JP5446564B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は空気入りタイヤに関し、さらに詳しくは、タイヤ周方向に延びる主溝を設けた空気入りタイヤにおける転がり抵抗を低減するようにした空気入りタイヤに関する。

近年の車両の高性能化に伴い、空気入りタイヤに対しても、燃費性を改善するための対策が強く求められてきた。空気入りタイヤの燃費性は、ゴムの変形過程で加えられたエネルギーと回復過程で戻されるエネルギーとの差（ヒステリシスロス）により表され、これを転がり抵抗値として、これまでヒステリシスロスの低減対策が種々行われてきた。

従来、この対策として、トレッドゴムにｔａｎδが小さいゴムを使用する試みがなされた。しかし、この対策では耐摩耗性や操縦安定性能の低下が避けられないため、トレッドゴムをモジュラスの異なるゴムの積層体で構成することによりトレッドの変形そのものを抑制したり（特許文献１）、トレッド部に形成した主溝の溝底及び溝壁をトレッドゴムよりｔａｎδが小さいゴムシートで覆うようにした提案（特許文献２）がある。しかしながら、いずれの提案にあっても、転がり抵抗の低減効果には限界があった。

一般に、空気入りタイヤにおけるヒステリシスロスは、トレッド部に形成された主溝における溝底から溝壁に至る領域において大きく表れることが判明している。本発明者は、この知見に基づき種々研究を重ねてきたところ、ヒステリシスロスは、図７に示すように、トレッド部１の最もショルダー側に位置する主溝２、５におけるタイヤ外側の溝壁の溝底から溝壁に至るＰの枠内で囲んだ領域において顕著に表れることを突き止めると共に、この領域における溝壁の形態がヒステリシスロスの低減効果に対して大きな影響を及ぼしていることを見出し、本発明を完成するに至った。

一方、ショルダー側に位置する主溝における溝壁の傾斜角度をタイヤ外側において２段階に形成すると共に、溝底側の傾斜角度をタイヤ周方向に向けて変化させることによってショルダーリブの剛性を高めて耐グルーブクラック性能や操縦安定性を向上するようにした提案（特許文献３）がある。しかし、この提案では、ヒステリシスロスの低減にある程度は寄与するものの、本来、狭幅のショルダーリブに起因する問題点を解消するために、溝底側の傾斜角度をタイヤ周方向に向けて変化させていることから、平面視における溝壁の山の部分と谷の部分とでヒステリシスロスの大きさが異なり、特に谷の部分ではヒステリシスロスが大きくなることから、タイヤのヒステリシスロスを低減させるための対策としては不適当なものであった。

特開２００１−２０６０１２号公報 特開２００９−１３２１７９号公報 特開２００７−１４３４号公報

本発明の目的は、上述する問題点を解消するもので、タイヤ周方向に延びる複数本の主溝を設けた空気入りタイヤにおける転がり抵抗を低減するようにした空気入りタイヤを提供することにある。

上記目的を達成する本発明の空気入りタイヤは、二つの発明からなり、第一の発明（以下、第一発明という）は、トレッド部にタイヤ周方向に延びる複数本の主溝を設け、これら主溝により前記トレッド部の表面に複数のリブ又はブロックを区画形成した空気入りタイヤにおいて、前記主溝のうちショルダー側の最外側に位置する主溝の溝壁を、子午線断面において該主溝の開口幅の中心を通る法線に対して左右非対称に形成し、該溝壁のうちタイヤ外側に位置する溝壁のみを溝底側でタイヤ内側に向けて突出する突出面に形成すると共に、該突出面の横断面形状を同一のリブ又はブロックのタイヤ周方向に対して変化しないようにし、かつ前記最外側に位置する主溝のタイヤ内側に位置する溝壁を前記法線に対して外側に向けて反転対称した溝壁を仮想外側溝壁としたとき、前記突出面におけるタイヤ内側の溝壁を前記仮想外側溝壁よりもタイヤ内側に位置させると共に、該主溝の真の横断面積Ｓが前記タイヤ内側に位置する溝壁と前記仮想外側溝壁とにより形成された仮想主溝の横断面積Ｓｏよりも小さくし、その横断面積の差（Ｓｏ−Ｓ）が前記横断面積Ｓｏの０．０５〜０．２５倍となるようにしたことを特徴とする。
また、第二の発明（以下、第二発明という）は、トレッド部にタイヤ周方向に延びる複数本の主溝を設け、これら主溝により前記トレッド部の表面に複数のリブ又はブロックを区画形成した空気入りタイヤにおいて、前記主溝のうちショルダー側の最外側に位置する主溝の溝壁を、子午線断面において該主溝の開口幅の中心を通る法線に対して左右非対称に形成し、該溝壁のうちタイヤ外側に位置する溝壁のみを溝底側でタイヤ内側に向けて突出する突出面に形成すると共に、該突出面の横断面形状を同一のリブ又はブロックのタイヤ周方向に対して変化しないようにし、かつ前記最外側に位置する主溝のタイヤ内側に位置する溝壁を前記法線に対して外側に向けて反転対称した溝壁を仮想外側溝壁としたとき、該主溝のタイヤ外側の溝壁を深さ方向の上方域において前記仮想外側溝壁よりもタイヤ外側に向けて凹状に後退させると共に、該主溝の真の横断面積Ｓが前記タイヤ内側に位置する溝壁と前記仮想外側溝壁とにより形成された仮想主溝の横断面積Ｓｏよりも大きくし、その横断面積の差（Ｓ−Ｓｏ）が前記横断面積Ｓｏの０．０５〜０．２５倍となるようにしたことを特徴とする。

さらに、上述する構成において、以下（１）〜（４）に記載するように構成することが好ましい。

（１）前記最外側に位置する主溝における突出面の溝底からの高さｈを該主溝の深さＨの０．２〜０．５倍にする。

（２）前記最外側に位置する主溝の溝底幅ｗを前記仮想主溝の溝底幅Ｗの０．５〜０．９倍にする。

（３）前記最外側に位置する主溝における溝底を含めた溝壁に、前記トレッド部のゴムよりも６０℃におけるｔａｎδが小さい溝底ゴムを配置する。この場合において、前記溝底ゴムの厚さｔを溝底において前記最外側に位置する主溝の深さＨの１０％以上にし、溝底から開口部側の溝壁において溝底幅ｗの５０％以上にすると共に、該溝底ゴムの溝壁に沿った溝底からの高さＨｏを前記主溝の深さＨの５０％以上にするとよい。

（４）前記最外側に位置する主溝を、前記トレッド部の接地幅を４等分したときのタイヤ幅方向外側の１／４に相当する左右の領域に配置する。

本発明によれば、最もヒステリシスロスの大きさに影響を及ぼすトレッド部の両ショルダー領域における最外側に位置する主溝の溝壁を溝開口幅の中心を通る法線に対して左右非対称に形成し、これら溝壁のうちのタイヤ外側に位置する溝壁のみを溝底側でタイヤ内側に向けて突出する突出面に形成したので、タイヤ転動時におけるタイヤ外側の溝底から溝壁に至る領域の変形が抑制されることにより、路面から開放された際のゴムの変形過程で発生するヒステリシスロスが低減されて、転がり抵抗を低減することができる。

さらに、上述する突出面の横断面形状を同一のリブ又はブロックのタイヤ周方向に対して同一の形状に維持するようにしたので、突出面の形成に伴う溝底から溝壁に至る領域における剛性がタイヤ周方向に対して均等に保持されるため、タイヤ周方向に対するヒステリシスロスのばらつきが抑制されて、転がり抵抗を効率的に低減することができる。
しかも、前記最外側に位置する主溝のタイヤ内側に位置する溝壁を前記法線に対して外側に向けて反転対称した溝壁を仮想外側溝壁としたときに、第一発明では、前記突出面におけるタイヤ内側の溝壁を前記仮想外側溝壁よりもタイヤ内側に位置させると共に、該主溝の真の横断面積Ｓが前記タイヤ内側に位置する溝壁と前記仮想外側溝壁とにより形成された仮想主溝の横断面積Ｓｏよりも小さく、かつその横断面積の差（Ｓｏ−Ｓ）が前記横断面積Ｓｏの０．０５〜０．２５倍となるようにしたので、転がり抵抗の低減効果を確実に確保することができ、第二発明では、前記主溝のタイヤ外側の溝壁を深さ方向の上方域において前記仮想外側溝壁よりもタイヤ外側に向けて凹状に後退させると共に、該主溝の真の横断面積Ｓが前記タイヤ内側に位置する溝壁と前記仮想外側溝壁とにより形成された仮想主溝の横断面積Ｓｏよりも大きく、かつその横断面積の差（Ｓ−Ｓｏ）が前記横断面積Ｓｏの０．０５〜０．２５倍となるようにしたので、タイヤの運動性能を犠牲にすることなしに、偏摩耗の発生を抑制しながら転がり抵抗を向上させることができる。

本発明の実施形態による空気入りタイヤのトレッド部の概要を例示する子午線方向の一部断面図である。 図１のタイヤにおけるＲの枠で囲んだ右側のショルダー側主溝の溝壁の形状を拡大して示す断面図である。 本発明の他の実施形態による図２に相当する断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ本発明のさらに他の実施形態による図２及び図３に相当する断面図である。 図２のショルダー側主溝における溝底に配置した溝底ゴムを示す断面図である。 実施例において採用した空気入りタイヤのトレッド面を示す平面図である。 従来タイヤにおけるヒステリシスロスの発生箇所を説明するための子午線方向の一部断面図である。

以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態による空気入りタイヤのトレッド部の概要を例示する子午線方向の一部断面図で、図２及び図３はそれぞれ図１のタイヤにおけるＲの枠で囲んだ右側のショルダー側主溝の溝壁の形状を拡大して示す一部断面図である。

図１において、空気入りタイヤのトレッド部１にはタイヤ周方向に延びる複数本（図では４本）の主溝２、３、４、５が設けられ、これら主溝２、３、４、５によりトレッド部１の表面には複数のリブ又はブロックが区画形成されている。

そして、本発明の空気入りタイヤでは、主溝２、３、４、５のうちショルダー側の最外側に位置する主溝２、５の溝壁を、図２及び図３に示すように、子午線断面において主溝５の開口幅Ｘの中心Ｏを通る法線Ｙに対して左右非対称に形成し、これら溝壁のうちのタ
イヤ外側に位置する溝壁のみを溝底側でタイヤ内側に向けて突出する突出面Ｑに形成すると共に、この突出面Ｑの横断面形状を同一のリブ又はブロックのタイヤ周方向に対して変化しないようにしている。

このように最もヒステリシスロスの大きさに影響を及ぼすトレッド部１の両ショルダー領域における最外側に位置する主溝２、５の溝壁を溝開口幅Ｘの中心Ｏを通る法線Ｙに対
して左右非対称に形成し、これら溝壁のうちのタイヤ外側に位置する溝壁のみを溝底側でタイヤ内側に向けて突出する突出面Ｑに形成したので、タイヤ転動時におけるタイヤ外側の溝底から溝壁に至る領域の変形が抑制されることにより、路面から開放された際のゴムの変形過程で発生するヒステリシスロスが低減されて、転がり抵抗を低減することができる。

しかも、上述する突出面Ｑの横断面形状を同一のリブ又はブロックのタイヤ周方向に対して同一の形状に維持するようにしたので、突出面Ｑの形成に伴う溝底から溝壁に至る領域における剛性がタイヤ周方向に対して均等に保持されるため、タイヤ周方向に対するヒステリシスロスのばらつきが抑制されて、転がり抵抗を効率的に低減することができる。

図２は、図１のタイヤにおけるＲの枠で囲んだ右側の最外側に位置する主溝５の溝壁の形状を拡大して示す断面図で、本実施形態では、最外側に位置する主溝５のタイヤ内側に位置する溝壁Ｎを法線Ｙに対して外側に向けて反転対称した溝壁を仮想外側溝壁Ｍとしたとき、突出面Ｑにおけるタイヤ内側の溝壁を仮想外側溝壁Ｍよりもタイヤ内側に位置させている。

そして、最外側に位置する主溝５の真の横断面積Ｓがタイヤ内側に位置する溝壁Ｎと仮想外側溝壁Ｍとにより形成された仮想主溝の横断面積Ｓｏよりも小さく、かつその横断面積の差（Ｓｏ−Ｓ）が仮想主溝の横断面積Ｓｏの０．０５〜０．２５倍となるようにしている。ここで、上述する横断面積の差（Ｓｏ−Ｓ）が仮想主溝の横断面積Ｓｏの０．０５倍未満では、転がり抵抗の低減効果が不足することになり、逆に０．２５倍超になるとタイヤの重量増加により転がり抵抗の低減効果が打ち消されることなる。

なお、図２に示す実施形態では、最外側に位置する主溝５のタイヤ外側の溝壁が開口部側において仮想外側溝壁Ｍと重なり合っている場合を示したが、最外側に位置する主溝５のタイヤ外側の溝壁は、上述する制約の中で、開口部側において仮想外側溝壁Ｍと重なり合わないように形成することができる。

図３は、最外側に位置する主溝５の他の実施形態を示すもので、本実施形態では、タイヤの重量増加を極力抑えるために、主溝５のタイヤ外側の溝壁を深さ方向の上方域において仮想外側溝壁Ｍよりもタイヤ外側に向けて凹状に後退させている。そして、主溝５の真の横断面積Ｓがタイヤ内側に位置する溝壁Ｎと仮想外側溝壁Ｍとにより形成された仮想主溝の横断面積Ｓｏよりも大きく、かつその横断面積の差（Ｓ−Ｓｏ）が仮想主溝の横断面積Ｓｏの０．０５〜０．２５倍となるようにしている。

ここで、上述する横断面積の差（Ｓ−Ｓｏ）が仮想主溝の横断面積Ｓｏの０．０５倍未満では、転がり抵抗の低減効果が不足することになり、逆に０．２５倍超になるとショルダー側の陸部の剛性が低下し過ぎて、タイヤの運動性能を阻害すると同時に偏摩耗が発生し易くなる。

本発明において、上述する最外側に位置する主溝５における突出面Ｑの溝底からの高さｈを主溝５の深さＨの０．２〜０．５倍、好ましくは０．２５〜０．４倍に設定するとよい。高さｈが主溝５の深さＨの０．２倍未満になると転がり抵抗の低減効果が不足することになり、０．５倍超になるとタイヤの重量増加に伴い転がり抵抗の低減効果が得られなくなる。

なお、上述する図２及び図３の実施形態では、最外側に位置する主溝５の溝底側に形成した突出面Ｑをそれぞれタイヤ内側に向けて突出する１段からなる突出面Ｑにより形成した場合を示したが、本発明の空気入りタイヤでは、最外側に位置する主溝５におけるタイヤ外側の溝壁の形状はこれに限られることなく、図４（ａ）及び（ｂ）に例示するように、突出面Ｑを２段又はそれ以上の形態に形成することができる。

本発明において、さらに好ましくは、最外側に位置する主溝５の溝底幅ｗが上述する仮想主溝の溝底幅Ｗの０．５〜０．９倍、好ましくは０．７〜０．８倍となるように調整するとよい。主溝５の溝底幅ｗが仮想主溝の溝底幅Ｗの０．５倍未満ではタイヤの重量増加により転がり抵抗の低減効果が得られないようになり、０．９倍超になると溝底側におけるゴムのボリュームの増加が不足して転がり抵抗の低減効果が得られなくなる。

さらに好ましくは、本発明の空気入りタイヤでは、図５に示すように、最外側に位置する主溝５における溝底を含めた溝壁に、トレッド部１のゴムよりも６０℃におけるｔａｎδが小さい溝底ゴム６を配置するとよい。これにより、転がり抵抗を一層確実に低減させることができる。

上述する場合において、溝底ゴム６の厚さｔを溝底において主溝５の深さの１０％以上にし、溝底から開口部側の溝壁において溝底幅ｗの５０％以上にすると共に、溝底ゴム６の溝壁に沿った溝底からの高さＨｏを主溝５の深さＨの５０％以上にするとよい。

本発明の空気入りタイヤでは、上述する最外側に位置する主溝５を、図１に示すように、最もヒステリシスロスの大きさに影響を及ぼす領域であるトレッド部１の接地幅ＴＷを４等分したときのタイヤ幅方向外側の１／４に相当する左右の領域Ｚ、Ｚに配置することが好ましい。

ここで、上述する接地幅ＴＷとは、タイヤを適用リムに装着し、ＪＡＴＭＡ規定の空気圧−負荷能力対応表における最大負荷能力に対応する空気圧をタイヤに充填すると共に、静止した状態で平板上に対して垂直に置き、最大負荷能力の８０％に相当する荷重をかけたときのトレッド部と平板との接触面におけるタイヤ軸方向の最大直線距離をいう。

なお、上述する実施形態では、最外側に位置する主溝として、図１における右側のショルダー側の最外側に位置する主溝５を採り上げて説明してきたが、左側のショルダー側の最外側に位置する主溝２についても同等な構成が採用される。この場合において、右側のショルダー側の最外側に位置する主溝５と左側のショルダー側の最外側に位置する主溝２との構成を、上述する制約の中で互いに異ならせることができる。

上述するように、本発明の空気入りタイヤは、トレッド部に形成されたタイヤ周方向に延びる主溝のうち、ショルダー側の最外側に位置する主溝の溝壁を左右非対称に形成し、これら溝壁のうちのタイヤ外側に位置する溝壁のみを溝底側でタイヤ内側に向けて突出する突出面に形成すると共に、この主溝の横断面積をタイヤ外側の上方域における壁面形状に対応させて所定の関係となるようにすることにより、転がり抵抗を低減するようにしたもので、簡単な構成でありながら優れた効果を発揮することから、近年の高性能車両に装着する空気入りタイヤとして幅広く適用することができる。

タイヤサイズを１９５／６５Ｒ１５，トレッドパターンを図６として、最外側に位置する主溝２、５の溝壁を図７のように左右対称に形成した従来タイヤ（従来例）と、主溝２、５の溝壁を図２又は図３のように左右非対称に形成したうえで、突出面の高さｈ／主溝５の深さＨ、及び仮想主溝の横断面積Ｓｏと主溝５の真の横断面積Ｓとの関係、を表１のように異ならせた本発明タイヤ（実施例１〜４）とをそれぞれ製作した。なお、各タイヤにおいて、主溝の深さＨを７．６ｍｍ、開口部の幅を６．５ｍｍ、仮想主溝の溝底幅Ｗを３．４ｍｍと共通にした。

さらに、比較のために、主溝２、５のタイヤ外側の溝底側の溝壁をタイヤ周方向に対して１０ｍｍ毎に、図２のように法線Ｙに向かって突出させた形態と逆にタイヤ外側に向かって凹状に後退させた形態とを交互に隣り合わせて形成すると共に、突出させた部分と凹状に後退させた部分とのゴム量を均等にした比較タイヤ（比較例）を製作した。

これら６種類のタイヤについて、以下に記載する試験方法により転がり抵抗性の評価を行い、その結果を従来例を１００とする指数により表１に記載した。数値が小さいほど転がり抵抗性が優れていることを示す。

〔転がり抵抗性の評価〕
各タイヤをリム（サイズ：１５×６Ｊ）に嵌合し、空気圧２３０ｋＰａを充填したうえで、室内ドラム試験機（ドラム径：１７０７ｍｍ）にて、荷重４．５ｋＮを負荷させて、走行速度を８０ｋｍ／ｈとして走行させたときの転がり抵抗値を測定した。

表１より、本発明タイヤは従来タイヤに比して、転がり抵抗が低減していることがわかる。なお、比較タイヤは、タイヤ外側の溝底側の壁面をタイヤ内側に突出させた部分とタイヤ外側に後退させた部分との繰り返し形態に形成したので、突出部分と後退部分とにおけるヒステリシスロスの増減が相殺して従来タイヤと同等の転がり抵抗を示していた。

１ トレッド部
２、５ 最外側に位置する主溝
６ 溝底ゴム
Ｑ 突出面
ｈ 突出面の溝底からの高さ
Ｈ 最外側に位置する主溝の深さ
Ｎ 最外側に位置する主溝のタイヤ内側に位置する溝壁
Ｍ 仮想外側溝壁
Ｓ 最外側に位置する主溝の真の横断面積
Ｓｏ 仮想主溝の横断面積
ＴＷ 接地幅

Claims (7)

1. トレッド部にタイヤ周方向に延びる複数本の主溝を設け、これら主溝により前記トレッド部の表面に複数のリブ又はブロックを区画形成した空気入りタイヤにおいて、
   前記主溝のうちショルダー側の最外側に位置する主溝の溝壁を、子午線断面において該主溝の開口幅の中心を通る法線に対して左右非対称に形成し、該溝壁のうちタイヤ外側に位置する溝壁のみを溝底側でタイヤ内側に向けて突出する突出面に形成すると共に、該突出面の横断面形状を同一のリブ又はブロックのタイヤ周方向に対して変化しないようにし、かつ前記最外側に位置する主溝のタイヤ内側に位置する溝壁を前記法線に対して外側に向けて反転対称した溝壁を仮想外側溝壁としたとき、前記突出面におけるタイヤ内側の溝壁を前記仮想外側溝壁よりもタイヤ内側に位置させると共に、該主溝の真の横断面積Ｓが前記タイヤ内側に位置する溝壁と前記仮想外側溝壁とにより形成された仮想主溝の横断面積Ｓｏよりも小さくし、その横断面積の差（Ｓｏ−Ｓ）が前記横断面積Ｓｏの０．０５〜０．２５倍となるようにした空気入りタイヤ。
2. トレッド部にタイヤ周方向に延びる複数本の主溝を設け、これら主溝により前記トレッド部の表面に複数のリブ又はブロックを区画形成した空気入りタイヤにおいて、
   前記主溝のうちショルダー側の最外側に位置する主溝の溝壁を、子午線断面において該主溝の開口幅の中心を通る法線に対して左右非対称に形成し、該溝壁のうちタイヤ外側に位置する溝壁のみを溝底側でタイヤ内側に向けて突出する突出面に形成すると共に、該突出面の横断面形状を同一のリブ又はブロックのタイヤ周方向に対して変化しないようにし、かつ前記最外側に位置する主溝のタイヤ内側に位置する溝壁を前記法線に対して外側に向けて反転対称した溝壁を仮想外側溝壁としたとき、該主溝のタイヤ外側の溝壁を深さ方向の上方域において前記仮想外側溝壁よりもタイヤ外側に向けて凹状に後退させると共に、該主溝の真の横断面積Ｓが前記タイヤ内側に位置する溝壁と前記仮想外側溝壁とにより形成された仮想主溝の横断面積Ｓｏよりも大きくし、その横断面積の差（Ｓ−Ｓｏ）が前記横断面積Ｓｏの０．０５〜０．２５倍となるようにした空気入りタイヤ。
3. 前記最外側に位置する主溝における突出面の溝底からの高さｈを該主溝の深さＨの０．２〜０．５倍にした請求項１又は２に記載の空気入りタイヤ。
4. 前記最外側に位置する主溝の溝底幅ｗを前記仮想主溝の溝底幅Ｗの０．５〜０．９倍にした請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気入りタイヤ。
5. 前記最外側に位置する主溝における溝底を含めた溝壁に、前記トレッド部のゴムよりも６０℃におけるｔａｎδが小さい溝底ゴムを配置した請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気入りタイヤ。
6. 前記溝底ゴムの厚さｔを溝底において前記最外側に位置する主溝の深さＨの１０％以上にし、溝底から開口部側の溝壁において溝底幅ｗの５０％以上にすると共に、該溝底ゴムの溝壁に沿った溝底からの高さＨｏを前記主溝の深さＨの５０％以上にした請求項５に記載の空気入りタイヤ。
7. 前記最外側に位置する主溝を、前記トレッド部の接地幅を４等分したときのタイヤ幅方向外側の１／４に相当する左右の領域に配置した請求項１〜６のいずれか１項に記載の空気入りタイヤ。

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