JP2012006414A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】接地時における陸部の剪断変形に起因した摩耗を低減することが可能であり、特に車両の駆動輪に装着して好適な、新規な空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】本発明の空気入りタイヤは、トレッド部１に、タイヤ周方向に沿う複数本の周溝２によって区画されたリブ３を有する空気入りタイヤにおいて、リブ３は、タイヤの幅方向の中央域に位置し、リブ３をタイヤの回転する向きに間隔をおいて分断して中央陸部３ａ_２の集合体を形成する中央リブ３ａと、中央リブ３ａを両側に挟み、リブ３をタイヤの回転する向きに間隔をおいて分断してショルダー陸部３ｂ_２の集合体を形成するショルダーリブ３ｂからなり、中央陸部３ａ_２は、接地面の面積Ｓｂが４５０ｍｍ^２以下であり、長さが周溝２の溝幅の１．５倍以上であってかつショルダー陸部３ｂ_２の長さよりも短く、幅がショルダー陸部３ｂ_２よりも短いことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、トレッド部に、タイヤの周方向及び幅方向に沿う溝により区画された複数の陸部を備える空気入りタイヤにおいて、タイヤの接地時の陸部の変形に起因した摩耗を有利に低減しようとするものであり、特に車両の駆動輪に装着して好適な空気入りタイヤに関するものである。

従来から、タイヤのトレッド部に、タイヤ周方向に沿って延びる複数本の周方向主溝を配設してリブを形成し、このリブをタイヤ幅方向に沿う向きに分断して小陸部とするリブパターンのタイヤが使用されている（特許文献１、２参照）。リブパターンのタイヤは排水性に優れるとともに高速での使用に適しており、乗用車用タイヤに限らず、モノレール等の軌道走行車両用タイヤとしても広く採用されている。

特開２００４−３１４７８７号公報 特開２００８−２０７６５９号公報

ところで、一般にタイヤはトレッド部に曲率を持つため、タイヤ幅方向に径差の分布が生じる。この径差によって上記小陸部に生じるタイヤ周方向の剪断変形は、タイヤの耐摩耗性能に影響を及ぼすことが知られている。この剪断変形を防止するためには、例えば陸部の大きさを大きくして剪断剛性（剪断方向の剛性）を高めることが有効であるが、陸部の大きさを大きくし過ぎると、図１（ａ）、（ｂ）で比較して示すように（図１（ｂ）に対して図１（ａ）は陸部が大きくなっている）、陸部が路面に接地する際に、ゴムが流動によってより大きく膨出して陸部の剪断変形が増大し、逆に十分な耐摩擦性能が得られなくなる場合がある。特に乗用車等の駆動輪に装着したタイヤにおいては、駆動力の影響により陸部の変形がより大きくなって摩耗量が増えることがあり、未だ改善の余地が残されていた。

本発明の課題は、トレッド部に、タイヤの周方向及び幅方向に沿う溝により区画された複数の陸部を備える空気入りタイヤにおいて、タイヤの接地時の陸部の変形に起因した摩耗を有利に低減しようとするものであり、特に車両の駆動輪に装着して好適な新規な空気入りタイヤを提供することにある。

本発明は、トレッド部に、タイヤの回転する向きに沿う複数本の周溝によって区画されたリブを有する空気入りタイヤにおいて、
前記リブは、タイヤの幅方向の中央域に位置し、前記リブをタイヤの回転する向きに間隔をおいて分断して短尺陸部（以下、中央陸部という）の集合体を形成する複数本の細溝を備えた中央リブと、前記中央リブを両側に挟み、前記リブをタイヤの回転する向きに間隔をおいて分断して短尺陸部（以下、ショルダー陸部という）の集合体を形成する複数本のラグ溝を備えたショルダーリブからなり、
前記中央陸部は、
接地面の面積が、４５０ｍｍ^２以下であり、
タイヤの回転する向きに沿う寸法（以下、長さという）が、前記周溝の溝幅の１．５倍以上であってかつ前記ショルダー陸部の長さよりも短く、
タイヤの幅方向に沿う寸法（以下、幅という）が、前記ショルダー陸部の幅よりも短い、ことを特徴とする空気入りタイヤである。

前記細溝の溝幅が、０．２〜１．０ｍｍであることが好ましい。

前記中央リブは、タイヤの幅方向中心から該中央リブの幅端に至るまでの寸法が、前記タイヤの幅方向中心から前記トレッド部の幅端に至るまでの寸法の２０〜４０％になることが好ましい。

前記中央リブの幅が、１０〜２０ｍｍであることが好ましい。

トレッド部にタイヤの幅方向の中央域に位置する中央陸部と、タイヤの幅方向外側両端に位置するショルダー陸部を形成し、中央陸部の接地面の面積が、４５０ｍｍ^２以下であり、中央陸部の長さが、周溝の溝幅の１．５倍以上であってかつショルダー陸部の長さよりも短く、中央陸部の幅が、ショルダー陸部の幅よりも短くなるようにしたので、中央陸部においては、陸部の大きさの最適化と陸部のタイヤ周方向の近接配置によってゴム流動量の増加による剪断変形が抑えられるとともに、ショルダー陸部においては、中央陸部よりも大きい陸部を配置して高い剪断剛性で径差による剪断変形を抑制することができ、タイヤの耐摩耗性能を向上させることが可能となる。

中央陸部を形成する細溝の溝幅を０．２〜１．０ｍｍとしたので、中央陸部の剪断変形をより有利に抑制することができる。

中央リブのタイヤの幅方向中心から該中央リブの幅端に至るまでの寸法が、前記タイヤの幅方向中心から前記トレッド部の幅端に至るまでの寸法の２０〜４０％になるようにしたので、タイヤの幅方向に応じて陸部の大きさを最適化することができ、剪断変形の抑制をより効果的に図ることができる。

中央陸部の幅を１０〜２０ｍｍとすることで陸部の大きさがより最適化され、タイヤの性能を確保しつつ耐摩耗性能を十分に向上させることができる。

陸部の大きさと陸部の剪断変形の関係を示した図であり、（ａ）に対して（ｂ）は、陸部の大きさが小さい場合の剪断変形の状態を示す図である。 本発明にしたがう空気入りタイヤの実施の形態につき、（ａ）はタイヤのトレッドパターンを示す平面展開図であり、（ｂ）は中央陸部の幅Ｗａ_２と中央陸部の高さＨａ_２とを示す図である。 中央陸部の長さ及び幅と中央陸部の膨出変形との関係を示した図である。 （ａ）は、タイヤ周方向の断面において、タイヤに駆動力が入力した際のクラウン部に配置した前記ベルトの変形による陸部の剪断変形を模式的に示した図であり、（ｂ）は、このときの細溝での陸部の剪断変形を模式的に示した図である。 陸部のアスペクト比ＢＡｓと陸部の剪断剛性との関係を示す図である。 陸部の縦横比Ａｓと陸部の膨出量との関係を説明するための模式図であり、（ａ）は縦横比Ａｓ＜１の状態を、（ｂ）は縦横比Ａｓ＞１の状態をそれぞれ示した図である。

以下、図面を参照して、本発明をより具体的に説明する。
図２（ａ）、（ｂ）は本発明にしたがう空気入りタイヤの実施の形態を示した図であり、（ａ）はタイヤのトレッドパターンを示す平面展開図であり、（ｂ）は中央陸部の幅Ｗａ_２と中央陸部の高さＨａ_２とを示す図である。なお図２（ａ）において、Ｙ方向（タイヤ赤道面に沿った方向）がタイヤの回転する向き（以下、タイヤ周方向という）であり、Ｘ方向（タイヤ赤道面Ｅに直交する方向）がタイヤの幅方向（以下、タイヤ幅方向という）である。

本発明に従うタイヤは、図示を省略するが、左右一対のビードコア間でトロイダル状に延在するカーカスと、このカーカスのクラウン部のタイヤ径方向外側に配置したベルトと、このベルトのタイヤ径方向外側に配置したトレッド部１とを具える慣例に従ったタイヤ構造を有し、トレッド部１に図２（ａ）に示したトレッドパターンを有するものである。

図２（ａ）に示すように、トレッド部１は、タイヤ周方向に伸延する複数の周溝２を有しており、この周溝２によって区画された複数のリブ３を備えている。

周溝２は、図示の例ではタイヤの赤道Ｅを通る１本の中央周溝２ａと、この中央周溝２ａを挟んでタイヤ幅方向の両側に各２本の外側周溝２ｂからなっている。中央周溝２ａは、タイヤの赤道Ｅから間隔をあけて、タイヤ幅方向両側に複数配置するものであってもよい。また中央周溝２ａの溝幅Ｗ_１と外側周溝２ｂの溝幅Ｗ_２は、図示の例ではＷ_１とＷ_２が等しい寸法になっているが、異なっていてもよい。

リブ３は、タイヤの赤道Ｅの周辺であるタイヤ幅方向の中央域に位置する中央リブ３ａと、この中央リブ３ａを両側に挟み、トレッド部１のタイヤ幅方向最外部に位置するショルダーリブ３ｂを備えている。中央リブ３ａは、タイヤ幅方向に沿う複数の細溝（サイプ）３ａ_１でタイヤの回転する向きに間隔をおいて分断して中央陸部３ａ_２を形成しており、ショルダーリブ３ｂは、タイヤ幅方向に沿う複数のラグ溝３ｂ_１でタイヤの回転する向きに間隔をおいて分断してショルダー陸部３ｂ_２を形成している。図示の例で細溝３ａ_１及びラグ溝３ｂ_１は、タイヤ幅方向に対して平行に延びており、中央陸部３ａ_２及びショルダー陸部３ｂ_２の接地面は矩形状となっているが、細溝３ａ_１、ラグ溝３ｂ_１は、タイヤ幅方向に傾斜していても、またジグザグ状であってもよい。また中央陸部３ａ_２は、この中央陸部３ａ_２を含む中央リブ３ａと、この中央リブ３ａと隣り合う他の中央リブ３ａとの関係において、中央陸部３ａ_２がタイヤ幅方向にタイヤ幅方向に一列に並ぶようにした格子状の配置であってもよいし、図示のようにタイヤ周方向に半ピッチずれた千鳥状の配置であってもよい。千鳥状の配置とした場合には、中央陸部３ａ_２の接地タイミングをタイヤ幅方向にずらすことができ、パターンノイズの低減に有利となる。

中央陸部３ａ_２は、接地面の面積Ｓｂを約４５０ｍｍ^２以下（図２（ａ）の例では約３６０ｍｍ^２）とすることで耐摩耗性能を向上させることができる。この点につき図３を参照して説明する。図３は中央陸部３ａ_２の幅Ｗａ_２及び長さＬａ_２を様々に変化させたときの、陸部の膨出量（ゴム流動量）の検討結果を示したものである。本発明者が耐摩耗性能について鋭意検討を重ねたところ、中央陸部３ａ_２の摩耗の原因は、中央陸部３ａ_２が路面に接してから離れるまでの間で、中央陸部３ａ_２の膨出による剪断変形の寄与が大きいことを見出した。さらに検討を重ねたところ、中央陸部３ａ_２の接地面の面積Ｓｂとゴムの膨出変形（ゴム流出量）との間に、図３に示す一定の関係を見出すに至った。図３から明らかなように、中央陸部３ａ_２の接地面の面積Ｓｂが小さいほどゴムの膨出変形が小さくなる。そしてこの図３のＳ２〜Ｓ７の領域、特に中央陸部３ａ_２の接地面の面積Ｓｂを４５０ｍｍ^２以下とした場合に、摩耗を有利に低減させることができることが明らかとなった。

中央陸部３ａ_２の長さＬａ_２は、中央陸部３ａ_２を挟む周溝２（左右の周溝の溝幅が異なる場合は、溝幅が小さい側の周溝をいう）の溝幅の１．５倍以上であり、かつショルダー陸部３ｂ_２の長さＬｂ_２よりも短く、中央陸部３ａ_２の幅Ｗａ_２は、ショルダー陸部３ｂ_２の幅Ｗｂ_２よりも狭くなっている。中央陸部３ａ_２の接地面の面積Ｓｂを小さくしすぎると、中央陸部３ａ_２の倒れ込み(座屈)により摩耗しやすくなることがあるが、中央陸部３ａ_２の長さＬａ_２を周溝２の溝幅の１．５倍以上とすることで、接地面積Ｓｂが大きくなって剪断剛性が高くなり、中央陸部３ａ_２が倒れ込みにくくなる。またトレッド部１は、タイヤの中央部から幅方向外側に向けてタイヤの径が小さくなる曲率を有しており、タイヤ幅方向に径差の分布が生じているが、ショルダー陸部３ｂ_２の大きさは中央陸部３ａ_２よりも大きく、高い剪断剛性を備えているため、径差の影響による摩耗を十分に低下させることができる。

上記の構成となるタイヤについてさらに検討を進めたところ、特に乗用車等の駆動輪に装着した場合には、陸部の剪断変形が大きくなり耐摩耗性能が低下する傾向が見られた。この点につき図４（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図４（ａ）に示すように、タイヤに駆動力が入力された際には、ベルトは踏み込み側（図に示す、タイヤの回転方向を示す矢印の先端側）で浮き上がり、蹴り出し側（図に示す、タイヤの回転方向を示す矢印の根元側）で沈み込む変形を引き起こすため、蹴り出しの際には陸部がより強い力で押し込まれることになる。またタイヤに駆動力が入力されると、図４（ｂ）に示すように細溝の溝底ではタイヤの変形が助長されるため、陸部におけるゴム流動がさらに増えて剪断変形は一段と大きくなる。細溝３ａ_１の溝幅が０．２〜１．０ｍｍであれば、駆動時における溝底でのタイヤの変形が抑制されるとともに、剪断変形する中央陸部３ａ_２が、この中央陸部３ａ_２よりも前方（タイヤの回転方向を示す矢印の先端側）に位置する中央陸部３ａ_２と、細溝３ａ_１において接触して剪断変形が抑えられるので、耐摩耗性能を向上させることが可能となる。上記範囲であれば溝幅が極端に狭くなりすぎず、タイヤの生産性が損なわれることもない。

周溝２の深さＨａ_２は、６．０〜８．０ｍｍ程度であり、細溝３ａ_１の深さＨａ_１は、
Ｈａ_２を基準とする比率にて０．５以上１以下とすることが好ましい。上記範囲であれば中央陸部３ａ_２の倒れ込みが大きくなりすぎることがなく、剪断変形を抑制することができる。

中央リブ３ａは、タイヤの幅方向中心（タイヤの赤道Ｅ）から中央リブ３ａのタイヤ幅方向最も外側となる幅端に至るまでの寸法Ｗ_３が、タイヤの幅方向中心からトレッド部１のタイヤ幅方向最も外側となる幅端に至るまでの寸法Ｗ_４の２０〜４０％の範囲に位置することが好ましい。図示の例でトレッド部１は、中央リブ３ａとショルダーリブ３ｂのみからなるものであるが、上記範囲に中央リブ３ａを配置し、この中央リブ３ａとショルダーリブ３ｂとの間に第２の中央リブ（複数であってもよい）を設ける場合には、各リブを構成するそれぞれの陸部の接地面の面積、長さ及び幅をタイヤの赤道Ｅからタイヤ幅方向外側に向けて次第に大きくなるように配置して、ゴムの流動量を抑制しつつ径差の影響も抑えることが可能となり、耐摩耗性能の最適化を図ることができる。

中央陸部３ａ_２の幅Ｗａ_２は、１０〜２０ｍｍであることが好ましい。中央陸部３ａ_２の長さＬａ_２及び幅Ｗａ_２のいずれか一方を大きくしすぎると、接地面の面積Ｓｂとの関係上、他方が小さくなりすぎるため、陸部の形状が極端に細長くなってしまい操縦安定性に影響を及ぼすおそれがあるが、上記の範囲であればタイヤの性能を維持したまま、優れた耐摩耗性能を得ることができる。

中央陸部３ａ_２は、図２（ａ）、（ｂ）に示す長さＬａ_２及び幅Ｗａ_２が、溝深さ（中央陸部の３ａ_２高さ）に対して１．５倍以上となっていることが好ましい。ここで溝深さとは、中央陸部３ａ_２を取り囲む周溝２の深さＨａ_２及び細溝３ａ_１の深さＨａ_１のうち、最も深いものをいう。この点につき、図５を参照して説明する。中央陸部３ａ_２の接地面の面積Ｓｂが小さくなりすぎると、中央陸部３ａ_２の剪断剛性が低下して倒れ込み（座屈）が生じ、中央陸部３ａ_２の接地端での接地圧は非常に高くなる一方、接地面での接地圧は低くなるため、グリップ力が減少して摩耗の進行がし易くなることが判明した。図５に示す、陸部のアスペクト比ＢＡｓ（中央陸部３ａ_２の高さ（溝深さ）に対する中央陸部３ａ_２の周方向長さＬｂ又は幅方向長さＷｂの割合）と陸部の剪断剛性との関係は、陸部のアスペクト比ＢＡｓが比較的大きな数値の場合は陸部の剪断剛性が大きく変化していないが、約１．５未満となるところで急激に低下する。すなわち、中央陸部３ａ_２の長さＬａ_２及び幅Ｗａ_２が、溝深さに対して１．５倍以上の場合には、所要とする陸部の剪断剛性が確保され、良好な接地性を得ることができる。

中央陸部３ａ_２は、周方向に縦長の形状とすることが好ましい。この点について図６（ａ）、（ｂ）を参照して説明すると、図６（ｂ）に示すように周方向に縦長の形状の場合には、中央陸部３ａ_２の側面において、タイヤ周方向を向く面Ｐ（自由表面Ｐ）の面積が、タイヤ幅方向を向く面Ｑ（自由表面Ｑ）の面積よりも小さくなり、荷重Ｆの負荷時にタイヤ周方向への膨出量に比べタイヤ幅方向への膨出量の割合を大きくすることができるので、図６（ａ）に示す場合に比べて中央陸部３ａ_２の蹴り出し側の摩耗をより効率的に低減することが可能となる。特に幅Ｗａ_２に対する長さＬａ_２の比率である縦横比Ａｓを１以上２以下とすることが好ましい。縦横比Ａｓを１未満とした場合には、中央陸部３ａ_２がタイヤ幅方向に細長い横長形状となって、タイヤ周方向の荷重入力に対抗する中央陸部３ａ_２の剪断剛性が低下するおそれがあり、縦横比Ａｓが２を超える場合には、中央陸部３ａ_２の接地面の面積Ｓｂとの関係上、中央陸部３ａ_２の幅Ｗａ_２が小さくなりすぎて操縦安定性が低下するおそれがあるが、上記の範囲であればタイヤの性能を維持したまま、優れた耐摩耗性能を得ることができる。

中央周溝２ａの溝幅Ｗ_１は外側周溝２ｂの溝幅Ｗ_２よりも幅が狭くなっていることが好ましい。タイヤの接地圧はタイヤの幅方向中央域において高く、幅方向外側に向かって徐々に低くなっている。溝幅が大きくなると陸部の接地面が減少し、各陸部の接地圧が上昇して剪断変形が大きくなるが、タイヤ幅方向中央域の溝幅Ｗ_１をタイヤ幅方向外側の溝幅Ｗ_２よりも幅を狭くしておけば、タイヤの全域に亘って接地圧を均等に近づけることができるので、耐摩耗性能の向上を図ることができる。

図２（ａ）に示すトレッドパターンであって、表１に示す組み合わせとなる、サイズが
１９５／６５Ｒ１５のタイヤを試作した。このタイヤをサイズが６Ｊ−１５となるリムに組み込み、乗用車の駆動輪、遊輪の両方に装着し、テストコースを走行して耐摩耗性能について調査を行った。
このときの空気圧は２１０ｋＰａであり、タイヤ負荷荷重は４．４１ｋＮであった。結果を表１に併せて示す。

耐摩耗性能は、テストコースで乗用車を実走させ、１００００ｋｍ走行後の駆動輪と遊輪の摩耗量を所定位置においてそれぞれ測定し、これらの磨耗量を平均化してトレッド部全体の摩耗量として調査を行った。細溝の溝幅を２ｍｍに設定したタイヤ（比較タイヤ１）の摩耗量を１００として、結果を表１に指数で示した。数値が大きいほど耐摩耗性能が高いことを示す。

その結果、中央陸部の接地面積が大きすぎるタイヤ(比較タイヤ１)、中央リブの範囲が好ましい設定より外れるタイヤ（比較タイヤ２、３）は、十分な耐摩耗性能を得ることができない。一方これらがともに好ましい設定となるタイヤ(適合タイヤ１、２)は、耐摩耗性能に優れていることが確認された。特に細溝の溝幅を０．５ｍｍとしたタイヤ(適合タイヤ１)は結果が特に良好であった。

本発明によれば、タイヤの接地時の陸部の変形に起因した摩耗を有利に低減でき、車両の駆動輪に装着しても十分な耐摩耗性能を備える空気入りタイヤを安定的に供給できる。

１ トレッド部
２ 周溝
２ａ 中央周溝
２ｂ 外側周溝
３ リブ
３ａ 中央リブ
３ｂ ショルダーリブ
３ａ_１ 細溝
３ａ_２ 中央陸部
３ｂ_１ ラグ溝
３ｂ_２ ショルダー陸部
Ｗａ_２ 中央陸部の幅
Ｌａ_２ 中央陸部の長さ
Ｗｂ_２ ショルダー陸部の幅
Ｌｂ_２ ショルダー陸部の長さ
Ｗ_１ 中央周溝の溝幅
Ｗ_２ 外側周溝の溝幅

Claims (4)

1. トレッド部に、タイヤの回転する向きに沿う複数本の周溝によって区画されたリブを有する空気入りタイヤにおいて、
   前記リブは、タイヤの幅方向の中央域に位置し、前記リブをタイヤの回転する向きに間隔をおいて分断して短尺陸部の集合体を形成する複数本の細溝を備えた中央リブと、前記中央リブを両側に挟み、前記リブをタイヤの回転する向きに間隔をおいて分断して短尺陸部の集合体を形成する複数本のラグ溝を備えたショルダーリブからなり、
   前記中央リブを形成する短尺陸部は、
   接地面の面積が、４５０ｍｍ^２以下であり、
   タイヤの回転する向きに沿う寸法が、前記周溝の溝幅の１．５倍以上であってかつ前記ショルダーリブを形成する短尺陸部のタイヤの回転する向きに沿う寸法よりも短く、
   タイヤの幅方向に沿う寸法が、前記ショルダーリブを形成する短尺陸部のタイヤの幅方向に沿う寸法よりも短い、
   ことを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記細溝の溝幅が、０．２〜１．０ｍｍである、請求項１記載の空気入りタイヤ。
3. 前記中央リブは、タイヤの幅方向中心から該中央リブの幅端に至るまでの寸法が、前記タイヤの幅方向中心から前記トレッド部の幅端に至るまでの寸法の２０〜４０％になる、請求項１又は２記載の空気入りタイヤ。
4. 前記中央リブの幅が、１０〜２０ｍｍである、請求項１〜３何れかに記載の空気入りタイヤ。

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