JP5250531B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、ショルダー部の片側が他側よりもボリュームを大きくした空気入りタイヤに関する。

タイヤのトレッド面に形成されるトレッドパターンとして、陸部のボリュームを異ならせることで左右のショルダー部に剛性差を付与した非対称パターンが知られている。例えば、トラックやバスなどの操舵輪である前輪に使用するタイヤにおいて、車両装着時に外側となるショルダー部をリブで構成し、車両装着時に内側となるショルダー部をブロックで構成した場合には、その車両装着時外側のショルダー部の剛性が高くなり、旋回性能が向上する。

ところが、そのような非対称パターンを採用すると、左右のショルダー部における剛性差に起因して、剛性が高い側のショルダー部に接地圧が集中する傾向にある。これにより、その剛性が高い側のショルダー部が偏摩耗を起こし、ショルダーウェアやステップウェアが発生するという問題がある。特に、トラックやバスなどの車両総重量が重い車両に使用される重荷重用空気入りタイヤでは、トレッド面に作用する接地圧が高くなることから、かかる現象が顕著に現れる。

下記特許文献１には、車両装着時外側のショルダー部の偏摩耗と轍ワンダリングを抑制するべく、ベルト層の最外側ベルト層をトレッド幅中心線に対してオフセットさせ、そのトレッド幅中心線からのベルト幅が車両装着時の内側よりも外側で幅広になるようにし、車両装着時の外側のショルダー端部をラウンド形状に、車両装着時の内側のショルダー端部をスクウェア形状にした重荷重用空気入りラジアルタイヤが記載されている。

しかし、当該タイヤは、偏摩耗を起こしがちな外側のショルダー部の剛性を、上記の如きベルト層のオフセットによって高めるものである。よって、上述の非対称パターンではショルダー部の剛性差が更に大きくなり、偏摩耗の発生を助長する恐れがある。即ち、上述した非対称パターンによるショルダー部の偏摩耗に対しては、接地圧が集中する側のショルダー部の剛性を高めるのではなく、左右のショルダー部で接地圧の均一化を図るべきであるが、上記のタイヤ構造は、そのための解決手段を示唆するものではない。

特開平５−９６９１０号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ショルダー部における接地圧の均一化を促して、ショルダー部の偏摩耗を抑制することができる空気入りタイヤを提供することにある。

上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。即ち、本発明に係る空気入りタイヤは、トレッド面にタイヤ周方向に沿って延びる複数の主溝を設けて、タイヤ幅方向の片側のショルダー部が他側のショルダー部よりもボリュームを大きくした空気入りタイヤにおいて、ショルダー部のボリュームが大きい側のバットレス領域に、ショルダーエッジに連なった第一凹部と、その第一凹部のタイヤ径方向内側に隣接した第二凹部とを設け、ショルダー部のボリュームが小さい側のバットレス領域に、ショルダーエッジに連なった第一凸部と、その第一凸部のタイヤ径方向内側に隣接した第二凸部とを設けたものである。

この空気入りタイヤでは、バットレス領域に上記の如き凹部と凸部を設けたことにより、ボリュームが大きい側のショルダー部で接地圧を分散させるとともに、ボリュームが小さい側のショルダー部で接地圧を高めやすくなる。その結果、左右のショルダー部における接地圧の均一化を促し、ショルダー部の偏摩耗を抑制することができる。ここで、バットレス領域は、サイドウォール部のタイヤ径方向外側の部位であって、平坦な舗装路での通常走行時には接地しない領域である。

また、バットレス領域に凹部を設けたことにより、その凹部の外表面でベルト層の端部が露出するなどして、クラックや欠けの発生が懸念されるが、本発明では凹部を二段構造にしているため、凹部を過大に窪ませなくても接地圧分散の効果を得やすく、バットレス領域のタイヤ外表面からベルト層までの距離を確保して、凹部に起因するクラックや欠けの発生を防止できる。加えて、凸部も二段構造にしていることで、凹部とのバランスが良好になり、放熱性にも優れる。

本発明では、前記第一凹部の外表面が、ショルダーエッジからタイヤ径方向内側に下ろした垂線よりもタイヤ幅方向外側に位置し、前記第二凹部の外表面が、前記第一凹部の内側端からタイヤ径方向内側に下ろした垂線よりもタイヤ幅方向外側に位置するものが好ましい。かかる構成により、第一凹部と第二凹部がオーバーハングの状態になることを避けて、凹部におけるクラックや欠け、座屈の発生を防止することができる。

本発明では、前記第一凹部と前記第二凹部の外表面が、それぞれ円弧状に窪んだ湾曲面により形成され、前記第一凸部と前記第二凸部の外表面が、それぞれ円弧状に膨らんだ湾曲面により形成されたものが好ましい。かかる構成により、第一凹部や第二凹部の外表面での応力集中を防いで、凹部におけるクラックや欠けの発生を抑制することができる。また、凸部も同様に形成することで、凹部とのバランスを取りやすくし、轍路面からの車線変更を容易にする。

本発明では、前記第一凹部と前記第二凹部との境目、及び、前記第一凸部と前記第二凸部との境目が、ベルト層の最大幅ベルトの端部の高さ位置から５ｍｍ以内の領域に設定されているものが好ましい。かかる構成により、バットレス領域のタイヤ外表面からベルト層までの距離を確保しやすくなり、凹部におけるクラックや欠けの発生を抑制することができる。また、凸部も同様に形成することで、凹部とのバランスを取りやすくし、放熱性を確保してベルト耐久力の低下を防ぐことができる。

本発明に係る空気入りタイヤの一例を示すタイヤ子午線断面図 トレッド面の一例を示す展開図 図１のショルダー部Ｓ１の拡大図 図１のショルダー部Ｓ２の拡大図 凹部の他の形状を示した図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る空気入りタイヤの一例を示すタイヤ子午線断面図である。トレッド部３は、サイドウォール部２の各々のタイヤ径方向外側端に連なり、その外周には、図２に示した非対称パターンを有するトレッド面１が形成されている。トレッド面１には、タイヤ周方向に沿って延びる複数（本実施形態では四本）の主溝４が設けられ、最外側にある一対の主溝４よりもタイヤ幅方向外側にショルダー部Ｓ１，Ｓ２が位置する。図３，４に、ショルダー部Ｓ１，Ｓ２の拡大図を示す。

ショルダー部Ｓ１は、ショルダー部Ｓ２よりもボリュームが大きく、それによって左右のショルダー部に剛性差が付与されている。ショルダー部Ｓ１のボリュームは、接地端となるショルダーエッジＥ１から主溝４までの幅Ｗ１に、主溝深さＧＤと周長を乗じ、浅溝５のボリュームを差し引くことで算出される。同様に、ショルダー部Ｓ２のボリュームは、幅Ｗ２に主溝深さＧＤと周長を乗じ、横溝６のボリュームを差し引いて算出される。ショルダー部Ｓ１が、ショルダー部Ｓ２に比べてボリュームが５％以上大きい場合には、ショルダー部Ｓ１で偏摩耗の発生が顕著化するため、本発明が特に有用となる。

このタイヤでは、左右のショルダー部にボリューム差を設けるべく、ショルダー部Ｓ１にリブパターンを採用し、ショルダー部Ｓ２にブロックパターンを採用している。リブパターンは、タイヤ周方向に実質的に連続して延びるリブ状の陸部で構成され、本実施形態のように浅溝５が形成される場合もある。ブロックパターンは、横溝６により区画されたブロック状の陸部で構成される。このようにリブパターンとブロックパターンを併用した場合には、左右のショルダー部の剛性差が大きくなる傾向にある。

図３に示すように、ボリュームの大きいショルダー部Ｓ１側のバットレス領域には、ショルダーエッジＥ１に連なった凹部１１（前記第一凹部に相当）と、その凹部１１のタイヤ径方向内側に隣接した凹部１２（前記第二凹部に相当）が設けられている。また、図４に示すように、ボリュームの小さいショルダー部Ｓ２側のバットレス領域には、ショルダーエッジＥ２に連なった凸部２１（前記第一凸部に相当）と、その凸部２１のタイヤ径方向内側に隣接した凸部２２（前記第二凸部に相当）が設けられている。

かかる構成により、ボリュームが大きいショルダー部Ｓ１では接地圧を分散させ、ボリュームが小さいショルダー部Ｓ２では接地圧を高めやすくなる。その結果、左右のショルダー部で接地圧の均一化を促し、ショルダー部の偏摩耗を抑制することができる。また、ショルダー部Ｓ１では、凹部１１と凹部１２の二段構造にしているため、凹部を過大に窪ませなくても接地圧分散の効果を得やすく、バットレス領域のタイヤ外表面からベルト層７までの距離を確保して、凹部に起因するクラックや欠けの発生を防止できる。更に、凸部２１と凸部２２との二段構造であるため、凹部とのバランスが良好になり、バットレス領域のタイヤ外表面からベルト層７までの距離が長くなり過ぎず、放熱性の悪化を防止できる。

このタイヤは、テーパショルダータイプの空気入りタイヤであり、そのショルダープロファイルの基本はテーパショルダープロファイルである。よって、本来であれば、破線で示したプロファイルＢＰのように、バットレス領域の外表面がショルダーエッジＥ１，Ｅ２からテーパ状に傾斜し、その角度θは例えば１００〜１７０°である。凹部１１の外表面は、プロファイルＢＰを窪ませてなり、その中心座標はプロファイルＢＰよりもタイヤ幅方向内側に位置する。一方、凸部２１の外表面は、プロファイルＢＰを膨出させてなり、その中心座標はプロファイルＢＰよりもタイヤ幅方向外側に位置する。

このタイヤでは、ショルダーエッジＥ１，Ｅ２からタイヤ最大幅位置ＷＰに至る範囲で、基本プロファイル要素が３つ以上に設定されている。即ち、ショルダー部Ｓ１側であれば、凹部１１の外表面と、凹部１２の外表面と、凹部１２の内側端からタイヤ最大幅位置ＷＰまでの残部の外表面とに対応する基本プロファイル要素が存在し、その残部の外表面については、更に複数の基本プロファイル要素を含む場合もある。この点は、ショルダー部Ｓ２側も同じである。なお、タイヤ外表面に形成される文字等の表示マーク、ソーカット（セレーション）及びプロテクターリブは、基本プロファイル要素を構成しない。

タイヤをＪＡＴＭＡが定める標準リムに装着し、ＪＡＴＭＡで定められた正規内圧を充填し且つ無負荷の状態では、図３に示すように、凹部１１の外表面は、ショルダーエッジＥ１からタイヤ径方向内側に下ろした垂線ＰＬ１よりもタイヤ幅方向外側に位置し、凹部１２の外表面は、凹部１１の内側端（境目Ｂ１と一致）からタイヤ径方向内側に下ろした垂線ＰＬ２よりもタイヤ幅方向外側に位置する。これにより、凹部１１，１２がオーバーハングの状態になることを避けて、クラックや欠け、座屈の発生を防止できる。

これに対して、凹部１１の外表面が垂線ＰＬ１よりもタイヤ幅方向内側に位置する場合には、図５に例示したように凹部１１がオーバーハングの状態となる。この場合、ショルダー部Ｓ１に接地圧が作用した際に、凹部１１の外表面において深く窪んだ箇所に応力が集中しやすくなり、その箇所を起点としたクラックや欠け、座屈が発生する恐れがある。凹部１２の外表面が垂線ＰＬ２よりもタイヤ幅方向内側に位置する場合にも、同様の不具合が懸念される。

本実施形態では、凹部１１と凹部１２の外表面が、それぞれ円弧状に窪んだ湾曲面により形成されている。そのため、凹部１１，１２の外表面における応力集中を防いで、クラックや欠けの発生を抑制することができる。また、凸部２１と凸部２２の外表面は、それぞれ円弧状に膨らんだ湾曲面により形成されており、凹部１１，１２とのバランスが良好になるようにしている。

このタイヤは、一対のビード部（不図示）の間にトロイダル形状のカーカス層（不図示）を配設したラジアルタイヤであり、サイドウォール部２はビード部からタイヤ径方向外側に延びている。ベルト層７は、複層（本実施形態では四層）のベルトからなり、カーカス層を外周側から補強している。各ベルトは、タイヤ赤道Ｃに対して傾斜したコードを含むプライにより構成され、ベルト間でコード方向が互いに逆向きに交差するように積層されている。ベルト層７は、タイヤ赤道Ｃに対してオフセットする必要はなく、本実施形態ではタイヤ赤道Ｃからのベルト幅が左右で均等になるように配置されている。

図３，４に示した領域Ａは、ベルト層７の最大幅ベルト７ａの端部の高さ位置ＨＰから上下に５ｍｍ以内となる領域であり、その高さ寸法は１０ｍｍである。タイヤをＪＡＴＭＡが定める標準リムに装着し、ＪＡＴＭＡで定められた正規内圧を充填し且つ無負荷の状態において、凹部１１と凹部１２との境目Ｂ１、及び、凸部２１と凸部２２との境目Ｂ２は、それぞれ領域Ａ内に設定されている。これにより、バットレス領域の外表面から、トレッド部３の内側に設けたベルト層７までの距離を確保しやすくなり、凹部におけるクラックや欠けの発生を抑制できる。

境目Ｂ１から最大幅ベルト７ａの端部までのタイヤ幅方向の距離Ｄは、例えば２０±１０ｍｍに設定される。この距離Ｄが１０ｍｍ未満であると、バットレス領域の外表面に接近したベルト層７の端部が露出しやすくなり、クラックや欠けの発生が懸念される形状となる。また、凹部１２の高さ寸法Ｈ１２は、凹部１１の高さ寸法Ｈ１１よりも小さく、その比率Ｈ１２／Ｈ１１は例えば０．２〜０．８に設定される。

凹部１１と凹部１２を合わせた凹部全体のボリュームをＶ１、凸部２１と凸部２２を合わせた凸部全体のボリュームをＶ２とするとき、ボリュームＶ１及びボリュームＶ２は、それぞれショルダー部Ｓ１とショルダー部Ｓ２とのボリューム差ＶＳの略半分であることが好ましく、具体的にはボリューム差ＶＳの５０±１５％が好ましい。これにより、凹部１１，１２による接地圧の分散と、凸部２１，２２による接地圧の確保とをバランスよく発現して、接地圧の均一化作用を効率良く確実に得ることができる。

これに対し、例えばボリュームＶ２をボリューム差ＶＳと同等にするなど、ボリュームＶ２を過大に設定した場合には、ボリューム差ＶＳが大きいときに凸部２１，２２が不自然に大きな形状となり、乗心地が悪化する恐れがある。また、ボリュームＶ１をボリューム差ＶＳと同等にするなど、ボリュームＶ１を過大に設定した場合には、ボリューム差ＶＳが大きいときに凹部１１，１２により接地圧の均一化を図ることが難しく、偏摩耗の抑制効果が低下する傾向にある。

凹部１１，１２のボリュームは、図３に示した断面の面積に周長を乗じることで算出され、双方のボリュームを合計してボリュームＶ１が得られる。凹部１１の断面積は、その凹部１１の外表面と、ショルダーエッジＥ１から境目Ｂ１に至るプロファイルＢＰとで囲まれた、扁平半円形状の断面に基づいて求められる。同様に、凹部１２の断面積は、その凹部１２の外表面と、境目Ｂ１から凹部１２の内側端に至るプロファイルＢＰとで囲まれた、扁平半円形状の断面に基づいて求められる。

凸部２１，２２のボリュームは、図４に示した断面の面積に周長を乗じることで算出され、双方のボリュームを合計してボリュームＶ２が得られる。凸部２１の断面積は、その凸部２１の外表面と、ショルダーエッジＥ２から境目Ｂ２に至るプロファイルＢＰとで囲まれた、扁平半円形状の断面に基づいて求められる。同様に、凸部２２の断面積は、その凸部２２の外表面と、境目Ｂ２から凸部２２の内側端に至るプロファイルＢＰとで囲まれた、扁平半円形状の断面に基づいて求められる。

ボリュームＶ１とボリュームＶ２とは略同等であることが好ましく、その比率Ｖ２／Ｖ１は例えば０．５〜１．５に設定される。これにより、凹部１１，１２による接地圧の分散と、凸部２１，２２による接地圧の確保とがバランスよく発現され、接地圧の均一化作用が効率良く確実に得られる。かかる観点から、凹部１１と凸部２１とのボリューム、並びに凹部１２と凸部２２とのボリュームを、上記の比率で設定することが好適である。本実施形態では、凹部１１と凸部２１の断面形状が点対称の関係にあり、凹部１２と凸部２２の断面形状も同様の関係にあって、双方のボリュームが略同等に設定されている。

凹部１１，１２及び凸部２１，２２は、それぞれタイヤ周方向に沿って延在しており、本実施形態では周上で連続的に設けられているが、これらを周上で断続的に設けても構わない。ショルダー部にブロックパターンを採用した場合には、凹部又は凸部をブロックの位置に対応させて断続的に設けることが好ましく、それによって接地圧を分散又は確保する作用が効率良く奏される。但し、ブロックを区画する横溝が浅い場合などには、凹部や凸部を連続的に設けても有効であり、上述したようなボリューム調整の観点から適宜に設定すればよい。

凸部２２は、凸部２１のタイヤ径方向内側に隣接して配置されるが、これらのタイヤ周方向位置は必ずしも合致していなくて構わない。したがって、例えば、凸部２１と凸部２２を断続的に設けた場合に、それらをタイヤ周方向に沿って千鳥状に配置することも考えられる。このとき、凹部１１と凹部１２についても同様に千鳥状配置を採用して、ボリューム調整を図ることができる。

本発明の空気入りタイヤは、車両に対する装着方向が特に指定されるものではないが、このタイヤを車両の前輪に装着する場合であれば、凸部を設けたショルダー部を車両外側に向けることが好ましい。これにより、偏摩耗を抑制する効果に加え、接地面との角度を緩やかにして耐ワンダリング性を向上できる。また、車両の後輪に装着する場合であって、冬用タイヤであれば、横方向の滑りを抑えるために、凹部を設けたショルダー部を車両外側に向けることが好ましい。

本発明の空気入りタイヤが有するトレッドパターンは、ショルダー部の片側が他側よりもボリュームを大きくした非対称パターンである限り、特に限定されるものではない。前述の実施形態では、片側のショルダー部にリブパターンを採用し、他側のショルダー部にブロックパターンを採用した例を示したが、これに制約されず、他のパターンも採用可能である。

本発明の空気入りタイヤは、左右のショルダー部における接地圧の均一化を促して、耐偏摩耗性能を向上できることから、重荷重用空気入りタイヤとして特に有用である。

サイズ１１Ｒ２２．５の試作タイヤをリム（２２．５×７．５０）に組み付けた後、７００ｋＰａの内圧にて積載荷重１０トンのトラック（車軸構成２−Ｄ）のフロント軸に装着し、５０，０００ｋｍ走行後に偏摩耗とクラックの発生状況を調べた。

走行後の試作タイヤに対し、トレッド面に沿うＲ定規を当ててショルダー部の局所段差摩耗量を測定し、その測定値の逆数を指数化して耐偏摩耗性能を評価した。数値が大きいほどショルダー部の段差摩耗量が小さく、耐偏摩耗性能に優れていることを示す。また、走行後の試作タイヤに対し、バットレス領域に発生したクラックの長さと深さを測定し、それらの積の逆数を指数化して耐クラック性能を評価した。数値が大きいほどクラックの発生が抑えられており、耐クラック性能に優れていることを示す。

試作タイヤについては、図２に示したトレッドパターンを有する空気入りタイヤにおいて、図３にプロファイルＢＰで示したように、通常のテーパショルダープロファイルを採用したものを比較例１とした。また、同じトレッドパターンを有する空気入りタイヤにおいて、バットレス領域に図５の凹部と図４の凸部を設けたものを実施例１とし、図３の凹部と図４の凸部を設けたものを実施例２とした。評価結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例１，２では、バットレス領域に凹部と凸部を設けたことにより、比較例１に比べて耐偏摩耗性能を改善できている。また、実施例２では、実施例１と比べて耐クラック性能が改善されており、凹部がオーバーハングの状態になることを避けたことで、クラックの発生を抑制できている。

１ トレッド面
３ トレッド部
４ 主溝
７ ベルト層
７ａ 最大幅ベルト
１１ 凹部（第一凹部）
１２ 凹部（第二凹部）
２１ 凸部（第一凸部）
２２ 凸部（第二凸部）
Ｅ１ ショルダーエッジ
Ｅ２ ショルダーエッジ
Ｓ１ ショルダー部
Ｓ２ ショルダー部

Claims (4)

1. トレッド面にタイヤ周方向に沿って延びる複数の主溝を設けて、タイヤ幅方向の片側のショルダー部が他側のショルダー部よりもボリュームを大きくした空気入りタイヤにおいて、
   ショルダー部のボリュームが大きい側のバットレス領域に、ショルダーエッジに連なった第一凹部と、その第一凹部のタイヤ径方向内側に隣接した第二凹部とを設け、
   ショルダー部のボリュームが小さい側のバットレス領域に、ショルダーエッジに連なった第一凸部と、その第一凸部のタイヤ径方向内側に隣接した第二凸部とを設けたことを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記第一凹部の外表面が、ショルダーエッジからタイヤ径方向内側に下ろした垂線よりもタイヤ幅方向外側に位置し、前記第二凹部の外表面が、前記第一凹部の内側端からタイヤ径方向内側に下ろした垂線よりもタイヤ幅方向外側に位置する請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記第一凹部と前記第二凹部の外表面が、それぞれ円弧状に窪んだ湾曲面により形成され、前記第一凸部と前記第二凸部の外表面が、それぞれ円弧状に膨らんだ湾曲面により形成された請求項１又は２に記載の空気入りタイヤ。
4. 前記第一凹部と前記第二凹部との境目、及び、前記第一凸部と前記第二凸部との境目が、ベルト層の最大幅ベルトの端部の高さ位置から５ｍｍ以内の領域に設定されている請求項１〜３いずれか１項に記載の空気入りタイヤ。

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