JP4545208B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents
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リムとディスクとの連結部が、タイヤ赤道面に対して車両の外側に位置する場合は、ホイールの半径方向断面内でみると、リムの、車両の内側方向への突出部分は、ディスクによって片持ち支持されているかの如く構造となり、そのリムの、車両の内側に位置するビードシートへのタイヤ側からの半径方向入力に対してはホイールの剛性がとくに低くなって、その半径方向が、ホイール自体の特に大きな変形をもたらし、このホイールの変形は車軸に伝達されることになり、これが車軸振動等の一因となるので、タイヤ、なかでも、ネガティブキャンバを付与されて、接地圧および接地長さともに、装着内側で大きくなるタイヤでは、路面入力の、リムへの伝達を抑制することが必要となる。
これに対しては、この発明に係るタイヤのように、接地長さの増加側のショルダー陸部列を、周方向に延びる細溝によって幅方向に二分割し、トレッド端側に位置する一方の分割部分を摩耗犠牲部として機能させる場合は、そこに発生した摩耗の、トレッドセンタ側に位置する他方の分割部分への進展を有利に抑制して、その他方の分割部分を早期の摩耗から保護することができる。
これによれば、踏面上の小石等の異物を細溝内に噛み込むことがあっても、異物の、そこからの抜け出しを容易にして、細溝内に異物を噛み込んだままタイヤが負荷転動することに起因する偏摩耗が、その細溝にて分割された、タイヤ赤道線側の他方の分割部分に発生するのを有効に防止する。
この場合には、横力の負担が大きくなる接地端に近づくほどに分割部分の剛性を低減させて、入力を広い領域で受けることで応力をへらし、その分割部分の摩耗をより有効に防止することができ、また、分割部分の全体にわたってトータルボリュームを大きくする場合に比して高い操縦安定性やトレッド耐久性を確保することができる。
ここで、小孔のトータルボリュームは、たとえば、それらの開口寸法もしくは深さを変化させること、配設ピッチを変化させること等によって変化させることができる。
しかるに、このようなリブで、トレッドゴムの、周方向の逃げ変形が許容されない場合には、そのリブに偏摩耗が発生するので、ここでは、トレッド幅方向の剛性を確保してなお、周方向の適度の逃げ変形を許容するべく、陸部列としてのリブに、幅が2mm以下の幅方向細溝を、5〜45°の延在角度で形成する。
これによれば、細溝の溝幅の存在下で、ゴムの周方向の逃げ変形を十分に許容してなお、トレッド幅方向では、その細溝を、開口位置より溝底側で相互に干渉させて、リブとしての陸部列の幅方向剛性の低下を効果的に防止することができる。
すなわち、ゴムの周方向逃げ変形の許容は、ゴムの逃げ場のないリブの幅方向中央部分でとくに必要となるので、そこには幅方向細溝を延在させても、リブの側壁近傍では、ゴムのリブ外側方向への逃げ変形が可能となる一方で、リブの側壁近傍は幅方向剛性が低いので、その部分からは、幅方向細溝を排除することで、リブの幅方向剛性の低下を抑えつつ、ゴムの周方向への逃げ変形を許容する。
タイヤの扁平率等の相違に起因するトレッド接地形状の違いについてみるに、タイヤの実際の負荷転動時の接地形状の、最大幅と最大長さとを対比して、図2(a)に示すように、最大幅が最大長さより大きい場合は、図2(b)に示すように接地長さの方が大きくなる場合に比して周溝がより多くの水を排水するとの知見に従えば、前者のように、最大幅が最大長さより大きくなるときは、たとえば、排水の流線方向がほぼ周方向となるトレッド中央部分により多くの周溝を設けることにより、排水性を高めて耐ハイドロプレーニング性を向上させることができる。
窪みの長軸方向がタイヤ幅方向に対して5°未満ではパターンノイズが大きくなりすぎ、45°を超えると、陸部列の幅方向剛性が下がりすぎる。
また上述したように、中央域陸部列を区画する、一方のショルダー陸部列側の周溝を直線状溝とすることで高い耐ハイドロプレーニング性をもたらすことができる。
なおこの場合、周方向細溝によって幅方向に二分割される一方のショルダー陸部列の剛性は、細溝よりセンター寄りの分割部分のみの剛性とする。
より具体的には、たとえば、一の陸部列がモノピッチブロックの60個からなる場合は、一のブロックの幅方向剛性を求めてそれを60倍することで剛性の総和を求め、その値に、(ブロックの接地個数/60)を乗じることで積地長さの全体にわたる積分地を求めることができる。一方、バリアブルピッチブロックからなる場合は、各寸法のブロックの幅方向剛性を求め、一周中の各寸法のブロック個数をそれに乗じ、寸法毎の剛性を加算することで剛性総和を求めることができる。
ところで、断面形状および構造が赤道面に対して対称なタイヤに内圧を充填すると赤道面上でのベルト張力が一番高くなる場合が多く、ベルト張力に基づくトレッド剛性もこの部分で最大となり、タイヤにキャンバーを付与しない状態の下での車両の直進走行時には、接地長の最長部分も赤道面上に位置することになって、赤道面上では、ベルト剛性、接地長さの両者が最大になるので、赤道面上のトレッド部分が最大のコーナリングフォースを発生する部分となる。
そして、スリップ角がさらに増加すると、スリップ角の増大に伴って、接地長さの最長部分が、コーナリングの外側に移動し、かつコーナリング外側での荷重負担が大きくなる。かかる場合にタイヤが発生するコーナリングフォースは、接地長さの増加と荷重負担の増加によりコーナリング外側位置で発生する量が増加する。
ところで、このようなコーナリングフォースは、それぞれの陸部列のトレッド幅方向の剛性が、トレッドの幅方向位置によって相違することによっても変化することになる。
これがためここでは、スリップ角の増加に伴うコーナリングフォースのほぼ線形状の増加を実現するべく、隣接する陸部列の相互間での、トレッド幅方向剛性の差を、大きい方の値の50%以内としている。
そして、このような傾斜溝を通る排水流は、幅方向の外側に向かうので、ここでは、それらの傾斜溝を、少なくとも、第2の伸長側陸部列の幅方向外側に延在する、一方のショルダー陸部列側の周溝に開口させて、排水の円滑にして迅速な流下を確実なものとする。
これに対し、横溝を、その一端が周溝に開口し、他端が陸部列内で終了するものとすることで、隣接する周溝相互の気柱共鳴周波数が変わり、同時の気柱共鳴音の発生を防止できるので、全体としては目立たない音にすることができる。
キャンバーを付与されたタイヤの負荷転動状況を観察すると、制動時に前輪で荷重が増加し、サスペンションが動きネガティブキャンバに加えてトーアウトとなるケースが有る。この場合、接地長さが長くなる装着内側のトレッド接地端には、制動方向の力に加えて横方向入力が作用し、接地端に、横力による摩耗が発生することは避けられないので、ここでは、周方向細溝によって分割した、トレッド端側の一方の分割部分だけを横力の作用の下に作為的に摩耗させることにより、その内側の分割部分に対しては横力の影響を緩和して、それを摩耗から有効に保護することとしている。
これがためここでは、他方のショルダー陸部列の横溝角度を、その流線方向と対応する15°以下として、排水効率の向上ひいては、耐ハイドロプレーニング性のより一層の向上を企図する。
このような周辺***部は、特開200−71719号公報に開示されているように、ブロックの接地圧の均一化をもたらして、操縦安定性を高めることができる。
そして、より好ましくは、トレッド周方向に延びる高さの高いそれぞれの部分をトレッド周方向に連続させる。
しかるに、トレッドパターンが方向性が無く、かつ装着の内外が決まっている場合は、左右輪のタイヤは、相対的に逆方向に回転されることになるので、このようなパターンのタイヤにあっては、いずれの方向の回転に対してもすぐれた排水性能を確保するべく、傾斜溝の延在方向を、後者の場合のように、タイヤ赤道線に対し、トレッド周方向で交互に逆方向とすることが好ましい。
また、タイヤのトレッド部から左右のサイドウォール部、左右のビード部およびホイールを経て車体側へ伝達されるタイヤ振動の、それぞれのサイドウォール部からホイールへの伝達率を調べると、ホイールディスクの表側に位置するリム端を経る伝達率と、ホイールディスクの裏側に位置するリム端を経る振動伝達率とは相違する場合が多く、そして、どちら側の振動が車軸振動を発生させ易いかは、ホイールディスクのリム、ひいては、タイヤ赤道面に対するオフセット量によらず、ホイールのリムとディスクとの連結位置によって決まることが明らかになった。たとえば、それらの連結位置がタイヤ赤道面より装着外側にある場合は、反対側の装着内側の振動は車軸に振動を発生させ易い。
このようなクリープ変形は、たとえば、二枚のスチールベルト層でトレッド部を補強した空気入りタイヤでは、トレッドショルダー域にとくに大きく発生して、トレッド幅方向断面内でのそのショルダー域のクラウン半径が大きくなり、また、二枚のスチールベルト層の端部分を、有機繊維コードからなるいわゆるレイヤをもって補強したタイヤでは、逆にトレッド中央域にとくに大きく発生する場合が多い。
図4はこの発明の実施の形態を示すトレッドパターンの展開図である。なお、タイヤの内部構造は、一般的なラジアルタイヤのそれと同様であるので図示を省略する。
なおこの図に示すところでは、小孔14の形成密度を細溝10側で大きくすることで、小孔14のトータルボリュームを細溝側で大きくしているも、これに代えて、もしくは加えて、孔径および孔深さの少なくとも一方を細溝側で大きくして、所要のトータルボリュームをもたらすこともできる。
また、このような傾斜溝15は、十分な排水性能と、高い陸部剛性とを両立させるため、タイヤ赤道線側からトレッド端側に向けてそれの深さを次第に深くすることが好ましい。
ここでは、陸部列5の剛性バランス等の確保のために、周方向で交互に逆向きに延在させているこれらの幅方向細溝18の配設ピッチは、周方向に必要なゴムの逃げ変形と、幅方向剛性の確保とを考慮して選択することができる。
なおこの場合の傾き方向は、円周方向、もしくは、細溝開口と直交する方向等とすることができ、また、傾き部分は、一の細溝18に三個以上設けることもできる。
図12はこのことを剛性指数をもって例示する図であり、これによれば、それぞれの陸部列の剛性指数は、図の左側の陸部列から順に、90、60、100、110および120となる。
なおこの図に示すところでは、第2の縮小側陸部列9に設けた横溝17の全てを、トレッド端側の周溝4だけに開口するものとし、それらの反対端は陸部列内で終了させている。
そしてさらに、高さの高い部分の廷在態様は、図16(c)に示すようなジグザグ形状とすることも可能である。
なおこの図に示すところでは、周溝2への傾斜溝開口に対し、一個おきに突出部32を設けているも、全ての開口に対応させて突出部32を設けることもできる。また、他の横溝の開口位置に対応させて突出部を設けることもできる。
これによれば、一方のショルダー陸部列6の圧縮剛性の低下に基き、タイヤから車軸への振動の伝達を有利に抑制することができる。
また、図19(b)は、広幅リブ12およびブロック26のそれぞれに、トレッド幅方向に長いほぼ楕円状の複数個の窪み39を設けたものである。なお、窪み39の数および形状は所要に応じて適宜に選択することができる。
従って、図19に示す場合にあってもまた、トレッド幅方向に延びる各種のエッジ成分の総和を、一方のショルダー陸部列6で、他方のショルダー陸部列8より小さくすることが、一方のショルダー陸部列6の早期の摩耗を抑制する上で好適である。
先に述べた小孔、窪みまたはサイプと共用することもできるこれらの凹凸面40もしくは羽根状部材41は、その形状を所要に応じて適宜に選択することができる。
サイズが185/70 R14の実施例タイヤおよび比較例タイヤのそれぞれを、5.5Jのリムに、内圧210kPaで組み付けて乗用車に装着し、二名が乗車した状態での前輪のキャンパ角を−0.3°、後輪を−0.5°とした。
この車両で摩耗試験を実施した。試験条件は高速道路、一般路、山岳路を50%、40%、10%の割合で走行し、四輪の20000km走行後の摩耗量と、両側のショルダー陸部列の幅方向中央の走行成長量を測定した。
その結果を、比較例タイヤ1をコントロールとした指数で表1に示す。ここで指数値は大きい方が、摩耗量および走行成長量が少なく、性能が良いことを示す。
図21に示すトレッドパターンを有し、中央域のリブの中心線をタイヤ赤道線より装着車両の内側(図中左が装着内側)に5mmシフトさせ、装着内側のショルダー陸部列を周方向細溝で分割するとともに広幅リブに小孔を設け、装着外側のショルダー陸部列に、幅方向に対して5°の角度で延びる横溝を設けてなる比較例タイヤ1を、リムとディスクがリム幅のほぼ中央で連結されているホイールAに組み付けたものである。
比較例タイヤ1の装着内側のショルダー陸部列から小孔を除いた比較例タイヤ2を、図18に示すような、リムとディスクがリム幅の装着外側で連結されているホイールBに組み付けたものである。
図19(a)に示すように、両ショルダ陸部列に小孔を設けた実施例タイヤ1(横溝38はない)を、図18に示すようなホイールBに組み付けたものである。
図19(b)に示すように、窪みを設けた実施例タイヤ2を、図18に示すようなホイールBに組み付けたものである。
装着内側のショルダー陸部列の広幅リブに、図20(a)に示す凹凸面を、装着外側のショルダー陸部列のブロックに、図20(b)に示す羽根状部材を設けた、小孔も窪みもない実施例タイヤ3を、ホイールAに組み付けたものである。
装着内外側のショルダー陸部列のブロックに、図14に示すようなサイプを設け、装着内側のショルダー陸部列には、図14に示すサイプに加えて小孔を設けた実施例タイヤ4をホイールAに組み付けたものである。
サイズが215/45 R17の、図22に示すトレッドパターンを有する実施例タイヤおよび比較例タイヤのそれぞれを、7.5J×17のリムに組み付けるとともに、充填内圧を220kPaとし、−0.5°のキャンパ角を付与して図の左側の接地長さが長くなるようにして、速度30kmでスリップ角を0度から5度まで変化させて発生するコーナリングフォースを測定した。
0度と1度の時のコーナリングフォースの差をCf1とし、0度と2.5度のコーナリングフォースの差をCf2、0度と5度の差をCf3とすると、Cf2/Cf1が2.5、Cf3/Cf1が5であれば線形にコーナリングフォースを発生しており、Cf2/Cf1が2.5より大きいとスリップ角の大きい所で非線形にコーナリングフォースが増大する事を示し、Cf2/Cf1が3より小さいと逆に、コーナリングフォースが非線形に減少することを示す。
なお表2の指数値は、剛性が高いものほど大きい値とした。
サイズが235/45 R17の実施例タイヤおよび比較例タイヤを、8J×17のリムに、内圧210kPaで組み付けて乗用車に装着し、二名が乗車した状態での前輪のキャンバ角を−0.4°、後輪を−0.6°とした。
◎ この車両で摩耗試験を実施した。試験条件は高速道路、一般路、山岳路を50%、40%、10%の割合で走行し、20000km走行後の前二輪の、双方のショルダー陸部列の幅方向中央の摩耗量の比を求めた。100より大きい場合は装着内側が多く摩耗していることを示し、100より小さい場合は装着外側が多く摩耗していることを示す。
◎ この車両で水深6mmのプール内で、速度50km/hから加速試験を行い、テストドライバーによるハイドロプレーニングの発生速度の評価を行った。結果は左右輪で平均したハイドロプレーニング発生速度の指数で表現し、指数大が良とした。
◎ この車両でテストコースの平滑路面で騒音計測を行った。時速60kmの一定速度で走行し、ドライバーの車両中央部寄りの耳もとに置いたマイクにて計測。騒音は指数で示し、指数大が騒音が低いことを示す。
◎ この車両で、テストコースでのテストドライバーによる操縦安定性の官能評価を行った。結果は指数で表現し、指数大が良とした。
これらの試験結果を表4に示す。
PSR205/65R15、リム6JJ×15、内圧200kPa、荷重0.588kN、0.235kNの二水準。
キャンバ−0.5度で、伸長側の一方のショルダー陸部列についての室内摩耗試験と、室内でのハイドロプレーニング現象の発生試験を実施。
また車両に装着して一般道路を1000km走行し、一方のショルダー陸部列の細溝内に咬みこんだ石などの異物の個数を評価した。
実施例タイヤ17:パターンは図19に示すものと類似で、接地長さ縮小側のショルダー陸部列の***無し、接地長さ伸長側のショルダー陸部列の***は図5のようにショルダー側で密、センター側で疎、センター陸部列には図9(b)の三分割タイプの三次元サイプ、ショルダー周方向細溝幅、が新品時のタイヤトレッド表面では3mm、溝底では0.5mmで表面から底へ幅が漸減。
性能は、比較例タイヤ8をコントロールとして指数にて表5に示し、指数は100より大が良とした。
サイズが215/45 R17の実施例タイヤと比較例タイヤとのそれぞれにつき、標準リムに組み込み、220kPaに調整してから、テストコースにて直進時の耐ハイドロプレーニング性と操縦安定性とを官能評価し、またセンター摩耗については、20000kmにわたって車両を走行させ、トレッドセンター部の摩耗量を評価した。その結果、比較例タイヤ9をコントロールとする指数にて表6に示した。
図21に示すトレッドパターンを有するものとし、中央域陸部列を18mm幅のリブとしたものである。
・実施例タイヤ18
図21に示すトレッドパターンの中央域のリブに、タイヤ幅方向に対して15°の角度でともに同方向に延びる複数本のサイプを、周方向に30mmの間隔をおいてリブの全幅にわたって形成し、サイプの深さを10mm、開口幅を0.4mmとするとともに、各サイプを、それの深さ方向で、図9(b)に示すよう、三つの分割部分として、タイヤ半径方向に対して±22.5°の角度に傾けたものである。
図21に示すトレッドパターンの中央域のリブに、ともに周方向に傾斜する複数の楕円状窪みを周方向に30mmの間隔をおいて形成し、その窪みの長軸長さを13mm、その長軸の、タイヤ幅方向に対する傾き角を15°、短軸の長さを3mmとしたものである。
5 中央陸部列
6 一方のショルダー陸部列
7 第2の伸長側陸部列
8 他方のショルダー陸部例列
9 第2の縮小側陸部列
10 細溝
11 狭幅リブ
12 広幅リブ
13,17,21,38 横溝
14,37 小孔
15 傾斜溝
16 傾斜面
18 幅方向細溝
19,39 窪み
20,24,25 サイプ
22,23 エッジ
26,28 ブロック
27 周辺***部
29 踏み込み縁
30 蹴り出し縁
31 溝壁
32 突出部
33 ホイール
34 リム
35 ディスク
36 連結部
40 凹凸面
41 羽根状部材
E タイヤ赤道線
Ep 赤道面
C 幅方向中心線
Claims (9)
- トレッドに三本以上の周溝を設けるとともに、タイヤ赤道線に最も近接して位置する陸部列をリブとしてなり、キャンバ角を付与した状態で使用に供される空気入りタイヤであって、
キャンバ角零のタイヤ姿勢を基準とし、キャンバ角の付与によってトレッドの接地長さが長くなる側の一方のショルダー陸部列に形成されることのあるエッジの、トレッド幅方向の延在成分のトレッド周方向での、単位幅当りの総和を、タイヤ赤道線に対して、そのショルダー陸部列とはトレッドの反対側に区画される他方のショルダー陸部列に設けられるエッジの、トレッド幅方向の延在成分のそれより小さくし、一方のショルダー陸部列のタイヤ赤道線側に隣接する第2の伸長側陸部列に、トレッド幅方向に対して45°以上の平均角度で延びる複数本の傾斜溝を設け、これらの傾斜溝を、少なくとも、一方のショルダー陸部列側の周溝に開口させてなる空気入りタイヤ。 - 他方のショルダー陸部列のタイヤ赤道線側に隣接する第2の縮小側陸部列に、一端が周溝に開口し、他端がその陸部列内で終了する横溝を設けてなる請求項1に記載の空気入りタイヤ。
- 一方のショルダー陸部列を、周方向に延びる細溝によってトレッド幅方向に二分割するとともに、他方のショルダー陸部列に、トレッド幅方向に対して15°以下の平均角度で延びる横溝を設けてなる請求項1もしくは2に記載の空気入りタイヤ。
- 他方のショルダー陸部列の、横溝によって区画されるブロックに、表面高さが、ブロック辺縁もしくはブロック中央部分に向けて、または、それらの両者に向けて漸減する周辺***部を設けてなる請求項1〜3のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
- 第2の伸長側陸部列の、傾斜溝で区画されるブロックの踏み込み縁の高さおよび蹴り出し縁の高さのそれぞれを、トレッド幅方向で異ならせるとともに、高さの高いそれぞれの部分を、トレッド周方向へ、周方向位置に応じてトレッド幅方向の位置を変化させながら延在させてなる請求項1〜4のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
- トレッド幅方向に対して40°以上の平均角度で延びる横溝および傾斜溝の少なくとも一方と、周溝とによって挟まれる、ブロックの鋭角隅部に、先端に向けて高さを漸減させる傾斜面を設けてなる請求項1〜5のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
- 周溝の、横溝および傾斜溝の少なくとも一方が開口する溝壁とは反対側の溝壁の、溝開口位置とトレッド幅方向に対向する位置に、溝内への突出部を設けてなる請求項1〜6のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
- トレッド幅方向に対して45°以上の平均角度で延びる、傾斜溝の溝深さを、タイヤ赤道線側からトレッド端側に向けて深くしてなる請求項1〜7のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
- 第2の伸長側陸部列に設けた傾斜溝の、タイヤ赤道線に対する延在方向を、トレッド周方向で交互に逆方向としてなる請求項1〜8のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
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