JP4028024B2 - 可撓性エラストマー材料からなるタイヤ用安全支持体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用タイヤの安全支持体であって、タイヤが破損した場合に荷重を受けるべく、タイヤの内部でホイールリム上に取り付けられる安全支持体に関する。より詳しくは、本発明は、本質的に可撓性エラストマー材料で作られた改良された支持体を提案する。
【０００２】
【従来の技術】
可撓性エラストマー材料で作られた環状の安全支持体を使用することは、非常に長期間に亘って知られている。このような支持体は、衝撃に敏感でないこと、長期間に亘って優れた性能安定性が得られること、および、扁平走行しなければならないときにタイヤの挙動低下を顕著に引き起こさないこと等の長所を有する。
これに対し、このような支持体は２つの主要な欠点を有している。すなわち、車軸重量を低減させるという自動車製造業者の現在の条件を考慮するとき、許容できない重量となってしまうこと、および非常に急速に熱的劣化を招き易い材料の温度上昇の結果として、扁平走行状態（run-flat conditions)での耐久性が極めて悪いことである。
【０００３】
これらの欠点を解決するため、フランス国特許出願（FR 2 532 591）は、長手方向中心平面に対して対称的なＨ形の形状をなす本質的にエラストマー材料で作られた安全支持体を提案しており、該安全支持体は、軽量化および剛性低下のため、半径方向下方部分に設けられた幅広の周方向チャンネルと、支持体をホイールリム上に保持するストラップのハウジングとして機能する、半径方向外方部分に設けられた周方向チャンネルとを有している。この支持体は小さな重量および許容できる耐久性を有効に与えるけれども、半径方向剛性が７５０kg/cm より大きくて比較的高いため、扁平走行状態でのタイヤの挙動性能を低下させてしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、本質的に可撓性のあるエラストマー材料で作られた安全支持体であって、挙動性能と重量と耐久性との妥協を大幅に改善できる安全支持体を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
車両に装着するタイヤの内部でホイールリム上に取り付ける安全支持体であって、膨張圧力を喪失した場合にタイヤのトレッドストリップを支持する本発明の安全支持体は、本質的に可撓性エラストマー材料で作られており、かつ、
・ホイールリムの周囲に嵌合されるほぼ円筒状のベースと、
・膨張圧力を喪失した場合にはトレッドストリップと接触することができ、公称圧力を保有する場合にはトレッドストリップに対して間隙を維持するほぼ円筒状のキャップと、
・前記ベースとキャップとを連結する環状本体とを有し、該本体は、車両の側部外方に配置すべき前記本体の側面からほぼ軸方向に形成された複数のキャビティを備え、該キャビティは、前記本体を貫通することなく、該本体内に少なくとも１／２以上に亘って軸方向に延びていることを特徴とする。
【０００６】
環状本体は、好ましくは、ベースと同じ軸方向幅を有する。
本発明によるこの支持体の横方向キャビティは、中実支持体に比べ支持体の重量を非常に減少させることができ、かつ非常に異なる態様で機械的に機能する２つの領域を支持体の本体に形成する。すなわち、これらの２つの領域とは、
・中実の第１環状領域がその１つである。中実であることは、扁平走行状態下で受ける全半径方向荷重範囲において、座屈を引き起こすことなくこれらの半径方向荷重が圧縮応力と対抗することを意味する。この領域の圧縮剛性は非常に大きいため、該領域は極く僅かの変形を受けるに過ぎず、従って一定度合いの温度上昇が生じるに過ぎない。
・第２の領域は、車両の側部外方に配置される環状領域である。この環状領域は、環状本体の一側面に開口する横方向キャビティを有する。この領域は、上記中実領域よりも可撓性がかなり大きく、従って、パッカリングを生じさせることなく、支持体のキャップとタイヤのキャップの半径方向内面との間に大きな面接触を維持できる。また、このため、扁平走行状態下で、地面とタイヤのトレッドストリップの表面との間に大きな接触面積が得られ、従ってこのトレッドストリップにパッカリングが生じることを防止する。
【０００７】
上記パラグラフにおける「パッカリング」とは、例えばトレッドストリップの表面と地面との間の接触面積が連続的でないどころか、この接触面積の入口と出口との間に不連続部がある状態を意味すると理解されたい。これらの不連続部では、トレッドストリップが浮き上がってしまい、もはや地面とは接触しない。この現象は、タイヤが扁平走行するときに、接触面積においてタイヤのキャップに作用する長手方向圧縮力によるものであり、パッカリングは、タイヤのキャップの僅かな圧縮可能性によって生じる。支持体についても同じ現象が存在する。本発明の支持体の場合には、この圧縮可能性は、選択された幾何学的形状およびこのパッカリングをなくすことができる可撓性エラストマー材料に関連する中空領域の周囲での可撓性キャップの長手方向圧縮可能性である。
【０００８】
本発明による安全支持体の決定的な長所は、支持体のキャップの可撓性により、該キャップが、均一な支持圧力でかつパッカリングを生じさせることなく、タイヤのキャップの半径方向内方壁に徐々に当接できることである。この結果、既に理解されているであろうが、タイヤのトレッドストリップと地面との間の大きな接触面積が維持されるため、トレッドストリップのパッカリングの危険性が低下し、従って均一な接触圧力が得られる。このトレッドストリップのパッカリングは、接触圧力の非常に不均一な分布、従って特にコーナリング時の車両の非常に劣悪な動をもたらす直接原因となる。
コーナリング時に最大荷重を受けるタイヤの部分は、旋回の外側に位置する部分である。これらのタイヤは、遠心力による最大荷重を支持する。タイヤのキャンバ角は、しばしば非常に大きくなる。すなわち、タイヤの長手方向中心平面は地面に対して垂直にはならず、旋回の外側に向かって傾斜もする。このため、旋回の外側で、タイヤのトレッドストリップにはより大きな荷重が作用する。扁平走行状態では、この現象が非常に顕著になる。
【０００９】
これに対し、旋回の内側に位置するタイヤ部分にはそれほど大きな荷重は作用しないので、本発明による安全支持体は必ずしも対称的にする必要はなく、このため、必要な支持体の幅およびその重量を小さくできる。
また、横方向のキャビティは支持体の有効な換気を可能にし、このため、許容温度まで温度上昇することが制限される。
このコンビネーションは、少なくとも１つのタイヤが扁平走行する車両の挙動を優れたものとする。なぜならば、挙動は、扁平走行により僅かに変化するに過ぎないからである。また、このコンビネーションは、例外的な耐久性をも付与する。なぜならば、ゼロの膨張圧力の扁平走行状態において、約１００km/hの速度で数百km/hをカバーできることが観察されているからである。
【００１０】
本発明の他の優れた形態によれば、互いに隣接する２つのキャビティ間に形成される壁が弧状である。従って、これらの壁は、半径方向荷重を受けたときに非常に緩やかに曲げ変形する。これにより、扁平走行時に顕著な不連続部を形成する原因ともなる座屈現象を防止できる。
上記キャビティの特別な幾何学的形状は、７０より小さい、好ましくは６０〜７０の間のショアＡ硬度を有する可撓性エラストマー材料の有効な使用を可能にする。
或る用途では、車両の側部外方に配置すべき支持体の側面にキャビティを形成するのが有効でもある。次に、これらのキャビティは、ほぼ軸方向に延びるけれども、これらのキャビティの長さは、車両の側部外方に配置すべき支持体の側面とは反対側の側面に形成されるキャビティの長さよりも非常に短い。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の一実施を説明するが、この説明は本発明を制限するものではない。
図１は、タイヤ３のキャビティ３０の内部で好ましいホイールリム２の周囲に取り付けられた本発明の安全支持体１を示す。この実施の形態は、ルノー・ツインゴ（Renault Twingo）のような小形ツーリングカーに装着する寸法を有している。タイヤのサイズは１４５×３６０である（ここで、１４５とはタイヤ幅のミリメートル値であり、３６０とはホイールリム２のミリメートル値である）。
ホイールリム２はワンピースホイールの一部を形成している。このホイールリム２は、ホイールディスク２０と同じ側、すなわち車両の側部外方に配置される側から順に軸方向に次の部分、すなわち、
・第１シート２１′と、
・本発明の安全支持体１を受け入れるための平らな円筒状領域２２（該領域２２の直径はシート２１′の直径より大きく、このため、安全支持体１を軸方向に滑り込ませることにより、安全支持体１を容易かつ直接取り付けることができる）と、
・支持体１の横方向移動ができないようにするストッパ２３と、
・取付け凹部（mounting well)２４（この取付け凹部２４は、従来の取付け凹部に比べ、最小化したサイズを有している）と、
・保持隆起部２５の前方に位置する第２シート２１″（この第２シート２１″の直径は領域２２の直径より大きい）と、
を有している。
【００１２】
このホイールリム２の１つの特徴は、２つのシート２１′、２１″が、従来のホイールリムのシートの方向とは反対方向に傾斜していることにある。
タイヤ３はホイールリム２上に取り付けられるように設計されており、特に、直径の異なる２つのビード３１′、３１″を有している。
支持体１は、３つの主要部分、すなわち、
ａ）全体として環状の形状を有しかつほぼ０°の角度で長手方向に配向されたプライ１１により補強されたベース１０と、
ｂ）半径方向外方の壁に長手方向の溝１３が設けられた実質的に環状のキャップ１２と、
ｃ）ベース１０とキャップ１２とを結合する環状本体１４と、
を有している。
【００１３】
図１の断面は、本体１４の第１中実部分１４１と、本体１４の１／２よりも実質的に大きい範囲で軸方向に延びかつ本体１４の外端面からほぼ軸方向に形成されたキャビティ１４３を含む第２部分１４２とを示している。これらのキャビティ１４３（図３）は本体１４の全周の回りに均一に分布されており、かつ支持体１のキャップ１２とベース１０との間の半径方向直接連結部を形成する半径方向壁１４４を形成している。壁１４４は弧状の形状を有する。この幾何学的形状は、これらの軸方向壁１４４が押し潰されるとき、圧縮というより曲げ作用を受けるという長所を有している。キャビティ１４３従って壁１４４は、扁平走行状態で該壁１４４が均一支持を与えることができる充分な個数を有する。
キャビティ１４３は、支持体１の重量を非常に減少させることができる。例えば、図１〜図３に示す好ましい好ましい実施の形態では、壁１４４は、７mmの厚さおよび１９mmのパターンリピートを有し、支持体１の軸方向幅の７０％以上に亘って延びており、重量は、対応する中実支持体の重量の丁度６７％である。
【００１４】
この実施の形態では、半径方向壁１４４は軸方向に向いている。壁１４４は、この軸方向から最大３０°の角度で拡開させることもできる。軸方向に対する傾斜角度を増大させると、同一材料の他の幾何学的パラメータおよび剛性を維持しながら、支持体の半径方向剛性を増大できる。３０°を超えると、剛性の増大が過度になる。
この実施の形態で選択したエラストマー材料は、６０〜７０のショアＡ硬度を有している。中実部分１４１からなる支持体１の部分の半径方向剛性は４２０kg/cm であり、中空部分１４２からなる部分の半径方向剛性は１６０kg/cm である。これは、中実部分１４１で荷重の７０％が支持されかつキャビティ１４３を含む部分で荷重の３０％が支持されることを意味する。
【００１５】
この例では、支持体１のベース１０が、ほぼ０°の角度で配向されたプライ１１で補強されている。このプライ１１は、タイヤ３の回転速度の如何に係わらず、支持体１が事実上周方向に延びることがなく、従ってホイールリム２上に保持されることを保証するため、高弾性係数をもつ周方向補強体で形成するのが好ましい。また、このプライ１１は、支持体１をホイールリム２上に取り付ける前に支持体１をタイヤ３内に挿入するのに要求される大きな変形を可能にするため、小さな撓み剛性を有する。
この実施の形態では、ベース１０は、タイヤ３の隣接ビード３１′をブロックするための円筒状ストッパ１５を有している。第２ビード３１″は通常の隆起部２５により動かないように固定される。
【００１６】
安全支持体１の高さは、タイヤの通常のあらゆる使用時にかなりの一時的過大荷重が作用しても、支持体１がタイヤ３に接触することがないように選択される。この高さは、ホイールリム２とタイヤ３のキャップとの間のトーラス状キャビティ３０の高さのほぼ１／２に等しい。
支持体１を製造する材料としては、ＥＰＤＭのような飽和鎖エラストマーに基づいた材料を選択するのが好ましい。
支持体１の耐久性能を改善するため、タイヤ３のキャビティ３０内に潤滑剤が入れられ、通常、支持体１のキャップ１２とタイヤ３のキャップとの間に生じることがある接触を潤滑する。
このような安全支持体１は、例えば、射出成形による通常の方法で製造できる。
【００１７】
図１に示す装置を組み立てる第１ステップは、安全支持体１をタイヤ３のトーラス状キャビティ３０内に挿入することである。支持体１の第１部分が、タイヤのこのキャビティ内に挿入される。次に、支持体１の反対側部分がタイヤ３の反対側部分に入ることができるように、支持体１の反対側部分が、支持体１の長手方向中心平面の軸方向外側に傾斜される（図５参照）。支持体が本質的に可撓性エラストマー材料で作られているという事実から、この傾斜が容易であることは全く明らかであり、従って、いかなる工具も使用しないで、この傾斜を手で非常に容易に行うことができる。次に、タイヤ３の大きい方の直径のビード３１″からスタートし、タイヤと支持体との組立体がホイールリム２の周囲に配置される。このビード３１″を取付け凹部２４内に入れ、これと同時に、支持体１をホイールリム２の領域２２の周囲に配置する。次に、取付け凹部２４のおかげで、第１ビード３１″を隆起部２５を乗り越えさせてシート２１″上に置く。この第１ビード３１″は外部からそのシート２１″上に取り付け、最後に、タイヤ３の小さい直径の第２ビード３１′がシート２１′上に取り付けられる。この取付けもこのシート２１′の外部から行なう。
【００１８】
図２は、図１の安全装置と同じ安全装置が作動状態にあるところを示す。支持体１のキャップ１２が、タイヤ３のキャップの半径方向内面と接触している。
支持体１の寸法を定めるときに重要な点は、環状中実部分１４１の軸方向幅を決定することである。この環状中実部分１４１の相対軸方向幅は、この環状中実部分１４１の軸方向幅と、支持体１の全軸方向幅との比として定められる。例えば、５％の相対軸方向幅の場合、ルノー社のTwingoモデルのツーリングカーに使用した支持体の寿命は、膨張圧力がゼロで、１００km/h のフル荷重で走行したとき、１５０kmであった。しかしながら、幅を１５％より大きくすると、同じ試験条件下での寿命が６００km以上になった。もちろん、中実部分の幅を更に増大させると、支持体の重量が増大しかつ支持体の換気が低下する。従って、必要とする最も適当な寸法および剛性は、装着すべき車両の関数として、ケースバイケースで決定すべきである。
【００１９】
本発明による安全支持体１は、もちろん、平らなベースを備えた慣用的なツーパートホイールに取り付けることもできる。
図４に示す第２の実施の形態によれば、安全支持体５は幾つかのリング、すなわち、
・ほぼ矩形の軸方向断面をもつリング５１と、
・２つ以上の環状要素５２（図４には２つの環状要素５２を示す）であって、各環状要素５２の全幅に亘ってほぼ軸方向に延びておりかつ各環状要素５２の周方向にほぼ均一に分布された複数のキャビティ５３を備えた環状要素５２と、からなる。これらの環状要素５２は、リング５１に対し車両の側部外方に配置されるようにして、ホイールリム２上に取り付けられる。前の実施の形態と同様に、各環状要素５２は、タイヤのキャップの半径方向内面に当接できるキャップ１２と、ホイールリム２に接触するためのベース１０とを有している。ベース１０は、該ベースが実際に長手方向に延びないように保証する長手方向の補強要素１１を有している。
【００２０】
この第２の実施の形態は、第１の実施の形態と非常に良く似た特性を有するけれども、種々の環状要素の撓み剛性が小さいため、タイヤ内への挿入が一層容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】タイヤのキャビティの内部で好ましいホイールリム上に取り付けられた本発明の安全支持体の軸方向断面の１／２を示す断面図である。
【図２】安全支持体が扁平走行状態にあるところを示す図１と同様な１／２断面図である。
【図３】図１の安全支持体をキャビティ側から見た部分側面図である。
【図４】本発明の支持体の第２の実施の形態を示す軸方向の１／２断面図である。
【図５】支持体がタイヤのキャビティ内に挿入されるときに、支持体に加えられる変形を示す図面である。
【符号の説明】
１ 安全支持体
２ ホイールリム
３ タイヤ
１０ 支持体のベース
１１ プライ
１２ 支持体のキャップ
１３ 溝
１４ 環状本体
３０ トーラス状キャビティ
５１ リング
５２ 環状要素
１４３ キャビティ
１４４ 半径方向壁

Claims (3)

1. 膨張圧力を喪失した場合にタイヤ（３）のトレッドを支持するために、車両に装着するタイヤ（３）の内部でホイールリム（２）上に取り付けられるようになっている安全支持体（１，５）であって、該安全支持体（１，５）は、本質的に可撓性エラストマー材料で作られており、かつ、前記安全支持体（１，５）は、
   ホイールリム（２）の周囲に嵌合されるほぼ円筒状のベース（１０）と、
   膨張圧力を喪失した場合にはトレッドと接触することができ、公称圧力を保有する場合にはトレッドに対して間隙を維持するほぼ円筒状のキャップ（１２）と、
   前記ベース（１０）とキャップ（１２）とを連結する環状本体（１４）とを有する安全支持体において、
   前記環状本体（１４）は、車両の外側に配置すべき前記環状本体の側面に開口するほぼ軸方向の複数のキャビティ（１４３，５３）を備え、該キャビティ（１４３，５３）は、外側端部および内側端部を有し、前記環状本体は、前記キャビティ（１４３，５３）の内側端部に隣接して、その他の環状本体の部分と比べて比較的中実でかつより剛性の高い部分（１４１，５１）を有し、前記キャビティ（１４３，５３）は、前記環状本体（１４）を貫通することなく、該環状本体の少なくとも１／２に亘って軸方向に延びていることを特徴とする安全支持体。
2. 前記ベース（１０）が、実質的に非伸長性の長手方向補強手段（１１）を有することを特徴とする請求項１に記載の安全支持体。
3. 前記環状本体（１４）は更に、車両の内側に配置すべき前記環状本体の側面に開口するほぼ軸方向の複数のキャビティを有することを特徴とする請求項１または２に記載の安全支持体。

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