JP5470061B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

この発明は、トレッド部に、溝により区画された複数のブロックを備える空気入りタイヤに関し、特に、接地時におけるブロックの剪断変形に起因した摩耗を有利に低減しようとするものである。

近年、タイヤのトレッド部に形成するトレッドパターンとして、ブロックパターンが多用されている。ブロックパターンは、タイヤ周方向に延びる複数本の縦溝と、これらの縦溝に交差して延びる多数の横溝とによって区画される多数のブロック（ブロック状の陸部）を備えている。ブロックパターンは、乾燥路面は勿論のこと、湿潤路面や氷雪路面でも良好なトラクション性能を発揮する全天候性を有するため、高性能乗用車用タイヤなどに適用される割合が増加しつつある（特許文献１参照）。

ところで、一般にタイヤはトレッド部に曲率を持つため、タイヤ幅方向に径差の分布が生じる。この径差によってブロックに生じるタイヤ周方向の剪断変形は、タイヤの耐摩耗性に影響を及ぼすことが知られている。従来は、この剪断変形を防止するために主として剪断剛性（剪断方向の剛性）を高める対策がとられており、例えばブロックサイズを大きくすることが挙げられる。

特開平５−１６９９２２号公報

しかしながら、ブロックサイズを大きくし過ぎると、トレッド部の蹴り出し側が路面対して斜めに押されて発生するタイヤ周方向のゴム流動によりタイヤ周方向の剪断変形が増大するため、十分な耐摩擦性能が得られなくなる場合があった。すなわち、ブロックを形成するゴムは非圧縮性であるから、図４（ａ）に示すように、ブロックが路面に接地するとゴム流動により側方に大きく膨出しブロックの剪断変形が増大するのである。従来、このようなゴム流動による剪断変形の増大に関しては十分な検討がなされておらず、ブロックサイズの拡大による耐摩擦性能の向上には限界があった。

それゆえ、この発明は、ブロックサイズの適正化を図ることによりゴム流動を低減して耐摩耗性能の向上した空気入りタイヤを提供することを目的とする。

この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、この発明の空気入りタイヤは、トレッド部に、溝により区画された複数のブロックを備える空気入りタイヤにおいて、少なくとも一部のブロックは、ブロック接地面の面積が４５０ｍｍ^２以下であり、かつ、該ブロックを区画する溝の溝深さに対してそれぞれ１．５倍以上となる周方向長さ及び幅方向長さを有し、
前記少なくとも一部のブロックは、該ブロックの幅方向長さに対する該ブロックの周方向長さの比率を示す縦横比が１以上２以下であり、
前記空気入りタイヤは、トレッド部に、前記ブロックをタイヤ周方向に所定のピッチで配置したブロック列の少なくとも一列により形成されたブロック群を備え、
前記ブロック群では、前記ブロックの基準ピッチ長さをＰＬ（ｍｍ）、該ブロック群の幅をＷ（ｍｍ）、該基準ピッチ長さＰＬと該幅Ｗとで区画される、該ブロック群の基準区域内に存在する前記ブロックの個数をａ（個）、該基準区域内のネガティブ率をＮ（％）としたとき、ａ／{ＰＬ×Ｗ×（１−Ｎ／１００）}で与えられるブロック個数密度Ｄが、０．００３（個／ｍｍ ^２ ）以上０．０４（個／ｍｍ ^２ ）以下であり、
前記ブロックの接地面形状が略八角形であり、
前記ブロックは千鳥状に配置され、
さらにタイヤ周方向に沿って延びる周方向主溝を有し、該周方向主溝と前記ブロックを区画する溝の溝深さが等しいことを特徴とするものである。

ここで、「ブロックの接地面の面積」とは、ブロックの接地面において連続して延びる表面領域の面積をいい、例えばブロックがサイプや細溝等の溝で複数に分割されているときは、該溝により区分された各分割ブロックにおける表面領域の面積を指すものとする。また、ブロックの「周方向長さ」とは、ブロックのタイヤ周方向の一端から他端までをタイヤ周方向に沿って計測した直線距離を指す。ブロックの「幅方向長さ」とは、ブロックのタイヤ幅方向の一端から他端までをタイヤ幅方向に沿って計測した直線距離を指す。さらに、「ブロックを区画する溝の溝深さ」とは、ブロックを区画する溝のうち、最も溝深さの大きい溝の溝深さを指すものとし、例えば、縦溝と横溝によってブロックが区画され、横溝よりも縦溝の方が溝深さが大きい場合は、縦溝の溝深さを基準とする。

かかる構成の空気入りタイヤによれば、ブロックの接地面の面積を４５０ｍｍ^２以下としてブロックサイズの拡大化を制限したことにより、トレッド部の蹴り出し時におけるブロックのゴム流動による剪断変形を抑制しつつも、径差によってブロックに生じるタイヤ周方向の剪断変形に対抗する剪断剛性の増大を図ることができるようになるので、耐摩耗性能を有利に向上させることができる。一方で、ブロックの周方向長さ及び幅方向長さを該ブロックを区画する溝の溝深さの１．５倍以上としたことから、所要のブロック剪断剛性を確保することができ、良好な接地性を得ることができる。ブロック剪断剛性が低いとブロックの倒れ込み（座屈）が発生し、接地端の接地圧が非常に高くなるため、つまり接地面の接地圧が低くなるため、接地性が悪化し、グリップ力が減少してしまう。

この発明によれば、ブロックサイズの適正化を図ることによりゴム流動を低減して耐摩耗性能の向上した空気入りタイヤを提供することが可能となる。

この発明に従う一実施形態の空気入りタイヤのトレッド部の部分展開図である。 ブロックの周方向長さ及び幅方向長さとブロックの膨出変形との関係を示したマップである。 ブロックアスペクト比ＢＡｓとブロック剪断剛性との関係を示す図である。 駆動力を負荷した際のブロックの膨出変形を説明する図であり、（ａ）は従来の空気入りタイヤのブロックを、（ｂ）はこの発明を適用した空気入りタイヤのブロックをそれぞれ示したものである。 ブロックの縦横比Ａｓとブロックの膨出量との関係を説明するためのブロックの模式図であり、（ａ）は縦横比Ａｓ＜１の状態を、（ｂ）は縦横比Ａｓ＞１の状態をそれぞれ示している。 この発明に従う他の実施形態の空気入りタイヤのトレッド部の部分展開図である。 この発明に従う他の実施形態の空気入りタイヤのトレッド部の部分展開図である。 この発明に従う他の実施形態の空気入りタイヤのトレッド部の部分展開図である。 この発明に従う他の実施形態の空気入りタイヤのトレッド部の部分展開図である。 この発明に従う他の実施形態の空気入りタイヤのトレッド部の部分展開図である。 この発明に従う他の実施形態の空気入りタイヤのトレッド部の部分展開図である。 従来の空気入りタイヤのトレッド部の部分展開図である。

以下、この発明をその作用効果とともに図面を参照して説明する。ここに、図1は、この発明に従う一実施形態の空気入りタイヤ（以下「タイヤ」という）のトレッド部の部分展開図である。なお、図中、上下方向がタイヤ周方向（タイヤ赤道面に沿った方向）であり、左右方向（タイヤ赤道面Ｅに直交する方向）がタイヤ幅方向である。

この実施形態のタイヤは、図示を省略するが、左右一対のビードコア間でトロイド状に延びるカーカスと、このカーカスのクラウン部のタイヤ径方向外側に配置したベルトと、このベルトのタイヤ径方向外側に配置したトレッド部１とを具える慣例に従ったタイヤ構造を有し、トレッド部１に図１に示したブロックパターンを有するものである。

図１に示すように、このタイヤは、トレッド部１に、溝２により区画された複数のブロック３を備える。溝２は、略タイヤ周方向に延びる縦溝２ａと略タイヤ幅方向に延びて縦溝２ａと交差する横溝２ｂとにより構成されている。ブロック３は、略正八角形の接地面を有する八角柱状に形成されている。トレッド部１に形成される複数のブロック３のうちの少なくとも一部のブロック、ここではトレッド接地端を跨るショルダー陸部４を除く全てのブロック３は、ブロック接地面の面積Ｓｂが約４５０ｍｍ^２以下（図１の例では、約３１０ｍｍ^２）である。また、ブロック３は、ブロック３を区画する溝２の溝深さ（ブロック高さＨｂ）に対して１．５倍以上となる周方向長さＬｂ及び幅方向長さＷｂを有する。なお、ブロック接地面の面積Ｓｂが４５０ｍｍ^２以下であり、かつブロック３を区画する溝２の溝深さに対して１．５倍以上となる周方向長さＬｂ及び幅方向長さＷｂを有するブロック３は、ブロック３の幅方向長さＷｂに対するブロック３の周方向長さＬｂの比率である縦横比Ａｓが１以上２以下（図１の例ではＡｓ＝約１）、すなわちブロック３は縦長の形状とすることが好ましい。

またこのタイヤでは、複数のブロック３がタイヤ周方向に所定のピッチで並べられたブロック列の少なくとも１列、ここでは７列により形成されたブロック群Ｇを備える。ブロック群Ｇの領域内では、各ブロック３は相互に密集して配置されている。ブロック３の密集度（ブロック個数密度Ｄ）は、ブロック３の基準ピッチ長さＰＬ（ｍｍ）、ブロック群Ｇの幅をＷ（ｍｍ）、該基準ピッチ長さＰＬとブロック群のＷとで区画される基準区域Ｚ（図中斜線で示す領域）内に存在するブロックの個数をａ（個）、該基準区域Ｚ内のネガティブ率をＮ（％）としたとき、

として表すことができる。この発明では、ブロック個数密度Ｄは、０．００３（個／ｍｍ^２）以上０．０４（個／ｍｍ^２）以下の範囲内とすることが好ましい。図１の例では、ブロック個数密度Ｄは約０．００３２２（個／ｍｍ^２）である。ブロック個数密度Ｄは、ブロック３が配置された部分の実接地面積（溝分を除いた面積）に対して何個のブロック３が存在するかを密度として表現したものであり、上記実接地面積を算出するにあたっては、各ブロック３の接地面の面積Ｓｂを合算して求めても良い。なお、基準区域Ｚ内に在るブロック３の個数ａをカウントするに際して、ブロック３が基準区域Ｚの内外に跨って存在し、１個として数えることができない場合は、ブロック接地面の面積に対する、基準区域内に残ったブロック３の残存面積の比率を用いて数えることとする。例えば、基準区域Ｚの内外に跨り、基準区域Ｚ内にその半分しか存在しないブロックの場合は、１／２個と数えることができる。また、上記数１において、「ブロックの基準ピッチ長さ」とは、ブロック群を構成する任意のブロック列におけるブロック３の繰り返し模様の最小単位（１ピッチ）又は複数単位を指すものとし、例えば１つのブロック３とそのブロック３を区画する横溝２ｂによってパターンの繰り返し模様が規定されている場合は、ブロック３一つ分のタイヤ周方向長さＬｂとこのブロック３を区画する横溝２ｂ１本分のタイヤ周方向長さとを加算したものがブロック３の基準ピッチ長さとなる。

次いで、本願の発明者が発明に至った経緯を図２のマップを参照して説明する。このマップは、ブロック３に荷重を負荷し、ブロック３の幅方向長さＷｂ及び周方向長さＬｂを様々に変化させたときのブロック３の膨出量（ゴム流動量）を示したものである。

本願の発明者は、ブロック３が路面に接してから離れるまでのブロック３の変形を詳細に観察したところ、ブロック３の摩耗の原因として、荷重負荷によるブロック側面の膨出に伴うブロック３の剪断変形の寄与が大きいことを見出した。そこで発明者は、荷重負荷時のブロック３のゴム流動を小さくできればブロックの剪断変形を小さくでき、ひいてはトレッド表面の剪断歪を小さくでき、結果として摩耗を低減できるとの着想に基づき、ブロック接地面の面積Ｓｂとブロック３のゴム流動との関係について鋭意検討したところ、図２のマップに示す結果を得られた。図２から明らかなように、ブロック接地面の面積Ｓｂが小さければ小さい程、ゴム流動による剪断変形が小さくなる。そしてこのマップに基づきブロック３の摩耗への影響について検討を重ね、図２のマップにおいて領域Ｓ２〜Ｓ７、特にブロック接地面の面積Ｓｂを４５０ｍｍ^２以下とすることで摩耗を有利に低減することに成功した。

一方、ブロック３の接地面の面積Ｓｂが小さくなり過ぎると、ブロック３の剪断剛性が低下してブロック３の倒込み（座屈）が生じ、ブロック接地端の接地圧が非常に高くなるため、つまりブロック接地面の接地圧が低くなるため、グリップ力が減少したり、ブロック３の周縁部近傍の滑り量が増大しかえって摩耗が進行し易くなったりすることが判明した。つまり、図３にブロックの剪断剛性とブロックアスペクト比ＢＡｓ（ブロック３の高さＨｂに対するブロック３の周方向長さＬｂ又は幅方向長さＷｂの割合）との関係を示すように、ブロックアスペクト比ＢＡｓが約１．５未満となるところで急激にブロック剪断剛性が低下することが分かる。そのため、ブロック３の周方向長さＬｂ及び幅方向長さＷｂのそれぞれをブロック３を区画する溝２の溝深さ（ブロック高さＨｂ）の１．５倍以上とすることにより、所要のブロック剪断剛性が確保され、良好な接地性を得ることができる。

したがって、上記構成になるタイヤによれば、ブロック３の接地表面積Ｓｂを４５０ｍｍ^２以下（好ましくは３１０ｍｍ^２）としたことにより、図４（ａ）、（ｂ）に、従来のブロックとこの発明を適用したブロックとを比較して説明するに、タイヤ負荷転動時（荷重Ｆの負荷時）におけるブロック側面、特に蹴り出し側のブロック側面の膨出変形量ΔＸがゴム流動の低下に伴って低減されるので剪断変形が減少する。その結果として、路面からブロック３に作用する摩擦力及び滑りが抑制され、摩耗が低減される。しかも、ブロック３の周方向長さＬｂ及び幅方向長さＷｂは、いずれもブロック３に隣接する溝２（縦溝２ａ、横溝２ｂ）の溝深さの１．５倍以上であるので所要のブロック剛性を確保でき、すなわち、ブロック３の小型化に伴うブロック剛性の低下によりブロック３に座屈が生じてかえってブロック３の周縁部近傍の変位量が増大して滑り量が増大したり、操縦安定性が低下したりするおそれがない。

また、この実施形態では、ブロック個数密度Ｄを０．００３〜０．０４（個／ｍｍ^２）としてブロックを密集して配置したことにより、ブロック３の総エッジ長（各ブロック３のエッジ長の総和）を増大させることができ、これは氷上性能を高める上で極めて有利である。ブロック個数密度Ｄが０．００３（個／ｍｍ^２）未満の場合は、ブロック３内へのサイプの形成なしには、総エッジ長さの増大を図ることは難しく、一方、ブロック個数密度Ｄが０．０４（個／ｍｍ^２）を超えるとブロックサイズが小さくなり過ぎて所要のブロック剛性の実現が難しくなる。また、ブロック個数密度Ｄを、０．００３５〜０．０３（個／ｍｍ^２）の範囲内とすれば、ブロック剛性と総エッジ長さの増大との両立をより高い次元で達成することができる。

さらに、ブロック群Ｇ領域におけるネガティブ率Ｎは５％〜５０％とすることが好ましい。このネガティブ率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、ブロックサイズが大きくなり過ぎて総エッジ長さの増大を図り難くなり、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おそれがあるからである。

なお、この実施形態のタイヤでは、ブロック接地面の面積Ｓｂが４５０ｍｍ^２以下であり、かつブロック３を区画する溝２の溝深さに対して１．５倍以上となる周方向長さＬｂ及び幅方向長さＷｂを有するブロック３は、ブロック３の幅方向長さＷｂに対するブロック３の周方向長さＬｂの比率を示す縦横比Ａｓは１であると説明したが、図１０に示す他の実施形態のタイヤのように、縦横比Ａｓは１以上２以下として、ブロック３を周方向に細長い縦長形状に形成することが好ましい。これによれば、図５に示すように、ブロック３の側面において、タイヤ周方向を向く面Ｐ（自由表面Ｐ）の面積を、タイヤ幅方向を向く面Ｑ（自由表面Ｑ）の面積よりも小さくでき、結果として、荷重Ｆの負荷時にタイヤ周方向への膨出量に比べタイヤ幅方向への膨出量の割合を大きくすることができ、ブロック３の蹴り出し側の摩耗をより効率的に低減することができる。縦横比Ａｓを１未満とした場合には、ブロック３がタイヤ幅方向に細長い横長形状となり、タイヤ周方向の荷重入力に対抗するブロック３の剪断剛性が低下するおそれがあり、縦横比Ａｓが２を超える場合には、ブロック接地面の面積Ｓｂを４５０ｍｍ^２以下とすることとの関係上、ブロック３の幅方向長さＷｂが小さくなりすぎ、操縦安定性が低下するおそれがある。

また、この発明では、図８に示すさらに他の実施形態のタイヤのように、トレッド部１に、タイヤ周方向に沿って延び、ブロック３を区画する縦溝２ａよりも溝幅の大きい周方向主溝５を設けてもよく、これによれば、ブロック３を比較的高密に配置した場合でも良好な排水性能を確保することができる。周方向主溝５は２本に限らず、１本でも３本以上でも良い。

さらに、この発明では、図１０、１１に示す他の実施形態のタイヤのように、トレッド部１に複数形成するブロック３の接地面の形状は矩形としてもよく、図示は省略するが他の多角形や円形、楕円形等を採用しても良いが、図１、６、７及び８に示すように、略八角形の接地面形状とすることが好ましく、このようにすれば、ブロック３のいわゆるエッジ効果の異方性を低減することができるとともに、ブロック３の均一な接地性を高めることができる。

さらに、この発明では、ブロック３は千鳥状に配置することが好ましい。すなわち、隣接するブロック列間でブロック３の位相をタイヤ周方向に半ピッチずらして配置することが好ましい。このような千鳥状配置を採用することで、ブロック３の密集度（ブロック個数密度Ｄ）を高めることができ、ブロック群Ｇ内に含まれる総エージ長さを増大させることができる。また、ブロック３の接地タイミングをタイヤ幅方向にずらすことができ、パターンノイズの低減に有利となる。

しかも、この発明では、ブロック接地面の面積Ｓｂが４５０ｍｍ^２以下であり、かつブロック３を区画する溝２の溝深さに対して１．５倍以上となる周方向長さＬｂ及び幅方向長さＷｂを有するブロック３は、トレッド部１に設ける複数のブロックのうちの一部であればよく、路面に接する陸部面積のうち５０％以上の面積を当該ブロック３で占めるようにすることが好ましく、路面に接する陸部面積のうち７０％以上の面積を当該ブロック３で占めるようにすることが本発明による効果をより高める上で好ましい。

次に、この発明に従う実施例１〜７のタイヤ及び従来例１のタイヤをそれぞれ試作し、耐摩耗性についての評価を行ったので、以下説明する。なお、これらのタイヤはいずれもタイヤサイズが１９５／６５／Ｒ１５の乗用車用ラジアルタイヤであり、トレッド接地幅は１３５ｍｍである。

実施例１〜７のタイヤは、それぞれが図１、６〜１１に対応する構成となるトレッド部を備え、トレッド部に複数のブロックを配設したものである。実施例１〜７のタイヤではそれぞれ、ブロックは、ブロック接地面の面積が４５０ｍｍ^２以下であり（ショルダー陸部を除く）、かつ、該ブロックを区画する溝の溝深さに対してそれぞれ１．５倍以上となる周方向長さ及び幅方向長さを有する。実施例４のタイヤは、トレッド部にタイヤ周方向に延びるストレートな周方向主溝を２本有する。車両への装着姿勢で内側（図中左側）に位置する周方向主溝は、タイヤ赤道面Ｅを中心としたトレッド接地幅の２２％に相当する位置に配置され、車両への装着姿勢で外側（図中右側）に位置する周方向主溝は、タイヤ赤道面を中心としたトレッド接地幅の１８％に相当する位置に配置される。左側の周方向主溝の溝幅は、７．０ｍｍであり、溝深さは７．０ｍｍである。右側の周方向主溝の溝幅は１２．０ｍｍであり、溝深さは７．０ｍｍである。実施例１〜７のタイヤは、表１に示す諸元を有する。

従来例１のタイヤは、図１２に示すトレッドパターンをトレッド部に有し、表１に示す諸元を有する。

これら各供試タイヤをサイズ６Ｊ×１５のリムに取り付けてタイヤ車輪とし、テストに使用する乗用車の駆動輪に装着して、空気圧２１０ｋＰａ（相対圧）、タイヤ負荷荷重４．４１ｋＮを適用し、テストコースを５０００ｋｍ走行後のブロックの摩耗量を測定した。摩耗量の結果を表２に示す。表２中の結果は、従来例の摩耗量を１００として指数で表示したものであり、その数値が大きいほど耐摩耗性能が高いことを示している。なお、この評価結果は、図２のマップ中にもプロットされている（点Ａ１〜７：実施例１〜７、点Ｂ：従来例）。

表２の結果から明らかなように、実施例１〜７のタイヤは、ブロックサイズの適正化を図ることにより、従来例１のタイヤと比較して、摩耗量が少なく、耐摩耗性能が向上していることが分かる。また、実施例６のタイヤと実施例７のタイヤを比較すると、縦横比Ａｓを1以上２以下とすることで、耐摩耗性能がより向上することが分かる。

かくして、この発明によれば、ブロックサイズの適正化を図ることによりゴム流動を低減して耐摩耗性能の向上した空気入りタイヤを提供することが可能となった。

１ トレッド部
２ 溝
２ａ 縦溝
２ｂ 横溝
３ ブロック
４ ショルダー陸部
５ 周方向主溝

Claims (1)

1. トレッド部に、溝により区画された複数のブロックを備える空気入りタイヤにおいて、
   少なくとも一部のブロックは、ブロック接地面の面積が４５０ｍｍ^２以下であり、かつ、該ブロックを区画する溝の溝深さに対してそれぞれ１．５倍以上となる周方向長さ及び幅方向長さを有し、
   前記少なくとも一部のブロックは、該ブロックの幅方向長さに対する該ブロックの周方向長さの比率を示す縦横比が１以上２以下であり、
   前記空気入りタイヤは、トレッド部に、前記ブロックをタイヤ周方向に所定のピッチで配置したブロック列の少なくとも一列により形成されたブロック群を備え、
   前記ブロック群では、前記ブロックの基準ピッチ長さをＰＬ（ｍｍ）、該ブロック群の幅をＷ（ｍｍ）、該基準ピッチ長さＰＬと該幅Ｗとで区画される、該ブロック群の基準区域内に存在する前記ブロックの個数をａ（個）、該基準区域内のネガティブ率をＮ（％）としたとき、ａ／{ＰＬ×Ｗ×（１−Ｎ／１００）}で与えられるブロック個数密度Ｄが、０．００３（個／ｍｍ ^２ ）以上０．０４（個／ｍｍ ^２ ）以下であり、
   前記ブロックの接地面形状が略八角形であり、
   前記ブロックは千鳥状に配置され、
   さらにタイヤ周方向に沿って延びる周方向主溝を有し、該周方向主溝と前記ブロックを区画する溝の溝深さが等しいことを特徴とする空気入りタイヤ。

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