JPWO2013035889A1 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

トレッド部の放熱を促進し、トレッド部の温度を低下させた空気入りタイヤを提供する。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、溝幅が溝深さより小さい細溝が形成され、前記細溝のタイヤ周方向に対向する溝壁面の少なくとも一方に、トレッド踏面に開口する流入部が形成されている。

Description

本発明は、トレッド部の放熱を促進し、トレッド部の温度を低下させた空気入りタイヤ、特には建設車両用の空気入りタイヤに関するものである。

タイヤの負荷転動時にトレッド部が発熱すると、トレッド部が高温となり、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。そこで、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には、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）。

特開２００３−２０５７０６号公報

しかしながら、上述した方法では、温度低下効果をより向上させるためには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、溝の面積の増加を最小限に抑えて、トレッド部の放熱を促進し、トレッド部の温度を低下させた空気入りタイヤを提供することにある。

本発明の要旨は、以下のとおりである。
（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、溝幅が溝深さより小さい細溝が形成され、
前記細溝のタイヤ周方向に対向する溝壁面の少なくとも一方に、トレッド踏面に開口する流入部が形成されている、
ことを特徴とする空気入りタイヤ。

（２）前記細溝は、その両端が陸部内で終端していることを特徴とする上記（１）に記載の空気入りタイヤ。

（３）前記流入部は、前記細溝の溝壁面に開口する側の深さが最も深いことを特徴とする上記（１）または（２）に記載の空気入りタイヤ。

（４）前記流入部は、その深さが、前記細溝の溝壁面に開口する側に向かって漸増していることを特徴とする上記（３）に記載の空気入りタイヤ。

（５）前記流入部は、前記細溝の長手方向の一部に形成されていることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

（６）前記流入部が、前記細溝の両方の溝壁面に形成されていることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

（７）前記細溝の一方の溝壁面に形成されている前記流入部の、前記細溝の長手方向に沿った中心と、前記細溝の他方の溝壁面に形成されている前記流入部の、前記細溝の長手方向に沿った中心と、は、前記細溝の長手方向に間隔があいていることを特徴とする上記（６）に記載の空気入りタイヤ。

本発明により、溝の面積の増加を最小限に抑えているため陸部剛性の低下を招くことなく、トレッド部の放熱を促進し、トレッド部の温度を低下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。 本発明の作用を説明するための図である。 細溝内部の風速ベクトルを示す図である。 流入部の変形例を示す図である。 流入部の変形例を示す図である。 流入部の変形例を示す図である。 流入部の変形例を示す図である。 本発明のシミュレーションに用いたモデルを示す図である。 流入部のスロープ角度の影響を示すグラフである。 実施例および比較例として空気入りタイヤのトレッドパターンの一部を示す図である。 実施例および比較例の結果を示すグラフである。 流入部の長さと細溝の長さの影響を示すグラフである。

以下に、図面を参照しながら本発明の空気入りタイヤを詳細に説明する。
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展開図である。トレッド踏面１には、タイヤ赤道面ＣＬを挟んでタイヤ周方向に沿って延びる１対の中央周方向溝２と、これらの中央周方向溝２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３と、タイヤ幅方向に沿って延びるとともに中央周方向溝２および側方周方向溝３に連通する中間幅方向溝４と、タイヤ幅方向に沿って延びるとともに側方周方向溝３に連通しトレッド端ＴＥに延びる側方幅方向溝５と、が形成されている。
中央周方向溝２によって、タイヤ赤道面ＣＬを含むリブ状中央陸部６が形成されている。中央周方向溝２と側方周方向溝３と中間幅方向溝４とによって、ブロック状中間陸部７が形成されている。側方周方向溝３と側方幅方向溝５とによって、ブロック状側方陸部８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のいずれにも適用可能である。中間幅方向溝４および側方幅方向溝５は、タイヤ幅方向に対して傾斜してもよいし、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５は、トレッド端ＴＥに連通していなくてもよい。

リブ状中央陸部６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９が形成されている。図１（ｂ）に示すように、細溝９の溝幅ｗ９は、溝深さｄ９より小さい（狭い）。
また、細溝９のタイヤ周方向に対向する溝壁面に、トレッド踏面に開口する流入部１０が形成されている。
なお、図示する細溝の配置は一例であり、本発明の細溝は、リブ状中央陸部６の他、ブロック状中間陸部７およびブロック状側方陸部８に設けることもできる。また、細溝９は、タイヤ周方向に対して任意の角度θ（０＜θ≦９０°）で傾斜しているものとすることができるが、好適には、タイヤ幅方向に対して０°以上６０°以下の角度で傾斜している。
さらに、複数の細溝９は、互いに平行に形成されていなくてもよい。図示例のように、細溝９は、その両端がリブ状中央陸部６内で終端していることが、リブ状中央陸部６の剛性を確保する観点で好ましいが、細溝９は、その両端が中央周方向溝２に開口していてもよい。

以下、本発明の作用を説明する。
図２（ａ）に示すように、タイヤが転動すると、タイヤの周囲には進行方向とは反対方向に風が流れる。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すると、溝内に風を取り込むことができない。すなわち、図２（ａ）のＸで示す部分を図２（ｂ）に示すと、風の大部分は、矢印Ａで示すようにトレッド踏面１に形成された細溝９内には取り込まれず、風の一部のみが矢印Ｂで示すように細溝９内に取り込まれる。しかし、矢印Ｂの風も、細溝９の溝底まで到達することはなく、細溝９の浅い部分を通過して細溝９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、図２（ｃ）に示すように、細溝９の風上側の溝壁面に流入部１０を形成することにより、風の大部分を細溝９内に取り込むとともに、細溝９内に取り込んだ風を溝底まで到達させ、風下側の溝壁面に流入部１０を形成している場合は、この流入部１０から風を流出させることができる。なお、風下側の溝壁面に流入部１０を形成していない場合も、細溝９の端部で行き場を失った風は、風下側の溝壁面の端部から流出する。これにより、トレッド部の温度を低下させる効果を高めることができる。
特に、建設車両用の空気入りタイヤでは、図中Ｘで示すタイヤの車両側（トレッド踏面側と反対側）が車両に覆われず露出しているため、本発明の効果が顕著に現れる。

また、図３を参照して、細溝９の内部の風速ベクトルの数値解析を説明する。
図３（ａ）は、タイヤ幅方向に対して３０°で傾斜させた細溝９について、流入部１０を設けない場合を示し、図３（ｂ）は、風上側および風下側に流入部１０を設けた場合を示す。また、図３（ｃ）は流速を示す。なお、細溝９の大きさは、長手方向の長さ２００ｍｍ、幅１０ｍｍ、深さ１００ｍｍであり、タイヤ幅方向に対して３０°で傾斜している。また、流入部１０の大きさは、長さ（細溝９の長手方向に沿った長さ）５０ｍｍ、幅５０ｍｍ、最深部の深さ２０ｍｍである。
図３（ａ）に示すように、流入部１０を設けない場合は、細溝９の内部にほとんど風が取り込まれていないことがわかる。
一方、図３（ｂ）に示すように、流入部１０を設けた場合は、風上側の溝壁面の流入部１０付近で風速ベクトルが最大となり、細溝９の内部に風が取り込まれ、風下側の溝壁面の流入部１０付近でまた、風速ベクトルが大きくなることが分かる。

細溝９のいずれか一方の溝壁面に流入部１０が形成されている場合は、細溝９の風上側の溝壁面に、流入部１０が形成されているように、空気入りタイヤを車両に装着すればよい。
ただし、細溝９のいずれか一方の溝壁面に流入部１０を形成すると、パターンが方向性をもち、利便性が低下するため、上述した図示例のように、細溝９の両側の溝壁面に流入部１０を形成して非方向性パターンとすることが好ましい。
なお、風上側の溝壁面に形成された流入部１０は空気を流入させる（取り込む）働きをするのに対し、風下側の溝壁面に形成された流入部１０は空気を流入させる働きをしない。よって、風上側の溝壁面に形成された流入部１０から細溝９に流入し細溝９内を通って風下側の溝壁面に形成された流入部１０に抜けるような風の流れが形成される。

なお、細溝９の溝幅ｗ９を、溝深さｄ９より狭く設定したのは、細溝９が浅くかつ幅広の場合、流入部１０を形成しなくても、風を細溝９内に取り込み易いので本発明の効果が低いためである。また、細溝９が浅い場合、細溝９壁面の熱伝達率を上げても温度低減効果がトレッド部の内部まで届き難いためである。

流入部１０は、陸部の大きさに対して十分小さくても、細溝９内の風量を増加させることができるので、流入部１０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、細溝９の長手方向全体にわたる長さの流入部１０を設けると、細溝９の長手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９内を流れることができず、また細溝９から流出されるのが妨げられる。特に、細溝９が独立している場合（細溝９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、流入部１０は、細溝９の長手方向の一部に設けることが好ましい。
具体的には、流入部１０の長さ（細溝９の長手方向に沿った長さ）ｌ１０は、５ｍｍ以上細溝９の長手方向の長さの１／２以下であることが好ましい。
なお、「細溝の長手方向」とは、細溝の両端（開口している場合は、開口端）において、溝底における対向する溝壁の中間点同士を結んだ直線の方向を意味するものとする。

なお、流入部１０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流入部１０を大きく設計する必要性は低い。

細溝９は、接地時に閉じることが好ましい。具体的には、細溝９の幅ｗ９は１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度であることが好ましい。細溝９が接地時に閉じると、リブ状中央陸部６が１つの連続した陸部になるため、陸部の剛性が高まり、摩耗性能が向上することができる。

以下、図４〜図７を用いて、流入部１０の各種変形例を説明する。図中矢印で、風の向きを表すものとする。
細溝９がタイヤ幅方向に対して傾斜した方向に延在する場合、流入部１０は、図４（ａ）に示すように、細溝９の両端部のうち、風に最初に当たる方の端部側の溝壁面に形成されていてもよいし、図４（ｂ）に示すように、風に最後に当たる方の端部側の溝壁面に形成されていてもよい。また、図４（ｃ）に示すように、流入部１０は、細溝９の中央部に形成されていてもよい。

細溝９の風上側および風下側の両溝壁面に、流入部１０が形成されている場合、流入部同士がタイヤ周方向（風が流れてくる方向）に対して重ならないように、細溝９の一方の溝壁面に形成されている流入部１０の、細溝９の長手方向に沿った中心Ａと、細溝９の他方の溝壁面に形成されている流入部１０の、細溝９の長手方向に沿った中心Ｂと、は、細溝９の長手方向に間隔があいていることが好ましい。
具体的には、流入部１０は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、細溝９の両端部に形成されていること、および、図５（ｃ）（ｄ）に示すように、細溝９の中央部にずらして形成されていることが好ましい。ただし、図５（ｅ）に示すように、細溝９の中央部に並べて、すなわち、点Ａと点Ｂとが、細溝９の長手方向に間隔をあけずに形成されていてもよい。

流入部１０のトレッド踏面から見た場合の平面形状としては、図６（ａ）に示すように、一組の対辺が細溝９の壁面と平行で、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６（ｂ）（ｃ）に示すように、一組の対辺が細溝９の壁面と平行で、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、流入部１０は、図６（ｄ）に示すように、下底が細溝９の壁面に開口し、上底が細溝９の壁面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９の壁面側から漸減するものとすることもできるし、図６（ｅ）に示すように、上底が細溝９の壁面に開口し、下底が細溝９の壁面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９の壁面側から漸増するものとすることもできる。また、流入部１０は、図６（ｆ）に示すように、図６（ｅ）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、流入部１０は、図６（ｇ）に示すように、半円とすることもできるし、図６（ｈ）に示すように、三角形とすることもできる。

流入部１０の細溝の長手方向と垂直な断面における側面形状としては、図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、流入部１０の深さが細溝９の壁面から遠い側（図中Ａ地点）から、細溝９の壁面に開口する側（図中Ｂ地点）に向かって漸増し、細溝９の壁面に開口する側において流入部１０の深さが最も深くなることが好ましい。ただし、流入部１０の底面は、図７（ａ）に示すように平面とすることもできるし、図７（ｂ）〜（ｄ）に示すように、曲面とすることもできる。また、図７（ｅ）に示すように、流入部１０の深さが、Ａ地点からＢ地点に向かって階段状に増加してもよい。また、図７（ｆ）（ｇ）に示すように、流入部１０の深さが、Ａ地点からＣ地点まで一定で、Ｃ地点からＢ地点に向かって漸増してもよいし、図７（ｈ）に示すように、流入部１０の深さが、Ａ地点からＣ地点まで漸増し、Ｃ地点からＢ地点まで一定でもよい。また、図７（ｉ）に示すように、流入部１０の深さが、Ａ地点からＢ地点まで一定でもよい。

本発明者は、図８に示すモデルを用いてシミュレーションを行ったので、以下に説明する。
図８（ａ）はシミュレーションモデルの概略図であり、図８（ｂ）は細溝９の周辺の詳細図である。図８（ａ）に示すように、細溝９上の１０００ｍｍ×３０００ｍｍ×９００ｍｍの空間に、風上側（入口）から一様な主流がｙ方向に流れ、風下側（出口）において圧力が０になるものとする。また、図８（ｂ）に示すように、細溝９の中央の風上側の壁面に流入部１０が設けられている。流入部１０の底面は、スロープ状になっている。また、このモデルの細溝９と流入部１０の寸法は表１の通りである。

タイヤが回転したときの風を主流（一様流）として、この主流が流入部１０を通り細溝９へ流入し、図８（ｂ）に示す測定点Ｘを通過する際の風速のｚ方向成分の平均値を細溝９内部への風の流入量の指標とする。
流入部の深さｄ１０を一定として、流入部の幅ｗ１０を変更することで、流入部１０のスロープ入口角度θを変化させ、角度θに対して細溝９への風の流入量がどのように変化するかを比較した。その結果を図９に示すように、流入量は角度θが大きくなるにしたがって増加していくが、角度θ＝２０〜３０°で極大となった後は、入口で流れが剥離してしまうため、流入量が急速に低減することが分かった。また、極大値を取る角度（すなわち、流れが剥離する直前の角度）は主流速度が速いほど大きな値となることが分かった。
以上のシミュレーション結果から、スロープ角度θは、４５°以下であることが好ましい。すなわち、流入部１０の幅ｗ１０／深さｄ１０は１．００以上であることが好ましい。

以下、本発明の実施例について説明する。
図１０（ａ）に示すように、タイヤサイズ５９／８０Ｒ６３の超大型ＯＲＲ（オフ・ザ・ロード・ラジアル）タイヤのリブ状中央陸部６のタイヤ赤道面ＣＬ上に、５本の細溝９ａ〜９ｅをタイヤ幅方向に対して３０°で傾斜させて１５０ｍｍ間隔で作製し、細溝９ｄ、９ｅの風上側の溝壁面にスロープ状の流入部１０を作成した。また、図１０（ｂ）に、図１０（ａ）のＢ−Ｂ断面図を示すように、４本の細溝９ｂ〜９ｅの風下側の溝壁面に、フィルムヒータ１１を作成した。細溝９ａ〜９ｅと流入部１０の寸法は表２の通りである。本実施例では、細溝は冷却効果を示すとともに、接地面内では細溝に溝壁が触れ合うため、陸部剛性が低下に起因する偏摩耗等の悪影響が少ない。

このタイヤを用いて、時速８ｋｍおよび時速２０ｋｍの主流速度において溝壁面の熱伝達率の測定を実施した。測定は、各細溝９ｂ〜９ｅの風上側の溝壁面の中心点Ｘにおいて行った。測定結果を図１１に示す。
図１１より、時速８ｋｍおよび時速２０ｋｍの主流速度のいずれにおいても、流入部１０を設けた細溝９ｄ、９ｅの熱伝導率（図中四角点で示す）は、流入部１０を設けない細溝９ｂ、９ｃの熱伝導率（図中丸点で示す）より高いことが分かる。
なお、細溝９ａは風上の先頭にあるため、９ｂ〜９ｅと比べて受ける風が異なることを考慮して、細溝９ａでは測定は行っていない。

さらに本発明者は、図８に示すモデルを用いてシミュレーションを行ったので、以下に説明する。このモデルの細溝９と流入部１０の寸法は表３の通りである。また、流入部１０は、細溝９の長さ方向の中央部に位置するものとした。

タイヤが回転したときの風を主流（一様流）として、この主流が流入部１０を通り細溝９へ流入する際の流入部直下の細溝底面の平均熱伝達率をシミュレーションにより算出した。
流入部の深さｄ１０、長さｌ１０および幅ｗ１０、ならびに細溝の幅ｗ９および深さｄ９を一定として、細溝の長さｌ９を１０００ｍｍ、１５０ｍｍ、１００ｍｍ、７５ｍｍと変化させることで、細溝９の長さに対して平均熱伝達率がどのように変化するかを比較した。その結果を表３および図１２に示す。シミュレーション結果から、細溝９の長さｌ９が大きくなるにしたがって、平均熱伝達率が増加していくことが分かった。また、細溝の長さｌ９／流入部１０の長さｌ１０が２．０以上であることが好ましく、冷却効果が顕著に発揮されることがわかった。

１ トレッド踏面
２ 中央周方向溝
３ 側方周方向溝
４ 中間幅方向溝
５ 側方幅方向溝
６ リブ状中央陸部
７ ブロック状中間陸部
８ ブロック状側方陸部
９ 細溝
１０ 流入部
１１ フィルムヒータ

本発明の要旨は、以下のとおりである。
（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、溝幅が溝深さより小さい細溝が形成され、
前記細溝のタイヤ周方向に対向する溝壁面の少なくとも一方に、タイヤ周方向に延び、一方の端で前記細溝に連通し、他方の端で終端する、流入部が形成され、
前記細溝は、その両端が陸部内で終端し、
前記流入部は、前記細溝の長手方向の端部側に形成されてなり、
前記細溝の幅ｗ９と前記流入部の幅ｗ１０とが、
０．１≦ｗ９／ｗ１０／１
を満たす
ことを特徴とする空気入りタイヤ。

（２）前記流入部は、前記細溝の溝壁面に開口する側の深さが最も深いことを特徴とする上記（１）に記載の空気入りタイヤ。

（３）前記流入部は、その深さが、前記細溝の溝壁面に開口する側に向かって漸増していることを特徴とする上記（２）に記載の空気入りタイヤ。

（４）前記流入部は、前記細溝の長手方向の一部に形成されていることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

（５）前記流入部が、前記細溝の両方の溝壁面に形成されていることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

（６）前記細溝の一方の溝壁面に形成されている前記流入部の、前記細溝の長手方向に沿った中心と、前記細溝の他方の溝壁面に形成されている前記流入部の、前記細溝の長手方向に沿った中心と、は、前記細溝の長手方向に間隔があいていることを特徴とする上記（５）に記載の空気入りタイヤ。
（７）前記流入部の細溝の長手方向に沿った長さは、前記細溝の長さの１／２以下である、上記（１）〜（６）のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
（８）前記細溝は、タイヤ幅方向に対して０°以上６０°以下の角度で傾斜している、上記（１）〜（７）のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

Claims (7)

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、溝幅が溝深さより小さい細溝が形成され、
   前記細溝のタイヤ周方向に対向する溝壁面の少なくとも一方に、トレッド踏面に開口する流入部が形成されている、
   ことを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記細溝は、その両端が陸部内で終端していることを特徴とする請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記流入部は、前記細溝の溝壁面に開口する側の深さが最も深いことを特徴とする請求項１または２に記載の空気入りタイヤ。
4. 前記流入部は、その深さが、前記細溝の溝壁面に開口する側に向かって漸増していることを特徴とする請求項３に記載の空気入りタイヤ。
5. 前記流入部は、前記細溝の長手方向の一部に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
6. 前記流入部が、前記細溝の両方の溝壁面に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
7. 前記細溝の一方の溝壁面に形成されている前記流入部の、前記細溝の長手方向に沿った中心と、前記細溝の他方の溝壁面に形成されている前記流入部の、前記細溝の長手方向に沿った中心と、は、前記細溝の長手方向に間隔があいていることを特徴とする請求項６に記載の空気入りタイヤ。