JP2005132361A - 自立型の空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】大きなランフラット能力を達成しつつ、乗り心地を向上させ、耐久性を高める自立型のランフラットタイヤの提供。
【解決手段】 ランフラットタイヤ１０がカーカスとトレッド３４とベルト構造２８とを有し、カーカスは、１対のビード部分１４の間を延びる補強プライ１２と１対のサイドウォール２８とサイドウォール２８内のインサート４２を含み、１対のビード部分１４のビードヒール２６同士の間の軸方向の距離がＢＷであり、このタイヤ１０が取り付けられるリムの、ビードシートとリムフランジの接合点同士の間の軸方向の距離がＲＷであり、リムの距離ＲＷはタイヤの距離ＢＷ以上であり、ビードヒール２６がリムの接合点に接触するようにタイヤ１０がリム上に取り付けられると、リム上のタイヤ１０の膨張時にインサート４２はさらなる応力を受けない自立型のランフラットタイヤ。
【選択図】図１

Description

本発明は、タイヤが通常の膨張圧よりも小さい膨張圧で動作させられる状態で走行できる空気入りラジアルタイヤに関する。特に、本発明は、タイヤが取り付けられ、膨張させられ、荷重がかけられている間に発生するタイヤの応力が変化してタイヤの性能に影響を及ぼすようなタイヤを成形する方法に関する。

自立型のランフラットタイヤ（self-supporting run-flat tire）が、長年にわたって商品化されている。このようなタイヤの主な特徴は、サイドウォールを強化するために、サイドウォールの断面厚さが大きくなっていることである。これらのタイヤでは、膨張させられていない状態で動作すると、補強サイドウォールインサートが圧縮状態になる。サイドウォール部材を強化するために必要な大量のゴムのために、熱の蓄積がタイヤの欠陥の主な要因になっている。これは、タイヤが膨張させられていない状態で高速で長時間動作させられる時に、特にそうである。
米国特許第５３６８０８２号明細書 米国特許第６２３０７７３号明細書

特許文献１は、剛性を高める特別なサイドウォールインサートの使用を教示している。膨張させられていないタイヤにおいて８００ｌｂ（約３６３ｋｇ）の荷重を支えるためには、タイヤ１本当たり約６ポンド（約２．７ｋｇ）の重量を追加させる必要がある。このようなランフラットタイヤは、最初に商業用に用いられた時には、高性能の乗物に用いられ、非常に低いアスペクト比を有していた。５５％から６５％の範囲、またはそれよりも大きいアスペクト比を有する、膨張させられていない高級車用のタイヤに必要な、支持される重量は、荷重約１４００ｌｂｓ（約６３５ｋｇ）と概算される。大きなランフラットタイヤにかかるこのような大きな荷重は、サイドウォールおよびタイヤ全体が、妥協できる乗り心地が得られる程度まで強化されなければならないことを意味していた。豪華な乗物の所有者は決して、ランフラット性能のために乗り心地を犠牲にはしないであろう。技術上要求されていることは、乗り心地または性能を損なうことのないランフラットタイヤを提供することである。柔らかい乗り心地が得られる豪華なセダンと比べると、非常に堅いサスペンション性能を有する種類の乗物において、このようなタイヤを提供することは、比較的容易であった。軽量のトラックおよびスポーツユーティリティ（ＳＵＶ: sport utility vehicle）は、乗り心地をあまり気にする必要がないが、堅い乗り心地が受け入れられる状況から、豪華な乗物の柔らかい乗り心地が求められる状況までにわたるランフラットタイヤ市場を形成している。

本発明は自立型のタイヤに関する。自立型のタイヤは、乗り心地を向上させ、耐久性を高め、大きなランフラット能力を達成できるように成形されている。自立型のランフラットタイヤは、成形されたビードベースの幅が、上にタイヤが取り付けられるリムのリム幅と等しいか、またはそれよりも小さくなるように成形されている。

より具体的には、このタイヤは、カーカスと、トレッドと、カーカスの半径方向外側かつトレッドの半径方向内側に位置するベルト補強構造とを有している。カーカスは、１対のビード部分の間を延びる補強プライ構造と、各々が１対のビード部分のうちの１つの半径方向外側に位置する１対のサイドウォールと、各サイドウォール内に位置するインサートからなる。各ビード部分はビードヒールを有し、タイヤが膨張させられる前の、２つのビードヒールの間の軸方向の距離が、タイヤが膨張させられた後と等しいか、またはそれよりも小さい。このように定められた幅を有するビードヒールを設けることによって、インサートは膨張時にさらなる応力を受けない。このことは、事実上、インサートとカーカスプライにかかる荷重を変え、その結果、タイヤ特性が向上する。

開示されているタイヤの様々な実施態様において、タイヤは、カーカス補強プライ構造の軸方向内側に位置する各サイドウォール内のインサートを有しており、すなわち、１対のインサートを有していてもよく、１つのインサートはカーカス補強プライ構造の軸方向内側に位置し、もう１つのインサートはカーカス補強プライ構造の軸方向外側に位置していてもよい。

本発明の他の実施態様では、各サイドウォール内の自立型のランフラットインサートは、異なる２つのエラストマ材料から形成されていてもよい。

本発明の他の実施態様では、ビード部分がビードコアを有しており、各ビード部分内に１つのビードコアが位置している。各サイドウォール内のランフラットインサートは、半径方向外側端部と半径方向内側端部を有しており、半径方向外側端部はベルト補強構造の半径方向内側に位置し、インサートの半径方向内側端部はビードコアの半径方向外側に位置している。

また、自立型の空気入りランフラットタイヤの取り付け方法も開示されている。この方法は、タイヤを形成するステップと、リムを用意するステップと、タイヤを取り付けるステップとを含む。こうして形成されたタイヤは、１対のビード部分の間を延びる補強プライ構造と１対のサイドウォールとを含むカーカスを有している。各サイドウォールは、その中に位置するインサートを有している。ビード部分は、ビード部分の軸方向の最も外側の位置にビードヒールを有しており、互いに対向するビードヒール同士の間の軸方向の距離がＡである。用意されたリムはリムシート距離Ｂを有しており、リムシート距離Ｂは、タイヤの距離Ａと等しいか、またはそれよりも大きい。

［定義］
「エイペックス」は、ビードコアの半径方向上方であって、プライと折り返しプライの間に位置するエラストマのフィラーを意味する。

「環状」はリング状に形成されていることである。

「軸方向」および「軸方向に」は、ここでは、タイヤの回転軸に平行なラインまたは方向を指して用いられる。

「周方向」は、赤道面（ＥＰ）に平行で軸方向に垂直な、環状のタイヤの表面の周囲に沿って延びるラインまたは方向を意味する。

「設計リム」は、指定された構造と幅を有するリムを意味する。これを明確にすると、設計リムおよび設計リム幅は、タイヤが作られる場所において有効な工業規格によって指定された通りである。例えば、アメリカ合衆国では、設計リムは、タイヤ・リム協会（Tire and Rim Association）によって指定されたとおりである。欧州では、リムは、欧州タイヤ・リム技術機構（European Tyre and Rim Technical Organization）の標準マニュアルに指定された通りであり、「設計リム」という用語は「標準測定リム」と同じである。日本では、標準化機構は日本自動車タイヤ協会である。

「設計リム幅」は、各タイヤサイズに割り当てられた、市販されている特定のリムの幅である。

「内側に」は、タイヤの内側に向かうという意味であり、「外側に」は、その外側に向かうという意味である。

「自立型のランフラット」は、タイヤが膨張させられていない状態で、限られた時間、限られた速度で動作させられている時に、タイヤがこわれるのを防ぐいかなる内部の装置も必要とせず、サイドウォールとタイヤの内面が潰れず、またはそれ自体の上に座屈せず、単独で乗物の荷重を支えるのに十分強いタイヤ構造を有している種類のタイヤを意味する。

「サイドウォールインサート」は、タイヤのサイドウォール領域内に位置するエラストマまたはコード補強材を意味する。インサートは、カーカス補強プライと、タイヤの外面を形成する外側のサイドウォールゴムに付加されるものである。

「ばね定数」は、所定の圧力における、荷重と撓みの関係を示す曲線の傾きとして表される、タイヤの剛性を意味する。

「垂直方向の撓み」は、荷重がかかった状態でタイヤが撓む量を意味する。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は本発明の自立型のランフラットタイヤ１０を示している。タイヤ１０の断面構造の一方の半分のみが図示されている。タイヤ１０の図示されていない半分は図示されているものの鏡像であることが、対称形状のタイヤであることが明示されていなくても、当業者には容易に理解できるであろう。タイヤ１０は、一方のビード部分１４から反対側のビード部分１４まで延びる補強プライ１２を含むカーカスを有している。補強プライ１２の端部は伸びないビードコア１６の半径方向内側を通り、タイヤ１０の最大断面幅、すなわち中央の高い部分に向かって延びる折り返し部１８を形成している。

ビードエイペックス２０が、ビード部分１４内で、ビードコア１６の半径方向外側、かつ補強プライ１２の主部と折り返し部１８の間にある。エイペックス２０は、一般に、ショアＡ硬度が比較的大きい材料から形成されている。各ビード部分１４は、ビードベース２２と、ビードトゥ２４と、ビードヒール２６により形成されている。ビードベース２２は、ビード部分１４の内径を形成する、ビード部分１４の概ね円筒形の部分である。ビードトゥ２４は、ビード部分１４の、ビードベース２２と、タイヤ１０の内表面をつなぐ部分であり、ビードヒール２６の軸方向内側にある。ビードヒール２６は、ビード部分１４の、ビードベース２２と、タイヤ１０の外表面をつなぐ部分である。成形されたビードの幅ＢＷは、互いに対向するビードヒール２６同士の間で測定された軸方向の距離である。ビード部分１４は、フリッパ、チッパ、トゥガード、チェーファ等の、図示されていない他の部材も含んでいてもよい。

ベルト構造２８が、カーカス補強プライ１２の主部の半径方向外側にある。図示されているベルト構造２８は、斜めになっている互いに平行な複数の補強コードから形成されている２つのプライ３０を有している。このコードは、タイヤ１０の赤道面ＥＰに対して１７゜から２７゜の角度だけ斜めになっている。各プライ３０のコードは、隣接するプライ３０のコードと、同じ大きさであり反対向きの角度で交差している。オーバーレイ３２が、斜めになっている２つのコードプライ３０の外側にある。オーバーレイ３２は、赤道面ＥＰに対して０゜から約５゜の角度だけ斜めになっている複数のコードで形成されている。斜めになっているコードプライ３０の半径方向外側が図示されているが、オーバーレイ３２は、実際には、斜めになっているコードプライ３０同士の間に、または斜めになっているコードプライ３０の半径方向内側に位置していてもよい。

タイヤ１０の接地面を形成するトレッド３４がベルト構造２８の外側にある。タイヤのサイドウォール３８がトレッド縁部３６から延びている。サイドウォール３８の下部は保護リブ４０により形成されている。保護リブ４０の位置はタイヤ１０の高さによって決まり、タイヤの高さが低いときには保護リブ４０はサイドウォール３８上の比較的高い位置にあり、タイヤの高さが高いときには保護リブ４０はサイドウォール３８に沿う比較的低い位置にある。

エラストマのインサート４２が、カーカス補強プライ１２の軸方向外側でタイヤ１０のサイドウォール３８内にある。インサート４２は、形状がほぼ三日月状またはレンズ状であるように描かれている。これは、特に、三日月形状のインサートの切り欠かれた部分がタイヤのビード部分１４に並べて配置される、三日月状に切り欠かれた形状も含むようになっている。インサート４２は、トレッド縁部と、タイヤ１０の最大断面幅の半径方向位置との間の位置で、最大厚さＢを有しているのが好ましい。インサート４２の機能は、タイヤ１０が、小さくされた膨張圧、すなわち僅かな膨張圧で動作させられる時に、タイヤ１０のサイドウォール３８を補強／支持することである。

ゴムをベースとしたインサート４２は、ほぼ三日月状の断面形状と、膨張時の乗り心地を良くする一方、タイヤのランフラット耐久性を向上させるように選択された材料特性とを有する、実在するエラストマである。インサート４２は、望まれるならば、個別に複数のコードまたは複数の短い繊維で補強されていてもよい。従って、１つまたは複数のこのようなインサート４２がこのように補強されていてもよい。

インサート４２は、１００℃におけるショアＡ硬度が、約６５から約９０の範囲内である。インサート４２の他の特性に関しては、特許文献２に開示されている特性が、本発明のインサート４２に適している。これらの特性は、引用される米国特許に開示されている化合物によって達成してもよく、または、開示されている特性をもたらす他の化合物が選択されてもよい。

図２は、図１のタイヤ１０がタイヤリム５０上に取り付けられた状態を示す。タイヤリム５０は、タイヤリム５０とタイヤ１０が使用される世界の地方において有効な工業規格によって規定されている構成とリム幅を有している。タイヤリム５０は、タイヤリム５０がタイヤ１０に接触する部分に、２つの主な構成部材、すなわちビードシート５２とリムフランジ５４を有しており、ビードシート５２とリムフランジ５４は部位Ｃでつながっている。タイヤリム５０は軸方向最大幅ＲＷを有している。

本発明によると、成形されたビードの幅ＢＷは、リム幅ＲＷ以下である。これは、タイヤ１０をタイヤリム５０上に保持するために発生させられる余分な引張力を用いるために、タイヤ１０を、リム幅ＲＷよりも大きい、成形されたビードの幅ＢＷを有するように成形するという、自立型タイヤの従来の考え方とは逆である。本出願人は、自立型タイヤ１０を、最大でリム幅ＲＷと等しいビード幅ＢＷを有するように成形することによって、タイヤ１０の性能に悪影響を及ぼすことなく、タイヤ１０の性能を向上させることができることを研究によって確認した。

２１５／４５Ｒ１７サイズの、４本の同じランフラットタイヤを、ＦＥＡ解析（有限要素解析）を用いて比較した。作られた全てのタイヤは、概ね図１に示されているような内部構造を有している。作られたタイヤのうちの２つは、７．０インチ（１７．７８ｃｍ）の、成形されたビードベースの幅を有し、残りの２つのタイヤは、７．５インチ（１９．０５ｃｍ）の、成形されたビードベースの幅を有している。各サイズの１つのタイヤは、成形されたビードの幅に対応するリム幅を有するリム上に取り付けられるように作られた。他のタイヤは、成形されたビードの幅と異なるリム幅を有するリム上に取り付けられるように作られた。これらのタイヤについて、撓み、ひずみ、および荷重を含むたくさんの解析がなされた。データを以下の表１に示す。成形されたビードの幅がリム幅よりも大きいタイヤ／リムの組み合わせ、すなわち従来の組み合わせを、タイヤ／ホイールの組み合わせの参考例として用いている。

試験結果によると、成形されたビードの幅がリム幅と同等である場合には、膨張させられて走行させられる間に垂直方向の撓みの増大が見られた。この結果は、幅の小さなリムでは、より顕著である。成形されたビードの幅がリム幅よりも小さい場合には、垂直方向の撓みはさらに大きい。ランフラットタイヤ／リムの従来とは異なる３つの組み合わせ全てについて、垂直方向の剛性も相応に小さくなり、成形されたビードの幅がより小さい２つの場合には、剛性がより大幅に小さくなっている。

ばね定数の低下、従って、タイヤが膨張させられて運転される間のタイヤの硬さの低減部は、成形されたビードの幅が小さくなっている場合（図３参照）に生じる、クラウン部の新しい輪郭によって生じるであろう。これら２つのタイヤの外形は、タイヤＭはリム幅と等しいビード幅になるように成形され、一方、タイヤＰはリム幅より大きいビード幅になるように成形されていること以外は同じ構造のタイヤに対するものである。これらの２つの外形は、タイヤＭ，Ｐの赤道面ＥＰにおいて一致している。図示されているように、クラウン部の輪郭が変わっており、従来のタイヤＰに対して、タイヤＭのショルダー６０が半径方向に下がっており、タイヤＭの最大断面幅が軸方向内側に移動している。２１５／４５Ｒ１７サイズのタイヤの場合、輪郭のこの変化によって、タイヤの質量を約３００グラム減らすことができる。他のサイズのタイヤについても、クラウン部の輪郭の変化と、タイヤの質量の相応の減少が期待できる。

以下の表２は、従来のタイヤ／リムの組み合わせと、タイヤ／リムの組み合わせＡの、サイドウォールのひずみエネルギー密度（ＳＥＤ）が示されている。ＳＥＤは、膨張させられ荷重がかかっている条件下で測定される。成形されたビードの幅がリム幅より大きいタイヤに関しては、取り付けられた後であって、膨張させられ荷重がかかっている時に、ひずみが、タイヤの最大断面幅のトレッド側に位置しているインサートの軸方向内側の部分で最大になる。ＳＥＤは、タイヤが収縮させられて走行させられる間に最大量の曲がりを生じる、タイヤの位置において最大になる。成形されたビードの幅ＢＷがリム幅ＲＷと等しいタイヤの場合、ＳＥＤは、従来のタイヤ／リムの組み合わせの場合と概ね同じ位置で最大になる。しかしながら、ＳＥＤは約２７．５％だけ著しく低下し、タイヤのサイドウォール３８を通って、より平らに広がる。

また、タイヤ／リムの異なる組み合わせにおけるタイヤについて、膨張させられた状態での撓みと、膨張させられた状態でのＳＥＤの差を明らかにするために、タイヤとリムの２つの組み合わせについて、カーカス補強プライの荷重を測定した。その結果を、以下の表３に示す。プライコードの荷重は、ビードコアの半径方向外側のカーカスの折り返し部よりも前であって、タイヤの内側の、エイペックス領域で最大になる。成形されたビードの幅がリム幅と同じであるタイヤに関しては、プライコードの最大の力は、約１２％だけ小さくなる。

カーカスの内側部分のプライの荷重の違いの原因は、ビード幅の大きなタイヤを取り付ける間に、エイペックス２０に埋め込まれているプライが外向きに無理に曲げられることである。この曲げ運動は、カーカス補強プライ１２に荷重をかけて、この下方のエイペックス領域の曲げ剛性を効率的に増大させる。結局、膨張させられて垂直方向に荷重がかけられている間、エイペックス領域は、取り付けられることによって効率よく剛性が高められているので、サイドウォール３８の変形はインサート４２に集中する。

成形されたビードベースの幅が小さいタイヤに関しては、エイペックス２０が、取り付けられている間に外向きに無理に曲げられないため、エイペックス領域の曲げ剛性は小さい。従って、エイペックス２０は予め荷重がかかった状態ではなく、サイドウォール３８の曲げをいくつかに分けて、あらゆる変形をより広い領域にわたって分布させることができる。これは、事実上、インサートとエイペックスとプライの組み合わせによって形成されている、サイドウォールの梁構造を柔らかくし、従って、膨張させられた状態での垂直方向の撓みが大きくなる。

ベース幅が従来よりも小さくなるように成形された自立型タイヤのランフラット距離を決定するために、同じ内部構造を有する、２４５／４５Ｒ１７サイズの２つのタイヤが組み立てられた。両タイヤは、自立型のランフラットタイヤであった。結果を以下の表４に示している。

これらの結果によれば、自立型のランフラットタイヤが、成形されたビードベースの幅が、タイヤが上に取り付けられるリムのリム幅以下になるように成形された時に、乗り心地が改善され、タイヤの耐久性と、高性能が達成できることが確認された。

図４ａと４ｂは、ランフラットタイヤの他の構造を示している。図１のタイヤと同じ構成部材には、同じ参照数字を用いている。図４ａのタイヤでは、カーカス補強構造が２つのプライ１２を有している。インサート４２は、２つのプライ１２の間に位置している。図４ｂのタイヤには、カーカス補強構造用の２つのインサート４４，４６と２つのプライ１２がある。半径方向内側の第１のインサート４４は、タイヤ１０の内面と第１のカーカスプライ１２の間に位置し、半径方向外側の第２のインサート４６は、２つのプライ１２の間に位置している。２つのインサート４４，４６の総厚さは、図１または４ａに図示されているような他のタイヤの単一のインサート４２の、最大の厚さの範囲に対応する厚さである。２つのインサートの最大の厚さは４．０ｍｍから１０．５ｍｍである。

自立型のランフラットタイヤの一方の半分の断面構造を示す図である。 ホイールリム上に取り付けられたタイヤの断面構造を示す図である。 本発明によって成形されたタイヤと従来の方法で成形されたタイヤのオーバーレイの外形を示す図である。 タイヤの他の実施形態を示す図である。 タイヤの他の実施形態を示す図である。

符号の説明

１０ ランフラットタイヤ
１２ カーカス補強プライ
１４ ビード部分
１６ ビードコア
１８ 折り返し部
２０ エイペックス
２２ ビードベース
２４ ビードトゥ
２６ ビードヒール
２８ ベルト構造
３０ コードプライ
３２ オーバーレイ
３４ トレッド
３６ トレッド縁部
３８ サイドウォール
４０ 保護リブ
４２，４４，４６ インサート
５０ タイヤリム
５２ ビードシート
５４ リムフランジ
６０ ショルダー
ＢＷ 成形されたビードの幅
ＲＷ リム幅
ＥＰ 赤道面

Claims (3)

1. カーカスと、トレッドと、前記カーカスの半径方向外側かつ前記トレッドの半径方向内側に位置するベルト補強構造とを有し、前記カーカスは、各々がビードヒールを有している１対のビード部分の間を延びる補強プライ構造と、各々が前記１対のビード部分のうちの１つの半径方向外側に位置する１対のサイドウォールと、前記各サイドウォール内に位置するインサートとを含む、空気入りラジアルタイヤにおいて、
   タイヤが膨張させられる前の、２つの前記ビードヒールの間の軸方向の距離が、タイヤが膨張させられた後と等しいか、またはそれよりも小さく、それによって、前記インサートは膨張時にさらなる応力を受けない
   ことを特徴とする空気入りラジアルタイヤ。
2. タイヤが、カーカスと、トレッドと、前記カーカスの半径方向外側かつ前記トレッドの半径方向内側に位置するベルト補強構造とを有し、前記カーカスは、互いに対向するビードヒール同士の間の軸方向の距離がＢＷであるビードヒールを各々が有する１対のビード部分の間を延びる補強プライ構造と、各々が前記１対のビード部分のうちの１つの半径方向外側に位置する１対のサイドウォールと、前記各サイドウォール内に位置するインサートとを含み、
   リムが、互いに対向する１対のビードシートと、互いに対向するリムフランジとを有し、前記各ビードシートと前記リムフランジが接合点でつながり、前記接合点同士の間の軸方向の距離がＲＷであり、
   前記タイヤが前記リム上に取り付けられている、タイヤとリムの組み合わせにおいて、
   前記リムの距離ＲＷが前記タイヤの距離ＢＷと等しいか、またはそれよりも大きく、前記ビードヒールが前記リムの前記接合点に接触するように前記タイヤが前記リム上に取り付けられ、前記リム上の前記タイヤの膨張後に、前記インサートは膨張時にさらなる応力を受けない
   ことを特徴とする、タイヤとリムの組み合わせ。
3. カーカスと、トレッドと、前記カーカスの半径方向外側かつ前記トレッドの半径方向内側に位置するベルト補強構造とを有し、前記カーカスは、１対のビード部分の間を延びる補強プライ構造と、各々が前記１対のビード部分のうちの１つの半径方向外側に位置する１対のサイドウォールと、前記各サイドウォール内に位置するインサートとを含み、前記各ビード部分は、前記ビード部分の軸方向の最も外側の位置にビードヒールを有しており、互いに対向する前記ビードヒール同士の間の軸方向の距離がＢＷである、硬化された空気入りタイヤを形成するステップと、
   互いに対向する１対のビードシートと、互いに対向するリムフランジとを有し、前記各ビードシートと前記リムフランジが接合点でつながり、前記接合点同士の間の軸方向の距離がＲＷであり、前記リムの距離ＲＷが前記タイヤの距離ＢＷと等しいか、またはそれよりも大きい、前記タイヤが上に取り付けられるリムを用意するステップと、
   前記ビードヒールが前記リムの前記接合点に接触するように前記タイヤを前記リム上に取り付けるステップと
   を含む、自立型の空気入りランフラットタイヤの取り付け方法。

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