JP5400286B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は空気入りタイヤに関し、さらに詳しくは、乱流を発生させる突起を備える空気入りタイヤに関する。

一般に、空気入りタイヤにおけるタイヤ温度の上昇は、材料物性の変化などの経時的変化を促進したり、高速走行時にはトレッド部の破損などの原因になり、耐久性の観点から好ましくないとされている。特に、重荷重での使用となるオフザロードラジアルタイヤ（ＯＲＲ）や、トラック・バスラジアルタイヤ（ＴＢＲ）、パンク走行時（内圧０ｋＰａ走行時）のランフラットタイヤにおいては、耐久性を向上させるために、タイヤ温度を低減させることが大きな課題となっている。

例えば、断面三日月状のサイドウォール補強層を有するランフラットタイヤでは、パンク走行時にタイヤ径方向の変形がサイドウォール補強層に集中して、該サイドウォール補強層が非常に高温に達してしまい、耐久性に多大な影響を与えている。

このような空気入りタイヤにおけるタイヤ温度を低減させる手段として、空気入りタイヤの各構成部材（特に、サイドウォール部に位置するカーカス層やビード部など）の歪みを低減・抑制する補強部材を設け、タイヤの歪みによる温度上昇を極力防止する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、上述した従来の空気入りタイヤでは、補強部材が設けられることによって、タイヤ重量の増加や補強部材でのセパレーション（剥離）など意図しない新たな故障が発生してしまうことがあり、操縦安定性や乗り心地性等の通常走行性能を悪化させてしまうという問題があった。特に、ランフラットタイヤでは、通常内圧走行時の縦バネ（タイヤ縦方向の弾力性）が高まり、通常走行性能を悪化させることが懸念され、この通常走行性能を損なわない手法が求められる。

一方、タイヤ表面に多数の突起を設けたタイヤが従来より提案されている。従来の突起は、タイヤのサイドウォール部に生じる凹凸を目立たないようにしたり（例えば、特許文献２参照）、バッドレス部の耐クラック性能を向上させたり（例えば、特許文献３参照）するためのものであった。

ここで、本発明者は、タイヤ表面に設けられた突起がタイヤ温度を低減させる手段になり得ることに着目した。つまり、タイヤが回転すると、タイヤ表面に沿って空気流が流れるが、その空気流とタイヤ表面との間で熱交換が行われ、タイヤ温度の低減が可能であるからである。しかし、フラットなタイヤ表面を流れる空気流は、タイヤ表面に沿ってスムーズな流れであるため、タイヤ表面との間で積極的な熱交換が行われず、熱交換効率が悪い。これに対し、突起を設けたタイヤ表面を流れる空気流は、突起によって乱流となる。乱流は、スムーズな空気流に比べて流速が速く、流速の速い空気流の方が熱交換が促進される。又、乱流は、スムーズが空気流に比べてタイヤ表面に突き当たる確率が非常に高いため、熱交換が促進される。このため、タイヤ表面に突起を設けることにより、乱流空気とタイヤ表面との間で積極的な熱交換が行われ、タイヤ温度の低減手段となり得る。
特開２００６−７６４３１号公報 特開平１１−３２１２４３号公報 特開２００２−２０５５１４号公報

しかしながら、タイヤ表面に設けられる突起は、タイヤ内部の熱をタイヤ表面より放熱する際の支障、つまり、蓄熱を促進するものともなるため、単にタイヤ表面に突起を設けただけではタイヤ温度を低減することができない。

そこで、本発明は、タイヤ表面に適切な条件で突起を設けることによってタイヤ温度の低減を図ることができる空気入りタイヤを提供することを目的とする。

本発明の特徴は、タイヤ表面に多数の突起が設けられた空気入りタイヤであって、各突起は、その高さが０．３〜５ｍｍの範囲であり、且つ、タイヤ表面に対して空気流が突き当たる側の前壁面のなす角度が７０度〜１１０度の範囲であることをことを要旨とする。

このような構成によれば、タイヤ表面を流れる空気流が突起によって乱流となり、その乱流とタイヤ表面との間で積極的な熱交換が行われる。

ここで、突起の高さが０．３ｍｍ未満であると、空気流の内で、突起の上方を通って流れる上方空気流がほとんど曲がることなく通過するため、熱交換を積極的に促進させる大きさの乱流を発生させることができず、突起の高さが５ｍｍを越えると、突起による蓄熱が大きくなり過ぎる。これに対し、突起の高さが０．３ｍｍ〜５ｍｍの範囲であると、熱交換を積極的に促進させる程度の乱流を発生させ、且つ、突起による蓄熱も小さく抑えることができる。

また、突起の前壁面の角度がタイヤ表面に対して７０度未満であると、突起に衝突した空気流のうち、突起の上方に向かって流れる上方空気流は、突起との剥離角度が小さくなり、突起の下流側で緩やかな下降流とが発生せず、タイヤ表面との間で有効な熱交換を促進できない。又、タイヤ表面に対して突起の前壁面の角度が１１０度を越えると、突起に衝突した空気流のうち、突起の上方に向かって流れる上方空気流は、突起との剥離角度があまりにも大きく突起から上方に離れる方向に流れることになり、突起の下流側で下降流となりにくいため、タイヤ表面との間で有効な熱交換を促進できない。これに対し、突起の前壁面の角度が７０〜１１０の範囲にあると、突起に衝突した空気流のうち、突起の上方に向かって流れる上方空気流は、突起との剥離角度が適切であり、突起の下流側で下降流となりタイヤ表面に突き当たるため、タイヤ表面との間で積極的な熱交換が行われる。このため、タイヤ表面に設けた突起によるタイヤ温度の低減を確実に図ることができる。

また、各突起の幅寸法は、０．３ｍｍ〜５ｍｍの範囲であることが好ましい。突起の幅が０．３ｍｍ未満であると、空気流の内で、突起の側方を通って流れる側方空気流がほとんど曲がることなく通過するため、熱交換を積極的に促進させる大きさの乱流を発生させることができず、突起の幅が５ｍｍを越えると、突起による蓄熱が大きくなり過ぎる。これに対し、突起の幅が０．３ｍｍ〜５ｍｍの範囲であると、熱交換を積極的に促進させる程度の乱流を発生させ、且つ、突起による蓄熱も小さく抑えることができる。このため、タイヤ表面に設けた突起によるタイヤ温度の低減を確実に図ることができる。

さらに、各突起は、タイヤ表面に対して側壁面のなす角度が７０度〜１１０度の範囲であることが好ましい。突起の側壁面の角度が７０度未満であると、突起内の蓄熱が大きくなり過ぎる。又、突起の側壁面の角度が１１０度を超えると、突起に衝突した空気流の内で、突起の側方に向かって流れる側方空気流は、突起から離れる方向に流れて突起の下流で戻り流とならないため、突起の周囲に所定の放熱効果が期待できる放熱領域を形成できない。これに対し、側壁面の角度が７０度〜１１０の範囲では、突起に衝突した空気流のうち、突起の側方に向かって流れる側方空気流は、突起の下流側で戻り流を形成し、突起の周囲に所定の放熱効果が期待できる放熱領域を形成し、且つ、突起による蓄熱も小さく抑えることができる。このため、タイヤ表面に設けた突起によるタイヤ温度の低減を確実に図ることができる。

本発明によれば、タイヤ表面に設けた突起によってタイヤ温度の低減を図ることができる空気入りタイヤを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る空気入りタイヤについて、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なのものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることを留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。なお、図１〜図６は本発明の一実施の形態を示し、図１は空気入りタイヤの一部を破断した状態を示す斜視図、図２は空気入りタイヤのトレッド幅方向断面図、図３は突起の斜視図、図４は突起に突き当たった空気流が乱流となる状態を示す斜視図、図５（ａ）は図３のＡ矢視図であり、上方空気流の流れを示す図、図５（ｂ）は突起を上方から見た図であり、側方空気流の流れを示す図、図６は図３のＢ矢視図である。

（空気入りタイヤの構成）
図１及び図２に示すように、空気入りタイヤ１は、ビードコア３ａ及びビードフィラー３ｂを少なくとも含む一対のビード部３を有している。また、空気入りタイヤ１は、ビードコア３ａの周りでトレッド幅方向内側からトレッド幅方向外側へ向けて折り返され、サイドウォール部ＳＷを経由してトロイド状に延びるカーカス層５を有している。カーカス層５のトレッド幅方向内側には、トレッド幅方向断面において、サイドウォール部ＳＷを補強する三日月状のサイドウォール補強層７が設けられている。サイドウォール補強層７のトレッド幅方向内側には、チューブに相当する気密性の高いゴム層であるインナーライナー９が設けられている。

カーカス層５のタイヤ径方向外側には、ベルト層１１が設けられている。ベルト層１１は、タイヤ周方向に対してコードが傾いて配置される第１ベルト層１１Ａと、第２ベルト層１１Ｂと、タイヤ周方向に対してコードが略平行に配置される周方向ベルト層１１Ｃとによって構成されている。

ベルト層のタイヤ径方向外側には、路面と接するトレッド部１３が設けられている。また、サイドウォール部ＳＷのタイヤ表面１５の周方向には、多数の突起１７が間隔を置いて設けられている。

（突起の配列、配置密度）
図１に示すように、多数の突起１７は、周方向及びタイヤ径方向にそれぞれ所定の間隔を置いて配置され、且つ、周方向に沿った列と、これに対してタイヤ径方向に隣接する列、が互いに１／２間隔だけシフトした位置に配列されている。つまり、多数の突起１７は、千鳥配列に配置されている。多数の突起１７は、０．１個〜１３個／ｃｍ^２の配置密度で設けられている。

（突起の構成）
図３に示すように、各突起１７は、上方から見た形状が台形の四角柱である。各突起１７の幅寸法Ｄは、０．３ｍｍ〜５ｍｍの範囲に設定されている。各突起１７の高さ寸法Ｈは、０．３ｍｍ〜５ｍｍの範囲に設定されている。各突起１７は、タイヤ表面１５に対して空気流が突き当たる側の前壁面１７ａのなす角度θ１が７０度〜１１０度の範囲に設定されている。各突起１７は、タイヤ表面１５に対して側壁面１７ｃのなす角度θ２，θ３が７０度〜１１０の範囲に設定されている。尚、本実施の形態では、幅寸法Ｄ、高さ寸法Ｈは、それぞれ突起１７の最大値を示すものである。又、タイヤ表面とはタイヤの外面と内面を示すものである。

（突起の作用）
上記構成において、空気入りタイヤ１が回転すると、図４に示すように、タイヤ表面１５の近傍にはタイヤ回転方向とは逆方向の空気流ａが相対的に流れる。この空気流ａは各突起１７に突き当たる。突起１７の前壁面１７ａに突き当たった空気流ａは、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、上壁面１７ｂより上方に流れる上方空気流ａ１と、左右の側壁面１７ｃに沿って流れる一対の側方空気流ａ２とに主に分流され、乱流となる。このようにタイヤ表面１５を流れる空気流ａが乱流となるため、タイヤ表面１６を規則正しくスムーズに流れる空気流と比較して、タイヤ表面１５との間で積極的に熱交換が行われる。

ここで、突起１７の高さＨが０．３ｍｍ未満であると、空気流ａの内で、突起１７の上方を通って流れる上方空気流ａ１がほとんど曲がることなく通過するため、熱交換を積極的に促進させる大きさの乱流を発生させることができない。又、突起１７の高さＨが５ｍｍを越えると、突起１７内の蓄熱が大きくなり過ぎる。これに対し、突起１７の高さＨが０．３ｍｍ〜５ｍｍの範囲であると、熱交換を積極的に促進させる程度の乱流を発生させ、且つ、突起１７による蓄熱も小さく抑えることができる。

また、突起１７は、タイヤ表面１５に対して空気流が突き当たる側の前壁面１７ａのなす角度θ１が７０度〜１１０度の範囲に設定されている。図５（ａ）に示すように、突起１７の前壁面１７ａの角度θ１が７０度未満であると、突起１７に衝突した空気流ａの内で、突起１７の上方に向かって流れる上方空気流ａ１は、突起１７との剥離角度βが小さくなり、突起１７の下流側で緩やかな下降流にしか変化せず、タイヤ表面１５との間で積極的な熱交換が行われない。突起１７の前壁面１７ａの角度θ１が１１０度を越えると、突起１７に衝突した空気流ａの内で、突起１７の上方に向かって流れる上方空気流ａ１は、突起１７との剥離角度βがあまりにも大きくて突起１７から上方へ離れる方向（図５（ａ）のｂ矢印方向）へ流れることになり、突起１７の下流側で下降流となりにくい。このため、、タイヤ表面１５との間で積極的な熱交換が行われない。

これに対し、突起１７の前壁面１７ａの角度θ１が７０〜１１０の範囲にあると、上方空気流ａ１は、突起１７との剥離角度βがある程度大きくて、突起１７の下流側で激しい下降流となって戻り、タイヤ表面１５に突き当たるため、タイヤ表面１５との間で有効な熱交換がなされる。このため、タイヤ表面１５に設けた突起１７によるタイヤ温度の低減を確実に図ることができる。

この実施の形態では、各突起１７の幅寸法Ｄは、０．３ｍｍ〜５ｍｍの範囲に設定されている。突起１７の幅が０．３ｍｍ未満であると、空気流ａの内で、突起１７の側方を通って流れる側方空気流ａ２がほとんど曲がることなく通過するため、ほとんどタイヤ表面１５に熱交換を積極的に促進させる大きさの乱流を発生させることができない。突起１７の幅寸法Ｄが５ｍｍを越えると、突起１７による蓄熱が大きくなり過ぎる。これに対し、突起１７の幅Ｄが０．３ｍｍ〜５ｍｍの範囲であると、タイヤ表面１５に熱交換を積極的に促進させる程度の乱流を発生させ、且つ、突起１７による蓄熱も小さく抑えることができる。以上より、タイヤ表面１５に設けた突起１７によるタイヤ温度の低減を確実に図ることができる。

この実施の形態では、各突起１７は、タイヤ表面１５に対して側壁面１７ｃのなす角度θ２，θ３が７０度〜１１０度の範囲に設定されている。突起１７の側壁面１７ｃの角度が７０度未満であると、突起１７内の蓄熱が大きくなり過ぎる。又、突起１７の側壁面１７ｃの角度θ２，θ３が１１０度を超えると、突起１７に衝突した空気流の内で、突起１７の側方に向かって流れる側方空気流ａ２は、突起１７から離れる方向（図５（ｂ）のｃ矢印方向）に流れて突起１７の下流で戻り流とならないため、突起１７の周囲に所定の放熱効果が期待できる放熱領域を形成できない。これに対し、側壁面１７ｃの角度θ２，θ３が７０度〜１１０の範囲では、突起１７に衝突した空気流の内で、突起１７の側方に向かって流れる側方空気流ａ２は、突起１７の下流側で戻り流を形成し、突起１７の周囲に所定の放熱効果が期待できる放熱領域を形成し、且つ、突起１７による蓄熱も小さく抑えることができる。以上より、タイヤ表面１５に設けた突起１７によるタイヤ温度の低減を確実に図ることができる。

この実施の形態では、突起１７の配置密度は、０．１個〜１３個／ｃｍ^２の範囲に設定されている。ここで、突起１７の配置密度が１３個／ｃｍ^２を越えると、突起１７による放熱効果より突起１７による蓄熱効果の方が大きくなる。又、突起１７の配置密度が０．１個／ｃｍ^２未満になると、タイヤ表面１５の面積に対し突起による乱流域があまりに小さくて突起１７による放熱効果がほとんど期待できない。これに対し、突起１７の配置密度が０．１個〜１３個／ｃｍ^２の範囲であると、タイヤ表面１５に十分に大きな範囲で乱流領域を発生させることができ、しかも、突起１７による蓄熱もある程度小さく抑えることができる。したがって、このような配置密度にすることにより、タイヤ表面１５に設けた突起１７によるタイヤ温度の低減を確実に図ることができる。

（その他の実施の形態）
上記実施の形態では、空気入りタイヤ１は、サイドウォール補強層７を有するもの（ランフラットタイヤ）であったが、これ以外のタイヤ、つまり、サイドウォール補強層７を有しないもの（オフザロードラジアルタイヤ）や、トラック・バスラジアルタイヤ等であっても同様に適用可能である。

上記実施の形態では、突起１７は四角柱形状であったが、突起は円柱形状であっても良く、その他様々な形状が可能である。

上記実施の形態では、突起１７の配列パターンは、空気流ａの方向及びその直交方向に等間隔に配置したが、千鳥パターン等の種々の配列パターンが可能である。

上記実施の形態では、突起１７は、サイドウォール部ＳＷの外面に設けられたが、図７（ａ）に示すように、トレッド部１３に形成された溝１３Ａの底面１３ａに設けても良い。又、図７（ｂ）に示すように、突起１７をトレッド部１３に形成された溝１３Ａの側面１３ｂに設けても良い。このような位置に突起１７を設けることによって、セパレーション（剥離）や亀裂が発生し易いベルト層１１の端部に最も近いトレッド部１３に形成される溝１３Ａ近傍でタイヤ温度を低減させることができ、耐久性の向上に寄与する。

又、図８に示すように、突起１７は、インナーライナー９のトレッド幅方向内側の内面に設けても良い。この位置に突起１７を設けることによって、タイヤ内面側からタイヤ温度を低減することができる。

特に、空気入りタイヤ１のパンク状態におけるタイヤ内面の温度低減に効果があり、耐久性を向上できる。具体的には、空気入りタイヤ１がパンク状態となると、空気入りタイヤ１に開いた穴を介してタイヤ内部の内気とタイヤ外部の外気とが熱交換する。このとき、突起１７がタイヤ内部の内気を加速させることが可能となり、熱交換をスムーズに行うことができるため、パンク状態におけるタイヤ内面の温度を低減させることが可能となる。

特に、サイドウォール補強層７が設けられた空気入りタイヤ（ランフラットタイヤ）では、サイドウォール補強層７が設けられていない空気入りタイヤに比べて、パンク状態となると、タイヤ内部の温度が高くなってしまう。このため、突起１７をタイヤ内部に設けることでタイヤ内部の温度を低減でき、耐久性を向上できる。

〔実施例〕
（突起の高さ、前壁面の角度に関する実験内容）
突起は、上記実施の形態のものと同様に、四角柱形状であり、幅Ｄが２ｍｍ、高さＨが０．３ｍｍ〜６ｍｍ範囲の各種寸法、前壁面及び側壁面の各角度θ１、θ２、θ３が９０度である。

各空気入りタイヤに関するデータは、以下に示す条件において測定された。

タイヤサイズ ： ２８５／５０Ｒ２０
ホイールサイズ ： ８ＪＪ×２０
内圧条件 ： ０ｋＰａ（パンク状態）
荷重条件 ： ９．８ｋＮ
各空気入りタイヤを室内に設置されたドラム試験機に装着し、一定の速度（９０ｋｍ／ｈ）で転動させて突起のない空気入りタイヤが故障するまでの耐久距離を１００とし、突起のある空気入りタイヤの耐久性を相対値で評価した。指数が大きいほど、耐久性、つまり、温度低減特性が優れていると類推できる。

図９に示すように、突起の高さＨが０．３ｍｍ〜５ｍｍの範囲で耐久性（放熱特性）が向上することが実験で確認された。

図１０に示すように、突起の前壁面の角度θ１が７０度〜１１０度の範囲で突起による耐久性（放熱特性）の向上が実験で確認された。

（突起の側壁面の角度に関する実験内容）
突起の側壁面の角度に関する実験条件等は、上記した実験内容と同様である。突起の側壁面の角度θ２，θ３が異なるサンプルについて実験を行い、図１１に示すような実験結果が得られた。

図１１に示すように、突起の側壁面の角度θ２，θ３が７０度〜１１０の範囲で突起による耐久性（放熱特性）の向上が実験で確認された。

（突起の幅に関する実験内容）
突起の幅に関する実験条件等は、上記と実験内容と同様である。突起の幅寸法Ｄが異なるサンプルについて実験を行い、図１２に示すような実験結果が得られた。

図１２に示すように、突起の幅Ｄが０．３ｍｍ〜５ｍｍの範囲で突起による耐久性（放熱特性）の向上が実験で確認された。

本発明の実施の形態に係る空気入りタイヤの一部を破断した状態を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る空気入りタイヤのトレッド幅方向断面図である。 突起の斜視図である。 突起に突き当たった空気流が乱流となる状態を示す斜視図である。 （ａ）は図３のＡ矢視図であり、上方空気流の流れを示す図、（ｂ）は突起を上方から見た図であり、側方空気流の流れを示す図である。 図３のＢ矢視図である。 （ａ）は突起がトレッド部の溝の底面に設けられた空気入りタイヤの断面図、（ｂ）は突起がトレッド部の溝の側面に設けられた空気入りタイヤの断面図である。 突起がタイヤ内面に設けられた空気入りタイヤの断面図である。 実験により得られた突起の高さと耐久性の関係を示す図である。 実験により得られた突起の前壁面と耐久性の関係を示す図である。 実験により得られた突起の側壁面と耐久性の関係を示す図である。 実験により得られた突起の幅と耐久性の関係を示す図である。

符号の説明

１ 空気入りタイヤ
１５ タイヤ表面
１７，１７Ａ 突起
１７ａ 前壁面
１７ｂ 上壁面
１７ｃ 側壁面
ａ 空気流
ａ１ 上方空気流
ａ２ 側方空気流
Ｄ 突起の幅
Ｈ 突起の高さ
θ１ 突起の前壁面の角度
θ２，θ３ 突起の側壁面の角度

Claims (2)

1. タイヤ表面に多数の突起が設けられた空気入りタイヤであって、
   前記各突起は、その高さが０．３〜５ｍｍの範囲であり、且つ、タイヤ表面に対して空気流が突き当たる側の前壁面のなす角度が７０度〜１１０度の範囲であり、
   路面と接するトレッド部には、溝が形成されており、
   前記各突起は、前記溝の底面に設けられていることを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記溝は、タイヤ周方向に沿って延びる溝のうち、ベルト層の端部に最も近い位置に設けられた溝であることを特徴とする請求項１に記載の空気入りタイヤ。

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