JP4426546B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、空気入りタイヤに関し、特に氷雪上路面のような摩擦係数の低い路面での接地性を改良するトレッドブロック形状に関するものである。

空気入りタイヤには、トレッド表面に設けた溝によって区画されたブロックを備えたものがあり、従来、かかるブロックの側面形状に関する提案がなされている。

例えば、下記特許文献１には、ブロックの曲げ変形に起因する路面からの浮き上がりを抑制するために、トレッド溝により区分した複数のブロックの壁面に、半径方向の内外に隣り合ってトレッド面と略平行にのびる複数の補強リブを設け、このリブの突出高さを０．５〜２．０ｍｍとすることが提案されている。

また、下記特許文献２には、トレッドのブロック側壁の全周に凹部を設けることが提案されており、これにより、ブロック全体の剛性を低下させずにエッジ付近の剛性のみ低下させて、エッジ付近の接地圧を低減し、もって、ブロックの接地圧の全体的な均一化を図って、ドライ操縦安定性を向上させることが開示されている。

また、下記特許文献３には、ブロックなどの陸部を構成する溝の溝壁や溝底に小溝を複数設けることで、溝内を流れる溝の抵抗を低減させ、ウエット性能を向上させることが提案されている。
特開２０００−１５８９１５号公報 特開平１１−１５１９１２号公報 特開２００２−２１９９０６号公報

タイヤ性能は接地性（接地面積、接地圧分布）に依存するため、上記特許文献１では、ブロックの路面からの浮き上がりを抑制して接地性を向上することが提案されている。すなわち、特許文献１では、ブロックの曲げ剛性を向上させることで接地面積を増加させているが、これのみでは必ずしも接地圧分布の均一化は図れない。特に、特許文献１では、補強リブをブロック壁面の全周にわたって連続して設けることが記載されておらず、そのため、接地時にブロックが横に広がるような撓み変形（ブロック側面の外側方向への撓み変形）を抑制することができず、摩擦係数が低い路面に対する接地性の向上が図れないことが判明した。また、特許文献１のように複数の補強リブを隣接して設けてブロック壁面を蛇腹状に形成した場合、ブロックが摩耗して補強リブの頂部が接地面となったときに、ブロック壁面には凸条ではなく凹溝が複数形成された状態となる。そのため、仮に上記補強リブが周方向に連続して設けられたとしても、ブロックの摩耗進行に伴い、接地性が大きく変化することとなって、安定したタイヤ性能を発揮することができない。

また、ゴム材料では接地圧が増えると摩擦係数が減少することが知られており、上記特許文献２では、ブロックのエッジ付近の接地圧を低減することで接地圧の均一化を図っている。すなわち、特許文献２では、ブロックの路面に対する接地圧はエッジ付近において接地圧が高くなるような不均一があることを前提として、エッジ付近の接地圧を下げるためにブロックの側壁に凹部を設けている。かかる接地圧分布の傾向は、ドライ路面のような摩擦係数の高い路面に対しては適合するものの、氷雪上路面のような摩擦係数の低い路面に対しては適合せず、ブロック側壁に凹部を設けると氷雪上路面では却って接地圧分布を損なうことが判明した。

更に、上記特許文献３は、溝内を流れる水の抵抗を低減させて溝の排水効率を向上するために微小な小溝を溝壁に設ける技術であり、これでは、氷雪上路面に対する接地圧分布の改善効果は得られない。

以上のような従来技術に対し、本発明は、氷雪上路面のような摩擦係数の低い路面に対するブロックの接地圧分布の均一化を図り、接地性を改良することで、氷雪上性能などのタイヤ性能の向上を図った空気入りタイヤを提供することを目的とする。

本発明に係る空気入りタイヤは、トレッド表面に設けた溝によって区画されたブロックを備える空気入りタイヤにおいて、前記ブロックの側面から突出して当該側面の全周にわたって連続して延びる突条を、該ブロックの高さ方向において中央部に１本設けたものである。

このようにブロック側面に周方向に連続した突条を設けたことにより、接地時にブロック側面が外側方向に変形するのを該突条の拘束により抑制することができ、氷雪上路面などの摩擦係数の低い路面に対するブロックの接地圧分布の均一化を図ることができる。そのため、かかる低摩擦抵抗路面に対するブロックの接地性を改良して、氷雪上性能などのタイヤ性能を向上することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（実施例１）
図１は、実施例１に係る空気入りタイヤのブロックを示す斜視図、図２は同ブロックの断面図であり、図３は、同ブロックを適用したトレッドパターンの一例を示す平面展開図である。

空気入りタイヤのトレッド部１０には、図３に示すように、タイヤ周方向に延びる主溝１２と、主溝１２に交わるタイヤ幅方向に延びる横溝１４とによって区画されたブロック１６が複数設けられている。なお、この例では、主溝１２をタイヤ幅方向に４本設け、これによってタイヤ幅方向において区画される５つの領域の全てに横溝１４を所定間隔で設けているが、かかるトレッドパターンはあくまで一例であって、ブロックを有する種々のトレッドパターンを採用することができる。例えば、主溝１２の本数は４本には限らず、また横溝１４を設けない領域（即ち、リブ）を含んでもよい。また、横溝１４は主溝１２に垂直でなくてもよく、傾斜して交わることで、ブロック１６の平面形状が平行四辺形状や三角形状、台形状などに形成されてもよい。

図１，２に示すように、直方体状のブロック１６の側面１６Ａには、その全周にわたって連続して延びる突条１８が設けられている。突条１８は、上記側面１６Ａから溝１２，１４内に突出するとともに、ブロック１６の接地面（表面）１６Ｂに対して略平行に延びる筋状の突出部であり、ブロック１６の４つの角部でも分断されることなく連続して形成されている。この例では、突条１８はブロック１６の高さ方向の中央部に１本だけ設けられ、より詳細には、ブロック１６の高さ方向の中心（ブロック高さを２等分する面）Ａ上に設けられている。

また、突条１８は、周方向において一定の断面で形成されており、詳細には、図２に示すように断面略台形状をなしている。なお、突条１８の断面形状は特に限定されず、円弧状、三角形状、矩形状などであってもよい。

突条１８の大きさは、その底面の幅Ｗが０．５〜３ｍｍ、側面１６Ａからの突出高さＨが０．３〜２ｍｍに設定されている。突条１８の大きさがこれより小さいと、所望の効果が得にくく、逆にこれより大きいと、排水性能に悪影響を及ぼす。上記幅Ｗは１．５〜３ｍｍであることがより好ましく、上記高さＨは１〜２ｍｍであることがより好ましい。

なお、ブロック１６の接地面１６Ｂには、タイヤ幅方向に延びる切れ込みからなるクローズドサイプ２０がタイヤ周方向に複数（ここでは４本）並設されている。

（作用効果）
氷雪上性能を向上するために、実験とＦＥＭによる解析によりゴムブロックの変形及び接地性を調査したところ、摩擦抵抗の低い路面（例えば、μ＝０．１）では、ドライ路面のような摩擦抵抗の高い路面（例えば、μ＝０．７）とは異なり、垂直荷重を負荷したときにブロックの中央部で接地圧が高くなり、不均一な接地圧分布を示すことが判明した。すなわち、低摩擦抵抗路面では、ブロックに負荷する垂直荷重が大きいほど、ブロックの側面が横に広がるように外側方向に変形することで、ブロック中央部の接地圧が高くなる。これは、圧縮によってゴムブロックが幅方向に膨張するのをブロックの両面に働く摩擦力が妨げとなってブロック中央側の圧力が高くなり、これが積分されて中央部に接地圧が集中するという液体効果によるものであると考えられる。

そのため、接地圧分布を均一化するためには、垂直荷重の負荷時に、ブロック側面が横に広がらずに縦に撓むようにすること、即ちポアソン比を低くすることで、液体効果の影響を少なくすることが有効である。特に、低摩擦抵抗路面ではブロックエッジ部の圧力よりもブロック中央部の圧力分布に注目すべきであり、面積比率からしてもこちらを均一化する方が最大摩擦力を増加させるには有利である。

そこで、垂直荷重の負荷時に横に広がらずに縦に撓むようにするべく、ブロックの側面に凹凸を付与して解析したところ、凹部を設けた場合には、横撓みが大きくなり、接地圧の分散が悪化したのに対し、周方向に連続した突条を設けた場合には、横撓みが低減して接地圧分布が均一化されることを確認した。

以上より、本実施例によれば、ブロック１６の側面１６Ａの周りに全周にわたって連続した突条１８を設けたことにより、接地時にブロック側面１６Ａが外側方向に変形するのを突条１８の拘束により抑制することができる。よって、氷雪上路面などの摩擦係数の低い路面に対するブロック１６の接地圧分布が均一化され、氷雪上性能を改善することができる。

また、単一の突条１８によりポアソン比を低減するものであり、複数の隣接配置した突条でブロック側面を蛇腹状に形成したものではないので、ブロックが摩耗した場合でも、上記作用効果を維持することができる。すなわち、ブロック側面が蛇腹状の場合、ブロックの摩耗進行に従い、ブロック側面は、接地面を基準として、複数の突条が存在する状態と、複数の凹溝が存在する状態とを繰り返すことになり、後者の状態では却ってポアソン比が高くなるため、接地性が大きく変動してしまう。また、蛇腹状の場合、溝面積が減少するため、排水性の悪化や雪詰まりなども懸念される。

（実施例２）
図４は、実施例２に係る空気入りタイヤのブロック構成を示す断面図である。この例は、突条１８の位置が実施例１とは相違し、その他は実施例１と同様である。

突条１８の位置は、ブロック１６の高さ方向において、側面１６Ａの最大撓み位置（突条を設けない状態でのブロックの最大撓み位置）に設けるのが外側方向への撓みを抑制する上で最も効果的であり、その位置は、通常、ブロック１６の高さ方向の中心Ａよりもやや接地面１６Ｂ側の位置である。その一方で、一般に氷雪用タイヤの性能寿命はブロック１６の摩耗が上記高さ方向中心Ａに至るまでであるが、かかる摩耗状態でも突条１８を確保することが望ましい。

そこで、側面１６Ａの外側方向への撓み抑制効果を極力高くしながら、摩耗後のことも考慮して、突条１８の位置は、図２や図４に示すようにブロック１６の高さ方向の中央部に設けることが好ましい。そして、特に、タイヤ寿命まで上記撓み抑制効果を維持するために、突条１８は、図４に示すように、ブロック１６の高さ方向の中心Ａより溝底２２側に設けることが好ましく、より好ましくは、上記撓み抑制効果を極力高くするため、該中心Ａに近接させて設けることである。

（実施例３（但し、参考例である。））
図５は、実施例３に係る空気入りタイヤのブロックの斜視図であり、図６は同ブロックの断面図である。この例は、上記突条１８をブロック１６の高さ方向において２本独立させた設けた点を特徴としており、その他は実施例１と同様である。

すなわち、この例では、上記突条は、ブロック１６の高さ方向の中心Ａよりも接地面１６Ｂ側に設けられた第１突条１８Ａと、該中心Ａよりも溝底２２側に設けられた第２突条１８Ｂとの２本で構成されている。

第１突条１８Ａは、その底面の幅Ｗ１が０．５〜１．５ｍｍ、側面１６Ａからの突出高さＨ１が０．３〜１ｍｍに設定され、第２突条１８Ｂは、その底面の幅Ｗ２が１．５〜３ｍｍ、側面１６Ａからの突出高さＨ２が１〜２ｍｍに設定され、溝底２２側の第２突条１８Ｂの方が突出高さを大きく設定している。

このように第１突条１８Ａと第２突条１８Ｂの２本の突条を設けることにより、側面１６Ａの外側方向への撓み抑制効果を高めることができる。また、溝底２２側の第２突条１８Ｂを大きく設定したことにより、突条による偏摩耗の影響を排除するとともに、第１突条１８Ａが摩耗している途中でも、より突出高さの大きい溝底２２側の第２突条１８Ｂにより上記撓み抑制効果を維持することができる。しかも、更に摩耗が進行していくと、より効果の高い第２突条１８Ｂが最大撓み位置に近づくため、上記撓み抑制効果を有効に維持することができる。また、接地面１６Ｂ側の第１突条１８Ａが小さいので、排水性の低下や雪詰まりの問題を低減することができる。

（実施例４）
図７は、実施例４に係る空気入りタイヤのブロックの斜視図であり、図８は同ブロックの平面図である。この例は、上記突条１８の形状をブロック１６の周方向において変化させた点を特徴としており、その他は実施例１と同様である。

すなわち、この例では、突条１８は、ブロック１６の周方向において、側面１６Ａの両端部での突出高さＨ３よりも側面１６Ａの中央部での突出高さＨ４が大きく設定されている。詳細には、側面１６の両端部から中央部に向かって、突条１８の高さが徐々に高くなるように、各側面１６Ａにおける突条１８の長手方向中央部に平面視円弧状に張り出した張出部２４が設けられている。この張出部２４における突出高さＨ４は、両端部の一般部における突出高さＨ３の１．５〜２倍であることが好ましい。

このような張出部２４を設けることにより、ブロック側面１６Ａの外側方向への撓み抑制効果が大きくなって、ブロック１６の中央部における接地圧を下げる効果が一層大きくなる。

（実施例５）
図９は、実施例５に係る空気入りタイヤのブロックの斜視図であり、図１０は同ブロックの側面図である。この例は、上記突条１８をジグザグ状に設けた点を特徴としており、その他は実施例１と同様である。

すなわち、この例では、ブロック側面１６Ａにおいて周方向に延びる上記突条１８が、ブロック１６の高さ方向に振幅を持つジグザグ状に形成されている。このように突条１８をジグザグ状とすることで、突条１８の体積を大きくとることができ、ブロック側面１６Ａの外側方向への変形の抑制効果を高めることができる。また、ブロック１６の摩耗により最大撓み位置が移動しても、ブロック１６の高さ方向における突条１８の形成範囲が広いので、上記抑制効果を持続させやすい。

上記突条１８はブロック側面１６Ａに対する面積比で５〜３０％の範囲で形成されていることが好ましい。また、ジグザグの振幅Ｂは、突条１８の底面の幅Ｗに対して０．３〜１倍であることが好ましい。更に、各側面１６Ａにおけるジグザグの波数（周波数）は３〜１０程度であることが好ましい。これら各数値が上記範囲より小さいと効果が薄く、逆に大きいと排水性等に悪影響を及ぼす。なお、突条の高さは実施例１と同様０．３〜２ｍｍである。

なお、図９，１０の例では、突条１８を屈曲した線からなるジグザグ状に形成したが、湾曲した波形状（蛇行状）にしてもよい。

（実施例６（但し、参考例である。））
図１１は、実施例６に係る空気入りタイヤのブロックの斜視図である。この例は、実施例３の第２突条１８Ｂを、実施例４の張出部２４を持つ突条１８により形成した点を特徴とするものである。

すなわち、この例では、第１突条１８Ａは、周方向において一定断面を持つストレート状に形成され、第２突条１８Ｂは、第１突条１８Ａよりも突出高さが大きく設定されるとともに、側面１６Ａの両端部での突出高さよりも中央部での突出高さが大きくなるように中央部に張出部２４が形成されている。

これにより、実施例３の上記効果に加えて、第２突条１８Ｂの張出部２４によりブロック１６の中央部における接地圧を下げる効果が一層大きくなる。

（実施例７（但し、参考例である。））
図１２は、実施例７に係る空気入りタイヤのブロックの斜視図である。この例は、実施例３の第２突条１８Ｂを、実施例５のようにジグザグ状に形成した点を特徴とするものである。

すなわち、この例では、第１突条１８Ａがストレート状に形成され、第２突条１８Ｂがブロック１６の高さ方向に振幅を持つジグザグ状に形成されており、更に、第２突条１８Ｂの方が第１突条１８Ａよりも突出高さが大きく設定されている。

これにより、実施例３の上記効果に加えて、第２突条１８Ｂのジグザグ形状によりブロック側面１６Ａの外側方向への変形の抑制効果及びその持続効果を高めることができる。

上記実施例１及び３〜７の各ブロックと、比較例１〜３の各ブロックについて、接地圧分散値を求めた。ここで、ブロックのサイズは、縦２８ｍｍ×横２８ｍｍ×高さ１０ｍｍとした。また、各ブロックの突条の詳細構成は表１の通りである。なお、比較例１は、図１３に示す突条を設けていない例、比較例２は、図１４に示すようにブロックの各角部で分断された突条を設けた例、比較例３は、上記特許文献１の図３に記載されたように周方向において分断された突条を高さ方向に複数隣接させることでブロック側面を蛇腹状に構成した例であり、その他の基本構成は実施例と同じである。

なお、接地圧分散値は、摩擦係数μ＝０．１の路面上でブロックに対して垂直荷重（１５４Ｎ）を負荷して、画像処理により接地圧を測定して、接地圧の分散を指数で示したものであり、比較例１を１００とした指数で示している。数値が小さいほど接地圧が均一化され、接地性に優れることを意味する。

また、上記実施例１，３〜７及び比較例１〜３の各ブロックを持つスタッドレスタイヤ（タイヤサイズ：２０５／６５Ｒ１５）を作製し、氷上性能を評価した。

氷上性能の評価は、国産の２５００ｃｃ乗用車（後輪駆動）に各タイヤを装着し、氷盤路面において速度４０ｋｍ／ｈからＡＢＳ制動距離を測定し（平均路面温度＝−１℃）、比較例１を１００とした指数で表示した。数値が大きいほど制動性能に優れることを意味する。

結果は、表１に示すとおりであり、実施例であると氷上路面に対する接地性が大幅に改善され、優れた氷上性能が得られた。

本発明の空気入りタイヤは、スタッドレスタイヤ等の冬用タイヤとして、特に好適に利用することができる。

実施例１に係る空気入りタイヤのブロックを示す斜視図である。 同ブロックの断面図である。 同空気入りタイヤのトレッドパターンの一例を示す平面展開図である。 実施例２に係る空気入りタイヤのブロックを示す斜視図である。 実施例３に係る空気入りタイヤのブロックを示す斜視図である。 同ブロックの断面図である。 実施例４に係る空気入りタイヤのブロックを示す斜視図である。 同ブロックの平面図である。 実施例５に係る空気入りタイヤのブロックを示す斜視図である。 同ブロックの側面図である。 実施例６に係る空気入りタイヤのブロックを示す斜視図である。 実施例７に係る空気入りタイヤのブロックを示す斜視図である。 比較例１に係るブロックを示す斜視図である。 比較例２に係るブロックを示す斜視図である。

符号の説明

１０…トレッド部、１２…主溝、１４…横溝、１６…ブロック、１６Ａ…側面、１６Ｂ…接地面、１８…突条、１８Ａ…第１突条、１８Ｂ…第２突条、２２…溝底、２４…張出部、Ｗ…突条の底面の幅、Ｗ１…第１突条の底面の幅、Ｗ２…第２突条の底面の幅、Ｈ…突条の突出高さ、Ｈ１…第１突条の突出高さ、Ｈ２…第２突条の突出高さ、Ｈ３…突条の両端部での突出高さ、Ｈ４…突条の中央部での突出高さ、Ａ…ブロックの高さ方向の中心、Ｂ…突条の振幅

Claims (3)

1. トレッド表面に設けた溝によって区画されたブロックを備える空気入りタイヤにおいて、前記ブロックの側面から突出して当該側面の全周にわたって連続して延びる突条を、該ブロックの高さ方向において中央部に１本設けたことを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記突条が、前記ブロックの周方向において、前記側面の両端部での突出高さよりも前記側面の中央部での突出高さが大きく形成された請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記突条が、前記ブロックの高さ方向に振幅を持つジグザグ状又は波形状に形成された請求項１に記載の空気入りタイヤ。