプ５及びブロック１１内で閉塞する溝（閉塞溝）６が刻まれている。また、ブロック１１により周方向に連なる複数のブロック列が形成されているが、一部のブロック列の代わりに横溝に分断されていないリブを形成してもよい。なお、Ｅは接地端である。

図１（ｂ）は、サイプ５、閉塞溝６及び周方向溝１の最大深さの２０％より浅い浅溝３を陸部に含めた仮想陸部１２によるトレッドパターンを示す図である。タイヤ周方向に１ｍｍ間隔でタイヤ幅方向に延びる多数の直線が引かれているが、図では、破線で示す直線Ｌ１〜Ｌ５だけを表示している。なお、本願発明において、トレッドパターンは、陸部として含まれる細溝、浅溝、閉塞溝のすべてを備える必要はない。これらの溝のいずれかを備えていてもよく、これらの溝を全く備えていなくてもよい。

直線Ｌ１〜Ｌ５と仮想陸部１２との重複部分は線分群を構成する。例えば、直線Ｌ４について、線分２１〜２５で構成される線分群、直線Ｌ５について、線分３１〜３４で構成される線分群が構成される。同様に、他の直線Ｌ１〜Ｌ３についても、４本以上の線分からなる線分群が構成されている。したがって、雪柱を形成する空間が少なくとも３箇所以上あり、十分な雪柱剪断力が発生し雪路走行性能を確保することができる。

直線Ｌ４に係る線分群２１〜２５を例として、更に説明する。図２は、線分２１〜２５の詳細を示す。線分２１〜２５の長さをそれぞれｐ１〜ｐ５とすると、ｐ１〜ｐ４は順に４３．８９ｍｍ、３６．７９ｍｍ、２１．１５ｍｍ、３８．９４ｍｍ、４４．５２ｍｍである。線分２１と線分２２との間隔をｑ１などとすると、ｑ１〜ｑ４は順に９．０３ｍｍ、１５．３２ｍｍ、９．７ｍｍ、９．０３ｍｍである。また、なお、接地端幅２２８ｍｍで、周方向溝１の最大深さは２０ｍｍである。

線分の長さの総和（ｐ１＋・・＋ｐ５）は１８５．４７ｍｍであり、接地端幅の８１．３％（＝１８５．４７／２２８）となっている。直線Ｌ５においても、線分の長さの総和は、接地端幅の４５〜９０％となっている。したがって、路面との接触面積が確保され氷上性能が向上すると共に、雪柱剪断力を発生させる溝容積が確保され、雪上性能も向上する。

線分の間隔ｑ１〜ｑ４は、周方向溝１の最大深さの４０％（８ｍｍ）を超えているので、排雪効果を十分に得ることができる。

直線Ｌ５に係る線分群（線分３１〜３４）について、線分長さは順に４０．２２ｍｍ、２１．１２ｍｍ、２８．４３ｍｍ、３２．２３ｍｍであり、線分間隔は順に２８．０２ｍｍ、９．７ｍｍ、１５．０８ｍｍである。直線Ｌ５に係る線分群も上記の３つの条件を満たしており、全体の８０％の線分群が上記の条件を満たしている。したがって、トレッドに刻まれた溝への雪詰まりを抑制し、氷上性能及び雪上性能を向上させることができる。

また、直線Ｌ４について、線分２１〜２５で構成される線分群、直線Ｌ５について、線分３１〜３４で構成される線分群が構成される。同様に、直線Ｌ１〜Ｌ３について、それぞれ６本、７本、４本の線分の線分群が構成される。したがって、線分群を構成する線分数の最大値Ｍａｘ＝７、最小値Ｍｉｎ＝４であり、Ｍａｘ≦２・Ｍｉｎとなっている。この点から、排雪効果がタイヤ周方向に渡って平均化され、雪詰まりが発生しやすい領域を核とする近接領域への雪詰まり波及を抑制することが可能となる。

直線Ｌ４に係る線分群において、隣接する周方向溝１に挟まれた線分２２〜２４のうち最大値は、３８．９４ｍｍであり、周方向溝１の最大深さの１〜２．５倍（２０〜５０ｍｍ）の範囲にある。接地端Ｅと周方向溝１に挟まれた線分２１、２５のうち最大値は、４４．５２ｍｍであり、周方向溝１の最大深さの１〜３．５倍（２０〜７０ｍｍ）の範囲にある。直線Ｌ５に係る線分群についても同様である。したがって、旋回時など横力が作用した場合でも陸部のタイヤ幅方向の変形が抑えられ、耐摩耗性能や耐偏摩耗性能が低下することがない。また、タイヤ幅方向に対する剛性が高くなりすぎることがなく、特に雪路面上での轍走行性能が確保される。

また、図１（ｂ）において、残った横溝ｇ１〜ｇ４及び周方向溝１について、溝深さＤ、溝幅Ｗは以下のようになっている。なお、括弧内は、横溝のＷ／Ｄに対する周方向溝のＷ／Ｄの比である。

周方向溝１：Ｗ＝１０．５ｍｍ Ｄ＝１０ｍｍ Ｗ／Ｄ＝０．５２５
ｇ１：Ｗ＝４．５ｍｍ Ｄ＝１０ｍｍ Ｗ／Ｄ＝０．４５（０．８５７）
ｇ２：Ｗ＝９．５ｍｍ Ｄ＝１６ｍｍ Ｗ／Ｄ＝０．５９（１．１２３）
ｇ３：Ｗ＝１０ｍｍ Ｄ＝１６ｍｍ Ｗ／Ｄ＝０．６２５（１．１９０）
ｇ４：Ｗ＝５ｍｍ Ｄ＝１０ｍｍ Ｗ／Ｄ＝０．５０（０．９５）

したがって、周方向溝１及び横溝ｇ１〜ｇ４のタイヤ新品時のＷ／Ｄは０．４〜１．３となっている。また、横溝のＷ／Ｄに対して、周方向溝のＷ／Ｄは０．８〜１．２倍になっているので、周方向溝及び横溝における排雪性能を同程度にできる。その結果、溝に残留した雪を核として、近接する溝内に雪が残留することが抑えられ、トレッド全体に渡って雪の残留を抑えることが可能となる。

標準リムに装着し、標準内圧・荷重条件下で、ブロックを構成する溝深さＤを２０ｍｍとし、周方向溝及び横溝の幅を変更した種々のタイヤを試作して排雪性能について評価した。試作タイヤは、図１（ａ）に示すトレッドパターンを有する。排雪性能の評価は、駆動軸に装着されたタイヤの車両前方側にＣＣＤカメラを配置し、接地直前のトレッドパターンに付着した雪の面積割合を計測した。

溝幅Ｗ８ｍｍ（溝深さＤの４０％）未満では、雪の残留が随所に見られた。溝幅の増加と共に残留が急激に軽減し、溝幅Ｗが１２ｍｍ（溝深さＤの６０％）付近より残留割合はほぼ一定となることが観察された。ブロックを構成する溝深さＤを２０ｍｍ以外の深さにしても、同様の傾向を示した。

また、表１に示すように、線分群に課される条件を変化させて、タイヤの性能を評価した。評価に用いた車両は、２−２−Ｄ形式の車両総重量２０トン車とし、全装着位置に１１Ｒ２２．５サイズのタイヤを標準リムに装着、標準空気圧を充填し評価に供した。ただし、荷重は車両最大積載量の７０％としている。表１において、氷上性能は氷盤路の発進・制動・旋回性能につき各性能を計測及び官能評価を指数平均化した値である。摩耗性能は３００００ｋｍ走行時のタイヤ摩滅量を計測し指数化した値である。また、雪上性能は、上述した駆動軸における接地直前のトレッドパターンに付着した雪の面積割合に加えて、雪路に於ける発進・制動・旋回性能につき各性能を計測及び官能評価を指数平均化した値である。いずれの評価値も実施例１を１００とした指数で表している。したがって、数字が大きいほど性能が良いことを示す。表１によれば、実施例では氷上性能及び雪上性能が両立され、摩耗性能も維持されている。

また、表２に示すように、周方向溝、横溝の溝幅を独立して変化させて、性能評価を行なった。排雪性能は、上述したようにＣＣＤカメラで撮影した接地直前のトレッドパターンに付着した雪の面積割合の逆数であり、実施例５を１００とした指数である。したがって、数字が大きいほど性能が良いことを示す。

表２によれば、いずれかの溝幅の狭い場合、狭い部分を核として雪が溝内に残留していることが観察された。よって、周方向溝、横溝において、Ｗ／Ｄを近づけることにより、残留の軽減が可能であることが確認された。

（ａ）は本発明に係る空気入りタイヤのトレッドパターンを示す図であり、（ｂ）は仮想陸部によるトレッドパターンを示す図である。 １つの線分群を説明する図である。 （ａ）は荷重付加時の溝断面の変形を示す図、（ｂ）、（ｃ）は溝の各寸法を説明する図である。

符号の説明

１ 周方向溝
２、４ 横溝
３ 浅溝
５ サイプ
６ 閉塞溝
１１ ブロック
１２ 仮想陸部

Claims (5)

1. トレッドにタイヤ周方向に延びる周方向溝及び前記周方向溝同士を連結する横溝が刻まれ、前記周方向溝及び前記横溝によりブロックが形成されたタイヤであって、
   標準リムに装着し、標準空気圧を充填した状態で、幅２ｍｍ以下の細溝と、前記ブロック内で閉塞する溝と、前記周方向溝の最大深さの２０％未満の浅溝とを陸部に含めた仮想陸部に、タイヤ幅方向に延びる直線を、所定のタイヤ周方向間隔で引き、前記直線と前記仮想陸部との重複部分による線分群が構成され、
   １） ４本以上の線分で構成されていること
   ２） 前記線分の長さの総和は接地幅の４５〜９０％であること
   ３） 隣接する前記線分間隔は、前記周方向溝の最大深さの４０％以上であること
   のすべてを満足する線分群が、全体の８０％以上であることを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記線分群を構成する線分の数のうち、最大値をＭａｘ、最小値をＭｉｎとしたとき、Ｍａｘ≦２・Ｍｉｎ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。
3. 隣接する周方向溝により挟まれた線分の長さの最大値は、前記周方向溝の最大深さの１〜２．５倍であり、接地端と周方向溝とにより挟まれた線分の長さの最大値は、前記周方向溝の最大深さの１〜３．５倍であ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. 溝深さをＤ、溝幅をＷとしたとき、前記周方向溝及び前記横溝のタイヤ新品時のＷ／Ｄは０．４〜１．３であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
5. 前記横溝のＷ／Ｄは、前記周方向溝のＷ／Ｄの０．８〜１．２倍であることを特徴とする請求項４記載の空気入りタイヤ。

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