JP5489850B2

JP5489850B2 - 空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP5489850B2
Application number: JP2010109577A
Authority: JP
Inventors: 達也冨田
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2010-05-11
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2030-05-11
Also published as: JP2011235787A

Description

本発明は、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、接地時におけるブロックの変形に起因した摩耗を低減するとともに、十分な排水性を備える空気入りタイヤに関するものである。

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）。

特開平５−１６９９２２号公報

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、タイヤの耐摩耗性能に影響を及ぼすことが知られている。この剪断変形を防止するためには例えばブロックサイズを大きくして剪断剛性（剪断方向の剛性）を高めることが有効であるが、ブロックサイズを大きくし過ぎると、図１（ａ）に示すようにブロックが路面に接地する際に、ゴムが流動によって大きく膨出してブロックの剪断変形が増大し、逆に十分な耐摩耗性能が得られなくなる場合があった。また、排水性を高める為の周溝との関係も十分に明らかとはなっておらず、耐摩耗性能の向上と排水性の確保を両立させるには、未だ改善の余地が残されていた。

本発明の課題は、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、接地時におけるブロックの剪断変形に起因した摩耗を低減するとともに、十分な排水性を備える、新規な空気入りタイヤを提供することにある。

本発明は、トレッド部に、タイヤの周方向に沿って伸延する複数の周溝と、該周溝によって区画された複数列のリブとを備えた空気入りタイヤにおいて、
前記リブは、前記周溝につながる複数の分岐溝により区画された複数のブロックを備え、該ブロックは、ブロックの接地面の形状が八角形であって、ブロックの接地面の面積が４５０ｍｍ^２以下であり、かつ、該分岐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、
前記周溝は、タイヤの赤道上に設けられた中央側周溝と、該中央側周溝を挟んで延在するショルダー側周溝からなり、該中央側周溝は、該ショルダー側周溝の幅よりも狭い溝幅を有し、
前記ショルダー側周溝に挟まれる前記ブロック、及び該ショルダー側周溝のタイヤ幅方向外側に位置する前記ブロックは何れも、対応する分岐溝が同じ方向に延在するものであり、
前記中央側周溝は、前記ブロックの一部をタイヤの周方向に沿って切り取った小ブロックを、その切り取った面を該中央側周溝に対向させ且つ該中央側周溝の両側に並べて配置するものであり、
前記ショルダー側周溝は、前記ブロックを、該ショルダー側周溝の片側に並べて配置するとともに、前記小ブロックを、その切り取った面を該ショルダー側周溝に対向させ且つ該ショルダー側周溝のもう一方の片側に並べて配置するものであることを特徴とする空気入りタイヤである。

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、「分岐溝の溝深さ」とは、ブロックを区画する分岐溝のうち、最も溝深さの大きい溝の溝深さを指すものとする。

前記中央側周溝の溝幅は５ｍｍ以下であり、かつ前記分岐溝のうち最も幅狭となる溝の溝幅以上であることが好ましい。

トレッド部に、複数の周溝で区画する複数列のリブを設け、このリブを分岐溝で区画して複数のブロックを形成し、ブロックの接地面の面積を４５０ｍｍ^２以下としたので、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することが可能となる。また周方向長さ及び幅方向長さが、分岐溝の溝深さに対し１．５倍以上としたので、ブロックの周方向長さ及び幅方向長さに対して溝の深さが深くなりすぎることがなく、ブロックの倒れ込み（座屈）を防止でき、耐摩耗性能を有利に向上させることが可能となる。さらに周溝のうち、接地圧が高くなるトレッド部中央の中央側周溝が、ショルダー側周溝よりも幅狭となるようにしたので、周溝を設けることで増加するブロックの接地圧の分布を最適化して、耐摩耗性能の向上と排水性の確保とを両立させることができる。

中央側周溝の幅を、５ｍｍ以下であってかつ前記分岐溝のうち最も幅狭となる溝の溝幅以上としたので、より有利に耐摩耗性能を向上させることができる。

ブロックサイズとブロックの剪断変形の関係を示した図であり、（ａ）に対して（ｂ）は、ブロックサイズが小さい場合の剪断変形の状態を示す図である。本発明にしたがう空気入りタイヤの実施の形態につき、（ａ）はタイヤのトレッドパターンを示す平面展開図であり、（ｂ）はブロックの幅方向長さＷｂとブロック高さＨｂとを示す図である。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図である。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。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。従来の空気入りタイヤのトレッドパターンを示す平面展開図である。

以下、図面を参照して、本発明をより具体的に説明する。
図２は本発明にしたがう空気入りタイヤの実施の形態につき、（ａ）はタイヤのトレッドパターンを示す平面展開図であり、（ｂ）はブロックの幅方向長さＷｂとブロック高さＨｂとを示す図である。なお図２（ａ）において、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。

本発明に従うタイヤは、図示を省略するが、左右一対のビードコア間でトロイダル状に延在するカーカスと、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２（ａ）に示したブロックパターンを有するものである。

図２（ａ）に示すように、トレッド部１は、タイヤ周方向に伸延する複数の周溝２を有しており、この周溝２によって区画された複数列のリブ３を備えている。

周溝２は、タイヤの赤道Ｅの近傍に設けられた中央側周溝２ａと、この中央側周溝２ａを挟んで延在するショルダー側周溝２ｂからなる。図示の例では中央側周溝２ａはタイヤの赤道Ｅ上に１本延在しているが、複数であってもよい。またショルダー側周溝２ｂは、中央側周溝２ａの外側に各１本配置されているが、それぞれ複数本配置されていてもよい。また中央側周溝２ａの幅Ｗ_１は、ショルダー側周溝２ｂの幅Ｗ_２よりも狭くなっている。

リブ３は、複数の分岐溝３ａによって区画された複数のブロック３ｂを備えている。分岐溝３ａは、略タイヤ周方向に延びる縦溝３ａ_１と、略タイヤ幅方向に延びて縦溝３ａ_１と交差する横溝３ａ_２とによって構成されており、周溝２とつながっている。ブロック３ｂの形状は、多角形や、円形、楕円形等を採用することができるが、図２（ａ）に示した例では、トレッド部１全域に亘って配置した基本となるブロック（以下、基本ブロックという）の形状が、略正八角形の接地面を有する八角柱状となっている。基本ブロックの接地面の形状が略正八角形となることで、いわゆるエッジ効果の異方性を低減できるとともに、ブロック３の均一な接地性を高めることができる。図示の例では、この基本ブロックをタイヤ周方向に等間隔に並べて列をなすとともに、隣り合う列同士でタイヤ周方向に半ピッチずれた千鳥状の配置となる基本ブロック群を形成し、この基本ブロック群を周溝２で切り取ってリブ３を形成している。千鳥状の配置としたことにより、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。ブロック３ｂの接地面の面積Ｓｂは約４５０ｍｍ^２以下（図２（ａ）の例で基本ブロックは約３１０ｍｍ^２）となっている。またブロック３ｂのうち基本ブロックは、図２（ａ）、（ｂ）に示す周方向長さＬｂ及び幅方向長さＷｂが、分岐溝３ａの溝深さ（ブロック高さＨｂ）に対して１．５倍以上となっている。

上記の構成となる本発明に従うタイヤは、耐摩耗性能に優れ、十分な排水性を備えているが、この点につき図３〜図４を参照して説明する。図３、４はトレッドパターンが略正八角形の基本ブロックを、トレッド部１の全面に均等配置したものであり、周溝２は備えていないもの（図２（ａ）に示すトレッドパターンから周溝２を省いたトレッドパターン）について検討した結果を示している。本発明者が耐摩耗性能について鋭意検討を重ねたところ、ブロック３ｂの摩耗の原因は、ブロック３ｂが路面に接してから離れるまでの間で、ブロック３ｂの膨出による剪断変形の寄与が大きいことを見出した。さらに検討を重ねたところ、ブロック３ｂの接地面の面積Ｓｂとゴムの膨出変形（ゴム流出量）とに一定の関係を見出すに至った。結果を図３に示す。図３の横軸はブロック幅方向長さＷｂであり、縦軸はブロック周方向長さＬｂであり、２つの長さの交わるところが面積Ｓｂとなる。また面積Ｓｂに応じたゴムの膨出変形の大きさを、点または斜線で塗り分けて示している。図３から明らかなように、ブロック３ｂの接地面の面積Ｓｂが小さいほどゴムの膨出変形が小さくなる。そしてこの図３のＳ２〜Ｓ７の領域、特にブロック３ｂの接地面の面積Ｓｂを４５０ｍｍ^２以下とした場合に、摩耗を有利に低減させることができる。

一方、ブロック３ｂの接地面の面積Ｓｂが小さくなりすぎると、ブロック３ｂの剪断剛性が低下して倒れ込み（座屈）が生じ、ブロック３ｂの接地端での接地圧は非常に高くなる一方、接地面での接地圧は低くなるため、グリップ力が減少して摩耗の進行がし易くなることが判明した。この点につき図４を参照して説明すると、ブロックアスペクト比ＢＡｓ（ブロック３ｂの高さＨｂに対するブロック３ｂの周方向長さＬｂ又は幅方向長さＷｂの割合）とブロック剪断剛性との関係は、ブロックアスペクト比ＢＡｓが比較的大きな数値の場合はブロック剪断剛性が大きく変化していないが、約１．５未満となるところで急激に低下する。すなわち、ブロック３ｂの周方向長さＬｂ及び幅方向長さＷｂが、分岐溝３ａの溝深さ（ブロック高さＨｂ）に対して１．５倍以上の場合には、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。

上記のトレッドパターンとなるタイヤに周溝２を形成した、図２（ａ）のトレッドパターンとなるタイヤについて検討を進めたところ、周溝２を追加することでトレッド部１の接地面が減少するため、各ブロック３ｂに圧縮力がより強く加わるようになって変形量が増大し、耐摩耗性能が低下する傾向が見られた。特にタイヤのトレッド部１の中央では、ショルダー部に近い部分に比べてより高い接地圧を受けているため、耐摩耗性能の低下が大きくなる。中央側周溝２ａの幅Ｗ_１がショルダー側周溝２ｂの幅Ｗ_２よりも幅狭となる場合には、ブロック３ｂにかかる接地圧の分布が最適化され、耐摩耗性能の向上と排水性の確保とを両立させることができることが明らかとなった。

中央側周溝２ａの幅Ｗ_１は、ブロック３ｂの接地面の面積Ｓｂとの兼ね合いから５ｍｍ以下とすることが好ましい。これにより、トレッド１の中央のブロック３ｂの変形はより抑制され、耐摩耗性能の向上を図ることが可能となる。また中央側周溝２ａの幅Ｗ_１は、分岐溝３ａのうち最も幅狭となる溝の溝幅以上とすることが好ましい。これにより排水性は確保されるとともにタイヤの製造も容易となる。

またブロック３ｂは、周方向に縦長の形状とすることが好ましい。この点について図５（ａ）、（ｂ）を参照して説明すると、周方向に縦長の形状の場合には、ブロック３ｂの側面において、タイヤ周方向を向く面Ｐ（自由表面Ｐ）の面積が、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なり、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るので、ブロック３ｂの蹴り出し側の摩耗をより効率的に低減することが可能となる。特に幅方向長さＷｂに対する周方向長さＬｂの比率である縦横比Ａｓを１以上２以下とすることが好ましい。縦横比Ａｓを１未満とした場合には、ブロック３ｂがタイヤ幅方向に細長い横長形状となって、タイヤ周方向の荷重入力に対抗するブロック３ｂ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３ｂの接地面の面積Ｓｂとの関係上、ブロック３ｂの幅方向長さＷｂが小さくなりすぎて操縦安定性が低下するおそれがあるが、上記の範囲であればタイヤの性能を維持したまま、優れた耐摩耗性能を得ることができる。

表１に示す組み合わせとなる、サイズが１９５／６５Ｒ１５のタイヤを試作し、このタイヤをサイズが６Ｊ−１５となるリムに組み込んで乗用車に装着し、テストコースを走行して耐摩耗性能と排水性について調査を行った。このときの空気圧は２１０ｋＰａであり、タイヤ負荷荷重は４．４１ｋＮであった。結果を表１に併せて示す。

耐摩耗性能は、テストコースで乗用車を実走させ、１００００ｋｍ走行後のブロックの摩耗量を測定した。従来例となる基準タイヤの摩耗量を１００として、指数表示した。数値が大きいほど耐摩耗性能が高いことを示す。

排水性は、乗用車を水深１０ｍｍのウエット路面で乗用車を実装させ、テストドライバーによるフィーリング評価にて確認を行った。基準タイヤを１００として、結果を表１に指数表示した。数値が大きいほど排水性が高いことを示す。

その結果、ブロックサイズは適正化されているが周溝は持たないタイヤ（比較タイヤ１）は、耐摩耗性能は向上するものの十分な排水性を得ることができない。またブロックサイズを適正化しつつ中央側周溝の溝幅Ｗ_１がショルダー側周溝２ｂの溝幅Ｗ_２よりも広いか、または同等としたタイヤ（比較タイヤ２、３）は、耐摩耗性能を満足することができない。一方、ブロックサイズを適正化しつつ中央側周溝の溝幅Ｗ_１をショルダー側周溝２ｂの溝幅Ｗ_２よりも狭くしたタイヤ（適合タイヤ１、２）は、耐摩耗性能と排水性をともに満足することができる。特に中央側周溝の溝幅Ｗ_１を５ｍｍ以下とし、かつ前記分岐溝のうち最も幅狭となる溝の溝幅以上としたタイヤ（適合タイヤ２）は、結果が特に良好であった。

本発明によれば、接地時におけるブロックの剪断変形に起因した摩耗を低減するとともに、十分な排水性を備える空気入りタイヤを安定的に供給できる。

１トレッド部
２周溝
２ａ中央側周溝
２ｂショルダー側周溝
３リブ
３ａ分岐溝
３ａ_１縦溝
３ａ_２横溝
３ｂブロック
Ｓｂブロックの接地面の面積
Ｗ_１中央側周溝の幅
Ｗ_２ショルダー側周溝の幅

Claims

トレッド部に、タイヤの周方向に沿って伸延する複数の周溝と、該周溝によって区画された複数列のリブとを備えた空気入りタイヤにおいて、
前記リブは、前記周溝につながる複数の分岐溝により区画された複数のブロックを備え、該ブロックは、ブロックの接地面の形状が八角形であって、ブロックの接地面の面積が４５０ｍｍ^２以下であり、かつ、該分岐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、
前記周溝は、タイヤの赤道上に設けられた中央側周溝と、該中央側周溝を挟んで延在するショルダー側周溝からなり、該中央側周溝は、該ショルダー側周溝の幅よりも狭い溝幅を有し、
前記ショルダー側周溝に挟まれる前記ブロック、及び該ショルダー側周溝のタイヤ幅方向外側に位置する前記ブロックは何れも、対応する分岐溝が同じ方向に延在するものであり、
前記中央側周溝は、前記ブロックの一部をタイヤの周方向に沿って切り取った小ブロックを、その切り取った面を前記中央側周溝に対向させ且つ該中央側周溝の両側に並べて配置するものであり、
前記ショルダー側周溝は、前記ブロックを、該ショルダー側周溝の片側に並べて配置するとともに、前記小ブロックを、その切り取った面を該ショルダー側周溝に対向させ且つ該ショルダー側周溝のもう一方の片側に並べて配置するものであることを特徴とする空気入りタイヤ。
前記中央側周溝の溝幅は５ｍｍ以下であり、かつ前記分岐溝のうち最も幅狭となる溝の溝幅以上となる請求項１記載の空気入りタイヤ。