JP5557821B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、トレッド部の放熱を促進し、トレッド部の温度を低下させた空気入りタイヤ、特には建設車両用の空気入りタイヤに関するものである。

タイヤの負荷転動時にトレッド部が発熱すると、トレッド部が高温となり、トレッド部のヒートセパレーション等の様々な故障の原因となる。そこで、トレッド部の温度を低下させるためには、発熱の低減または放熱の向上が必要である。
従来、トレッド部の温度を低下させるには、トレッド部に溝を形成することで、発熱源となるトレッドゴムを除去するとともに、トレッド部の表面積を増加して放熱を高めるという方法が採用されてきた（例えば、特許文献１）。

特開２００３−２０５７０６号公報

しかしながら、上述した方法では、温度低下効果をより向上させるためには溝を増加する必要があるが、溝を増加すると陸部剛性の低下を招き、摩耗性能や操縦安定性能が悪化する原因となる。
それゆえ、本発明の目的は、溝の面積の増加を最小限に抑えて、トレッド部の放熱を促進し、トレッド部の温度を低下させた空気入りタイヤを提供することにある。

本発明の要旨は、以下のとおりである。
（１）トレッド踏面に、タイヤ周方向に沿って延びる少なくとも１本の周方向溝と、前記周方向溝に開口し、前記周方向溝より溝幅が広く、タイヤ周方向に対して傾斜して延びる複数の幅方向溝が形成された空気入りタイヤであって、
前記幅方向溝に対向する前記周方向溝の溝壁面に凹部が形成され、
前記凹部と前記周方向溝との接続点から当該凹部の頂点に向かって、当該凹部のタイヤ幅方向の長さは漸増し、その後、当該頂点から当該凹部と当該周方向溝との接続点に向かって、当該凹部のタイヤ幅方向の長さは漸減し、
前記凹部の前記頂点が、前記幅方向溝の中心線の上とは異なる位置に存在することを特徴とする空気入りタイヤ。

（２）前記凹部は、タイヤ幅方向の長さが、タイヤ周方向に沿って変化することを特徴とする上記（１）に記載の空気入りタイヤ。

（３）前記凹部は、タイヤ周方向の長さが、前記周方向溝に開口する側から奥に向かって減少することを特徴とする上記（１）または（２）に記載の空気入りタイヤ。

（４）前記凹部は、トレッド踏面から見た場合、非対称の平面形状を有することを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

（５）前記幅方向溝は、タイヤ幅方向に対して傾斜していることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
（６）建設車両用に用いられ、前記凹部のタイヤ幅方向の長さが５０ｍｍ以下であることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

本発明では、溝の面積の増加を最小限に抑えているため陸部剛性の低下を招くことなく、トレッド部の放熱を促進し、トレッド部の温度を低下させた空気入りタイヤを提供することができる。

本発明の空気入りタイヤのトレッドパターンの展開図である。 凹部の位置を説明するための図である。 本発明の作用を説明するための図である。 本発明の作用を説明するための図である。 周方向溝および幅方向溝の溝底の風速ベクトルを示す図である。 凹部の変形例を示す図である。 凹部の変形例を示す図である。 実施例および比較例のパターンを示す図である。 実施例および比較例の熱伝導率を示すグラフである。

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、本発明の空気入りタイヤのトレッドパターンの展開図である。トレッド踏面１には、タイヤ赤道面ＣＬを挟んでタイヤ周方向に沿って延びる１対の周方向溝２と、これらの周方向溝２に開口し、周方向溝２より溝幅が広く、タイヤ幅方向に沿って延びる複数の幅方向溝３が形成されている。幅方向溝３は、トレッド端ＴＥに連通している。
周方向溝２によって、タイヤ赤道面ＣＬを含むリブ状中央陸部４が形成されている。周方向溝２と幅方向溝３とによって、ブロック状陸部５が形成されている。
なお、図示するトレッドパターンは一例であり、本発明は、リブ基調パターンおよびブロック基調パターンのいずれにも適用可能である。また、幅方向溝３は、タイヤ幅方向に対して傾斜してもよいし、その溝幅が一定ではなく変化してもよいし、トレッド端ＴＥに連通していなくてもよい。

リブ状中央陸部４には、幅方向溝３に対向する周方向溝２の溝壁面に凹部６が形成されている。
拡大図に示すように、凹部６は、タイヤ幅方向の長さＷが、タイヤ周方向に沿って変化する。すなわち、凹部６と周方向溝２との接続点６１から凹部６の頂点６３に向かって長さＷは漸増し、その後、頂点６３から凹部６と周方向溝２との接続点６２に向かって長さＷは漸減する。
また、凹部６は、タイヤ周方向の長さＬが、周方向溝２に開口する側から奥に向かって減少する。すなわち、長さＬは、接続点６１と接続点６２との間の距離が最大であり、頂点６３に向かうにつれて減少する。

図２を参照して、幅方向溝３に対向する周方向溝２の溝壁面について説明する。
図２（ａ）に示すように、凹部６を形成しない場合、幅方向溝３に対向する周方向溝２の溝壁面とは、幅方向溝３の両溝壁面を延長させて周方向溝２の溝壁と交わる点Ａ、Ｂ間を表すものとする。
凹部６は、図２（ｂ）に示すように、点Ａ、Ｂ間に形成されてもよいし、図２（ｃ）に示すように、点Ａ、Ｂ間の外側にはみ出して形成されてもよい。また、図２（ｄ）に示すように、周方向溝２と凹部６との接続点の一方が、点Ａ、Ｂ間に形成され、他方が点Ａ、Ｂ間の外側に形成されてもよい。すなわち、凹部６は、点Ａ、Ｂ間に少なくとも一部が形成されていればよい。
凹部６は、図２（ｅ）に示すように、周方向溝２と凹部６との接続点の一方が、点Ａ、Ｂ間の外側に形成され、他方が点Ｂと一致して形成されていることが好ましい。
また、図２（ｆ）に示すように、幅方向溝３が、タイヤ幅方向に対して傾斜している場合、幅方向溝３に対向する周方向溝２の溝壁面とは、幅方向溝３の両溝壁面を延長させて周方向溝２の溝壁と交わる点Ａ、Ｂ間を表すものとする。

以下、本発明の作用を説明する。
図３に示すように、タイヤが転動すると、タイヤの周囲には進行方向とは反対方向に風が流れる。この風を、トレッド踏面１に形成した溝に取り込み、この取り込んだ風を排出させることにより、トレッド部が放熱され、トレッド部の温度が低下する。特に、建設車両用の空気入りタイヤでは、図中Ｘで示すタイヤの車両側（トレッド踏面側と反対側）が車両に覆われず露出しているため、溝内に風を取り込むと放熱効果が顕著に現れる。
トレッド踏面１に形成した溝の溝幅を広くすると、溝内に多くの風を取り込むことはできるが、陸部剛性が低下して、摩耗性能や操縦安定性能が悪化する。それゆえ、既存の溝の溝幅を大きく変更させることなく、トレッド部の温度を低下させる方法が必要である。
本発明者が、溝内の風の流れを研究したところ、幅狭の周方向溝２と幅広の幅方向溝３が形成されているトレッドパターンでは、図４（ａ）に示すように、周方向溝２内の、タイヤ周方向に隣接する幅方向溝３の中間地点である地点Ｍにおける温度が高いことが分かった。
タイヤの負荷転動によってブロック状陸部５の温度は上昇するが、ブロック状陸部５のうち、幅方向溝３に近い部分（図中斜線で示す）は、幅方向溝３内に流れる風によって放熱が行われ、温度が低下する。一方、ブロック状陸部５のうち、幅方向溝３から遠い部分は、放熱が行われない。図４（ａ）を用いて具体的に説明すると、幅方向溝３内には、図中矢印で示すように、トレッド端ＴＥから周方向溝２に向かって風が流れている。この風は、幅方向溝３に対向する周方向溝２の溝壁面に衝突し、タイヤ回転方向に対して順方向と逆方向とに分散する。図示例のように、周方向溝２に対して幅方向溝３が垂直に形成されている場合、溝壁面に衝突した風は、順方向と逆方向とに等しい風量で分散する。ある幅方向溝３から周方向溝２内に流れ込んだ順方向の風は、タイヤ周方向に隣接する幅方向溝３から周方向溝２内に流れ込んだ逆方向の風と、中間地点Ｍにおいて衝突する。すると、地点Ｍにおいて、風の流れが停滞するため、ブロック状陸部５を放熱することができなくなる。
なお、周方向溝２は、幅方向溝３より溝幅が狭いため、ブロック状陸部５のうち、周方向溝２に隣接した部分は、幅方向溝３に隣接した部分ほど放熱が行われない。

そこで、図４（ｂ）に示すように、幅方向溝３に対向する周方向溝２の溝壁面に凹部６を形成し、幅方向溝３内から周方向溝２内に流れ込む風を、周方向溝２内において不均等に分散する。すると、周方向溝２内の風がぶつかる地点Ｍは、幅方向溝３に近づいた位置に移動し、ブロック状陸部５のうち、温度が最も高い部分（ブロック状陸部５のタイヤ周方向の中間部分）に隣接する周方向溝２には風が流れるため、トレッド部の温度を低下することができる。
また、図４（ｃ）に示すように、幅方向溝３をタイヤ幅方向に対して傾斜させるとともに凹部６を形成すると、幅方向溝３内から周方向溝２内に流れ込む風を、周方向溝２内においてより不均等に分散し、周方向溝２内の風がぶつかる地点Ｍを、幅方向溝３により近づけた位置に移動することができるので好ましい。

また、図５を参照して、周方向溝２および幅方向溝３の溝底の風速ベクトルの数値解析を説明する。
図５（ａ）は、幅方向溝３に対向する周方向溝２の溝壁面に凹部６を形成しない場合を示し、図５（ｂ）は、幅方向溝３に対向する周方向溝２の溝壁面に凹部６を形成した場合を示す。また、図５（ｃ）は流速を示す。
図５（ａ）に示すように、凹部６を形成しない場合は、地点Ｍにおいて流速が低くなり、風がぶつかっていることが分かる。
一方、図５（ｂ）に示すように、凹部６を形成した場合は、周方向溝２内の流速が高くなり、風がぶつかる地点が移動していることが分かる。

以下、図６および図７を用いて、凹部６の各種変形例を説明する。
図６（ａ）に示すように、凹部６は、凹部６と周方向溝２の溝壁との角度θ１、θ２について、θ１＜θ２となる非対称な三角形とすることが好ましい。
図６（ｂ）に示すように、θ２＝９０°とすることもできる。
図６（ｃ）に示すように、凹部６をθ１＝θ２の２等辺三角形とすることもできるが、この場合、幅方向溝３に対してずらして形成する必要がある。すなわち、凹部６の頂点６３が、幅方向溝３の中心線（図中一点鎖線で示す）の上とは異なる位置に存在するように、凹部６を形成する必要がある。
また、凹部６は、三角形の他、図７（ａ）に示すような四角形や、図７（ｂ）に示すように丸みを持たせた形状とすることもできる。

トレッド踏面の平面視における凹部６は、タイヤ周方向の長さＬが１５０ｍｍ以下、タイヤ幅方向の長さＷが５０ｍｍ以下であることが好ましい。凹部６が大きすぎると摩耗性能を悪化させるおそれがあり、小さすぎると周方向溝２内の風の分散を変更する効果が十分に得られないおそれがあるためである。

凹部６は、トレッド踏面から溝底までの溝壁面のうち、少なくとも一部に設けられていればよく、溝底に設けられていることが好ましい。
ブロック状陸部５の温度は、カーカスに近い側が高く、トレッド踏面に近づくにつれて低下する。それゆえ、溝底に凹部６を設けることにより、温度が高い部分に隣接した周方向溝２内の風の向きを変えることができるため好ましい。

以下、本発明の実施例について説明する。
周方向溝と幅方向溝が接続するパターンを有する超大型ＯＲＲ（オフ・ザ・ロード・ラジアル）実タイヤを用意して、比較例として接続部に凹部を設けていない箇所（図８（ａ））と、発明例として接続部に凹部を設けた箇所（図８（ｂ））を加工し、それぞれの周方向溝の溝底部の熱伝達率分布を実測した。タイヤ回転速度は２０ｋｍ／ｈとした。
図９に示すように、凹部を設けた発明例では、周方向溝の溝底部の熱伝達率が平均的に高い値を示すことが確認できた。

１ トレッド踏面
２ 周方向溝
３ 幅方向溝
４ リブ状中央陸部
５ ブロック状陸部
６ 凹部

Claims (6)

1. トレッド踏面に、タイヤ周方向に沿って延びる少なくとも１本の周方向溝と、前記周方向溝に開口し、前記周方向溝より溝幅が広く、タイヤ周方向に対して傾斜して延びる複数の幅方向溝が形成された空気入りタイヤであって、
   前記幅方向溝に対向する前記周方向溝の溝壁面に凹部が形成され、
   前記凹部と前記周方向溝との接続点から当該凹部の頂点に向かって、当該凹部のタイヤ幅方向の長さは漸増し、その後、当該頂点から当該凹部と当該周方向溝との接続点に向かって、当該凹部のタイヤ幅方向の長さは漸減し、
   前記凹部の前記頂点が、前記幅方向溝の中心線の上とは異なる位置に存在することを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記凹部は、タイヤ幅方向の長さが、タイヤ周方向に沿って変化することを特徴とする請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記凹部は、タイヤ周方向の長さが、前記周方向溝に開口する側から奥に向かって減少することを特徴とする請求項１または２に記載の空気入りタイヤ。
4. 前記凹部は、トレッド踏面から見た場合、非対称の平面形状を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
5. 前記幅方向溝は、タイヤ幅方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
6. 建設車両用に用いられ、
   前記凹部のタイヤ幅方向の長さが５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の空気入りタイヤ。