JP5805123B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、トレッド部の放熱効果を促進させた空気入りタイヤに関する。

タイヤの負荷転動によってトレッド部が発熱し高温となることで、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１参照）。
また、トレッド部の放熱効果を高めるために、幅方向に延びる細溝に対して、細溝の長手方向と交差する方向に延びる小溝を設け、細溝内を流れる空気の流れに乱れを生じさせる技術も知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００３−２０５７０６号公報 特開２００７−２３０３９９号公報

しかしながら、溝幅が狭く、タイヤ幅方向に延びる溝には、溝内部に空気の流れが生じ難い。また、温度低下効果をより向上させるためにはさらに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、陸部剛性を確保しつつ、トレッド部の放熱効果を向上させた空気入りタイヤを提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の空気入りタイヤは、トレッド踏面に、タイヤ周方向に対して傾斜し、溝幅が溝深さよりも小さい細溝が形成され、細溝の両端は、陸部外に開口しており、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、トレッド踏面に開口する空気流入部が形成されており、細溝の最大深さＤ１と空気流入部の最大深さＤ２が、６≦Ｄ１／Ｄ２≦１５を満たし、前記空気流入部は、前記細溝の溝壁面に開口する溝壁開口端と逆側の端が陸部内で終端し、前記溝壁開口端における前記空気流入部の、前記細溝の長手方向に沿った長さは、５ｍｍ以上、該細溝の長手方向の長さの１／２以下であり、前記細溝の風上側の溝壁面に前記空気流入部が設けられていることを特徴とする。かかる空気入りタイヤにあっては、陸部剛性を確保しながらも、トレッド部の放熱効果を向上させることができる。ここで、「細溝の両端は、陸部外に開口」とは、細溝の両端が陸部内で終端することなく、他の溝またはトレッド踏面端に連通することを意味する。

なお、本発明の空気入りタイヤにあっては、空気流入部の深さが、細溝の溝壁面に開口する溝壁開口端で最大となることが好ましく、これによれば、空気流入部から細溝への空気の流入効果を高めてトレッド部の放熱効果をより向上させることができる。

また、本発明の空気入りタイヤにあっては、空気流入部の深さが、溝壁開口端に向かって漸増してなることが好ましく、これによれば、空気流入部から細溝への空気の流入効果を高めるとともに陸部体積の無駄な減少を抑制することができる。

また、本発明の空気入りタイヤにあっては、空気流入部が、細溝の長手方向に沿った一部に形成されていることが好ましく、これによれば、陸部体積の無駄な減少を抑制して陸部剛性の低下を抑制することができる。

また、本発明の空気入りタイヤにあっては、空気流入部が、細溝のタイヤ周方向に対向する溝壁面の両方に形成されていることが好ましく、これによれば、風の流入および流出を促進して、トレッド部の放熱効果を十分向上させることができる。

さらに、本発明の空気入りタイヤにあっては、細溝の一方の溝壁面に形成されている空気流入部の、細溝の長手方向に沿った中心と、細溝の他方の溝壁面に形成されている空気流入部の、細溝の長手方向に沿った中心とは、細溝の長手方向に間隔があいていることが好ましく、これによれば、より確実に細溝に空気を流入させ、トレッド部の放熱効果を向上させることができる。

本発明によれば、陸部剛性を確保しつつ、トレッド部の放熱効果を向上させた空気入りタイヤを提供することができる。

（ａ）は本発明の一実施形態に係る空気入りタイヤのトレッドパターンの展開図であり、（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について例示説明する。
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一例を示した展開図である。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に連通しトレッド踏面端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、その他任意のトレッドパターン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、トレッド踏面端ＴＥに連通していなくてもよい。

中央陸部６には、タイヤ周方向に対して傾斜した方向に延在する細溝９が形成されている。細溝９は、両端９ａ、９ｂがそれぞれタイヤ赤道面ＣＬを挟む一対の中央周方向溝２に開口（すなわち、陸部外に開口）している。図１（ｂ）に示すように、Ａ−Ａ断面において細溝９の溝幅Ｗ１は、溝深さＤ１より小さい（狭い）。図示例では、溝幅Ｗ１は、タイヤ周方向幅としている。また、細溝９のタイヤ周方向に対向する溝壁面９ｃの一方に、トレッド踏面１に開口する空気流入部１０が形成されている。細溝９の最大深さＤ１と空気流入部１０の最大深さＤ２が、６≦Ｄ１／Ｄ２≦１５を満たしている。

なお、図示する本発明の細溝９の配置は一例であり、例えば、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、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。また、図示例で細溝９は、その両端９ａ、９ｂがそれぞれ一対の中央周方向溝２に開口しているが、これに限られず、例えばブロック状中間陸部７に、両端が中央周方向溝２および側方周方向溝３にそれぞれ開口するように形成してもよく、また、ブロック状側方陸部８に、両端が側方周方向溝３およびトレッド踏面端ＴＥにそれぞれ開口するように形成してもよく、さらには、ブロック状中間陸部７に、両端が中央周方向溝２および側方周方向溝３にそれぞれ開口するように形成すること等も可能である。また、細溝９は直線状に延びるのみでなく、途中で屈曲または湾曲していても良い。
また、図示する空気流入部１０の位置および形状は、一例であり、本発明の空気流入部１０は、細溝９のタイヤ周方向に対向する溝壁面９ｃの少なくとも一方に形成されていればよく、その限りにおいて、細溝９の溝壁面９ｃに対して、任意の位置に任意の形状で配置することができる。空気流入部１０のトレッド踏面の展開図における平面形状としては、一組の対辺が細溝９の溝壁面９ｃと平行で、もう一組の対辺がタイヤ周方向に平行な平行四辺形の他、一組の対辺が細溝９の溝壁面９ｃと平行で、もう一組の対辺がタイヤ周方向に対して傾斜した平行四辺形とすることもできる。また、空気流入部１０は、トレッド踏面の展開図における平面形状が、台形、半円形、三角形等であってもよい。

以下、本発明の作用を説明する。
タイヤが転動すると、タイヤの周囲にはタイヤの回転方向とは反対方向に風(空気)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しただけであると、溝内に風を取り込むことができない。すなわち、風の大部分は、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、風の一部のみが細溝９内に取り込まれる。しかし、細溝９内に取り込まれた風も、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、細溝９の風上側の溝壁面９ｃに空気流入部１０を形成することにより、すなわち、空気流入部１０を形成した溝壁面９ｃ側が風上側となるようにタイヤを車両に装着して使用することにより、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付近まで到達させることができる。細溝１０内に取り込まれた風は、細溝９の両端９ａまたは９ｂから流出する。

また、図示の例のように、細溝９の両端９ａ、９ｂが中央周方向溝２にそれぞれ開口したブロック状の中央陸部６に、空気流入部を形成すると、陸部剛性が低下し易いものの、本発明では、細溝９の最大深さＤ１と空気流入部１０の最大深さＤ２が、６≦Ｄ１／Ｄ２≦１５を満たすように空気流入部１０を形成したことにより、適切な陸部剛性を確保している。また、上述の通り、空気流入部１０が、タイヤの回転により生じる風を細溝９内に取り込み、トレッド部の放熱効果を向上させることができる。特に、大型化に伴ってトレッド部の発熱が問題となり易い、トラック、バス、建設車両用等の大型タイヤにおいて、本発明は顕著な効果を発揮する。また建設車両用の空気入りタイヤでは、タイヤの車両側（路面と接している接地面と反対側）が車両に覆われず露出しているため、本発明の効果がさらに顕著に現れる。なお、上記のＤ１／Ｄ２が、６未満であると、陸部の体積が過度に減少して陸部剛性が十分に得られない虞があり、１５を超えると、風を取り込む効果が低下し、放熱効果が十分に得られない虞がある。さらに、陸部剛性と放熱効果の観点から、より好適には、６≦Ｄ１／Ｄ２≦１５であることが望ましい。

空気流入部１０の深さは、細溝９の溝壁面９ｃに開口する溝壁開口端１０ａで最大となることが好ましく、これによれば、開口が大きくなり細溝９内に空気が流入し易くなる。また、空気流入部１０の、断面形状としては、空気流入部１０の深さが細溝９の溝壁開口端１０ａから遠い側の端から、溝壁開口端１０ａに向かって漸増することが好ましく、これによれば、風の流入効果を高めるとともに、陸部体積の無駄な減少を抑制して陸部剛性の低下を抑制することができる。ただし、空気流入部１０の底面は、平面とすることもできるし、曲面とすることもできる。また、空気流入部１０の深さが、溝壁開口端１０ａに向かって階段状に増加してもよいし、空気流入部１０の深さが一定であってもよい。

なお、細溝９のいずれか一方の溝壁面９ｃのみに空気流入部１０が形成され、且つ、全ての空気流入部１０がタイヤ周方向の同一方向側の溝壁面９ｃに配置されているような方向性パターンである場合には、空気入りタイヤを車両に装着する際に風上側に空気流入部１０が配置されるように装着することが好ましい。ただし、利便性の観点から、細溝９の対向する溝壁面９ｃの両方、すなわち、両側の溝壁面９ｃに空気流入部１０を形成することが好ましく、また、いずれか一方の溝壁面９ｃのみに空気流入部１０が形成されている場合にも、風下側の溝壁面９ｃに空気流入部１０を有する細溝９と、風上側の溝壁面９ｃに空気流入部１０を有する細溝９とをそれぞれ形成して非方向性パターンとすることが好ましい。細溝９の両側の溝壁面９ｃに空気流入部１０を形成した場合、例えば、風上側の溝壁面９ｃに形成された空気流入部１０から細溝９に空気が流入し、細溝９内を通って風下側の細溝端９ａまたは９ｂから抜けるように風の流れが形成され、放熱効果が向上する。

細溝９の両側の溝壁面９ｃに空気流入部１０が形成されている場合、空気流入部１０同士の細溝の長手方向の位置が一致しないように、細溝９の一方の溝壁面９ｃに形成されている空気流入部１０の、溝壁面９ｃに開口する溝壁開口端１０ａにおける細溝９の長手方向に沿った中心と、細溝９の他方の溝壁面に形成されている空気流入部１０の、溝壁開口端１０ａにおける細溝９の長手方向に沿った中心は、細溝９の長手方向に間隔があいていることが好ましい。この構成により、例えば、風上側の空気流入部１０から流入した空気が、風下側の溝壁面９ｃに衝突し拡散するので、より確実に細溝９内に空気を流入させることが可能となり、放熱効果をより確実に向上させることができる。

また、空気流入部１０による放熱効果向上の観点から、細溝９は、好適には、タイヤ周方向に対して４５°以上９０°以下の角度で傾斜していることが望ましく、これによれば、中央周方向溝２から細溝９に風を流入し難くして、空気流入部１０の放熱効果を向上させることができる。

なお、溝幅Ｗ１を溝深さＤ１より狭くした細溝９に空気流入部１０を設けるのは、細溝９が深く、幅が狭いほど、風を細溝９内に取り込み難いので、本発明の効果が顕著に発揮されるためである。また、溝幅Ｗ１が大きくなるに従って、溝内に風を取り込むことは容易となるが、陸部剛性の確保が困難となる。

空気流入部１０は、陸部の大きさに対して十分小さくても、細溝９内の風量を大きく増加させることができるので、それに足る空気流入部１０を形成しても陸部の体積を大きく低下させることがない。それゆえ、摩耗性能および操縦安定性への影響は無視できるほど小さい。
また、細溝９の長手方向全体にわたる長さの空気流入部１０を設けると、陸部体積が無駄に減少して陸部剛性が過度に低下する虞があり、また、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内を流れ難くなり、また細溝９から流出することが妨げられる虞がある。それゆえ、空気流入部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、空気流入部１０の長さ（細溝９の長手方向に沿った長さ）Ｌ２は、５ｍｍ以上、細溝９の長手方向の長さＬ１の１／２以下であることが好ましい。

また、空気流入部１０はトレッド部が摩耗するに従って小さくなり、風を取り込む効果、すなわち、放熱性能は低減する。しかし、トレッド部の発熱量もトレッド部の摩耗に従って減少していくため、摩耗後に備えて新品時の空気流入部１０を特に大きく設計する必要性は低い。

なお、通常、トレッド部の発熱は、陸部のタイヤ幅方向中心、また、タイヤ赤道面CL付近で大きくなるため、空気流入部１０は、発熱の大きい部分のタイヤ幅方向位置に形成することが好ましい。また、細溝９がタイヤ幅方向に対して傾斜している場合には、細溝９に流入した風は風下側に流れやすいため、空気流入部１０は、冷却したい部分（発熱の大きい部分）よりも風上側のタイヤ幅方向位置における風上側の溝壁面９ｃに形成することが好ましい。また、上記実施形態のように、細溝９がタイヤ周方向に延びる周方向溝（図１の例では中央周方向溝２）に開口している場合、周方向溝内を流れる風が、風上側の開口端から細溝９内に流入し易く、周方向溝から流入した空気と、空気流入部１０から流入した空気がぶつかり合う位置では放熱効果が低下してしまう。したがって、周方向溝から流入した空気と、空気流入部１０から流入した風がぶつかり合う位置が、冷却したい部分に形成されないように、空気流入部１０を幅方向位置において冷却したい部分よりも風上側に形成することが好ましい。また、空気流入部１０を形成する場合には、周方向溝から空気が流入しないようにすることが好ましく、具体的には例えば、細溝９をタイヤ幅方向と平行に形成したり、タイヤ周方向に延びる溝自体の幅を狭くしたり、風下側に開口部が位置するように細溝９を形成したり、または細溝９がトレッド踏面端ＴＥに連通しないようにすること等が望ましい。

以下、本発明の実施例について説明する。
図１（ａ）に示すトレッドパターンを有する超大型ＯＲＲ（オフ・ザ・ロード・ラジアル）タイヤにおいて、深さの異なる細溝９および空気流入部１０を形成して、放熱効果の違いを調べた。細溝９および空気流入部１０の最大深さ寸法Ｄ１、Ｄ２は、表１に示す通りである。なお、細溝９の長手方向はタイヤ周方向に対して９０°傾斜しているものとし、細溝９の幅Ｗ１は２０ｍｍ、空気流入部１０は底面形状が、深さが細溝９の溝壁開口端１０ａから遠い側の端から溝壁開口端１０ａに向かって漸増する平面形状であり、ブロック表面とのなす角度は２０°とする。空気流入部１０の幅Ｗ２は５０ｍｍである。
タイヤ周方向に隣接する細溝９と、中央周方向溝２によって区画されたブロック状陸部は、タイヤ周方向長さが２５０ｍｍ、タイヤ幅方向長さが２００ｍｍ、高さが１００mmである。空気流入部１０は細溝９に対して２カ所に設けられているものとする。

冷却効果は、流体数値解析により、細溝９の溝底面に一様な熱流束分布を与え、タイヤ周方向に風速２０ｋｍ／ｈの一様な風を流した状態で溝底面の温度分布を求め、これを熱伝達率分布に換算して評価した。
また、耐摩耗性の指標として、タイヤ周方向に隣接する細溝９と、中央周方向溝２によって区画されたブロック状陸部の、空気流入部１０を設けたことによる体積減少率を評価した。
測定結果を表１に示す。

表１に示すように、細溝９の最大深さＤ１と空気流入部１０の最大深さＤ２が、６≦Ｄ１／Ｄ２≦１５を満たす場合に陸部剛性を確保しながら、放熱効果が向上していることが分かる。

かくしてこの発明により、陸部剛性を確保しつつ、トレッド部の放熱効果を向上させた空気入りタイヤを提供することが可能となった。

１：トレッド踏面 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：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 ９ｃ：細溝の溝壁面 １０：空気流入部 １０ａ：空気流入部の溝壁開口端

Claims (6)

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、溝幅が溝深さよりも小さい細溝が形成され、
   前記細溝の両端は、陸部外に開口しており、
   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、トレッド踏面に開口する空気流入部が形成されており、
   前記細溝の最大深さＤ１と前記空気流入部の最大深さＤ２が、
   ６≦Ｄ１／Ｄ２≦１５
   を満たし、
   前記空気流入部は、前記細溝の溝壁面に開口する溝壁開口端と逆側の端が陸部内で終端し、
   前記溝壁開口端における前記空気流入部の、前記細溝の長手方向に沿った長さは、５ｍｍ以上、該細溝の長手方向の長さの１／２以下であり、
   前記細溝の風上側の溝壁面に前記空気流入部が設けられていることを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記空気流入部の深さが、前記細溝の溝壁面に開口する溝壁開口端で最大となる、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記空気流入部の深さが、前記溝壁開口端に向かって漸増してなる、請求項２に記載の空気入りタイヤ。
4. 前記空気流入部が、前記細溝の長手方向に沿った一部に形成されている、請求項１〜３の何れか一項に記載の空気入りタイヤ。
5. 前記空気流入部が、前記細溝のタイヤ周方向に対向する溝壁面の両方に形成されている、請求項１〜４の何れか一項に記載の空気入りタイヤ。
6. 前記細溝の一方の溝壁面に形成されている前記空気流入部の、前記溝壁面に開口する溝壁開口端における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空気流入部の、溝壁開口端における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、請求項５に記載の空気入りタイヤ。

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