JP6454122B2 - ブロックの剛性の予測方法 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤのトレッド部に設けられたブロックの剛性の予測方法に関し、詳しくは、サイプを有するブロックの単体の剛性を予測する方法に関する。

下記特許文献１には、タイヤのトレッド部に設けられたブロックの剛性を予測する方法が提案されている。この方法は、ブロックに設けられたサイプの長さ及び深さを考慮して、その剛性を予測している。このような方法は、タイヤを試作する労力を低減し、タイヤの設計が効率化する。

特開平１−１９５１０３号公報

しかしながら、特許文献１のブロックの剛性の予測方法は、ブロックの具体的な形状やサイプの位置等を考慮しておらず、予測の精度が低いという問題があった。

本発明は、ブロックを複数のブロック片に仮想的に分割し、各ブロック片の剛性を計算することを基本として、高い精度でブロックの剛性を予測しうる方法を提供することを主たる目的としている。

本発明は、タイヤのトレッド部に設けられ、かつ、踏面から切り込まれたサイプを有するブロックの単体の剛性を予測するための方法であって、前記ブロックを、いずれにもサイプが残らないように複数のブロック片に仮想的に分割するステップと、前記各ブロック片の剛性を計算するステップと、前記各ブロック片の剛性に基づいて前記ブロックの単体の剛性を計算するステップとを含むことを特徴としている。

本発明のブロックの剛性の予測方法において、前記ブロックは、略直方体状であり、前記サイプは、平面状であり、前記各ブロック片は、略直方体状であるのが望ましい。

本発明のブロックの剛性の予測方法において、前記サイプは、底を有し、前記分割するステップは、前記サイプの底を通りかつ前記踏面に沿った第１平面で前記ブロックを分割するのが望ましい。

本発明のブロックの剛性の予測方法において、前記第１平面は、前記ブロックをタイヤ半径方向内外に分割し、前記分割するステップは、前記第１平面のタイヤ半径方向内側のブロック下部全体を一つの前記ブロック片とするのが望ましい。

本発明のブロックの剛性の予測方法において、前記サイプは、その長手方向の両側の外端がブロック内で終端し、前記分割するステップは、前記サイプの前記外端を通りかつ予測しようとする剛性の方向に沿ってのびる一対の第２平面で前記ブロックを分割するのが望ましい。

本発明のブロックの剛性の予測方法において、前記分割するステップは、予測しようとする剛性の方向に沿ってのびる平面のみで前記ブロックを分割するのが望ましい。

本発明のブロックの剛性の予測方法において、前記ブロックの踏面は、長方形であり、前記ブロック片の剛性を計算するステップは、前記踏面の縦横比に基づいて補正するステップを含むのが望ましい。

本発明のブロックの剛性の予測方法において、前記サイプが、予測しようとする剛性の方向に対して斜めに傾いた傾斜サイプである場合、前記ブロックとして、前記傾斜サイプが、前記方向と直交する方向に投影した仮想投影サイプに修正された修正ブロックが用いられるのが望ましい。

本発明は、ブロックを、いずれにもサイプが残らないように複数のブロック片に仮想的に分割するステップと、各ブロック片の剛性を計算するステップと、各ブロック片の剛性に基づいてブロックの単体の剛性を計算するステップとを含んでいる。

各ブロック片は、いずれもサイプが残らないため、材料力学の応用によってその剛性を簡単に計算することができる。しかも、本発明は、必要に応じて、各ブロック片の形状及び分割数を自由に設定することができ、ブロックの形状及びサイプの影響を反映させた高い精度の計算結果を得ることができる。

本実施形態のブロックの剛性の予測方法で評価されるタイヤのトレッド部の展開図である。 図１のブロックの斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は、仮想的に分割された図２のブロックの斜視図である。 ブロックの高さ方向にのびかつ互いに直交する平面Ｃ１、Ｃ２で仮想的に分割されたブロックの斜視図である。 ブロックの踏面に沿ってのびる平面で分割されたブロックの斜視図である。 他の分割方法で分割されたブロックの斜視図である。 他の分割方法で分割されたブロックの斜視図である。 傾斜サイプが設けられたブロックの斜視図である。 傾斜サイプが設けられたブロックの斜視図である。 ブロックの剛性の測定方法の説明図である。

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
図１には、本実施形態のブロックの剛性の予測方法（以下、単に「予測方法」ということがある。）で評価される空気入りタイヤ１（以下、単に「タイヤ」ということがある。）のトレッド部２が示されている。

トレッド部２には、タイヤ周方向にのびる縦溝３及びタイヤ軸方向にのびる横溝４で区分されたブロック５が設けられている。

図２には、ブロック５だけを取り出した拡大斜視図が示されている。図２に示されるように、本実施形態のブロック５は、例えば、略直方体状である。ブロック５の踏面６は、例えば、長辺７及び短辺８を有する長方形である。長辺７は、例えば、タイヤ周方向に沿ってのびている。短辺８は、例えば、タイヤ軸方向に沿ってのびている。本実施形態において、予測しようとする剛性の方向Ａは、タイヤ周方向（長辺７）に沿ったものとして定められているものとする。但し、これに限定されるものではない。

ブロック５には、踏面６から切り込まれたサイプ２０が設けられている。サイプ２０は、例えば、前記方向Ａに直交する向きの平面で形成されている。本実施形態のサイプ２０は、例えば、長手方向の両側の外端２２がブロック５の踏面６内で終端するクローズドサイプである。本明細書において、「サイプ」とは、実質的な幅を有しない（例えば、１．０mm以下）切り込みを意味し、排水用の溝とは区別される。

本実施形態の予測方法は、ブロック５を、複数のブロック片に仮想的に分割するステップＳ１と、各ブロック片の剛性を計算するステップＳ２と、各ブロック片の剛性に基づいてブロックの単体の剛性を計算するステップＳ３とを含んでいる。以下、各ステップが詳細に説明される。

［ステップＳ１］
図３（ａ）及び（ｂ）には、仮想的に分割されたブロック５の斜視図が示されている。図３（ａ）及び（ｂ）に示されるように、本実施形態のステップＳ１は、第１平面３１及び一対の第２平面３２でブロック５を分割している。

第１平面３１は、例えば、サイプ２０の底２１を通りかつブロック５の踏面に沿ってのびている。従って、第１平面３１は、ブロック５をタイヤ半径方向内外に分割する。

第２平面３２は、第１平面３１のタイヤ半径方向外側に設けられ、サイプ２０の外端２２を通りかつ前記方向Ａに沿ってのびている。第２平面３２は、ブロック５の踏面に対して垂直に設けられている。

ブロック５は、上述した第１平面３１及び第２平面３２により、略直方体状の第１ブロック片１１乃至第５ブロック片１５に分割されている。

第１ブロック片１１は、例えば、第１平面３１のタイヤ半径方向内側のブロック下部全体で形成されている。このような分割方法は、ブロックの分割する数を減らして計算を簡単にすることができる。

第２ブロック片１２及び第３ブロック片１３は、それぞれ、第１平面３１、第２平面３２、及び、サイプ２０の壁面２３で分割されて形成されている。

第４ブロック片１４及び第５ブロック片１５は、それぞれ、第２ブロック片１２及び第３ブロック片１３の両外側に設けられ、第１平面３１及び第２平面３２で分割されている。

上述の分割方法により、サイプ２０の各壁面２３は、ブロック片１０の外面（本実施形態では、第２ブロック片１２の外面１２ｓ及び第３ブロック片１３の外面１３ｓ）に置換される。これにより、ブロック５は、いずれにもサイプ２０が残らないように複数のブロック片１０に仮想的に分割される。なお、ステップＳ１の具体的な分割方法は、このような態様に限定されるものではなく、種々の方法が採用される。これについては後述する。

［ステップＳ２］
ステップＳ２では、各ブロック片１０の剛性が計算される。本実施形態において、各ブロック片１０は、略直方体であるため、各ブロック片１０の剛性Ｋは、そのせん断剛性Ｋｓ及び曲げ剛性Ｋｍから、下記式（１）で計算することができる。

…（１）
Ｋ：ブロック片の剛性（kg/mm）
Ｋｓ：ブロック片のせん断剛性（kg/mm）
Ｋｍ：ブロック片の曲げ剛性（kg/mm）

各ブロック片１０のせん断剛性Ｋｓは、下記式（２）で求めることができる。

…（２）
Ｅ：ブロック片を構成するゴムのヤング率（kg/mm²）
Ｗ：予測しようとする剛性の方向に直交する方向に沿ったブロック片の長さ（mm）
Ｌ：予測しようとする剛性の方向に沿ったブロック片の長さ（mm）
ｈ：ブロックの高さ（mm）

ブロック片の曲げ剛性Ｋｍは、下記式（３）で計算することができる。

…（３）
Ｉ：ブロック片の断面２次モーメント（mm⁴）

本実施形態のブロック片１０は、略直方体状であるため、ブロック片１０の断面２次モーメントＩは、下記式（４）で計算することができる。

…（４）

式（１）に式（２）乃至（４）を代入すると、ブロック片１０の剛性Ｋは、下記の式（５）で計算することができ、ブロック片１０の寸法及びブロックを構成するゴムのヤング率Ｅから、ブロック片の剛性Ｋを予測することができる。

…（５）

各ブロック片１０は、ステップＳ１において、いずれにもサイプ２０が残らないように分割されている。このため、ステップ２では、材料力学の応用によって各ブロック片１０の剛性を簡単に計算することができる。

しかも、本実施形態の各ブロック片１０は、略直方体状であるため、より簡単かつ高い精度でその剛性を計算することができる。各ブロック片１０は、略直方体状に限定されず、幾何学的形状を有していれば、材料力学の応用によってその剛性を計算することができる。

本実施形態のブロック５は、サイプ２０を除き、前記方向Ａに沿ってのびる第１平面３１及び第２平面３２のみで分割されている。このような分割方法は、サイプ２０の影響を、高い精度で計算結果に反映させることができる。

［ステップＳ３］
ステップＳ３では、ステップＳ２で予測された各ブロック片１０の剛性Ｋに基づいて、ブロック５の単体の全体の剛性Ｋｔが計算される。以下、その計算方法の一例が説明される。

図４には、ブロックＢが、ブロックの高さ方向にのびかつ互いに直交する平面Ｃ１、Ｃ２で仮想的に分割された場合の斜視図が示されている。図４に示されるように、前記平面Ｃ１、Ｃ２で分割されたブロック片ａ乃至ｄは、踏面を平面視した状態で互いに隣り合っている。この場合、ブロックＢの剛性Ｋｔは、各ブロック片ａ乃至ｄの剛性Ｋａ乃至Ｋｄを単純に足し合わせて計算できる。即ち、ブロックＢの剛性Ｋｔは、下記式（６）で計算できる。

…（６）

一方、図５には、ブロックＢが、その踏面に沿ってのびる平面Ｃ３で分割された場合の斜視図が示されている。図５に示されるように、各ブロック片ｅ及びｆがブロック高さ方向で隣り合っている場合、ブロックＢの剛性Ｋｔの逆数は、各ブロック片ｅ及びｆの剛性Ｋｅ及びＫｆの各逆数の和として計算できる。即ち、１／Ｋｔは、下記式（７）で計算できる。

…（７）
即ち、

図３（ａ）及び（ｂ）に示されるように、本実施形態では、ブロック５は、ブロック下部全体を形成する第１ブロック片１１と、第１ブロック片１１のタイヤ半径方向外側に設けられた第２ブロック片１２乃至第５ブロック片１５とに分割されている。このため、図３の実施形態のブロックの剛性Ｋｔは、上記式（２）及び（３）を応用して、下記式（８）で計算できる。

これを整理して、

…（８）

このような計算方法は、各ブロック片の位置関係の影響を、計算結果に反映させることができる。従って、本発明のブロックの剛性の予測方法は、必要に応じて、各ブロック片の形状及び分割数を比較的自由に設定することができる。

図６には、本発明のステップＳ１の他の実施形態が記載されている。図６に示されるように、ブロック５は、サイプ２０の外端２２を通り、前記方向Ａに沿ってブロック５全体を分割する一対の第２平面３２、３２と、その間で、サイプ２０の底を通りかつブロック５の踏面に沿ってのびる第１平面３１とで区分されている。このような分割方法は、第２平面３２の外側の部分を、一つのブロック片１０としている。従って、このような分割方法は、図３の分割方法よりも、各第２平面３２の外側に位置する第４ブロック片１４及び第５ブロック片１５の影響を、大きく計算結果に反映させる。このため、このような分割方法は、例えば、サイプの長さが比較的小さい場合に用いられるのが望ましい。

図７には、さらに他の実施形態のブロックの分割方法が記載されている。図７に示されるように、ブロック５は、第１平面３１、一対の第２平面３２、３２、及び、第３平面３３で分割されている。

この実施形態では、第１平面３１は、サイプ２０の底を通ってブロック５の踏面に沿ってのび、ブロック５をタイヤ半径方向内外に分割している。第２平面３２は、サイプ２０の外端２２を通り、前記方向Ａに沿ってブロック５全体を分割している。第３平面３３は、サイプ２０の長手方向に沿って、ブロック５を前記方向Ａの一方側及び他方側に分割している。これにより、ブロック５は、１２個のブロック片１０に分割されている。

このような分割方法は、図３の分割方法よりも、サイプの影響を計算結果に大きく反映させる。このため、このような分割方法は、サイプの長さ、幅及び深さが比較的大きい場合に用いられるのが望ましい。

本発明のさらに他の実施形態として、各ブロック片の剛性を補正することができる。図３（ａ）に示されるように、ブロック５の踏面が長方形の場合、ブロック５の踏面の縦横比によって、ブロック片１０の剛性Ｋに対する、ブロック片１０の曲げ剛性Ｋｍ及びせん断剛性Ｋｓの影響の比率が変化する。このため、ブロック片１０の剛性Ｋを計算するステップＳ２は、ブロック５の踏面の縦横比に基づいて補正するステップを含むのが望ましい。従って、例えば、ブロック片１０の剛性Ｋは、下記式（９）のように、ブロック片１０のせん断剛性Ｋｓ及び曲げ剛性Ｋｍに、それぞれ、踏面の縦横比で定まる補正係数ａ及びｂを乗じて計算されるのが望ましい。

…（９）

補正係数ａ及びｂは、例えば、踏面の縦横比を変化させた複数のブロック片について、その剛性の計算値と実測値とを求め、計算値と実測値との相関をとることにより、求めることができる。

図８及び９には、本発明の他の実施形態として、傾斜サイプ２５が設けられたブロック５の斜視図が示されている。傾斜サイプ２５は、予測しようとする剛性の方向Ａに対して斜めに傾いたサイプである。図８に示されるように、ブロック５に傾斜サイプ２５が設けられている場合、ブロック５として、傾斜サイプ２５が仮想投影サイプ２６に修正された修正ブロック５ｍが用いられるのが望ましい。仮想投影サイプ２６は、傾斜サイプ２５を方向Ａと直交する方向に投影した仮想的なサイプである。これにより、ブロック片の形状を直方体にすることができ、上述した計算方法で簡単かつ高精度にブロック５の剛性を計算することができる。

仮想投影サイプ２９は、予測しようとする剛性の方向に応じて、投影される方向が決定される。即ち、図９に示されるように、予測しようとする剛性の方向Ｂがタイヤ軸方向に沿っている場合、仮想投影サイプ２６は、傾斜サイプ２５を方向Ｂと直交する方向に投影され、タイヤ周方向に沿ってのびている。

仮想投影サイプ２６は、傾斜サイプ２５の長手方向の中心２５ｃを通るのが望ましい。このような仮想投影サイプ２６は、傾斜サイプ２５の影響を、さらに高精度で計算結果に反映させることができる。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施されうる。

トレッド部のブロックが、表１の仕様に基づき試作された。これらのブロックの剛性が、本発明に係る下記予測方法（１）乃至（３）により予測された。しかも、試作されたブロックの剛性が測定された。予測方法（１）乃至（３）及びブロックの剛性の測定方法は、以下の通りである。
予測方法（１）：図３の方法でブロックを分割して行う。
予測方法（２）：図６の方法でブロックを分割して行う。
予測方法（３）：図７の方法でブロックを分割して行う。

＜ブロックの剛性＞
図９に示されるように、ブロックＢの踏面ｂの全面に接着される当て板（図示しない）を用いて、縦荷重０の状態において測定方向Ａの荷重ｆを与えたときの、ブロックＢの踏面ｂの測定方向Ｄの位置ずれ量ｔが測定された。ブロックの剛性は、タイヤ周方向の荷重ｆと位置ずれ量ｔとの比ｆ／ｔ（kg/mm）で特定された。
テスト結果が表１に示される

テストの結果、表１で示されるように、本発明の前記予測方法（１）乃至（３）において、ブロックの剛性の実測値と予測値との差の絶対値ｔの平均値ｔａは、下記の通りであり、本発明の予測方法は、高い精度でブロックの剛性を予測できることが確認できた。
予測方法（１）：ｔａ＝０．４１
予測方法（２）：ｔａ＝０．５６
予測方法（３）：ｔａ＝０．９３

２ トレッド部
５ ブロック
１０ ブロック片
２０ サイプ

Claims (8)

1. タイヤのトレッド部に設けられ、かつ、踏面から切り込まれたサイプを有するブロックの単体の剛性を予測するための方法であって、
   前記ブロックを、いずれにもサイプが残らないように複数のブロック片に仮想的に分割するステップと、
   前記各ブロック片の剛性を計算するステップと、
   前記各ブロック片の剛性に基づいて前記ブロックの単体の剛性を計算するステップとを含み、
   前記サイプが、予測しようとする剛性の方向に対して斜めに傾いた傾斜サイプである場合、
   前記ブロックとして、前記傾斜サイプが、前記方向と直交する方向に投影した仮想投影サイプに修正された修正ブロックが用いられることを特徴とするブロックの剛性の予測方法。
   
2. 前記ブロックは、略直方体状であり、
   前記サイプは、平面状であり、
   前記各ブロック片は、略直方体状である請求項１記載のブロックの剛性の予測方法。
3. 前記サイプは、底を有し、
   前記分割するステップは、前記サイプの底を通りかつ前記踏面に沿った第１平面で前記ブロックを分割する請求項１又は２記載のブロックの剛性の予測方法。
4. 前記第１平面は、前記ブロックをタイヤ半径方向内外に分割し、
   前記分割するステップは、前記第１平面のタイヤ半径方向内側のブロック下部全体を一つの前記ブロック片とする請求項３記載のブロックの剛性の予測方法。
5. 前記サイプは、その長手方向の両側の外端がブロック内で終端し、
   前記分割するステップは、前記サイプの前記外端を通りかつ予測しようとする剛性の方向に沿ってのびる一対の第２平面で前記ブロックを分割する請求項１乃至４のいずれかに記載のブロックの剛性の予測方法。
6. 前記分割するステップは、予測しようとする剛性の方向に沿ってのびる平面のみで前記ブロックを分割する請求項１乃至５のいずれかに記載のブロックの剛性の予測方法。
7. 前記ブロックの踏面は、長方形であり、
   前記ブロック片の剛性を計算するステップは、前記踏面の縦横比に基づいて補正するステップを含む請求項１乃至６のいずれかに記載のブロックの剛性の予測方法。
8. 前記サイプは、その長手方向の両側の外端がブロック内で終端し、
   前記分割するステップは、前記サイプの前記外端を通りかつ予測しようとする剛性の方向に沿ってのびる一対の第２平面で前記ブロック全体を分割し、
   前記第１平面は、一対の前記第２平面の間で前記ブロックを分割する請求項３に記載のブロックの剛性の予測方法。

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