JP4420722B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

この発明はトレッド部を中央域とショルダー域に区画したときのショルダー域に、略タイヤ幅方向に沿って延びる少なくとも１本のサイプを配設した陸部を有し、前記サイプは、山部と谷部を交互に連結して一定波長をもつ波状の踏面開口形状を有する空気入りタイヤ、特にはスタッドレスタイヤに関し、かかるタイヤの雪上走行時の操縦安定性の向上を図る。

従来より、スタッドレスタイヤの雪上走行時の操縦安定性を向上させるため、陸部に略タイヤ幅方向に延びるサイプを配設して、サイプにより路面に張った薄い水膜を切ってタイヤのグリップ力を確保する効果、いわゆるエッジ効果を高めたタイヤが知られている。かかるサイプとしては、さらにエッジ長さを長くするために、山部と谷部を交互に連結した波状の踏面開口形状としてエッジ効果を高めたサイプが一般的である。また、かかるサイプは、製造を容易にするため深さ方向には形状がほとんど変化せず、トレッド踏面における山部の最大変位点とサイプ底における山部の最大変位点を結んだ線分、及びトレッド踏面における谷部の最大変位点とサイプ底における谷部の最大変位点を結んだ線分（以下、これらの線分の延在方向をサイプの「深さ方向」という。）がともにトレッド踏面に立てた法線と略一致するように形成されるのが一般的である。

かかるタイヤ１００は、図６（ａ）に示すように、直進走行時にはトレッド端部に位置する上記線分１０１とトレッド接地面１０２とのなす角が略直角となりエッジ効果を発揮するものの、図６（ｂ）に示すように、コーナリング時には横力ＳＦの作用によりサイプが倒れ込み、上記線分１０１とトレッド接地面１０２とのなす角が小さくなり、十分なエッジ効果が得られなかった。

また近年では、エッジ効果を向上させる目的でサイプの形状を深さ方向で変化させた、いわゆる３次元サイプが注目されている。例えば特許文献１には踏面からサイプ底部に向かって前記踏面と平行な面における前記サイプの長さが長くなる波状サイプを配設し、摩耗しても安定したウェット性能を維持できるようにした空気入りタイヤが記載されている。また特許文献２にはタイヤ表面側からサイプ最深部側へと向かって波長を徐々に長くした波状サイプを配設し、氷上走行時の制動性能、耐偏摩耗性能及び耐久性能を向上させた空気入りタイヤが記載されている。しかし、これらのタイヤも直進走行時のエッジ効果の向上についてのみ検討されており、上記したコーナリング時のエッジ効果の低下については考慮されていない。
特開平１１−２０８２２３号公報 特開２００３−１１８３２２号公報

したがって、この発明の目的は波状サイプの壁面形状の適正化を図ることにより雪上の直進走行時及びコーナリング時の双方における操縦安定性を向上させた空気入りタイヤを提供することにある。

上記の目的を達成するため、この発明は、トレッド部を中央域とショルダー域に区画したときのショルダー域に、略タイヤ幅方向に沿って延びる少なくとも１本のサイプを配設した陸部を有し、前記サイプは、山部と谷部を交互に連結して一定波長をもつ波状の延在形状を有する空気入りタイヤにおいて、少なくともショルダー域に位置する陸部に配設されたサイプは、トレッド踏面における山部の最大変位点とサイプ底における山部の最大変位点を結んだ線分と、トレッド踏面における谷部の最大変位点とサイプ底における谷部の最大変位点を結んだ線分とが交互に位置し、これら線分とトレッド踏面に立てた法線とのなす角がタイヤ幅方向内側から外側に向かって漸増し、かつ全長にわたるサイプの壁面形状がサイプ底位置から踏面開口位置に向かって末広がり状になるよう形成することを特徴とする空気入りタイヤである。

なお、ここでいう「中央域」とはタイヤ赤道面を中心としてトレッド幅の０〜５０％の範囲であり、「ショルダー域」とはこの中央域の両側の領域をいうものとし、「略タイヤ幅方向」とはタイヤ幅方向±２０°、好ましくはタイヤ幅方向±１０°の範囲をいうものとし、「波長」とは隣接する山部の最大変位点（山）の間をサイプの延在方向に沿って測定した距離、又は隣接する谷部の最大変位点（谷）の間をサイプの延在方向に沿って測定した距離をいうものとする。

またサイプは、トレッド踏面における波長がサイプ底における波長の１．１〜２．０倍であることが好ましい。

さらにサイプは、前記線分のうちタイヤ幅方向で最も外側に位置する線分とトレッド踏面に立てた法線とのなす角である広がり角が１０〜３０°の範囲にあることが好ましい。

さらにまたサイプの山部の最大変位点と谷部の最大変位点の間をサイプの延在方向と直交する方向に沿って測定した距離を高低差とするとき、サイプは、サイプ底における高低差がトレッド踏面における高低差より小さいことが好ましい。

加えてサイプは、三角波、台形波、方形波又は正弦波の踏面開口形状を有することが好ましい。

この発明によれば、波状サイプの壁面形状の適正化を図ることにより、雪上の直進走行時及びコーナリング時の双方において優れたエッジ効果を得ることができ、操縦安定性を格段に向上させることができる。

以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の形態を説明する。図１はこの発明に従う代表的な空気入りタイヤ（以下「タイヤ」という。）のトレッド部の一部の展開図であり、図２は図１に示すタイヤのショルダー域の陸部の斜視図であり、図３は図１に示すタイヤのショルダー域のサイプ延在方向断面図である。

タイヤ１は、トレッド部２を中央域３とショルダー域４に区画したときのショルダー域４に、略タイヤ幅方向に沿って延びる少なくとも１本のサイプ、図１では２本のサイプ５を配設した陸部６を有する。サイプ５は、山部７と谷部８を交互に連結して一定波長をもつ波状の延在形状を有する。

そしてこの発明の構成上の主な特徴は、少なくともショルダー域４に位置する陸部６に配設されたサイプ５は、トレッド踏面９における山部７の最大変位点１０とサイプ底１２における山部１３の最大変位点１４を結んだ線分ｌ_２、ｌ_４、ｌ_６と、トレッド踏面９における谷部８の最大変位点１１とサイプ底１２における谷部１５の最大変位点１６を結んだ線分ｌ_１、ｌ_３、ｌ_５、ｌ_７とが交互に位置し、これら線分ｌ_１〜ｌ_７とトレッド踏面９に立てた法線ｎ_１〜ｎ_７とのなす角θ_１〜θ_７がともにタイヤ幅方向内側から外側に向かって漸増する、すなわちθ_１＜θ_２＜θ_３＜θ_４＜θ_５＜θ_６＜θ_７なる関係にあり、かつ全長にわたるサイプ５の壁面形状が、図３に示すように、サイプ底位置１２から踏面９の開口位置に向かって末広がり状になるよう形成することにある。

以下、この発明が上記構成を採用するに至った経緯を作用とともに説明する。
上記のとおり、トレッド踏面におけるサイプの山部の最大変位点とサイプ底におけるサイプの山部の最大変位点を結んだ線分、及びトレッド踏面におけるサイプの谷部の最大変位点とサイプ底におけるサイプの谷部の最大変位点を結んだ線分がともにトレッド踏面に立てた法線と略一致するタイヤにおいては、特に図６（ｂ）に示すように、コーナリング時に横力の作用によりショルダー域の陸部が変形してサイプが倒れ込み、十分なエッジ効果が得られないという問題があった。かかるコーナリング時にも十分なエッジ効果を得るには、陸部が変形した際にサイプの深さ方向が踏面と略垂直となるように、陸部の頂面に対するサイプの深さ方向が所定の角度となるようにサイプを配設することが考えられるが、全てのサイプの深さ方向を一定にしたタイヤでは、反対に直進走行時に十分なエッジ効果が得られなくなり、トラクション性能及びブレーキ性能が低下するという問題がある。発明者は、直進走行時とコーナリング時の双方におけるショルダー域の陸部の変形と接地圧について検討を行ったところ、陸部のタイヤ幅方向内側では、直進走行時には比較的接地圧が高く、コーナリング時には比較的変形及び接地圧が小さく、一方陸部のタイヤ幅方向外側では、直進走行時には比較的接地圧が低く、コーナリング時には比較的変形及び接地圧が大きく、したがって直進走行時にはサイプのタイヤ幅方向内側部分がエッジ効果に大きく寄与し、コーナリング時にはサイプのタイヤ幅方向外側部分がエッジ効果に大きく寄与するとの知見を得た。そこで発明者は、コーナリング時の変形の程度に合せてサイプの深さ方向を陸部のタイヤ幅方向内側と外側とで変える、すなわちサイプの深さ方向とトレッド踏面に立てた法線とのなす角を、タイヤ幅方向内側では比較的小さくし、タイヤ幅方向外側では比較的大きくし、全長にわたるサイプの壁面形状が、サイプ底位置から踏面開口位置に向かって末広がり状になるよう形成することによって、直進走行時には、図４（ａ）に示すように、タイヤ幅方向外側に傾いていたサイプ５が、コーナリング時には横力ＳＦの作用を受け、図４（ｂ）に示すように、トレッド踏面に略垂直となり、十分なエッジ効果を得ることができることを見出し、この発明を完成させるに至ったのである。

またサイプ５は、トレッド踏面９における波長λ_１がサイプ底１２における波長λ_２の
１．１〜２．０倍であることが好ましい。波長λ_１が波長λ_２の１．１倍未満の場合には、タイヤ幅方向外側におけるサイプ５の深さ方向とトレッド踏面９に立てた法線とのなす角、図３では法線ｎ_７とのなす角θ_７が過小となり、２．０倍を超える場合には角θ_７が過大となり、いずれの場合にもコーナリング時にタイヤ幅方向外側においてサイプ５の深さ方向とトレッド踏面９とが垂直にならず、十分なエッジ効果を得ることができないからである。

さらにサイプ５は、線分ｌ_１〜ｌ_７のうちタイヤ幅方向で最も外側に位置する線分ｌ_７とトレッド踏面９に立てた法線ｎ_７とのなす角である広がり角θ_７が１０〜３０°の範囲にあることが好ましい。広がり角θ_７が１０°未満の場合又は３０°を超える場合には、コーナリング時にサイプ５とトレッド踏面９とが略垂直にならず、十分なエッジ効果を得ることができないからである。なお、広がり角はクラウン形状に応じて設定することがより好ましい。

さらにまたサイプ５の山部７、１３の最大変位点１０、１４と谷部８、１５の最大変位点１１、１６の間をサイプ５の延在方向と直交する方向に沿って測定した距離を高低差とするとき、サイプ５は、サイプ底１２における高低差Ａ_２がトレッド踏面９における高低差Ａ_１より大きいことが好ましい。トレッド踏面９における波長λ_１がサイプ底１２における波長λ_２より大きいので、サイプ５の長さはサイプ底１２に向かって短くなる傾向があるが、このようにサイプ底１２における高低差Ａ_２をトレッド踏面９における高低差Ａ_１より大きくすることにより、トレッド部２の摩耗の進行に伴って踏面９に露出するサイプ５の長さを維持又はより長くできるため、トレッドゴムの劣化等によるタイヤのグリップ力の低下をエッジ効果の向上により補うことができ、タイヤの使用寿命にわたって安定した操縦安定性を得ることができるからである。

加えてまたサイプは、図１に示した三角波の他、図５（ａ）に示す台形波、図５（ｂ）に示す方形波又は図５（ｃ）に示す正弦波の延在形状とすることもできる。これらの延在形状を有する場合には、波形の１周期をサイプの延在方向に沿って計った長さを波長とする。また、台形波及び方形波の場合には、山部及び谷部の中点をそれぞれの最大変位点とする。

かかるサイプは次のようにして形成する。すなわち、所定の形状、波長及び高低差を有するブレードを金型に配置する。この際、ブレードの片端を他端に寄せることによって高低差を変化させることができる。かかるブレードを金型に植え込むに際して、ブレードのタイヤ幅方向内側端と金型のトレッド踏面となる部分に立てた法線とのなす角が所定の角度となるように取り付ける。そして、かかるブレードを植え込んだ金型を用いてグリーンタイヤの加硫成形を行えば、所望の形状のサイプを有するタイヤを得ることができる。

なお、上述したところは、この発明の実施態様の一部を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。例えば、図１ではショルダー域の陸部に配設したサイプについてのみ説明を行ったが、中央域のサイプも、クラウン形状に応じて、全長にわたるサイプの壁面形状がサイプ底位置から踏面開口位置に向かって末広がり状になるよう形成することもできる。

次に、この発明に従うタイヤを試作し、性能評価を行ったので、以下に説明する。

実施例１〜４のタイヤは、タイヤサイズが２０５／５５Ｒ１６の乗用車用スタッドレスタイヤであり、図１に示すトレッドパターンを有し、表１に示す諸元を有する。

比較のため、タイヤサイズが実施例１〜４のタイヤと同じであり、図１に示すトレッドパターンを有するものの、サイプの深さ方向とトレッド踏面に立てた法線とのなす角が、タイヤ幅方向内側及び外側で零であり、表１に示す諸元を有するタイヤ（従来例）についても併せて試作した。

なお、表中、「深さ方向角度」とは、トレッド踏面における山部の最大変位点とサイプ底における山部の最大変位点を結んだ線分とトレッド踏面に立てた法線とのなす角、又はトレッド踏面における谷部の最大変位点とサイプ底における谷部の最大変位点を結んだ線分とトレッド踏面に立てた法線とのなす角のことをいうものとする。

前記各供試タイヤをリムサイズが６ １／２ＪＪのリムに取り付けてタイヤ車輪とし、このタイヤ車輪をテスト車両の４輪に装着して、前輪には２１０ｋＰａ（相対圧）、後輪には２３０ｋＰａ（相対圧）の内圧を適用し、フロントタイヤ負荷荷重：４．８ｋＮ、リアタイヤ負荷荷重：２．８ｋＮの条件下で次の各試験を行った。なお、各試験は新品タイヤ（新品時）及び１０，０００ｋｍ走行後のタイヤ（摩耗時）の双方に対して行った。

１．直進走行時操縦安定性
長さ５０ｍの圧雪路のテストコースを直進走行し、このコースを走破するのに要した時間を測定し、この測定値から直進走行時操縦安定性を評価した。評価結果を表１に示す。

２．コーナリング時操縦安定性
長さ８０ｍの圧雪路に、９ｍ間隔で合計６個のパイロンを設置したテストコースをスラローム走行し、このコースをこのコースを走破するのに要した時間を測定し、この測定値からコーナリング時操縦安定性を評価した。評価結果を表１に示す。

表１に示す評価結果から、実施例１〜４のタイヤはいずれも従来例のタイヤに比べて、直進走行時操縦安定性は同等でありながら、コーナリング時操縦安定性に優れていることが分かる。

この発明により、雪上の直進走行時及びコーナリング時の双方における操縦安定性を向上させた空気入りタイヤを提供することが可能となった。

この発明に従う代表的な空気入りタイヤのトレッド部の一部の展開図である。 図１に示すタイヤのショルダー域の陸部の斜視図である。 図１に示すタイヤのショルダー域のサイプ延在方向断面図である。 この発明に従う空気入りタイヤが横力を受けた際の変形状態を説明するための図であり、（ａ）が直進走行時のタイヤ状態、（ｂ）がコーナリング走行時のタイヤ状態を示す。 （ａ）〜（ｃ）は、この発明に従う他の空気入りタイヤのトレッド部の一部の展開図である。 従来の空気入りタイヤが横力を受けた際の変形状態を説明するための図であり、（ａ）が直進走行時のタイヤ状態、（ｂ）がコーナリング走行時のタイヤ状態を示す。

符号の説明

１ タイヤ
２ トレッド部
３ 中央域
４ ショルダー域
５ サイプ
６ 陸部
７、１３ 山部
８、１５ 谷部
９ トレッド踏面
１０、１４ 山部最大変位点
１１、１６ 谷部最大変位点
１２ サイプ底

Claims (5)

1. トレッド部を中央域とショルダー域に区画したときのショルダー域に、略タイヤ幅方向に沿って延びる少なくとも１本のサイプを配設した陸部を有し、前記サイプは、山部と谷部を交互に連結して一定波長をもつ波状の延在形状を有する空気入りタイヤにおいて、
   少なくともショルダー域に位置する陸部に配設されたサイプは、トレッド踏面における山部の最大変位点とサイプ底における山部の最大変位点を結んだ線分と、トレッド踏面における谷部の最大変位点とサイプ底における谷部の最大変位点を結んだ線分とが交互に位置し、これら線分とトレッド踏面に立てた法線とのなす角がタイヤ幅方向内側から外側に向かって漸増し、かつ全長にわたるサイプの壁面形状がサイプ底位置から踏面開口位置に向かって末広がり状になるよう形成することを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記サイプは、トレッド踏面における波長がサイプ底における波長の１．１〜２．０倍である請求項１記載の空気入りタイヤ。
3. 前記サイプは、前記線分のうちタイヤ幅方向で最も外側に位置する線分とトレッド踏面に立てた法線とのなす角が１０〜３０°の範囲にある請求項１又は２記載の空気入りタイヤ。
4. 前記サイプの山部の最大変位点と谷部の最大変位点の間をサイプの延在方向と直交する方向に沿って測定した距離を高低差とするとき、前記サイプは、サイプ底における高低差がトレッド踏面における高低差より大きい請求項１〜３のいずれか一項記載の空気入りタイヤ。
5. 前記サイプは、三角波、台形波、方形波又は正弦波の踏面開口形状を有する請求項１〜４のいずれか一項記載の空気入りタイヤ。

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