JP4794567B2 - 横方向トレッド溝プロフィール - Google Patents

Description

本発明は、タイヤトレッドのトレッドパターンに関し、特に、大きな荷重に耐えるタイヤ、例えば、大型車両、或いは建設車両若しくは荷役車両、又は農業機械用のタイヤのトレッドパターンに関する。

タイヤにトレッドを設けることは通例であり、トレッドは、横方向平均向き及び（又は）長手方向平均向きの溝により形成された複数の凹凸で形成されるトレッドパターンを備えている（トレッドの「長手方向」は、このトレッドがタイヤに装着されたときに円周方向を意味するものと理解されたい）。

非常に重い荷重に耐える車両用のタイヤは、とりわけ、タイヤのトレッドと地面（又は道路）との接触領域に圧縮応力を受ける。これら圧縮応力は、溝の存在を考慮に入れて局所的に増強される。高い局所的応力が溝を形成する壁上の或る点に生じることが注目される。これら局所応力は、地面とのタイヤの接触面に接線方向に及ぼされる力と場合によっては組み合わさり、その結果として、溝の壁が脆弱になる場合がある。結果は、特に、壁上に起源を発する亀裂として現われる場合があり、次に、これら亀裂は、トレッドの内部に向かって伝搬する。

この問題は、知られており、トレッドの溝について特定の横方向プロフィールを採用することによりこの問題に対処することが既に提案されている。例えば、米国特許第２，７５６，７９７号明細書は、横方向プロフィールが３つの相互に連結された部分で形成されている溝を備えたタイヤを記載すると共に提案している。図１は、例えばこの米国特許明細書に記載された溝のプロフィールを示している。溝１は、走行面上の点Ａと溝の深さの２／３のところに位置する点Ｂを結ぶ第１の実質的に直線状の部分（ＡＢ）を含むプロフィールを有し、円弧の形状の第２の部分（ＢＣ）が、第１の部分を溝の底部を形成する第３の平らな部分（ＣＤ）を結んでいる。次に、この第３の部分の延長部として部分（ＢＣ）に関して対称な部分（ＤＥ）が設けられ、この部分（ＤＥ）それ自体の延長部として、第１の部分（ＡＢ）に関して対称な第５の最後の部分（ＥＦ）が設けられている。この第５の部分の終わりとなる点Ｆは、走行面上に位置している。第１の部分と第２の部分との間の連結部及び第４の部分と第５の部分との間の連結部は、接線方向に形成される。

米国特許第２，７５６，７９７号明細書

この特許文献の教示に従って製造されたタイヤについて技術改良が注目されたが、今日においては、この解決策は、特定の用途について開発されたタイヤの或る特定のカテゴリにとっては全く満足のゆくものではないということが注目される。これは、特に、走行条件が耐荷重と走行速度の両方に関する限り大幅に変化する非常に重い荷重に耐えるタイヤ（例えば、建設機械に装着されるタイヤ、大型車タイプ又は荷役車両タイプの車両に装着されるタイヤ）に関する場合である。

本発明は、加重及び（又は）走行速度の点において高い応力を受ける車両のタイヤのトレッドの溝の壁に生じる亀裂の時期尚早な出現又は使用中における出現を回避することができる解決策に関する。

本発明のトレッドは、地面に接触するようになった走行面と、走行面上に開口した複数本の溝とを有し、各溝は、平均の方向を有し、各溝は、対向した壁で構成され、壁は、溝底部で互いに連結され、各溝は、溝と溝の平均方向に実質的に横断方向の切断面を交差させることにより得られる横方向プロフィールによって幾何学的に構成されるタイヤトレッドにおいて、複数本の溝の横方向プロフィールは、可変曲率を有し、切断面における曲率の変化は、数学的に連続し、又は、換言すると、このプロフィールの任意の点のところにおける曲率の変化は、横方向プロフィール上の位置（又は、湾曲横座標）の数学的連続関数として表現できる。

溝の「平均方向」という用語は、本明細書においては、溝を構成する壁の走行面上における軌跡の方向の平均として得られる走行面上における溝の平均方向を意味するものと理解されたい。「横方向」という用語は、溝の平均方向とは異なる方向を意味するものと理解され、一般に、この方向は、この平均方向に垂直に取られる。

走行面上の１つの端点から同一走行面上の別の端点まで可変である曲率の横方向溝プロフィールは、この曲率の連続変化と組み合わされた状態で、上述の問題を解決することが可能であることが注目された。「連続変化」という用語は、溝プロフィールの２つの点相互間に、上述の曲率により採用された値に不連続性が無いことを意味するものと理解されたい。使用中に加えられる圧縮応力よりも非常に大きな圧縮応力を受けた場合であっても、本発明の溝の横方向プロフィールに不連続点が現われるのを回避することができ、これは、本発明を公知の先行技術から区別するものである。

本発明の第１の変形例では、少なくとも１本の溝の横方向プロフィールは、次数が２以上の多項式タイプの数学的関数又は助変数多項式タイプの数学的関数によって表現できる。

本発明の第２の変形例では、少なくとも１本の溝の横方向プロフィールは、円錐タイプの数学的関数によって表現できる（この場合「円錐形」という用語は、平面と円錐体の交点により得られる曲線を意味するものと理解されたい）。

本発明の第３の変形例では、少なくとも１本の溝の横方向プロフィールは、クロソイドの一部を形成するよう横方向プロフィール上の問題の点の位置の数学的一次関数によって表現できる曲率を有する。

第４の変形例では、少なくとも１本の溝の横方向プロフィールは、クロソイドの「引き伸ばし」部分によって形成できる。「引き伸ばし」クロソイドは、本明細書においては、アフィニティ（類似性）が主軸のうちの１本に沿って適用されるクロソイドにより得られる曲線を意味するものと理解されたい。

第５の変形例では、少なくとも１本の溝の横方向プロフィールは、連続スプライン曲線タイプの数学的関数によって表現できる。

本発明は又、或る特定の基準から開始して、特に溝を成形するための金型の機械加工の現在の可能性に関連した理由で曲率の連続性に近似させることができる上述のプロフィールに十分に近似するプロフィールに及ぶ。

本発明の第６の変形例では、少なくとも１本の溝の横方向プロフィールは、横方向プロフィール上に取られた任意の連続した点相互間に、螺旋の一部を形成するよう同一の曲率の変化を有する。

本発明は又、例えば上述したように構成されたトレッドを備えるタイヤに関する。

本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照して以下に与えられる説明から明らかになり、添付の図面は、本発明の実施形態の形態を非限定的な例として示している。

図１は、米国特許第２，７５６，７９７号明細書に記載された先行技術のトレッド１の溝２の形態を示している。この特許文献によれば、溝１は、走行面上の点Ａと溝の深さの２／３のところに位置する点Ｂを結ぶ第１の実質的に直線状の部分（ＡＢ）を含むプロフィールを有し、円弧の形状の第２の部分（ＢＣ）が、第１の部分を溝の底部を形成する第３の平らな部分（ＣＤ）を結んでいる。次に、この第３の部分の延長部として部分（ＢＣ）に関して対称な部分（ＤＥ）が設けられ、この部分（ＤＥ）それ自体の延長部として、第１の部分（ＡＢ）に関して対称な第５の最後の部分（ＥＦ）が設けられている。この第５の部分の終わりとなる点Ｆは、走行面上に位置している。

図２を参照すると、図２は、プロフィール２１上の各点のところに、このプロフィール２１と走行面１１の交点である点Ａ，Ｆ相互間の横方向溝プロフィールに沿って取った湾曲した横座標１の関数として切断平面内の曲率の局所値を示しており（この横座標の原点は、走行面上の点Ａに取られている）、注目されるように、曲率は、このプロフィールと走行面の交点相互間では連続していない。特に、点Ｄのところには、２つの曲率の値が存在し、一方が直線のセグメント（線分）ＡＢ上にあると、曲率はゼロであり、一方が弧ＢＣ上にあると、曲率は、ゼロ以外である。この曲率の不連続点は、本出願人により注目されたことに従い、トレッドが大きな応力を受けている場合、微小亀裂に敏感な点の出現の起点となる。

各点において溝の横方向プロフィールに沿って取った湾曲した横座標１の関数として曲率（“Ｋ”で示されている）の局所値を示す図２を吟味すると、曲率は、ゼロ（直線部分上）か一定（円の弧の部分上）かのいずれかであり、連結点のところ（即ち、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅのところ）には、これら点の接線は同一であるが、上述の曲率の不連続性があることが注目されよう。これら不連続点のところには、微小亀裂の出現という考えられる理由で変形及び応力の集中が生じることが観察された。

図３は、本発明の溝２の横方向プロフィールを示している。便宜上、図１の符号が、同一の要素を示すために用いられている。このプロフィールは、この場合、溝の長手方向に実質的に垂直な切断面内で概略的に表わされている。本発明によれば、プロフィール２１は、トレッド１の溝２が新しい場合、共に走行面１１上に位置する点Ａと点Ｆとの間に延び、このプロフィールは、曲線によって描かれ、その数学的表現は、曲率の観点から、図４に示すようなものである。

この図４では、ｘ軸（“ｌ”）は、溝２のプロフィール２１に沿って取った直線座標を表わしており、この座標の原点は、走行面上の点Ａのところに取られている。横方向プロフィールの点の各々のところの曲率（Ｋ）の変化を表わす幾何学的形態は、点Ａと点Ｏとの間の直線増加の第１の部分及びこれに連続して続く点Ｏと点Ｆとの間の直線減少の部分を有している。点Ｏは、トレッドの最も内側に位置するプロフィールの点に相当している。

図３の溝２は、「クロソイド（clothoid）」と呼ばれる数学的曲線の一部に相当する形態を備えた横方向プロフィールを有している。この部分を構成する点の座標は、代数学的には決定できず、容易に計算できるのは勾配と曲率だけである。

また、図示していない変形例として、「アフィニティ（類似性）」タイプの数学的変換により、要件に従って多少「引き伸ばされた」クロソイドを得るために初期の幾何学的クロソイド形態を変更することが提案されている。このようにして得られた最終の形態は、本発明の必須の特徴を有し、即ち、溝の横方向プロフィールに沿って曲率の不連続性が存在しない。

実際には、今日においては、曲率が図４に示す形態を辿る溝プロフィールを作ることは困難な場合があり、これは、例えば図５に示す実施形態が、得られた結果に関する限り、僅かな曲率の不連続性を有しているが、等価性が少ないわけではないと考えられるからである。この図５では、所望の曲率Ｋ（破線で示されている）は、僅かな不連続性（切れ目の無い線で表わされている）により互いに分離された一連の連続した曲率によって近似される。「僅かな不連続性」という用語は、本明細書においては、通常、直線プロフィールの（即ち、ゼロ曲率の）部分と湾曲した部分との間に観察される曲率の偏差よりも少ない曲率の偏差を意味するものと理解されたい。

図６に示す別な例では、曲率Ｋの変化は、直線増加形態（部分ＡＢ，ＥＦ）と直線減少形態（部分ＣＤ，ＧＨ）を曲率が一定の部分（部分ＢＣ，ＤＥ，ＦＧ）を間に入れて交互に辿っている。この例では、横方向プロフィールの各点のところには曲率Ｋの単一の値が存在するに過ぎない（しかしながら、これ又走行面上に位置する点Ａ，Ｆを除く）。

非限定的な例として与えられた実例を参照して上述した本発明は、これら実例にのみ限定されるものでなく、当業者であれば、種々の改造をかかる実例に対して行なうことができる。

先行技術の溝の形態を示す図である。 図１の溝のプロフィール上に取られた曲率の変化を示す図である。 本発明の溝の横方向プロフィールを示す図である。 図３の溝のプロフィール上に取られた曲率の変化を示す図である。 図３に示す溝の幾何学的形状に似た溝の幾何学的形状の変形実施形態の曲率の変化を示す図である。 本発明の溝の変形例の曲率の変化の第２の曲線を示す図である。

Claims (7)

1. 走行面（１１）上に開口した複数本の溝（２）を有する大型車両用タイヤトレッド（１）であって、各溝は、平均の方向を有し、各溝は、対向した壁で構成され、前記壁は、溝底部で互いに連結され、各溝は、前記溝と前記溝の前記平均方向に実質的に横断方向の切断面を交差させることにより得られる横方向プロフィールによって幾何学的に構成されるタイヤトレッドにおいて、前記複数本の溝（２）の前記横方向プロフィール（２１）は、１つの数学的関数により表現され、前記横方向プロフィールは、走行面に位置する２つの端点及び可変曲率（Ｋ）を有し、前記切断面における前記曲率の変化は、前記横方向プロフィールの前記２つの端点の間で前記曲率の曲率値の不連続性がない又は僅かな不連続性があるよう数学的に連続し、前記横方向プロフィールは、前記２つの端点の一方の端点から他方の端点まで凹状に湾曲していることを特徴とするタイヤトレッド。
2. 少なくとも１本の溝の前記横方向プロフィールは、次数が２以上の多項式タイプの関数によって表現される曲線である請求項１又のタイヤトレッド。
3. 少なくとも１本の溝の前記横方向プロフィールは、スプライン曲線タイプの関数によって表現される曲線である請求項１記載のタイヤトレッド。
4. 少なくとも１本の溝の前記横方向プロフィールは、螺旋の一部で構成される曲線である請求項１記載のタイヤトレッド。
5. 少なくとも１本の溝の前記横方向プロフィールは、平面と円錐体の交点により得られる曲線である請求項１記載のタイヤトレッド。
6. 少なくとも１本の溝の前記横方向プロフィールは、クロソイドの一部で構成される曲線である請求項１記載のタイヤトレッド。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載のトレッドを備えたタイヤ。

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