JP4597960B2 - 建設機械にタイヤを取付ける方法およびそのタイヤ - Google Patents

Description

本発明は土木作業用機械（engins de travaux genie civil、ＧＣ）のタイヤ、特に、そのタイヤトレッドパターンに関するものである。
本発明はさらに、使用時の偏摩耗を減らすための土木作業（ＧＣ）用車両へのタイヤの取付け方法に関するものである。

厳しい条件下、特に急傾斜上を走行する鉱山で多量の鉱石を運搬するために設計された土木作業用車両が知られている。この種の車両はダンプカーともよばれ、適当なサイズのタイヤが取付けられた駆動車軸とステアリング車軸とを備えている。この種のタイヤの摩耗は重荷重を伝達するトルクを伝える時にタイヤトレッドに加わる縦方向の反作用で生じるすべり（glissement）の影響を大きく受けるということが分かっている。

下記文献にはトレッド幅の約半分まで延びた凸凹ブロックの形をしたパターンをトレッドに有す農業用トラクタに取付けられるタイヤが記載されている。
フランス国特許第２，３８２，３４８号

この特許ではこの形式のタイヤの偏摩耗を減らすために走行面の垂線に対して測定した前面（face d'attaque）および後面（face de fuite）の角度をトレッドの中心部からエッジへ向かって少しづつ変え、前面の角度はトレッドのエッジへ向かって小さくし、後面の角度は大きくする解決策をとっている。

しかし、この文献は柔らかい地面で作業し、時々道路を走行する車両のためのタイヤに関するもので、本発明が対象とするタイヤとは基本的に違っている。すなわち、このタイヤは使用サイクル中に極めて大きい応力を大きく変化する荷重条件下で受けることはない。また、柔らかい地面では地盤沈下、地面の踏み固めを起こさないようにするために使用圧力は一般に低くなっている。

それに対して、あらゆる土木作業（ＧＣ）用車両で使用される本発明のタイヤは、タイヤおよびトレッドに極めて大きな変形を与える非常に重い荷重を運搬するのに用いられ、その使用条件は極めて多様である。重荷重下での走行と、無荷重下での走行とが使用に含まれる。
鉱山によっては急傾斜が存在し、走行条件がさらに難しいものになることがある。

使用の違いは下記の２つの主要なタイプに区別できる：
Ａタイプ：
車両は上り坂を満載で走行し、同じ経路を戻る。このタイプの使用では駆動車軸上のタイヤが上り坂で大きな駆動トルクを受け、帰路でブレーキトルクを受ける（このタイプの使用では駆動力がブレーキ力よりも大きい）。
Ｖタイプ：
Ａタイプとは逆に、車両は下り坂を満載で走行し、ブレーキトルクを使い、同じ坂を空の状態で上って戻る（このタイプの使用ではブレーキ力が駆動力よりも大きい）。

荷重下か無荷重下かで走行サイクルを類推すると、平坦またはほぼ平坦な地面上での走行サイクルはＡタイプの走行に似ており、タイヤの走行に対する抵抗のためブレーキトルクに比べて駆動力が主になる。

本発明の目的は、摩耗の観点（すなわちタイヤの使用耐久性を高くする観点）から土木作業用機械へのタイヤの最適な取付け法を見出すことにある。
この目的から本発明は、重荷重を運搬する土木作業用車両の駆動車軸へタイヤの摩耗寿命をのばすようにタイヤを取付ける方法を提供する。

本発明は、下記（ａ）〜（ｄ）を特徴とする偏摩耗が減少するように重荷重運搬車両の駆動車軸にタイヤを取り付ける方法にある：
（ａ）車両に適したタイヤの寸法を選択し、そのタイヤは外側表面が走行面を成す最大幅Ｌのトレッドを有し、このトレッド自体は複数の凸凹要素を含むパターンを有し、この凸凹要素は横方向に延びた少なくとも複数の溝を規定し、各横方向溝（はゴムの互いに対向する第１面と第２面とで規定され、トレッドは下記の部分（i）と（ii）とを含み：
(i) トレッドの幅Ｌの２０〜５０％の幅を有する中心部分（Ｍ）、この中心部分（Ｍ）はゴムの面で規定されるほぼ横方向を向いた溝を有していてもよい、
(ii) 軸線方向で中心部分（Ｍ）の両側にあるエッジ部分（Ｂ）、各エッジ部分は複数の横方向溝を有し、各横方向溝は第１面と第２面とで規定され、第１面は走行面の垂線に対して角度αで傾き、この角度αは第１面と対向した第２面の傾きの角度βとは異なる、
（ｂ）車両が実行する工程のタイプを決定し、Ａタイプ（荷重下で駆動トルクで上り、空でブレーキトルクで下る）か、Ｖタイプ（空で上り、荷重下でブレーキトルクで下る）かを決定し、
（ｃ）車両の経路がＡタイプのときはトレッドのエッジ部分（Ｂ）の各横方向溝で地面と最初に接触する各横方向溝を規定するゴムの面の傾き角度が同じ横方向溝を規定する対向するゴムの面の傾き角度より小さくなるように、タイヤを各駆動車軸に取付け、
（ｄ）車両の経路がＶタイプのときはトレッドのエッジ部分（Ｂ）の各横方向溝で地面と最初に接触する各横方向溝を規定するゴムの面の傾き角度が同じ横方向溝を規定する対向するゴムの面の傾き角度よりも大きくなるように、タイヤを各駆動車軸に取付ける。

本発明の原理では、最初に地面と接触する面と最後に地面から持ち上がる面との間の傾き角度に差があるため、トレッドのエッジ部分すなわち軸線方向外側部分が支持する荷重によって縦方向の力が生じ、この力は、上記取付け方向に従って、作業サイクルの加重部分で、タイヤが取り付けられた車軸を介して伝達される駆動トルクが作る縦方向の力から減算され、すべり（従って摩耗）を減少させる。なお、作業サイクルの無加重部分ではこの角度の差によって縦方向の力が発生し、すべりを引き起こす力が増加するが、エッジに加わる応力が低いため、この角度の差の効果は小さい。

従って、摩耗パターンが一方のタイプより他方のタイプ（上記定義のＡタイプまたはＶタイプのいずれか）の経路で特に使用されていることを示す土木作業用車両タイヤの耐摩耗性寿命は本発明方法によって最適化することができ、これは一般に、所定の鉱山から鉱石を採掘することおよび鉱石をその置き場に投げ下ろすことを含む作業を行う鉱山の場合に当てはまる。

本発明方法を用いることで、赤道面から軸線方向で最も遠いトレッド部分は極めて軽い荷重と極めて重い荷重との交互サイクルに適応できるようになる。

本発明はさらに、重荷重を運搬する土木作業用車両に取り付けられるタイヤのトレッドを提供する。このタイヤは走行面を形成する外側表面に最大幅Ｌのトレッドを有し、外側表面上には複数の凸凹要素を含むパターンが形成され、この凸凹要素は横方向を向いた少なくとも複数の溝を規定し、この横方向の溝は互いに対向する第１と第２のゴムの面で規定され、トレッドは下記（i）と（ii）の部分を有する：
（i） トレッド幅Ｌの２０〜５０％の幅の中心部分、
（ii） 軸線方向で上記中心部分の両側にあるエッジ部分、各エッジ部分は複数の横方向溝を含み、各横方向溝は第１面と第２面とで規定され、第１面は走行面の垂線に対して第１面と対向した第２面の傾き角度とは異なる傾き角度を有している。

上記特徴を有する本発明のタイヤトレッドの別の変形例では、中心部分がゴムの第１面と第２面で規定されるほぼ横方向を向いた複数の溝を有し、走行面の垂線に対するこの中心部分の傾きの差がトレッドのエッジ部分で横方向溝を規定するゴムの第１面と第２面の間の傾きの差よりも小さい。

トレッドのエッジ部分で横方向溝を規定するゴムの第１面と第２面の間の傾きの差は５°〜３０°であるのが好ましい。
すなわち、５°未満の値では十分認識されるほどの改良が得られず、一方、３０°を超える値になると溝部が通常の解決法よりもはるかに大きくなり、使用材料が過度に減少するため耐摩耗寿命が不十分になるのが避けられない。

第１の面の平均角度は６°〜１２°であり、第２の面の平均角度は１５°〜３５°である。これらの角度は上記各面と走行面の垂線との間で測定する。
この値が過度に低いと大荷重下でパターン要素が凹むことになる。一方、３５°を超える値では溝部が通常の解決法よりもはるかに大きくなり、使用材料が過度に減少するため耐摩耗寿命が不十分になるのが避けられない。

本発明のさらに他の対象は少なくとも１つの駆動車軸を有する土木作業用車両にある。この駆動車軸はタイヤを備え、このタイヤは走行面を形成する外側表面を有する最大幅Ｌのトレッドを有し、上記外側表面には複数の凸凹要素を含むパターンが形成され、この凸凹要素は横方向を向いた少なくとも複数の溝を規定し、この横方向溝は互いに対向するゴムの第１面と第２面で規定され、トレッドは（i）トレッドの幅Ｌの２０〜５０％の幅を有する中心部分（Ｍ）と、（ii）軸線方向で上記中心部分の両側にあるエッジ部分（Ｂ）とを有し、各エッジ部分は複数の横方向溝を有し、各横方向溝は第１面と第２面とによって規定され、第１面は走行面の垂線に対して角度αで傾き、この角度αは第１面と対向した第２面の傾き角度βとは異なる。
本発明の上記以外の特徴および利点は本発明の複数の実施例を示す添付図面を参照した以下の説明からより良く理解できよう。しかし、本発明が下記実施例に限定されるものではない。

［図１］はダンプカー型土木作業用車両の駆動車軸に合うように設計された本発明のタイヤＰの斜視図である。このタイヤはサイズ４０．００Ｒ５７で、幅がＬ（９７０ｍｍに等しい）のトレッド１を有し、このトレッドはトレッドを軸線方向（すなわちその幅の方向）に下記の３つの部分に分割するパターンを備えている：
１） ほぼ周方向に延びた２本の溝２の間にある中心面Ｍ、この中心面Ｍの幅は４１０ｍｍ（すなわちＬの４２％）
２） 上記中心面Ｍの両側にあるトレッドのエッジを形成する２つのエッジＢの部分

中心部分Ｍはほぼ横方向を向いた複数の溝２１を備え、各溝２１は走行面の垂線に対する傾きがゼロのゴム面によって規定されている。
各エッジＢの部分はほぼ横方向を向いた溝３１によって互いに周方向に隔てられた複数のゴムブロック３で形成される（すなわち、トレッド幅に対応するタイヤの軸線方向に対して４５°以下の角度を成している）。各横方向溝３１は互いに対向するゴム面によって規定される。これらの面は走行方向に従って前面（すなわち走行中に地面と最初に接触する面）か、後面（すなわち走行中に地面との接触を最後に断つ面）のいずれかである。

［図２］はエッジの部分の高さでのトレッドの線II−IIによる断面を示す。
［図３］は線II−IIでの断面の軸線方向外側での線III−IIIによる別の断面を示す。
［図２］［図３］を参照すると、エッジＢの横方向溝３１を規定する互いに対向する面３１０と３１１は走行面の垂直線に対して角度α２、β２、β３を成していることがわかる。これらの角度の間の差（α２−β２）および（α３−β３）はそれぞれ５°および１６°である。
すなわち、トレッドの外側へ向かって軸線方向に進むにつれて対向面の間の傾きの差が増すことがわかる。

タイヤの使用方法に応じて、すなわち上記定義のＡタイプまたはＶタイプのどちらのタイプの作業で使用するかに応じて、タイヤにとって好ましい回転方向（車両の駆動車軸に取り付ける方向に対応）を決定する。

タイヤがＡタイプで使用される場合、すなわち車両が満載で上り坂を上り、同じ道路を戻る場合は上記パターンを有するタイヤを線II−IIによる断面で角度α１を成す面３１０が後面となるように取り付ける（この後面と走行面とが成すコーナーを［図２］では記号Ｍで示す。このコーナーＭが最後に地面との接触を断つ）。この場合の走行方向は点Ｎから点Ｍへ向けられる矢印Ｒ（Ａ）で示される。
タイヤがＶタイプで使用される場合、すなわち車両が満載で下り坂をブレーキトルクで下り、同じ坂を空の状態で戻る場合は、上記Ａタイプとは逆方向にタイヤを取り付ける必要がある。従って、Ｖタイプで使用する場合の走行方向は点Ｍから点Ｎへ向かう矢印Ｒ（Ｖ）で示される方向である。

本発明の別の変形例では、少なくとも１つの面３１０（または３１１）の傾きが、トレッド厚さ全ての位置で一定ではない。例えば、［図４］は面３１０が新しい条件での走行面の第１半径Ｒ１を有する円筒形の後に第２半径を有する別の円筒形を有し、トレッドエッジでの断面でのこの第２半径Ｒ２はＲ１よりもかなり小さい。面３１０が走行面の垂線と成す角度αはトレッドの厚さ方向位置とともに次第に増加する。この構造にすることによってトレッドが次第に摩耗した時に互いに対向する面３１０と３１１との間の傾きの差を増すことができ、摩耗のゲインを増やすことができるので有利である。新しい状態での走行面に近い面３１０の初期角度αはその反対側の面の角度βよりも大きいのが好ましい。

さらに、本発明のタイヤはタイヤが取付けられる車両の主要な使用タイプ（すなわち、荷重下で駆動トルクで上り、空でブレーキトルクで下るＡタイプか、空で上り、荷重下でブレーキトルクで下るＶタイプかのいずれか）に従って好ましい回転方向を示す手段を備えるのが有利である。
本発明は上記図示および説明した実施例に限定されるものではなく本発明の範囲を逸脱しない限り、種々の変更をすることができるということは理解できよう。

本発明のトレッドパターンの一つの実施例の斜視図。 図１に示すパターンの線II−IIによる断面図。 図１に示すパターンの線III−IIIによる断面図。 エッジでの凸凹要素の面の角度が深さとともに増加する本発明の別の変形例の断面図。

Claims (4)

1. 偏摩耗が減少するように重荷重運搬車両の駆動車軸にタイヤを取り付ける方法であって、
   （ａ）車両に適したタイヤを選択する工程であって、そのタイヤは最大幅Ｌのトレッド（１）を有し、このトレッドの外側表面が走行面を形成し、このトレッド（１）自体が複数の凸凹要素（３）を含むパターンを有し、この凸凹要素（３）はタイヤ幅方向である横方向に延びた少なくとも複数の溝（３１）を規定し、各横方向溝（３１）はゴムの互いに対向する第１面と第２面（３１０、３１１）とで規定され、上記トレッド（１）は、(i)トレッドの幅Ｌの２０〜５０％の幅を有する中心部分（Ｍ）を有し、この中心部分（Ｍ）はゴムの面で規定されるほぼ横方向に向いた溝（２１）を有し、及び、(ii)軸線方向で中心部分（Ｍ）の両側にあるエッジ部分（Ｂ）を有し、各エッジ部分は複数の横方向溝（３１）を有し、各横方向溝（３１）は第１面と第２面（３１０、３１１）とで規定され、第１面は走行面の垂線に対して角度αで傾き、この角度αは第１面と対向した第２面の傾きの角度βとは異なる、上記選択する工程と、
   （ｂ）車両によりなされる走行のタイプ、即ち、Ａタイプ（荷重下で駆動トルクで上り、空でブレーキトルクで下る）か、Ｖタイプ（空で上り、荷重下でブレーキトルクで下る）かを決定する工程と、
   （ｃ）車両の走行がＡタイプのときはトレッドのエッジ部分（Ｂ）の各横方向溝（３１）で地面と最初に接触する各横方向溝（３１）を規定するゴムの面の傾き角度が同じ横方向溝を規定する対向するゴムの面の傾き角度より小さくなるように、タイヤを各駆動車軸に取付ける工程と、
   （ｄ）車両の走行がＶタイプのときはトレッドのエッジ部分（Ｂ）の各横方向溝（３１）で地面と最初に接触する各横方向溝（３１）を規定するゴムの面の傾き角度が同じの横方向溝を規定する対向するゴムの面の傾き角度よりも大きくなるように、タイヤを各駆動車軸に取付ける工程と、
   を有するタイヤの取付方法。
2. 最大幅Ｌのトレッド（１）を有し、走行面を形成する外側表面を有し、この外側表面には複数の凸凹要素（３）を含むパターンが形成され、この凸凹要素はタイヤ幅方向である横方向に向いた少なくとも複数の溝（３１）を規定し、この横方向溝は互いに対向する第１と第２のゴムの面で規定され、上記トレッド（１）は、（i）トレッドの幅Ｌの２０〜５０％の幅を有する中心部分（Ｍ）を有し、及び、（ii）軸線方向で上記中心部分の両側にあるエッジ部分（Ｂ）を有し、各エッジ部分は複数の横方向溝（３１）を有し、各横方向溝（３１）は第１面と第２面（３１０、３１１）とによって規定され、第１面は走行面の垂線に対して角度αで傾き、この角度αは第１面と対向した第２面の傾き角度βとは異なる、重荷重運搬車両用のタイヤにおいて、
   タイヤが取り付けられる車両の主要な使用タイプ、即ち、荷重下で駆動トルクで坂を上り、空でブレーキトルクで下るＡタイプか、空で坂を上り、荷重下でブレーキトルクで下るＶタイプかに応じて好ましい回転方向を示す手段、を備え、
   トレッドのエッジ部分（Ｂ）の横方向溝（３１）を規定するゴムの第１面と第２面（３１０、３１１）の間の傾きの差が、走行面に最も近い高さの所で測定した上記の差がトレッドが新しいときよりも半分摩耗したときの方が大きくなるように、新しい状態での走行面に対する距離の関数で大きくなるタイヤ。
3. トレッド（１）の中心部分（Ｍ）がゴムの第１面と第２面（３１０、３１１）で規定される複数の横方向溝（２１）を有し、走行面の垂線に対するこれらの面の傾きの差がトレッドのエッジ部分（Ｂ）の横方向溝（３１）を規定するゴムの第１面と第２面の間の傾きの差よりも小さい請求項２に記載のタイヤ。
4. 車両の駆動車軸に取り付けられる請求項２乃至３の何れか１項に記載のタイヤ。

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