JP2011042252A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】トレッドパターンの改良によって転がり抵抗を有効に低減させた空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】トレッド踏面８をセンター側領域Ｃとショルダー側領域ＳＨに区画して、それらの領域内で、ブロック群を少なくとも一部に設け、ブロック群における多角形ブロックの基準ピッチ長さをＰ（ｍｍ）、ブロック群の幅をＷ（ｍｍ）としたとき、ブロック群の基準区域内に存在するブロックの個数をａ（個）、基準区域内のネガティブ率をＮ（％）として与えられる、ブロック群の単位実接地面積当たりのブロック個数密度Ｓが０．００３〜０．０４個／ｍｍ^２の範囲内であり、ショルダー側領域に位置するショルダーブロックの細溝側壁面に、細溝１７の延在方向と直交する方向の断面で、高さ方向の中間部に凸部２１を設けてなることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気入りタイヤに関するものであり、特には、密集ブロック群を設けた空気入りタイヤの転がり抵抗をより一層低減させた技術を提案するものである。

近年、地球温暖化をはじめとする環境問題を考慮した開発が活発に行われており、その一例として、自動車の低燃費化が挙げられる。これを達成するための一つの手段として、タイヤの転がり抵抗の低減があり、従来から、様々な技術開発が行われている。

タイヤの転がり抵抗は、トレッドゴム内にて多く発生することが知られており、この転がり抵抗（ＲＲ）は、トレッドゴムの歪エネルギー（ＳＥ）とゴム材料のロスである損失正接（ｔａｎδ）とトレッドゴム体積（Ｖ）から、ＲＲ＝ＳＥ×ｔａｎδ×Ｖで表すことができ、例えば、トレッド部に使用されるトレッドゴムを損失正接の小さいものに変更することが、転がり抵抗の低減を図る上で有効であるとされている。しかしながら、この方法では、タイヤの、耐摩耗性をはじめとする他の性能が犠牲になることも知られている。
また、転がり抵抗を減らすために、トレッドゴムの厚さを薄くする方法も考えられるが、この場合はタイヤの十分な耐摩耗性を確保できないおそれがある。

そこで、本発明は、トレッドゴムのゴム物性や厚みを改良することなく、トレッドパターンの改良によって転がり抵抗を有効に低減させた空気入りタイヤを提供する。

発明者らは、適用リムに組み付けて規定の空気圧を充填した状態のタイヤのトレッド部に発生する歪エネルギーを有限要素法で解析した結果、図３に示すように、ショルダー側領域の歪エネルギーが、センター側領域の歪エネルギーに比して大きいことがわかった。

そこで、ショルダー側領域について、図４にショルダー側領域の歪エネルギーに占める割合を示すように、タイヤ半径方向の垂直歪Ｒ、タイヤ周方向の垂直歪Ｃ、タイヤ幅方向の垂直歪Ｚ、タイヤ周方向断面内の剪断歪ＲＣ、タイヤ幅方向断面内の剪断歪ＲＺおよびタイヤ半径方向断面内の剪断歪ＣＺの歪六成分に応じた割合を解析した結果、図５（ａ）に示すような、タイヤ幅方向断面内の剪断歪ＲＺでの寄与が一番大きいことがわかった。

この剪断歪ＲＺは、図５（ｂ）に、トレッド部のタイヤ幅方向の部分断面を示すように、ショルダー側領域で、図に破線で示すように一定の曲率を持つベルトとトレッドゴムが路面に接地する際に、その領域が、図に実線で示すような平坦形状となる剪断変形と、ショルダー側領域に位置するベルト部分のタイヤ半径方向距離がセンター側領域より小さいため、そのショルダー側領域付近に位置するベルト部分が接地時にコードが交差して配置された傾斜ベルト層はパンタグラフ状に変形してタイヤ周方向に伸びる結果としてタイヤ周方向に伸長すると、タイヤ幅方向に収縮し、路面で拘束されているトレッド踏面とベルトとの間にあるトレッドゴムで剪断歪が発生するとの知見を得た。

発明者らは、特に、ショルダー領域のタイヤ幅方向の剪断歪を低減させることで、剪断変形に伴うエネルギーロスを減少させ、転がり抵抗を低減させることができると考えた。

そこで、この発明の空気入りタイヤでは、トレッド踏面をセンター側領域とショルダー側領域に区画して、それらの領域内で、直線状に延在する細溝と太溝とにより区画した、五角形以上の角数の、相互に独立した複数個の多角形ブロックを互いに密集させて配置してなるブロック群を少なくとも一部に設けたものであって、ブロック群における多角形ブロックの基準ピッチ長さをＰ（ｍｍ）、ブロック群の幅をＷ（ｍｍ）としたとき、前記基準ピッチ長さＰと幅Ｗとで区画される、ブロック群の基準区域内に存在するブロックの個数をａ（個）、基準区域内のネガティブ率をＮ（％）とし、

で与えられる、ブロック群の単位実接地面積当たりのブロック個数密度Ｓが０．００３〜０．０４個／ｍｍ^２の範囲内であり、ショルダー側領域に位置するショルダーブロックの細溝側壁面に、細溝の延在方向と直交する方向の断面で、高さ方向の中間部に凸部を設けてなることを特徴とするものである。

ここで、センター側領域とは、タイヤ幅方向断面内で、タイヤ赤道面から最大ベルト層の幅の５０％±１０％以内の範囲内とし、それよりタイヤ幅方向外側をショルダー側領域とする。

「ブロックの基準ピッチ長さ」とは、ブロック群を構成する一つのブロック列におけるブロックの繰り返し模様の最小単位を指すものとし、例えば一つのブロックとそのブロックを区画する溝によってパターンの繰り返し模様が規定されている場合は、ブロック一個分のトレッド周方向長さと、このブロックのトレッド周方向に隣接する溝一本分のトレッド周方向長さとを加算したものをブロックの基準ピッチ長さとする。
なお、「ブロック群の基準区域内のブロックの個数ａ」は、ブロックが基準区域の内外に跨って存在し、一個として数えることができない場合は、ブロックの表面積に対する、基準区域内に残ったブロックの残存面積の比率を用いて数え、例えば、基準区域の内外に跨り、基準区域内にその半分しか存在しないブロックの場合は、１／２個と数えるものとする。

「ブロック群の幅Ｗ」とは、ブロックを密集配置してなるブロック群のトレッド幅方向長さを指し、例えばブロック群がトレッド全体に存在する場合は、トレッド接地幅をいい、トレッド踏面に周溝等を配設して、ブロック群がトレッド全体に存在しない場合は、周溝等で区画された陸部のブロック群の幅とする。
ブロック群の「実接地面積」とは、ブロック群の基準区域内にある全ブロックの総表面積をいうものとし、すなわち、基準ピッチ長さＰと幅Ｗとの積で規定される、上記基準区域の面積から個々のブロックを区画している溝の面積を減算した面積をいうものとする。

溝長さは、タイヤが生産され、使用される地域に有効な産業規格であって、日本ではＪＡＴＭＡ（日本自動車タイヤ協会） ＹＥＡＲ ＢＯＯＫ、欧州ではＥＴＲＴＯ（Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｔｙｒｅ ａｎｄ Ｒｉｍ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｏｒｇａｎｉｓａｔｉｏｎ） ＳＴＡＮＤＡＲＤＳ ＭＡＮＵＡＬ、米国ではＴＲＡ（ＴＨＥ ＴＩＲＥ ａｎｄ ＲＩＭ ＡＳＳＯＣＩＡＴＩＯＮ ＩＮＣ．）ＹＥＡＲ ＢＯＯＫ等に規定されたリムに、タイヤを組み付けて、ＪＡＴＭＡ等の規格にタイヤサイズに応じて規定された、最高空気圧を充填した状態で、測定したものとする。

このようなタイヤにおいてより好ましくは、ショルダーブロックを区画する太溝の、トレッド周方向長さをトレッド幅方向長さより長くする。

また好ましくは、前記凸部の突出量が、細溝の、１／２の溝幅に対して２５〜７５％の範囲とする。

そしてまた好ましくは、ショルダーブロックを区画する太溝の、トレッド幅方向長さに対してトレッド周方向長さを１５０〜３００％とする。

ところで、多角形ブロックをトレッド周方向に千鳥状に配置することが好ましい。

この発明の空気入りタイヤでは、ブロック群Ｇの単位実接地面積当たりのブロック個数密度Ｓ（個／ｍｍ^２）を０．００３〜０．０４個／ｍｍ^２の範囲で形成することで、例えば従来のタイヤのｓ＝０．００２個／ｍｍ^２以下の密度と比べ、密度Ｓが増加し、ブロック間の溝で倒れ込み変形が吸収されて、ブロックの変形が入力に対するブロック変形が均一な変形となり、優れた接地性を確保するとともに、ブロックの踏込部と蹴出部とのタイヤ回転方向への変形が均一となり接地面内に発生する摩耗エネルギーを小さくすることができる。その結果、耐摩耗性と転がり抵抗とを高い次元で両立させることができる。

すなわち、Ｓが０．００３未満の場合には、ブロックの表面積が大きくなり、トレッド踏面の接地性を向上することができないおそれがあり、一方、Ｓが０．０４を超えると、ブロックの一個あたりの表面積が小さくなり、サイプを配設する場合であっても、所望のブロック剛性の実現が困難である。

また、ブロックを区画する細溝はトレッド部が接地する前に溝が収縮でき、ブロック内部の剪断歪を低減し、転がり抵抗を低減できる。特にショルダー側領域に位置するショルダーブロックの細溝側壁面に、細溝の延在方向と直交する方向の断面で、高さ方向の中間部に凸部を設けることで、図５（ｂ）に示すような、ショルダー側領域のトレッド部が接地面内にある時は、隣接するブロックの凸部で相互に接触して支え合うことで、タイヤ幅方向の過大な剪断変形を低減し、さらに転がり抵抗を低減でき、かつ、その支え合いによりコーナリング時のブロック剛性を確保して、操縦安定性を向上させることができる。

ここで、「高さ方向の中間部」とは、高さ方向で、ブロック頂面および底面以外の領域をいうものとする。
すなわち、凸部をブロック頂面に設けた場合には細溝が収縮して剪断歪を低減できないので転がり抵抗が低減できず、一方、ブロック底面に設けた場合には凸部が支え合うことができないため接地面内でブロック相互が過大に変形して剪断歪が発生して、転がり抵抗が低減できないおそれがある。

空気入りタイヤの実施形態を示す、適用リムにタイヤを組み付けて規定の空気圧を充填した状態でのタイヤ幅方向断面図である。 本発明の空気入りタイヤの一の実施形態を示すトレッドパターンの部分展開図である。 空気入りタイヤのトレッド部に発生する歪エネルギーについて解析した結果を示す図である。 ショルダー側領域に発生する歪エネルギーについて解析した結果を示す図である。 （ａ）はタイヤ幅方向断面内の剪断歪を模式的に示す図であり、（ｂ）はショルダー側領域のベルトとトレッドゴムが路面に接地する際の剪断変形を模式的に示す図である。

以下に、図面を参照しながら本発明の空気入りタイヤを詳細に説明する。
図１は、空気入りタイヤの一の実施形態を、適用リムに組み付けた状態で示す、タイヤについての子午線断面図である。

図中の１はトレッド部を、２は、トレッド部１のそれぞれの側部に連続して半径方向内方へ延びる一対のサイドウォール部を、そして３は、サイドウォール部２の半径方向内方に連続するビード部をそれぞれ示す。

ここでは、ビード部３に埋設配置した、例えば一対のビードコア４の周りに、それぞれの側部部分を巻き上げて係留した、例えば一枚のカーカスプライからなるカーカス５のクラウン域の外周側に、コードをタイヤ赤道面に対して１５〜３０°で傾斜した向きに延在させた、ゴム被覆ベルト層の二層以上、図では二層の傾斜ベルト層６を配設し、このような傾斜ベルト層６の半径方向外方には、タイヤの赤道面に沿って延びるコードの多数本をゴム被覆してなる、図では一層の周方向ベルト層７と、トレッド踏面８を形成するトレッドゴム９を配設する。

そして、センター側領域Ｃを、タイヤ赤道面Ｅから傾斜ベルト層６のベルト幅ＢＷの５０％±１０％以内の範囲内とし、それよりタイヤ幅方向外側をショルダー側領域ＳＨとする。

図２（ａ）は、本発明の空気入りタイヤの一の実施形態を示すトレッドパターンの部分展開図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線拡大断面図である。
トレッド踏面８には、トレッド周方向に延在する複数本の周溝、図では直線状の二本の周溝１１を配設する。
相互に隣り合う二本の周溝間、図ではセンター側領域Ｃ付近にセンター陸部１２を区画し、そして、周溝１１とトレッド側縁との間に位置するショルダー側領域ＳＨ付近にそれぞれのショルダー陸部１３を区画する。

センター陸部１２には、トレッド周方向にジグザグ状に延在する四本のジグザグ細溝１４と、相互に隣り合うジグザグ細溝１４および周溝１１に開口するセンター太溝１５によって、五列のブロック列を区画し、このブロック列は八角形状の複数のセンターブロック１６で形成する。
ここでは、それぞれのセンターブロック１６をトレッド周方向に千鳥状に配置する。

また、ショルダー陸部１３には、トレッド周方向にジグザグ状に延在する四本のジグザグ細溝１７と、相互に隣り合うジグザグ細溝１７、周溝１１およびトレッド側縁に開口するショルダー太溝１８によって、四列のブロック列を区画し、このブロック列は、ショルダー陸部１３の中央付近に八角形状の第一ショルダーブロック１９と、このブロック１９のトレッド幅方向外側に横長の第二ショルダーブロック２０で形成する。
ここでは、それぞれの第一ショルダーブロック１９をトレッド周方向に千鳥状に配置する。

そしてこの空気入りタイヤでは、ブロック群、図ではセンターブロック１６および第一ショルダーブロック１９の基準ピッチ長さをＰ（ｍｍ）、ブロック群の幅をＷ（ｍｍ）としたとき、前記基準ピッチ長さＰと幅Ｗとで区画される、ブロック群の基準区域内に存在するブロックの個数をａ（個）、基準区域内のネガティブ率をＮ（％）とし、

で与えられる、ブロック群の単位実接地面積当たりのブロック個数密度Ｓを０．００３〜０．０４個／ｍｍ^２の範囲、好ましくは０．００３〜０．０３５個／ｍｍ^２の範囲で形成し、第一ショルダーブロック１９および第二ショルダーブロック２０での細溝側壁面に、細溝１７の延在方向と直交する方向の断面で、高さ方向の中間部に凸部２１を設ける。

好ましくは、ブロック群のネガティブ率Ｎは５％〜５０％とし、この範囲とすることで、操縦安定性を向上させることができる。
すなわち、ネガティブ率Ｎが５％未満の場合は、溝面積が小さ過ぎ排水性が不十分となる他、ブロック一つ一つの大きさが大きくなり過ぎて所要のエッジ効果の実現が難しくなるおそれがあり、一方、５０％を超えると接地面積が小さくなり過ぎて、操縦安定性が低下する傾向がある。

ここで、周溝１１は、例えば、溝幅を３〜１５ｍｍ、溝深さを５〜１０ｍｍの範囲とし、この周溝１１は直線状の形態のみならず、ジグザグ形状、波線形状、湾曲形状、クランク状等の主溝の形態で延在させることもできる。
それぞれのジグザグ細溝１４，１７は例えば、溝幅を０．５〜２ｍｍ、溝深さを２〜１０ｍｍの範囲とし、センター太溝１５は溝幅（周方向）を１〜５ｍｍ、溝深さを２〜１０ｍｍ、溝長さ（幅方向）を２〜１０ｍｍの範囲とし、ショルダー太溝１８は溝幅（幅方向）を１〜５ｍｍ、溝深さを２〜１０ｍｍ、溝長さ（周方向）を２〜１０ｍｍの範囲とする。
また、ブロック１６，１９のトレッド周方向長さを５〜２５ｍｍ、トレッド幅方向長さを５〜２５ｍｍ、表面積を２５〜３３０ｍｍ^２の範囲とし、トレッド幅方向に隣接するブロック間距離を２．５〜１０ｍｍの範囲とすることができる。

このようなタイヤにあっては、接地面内の水を、主に周溝１１を介して効率的に排水することができるとともに、ブロック群Ｇにおいて十分な溝面積を確保しつつ、ブロックを密集配置することで、それぞれのブロック１６，１９のトータルエッジ長さ及びエッジ方向（異なる方向に向いたエッジの数）を増大させ、優れたエッジ効果を発揮させることができる。また、ブロック１６，１９の大きさを小さくしたことから、ブロック一つ一つの接地性を向上させることができるので、氷上路面およびウェット路面等の摩擦係数μの低い路面での制動性と操縦安定性を向上することができる。しかも、それぞれのブロック１６，１９を小さくすることで、ブロック１６，１９の中央域からブロック周縁までの距離を小さくして、ブロック１６，１９による水膜の除去効果も向上させることができる。

ショルダーブロックを区画するショルダー太溝１８の、トレッド周方向長さをトレッド幅方向長さより長くし、センターブロック１６を区画するセンター太溝１５の、トレッド幅方向長さをトレッド周方向長さより長くする。

このような空気入りタイヤにおいて好ましくは、第一ショルダーブロック１９および第二ショルダーブロック２０を区画する太溝１８の、トレッド周方向長さがトレッド幅方向長さより長くして、図５（ｂ）に示すような、ショルダー側領域のトレッドゴムが路面に接地する際のトレッド幅方向の剪断変形を、トレッド周方向に長い溝の収縮変形によって緩和することで、低減することができる。

この一方で、好ましくは、センターブロック１６については、太溝１５の、トレッド幅方向長さがトレッド周方向長さより長くすることで、タイヤ周方向剪断歪に対して、タイヤ回転変形時に、トレッド幅方向に長い溝が収縮して、その歪を低減することができる。

また好ましくは、図ではブロック１６，１９をトレッド周方向に千鳥状に配置することで、ブロック１６，１９の高い密集配置を容易に実現することができ、タイヤ転動時に、より多くのブロック１６，１９の形成下で、それぞれのエッジを逐次作用させて一層優れたエッジ効果を発揮させることができるとともに、トレッド幅方向に隣接するブロック１６，１９の相互間で路面への接地タイミングをずらすことができるので、パターンノイズを低減させることもできる。
また、ブロック１６，１９をトレッド周方向に千鳥状に配置するとともに、ブロック個数密度Ｓを高く設定して、ブロック１６，１９に高負荷が加わった際に隣り合うブロック同士で支え合うようにすることもでき、これによればブロック１６，１９の剛性をさらに高めて耐摩耗性を一層向上させることが可能となる。

そしてまた好ましくは、凸部２１の突出量が、細溝の、１／２の溝幅に対して２５〜７５％の範囲とし、この範囲とすることで、細溝を収縮させて剪断歪を低減させながら接地面内で隣接するブロックが互いに支え合うことができ、ブロック剛性を高めることができる。

ショルダー太溝１８の、トレッド幅方向長さに対してトレッド周方向長さを１５０〜３００％の範囲とし、この範囲とすることで、特にショルダー側領域ＳＨの剪断歪を低減することができる。

このような空気入りタイヤで好ましくは、多角形ブロックが、偶数角ブロックとすることで、そのブロックを区画する溝の配置を容易に規定することができ、より好ましくは、八角形ブロックとすることで、隣接するブロック同士が支えあうことができ、低転がり抵抗を更に実現することができる。

次に、図１，２に示すような構造を有し、サイズが１９５／６５Ｒ１５のタイヤを試作し、カーカスプライが一枚、ベルト層はタイヤ赤道面に対して２６°の傾斜角度で配置したスチールコードを層間で相互に交差させた二層からなり、その上にナイロンコードをゴム被覆したリボン状ストリップを螺旋状巻回構造になる成形した周方向ベルト補強層を設け、表１に示すように、それぞれの諸元を変化させた実施例タイヤ、比較例タイヤ１，２とのそれぞれにつき、転がり抵抗を測定した。
なお、比較例タイヤは、トレッド踏面以外の構造については改変を要しないため、実施例タイヤに順ずるものとした。

（転がり抵抗）
実施例タイヤ、比較例タイヤとのそれぞれにつき、ＪＡＴＭＡに準拠する、タイヤを６Ｊ×１５のリムに組み付けて、内圧を２１０ｋＰａ、負荷荷重４．４１ｋＮとし、時速８０ｋｍ／ｈで、タイヤを転動させ、ＩＳ０１８１６４に準拠し、スムースドラム、フォース式にて、転がり抵抗を測定して評価した。その結果を表２に指数で示す。
なお、表中の指数値は、比較例タイヤの値をコントロールとして求めたものであり、指数が小さいほど、転がり抵抗が優れていることを示す。

表２の結果から、実施例タイヤは、比較例タイヤに対し、転がり抵抗が低減している。

１ トレッド部
２ サイドウォール部
３ ビード部
４ ビードコア
５ カーカス
６ 傾斜ベルト層
７ 周方向ベルト層
８ トレッド踏面
９ トレッドゴム
１１ 周溝
１２ センター陸部
１３ ショルダー陸部
１４，１７ ジグザグ細溝
１５ センター太溝
１６ センターブロック
１８ ショルダー太溝
１９ 第一ショルダーブロック
２０ 第二ショルダーブロック
２１ 凸部
Ｃ センター側領域
Ｅ タイヤ赤道面
ＳＨ ショルダー側領域

Claims (5)

1. トレッド踏面をセンター側領域とショルダー側領域に区画して、それらの領域内で、直線状に延在する細溝と太溝とにより区画した、五角形以上の角数の、相互に独立した複数個の多角形ブロックを互いに密集させて配置してなるブロック群を少なくとも一部に設けた空気入りタイヤにおいて、
   ブロック群における多角形ブロックの基準ピッチ長さをＰ（ｍｍ）、ブロック群の幅をＷ（ｍｍ）としたとき、前記基準ピッチ長さＰと幅Ｗとで区画される、ブロック群の基準区域内に存在するブロックの個数をａ（個）、基準区域内のネガティブ率をＮ（％）とし、
   

   

   で与えられる、ブロック群の単位実接地面積当たりのブロック個数密度Ｓが０．００３〜０．０４個／ｍｍ^２の範囲内であり、
   ショルダー側領域に位置するショルダーブロックの細溝側壁面に、細溝の延在方向と直交する方向の断面で、高さ方向の中間部に凸部を設けてなることを特徴とする空気入りタイヤ。
2. ショルダーブロックを区画する太溝の、トレッド周方向長さがトレッド幅方向長さより長い請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記凸部の突出量が、細溝の、１／２の溝幅に対して２５〜７５％の範囲である請求項１または２に記載の空気入りタイヤ。
4. ショルダーブロックを区画する太溝の、トレッド幅方向長さに対してトレッド周方向長さが１５０〜３００％である請求項１〜３のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
5. 多角形ブロックをトレッド周方向に千鳥状に配置してなる請求項１〜４のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

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