JP2012035697A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】ネガティブ率を変更することなく、氷上ブレーキ性能をさらに向上させた空気入りタイヤを提供することができる。
【解決手段】タイヤのトレッド踏面に、トレッド周方向に延びる複数の周方向溝と、トレッド幅方向に延びる複数の幅方向溝とにより複数のブロックを区画した空気入りタイヤであって、タイヤ赤道面を挟みトレッド幅方向最外側に位置する一対のショルダー周方向溝間の領域をトレッドセンター部、前記一対のショルダー周方向溝のそれぞれとトレッド端との間の領域をトレッドショルダー部としたとき、前記トレッドセンター部のブロックのトレッド周方向の長さＬｃが、前記トレッドショルダー部のブロックのトレッド周方向の長さＬｓより長く、前記トレッドセンター部の幅方向溝の溝幅Ｗｃが、前記トレッドショルダー部の幅方向溝の溝幅Ｗｓより短く、８ｍｍ≦Ｌｓ≦２０ｍｍかつ０．３≦Ｗｓ／Ｌｓ≦０．７を満たす。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブロックパターンを有し、特に氷上ブレーキ性能を向上した空気入りタイヤに関するものである。

従来、冬用の空気入りタイヤでは、氷上ブレーキ性能を改良するため、タイヤトレッドパターンのブロックにトレッド幅方向に延びる複数のサイプを付加することがなされてきた。これらのサイプが、トレッドのゴムと氷路面との摩擦により生じる融解水（水膜）を吸い上げるので、タイヤの接地面積の減少が抑制され、氷上ブレーキ性能が確保されていた（例えば、特許文献１）。

特開２００９−０２９２５５号公報

上述した従来の空気入りタイヤのトレッドパターンは、トレッドパターン全体に同一形状のブロックが配置されていた。本発明者は、ネガティブ率を変更することなく、トレッドパターンを変更することにより、氷上ブレーキ性能をさらに向上する方途を見出し、本発明を完成するに至った。

本発明の要旨は、以下のとおりである。
（１）タイヤのトレッド踏面に、トレッド周方向に延びる複数の周方向溝と、トレッド幅方向に延びる複数の幅方向溝とにより複数のブロックを区画した空気入りタイヤであって、
タイヤ赤道面を挟みトレッド幅方向最外側に位置する一対のショルダー周方向溝間の領域をトレッドセンター部、前記一対のショルダー周方向溝のそれぞれとトレッド端との間の領域をトレッドショルダー部としたとき、
前記トレッドセンター部のブロックのトレッド周方向の長さＬｃが、前記トレッドショルダー部のブロックのトレッド周方向の長さＬｓより長く、
前記トレッドセンター部の幅方向溝の溝幅Ｗｃが、前記トレッドショルダー部の幅方向溝の溝幅Ｗｓより短く、
８ｍｍ≦Ｌｓ≦２０ｍｍかつ０．３≦Ｗｓ／Ｌｓ≦０．７を満たす、
ことを特徴とする空気入りタイヤ。

（２）ブロックのトレッド周方向の長さＬｃ、Ｌｓが、０．４≦Ｌｓ／Ｌｃ≦０．６を満たし、
幅方向溝の溝幅Ｗｃ、Ｗｓが、２．０≦Ｗｓ／Ｗｃ≦３．０を満たす、
ことを特徴とする上記（１）に記載の空気入りタイヤ。

本発明により、ネガティブ率を変更することなく、ブロックの周方向長さと幅方向溝の溝幅とを、トレッドセンター部とトレッドショルダー部とで調整することにより、氷上ブレーキ性能をさらに向上させた空気入りタイヤを提供することができる。

本発明の空気入りタイヤの第１実施形態を示すトレッドパターンの展開図である。 本発明の作用を説明するための図である。 ブロック長が氷路面の温度上昇に比例することを示す図である。 ブロック長と氷上摩擦指数との関係を表すグラフである。 幅方向溝の溝幅に応じて氷路面の温度上昇がリセットされることを示す図である。 幅方向溝の溝幅と氷上摩擦指数との関係を表すグラフである。 本発明の空気入りタイヤの第２実施形態を示すトレッドパターンの展開図である。 従来例タイヤのトレッドパターンの展開図である。 比較例タイヤ１のトレッドパターンの展開図である。 比較例タイヤ２のトレッドパターンの展開図である。 比較例タイヤ３のトレッドパターンの展開図である。

以下に、図面を参照しながら本発明の空気入りタイヤを詳細に説明する。
なお、タイヤの内部補強構造等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。

図１は、本発明の空気入りタイヤの第１実施形態を示すトレッドパターンの展開図である。
タイヤのトレッド踏面１には、タイヤ赤道面ＣＬと平行なトレッド周方向に延びる２本の周方向溝２が形成されている。ここで、周方向溝２、２間の領域をトレッドセンター部ＴＣ、周方向溝２とトレッド端ＴＥとの間の領域をトレッドショルダー部ＴＳとする。トレッド踏面１のトレッドショルダー部ＴＳには、トレッド幅方向に延びる複数の幅方向溝５ｓが形成され、これらの幅方向溝５ｓと周方向溝２とにより複数のブロック２０ｓが区画されている。同様に、トレッド踏面１のトレッドセンター部ＴＣには、トレッド幅方向に延びる複数の幅方向溝５ｃが形成され、これらの幅方向溝５ｃと周方向溝２とにより複数のブロック２０ｃが区画されている。
なお、図示例のブロック２０ｃ、２０ｓには、周方向溝２同士を接続するように、トレッド幅方向に延びる複数のサイプ２１が形成されている。これらのサイプ２１は、ブロック２０ｃ、２０ｓと氷路面との摩擦により生じる融解水を吸収し、氷上ブレーキ性能を確保している。
トレッドセンター部ＴＣのブロック２０ｃのトレッド周方向の長さＬｃは、トレッドショルダー部ＴＳのブロック２０ｓのトレッド周方向の長さＬｓより長い。また、トレッドセンター部ＴＣの幅方向溝５ｃの溝幅Ｗｃは、トレッドショルダー部ＴＳの幅方向溝５ｓの溝幅Ｗｓより短い。さらに、トレッドショルダー部ＴＳにおいて、長さＬｓ、溝幅Ｗｓは８ｍｍ≦Ｌｓ≦２０ｍｍかつ０．３≦Ｗｓ／Ｌｓ≦０．７を満たしている。

以下、本発明の作用を説明する。
タイヤの径差に起因して、タイヤのトレッド踏面１では、トレッドセンター部ＴＣにはドライビング力が大きく働き、トレッドショルダー部ＴＳにはブレーキング力が大きく働いている。
なお、ドライビング力とは、タイヤをタイヤ赤道面ＣＬに沿って輪切りにした場合に、トレッド表面（路面に接地している面）がタイヤ進行方向前方にせん断変形して働く力である。一方、ブレーキング力とはドライビング力の逆であり、トレッド表面がタイヤ進行方向後方にせん断変形して働く力である。
ブレーキング力が大きく働くトレッドショルダー部ＴＳでは、トレッドセンター部ＴＣに比べて、トレッド踏面１と氷路面との摩擦により生じる水の量が多い。そこで本発明者は、この点を鋭意検討し、摩擦力のトレッド幅方向分布を考慮してトレッドパターンを設計した。

最初に、トレッドの１つのブロックについて検討する。
トレッドの１つのブロックが氷路面を滑っている際の模式図を図２（ａ）に示す。図２（ａ）は、ブロック２０のタイヤ周方向断面を示している。ブロック２０が滑る方向に対して前半の氷路面（図中Ｐ１で示す位置）では水膜がないのに対して、後半（図中Ｐ２で示す位置）に行くほど水膜量が多くなっている。これは、氷路面と１つのブロック２０との摩擦を考えた場合、氷路面の地点Ｐ１では、まだブロック２０との摩擦が生じていないが、氷路面の地点Ｐ２では、１つのブロック２０のタイヤ周方向の長さ分のゴムとの摩擦が生じ、この摩擦により氷が溶けるためである。
図２（ｂ）は、ブロック２０の接地圧分布（ＦＥＭ）を示す。１のブロック２０の接地圧は、サイプ２１によって分断されたブロック片ごとに見ると、ブロック２０が滑る方向に対して前半が後半に比べて高い。
図２（ｃ）は、ブロック２０が氷路面を滑った際の氷路面の温度を示す。氷路面の地点Ｐ１は−２℃であるが、氷路面になす摩擦仕事が氷の温度上昇に消費されるので、氷路面の後半の地点Ｐ２に近づくに従い温度が高くなっている。なお、グラフがサイプ２１の位置に対応するくびれをもって右上がりになっているのは、サイプ２１の位置では氷路面との摩擦がなくなるため氷の温度上昇が生じないためである。
図２より、１つのブロックにおいて、ブロックの周方向の長さが長いものほど摩擦による温度上昇が大きいことが分かる。

また、この現象を、図３を用いて具体的に説明する。
図３上段は、氷路面を滑っている際のブロック２０であり、ブロックの長さが地点Ｐ２までのものと地点Ｐ３までのものを重ねて示している。図３中段は、ブロック２０が氷路面を滑ったことにより生ずる水膜を示している。図３下段はこのブロック２０が氷路面を滑った際の氷路面の温度を示している。ブロック２０の長さが地点Ｐ２までの場合、氷路面の温度はＴ２であり、ブロック２０の長さが地点Ｐ３までの場合、氷路面の温度はＴ３である。このように、ブロック２０の周方向の長さが（Ｐ３−Ｐ２）だけ長いと、氷路面の温度は（Ｔ３−Ｔ２）だけ上昇することが分かる。
このように、１つのブロックにおいて、ブロックの周方向の長さが長いものほど摩擦による温度上昇が大きくなることが分かる。それゆえ、ブロックの周方向の長さを短くすることにより、融解水の量を減らし、その結果、接地面積の減少を抑制し、氷上摩擦性能を向上させることができる。

ここで、本発明者は、トレッドショルダー部ＴＳのブロック２０ｓのブロック長Ｌｓについて鋭意研究し、ブロック長Ｌｓが８ｍｍ以上２０ｍｍ以下とすることが本発明に有効であることを知見した。図４は、１つのブロック２０ｓのブロック長Ｌｓを変化させたときの氷上摩擦指数を表すグラフである。ブロック長Ｌｓをある程度長くすると（２５ｍｍ≦Ｌｓ）、氷上摩擦係数は一定となる。この一定値を１００として氷上摩擦係数を指数化している。上述したとおり、ブロック長Ｌｓを長くすると、氷上摩擦指数が減少していることが分かる。一方、ブロック長Ｌｓが短すぎると、やはり、氷上摩擦指数が減少していることが分かる。これは、ブロック２０ｓの剛性が確保されないためである。それゆえ、氷上摩擦指数が３０％以上増加している範囲のブロック長Ｌｓとすることにより、具体的にはブロック長Ｌｓを８ｍｍ以上２０ｍｍ以下とすることにより、効果的に氷上摩擦性能を向上させることができる。

次に、複数のブロックについて検討する。
図５は、２つのブロックが氷路面を滑っている際の周方向断面を上段に、そのときの水膜の量を中段に、そのときの氷路面の温度を下段に示している。
図５（ａ）上段に示すように、第１のブロック２０ａと第２のブロック２０ｂとの間隔（幅方向溝５の溝幅）Ｗが短い場合について考える。図５（ａ）下段に示すように、第１のブロック２０ａによって氷路面の温度はＴ０からＴ１まで上昇する。次に、幅方向溝５の部分で氷路面の温度は若干低下し、Ｔ２となる。さらに、第２のブロック２０ｂによって氷路面の温度はＴ３まで上昇する。このように、幅方向溝５の溝幅Ｗが短いと、ブロック２０の数に比例して氷路面の温度が上昇し、さらにこの温度上昇に伴って図５（ａ）中段に示すように、水膜の量が増加することが分かる。
次に、図５（ｂ）上段に示すように、幅方向溝５の溝幅Ｗが長い場合について考える。図５（ｂ）下段に示すように、第１のブロック２０ａによって氷路面の温度はＴ０からＴ１まで上昇する。しかし、幅方向溝５の部分で氷路面の温度はＴ０まで低下する。すなわち、上昇した温度が幅方向溝５によってリセットされる。次に、第２のブロック２０ｂによって氷路面の温度はＴ０からＴ１まで上昇する。このように、幅方向溝５の溝幅Ｗが長いと、上昇した温度がリセットされるので、ブロック２０の数が増加しても氷路面の温度が上昇することがない。それゆえ、図５（ｂ）中段に示すように、水膜の量が各ブロックで一定である。

さらに、本発明者は、トレッドショルダー部ＴＳのブロック２０ｓのブロック長Ｌｓと幅方向溝５ｓの溝幅Ｗｓについて研究し、０．３≦Ｗｓ／Ｌｓ≦０．７の関係を満たしていることが本発明に有効であることを知見した。図６は、２つのブロック間の溝幅Ｗｓをを変化させたときの氷上摩擦指数を表すグラフである。本例では、ブロック長Ｌｓは１０ｍｍとする。溝幅Ｗｓを１ｍｍとしたときの氷上摩擦係数を１００として氷上摩擦係数を指数化している。グラフより、溝幅Ｗｓを７ｍｍより大きくしても、氷上摩擦指数は一定となることが分かる。一方、グラフより、溝幅Ｗｓを３ｍｍ未満とすると、氷上摩擦指数の増加が３０％未満となり、温度上昇リセット効果がないことが分かる。それゆえ、ブロック長Ｌｓが１０ｍｍの場合、溝幅Ｗｓを３ｍｍ以上７ｍｍ以下とすることにより、効果的に氷上摩擦性能を向上させることができる。なお、ブロック長Ｌｓを２０ｍｍにすると、図６の横軸の数字が２倍となり、同様の傾向であることが分かった。それゆえ、０．３≦Ｗｓ／Ｌｓ≦０．７の関係を満たしていることが本発明に有効であるといえる。

以上の通り、氷上摩擦性能を向上させるためにはブロックの周方向の長さを短くし、ブロック間の溝幅を広くすれば良いことが分かる。しかし、この知見を単純にトレッドパターン全体に適用すると、陸部の面積が減少する（ネガティブ率が増加する）。その結果、接地面積が低下し、摩擦性能が悪化してしまう。
そこで、本発明では、パターン全体での陸部面積は一定に保ったまま、すなわちネガティブ率を一定に保ちながら、ブレーキング力の寄与が大きいトレッドショルダー部に、ブロック長を短く、ブロック間の溝幅を広く設定することとした。
これにより、氷上ブレーキ性能を向上させた空気入りタイヤを提供することが可能となる。
なお、本発明では、トレッドパターン全体のネガティブ率は、２０％〜４０％であり、トレッドセンター部ＴＣのネガティブ率は１０％〜２５％であり、トレッドショルダー部ＴＳのネガティブ率は２５〜５５％であることが好適である。

図７は、本発明の空気入りタイヤの第２実施形態を示すトレッドパターンの展開図である。
タイヤのトレッド踏面１には、タイヤ赤道面ＣＬと平行なトレッド周方向に延びる５本の周方向溝２ａ、２ｂ、２ｃが形成されている。ここで、タイヤ幅方向最外側の一対の周方向溝２ａ、２ａ間の領域をトレッドセンター部ＴＣ、周方向溝２ａとトレッド端ＴＥとの間の領域をトレッドショルダー部ＴＳとする。トレッド踏面１のトレッドショルダー部ＴＳには、トレッド幅方向に延びる複数の幅方向溝５ｓが形成され、これらの幅方向溝５ｓと周方向溝２ａとにより複数のブロック２０ｓが区画されている。トレッドセンター部ＴＣでは、周方向溝２ａ、２ｂを接続し、トレッド幅方向に延びる複数の幅方向溝５ｃ１が形成され、複数のブロック２０ｃ１が区画されている。また、トレッドセンター部ＴＣでは、周方向溝２ｂ、２ｃを接続し、トレッド幅方向に延びる複数の幅方向溝５ｃ２が形成され、複数のブロック２０ｃ２が区画されている。
なお、図示例のブロック２０ｓ、２０ｃ１、２０ｃ２には、周方向溝同士を接続するように、トレッド幅方向に延びる複数のサイプ２１が形成されている。
トレッドショルダー部ＴＳのブロック２０ｓのトレッド周方向の長さＬｓと、トレッドセンター部ＴＣのブロック２０ｃ１のトレッド周方向の長さＬｃ１と、ブロック２０ｃ２のトレッド周方向の長さＬｃ２とは、Ｌｓ＜Ｌｃ１＜Ｌｃ２の関係を満たしている。
また、トレッドショルダー部ＴＳの幅方向溝５ｓの溝幅Ｗｓと、トレッドセンター部ＴＣの幅方向溝５ｃ１の溝幅Ｗｃ１と、幅方向溝５ｃ２の溝幅Ｗｃ２とは、Ｗｃ２＜Ｗｃ１＜Ｗｓの関係を満たしている。
さらにまた、トレッドショルダー部ＴＳにおいて、長さＬｓ、溝幅Ｗｓは８ｍｍ≦Ｌｓ≦２０ｍｍかつ０．３≦Ｗｓ／Ｌｓ≦０．７を満たしている。
このように、ブロックの周方向長さと幅方向溝の溝幅とを、トレッドセンター部とトレッドショルダー部とで調整することにより、氷上ブレーキ性能を向上させた空気入りタイヤを提供することができる。

なお、上述した実施形態では、ブロック２０は、タイヤ赤道面ＣＬを挟んでトレッド幅方向に同数配置されているが、ブロック２０の配置数はこの図示例に限定されるものではない。例えば、タイヤ赤道面ＣＬを挟んでトレッド幅方向一方側に２列、他方側に３列のように非対称な配置も可能である。
また、上述した実施形態では、周方向溝２はトレッド周方向に直線状に延びているが、周方向溝２はトレッド周方向にジグザグ状あるいは波形状に延びていてもよい。
また、上述した実施形態では、幅方向溝５はトレッド幅方向（トレッド周方向に直交する向き）に直線状に延びているが、幅方向溝５はトレッド周方向に傾斜して直線状に延びてもよいし、曲線状に延びていてもよい。
なお、トレッド周方向のある１列に配置されたブロック２０のブロック長がブロック毎に異なる場合、本発明で規定したブロック長とは全ブロック２０の平均値を指すものとする。また、トレッド周方向のある１列に配置されたブロック２０間の幅方向溝５の溝幅が、１本の溝内で異なる場合、あるいは溝毎に異なる場合、本発明で規定した溝幅とは全幅方向溝５の平均値を指すものとする。

また、本発明者は、ブロック２０のトレッド周方向の長さＬｃ、Ｌｓが、０．４≦Ｌｓ／Ｌｃ≦０．６を満たし、幅方向溝５の溝幅Ｗｃ、Ｗｓが、２．０≦Ｗｓ／Ｗｃ≦３．０を満たすことが好適であることを後述する実施例により確認した。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれだけに限定されるものではない。
発明例タイヤ、比較例タイヤおよび従来例タイヤを試作し、氷路面におけるブレーキ性能を評価した。
各供試タイヤは、１９５／６５Ｒ１５のタイヤサイズを有し、トレッドパターンのネガティブ率は同一（３０％）である。
発明例タイヤ１〜５は、図７に示すトレッドパターンと、表１に示す仕様を有する。
その他の発明例タイヤとして、図７に示すトレッドパターンと、表２に示す仕様を有する空気入りタイヤを用意した。
従来例タイヤは、図８に示すトレッドパターンと、表１に示す仕様を有する。すなわち、ブロックの長さおよび幅方向溝の溝幅はトレッドセンター部ＴＣとトレッドショルダー部ＴＳとで同一である（Ｌｓ＝Ｌｃ１＝Ｌｃ２、Ｗｓ＝Ｗｃ１＝Ｗｃ２）。
比較例タイヤ１は、図９に示すトレッドパターンと、表１に示す仕様を有する。すなわち、タイヤ赤道面ＣＬに近いほどブロックの長さが長く、幅方向溝の溝幅が広い（Ｌｓ＜Ｌｃ１＜Ｌｃ２、Ｗｓ＜Ｗｃ１＜Ｗｃ２）。
比較例タイヤ２は、図１０に示すトレッドパターンと、表１に示す仕様を有する。すなわち、タイヤ赤道面ＣＬに近いほどブロックの長さが短く、幅方向溝の溝幅が狭い（Ｌｃ２＜Ｌｃ１＜Ｌｓ、Ｗｃ２＜Ｗｃ１＜Ｗｓ）。
比較例タイヤ３は、図１１に示すトレッドパターンと、表１に示す仕様を有する。すなわち、タイヤ赤道面ＣＬに近いほどブロックの長さが短く、幅方向溝の溝幅が広い（Ｌｃ２＜Ｌｃ１＜Ｌｓ、Ｗｓ＜Ｗｃ１＜Ｗｃ２）。
比較例タイヤ４〜７は、図７に示すトレッドパターンと、表１に示す仕様を有する。

各供試タイヤに内圧２００ｋＰａを充填し、乗用車（車両条件：３０００ｃｃクラスのＦＲセダン）に装着し、２名乗車相当またはタイヤ１本につき４．７ｋＮの荷重条件にて氷路面においてブレーキ性能試験を行った。ブレーキ性能試験は、初速度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測定し、初速度と制動距離から平均減速度を算出した。結果は、従来例タイヤの平均減速度を１００として表１および表２に指数表示した。なお、指数が大きいほど、制動性能に優れていることを示す。

表１より、Ｌｓ＜Ｌｃ１＜Ｌｃ２、Ｗｃ２＜Ｗｃ１＜Ｗｓ、８ｍｍ≦Ｌｓ≦２０ｍｍおよび０．３≦Ｗｓ／Ｌｓ≦０．７を満たす発明例タイヤでは、従来例タイヤおよび比較例タイヤと比較して、氷上ブレーキ性能が向上していることが分かる。
表２より、０．４≦Ｌｓ／Ｌｃ２≦０．６および２．０≦Ｗｓ／Ｗｃ２≦３．０を満たす発明例タイヤでは、氷上ブレーキ性能が従来例タイヤと比較して７％以上向上していることが分かる。なお、結果の数値は、±２以下では有意差なしとみなす。

１ トレッド踏面
２ 周方向溝
５ 幅方向溝
２０ ブロック
２１ サイプ

Claims (2)

1. タイヤのトレッド踏面に、トレッド周方向に延びる複数の周方向溝と、トレッド幅方向に延びる複数の幅方向溝とにより複数のブロックを区画した空気入りタイヤであって、
   タイヤ赤道面を挟みトレッド幅方向最外側に位置する一対のショルダー周方向溝間の領域をトレッドセンター部、前記一対のショルダー周方向溝のそれぞれとトレッド端との間の領域をトレッドショルダー部としたとき、
   前記トレッドセンター部のブロックのトレッド周方向の長さＬｃが、前記トレッドショルダー部のブロックのトレッド周方向の長さＬｓより長く、
   前記トレッドセンター部の幅方向溝の溝幅Ｗｃが、前記トレッドショルダー部の幅方向溝の溝幅Ｗｓより短く、
   ８ｍｍ≦Ｌｓ≦２０ｍｍかつ０．３≦Ｗｓ／Ｌｓ≦０．７を満たす、
   ことを特徴とする空気入りタイヤ。
2. ブロックのトレッド周方向の長さＬｃ、Ｌｓが、０．４≦Ｌｓ／Ｌｃ≦０．６を満たし、
   幅方向溝の溝幅Ｗｃ、Ｗｓが、２．０≦Ｗｓ／Ｗｃ≦３．０を満たす、
   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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