JP5291398B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、特に雪道を走行する自動車に用いるのに最適な空気入りタイヤに関する。

従来、冬用の空気入りタイヤ（スタッドレスタイヤ）では、雪道を走行する際、タイヤが雪道をグリップしきれずにタイヤが雪面上をスリップし易いという難点があった。このため、雪道における発進時の加速・制動性を改良する対策として、トレッドパターンにサイプを設けた設計が成されている。

しかし、雪上加速性能を確保しようとしてサイプ数を増加させるとブロック剛性が低下して雪上制動性能が悪化し易いという難点がある。なお、サイプの密疎を設定する対策を行っても、やはりサイプ数を増加させたブロックの剛性が低下して雪上性能が悪化し易い。

また、例えば特許文献１、２に、トレッド部のゴムを複数に分割して形成してトレッド部を２種以上のゴムで構成させることによって、雪氷路上での走行性能を向上させることが開示されている。しかし、近年、雪道における発進時の加速・制動性については更に高いものが要求されてきている。
特開２００１−４７８１５号公報 特開平６−１１１１号公報

本発明は、上記事実を考慮して、雪上性能を更に向上させた空気入りタイヤを提供することを課題とする。

本発明者は、タイヤの雪上における摩擦係数μの発現メカニズムについて以下の検討を行った。

図１３に示すように、雪路面からは、圧縮抵抗力ＦＡ、エッジ効果による駆動力或いは制動力（以下、エッジ効果ＦＤという）、表面摩擦力ＦＣ、及び、雪柱せん断力ＦＢ（雪柱Ｓをせん断する力）がタイヤＴＡに作用している。ここで、圧縮抵抗力ＦＡはタイヤ前面が雪面を押し固め走行抵抗となる力、エッジ効果ＦＤはブロックエッジやサイプエッジが雪路面を引っ掻く力によって生じる力、表面摩擦力ＦＣはゴム表面と雪路面間の摩擦力、雪柱せん断力ＦＢはラグ溝で雪をせん断させることによりタイヤに生じる力を示す。なお、雪柱せん断力ＦＢはブロック陸部とラグ溝部とによる歯車を回転させるメカニズムによって生じている。

また、本発明者は、従来の冬用タイヤではセンター部、ショルダー部のサイプ配分が概ね均等であり、またサイプを形成するブレードは平板として設計されていることに着目した。そして、従来の冬用タイヤでは、トレッドゴム層におけるゴム種は一般に１種類であり、雪上性能に寄与する−２０℃における動的弾性率を設計する自由度が少ないことにも着目した。

そして、本発明者は、鋭意検討した結果、接地面側のトレッドゴムを分割して複数のゴム種で構成させてブロック剛性に分布を持たせるとともに、サイプ本数の分布も併せて設定することを考え付いた。そして、本発明者は、実験を行って更に検討を重ね、本発明を完成するに至った。

請求項１に記載の発明は、トレッド部の少なくとも接地面側を構成するゴムの硬さがトレッド幅方向位置で異なり、ゴムが硬い接地面側のトレッド部分では、ゴムが軟らかいトレッド部分の接地面側に比べ、サイプ密度が高くされている。

サイプ密度とは、踏面（接地面）における単位面積あたりのサイプ長さのことである。

請求項１に記載の発明では、サイプ密度が高い接地面側のトレッド部分では硬いゴムが配置されているので、ブロック剛性不足によるブロックの倒れ込みが抑制される。すなわち、硬いゴムを配置することでブロック剛性の低下を抑制しつつ、サイプによるエッジ効果の向上を図ることができる。

また、サイプ密度が低い接地面側のトレッド部分では軟らかいゴムが配置されているので雪との間での表面摩擦力を効果的に上げることができる。すなわち、サイプ密度を減らすことでブロック剛性の低下を抑制することにより接地面近傍のブロック変形を抑えつつ表面摩擦力を上げることができ、グリップ力の向上を図ることができる。

また、本発明者はタイヤセンター部とショルダー部とについて以下の検討を行った。

タイヤ接地面は一般にタイヤセンター側の方がショルダー側よりも接地長が大となるため、発進時にはタイヤセンター部の寄与が高い。雪上加速性能向上のためにはセンター部のエッジ成分を増加させてエッジ効果をアップすることが望ましいが、エッジ成分を増加させ過ぎるとブロック剛性が低下するため、エッジ先端部が変形し易くなり、雪に貫入して雪を引っ掻くことで発生するエッジ効果が減少して雪上加速性能が悪化する。また制動時には車両の重心が移動して前輪の荷重が増加するため、タイヤ接地面におけるショルダー側の接地長が増加することから、雪上制動時にはショルダー側の寄与が高い。雪上制動性能向上のためにはショルダー側（トレッドショルダー部）を構成するトレッドゴムの−２０℃における動的弾性率を小として表面摩擦力をアップすることが望ましいが、動的弾性率を小とするとブロック剛性が低下するため、接地面近傍のブロックが変形し易くなり、ゴムと雪の接触面積が減少して雪上制動性能が悪化する。

そこで、本発明者は、ゴムの硬さ及びサイプ密度について、トレッド部のタイヤセンター側とショルダー側とで好適な形態を考え出した。

請求項２に記載の発明は、タイヤセンター側のトレッド部分では、ショルダー側のトレッド部分に比べ、ゴムが硬い。

雪上加速性能においては、接地長が大きいセンター部の寄与が高く、雪上制動性能においては、制動時に影響が大きいショルダー部の寄与が高い。従って、請求項２に記載の発明のように、タイヤセンター側のトレッド部分のサイプ密度がショルダー側のトレッド部分に比べて高いことで、より効果的に雪上加速性能を向上させることができ、ショルダー側のトレッド部分のゴムがタイヤセンター側よりも軟らかいことで、雪上制動性能をより効果的に向上させることができる。
請求項３に記載の発明は、タイヤセンター側のトレッド部分では、ショルダー側のトレッド部分に比べ、ゴムが軟らかい。

請求項４に記載の発明は、ゴムが硬い接地面側のトレッド部分では、ゴムが柔らかい接地面側のトレッド部分に比べ、サイプ密度が１．１〜３．０倍の範囲内で高い。

上記の値（サイプ密度比）が１．１倍未満であるとブロック剛性に優位な差を見出せ難くなる。また、３．０倍を超えるとサイプ密度が高くなり過ぎてゴムと雪の接触面積が低下し、雪上制動性能が悪化し易くなる。

請求項５に記載の発明は、ゴムが硬い接地面側のトレッド部分では、ゴムが軟らかい接地面側のトレッド部分に比べ、−２０℃におけるゴムの動的弾性率が１．１〜２０．０倍の範囲内で高い。

上記の値（動的弾性率比）が１．１倍未満であるとブロック剛性に優位な差を見出せ難くなる。また、２０．０倍を超えると動的弾性率が低すぎてエッジ先端部の変形が増大し、エッジ効果が低下して雪上加速性能が悪化し易い。

請求項６に記載の発明は、前記トレッド部に形成されたサイプが３次元サイプ（３Ｄサイプ）で構成されている。

３Ｄサイプとは、２方向（ブロック踏面でのサイプが延びる方向と、サイプ深さ方向と、であることが多い）に変形しながら延びるサイプをいう。

３Ｄサイプを形成するブレードとしては、任意の形状のブレードを用いることが出来る。

請求項６に記載の発明により、サイプ壁面同士の接触力を増加させることによりブロック倒れこみを抑制することができ、ブロック剛性を更に増加させることになる。従って、より効果的に雪上加速性能、雪上制動性能を向上させることができる。３Ｄサイプによりブロック剛性が増加する分をサイプ密度の更なる増加や、トレッドゴムの−２０℃における動的弾性率減少に振り分けても良い。

また、前後方向の入力に対してサイプ壁面同士を効果的に接触させるために、３Ｄサイプを形成するブレードは、タイヤ半径方向（サイプ深さ方向）に対し任意に折れ曲がった形状を有していることが望ましい。これにより、前後方向のブロック剛性が増加し、接地面積を増大させて雪上加速・制動性能を向上させることが出来る。

また、横方向の入力に対してサイプ壁面同士を効果的に接触させるために、３Ｄサイプを形成するブレードは、ブロック幅方向に対し任意に折れ曲がった形状を有していることが望ましい。これにより、横方向のブロック剛性が増加し、接地面積を増大させて雪上での操縦安定性能を向上させることが出来る。

本発明によれば、雪上性能を更に向上させた空気入りタイヤとすることができる。

以下、実施形態を挙げ、本発明の実施の形態について説明する。なお、第２実施形態以下では、既に説明した構成要素と同様のものには同じ符号を付して、その説明を省略する。

［第１実施形態］
まず、第１実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態に係る空気入りタイヤ１０は乗用車用のスタッドレスタイヤ（冬用タイヤ）であり、両端部がそれぞれビードコア１１で折り返された１層又は複数層で構成されるカーカス（例えばラジアルカーカス）１２を備えている。

カーカス１２のクラウン部１２Ｃのタイヤ径方向外側には、複数枚（例えば２枚）のベルトプライが重ねられたベルト層１４が埋設されている。

ベルト層１４のタイヤ径方向外側には、溝を配設したトレッド部１６が形成されている。図２に示すように、トレッド部１６には、タイヤ赤道面（タイヤセンター）ＣＬ上とその両側とに、タイヤ周方向Ｕに沿った複数本の周方向溝（主溝）２２が形成されている。また、トレッド部１６には、タイヤ周方向Ｕと交差する複数本の横溝２４が形成されている。本実施形態では、横溝２４はタイヤ幅方向Ｖに沿って形成されている。各横溝２４の両端部は、周方向溝２２に連通するか、又は、トレッド端Ｔを越えてタイヤ幅方向外側へ排水可能なように延びている。

ここで、トレッド端とは、空気入りタイヤをＪＡＴＭＡ ＹＥＡＲ ＢＯＯＫ（２００６年度版、日本自動車タイヤ協会規格）に規定されている標準リムに装着し、ＪＡＴＭＡ ＹＥＡＲ ＢＯＯＫでの適用サイズ・プライレーティングにおける最大負荷能力（内圧−負荷能力対応表の太字荷重）に対応する空気圧（最大空気圧）の１００％を内圧として充填し、最大負荷能力を負荷したときのタイヤ幅方向最外の接地部分を指す。なお、使用地又は製造地においてＴＲＡ規格、ＥＴＲＴＯ規格が適用される場合は各々の規格に従う。

トレッド部１６には、図２に示すように、周方向溝２２及び横溝２４によって、タイヤ赤道面ＣＬ側（タイヤセンター側）に形成された内側ブロック列２６、２８と、ショルダー側（トレッド端Ｔ側）に形成された外側ブロック列３０、３２とが配置されている。

本実施形態では、図１、図２に示すように、トレッド部１６は２種のゴムで構成されている。内側ブロック列２６、２８を形成しているタイヤセンター側のトレッド部分１６Ａは硬いトレッドゴム（いわゆる硬ゴム）３４で構成され、外側ブロック列３０、３２を形成しているショルダー側のトレッド部分１６Ｂは軟らかいトレッドゴム（いわゆる軟ゴム）３６で構成されている。より具体的に説明すると、トレッドゴム３４の−２０℃における動的弾性率がトレッドゴム３６に比べて高い。

ここで、内側ブロック列２６、２８は同種のゴムで構成されて同形状である。そして、外側ブロック列３０、３２は同種のゴムで構成されて同形状である。従って、以下の説明では、内側ブロック列２６及び外側ブロック列３０を説明して内側ブロック列２８及び外側ブロック列３２の説明を省略する。

図２〜図４に示すように、内側ブロック列２６を構成する各ブロック４０、及び、外側ブロック列３０を構成する各ブロック４４には何れもサイプ４６が形成されている。本実施形態では、各サイプ４６は、横溝２４に沿って形成されており、横溝２４と実質的に平行とされている。また、ブロック４０、４４に形成された各サイプ４６の寸法は、全て同じである。

本実施形態では、ブロック４０のサイプ枚数がブロック４４のサイプ枚数よりも多い。すなわち、内側ブロック列２６の各ブロックのサイプ密度が高く、外側ブロック列３０の各ブロックのサイプ密度が低くされている。

図３に示すように、本実施形態では、内側ブロック列２６を構成する各ブロック４０には５枚のサイプ４６Ａ〜Ｅが形成され、この５枚のサイプ４６によって６つの小ブロック４２Ａ〜Ｆが形成されている。

（作用、効果）
以下、本実施形態の作用、効果を説明する。

本実施形態では、内側ブロック列２６の各ブロック４０では、ゴムが硬くしかもサイプ密度が高い。すなわち、サイプ枚数を密にしてもブロック剛性を維持または増大させることが出来る。従って、硬いゴムを配置することでブロック剛性の低下を抑制することによりサイプエッジ先端部の変形を抑えて効果的にエッジ効果を発生させ、しかも、サイプ枚数を増やすことによってサイプ４６によるエッジ効果の向上を図ることができ、雪上加速性能を効率良く向上させることができる。

そして、外側ブロック列３０の各ブロック４４では、ゴムが軟らかくしかもサイプ密度が低い。すなわち、ゴムが軟らかくても、ブロック剛性を維持または増大させることが出来る。従って、サイプ密度を減らすことでブロック剛性の低下を抑制して接地面近傍のブロック変形を抑えつつ、軟らかいゴムを配置することにより表面摩擦力を効果的に発生させることができ、雪上制動性能（グリップ力）を効率良く向上させることができる。

また、雪上加速性能においては、接地長が大きいタイヤセンター部の寄与が高い。従って、本実施形態では、タイヤセンター側のサイプ密度がショルダー側よりも高いことで、より効果的に雪上加速性能を向上させることができる。そして、雪上制動性能（雪上でのブレーキ性能）においては、制動時に影響が大きいトレッドショルダー部の寄与が高い。従って、本実施形態では、ショルダー側のゴムがタイヤセンター側よりも軟らかいことで、雪上制動性能をより効果的に向上させることができる。

また、本実施形態では、内側ブロック列２６の各ブロック４０では、外側ブロック列３０の各ブロック４４に比べ、サイプ密度が１．１〜３．０倍の範囲内で高い。そして、内側ブロック列２６の各ブロック４０では、外側ブロック列３０の各ブロック４４に比べ、−２０℃におけるゴムの動的弾性率が１．１〜２０．０倍の範囲内で高い。

これにより、タイヤセンター側での雪上加速性能、及び、ショルダー側での雪上制動性能を更に効率的に向上させることができる。

なお、図２ではトレッド部１６の陸部を全てブロックで構成させたトレッドパターンで示したが、一部のラグ溝を除きリブで構成させても良い。

更には、周方向溝が形成されていないタイヤとすることも可能である。

また、図２ではトレッドパターンがタイヤ赤道面ＣＬに対して対称となるパターンで示したが、タイヤ赤道面ＣＬに対して非対称パターンであってもよい。

更に、本実施形態では、サイプ枚数でサイプ密度の高低を説明したが、サイプが分割され実質的なサイプ枚数評価が困難な場合では、前後方向のエッジ成分をもってサイプ密度を評価しても良い。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態で説明した内側ブロック列と外側ブロック列との配置位置を逆にしている。すなわち、図５に示すように、トレッド部５４に形成された４列のブロック列では、タイヤセンター側を構成する内側ブロック列５６、５８ではサイプ密度が低く、ショルダー側の外側ブロック列６０、６２ではサイプ密度が高い。そして、内側ブロック列５６、５８を構成するトレッドゴム６４では、外側ブロック列６０、６２を構成するトレッドゴム６６に比べ、ゴムが軟らかい。

本実施形態によっても、従来に比べ、雪上加速性能及び雪上制動性能が向上する。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態に比べ、図６に示すように、サイプが全て３次元サイプ７０とされている。

本実施形態により、サイプ壁面同士の接触力が増大し、ブロック剛性が更に向上している。

なお、３次元サイプの形状は他の形状であってもよく、例えば、図７に示すようにタイヤ半径方向（ブロック高さ方向）にクランク状に延びる３次元サイプ７２であってもよいし、図８に示すようにタイヤ半径方向にジグザグ状に延びる３次元サイプ７４であってもよい。また、図９に示すように正方形の頂部７５が一定の規則で配列された３次元サイプ７６であってもよい。また、図１０に示すように、１つのブロック７８に多数種の３次元サイプ７９〜８４が形成されていてもよい。また、図１１に示すように、多面体が配列された形状の３次元サイプ８６であってもよい。

＜試験例＞
本発明の効果を確かめるために、本発明者は、第１実施形態に係る空気入りタイヤの二例（以下、実施例１のタイヤ、実施例２のタイヤという）、第２実施形態に係る空気入りタイヤの一例（以下、実施例３のタイヤという）、第３実施形態に係る空気入りタイヤの一例（以下、実施例４のタイヤという）、及び、従来の空気入りタイヤの一例（以下、従来例のタイヤという）を用意し、雪上で性能テストを行って加速性能、及び、制動性能（ブレーキ性能）を評価した。

従来例のタイヤでは、図１２に示すように、タイヤセンター側とショルダー側とで、サイプ枚数が等しいブロック９０を配置している。各ブロック９０に形成されたサイプ９６は同一形状であり、３Ｄサイプを形成していない。そして、トレッドゴム９４については分割せずに１種のゴムのみ用いており、
ブロック寸法については、実施例１のタイヤでは、ブロック４０、４４の何れも、図３に示すように、タイヤ周方向長さＬを２７ｍｍ、タイヤ幅方向長さＭを２２ｍｍ、ブロック高さ（ブロックを形成する溝の深さ）Ｈを１０ｍｍとした。実施例２〜４のタイヤ、従来例のタイヤについても、ブロック寸法（Ｌ、Ｍ、Ｈの値）を実施例１のタイヤと同じにした。

また、サイプ深さｈについては、実施例１〜４のタイヤ、従来例のタイヤとも全て６．６ｍｍとした。

各タイヤに関し、トレッドゴムの−２０℃における動的弾性率については、東洋精機製作所製のスペクトロメーターを用い、幅５ｍｍ、厚さ２ｍｍ、長さ２０ｍｍの試験片を初期荷重１５０ｇｆ（１．４７Ｎ）、振動数５０Ｈｚ、動歪み１％にて−２０℃の環境下で測定することにより求めた。

各タイヤのタイヤ条件を表１に示す。

本試験例では、全てのタイヤについて、タイヤサイズを１９５／６５Ｒ１５とし、６Ｊ−１５のリムに装着して内圧を２００ｋＰａとし、乗用車に取付けて正規荷重を負荷した状態で実車走行により試験を行った。ここで、「正規荷重」とは、ＪＡＴＭＡが発行する２００７年版のＹＥＡＲ ＢＯＯＫに定められた適用サイズ・プライレーティングにおける最大荷重を指す。また、このリムサイズ及び内圧は、ＪＡＴＭＡが発行する２００７年版のＹＥＡＲ ＢＯＯＫにて定めるラジアルプライタイヤのサイズに対応する適用リム及び空気圧−負荷能力対応表に基づく。

本試験例では、加速性能については、発進性能として、静止状態からアクセルを全開にし、５０ｍ走行するまでにかかった時間（加速タイム）を測定した。

また、制動性能については、速度４０ｋｍ／ｈからフルブレーキをかけて静止状態になるまでの制動距離を計測し、上記速度（４０ｋｍ／ｈ）と制動距離とから平均減速度を算出した。

そして、加速性能、制動性能の何れについても、従来例のタイヤの平均減速度に基づく評価指数１００とし、実施例１〜４のタイヤについて相対評価となる評価指数を算出した。評価結果を表１に併せて示す。

表１の評価結果では評価指数が大きいほど雪上性能が高いこと、すなわち雪上加速性能及び雪上制動性能に優れていることを示す。表１から判るように、実施例１〜４のタイヤの評価指数は、従来例のタイヤに比べて何れも高かった。

以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲がこれらの実施形態に限定されないことは言うまでもない。

第１実施形態に係る空気入りタイヤのタイヤ径方向断面図である。 第１実施形態に係る空気入りタイヤのトレッド部を示す平面図である。 図３（Ａ）から（Ｃ）は、それぞれ、第１実施形態に係る空気入りタイヤのトレッド部に形成されたブロックの平面図、側面図、及び、タイヤ周方向から見た前面図である。 第１実施形態に係る空気入りタイヤのトレッド部に形成されたブロックの斜視断面図である。 第２実施形態に係る空気入りタイヤのトレッド部を示す平面図である。 第３実施形態に係る空気入りタイヤのトレッド部に形成されたブロックの斜視断面図である。 第３実施形態に係る空気入りタイヤのトレッド部に形成されたブロックの変形例を示す斜視断面図である。 第３実施形態に係る空気入りタイヤのトレッド部に形成されたブロックの変形例を示す斜視断面図である。 第３実施形態に係る空気入りタイヤのトレッド部に形成されたブロックの変形例を示す説明図である。 第３実施形態に係る空気入りタイヤのトレッド部に形成されたブロックの変形例を示す斜視断面図である。 図１１（Ａ）及び（Ｂ）は、何れも、第３実施形態に係る空気入りタイヤのトレッド部に形成されたブロックの変形例を示す説明図である。 試験例で用いた従来例タイヤのトレッド部を示す平面図である。 図１３（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、従来の空気入りタイヤが雪路面を転動することを示す模式的な部分側面断面図、及び、雪路面に当接しているブロックの側面断面図である（図１３（Ａ）ではサイプ本数を省略している。また、図１３（Ｂ）でドットを付した領域は、雪路面を引っ掻いている部分を示す）。

符号の説明

１０ 空気入りタイヤ
１６ トレッド部
１６Ａ トレッド部分
１６Ｂ トレッド部分
４６ サイプ
５４ トレッド部
７０ ３次元サイプ
７２ ３次元サイプ
７４ ３次元サイプ
７６ ３次元サイプ
７９ ３次元サイプ
８０ ３次元サイプ
８１ ３次元サイプ
８２ ３次元サイプ
８３ ３次元サイプ
８４ ３次元サイプ
８６ ３次元サイプS
９４ トレッドゴム
９６ サイプ
Ｖ タイヤ幅方向

Claims (6)

1. トレッド部の少なくとも接地面側を構成するゴムの硬さがトレッド幅方向位置で異なり、
   ゴムが硬い接地面側のトレッド部分では、ゴムが軟らかい接地面側のトレッド部分に比べ、サイプ密度が高くされている、空気入りタイヤ。
2. タイヤセンター側のトレッド部分では、ショルダー側のトレッド部分に比べ、ゴムが硬い、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. タイヤセンター側のトレッド部分では、ショルダー側のトレッド部分に比べ、ゴムが軟らかい、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
4. ゴムが硬い接地面側のトレッド部分では、ゴムが柔らかい接地面側のトレッド部分に比べ、サイプ密度が１．１〜３．０倍の範囲内で高い、請求項１〜３のうち何れか１項に記載の空気入りタイヤ。
5. ゴムが硬い接地面側のトレッド部分では、ゴムが軟らかい接地面側のトレッド部分に比べ、−２０℃におけるゴムの動的弾性率が１．１〜２０．０倍の範囲内で高い、請求項１〜４のうち何れか１項に記載の空気入りタイヤ。
6. 前記トレッド部に形成されたサイプが３次元サイプで構成されている、請求項１〜５のうち何れか１項に記載の空気入りタイヤ。

Images