JP5366692B2

JP5366692B2 - 空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP5366692B2
Application number: JP2009175326A
Authority: JP
Inventors: 靖雄大澤; 直也越智
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2009-07-28
Filing date: 2009-07-28
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2029-07-28
Also published as: JP2011025864A

Description

本発明は、空気入りタイヤ、特には、ブロック群を設けた空気入りタイヤの転がり抵抗を低減させた技術を提案するものである。

近年、地球温暖化をはじめとする環境問題を考慮した開発が活発に行われており、その一例として、自動車の低燃費化が挙げられる。これを達成するための一つの手段として、タイヤの転がり抵抗の低減があり、従来から、様々な技術開発が行われている。

タイヤの転がり抵抗は、トレッドゴム内にて多く発生することが知られており、この転がり抵抗（ＲＲ）は、トレッドゴムの歪エネルギー（ＳＥ）とゴム材料のロスである損失正接（ｔａｎδ）とトレッドゴム体積（Ｖ）から、ＲＲ＝ＳＥ×ｔａｎδ×Ｖで表すことができ、例えば、トレッド部に使用されるトレッドゴムを損失正接の小さいものに変更することが、転がり抵抗の低減を図る上で有効であるとされている。しかしながら、この方法では、タイヤの、グリップ力および制動力をはじめとする他の性能が犠牲になることも知られている。
また、転がり抵抗を減らすために、トレッドゴムの厚さを薄くする方法も考えられるが、この場合はタイヤの十分な耐摩耗性を確保できないおそれがある。

そこで、本発明は、トレッドゴムのゴム物性や厚みを改良することなく、トレッドパターンの改良によって転がり抵抗を有効に低減させた空気入りタイヤを提供する。

発明者らは、適用リムに組み付けて規定の空気圧を充填した状態のタイヤのトレッド部に発生する歪エネルギーを有限要素法で解析した結果、図３に示すように、ショルダー領域の歪エネルギーが、センター領域の歪エネルギーに比して大きいことがわかった。

そこで、ショルダー領域について、図４にショルダー領域の歪エネルギーに占める割合を示すように、タイヤ半径方向の垂直歪Ｒ、タイヤ周方向の垂直歪Ｃ、タイヤ幅方向の垂直歪Ｚ、タイヤ周方向断面内の剪断歪ＲＣ、タイヤ幅方向断面内の剪断歪ＲＺおよびタイヤ半径方向断面内の剪断歪ＣＺの歪六成分に応じた割合を解析した結果、図５（ａ）に示すような、タイヤ幅方向断面内の剪断歪ＲＺでの寄与が一番大きいことがわかった。

この剪断歪ＲＺは、図５（ｂ）に、トレッド部のタイヤ幅方向の部分断面を示すように、ショルダー領域で、図に破線で示すように一定の曲率を持つベルトとトレッドゴムが路面に接地する際に、その領域が、図に実線で示すような平坦形状となる剪断変形と、ショルダー領域に位置するベルト部分のタイヤ半径方向距離がセンター領域より小さいため、そのショルダー領域付近に位置するベルト部分が接地時にコードが交差して配置された傾斜ベルト層はパンタグラフ状に変形してタイヤ周方向に伸びる結果としてタイヤ周方向に伸長すると、タイヤ幅方向に収縮し、路面で拘束されているトレッド踏面とベルトとの間にあるトレッドゴムで剪断歪が発生するとの知見を得た。

次にセンター領域について、図６に示すように、歪エネルギーについての同様の解析を行った結果、タイヤ周方向断面内の剪断歪ＲＣの寄与が一番大きいことがわかった。
この周方向剪断歪は、図７にタイヤ周方向断面図に示すように、タイヤ周方向にほとんど伸縮しないベルトと路面との間でトレッドゴムが変形することに起因して、剪断歪が発生するとの知見を得た。

発明者らは、タイヤの転がり抵抗に関して、センター領域はタイヤ周方向の剪断歪が、そしてショルダー領域はタイヤ幅方向の剪断歪が大きな影響を与えていて、それらの歪が異なることに注目して、それぞれの領域の剪断変形に伴うエネルギーロスを減少させることで、転がり抵抗を低減できると考えた。

そこで、この発明の空気入りタイヤでは、トレッド部にカーカス、ベルトおよびトレッドゴムを具え、このトレッドゴムの踏面に、相互に独立した複数個の多角形ブロックを配置してなるブロック群を少なくとも一部に設けたものであって、タイヤ幅方向断面内で、タイヤ赤道面を中心としてベルト総幅の１／２の範囲内に位置するトレッド踏面部分をセンター領域とし、このセンター領域よりトレッド幅方向外側をショルダー領域とするとともに、センター領域に位置するブロック群内で相互に隣接するブロックは、トレッド幅方向のブロック間隔がトレッド周方向のブロック間隔より大きく、ショルダー領域に位置するブロック群内で相互に隣接するブロックは、トレッド周方向のブロック間隔が、トレッド幅方向のブロック間隔より大きいことを特徴とするものである。

ここで、ベルト総幅とは、例えば、交錯するベルト層のうち最も幅広の組となる二層の平均ベルト幅をいい、交錯層が二枚の場合は二枚の平均値、交錯層が三枚の場合は最も幅広のベルト層と二番目に幅広のベルト層の平均値とする。

このようなタイヤにおいてより好ましくは、五角形以上の角数の、多角形ブロックをトレッド周方向に千鳥状に配置する。

また好ましくは、ブロック一個分のトレッド周方向長さと、該ブロックのトレッド周方向に隣接する溝一本分のトレッド周方向長さとを加算したものをブロックの基準ピッチ長さとし、ブロック群における多角形ブロックの基準ピッチ長さをＰ（ｍｍ）、ブロック群の幅をＷ（ｍｍ）としたとき、前記基準ピッチ長さＰと幅Ｗとで区画される、ブロック群の基準区域内に存在するブロックの個数をａ（個）、基準区域内のネガティブ率をＮ（％）とし、

で与えられる、ブロック群の単位実接地面積当たりのブロック個数密度Ｓを０．００３〜０．０４個／ｍｍ^２の範囲内とする。

ここで、「ブロックの基準ピッチ長さ」とは、ブロック群を構成する一つのブロック列におけるブロックの繰り返し模様の最小単位を指すものとし、ブロック一個分のトレッド周方向長さと、このブロックのトレッド周方向に隣接する溝一本分のトレッド周方向長さとを加算したものをブロックの基準ピッチ長さとする。
なお、「ブロック群の基準区域内のブロックの個数ａ」は、ブロックが基準区域の内外に跨って存在し、一個として数えることができない場合は、ブロックの表面積に対する、基準区域内に残ったブロックの残存面積の比率を用いて数え、例えば、基準区域の内外に跨り、基準区域内にその半分しか存在しないブロックの場合は、１／２個と数えるものとする。

「ブロック群の幅Ｗ」とは、ブロックを密集配置してなるブロック群のトレッド幅方向長さを指し、例えばブロック群がトレッド全体に存在する場合は、トレッド接地幅をいい、トレッド踏面に周溝等を配設して、ブロック群がトレッド全体に存在しない場合は、周溝等で区分された領域の平均幅をいうものとする。
ブロック群の「実接地面積」とは、ブロック群の基準区域内にある全ブロックの総表面積をいうものとし、すなわち、基準ピッチ長さＰと幅Ｗとの積で規定される、上記基準区域の面積から個々のブロックを区画している溝の面積を減算した面積をいうものとする。

溝長さは、タイヤが生産され、使用される地域に有効な産業規格であって、日本ではＪＡＴＭＡ（日本自動車タイヤ協会）ＹＥＡＲＢＯＯＫ、欧州ではＥＴＲＴＯ（ＥｕｒｏｐｅａｎＴｙｒｅａｎｄＲｉｍＴｅｃｈｎｉｃａｌＯｒｇａｎｉｓａｔｉｏｎ）ＳＴＡＮＤＡＲＤＳＭＡＮＵＡＬ、米国ではＴＲＡ（ＴＨＥＴＩＲＥａｎｄＲＩＭＡＳＳＯＣＩＡＴＩＯＮＩＮＣ．）ＹＥＡＲＢＯＯＫ等に規定されたリムに、タイヤを組み付けて、ＪＡＴＭＡ等の規格にタイヤサイズに応じて規定された、最高空気圧を充填した状態で、測定したものとする。

この発明の空気入りタイヤでは、センター領域に位置するブロック群内で相互に隣接するブロックは、トレッド幅方向のブロック間隔がトレッド周方向のブロック間隔より大きくすることで、図７に示すような、タイヤ周方向剪断歪に対して、タイヤ回転変形時に、トレッド幅方向に長い間隔で収縮して、その歪を低減することができる。

また、ショルダー領域に位置するブロック群内で相互に隣接するブロックは、トレッド周方向のブロック間隔が、トレッド幅方向のブロック間隔より大きくして、図５（ｂ）に示すような、ショルダー領域のトレッドゴムが路面に接地する際のトレッド幅方向の剪断変形を、トレッド周方向に長い間隔の収縮変形によって緩和することで、低減することができる。

その結果、ショルダーブロックをトレッド幅方向の間隔でタイヤ幅方向断面内の剪断歪と、センターブロックをトレッド幅方向の間隔でタイヤ周方向断面内の剪断歪とを低減する結果、それらの歪に起因する転がり抵抗を低減させることができる。

空気入りタイヤの実施形態を示す、適用リムにタイヤを組み付けて規定の空気圧を充填した状態でのタイヤ幅方向断面図である。本発明の空気入りタイヤの一の実施形態を示すトレッドパターンの部分展開図である。空気入りタイヤのトレッド部に発生する歪エネルギーについて解析した結果を示す図である。ショルダー領域に発生する歪エネルギーについて解析した結果を示す図である。（ａ）はタイヤ幅方向断面内の剪断歪を模式的に示す図であり、（ｂ）はショルダー領域のベルトとトレッドゴムが路面に接地する際の剪断変形を模式的に示す図である。センター領域に発生する歪エネルギーについて解析した結果を示す図である。タイヤ周方向断面内の剪断歪を模式的に示す図である。

以下に、図面を参照しながら本発明の空気入りタイヤを詳細に説明する。
図１は、空気入りタイヤの一の実施形態を、適用リムに組み付けた状態で示す、タイヤについての子午線断面図である。

図中の１はトレッド部を、２は、トレッド部１のそれぞれの側部に連続して半径方向内方へ延びる一対のサイドウォール部を、そして３は、サイドウォール部２の半径方向内方に連続するビード部をそれぞれ示す。

ここでは、ビード部３に埋設配置した、例えば一対のビードコア４の周りに、それぞれの側部部分を巻き上げて係留した、例えば一枚のカーカスプライからなるカーカス５のクラウン域の外周側に、コードをタイヤ赤道面に対して１５〜３０°で傾斜した向きに延在させた、ゴム被覆ベルト層の二層以上、図では二層の傾斜ベルト層６を配設し、このような傾斜ベルト層６の半径方向外方には、タイヤの赤道面に沿って延びるコードの多数本をゴム被覆してなる、図では一層の周方向ベルト層７と、トレッド踏面８を形成するトレッドゴム９を配設する。

そして、センター領域Ｃを、タイヤ赤道面Ｅから傾斜ベルト層６の平均ベルト幅ＢＷの１／２の範囲内とし、それよりタイヤ幅方向外側をショルダー領域ＳＨとする。

図２は、本発明の空気入りタイヤの一の実施形態を示すトレッドパターンの部分展開図である。
トレッド踏面８には、トレッド周方向に延在する複数本の周溝、図では直線状の二本の周溝１１を配設する。
相互に隣り合う二本の周溝間、図ではセンター領域Ｃ付近にセンター陸部１２を区画し、そして、周溝１１とトレッド側縁との間に位置するショルダー領域ＳＨ付近にそれぞれのショルダー陸部１３を区画する。

センター陸部１２には、トレッド周方向にジグザグ状に延在する四本のジグザグ細溝１４と、相互に隣り合うジグザグ細溝１４および周溝１１に開口するセンター太溝１５によって、五列のブロック列を区画し、このブロック列は八角形状の複数のセンターブロック１６で形成する。
ここでは、それぞれのセンターブロック１６をトレッド周方向に千鳥状に配置する。

また、ショルダー陸部１３には、トレッド周方向にジグザグ状に延在する四本のジグザグ細溝１７と、相互に隣り合うジグザグ細溝１７、周溝１１およびトレッド側縁に開口するショルダー太溝１８によって、四列のブロック列を区画し、このブロック列は、ショルダー陸部１３の中央付近に八角形状の第一ショルダーブロック１９と、このブロック１９のトレッド幅方向外側に横長の第二ショルダーブロック２０で形成する。
ここでは、それぞれの第一ショルダーブロック１９をトレッド周方向に千鳥状に配置する。

そしてこの空気入りタイヤでは、相互に隣接するセンターブロック１６は、トレッド幅方向のブロック間隔がトレッド周方向のブロック間隔より大きく、相互に隣接する第一ショルダーブロック１９および第二ショルダーブロック２０は、トレッド周方向のブロック間隔が、トレッド幅方向のブロック間隔より大きくする。

ここで、周溝１１は、例えば、溝幅を３〜２０ｍｍ、溝深さを５〜１０ｍｍの範囲とし、この周溝１１は直線状の形態のみならず、ジグザグ形状、波線形状、湾曲形状、クランク状等の主溝の形態で延在させることもできる。
それぞれのジグザグ細溝１４，１７は例えば、溝幅を０．３〜３ｍｍ、溝深さを１〜１０ｍｍの範囲とし、センター太溝１５は周方向長さを０．３〜３ｍｍ、溝深さを１〜１０ｍｍ、幅方向長さを５〜２５ｍｍの範囲とし、ショルダー太溝１８は周方向長さを５〜２５ｍｍ、溝深さを１〜１０ｍｍ、幅方向長さを０．３〜３ｍｍの範囲とする。
また、ブロック１６，１９のトレッド周方向長さを５〜２５ｍｍ、トレッド幅方向長さを５〜２５ｍｍ、表面積を２５〜３３０ｍｍ^２の範囲とし、トレッド幅方向に隣接するブロック間距離を２．５〜１０ｍｍの範囲とすることができる。

このような空気入りタイヤで好ましくは、五角形以上の角数の、多角形ブロックをトレッド周方向に千鳥状、図ではブロック１６，１９をトレッド周方向に千鳥状に配置することで、ブロック１６，１９の高い密集配置を容易に実現することができ、タイヤ転動時に、より多くのブロック１６，１９の形成下で、それぞれのエッジを逐次作用させて一層優れたエッジ効果を発揮させることができるとともに、トレッド幅方向に隣接するブロック１６，１９の相互間で路面への接地タイミングをずらすことができるので、パターンノイズを低減させることもできる。
また、ブロック１６，１９をトレッド周方向に千鳥状に配置するとともに、ブロック個数密度Ｄを高く設定して、ブロック１６，１９に高負荷が加わった際に隣り合うブロック同士で支え合うようにすることもでき、これによればブロック１６，１９の剛性をさらに高めて耐摩耗性を一層向上させることが可能となる。

また、多角形ブロックを、偶数角ブロックとすることで、そのブロックを区画する溝の配置を容易に規定することができ、より好ましくは、八角形ブロックとすることで、隣接するブロック同士が支えあうことができ、低転がり抵抗を更に実現することができる。

ところで、ブロック群における多角形ブロックの基準ピッチ長さをＰ（ｍｍ）、ブロック群の幅をＷ（ｍｍ）としたとき、前記基準ピッチ長さＰと幅Ｗとで区画される、ブロック群の基準区域内に存在するブロックの個数をａ（個）、基準区域内のネガティブ率をＮ（％）とし、

で与えられる、ブロック群の単位実接地面積当たりのブロック個数密度Ｓを０．００３〜０．０４個／ｍｍ^２の範囲、好ましくは０．００３〜０．０３５個／ｍｍ^２の範囲で形成し、ショルダーブロックを区画するショルダー太溝１８の、トレッド周方向長さをトレッド幅方向長さより長くし、センターブロック１６を区画するセンター太溝１５の、トレッド幅方向長さをトレッド周方向長さより長くする。

この構成により、例えば従来のタイヤのｓ＝０．００２個／ｍｍ^２以下の密度と比べ、密度Ｓが増加し、ブロック間の溝で倒れ込み変形が吸収されて、ブロックの変形が入力に対するブロック変形が均一な変形となり、優れた接地性を確保するとともに、ブロックの踏込部と蹴出部とのタイヤ回転方向への変形が均一となり接地面内に発生する摩耗エネルギーを小さくすることができる。その結果、耐摩耗性と転がり抵抗とを高い次元で両立させることができる。

すなわち、Ｓが０．００３未満の場合には、ブロックの表面積が大きくなり、トレッド踏面の接地性を向上することができないおそれがあり、一方、Ｓが０．０４を超えると、ブロックの一個あたりの表面積が小さくなり、サイプを配設する場合であっても、所望のブロック剛性の実現が困難である。

好ましくは、ブロック群Ｇのネガティブ率Ｎは５％〜５０％とし、この範囲とすることで、操縦安定性を向上させることができる。
すなわち、ネガティブ率Ｎが５％未満の場合は、溝面積が小さ過ぎ排水性が不十分となる他、ブロック一つ一つの大きさが大きくなり過ぎて所要のエッジ効果の実現が難しくなるおそれがあり、一方、５０％を超えると接地面積が小さくなり過ぎて、操縦安定性が低下する傾向がある。

このようなタイヤにあっては、接地面内の水を、主に周溝１１を介して効率的に排水することができるとともに、ブロック群Ｇにおいて十分な溝面積を確保しつつ、ブロックを密集配置することで、それぞれのブロック１６，１９のトータルエッジ長さ及びエッジ方向（異なる方向に向いたエッジの数）を増大させ、優れたエッジ効果を発揮させることができる。また、ブロック１６，１９の大きさを小さくしたことから、ブロック一つ一つの接地性を向上させることができるので、氷上路面およびウェット路面等の摩擦係数μの低い路面での制動性と操縦安定性を向上することができる。しかも、それぞれのブロック１６，１９を小さくすることで、ブロック１６，１９の中央域からブロック周縁までの距離を小さくして、ブロック１６，１９による水膜の除去効果も向上させることができる。

そしてまた好ましくは、ショルダーブロックを区画する太溝の、トレッド幅方向長さに対してトレッド周方向長さを５〜５０％とし、センターブロックを区画する太溝の、トレッド周方向長さに対してトレッド幅方向長さを５〜５０％とする。

次に、図１，２に示すような構造を有し、サイズが１９５／６５Ｒ１５のタイヤを試作し、カーカスプライが一枚、ベルト層はタイヤ赤道面に対して２６°の傾斜角度で配置したスチールコードを層間で相互に交差させた二層からなり、その上にナイロンコードをゴム被覆したリボン状ストリップを螺旋状巻回構造になる成形した周方向ベルト補強層を設け、表１に示すように、それぞれの諸元を変化させた実施例タイヤ、比較例タイヤ１，２とのそれぞれにつき、転がり抵抗を測定した。
なお、比較例タイヤは、トレッド踏面以外の構造については改変を要しないため、実施例タイヤに順ずるものとした。

実施例タイヤ、比較例タイヤ１，２とのそれぞれにつき、ＪＡＴＭＡに準拠する、タイヤを６Ｊ×１５のリムに組み付けて、内圧を２１０ｋＰａ、負荷荷重４．４１ｋＮとし、時速８０ｋｍ／ｈで、タイヤを転動させ、ＩＳ０１８１６４に準拠し、スムースドラム、フォース式にて、転がり抵抗を測定して評価した。その結果を表２に指数で示す。
なお、表中の指数値は、比較例タイヤ１の値をコントロールとして求めたものであり、指数が小さいほど、転がり抵抗が優れていることを示す。

表２の結果から、実施例タイヤは、比較例タイヤ１，２に対し、転がり抵抗を低減することができた。

１トレッド部
２サイドウォール部
３ビード部
４ビードコア
５カーカス
６傾斜ベルト層
７周方向ベルト層
８トレッド踏面
９トレッドゴム
１１周溝
１２センター陸部
１３ショルダー陸部
１４，１７ジグザグ細溝
１５センター太溝
１６センターブロック
１８ショルダー太溝
１９第一ショルダーブロック
２０第二ショルダーブロック
Ｃセンター領域
Ｅタイヤ赤道面
ＳＨショルダー領域

Claims

トレッド部にカーカス、ベルトおよびトレッドゴムを具え、このトレッドゴムの踏面に、相互に独立した複数個の多角形ブロックを配置してなるブロック群を少なくとも一部に設けた空気入りタイヤにおいて、
タイヤ幅方向断面内で、タイヤ赤道面を中心としてベルト総幅の１／２の範囲内に位置するトレッド踏面部分をセンター領域とし、このセンター領域よりトレッド幅方向外側をショルダー領域とするとともに、
センター領域に位置するブロック群内で相互に隣接するブロックは、トレッド幅方向のブロック間隔がトレッド周方向のブロック間隔より大きく、
ショルダー領域に位置するブロック群内で相互に隣接するブロックは、トレッド周方向のブロック間隔が、トレッド幅方向のブロック間隔より大きいことを特徴とする空気入りタイヤ。
五角形以上の角数の、多角形ブロックをトレッド周方向に千鳥状に配置してなる請求項１に記載の空気入りタイヤ。
ブロック一個分のトレッド周方向長さと、該ブロックのトレッド周方向に隣接する溝一本分のトレッド周方向長さとを加算したものをブロックの基準ピッチ長さとし、
ブロック群における多角形ブロックの基準ピッチ長さをＰ（ｍｍ）、ブロック群の幅をＷ（ｍｍ）としたとき、前記基準ピッチ長さＰと幅Ｗとで区画される、ブロック群の基準区域内に存在するブロックの個数をａ（個）、基準区域内のネガティブ率をＮ（％）とし、

で与えられる、ブロック群の単位実接地面積当たりのブロック個数密度Ｓが０．００３〜０．０４個／ｍｍ^２の範囲内である請求項１または２に記載の空気入りタイヤ。