JP6043270B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、ウエット性能の低下を抑えながら転がり抵抗を低減させた空気入りタイヤに関する。

車両、特に燃費消費量が大きいトラック・バスなどの重荷重車両には、転がり抵抗が小さな空気入りタイヤが強く求められている。

この要求に対しては、一方では、ゴム配合による取り組みがなされている。特にタイヤゴムのうちのトレッドゴムは、転がり抵抗に対する寄与率が高いため、開発に力が注がれている。しかし一般的に、ゴム配合によって転がり抵抗を下げた場合、ゴムの補強性が減じて、タイヤのライフ、耐偏摩耗性、耐ゴム欠け等に不利を招くため、ゴム配合による取り組みだけでは限界がある。

他方、トレッドパターンによる取り組みとして、例えば下記の特許文献１のタイヤが知られている。このタイヤは、図９に示すように、トレッド部に、５本の周方向主溝ａと複数本の横溝ｂとにより区分されるブロックｃが周方向に隔置された６本のブロック列を具える。そして、中央の周方向主溝ａをジグザグ溝ｄとする一方、このジグザグ溝ｄを構成する傾斜溝部ｄ１、ｄ２の溝巾、溝長さを互いに相違させるとともに、トレッド面全体のランド比、及びセンタ領域のランド比をそれぞれ規制することで、ウエット性能を損ねることなく、転がり抵抗を低減している。

しかし、昨今の急速な低燃費化の流れの中では、さらなる転がり抵抗の改善が必要となっている。

特開２００６−３４１７６９号公報

そこで本発明は、ブロックとして、５角形以上の多角形状をなし、かつ全ての頂角を９０°以上とし、しかも周方向両端の軸方向縁間にブロックの最大巾位置を設けた鼓状に形成することを基本として、ウエット性能の低下を抑えながら転がり抵抗をより低減させた空気入りタイヤを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本願請求項１の発明は、トレッド部に、３本の周方向にのびる周方向主溝とこの周方向主溝に交わる複数本の横溝とにより区分されるブロックを周方向に隔置したブロック列が形成された空気入りタイヤであって、前記３本の周方向主溝は、タイヤ赤道上に配される内の周方向主溝と、その両外側に配される外の周方向主溝とからなり、前記内の周方向主溝と前記外の周方向主溝とは、溝幅が同一の幅広溝として規定され、前記全てのブロックは、５角形以上の多角形状をなし、かつブロックの全ての頂角θが９０°以上をなすとともに、前記全てのブロックは、前記横溝に面する周方向両端の軸方向縁を有し、かつ前記周方向両端の軸方向縁間に、ブロックの軸方向巾が最大巾Ｗ１となる最大巾位置を具え、前記全てのブロックは、その周方向長さＬ１に対する前記最大巾Ｗ１の比Ｗ１／Ｌ１が０．６〜０．９であり、前記ブロックは、前記内の周方向主溝と前記外の周方向主溝との間に区分される内のブロックと、前記外の周方向主溝とトレッド接地端との間に区分される外のブロックとを含み、前記外のブロックは、５角形状をなすことを特徴とする。

また請求項２では、前記周方向主溝は、溝中心が、周方向に対して１０〜３０°の角度αで周方向の一方側、他方側に交互に傾くジグザグ溝からなることを特徴としている。

また請求項３では、前記全てのブロックは、前記軸方向縁の軸方向巾Ｗａが、前記最大巾Ｗ１の０．３〜１．０倍であることを特徴としている。

また請求項４では、前記全てのブロックは、その周方向中央部分に、該ブロックを軸方向に横切るサイピングを具えることを特徴としている。

また請求項５では、前記周方向主溝を介して軸方向に隣り合うブロックは、周方向にシフトして配置されるとともに、前記横溝と周方向主溝との交差部は、前記サイピングと周方向主溝の交差部と同位置に形成されることを特徴としている。

本明細書において、前記「正規リム」とは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、当該規格がタイヤ毎に定めるリムであり、例えばＪＡＴＭＡであれば標準リム、ＴＲＡであれば "Design Rim" 、或いはＥＴＲＴＯであれば "Measuring Rim"を意味する。また前記「正規内圧」とは、前記規格がタイヤ毎に定めている空気圧であり、ＪＡＴＭＡであれば最高空気圧、ＴＲＡであれば表 "TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES" に記載の最大値、ＥＴＲＴＯであれば "INFLATION PRESSURE"を意味するが、乗用車用タイヤの場合には１８０ｋＰａとする。また前記「正規荷重」とは、前記規格がタイヤ毎に定めている荷重であり、ＪＡＴＭＡであれば最大負荷能力、ＴＲＡであれば表 "TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES" に記載の最大値、ＥＴＲＴＯであれば "LOAD CAPACITY"である。

タイヤ転動時のブロック変形のうち、転がり抵抗の要因となるブロック変形として、圧縮方向の変形と、回転方向の剪断変形とが挙げられる。

本発明では、ブロックを、５角形以上の多角形状をなし、かつ全ての頂角を９０°以上とし、しかも周方向両端の軸方向縁間にブロックの最大巾位置を設けた鼓状に形成している。これにより、ブロックの圧縮方向の変形を抑える。またブロックは、ブロックの周方向長さＬ１との最大巾Ｗ１との比Ｗ１／Ｌ１を０．６〜０．９とした縦長形状としている。これにより周方向の剪断変形を減じることができ、前記圧縮方向の変形抑制と相まって、転がり抵抗を低減することができる。

本発明の空気入りタイヤの一実施例を示すトレッドパターンの展開図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、内外のブロックを拡大して示す平面図である。 トレッド部の断面図である。 （Ａ）はブロックの圧縮方向の変形、（Ｂ）はブロックの回転方向の剪断変形を誇張して示す断面図である。 圧縮方向の変形が異なる２つのブロックを例示する平面図である。 （Ａ）〜（Ｉ）は表１に記載のサンプルタイヤのトレッドパターンを示す概略図である。 ブロック側壁面の総面積と、転がり抵抗との関係を示すグラフである。 空気入りタイヤの接地面形状である。 従来のトレッドパターンの展開図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１において、本実施形態の空気入りタイヤ１は、トレッド部２に、３〜５本好ましくは３〜４本の周方向にのびる周方向主溝３と、この周方向主溝に交わる多数本の横溝４とを具える。これにより、前記周方向主溝３と横溝４とにより区分されるブロック５が周方向に隔置するブロック列５Ｒを、トレッド部２に形成している。本例では、前記空気入りタイヤ１が、トラック・バス用の重荷重用タイヤであり、また前記周方向主溝３が３本の場合が示される。

具体的には、本例では、タイヤ赤道Ｃ上に配される内の周方向主溝３ｉと、その両外側に配される外の周方向主溝３ｏとの３本の周方向主溝３が形成される。そして、前記内の周方向主溝３ｉと、外の周方向主溝３ｏとの間には、内の横溝４ｉによって区分される内のブロック５ｉが周方向に並ぶ内のブロック列５ｉＲが形成される。また、前記外の周方向主溝３ｏと、トレッド接地端Ｔｅとの間には、外の横溝４ｏによって区分される外のブロック５ｏが周方向に並ぶ外のブロック列５ｏＲが形成される。

ここで、前記周方向主溝３及び横溝４は、各溝巾Ｗ３、Ｗ４が３mmより大、好ましくは４mm以上の幅広溝として規定される。

前記溝巾Ｗ３、Ｗ４の上限については、シー・ランド比に応じて適宜規制される。このシー・ランド比は、周知のごとく、溝が考慮されたトレッド面の実際の接地面積と、トレッド面の全ての溝が埋められた状態で得られるトレッド面の全接地面積との比（実接地面積／全接地面積）で示される。ウエット性能と転がり抵抗性能との観点から、シー・ランド比は、７５〜８５％、さらには７８〜８２％の範囲が好ましく、７５％を下回ると転がり抵抗性能が悪化し、逆に８５％を超えると、ウエット性能が悪化する。また周方向主溝３、及び横溝４の溝深さＨ３、Ｈ４（図３に示す。）については、従来的な範囲が好適に採用しうる。本例では、周方向主溝３と横溝４とが同深さをなす場合が示される。

次に各前記ブロック５は、全ての頂角θが９０°以上をなす５角形以上の多角形状に形成される。本例では、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、前記内のブロック５ｉが６角形状をなし、また外のブロック５ｏが５角形状をなす場合が示される。

また前記ブロック５は、前記横溝４に面する周方向両端の軸方向縁Ｅｆ、Ｅｒを有し、かつこの軸方向縁Ｅｆ、Ｅｒ間に、ブロック５の軸方向巾Ｗが最大巾Ｗ１となる最大巾位置Ｋを具える鼓状をなす。しかも前記ブロック５は、ブロック５の周方向長さＬ１に対する最大巾Ｗ１の比Ｗ１／Ｌ１が０．６〜０．９であり、周方向に長い縦長形状に形成されている。なお前記周方向長さＬ１は、前記軸方向縁Ｅｆ、Ｅｒ間の周方向長さを意味する。

本発明者の研究の結果、タイヤ転動時のブロック変形のうち、転がり抵抗の要因となるブロック変形として、圧縮方向の変形（図４（Ａ）に示す。）と、回転方向の剪断変形（図４（Ｂ）に示す。）とが挙げられ、このうち圧縮方向の変形が、転がり抵抗に対して影響が大きいことが判明した。

そして前記圧縮方向の変形については、ブロック側壁面Ｂｗの面積Ｓに関係があり、タイヤの接地面積が同じ場合（例えばシー・ランド比が同じ場合）には、その接地面形状内に配されるブロックのブロック側壁面Ｂｗの総面積ΣＳを小さくすることで、圧縮方向の変形を抑えて転がり抵抗を低減しうることを見出しえた。

例えば図５に示すように、ブロック踏み面積を同一とした２つのブロックＢ１、Ｂ２を比較したとき、同じ荷重を負荷した場合、ブロック側壁面Ｂｗの面積Ｓが小さいブロックＢ１の方が、圧縮方向の変形は小さくなる。そこで、表１の仕様のサンプルタイヤ（タイヤサイズ１１Ｒ２２．５ １４ＰＲ）を試作し、各サンプルタイヤに対して、接地面形状内に配されるブロックのブロック側壁面Ｂｗの総面積ΣＳと、転がり抵抗とを測定するとともに、それらを図７に示すようにプロットして、総面積ΣＳと転がり抵抗との相関について確認した。各サンプルタイヤのトレッドパターンは、図６に示される。なお前記総面積ΣＳは、ブロック踏み面の外周縁の長さで代用した。また前記転がり抵抗は、転がり抵抗試験機を用い、タイヤをリム（７．５０×２２．５）、内圧（７５０ｋＰａ）、荷重（２４．５２ｋＮ）、速度（８０ｋｍ／ｈ）の条件下にて測定した値であり、転がり抵抗指数は、サンプルタイヤ９の転がり抵抗を１００とした指数で示す。

図７に示すように、ブロック側壁面Ｂｗの総面積ΣＳを小さくすることで、圧縮方向の変形が抑えられて転がり抵抗が低減されるのが確認できる。

そして、各ブロック５においてブロック踏み面積を維持しながらブロック側壁面Ｂｗを減じるためには、前述のごとく、ブロック５を５角形以上の多角形状とし、かつ各頂角θを９０°以上とするとともに、軸方向縁Ｅｆ、Ｅｒ間に最大巾位置Ｋを具える鼓状に形成することが必要である。

なおサンプルタイヤ５（パターンＰ５）の場合、横溝が細いため、接地時には横溝に面するブロック側壁面同士が互いに接して支え合う。そのため、圧縮方向の変形が減じて、転がり抵抗が低下したと推測される。またサンプルタイヤ１（パターンＰ１）の場合、ブロック形状が円形状であるため前記総面積ΣＳが最小となって圧縮方向の変形は減じられるものの、その反面、回転方向の剪断変形が大となり、総合的に、転がり抵抗が増大したと推測される。

従って、転がり抵抗の低減のためには、回転方向の剪断変形が小であることも重要である。この回転方向の剪断変形については、ブロック５を、ブロック５の周方向長さＬ１に対する最大巾Ｗ１の比Ｗ１／Ｌ１が０．６〜０．９である縦長形状とし、周方向の断面二次モーメントを高めることで、周方向に剪断変形を減じている。また、先着側、蹴り出し側となる前記軸方向縁Ｅｆ、Ｅｒが直線状をなすことも、剪断変形の低減に寄与している。

ここで、前記ブロック５の角数が多すぎると、円形状に近づき、先着側、蹴り出し側でのブロック剛性が低下するため、総合的に転がり抵抗の低減効果が発揮されなくなる。またパターン形状が制限され、設計の自由度が低くなる。そのため前記ブロック５の角数は、５乃至６が好ましい。

また前記比Ｗ１／Ｌ１が０．９を超えると、断面二次モーメントが減じて回転方向の剪断変形が大となる。逆に０．６を下回ると、ブロック５が縦長となり過ぎてブロック側壁面Ｂｗの総面積ΣＳが増し、圧縮方向の変形が大きくなって、何れも転がり抵抗の低減に不利を招く。

また前記軸方向縁Ｅｆ、Ｅｒの軸方向巾Ｗａは、前記最大巾Ｗ１の０．３〜１．０倍であるのが好ましく、０．３倍未満では、先着時や蹴り出し時の剪断変形が大となる。逆に１．０倍を超えると、前記総面積ΣＳが充分に低減されずに圧縮方向の変形が大となり、何れも転がり抵抗の低減に不利となる。

次に、本例の周方向主溝３ｉ、３ｏは、溝中心ｊが、タイヤ周方向線に対して１０〜３０°の角度αで周方向の一方側、他方側に交互に傾くジグザグ溝１０にて形成される。このジグザグ溝１０の採用により、前記ブロック５を５角形状、及び６角形状に形成するととともに、各ブロック５を均一に分散配置している。なお、前記角度αが３０°を超えると、前記軸方向縁Ｅｆ、Ｅｒの巾Ｗａが、最大巾Ｗ１に対して小さくなり過ぎ、先着時や蹴り出し時の剪断変形が大となる。逆に１０°を下回ると、前記軸方向縁Ｅｆ、Ｅｒの巾Ｗａが最大巾Ｗ１に対して大きくなり過ぎ、前記総面積ΣＳが充分に低減されずに圧縮方向の変形が大となる。何れも、転がり抵抗の低減に不利を招く。

また本例では、前記ブロック５ｉ、５ｏは、その周方向中央部分Ｙに、該ブロック５ｉ、５ｏを軸方向に横切るサイピング１２を具える。このサイピング１２は、ウエット性能を高めるのに役立つ。またブロック５ｉ、５ｏの周方向の剪断剛性を確保しうるため、前記回転方向の剪断変形や圧縮方向の変形の悪化を抑えることができ、前述の転がり抵抗の低減効果を維持できる。前記サイピング１２のサイプ巾は０．５〜３．０ｍｍの範囲であり、０．５ｍｍを下回るとウエット性能の向上効果が期待できない。また３．０ｍｍを超えると、剛性が低下して転がり抵抗の悪化を招く。またサイピング１２は、その深さＨ１２（図３に示す。）が、前記周方向主溝３の溝深さＨ３の０．７５〜１．０倍の範囲が好ましい。０．７５倍を下回ると、サイピング１２が摩耗末期に至る前に摩滅してしまい、ウエット性能に悪影響を招く。逆に１．０倍を超えると、剛性が低下して転がり抵抗の悪化傾向となる。

なお前記周方向中央部分Ｙは、前記周方向中央位置Ｙｉを中心とした、前記周方向長さＬ１の１／３の巾領域を意味し、この周方向中央部分Ｙ内に、前記最大巾位置Ｋが配される。好ましくは、前記サイピング１２は、前記最大巾位置Ｋに形成される。

次に、周方向主溝３を介して軸方向に隣り合うブロック５、即ち内の周方向主溝３ｉを介して軸方向に隣り合う内のブロック５ｉ、５ｉ同士、及び外の周方向主溝３ｏを介して軸方向に隣り合う内外のブロック５ｉ、５ｏ同士は、周方向に互いにシフトして配置される。また前記横溝４と周方向主溝３との交差部Ｊ１は、前記サイピング１２と周方向主溝３の交差部Ｊ２と同位置に形成される。なお前記同位置とは、前記交差部Ｊ１を超えて仮想的にのびる横溝４の仮想部分が、サイピング１２が周方向主溝３と交差部Ｊ２で交わって開口するサイピング開口部分の少なくとも一部を通る、或いは前記交差部Ｊ２を超えて仮想的にのびるサイピング１２の仮想部分が、横溝４が周方向主溝３と交差部Ｊ１で交わって開口する横溝開口部分の少なくとも一部を通る場合を含む。

本例では、前記横溝４は、周方向主溝３のジグザグの屈曲部で交差し、従って横溝４と周方向主溝３との交差部Ｊ１は、ジグザグの屈曲部に形成される。またサイピング１２も周方向主溝３のジグザグの屈曲部で交差し、従ってサイピング１２と周方向主溝３との交差部Ｊ２もジグザグの屈曲部に形成されている。

図８に本実施形態の空気入りタイヤ１の接地面形状Ｆを示す。この接地面形状Ｆは、タイヤ１を正規リムにリム組みし、正規内圧を充填しかつ正規荷重を負荷したときに、キャンバー角０度にて平面に接地させたときの接地面の形状を意味する。そして、前記接地面形状Ｆにおいて、前記ブロック５の軸方向縁Ｅｆ、Ｅｒと、前記接地面形状Ｆにおける接地前縁Ｆｆ及び接地後縁Ｆｒとの交差角βが、１０°以下であるのが好ましい。これにより、接地時及び蹴り出し時においてブロックの変形を抑えることができ、転がり抵抗低減に有利となる。なお前記交差角βは、横溝４の長さ方向中央の位置で測定した値である。

なお周方向主溝３の本数が２本以下では、ウエット性能が不十分となり、逆に６本以上では、ブロック剛性が減じて、転がり抵抗性及び操縦安定性が不十分となる。また各ブロック列におけるブロック数、或いは横溝の数であるピッチ数は３５〜４５、好ましくは３８〜４２であり、３５を下回るとウエット性能が不十分となり、逆に４２を超えるとブロック剛性が減じて、転がり抵抗性及び操縦安定性が不十分となる。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

表２の仕様に基づき重荷重用タイヤ（タイヤサイズ１１Ｒ２２．５ １４ＰＲ）を試作し、各タイヤの転がり抵抗性及びウエット性についてテストを行った。各部の共通仕様は次の通りである。
トレッド幅ＴＷ ：２１４mm
シー・ランド比 ：８０％
周方向主溝
・溝巾Ｗ３ ：６．０mm、
・溝深さＨ３ ：１６．６mm、
横溝
・溝巾Ｗ４ ：７．０mm、
・溝深さＨ４ ：１６．６mm、
サイピング
・サイプ巾Ｗ12 ：１．０mm、
・溝深さＨ12 ：１６．６mm、
テストの方法は、次の通りである。

（１）転がり抵抗性：
転がり抵抗試験機を用い、下記の条件で各供試タイヤの転がり抵抗値を測定し、実施例１を１００とする指数で表示した。数値が小さいほど転がり抵抗が小さく、低燃費性に優れる。
・リム：７．５０×２２．５
・空気圧：７５０ｋＰａ
・荷重：２４．５２ｋＮ
・速度：８０ｋｍ／ｈ

（２）ウエット性能：
各供試タイヤを下記の条件で１０トン積みのトラック（２−Ｄ車）の全輪にそれぞれ装着し、５mmの水膜を有するウエットアスファルト路面にて、速度０ｋｍ／ｈから２０ｍの距離を走行するまでのタイムを測定した。結果は、実施例１のタイムを１００とする指数で表示した。数値が小さいほど良好である。
・トラックの積載状態：半積載（荷台の前方に積載）
・リム：７．５０×２２．５
・空気圧：７５０ｋＰａ

表２に示されるように、実施例のタイヤは、ウエット性能の低下を抑えながら転がり抵抗を低減しうるのが確認できる。

１ 空気入りタイヤ
２ トレッド部
３ 周方向主溝
４ 横溝
５ ブロック
５Ｒ ブロック列
１０ ジグザグ溝
１２ サイピング
Ｅｆ、Ｅｒ 軸方向縁
Ｆ 接地面形状
Ｆｆ 接地前縁
Ｆｒ 接地後縁
Ｊ１、Ｊ２ 交差部
Ｋ 最大巾位置
Ｙ 周方向中央部分

Claims (5)

1. トレッド部に、３本の周方向にのびる周方向主溝とこの周方向主溝に交わる複数本の横溝とにより区分されるブロックを周方向に隔置したブロック列が形成された空気入りタイヤであって、
   前記３本の周方向主溝は、タイヤ赤道上に配される内の周方向主溝と、その両外側に配される外の周方向主溝とからなり、
   前記内の周方向主溝と前記外の周方向主溝とは、溝幅が同一の幅広溝として規定され、
   前記全てのブロックは、５角形以上の多角形状をなし、かつブロックの全ての頂角θが９０°以上をなすとともに、
   前記全てのブロックは、前記横溝に面する周方向両端の軸方向縁を有し、かつ前記周方向両端の軸方向縁間に、ブロックの軸方向巾が最大巾Ｗ１となる最大巾位置を具え、
   前記全てのブロックは、その周方向長さＬ１に対する前記最大巾Ｗ１の比Ｗ１／Ｌ１が０．６〜０．９であり、
   前記ブロックは、前記内の周方向主溝と前記外の周方向主溝との間に区分される内のブロックと、前記外の周方向主溝とトレッド接地端との間に区分される外のブロックとを含み、
   前記外のブロックは、５角形状をなすことを特徴とする空気入りタイヤ。
   
2. 前記周方向主溝は、溝中心が、周方向に対して１０〜３０°の角度αで周方向の一方側、他方側に交互に傾くジグザグ溝からなることを特徴とする請求項１記載の空気入りタイヤ。
3. 前記全てのブロックは、前記軸方向縁の軸方向巾Ｗａが、前記最大巾Ｗ１の０．３〜１．０倍であることを特徴とする請求項１又は２記載の空気入りタイヤ。
4. 前記全てのブロックは、その周方向中央部分に、該ブロックを軸方向に横切るサイピングを具えることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の空気入りタイヤ。
5. 前記周方向主溝を介して軸方向に隣り合うブロックは、周方向にシフトして配置されるとともに、前記横溝と周方向主溝との交差部は、前記サイピングと周方向主溝の交差部と同位置に形成されることを特徴とする請求項４記載の空気入りタイヤ。
   

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