JP3854311B2 - 低アスペクト比トラックタイヤ - Google Patents

Description

本発明はラジアルプライ空気入りトラックタイヤに関する。特に本発明は、タイヤ業界で通常スーパーシングルタイヤ（super single tire）と言っている、低アスペクト比のタイヤ用の改良したトレッドのプロフィール（profile）について開示する。
歴史的には、１９６０年代半ばにグッドイヤー タイヤ アンド ラバー カンパニー（The Goodyear Tire & Rubber Company）が、２軸セミトレーラー（semi-trailer）の従来型の２本のトラックタイヤを１本のタイヤで代用できるようなバイアスタイヤ構造を導入した。１９６５年にはバイアススーパーシングルタイヤがイギリスのウルファハンプトン（Wolverhampton）で製造された。これらのタイヤの摩耗率と総合耐久性は劣っており、したがって２段取付け（dual fitment)の２本の従来タイヤに対する１本のタイヤのコスト優位性は充分には実現されなかった。１９７０年代半ばにミシュリン（Michelin）は最初の全スチールラジアルスーパーシングルタイヤを導入した。１９７６年頃、グッドイヤーもまた、Ｇ１６５と呼ばれるラジアルタイヤを導入した。
ヨーロッパでは、３軸フルトレーラー（full trailer)がドイツで導入され、３軸セミトレーラーがフランスで導入された。これらの変化により駆動軸荷重は典型的な１３トン（メートルトン）から１１トンに減少した。３軸の自動車総荷重（ＧＶＷ）は２２トンに制限された。これによりスーパーシングルタイヤの使用が著しく増加した。１９８０年代半ばには、ヨーロッパ大陸におけるトラクター／セミトレーラー及びトラック／フルトレーラーのＧＶＷが３８トンから４０トンに増加された。このＧＶＷの変化により２段取付けの２軸セミトレーラー車が最大積載重量の観点から競争力を失い、このためトラック運送業者をして従来の２軸単位から３軸単位への転換を余儀なくさせ、さらにスーパーシングルタイヤに対する需要を増加させた。３軸トレーラーのＧＶＷは２４トンに増え、タイヤ荷重は４，１２５ｋｇから４，５００ｋｇに増加した。
荷重制限におけるこれらの増加は当然耐久性が改良されたスーパーシングル型タイヤを必要とした。トラックの所有者や運転者は、各３軸トレーラーに対しスーパーシングルタイヤとリブの６個の在庫の方が従来タイヤとリブの１２個の在庫よりもコストの利益が極めて大きいと考えている。スーパーシングルタイヤとリブの組立品の取付けは労力が少なくて済む。スーパーシングルタイヤを使用して得られる重量の節約はより多くの積載重量を運搬できることを意味しており、さらにこれら幅広のタイヤは転がり抵抗にすぐれており燃料費の節約が得られる。
これらのすべての利益は、充分なトレッド耐摩耗性と耐久性のあるタイヤが設計できれば達成することができる。トラックタイヤはその荷重容量と有効寿命走行距離の点で他のどのタイヤよりも価値が高い。本発明は、このタイプのタイヤに充分な荷重容量をも持たせる一方、その有効寿命も顕著に改善した。
過去においてはトレッドはタイヤの内側に中心をもつ簡単な１つ又は２つの曲率半径を用いて輪郭を形成していた。この形態は、スーパーシングルタイヤのような幅広の低アスペクト比のタイヤに蝶に似た接触跡（フットプリント：foot print）形を生じ得る。本発明は、この固有のまずい摩耗フットプリントの形を矯正して蝶の外観をもたない実質的に矩形のフットプリントを得ようとするものである。
発明の概要
アスペクト比が０．７未満の空気入りラジアルプライトラックタイヤ１０が記載されている。このタイヤ１０は、トレッド２０と、２つのサイドウォール（sidewall）１４、１６、２つの環状ビードを巻き込んでそこから延びる１つ以上のラジアルプライ１８、及びトレッド２０とプライ１８の間に半径方向に位置するベルト補強構造１５を含むケーシング１２とを有する。
トレッド２０は、複数のトレッドリブ２５の範囲を規定する複数の円周方向に延びる連続的な溝（グルーブ）２２を有する。この複数のトレッドリブ２５の半径方向外側の表面２６は、半径方向外側のトレッド表面３０を規定する。トレッド２０の軸方向外側の端（エッジ）２１はトレッドの側面２３に隣接している。両側のトレッドエッジ２１の中間の距離がトレッド２０の中央線Ｃ_Lを規定する。
トレッド２０の断面において、半径方向外側のトレッド表面３０はトレッド中央線Ｃ_Lのところで最大直径Ｄを有し、この中央線の両側に３つの曲率半径Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃を有する。第１の曲率半径Ｒ₁は、その中心Ｃ₁が実質的に赤道面すなわち中央線Ｃ_L上にあり、トレッド２０の中央線Ｃ_L上の点Ｐ_Oからトレッド幅の半分の３０％と５０％の間に位置する点Ｐ₁まで拡がり、それにより第１の半径方向外側の凸状のトレッド表面３０Ａを規定している。第２の曲率半径Ｒ₂は、その中心Ｃ₂が実質的にＰ₁とＣ₁を通る線上にあり、点Ｐ₁からトレッド幅の半分の７０％と９０％の間に位置する点Ｐ₂まで拡がり、それにより第２の半径方向外側の凸状のトレッド表面３０Ｂを規定する。第３の曲率半径Ｒ₃は、その中心Ｃ₃がタイヤの外側で実質的にＰ₂とＣ₂を通る線上にあり、Ｐ₂からトレッドエッジ２１の方向に拡がり、それにより第３の半径方向外側の凹状トレッド表面３０Ｃを規定している。
第２の曲率半径Ｒ₂は第１の曲率半径Ｒ₁の１．３〜２倍の範囲にあり、第３の曲率半径Ｒ₃は第１の曲率半径Ｒ₁の０．７〜２．５倍、好ましくは１〜２．５倍の範囲にある。第３の曲率半径Ｒ₃は第２の曲率半径Ｒ₂の０．７〜１．５倍の範囲にある。曲率半径Ｒ₁は５００〜７００ｍｍの範囲にある。曲率半径Ｒ₃は４５０〜１０００ｍｍ、好ましくは７００〜１０００ｍｍの範囲にある。点Ｐ₁はトレッド幅の半分の約４０％のところに位置し、点Ｐ₂はトレッド幅の半分の約８．０％のところに位置する。
望ましい実施態様のタイヤ１０においては円周方向に延びる少なくとも４本の溝２２がある。ベルト補強構造１５は４つのベルト１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ及び１５Ｄからなり、半径方向に内側のベルト１５Ａはスプリットベルト（split belt）である。この４つのベルトは、半径方向内側ベルト１５Ａから始まる、赤道面に関して夫々約５５°Ｒ，２１°Ｒ，２１°Ｌ及び２１°Ｌの傾斜をなしている。トレッドエッジ２１に隣接するショルダーリブ（shoulder rib）は面取りされる。ショルダーエッジ２１に隣接するサイドウォール部２４は、断面中において中心Ｃ₄がタイヤ１０の外部にある２０〜１００ｍｍ範囲の第４の曲率半径Ｒ₄によって規定される。Ｒ₄を有する望ましいタイヤのＲ₄は５０ｍｍである。
【図面の簡単な説明】
図−１は本発明による望ましい実施態様のタイヤ１０の断面図である。
図−１Ａはトレッド輪郭の特徴を詳細に示す、図−１の断面図の拡大部の概略図である。
図−１Ｂは本発明による望ましいタイヤの曲率半径の原点と交点を示す、図−１Ｂのトレッド輪郭の縮小部の図である。
図−２は蝶形を示す従来技術のラジアルスーパーシングルタイヤのフットプリントの典型的な例を示す図である。
図−３は図−１の望ましい実施態様のタイヤ１０のフットプリントの典型的な例を示す図である。
定義
アペックス（apex）：ビードコアの半径方向上方にプライと折曲げプライ（turnup ply）との間に位置するエラストマー充填物を意味する。
アスペクト比（aspect ratio)：断面高さの断面幅に対する比を意味する。
ビード（bead）：プライコードで巻き包まれた、環状の引張り部材からなるタイヤの部分を意味し、プリッパー（flipper）、チッパー（chipper）、アペックス、トーガード（toe guard）、チェーファー（chafer）などのような他の補強部材を使用するか又は使用することなく設計リムに適合するように形成されている。
ベルト構造（belt structure）又は補強ベルト（reinforcing belt）：トレッドの下にあり、ビードに固定されていない、織物又は不織物の２層以上の平行コードの環状層又はプライを意味し、左右両コードの角度はタイヤの赤道面に関して１７°〜２７°の範囲にある。
ケーシング（casing）：カーカスと、ベルト構造と、ビードと、サイドウォール（sidewall）と、その他の、トレッドおよびアンダートレッド（undertread）を除く全てのタイヤ構成要素とを含むものを意味する。ケーシングは、新しいトレッドに適合するよう、新しい非加硫ゴムとするか又は新しい前もって加硫したゴムとすることができる。
チェーファー（chafer）：ビードの外側の周囲に置かれた細長いストリップ材のことを言い、リムからコードプライを保護し、リム上方の曲げを分散させ、タイヤをシュールする。
円周の（circumferential）：軸方向に垂直な環状トレッドの表面の周辺に沿って延びる線又は方向を意味する。
コード（cord）：タイヤ中の複数のプライを構成する補強ストランドの１つを意味する。
側部（側面）の（lateral）：軸方向を意味する。
プライ（ply）：ゴムで被覆した平行コードの連続する層を意味する。
半径方向（radial及びradially）：タイヤの回転軸に半径方向に向かう方向又はタイヤの回転軸から半径方向に離れる方向を意味する。
ラジアルプライタイヤ（radial ply tire）：ビードからビードにわたるプライコードがタイヤの赤道面に対して６５°〜９０°のコード角度で置かれている、ベルテッドすなわち円周方向に限定した空気入りタイヤを意味する。
断面高さ（section height）：公称リム直径からその赤道面におけるタイヤの外側直径までの半径方向の距離を意味する。
断面幅（section width）：タイヤを負荷なしで通常の圧力下２４時間膨らませたとき及びその後の、タイヤ軸に平行でかつ両サイドウォールの外側間の最大直線距離を意味する。ただし、ラベル、装飾又は保護バンドによるサイドウォールの高さの増加を除く。
ショルダー（shoulder）：トレッドエッジ直下のサイドウォールの上部を意味する。トレドショルダー（tread shoulder）又はショルダーリブ（shoulder rib）はショルダー近傍のトレッドの部分を意味する。
サイドウォール（sidewall）：トレッドとビード間のタイヤの部分を意味する。
トレッド（tread）：通常の空気圧及び荷重の下で道路と接触するタイヤの部分を意味する。
望ましい実施態様の詳細な説明
図−１には、好ましくはトラックトレーラーの自由回転軸（free rolling axle）に使用する空気入りラジアルタイヤの断面が示されている。
タイヤ１０はトレッド２０とケーシング１２を有する。ケーシング１２は、２つのサイドウォール１４及び１６、２つの環状ビード１３を巻き包みそこから延びる１つ以上のラジアルプライ１８、及び半径方向にトレッド２０とプライ１８との間に位置するベルト補強構造１５を有する。
プライ１８及びベルト補強構造１５はコードで補強したエラストマー材料であり、コードはスチールワイヤフィラメントであるのが好ましく、エラストマーは加硫ゴム材であるのが好ましい。同様に環状ビード１３は、ビードコアとして知られる束に巻き包むスチールワイヤを有する。
ライナー１９は、タイヤ１０に空気を入れた時に空気圧を保つための或程度空気不浸透の部屋を形成する、好ましくはハロブチルゴムからなる構成要素である。
本発明の望ましい実施態様のケーシング１２は、図−１に示すように、ビード１３の半径方向上部にエラストマーのアペックス６１がある六辺形のビードコアを有するビード１３を使用した。ビード領域の折曲げプライ１８Ａは、フリッパー（flipper）６７、チッパー（chipper）６２、ゴムや繊維のチェーファー（chafer）６４，６５、ゴムのストリップ６６及びエラストマーのウェッジ（くさび）６３で補強された。
図に見られるように、望ましい実施態様のタイヤのベルト構造は１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ及び１５Ｄの４層のコード補強ベルトを有している。半径方向最内側層すなわちベルト１５Ａは軸方向に離れた２つの部材に分けられ、１つの部材はトレッドの各半分の上にある。このベルト層１５Ａは通常スプリットベルト（split belt）と呼ばれる。コードはスプリットベルト部材１５Ａに対して５５°Ｒの角度で傾斜している。他のベルト１５Ｂ，１５Ｃ及び１５Ｄは赤道面に関してそれぞれ２１°Ｒ，２１°Ｌ及び２１°Ｌのコード傾斜を有する。
さらに、ベルト補強構造１５には、ゴム状物質のゴムストリップ７５とトレッド側面端近くのベルト１５の横方向の両端に複数のエラストマーストリップ又はウェッジ７２が含まれている。本発明の新規な概念の実施には必要ないけれども、これらの特徴は望ましい実施態様中で使用した特徴として開示される。
トレッド２０は、複数の円周方向に連続する溝２２、トレッドの両側端に位置する一対の面取りされた表面２４、及びショルダーリブ２５Ａを含み各ショルダーリブ２５Ａが１つの面取りされた表面２４を有する、複数のトレッドリブ２５を有する。望ましい実施態様による図−１に例示のタイヤは、少なくとも４本の円周方向に延びる溝２２を有し、より望ましいタイヤ１０はそのような円周方向の溝２２を５本有している。溝の数は多かれ少なかれトレッドの幅又は他の設計構想によって変わり得る。
図−１に示すように、円周方向に連続的な環状の面取りされた表面２４に各横方向のエッジ２１が隣接している。半径方向内側に延びるショルダーリブ２５の面取りされた表面２４は、静的荷重ならびに通常荷重の駆動条件下ではタイヤが新しいときは道路に接触しない。したがって新しいタイヤのフットプリント接触幅は、タイヤトレッド２０が摩耗した場合よりも狭い。面取りされた表面２４がトレッドの摩耗を平均化するのに役立つものと信じられている。ショルダーリブ２５Ａが摩耗するにつれてリブの深さが減少し、ショルダーリブ２５Ａが硬くなる。さらにリブ２５Ａは効果的に広がってより多くの荷重を吸収する。このことは、このユニークな特徴の故に、タイヤ１０が摩耗するにつれトレッド摩耗速度が現実に遅くなるか又は妨げられることを意味する。この特徴と、現実にショルダーリブ２５Ａの深さを増加させるユニークな輪郭を組み合わせると、タイヤ１０は驚く程良好な耐摩耗性を持つことができる。
図−１に示すように、軸方向外側の両側面エッジ２１の間の中間距離がトレッド２０の中央線Ｃ_Lすなわち赤道面を規定する。軸方向外側の側面エッジ２１はショルダーリブ２５Ａのトレッド側面２３に隣接し、本発明の目的のためにはこの側面エッジ２１は面取りした表面２４の半径方向最内側のエッジである。
複数のトレッドリブ２５の半径方向外側の道路接触表面２６が半径方向に外側のトレッド表面３０を規定する。この外側トレッドの表面３０は一対の面取りされた表面２４に隣接してその両端の間に拡がっている。
図−１、図−１Ａ及び図−１Ｂに示すように、半径方向外側のトレッド表面３０は、トレッド中央線Ｃ_Lのところで最大直径Ｄを有し、かつ、赤道面又はトレッド中央線Ｃ_Lから横方向外側に拡がる一定の内部曲率半径Ｒ₁を有する。この一定の内部曲率半径Ｒ₁は最大直径Ｄより小さいのが好ましく、トレッド２０の中央線Ｃ_L上の位置Ｃ_Lから始まる。
中心Ｃ₁を実質的に赤道面上に有する第１の曲率半径Ｒ₁は、トレッドの中央線Ｃ_L上の点Ｐ_Oからトレッド幅の半分の３０％と５０％との間に位置する各トレッド半分上の点Ｐ₁まで拡がり、それにより第１の半径方向外側の凸状トレッド表面３０Ａを規定する。
さらに図−１、図−１Ａ及び図−１Ｂに示すように、トレッド２０の各半分上に位置する点Ｐ₁において半径方向外側のトレッド表面３０の曲率が変わり、そこでトレッド表面３０は同様にタイヤ１０の内部に中心をもつ第２の曲率半径Ｒ₂を有する。図−１Ｂに示すように、中心Ｃ₂を実質的にＰ₁とＣ₁を通る線上に有する第２の曲率半径Ｒ₂は、点Ｐ₁からトレッド幅の半分の７０％と９０％との間に位置する点Ｐ₂に拡がり、それにより図−１Ａに示すように第２の半径方向外側の凸状のトレッド表面３０Ｂを規定する。
中心Ｃ₃をタイヤの外部に実質的にＰ₂とＣ₂を通る線上に有し、点Ｐ₂から面取りされた表面２４に隣接するトレッドエッジの方向に拡がる第３の曲率半径Ｒ₃は、それにより第３の半径方向外側の凹状のトレッド表面３０Ｃを規定する。
半径方向に外側の表面３０Ａ，３０Ｂ及び３０Ｃは図−１Ａに示すようにトレドの輪郭を規定し、表面３０は図に見られるようにトレッド溝２２を横切って引かれた線として表わされる。溝２２は表面３０から溝２２の底面に達する半径方向の深さを有する。外側表面３０の輪郭は効果的にトレッドの厚さを変えて矩形の接触斑点すなわちフットプリントを形成させる。図−１Ａに示すように点Ｐ₂から軸方向外側に拡がる外見上の点線は曲率半径Ｒ₂を有し、実際のトレッド輪郭は外部曲率半径Ｒ₃を有してショルダーリブ２５Ａに加えられたトレッドゴムの厚みを示している。ショルダーリブ２５Ａは耐久性を強めてフットプリントの形状を改善する。
タイヤ１０は第１、第２及び第３の曲率半径の間に以下の関係をもつのが好ましい。すなわち、第２の曲率半径Ｒ₂は第１の曲率半径Ｒ₁の１．３〜２倍の範囲にあり、第３の曲率半径Ｒ₃は第１の曲率半径Ｒ₁の０．７〜２．５倍、好ましくは１．０〜２．５倍の範囲にある。好ましくは第３の曲率半径Ｒ₃は第２の曲率半径Ｒ₂の０．７〜１．５倍の範囲にある。これら半径はトレッド輪郭の隣接部分が正接するように向けられるのが好ましい。この関係は図−１Ｂに見られるように達成される。
図−１に示すタイヤ１０では、曲率半径Ｒ₁は５００〜７００ｍｍの範囲にあり、曲率半径Ｒ₃は４５０〜１０００ｍｍ、好ましくは７００〜１０００ｍｍの範囲にある。
望ましい実施態様のタイヤでは、点Ｐ₁はトレッド幅の半分の約４０％のところに位置し、点Ｐ₂はトレッド幅の半分の約８０％のところに位置している。
図−１のタイヤは、ショルダーの面取りされた表面２４に隣接するトレッド側面部２３と第４の曲率半径Ｒ₄によって断面中で規定される側面エッジ２１を有し、第４の曲率半径Ｒ₄は２０〜１００ｍｍの範囲にあってその中心Ｃ₄はタイヤの外部にある。望ましいタイヤ１０は５０ｍｍのＲ₄を有する。
タイヤ１０は静的荷重をかけた場合は図−３に示すフットプリントをみせる。側面エッジは、面取りされた表面２４の非接触部分に位置しているため影像で示されている。エッジ２１とこの接触するエッジとの間の距離が面取りされた表面２４の軸方向の幅である。
図にみられるようにフットプリントは、リードエッジ（leading edge）及びトレールエッジ（trailing edge）が若干凸状の実質的な矩形である。
図−２はグッドイヤー（Goodyear）のＧ１５９スーパーシングルタイヤのフットプリントを示す。
この従来技術のスーパーシングルタイヤの図−２に示すフットプリントを参照すると、このフットプリントのリードエッジ及びトレールエッジが凹状である蝶の形がみられる。このことはトレッドの中央部に先立ってショルダーリブが均衡してフットプリントに入ることを意味している。また容易にわかるように、不均衡な量の荷重を担うショルダーリブによって荷重が効果的に不均等に支持されている。したがってこれらのショルダーリブは、低荷重のトレッド中央部に較べて急速かつ不均等に摩耗する。
本発明のタイヤのフットプリントを示す図−３に戻って参照すると、ショルダーリブ２５Ａ及び中央リブ２５は実際には車の荷重をより均衡的に担い、その結果トレッドの摩耗はより均一となる。
試験結果によると、本発明による実験タイヤの摩耗速度は同様サイズで同様材料の従来のタイヤに較べてすぐれていることがわかる。３軸トレーラーの摩耗速度比較試験での結果では、軸の位置や他の要因によって変わるがトレッドの摩耗が０〜２８％改善することがわかった。すべての場合、８０，０００ｋｍ走行による実際の摩耗テスト後、ショルダーリブ２５Ａの外観は大きく改善された。タイヤの総合耐久性も計画走行距離が３４０，０００ｋｍになるまで顕著に改善され、また軸の位置による影響が大きかった。

Claims (3)

1. トレッドと、２つのサイドウォール、２つの環状ビードを包み込んで該環状ビードから延びている１つ以上のラジアルプライ、及び半径方向に前記トレッドと前記ラジアルプライの間に配置されているベルト補強構造を含むケーシングとを有し、前記トレッドは、複数のトレッドリブの境界を定める、外周方向に延びている連続的な複数の溝を有しており、複数の前記トレッドリブの半径方向外側の表面が半径方向外側のトレッド表面を形成しており、前記トレッド表面の軸方向外側のエッジが前記サイドウォールに隣接しており、前記トレッドの前記両エッジ間の中間が前記トレッドの中央線を形成している、アスペクト比が０．７０未満の空気入りラジアルプライトラックタイヤであって、
   半径方向外側の前記トレッド表面は、前記トレッドの断面内で、前記トレッドの前記中央線の位置に最大直径Ｄを有し、前記中央線の両側に３つの曲率半径Ｒ₁，Ｒ₂，及びＲ₃を有しており、
   赤道面上に中心Ｃ₁を有する第１の曲率半径Ｒ₁は、前記トレッドの前記中央線上の点Ｐ₀から、Ｐ₀からトレッド幅の半分の３０％から５０％の間の範囲内に位置する点Ｐ₁まで拡がり、それによって凸状の第１の半径方向外側のトレッド表面を形成しており、
   P ₁ とＣ₁を通る線上に中心Ｃ₂を有する第２の曲率半径Ｒ₂は、点Ｐ₁から、点Ｐ₀から前記トレッド幅の半分の７０％から９０％の間の範囲内に位置する点Ｐ₂まで拡がり、それによって凸状の第２の半径方向外側のトレッド表面を形成しており、
   タイヤの外部でＰ ₂ とＣ₂を通る線上に中心Ｃ₃を有する第３の曲率半径Ｒ₃は、点Ｐ₂から前記トレッドの前記エッジまで拡がり、それによって凹状の第３の半径方向外側のトレッド表面を形成している、空気入りラジアルプライトラックタイヤ。
2. 前記第２の曲率半径Ｒ₂は前記第１の曲率半径Ｒ₁の１．３倍から２倍の範囲内にあり、前記第３の曲率半径Ｒ₃は前記第１の曲率半径Ｒ₁の０．７倍から２．５倍の範囲内にある、請求項１に記載のタイヤ。
3. 前記第３の曲率半径Ｒ₃は前記第２の曲率半径Ｒ₂の０．７倍から１．５倍の範囲内にある、請求項１に記載のタイヤ。

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