JP6040073B2

JP6040073B2 - 空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP6040073B2
Application number: JP2013066744A
Authority: JP
Inventors: 功米津
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2033-03-27
Also published as: JP2014189161A

Description

本発明は、トレッド部の主溝における溝底クラックの抑制効果に優れた空気入りタイヤに関する。

一般に、空気入りタイヤのトレッド部には、タイヤ周方向に沿って延びる主溝や、それと交差する方向に延びる横溝などが設けられ、それらが区分するブロックやリブにより、所要のタイヤ性能と使用条件に応じた各種のトレッドパターンが形成される。主溝の溝底面では、溝底クラックと呼ばれる、溝長さ方向に沿った亀裂損傷が発生する場合があり、その発生要因の一つとして、走行時の圧縮変形や引張変形に伴う歪みが溝底面に集中することが知られている。

これに対し、特許文献１では、主溝の溝底面が単一の円弧により形成されるとともに、タイヤ内周側に向かって溝幅が増える断面形状が提案されている。しかしながら、この手法は、全体的にＵ字状をなすような、タイヤ内周側に向かって溝幅を減少させる断面形状の主溝には適用できない。また、当該文献で指摘されているように、断面形状がＵ字状をなす主溝において、その溝底面を単一の円弧により形成した場合には、やはり溝底クラックの発生が懸念される。

特許文献２〜４には、トレッド部に設けられる主溝や細溝について、その断面形状に関する種々の改善が開示されているものの、いずれも溝底クラックを抑制するための解決手段を示唆するものではない。即ち、溝底クラックの発生を抑制するには、主溝の溝底面に作用する歪みを分散させることが大変重要となってくるが、上記文献は、そのための構造を開示していない。

特開平５−３３８４１２号公報特開平９−１６４８１４号公報特開２００２−２１１２１１号公報特開２０１２−９６６０４号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、主溝における溝底クラックの発生を抑制できる空気入りタイヤを提供することにある。

本発明者は、上記目的を達成すべく、主溝の溝底面に作用する歪みについて研究を重ね、以下の事柄を見出した。まず、図８，９のように溝底面を単一の円弧により形成した構造では、溝壁面の角度にもよるが、その円弧の曲率半径ＲＣは概ね２〜４ｍｍと小さくなり、溝底面の中央部Ｘに歪みが集中して溝底クラックを生じやすい。

次に、一般的なタイヤ構造では、主溝の溝底面が、図６のようにトレッド表面３ａをオフセットしてなる溝底基準面ＢＬに沿った形状を有し、タイヤ外周側に凸となるように湾曲した円弧によって形成される。その円弧の曲率半径ＲＡは概ね１００ｍｍ以上であり、その曲率半径ＲＡよりも小さい曲率半径ＲＢを有する円弧が両側に連なる。この場合、円弧同士の接点Ｙが変曲点となるために歪みが集中しやすく、その接点Ｙでの溝底クラックが懸念される。

一方、図６の構造を改変し、図７のように溝底面を形成する円弧の向きを反転させた場合には、接点Ｙでの溝底クラックは抑制されるものの、相対的に小さい曲率半径ＲＢを有する両側の円弧に歪みが作用する。そして、その歪みの作用箇所が溝底面に近いために、曲率半径ＲＢの円弧（例えばＺ部）で溝底クラックが発生する恐れがある。本発明は、これらの現象に着目してなされたものであり、下記の如き構成により歪みの作用箇所をコントロールして上記目的を達成することができる。

本発明に係る空気入りタイヤは、タイヤ周方向に沿って延びる主溝をトレッド部に備えた空気入りタイヤにおいて、前記主溝が、タイヤ内周側に向かって溝幅を減少させ又は一定にした一対の外周側溝壁面と、前記主溝の最深部に位置する溝底面と、前記外周側溝壁面と前記溝底面との間に介在する一対の内周側溝壁面とを備え、溝長さ方向に直交する前記主溝の断面では、前記溝底面が、タイヤ内周側に凸となるように湾曲した第１の円弧により形成され、前記一対の内周側溝壁面のうち少なくとも片方が、溝幅方向外側に凸となるように湾曲し且つ前記外周側溝壁面の延長線よりも溝幅方向外側に張り出した第２の円弧により形成され、前記第１の円弧に前記第２の円弧が滑らかに連なるとともに、その第１の円弧の曲率半径が２０ｍｍ以下で、前記第１の円弧の曲率半径よりも前記第２の円弧の曲率半径が小さいものである。

このタイヤでは、主溝の溝底面及び内周側溝壁面が、上記の如き第１，第２の円弧により形成されることにより、円弧同士の接点に対する歪みの集中を抑えながら、溝底面に作用する歪みを内周側溝壁面にも分担させることができる。しかも、第１の円弧の曲率半径が２０ｍｍ以下であり、第２の円弧が外周側溝壁面の延長線よりも溝幅方向外側に張り出すことで、溝底基準面から離れた位置に内周側溝壁面を配するとともに、第２の円弧の長さを適切に確保できる。その結果、溝底面に集中しがちな歪みを分散し、延いては溝底面に作用する歪みを低減して、溝底クラックの発生を抑制できる。

前記第１の円弧の曲率半径は、５ｍｍ以上であることが好ましい。第１の円弧の曲率半径が５ｍｍを下回ると、溝底面の形状が、図８のような単一の円弧による形状に近付き、溝底面の中央部に歪みが集中しやすくなるとともに、第１の円弧に第２の円弧を滑らかに連ねることが難しくなる。

前記第２の円弧の曲率半径は、２．５ｍｍ以上であることが好ましい。かかる構成によれば、第２の円弧により形成された内周側溝壁面に作用する歪みの大きさを抑えられるとともに、その歪みの作用箇所を溝底基準面から遠ざけて、溝底クラックの抑制効果を高められる。また、第１の円弧に第２の円弧を滑らかに連ねるうえでも、このように第２の円弧の曲率半径を適度に大きくした方が好都合となる。

前記第２の円弧のタイヤ外周側端は、前記主溝の最深部から溝深さの３０％以上の高さに位置することが好ましい。これにより、第２の円弧により形成された内周側溝壁面における歪みの作用箇所を溝底基準面から遠ざけて、溝底クラックの抑制効果を高められる。

本発明に係る空気入りタイヤの一例を示すタイヤ子午線断面図溝長さ方向に直交する主溝の断面図本発明の別実施形態に係る主溝の断面図本発明の別実施形態に係る主溝の断面図本発明の別実施形態に係る主溝の断面図比較例１における主溝の断面図比較例２における主溝の断面図比較例３における主溝の断面図比較例４における主溝の断面図比較例５における主溝の断面図

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１に示した空気入りタイヤＴは、一対のビード部１と、そのビード部１の各々からタイヤ径方向外側に延びるサイドウォール部２と、そのサイドウォール部２の各々のタイヤ径方向外側端に連なるトレッド部３と、トレッド部３からサイドウォール部２を経てビード部１に至り、全体としてトロイド状に成形されたカーカス４とを備えたラジアルタイヤである。カーカス４のタイヤ外周側には、箍効果によりカーカス４を補強するベルト５が設けられている。

このタイヤＴは、タイヤ周方向に沿って延びる主溝１０をトレッド部３に備える。本実施形態では、主溝１０の各々がストレート状に延びる例を示すが、これに限らず、例えばジグザグ状に延びていても構わない。トレッド部３には、主溝１０と交差する方向に延びる横溝なども適宜に設けられ、それらに基づくトレッドパターンがトレッド表面３ａに形成されている。トレッドパターンとしては、特に限定されないが、走行安定性や排水性の観点からリブパターンやリブラグパターンが好ましく用いられる。

主溝１０は、図２のように全体としてＵ字状をなす断面形状を有し、かかる断面形状が、主溝１０の溝長さ方向に連続して形成されている。図２では、図６に示した主溝の輪郭を破線で描いており、これは図３〜５，９，１０でも同様である。溝底基準面ＢＬは、トレッド表面３ａをオフセットしてなる仮想面であり、トレッド表面３ａと略同じ曲率で湾曲しながら主溝１０の最深部を通る。破線で描いた主溝の溝底面は、この溝底基準面ＢＬに沿っている。

図２に示すように、主溝１０は、タイヤ内周側に向かって溝幅を減少させた一対の外周側溝壁面１１と、主溝１０の最深部に位置する溝底面１２と、外周側溝壁面１１と溝底面１２との間に介在する一対の内周側溝壁面１３とを備える。本実施形態では、一対の外周側溝壁面１１がトレッド表面３ａからタイヤ内周側に向かって溝幅を漸減させており、その一対の外周側溝壁面１１と溝底面１２とが一対の内周側溝壁面１３によって連結されている。

図２の断面において、一対の外周側溝壁面１１は直線によって形成されている。また、溝底面１２は、タイヤ内周側に凸となるように湾曲した第１の円弧１２ａにより形成されている。第１の円弧１２ａの中心（第１の円弧１２ａに関する曲率円の中心）は、溝底面１２よりもタイヤ外周側に位置する。一対の内周側溝壁面１３は、それぞれ、溝幅方向外側に凸となるように湾曲し且つ外周側溝壁面１１の延長線１１ｅよりも溝幅方向外側に張り出した第２の円弧１３ａにより形成されている。

第１の円弧１２ａと第２の円弧１３ａとは滑らかに連なっており、符号ＣＰは、その円弧同士の接点である。第１の円弧１２ａの曲率半径ＲＡは２０ｍｍ以下に設定され、その第１の円弧１２ａの曲率半径ＲＡよりも第２の円弧１３ａの曲率半径ＲＢは小さい（即ち、ＲＡ＞ＲＢ）。第２の円弧１３ａは、外周側溝壁面１１と内周側溝壁面１３とが接する境界ＢＯから接点ＣＰまで連続的に湾曲している。主溝１０の断面形状が境界ＢＯで括れるように、一対の境界ＢＯが溝幅方向内側に突出している。

このタイヤＴでは、溝底面１２及び内周側溝壁面１３が、上記の如き第１の円弧１２ａと第２の円弧１３ａとで形成されているため、その円弧同士の接点ＣＰに対する歪みの集中を抑えながら、溝底面１２に作用する歪みを内周側溝壁面１３にも分担させることができ、特に括れ形状とされた境界ＢＯ付近に歪みを作用させることができる。それにより、溝底面１２に集中しがちな歪みを分散し、延いては溝底面１２に作用する歪みを低減して、溝底クラックの発生を抑制できる。

しかも、第１の円弧１２ａの曲率半径ＲＡを２０ｍｍ以下に設定することで、溝底基準面ＢＬから離れた位置に内周側溝壁面１３が配され、溝底クラックの抑制効果の実効性を高められる。内周側溝壁面１３を溝底基準面ＢＬから更に遠ざけるうえでは、曲率半径ＲＡを１５ｍｍ以下に設定することが好ましい。一方、曲率半径ＲＡが２０ｍｍを上回ると、図７や図１０に示した断面形状に近付き、内周側溝壁面１３が溝底基準面ＢＬに近寄るために溝底クラックが第２の円弧１３ａで発生する恐れがある。

更には、外周側溝壁面１１の延長線１１ｅよりも溝幅方向外側に第２の円弧１３ａが張り出していることにより、内周側溝壁面１３を溝底基準面ＢＬから遠ざけたまま、第２の円弧１３ａの長さを適切に確保できる。これにより、溝底面１２から内周側溝壁面１３への歪みの分散効果を適切に確保し、溝底クラックの抑制効果を高めるうえで役立つ。延長線１１ｅの法線方向に測定される張り出し量Ｐ１３は、例えば０．５〜１．５ｍｍである。

第１の円弧１２ａの曲率半径ＲＡは、好ましくは溝幅Ｗの４０％以上である。また、曲率半径ＲＡは、好ましくは溝幅Ｗの６０％以下である。第１の円弧１２ａの開き角度（第１の円弧１２ａの両端の各々と第１の円弧１２ａの中心とを結ぶ２本の直線がなす角度）は、例えば３０〜１５０度である。本実施形態では、第１の円弧１２ａの端（接点ＣＰ）が延長線１１ｅよりも溝幅方向内側に位置するが、これらは溝幅方向外側に位置する場合もある。トレッド表面３ａの法線方向における第１の円弧１２ａの端から溝底基準面ＢＬまでの直線距離は、０．５ｍｍ以上が好ましく、１．０ｍｍ以上がより好ましい。

第２の円弧１３ａの曲率半径ＲＢは、好ましくは２．５ｍｍ以上であり、より好ましくは３ｍｍ以上である。また、曲率半径ＲＢは、曲率半径ＲＡの１５％かそれ以上であることが好ましい。曲率半径ＲＡと曲率半径ＲＢとの差（ＲＡ−ＲＢ）は、例えば０．５ｍｍ以上であり、好ましくは１ｍｍ以上、より好ましくは２ｍｍ以上である。主溝１０の容積増大に伴う車外音の悪化を抑える観点から、曲率半径ＲＢは２．５ｍｍ以上であることが好ましい。

境界ＢＯに位置する第２の円弧１３ａのタイヤ外周側端は、主溝１０の最深部から溝深さＤ１０の３０％以上の高さに位置することが好ましい。即ち、主溝１０の最深部を基準とした第２の円弧１３ａのタイヤ外周側端の高さＨ１３の溝深さＤ１０に対する比（Ｈ１３／Ｄ１０）で表される括れ高さは、３０％以上が好ましく、５０％以上がより好ましく、５０％超えが更に好ましい。また、主溝１０の容積増大に伴う車外音の悪化を抑えるうえで、括れ高さは７５％以下が好ましく、６０％以下がより好ましい。高さＨ１３と溝深さＤ１０は、それぞれトレッド表面３ａの法線方向に測定される。

一対の外周側溝壁面１１は、境界ＢＯからタイヤ外周側に向かって溝幅を増やし、トレッド表面３ａに至る。一対の内周側溝壁面１３は、境界ＢＯからタイヤ内周側に向かって溝幅を一旦増やし、湾曲して溝底面１２に至る。トレッド表面３ａの法線に対する外周側溝壁面１１の角度θは、例えば０〜２０度、更には５〜１５度に設定される。一対の外周側溝壁面１１は、タイヤ内周側に向かって溝幅を一定にするものでも構わない。

トレッド表面３ａで測定される主溝１０の溝幅Ｗ１０は、例えば６〜１５ｍｍに設定される。外周側溝壁面１１がトレッド表面３ａに接する溝縁部には、その溝縁部での接地圧を低減するために、直線状又は曲線状の面取り１９を形成しても構わない。その場合であっても、溝幅Ｗ１０の測定には、面取り１９を考慮せず、外周側溝壁面１１及びトレッド表面３ａの各々の延長線が利用される。主溝１０の溝深さＤ１０は、例えば６〜１２ｍｍに設定される。

図３〜５に示した別実施形態は、以下に説明する構成の他は、前述した実施形態と同様の構成及び作用であるので共通点を省略し、主に相違点について説明する。既に説明した部位と対応する部位には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。図３〜５は、それぞれ主溝１０の断面形状が非対称となる例である。

図３の例では、一対の内周側溝壁面１３を形成する第２の円弧１３ａの曲率半径を互いに異ならせ、それにより張り出し量（図２参照）を相違させている。具体的には、片側（図３左側）の曲率半径ＲＢｃが他側（図３右側）の曲率半径ＲＢｅよりも大きく、その片側の第２の円弧１３ａの張り出し量が比較的に小さい。この片側の内周側溝壁面１３では張り出しによる剛性低下が抑えられるため、こちらを旋回時に力のかかるタイヤ中央ＴＣ側に向けることで、操縦安定性の低下を抑制できる。

図４の例では、一対の内周側溝壁面１３を形成する第２の円弧１３ａの曲率半径とタイヤ外周側端の高さを互いに異ならせ、それにより張り出し量を相違させている。具体的には、片側（図４左側）の曲率半径ＲＢｃが他側（図４右側）の曲率半径ＲＢｅよりも小さく、片側の高さＨ１３ｃが他側の高さＨ１３ｅよりも低く、その片側の第２の円弧１３ａの張り出し量が比較的に小さい。図３と同様に、この片側の内周側溝壁面１３をタイヤ中央ＴＣ側に向けることで、操縦安定性の低下を抑制できる。

前述の実施形態では、一対の内周側溝壁面１３の両方を第２の円弧１３ａにより形成したが、本発明では、一対の内周側溝壁面のうち少なくとも片方が第２の円弧により形成されていればよい。図５の例では、一対の内周側溝壁面１３のうち片方のみが第２の円弧１３ａにより形成され、他方は図６と同様に形成されている。かかる場合、第２の円弧１３ａが形成されない側（図５左側）の内周側溝壁面１３では、張り出しによる剛性低下が無いため、こちらをタイヤ中央ＴＣ側に向けることで操縦安定性の低下を抑制できる。

以上に例示した主溝の断面形状は、トレッド部３に設けられる複数の（本実施形態では４本の）主溝１０のうち、少なくとも１本の主溝に適用されていればよく、全ての主溝に適用しなくても構わない。また、部位に応じて主溝の断面形状を変えることも可能である。例えば、トレッド端ＴＥに最も近い主溝１０ｅ（図１参照）では、それ以外の主溝と比べて溝底クラックの発生が顕著となるため、これらに図２の断面形状を適用し、それ以外の主溝には図５の断面形状を適用することが考えられる。

本発明の空気入りタイヤは、トレッド部の主溝を上記の如く構成すること以外は、通常の空気入りタイヤと同等であり、従来公知の材料、形状、構造、製法などが何れも本発明に採用することができる。

本発明の空気入りタイヤは、前述の如き作用効果を奏して溝底クラックの抑制効果に優れることから、トラックやバス、産業車両、建設車両などの車両重量が重い車両に使用される重荷重用空気入りタイヤとして有用である。

本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能である。

溝底クラックと車外音に関する性能評価について説明する。これらの性能評価は下記（１）及び（２）のようにして行い、評価に供したタイヤのサイズは１９５／６５Ｒ１５である。

（１）耐溝底クラック性（クラック発生率）
空気圧２００ｋＰａを充填し、排気量１５００ｃｃクラスの車両に装着して５万ｋｍを走行後、主溝に発生した溝底クラックの総長さを計測して、主溝の溝底面の周長に対する比率（百分率）を算出し、それをクラック発生率とした。数値が小さいほど、耐溝底クラック性に優れることを示す。

（２）車外音
ＩＳＯに準拠した試験方法に基づき、８０ｋｍ／ｈの走行速度で乾燥路面を走行したときの通過音を測定した。比較例１の結果を基準とした通過音の差で評価し、マイナス値が大きいほど車外音が小さく騒音性に優れることを示す。

図６〜１０に示す断面形状の主溝を備えたタイヤを、それぞれ比較例１〜５とした。また、図２に示す断面形状を基本とする主溝を備えたタイヤを実施例１〜３，５とし、図５に示す断面形状の主溝を備えたタイヤを実施例４とした。表１に掲載した仕様を除いて、各例におけるタイヤ構造やゴム配合は共通している。

表１に示すように、実施例１〜５では、比較例１〜５に比べて溝底クラックの発生が抑制されており、その中でも実施例１，２の結果が特に優れている。加えて、実施例１〜５では、車外音の悪化が抑えられている。

３トレッド部
３ａトレッド表面
１０主溝
１１外周側溝壁面
１２溝底面
１２ａ第１の円弧
１３内周側溝壁面
１３ａ第２の円弧

Claims

タイヤ周方向に沿って延びる主溝をトレッド部に備えた空気入りタイヤにおいて、
前記主溝が、タイヤ内周側に向かって溝幅を減少させ又は一定にした一対の外周側溝壁面と、前記主溝の最深部に位置する溝底面と、前記外周側溝壁面と前記溝底面との間に介在する一対の内周側溝壁面とを備え、
溝長さ方向に直交する前記主溝の断面では、前記溝底面が、タイヤ内周側に凸となるように湾曲した第１の円弧により形成され、前記一対の内周側溝壁面のうち少なくとも片方が、溝幅方向外側に凸となるように湾曲し且つ前記外周側溝壁面の延長線よりも溝幅方向外側に張り出した第２の円弧により形成され、
前記第１の円弧に前記第２の円弧が滑らかに連なるとともに、その第１の円弧の曲率半径が２０ｍｍ以下で、前記第１の円弧の曲率半径よりも前記第２の円弧の曲率半径が小さいことを特徴とする空気入りタイヤ。
前記第１の円弧の曲率半径が５ｍｍ以上である請求項１に記載の空気入りタイヤ。
前記第２の円弧の曲率半径が２．５ｍｍ以上である請求項１又は２に記載の空気入りタイヤ。
前記第２の円弧のタイヤ外周側端が、前記主溝の最深部から溝深さの３０％以上の高さに位置する請求項１〜３いずれか１項に記載の空気入りタイヤ。