JP2008055974A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】低温時の氷雪路面と高温時のドライ路面に対して接地圧分布の均一化を図り、制動性能などのタイヤ性能の向上を図る。
【解決手段】トレッド表面に設けた溝１２，１４によって区画されたブロック１６を備える空気入りタイヤにおいて、ブロック１６を、ブロック中央部２０と、その周りを取り囲むブロック側面部２２とで構成し、該ブロック側面部２２をブロック中央部２０よりも温度変化に対するヤング率変化の大きいゴムで形成する。ブロック側面部２２のヤング率は、−５℃ではブロック中央部２０のヤング率よりも大きく、２３℃ではブロック中央部２０のヤング率よりも小さいことが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気入りタイヤに関し、特にそのトレッド部の陸部構成に関して接地性を改良した空気入りタイヤに関するものである。

空気入りタイヤには、トレッド表面に設けた溝によって区画されたブロックやリブなどの陸部が設けられており、制動性、駆動性、操縦安定性などを向上させるために、陸部の構成に関して、種々の提案がなされている。

例えば、下記特許文献１には、発泡ゴムによる吸水効果を生かしながら、剛性低下を抑制することによってエッジ効果を向上し、氷雪路面での制動性、駆動性の改善を図るため、ブロック中央部を発泡ゴムとし、ブロック側面部をブロック中央部よりも高硬度の無発泡ゴムで構成することが開示されている。

また、下記特許文献２には、氷上性能を向上させるために、発泡ゴムよりなるブロックパターンタイヤのブロックの淵に、硬度７０以上のゴム又は合成樹脂よりなるエッジ部を設けることが開示されている。

下記特許文献３には、ブロックの接地圧の均一化を図ることでドライ路面に対する操縦安定性を向上させるために、ブロックの側壁の全周に凹部を設け、これにより、ブロック全体の剛性を低下させずにエッジ部の剛性のみ低下させ、エッジ部の接地圧を低減することが開示されている。

下記特許文献４には、氷路での制駆動性能を向上させるために、ブロック表面の中央部を凹状に形成し、これにより、接地した際のブロックの中央部分での接地圧を低下させて、路面全体に渡って接地圧を均一化することが開示されている。
特開平０５−１４７４１２号公報 特開平０８−１７５１１６号公報 特開平１１−１５１９１２号公報 特開２００２−０４６４２４号公報

ゴム材料では荷重（接地圧）が増えると摩擦係数が減少することから、制動性能などのタイヤ性能を向上するためには、ブロックなどの陸部において局部的な接地圧の上昇を抑制して、接地圧分布を均一にすることが求められる。

これに対し、上記特許文献１，２では、ブロック中央部に発泡ゴムを配し、ブロック側面部に高硬度のゴムを配しており、これにより、摩擦係数の低い氷雪路面に対しては接地性の向上効果が期待できるものの、摩擦係数の高いドライ路面に対しては逆に接地性を損なうおそれがある。

一方、上記特許文献３では、ブロックのエッジ部の接地圧に着目して、エッジ部の接地圧を低減することで接地圧の均一化を図っているが、この方策では、ドライ路面に対しては効果はあっても、氷雪路面のような摩擦係数の低い路面では却って接地圧分布を損なうことになる。

また、上記特許文献４では、ブロック表面を凹状に形成することで、ブロック中央部の接地圧を下げて接地圧を均一化させているが、このようにブロック表面に凹凸を設ける方策では、偏摩耗を引き起こす可能性があり、実用性に欠ける。

以上のような従来技術に対し、本発明は、低温時の氷雪路面と高温時のドライ路面に対して接地圧分布の均一化を図ることで、制動性能などのタイヤ性能を向上することができる空気入りタイヤを提供することを目的とする。

実験とＦＥＭによる解析によりゴムブロックの変形及び接地性を調査したところ、特に氷雪路面のような摩擦係数の低い路面においては、垂直荷重が高いほどブロック側面が外側方向に変形し、ブロック中央部の接地圧が高くなって不均一な接地圧分布を示すことが判明した。逆に、ドライ路面のような摩擦係数の高い路面においては、エッジ部の圧力が上昇するため、エッジ部の圧力を下げる方策が重要であることが判明した。このような知見とともに、通常、氷雪路面のような摩擦係数の低い路面を走行するときには外気温が低く、ドライ路面のような摩擦係数の高い路面を走行するときには外気温が高いという事情に鑑み、ゴム硬度の温度依存性に着目して、ブロックなどの陸部のエッジ部に温度変化に対するヤング率変化の大きいゴムを配することにより、上記課題を解決できることを見い出し、本発明を完成にするに至った。

すなわち、本発明に係る空気入りタイヤは、トレッド表面に設けた溝によって区画された陸部を備える空気入りタイヤにおいて、前記陸部のエッジ部に、前記陸部の中央部よりも温度変化に対するヤング率変化の大きいゴム部を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、エッジ部に設けたヤング率変化の大きいゴム部により、低温時にはエッジ部を硬くしてエッジ部の圧力を上げ、高温時にはエッジ部を柔らかくしてエッジ部の圧力を下げることで、低温時の氷雪路面から高温時のドライ路面まで接地圧分布の均一化を図ることができ、制動性能などのタイヤ性能を向上することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る空気入りタイヤのブロックを示す斜視図、図２は同ブロックの平面図（接地面を表す図）、図３は同ブロックの断面図であり、図４は、同ブロックを適用したトレッドパターンの一例を示す平面展開図である。

図４に示すように、空気入りタイヤのトレッド部１０には、タイヤ周方向に延びる主溝１２と、主溝１２に交わるタイヤ幅方向に延びる横溝１４とによって区画されたブロック１６が複数設けられている。なお、この例では、主溝１２をタイヤ幅方向に４本設け、これによってタイヤ幅方向において区画される５つの領域の全てに横溝１４を所定間隔で設けているが、かかるトレッドパターンはあくまで一例であって、ブロックを有する種々のトレッドパターンを採用することができる。例えば、主溝１２の本数は４本には限らず、また横溝１４を設けない領域（即ち、リブ）を含んでもよい。また、横溝１４は主溝１２に垂直でなくてもよく、傾斜して交わることで、ブロック１６の平面形状が平行四辺形状や三角形状、台形状などに形成されてもよい。

ブロック１６の接地面には、タイヤ幅方向に延びる切れ込みからなるクローズドサイプ１８がタイヤ周方向に複数（ここでは４本）並設されている。

図１〜３に示すように、ブロック１６は、ブロック中央部２０と、その外周を全周にわたって略一定の肉厚で取り囲むブロック側面部２２とからなり、ブロック側面部２２が、ブロック中央部２０よりも温度変化に対するヤング率変化の大きいゴムで形成されている。すなわち、ブロック中央部２０は、低温から高温までヤング率変化の小さい配合のゴム組成物で形成されているのに対し、ブロック側面部２２は、低温で硬く高温で柔らかくなるように、温度低下に伴ってヤング率が増大するというヤング率の温度変化に対する勾配が大きなゴム組成物で形成されている。なお、ブロック中央部２０とブロック側面部２２はともに無発泡ゴムである。

このようなヤング率の温度依存性の異なるゴムは、例として、ハイシスブタジエンゴム（シス−１，４結合含有量が９０％以上のブタジエンゴム。以下、ハイシスＢＲという。）の比率を調整することにより得ることができる。すなわち、例えば、ブロック中央部２０ではゴム成分中に占めるハイシスＢＲの比率を大とし、ブロック側面部２２ではゴム成分中に占めるハイシスＢＲの比率をブロック中央部２０よりも小さくすれば、ブロック側面部２２におけるヤング率の温度依存性が大きくなる。なお、ヤング率の大きさ自体の調整は、ポリマーの分子量や、加硫剤、加硫促進剤の配合量等の設定により可能である。ここで、シス−１，４結合含有量は、赤外吸収スペクトル法（モレロ法）により測定される値であり、シス：７４０ｃｍ^−１、ビニル：９１０ｃｍ^−１の吸収強度比からミクロ構造を算出することにより求められる。

上記のようにブロック１６のエッジ部を構成するブロック側面部２２に、ヤング率の温度依存性の高いゴムを配することにより、低温時の氷雪路面と高温時のドライ路面の双方に対して均一な接地性を維持することができる。

このことを示す実験結果について説明する。図１に示すブロック１６（但し、サイプ１８は省略したもの）において、ブロック中央部２０のヤング率を固定し、ブロック側面部２２のヤング率を変化させてＦＥＭ解析を行った。解析は、圧力２００ｋＰａ相当の垂直荷重を負荷し、ブロック中央部２０のヤング率を１．２７ＭＰａとして、ブロック側面部２２のヤング率を０．４８〜３．２３ＭＰａで変化させるとともに、路面の摩擦係数をμ＝０．１〜０．７で変化させて行った。ヤング率は、ＪＩＳ Ｋ６２５１により測定される値である。

結果は図５に示す通りであり、摩擦係数の低い路面（μ＝０．１）では、ブロック側面部２２のヤング率が大きいほど、接地圧の分散値が小さくなるのに対し、摩擦係数の高い路面（μ＝０．７）では、ブロック側面部２２のヤング率が小さいほど、接地圧の分散値が小さくなることが分かる。ここで、一般に、氷雪路面のような摩擦係数の低い路面を走行するときには外気温が低く、ドライ路面のような摩擦係数の高い路面を走行するときには外気温が高い。そのため、ブロック側面部２２にヤング率の温度依存性の高いゴムを配すれば、氷雪路面に対しては、低温によりブロック側面部２２のヤング率が高くなって接地圧の分散値が低くなり、また、ドライ路面に対しては、高温によりブロック側面部２２のヤング率が低くなって接地圧の分散値が低くなる。よって、上記のように氷雪路面とドライ路面ともに均一な接地性を維持することができる。

かかる低温時の氷雪路面と常温時のドライ路面との双方での均一な接地性をより確実にするため、ブロック側面部２２のヤング率は、−５℃ではブロック中央部２０のヤング率よりも大きいことが好ましい。また、ブロック側面部２２のヤング率は、２３℃ではブロック中央部２０のヤング率よりも小さいことが好ましい。これにより、低温時（−５℃）では、ブロック中央部２０よりもブロック側面部２２の硬度が高くなることで、ブロック１６のエッジ部の圧力を上げて、接地圧分布を均一化することができる。また、高温時（２３℃）では、ブロック中央部２０よりもブロック側面部２２の硬度が低くなることで、ブロック１６のエッジ部の圧力を下げて、接地圧分布を均一化することができる。より詳細には、図５に示すように、接地圧分散値とヤング率との間には適値があるため、ブロック側面部２２のヤング率は、−５℃ではブロック中央部２０のヤング率の１．２〜１．８倍であり、２３℃ではブロック中央部２０のヤング率の０．５〜０．８倍であることが好ましい。

また、これら両ゴム部のヤング率の温度勾配は、特に限定されるものではないが、ブロック側面部２２のヤング率が０．０２〜０．０６ＭＰａ／℃であり、ブロック中央部２０のヤング率が０．０１Ｐａ／℃以下であることが、上記効果を十分に発揮させる上で好ましい。

ブロック側面部２２とブロック中央部２０との比率は、接地面における面積比率として、ブロック側面部２２の面積が、ブロック全体の面積の１０〜５０％であることが好ましい。ブロック側面部２２の面積が小さすぎると、上記効果が不十分となり、逆に大きすぎると、エッジ部の圧力変化が大きく、接地圧が不均一となる場合がある。

以上よりなる本実施形態のブロック構成を持つ空気入りタイヤを製造する方法は、特に限定されない。例えば、グリーンタイヤ成形時にブロック中央部２０を形成するゴム層上にブロック側面部２２を形成するゴム層を配しておき、これを加硫成形することで、ブロック側面部２２を形成するゴム層で覆われたトレッドパターンを形成し、加硫成形後のタイヤにおいて、接地面をバフして、ブロック中央部２０を露出させることにより、上記実施形態の空気入りタイヤが得られる。

図６は、他の実施形態に係る空気入りタイヤのブロック３０を示す斜視図、図７は同ブロック３０の平面図（接地面を表す図）である。上記図１の実施形態では、ブロック１６の側面を含むブロック側面部２２全体をヤング率の温度依存性の高いゴムで形成していたのに対し、この例では、ブロック３０のエッジ部３２に部分的にヤング率の温度依存性の高いゴム部３４を設けている。

すなわち、この例では、ブロック３０のエッジ部３２における周上の複数箇所（例として６箇所）に、ブロック３０の中央部３６を含むその他の部分よりも、温度変化に対するヤング率変化の大きいゴムからなる円形のゴム部３４が設けられている。図６及び図８（ｂ）に示すように、ゴム部３４は、ベースゴム層３８から延びて接地面に露出する柱状のゴム部であり、従って、この例では、ベースゴム層３８が、キャップゴム層４４であるブロック３０の中央部３６を含むゴム部よりも、ヤング率の温度依存性の高いゴムで形成されている。その他の構成、及び、各ゴム部のヤング率等は、図１の実施形態と同様に設定することができる。

この空気入りタイヤを製造するには、特開２０００−３４３９１６号公報に記載の方法を利用することができる。具体的には、図８（ａ）に示すように、タイヤ成形型４０におけるトレッド接地面域内のブロック成形用凹部の所定箇所にベントホール４２を設けておき、加硫成形時に、ベントホール４２によりベースゴム層３８を内側にしてキャップゴム層４４とともに吸い上げる。そして、加硫成形後に、図８（ｂ）に示すようにベントホール４２内に吸い上げた突起４６を切除することにより、上記ゴム部３４を設けたブロック３０が得られる。

このようにヤング率の温度依存性の高いゴムを配する場合、当該ゴム部を必ずしもブロックのエッジ部全体（即ち、図１に示すブロック側面部２２）に設ける必要はなく、図６に示すように、エッジ部３２に点在させて設けてもよい。但し、より好ましくは、図１に示すように、ブロック中央部２０の全周を取り巻くブロック側面部２２に配することであり、これにより、接地圧の均一化効果を一層向上することができる。

また、上記実施形態では、ブロックを例に挙げて説明したが、本発明は、ブロック以外の陸部、即ち周方向に連続して延びるリブにも同様に適用することができ、すなわち、リブのエッジ部（側縁部）に、リブの中央部よりもヤング率の温度依存性の高いゴム部を設けることもできる。好ましくは、ブロックを備えるスタッドレスタイヤに適用することであり、これにより、スタッドレスタイヤの氷上制動性能とともにドライ制動性能も向上することができる。

図１〜３に示す実施形態のブロック（実施例１）について、接地圧分散値を求めた。ここで、ブロックのサイズは、縦２８ｍｍ×横２８ｍｍ×高さ１０ｍｍとし、ブロック側面部２２の幅は２．８ｍｍとした（ブロック側面部２２の面積はブロック全体の面積の３６％）。

また、実施例１では、ブロック中央部２０のゴム組成物を下記表１の配合Ａ（ヤング率の温度依存性の低いゴム）とし、ブロック側面部２２のゴム組成物を下記表１の配合Ｂ（ヤング率の温度依存性の高いゴム）とした。なお、比較のために、ブロック全体を配合Ａで形成した比較例１と、ブロック中央部２０を配合Ｂとし、ブロック側面部２２を配合Ａとした比較例２についても評価した。また、配合Ｂに変えて、ヤング率の温度依存性の高い他の配合Ｃをブロック側面部２２に用いた実施例２についても評価した。

配合Ａ、配合Ｂおよび配合Ｃの各ゴム組成物について、ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠して、−５℃〜２３℃におけるヤング率を測定した。結果は、図９に示す通りであり、ヤング率の温度勾配は、配合Ａが０．００５ＭＰａ／℃、配合Ｂが０．０４４ＭＰａ／℃、配合Ｃが０．０３２ＭＰａ／℃であった。また、−５℃でのヤング率は、配合Ａが１．２７ＭＰａ、配合Ｂが２．０５ＭＰａ、配合Ｃが２．２５ＭＰａであり、２３℃でのヤング率は、配合Ａが１．１３ＭＰａ、配合Ｂが０．８１ＭＰａ、配合Ｃが１．３１ＭＰａであった。

接地圧分散値の測定は、摩擦係数μ＝０．１の路面と、摩擦係数μ＝１．０の路面とについて行い、各路面上でブロックに対して垂直荷重（１５４Ｎ）を負荷し、画像処理により接地圧を測定して、接地圧分散値を、比較例１を１００とした指数で示した。数値が小さいほど接地圧が均一化され、接地性に優れることを意味する。

また、上記実施例１，２及び比較例１，２の各ブロックを持つスタッドレスタイヤ（タイヤサイズ：２０５／６５Ｒ１５）を作製し、氷上制動性能とドライ制動性能を評価した。評価方法は次の通りである。

・氷上制動性能：国産の２５００ｃｃ乗用車（後輪駆動）に各タイヤを装着し、氷盤路面（μ＝約０．１）において速度４０ｋｍ／ｈからのＡＢＳ制動距離を測定し（平均路面温度＝−５℃）、比較例１を１００とした指数で表示した。数値が大きいほど制動性能に優れることを意味する。

・ドライ制動性能：国産の２５００ｃｃ乗用車（後輪駆動）に各タイヤを装着し、ドライ路面（μ＝約１．０）において速度１００ｋｍ／ｈからのＡＢＳ制動距離を測定し（平均路面温度＝２３℃）、比較例１を１００とした指数で表示した。数値が大きいほど制動性能に優れることを意味する。

結果は、下記表２に示すとおりであり、本実施例であると氷上路面とドライ路面ともに接地圧分布の均一化が図られており、氷上性能、ドライ性能ともに大幅に向上していた。

本発明の空気入りタイヤは、スタッドレスタイヤ等の冬用タイヤを始めとして、各種の空気入りタイヤに利用することができる。

実施形態に係る空気入りタイヤのブロックを示す斜視図である。 同ブロックの平面図である。 同ブロックの断面図である。 同空気入りタイヤのトレッドパターンの一例を示す平面展開図である。 ブロック側面部のヤング率と接地圧分散値との関係を示すグラフである。 他の実施形態に係る空気入りタイヤのブロックを示す斜視図である。 同ブロックの平面図である。 同空気入りタイヤの製造工程を示すブロックの拡大断面図である。 実施例のブロックに用いるゴム配合Ａ及びＢの温度とヤング率との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０…トレッド部、１２…主溝、１４…横溝、１６…ブロック、２０…ブロック中央部、２２…ブロック側面部、３０…ブロック、３２…エッジ部、３４…ヤング率の温度依存性の高いゴム部、３４…ブロックの中央部

Claims (5)

1. トレッド表面に設けた溝によって区画された陸部を備える空気入りタイヤにおいて、前記陸部のエッジ部に、前記陸部の中央部よりも温度変化に対するヤング率変化の大きいゴム部を設けたことを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記陸部が、トレッド表面に設けた溝によって区画されたブロックである請求項１記載の空気入りタイヤ。
3. 前記ブロックが、ブロック中央部と、該ブロック中央部を取り囲むブロック側面部とからなり、前記ブロック側面部が、前記ブロック中央部よりも温度変化に対するヤング率変化の大きいゴムで形成されたことを特徴とする請求項２記載の空気入りタイヤ。
4. 前記エッジ部に設けた前記ゴム部のヤング率が、−５℃では前記中央部のヤング率よりも大きく、２３℃では前記中央部のヤング率よりも小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
5. 前記エッジ部に設けた前記ゴム部のヤング率が、−５℃では前記中央部のヤング率の１．２〜１．８倍であり、２３℃では前記中央部のヤング率の０．５〜０．８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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