JP6060138B2 - 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向上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。ここで、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ため、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、タイヤ幅方向に延びる細溝に対して、細溝の延在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た方向に延在し、溝幅が溝深さよりも小さい細溝が形成され、細溝は、少なくとも一端が陸部内で終端し、細溝のタイヤ周方向に対向する溝壁面のうち風上側の溝壁面に、トレッド踏面に開口する空気流入部が形成されており、空気流入部は、細溝の陸部内で終端する終端部に配置され、トレッド踏面の展開平面視で、前記空気流入部における、細溝の延在方向に沿った幅の中心を通る幅中心線と、細溝の溝幅中心線との交点を点Ｏとし、空気流入部の幅中心線上に位置する空気流入部の終端点を点Ｘとし、細溝の溝幅中心線上に位置する該細溝の長さ中心点を点Ｙとしたとき、∠ＸＯＹが鋭角となり、前記細溝の延在方向に沿った前記空気流入部の長さＬ２が、５ｍｍ以上、かつ、前記細溝の延在方向の長さＬ１の１／２以下であり、前記空気流入部は、タイヤ周方向に対し平行に設けられ、前記細溝は、延在方向の両端が陸部内で終端し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。

なお、本発明の空気入りタイヤにあっては、∠ＸＯＹが７０°以下であることが好ましく、これによれば、トレッド部の放熱効果をより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。 （ａ）〜（ｅ）は、空気流入部の変形例を示す図である。

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上に、タイヤ周方向に沿って延びる中央周方向溝２と、中央周方向溝２を挟んでタイヤ周方向に沿って延びる１対の中間周方向溝３と、これらの中間周方向溝３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４と、タイヤ幅方向に沿って延びるとともに中間周方向溝３および側方周方向溝４に連通する中間幅方向溝５と、タイヤ幅方向に沿って延びるとともに側方周方向溝４に連通しトレッド踏面端ＴＥに延びる側方幅方向溝６と、が形成されている。
中央周方向溝２と中間周方向溝３によって、タイヤ赤道面ＣＬを挟む一対のリブ状中央陸部７が形成されている。中間周方向溝３と側方周方向溝４と中間幅方向溝５とによって、ブロック状中間陸部８が形成されている。側方周方向溝４と側方幅方向溝６とによって、ブロック状側方陸部９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５および側方幅方向溝６は、タイヤ幅方向に対して傾斜していてもよいし、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６は、トレッド踏面端ＴＥに連通していなくてもよい。

リブ状中央陸部７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１０が形成されている。細溝１０は、一端１０ａがリブ状中央陸部７内で終端し、他端１０ｂが中央周方向溝２に開口している。図１（ｂ）に示すように、図１（ａ）のＡ−Ａ断面（タイヤ周方向に沿った断面）において細溝１０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、図示例の本実施例の空気入りタイヤでは、細溝１０のタイヤ周方向に対向する溝壁面１０ｃの一方に、トレッド踏面１に開口する空気流入部１１が形成されている。空気流入部１１は、細溝１０の陸部内で終端する終端部に配置されている。トレッド踏面の展開平面視で、空気流入部１１の幅中心線と細溝の溝幅中心線との交点を点Ｏとし、空気流入部の幅中心線上に位置する空気流入部の終端点を点Ｘとし、細溝の溝幅中心線上に位置する該細溝の長さ中心点を点Ｙとしたとき、∠ＸＯＹが鋭角となる。すなわち、空気流入部１１の幅中心線が、空気流入部１１のトレッド踏面上の終端である点Ｘから、溝壁開口端１１ａまで、細溝１０の陸部内で終端する一端１０ａに向かって延びている。
「細溝の延在方向」とは、トレッド踏面１において、細溝の溝幅中心線が延在する方向を意味し、「空気流入部の幅中心線」とは、トレッド踏面において、空気流入部の、細溝の延在方向に沿った幅の中心を通る線を意味し、この幅中心線の延在する方向を空気流入部１１の延在方向とする。
図１の例において空気流入部１１は、溝壁開口端１１ａにおける細溝１０の延在方向の外端１１ｂが、細溝１０の陸部内で終端する一端１０ａと一致するように配置されている。また、図１の例において、空気流入部１１の延在方向は、タイヤ周方向に平行であり、∠ＸＯＹを示す角度θは、細溝１０の、タイヤ周方向に対する角度αと同一となっている。

また、図示する細溝１０の配置は一例であり、本発明の細溝１０は、リブ状中央陸部７の他、ブロック状中間陸部８およびブロック状側方陸部９に設けることもできる。また、細溝１０は、タイヤ周方向に対して任意の角度α（０°＜α≦９０°）で傾斜しているものとすることができる。さらに、複数の細溝１０は、互いに平行に形成されていなくてもよい。また、細溝１０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、細溝１０は少なくともその延在方向の一端が陸部内で終端していればよいが、その延在方向の両端が陸部内で終端していることが、陸部の剛性を確保する観点で好ましい。

以下、本実施形態の作用を説明する。
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１０内には取り込まれず、風の一部のみが細溝１０内に取り込まれる。しかし、細溝１０内に取り込まれた風も、細溝１０の溝底まで到達することはなく、細溝１０の浅い部分を通過して細溝１０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１０の風上側の溝壁面１０ｃに空気流入部１１を形成することにより、すなわち、空気流入部１１を形成した溝壁面１０ｃ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１０内に取り込むとともに、細溝１０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。さらに、これに加えて又はこれとは別に、風下側の溝壁面１０ｃに空気流入部１１を形成している場合は、この空気流入部１１から風を流出させることができる。また、細溝１０は、一端１０ａがリブ状中央陸部７内で終端しているため、例えば両端が中央周方向溝２に開口している場合と比較して陸部剛性を高く維持することができる。なお、風下側の溝壁面１０ｃに空気流入部１１を形成していない場合には、細溝１０の両端から、風を流出させることができる。

そして、空気流入部１１が細溝１０の終端部に、上記の角度θが鋭角となるように形成されていることによって、空気流入部１１から流入した空気（風）が、細溝１０の終端における溝壁面に衝突して細溝１０の逆側端部に向かって細溝内を一方向に流れるため、細溝１０内部の広い範囲にわたって空気が流れ、高い放熱効果を発揮することができる。空気流入部１１が、細溝１０の終端部ではなく、細溝１０の長さ中心位置、もしくは、周端部と逆側の（この例では中央周方向溝２に開口する）端部付近に配置されている場合には、流入した風が多方向に分散して、細溝１０内での風の流れが一方向とならず、放熱効果が十分に発揮できない虞がある。また、角度θが９０°以上であると、細溝内部の広い範囲に風が拡がり難く、放熱効果が十分に発揮できない虞がある。また、好ましくは、角度θが７０°以下であることが望ましく、空気流入部１１から細溝１０への空気の流入効果を高めて、より確実にトレッド部の放熱効果を向上させることができる。風下側の側壁面１０ｃに上記の空気流入部１１を有する場合、細溝１０の終端における溝壁面に衝突した空気を当該空気流入部１１から流出させることができる。

なお、本発明において空気流入部１１は、上記の交点Ｏが細溝１０の長さ中心点である点Ｙよりも細溝１０の一端１０ａ側に位置していればよいが、放熱効果向上の観点から、好適には、空気流入部１１は、細溝１０の陸部内で終端する一端１０ａから、細溝１０の延在方向に、細溝１０の延在方向の長さＬ１の２５％以内の範囲に上記の交点Ｏが位置するように配置されることが好ましく、より好適には、細溝１０の一端１０ａに、溝壁開口端１１ａにおける空気流入部１１の外端１１ｂが完全に一致していることが望ましい。また、空気流入部１１はタイヤ周方向に対し平行に設けられていることが好ましく、空気流入部１１から細溝１０への空気の流入効果を高めて、より確実にトレッド部の放熱効果を向上させることができる。

また、空気流入部１１は、陸部の大きさに対して十分小さくても、細溝１０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１１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、空気流入部１１の深さは、細溝１０の溝壁面１０ｃに開口する溝壁開口端１１ａ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１０内に空気が流入し易くなる。また、空気流入部１１の細溝の延在方向と垂直な断面における側面形状としては、空気流入部１１の深さが、空気流入部１１が細溝１０の溝壁面１０ｃに開口する溝壁開口端１１ａから遠い側の端から、細溝１０の溝壁面１０ｃに開口する溝壁開口端１１ａ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１１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１１の深さが、溝壁開口端１１ａに向かって階段状に増加していてもよいし、空気流入部１１の深さが一定であってもよい。

また、細溝１０のいずれか一方の溝壁面１０ｃのみに空気流入部１１が形成され、且つ、全ての空気流入部１１がタイヤ周方向の同一方向側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１１が配置されるように、車両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１０の対向する溝壁面１０ｃの両方、すなわち、両側の溝壁面１０ｃに空気流入部１１を形成することが好ましく、また、いずれか一方の溝壁面１０ｃのみに空気流入部１１が形成されている場合にも、風下側の側壁面１０ｃに空気流入部１１を有する細溝１０と、風上側の側壁面１０ｃに空気流入部１１を有する細溝１０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１０の両側の溝壁面１０ｃに空気流入部１１を形成した場合、風上側の溝壁面１０ｃに形成された空気流入部１１から細溝１０に空気が流入し、細溝１０内を通って風下側の溝壁面１０ｃに形成された空気流入部１１から抜けるように風の流れが形成される。

細溝１０の両溝壁面１０ｃに、空気流入部１１が形成されている場合、空気流入部１１同士が細溝の延在方向の位置が一致しないように、細溝１０の一方の溝壁面に形成されている空気流入部１１の、溝壁面１０ｃに開口する溝壁開口端１１ａにおける細溝１０の延在方向に沿った中心（長さ中心）と、細溝１０の他方の溝壁面に形成されている空気流入部１１の、溝壁開口端１１ａにおける細溝１０の延在方向に沿った中心（長さ中心）は、細溝１０の延在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、風上側の空気流入部１１から流入した空気が、風下側の空気流入部１１から流出するまでの間に、細溝１０を通り易くなり、放熱効果をより確実に向上させることができる。

また、細溝１０は、リブ状中央陸部７の任意の位置に形成することが可能であるが、陸部剛性と放熱効果の観点から、中間周方向溝３から細溝１０までのタイヤ幅方向の距離Ｗ４が、リブ状中央陸部７のタイヤ幅方向の幅Ｗ３に対して５〜４０％の範囲内であることが好ましい。また、空気流入部１１による放熱効果向上の観点から、細溝１０は、好適には、タイヤ周方向に対して６０〜９０°の角度αで傾斜していることが望ましい。これは、細溝１０が風の流れる方向（タイヤ周方向）に対して垂直に近いほど、より強い風が細溝１０の溝壁面１０ｃにぶつかり、冷却効果が高くなるためである。

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１１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。

また、細溝１０の延在方向全体にわたる長さの空気流入部１１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１０の延在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１０内を流れ難くなり、また細溝１０から流出することが妨げられる虞がある。細溝１０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、空気流入部１１は、細溝１０の延在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１１の長さ（細溝１０の延在方向に沿った長さ）Ｌ２は、５ｍｍ以上、細溝１０の延在方向の長さＬ１の１／２以下であることが好ましい。

また、空気流入部１１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１１を特に大きく設計する必要性は低い。

また、本発明の空気入りタイヤは、細溝１０のタイヤ周方向に対向する溝壁面１０ｃの少なくとも一方に、トレッド踏面１に開口する空気流入部１１が形成されており、かつ、細溝１０の最大深さD１と、空気流入部１１の最大深さD２が１≦Ｄ１／Ｄ２≦１５を満たすことが、陸部剛性の確保および冷却効果の観点から好ましい。

なお、細溝１０がトレッド踏面端ＴＥと連通していない場合には、細溝１０の内部に風の流れが起こりにくいため、本発明は、特に有効である。
また、本発明は、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、顕著な効果を発揮する。特に、偏平率が80％以下、リム径が57インチ以上、過重負荷能力が60mton以上、荷重係数（k-factor）が1.7以上となる空気入りタイヤにおいて、特に有効である。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。
また、トレッドの展開平面視で、両側のトレッド踏面端ＴＥのタイヤ幅方向距離をトレッド幅としたとき、タイヤ赤道面を中心としたトレッド幅の５０％のタイヤ幅方向領域をセンター領域、当該センター領域の両側のタイヤ幅方向領域をショルダー領域として、センター領域のネガティブ率が、ショルダー領域のネガティブ率よりも小さい場合、センター領域の発熱がタイヤの耐久性を低下させ易い。このようなタイヤにおいては、センター領域に本発明の細溝および空気流入部を適用することで、高い放熱効果を発揮し、タイヤの耐久性を高めることができる。
また、本発明の空気入りタイヤは、センター領域の放熱を促す観点から、図１の例のように、センター領域、特にタイヤ赤道面上に位置する周方向溝を有することが好ましいが、この周方向溝の溝幅が、１０ｍｍ以下であると周方向溝内に風が流れ難いため、本発明を適用することで、放熱効果を高めることができる。

本発明の空気流入部１１のトレッド展開図における平面形状としては、図２（ａ）に示すように、一組の対辺が細溝１０の溝壁面１０ｃ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、図２（ｂ）に示すように、一組の対辺が細溝１０の溝壁面１０ｃ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１１は、図２（ｃ）に示すように下底が細溝１０の溝壁面１０ｃに開口し、上底が細溝１０の溝壁面１０ｃから遠い側にある台形、すなわち、タイヤ幅方向長さが、細溝１０の溝壁面１０ｃ側から漸減するものとすることもできるし、図２（ｄ）に示すように、上底が細溝１０の溝壁面１０ｃに開口し、下底が細溝１０の溝壁面１０ｃから遠い側にある台形、すなわち、タイヤ幅方向長さが、細溝１０の溝壁面１０ｃ側から漸増するものとすることもできる。また、空気流入部１１は、図２（ｅ）に示すように、図２（ｄ）に示す台形の上底および下底以外の２辺を曲線とすることもできる。また、空気流入部１１はトレッド踏面の展開平面視における形状が半円や三角形とすることもできる。なお、図２（ａ）〜（ｅ）に矢印で示したのは、風（空気）の流れの方向であり、タイヤ周方向の向きに一致する。

以下、本発明の効果を検証するために行った、タイヤモデルを用いたシミュレーションに関して説明する。実施例、比較例ともに、タイヤサイズ５９／８０Ｒ６３の重荷重用空気入りタイヤを想定し、シミュレーションを行った。細溝１０の最大深さＤ１および空気流入部１１の最大深さＤ２が、Ｄ１／Ｄ２＝５を満たす。なお、各寸法の測定は、空気入りタイヤを、正規リムに組み付け、正規内圧を充填し、荷重を加えない無負荷状態（以下、「所定状態」という。）で行うものとし、タイヤの表面に沿って測定するものとする。そして、「正規リム」とは、ＪＡＴＭＡに規定される「標準リム」、ＴＲＡに規定される「Design Rim」、あるいはＥＴＲＴＯに規定される「Measuring Rim」をいう。また、「正規内圧」とは、ＪＡＴＭＡに規定される「最高空気圧」、ＴＲＡに規定される「TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES」の最大値、あるいはＥＴＲＴＯに規定される「INFLATION PRESSURES」をいう。
図１（ａ）に示すトレッドパターンを有する重荷重用空気入りタイヤにおいて、空気流入部１１と細溝１０とがなす角度θが異なる実施例のタイヤモデル及び比較例のタイヤモデルを形成して、放熱効果の違いを調べた。各タイヤモデルにおける角度θを表1に示す。なお、細溝１０の延在方向の長さＬ１は１５０ｍｍ、細溝１０の幅Ｗ１は２０ｍｍ、空気流入部１１の長さＬ２は５０mm、空気流入部１１の幅Ｗ２は５０ｍｍ、流入部の深さＤ２は２０ｍｍである。

このタイヤモデルを用いて、時速８ｋｍの主流速度において溝底の熱伝達率を、数値解析により測定した。測定は、各細溝１０の溝底において行った。測定結果を表１に示す。結果は比較例２を基準とした指標で表し、この値が大きいほど放熱効果が高いことを示す。

表１に示すように、角度θが鋭角（０°≦θ＜９０°）である場合に放熱効果の向上が顕著であることが分かる。

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：中間周方向溝 ４：側方周方向溝 ５：中間幅方向溝 ６：側方幅方向溝 ７：リブ状中央陸部 ８：ブロック状中間陸部 ９：ブロック状側方陸部 １０：細溝 １０ｃ：細溝の溝壁面 １１：空気流入部 １１ａ：空気流入部の溝壁開口端

Claims (2)

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、
   前記細溝は、少なくとも一端が陸部内で終端し、
   前記細溝のタイヤ周方向に対向する溝壁面のうち風上側の溝壁面に、トレッド踏面に開口する空気流入部が形成されており、
   前記空気流入部は、前記細溝の前記陸部内で終端する終端部に配置され、
   トレッド踏面の展開平面視で、前記空気流入部における、細溝の延在方向に沿った幅の中心を通る幅中心線と、前記細溝の溝幅中心線との交点を点Ｏとし、前記空気流入部の幅中心線上に位置する前記空気流入部の終端点を点Ｘとし、前記細溝の溝幅中心線上に位置する該細溝の長さ中心点を点Ｙとしたとき、∠ＸＯＹが鋭角となり、
   前記細溝の延在方向に沿った前記空気流入部の長さＬ２が、５ｍｍ以上、かつ、前記細溝の延在方向の長さＬ１の１／２以下であり、
   前記空気流入部は、タイヤ周方向に対し平行に設けられ、
   前記細溝は、延在方向の両端が陸部内で終端していることを特徴とする、空気入りタイヤ。
2. 前記∠ＸＯＹが７０°以下である、請求項１に記載の空気入りタイヤ。

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