JP3554423B2 - 空気入りラジアルタイヤ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一対のビード部及び一対のサイドウォール部と、両サイドウォール部にトロイダルに連なるトレッド部とからなり、これら各部を補強するラジアルカーカスと、該カーカスの外周でトレッド部を強化するベルトとを備える空気入りラジアルタイヤに関し、特に高度な耐ハイドロプレーニング性と、優れた低騒音特性とを兼ね備えた空気入りラジアルタイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
比較的高速で走行する車両の使途に供する空気入りタイヤの踏面に設けるトレッドパターンの主要機能の一つは、ウエット路面転動時における排水機能であり、この機能はハイドロプレーニング現象を左右するので車両の安全走行を確保する点で重要である。もとよりパターンは商品性の点でも重要な要素であり、よって排水機能と外観性とを合せ考慮した種々のパターンが開発されている。なかでもトレッド部に踏面円周に沿う直状溝を設けたパターンが主流を占め、なおかつ有利な排水性実現のため、直状溝の溝容積を増加させたパターンが典型となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
トレッドパターンにより排水性の向上を目指すとき、たしかに直状溝とした上で、さらにこの溝容積を増加させることは有効な手段である反面、元来騒音発生に対し不利な直状溝の溝内部を通る空気の量も増加するため溝内空気の振動エネルギが増加し、その結果騒音レベルが劣化するのは不可避である。
【０００４】
従ってこの発明の目的は、十分な排水性を確保することによる優れた耐ハイドロプレーニング性と、より一層の低騒音特性との両立を実現し得るトレッドパターンを備える空気入りラジアルタイヤを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明による空気入りラジアルタイヤは、冒頭に記載したタイヤにおいて、トレッド部は、その踏面の幅中央より両側端縁に向い対をなして末広がりに途中で一旦屈折して延び、端縁に開口する多数対の同方向傾斜主溝を有し、
タイヤを適合リムに組付けて正規内圧を充てんしたタイヤに正規荷重を負荷して得られる接地踏面外側輪郭の、タイヤ赤道面上の接地長さＬ（ｍｍ）及び最大接地幅Ｗ（ｍｍ）に関し、
踏面幅中央から屈折部までの傾斜主溝の幅２分線をタイヤ赤道面へ投影した長さＬ１（ｍｍ）は、
Ｌ１≧Ｌを満たし、
踏面幅中央と上記溝幅２分線上での屈折部との間の踏面幅方向の弧の長さＬａ（ｍｍ）は、最大接地幅Ｗ（ｍｍ）の０．８倍をタイヤ赤道面から両側に等分に振り分けた位置の接地長さＬ_０．８（ｍｍ） を用い、
α＝−０．１７５＋０．８７５（Ｌ_０．８ ／Ｌ）として、
Ｌａ＝α×（Ｗ／２）±５ｍｍを満たし、
弧の長さＬａ内の溝幅２分線の踏面円周に対する傾斜角度θ１は、
０°＜θ１≦ｔａｎ^−１（Ｌａ／Ｌ）を満たし、
屈折部から端縁までの溝幅２分線の踏面円周に対する傾斜角度θ２は、
ｔａｎ^−１（Ｌａ／Ｌ）＜θ２≦θ１＋４５°を満たすことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
この発明を図１に示す一実施例に基づき以下詳細に説明する。
図１は一実施例タイヤの踏面展開図であり、慣例に従い踏面端縁の円周に沿う長さを幅中央の円周長さに合せて示す。
図１において、符号２、３はタイヤ赤道面Ｅに対し直状で傾斜する傾斜主溝であり、傾斜主溝２、３はトレッド部（図示省略）の踏面１にて、その幅中央Ｅ、すなわちタイヤ赤道面Ｅより両側端縁ＴＥに向い対をなして末広がりに延び、延びる途中の位置Ｐで一旦屈折した後もやはり末広がり状をなしたまま延び、端縁ＴＥにてショルダ部（図示省略）又はバットレス部（図示省略）に開口する。
【０００７】
互いに対をなす傾斜主溝２、３の多数対を同方向傾斜の向きで踏面１に配置する。図示例の多数対の傾斜主溝２、３はタイヤ赤道面Ｅ上にて互い違いの交互配列になる。この種のトレッドパターンを備えるタイヤは車両装着時に回転方向を指定する表示を設けるのが常であり、図１ではこの回転方向を印Ｘにて示す。
【０００８】
多数対の傾斜主溝２、３を備えるタイヤをその適合リムに組付けて正規内圧を充てんした後、必要に応じこのタイヤに正規荷重を負荷して踏面の接地形状を得る。このとき格別の理由がない限り慣例としてタイヤにはキャンバ角度などを付さず定盤に垂直にタイヤに荷重を負荷する。なお適合リム、正規内圧及び正規荷重はＪＡＴＭＡ ＹＥＡＲ ＢＯＯＫ又はＴＲＡ又はＥＴＲＴＯに記載した該当タイヤの適用リム、適用内圧及びこの内圧に見合う荷重とする。
【０００９】
図２に上記接地形状のうち踏面外側輪郭（溝部分は内挿した線であらわす）を示す。図２において符号Ｗは最大接地幅を、符号Ｌはタイヤ赤道面Ｅ上の接地長さをそれぞれ示す。そしてこの最大接地幅Ｗと接地長さＬとに関して、傾斜溝２、３は以下に述べる関係を満たすものとする。ここに最大接地幅Ｗ、接地長さＬ共にミリメートル（ｍｍ）を用いるものとし、後述の幅、長さに関する単位は全てミリメートル（ｍｍ）とする。
【００１０】
まず、踏面幅中央Ｅから屈折部Ｐまでの傾斜主溝２、３の幅２分線Ｃ_２ 、Ｃ_３ をタイヤ赤道面Ｅに投影した長さＬ１は、Ｌ１≧Ｌを満たすものとする。傾斜主溝２の幅２分線Ｃ_２ の展開図を示す図３に長さＬ１を記載した。勿論、図３に示す幅２分線Ｃ_２ 、長さＬ１は弧の長さをあらわす。傾斜主溝３の幅２分線Ｃ_３ は同様なため図示を省略したが、傾斜主溝２につき述べるところは傾斜主溝３にも適用する。屈折部Ｐは便宜上幅２分線Ｃ_２ 、Ｃ_３ 上の屈折点Ｐとして扱う。
【００１１】
次に、踏面幅中央Ｅと屈折点Ｐとの間の踏面１幅方向の弧の長さＬａは、
Ｌａ＝α×（Ｗ／２）±５ｍｍを満たすものとする。ただし係数αは、
α＝−０．１７５＋０．８７５（Ｌ_０．８ ／Ｌ）とし、長さＬ_０．８ は図２に示すように、最大接地幅Ｗの０．８倍をタイヤ赤道面Ｅから両側に等分に振り分けた位置の端部接地長さとする。
【００１２】
次に、幅２分線Ｃ_２ とタイヤ赤道面Ｅとの交点を点Ｑとし、幅２分線Ｃ_２ と端縁延長線との交点を点Ｒとしたとき、点Ｑと点Ｐとの間に挟まれる幅２分線Ｃ_２ の踏面１の円周に対する傾斜角度θ１は、
０°＜θ１≦ｔａｎ^−１（Ｌａ／Ｌ）を満たすこと、そして
点Ｐと点Ｒとの間に挟まれる幅２分線Ｃ_２ −１の踏面１の円周に対する傾斜角度θ２は、
ｔａｎ^−１（Ｌａ／Ｌ）＜θ２≦θ１＋４５°を満たすことが必要である。
【００１３】
図３に示す例は幅２分線Ｃ_２ 、Ｃ_２ −１が直状をなし、それ故点Ｑ、点Ｐそれぞれの位置にて傾斜角度θ１、θ２をあらわしたが、これら幅２分線は必ずしも直状である必要はなく湾曲することを可とし、その場合、傾斜角度θ１、θ２は各箇所にて異なる。これは幅２分線Ｃ_３ 、Ｃ_３ −１も同じである。
【００１４】
さて、ハイドロプレーニングとは、或る厚さの水膜で覆われたウエト路面をタイヤが相当な速度で転動するとき、タイヤの接地踏面下の動水圧（流体力学的な圧力）が高くなり、その結果接地踏面内、特に動水圧が最も高い踏面幅中央領域内にタイヤ進行方向から水が楔状に入り込み、この楔状の水がタイヤを浮き上がらせる現象をいう。そこでタイヤのウエット性能を論ずる際にはこのハイドロプレーニング現象の発生速度を採り上げる必要がある。
【００１５】
この発生速度に影響を与える要素のうち、制御可能で寄与する度合いが最も大きい要素はトレッドパターンであり、パターンによる排水性の良否がハイドロプレーニング性を左右すると言っても過言ではない。そこで傾斜主溝２、３の幅２分線Ｃ_２ 、Ｃ_３ の投影長さＬ１を接地長さＬ以上とすることにより、転動するタイヤ踏面１の踏込み端に傾斜主溝２、３の中央側端部（点Ｑ）が位置したとき、この傾斜主溝２、３は、踏込み端から蹴出し端まで接地面内を一様に貫通し、踏込み端から流れ込む水に大きな背圧を作用させる屈折部（屈折点）Ｐが接地面外に位置するので、水膜の厚さ（水深の深さ）いかんにかかわらず溝２、３内の水を効率良く排水することができる。
【００１６】
またウエット路面を転動するタイヤが水から受ける圧力は、動水圧が高い踏面中央領域と、動水圧が低い両側領域とに大別される。この動水圧の高低の分岐位置は踏面の接地形状により変化し、接地長さＬに対する端部接地長さＬ_０．８ の比Ｌ_０．８ ／Ｌの値と、最大接地幅Ｗとに依存する。そこで点Ｐを通る踏面１の円周にてこの分岐位置をあらわし、この円周と踏面１の幅中央Ｅとの間の弧の長さＬａを先に述べた比Ｌ_０．８ ／Ｌの値と最大接地幅Ｗとの関数として設定すれば、動水圧の高低に対応する高い効率の排水が可能となる。
【００１７】
傾斜角度θ１については、角度θ１が０°を超える傾斜主溝２、３として騒音レベルの向上を図る一方、角度θ１の上限をｔａｎ^−１（Ｌａ／Ｌ）とすることにより、踏面１の両側領域内に存在する幅２分線Ｃ_２ −１、Ｃ_３ −１の主溝部分を流れる水が中央領域の幅２分線Ｃ_２ 、Ｃ_３ の主溝部分に流入して、該溝部分が排水すべき水量が増加するのを抑止することができ、このことと、傾斜主溝２、３の幅２分線Ｃ_２ 、Ｃ_３ の長さＬ１≧Ｌとが連係して排水性の向上を図ることができる。仮に角度θ１がｔａｎ^−１（Ｌａ／Ｌ）を超えると、両側領域内に存在する主溝部分を流れる水を動水圧が高い中央領域の主溝部分に引き込む現象が生じるので不可である。
【００１８】
傾斜角度θ２については、踏込み端側から傾斜主溝２、３内に流れ込む水流経路を先に触れた分岐位置にてｔａｎ^−１（Ｌａ／Ｌ）を超える角度θ２にて屈折させることにより、主溝２、３内の水流を踏面１外に排出する流れを強制的に作りだし、傾斜角度θ１の中央領域の溝部分に流れ込む水量を抑えること、そして中央領域の溝部分内の流水を速やかに踏面１外に排出することができる。このことは騒音に係わる空気の流れが円滑となり、低騒音化の効果も同時に得ることができる。
【００１９】
ここにθ２≦ｔａｎ^−１（Ｌａ／Ｌ）では中央領域の溝部分内の流水を速やかに踏面１外に排出することができず、またθ２＞θ１＋４５°では屈曲の度合いが大き過ぎて分岐位置にて流水の円滑な流れが阻害され、同時にこれは空気の流れに対しても同様に作用するので騒音レベルの劣化をもたらすので不可である。
【００２０】
以上述べた弧の長さＬａ、傾斜角度θ１、θ２それぞれの範囲は、実験計画法に基づくＬ_９ 直交配列に従う実験により求めた。因子として長さＬａ、角度θ１、角度θ２を採り上げ、それぞれ３水準とした。実験に供したタイヤサイズは２２５／５０Ｒ１６である。このタイヤの最大接地幅Ｗは１８０ｍｍ、接地長さＬは１１０ｍｍであった。実験結果を整理した線図を図４〜図６に示す。
【００２１】
図４は、ハイドロプレーニング（ＨＰと記す）発生速度の指数値（縦軸）と、踏面１の幅中央よりの弧の長さ（横軸）との関係を示す線図であり、この実験例では弧の長さが４１．０８〜５１．０８ｍｍの範囲（斜線部分）がＨＰ発生速度を高度に保持する適合範囲である。この斜線部分の中央値（４６．０８ｍｍ、ＨＰ発生速度指数１００）は係数αを用いて、
一般式Ｌａ′＝α×（Ｗ／２）であらわすことができ、斜線部分を包含した弧の長さＬａは、Ｌａ＝α×（Ｗ／２）±５ｍｍである。この斜線部分を包含するための±５ｍｍは別の実験で得られたサイズ相互間の僅かな差異と、実験誤差とを吸収するための値である。
係数αも一般式として、接地長さＬ_０．８ を導入することにより、
α＝−０．１７５＋０．８７５（Ｌ_０．８ ／Ｌ）であらわすことができる。この実験でのＬ_０．８ ／Ｌの値は０．７８５であり、従ってαの値は０．５１２となる。
【００２２】
図５は、ＨＰ発生速度の指数値（縦軸）と、傾斜角度θ１（横軸）との関係を示す線図であり、図５より、α×（Ｗ／２）±５ｍｍで定まる弧の長さＬａとの関連で、ＨＰ発生速度の指数１００前後以上を満たす傾斜角度θ１は２０〜２４．４°以下である必要があり、この上限値は、
θ１≦ｔａｎ^−１（Ｌａ／Ｌ）の一般式にてあらわすことができ、騒音レベル低減のため０°＜θ１を満足させなければならない。図５の斜線部分は上記±５ｍｍの範囲を示し、その意味は上記の通りである。
【００２３】
図６は、ＨＰ発生速度の指数値（縦軸）と、傾斜角度θ２（横軸）との関係を示す線図であり、図６より、α×（Ｗ／２）±５ｍｍで定まる弧の長さＬａとの関連で、ＨＰ発生速度の指数１００前後以上を満たす傾斜角度θ２は２０〜２４．４°を超え、かつ６５〜６９．４°以下である必要があることがわかり、このことを一般式としてあらわせば、
ｔａｎ^−１（Ｌａ／Ｌ）＜θ２≦θ１＋４５°にてあらわすことができ、斜線部分は上記±５ｍｍの範囲を示し、その意味は前述の通りである。
【００２４】
以上述べた弧の長さＬａ、傾斜角度θ１、θ２に設定すれば、タイヤ種類又はサイズのいかんにかかわらず、タイヤ踏面の円周に沿う直状溝を適用せずとも、また騒音レベルを損なうほど溝容積を増加せずとも、低騒音性能と優れたウエット性能とを同時に実現することができる。
【００２５】
【実施例】
［実施例１］
乗用車用ラジアルプライタイヤでサイズが２２５／５０Ｒ１６であり、ラジアルカーカスは２プライの１５００Ｄ／２のポリエステルコードプライのからなり、ベルトは２層の撚り構造１×５のスチールコード交差層と、その外周に広幅キャップ層として１層の１２６０Ｄ／２のナイロンコード巻回層と、キャップ層の両側端部を覆う狭幅レイヤ層として１層の１２６０Ｄ／２のナイロンコード巻回層とを備える。
【００２６】
トレッドパターンは図１に従い、その諸元を表１に示す。実施例１の性能評価のため図８に図１同様に踏面展開図を示すトレッドパターンを備える従来例のタイヤを準備した。このタイヤは踏面１１に６本の直状溝１２、１３、１４を備える他は全てを実施例１に合せた。なお表１の項目に記載したネガティブ比率とは、実際の踏面展開における踏面１の全表面積に対する溝の面積の比率（％）をいう。
【００２７】
【表１】

【００２８】
まず耐ウエット性については、両タイヤを適合リム７．５ＪＪ×１６に組み込んだ後、正規内圧２．２ｋｇｆ／ｃｍ^２ を充てんし、それぞれを別個に装着した乗用車が水深１０ｍｍのテスト路面上を直進走行したときのハイドロプレーニング発生速度を測定して優劣を評価した。測定結果は従来例を１００とする指数にてあらわし、値が大なるほど良いとした。次に騒音レベル（ｄＢ・Ａ）は上記タイヤ及びリム組立体を、台上騒音計測用ドラムにより評価し、測定結果は従来例を１００とする指数にてあらわし、値が小なるほど良いとした。結果をまとめて表１の下段に示す。
【００２９】
［実施例２］
実施例２は、実施例１と同サイズ、同構成で図７に示すトレッドパターンを備えるタイヤとし、このパターンは傾斜主溝２、３それぞれの屈折部Ｐ近傍から端縁ＴＥに延びて開口する両側傾斜溝４、５を有する。実施例２に対する比較例タイヤのパターンを図８、９に示す。比較例１、２は、踏面２１、３１に実施例２と類似する傾斜主溝２２、２３、３２、３３を備え、また同様に両側傾斜溝２４、２５、３４、３５を有し、このパターンを除いて他を実施例２に合せたタイヤである。これらタイヤのパターンの諸元を表２に示し、実施例１及び従来例のタイヤと同じ条件にて比較試験を実施し、試験結果も実施例１及び従来例と同じ方法でまとめて表２の下段に示し、合せて試験結果のプロット図を図１０に示す。
【００３０】
【表２】

【００３１】
表１、２に示すウエット性能及び騒音レベルの結果から、実施例１は、ネガティブ比率を合わせて溝内空気容積を同等にした従来タイヤに比し、ハイドロプレーニングに係わるウエット性能は同等に保持して騒音レベルが格段に向上していることがわかり、実施例２は、この発明の特徴要件から外れた比較例１、２に対し、ウエット性能と騒音レベルとの両性能が共に優位な位置を占めていることがわかる。
【００３２】
【発明の効果】
この発明によれば、従来は耐ハイドロプレーニング性が左右する耐ウエット性能と、低騒音性能との両立が困難とされていた重要課題を解決することができ、これによりウエット路面での安全な走行と、静粛で快適な走行とを確保することが可能な空気入りラジアルタイヤを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による一実施例のパターン展開図である。
【図２】この発明によるタイヤ踏面の接地外側輪郭の説明図である。
【図３】図１に示す傾斜主溝の幅２分線の展開図である。
【図４】屈折部までの弧の長さとＨＰ発生速度との関係を説明する線図である。
【図５】傾斜角度θ１とＨＰ発生速度との関係を説明する線図である。
【図６】傾斜角度θ２とＨＰ発生速度との関係を説明する線図である。
【図７】この発明による他の実施例のパターン展開図である。
【図８】従来パターンの展開図である。
【図９】図７に示すパターンに対する比較例パターンの展開図である。
【図１０】図７に示すパターンに対する他の比較例パターンの展開図である。
【図１１】ウエット性と騒音レベルとの関係を説明するプロット図である。
【符号の説明】
１ 踏面
２、３ 傾斜主溝
４、５ 傾斜溝
Ｃ_２ 、Ｃ_３ 、Ｃ_２ −１、Ｃ_３ −１ 溝幅２分線
Ｐ 屈折部（屈折点）
ＴＥ 踏面端縁
Ｅ タイヤ赤道面
Ｗ 最大接地幅
Ｌ 接地長さ
Ｌ_０．８ ０．８Ｗ位置の接地長さ
Ｌ１ 溝幅２分線Ｃ_２ 、Ｃ_３ のタイヤ赤道面への投影長さ
θ１、θ２ 溝幅２分線の踏面円周に対する傾斜角度
Ｘ 回転方向

Claims (1)

1. 一対のビード部及び一対のサイドウォール部と、両サイドウォール部にトロイダルに連なるトレッド部とからなり、これら各部を補強するラジアルカーカスと、該カーカスの外周でトレッド部を強化するベルトとを備える空気入りラジアルタイヤにおいて、
   トレッド部は、その踏面の幅中央より両側端縁に向い対をなして末広がりに途中で一旦屈折して延び、端縁に開口する多数対の同方向傾斜主溝を有し、
   タイヤを適合リムに組付けて正規内圧を充てんしたタイヤに正規荷重を負荷して得られる接地踏面外側輪郭の、タイヤ赤道面上の接地長さ（Ｌ（ｍｍ））及び最大接地幅（Ｗ（ｍｍ））に関し、
   踏面幅中央から屈折部までの傾斜主溝の幅２分線をタイヤ赤道面へ投影した長さ（Ｌ１（ｍｍ））は、
   Ｌ１≧Ｌを満たし、
   踏面幅中央と上記溝幅２分線上での屈折部との間の踏面幅方向の弧の長さ（Ｌａ（ｍｍ））は、最大接地幅（Ｗ（ｍｍ））の０．８倍をタイヤ赤道面から両側に等分に振り分けた位置の接地長さ（Ｌ_０．８（ｍｍ） ）を用い、
   α＝−０．１７５＋０．８７５（Ｌ_０．８ ／Ｌ）として、
   Ｌａ＝α×（Ｗ／２）±５ｍｍを満たし、
   弧の長さ（Ｌａ（ｍｍ））内の溝幅２分線の踏面円周に対する傾斜角度（θ１）は、
   ０°＜θ１≦ｔａｎ^−１（Ｌａ／Ｌ）を満たし、
   屈折部から端縁までの溝幅２分線の踏面円周に対する傾斜角度（θ２）は、
   ｔａｎ^−１（Ｌａ／Ｌ）＜θ２≦θ１＋４５°を満たすことを特徴とする空気入りラジアルタイヤ。

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