JP6042612B2

JP6042612B2 - タイヤ

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Publication number: JP6042612B2
Application number: JP2011289785A
Authority: JP
Inventors: 興一太田
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2031-12-28
Also published as: JP2013139173A

Description

本発明は、タイヤに関し、特には、氷上性能および雪上性能に優れるタイヤに関するものである。

従来、冬用のタイヤでは、氷上性能および雪上性能の向上を図るため、様々な工夫がなされてきた。
例えば、特許文献１では、トレッド部に形成した各ブロックに複数のサイプを設けることにより、接地面内のエッジ成分を増大させると共に、雪噛み効果を向上させて、タイヤの氷雪路面（凍結路面や積雪路面）上での走行性能を向上させる技術が提案されている。
また、例えば、特許文献２では、キャップゴムとベースゴムとからなる、いわゆるキャップアンドベース構造のトレッドゴムを有するタイヤにおいて、キャップゴムとして発泡ゴムを用いることにより、除水性を大幅に向上させ、タイヤの氷上性能および雪上性能を向上させる技術が提案されている。

更に、例えば、特許文献３では、図１（ａ）に示すように、タイヤのトレッド部１の表面性状に関し、先端が尖った形状の突起部２をトレッド部の表面に設けることにより、表面粗さを増大させ、タイヤ表面と路面との間の摩擦力を増大させて、タイヤの氷上性能および雪上性能を向上させる技術が提案されている。

特開２００２−１９２９１４号公報特開平１１−３０１２１７号公報特開２００９−６７３７８号公報

しかし、特許文献１に記載の、ブロックにサイプを設ける技術には、サイプ数を増加しすぎると、ブロック剛性が低下してブロックの倒れこみが発生しやすくなるため、接地面積が減少し、却って氷上性能および雪上性能が低下するという問題があった。
また、特許文献２に記載の、キャップゴムに発泡ゴムを用いる技術では、発泡ゴムの使用によりブロック全体の剛性が低下する場合があり、タイヤの耐摩耗性が必ずしも十分ではなかった。
更に、特許文献３に記載の、先端が尖った突起部をトレッド部の表面に設ける技術では、突起部の剛性が低いため、特に車両のノーズダイブによる前輪への荷重増大時など、タイヤに大きな荷重が負荷された際に、突起部が潰れて所望の性能が得られなくなる場合があった。即ち、先端が尖った突起部をトレッド部の表面に設ける技術では、図１（ｂ）に示すように、路面Ｔとの接触により突起部２が潰れ、除水用の空隙３の体積が減少し、除水性が低下してしまう結果、所望の氷上性能および雪上性能が得られない場合があった。従って、特許文献３に記載の技術には、氷上性能および雪上性能をさらに向上させる余地があった。
更にまた、特許文献１〜３に記載の技術を採用したタイヤについて発明者が検討を重ねた結果、それらの従来のタイヤには、原因は明らかでないが、特に新品時に十分な氷上性能および雪上性能が得られないという問題点があることも分かった。そのため、特許文献１〜３に記載の技術には、特にタイヤ新品時の氷上性能および雪上性能を改善する余地があった。

本発明は、上記の問題を解決しようとするものであり、氷上性能および雪上性能を向上させたタイヤを提供することを目的とする。

発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた。
その結果、本発明者は、トレッド部踏面に所定の微細構造を形成すれば、ブロック剛性の低下や除水性の低下を抑制してタイヤの氷上性能および雪上性能をさらに向上させ得ること、並びに、タイヤ新品時であっても十分な氷上性能および雪上性能を発揮させ得ることを見出し、本発明を完成させた。

本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、その要旨構成は、以下の通りである。
本発明のタイヤは、トレッド部踏面の少なくとも一部に多数の突起部が設けられたタイヤについて、荷重負荷を４．３ｋＮとしたときの接地面積に対する、荷重負荷を５．７ｋＮとしたときの接地面積の比が、１．１８〜１．２５であり、
前記突起部が輪郭部から中心部に向かって高さが漸増する半球状であり、
前記突起部のタイヤ幅方向断面形状が正弦波の一部をなす形状であり、
前記突起部の高さが１〜５０μｍであり、
一対のビード部と、各ビード部からそれぞれタイヤ径方向外方に延びる一対のサイドウォール部と、該サイドウォール部間に跨って延びるトレッド部とを有しており、一対の前記ビード部に埋設された一対のビードコア間にトロイダル状に跨るカーカスと、前記カーカスのタイヤ径方向外側に配設された２層のベルト層からなるベルトとを有している、停車時の荷重負荷が４．３ｋＮであり、速度３０ｋｍ／ｈから制動する際の荷重負荷が５．７ｋＮである車両用であることを特徴とする。
このように、制動時においては非制動時と比較して、接地面積が著しく増大するような構成とすれば、非制動時と比較して制動時に接地面積の増大に伴って氷雪路面との摩擦力が著しく増大する。そのため、氷雪上走行性能を保持しつつ、氷上制動性能および雪上制動性能を向上させることができる。すなわち、比Ｓ２／Ｓ１を１．１０以上とすれば、制動時において、非制動時と比較して、接地面積を十分に増大させることができ、氷上制動性能及び雪上制動性能が十分に向上させることができる。そして、比Ｓ２／Ｓ１を１．４０以下とすれば、接地圧が不均一にならずに車両挙動を安定に保つことができる。
また、同様の理由により、上記比Ｓ２／Ｓ１は、１．１０〜１．３０であることが更に
好ましい。
ここで、「接地面積」の測定においては、まず初めに、タイヤをＪＡＴＭＡ等に規定された適用リムに組み込み、ＪＡＴＭＡ等の規格にタイヤサイズに応じて規定された、最高空気圧を充填した後、試験タイヤを圧力マットや圧力センサを配置した測定装置の台の上に接地させることによって、接地圧分布の測定を行う。そして、非制動時及び制動時を通じてトレッド部踏面をなす、多数の突起部が設けられた踏面領域のうち、所定の閾値（０ｋＰａ）を超える接地圧の値を有する領域の面積を、「接地面積」というものとする。

本発明によれば、氷上性能および雪上性能を向上させたタイヤを提供することができる。

（ａ）従来のタイヤのトレッド部踏面を模式的に示す概略断面図である。（ｂ）タイヤの負荷荷重時に、タイヤのトレッド部踏面と路面とが接触する様子を模式的に示す概略断面図である。本発明の一実施形態にかかるタイヤのタイヤ幅方向断面図である。図２に示すタイヤのトレッド部踏面の一部の形状を拡大して模式的に示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はタイヤ幅方向断面図である。本発明の一例のタイヤのトレッド部踏面のＳＥＭ像（走査型電子顕微鏡像）である。（ａ）、（ｂ）は、タイヤの制動時および非制動時における突起部の接地面積の変化について説明するための図である。

以下、本発明のタイヤについて説明する。本発明のタイヤは、トレッド部の踏面（路面と接地する面）の少なくとも一部に所定の微細構造を形成し、トレッド部の表面性状（踏面性状）を所定の性状としたことを特徴とする。

＜タイヤ＞
図２は、本発明の一実施形態にかかるタイヤのタイヤ幅方向断面図である。
図２に示すように、本実施形態のタイヤ２０は、一対のビード部４と、各ビード部４からそれぞれタイヤ径方向外方に延びる一対のサイドウォール部５と、該サイドウォール部５間に跨って延びるトレッド部６とを有している。
また、本実施形態のタイヤ２０は、一対のビード部４に埋設された一対のビードコア４ａ間にトロイダル状に跨るカーカス７と、該カーカス７のタイヤ径方向外側に配設された２層のベルト層８ａ、８ｂからなるベルト８とを有している。更に、ベルト８のタイヤ径方向外側には、非発泡ゴムよりなるトレッドゴムが配設されている。

ここで、このタイヤ２０では、トレッド部踏面の少なくとも一部（この実施形態では全部）に、所定形状の微小突起部が形成されている。具体的には、図３（ａ）にトレッド部踏面６ａの拡大平面図を示し、図３（ｂ）にトレッド部踏面６ａ側のタイヤ幅方向に沿う拡大断面図を示すように、本実施形態にかかるタイヤでは、トレッド部踏面６ａの全体に、タイヤ径方向外側に凸な形状の突起部９が多数形成されている。

一般的に、タイヤを装着した車両の制動時にトレッド部踏面にかかる荷重負荷（例えば、５．７ｋＮ）は、車両の非制動時にトレッド部踏面にかかる荷重負荷（例えば、４．３ｋＮ）と比較して、大きいことが知られている。従って、車両の制動時に微小な突起部９にかかる荷重負荷も、非制動時に微小な突起部９にかかる荷重負荷と比較して、大きくなり、微小な突起部９のタイヤ径方向の圧縮が、車両の制動時には非制動時と比較して大きくなる。

図５（ａ）に、本実施形態のタイヤ２０の、非制動時の微小な突起部９のタイヤ幅方向に沿う拡大断面図を示し、非制動時の微小な突起部９の先端の接地面積をｓ１で表す。また、図５（ｂ）に、本実施形態のタイヤ２０の、制動時の微小な突起部９のタイヤ幅方向に沿う拡大断面図を示し、制動時の微小な突起部９の先端の接地面積をｓ２で表す。すると、非制動時から制動時に移った場合に、ｓ１と比較してｓ２が著しく増大する。ここで、図３（ａ）に示す、トレッド部踏面をなす任意の領域をＲとして、Ｒ内に多数設けられた微小な突起部９の先端の、非制動時の接地面積ｓ１の総計をＳ１とし、制動時の接地面積ｓ２の総計をＳ２とすると、本実施形態のタイヤ２０では、荷重負荷の増大に対する、非制動時の接地面積Ｓ１に対する制動時の接地面積Ｓ２の比（Ｓ２／Ｓ１）の増大の割合が著しく大きくなるように構成されることを必要とする。特に、本実施形態のタイヤ２０では、Ｓ２／Ｓ１の値は、１．１０〜１．４０であることを必要とする。因みにこれは、突起部の先端が、丸みを帯びた形状を有することに起因する。

なお、接地面積の測定においては、まず初めに、試験タイヤを圧力マットや圧力センサを配置した測定装置の台の上に接地させることによって、トレッド部踏面の接地圧分布の測定を行う。そして、非制動時及び制動時を通じてトレッド部踏面をなす任意の領域Ｒのうちで、所定の閾値（０ｋＰａ）を超える接地圧の値を有する領域の面積を計算し、該面積をタイヤの接地面積とする。

そして、このタイヤ２０では、トレッド部の踏面に突起部９が多数形成されているので、ブロック剛性の低下や除水性の低下を抑制しつつ、タイヤの氷上性能および雪上性能を十分に向上させることができる。
即ち、このタイヤ２０では、多数の突起部９を形成しているので、路面との接地時に、突起部９間の空隙を利用して路面上の水膜を除去する（除水性を発揮する）ことができる。また、トレッド部踏面と路面との間の摩擦力を増大させて、タイヤの氷上性能および雪上性能を向上させることができる。

このように、制動時においては停車時と比較して、接地面積が著しく増大するような構成とすれば、非制動時と比較して制動時に接地面積の増大に伴って氷雪路面との摩擦力が著しく増大する。そのため、氷雪上走行性能を保持しつつ、氷上制動性能及び雪上制動性能を向上させることができる。すなわち、比Ｓ２／Ｓ１を１．１０以上とすることにより、制動時において、非制動時と比較して、接地面積が十分に増大させることができ、氷上制動性能及び雪上制動性能が十分に向上させることができる。また、比Ｓ２／Ｓ１を１．４０以下とすれば、接地圧が不均一にならずに車両挙動を安定に保つことができるからである。
また、同様の理由により、上記比Ｓ２／Ｓ１を１．１０〜１．３０とすることが、更に好ましい。

また、本実施形態にかかるタイヤ２０では、図４にトレッド部踏面のＳＥＭ写真を示すように、トレッド部踏面６ａの全体に、タイヤ径方向外側に凸な形状の突起部９が多数形成されており、この突起部９は、タイヤ幅方向断面形状が正弦波の一部をなす形状とすることが好ましい。

そして、このタイヤ２０では、トレッド部踏面に突起部９が多数形成されているので、ブロック剛性の低下や除水性の低下を抑制しつつ、タイヤの氷上性能および雪上性能を十分に向上させることができる。
即ち、このタイヤ２０では、多数の突起部９を形成しているので、路面との接地時に、突起部９間の空隙を利用して路面上の水膜を除去する（除水性を発揮する）ことができる。また、トレッド部踏面と路面との間の摩擦力を増大させて、タイヤの氷上性能および雪上性能を向上させることができる。
また、上記突起部のタイヤ幅方向断面形状が正弦波の一部をなす形状であるため、突起部９の剛性が高く、大きな荷重が負荷された際にも潰れにくいため、除水経路を確保して徐水性を高めることができる。

なお、このタイヤ２０では、所定の形状を有する微小突起部９の形成により除水性の低下の抑制および氷上性能および雪上性能の向上を達成しているので、過剰な数のサイプを形成したり、発泡ゴムを使用したりする必要がない。
またなお、このタイヤ２０では、原因は明らかではないが、新品時（未使用状態）であっても十分な氷上性能および雪上性能を発揮することができる。
従って、このタイヤ２０によれば、ブロック剛性の低下や除水性の低下を抑制して、新品時であっても、タイヤの氷上性能および雪上性能をさらに向上させることができる。

また、このタイヤ２０では、突起部９の形状が半球状であることがさらに好ましい。突起部９の形状が半球状であれば、突起部９が潰れ難くなり、除水性を確保することができるからである。

さらに、このタイヤ２０では、トレッド部踏面に形成した突起部９の高さＨが１〜５０μｍであることがさらに好ましい。突起部９の高さＨを１μｍ以上とすれば、突起部９間の空隙の体積を十分に確保して、除水性を高めることができるからである。また、突起部９の高さＨを５０μｍ以下とすれば、突起部９の剛性を大きくして、十分な除水性を確保することができるからである。
ここで、突起部９の高さは、図３（ｂ）に示すように、トレッド踏面の水平面を起点としたときの、突起部の先端までの高さをいうものとする。そして、この突起部９の高さは、電子顕微鏡により測定することができる。

ここで、半球状の突起部によるタイヤのトレッド部踏面の十点平均粗さＲｚは、１．０〜５０μｍであることが好ましい。
なぜなら、Ｒｚが１．０μｍ以上であることにより、除水用の空隙を確保することができ、一方で、Ｒｚが５０μｍ以下であることにより、路面との接触面積を確保することができるからであり、これらにより、タイヤの氷上性能及び雪上性能をさらに向上させることができるからである。
ここで、「十点平均粗さＲｚ」とは、ＪＩＳＢ０６０１（１９９４年）の規定に準拠して測定されるものであり、基準長さを０．８ｍｍ、評価長さを４ｍｍとして求めたものである。

また、タイヤのトレッド部踏面に形成した突起部９の局部山頂の平均間隔Ｓは、５．０〜１００μｍであることが好ましい。
なぜなら、間隔Ｓが５．０μｍ以上であることにより、除水用の空隙を確保することができ、一方で、間隔Ｓが１００μｍ以下であることにより、路面との接触面積を確保することができるからであり、これらにより、タイヤの氷上性能及び雪上性能をさらに向上させることができるからである。
ここで、「局部山頂の平均間隔」は、ＪＩＳＢ０６０１（１９９４年）に準拠して計測されるものであり、基準長さを０．８ｍｍ、評価長さを４ｍｍとして求めるものとする。

そして、上述したタイヤは、特に限定されることなく、例えば、タイヤ成形用金型を用いて、常法に従い製造することができる。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。

（タイヤの製造）
タイヤサイズ２０５／５５Ｒ１６のタイヤ１〜５をそれぞれ製造した。そして、作製したタイヤのトレッド部踏面の表面性状をＳＥＭおよびマイクロスコープを用いて測定した。結果を表１に示す。
また、作製した各タイヤの氷上性能および雪上性能を下記の評価方法で評価した。結果を表１に示す。

＜氷上性能＞
作製直後のタイヤを適用リムに組み込み、ＪＡＴＭＡに規定の正規内圧を充填して車両に装着した。そして、前輪１輪当たりの荷重を４．３ｋＮとして、凍結路において、速度３０ｋｍ／ｈの条件下で氷上摩擦係数を測定した。タイヤ１の氷上摩擦係数を１００として各タイヤの氷上摩擦係数を指数評価した。表１に結果を示す。表１中、数値が大きいほど氷上摩擦係数が大きく、氷上性能が優れていることを示す。
＜雪上性能＞
作製直後のタイヤを適用リムに組み込み、ＪＡＴＭＡに規定の正規内圧を充填して車両に装着した。そして、前輪１輪当たりの荷重を４．３ｋＮとして、積雪路において、速度３０ｋｍ／ｈの条件下で雪上摩擦係数を測定した。タイヤ１の雪上摩擦係数を１００として各タイヤの雪上摩擦係数を指数評価した。表１に結果を示す。表１中、数値が大きいほど雪上摩擦係数が大きく、雪上性能が優れていることを示す。

表１に示すように、実施例にかかるタイヤは、比較例及び従来例にかかるタイヤよりも氷上性能及び雪上性能に優れていることがわかる。

１トレッド部
２突起部
３空隙
４ビード部
４ａビードコア
５サイドウォール部
６トレッド部
７カーカス
８ベルト
８ａ、８ｂベルト層
９突起部
２０タイヤ
Ｒ任意の領域
Ｔ路面

Claims

トレッド部踏面の少なくとも一部に多数の突起部が設けられたタイヤについて、
荷重負荷を４．３ｋＮとしたときの接地面積に対する、荷重負荷を５．７ｋＮとしたときの接地面積の比が、１．１８〜１．２５であり、
前記突起部が輪郭部から中心部に向かって高さが漸増する半球状であり、
前記突起部のタイヤ幅方向断面形状が正弦波の一部をなす形状であり、
前記突起部の高さが１〜５０μｍであり、
一対のビード部と、各ビード部からそれぞれタイヤ径方向外方に延びる一対のサイドウォール部と、該サイドウォール部間に跨って延びるトレッド部とを有しており、一対の前記ビード部に埋設された一対のビードコア間にトロイダル状に跨るカーカスと、前記カーカスのタイヤ径方向外側に配設された２層のベルト層からなるベルトとを有している、
ことを特徴とする停車時の荷重負荷が４．３ｋＮであり、速度３０ｋｍ／ｈから制動する際の荷重負荷が５．７ｋＮである車両用のタイヤ。