JP5164497B2

JP5164497B2 - 空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP5164497B2
Application number: JP2007247115A
Authority: JP
Inventors: 与志男加地
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2027-09-25
Also published as: JP2009078579A

Description

本発明は、タイヤのトレッド踏面に、溝により多数のブロックを区画し、特に氷上ブレーキ性能を向上した空気入りタイヤに関するものである。

従来、冬用の空気入りタイヤでは、氷上における発進時の加速性、制動性を改良するため、タイヤトレッドパターンのブロックやリブ（以下、ブロックと総称する）にトレッド幅方向に延びるサイプを付加することがなされてきた。しかし、サイプの本数を増やしていくと、ブロックのエッジ部が路面を引っ掻く力（以下、エッジ効果という）および、サイプが氷表面の水膜から水を吸い上げる効果（以下、排水効果という）は増加するものの、サイプにて細分化されたブロックは剛性が低下して、ブロックの倒れこみが発生し、氷上での接地面積が減少する結果、タイヤと氷路面間の摩擦力（以下、表面摩擦力という）も減少するという問題があった。この表面摩擦力の減少分がエッジ効果及び排水効果の増加分を上回ると、氷上ブレーキ性能が向上しなくなるため、サイプ付加による氷上ブレーキ性能の向上には限界があった。

そこで、サイプによる手法以外の、氷上ブレーキ性能を向上させる従来技術として、特許文献１には、タイヤの接地面に、内部空間が接地面に向けて広がって端縁に開口する錐状をなし、吸着効果を有する多数の筒状突起を設けたことを特徴とするスノータイヤが記載されている。
このスノータイヤは、筒状突起を内部空間が接地面に向けて広がる錐状に形成することによって、トレッド踏面が氷路面等に接地すると内部空間の空気が排出され、これにより筒状突起が吸盤的に作用し、接地面に対して吸着作用が生じるとしている。

特開平５−１０４９１０号公報

しかし、上述したスノータイヤの筒状突起は、接地面に対する吸着作用の他に、筒状突起が雪面に食い込み、雪面上での駆動力、制動力の向上も意図して内部空間を錐状としているため、吸着作用の効果が十分発揮されているとはいえず、氷上性能について改善する余地があった。

そこで、本発明の目的は、上述した問題点を解消して、接地面に対する吸着作用を向上し、特に、氷上ブレーキ性能をさらに向上した空気入りタイヤを提供することにある。

本発明の要旨は、以下のとおりである。
（１）タイヤのトレッド踏面に、複数の溝により多数のブロックを区画してなる空気入りタイヤであって、
少なくともトレッド幅方向中央域に配置したブロックが円柱型であり、該円柱型ブロックの表面に椀状の凹部を有し、前記円柱型ブロックの半径ｒの、前記凹部の中心深さｄに対する比ｒ／ｄが２．５〜１５の範囲にあることを特徴とする空気入りタイヤ。

ここで、トレッド踏面とは、タイヤを適用リムに装着するとともに、それに最高空気圧を充填して平板上に垂直に置き、そこへ最大負荷能力に相当する質量を負荷したときに平板と接触することになるトレッドゴムの表面領域をいうものとする。
また、トレッド幅方向中央域とは、タイヤ赤道を挟んで、トレッド踏面の１／２の面積の部分をいうものとする。
トレッド幅方向側方域とは、トレッド踏面のトレッド幅方向中央域以外の部分をいうものとする。

さらにまた、椀状とは、球冠状、すなわち、球面を、これと交わる平面で切り取った空間図形の形状を基本とし、さらには、曲率が変化する場合も含むものとする。なお、本発明の円柱型ブロックは、楕円柱型のブロックを含むものとする。

（２）トレッド幅方向側方域に配置したブロックは、角柱型であり、該角柱型ブロックの表面にトレッド幅方向に延びる複数のサイプを有し、該角柱型ブロックはトレッド周方向に連なる陸部列を形成する上記（１）に記載の空気入りタイヤ。

本発明によれば、少なくともトレッド幅方向中央域に配置したブロックを円柱型とし、円柱型ブロックの表面に椀状の凹部を設けることにより、円柱型ブロックを吸盤として機能させるとともに、その際に、接地面積の増大も図られ、特に氷上でのブレーキ性能を向上することができる。

以下に、本発明の空気入りタイヤの実施形態を、図面を参照して詳しく説明する。
なお、タイヤの内部補強構造等は一般的なラジアルタイヤのそれと同様であるので図示を省略する。

図１は、本発明の空気入りタイヤの実施形態を示すトレッドパターンの展開図である。図示のトレッドパターンは、タイヤのトレッド踏面１に、複数の溝、すなわち、トレッド幅方向にほぼ直線状に延びる溝２Ｈと、トレッド周方向にジグザグ形状に延びる溝２Ｖとにより多数の円柱型ブロック１０を区画してなる。
図１に示す例では、トレッド幅方向に溝２Ｖを挟んで７個の円柱型ブロック１０を配置し、さらにこれら７個の円柱型ブロック１０の相互間に対応して、６個の円柱型ブロック１０を配置する。これら２列の組み合わせをトレッド周方向に繰り返すことで、円柱型ブロック１０は千鳥格子状の配置となる。なお、一列に配置する円柱型ブロック１０の個数はこの図の例に限定されるものではない。
また、円柱型ブロック１０は、同じ径の角柱型ブロックと比較して、溝２の体積を増加することとなるので、排水性を向上させることができる。

図１では、溝２Ｖがトレッド周方向にジグザグ形状に延び、溝２Ｈがトレッド幅方向に直線状に延びることによって、円柱型ブロック１０を千鳥格子状に配置しているが、図２（ａ）に示すように、溝２Ｖがトレッド周方向に直線状に延び、溝２Ｈがトレッド幅方向にジグザグ形状に延びて、円柱型ブロック１０を千鳥格子状に配置してもよい。また、図２（ｂ）に示すように、溝２Ｖ、２Ｈがトレッド周方向およびトレッド幅方向のいずれにも直線状に延びて、円柱型ブロック１０を格子状に配置していてもよい。ただし、図１のように、円柱型ブロック１０を最密に充填すると、接地面積が大きくなり最も好適である。

上述したブロックパターンにおいて、各円柱型ブロック１０は、図３に示すように、その表面に椀状の凹部１２を有する。図３の例では、椀状の凹部１２は、球冠状である。球冠とは、球面を、これと交わる平面で切り取った空間図形をいう。また、椀状の凹部１２は、球冠状以外に、例えば、図４に、円柱型ブロック１０の中心を通る断面図で示すように、図４（ａ）のバスタブ曲線や、図４（ｂ）の弓なり曲線のような、凹部１２の表面の曲率が一定でないものも含む。ただし、接地面となる凹部１２の径と円柱型ブロック１０の径とが同一であるため、円柱型ブロック１０の円周部分には厚みがないものとする。

次に、円柱型ブロック１０の表面に設けた球冠状の凹部１２の作用効果について、図５（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。図５（ａ）〜（ｄ）は円柱型ブロック１が接地直後の状態から、タイヤの回転に伴って、タイヤ回転軸の直下に至り、接地域内から抜け出すまでの状態を順に示したものである。
まず、図５（ａ）に示す、円柱型ブロック１０が接地直後のほぼ無荷重の状態から、円柱型ブロック１０が接地域内に入り始め、円柱型ブロック１０に荷重が加わり始めると、図５（ｂ）に示すように、円柱型ブロック１０の表面部分は、凹部１２の径が拡張する向きに変形し、凹部１２と氷路面１５との間の凹部内空間が狭くなり、この凹部１２内に存在する空気が外側に放出される。
次に、図５（ｃ）に示すように、円柱型ブロック１０がタイヤ回転軸の直下に完全に入り、さらに荷重が加わると、最終的に凹部１２の全表面が氷路面１５に接地する結果、円柱型ブロック１０の径を超える径で広がる接地面積が獲得される。この状態から、図５（ｄ）に示すように、タイヤがさらに回転して、円柱型ブロック１０に荷重がかからなくなると、凹部１２は球冠状に復元しようとするが、その際凹部１２内が減圧下におかれることになり、この減圧による吸着効果（吸盤効果）により、円柱型ブロック１０は氷路面１５に対する吸着力を得る。この吸着力により、除荷状態になってもなお路面との接触が維持される。その結果、円柱型ブロック１０のすべりや浮き上がりは抑制され、接地面積が増大するため、氷上ブレーキ性能が向上する。
特に、タイヤがブレーキング状態にあるときは、接地面の後半のブロックが除荷されていく過程において最も滑りやすくなるが、上述したとおり、本発明はこのときの浮き上がり変形を抑制、接地面積を大幅に確保することが可能となり、氷上ブレーキ性能を向上させることができる。

すなわち、本発明の空気入りタイヤでは、タイヤの回転に伴って、ブロックに加わる荷重が徐々に軽くなっていっても、円柱型ブロック１０の表面に球冠状の凹部１２を有するため、上述の通り、氷路面１５に対して高い吸着効果を有し、特に、ブロックが接地面内から離れる際のすべりは抑制される。このように円柱型ブロック１０のすべりが抑制されると、図６に示すように、氷路面１５に対する円柱形ブロック１０の接触が維持され、各円柱形ブロック１０の接地面積の減少が抑制される。その結果、氷上ブレーキ性能を向上させることとなる。また、氷路面１５に存在していた水膜は、円柱型ブロック１０間の溝２に入り込むことも、氷上ブレーキ性能の向上に寄与する。
また、接地面となる凹部１２の径と円柱型ブロック１０の径とが同一であるため、円柱型ブロック１０の円周部分には厚みがない。それゆえ、円柱型ブロック１０が荷重を受けて、凹部１２の表面を接地させる際に、円柱型ブロック１０の円周部分の抵抗が小さく、接地面積を増大させることができる。
これに対して、上述した、筒状突起を有するスノータイヤの場合、筒状突起によって、接地面に対する吸着作用を狙っているが、吸着作用が十分ではない。この理由として以下の２点が挙げられる。すなわち、筒状突起の凹部は錐状であるため、最大荷重がかかった場合でも、凹部の全表面が接地することはない。また、筒状突起は、その径よりも小さい底面の径を有する錘状の凹部を形成するために、筒状突起の円周部分に厚みを有する。この構造もまた、凹部の全表面が接地することを妨げる。凹部の一部しか接地しないと、氷路面に対する吸着作用が十分ではなく、それゆえ、筒状突起のすべりが発生し、接地面積が減少するため、氷上ブレーキ性能を阻害する。

また、円柱型ブロック１０の半径をｒの、凹部１２の中心深さをｄに対する比ｒ／ｄが
２．５〜１５の範囲にあることが好適である。
なぜなら、この比ｒ／ｄが、２．５より小さいと、凹部１２が深すぎることを意味し、凹部１２が完全には接地せず、十分な吸盤効果が得られないためである。
一方、この比ｒ／ｄが、１５より大きいと、凹部１２が浅すぎることを意味し、凹部１２と接地面とによって形成する空間が小さいため、十分な吸盤効果が得られないためである。
なお、この凹部１２による吸盤効果については、以下で詳細に説明する。

上述の例では、円柱型ブロックによって、トレッドパターンを形成したが、円柱型ブロックは、少なくともトレッド幅方向中央域に設けることが肝要である。なぜなら、トレッド幅方向中央域は、水膜が停留しやすく、それゆえ、上述した凹部つき円柱型ブロックによる効果が発現しやすいからである。
次に、円柱型ブロックをトレッド幅方向中央域に配置し、残るトレッド幅方向側方域に通常のブロックを配置した、本発明の空気入りタイヤの他の実施形態を示すトレッドパターンの展開図を図７に示す。
図示のトレッドパターンは、トレッド幅方向側方域に、トレッド周方向に延びる周方向溝３とトレッド幅方向に延びる幅方向溝４とにより、円柱型の円柱型ブロック１０よりも表面積の大きい角柱型ブロック２０を区画するものである。この角柱型ブロック２０は、表面にトレッド幅方向に延びる複数のサイプ２１を有する。角柱型のブロック２０はトレッド周方向に連なる陸部列を形成する。
図７に示すように、円柱型の円柱型ブロック１０と角柱型のブロック２０を組み合わせて配置することにより、円柱型ブロック１０によるすべり抑制効果と、角柱型ブロック２０によるトレッド幅方向側方域剛性を両立することが可能となる。一般的に、トレッド幅方向側方域は接地圧が高く、ここでのブロックへのせん断入力は大きくなる。このトレッド幅方向側方域に角柱型ブロック２０を配置すると、サイプで分断された角柱型ブロック２０のブロック片ごとに接触して支えあい、倒れこみを抑制する効果が得られる。したがって、氷雪上において、優れたすべり抑制効果と倒れこみ抑制効果を両立することが可能となる。

本発明に係る空気入りタイヤ、および従来例タイヤとして図７および図８に示す仕様のトレッドパターンを適用して試作し、実車走行により氷上ブレーキ性能の評価を行ったので以下に説明する。
図７は、上述したように、発明例タイヤのトレッドパターンの展開図を示し、図８は、従来例タイヤのトレッドパターンの展開図を示す。図８に示す従来例タイヤでは、図７に示す発明例タイヤのトレッド幅方向中央域に配置した円柱型のブロックの代わりに、角柱型のブロック２０をトレッド踏面１の全体に配置した点以外は、図７に示す発明例タイヤと同じ構造である。

発明例タイヤおよび従来例タイヤは、タイヤサイズがともに１９５／６５Ｒ１５である。これらのタイヤを６Ｊのリムに組み付けてタイヤ車輪とし、タイヤ内圧を２００ｋＰａに調整した。上記タイヤを乗用車に装着し、氷路において制動試験を行った。試験は初速度４０ｋｍ／ｈからフルブレーキをかけて静止状態になるまでの制動距離を計測し、初速度と制動距離から平均減速度を算出した。結果は平均減速度の指数で表現し、表１および図８に示す。この指数は、従来例タイヤの平均減速度を１００とした場合の指数で表示し、値が大きいと良好な結果を表す。

表１および図９より、従来例タイヤと比較して、特に凹部半径ｒが５．０〜７．５ｍｍかつ凹部深さｄが０．５〜２．０ｍｍの凹部形状を有する発明例タイヤの場合に、氷上ブレーキ性能が向上していることが分かる。

以上により、少なくともトレッド幅方向中央域に配置したブロックを円柱型とし、円柱型ブロックの表面に椀状の凹部を設けることにより、特に氷上でのブレーキ性能を向上することができる。

本発明の空気入りタイヤの実施形態を示すトレッドパターンの展開図である。（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明の空気入りタイヤのその他の実施形態を示すトレッドパターンの展開図である。本発明の空気入りタイヤに係る円柱型ブロックの拡大図である。（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明の空気入りタイヤに係る円柱型ブロックの他の例である。（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、本発明の空気入りタイヤの作用効果を説明するための図である。本発明の空気入りタイヤの作用効果をさらに説明するための図である。本発明の空気入りタイヤの他の実施形態を示すトレッドパターンの展開図である。従来例タイヤのトレッドパターンの展開図である。従来例タイヤに対する発明例タイヤの氷上ブレーキ性能の実験結果を示す図である。

符号の説明

ＣＬ赤道
１トレッド踏面
２、２Ｈ、２Ｖ溝
３周方向溝
４幅方向溝
１０円柱型ブロック
１２凹部
１５氷路面
２０角柱型ブロック
２１サイプ

Claims

タイヤのトレッド踏面に、複数の溝により多数のブロックを区画してなる空気入りタイヤであって、
少なくともトレッド幅方向中央域に配置したブロックが円柱型であり、該円柱型ブロックの表面に椀状の凹部を有し、
前記円柱型ブロックの半径ｒの、前記凹部の中心深さｄに対する比ｒ／ｄが２．５〜１５の範囲にあることを特徴とする空気入りタイヤ。
トレッド幅方向側方域に配置したブロックは、角柱型であり、該角柱型ブロックの表面にトレッド幅方向に延びる複数のサイプを有し、該角柱型ブロックはトレッド周方向に連なる陸部列を形成する請求項１に記載の空気入りタイヤ。