JP4358572B2 - オフザロードタイヤ - Google Patents

Description

この発明は、建設車両その他の車両に用いられるオフザロードタイヤに関し、とくに、トレッドの耐摩耗性を向上させる技術を提案するものである。

建設車両用等として用いられるオフザロードタイヤは、同じ重荷重用タイヤである、たとえばトラック・バス用タイヤ等に比して、格段に高い負荷能力およびトラクション性能が要求されることから、それの従来のトレッドパターンとしては、トレッド中央部分には、高負荷に対しても優れた耐摩耗性の発揮を可能とするリブを形成し、トレッド両側部分には、優れたトラクション性能の発揮を可能とするラグを形成したものが一般的であった。

ところが、トレッド中央部分の、ラグ溝の先端を結ぶ仮想線分に挟まれる、直線状もしくはジグザグ状のリブの形成域の幅を必要以上に広くすると、登坂時等のトラクション性能が不足し、しかも、このトレッドパターンにはそもそも、周方向溝が存在しないことから、操舵時に横滑りを発し易いという欠点もあり、これがため、今日では、トレッド幅方向でのエッジ効果をもたらすブロック列をトレッド中央部分に形成した、いわゆるラグブロックミックスパターンが多用されるに至っている。

この一方で、近年における車両性能の益々の向上に伴い、タイヤに対する負荷能力、トラクションおよび耐横滑り性能のさらなる向上の他、耐摩耗性の向上がより強く望まれるに至っている。
そこで、トレッド中央部分に、耐摩耗性を考慮した連続的な陸部列を残す一方で、大きなトラクションに耐えることができ、また、すぐれた耐横滑り性を発揮できるタイヤを実現するべく、トレッドに、それの円周方向に連続する一対の周溝を設けることが提案されているも、この場合には、周溝が耐摩耗性の低下の一因となり、とくには、タイヤ赤道線からトレッド幅のほぼ１／４の位置近傍に大きな摩耗が生じるという問題があった。

この発明は、従来技術が抱えるこのような問題点を解決することを課題とするものであり、それの主たる目的は、トレッドに、それの円周方向に連続する周溝を設けてなお、その周溝の近傍はもちろん、トレッド全体としての耐摩耗性を有利に向上させたオフザロードタイヤを提供するにあり、他の目的は、上述したところに加えて、周溝の溝底への亀裂の発生を有効に防止したオフザロードタイヤを提供するにある。

この発明にかかるオフザロードタイヤは、トレッドの円周方向に連続して延びて、トレッドセンタ陸部列を区画する一対の周溝を設けるとともに、トレッドを補強する三層以上のベルト層からなるベルトを設け、各周溝の深さ（Ｇｈ）を６０〜１３０ｍｍとしたものであり、最内層のベルト層を、タイヤ赤道面に対するベルトコード交角（Ｂａ）が３〜１２゜の範囲の急傾斜ベルト層とし、層間でベルトコードが相互に交差する、この急傾斜ベルト層と、それの外周側に隣接するベルト層との重なり幅（Ｂｗ）を、トレッド幅（Ｔｗ）の０．２５〜０．５０倍としかつ前記周溝の中心線間距離（Ｇｗ）と同等以上にするとともに、周溝を、接地面内で溝壁が相互に接触する溝幅としたものである。

なおここで、トレッド幅とは、トレッド接地端間のタイヤ軸線方向の距離をいうものとし、また、トレッド接地端とは、当該タイヤが製造、販売、使用される地域で有効なＪＡＴＭＡ，ＴＲＡ，ＥＴＲＴＯ等の規格、工業標準その他に定められる適用リムもしくは設計リムにタイヤをリム組みして、そのタイヤに、当該規格、工業標準等に規定される空気−負荷能力表に基いて１００％の内圧を充填し、その内圧に対応する負荷能力に相当する質量を、縦方向に作用させたときの、トレッド接地側縁をいうものとする。

トレッドに周溝を形成することに起因して、タイヤ赤道線からトレッド幅のほぼ１／４の位置近傍にとくに大きく発生する摩耗（以下「１／４点摩耗」と呼ぶ）の発生原因について検討を行ったところ、大きな周方向耐張力を有する急傾斜ベルト層の交差重なり幅（Ｂｗ）が、対をなす周溝の間隔に比して狭い場合に、タイヤの負荷転動に当たって、接地の直前位置で、たとえば図８（ａ）にトレッド幅方向の断面図で示すように、トレッド側部域が半径方向外方へ大きく迫出す傾向にあるため、その部分が接地して、トレッド踏面が図８（ｂ）に示すような平坦形状に圧潰変形されるとき、多くは、タイヤ赤道線からトレッド幅のほぼ１／４の部分に延在する周溝の近傍部分が、路面に対してトレッド幅方向の内側に相対変位し、この相対変位が摩耗仕事量の局部的な増加をもたらし、それが摩耗分布を不均一にすることに起因するものであることが明らかになった。

そこで、このような１／４点摩耗の発生を阻止するべく、ここでは、図１にトレッド部の略線横断面図で示すように、前記急傾斜ベルト層の重なり幅Ｂｗを前記周溝の中心線間距離Ｇｗと同等以上にして、タイヤの負荷転動に際する、トレッド側部域の迫出し変形を有利に拘束する。

この一方で、この急傾斜ベルト層ａを含むベルト全体としての十分な耐久性を確保するため、ここでは、上記重なり幅Ｂｗをトレッド幅Ｔｗの０．２５〜０．５０倍の範囲として、ベルト端部でのゴム亀裂の発生を抑制する。
さらにここでは、この急傾斜ベルト層ａのベルトコードの、タイヤ赤道面ＥＰに対する交角を３〜１２゜の範囲とすることで、周方向耐張力を確保し、走行時クラウン形状が変化することによるベルトの歪みを低減できる。

また、各周溝の深さＧｈは、トータルの摩耗寿命の確保のために６０〜１３０ｍｍの範囲とする。
このようなベルト層ａ，ｂの相互の重なり幅Ｂｗを、トレッド幅Ｔｗの０．２５〜０．５０倍の範囲としかつ前記周溝の中心線間距離（Ｇｗ）と同等以上にする。

以上のようなタイヤにおいて好ましくは、最内層の急傾斜ベルト層ａの外周側に隣接して、前記重なり幅Ｂｗの特定に寄与するベルト層ｂを、その急傾斜ベルト層ａのベルトコードとは、タイヤ赤道面ＥＰに対して逆方向に延びるベルトコードよりなる急傾斜ベルト層とする。これによれば、両急傾斜ベルト層の協働下で、周方向耐張力をより一層高めることができる。

またこのタイヤでは、周溝２を、接地面内で溝壁が相互に接触する溝幅とし、より好ましくはその溝幅を８〜２０ｍｍとする。
これによれば、タイヤの負荷転動に際して、それぞれの周溝壁が接触する結果として、トレッド陸部の幅方向剛性が大きく増加するので、コーナリングパワー（Ｃｐ）を向上できる。これは、特に操舵輪である前輪タイヤの耐摩耗性の向上をもたらす。

ところで、周溝２の横断面内での溝底半径を、図２に拡大断面図で示すように、トレッド側部側で、トレッドセンタ側のそれ以上とした場合には、タイヤの負荷転動時に、接地面内で、トレッド側部側の陸部が、センタ側の陸部に近づく方向に変形する、いわゆるワイピング変形が生じ、これによって、周溝２の、トレッド側部側の溝壁ｏｗがトレッドセンタ側の溝壁ｉｗに近接変位しても、その側部側溝壁ｏｗの基部への応力の集中を緩和して、その溝底基部への亀裂の発生を有効に防止することができる。
そしてこのことは、トレッド側部側の溝底半径Ｒｓの、トレッドセンタ側の溝底半径Ｒｃに対する比（Ｒｓ／Ｒｃ）を、１．０以上２．７以下とした場合にとくに顕著である。

この発明によれば、とくに、急傾斜ベルト層の重なり幅をもって周溝の延在域をカバーすることで、すぐれたベルト耐久性の下に、トレッドの耐摩耗性を大きく向上させることができ、また、その周溝の溝底の曲率半径を選択することで、溝底への亀裂の発生を有効に抑制することができる。

以下にこの発明に係るタイヤの実施の形態を図面に示すところに基いて説明する。
図３は、一の実施形態を示すトレッドパターンの展開図であり、ここでは、トレッド１に、タイヤ赤道線ｅｃを挟んで対をなす一対の周溝２を、それの円周方向へジグザグ状に延在させて設け、それらの周溝２，２間にセンタ陸部列３を区画するとともに、このセンタ陸部列３のそれぞれの側部域に、各トレッド端からそれぞれの周溝２に達する、ほぼヘ字状に折れ曲がるラグ溝４を設けることで、周方向に所定の間隔をおくそれぞれのラグ５を区画する。

またここでは、両周溝２，２間に直線状に延在して、周溝２の相互を、センタ陸部列内への入り隅部分で連通させる横溝６を設けて、その陸部列３を複数のブロック７に区画する。
なおここでのそれぞれの周溝２の深さは６０〜１３０ｍｍの範囲とし、また、ラグ溝４および横溝６の深さのそれぞれを、好ましくは、ともに６０〜１２０ｍｍの範囲とする。

ところで、このような周溝２の溝底は、図２にそれの拡大横断面図で示すように、トレッド側部側での溝底半径Ｒｓが、トレッドセンタ側の溝底半径Ｒｃと同等以上になるような形状とすることが好ましく、より好ましくは、それらの両半径の比Ｒｓ／Ｒｃを、１．０以上２．７以下となる範囲に選択する。

また好ましくは、それぞれの周溝２の溝幅、より好ましくは、横溝６の溝幅をもまた、タイヤの負荷転動時の接地面内で溝壁が相互に接触するものとし、好適にはそれらの溝幅を８〜２０ｍｍの範囲とする。

この一方で、トレッド１の内層側には、トレッド１の補強に寄与する三層以上、図３に示すところでは図１と同様、四層のベルト層からなるベルト８を配設し、ベルト層のうち、最内層に位置するベルト層ａ、好ましくは、それの外周側に隣接するベルト層ｂをもまた、タイヤ赤道面ＥＰに対するベルト交角（Ｂａ）が３〜１２゜の範囲の急傾斜ベルト層とし、それらの両ベルト層ａ，ｂ間で、ベルトコードをタイヤ赤道面ＥＰに対して相互に逆方向に延在させて交差させる。
そして、このようなベルト層ａ，ｂの相互の重なり幅Ｂｗを、トレッド幅Ｔｗの０．２５〜０．５０倍の範囲としかつ前記周溝の中心線間距離（Ｇｗ）と同等以上にする。

例えば、図１では、前記周溝の中心線間距離Ｇｗを、周溝２の中心線ｃの、タイヤ赤道線ｅｃから最も離れた部分の、そのタイヤ赤道線ｅｃからの距離Ｇｗ／２の二倍の値とし、この中心線間距離Ｇｗは、トレッド幅Ｔｗの０．１５〜０．５０倍とすることが好ましい。

図４は、他の実施形態を示すトレッドパターンの展開図であり、これはとくに、対をなす周溝２を直線状に延在させるとともに、ラグ溝４を、周溝２の手前位置で終了する片端閉止溝とし、そして横溝６を、中央部分でステップ状に折れ曲がる折曲溝としたものであり、その他の構成については上述したところと同様としたものである。

サイズが４０００Ｒ５７のタイヤを、リム径サイズが２９インチ、フランジ高さが６インチのリムに組付けるとともに、タイヤへの充填空気圧を７００ｋＰａとし、負荷質量をＴＲＡ規格の１００％（６０ｔ）とした場合のトレッドの耐摩耗性（平均耐摩耗指数）および、負荷質量をＴＲＡ規格の１５０％とした場合のベルト耐久性（亀裂進展抑制指数）を測定したところ表１に示す結果を得た。
なお、同表中にはそれぞれのタイヤの寸法諸元をも併せて示し、ここでは、比較例タイヤ1-1〜1-3および実施例タイヤ1-1〜1-3は、ともに図３に示す、そして、実施例タイヤ2-1及び2-2は図４に示すそれぞれのトレッドパターンを有するものとし、従来例タイヤは、図９に示すトレッドパターンを有するものとした。

また、ここにおける耐摩耗性は、２４０ｔダンプトラックの前輪にそれぞれのタイヤを装着し、オフロードで１０ｋｍ／ｈの速度でほぼ等速走行して、１０００時間走行した後、トレッドをその幅方向に八分割した各位置での残溝測定により、走行に費やしたトレッドゴム厚みの平均値を摩耗量として算出し、走行時間を摩耗量で除した値を耐摩耗値として指数評価することにより求め、
ベルト耐久性は、ドラム上で、０．１Ｇのサイドフォースを定常的に発生させながら３８００ｋｍ走行させた後、急傾斜ベルト層の側縁位置に発生した亀裂の長さを測定し、この測定値を走行距離で除した亀裂進展速度を指数評価することにより求めた。

表１に示されるベルト耐久性を、Ｂｗ／Ｔｗをパラメータとしてグラフに示すと図５のようになり、このグラフによれば、その比が０．２５未満では、急傾斜ベルト層の重なり幅が狭すぎて剛性が不足するため、サイドフォースに対するベルト層の変形が大きく、ベルト層側縁の歪が増加し、これに起因して亀裂が進展し易くなる一方、その値が０．５０を越えると、急傾斜ベルト層の重なり幅が広くなりすぎて、タイヤへの負荷の作用時にベルト層の側縁が周方向に伸ばされ、急傾斜ベルト層間でせん断変形が生じやすくなり、これに伴う歪量の増加によって亀裂が進展し易くなることが理解できる。

また、表１に示される耐摩耗性を、Ｂｗ／Ｇｗをパラメータとしてグラフに示すと図６のようになり、これによれば、その比が１．０以上で、１／４点摩耗を有効に抑制できる結果として、平均耐摩耗指数が急激に増加することが解る。

実施例１と同一のタイヤ使用条件の下で、周溝の溝底に発生した亀裂の長さを測定したところ表２に示す結果を得た。
なお表中の実施例タイヤ3-1〜3-5は、図４に示すトレッドパターンを有するものとし、また、表２中の亀裂長さは、２４０ｔダンプトラックの前輪にそれぞれのタイヤを装着し、オフロードで１０ｋｍ／ｈの速度でほぼ等速走行して、１０００時間走行した後に周上で発生している亀裂長さの平均値を定量化した値で示してある。

表２の溝底亀裂長さを、Ｒｓ／Ｒｃをパラメータとして示す図７のグラフによれば、いわゆるワイピング変形によって、側部側陸部がセンタ側陸部に向けて変形されることに起因する、側部側周溝壁の基部への亀裂の発生は、上記比を１．０以上とすることによって急激に改善され、その比の値が１．６〜２．１の範囲では、亀裂の発生を完全に防止できることが明らかである。
この一方で、２．１を越えるとセンタ側の周溝底の曲率半径が小さくなるため、そのセンタ側の溝壁基部に亀裂が生じはじめ、その比が２．７を越えると、センタ側の溝壁基部に、比を１．０としたときよりも長い溝底亀裂が発生することが解る。
従って、Ｒｓ／Ｒｃを１．０〜２．７の範囲とすることで、いずれの溝底基部に発生する亀裂も十分小さく押さえることができる。

ここでいうオフザロードタイヤは、ダンプトラックの他、路外車両としての牽引車、荒地、不整地などに使用するモーターグレーダ、スクレーパ等の建設車両その他に適用して、所期した通りの作用効果をもたらすことができる。

この発明に従うオフザロードタイヤのトレッド部を含む要部の一部の幅方向断面図である。 図1に示す周溝の幅方向断面図である。 実施形態を示すトレッドパターンの展開図である。 他の実施形態を示すトレッドパターンの展開図である。 亀裂進展抑制指数とＢｗ／Ｔｗとの関係を示した図である。 平均耐摩耗指数とＢｗ／Ｇｗとの関係を示した図である。 溝底亀裂長さとＲｓ／Ｒｃとの関係を示した図である。 急傾斜ベルト層の交差重なり幅が周溝の中心線間距離に比して狭いタイヤの問題点を説明するための図であり、（ａ）は接地直前のタイヤ形状であり、（ｂ）は接地時のタイヤ形状である。 従来タイヤのトレッドパターンの展開図である。

符号の説明

１ トレッド
２ 周溝
３ センタ陸部列
４ ラグ溝
５ ラグ
６ 横溝
７ ブロック
８ ベルト
ｅｃ タイヤ赤道線
ＥＰ タイヤ赤道面
Ｇｈ 周溝深さ
Ｂｗ 重なり幅
Ｇｗ 中心線間距離
Ｔｗ トレッド幅
ａ 急傾斜ベルト層
ｂ ベルト層
Ｒｓ，Ｒｅ 溝底半径
ｉｗ，ｏｗ 溝壁

Claims (5)

1. トレッドの円周方向に連続して延びて、トレッドセンタ陸部列を区画する一対の周溝を設けるとともに、トレッドを補強する三層以上のベルト層からなるベルトを設け、各周溝の深さ（Ｇｈ）を６０〜１３０ｍｍの範囲としたものであり、
   最内層のベルト層を、タイヤ赤道面に対するベルトコード交角（Ｂａ）が３〜１２゜の範囲の急傾斜ベルト層とし、層間でベルトコードが相互に交差する、この急傾斜ベルト層と、それの外周側に隣接するベルト層との重なり幅（Ｂｗ）を、トレッド幅（Ｔｗ）の０．２５〜０．５０倍としかつ前記周溝の中心線間距離（Ｇｗ）と同等以上にするとともに、周溝を、接地面内で溝壁が相互に接触する溝幅としてなるオフザロードタイヤ。
2. 最内層の急傾斜ベルト層の外周側に隣接するベルト層を、その急傾斜ベルト層のベルトコードとは、タイヤ赤道面に対して逆方向に延びるベルトコードよりなる急傾斜ベルト層としてなる請求項１に記載のオフザロードタイヤ。
3. 周溝の溝幅を８〜２０ｍｍの範囲としてなる請求項１に記載のオフザロードタイヤ。
4. 周溝の横断面内での溝底半径を、トレッド側部側でトレッドセンタ側のそれ以上としてなる請求項１〜３のいずれかに記載のオフザロードタイヤ。
5. トレッド側部側の溝底半径（Ｒｓ）の、トレッドセンタ側の溝底半径（Ｒｃ）に対する比（Ｒｓ／Ｒｃ）を、１．０以上２．７以下としてなる請求項４に記載のオフザロードタイヤ。

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