JP3759237B2 - ねじれ内蔵のタイヤのトレッド要素 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空気タイヤの技術に関し、特に、個々のトレッド要素またはタイヤトレッド踏み面全体にトルクを発生させるトレッド要素を特徴とする空気入りタイヤの分野に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
タイヤ設計者が直面する難題の一つは「残留復原トルク」すなわち「ＲＳＡＴ」である。従来におけるタイヤトレッドはＲＳＡＴの望ましくない影響を減少させるように設計されていた。例えば、欧州特許出願第０，６０５，８４９号には、選択されたリブの側方の溝に抜き勾配をつけて修正することによってタイヤの残留復原トルクを補償することができると主張されているリブ型のタイヤトレッドが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、より優れそしてより有利な全体的成果を供しながら使用時に有効でありかつ他の点でも上述の問題を克服する新しい改良タイヤトレッドを設計することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によって、ＲＳＡＴの問題に取り組むのに相応しい新たな改良タイヤトレッドを備えた新しい改良タイヤの設計が供される。。
【０００５】
【発明の実施の形態】
特に本発明によって、タイヤトレッドにおけるトレッド要素は、重心を有し、そしてこのトレッド要素が圧縮されたとき、図心を通る半径方向の線を中心に実トルクが生じる。
【０００６】
本発明のもう一つの側面においては、タイヤトレッドには、上面と複数の側面を有するトレッド要素が含まれる。これらの側面は、トレッド底面から半径方向外側に向かって伸び、そして交わって空間に曲線を描く縁を形成する。
【０００７】
本発明の更にもう一つの側面によれば、タイヤトレッドはトレッド要素を有する。このトレッド要素は、トレッドの底面から半径方向に向かってある間隔をおいて配置されている上面を有する。トレッド要素は上面と底面との間に伸びている複数の側面を有する。トレッドの底面は一般的に、トレッド面へのトレッド要素の上面の半径方向内側に向かう投影、すなわち底面への上面の投影である。トレッド要素の上面は、この上面の図心を通る半径方向の線を中心にして回転させたような形状であり、空間に曲線を形成する側面を有する。
【０００８】
本発明のその他の利益と利点は、以下の詳細な説明を読み理解すれば、本発明に関する技術に熟達している専門家には明らかであろう。
【０００９】
本発明はまた、本明細書と添付の請求の範囲の双方に適用される下記の定義によってよりよく理解できるであろう。「軸方向の」または「軸方向に」とは、当文書ではタイヤの回転軸に平行な線または平行な方向を指すために用いられる。「円周方向の」とは、軸方向に垂直な環状のトレッドの表面の周囲にそっている線または方向を指す。「円周方向の面」とは、タイヤの回転軸に垂直でかつそのトレッドの中央を通る面を指す。「踏み面」とは、速度ゼロでかつ標準荷重と標準圧力下における、平坦面とタイヤトレッドとの接触部分または接触域を意味し、これには、トレッド要素と溝とによっても占められている区域が含まれる。
【００１０】
「側方」とは、軸方向という意味である。「先行」とは、好ましい方向にタイヤが回転しているとき、次々と地面に接触するトレッドの一連の部分または一部の内で、最初に地面に接触するトレッドの部分または一部を指す。「内側のトレッド面」とは、突出しているトレッドラグとトレッドラグとの間のトレッド部分を指す。「外側のトレッド面」または「地面に食い込む面」とは、突出しているトレッドラグの半径方向において最も外側の面を指す。「半径方向の」または「半径方向に』とは、放射状に、タイヤの回転軸に向かうか、またはこの軸から離れる方向を意味する。「後続」とは、好ましい方向にタイヤが回転しているとき、次々と地面に接触するトレッドの一連の部分または一部の内で、最後に地面に接触するトレッドの部分または一部を指す。
【００１１】
【実施例】
以下に幾つかの図面を特に参照して説明するが、これは本発明の好ましい１実施例を示す目的のためのみであって、本発明を限定する目的ではなく、図１〜１５は一般的にタイヤトレッドと、タイヤのトレッド要素とを表し、またこれらのトレッド要素とタイヤトレッドの特性を示すグラフを表している。一般的に、タイヤの複数のトレッド要素は、互いに交じわって縁を形成する垂直方向に配向されている側面を有している。これらの縁は、一般的に半径方向にタイヤの回転軸に向かう直線である。本発明は、タイヤの残留復原トルク（ＲＳＡＴ）に対応するために特に構成されている。本発明の１実施例においては、タイヤのトレッド要素は「ねじられた」配向を利用したもので、このトレッド要素の複数の側面は実際に空間で屈曲している面であり、そして空間に曲線を描く縁を形成するように交わる。このトレッド要素の配向を理解するには、上面が底面に対してある角度だけねじれているゴム製の立方体ブロックを想像してみるとよい。
【００１２】
例えば、図１には、上面１０が底面（この図には示されていない）に対して回転しているゴム製のブロック２０が表示されている。側面１２は空間におけるねじれ面構造を有し、これらの縁１４は交わって空間に曲線を形成する。図１に示されているブロック２０では、このブロック２０は立方体の形状をなしている。立方体の構造は数学的計算を単純化するので、後に説明される有限要素分析のためにこうした構造が選択された。ブロック２０すなわちトレッド要素はもちろん、いかなる構造でもよく、当文書に開示されている本発明の基本的な原理と利点はいかなる構造にも適用され得る。図２には、図１と同じ「ねじられた」立方体のトレッド要素の側面が底面１６にそって示されている。図３においては、図１に示されているブロックが更に１０×１０×１０個の網目として表されている。体積を網目に分割することは一般的に、有限要素模型に関する分析には必要でありかつ有用である。トレッド要素の「ねじられた」状態は図３によって容易に判る。図４には、図３に示されているトレッド要素の側面が、その上面１０に対して直角にすなわち垂直にかけられた力によって変形され２０％圧縮された後における状態を示している。同様に、図５は同じ変形のある同じトレッド要素であるブロック２０の上面図である。
【００１３】
図６では、ねじられたブロック２０の垂直圧縮が実線２４によって示され、また一方、このグラフでは「正常な立方体」と呼ばれている、ねじられていない立方体の垂直圧縮は、破線２６で示されている。正常な立方体はいくらか堅固なので、ねじられたブロック２０は正常の立方体よりも大きく垂直方向にたわんでいる。
【００１４】
図７では、グラフはねじられたブロック２０が垂直軸を中心にトルクを発生させていることを示している。この特性は独特で新しいものであって、今までにＲＡＳＴの問題に取り組んだタイヤ設計者には利用されていなかったものである。例えば図７では、線２８は、ブロックのたわみが増すにつれて増大する垂直軸を中心に発生したポンド×インチ単位のトルクを示している。菱形のマークのある線３０は正常な立方体に発生する反応トルクを示していることに留意されたい。対照的に、「正常な立方体」のトレッド要素は、絶対にトルクを発生させない。線３０はグラフ２の水平軸に一致しており、正常な立方体は反応トルクを生成しないことを示している。ねじられたブロック２０のこうした特性、すなわち個々のトレッド要素またはトレッド踏み面にトルクを発生させる特性は、残留復原トルク（ＲＳＡＴ）によって生じる問題の解決に重要であると、考えられている。
【００１５】
本発明を検討しそして研究するために実施された有限要素分析によると、底面に対して上面が４５度回転しているこのような立方体に似るように修正された１インチ×１インチ（２．５４ｃｍ×２．５４ｃｍ）の正常な立方体は、５００ポンドの半径方向すなわち垂直の荷重をかけられたとき、約５ポンド×インチのトルクを発生させる。
【００１６】
図８および図９を説明すると、応力とひずみとそしてトルクとの関係を分析する様々な科学的方法がこれらのブロックに適用された。それぞれの場合において、適用された物質の法則に関係なく、図１に示されているねじられたブロック２０は一貫して、半径方向すなわち垂直方向にかけられた圧縮荷重によってトルクを発生することが示されている。図１０と１１によると、有限要素分析の結果は、用いられている網目の密度に関係なく、本質的に同じであった。
【００１７】
より現実的なトレッド要素の形態に初期の有限要素分析を適用するために、図１２Ａと１２Ｂ、そして図１３Ａと１３Ｂに示されているトレッド要素が開発された。各トレッド要素のための有限要素の網目もまた開発された。図１２Ａと１２Ｂに示されているトレッド要素４８は１５度のねじりがあるが、図１３Ａと１３Ｂに示されているトレッド要素４８は５度のねじりがある。図１４に示されているような有限要素の網目が開発された。
その結果、各トレッド要素４８は回転角度の方向に復原トルクを発生させることが示された。例えば、図１２Ａと１２Ｂでは、上面４０は矢印５０の方向に逆時計周りに１５度ねじられている。したがって、トレッド要素４８の上面４０が５０ポンドの半径方向にかかる力を受けたとき、このトレッド要素４８の上面４０の圧縮によって、矢印５０の方向に約１．１ポンド×インチの反応トルクが発生する。
【００１８】
図１４を参照すると、実寿命のタイヤトレッド要素４８のより精密な有限要素模型が作成されている。図１４に示されているトレッド要素４８は、グッドイヤータイヤ＆ラバー社によって製造され、商標インヴィクタＧＡ（Ｌ）として販売されているタイヤトレッドのトレッド要素である。図１４に示されているトレッド要素は有限要素模型により様々な分析を受け、その結果が分析され、そして図１５のグラフに表されている。この図で明らかなように、ねじり角が大きくなると、トレッド要素によって生じる復原トルクが増大する。例えば、線５６は、図１４に示されているような１５度のねじりを有するトレッド要素によって生じる復原トルクを表している。線５８は、５度のねじりを有する同様なトレッド要素によって生じたトルク量を示している。線６０は、１５度のねじりを有する１インチ×１インチ×０．２７７インチ（０．７０４ｃｍ）の中実ブロックによって生じるトルク量を表している。
【００１９】
本発明は上記において好ましい１実施例について説明された。明らかに、この明細書を読みかつ理解すれば、当該技術の専門家にとってはその修正や変更は可能であろう。こうした修正および変更は全て、添付の請求の範囲内またはそれと同等なものの範囲内において本発明に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
本発明は幾つかの部分および幾つかの部分の配置における具体的な形態を示しており、これらの中から１つの好ましい実施例が、本発明の一部を形成する下記の添付の図面を参照しながら上記のように説明された。
【図１】上面が底面に対してねじられている中実の立体を成す全体構造を有するゴムの中実ブロックの上面図である。
【図２】図１に示されているゴムの中実ブロックの側面図である。
【図３】１，０００個の有限要素である１０×１０×１０の網目に分けられている図１に示されているゴムのブロックの上面図である。
【図４】図３に示されているゴムのブロックの側面図であり、ここで太線で示されているのは、圧縮されていず、たわみもない状態のブロックであり、そして細線で示されているのは、圧縮されて、たわんでいる状態のブロックである。
【図５】図４に示されている１０×１０×１０個の網目の上面図で、この図でたわんでいないブロックは太線で示され、そして上面への標準荷重のために、たわんでいるブロックは細線で示されている。
【図６】正常な立方体に比較された、ねじられたブロックの垂直圧縮を示すグラフであって、この正常な立方体は１インチ×１インチ×１インチの寸法であり、そしてこのねじられてブロックは４５度の回転を加えた同じ公称寸法を有する。
【図７】正常の立方体に対して、ねじられたブロックの垂直圧縮により発生した反応トルクの計算値を示すグラフである。
【図８】ねじられたブロックの垂直圧縮に及ぼす様々な物質の影響を示すグラフである。
【図９】捩じられたブロックの反応トルクに対する様々な物質の影響を示すグラフである。
【図１０】ねじられたブロックの垂直圧縮に及ぼす網目密度の影響を示すグラフである。
【図１１】ねじられたブロックの反応トルクに及ぼす網目密度の影響を示す、グラフである。
【図１２】（Ａ）は上面は太線で示され、かつ点線で示されている底面に対し１５度回転させられているトレッド要素の上面図である。（Ｂ）は（Ａ）に示されているトレッド要素の上面図であるが、細線は除去されて示されている。
【図１３】（Ａ）は５度回転されているトレッド要素の上面図である。（Ｂ）は（Ａ）に示されているトレッド要素の上面図であるが、細線は除去されて示されている。
【図１４】本明細書に開示されている有限要素研究の対象であったトレッド要素の有限要素である網目の透視図である。
【図１５】トレッド要素にかかる垂直な力によって生じる復原トルクを示し、かつねじり１５度のグッドイヤー社のインヴィクタＧＡ（Ｌ）『リアルワールド』とねじり５度のグッドイヤー社のインヴィクタＧＡ（Ｌ）『リアルワールド』と、そしてインヴィクタＧＡ（Ｌ）のラグと同じスリップ防止のための深さ（０．２７７インチ）を有しているねじり１５度の１インチ×１インチの正方形のトレッドブロックとを比較するグラフである。
【符号の説明】
１０ 上面
１２ 側面
１４ 縁
１６ 底面
２０ ブロック（トレッド要素）
２４ ねじられた立方体
２６ 正常な立方体
２８ ねじられた立方体
３０ 正常な立方体
４０ 上面
４８ トレッド要素
５０ 矢印

Claims (3)

1. トレッド要素を含むトレッドを有し、
   該トレッド要素は、図心と、上面と、該上面から半径方向内側にずれた位置にある底面と、該上面と該底面との間で半径方向に延びている複数の側面とを有し、
   該トレッド要素は、前記複数の側面がねじられ、かつ前記上面が前記底面に対して、前記図心を通る半径方向の線の回りに所定の角度だけ相対的に回転させられるようにねじられ、
   前記トレッド要素が圧縮されたときに、前記図心を通過する前記半径方向の線の回りに実トルクが発生させられるタイヤ。
2. 前記所定の角度は５度から１５度の間である、請求項１に記載のタイヤ。
3. 前記実トルクは前記タイヤの残留復原トルクに対抗する、請求項１に記載のタイヤ。

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