(57)【要約】  本発明は、概括的には、ハイドロプレーニング性能、ドライ制動性能および向上した耐摩耗性を維持するための、構成および／または特性を有するトレッドを備えたタイヤに関し、より厳密には、可変サイプ密度を有する、すなわち、中心部ではサイプ密度が高く、ショルダー部分ならびに所定の膨張形状垂下部を有する円形のクラウンではサイプ密度が低い、トレッドを有するタイヤに関する。本発明の別の実施形態は、ハイドロプレーニング性能、ドライ制動性能および摩耗性能の間のより望ましい譲歩を実現するように、タイヤのクラウンにわたってより高い構造剛性を提供する部材の追加をさらに含んでいる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
横方向および長手方向を画定するタイヤで使用されるトレッドを備えている装置において、前記トレッドは、センター部分及びショルダー部分と、そのセンター領域及びショルダー領域に位置するサイプとを備えたトレッド要素を有しており、
前記センター領域にあるトレッド要素内のあるサイプから隣接するサイプまでの前記距離は、５ｍｍ−９ｍｍの前記範囲であり、
ショルダー領域にあるトレッド要素内のあるサイプから隣接するサイプまでの前記距離は、１５ｍｍ−３５ｍｍの前記範囲であり、
前記膨張形状垂下部は、前記トレッドの前記センターから前記ローリングトレッド幅の縁まで測定すると、５ｍｍ−９ｍｍの前記範囲である装置。
【請求項２】
厚みが、前記アンダートレッドの前記ショルダー領域から前記アンダートレッドの前記センター領域まで少なくとも１ｍｍ減少し、弾性率が、前記トレッドゴムの少なくとも３倍に増えている、異形アンダートレッドをさらに備えている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
第１、第２および第３の遮断ベルトをさらに備えており、前記第３のベルトの前記コードの前記角度は、前記タイヤの前記長手方向に対して少なくとも６０度の角度になっており、前記第３のベルトは、少なくとも３０，０００ＭＰａの圧縮弾性率を有し、かつ前記第２のベルトと同じ幅から前記第２のベルトよりも４５ｍｍ狭い幅までの範囲の幅を有しており、前記第３の層は、さらに半径方向に前記第２のベルトの外側に設置されている、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記トレッドは、２０５／５５Ｒ１６サイズのタイヤで使用される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記トレッドは、２４５／４５Ｒ１７サイズのタイヤで使用される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記トレッドの前記クラウン半径は、膨張時には６５０ｍｍである、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記トレッドの前記クラウン半径は、膨張時には４５０ｍｍである、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記アンダートレッドの前記ショルダー領域から前記ショルダーまでの厚みの減少が、少なくとも２ｍｍであり、前記弾性率の増加が、前記トレッドゴムの少なくとも４倍である、請求項２に記載の装置。
【請求項９】
前記コードが、前記タイヤの前記長手方向から配置される前記角度が、６５度から９０度までの範囲である、請求項３に記載の装置。
【請求項１０】
前記第３のベルトの前記コードが、ガラスおよび樹脂からできている複合強化剤を備えている、請求項３に記載の装置。
【請求項１１】
前記第３のベルトの前記幅が、前記第２のベルトの前記幅よりも３０ｍｍ狭い、請求項３に記載の装置。
【請求項１２】
前記トレッドの前記センター領域にあるトレッド要素内のあるサイプから隣接するサイプまでの前記距離が、６ｍｍであり、前記トレッドの前記ショルダー領域にあるトレッド要素内のあるサイプから隣接するサイプまでの前記距離は、２０ｍｍである、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記トレッド要素が、ブロックである、請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概括的には、ハイドロプレーニング性能、ドライ制動性能および向上した耐摩耗性を維持するための、構成および／または特性を有するトレッドを備えたタイヤに関し、より厳密には、可変サイプ密度を有する、すなわち、中心部ではサイプ密度が高く、ショルダー部分ならびに所定の膨張形状垂下部を有する円形のクラウンではサイプ密度が低い、トレッドを有するタイヤに関する。本発明の別の実施形態は、ハイドロプレーニング性能、ドライ制動性能および摩耗性能の間のより望ましい譲歩を実現するように、タイヤのクラウンにわたってより高い構造剛性を提供する部材の追加をさらに含んでいる。
【背景技術】
【０００２】
当業者は、長い摩耗寿命および優れたハイドロプレーニング性能の両方を有するタイヤの設計では、特有の譲歩があることを理解している。例えば、使用中のタイヤの接地面の方形のフットプリントは、長い摩耗寿命を実現するのに最適であると通常考えられる。このようなフットプリントは、接地面に同等のリブ長を提供しており、このリブ長は、タイヤの長手方向すなわちＸ方向に均質のリブ剛性をトレッドの全幅にわたって見られる各リブに設計するためには、一般的に必要である。これは、駆動トルクがタイヤに印加されるとき、各リブが、タイヤのＸ方向にほぼ同量の応力を感じることになるので望ましいことである。Ｘ応力のこのような平衡は、通常、リブ全体に均一な摩耗をもたらし、これは、タイヤトレッドの全体的な摩耗寿命を向上させる。こうした方形のフットプリントを図１に示す。
【０００３】
一方、図２に示しているようなより円形のまたは楕円形のフットプリントは、優れたハイドロプレーニング性能を実現するのに理想的である。こうした形状は、原理的に船の船首による水の分離と同様に、タイヤフットプリント周辺で水排出を促進する。これは、さらに、ハイドロプレーニングが始まる速度を高くする。しかし、接地面のセンターリブがショルダーリブよりかなり長いことから、これは、通常、摩耗性能には悪影響を及ぼす。これは、Ｘ方向すなわち縦方向の剛性は、ショルダーリブよりセンターリブのほうが高いことを意味している。したがって、車輪に所与のトルクが印加される場合、センターリブは、Ｘ方向により多くの応力を発生させる。その結果、センターリブは、ショルダーリブより速く摩耗する。こうして、不均一な摩耗は、ショルダーより先にセンターリブに摩耗をもたらす。この現象は、結果的にタイヤのトレッドによる摩耗寿命の短縮となる。
【０００４】
現在、タイヤのハイドロプレーニング性能または摩耗性能を改善する様々な方法が存在するが、それらは、互いに矛盾している。先に述べたようなフットプリントの変更は、通常、ある性能を改善する１つの解決策ではあるが、一方で、他の性能に悪影響を及ぼす。同様に、タイヤ設計者は、より多くの長手方向溝を加えるまたはこうした溝の空隙を増やすことによって、より多くの空隙をトレッドに加えて、タイヤのハイドロプレーニング性能を改良することができる。しかし、これは、結果的に接地面の接触表面積を小さくすることになり、これは、結果としてＸ応力を増し、トレッドの摩耗を速めることになる。同様に、タイヤ設計者は、トレッド成形材料の特性を変更することによって、トレッドの摩耗性能を改良することができる。例えば、高弾性率成形材料は、高い耐摩耗性能を有しているが、ドライ制動では、低い性能をもたらす。
【０００５】
このようなわけで、トレッド帯全体にわたって同等の摩耗率を維持しながら、同時にタイヤのハイドロプレーニング性能を維持することが可能なタイヤのトレッド構造を見いだすことが所望されている。さらに、解決策がドライトラクション性能も維持するものであれば、好都合なものとなる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの実施形態では、本発明は、横方向および長手方向を画定するタイヤで使用されるトレッドを備えた装置を含んでいる。トレッドは、センター領域およびショルダー領域、ならびにそのセンター領域およびショルダー領域に位置するトレッド要素を有している。センター領域にあるトレッド要素内のあるサイプから隣接するサイプまでの距離は、５ｍｍ−９ｍｍの範囲であり、ショルダー領域にあるトレッド要素内のあるサイプから隣接するサイプまでの距離は、１５ｍｍ−３５ｍｍの範囲である。同時に、膨張形状垂下部は、トレッドのセンターからローリングトレッド幅の縁まで測定すると、５ｍｍ−９ｍｍの範囲である。
【０００７】
いくつかの実施形態では、この可変サイプ密度および膨張形状垂下部を使用するタイヤは、厚みが、アンダートレッドのショルダー領域からアンダートレッドのセンター領域まで少なくとも１ｍｍ減少し、弾性率が、トレッドゴムの少なくとも３倍に増えている異形アンダートレッドをさらに備えており、厚みの減少が実際には２ｍｍであり、弾性率は、トレッドゴムの少なくとも４倍に増えている場合もある。異形アンダートレッドが使用されるときには、タイヤは、第１、第２および第３の遮断ベルトをさらに備えていてもよく、第３のベルトのコードの角度は、タイヤの長手方向に対して少なくとも６０度の角度になっている。第３のベルトは、さらに、少なくとも３０，０００ＭＰａの圧縮弾性率および第２のベルトと同じ幅から第２のベルトよりも４５ｍｍ狭い幅までの範囲の幅、を有していてもよく、実際には、第２のベルトよりも３０ｍｍ狭い幅である場合もある。この第３のベルトは、半径方向に第２のベルトの外側に設置され得る。ある場合では、コードの角度は、６５度から９０度までの範囲である。いくつかの実施形態では、コードは、ガラスおよび樹脂の複合強化材でできている。
【０００８】
いくつかのタイヤ応用例では、この可変サイプ密度および膨張形状垂下部を使用しているタイヤの寸法は、２０５／５５Ｒ１６サイズのタイヤまたは２４５／４５Ｒ１７サイズのタイヤである。ある場合には、タイヤが、２０５／５５Ｒ１６サイズのタイヤであるとき、トレッドのクラウン半径は、膨張時には６５０ｍｍである。他の場合には、タイヤが２４５／４５Ｒ１７サイズのタイヤであるとき、トレッドのクラウン半径は、膨張時には４５０ｍｍである。
【０００９】
可変サイプ密度が用いられる特定の実施形態では、トレッドのセンター領域のあるサイプから隣接するサイプまでの距離は、６ｍｍであり、トレッドのショルダー領域にあるトレッド要素内のあるサイプから隣接するサイプまでの距離は、２０ｍｍである。トレッド要素は、トレッドブロックまたはリブであってもよい。
【００１０】
先述のおよびその他の、本発明の目的、特徴および利点は、添付図面に示す本発明の具体例についての後続の詳細な記述を読めば明らかとなろう。添付図面では、類似の参照番号は、本発明の類似部品を表している。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】タイヤの摩耗性能に関して最良であると通常考えられている、タイヤの方形のフットプリントの実施例である。
【図２】タイヤのハイドロプレーニング性能に関して最良であると通常考えられている、タイヤの円形または楕円形のフットプリントの実施例である。
【図３】異形ではないアンダートレッドを備えた標準構造を有するタイヤの半分の断面図である。
【図４】異形であるアンダートレッドを有する本発明の態様に従った、改良構造を有するタイヤの半分の断面図である。
【図５】トレッドおよびアンダートレッドのタイヤの頂点のせん断剛性に対する相対的な寄与を示している。
【図６】式４で算出される軟化係数Ｋに対するタイヤのトレッド要素のＢ／Ｈ比率の間の非直線状の関係を示すグラフである。
【図７】本発明の一態様による可変サイプ密度を示しているトレッドの部分平面図である。
【図８】サイプ間距離とスノウトラクションの間の非直線状の関係を示しているグラフである。
【図９】図７に示される可変サイプ密度を有するトレッドのフットプリントである。
【図１０】図７のトレッドのそれぞれのリブが経験するＸ力を示しているグラフである。
【図１１】異形アンダートレッドを備えていない、かつタイヤの優れたハイドロプレーニング性能に適切な円形形状をした、タイヤのフットプリントである。
【図１２】異形アンダートレッドを備えている、かつタイヤの優れたハイドロプレーニング性能に適切な円形形状をした、タイヤのフットプリントである。
【図１３】図１０および図１１に図示されるタイヤのリブの相対的なＸ剛性を示しているグラフである。
【図１４】第１および第２の遮断ベルトからＺ方向において外側に位置する、本発明の別の態様による第３の遮断ベルトを備えているタイヤの半分の断面図である。
【図１５】第１および第２の遮断ベルトの下にあるカーカスに隣接して位置する補強層を有するタイヤの半分の断面図である。
【図１６】ＦＥＡシミュレーションを使用して作られた図面であり、最適に構成された第３の遮断ベルトを用いて提供されるトレッドの剛性増加を示している。
【図１７】トレッドが水に遭遇したときに、第３の遮断ベルトが経験する圧縮を示しているＦＥＡ結果である。
【図１８】ＦＥＡによって作られたグラフであり、最適に構成されている第３の遮断ベルトを有しているタイヤと、有していないタイヤの間でのハイドロプレーニング性能の改善予測を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
トレッド要素とは、地面に接触するトレッドに存在する、任意の型または形状の構造的特徴を意味している。トレッド要素の例としては、トレッドブロックおよびリブが挙げられる。
【００１３】
リブとは、タイヤの略長手方向Ｘに延在しており、かつ略横方向Ｙに延在する任意の溝、またはそれに対して斜めの任意の他の溝によって遮断されない、トレッド要素を意味している。
【００１４】
トレッドブロックとは、１つ以上の溝によって画定される周辺部を有するトレッド要素を意味しており、トレッドに分離構造を作り出している。
【００１５】
長手方向または円周方向Ｘは、それに沿って、タイヤが転がるまたは回転し、タイヤの回転軸に対して垂直である、タイヤの方向である。
【００１６】
横方向、Ｙは、タイヤの回転軸と略平行であるそのトレッドの幅に沿ったタイヤの方向である。しかし、側溝とは、その略方向または延在している軸が、純粋な横方向と、４５度未満の角度を形成している任意の溝を意味している。
【００１７】
半径方向、Ｚは、その側面から見たタイヤの方向であり、これは、タイヤの略輪状形状の半径方向と平行であり、その横方向に対して垂直である。
【００１８】
センタートレッド要素とは、タイヤの正常な使用時、道路と接触するトレッド幅のセンター６０％の範囲に位置している、任意のトレッド要素を意味している。ショルダートレッド要素とは、タイヤの正常な使用時、道路と接触するトレッド幅の外側４０％の範囲に位置している、任意のトレッド要素を意味している。対称形のトレッドでは、ショルダー領域は、タイヤの中央平面の両側でトレッドの幅の外側２０％を構成している。タイヤの横方向のＹ方向にほぼ等しい幅の５本のリブを有しているトレッドでは、中央の３つのリブが、センターリブであり、外側の２つのリブが、ショルダーリブである。こうした領域は、他の要因に応じて調整することができると想定され、例えば、正常な使用中のタイヤ上で、駆動力すなわち正の力および制動力すなわち負の力を一般的には経験する。
【００１９】
本発明の実施形態は、摩耗性能とハイドロプレーニング性能の間に見られる譲歩を無くすために、タイヤのトレッド上のトレッド要素の剛性を変更する構造を含んでいる。特定の例では、さらにドライトラクションも維持される。後述する実施形態の１つ、全てまたは任意の組み合わせは、応用例に応じてこれらの所望の性能を満足に実現するものであることに留意されたい。さらに、こうした技術は、トレッドブロックおよびリブを含む多数のトレッド要素上で使用することができる。
【００２０】
図３および図４には、異形アンダートレッド１００を有しない２０５／５５Ｒ１６サイズのタイヤ用の標準トレッド構造の半分と、本発明のある態様による、２０５／５５Ｒ１６サイズのタイヤ用の、異形アンダートレッド２００を有するトレッド構造の半分が、それぞれ示されている。本明細書で論じているタイヤおよび図３および図４に示すタイヤでは、長手方向のＸ方向、横方向のＹ方向および半径方向のＺ方向が定義されている。後で説明するように、この改良アンダートレッド２００の形状および特性は、長手方向すなわちＸ方向に、トレッドの幅にわたってトレッド要素剛性を平衡させるのに役立っている。これは、タイヤトレッドの摩耗寿命を短縮する原因となる、センタートレッド要素でのＸ力／応力の増大無しに、ハイドロプレーニング性能を改善するより円形に近いフットプリントを作り出すことを可能にする。図３に注目すると、厚さが比較的一定の２．２ｍｍであり、トレッドと比較的近い伸び弾性率を有するアンダートレッド１００が示されている。対照的に、図４のアンダートレッド２００は、ショルダー領域では２．２ｍｍの厚さであるが、タイヤの中心線ＣLに近づくにつれてゼロまでテーパーがついている。このアンダートレッドの弾性率は、トレッドゴムの少なくとも３倍であり、４倍であれば好ましい。この構造の長所を以下に述べる。
【００２１】
この構造を使用する本発明者の目的は、図２に示すような、同等のリブ剛性を維持しながらもハイドロプレーニング性能に最適化されたフットプリントの作成を可能にすることである。可変厚みの、高弾性率のアンダートレッドは、可能化設計要素である。当該アンダートレッドは、ショルダー領域のＸ−Ｚ平面でせん断剛性を増し、これは、後述するように、関連するトレッド要素が経験するＸ力／応力に影響を及ぼす。図５を参照すると、トレッドおよびアンダートレッド複合材料、ＧeqのＸ−Ｚせん断剛性は、次の数１で概算され得る。
【数１】
2014523836.tif 000003
上式では、Ｔ1は、Ｚ方向のトレッドの厚みであり、Ｇ1は、トレッドのせん断剛性すなわち弾性率であり、Ｔ2は、Ｚ方向のアンダートレッドの厚みであり、Ｇ2は、アンダートレッドのせん断剛性すなわち弾性率である。
【００２２】
同様に、次いで、Ｘ方向のリブ剛性Ｋxは、数２を用いてトレッド要素ごとに等式化することができる。
【数２】
2014523836.tif 000004
上式では、Ｌは、Ｘ方向のトレッド要素の長さであり、Ｗは、Ｙ方向のトレッド要素の幅であり、Ｔ1は、Ｚ方向のトレッドの厚みであり、Ｔ2は、Ｚ方向のアンダートレッドの厚みであり、ＣＳＲは、トレッドの接地面の見かけの面積に対するトレッド要素のゴムの接触面積比である。
【００２３】
さらに、本発明者は、Ｘ方向のトレッド要素剛性を変更する別の技術を使用した。この技術は、トレッド要素のせん断剛性、Ｇ1を以下の方法で変えるのにトレッド要素のサイプ形成の使用を含んでいる。このせん断剛性すなわち弾性率は、数３で算出することができる。
【数３】
2014523836.tif 000005
上式では、Ｇrubberは、トレッド要素で使用される等方性ゴムのせん断弾性率であり、Ｋは、付加的な曲げ順応性を示す軟化係数である。これは、数４を用いて計算することができる。
【数４】
2014523836.tif 000006
上式では、Ｂは、Ｘ方向のトレッド要素の基本寸法であり、Ｈは、Ｚ方向のトレッド要素の高さ寸法である。
【００２４】
図６は、数４を用いて算出されるＫ対Ｂ／Ｈの関係を表すグラフを示している。２より大きいＢ／Ｈの比率（例えば、１６ｍｍの基本寸法および８ｍｍの高さ寸法を有するトレッドブロック）に関しては、曲げに起因するトレッドの軟化は、ほとんどない。しかし、５のＢ／Ｈの比率では、Ｋは、約１．９であり、同等のせん断剛性Ｇ1は、トレッド要素が中実のリブである場合に行なわれるものと比較して、約２の因数で約されることを意味している。
【００２５】
この技術は、リブおよびトレッドブロックにも同様に適用することができる。リブに適用される場合、基本寸法は、リブの範囲内のあるサイプから隣接するサイプまでの距離である。トレッドブロックに適用される場合、基本寸法は、トレッドブロックの範囲内のあるサイプから隣接するサイプまで、またはトレッドブロックの縁を画定する溝まで、の距離である。
【００２６】
この技術は、それぞれのトレッド要素が、均一な摩耗のため同等のせん断剛性を有するようにするのに用いることができる。Ｂ／Ｈ関係が、Ｙ方向のトレッドの幅方向でトレッド要素ごとに同じである場合には、接地面のそれぞれのこうしたトレッド要素の長さは、同じでなければならないので、方形の接地面が強制される。これは、タイヤ用の耐ハイドロプレーニング性能を低下させることになる。Ｂ／Ｈ比率が、センタートレッド要素と比較して、ショルダートレッド要素のほうが大きい場合には、接地面のショルダートレッド要素の長さを、こうしたトレッド要素の間で同等のせん断剛性を維持しながら、センタートレッド要素の長さと比べて、減らすことができる。このようにして、ハイドロプレーニング性能にとって好ましい円形のフットプリントを、摩耗性能を損なうことなく使用することができる。
【００２７】
例えば、リブの形のセンタートレッド要素は、以下の寸法、Ｈ＝Ｔ1＝８ｍｍおよびＢ／Ｈ＝.６であってもよい。次いで、図４で示されるように、Ｔ2＝２ｍｍ、Ｇ＝１ＭＰａ、Ｗ＝２０ｍｍ、またＣＳＲ＝.８である場合、Ｋ＝１．６である。次いで、数式１から数式３までを用いると、センターリブ剛性は、Ｋx ctr＝１．０８Ｌctrである。リブの形態もとるショルダートレッド要素に同じＣＳＲおよび幅を使用し、２と等しいＢ／Ｈ比率を使用すると、Ｋは、図４から１．０５になる。再び、数式１から数式３までを用いると、Ｋx shl＝１．５３Ｌshlとなる。Ｋx shlがＫx ctrと等しくなることが望ましいので、Ｌshl＝.７１Ｌctrと計算し得る。このように、この実施例では、ショルダーリブは、接地面をセンターリブより２９％短くすることができ、均一なトレッド摩耗性能を維持しながら、ハイドロプレーニング性能にはより望ましい円形に近いフットプリントを実現している。
【００２８】
実施形態Ｉ−可変サイプ密度
このように、ショルダートレッド要素のサイプ密度を下げることによって、センタートレッド要素と比較して、ショルダートレッド要素を優先的に剛性化し、センタートレッド要素を軟化させることができる。図７は、５本のリブを有するタイヤにこれを適用した実施例を示している。センターリブ２０２におけるサイプから隣接するサイプまでの距離Ｄctr、は、約５．５ｍｍであり、ショルダーリブ２０４におけるサイプから隣接するサイプまでの距離Ｄshlは、約２５ｍｍであった。この形状は、比較的方形であるが、約５ｍｍ−９ｍｍ（この測定方法を理解するために図４を参照のこと）の適切な膨張垂下、Ｄdrpを加えることで、より円形にすることが可能である。通常、ハイドロプレーニング性能の改善を維持することができるように、ショルダートレッド要素の長さをセンタートレッド要素の長さの７０％−８０％にするために、垂下部を調整することができる。したがって、この実施形態は、本質的に、摩耗特性を改善する可変サイプ密度の能力を示している。追加の実施形態は、これを円形のクラウンなどの他の設計要素と組み合わせて、ハイドロプレーニング性能を同時に改善し得る方法を示すであろう。
【００２９】
摩耗性能とハイドロプレーニング性能の間での譲歩を無くすことに役立つことに加えて、可変サイプ密度は、スノウトラクションおよびドライトラクションの間の譲歩を無くすことにも有用である。図８は、サイプ間距離すなわちＥＩＬ（ｘ軸）と、スノウトラクション性能すなわちＧＭスピン（ｙ軸）との間の関係を表している。この関係は、直線状ではなく、サイプ間の距離が小さいセンターリブを有することは、スノウトラクションを増すのに役立つ一方で、通常、ドライ制動時にはより多くの負荷を支えるショルダーリブ上のサイプ間の距離が大きいことは、ドライトラクションを改善するのに役立つことを意味している。結果的に、タイヤのショルダー部分およびセンター部分の間で可変サイプ密度を使用することで、スノウトラクションとドライトラクションの間のより望ましい譲歩が実現する。
【００３０】
図７に示すトレッドパターンを使用したタイヤを作成して、接地面での力を調べる試験が行なわれ、さらに、証拠タイヤに対する摩耗性能についても試験が行なわれた。図９は、４２０ＤａＮの垂直Ｚ荷重および２．２バールのタイヤ圧用の可変サイプ密度を有するトレッドの実際のタイヤフットプリントを示している。センターサイプは、接地面にあるときには閉じているので、インク印刷には示されていない。タイヤに適用されるＸ力の合計が１００ＤａＮであった事例に関して、接地面積で測定されたＸ力を、図１０に示している。ショルダーリブは、センターリブより強い駆動力を生み出したことを留意されたい。これは、トレッド摩耗の改良が達成可能であるはずであることを示している。
【００３１】
こうしたタイヤは、２０５／５５Ｒ１６サイズのタイヤでもある現在の生産タイヤに対する摩耗について試験が行なわれた。現在の生産タイヤは、可変サイプ密度を有するタイヤ用の８ｍｍのトレッドデプスに対して９ｍｍのトレッドデプスを有していたが、可変サイプ密度を有するタイヤは、現在の生産タイヤと比べて、中間強度の摩耗の発生における８％の改善を示した。その上、高強度の摩耗の発生でも、１７％改善された。この大きさのタイヤのクラウン半径は、４５０ｍｍであった。
【００３２】
類似の結果は、サイプ密度において類似の変化を有したＦＥＡシミュレーションを使用して、２４５／４５Ｒ１７タイヤに関しても得られた。このシナリオでは、ローリングトレッド幅が２０％増大し、断面高にはほとんど変化がない。しかし、上記のような、サイプ密度の変化ならびに膨張垂下形状は、ほぼ同じであった。この大きさのタイヤのクラウン半径は、６５０ｍｍであった。このことは、本発明の多用途性を示している。
【００３３】
実施形態ＩＩ−可変サイプ密度および円形クラウンを備えた異形アンダートレッド
図３および図４の断面図に示される構成を有するタイヤを製造して試験を行なった。これらのタイヤのトレッド設計は、同様に可変サイプ密度を含んでおり、Ｄshlは、２４ｍｍであり、Ｄctrは、５ｍｍであった（これらの寸法の測定方法については図７を参照されたい）。図３の標準設計で得られたフットプリントを、図１１に示している。センターリブがショルダーリブよりかなり長くなっているので、この形状は、優れたハイドロプレーニング性能を実現するのに適した円形になっている。同様に、図４の形状を変更したアンダートレッドを有した設計で得られたフットプリントを、図１２に示している。このフットプリントも、センターリブが、ショルダーリブと比べて長くなっていて、適切な円形になっている。このことは、２つのタイヤに関するハイドロプレーニング性能が、実質的に類似していることを示している。変更された設計では、アンダートレッド弾性率は、約１２ＭＰａであり、トレッド弾性率は、約３ＭＰａであった。したがって、アンダートレッド弾性率は、トレッド弾性率の約４倍であった。
【００３４】
次に図１３を参照すると、可変サイプ密度を備えた標準構成および可変サイプ密度を備えた変更された構成のリブ剛性が、タイヤトレッドの幅にわたって示されている。グラフは、合計１００ＤａＮのＸ力を支えているリブ当たりのＸ力を示している。これより読み取れるように、標準構成では、変更された構成と比べて、センターリブのＸ力がより高くなっている。センターリブのＸ力は、ショルダーリブのＸ力より約２１％高く、さらに、センターリブ長は、ショルダーリブ長より３１％長い。この標準構成でさえ、可変サイプ密度のトレッド設計は、リブ剛性の均一性をいくらか改善している。それでもなお、当業者であれば、Ｘセンター力が高ければ、車両の前輪または後輪駆動の駆動軸上で、センター摩耗が起こり得ると推察されるであろう。一方で、変更された構成に、可変サイプ密度を付け加えれば、結果的に、図１３のより均質な力分布になる。事実、ショルダーリブは、センターの３つのリブよりいくらか大きい力を支えている。さらに、当業者であれば理解されるように、これは、「ヒールアンドトウ」摩耗と呼ばれる不規則な形態の摩耗を減らすのには優先される。円形フットプリントの文脈において、より剛性の高いショルダーリブを有することは、本明細書において記載される本発明の特有かつ有利な恩恵である。
【００３５】
実施形態ＩＩＩ−第３のブレーカベルトの追加
いくつかのタイヤ応用例では、柔らかいトレッドゴムを使用することは、このようなゴムがトラクションなどのタイヤ性能に役立つため、有益である。しかし、これは、トレッドをより柔軟にするので、ハイドロプレーニング性能にマイナスの影響を与える可能性がある。したがって、本発明者は、第１および第２のベルト２０８、２１０からＺ方向の半径方向で外側に位置する第３の遮断ベルト２０６を備えたタイヤ（図１４を参照）を試験して、これが、トラクションの増強を依然として実現可能にしながら、より柔らかいトレッドゴムに関連するハイドロプレーニング性能の損失を相殺することができるかどうかを調べた。
【００３６】
表１で示すように、５つのシナリオが、試験された。第１のシナリオは、平均弾性率のトレッドゴムを備えた基準タイヤであった。第２のシナリオは、より柔らかい、または、基準タイヤより低い弾性率を有するトレッドゴムを備えたタイヤであった。第３のシナリオは、第３の遮断ベルトが加えられたことを除いて、第２のシナリオで使用されたものと基本的には同じタイヤを使用した。このタイヤの構造は、図１４に示されており、タイヤのＸ方向から６５度に配置されるコードを使用している。第４のシナリオは、第３のベルトが、第３のシナリオのように加えられたことを除いて、基準タイヤと同様に構築されたタイヤを使用している。第５のシナリオは、図１５で示すように、Ｘ方向から９０度に、またはタイヤのＹ方向と平行に配置されたコードを備えた補強層２１２が、カーカスに近い第１および第２の遮断ベルト２０８、２１０の下に加えられていることを除いて、第２のシナリオで使用されたような柔らかいトレッドゴムを有しているタイヤを使用した。
【表１】
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【００３７】
予想したように、第２のシナリオの試験は、６％のハイドロプレーニング性能の低下を示した。しかし、第３の遮断ベルトの追加は、予想に反して、シナリオ３および４のテスト結果によって証明されたように、３％から５％までハイドロプレーニング性能を高めた。これにより、タイヤ設計者は、第３の遮断ベルトを加えることによってトラクションを改善して、ハイドロプレーニング性能の損失を補償するか、または平均弾性率のトレッドゴムを使用するときにハイドロプレーニング性能だけを改善する、という選択肢が与えられる。最後のシナリオは、カーカスの近くに補強層を加えることによって改良が示されなかったことから、補強層の場所が、こうした重大な成果を可能にするのに役立っていることを示している。
【００３８】
本発明者は、ＦＥＡモデリングを用いてこうした驚くべき結果の研究を進めた。図１６および図１７は、第３のベルトが、第３のベルトの無い標準トレッドと比較して、トレッドが水に遭遇するとき、トレッドの変形を減らすことに役立つ構造補強をＹ−Ｚ平面に作り出すことを示しており（改良トレッドは、図１６の破線２１４によって示され、標準トレッドは、実線２１６で示される）、タイヤが地面と接触した状態を保って、ハイドロプレーニングを阻止するのに役立っている。図１７で留意されたいのは、第３の遮断ベルトは、ハイドロプレーニングを阻止しながらも、圧縮ひずみを受けており、したがって、この恩典を得るためには、適切な圧縮弾性率が、第３のベルトにあるはずであることである。試験で明らかになったのは、この恩典を得るためには、少なくとも３０，０００ＭＰａの圧縮弾性率が用いられるべきであることである。ガラスおよび樹脂などの複合補強材のモノリシック断面を、第３のベルトのコードで使用して、望ましい圧縮弾性率を実現してもよい。
【００３９】
同様に、モデリングによれば、第３のベルトの幅は、第２のベルトと同様である必要はなく、幅は、最大で４５ｍｍまで小さくてもよい。この具体例では、ベルトの幅は、第２のベルトの幅より３０ｍｍ小さかった。さらに、ベルト分離を防止するのに役立つように使用され、タイヤのＸ方向に巻かれるナイロン補強材は、トレッドのショルダー領域に配置しさえすればよい。さらに、第３の層のコードが、Ｘ方向に対して向けられる角度は、６０度から９０度までの範囲であり得る。
【００４０】
最後に、図１８は、シミュレーションによって予測される第３のベルトを用いたハイドロプレーニング性能の改善は、数パーセントであることを示している。このことは、モデリング結果が現実の世界のタイヤの試験データにマッチしているので、現実の世界タイヤ応用例のために設計するモデルの精度および信頼性を実証するものである。
【００４１】
以上のように、本発明の特定の実施形態は、ハイドロプレーニング性能と摩耗性能間、および／またはスノウトラクション性能とドライトラクション性能間の譲歩を、組み合わせてまたはそれら単体で、無くすことに役立つものである。したがって、本明細書において述べられる実施形態のさまざまな組み合わせは、発明者によって想定されており、本開示の一部とみなされ、さまざまなタイヤ応用例に有用となり得る。
【００４２】
本発明は、特定の実施形態に関して記述してきたが、当該説明は、例証を目的とし、限定することを目的とするものではない。例えば、本発明は、トレッドゴムの材料特性と組み合わせることで、さらなる改善をもたらすこともできる。同様に、本発明は、リブおよびトレッドブロックを含むあらゆる種類のトレッド要素を有するタイヤに適用することができる。さらに、特有の寸法が示されているが、これらの寸法を調整して、なおも本発明の精神を実践することが当業者の視野の範囲に十分含まれるであろう。したがって、本発明の範囲および内容は、添付の特許請求の範囲の用語によってのみ画定されるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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