JP5719935B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents
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Description
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)。
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。
(1)トレッド踏面に、タイヤ周方向に対して傾斜した方向に延在するとともに、溝幅が溝深さより小さい細溝が形成され、
前記細溝のタイヤ周方向に対向する溝壁面の少なくとも一方に、タイヤ周方向に延び、一方の端で前記細溝に連通し、他方の端で終端する、流入部が形成され、
前記細溝は、その両端が陸部内で終端し、
前記流入部は、前記細溝の長手方向の端部側に形成されてなり、
前記細溝の幅w9と前記流入部の幅w10とが、
0.1≦w9/w10/1
を満たし、
前記流入部は、前記細溝の溝壁面に開口する側の深さが最も深く、
前記流入部は、その深さが、前記細溝の溝壁面に開口する側に向かって漸増しており、
タイヤ周方向断面における前記流入部の底面とトレッド踏面とのなす角度のうち小さい角度θは、45°以下である
ことを特徴とする空気入りタイヤ。
(5)前記流入部の細溝の長手方向に沿った長さは、前記細溝の長さの1/2以下である、上記(1)〜(4)のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
(6)前記細溝は、タイヤ幅方向に対して0°以上60°以下の角度で傾斜している、上記(1)〜(5)のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
図1(a)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対の中央周方向溝2と、これらの中央周方向溝2のタイヤ幅方向外側にタイヤ周方向に沿って延びる1対の側方周方向溝3と、タイヤ幅方向に沿って延びるとともに中央周方向溝2および側方周方向溝3に連通する中間幅方向溝4と、タイヤ幅方向に沿って延びるとともに側方周方向溝3に連通しトレッド端TEに延びる側方幅方向溝5と、が形成されている。
中央周方向溝2によって、タイヤ赤道面CLを含むリブ状中央陸部6が形成されている。中央周方向溝2と側方周方向溝3と中間幅方向溝4とによって、ブロック状中間陸部7が形成されている。側方周方向溝3と側方幅方向溝5とによって、ブロック状側方陸部8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。中間幅方向溝4および側方幅方向溝5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。また、側方幅方向溝5は、トレッド端TEに連通していなくてもよい。
また、細溝9のタイヤ周方向に対向する溝壁面に、トレッド踏面に開口する流入部10が形成されている。
なお、図示する細溝の配置は一例であり、本発明の細溝は、リブ状中央陸部6の他、ブロック状中間陸部7およびブロック状側方陸部8に設けることもできる。また、細溝9は、タイヤ周方向に対して任意の角度θ(0<θ≦90°)で傾斜しているものとすることができるが、好適には、タイヤ幅方向に対して0°以上60°以下の角度で傾斜している。
さらに、複数の細溝9は、互いに平行に形成されていなくてもよい。図示例のように、細溝9は、その両端がリブ状中央陸部6内で終端していることが、リブ状中央陸部6の剛性を確保する観点で好ましいが、細溝9は、その両端が中央周方向溝2に開口していてもよい。
図2(a)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むことにより、トレッド部が放熱され、トレッド部の温度が低下する。トレッド踏面1に幅広の溝を形成すると、溝内に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。一方、陸部剛性が低下しない程度の幅狭の溝を形成すると、溝内に風を取り込むことができない。すなわち、図2(a)のXで示す部分を図2(b)に示すと、風の大部分は、矢印Aで示すようにトレッド踏面1に形成された細溝9内には取り込まれず、風の一部のみが矢印Bで示すように細溝9内に取り込まれる。しかし、矢印Bの風も、細溝9の溝底まで到達することはなく、細溝9の浅い部分を通過して細溝9から流出されてしまう。それゆえ、トレッド部の温度を低下させる効果は低い。
そこで、図2(c)に示すように、細溝9の風上側の溝壁面に流入部10を形成することにより、風の大部分を細溝9内に取り込むとともに、細溝9内に取り込んだ風を溝底まで到達させ、風下側の溝壁面に流入部10を形成している場合は、この流入部10から風を流出させることができる。なお、風下側の溝壁面に流入部10を形成していない場合も、細溝9の端部で行き場を失った風は、風下側の溝壁面の端部から流出する。これにより、トレッド部の温度を低下させる効果を高めることができる。
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、本発明の効果が顕著に現れる。
図3(a)は、タイヤ幅方向に対して30°で傾斜させた細溝9について、流入部10を設けない場合を示し、図3(b)は、風上側および風下側に流入部10を設けた場合を示す。また、図3(c)は流速を示す。なお、細溝9の大きさは、長手方向の長さ200mm、幅10mm、深さ100mmであり、タイヤ幅方向に対して30°で傾斜している。また、流入部10の大きさは、長さ(細溝9の長手方向に沿った長さ)50mm、幅50mm、最深部の深さ20mmである。
図3(a)に示すように、流入部10を設けない場合は、細溝9の内部にほとんど風が取り込まれていないことがわかる。
一方、図3(b)に示すように、流入部10を設けた場合は、風上側の溝壁面の流入部10付近で風速ベクトルが最大となり、細溝9の内部に風が取り込まれ、風下側の溝壁面の流入部10付近でまた、風速ベクトルが大きくなることが分かる。
ただし、細溝9のいずれか一方の溝壁面に流入部10を形成すると、パターンが方向性をもち、利便性が低下するため、上述した図示例のように、細溝9の両側の溝壁面に流入部10を形成して非方向性パターンとすることが好ましい。
なお、風上側の溝壁面に形成された流入部10は空気を流入させる(取り込む)働きをするのに対し、風下側の溝壁面に形成された流入部10は空気を流入させる働きをしない。よって、風上側の溝壁面に形成された流入部10から細溝9に流入し細溝9内を通って風下側の溝壁面に形成された流入部10に抜けるような風の流れが形成される。
また、細溝9の長手方向全体にわたる長さの流入部10を設けると、細溝9の長手方向全体にわたって均一な風量の風が取り込まれてしまい、この取り込まれた風が細溝9内を流れることができず、また細溝9から流出されるのが妨げられる。特に、細溝9が独立している場合(細溝9の両端が溝に開口せずに陸部内で終端している場合)、この問題が顕著になる。それゆえ、流入部10は、細溝9の長手方向の一部に設けることが好ましい。
具体的には、流入部10の長さ(細溝9の長手方向に沿った長さ)l10は、5mm以上細溝9の長手方向の長さの1/2以下であることが好ましい。
なお、「細溝の長手方向」とは、細溝の両端(開口している場合は、開口端)において、溝底における対向する溝壁の中間点同士を結んだ直線の方向を意味するものとする。
細溝9がタイヤ幅方向に対して傾斜した方向に延在する場合、流入部10は、図4(a)に示すように、細溝9の両端部のうち、風に最初に当たる方の端部側の溝壁面に形成されていてもよいし、図4(b)に示すように、風に最後に当たる方の端部側の溝壁面に形成されていてもよい。また、図4(c)に示すように、流入部10は、細溝9の中央部に形成されていてもよい。
具体的には、流入部10は、図5(a)(b)に示すように、細溝9の両端部に形成されていること、および、図5(c)(d)に示すように、細溝9の中央部にずらして形成されていることが好ましい。ただし、図5(e)に示すように、細溝9の中央部に並べて、すなわち、点Aと点Bとが、細溝9の長手方向に間隔をあけずに形成されていてもよい。
図8(a)はシミュレーションモデルの概略図であり、図8(b)は細溝9の周辺の詳細図である。図8(a)に示すように、細溝9上の1000mm×3000mm×900mmの空間に、風上側(入口)から一様な主流がy方向に流れ、風下側(出口)において圧力が0になるものとする。また、図8(b)に示すように、細溝9の中央の風上側の壁面に流入部10が設けられている。流入部10の底面は、スロープ状になっている。また、このモデルの細溝9と流入部10の寸法は表1の通りである。
流入部の深さd10を一定として、流入部の幅w10を変更することで、流入部10のスロープ入口角度θを変化させ、角度θに対して細溝9への風の流入量がどのように変化するかを比較した。その結果を図9に示すように、流入量は角度θが大きくなるにしたがって増加していくが、角度θ=20〜30°で極大となった後は、入口で流れが剥離してしまうため、流入量が急速に低減することが分かった。また、極大値を取る角度(すなわち、流れが剥離する直前の角度)は主流速度が速いほど大きな値となることが分かった。
以上のシミュレーション結果から、スロープ角度θは、45°以下であることが好ましい。すなわち、流入部10の幅w10/深さd10は1.00以上であることが好ましい。
図10(a)に示すように、タイヤサイズ59/80R63の超大型ORR(オフ・ザ・ロード・ラジアル)タイヤのリブ状中央陸部6のタイヤ赤道面CL上に、5本の細溝9a〜9eをタイヤ幅方向に対して30°で傾斜させて150mm間隔で作製し、細溝9d、9eの風上側の溝壁面にスロープ状の流入部10を作成した。また、図10(b)に、図10(a)のB−B断面図を示すように、4本の細溝9b〜9eの風下側の溝壁面に、フィルムヒータ11を作成した。細溝9a〜9eと流入部10の寸法は表2の通りである。本実施例では、細溝は冷却効果を示すとともに、接地面内では細溝に溝壁が触れ合うため、陸部剛性が低下に起因する偏摩耗等の悪影響が少ない。
図11より、時速8kmおよび時速20kmの主流速度のいずれにおいても、流入部10を設けた細溝9d、9eの熱伝導率(図中四角点で示す)は、流入部10を設けない細溝9b、9cの熱伝導率(図中丸点で示す)より高いことが分かる。
なお、細溝9aは風上の先頭にあるため、9b〜9eと比べて受ける風が異なることを考慮して、細溝9aでは測定は行っていない。
流入部の深さd10、長さl10および幅w10、ならびに細溝の幅w9および深さd9を一定として、細溝の長さl9を1000mm、150mm、100mm、75mmと変化させることで、細溝9の長さに対して平均熱伝達率がどのように変化するかを比較した。その結果を表3および図12に示す。シミュレーション結果から、細溝9の長さl9が大きくなるにしたがって、平均熱伝達率が増加していくことが分かった。また、細溝の長さl9/流入部10の長さl10が2.0以上であることが好ましく、冷却効果が顕著に発揮されることがわかった。
2 中央周方向溝
3 側方周方向溝
4 中間幅方向溝
5 側方幅方向溝
6 リブ状中央陸部
7 ブロック状中間陸部
8 ブロック状側方陸部
9 細溝
10 流入部
11 フィルムヒータ
Claims (6)
- トレッド踏面に、タイヤ周方向に対して傾斜した方向に延在するとともに、溝幅が溝深さより小さい細溝が形成され、
前記細溝のタイヤ周方向に対向する溝壁面の少なくとも一方に、タイヤ周方向に延び、一方の端で前記細溝に連通し、他方の端で終端する、流入部が形成され、
前記細溝は、その両端が陸部内で終端し、
前記流入部は、前記細溝の長手方向の端部側に形成されてなり、
前記細溝の幅w9と前記流入部の幅w10とが、
0.1≦w9/w10≦1
を満たし、
前記流入部は、前記細溝の溝壁面に開口する側の深さが最も深く、
前記流入部は、その深さが、前記細溝の溝壁面に開口する側に向かって漸増しており、
タイヤ周方向断面における前記流入部の底面とトレッド踏面とのなす角度のうち小さい角度θは、45°以下である
ことを特徴とする空気入りタイヤ。 - 前記流入部は、前記細溝の長手方向の一部に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の空気入りタイヤ。
- 前記流入部が、前記細溝の両方の溝壁面に形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の空気入りタイヤ。
- 前記細溝の一方の溝壁面に形成されている前記流入部の、前記細溝の長手方向に沿った中心と、前記細溝の他方の溝壁面に形成されている前記流入部の、前記細溝の長手方向に沿った中心と、は、前記細溝の長手方向に間隔があいていることを特徴とする請求項3に記載の空気入りタイヤ。
- 前記流入部の細溝の長手方向に沿った長さは、前記細溝の長さの1/2以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の空気入りタイヤ。
- 前記細溝は、タイヤ幅方向に対して0°以上60°以下の角度で傾斜している、請求項1〜5のいずれか一項に記載の空気入りタイヤ。
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