JP5379916B2 - ショルダーグルーブのための非対称溝底を備えたタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、非対称溝底を有するショルダーグルーブを備えたタイヤに関し、より具体的には、応力を低減するのを助け、タイヤ操作からの亀裂を軽減する溝の底で特性を提供されるショルダーグルーブを有するタイヤに関する。

タイヤが路面を転動する場合、具体的には、路面と接触する部分およびその近くが変形する。従来の理解では、タイヤが転がり続けると、この変形が繰り返され、タイヤに圧縮応力と圧縮ひずみとの循環領域を生成する。この循環は、材料を疲労させ、望ましくない亀裂を引き起こすことがあるので、このことが、タイヤが路面と接触する部分およびその近くで圧縮応力および圧縮ひずみに焦点を当てることによって、タイヤの設計者がアプローチしてきた特定の問題を、提示する。

あのタイヤトレッドパターンは、トレッド内に規定され、タイヤのショルダーに隣接する部分でタイヤの周りの円周方向に伸びる溝、すなわち、ショルダーグルーブに隣接する部分でタイヤの周りの円周方向に伸びる溝を有する。より剛性の高いタイヤの頂点と、より柔軟なタイヤの側壁部との間の位置にあるため、ショルダーグルーブは、頻繁に、タイヤを作るために使用されるゴム材料の長手方向の亀裂を引き起こす応力集中の機会が多い位置である。より具体的には、ゴム化合物は、モード１において亀裂が生じることが示されるように、ショルダーグルーブにおける亀裂の進行は、溝の底でコーシー応力に依存すると予想される。

溝底に沿って亀裂を生じさせないような補強を提供するために、材料が溝に追加されることがある。しかしながら、そのような材料の追加が、溝の大きさの減少をもたらす場合、例えば雨天における運転中にタイヤの接触面から水を通すための溝の容量を、好ましくない減少させることとなる。

したがって、循環応力および循環ひずみからの亀裂の減少を助けるショルダーグルーブの設計は、有用である。トレッドパターンの全体の外観を変更することなく、タイヤの全体のトレッドパターンへ容易に組み込むことができるショルダーグルーブの設計は、また、有用である。これらおよび他の利点は、以下の本発明の説明から明らかになる。

本発明の態様および利点は、以下の説明で部分的に述べられ、説明によって明らかになり、または本発明の実施を通して理解される。

例示的な一実施形態において、本発明は、トレッドおよびショルダーを有するタイヤを提供し、該タイヤは、円周方向、半径方向および軸方向を規定し、かつ、トレッドは、下位トレッド形状を規定する。タイヤは、タイヤの円周方向に伸びる溝を備えたトレッドの表面へ形成された少なくとも１つの溝を含む。溝は、ショルダーに隣接し、且つその軸方向内方の場所に位置する。

溝は、タイヤの子午面において、少なくとも４つの部分を含む。第１直線部分は、外側トレッド面から径方向内方に深さＤ１伸びる。第２直線部分は、トレッド面から径方向に内方に深さＤ２伸び、深さＤ１は、深さＤ２よりも大きい。第１直線部分は、第２直線部分とタイヤのショルダーとの間に位置する。第３直線部分は、第２直線部分の端部に接続され、そこから径方向に内方に伸びる。第３直線部分は、第２直線部分と同一直線状にある仮想線から角度θの位置にある。角度θは、第３直線部分がショルダーから離れる方向の折曲げられる量を表す。第４曲線部分は、少なくとも１つの溝の径方向最内部の面を形成する。第４曲線部分は、第１直線部分と第３直線部分とを接続し、その間で伸びる。第４曲線部分は、楕円の円弧を含む。

本発明のこれらおよび他の特徴、態様および利点は、以下の説明および添付の請求項を参照してより理解される。この明細書の一部に組み込まれ、その一部を構成する、添付の図面は、本発明の実施形態を説明し、説明と共に、本発明の原理を明らかにするのに役立つ。

子午面に沿った、本発明のショルダーグルーブの例示的な実施形態を有するタイヤトレッド部の断面図である。 本発明のショルダーグルーブの例示的な実施形態の子午面に沿った断面図である。図２は、以下に説明されるように、本発明の態様を説明する中で使用される１つまたはそれ以上のパラメータを含む。 図２の溝底の拡大図である。図３は、また、以下に説明されるように、本発明の態様を説明する中で使用される１つまたはそれ以上のパラメータを含む。 楕円の円弧および以下に説明するような円弧を定義する際に使用されてもよいパラメータを説明する図である。 以下に説明されるように、特定のモデリング結果からのデータプロットの図である。 以下に説明されるように、特定のモデリング結果からのデータプロットの図である。 以下に説明されるように、特定のモデリング結果からのデータプロットの図である。 以下に説明されるように、特定のモデリング結果からのデータプロットの図である。

本発明の全部および有効な開示は、その最良な方法を含み、当業者へ向かい、明細書中に明記され、添付の図面を参照する。

本発明は、非対称の底を有するショルダーグルーブを備えたタイヤを提供し、より具体的には、タイヤ操作からの応力の減少および亀裂の軽減を助ける溝の底の特徴で提供されるショルダーグルーブを有するタイヤに提供する。本発明の説明の目的のため、参照は、現在、本発明の実施形態に詳細になっており、１つまたはそれ以上の例は、図面において説明される。それぞれの例は、本発明の説明の方法によって提供され、本発明の制限はない。実際、さまざまな修正および変化が本発明の範囲および思想から逸脱することなく本発明で行うことができるということは、当業者には明らかだろう。例えば、一実施形態の一部に説明され開示されるような特徴は、さらなる実施形態を生み出すために他の実施形態で使用され得る。したがって、本発明が、添付の請求項およびそれらの同等の範囲の中に入るように、そのような修正および変化を含むことを意図する。

「赤道面」は、タイヤの回転軸を垂直に通過し、タイヤ構造を２等分する面を意味する。

「子午面」は、タイヤの回転軸を通過し、それを含む面を意味する。

「下位トレッド形状」は、タイヤのショルダーグルーブの少なくとも溝底との接線である一定半径の線を意味する。

図１および図２は、本発明のショルダーグルーブ１００の例示的な実施形態を示す。より具体的には、トレッド１１０は、それぞれの溝１００が、タイヤの周りに円周方向に伸びる２つのショルダーグルーブ１００を含む。それぞれのショルダーグルーブ１００は、タイヤのショルダー１１５に隣接し、軸方向Ａに沿ってその内方に位置する。軸方向の内方とは、トレッド１１０の両側で、各溝１００が、それぞれのショルダー１１５から中央赤道面Ｐに向かって軸方向Ａに沿って動く方向に位置することを意味する。図２および３は、トレッド１０５の片側に沿った１つのそのようなショルダーグルーブ１００を示し、１組のショルダー１１５が赤道面Ｐに関して対称であることが解る。

この例示的な実施形態では、溝１００は、４つの異なる部分１２０、１３０、１４０および１５０から構成される。各部分は、トレッド１１０の円周方向に沿って伸びる壁、即ち表面を提供する。図２および３に示すような子午面では、これらの部分は、線に見え、そのように説明されることで、このような線が円周方向に沿った表面を示すことが解る。例えば、直線は、トレッドの円周方向の周りで伸びる表面を示す。

第１直線部分１２０は、外側トレッド面１０５から径方向内方に、すなわち、タイヤの回転軸に向かい且つ略径方向Ｒに沿っているが必ずしもこれに平行ではなく延びる直線として示されている。ポイントＤ１は、径方向Ｒに沿った第１直線部分１２０の深さ（または長さ）を示す。第１直線部分１２０は、下位トレッド形状Ｔに対して角度αの位置にあり、ショルダーグルーブ１００の片側に沿った壁を示す。図示しないで、部分１２０および１３０と同一線上の、Ｎ１およびＮ２は、本発明を説明する目的のための説明図で使用される実質上または仮想上の線である。

第２直線部分１３０は、また、外側トレッド面１０５から径方向内方に伸びる直線として子午面に現れる。ポイントＤ２は、径方向Ｒに沿った第２直線部分１３０の深さを示す。第２直線部分１３０は、下位トレッド形状Ｔに対して、角度β配向した位置にあり、ショルダーグルーブ１００の片側に沿った他の壁を示す。図１および図２を比較することによって解るように、第１直線部分１２０は、第２直線部分１３０とショルダー１１５の間に位置する。さらに、第２直線部分１３０の深さＤ２は、第１直線部分の深さＤ１よりも小さい。

深さＤ１およびＤ２は、ショルダーグルーブ１００の全深さＤの割合として表される。他の値が本発明で使用されるが、好ましくは、深さＤ１は、深さＤの約７８．５％〜約８２．５％の割合であり、さらにより好ましくは、深さＤ１は、深さＤの約８０％である。また、他の値が使用されてもよいが、深さＤ２は、好ましくは、深さＤの約７７．５％である。角度αおよびβは、例えば、対象のタイヤ出願によりタイヤ設計者によって指定される値である。そのような角度αおよびβの値は、円周方向に沿って変えることができる。また、結果として、本発明の他のパラメータの値は、適切な値またはここに指定された範囲を満たす円周方向に提供されるそのような値を変えることができる。また、例えば、第１および第２直線部分１２０および１３０のような、溝１００に沿った面が、タイヤで使用されてもよいさまざまな他のトレッド形状によって円周方向に沿って遮られ得ることは、理解されるべきである。

第３直線部分１４０は、深さＤ２で第２直線部分１３０と接続する直線として示される。部分１４０は、第２直線部分１３０から径方向内方に伸びる。角度θの値は、第３直線部分１４０がタイヤのそれぞれのショルダー１１５から離れた方向で仮想線Ｎ２から離れ、中央子午面Ｐに向かって折曲げられた量を示す。他の値が本発明で使用されてもよいが、好ましくは、角度θは、約０°〜約１０°の範囲であり、さらにより好ましくは、角度θは、約５°である。

第４部分１５０は、曲線であり、溝１００の径方向最内面を提供する。部分１５０は、第１直線部分１２０から第３直線部分１４０まで伸び、これらの２つの部分の間を接続する。図に示すように、第４曲線部分１５０は、溝１００の底へ非対称形状を提供する。図３を参照して、第４部分１５０の形状は、３つの異なるコンポーネント１７０、１８０および１９０に関して開示され得る。全溝深さＤに関して角度θおよび深さＤ１およびＤ２の値と共に沿ってこれら３つのセクションの大きさおよび位置は、溝１００の形状または非対称を制御する。

第１円弧１７０は、深さＤ１に位置するその径方向最内端部で第１直線部分１２０と接続される。半径Ｒ１を有し、弧１７０は、第１直線部分１２０の接線および楕円１８０の弧の接線に配置される。したがって、第１円弧１７０は、第１直線部分１２０と楕円１８０の弧の２つの接線である。他の値が本発明で使用されてもよいが、好ましくは、半径Ｒ１は、約２ｍｍである。

第２円弧１９０は、第３直線部分１４０に接続され、半径Ｒ２を有する。また、第２円弧１９０は、第３直線部分１４０および楕円１８０の弧の両方の接線に配置される２つの接線である。他の値が本発明で使用されてもよいが、好ましくは、半径Ｒ２は、約１．５ｍｍ〜約２．５ｍｍの範囲であり、特定の実施形態において、約１．５ｍｍである。

楕円１８０の弧は、第１円弧１７０および第２円弧１９０の両方に接続され、同じ間で広がる。楕円１８０の弧は、ショルダーグルーブ１００の最底部を形成する面の形状を示す。また、楕円１８０の弧の位置は、その接触によって固定される。より具体的には、楕円の弧は、ポイントＰ１で仮想線Ｎ１の接線であり、かつ、ポイントＱで下位トレッド形状の接線でもある。

楕円１８０の弧の形状は、図４を使用して開示されるパラメータｃに関して決められる。パラメータｃは、楕円の弧の曲率の度合いを開示し、割合を使用して定義される。第１に、仮想線Ｐ１−Ｑは、ポイントＰ１で仮想線Ｎ１を有する楕円１８０の接触ポイントからポイントＱで下位トレッド形状Ｔを有する楕円１８０の接触ポイントへ構成されている。次に、仮想線Ｓ−Ｏは、ポイントＳからポイントＯへ構成される。ポイントＳは、下位トレッド形状Ｔを有する線Ｎ１の交点を示す。仮想線Ｓ−Ｏは、仮想線Ｐ１−Ｑと垂直に構成される。楕円を有する仮想線Ｓ−Ｏの交点は、ポイントＭとして示される。したがって、パラメータｃは、Ｍ−ＯとＳ−Ｏの比率として定義される。他の値が本発明で使用されてもよいが、好ましくは、パラメータｃは、約０．２２０〜０．３２５の範囲であり、特定の実施形態に対しては、好ましくは、約０．２２５の値を有する。

ショルダーグルーブ１００の非対称の有効性を評価するために、タイヤモデルは、構成され、有限要素解析を使用して検査される。より具体的には、タイヤは、７．２ｂａｒおよび９０ｋｍ／時の移動で３８５６キログラムの完全に読み込まれた状態でモデル化された。タイヤは、タイヤがその軸について完全な回転をするように第４曲線部分１５０に沿った最大コーシー応力を決めるためにモデル化された。社会通念に反して、最大コーシー応力が必ずしも圧縮コーシー応力による路面との接触部位でまたはその近くでタイヤの底部で発生しなかったことが発見された。代わりに、最大コーシー応力は、時々、操作中にタイヤの頂点またはその近くで突発的な引張応力として発生した。最大コーシー応力がタイヤの頂点で引張応力であり得るという発見は、本発明の溝底の構造を知らせた。

したがって、上記に開示された有限要素解析を使用して、図５は、溝底に沿った、すなわち第４曲線部１５０に沿った、位置の機能としてタイヤの回転中に生じる最大コーシー応力のプロットを示す。ｘ軸に沿ったゼロの位置は、深さＤ２で曲線部分１５０の端部に向かって動きを示す値を増加すると共に深さＤ１で曲線部分１５０の開始を示す。基準値（Ｒｅｆ）は、ポイントＤ１とＤ２との間で第１および第２直線部分１２０および１３０を接続する曲率の最大半径を使用する溝底へのコーシー応力のプロットを示す（図３）。設計値の例は、Ｄ１＝０．８、Ｒ１＝２．０ｍｍ、パラメータｃ＝０．２２５、Ｒ２＝１．５ｍｍ、θ＝５°、およびＤ２＝０．７７５のショルダーグルーブ１００へのコーシー応力のプロットを示す。図５に示すように、本発明のこの例示的な実施形態は、ショルダーグルーブ１００の第４曲線部分１５０に沿って経験されたコーシー応力を著しく減らす。

図６、７および８は、Ｄ２が０．７７５で一定に保たれ、Ｒ１が２．０ｍｍで一定に保たれた間、パラメータＤ１、Ｃ、θ、およびＲ２が変えられた追加の分析の結果を示す。これらのプロットで示すように、本発明は、上記記載の値の範囲を超えてコーシー応力を減らすために使用され得る。表１は、図６、７および８で示されるプロットの凡例を提供する。

本主題が特定の例示的な実施形態およびその方法に関して詳細に開示されてきたが、前述の理解に達する、それらの当業者がそのような実施形態への変化、様々なおよびそのような実施形態と同等を容易に生成する。例によって、第１および第２直線部分１２０および１３０は、外側トレッド面１０５から直接伸びる単一線部分としてそれぞれ図に示される。しかしながら、直線部分１２０および／または１３０は、例えば、外側トレッド形状１０５と深さＤ１またはＤ２との間でそれぞれ接続される一線部以上からそれぞれ構成される。そのような追加の線部は、一線部以上であるにもかかわらず、外側トレッド面１０５から伸びる第１または第２直線部分１２０および／または１３０の全てを未だ提供する間、仮想線Ｎ１および／またはＮ２を有する異なる角度からしてもよい。また、さらに、部分１２０および１３０は、同様に曲線のような他の構成で提供され得た。したがって、本開示の範囲は、例の方法によるものでなく制限の方法によるものであり、本題開示は、そのような修正の包括を妨げることなく、本主題の変化及び／または追加は、当業者に容易に明らかであろう。

Claims (15)

1. トレッドおよびショルダを有し、円周方向、径方向および軸方向を規定し、前記トレッドが、下位トレッド形状を規定するタイヤであって、
   前記タイヤの円周方向に伸び、前記トレッドの面の中に形成された少なくとも１つの溝を備え、
   前記溝が、前記ショルダに隣接し且つ該ショルダの軸線方向の内方に位置決めされ、
   前記溝は、前記タイヤの子午面において、少なくとも、
   外側トレッド面から深さＤ１まで径方向内方に伸びる第１直線部分と、
   前記トレッド面から深さＤ２へ径方向内側に伸びる第２直線部分であって、深さＤ１が深さＤ２より大きく、前記第１直線部分は、前記第２直線部分と前記タイヤの前記ショルダとの間に位置する第２直線部分と、
   前記第２直線部分の端部に接続され、そこから径方向内方に伸びる第３直線部分であって、前記第３直線部分は、前記第２直線部分の延長上の仮想線から角度θに位置し、角度θが、前記第３直線部分が前記ショルダから離れて折曲げられた量を示す、第３直線部分と、
   前記少なくとも１つの溝の前記径方向最内面を形成し、前記第１直線部分と前記第３直線部分との間で伸びてこれらを接続し、楕円の弧を含む第４曲線部分と、を有する、
   ことを特徴とするタイヤ。
2. 前記第４曲線部分は、前記第１直線部分の径方向最内端部で前記第１直線部分に接続された半径Ｒ１の第１円弧をさらに形成し、
   前記第１円弧は、前記第１直線部分の接線に位置する、
   請求項１に記載のタイヤ。
3. 前記第４曲線部分は、前記第３直線部分の径方向最内端部で前記第３直線部分に接続された半径Ｒ２の第２円弧をさらに形成し、
   前記第２円弧は、前記第３直線部分の接線に位置する、
   請求項２に記載のタイヤ。
4. 内側トレッド形状を規定し、前記第４曲線部分の楕円の前記弧は、前記第１円弧および前記第２円弧をさらに接続し、楕円の前記弧は、前記第１円弧の接線であり、前記内側トレッド形状の接線である、
   請求項３に記載のタイヤ。
5. 前記溝は、Ｄの全ての深さを有し、前記深さＤ１は、深さＤの約７８．５〜８２．５％の範囲である、
   請求項４に記載のタイヤ。
6. 前記半径Ｒ１は、約２ｍｍである、
   請求項４に記載のタイヤ。
7. 前記角度θは、約０°〜約１０°の範囲である、
   請求項４に記載のタイヤ。
8. 前記溝は、全深さＤを有し、前記深さＤ１は、前記深さＤの約７８．５〜約８２．５％の範囲であり、前記深さＤ２は、前記深さＤの約７７．５％である、
   請求項４に記載のタイヤ。
9. 前記楕円は、約０．２２０〜約０．３２５の範囲にパラメータｃ値を有する、請求項４に記載のタイヤ。
10. 前記溝は、全深さＤを有し、前記Ｄ２は、前記深さＤの約７７．５％である、
    請求項４に記載のタイヤ。
11. 前記溝は、全深さＤを有し、前記深さＤ１は、前記深さＤの約７８．５〜約８２．５％の範囲である、
    請求項４に記載のタイヤ。
12. 前記溝は、全深さＤを有し、前記深さＤ２は、前記深さＤの約７７．５％である、
    請求項１１に記載のタイヤ。
13. 前記楕円は、約０．２２０〜約０．３２５の前記範囲のパラメータｃ値を有する、
    請求項１に記載のタイヤ。
14. 前記タイヤの子午面において、前記第１直線部分は、前記外側トレッド面から前記深さＤ１まで伸びる単一、直線部として構成される、
    請求項１に記載のタイヤ。
15. 前記タイヤの子午面において、前記第２直線部分は、前記外側トレッド面から前記深さＤ２まで伸びる単一、直線部として構成される、
    請求項１４に記載のタイヤ。

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