JP6472022B2 - 空気入りタイヤ及びその成形型 - Google Patents

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Description

本発明は、空気入りタイヤ及びその成形型に関する。
従来、例えばスタッドレスタイヤにおいては、ブロックやリブなどの陸部にサイプと呼ばれる切り込みが設けられ、サイプによるエッジ効果により摩擦係数が低い氷雪路面での安定した走行を可能としている。かかるサイプは上記のような効果が得られる反面、図９に示すように、サイプ１０１により陸部１０２の剛性が低下して、接地時における陸部１０２の変形（倒れ込み）が大きくなり、エッジ効果がかえって損なわれたり、耐偏摩耗性が低下したりすることがある。そこで、陸部の変形を抑制するために、サイプの形状を深さ方向で変化させた、いわゆる三次元サイプが提案されている。しかし、三次元サイプは、タイヤ脱型時にサイプ板をトレッドゴム表面から抜くときの抵抗が大きく、ゴムの欠損の要因となる。
特許文献１には、サイプの対向する一対の壁面に２０〜３００μｍの凹凸を設けて、一対の壁面間の摩擦抵抗を高めることにより、陸部の変形を抑制することが開示されている。また、特許文献２には、サイプの壁面にレリーフと称されるリブを斜めに傾斜した格子状に設けるとともに、壁面の全体をサイプ幅の１／１００〜１／１０の平均粗さに形成して、これらのマクロレベルの粗さとミクロレベルの粗さの組み合わせにより、一対の壁面間の係止効果を高めることが開示されている。しかしながら、このようにサイプの壁面粗さを粗くする手法では、陸部の変形抑制効果が必ずしも十分とは言えない。
なお、特許文献３には、タイヤ脱型時にサイプ板をトレッドゴム表面から抜くときのサイプの壁面同士の密着によるブロックの倒れ込みを抑制するために、サイプの壁面に５０〜２００μｍの凹凸を設けることが開示されている。しかし、特許文献１と同様に、サイプの壁面を粗くするものであるため、タイヤの接地時における陸部の変性抑制効果が不十分である。
一方、特許文献４には、氷上での制動性能を向上するために、サイプの幅を一般的な幅よりも薄い０．１〜０．３ｍｍに設定するとともに、サイプ板を補強するためにサイプ深さ方向に延在する柱状空間を設けることが開示されているが、サイプの壁面を鏡面化することは開示されていない。
特開平８−１７５１１５号公報 特表２００５−５０５４５６号公報 特開平８−２５８５１５号公報 特開平１１−４２９１３号公報
従来の一般的なサイプの幅は０．６〜１．５ｍｍ程度であり、比較的幅広である。また、一般にタイヤ成形型においては、サイプを成形するためのサイプ板を型面に取り付けた後、型面全体を平滑化するためにサンドブラスト処理が施される。サイプ板は仮に型面への取り付け前の表面が鏡面であったとしても、サンドブラスト処理によりある程度粗面化することが避けられない。そのため、従来のサイプ板により成形されたサイプの壁面は、一見平坦なものであっても、算術平均粗さＲａが２．５μｍ以上の粗さを持っている。このような比較的広幅でかつ表面の粗い壁面を持つサイプでは、タイヤの接地時における陸部の変形を抑制することができない。
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、サイプを設けつつ接地時における陸部の変形を抑制することができる空気入りタイヤ及びその成形型を提供することを目的とする。
本発明者は、タイヤ接地時における陸部の変形を抑制するための手段として、上記従来のサイプ壁面に凹凸を設けて引っかかりを持たせることとは全く異なり、サイプ壁面の平滑性を高めることで、上記課題が解決できることを見出した。
本発明の第１の実施形態は、トレッドに設けられた陸部と、前記陸部に設けられたサイプとを備え、前記サイプは、幅が０．４ｍｍ以下の幅狭部を含み、前記幅狭部は、対向する一対の壁面の算術平均粗さＲａが１．６μｍ以下である、空気入りタイヤである。
本発明の第２の実施形態は、トレッドに設けられた陸部と、前記陸部に設けられたサイプとを備え、前記サイプは、対向する壁面間に浸入した水によって形成される水膜により前記壁面同士が吸着することを可能にする表面の平滑性と間隔を有する、対向する一対の壁面を持ち、前記平滑性は算術平均粗さＲａが１．６μｍ以下であり、前記間隔は０．４ｍｍ以下である、空気入りタイヤである。
本発明の第３の実施形態は、トレッドに形成される陸部にサイプを成形するためのサイプ板を備え、前記サイプ板は、厚みが０．４ｍｍ以下である薄板部を含み、前記薄板部は、前記サイプの対向する一対の壁面を成形する一対の側面の算術平均粗さＲａが１．８μｍ以下である、空気入りタイヤの成形型である。
本実施形態によれば、氷雪路面などの水分を含む路面に接地したときに、サイプ内に水が取り込まれて壁面同士が吸着ないし密着しやすくなるので、接地時における陸部の変形を抑制することができる。
実施形態１に係る空気入りタイヤのトレッドパターンを示す展開図。 実施形態１のブロックをその一部の拡大図とともに示す平面図。 （Ａ）図２のIIIa−IIIa線断面図。（Ｂ）図２のIIIb−IIIb線断面図。 実施形態１に係るサイプ板を示すタイヤ成形型の要部拡大斜視図。 実施形態１におけるタイヤ接地時の状態を示すブロックの拡大断面図。 実施形態２に係るブロックをその一部の拡大図とともに示す平面図。 （Ａ）図６のVIIa−VIIa線断面図。（Ｂ）図６のVIIb−VIIb線断面図。 実施形態２に係るサイプ板を示すタイヤ成形型の要部拡大斜視図。 従来のブロックにおけるタイヤ接地時の状態を示す断面図。 耐偏摩耗性の評価における段差摩耗量を示す模式図。
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
［実施形態１］
実施形態に係る空気入りタイヤは、図示を省略したが、左右一対のビード部及びサイドウォール部と、左右のサイドウォール部の径方向外方端部同士を連結するように両サイドウォール部間に設けられたトレッド部１０とを備えて構成されており、トレッドパターン以外については一般的なタイヤ構造を採用することができる。
トレッド部１０の表面には、図１に示すように、タイヤ周方向に延びる複数本の主溝（周方向溝）１２と、該主溝１２に交差する方向（タイヤ幅方向）に延びる複数本の横溝（幅方向溝）１４が設けられている。これらの主溝１２と横溝１４とにより、複数の陸部としてのブロック１６が区画形成されている。ブロック１６には、タイヤ周方向に対して交差する方向に延びるサイプ１８が設けられている。サイプ１８は、この例では、両端がブロック縁に開口しない切込み（即ち、主溝１２に開口せずにブロック１６内で終端する切込みであり、閉塞サイプ（クローズドサイプ）ともいう。）である。なお、図中の符号ＣＬはタイヤ赤道を示す。
図２に拡大して示すように、サイプ１８は、タイヤ幅方向に平行に延びる直線状のサイプであり、各ブロック１６に一本ずつ設けられている。また、図３（Ｂ）に示すように、サイプ１８は、サイプ深さ方向Ｄにおける幅方向の断面形状が、タイヤ径方向に延在する直線状である。サイプ１８は、サイプ長さ方向Ｌ及びサイプ深さ方向Ｄにおいて一定の幅Ｗで形成されている。なお、サイプ１８は、各ブロック１６において、複数本をタイヤ周方向に間隔をあけて設けてもよい。また、サイプ１８は、タイヤ幅方向に対して傾斜して延びるものでもよい。また、図２に示す平面視において直線状のサイプには限らず、平面視が波形の（即ち、波形の開口部を備えた）サイプでもよい。
本実施形態において、サイプ１８は、幅Ｗが０．６ｍｍ以下の幅狭部２０を含み、該幅狭部２０は、対向する一対の壁面２２，２４の算術平均粗さＲａが１．６μｍ以下に設定されている。すなわち、サイプ１８は、表面の算術平均粗さＲａが１．６μｍ以下でありかつ間隔Ｗが０．６ｍｍ以下である、対向する一対の壁面２２，２４を持つ。この例では、サイプ１８の全体が幅狭部２０に形成されており、従って、サイプ１８は、その全体において、幅Ｗが０．６ｍｍ以下であり、かつ、対向する一対の壁面２２，２４の算術平均粗さＲａが１．６μｍ以下に設定されている。
サイプ１８の幅（即ち、一対の壁面２２，２４の間隔）Ｗは、０．４ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．３ｍｍ以下である。幅Ｗは、その値が小さいほど、サイプ１８内に取り込まれた水による吸着効果が高くなるので、下限は特に限定されず、例えば０．１ｍｍ以上でもよい。
サイプ１８の対向する両壁面（溝壁面）２２，２４は、上記のように表面の算術平均粗さＲａが１．６μｍ以下であり、従来の一般的なサイプ壁面に対して平滑化ないし鏡面化されている。これら壁面２２，２４の算術平均粗さＲａは、１．３μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１．０μｍ以下である。算術平均粗さＲａは、その値が小さいほど、平滑性が高く、サイプ１８内に取り込まれた水による吸着効果が高くなるので、下限は特に限定されず、例えば０．１μｍ以上でもよく、０．５μｍ以上でもよい。ここで、算術平均粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２０１３に従って定義されるものであり、詳細には、粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から測定曲線までの偏差の絶対値を合計し、平均した値である。
図４は、上記のサイプ１８をブロック１６に成形するための金属板であるサイプ板５２を備えたタイヤ成形型（成形金型）５０の要部を示したものである。なお、図４中の符号６０は、上記の主溝１２及び横溝１４を成形するリブを、一部切り欠いた状態にて模式的に示している。
サイプ板５２は、厚みＴが０．６ｍｍ以下である薄板部５４を含み、薄板部５４は、サイプ１８の対向する一対の壁面２２，２４を成形する一対の側面５６，５８の算術平均粗さＲａが１．８μｍ以下に設定されている。この例では、サイプ板５２の全体が薄板部５４に形成されており、従って、サイプ板５２は、その全体において、厚みＴが０．６ｍｍ以下であり、かつ、表裏両側面５６，５８の算術平均粗さＲａが１．８μｍ以下である平板状に形成されている。
一般に、サイプ板５２の側面５６，５８により転写されるサイプ１８の壁面２２，２４の表面粗さは、サイプ板５２の側面５６，５８の表面粗さよりも小さくなるので、サイプ板５２の側面５６，５８の算術平均粗さＲａを１．８μｍ以下に設定することにより、サイプ１８の壁面２２，２４の算術平均粗さＲａを１．６μｍ以下に設定することができる。サイプ板５２の側面５６，５８の算術平均粗さＲａは、１．６μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１．３μｍ以下であり、また下限は、例えば０．１μｍ以上でもよく、０．５μｍ以上でもよい。
サイプ板５２の厚みＴは、上記のサイプ１８の幅Ｗと同様、０．４ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．３ｍｍ以下であり、また下限は、例えば０．１ｍｍ以上でもよい。
タイヤ成形型５０について、サイプ板５２を除く、その他の構成は一般的なタイヤ成形型の構成を採用することができる。本実施形態では、該複数のサイプ板５２をタイヤ成形型５０の型面におけるサイプ１８に対応する位置に植え込み、該タイヤ成形型５０を使用して未加硫のグリーンタイヤを常法に従い加硫成形することにより、上述した空気入りタイヤ１０を製造することができる。その際、一般にタイヤ成形型の作製過程においては、サイプ板を型面に取り付けた後、型面全体を平滑化するためにサンドブラスト処理を施すので、そのままではサイプ板５２の側面５６，５８の表面が粗面化されてしまう。そのため、本実施形態では、サイプ板５２の側面５６，５８をマスキングした状態でサンドブラスト処理し、処理後にマスキングシートを除去するようにしてもよい。あるいはまた、マスキングせずにサンドブラスト処理した後、サイプ板５２の側面５６，５８を研磨することで、上記所定の算術平均粗さＲａを持つようにしてもよい。
以上よりなる本実施形態の空気入りタイヤ１０であると、図５に示すように、ブロック１６が氷雪路面などの水分を含む路面Ｓに接地したときに、サイプ１８内に水が取り込まれることで、サイプ１８の対向する壁面２２，２４同士が密着する。すなわち、サイプ１８の対向する一対の壁面２２，２４は、両者の間隔Ｗが狭くかつ表面が平滑で凹凸がないので、空気が残存せずに水膜Ｆを介して密着した状態となる。その際、図示するように、壁面２２，２４間の水圧と大気圧との差異により吸着ないし圧着効果が得られると考えられる。このように壁面２２，２４同士の密着効果が得られるので、ブロック１６の剛性を上げることができ、よって、サイプ１８を設けたものでありながら、接地時におけるブロック１６の変形を抑制することができる。従って、耐偏摩耗性を高めることができるとともに、エッジ効果を発揮して氷上性能を向上することができる。
このような観点から、本実施形態において、サイプ１８の上記対向する一対の壁面２２，２４は、当該壁面２２，２４間に浸入した水によって形成される水膜Ｆにより壁面２２，２４同士が吸着することを可能にする表面の平滑性Ｒａと間隔Ｗを有するものであり、従来サイプに比べて狭い幅と高い平滑性を持つことにより、壁面２２，２４同士が吸着し一体化する効果を発揮して、ブロック１６の剛性を向上することができる。
本実施形態によれば、また、サイプ板５２が平滑であるため、タイヤ製造時の脱型に際し、サイプ板５２をトレッドゴム表面から抜くときの抵抗が小さく、ゴムの欠損を抑制することができる。
［実施形態２］
図６〜８に基づいて実施形態２に係るサイプ及びサイプ板の構成について説明する。実施形態２のサイプ１８Ａは、対向する一対の壁面２２，２４の少なくとも一方に、サイプ深さ方向Ｄに延びる少なくとも一本の凹溝３０が設けられた点で実施形態１とは異なる。
詳細には、この例では、凹溝３０は一方の壁面２２のみに設けられており、当該一方の壁面２２において、３本の凹溝３０がサイプ長さ方向Ｌに間隔をおいて（ここでは等間隔に）設置されている。凹溝３０は、サイプ１８Ａの幅Ｗと同等以下の幅Ｗ１（サイプ長さ方向Ｌにおける凹溝３０の寸法）を持つ細溝であり、図６に示す平面視での凹溝３０の陥没深さＫ１がサイプ１８Ａの幅Ｗに対して同等以下に設定されている。凹溝３０は、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、サイプ１８Ａにおいてその深さ方向Ｄの全体にわたって形成されており、サイプ１８Ａの開口面から底に至るまで直線状に形成されている。
図８は、サイプ１８Ａをブロック１６に成形するためのサイプ板５２Ａを示したものである。このサイプ板５２Ａでは、上記の凹溝３０を成形するために、サイプ板５２Ａの一対の側面５６，５８の少なくとも一方に、サイプ深さ方向Ｄに延びる少なくとも一本の凸条６２が設けられている。この例では、凸条６２は、一方の側面５６のみに設けられており、当該一方の側面５６において、３本の凸条６２がサイプ長さ方向Ｌに間隔をおいて設置されている。凸条６２の形状については、上記凹溝３０の形状と同様、サイプ板５２Ａの厚みＴと同等以下の幅を持ち、かつ断面視での突出高さが厚みＴに対して同等以下に設定されている。また、凸条６２は、サイプ板５２Ａの高さ方向の全体にわたって形成されており、サイプ板５２Ａの根元から先端に至るまで直線状に形成されている。
実施形態２について、サイプ１８Ａの幅Ｗ及び壁面２２，２４の平滑性、並びにサイプ板５２Ａの厚みＴ及び側面５６，５８の平滑性を含む、その他の構成については、実施形態１と同様であり、説明は省略する。
実施形態２であると、上記の実施形態１での作用効果に加えて、次の作用効果が奏される。すなわち、サイプ１８Ａの壁面２２に凹溝３０を設けたことにより、サイプ１８Ａ内への水の導入を促進することができる。このように凹溝３０はサイプ１８Ａ内に水を引き込むためのものであり、凹溝３０を設けることで、上記の壁面２２，２４同士の密着作用を早期に発生させることができる。
［他の実施形態］
上記実施形態では、壁面２２，２４同士の密着効果を発揮する幅狭かつ平滑化された幅狭部２０をサイプ１８，１８Ａの全体に形成したが、必ずしも全体に形成する必要はない。サイプ１８，１８Ａは、幅狭部２０とともに、より幅の広い部分や、幅Ｗは０．６ｍｍ以下であるが平滑化されていない部分等を含んでもよい。好ましくは、サイプ１８，１８Ａは、上記幅狭部２０を主として含むことであり、具体的には、壁面２２の５０％以上（より好ましくは７０％以上）に相当する部分が幅狭部２０であることが好ましい。以上の点、サイプ板５２，５２Ａの薄板部５４についても同様である。
上記実施形態では、サイプ１８，１８Ａをクローズドサイプとしたが、一端が主溝に開口し他端がブロック内で終端する片側オープンサイプや、両端が主溝に開口する両側オープンサイプに適用してもよい。
上記実施形態では、陸部としてブロック１６にサイプ１８，１８Ａを設置した例について説明したが、上記のようなサイプ１８，１８Ａを設ける陸部としてはブロックには限定されず、タイヤ周方向に連続するリブであってもよい。また、上記のサイプ構成は、トレッドパターン内の全ての陸部に対して適用してもよいが、トレッドパターン内の一部の陸部に対してだけ適用してもよい。
本実施形態は、陸部の倒れ込み抑制効果が大きいことから、ブロック基調のトレッドパターンを備えたタイヤに適用することが好適であり、アイス性能を改善可能であることから、例えばスタッドレスタイヤ（冬用タイヤ）に適用することが好適である。タイヤの用途としては、特に限定されず、乗用車用タイヤでも、トラックやバスに用いられる重荷重用タイヤでもよい。
本実施形態におけるサイプの幅は、タイヤを正規リムに装着して正規内圧を充填した無負荷の正規状態でのものである。正規リムとは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、当該規格がタイヤ毎に定めるリムであり、例えばＪＡＴＭＡであれば標準リム、ＴＲＡであれば"Design Rim"、或いはＥＴＲＴＯであれば"Measuring Rim"である。また、正規内圧とは、該規格体系において、各規格がタイヤ毎に定めている空気圧であり、ＪＡＴＭＡであれば最高空気圧、ＴＲＡであれば表"TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES"に記載の最大値、ＥＴＲＴＯであれば "INFLATION PRESSURE" である。
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。
上記実施形態の効果を確認するために、ブロックパターンの重荷重用空気入りラジアルタイヤ（サイズ：１１Ｒ２２．５ １６Ｐ．Ｒ．）について、実施例と比較例の各タイヤを試作した。各タイヤのサイプ構成は下記表１に示す通りであり、サイプの幅、壁面の表面粗さ及び凹溝の有無の点を除き、その他のタイヤ構成は全て同一とした。実施例１は図３（Ａ）に示す実施形態１に係る凹溝のないサイプ構成を持つ例であり、実施例２及び３は図７（Ａ）に示す実施形態２に係る凹溝を設けたサイプ構成を持つ例である。比較例１及び２は、実施例１と同様、凹溝のないサイプ構成の例であり、サイプの幅及び／表面粗さが実施例１とは異なる。
なお、表中の算術平均粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２０１３に準拠し、（株）東京精密製の触針式表面粗さ計「Ｅ−３５Ａ」を使用して測定した。
各タイヤについて、耐偏摩耗性を評価した。耐偏摩耗性の評価は、タイヤをリム（２２．５×７．５０）に組み付けた後、内圧７００ｋＰａを充填し、車両総重量２０トンの大型トラックの駆動軸に装着した後、最大積載量の８０％の荷重条件にて所定の走行距離（約７０００ｋｍと約２５０００ｋｍ)に至るまで、舗装された乾燥路および氷雪路を走行した時の、タイヤ周方向における前後のブロック間の段差摩耗量Ｘ（図１０参照）を測定した。各走行距離について、比較例１の段差摩耗量の値を１００とした指数で表示した。指数が小さいほど、耐偏摩耗性は良好である。
結果は表１に示す通りであり、幅広かつ表面の粗いサイプを設けた比較例１に対して、幅狭かつ表面を平滑化した実施例１〜３では、段差摩耗量が小さく、耐偏摩耗性が顕著に改善されていた。
Figure 0006472022
１０…トレッド部、１６…ブロック、１８，１８Ａ…サイプ、２０…幅狭部、２２，２４…壁面、３０…凹溝、５０…タイヤ成形型、５２…サイプ板、５４…薄板部、５６，５８…側面、６２…凸条、Ｗ…サイプの幅、Ｔ…サイプの厚み、Ｆ…水膜

Claims (5)

  1. トレッドに設けられた陸部と、前記陸部に設けられたサイプとを備え、
    前記サイプは、幅が０．４ｍｍ以下の幅狭部を含み、前記幅狭部は、対向する一対の壁面の算術平均粗さＲａが１．６μｍ以下である、空気入りタイヤ。
  2. トレッドに設けられた陸部と、前記陸部に設けられたサイプとを備え、
    前記サイプは、対向する壁面間に浸入した水によって形成される水膜により前記壁面同士が吸着することを可能にする表面の平滑性と間隔を有する、対向する一対の壁面を持ち、前記平滑性は算術平均粗さＲａが１．６μｍ以下であり、前記間隔は０．４ｍｍ以下である、空気入りタイヤ。
  3. 前記サイプの対向する一対の壁面の少なくとも一方に、サイプ深さ方向に延びる少なくとも一本の凹溝が設けられた、請求項１又は２記載の空気入りタイヤ。
  4. トレッドに形成される陸部にサイプを成形するためのサイプ板を備え、
    前記サイプ板は、厚みが０．４ｍｍ以下である薄板部を含み、前記薄板部は、前記サイプの対向する一対の壁面を成形する一対の側面の算術平均粗さＲａが１．８μｍ以下である、空気入りタイヤの成形型。
  5. 前記サイプ板の前記一対の側面の少なくとも一方に、サイプ深さ方向に延びる少なくとも一本の凸条が設けられた、請求項４記載の空気入りタイヤの成形型。
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