JP2014531365A - スノーおよびドライトラクションが改良されたトレッド付きタイヤ - Google Patents

スノーおよびドライトラクションが改良されたトレッド付きタイヤ Download PDF

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Abstract

本発明は、一般に好適なスノーおよびドライトラクションを与える構成および/または特性を有するトレッドを備えるタイヤに関し、より詳細には、接地面でのサイプ密度についての最大値と、接地面での横溝密度についての最小値と、縦接触面比についての最小値とを有するトレッドを備えるタイヤに関する。ある実施形態では、ピッチすなわちタイヤの周方向に沿ったトレッド幾何学的形状の繰り返し単位のピッチ長さがある範囲内にあり、トレッド深さが指定値以下である。これらの設計パラメータ範囲内にある構成を有するトレッド付きタイヤは、良好なレベルのスノーおよびドライトラクションを発揮するのが望ましい。【選択図】図1

Description

本発明は、一般に好適なスノーおよびドライトラクションを与える構成および/または特性を有するトレッドを備えるタイヤに関し、より詳細には、接地面でのサイプ密度についての最大値と、接地面での横溝密度についての最小値と、縦接触面比についての最小値とを有するトレッドを備えるタイヤに関する。ある実施形態では、ピッチすなわちタイヤの周方向に沿ったトレッド幾何学的形状の繰り返し単位のピッチ長さがある範囲内にあり、トレッド深さが指定値以下である。これらの設計パラメータの範囲内にある構成を有するトレッド付きタイヤは、良好なレベルのスノーおよびドライトラクションを発揮するのが望ましい。
当業者は、良好なスノートラクションと良好なドライトラクションとの両方を有するタイヤの設計に内在する妥協に精通している。例えば、ドライトラクションを改良する典型的な技術は、タイヤが路面をより効果的に把持しやすいように、スカルプチュアの剛性までの多少の増加させることを伴う。また、トレッド自体の幾何学的形状を、トレッドがより幾何学的に剛性が高くなるように変更することができる。これを、サイプまたはラメラおよび/または溝等のトレッドに見られる空隙を除去することを含むいくつかの方法で達成することができる。ウエットトラクションおよび/またはハイドロプレーニングの防止に必要とされる溝によって規定されるリブおよび/またはトレッドブロックを有するトレッドでは、トレッドが接地面でより剛性が高くなるようにトレッドの深さを減少させてもよい。トレッドブロックが使用される場合には、タイヤが回転する方向であるタイヤの周方向におけるトレッドブロックの長さを増加させてもよい。
一方、タイヤのスノートラクションを改良するための典型的な方法は、タイヤのトレッドまたはスカルプチュアの剛性を低下させることであった。これを、トレッドコンパウンドのその係数等の材料特性を調整することを含むいくつかの方法で行うことができる。トレッドコンパウンドの係数を低下させることによって、トレッドは、より柔軟でよりしなやかになり、それによりトレッドは、よりよく雪に侵入して、路面を把持または路面に付着することができる。さらに、トレッドがより剛性が低くなるすなわちよりしなやかになるように、トレッドの幾何学的形状を変化させることができる。このことを、トレッドへのサイプまたはラメラおよび/または溝を含むスカルプチェアに空隙を付与することによって達成することができる。ウエットトラクションおよび/またはハイドロプレーティングの防止に必要とされる溝によって規定されるリブおよび/またはトレッドブロックを有するトレッドでは、接地面でより剛性が低くなるように、かつ溝が雪の消費のためにより大きな容積を有するようにトレッドの深さを増加させてもよい。トレッドブロックが使用されると、タイヤが回転する方向であるタイヤの周方向におけるトレッドブロックの長さを減少させてもよい。
図に示すように、これらの2つの性能と、これらの性能を最適化するのに必要とされるトレッドの関連するコンパウンド特性および幾何学的配置との間に明らかなかつ強い妥協がある。1つの先行技術の解決策は、夏時間対冬時間について異なるトレッドを使用することであった。この解決策は、春期間に夏タイヤの販売、製造、および配置、ならびに秋期間に冬タイヤの販売、製造、および配置を必要とする。これがタイヤ性能を最適化する優れた方法であるが、コストおよび業務の非効率という著しい欠点がある。言い換えると、これには、ユーザおよびタイヤ製造者が、一年中車両上で使用するために2組のタイヤを購入、装着、および製造するのに著しい費用がかかる。よって、オールシーズンタイヤの設計および販売は、夏タイヤおよび冬タイヤより人気が上昇してきた。
しかしながら、これには、上述した理由のため、ドライトラクションとスノートラクションとの両方に好適である特性を与え、かついずれかの性能を、他方の性能に悪影響を及ぼすことなく高めるという困難を克服するためにオールシーズンタイヤのトレッドが必要である。典型的には、オールシーズンタイヤは、季節タイヤの予想されるような強い性能に匹敵するスノートラクション性能とドライトラクション性能とを提供することができない。
よって、季節タイヤに匹敵する所望のレベルの性能を発揮するオールシーズンタイヤを一年中使用することができるように、スノートラクションとドライトラクションとの妥協を解決することができるタイヤのトレッドについての構造を見つけるのが望ましい。さらに、解決策が、同じトレッドコンパウンドを用いるトレッドの幾何学的配置のある種の最適化を伴うと有利であるだろう。
横方向と、縦方向と、径方向とを規定するタイヤで使用するトレッドを備える装置であって、トレッドは、トレッド要素およびサイプと、横溝と、縦溝とを有し、かつ関連するサイプ密度と、横溝密度と、縦CSRとを有し、サイプ密度は、40mm-1未満であり、横溝密度は、35mm-1以上であり、縦CSRは、.85以上である。
装置は、トレッド深さが8.5mm未満のトレッドを備えてもよく、該トレッド深さは、実際には8mmであってもよい。
場合によっては、トレッドは、関連するピッチ長さを有するピッチをさらに備え、該ピッチ長さは、15mm〜35mmである。好ましくは、ピッチ長さは、19〜29mmであってもよい。
トレッドを使用するタイヤは、205/55R16サイズのタイヤであってもよい。
そのような場合、トレッドは、幅が8mm〜10mmである2つの周溝を有してもよい。また、そのサイプは、タイヤの縦方向に互いに約10mm離れていてもよい。このトレッドは、幅が3mm〜5mmであるさらに2つの周溝を有してもよい。
場合によっては、トレッド要素は、トレッドブロックの形である。
他の応用では、縦CSRは、実際.87である。場合によっては、横溝密度は、38mm-1である。
さらに他の実施形態では、サイプ密度は、20mm-1である。
ある実施形態では、サイプ密度、横溝密度、および縦CSRの最適化に加えて、タイヤの肩領域のサイプ間距離とタイヤの中央領域のサイプ間距離との間に変動があってもよい。特に、縦方向で測定されるタイヤの肩領域に見られる隣接するサイプ間で測定されるサイプ間距離は、縦方向で測定されるタイヤの中央領域に見られる隣接するサイプ間で測定されるサイプ間距離より大きくてもよい。また、複数の横溝上に、それらの横端縁に沿って見られる面取り部があってもよい。
本発明の上記および他の目的、特徴、および利点は、同じ参照番号が本発明の同じ部品を示す添付の図面に示すように、本発明の特定的な実施形態の次のより詳細な説明から明らかとなろう。
PRIMACY MXV4タイヤのフットプリントの上面図である。 図1のフットプリントの、その接地面およびそれに関連する領域ACをクロスハッチングを用いて示す上面図である。 図1のフットプリントを用いるピッチの例を示す。 ピッチのサイプ密度(SD)を図3のピッチを用いて計算する様子の例である。 ピッチの横溝密度(LGD)を図3のピッチを用いて計算する様子の例である。 図1のフットプリントの、その縦溝領域Alongを細いクロスハッチングを用いて示す上面図である。 図1のフットプリントについての量(AC−Along)によって表される領域をクロスハッチングを用いて示す。 本発明の第1実施形態によるタイヤのフットプリントの上面図である。 図8のフットプリントの、その接地面およびそれに関連する領域ACを示す上面図である。 図8のフットプリントを用いるピッチの例を示す。 ピッチのサイプ密度(SD)を図10のピッチを用いて計算する様子の例である。 ピッチの縦溝密度(LGD)を図10のピッチを用いて計算する様子の例である。 図8のフットプリントの、その縦溝領域Alongを示す上面図である。 図8のフットプリントについての量(AC−Along)によって表される領域をクロスハッチングを用いて示す。 所与の横溝およびサイプ溝密度について、縦CSRを増加させることで、スノートラクション対ドライトラクション/制動の妥協を解決することを示すグラフである。 図8のフットプリントを作成する実際のトレッドの部分上面図である。 本発明の第2実施形態によるトレッドの部分斜視図である。 本発明の第3実施形態によるトレッドの実際のトレッドの部分上面図である。 本発明(図19〜図21)の最適化されたパラメータのウインドウの範囲内にあるシナリオの分類と、ドライ制動およびスノートラクション(図22)におけるそれらに関連する予測性能を示す。 本発明(図19〜図21)の最適化されたパラメータのウインドウの範囲内にあるシナリオの分類と、ドライ制動およびスノートラクション(図22)におけるそれらに関連する予測性能を示す。 本発明(図19〜図21)の最適化されたパラメータのウインドウの範囲内にあるシナリオの分類と、ドライ制動およびスノートラクション(図22)におけるそれらに関連する予測性能を示す。 本発明(図19〜図21)の最適化されたパラメータのウインドウの範囲内にあるシナリオの分類と、ドライ制動およびスノートラクション(図22)におけるそれらに関連する予測性能を示す。
図1〜図14は、動作荷重下にあるタイヤのフットプリントのインクプロットである。したがって、図示の大きさは、非偏向状態のタイヤの大きさとわずかに異なることを理解すべきである。明確にするために、図1〜図14に関連する所与の大きさについての全ての値は、偏向状態のタイヤについてのものである。乗用車については、乗用車用タイヤのフットプリントについて、該タイヤに、35psigのタイヤ圧で、タイヤの側壁上に刻印されているような最大荷重の85%で荷重がかけられているときに測定が行われる。軽トラックについては、軽トラック用タイヤのフットプリントについて、該タイヤに、タイヤの側壁上に刻印されているような関連タイヤ圧で、タイヤの側壁上に示すような(単一)最大荷重の85%で荷重がかけられているときに測定が行われる。
縦または周方向Xは、それに沿ってタイヤが転動または回転しかつタイヤの回転軸に垂直であるタイヤの方向である。
横方向Yは、そのトレッドの幅に沿った、タイヤの回転軸に実質的に平行であるタイヤの方向である。
径方向Zは、その側面から見たタイヤの、タイヤの略円環形の径方向に平行でありかつその横方向に垂直であるタイヤの方向である。
溝とは、トレッドの頂面から通じ少なくとも2.0mmだけ離れている2対向側壁を有するタイヤのトレッドの任意のチャンネルを意味し、すなわち該チャンネルの頂部開口とその底部間の側壁を分離する平均距離は、平均2.0mm以上であることになる。横溝とは、縦方向に対して斜めの方向に延在する溝を意味する。縦溝とは、実質的に縦方向に延在する溝を意味する。
サイプとは、任意の切り込みであって、2.0mm未満であり、タイヤが地面上を転動するにつれて該切り込みを含むトレッドブロックまたはリブが転動してタイヤの接地面に出入りするように時々接触する側壁を有する。
トレッド要素とは、地面に接触するトレッドに見られる構造上の特徴の任意の種類または形状を意味する。トレッド要素の例は、トレッドブロックおよびリブである。
リブとは、タイヤの実質的に縦方向Xに伸び、実質的に横方向Yに伸びる任意の溝またはそれに対して斜めの任意の他の溝によって遮断されないトレッド要素を意味する。
トレッドブロックとは、1つ以上の溝によって規定される外周を有し、トレッドに分離構造を生じさせる、トレッド要素を意味する。
フットプリントとは、タイヤが転動するときのタイヤと地面または路面との間の接触面積を意味する。その面積は、道路または地面に実際に接しない面積を除く。タイヤのフットプリント100を図1に示し、そこに示すトレッドの各トレッド要素の蛇行外周で規定する。そのため、その領域は、図示のクロスハッチング領域と等価である。それに対して、接地面102は、フットプリント内に見られる空隙の量で規定されず、線104で表記する図2に示す領域の外周で規定される。図2に最もよく見られるように、接地面ACの面積は、そこに見られるいかなる空隙にも影響されない線104に囲まれた領域である。
ピッチ106とは、タイヤの周囲の円形アレイに配置されるタイヤトレッドの繰り返し幾何学模様を意味する。多くの場合、これらのピッチは、タイヤトレッドの幾何学的形状を成形および硬化する金型の周囲の円形アレイにも配置される同一金型部品を用いて成形される。タイヤのフットプリント100のピッチ106の例については図3を参照されたい。場合によっては、本明細書のように、タイヤのトレッドパターンを、各々がタイヤの周囲で繰り返される多数の特有の幾何学模様すなわちピッチから構成することができる。第1ピッチ106は、2回繰り返され、他のピッチ106’に隣接することに注目されたい。ピッチ間のこの差は、1つのトレッドブロック108がピッチ106について同じ位置にある間、ピッチ106’の中間列107のトレッドブロック109に2つのトレッドブロック108’があるのを見れば最も顕著である。この2−1パターンは、タイヤの周囲で繰り返される。
サイプ密度(SD)とは、サイプ(LS)の全突出長さを、例えば空隙があるため地面に実際に接していない該サイプの面積にかかわらず、1ピッチの接地面(AP)の近似面積で割った値を意味する。図4に示すように、この近似面積(AP)は、図3に最もよく見られるように、フットプリントの最も左の範囲からフットプリントの最も右の範囲まで横Y方向で測定されたフットプリント幅(FW)に、ピッチの前縁を形成する横溝112の中点からピッチ112の後縁を形成する他の横溝112の中点まで縦方向Xで測定されたピッチ長さ(PL)を掛けて計算する。
サイプ(LS)の突出長さは、サイプの個々の長さを合計して計算する。路面またはX−Y平面上へZ方向に沿って突出が行われ、距離をY方向で測定する。長さをミリメートルで測定し、面積を平方ミリメートルで測定し、次に比に1000を掛ける。この関係を次の式で表すことができる。
ここで、計算の単位は、逆数ミリメートルである。この計算の例を、L1〜L15で表記する15のサイプ110がSDを計算するために用いられる図4に示す。2つのサイプ108が、図4に示すピッチ106の各トレッドブロック110に示されることに注目されたい。
トレッドパターンが異なるピッチから構成される場合には、トレッドパターンSipe Densityは、該トレッドパターンの各ピッチSipe Density(SDW)の加重平均である。重み付けは、トレッドパターンの周りの所与のピッチの円周比率に基づく。例えば、3つの異なるピッチがタイヤの周囲で用いられる状況では、加重平均を、以下の式2を用いて計算してもよい。
3つの異なるピッチが用いられる場合には、SDWを、次のデータを用いて、以下のように計算する。
ピッチ1の長さ:PL1
ピッチ1の番号:NP1
ピッチ1サイプ密度:式1を用いて計算するとSD1
ピッチ2の長さ:PL2
ピッチ2の番号:NP2
ピッチ2サイプ密度:式1を用いて計算するとSD2
ピッチ3の長さ:PL3
ピッチ3の番号:NP3
ピッチ3サイプ密度:式1を用いて計算するとSD3であり、式2は次のようになる:
さらなる例として、これらの変数が次の値:PL1=35mm、NP1=20、SD1=50、PL2=30mm、NP2=25、SD2=60,PL3=25mm,NP3=30,SD3=70を有する場合には、重み付けされたSDWを計算すると、60.23になる。
横溝密度(LGD)とは、横溝(LI)の全突出長さを、例えば空隙があるため地面に実際に接していない該横溝の面積にかかわらず、1ピッチの接地面(AP)の全面積で割った値を意味する。この近似面積(AP)は、サイプ密度(SD)について上で述べたのと全く同様に、横方向Yで測定されたフットプリント幅(FW)に、縦方向Xで測定されたピッチ長さ(PL)を掛けて計算するとともに、横溝の突出長さは、該横溝の個々の長さを合計して計算する。路面またはX−Y平面上へZ方向に沿って突出が行われ、距離をY方向で測定する。長さをミリメートルで測定し、面積を平方ミリメートルで測定し、次に比に1000を掛ける。この関係を次の式で表すことができる。
ここで、計算の単位は、逆数ミリメートルである。この計算の例を、L1〜L8で表記する8つの横溝がLGDを計算するために用いられる図5に示す。これらの横溝112の存在が、実際には正X方向または逆X方向に示すピッチに直ぐ隣接していることに注目されたい。言い換えると、横溝は、実際に示されていないが、図3に示すピッチ106の最も前方の範囲か最も後方の範囲かを規定する線に追従することによって見られる。また、計算を、ピッチを規定する1組の横溝のみについて行うが、両方については行わない。
トレッドパターンが異なるピッチから構成される場合には、トレッドパターンLateral Groove Densityは、該トレッドパターンの各ピッチLateral Groove Densityの加重平均である。重み付けは、トレッドパターンの周りの所与のピッチの円周比率に基づく。例えば、3つの異なるピッチがタイヤの周囲で用いられる状況では、加重平均を、以下の式4を用いて計算してもよい。
3つの異なるピッチが用いられる場合には、LGDWを、次のデータを用いて、以下のように計算する。
ピッチ1の長さ:PL1
ピッチ1の番号:NP1
ピッチ1横溝密度:式3を用いて計算するとLGD1
ピッチ2の長さ:PL2
ピッチ2の番号:NP2
ピッチ2横溝密度:式3を用いて計算するとLGD2
ピッチ3の長さ:PL3
ピッチ3の番号:NP3
ピッチ3横溝密度:式3を用いて計算するとLGD3
さらなる例として、これらの変数が次の値:PL1=35mm、NP1=20、LGD1=50、PL2=30mm、NP2=25、LGD2=60,PL3=25mm,NP3=30,LGD3=70を有する場合には、重み付けされたLGDを計算すると、60.23になる。
縦接触面積比(縦CSR)とは、縦溝の接触面積比を意味する。これはどの時点でも、タイヤが転動するときに接地面に見られる縦溝(Along)の全突出面積を、例えば、空隙があるため地面に実際に接していない該縦溝の面積にかかわらず、接地面(AC)の全面積で割った値である(Alongの例については図6を参照)。路面またはX−Y平面上へZ方向に沿って突出が行われる。両方の面積を、平方ミリメートルで測定する。この関係を、次の式で表すことができる。
ここで、式は、無次元数を生成する。図1のフットプリントについての(ACmm2−Alongmm2)の量の例を、図7のクロスハッチング領域で示す。
本発明の実施形態は、スノートラクション性能とドライトラクション性能との間に見られる妥協を解決するために、タイヤのトレッド上に見られるトラッド要素の剛性を修正する構造を含む。以下で論じる実施形態の1つ、全て、または任意の組み合わせが、その用途によっては、これらの所望の性能を達成するために満足のいくものであることに注目すべきである。また、これらの技術を、トレッドブロックおよびリブを含む多数のトレッド要素に対して用いることができる。
図1を再度見ると、オールシーズンタイヤ上で以前から用いられていたタイヤのトレッドのフットプリントの上面図が見られる。これは、商標PRIMACY MXV4の下で本発明の出願人によって現在販売されている205/55R16サイズのタイヤである。このタイヤは、6つの縦溝114と、2つの中間列107のトレッドブロック108と、2つの中央リブ116と、4つの肩列118のトレッドブロック108とを有する。縦溝の幅は、トレッドの中央では8mm〜10mmであり、トレッドの肩部に見られる溝については約数ミリメートルであり、隣接するサイプ110間の距離は、縦X方向で平均約8.5ミリメートルである。
図2〜図7を再度参照して、サイプ密度と、横溝密度と、縦CSRとを含むこのタイヤについて上で規定した設計パラメータを規定するおよび/または計算するために用いられる部品を示す。図2では、接地面の全表面積すなわちACを、線104で囲んで示すとともに、図3は、その周囲で繰り返されるこのタイヤについてのピッチを規定する。図4および図5は、サイプおよび横溝の長さを測定するために用いられる長さ部分を示す。図6は、Alongを計算するために用いられる輪郭領域で示される表面積を示す。最後に、図7は、クロスハッチングパターンを用いて、図1のフットプリントについての(ACmm2−Alongmm2)の量を示す。ピッチの数およびトレッド深さは、このタイヤについてのこれらの図面のいずれにも示されていないことに注目されたい。
それに対して、図8は、本発明の実施形態のフットプリント200を示す。このトレッドは、205/55R16サイズのタイヤと共に使用され、4つの縦溝214によって分離される、3つの中央列207のトレッドブロック208および2つの肩列208のトレッドブロック208を有する。溝の幅は、2つの中央縦溝については約9mmであり、外側の2つの縦溝については約3.5mmであり、サイプ210とトレッドブロック208の端縁との間の距離は、縦X方向において約10mmである。トレッドブロックは、一般的ならせん状配向を有する横溝212によってさらに規定される。
上で述べたのと同様に、図9〜図14は、サイプ密度と、横溝密度と、縦CSRとを含むこのタイヤについて上で規定した設計パラメータを規定するおよび/または計算するために用いられる部品を示す。図9では、接地面202の全表面積すなわちACを、線204で囲んで示すともに、図10は、このタイヤについてのピッチ206の定義を示す。PRIMACYT MXV4とは違って、1つのピッチのみタイヤの周囲で繰り返される。図11および図12は、サイプ210および横溝の長さを測定するために用いられる長さ部分を示す。図13は、Alongを計算するために用いられるクロスハッチング領域で示される表面積を示す。最後に、図14は、クロスハッチングパターンを用いて、図8のフットプリントについての(ACmm2−Alongmm2)の量を示す。ピッチの数およびトレッド深さは、このタイヤについてのこれらの図面のいずれにも示されていないことに注目されたい。
図1に示す先行技術のトレッドおよび図8に示すような本発明の実施形態によって構成されるトレッドについてのこれらのパラメータの計算値を、以下の表1に示す。サイプ密度と、溝密度と、縦CSRとに加えて、X方向のタイヤの円周に沿って繰り返される各ピッチまたは幾何学模様に関連しているピッチ長さならびにトレッド深さを含むさらなる設計パラメータも挙げる。より浅いトレッド深さは、ドライ制動を改良するが、スノーフラクションを悪化させる。縦CSRを維持しつつピッチの数を減らすかピッチ長さを増加させると、ドライ制動は良くなり、スノートラクションは悪くなる。多くの場合、ピッチすなわちタイヤトレッドの繰り返し幾何学模様を作製する成型品は、多数組が用いられるように同一である。したがって、ピッチの数は、通常トレッドを形成するために用いられる同一の成形品の数に等しい。
PRIMACY MXV4が、その周囲の2−1繰り返しシーケンスに配置される異なる2ピッチを用いるが、実施形態#1はその周囲で繰り返される1ピッチしか用いないので、PRIMACY MXV4タイヤの平均化されたサイプ密度および横溝密度を、式2および4を用いて重み付して計算するとともに、実施形態#1のサイプ密度および横溝密度を、それぞれ式1および3を用いて計算した。したがって、異なる構成を有する多数のピッチ付きタイヤが、式2および4と同様の加重平均手法を用いて計算されたそれらのサイプ密度と横溝密度とを有し、これらの値が、それらの性能を判定しかつそれらが添付の特許請求の範囲でカバーされるかどうか判定すると考えられている。
*特許出願における誤字の修正
図に示すように、以前のタイヤは、本明細書で論じた本発明の第1実施形態より長いピッチ長さと、ほぼ同じトレッド深さと、より低い縦CSRと、より低い横溝密度と、より高いサイプ密度とを有する。これらのパラメータを構成する部品を図式化して示すそれぞれの図面を見ると、これらのタイヤ間でのそれらのトレッドの幾何学的配置におけるコントラストが明らかである。例えば、実施形態#1の横溝間距離は、PRIMACY MXV4タイヤについての横溝間距離未満である。実際に、PRIMACY MXV4タイヤが、先行技術を代表するものであり、よって基準タイヤとして選択されたと発明者は考えている。本発明者によって行われた調査により、現在市販されている典型的なオールシーズンタイヤは、35mmより大きいピッチ長さと、30未満である横溝密度と、.85未満である縦CSRとを有することがわかる。以下から明らかなように、これらのパラメータの一つ以上を変更することで、重要かつ予想外の結果が得られる。
PRIMACY MXV4タイヤと本発明の第1実施例によるタイヤとの両方を、ドライ制動およびスノートラクションにおいて検査した。すなわち、それらは、検査のためにタイヤが装着されている車両について60MPHから0MPHまで制動するのに必要な距離を測定することによってドライ制動について検査した。この検査は、ドライアスファルト面上で急制動して行われる。任意には100に設定される基準タイヤの値より大きい値は、改良された結果、すなわち、より短い制動距離および改良されたドライグリップを示す。スノートラクションを、当該技術分野において周知である(ASTM F1805としても既知である)GMスピン検査を用いて測定した。検査結果を、以下の表2に示す。当業者には予想外であるが、約4%のドライ制動と約28%のスノートラクションとの両方の増加が達成された。スノートラクションの予想外の改善量、特に28%の増加だけでなく、ドライトラクションとスノートラクションとが同時に改良されたということにより、スノートラクションとドライトラクションとの妥協を解決する重大な結果が、少なくとも一つにはこれらの設計パラメータを変更することによって達成されたことがわかる。
本発明者らは、設計パラメータを変更する、特に、縦CSRを増加させ、横溝密度を増加させかつサイプ密度を減少させることによって、雪を消費しかつスノートラクションを増加させるしなやかなトレッドを提供するのに必要な空隙を、ドライトラクションにマイナスの影響を及ぼすことなく使用することができると考えている。ドライトラクションにマイナスの影響を及ぼす多数のサイプを使用する代わりに、より少ないサイプを使用し、より多くの溝を使用する。このように、低サイプ密度を有するとともに、雪の消費に十分な空隙も有するスカルプチュアは、好適には剛性が高い。したがって、ドライトラクションは、悪影響を及ぼされず、実際に改良されるとともに、同時にスノートラクションも改良された。
ところで図15を見ると、スノートラクションとドライトラクション/制動との妥協を解決した方法をよりはっきりと見ることができる。このグラフにより、所与の横溝およびサイプ密度について、スノートラクションとドライトラクションとの間にほぼ線形関係があることがわかる。このことは、所与の横溝密度およびサイプ密度について、溝およびサイプの大きさおよび位置によっては、ドライトラクションとスノートラクションとの間に、1つの性能を改良することによって他の性能に悪影響が及ぼされるような強い妥協があることを意味する。しかしながら、縦CSRを増加させることによって、この線形関係は、グラフに示すように右にずれて、この妥協を解決し、スノートラクションを改良するとともに、ドライトラクション/制動を維持する。トレッド剛性は、一次効果があるので、サイプ密度と溝密度との合計の逆数に比例する。溝の効率は、スノートラクションについてのサイプの効率より高いので、横溝密度および縦溝CSRを増加させかつサイプ密度を低下させることにより、スノー性能を高めるとともに、同時にトレッドの剛性の増加によりドライ性能も改良される。
実際に、この改良は、サイプ密度、横溝密度、および縦CSRの最適化だけでなくトレッドのさらなる特徴に起因している。例えば、第1実施形態の実際のトレッド200の一部分を示す図16に戻ると、該トレッドには、この場合トレッドブロック207の中央列である周方向Xのタイヤトレッドの中央部分、およびこの場合肩列のトレッドブロック208であるタイヤトレッドの肩部分に見られるサイプ210間の距離にばらつきもある。特に、トレッドの中央領域より肩領域で、縦方向Xに隣接するサイプ間の距離が大きいのが望ましい。前に述べたように、サイプ間の距離は、トレッドの縦方向Xでほぼ10mmである。肩部分にはサイプが無く、このことはサイプ間に無限遠の距離があることと等価であることに注目されたい。タイヤの肩領域のサイプ間の距離の増加は、ドライ制動性能に悪影響を及ぼすことなくスノートラクションにプラスの影響を及ぼす。トレッドの中央部分に見られるサイプ間の距離が、トレッドの肩部分と比べて少なくとも半分であれば理想的である。
同様に、ドライ制動とスノートラクションとの両方を改良するのに役立つ他の特徴が存在する。この特徴は、面取り部216を、タイヤの横溝214の横端縁に追加することである。面取り部が、タイヤの円周の正接と45度の角度をなし、しかも1.5mm×1.5mmの構成であって、面取り部の長さを横溝のスイープ軸に垂直な方向で測定し、深さをZ方向で測定すると理想的である。スノートラクションの改良を最適化するためには、溝のスイープ軸に垂直な方向で測定した横溝の幅が、2mmと4mmとの間であるのが理想的である。この技術に関するより以上の情報は、本発明の出願人によって共同所有されている公開特許出願第WO2011062595(A1)号明細書に見られる。
本発明の発明者らは、シュミレーションツールを用いて、タイヤの中央部分と肩部分との間のサイプ間距離の変動および面取り部の特徴によって与えられるスノートラクションとドライトラクションへの相対寄与を決定し、サイプ密度、横溝密度、および縦CSRを最適化することによって与えられる実際の寄与を計算することができるように、それらを観察された検査済み性能から減じた。以下の表3に、この情報を示す。
図に示すように、13%のスノートラクションの最も大きな利得および1.5%のドライトラクションの最も大きな利得は、サイプ密度、横溝密度、および縦CSRの最適化によって達成されている。また、ドライ制動とスノートラクションとの両方が同時に改良されたが、これは本発明がスノートラクションとドライトラクションとの妥協を実際に解決していることを示し、驚くべき結果である。
図17は、肩領域にサイプがなく縦溝も一切ない横溝312の山形模様を用いる205/55R16サイズのタイヤである本発明のトレッド300の第2実施形態を示す。横溝の幅が2.5mm〜6mmであり、横溝がタイヤの中心近くで周方向となすスイープ角がほぼ45度であり、肩領域の近くでなす角度は90度に近づいている。横溝312は、第1実施形態について説明したのと同様に構成された面取り部316も有する。最後に、サイプ310からトレッドブロックまたは横溝の端縁までの距離は、縦方向Xでほぼ9.5mmである。PRIMACY MXV4タイヤと第2実施形態の間で上で規定したように計算する設計パラメータの相対比較を、以下の表4に示す。
*特許出願における誤字の修正
図に示すように、これらのそれぞれのタイヤについてサイプ密度と、横溝密度と、縦CSRとの間に著しい差がある。第2実施形態の検査を行い、そのスノートラクション性能およびドライトラクション性能を、PRIMACY MXV4タイヤと比較し、さまざまな特徴の両性能の改良への相対寄与を、上記の第1実施形態について用いたのと同様の方法で計算した。このデータを、以下の表5に示す。
本実施形態は、その最も高い利得として、5%および50%のドライトラクションとスノートラクションとの両方について、サイプ密度、横溝密度、および縦CSRの最適化に起因しているものを有する。また、スノートラクションとドライトラクションとの妥協は、両性能が同時に改良され、スノートラクションにおける50%の利得が驚くほど高いときに解決されることが示された。したがって、これらの結果は、当業者にとって重大かつ驚くべきものである。
さらに、第3実施形態を、図18に示す。本実施形態は、205/55R16サイズのタイヤについて、らせん状配向横溝412と、該らせん状配向横溝412のいくつかを接続する一連の角のある横溝414と、複数の横溝412上の面取り部416と、トレッドブロックの肩列408でのサイプ410間距離12mmと、トレッドブロックの中央列407でのサイプ410間距離7.5mmとを有するトレッド400を備える。横溝の幅は、2.5mm〜8mmである。PRIMACY MXV4タイヤと第3実施形態との間で上で規定したように計算した設計パラメータの相対比較を、以下の表6に示す。
*特許出願における誤字の修正
また、これらのそれぞれのタイヤについて、サイプ密度と、横溝密度と、縦CSRとの間に著しい差がある。第3実施形態の検査を行い、そのスノートラクション性能とドライトラクション性能とを、PRIMACY MXV4タイヤと比較し、さまざまな特徴の両性能の改良への相対寄与を、上で第1実施形態について用いたのと同様の方法で計算した。このデータを、以下の表7に示す。
これらの結果を見ると、3組の特徴全てを用いることによって、ドライ制動が本質的に維持され、スノートラクションが66%だけ増加したように思われる。これにより、このタイヤは、良好なスノートラクションを必要としかつドライ性能の改良を受けることができない人にとって有力な候補となる。しかしながら、調整された数により、本実施形態が、サイプ密度、横溝密度、および縦CSRの最適化のためドライ制動において3.5%を失ったことがわかる。この減少は、一つには、第1および第2実施形態の下方トレッド深さと比較してトレッド深さが9mm増加したことに起因している。これにもかかわらず、本発明の最適化により、スノートラクションが49%改良された。スノートラクションのこの大きな増加は、当業者にとってさらに驚くべきことである。
本発明者らは、上記と同じシミュレーションツールを用いて、指定された縦CSRと、サイプ密度と、横溝密度とを有するさまざまなシナリオを策定することによってこれらの驚くべき結果を与えるパラメータのウインドウを決定するとともに、CSRおよびトレッド密度等の他の設計パラメータを同一に維持する。次に、これらのシナリオを、それぞれのスノートラクション性能とドライ制動性能とを示すグラフ上にプロットする。
図19〜図22を見ると、横溝密度が35mm-1以上であり、サイプ密度が40mm-1未満であり、縦CSRが.85以上である場合には、タイヤトレッドのスノートラクションとドライトラクションとを改良することができることがわかる。これらの図面によって、これらのパラメータがこれらの範囲内である場合には、スノートラクションの改良が、ほぼ常に達成され、多くの場合、ドライ制動も改良され、スノートラクションとドライ制動との妥協を解決することがわかる(図22に最もよく見られる)。これは、本発明のウインドウの範囲内に入る日時点と、本発明のウイのンドウの範囲外である日時点との相関を見ることによってわかる。ドライ制動にわずかにマイナスの影響が及ぼされる場合には、実施形態#3の場合と同様、これを、タイヤの中央領域と肩領域との間のサイプ間距離の変動を用いるおよび/または横溝に面取り部を付加すること等、他の特徴を付加することによって否定することができる。発明者らは、前で挙げた理由で、ピッチすなわち同一のトレッド幾何学模様の繰り返しの平均ピッチ長さが、15mmと35mmとの間であり、好ましくは19mmと29mmとの間であり、かつトレッド深さが、8.5未満であれば有効であるとも考える。
図に示すように、本発明のある実施形態は、組み合わせてまたはそれだけで、ドライ性能とスノー性能との妥協を解決するのに役立つ。よって、本明細書で論じた実施形態の異なる組み合わせは、発明者によって想定され、本開示の一部と考えられ、異なるタイヤ応用に役立つかもしれない。例えば、縦CSR、サイプ密度、および横溝密度の指定範囲の値を有するだけで、本発明を実施するのに十分であると思われる。
本発明をその特定の実施形態を参照して説明してきたが、そのような説明が制限としてではなく実例としていることを理解すべきである。例えば、本発明を、さらなる改良をもたらすためにトレッドゴムの材料特性と組み合わせることができる。同様に、本発明を、リブおよびトレッドブロックを含む全ての種類のトレッド要素を有するタイヤに応用することができる。さらに、特定の大きさが挙げられているが、これらの大きさに対して調整を行い、かつ本発明の精神を実施することは十分当業者の範囲内である。よって、本発明の範囲および内容は、添付の特許請求の範囲によってのみ規定されるべきである。

Claims (15)

  1. 横方向と、縦方向と、径方向とを規定するタイヤで使用するトレッドを備える装置であって、前記トレッドは、トレッド要素およびサイプと、横溝と、縦溝とを有し、かつ関連するサイプ密度と、横溝密度と、縦CSRとを有する装置であって、
    前記サイプ密度は、40mm-1未満であり、
    前記横溝密度は、35mm-1以上であり、
    前記縦CSRは、.85以上である、装置。
  2. 前記トレッドは、トレッド深さが8.5mm未満である、請求項1に記載の装置。
  3. 前記トレッドは、関連する平均ピッチ長さを有する複数のピッチをさらに備え、前記ピッチ長さは15mm〜35mmである、請求項1に記載の装置。
  4. 前記トレッドは、205/55R16サイズのタイヤで使用される、請求項1に記載の装置。
  5. 前記トレッドは、幅が8mm〜10mmである2つの周溝を有する、請求項4に記載の装置。
  6. 前記トレッドは、タイヤの縦方向に互いに約10mm離れているサイプを有する、請求項5に記載の装置。
  7. 前記トレッドは、幅が3mm〜5mmである2つの周溝を有する、請求項6に記載の装置。
  8. 前記トレッドは、トレッドブロックの形のトレッド要素を有する、請求項1に記載の装置。
  9. 前記トレッド深さは、8mmである、請求項2に記載の装置。
  10. 前記ピッチ長さは、29mmである、請求項3に記載の装置。
  11. 前記縦CSRは、.87である、請求項1に記載の装置。
  12. 前記横溝密度は、38mm-1である、請求項1に記載の装置。
  13. 前記サイプ密度は、20mm-1である、請求項1に記載の装置。
  14. 前記縦方向で測定されるトレッドの肩領域の隣接するサイプ間のサイプ間距離は、縦方向で測定されるトレッドの中央領域の隣接するサイプ間のサイプ間距離より大きい、請求項1に記載の装置。
  15. 複数の横溝は、それらの横端縁に沿って位置決めされる面取り部を有する、請求項1に記載の装置。
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