JP4294408B2 - 自動二輪車用タイヤ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術の分野】
この発明は、自動二輪車に採用されるタイヤの構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
図5は、従来の一般的な自動二輪車用タイヤの要部断面図であり、自動二輪車用タイヤの外形が図示されている。自動二輪車用タイヤ(以下、適宜「タイヤ」と称される。)1は、トレッド面2が径方向外方へ湾曲した形状となっており、このトレッド面2に溝3が形成されている。
タイヤ1が自動二輪車用に装着され、当該自動二輪車用が走行状態にあるときは、タイヤ1には運転者の体重を含む車両総重量が負荷されるので、タイヤ1が接地する部分は扁平される。
【0003】
図6は、走行状態におけるタイヤの要部拡大図であり、同図(a)はタイヤ1が接地していない状態を図示し、同図(b)は、タイヤ1が接地した状態の接地面部分4が詳細に図示されている。
同図(b)が示すように、タイヤ1が接地した状態では、接地面部分4が扁平し、これにより、溝3も弾性変形する。具体的には、溝3の壁面5,6が撓んで互いに近接し、溝3の開口部7が小さくなる。つまり、溝3の開口縁部9はタイヤ1の軸方向(矢印8の方向)外側へS1だけ変位し、溝3の開口縁部10は、軸方向内側へS2だけ変位する。
【0004】
このとき、タイヤ1のトレッド面2が前述のように湾曲しているから、開口縁部9の変位S1よりも開口縁部10の変位S2の方が大きくなる。そして、タイヤ1は転動するものであるから、上記開口縁部9,10は、上記弾性変形を周期的に繰り返すことになる。このため、上記溝3は、開口縁部10側が開口縁部9側よりも大きく摩耗し、タイヤ1がいわゆる偏摩耗を起こす。
しかも、タイヤ1のトレッド面2が前述のように湾曲しているから、トレッド面2の各位置において、軸方向外側ほど周長が短くなる。したがって、タイヤ1が転動した場合、トレッド面2において軸方向外側部分ほど地面との間で滑りが生じる傾向にある。したがって、上記開口縁部10側は、開口縁部9側よりもなおさら大きく摩耗する傾向にあり、その結果、タイヤ1の寿命が短くなるという問題がある。
なお、トレッド面に形成された溝の形状については、さまざまな目的のために多くの改良が加えられている(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開平5−338412号公報
【0006】
そこで、本発明は、偏摩耗を防いで長期にわたって性能を維持することができる自動二輪車用タイヤを提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
(1) 本願発明者は、前述の偏摩耗が生じる原因は、トレッド面に形成された溝の開口縁部が不均一に変位すること、すなわち、軸方向外側の開口縁部が大きな変形を起こすことであることから、溝の開口縁部を均等に変位させることができれば、上記目的を達成できると考えた。
【0008】
(2) そこで、本願に係る自動二輪車用タイヤは、径方向外方に湾曲されたトレッド面を有するトレッド部と、トレッド面に形成されたトレッドパターンを構成する溝とを備え、当該溝の内壁面形状は、一対の隅部が円弧面に形成された略U字状を呈しており、当該一対の隅部のうち軸方向内側に位置する隅部を構成する円弧面の曲率半径は、軸方向外側に位置する隅部を構成する円弧面の曲率半径よりも小さくなるように設定されていることを特徴とするものである。
【0009】
この構成によれば、タイヤが接地した場合、トレッド面の一部は扁平し、接地面が形成されると共に、この接地面に形成された溝は、その開口部側から相対的にタイヤの径方向内側に向かう方向に荷重が負荷される。このとき、トレッド面は湾曲されているから、溝の開口縁部のうちタイヤの軸方向外側に位置するものは、上記荷重がより斜め方向から負荷されることになるので、軸方向内側に位置するものよりも大きく軸方向に変位する傾向にある。
しかし、溝が略U字状に形成され、その内壁面を構成する隅部のうち軸方向内側に位置するものの曲率半径は、軸方向外側に位置するものの曲率半径よりも小さく設定されているから、上記荷重が負荷された場合に、溝の内壁面のうち軸方向内側部分が軸方向外側部分よりも変形しやすくなる。
したがって、タイヤが接地したときは、溝の開口縁部のうち軸方向内側に位置するものが外側へ大きく変形することになる。これにより、軸方向内側に位置する開口縁部の変位量は、軸方向外側に位置する開口縁部の変位量と略一致することが可能となる。
【0010】
また、上記各隅部を構成する円弧面は、それぞれ、曲率半径が2mm以上に設定されているのが好ましい。これにより、溝底の屈曲による歪み集中が回避され、溝底の割れが防止されるという利点がある。
【0011】
(3) 上記自動二輪車用タイヤは、上記軸方向内側に配置された隅部を構成する円弧面を規定する第1仮想円が、上記軸方向外側に配置された隅部を構成する円弧面を規定する第2仮想円に内接している構造を備えていてもよい。
この構成では、上記溝の幅寸法が必要以上に大きくされることなく、上記溝の内壁面を構成する隅部のうち軸方向内側に位置するものの曲率半径と、軸方向外側に位置するものの曲率半径との差が大きくなる。つまり、軸方向外側に位置する隅部の曲率半径に対する軸方向内側に位置する隅部の曲率半径が自在に設定される。したがって、溝の軸方向内側及び外側の開口縁部の変位量がより正確に一致する。しかも、各隅部がきわめて滑らかに連続されることになるから、溝の開口縁部が変形した際に大きな応力集中の発生が回避される。
【0012】
(4) 上記第1仮想円と上記第2仮想円との仮想接点は、上記溝の開口部の中央を通り、且つ上記トレッド面を規定する仮想トレッド線に直交する仮想法線よりも軸方向外側に位置し、仮想法線と仮想接点との距離は、溝幅寸法の10分の1以下であるのが望ましい。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。
【0014】
図1は、本発明の一実施形態に係る自動二輪車用タイヤ20の構造を示す要部断面図である。この図には、タイヤ20の中心を通り且つタイヤ20の赤道面Eと直交する平面に沿った断面が示されている。同図において上下方向がタイヤ20の径方向であり、左右方向がタイヤ20の軸方向である。
また、図2は、タイヤ20の要部平面図であり、トレッドパターン27が図示されている。
【0015】
タイヤ20は、トレッドパターンを除き、赤道面Eを中心としたほぼ左右対称の形状を呈する。タイヤ20は、トレッド部21、サイドウォール部22、ビード部23、カーカス部24及びバンド部25を備えている。
トレッド部21は架橋ゴムからなり、そのトレッド面26は、径方向外向きに凸となるようにアーチ状に形成されている。そして、トレッド面26には、図2が示すように、所定のトレッドパターン27が形成されている。
このトレッドパターン27は、トレッド面26に溝28(28a〜28d)が形成されることにより構成され、溝28は、タイヤ20の製造工程において、金型によって成形される。本実施形態の特徴とするところは、この溝28の内壁面形状にあり、溝28の内壁面形状が後述のように形成されることによって、タイヤ20のいわゆる偏摩耗が防止されるようになっている。
【0016】
なお、自動二輪車が旋回されるときは、運転者が当該自動二輪車を旋回方向内側に傾斜させるが、このとき、タイヤは、路面とキャンバー角を成して接地する。そして、自動二輪車の旋回時に生じる遠心力に対抗するように、タイヤの接地面にキャンバースラストが発生し、この力によって当該自動二輪車は安定した旋回がなされる。このように、安定したキャンバースラストが発生するために、トレッド部21の外面、すなわちトレッド面26は、図1が示すように大きくアーチを描くように形成されている。
【0017】
タイヤ20の概略構成は、次の通りである。
サイドウォール部22は、トレッド部21に連続し、トレッド部21の両端から径方向内向きに延びている。このサイドウォール部22も、架橋ゴムからなる。サイドウォール部22は、撓みによって路面からの衝撃を吸収する。また、サイドウォール部22は、カーカス部24の外傷を防止する。
【0018】
ビード部23は、サイドウォール部22に連続して形成されている。ビード部23は、ビードコア29と、このビードコア29から径方向外向きに延びるビードエーペックス30とを備えている。
ビードコア29は環状に形成されており、複数本の非伸縮性ワイヤー(典型的にはスチール製ワイヤー)からなる。ビードエーペックス30は、径方向外向きに先細りとなるテーパ状に形成されており、架橋ゴムからなる。
【0019】
カーカス部24は、カーカスプライ31を備えている。カーカスプライ31は、トレッド部21、サイドウォール部22及びビード部23の内周面に沿うように配置されている。カーカスプライ31の端部32は、ビードコア29に掛け回され、サイドウォール部22側へ延びている。
カーカスプライ31は、カーカスコードを備えている。このカーカスコードは、本実施形態では、タイヤ20の赤道面Eに対して略90°の方向に延びるように配置されている。もっとも、カーカスコードの方向は、この方向に限定されるものではないことは勿論である。
【0020】
バンド部25は、バンド層33を備えている。バンド層33は、環状に形成されており、カーカスプライ31の径方向外側に配置されている。したがって、カーカスプライ31は、バンド層33によって囲繞され、補強されている。
バンド層33は、シート状に形成されたバンドプライにより構成されている。バンドプライは、バンドコードを備えており、これがトッピングゴムにより被覆されている。
【0021】
図3は、図2におけるIII−III断面図(すなわち、溝28cの長手方向に直交する仮想断面が図示されている。)であり、トレッド面26に形成された溝28cの内壁面形状を詳細に図示している。以下では、溝28cの内壁面形状について説明されるが、この説明は、溝28全体の内壁面形状の説明が簡略化されるためのものである。したがって、溝28cの断面形状の説明は、図3が示す上記III−III断面に限定されるものではなく、溝28全体の断面形状について適用されるものである。
【0022】
ここで、タイヤ20に関する寸法は、次の状態で測定される。
すなわち、タイヤ20の各寸法は、タイヤ20が正規リムに組み込まれ、正規内圧となるように空気が充填され、キャンバー角が0°(degree)の状態で測定される。
正規リムとは、タイヤ20が依拠する規格を含む規格体系において定められたリムを意味する。JATMA規格における「Measuring Rim 」は、正規リムである。
正規内圧とは、タイヤ20が依拠する規格を含む規格体系において定められた内圧を意味する。LATMA規格における「最高空気圧」、TRA規格における「TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS PRESSURE」に掲載された「最大値」、及びETRTO規格における「INFLATION PRESSURE」は、正規内圧である。
【0023】
図2において二点鎖線34,35で示された領域は、タイヤ20が接地されたときに、扁平されて接地面36となる部分である。このとき、「タイヤ20が接地される」とは、タイヤ20に正規荷重が負荷された状態をいう。そして、溝28cは、この接地面36の端部に位置している。
ここで、正規荷重とは、前述のように、タイヤ20が正規リムに組み込まれ、正規内圧となるように空気が充填され、キャンバー角が0°(degree)の状態でタイヤ20の径方向に負荷されるものであって、JATMAで規定する最大負荷能力、TRAの表「TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES」に記載の最大値、あるいはETRTOで規定する「LOAD CAPACITY」であり、自動二輪車用タイヤの場合には、上記最大負荷能力の約50%〜60%である。また、正規荷重とは、通常、車体重量に1名乗車に相当する重量を加えた重量をいう。
【0024】
図3が示すように、溝28cは、その内壁面形状が略U字状に形成されている。すなわち、溝28cの内壁は、底面部37、側壁部38,39を備えている。側壁部38は、タイヤ20の軸方向内側に位置し、側壁部39は、タイヤ20の軸方向外側に位置する。
側壁部38,39は、それぞれ、タイヤ20の径方向あるいは径方向と一定角度で交差する方向に沿って真直に延びている。そして、底面部37は、これら側壁部38,39を滑らかに連続するように形成されている。
なお、本実施形態では、溝28cの幅寸法Bは、5.0mmに設定されており、溝28cの深さ寸法は、4.0mmに設定されている。もっとも、溝28cの幅寸法B、深さ寸法は、タイヤの仕様に応じて適宜設計変更され得るものである。
【0025】
底面部37は、円弧面に形成されており、底面部37の両端部(すなわち、上記各側壁部38,39と連続される部分)は、溝28cの隅部40,41を構成している。
軸方向内側に位置する隅部40は、曲率中心P1を中心とする円弧状に形成されている。この隅部40の曲率半径R1は、本実施形態では2.0mmに設定されている。また、軸方向外側に位置する隅部41は、曲率中心P2を中心とする円弧状に形成されている。この隅部41の曲率半径R2は、本実施形態では4.0mmに設定されている。もっとも、これら曲率半径R1,R2は、タイヤの仕様に応じて適宜設計変更され得るが、曲率半径R1,R2は、2mm以上に設定されるのが好ましい。
また、本実施形態では、上記曲率半径R1と曲率半径R2との差は、2.0mmに設定されているが、両者の差は適宜設定され得る。
【0026】
隅部40の形状(円弧面形状)は、曲率中心P1を中心とする半径R1の第1仮想円42によって規定される。また、隅部41の形状(円弧面形状)は、曲率中心P2を中心とする半径R2の第2仮想円43によって規定される。そして、本実施形態では、これら第1仮想円42と第2仮想円43とは、接点44(仮想接点)で接している。
この接点44は、溝28cの中心から距離sだけ軸方向外側にずれている。本実施形態では、この距離sは、0.5mmに設定されている。もっとも、この距離sは、タイヤの仕様に応じて適宜設計変更され得るものであるが、上記幅寸法Bと距離sとの比は、s/B<0.2であることが好ましい。このように、接点44がタイヤ20の軸方向外側にずらされていることによる作用効果については、後述される。
【0027】
溝28cの中心は、仮想法線45によって規定される。仮想法線45は、溝28cの開口部45の中央を通り、トレッド面26を規定する仮想トレッド線47に直交している。つまり、接点44は、この仮想法線45からタイヤ20の軸方向外側に距離sだけずれた位置にある。
すなわち、上記接点44において第1仮想円42が第2仮想円43に内接した状態で、当該接点44から軸方向内側(図中左側)部分によって隅部40が規定され、接点44から軸方向外側(図中右側)部分によって隅部41が規定されている。
【0028】
次に、本実施形態に係るタイヤ20が自動二輪車に装着され、走行状態にあるときのタイヤ20の挙動について説明される。
タイヤ20が走行状態にあるときは、タイヤ20が転動し、溝28の特定の部位(例えば、上記溝28c)は、周期的に径方向に圧縮される。
図4は、タイヤ20の要部拡大断面図であり、タイヤ20が接地された状態が図示されている。
【0029】
タイヤ20が接地されると、相対的に圧縮されて接地面36が形成される。このとき、トレッド部21がゴムにより構成されているから、溝28cを構成する側壁部38,39が弾性変形し、溝28cの開口縁部48,49が変位する。すなわち、軸方向内側の開口縁部48が軸方向外側へ距離d1だけ変位し、軸方向外側の開口縁部49が軸方向内側へ距離d2だけ変位する。
【0030】
このとき、溝28cの隅部40の曲率半径R1は、隅部41の曲率半径R2よりも小さいから、タイヤ20が径方向に圧縮されたときは、溝28cを構成する内壁面のうち軸方向内側の部分が軸方向外側の部分よりも変形しやすくなる。したがって、タイヤ20が接地したときは、溝28cの開口縁部48が軸方向外側へ大きく変形する傾向にある。
一方、溝28cの開口縁部49は、開口縁部48よりも軸方向外側に位置するから、タイヤ20が接地されたときは、通常は開口縁部49の方が開口縁部48よりもより大きく変位する傾向にある。
本実施形態では、上記曲率半径R1,R2が上記寸法に設定されているから、上記各効果が干渉しあい、結局において開口縁部48の変位距離d1と開口縁部49の変位距離d2とが等しくなる。このため、タイヤ20の偏摩耗が防止され、その結果、タイヤ20の寿命が延び、長期間にわたって性能が維持される。
【0031】
また、上記各隅部40,41の曲率半径R1,R2は、それぞれ2mm以上に設定されているので、溝底の屈曲による歪み集中が回避され、溝底割れが防止されるという利点がある。
【0032】
特に、本実施形態では、上記第1仮想円42が上記第2仮想円43に内接した状態で、上記隅部40及び隅部41が規定されるので、溝28cの幅寸法Bが必要以上に大きくなることなく、隅部40の曲率半径R1と隅部41の曲率半径R2との差が大きくなる。したがって、隅部41の曲率半径R2に対する隅部40の曲率半径R1が自在に設定される。その結果、溝28cの開口縁部48,49の変位量がより正確に一致し、タイヤ20の偏摩耗が一層低減される。
加えて、第1仮想円42が第2仮想円43に内接することにより、隅部40及び隅部41がきわめて滑らかに連続される。これにより、開口縁部48,49が変形した際に大きな応力集中が生じることがないという利点がある。
【0033】
さらに、本実施形態では、上記第1仮想円42と上記第2仮想円43との接点44は、上記仮想法線45から距離sだけずらされており、この距離sは、溝28cの幅寸法Bの10分の1以下に設定されている。したがって、曲率半径R2の部分が溝28cの4割以上を占めるので、曲率半径R1の部分と曲率半径R2の部分との曲率半径の差(すなわち、耐偏摩耗性の効果の差)が明確になる。その結果、タイヤ20の偏摩耗がより一層低減される。
【0034】
以上の説明は、溝28cの内壁面形状に関するものであるが、前述のように、溝28全体について適用される。しかし、タイヤ20は、自動二輪車に装着され自動二輪車の走行に伴い地面に対して転動するものであるから、タイヤ20の局部的な偏摩耗についての議論は、無意味である。重要なことは、転動されるタイヤ20の周方向全体の偏摩耗が回避されるという効果が奏される点である。
そのような効果が奏されるためには、必ずしもタイヤ20の全周にわたって溝28の内壁面形状が上記溝28cの内壁面形状と同様の形状を備える必要はない(もっとも、溝28の内壁面形状が上記溝28cの内壁面形状と同様の形状を備えることが理想である。)。
【0035】
上記効果が奏されるためには、少なくとも、上記正規荷重が負荷されたときに形成される上記接地面36(図2において二点鎖線34,35で示された領域)に含まれる溝28(溝28a〜溝28c)について、その長手方向長さの総和のうち50%以上が上記溝28cの内壁面形状と同様の形状を備えていればよい。
【0036】
【実施例】
次に、実施例によって本発明の効果について説明される。なお、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。
【0037】
表1は、本発明の実施例に係るタイヤの性能について、比較例に対する比較試験が行われた結果が示されている。
実施例及び比較例に係るタイヤのサイズは、120/70ZR18M/C(59W)D220FST T/Lである。
比較試験は、タイヤの溝形状(軸方向内側隅部の曲率半径R1、軸方向外側隅部の曲率半径R2、各隅部を規定する仮想円の接点の有無とその位置)によるタイヤの摩耗の仕方の違いを測定する。タイヤの溝の初期深さは、4.0mmである。そして、タイヤの性能は、偏摩耗の有無により判断される。
【0038】
各実施例及び比較例に係るタイヤの溝形状は、次の通りである。
[比較例]
比較例に係るタイヤは、曲率半径R1=2.5mm、曲率半径R2=2.5mm、仮想円の接点は存在しない。
実施例1に係るタイヤは、曲率半径R1=2.0mm、曲率半径R2=4.0mm、仮想円の接点は、溝中心を通る仮想法線から軸方向外側に存在する。接点の位置は、仮想法線から溝幅寸法Bの1/10の距離である。
実施例2に係るタイヤは、曲率半径R1=2.3mm、曲率半径R2=3.0mm、仮想円の接点は、溝中心を通る仮想法線から軸方向外側に存在する。接点の位置は、仮想法線から溝幅寸法Bの1/10より大きく1/6より小さい範囲の距離である。
【0039】
比較試験は、比較例及び各実施例に係るタイヤが自動二輪車に装着され、運転者が当該自動二輪車を時速120km/hまで加速させた後に急制動を行って(いわゆるABS作動)時速40km/hまで減速する。運転者は、この動作を500mごとに行い、走行距離が1500kmとなるまで繰り返した。
走行後のタイヤの溝の軸方向内側の深さ寸法及び軸方向外側の深さ寸法がそれぞれ計測され、これが本試験の結果とされる(表1)。
【0040】
【表1】
【0041】
表1が示すように、比較例に係るタイヤでは、走行後の溝の深さは、軸方向内側と軸方向外側との間で相当の違いがある。このことは、タイヤに偏摩耗が生じていることを示す。
一方、実施例1に係るタイヤでは、1500km走行時においても、溝の深さは、軸方向内側と軸方向外側との間でわずか0.2mmの差しかなく、タイヤは偏摩耗が効果的に抑制されている。
また、実施例2に係るタイヤでは、比較例に係るタイヤと同様に偏摩耗が生じている。このことから、タイヤの溝の各隅部を規定する仮想円の接点は、その位置が、溝の仮想法線から溝幅寸法Bの1/10以下の距離であることが必要である。
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、タイヤが転動したときに、溝の開口縁部の変位量は、軸方向外側と内側との間で略一致するので、タイヤの偏摩耗が防止される。その結果、タイヤの寿命が延び、長期間にわたって性能が維持される。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の一実施形態に係るタイヤの構造を示す要部断面図である。
【図2】図2は、本発明の一実施形態に係るタイヤの要部平面図である。
【図3】図3は、図2におけるIII−III断面図である。
【図4】図4は、本発明の一実施形態に係るタイヤの要部拡大断面図である。
【図5】図5は、従来の一般的なタイヤの要部断面図である。
【図6】図6は、走行状態における従来のタイヤの要部拡大図であり、同図(a)はタイヤが接地していない状態を図示し、同図(b)は、タイヤが接地した状態の接地面部分が詳細に図示されている。
【符号の説明】
B ・・・幅寸法
s ・・・距離
20・・・タイヤ
21・・・トレッド部
26・・・トレッド面
27・・・トレッドパターン
28・・・溝
36・・・接地面
37・・・底面部
38・・・側壁部
39・・・側壁部
40・・・隅部
41・・・隅部
42・・・第1仮想線
43・・・第2仮想線
44・・・接点
45・・・仮想法線
46・・・開口部
47・・・仮想トレッド線
48・・・開口端部
49・・・開口端部
Claims (4)
- 径方向外方に湾曲されたトレッド面を有するトレッド部と、
トレッド面に形成されたトレッドパターンを構成する溝とを備え、
当該溝の内壁面形状は、一対の隅部が円弧面に形成された略U字状を呈しており、
当該一対の隅部のうち軸方向内側に位置する隅部を構成する円弧面の曲率半径は、軸方向外側に位置する隅部を構成する円弧面の曲率半径よりも小さくなるように設定されている自動二輪車用タイヤ。 - 上記各隅部を構成する円弧面は、それぞれ、曲率半径が2mm以上に設定されている請求項1記載の自動二輪車用タイヤ。
- 上記軸方向内側に位置する隅部を構成する円弧面を規定する第1仮想円は、
上記軸方向外側に位置する隅部を構成する円弧面を規定する第2仮想円に内接している請求項1又は2記載の自動二輪車用タイヤ。 - 上記第1仮想円と上記第2仮想円との仮想接点は、
上記溝の開口部の中央を通り、且つ上記トレッド面を規定する仮想トレッド線に直交する仮想法線よりも軸方向外側に位置し、
仮想法線と仮想接点との距離は、溝幅寸法の10分の1以下である請求項3記載の自動二輪車用タイヤ。
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