JP2007182145A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤの諸性能を劣化させることなく石噛みを抑制する。
【解決手段】 標準リムに装着され標準内圧及び標準荷重の状態で接地させることにより、変形した溝１の断面形状において、溝１の溝側壁２と溝底３とを連結する連結部５の溝側壁側の連結点Ｐ１からトレッド表面４までの溝側壁２を近似した円弧１１上にあり無負荷及び未変形状態の溝側壁１２と平行な接線Ｌを作る接点をＱ、溝１の溝底幅が最大となる点Ｐ２とし、接点Ｑが点Ｐ２よりも溝幅方向外側にある溝１がトレッドに刻まれてい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、トレッドに刻まれた溝に石が挟まって抜けなくなる「石噛み」と呼ばれる現象の発生を抑えた空気入りタイヤに関する。

制動性能、駆動性能、旋回性能、排水性能を確保するために、タイヤのトレッドには、周方向に延びる周方向溝、周方向溝を交差又は連結して延びる横溝など種々の溝が刻まれている。このような溝に小石が挟まった場合、タイヤ回転時に発生する遠心力により小石が放出されることが多い。しかし、挟まった小石が抜けない場合、小石が徐々に溝底部に食込み、溝底に亀裂が発生し、タイヤの故障を誘発することがある。

このような石噛みを抑制するため、タイヤの溝の形状に様々な工夫がなされてきた。例えば、特許文献１に開示された空気入りタイヤでは、溝底に近い部分の溝幅を狭くし、トレッド側の溝壁を傾斜させて、石噛みを抑制している。あるいは、溝の底や側壁に突起などを設けて石噛みを抑制することもなされている。

特開平５−２８６４２２号公報（第１頁、図１〜３）

上述のような工夫を凝らすことにより、制動性能、駆動性能、旋回性能、排水性能などのタイヤが具備すべき性能が多少なりとも劣化してしまう。そのため、石噛みを抑制するための新たな設計手法が求められてきた。

したがって、本発明の目的は、タイヤの諸性能を劣化させることなく石噛みを抑制することにある。

上記課題を解決するため、発明者は、タイヤに荷重が掛かったときに変形した溝形状に着目し、石噛みが発生し難い溝形状を見出した。すなわち、本願発明の空気入りタイヤは、標準リムに装着され標準内圧及び標準荷重の状態で接地させることにより、変形した溝の断面形状において、
前記溝の溝側壁と溝底とを連結する連結部の溝側壁側の連結点Ｐ１からトレッド表面までの溝側壁を近似した曲線上にあり無負荷及び未変形状態の溝側壁と平行な接線を作る接点をＱ、前記溝の溝底幅が最大となる点Ｐ２とし、
接点Ｑが点Ｐ２よりも溝幅方向外側にある溝がトレッドに刻まれていることを特徴とする。

上述の円弧の接点Ｑが点Ｐ２より溝幅方向内側にあると、対向する溝の側壁が石を挟む力が大きくなる。その結果、タイヤが回転し路面から荷重を受けるたびに、溝側壁が挟まった石をより溝底側に食い込ませてしまって、石が抜けなくなる。しかし、本願発明の空気入りタイヤにおいては、接点Ｑは点Ｐ２よりも溝幅方向外側にあり、溝側壁が挟まった石を溝底側に押し込ませるような変形をせず、対向する溝の側壁が石を挟む力も小さい。その結果、石噛みを抑制することができる。本願で、標準リムとはＪＡＴＭＡで規定されたリムのサイズを言う。ただし、ＪＡＴＭＡで規定されていない場合、ＴＲＡ、ＥＴＲＴＯの順に各タイヤ規格に記載された標準リムを採用するものとする。

また、発明者は、荷重が掛かった場合、上記のような石噛みを抑制させる溝形状を、溝のトレッド表面での溝幅、対向する溝側壁がなす角度、溝側壁と溝底との連結部の曲率半径から特定するに至った。すなわち、本願発明の空気入りタイヤは、標準リムに装着され標準内圧及び無荷重の状態で、溝のトレッド表面での溝幅をＷ（ｍｍ）、対向する溝側壁がなす角度をα（度）、溝側壁と溝底とを連結する連結部の曲率半径をＲ（ｍｍ）としたとき、
０．０≦０．０３９６×α＋０．０２０１×Ｗ＋０．１０５×Ｒ−１．３２≦２．０
となる溝がトレッドに刻まれていることを特徴とする。

溝の寸法が上記条件を満たす場合、変形した溝の断面形状において、溝の溝側壁と溝底とを連結する連結部の溝側壁側の連結点Ｐ１からトレッド表面までの溝側壁を近似した曲線上にあり無負荷及び未変形状態の溝側壁と平行な接線を作る接点をＱ、前記溝の溝底幅が最大となる点Ｐ２とし、接点Ｑが点Ｐ２よりも溝幅方向外側にある。したがって、溝側壁が挟まった石を溝底側に押し込ませるような変形をせず、対向する溝の側壁が石を挟む力も小さくなり、石噛みを抑制することができる。なお、前記連結部の曲率半径が溝底の両側で異なる場合は、両者の平均値を採ることにする。

本願発明の空気入りタイヤは、前記溝はタイヤ周方向に延びる周方向溝であることを特徴とする。

一般に、横溝に比べてタイヤ周方向に延びる周方向溝は、溝が開くような変形が発生しにくい。その結果、石噛みが発生しやすくなるが、周方向溝を上述の溝形状とすることで石噛みを効果的に抑制することができる。

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）及び（ｂ）は、標準リムに装着され標準内圧及び標準荷重の状態で接地させることにより変形した溝の形状を示す溝断面図である。なお、点線は、無負荷及び未変形状態の溝の形状を示す。

図において、右半分は、溝側壁２及び溝底３が変形した状態を示している。左半分は、溝側壁２について、溝１の溝側壁２と溝底３とを連結する連結部５の溝側壁２側の連結点Ｐ１からトレッド表面４までの溝側壁２を円弧１１で近似している。円弧の近似は、連結点Ｐ１、溝側壁２とトレッド表面４との連結点Ｐ３、Ｐ１とＰ３との中点Ｍの３点による３点近似による。そして、Ｌは、円弧１１上の接線の内、無負荷及び未変形状態の溝側壁１２と平行となる接線であり、その接点をＱとする。また、変形時に溝１の溝底幅が最大となる点Ｐ２とする。

図１（ｃ）は、溝１の連結部５、１５の近傍の変形を示す図である。溝１が無変形の状態（点線で示す）において、連結部１５は、溝側壁１２と溝底１３とを連結し、曲率を持った部分である。連結部１５が溝側壁１２と連結する点がＰ１である。荷重により溝１が変形した状態（実線で示す）において、溝底３と連結部５とは、溝底幅が最大となる部分を作るように変形し、溝側壁２は円弧に近似できる弓形に変形する。したがって、溝底幅が最大となる点Ｐ２は、連結部５の上にある。

石が溝１内に入ったとき、タイヤの回転と共に溝底３側に押し込まれる外力が作用し、当該外力は、石が接地面の中心に位置した瞬間に最大となる。図１（ａ）では、接点Ｑは点Ｐ２よりも溝幅方向内側にあるので、連結部５の近傍にある突出空間３０が大きくなる。その結果、当該外力に対抗し得る反力の発生が小さくなる。そして、一旦、石が押し込まれてしまうと、溝壁２が石を包み込むように変形する。更に、路面との接触の都度、石よりトレッド側にあるゴムにより、押し込む力が増加し、溝底３の損傷に至ってしまう。

逆に、図１（ｂ）では、接点Ｑは点Ｐ２よりも溝幅方向外側にある。発明者の知見では、接点Ｑが点Ｐ２よりも溝幅方向外側にあるので、突出空間３０が小さくなる。その結果、石を押し込む外力に対抗し得る反力の発生が大きくなり、石噛みを抑制することができる。また、溝壁２が石を包み込むような変形をし難いことによっても、石噛みを抑制することができる。

換言すれば、点Ｐ２と接点Ｑの溝幅方向距離ｄをオーバーハング長さと定義し、オーバーハング長さがゼロ以上（接点Ｑは点Ｐよりも溝幅方向外側にある場合、正値とする）であれば、石噛みを抑制することができる。なお、片側の溝側壁２において、オーバーハング長さが負値であっても、両側の溝側壁２のオーバーハング長さの和が正値であれば、石噛みを抑制する効果がある。

なお、標準リムに装着したタイヤに標準内圧及び標準荷重を負荷した状態で接地したとき、低収縮造型用石膏を溝内に充填・硬化させることにより変形後の溝断面形状を複製できる。この複製の断面を測定することにより、溝の断面形状を知ることができる。なお、低収縮造型用石膏は、硬化・乾燥時においても複製した形状を完全に再現できることが知られている。更に、より詳細にはＸ線等を用いた画像解析によっても、溝の正確な断面形状を知ることが可能である。

更に、測定に使用する測定台は、タイヤに標準荷重を与えた際に撓まない厚さ（例えば、肉厚３０ｍｍ以上）の天板を有していることが望ましい。また、タイヤの接地面に対して十分面積の大きい防滑材（例えば、「住友３Ｍ製 商品名セフティウオーク ５０番」）を天板に貼り、タイヤと接地面との摩擦係数を０．６〜０．７とすることが望ましい。

取り出した石膏を溝稜線に対し直交方向に切り出し、切断面を平滑にした後、スキャナを用い断面形状を抽出し、ＣＡＤを用いて点Ｐ２及びＱを求めるものとする。

次に、荷重を受けたときに接点Ｑが点Ｐ２よりも溝幅方向外側に存在する溝形状の条件（オーバーハング長さｄがゼロ以上となる条件）を数値計算で求めた。すなわち、発明者は、図１（ｃ）に示す、標準リムに装着され標準内圧及び無荷重の状態で、標準内圧及び無荷重の状態での溝１のトレッド表面の溝幅Ｗ（ｍｍ）、対向する溝側壁２がなす角度α（度）に加えて、溝側壁２と溝底３とを連結する連結部５の曲率半径Ｒ（ｍｍ）が荷重時の溝１の変形に大きく寄与すること見いだした。すなわち、連結部５の曲率半径Ｒが、連結部５の近傍にあると突出空間３０の大小に大きく寄与し、石噛み抑制の重要なファクターであることを見いだした。なお、標準リムに装着され標準内圧及び無荷重の状態で溝形状も上述の測定方法により、得ることができる。

具体的には、表１に示すように、溝側壁がなす角度α、溝幅Ｗ、連結部５の曲率半径Ｒを変化させた４４の溝形状の例について、有限要素法により荷重時の変形した溝断面を求め、オーバーハング長さｄを算出した。そして、単純重回帰分析によりオーバーハング長さｄ（ｍｍ）は、角度α、溝幅Ｗ、曲率半径Ｒによる近似式（相関係数＝０．９９５）、
ｄ＝０．０３９６×α＋０．０２０１×Ｗ＋０．１０５×Ｒ−１．３２
により求められることを見出した。

したがって、ｄ≧０．０（ｍｍ）であれば、石噛みを抑制できる。なお、オーバーハング長さｄが大きくなり過ぎると、例えば溝幅Ｗを大きくすると陸部面積が低下し、タイヤの他の性能を低下させることがあるので、ｄ≦２．０（ｍｍ）とすることが好ましい。したがって、タイヤの溝の寸法を、
０．０≦０．０３９６×α＋０．０２０１×Ｗ＋０．１０５×Ｒ−１．３２≦２．０
となるように設定すれば、タイヤの諸性能を劣化させることなく石噛みを抑制できる。特に、石噛みの発生しやすい周方向溝においてかかる溝形状とすることが好ましい。

表２に示す寸法の溝を備えたタイヤを試作し、一般路を走行した後、目視により耐石噛み性を確認した。表２に示すように、計算値でオーバーハング長さｄを正値とすれば、実測値でもほぼ同程度のオーバーハング長さを得ることができ、その結果、耐石噛み性を向上させることができた。

（ａ）、（ｂ）は荷重を受けたときの溝の変形の状態を示す溝断面図、（ｃ）は連結部近傍を示す拡大図、（ｄ）は無荷重時の溝断面を示す図である。

符号の説明

１ 溝
２ 溝側壁
３ 溝底
４ トレッド表面
５ 溝側壁と溝底との連結部

Claims (3)

1. 標準リムに装着され標準内圧及び標準荷重の状態で接地させることにより、変形した溝の断面形状において、
   前記溝の溝側壁と溝底とを連結する連結部の溝側壁側の連結点Ｐ１からトレッド表面までの溝側壁を近似した曲線上にあり無負荷及び未変形状態の溝側壁と平行な接線を作る接点をＱ、前記溝の溝底幅が最大となる点Ｐ２とし、
   接点Ｑが点Ｐ２よりも溝幅方向外側にある溝がトレッドに刻まれていることを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 標準リムに装着され標準内圧及び無荷重の状態で、溝のトレッド表面での溝幅をＷ（ｍｍ）、前記溝の対向する溝側壁がなす角度をα（度）、前記溝の溝側壁と溝底とを連結する連結部の曲率半径をＲ（ｍｍ）としたとき、
   ０．０≦０．０３９６×α＋０．０２０１×Ｗ＋０．１０５×Ｒ−１．３２≦２．０
   となる溝がトレッドに刻まれていることを特徴とする空気入りタイヤ。
3. 前記溝はタイヤ周方向に延びる周方向溝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。

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