JP2010260376A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】高速走行時の空気抵抗を効果的に低減することのできる空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】タイヤ外側面の所定領域Ａにタイヤ周方向及びタイヤ径方向に亘って多数の凹部１１を設けることにより、各凹部１１によってタイヤ周囲の空気に乱流を発生させるようにしたので、タイヤを後方へ引き戻そうとする抗力を小さくすることができ、高速走行時のタイヤの空気抵抗を効果的に低減することができる。特に、時速２００ｋｍ〜３００ｋｍを超えるようなサーキットレースでは、一般車両の走行に比べてタイヤの空気抵抗の増加は著しくなるため、タイヤの空気抵抗の低減により、最高速度を上げることができるとともに、低燃費性の向上を図ることができ、レーシングタイヤとして極めて有利である。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばサーキットで競技する車両に装着され、レーシングタイヤとして用いられる空気入りタイヤに関するものである。

近年、サーキットで行われるレーシングカーの競技では、最高速度の向上みならず低燃費性も競技の結果に重要な影響を与える要素となっている。即ち、最高速を上げることは前車を追い抜くのに有利となり、低燃費性の向上はピットイン回数を減らしてタイムの大幅な短縮を図ることが可能となる。

一般には、最高速度や低燃費性の向上はエンジンの性能や車体の空力性能等に依存するが、タイヤの転がり抵抗を低減することも有効である。タイヤの転がり抵抗を低減するためには、トレッドに低発熱性のゴムを用いる、タイヤの寸法諸元を可能な限り大きくする、タイヤ自体を軽量化する、タイヤの構造を負荷時の撓みが小さくなるようにする、路面抵抗及び発熱の少ないトレッドパターンを採用するなどが考えられるが、このようなタイヤの材質や構造はタイヤの操縦安定性やグリップ性能にも影響を与えるため、これらの性能との両立を図る必要があり、転がり抵抗の低減には限界がある。

一方、速度や燃費にはタイヤの空気抵抗による影響もあると考えられるため、タイヤの空気抵抗を低減すれば、最高速度の向上及び低燃費化を図ることが可能である。即ち、車両の速度（タイヤの回転速度）が速くなると転がり抵抗も大きくなるが、これに加えてタイヤの空気抵抗も増大するため、時速２００ｋｍ〜３００ｋｍを超えるようなサーキットレースでは、一般車両の走行に比べてタイヤの空気抵抗の増加は著しく、特にフォーミュラカーのようにタイヤ全体が露出している場合は、タイヤの空気抵抗による影響は一段と大きくなる。

そこで、タイヤの空気抵抗の低減を図るために、トレッド端部からサイドウォール部に至るバットレス部に、溝、模様、文字等の凹凸部を有しない乱流防止領域を設け、バットレス部の乱流を防止することにより、タイヤ表面の空気抵抗を低減するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００３−１２７６１５号公報

しかしながら、バットレス部の乱流を防止するようにした場合、タイヤ周囲の空気の流れが層流となるため、車両走行時のタイヤの後方が低圧となり、タイヤを後方へ引き戻そうとする力が働くことになる。このため、タイヤ表面の空気抵抗を低減させたとしても、タイヤの後方に低圧部が生ずるため、高速走行時における空気抵抗の低減効果を十分に得られないという問題点があった。

本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高速走行時の空気抵抗を効果的に低減することのできる空気入りタイヤを提供することにある。

本発明は前記目的を達成するために、レーシングタイヤとして用いられる空気入りタイヤにおいて、タイヤ外側面の所定領域にタイヤ周方向及びタイヤ径方向に亘って多数の凹部を設けている。

また、本発明の空気入りタイヤは、前記目的を達成するために、タイヤ外側面の所定領域にタイヤ周方向及びタイヤ径方向に亘って多数の凹部を設け、各凹部を、タイヤ径方向内側とタイヤ径方向外側で非対称となる形状であって、対称形状よりも空気の剥離効果の大きい形状になるように形成している。

更に、本発明の空気入りタイヤは、前記目的を達成するために、タイヤ外側面の所定領域にタイヤ周方向及びタイヤ径方向に亘って多数の凹部と多数の突部とを混在するように設けている。

これにより、タイヤ外側面に設けられた多数の凹部によって車両走行時のタイヤの周囲に乱流が生ずることから、タイヤ後方に生ずる低圧部（空気密度の薄い領域）が凹部を有しないタイヤよりも少なくなり、その分だけ低圧部による抗力（後方へ引き戻そうとする力）が小さくなる。この場合、各凹部を対称形状よりも空気の剥離効果の大きい非対称形状にすることにより、乱流発生効果がより向上する。また、多数の凹部と多数の突部とを混在させることにより、タイヤ外側面の凹凸が不規則になり、乱流発生効果がより向上する。

本発明によれば、走行時にタイヤを後方へ引き戻そうとする抗力を小さくすることができるので、高速走行時の空気抵抗を効果的に低減することができる。特に、時速２００ｋｍ〜３００ｋｍを超えるようなサーキットレースでは、一般車両の走行に比べてタイヤの空気抵抗の増加は著しくなるため、タイヤの空気抵抗の低減により、最高速度を上げることができるとともに、低燃費性の向上を図ることができ、レーシングタイヤとして極めて有利である。

本発明の第１の実施形態を示す空気入りタイヤの部分正面断面図 空気入りタイヤの部分側面図 凹部の平面図 凹部の側面断面図 本発明の第２の実施形態を示す空気入りタイヤの部分側面図 本発明の第３の実施形態を示す空気入りタイヤの部分側面図 凹部の平面図 凹部の側面断面図 凹部の変形例を示す平面図 凹部の変形例を示す側面断面図 本発明の第４の実施形態を示す空気入りタイヤの部分正面断面図 空気入りタイヤの部分側面図 突部の側面断面図 突部の変形例を示す平面図 本発明の第５の実施形態を示す凹部の側面断面図 凹部の平面図 本発明の第６の実施形態を示す凹部の側面断面図 凹部の平面図 タイヤ周囲の空気の流れを示す概略図 試験結果を示す図

以下、本発明の第１の実施形態について、図１乃至図４を参照して説明する。同図に示す空気入りタイヤはサーキットレース（例えば、ＦＩＡ国際モータースポーツ競技規則に規定されるサーキットレース）に使用されるレーシングタイヤ（例えば、２００８年ＦＩＡフォーミュラ１世界選手権規則書に規定されるタイヤ）として用いられるもので、タイヤ外周面側に形成されるトレッド部１と、タイヤ幅方向両側に形成される一対のサイドウォール部２と、タイヤ幅方向両側に形成される一対のビード部３と、トレッド部１とサイドウォール部２との間に形成されるバットレス部４とから構成されている。

この空気入りタイヤは、タイヤ内面側に配置されるインナーライナ５と、インナーライナ５の外側に配置されるカーカス部材６と、タイヤ幅方向両側に配置される一対のビード部材７と、カーカス部材６の外側に配置されるベルト８と、タイヤ外周面側に配置されるトレッド部材９と、タイヤ両側に配置される一対のサイドウォール部材１０とから形成されている。

インナーライナ５は、気体透過性の低いシート状のゴムからなり、カーカス部材６の内周面側に配置される。

カーカス部材６は複数本の補強コード６ａをシート状のゴムで被覆してなり、両端側をビード部材を巻き込むようにタイヤ幅方向内側から外側に向けてサイドウォール部２側に折り返されている。

ビード部材７は、金属線等のワイヤを束ねてなるビードコア７ａと、断面略三角形状のゴムからなるビードフィラー７ｂとからなり、ビードフィラー７ｂはビードコア７ａの外周側に配置される。

ベルト８はスチールや高強度繊維等からなるベルトコードをシート状のゴムで被覆してなり、カーカス部材６の外周面側に配置される。

トレッド部材９は押出成形によって形成されたゴムからなり、カーカス部材６の幅方向中央側及びベルト８の外周面側を覆うように配置されている。

サイドウォール部材１０は押出成形によって形成されたゴムからなり、カーカス部材６のタイヤ幅方向両側を覆うように配置される。

前記空気入りタイヤの外側面における所定の領域Ａ（例えば、タイヤ径方向内側端部からタイヤ断面高さＨの３５％以上８５％以下の範囲）に、タイヤ周方向及びタイヤ径方向に亘って多数の凹部１１が設けられている。尚、タイヤ断面高さとは、１３０ｋＰａの空気圧をタイヤに充填し、荷重を３０００Ｎとした状態におけるタイヤ断面高さをいう。各凹部１１は、中心部の深さＨが０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下、その開口面の最大の大きさＬ（直径）が２ｍｍ以上８ｍｍ以下の円形の球面状に形成され、互いに同一の大きさに形成されて等間隔で配置されている。この場合、各凹部１１は、その総面積（タイヤ表面における全ての凹部１１の面積）が領域Ａに対して３０％以上８０％以下になるように形成されている。尚、凹部１１は、タイヤ側面に表示される文字、記号または標章からなる凹部は含まない。

本実施形態の空気入りタイヤにおいては、タイヤ外側面に設けられた多数の凹部１１によって車両走行時のタイヤの周囲に乱流が生じ、タイヤ表面から空気が剥離しやすくなる。その結果、図１９(a)(b)に示すように凹部１１を有するタイヤＴ1 の後方に生ずる低圧部Ｐ（空気密度の薄い領域）が凹部１１を有しないタイヤＴ2 よりも少なくなり、その分だけ低圧部Ｐによる抗力（後方へ引き戻そうとする力）が小さくなる。

このように、本実施形態の空気入りタイヤによれば、タイヤ外側面の所定領域Ａにタイヤ周方向及びタイヤ径方向に亘って多数の凹部１１を設けることにより、各凹部１１によってタイヤ周囲の空気に乱流を発生させるようにしたので、タイヤを後方へ引き戻そうとする抗力を小さくすることができ、高速走行時のタイヤの空気抵抗を効果的に低減することができる。特に、時速２００ｋｍ〜３００ｋｍを超えるようなサーキットレースでは、一般車両の走行に比べてタイヤの空気抵抗の増加は著しくなるため、タイヤの空気抵抗の低減により、最高速度を上げることができるとともに、低燃費性の向上を図ることができ、レーシングタイヤとして極めて有利である。また、レーシングカーは、高速走行時の浮き上がりを防止するために車体を路面に押し付けるような空力設計になっており、その分だけタイヤの接地圧が高くなって燃費を悪化させるが、各凹部１１によってタイヤの周囲に乱流を発生させると、タイヤに適度な揚力が付与されて接地圧が低減することから、低燃費性の向上に有利となる。

更に、各凹部１１を０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の深さＨに形成するとともに、その開口面の最大の大きさＬが２ｍｍ以上８ｍｍ以下になるように形成したので、凹部１１が小さすぎて乱流発生効果が不十分になることがなく、凹部１１が大きすぎてゴムの厚さが不足することもないという利点がある。

尚、前記実施形態では、各凹部１１を等間隔で配置したものを示したが、図５の第２の実施形態に示すように、各凹部１１をタイヤ径方向外側になるほど密度が高くなるように配置するようにしてもよい。これにより、タイヤ径方向内側よりも相対的に回転速度が速くなるタイヤ径方向外側に多くの凹部１１を配置することができ、各凹部１１による乱流発生効果をより高めることができる。この場合、凹部１１の密度は、タイヤ径方向外側で１平方センチメートル当たり６〜９個、タイヤ径方向内側で１平方センチメートル当たり１〜３個が好ましい。

また、前記実施形態では、円形状の凹部１１を設けたものを示したが、図６乃至図８の第３の実施形態に示すように、円形状の多数の凹部１２と四角形状の多数の凹部１３とを混在させるようにしてもよい。これにより、領域Ａ内の凹凸が不規則になり、乱流発生効果をより高めることができる。

更に、図９(a) に示すように四角形状の角部を面取りした凹部１４、図９(b) に示すように楕円形状の凹部１５、図９(c) に示すように三角形状の凹部１６など、他の形状の凹部を設けるようにしたり、或いは二種類以上の凹部を混在させるようにしてもよい。

また、凹部は均一な深さに形成してもよいが、図１０(a) に示すように内側面がテーパ状で底面の広い凹部１７、図１０(b) に示すように内側面がテーパ状で底面の狭い凹部１８、図１０(c) に示すように底面が凹面状に湾曲した凹部１９など、他の形状の凹部を設けるようにしたり、或いは二種類以上の凹部を混在させるようにしてもよい。

更に、前記第３の実施形態では、円形状の多数の凹部１２と四角形状の多数の凹部１３とを混在させるようにしたものを示したが、図１１乃至図１３の第４の実施形態に示すように、円形状の凹部１２と四角形状の凹部１３に加え、円錐状の多数の突部２０を混在させるようにしてもよい。即ち、各凹部１１，１３に各突部２０が混在することにより、領域Ａ内の凹凸をより不規則にすることができるので、乱流発生効果の向上に極めて有利である。尚、図１２では、凹部１２と判別するため突部２０を黒色で塗りつぶしてある。

この場合、各突部２０を、その高さＨが１ｍｍ以上５ｍｍ以下、その底面のタイヤ径方向の最大の大きさＬが５ｍｍ以下になるように形成することにより、突部２０による乱流発生効果を十分に得ることができるとともに、突部２０が大きすぎることによる空気抵抗の増大を抑制することができる。

また、各突部２０を凹部１１，１３の数よりも割合が少なくなるように設けることにより、突部２０が多すぎることによる空気抵抗の増大を抑制することができる。この場合、凹部１１，１３の数５〜７個に対し、突部２０の数１〜２個の割合が好ましい。

尚、前記第４の実施形態では、円錐状（断面三角形状）の突部２０を設けたものを示したが、図１４(a) に示すように上面の広い断面台形状の突部２１、図１４(b) に示すように上面の狭い断面台形状の突部２２、図１４(c) に示すように上面が凸面状に湾曲した突部２３など、他の形状の突部を設けるようにしたり、或いは二種類以上の凹部を混在させるようにしてもよい。この場合、四角形状、楕円形状または三角形状の底面を有する突部を設けるようにしてもよい。

また、前記第４の実施形態では、各凹部１１，１３及び各突部２０を等間隔で配置したものを示したが、前記第２の実施形態と同様、各凹部１１，１３及び各突部２０をタイヤ径方向外側になるほど密度が高くなるように配置してもよい。

図１５及び図１６に示す第５の実施形態は、タイヤ径方向内側とタイヤ径方向外側で非対称となる形状の凹部２３を設けたものである。即ち、凹部２３は円形の球面状に形成されるとともに、タイヤ径方向内側（図中右側）の開口縁部にタイヤ外方に盛り上がる隆起部２３ａが形成されている。これにより、タイヤ径方向内側の開口縁部における凹部２３の底部からの高さＨ1 がタイヤ径方向外側の開口縁部における凹部２３の底部からの高さＨ2 よりも高くなるため、図中実線矢印に示すように前方から流れる空気が隆起部２３ａに当たることによる空気の剥離効果が対称形状よりも向上し、乱流発生効果をより向上させることができる。この場合、隆起部２３ａを滑らかに盛り上がるように形成することにより、隆起部２３ａによる空気抵抗の増加を抑制することができる。

また、図１７及び図１８に示す第６の実施形態は、タイヤ径方向内側とタイヤ径方向外側で非対称となる他の形状の凹部２４を設けたものである。即ち、凹部２４は球面状に形成されるとともに、タイヤ径方向外側（図中左側）の開口縁部側がタイヤ径方向内側（図中右側）の開口縁部側よりも緩やかな斜面をなすように形成されている。これにより、タイヤ径方向外側の開口縁部から凹部２４内に空気が侵入しやすくなるため、図中実線矢印に示すように前方から流れる空気がタイヤ径方向内側の開口縁部に当たることによる空気の剥離効果が対称形状よりも向上し、乱流発生効果をより向上させることができる。

尚、第５及び第６の実施形態の凹部２３，２４は一例であり、対称形状よりも空気の剥離効果の大きい非対称形状であれば、第５及び第６の実施形態とは異なる形状の凹部を設けるようにしてもよい。

また、前記第１及び第２の実施形態はレーシングタイヤに用いられるものであるが、第３乃至第６の実施形態はレーシングタイヤのみならず、一般の自動車用タイヤにも適用することができる。

ここで、本発明の実施例１〜５及び従来例について、最高速度及び低燃費性の試験を行ったところ、図２０に示す結果が得られた。本試験では、従来例には凹部及び突部を有しないものを用い、実施例１及び２には円形状の凹部のみを有するもの、実施例３及び４には円形状の凹部と四角形状の凹部とを混在させたもの、実施例５には円形状の凹部と四角形状の凹部と円錐状の突部とを混在させたものを用いた。この場合、実施例１及び３には凹部の密度がタイヤ径方向内側と外側で均一なものを用い、実施例２、４及び５にはタイヤ径方向内側における凹部の密度を１００とした場合、タイヤ径方向外側における凹部の密度が１３０となるものを用いた。

尚、本試験では、タイヤサイズ２４０／４５ＶＲ１３、空気圧１３０ｋＰａのレーシングタイヤをフォーミュラ４マシンに装着し、レースサーキットを走行することにより行った。

最高速度の試験では、レースサーキットにおいて最高速度に達したときの速度を指数化し、従来例を１００として実施例１〜５を評価した。この場合、指数の値が大きいほど優位性があるとした。試験の結果、実施例１〜５は従来例よりも最高速度を上げることができるという結果が得られた。

低燃費性の試験では、レースサーキットにおいて平均速度１００ｋｍ／ｈで５０周走行した際の燃費を測定して指数化し、従来例を１００として実施例１〜５を評価した。この場合、指数の値が大きいほど優位性があるとした。試験の結果、実施例１〜５は従来例よりも低燃費性に優れるという結果が得られた。

１…トレッド部、２…サイドウォール部、３…ビード部、４…バットレス部、１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９…凹部、２０，２１，２２，２３，２４…突部、Ａ…領域。

Claims (10)

1. レーシングタイヤとして用いられる空気入りタイヤにおいて、
   タイヤ外側面の所定領域にタイヤ周方向及びタイヤ径方向に亘って多数の凹部を設けた
   ことを特徴とする空気入りタイヤ。
2. タイヤ外側面の所定領域にタイヤ周方向及びタイヤ径方向に亘って多数の凹部を設け、
   各凹部を、タイヤ径方向内側とタイヤ径方向外側で非対称となる形状であって、対称形状よりも空気の剥離効果の大きい形状になるように形成した
   ことを特徴とする空気入りタイヤ。
3. 各凹部をタイヤ径方向内側の開口縁部がタイヤ径方向外側の開口縁部よりも高くなる非対称形状に形成した
   ことを特徴とする請求項２記載の空気入りタイヤ。
4. 各凹部をタイヤ径方向外側の開口縁部側がタイヤ径方向内側の開口縁部側よりも緩やかな斜面をなす非対称形状に形成した
   ことを特徴とする請求項２記載の空気入りタイヤ。
5. タイヤ外側面の所定領域にタイヤ周方向及びタイヤ径方向に亘って多数の凹部と多数の突部とを混在するように設けた
   ことを特徴とする空気入りタイヤ。
6. 前記各突部を１ｍｍ以上５ｍｍ以下の高さに形成するとともに、その底面のタイヤ径方向の大きさが５ｍｍ以下になるように形成した
   ことを特徴とする請求項５記載の空気入りタイヤ。
7. 前記各突部を凹部の数よりも割合が少なくなるように設けた
   ことを特徴とする請求項５または６記載の空気入りタイヤ。
8. 前記各凹部及び各突部をタイヤ径方向外側になるほど密度が高くなるように配置した
   ことを特徴とする請求項５、６または７記載の空気入りタイヤ。
9. 前記各凹部を０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の深さに形成するとともに、その開口面の最大の大きさが２ｍｍ以上８ｍｍ以下になるように形成した
   ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７または８記載の空気入りタイヤ。
10. 前記各凹部をタイヤ径方向外側になるほど密度が高くなるように配置した
    ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９記載の空気入りタイヤ。

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