JP4486295B2

JP4486295B2 - 構造エンジニアリングの第１の原則に基づくタイヤ構造

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Publication number: JP4486295B2
Application number: JP2001545099A
Authority: JP
Inventors: ラウフ、アブダルリダ、
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2019-12-14
Also published as: DE69909140T2; AU1938900A; BR9917577A; EP1242251A1; DE69909140D1; JP2003516894A; EP1242251B1; WO2001043992A1

Description

【０００１】
技術分野
本発明は、タイヤ構造を構成する方法、およびこの方法を使用して作られるタイヤに関する。
【０００２】
背景技術
従来技術のバイアスプライタイヤでは、タイヤ内の互いに隣接するカーカスプライ内の補強コードの対頂角によってカーカスプライ同士が互いに作用し、この構造によってバイアスプライタイヤがユニットとして働いていた。すなわち、乗物が走行している間にタイヤにかかる応力がタイヤ全体に分散していた。タイヤ内のブレーカパッケージは、制限部材を構成し、タイヤを剛性にすると共にその変形を軽減し、トレッドを路面に対して平らにするための基礎を形成していた。
【０００３】
ラジアルプライタイヤの出現により、タイヤの赤道面（ＥＰ）に対する、カーカスプライ内の補強コードの大きな角度によって、カーカスプライ間の相互作用が低減し、サイドウォールの可撓性が高くなった。サイドウォールの可撓性が高くなったことにより、乗物が走行している間にタイヤによって吸収されていたエネルギーの大部分がサイドウォールによって吸収されるため、タイヤのクラウン・トレッド領域に対する応力が小さくなった。
【０００４】
米国特許第５７４６８６０号においてモリヤマは、第１および第２の組立て工程で組み立てられたグリーンタイヤを使用することによって製造される小断面形状の空気入りタイヤを教示しており、この場合、未加硫のインナーサイドウォールゴムセグメントと未加硫のアウターサイドウォールゴムセグメントが、インナー部分とアウター部分に対応するように別々に設けられ、加硫後に、タイヤの各サイドウォールゴムから分割される。各要素はタイヤ内の半径方向に設けられ、タイヤの断面高さの２分の１以下の、サイドウォールゴムの外表面上に位置する分割面が形成される。未加硫のインナーサイドウォールゴムセグメントは第１の組立て工程で取り付けられ、未加硫のアウターサイドウォールゴムセグメントは第２の組立て工程で取り付けられる。この構造は、タイヤの性能を低下させずにサイドウォール部分の亀裂に対する優れた耐性を有するタイヤを提供すると言われている。
【０００５】
Ｍｏｒｅｌは、国際公開公報ＷＯ９９／４２３０７号において、本体プライ補強部材（１）と、頂部プライ補強部材（３）と、２枚のサイドウォール（５）を介してタイヤビードに接合されたタイヤトレッド（４）とを有するタイヤを教示している。タイヤトレッドの軸線方向外側の縁部は、サイドウォールの半径方向外側の端部上に折り畳まれる。トレッドとサイドウォールとの間のセキュラジョイント（Ｊ）は、タイヤ（Ｐ）の軸線方向外側の壁の半径（ＲＣ）が、０．９ＲＳ＋０．１ＲＢと０．８ＲＳ＋０．２ＲＢの間、およびＲＳＳと０．９ＲＳＳ＋０．１ＲＢの間の範囲になるように位置している。ここで、ＲＳはタイヤトレッドの赤道半径、ＲＳＳは本体プライ平均線赤道半径であり、ＲＢはタイヤビードシートである。
【０００６】
コンチネンタルタイヤ社は、「フラットベルトコンセプト」について説明した広告を発表している。「フラットベルトコンセプト」を使用して作られたタイヤは、路面上の接触面積を大きくし、タイヤのたわみを少なくする比較的平坦な輪郭を有すると言われている。この結果、磨耗が遅くかつ一様になると言われている。
【０００７】
Ｓｃａｒｌｅｔｔは、タイヤ・テクノロジー・インターナショナル誌、１９９８年９月、１５ページから１７ページにおいて、また、Ｄｒｉｅｕｘ等は米国特許第５７８５７８１号において、タイヤを保持するために外側への張力を変換する支点として働くビードをタイヤのサイドウォールから独立させると言われる軸線方向外側のビード先端を持つタイヤを教示している。
【０００８】
ＤｅＷｉｔｔの米国特許第４１２４６７９号は、タイヤの２枚のサイドウォールが型内で異なる形状を有する、互いに異なるビード直径を持つタイヤを組み立てる方法を教示している。
【０００９】
Ｄｕｄｅｒｓｔａｄｔ等の米国特許第４１４７７５１号は、トレッド半径が中心部では同じであり、トレッドの縁部では大きくなる湾曲構成を持つ型でタイヤが加硫される、空気入りタイヤの製造方法を教示している。
【００１０】
米国特許第４８１５５１１号は、型形状において複数の半径を使用して作られるタイヤを教示している。
【００１１】
本発明の目的は、タイヤの全体的な磨耗、ハンドリング、転がり抵抗、および牽引特性を向上させる、タイヤ構造の新しい概念を提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、以下の説明および特許請求の範囲から明らかになろう。
【００１３】
発明の概要
タイヤ（１０）は、一対の実質的に環状のビード（１２）と、ビードの周りに被覆された少なくとも１つのカーカスプライ（１６）と、タイヤのクラウン領域内でカーカスプライの上方に配置されたトレッド（２２）と、トレッド（２２）とビード（１２）との間に配置されたサイドウォール（１８）とを有している。タイヤ（１０）は、その下方のサイドウォール領域（１８ｂ）が、タイヤのビード領域（１２ａ）に一体に接続され、かつ、タイヤが取り付けられるリム（１４）に対してビード（１２）と下方のサイドウォール（１８ｂ）とがほぼ連動してピボット回転するように剛性を高められていることを特徴としている。下方のサイドウォール（１８ｂ）は、下方のサイドウォールよりも低い剛性を有する中央のサイドウォール（１８ｃ）に接続されており、可撓性のコイルと同様に働くような形状および低い曲げ剛性を有する上方のサイドウォール（１８ａ）が、中央のサイドウォール（１８ｃ）に接続されて、タイヤのクラウンでのトレッド（２２）と中央のサイドウォール（１８ｃ）との間に非結合ブリッジを形成している。
【００１４】
この構成の結果として、トレッド（２２）は、タイヤ（１０）が接触する表面に対して平坦である。
【００１５】
タイヤは、タイヤ（１０）のクラウン領域内でカーカス（１６）とトレッド（２２）との間に挿入された補強ベルトまたはブレーカ（２０）をさらに有していてもよい。ベルト（２０）は、プライライン半径とトレッド半径との交わりとして定められるタイヤのショルダ領域に固定され、それによって、トレッド用の可屈支持体を形成すると共に、トレッド（２２）を上方のサイドウォール（１８ａ）から分断していることを特徴としている。
【００１６】
さらに、タイヤ（１０）のｒｈｏ_mは、タイヤ上でタイヤの断面高さ（ＳＨ）の５０％よりも大きく、図示されている実施形態では、ｒｈｏ_mはタイヤの断面高さ（ＳＨ）の５５％から６５％である。
【００１７】
タイヤの形状は、ショルダ（２６）、断面高さの５０％（３２）、およびビード（１２）が基準円（３０）上の各点を形成し、タイヤのショルダ半径Ｒ_sが円（３０）の半径Ｒ_rよりも小さいように形成される。図示されている実施形態では、タイヤのショルダ半径Ｒ_sは基準円（３０）の半径Ｒ_rの５０％から６０％である。
【００１８】
さらに、下方のサイドウォール（１８ｂ）は凹形状であり、タイヤの成形後のベース幅は、タイヤの仕様リム幅よりも２０％から２５％広い。
【００１９】
図示されている実施形態では、折返しプライ端部はタイヤの断面高さの少なくとも３０％まで延び、エイペックス（１７）はタイヤの断面高さの少なくとも２０％だけ延びている。
【００２０】
空気入りタイヤを組み立てる本発明の方法は、（ａ）幅に沿って直線状に横断するトレッド（２２）をタイヤ（１０）の残りの部分とは独立に組み立てる工程と、（ｂ）折返し部（１６ａ）がタイヤの断面高さの少なくとも３０％でかつ６５％以下だけ延びる少なくとも１つのカーカスプライ（１６）を、少なくとも一対の互いに平行な環状のビード（１２）の周りに巻く工程と、（ｃ）実質的な横方向の剛性を有するベルト補強部材（２０）を用意する工程と、（ｄ）カーカスプライ（１６）のクラウン領域にベルト補強部材（２０）を取り付ける工程と、（ｅ）ベルト（２０）に接する部分がトレッド幅の３７％から４３％の長さでかつトレッドの横方向の直線性を維持するのに十分な高さであるウェッジ（２１）を、タイヤのショルダ領域（２６）での、ベルト補強部材（２０）の縁部とカーカス（１６）の湾曲部との間に配設する工程とを含む。
【００２１】
図示されている実施形態では、この方法は、角度が２１⁰の場合に７．９から９．４ｅ．ｐ．ｃ．（２０から２４ｅ．ｐ．ｉ）の、直径が０．０４２ｃｍのスチールコード補強部材を有する２枚のスチールベルトを持つベルト補強部材とほぼ同等な横方向の剛性を有するようなベルト補強部材を用意する工程と、長さがタイヤの断面高さの２５％から４５％でかつ弾性係数が４７６０から６１６０Ｎｐｓｃｍ（７０００から９５００ｐｓｉ）である、タイヤ用のエイペックス（１７）を用意する工程と、タイヤ（１０）を組み立てつつビード（１２）の隣りにエイペックス（１７）を取り付ける工程とをさらに含む。
【００２２】
図示されている実施形態では、この方法は、ベルト（２０）に接する部分がトレッド幅の３７％から４３％の長さを有するウェッジ（２１）をサイドウォール１８の一体部分として用意する工程と、弾性係数が３９６から５９４Ｎｐｓｃｍ（６００から９００ｐｓｉ）になるようにウェッジ（２１）を用意する工程とをさらに含む。
【００２３】
好ましい実施形態では、この方法は、加硫型内のビード（１２）間の距離が、タイヤの指定された設計リム（１４）上のビードシート間の距離の１１０％から１７５％である型形状を有するようにグリーンタイヤを加硫する工程をさらに含む。
【００２４】
定義
「エイペックス」は、タイヤのビード領域内のカーカスとカーカス折返し部との間に配置され、通常、タイヤの下方のサイドウォールの剛性を高めるのに用いられるゴム製のくさびを指す。
【００２５】
「軸線方向」および「軸線方向に」は、タイヤの回転軸線に平行なラインまたは方向を意味する。
【００２６】
「ビード」は、プライコードで被覆され、フリッパ、チッパ、エイペックス、トウガード、チェーファーのような他の補強部材と共に、またはこのような補強部材なしに、設計リムに適合するように形作られた、環状の引張り部材を有する、タイヤの部分を意味する。
【００２７】
「ベルト補強構造」は、トレッドの下に存在し、ビードに固定されておらず、タイヤの赤道面に対して１７⁰から２７⁰の範囲の左および右のコード角を有する、織物または不織布の平行なコードから成るプライの少なくとも２つの層を意味する。
【００２８】
「バイアスプライタイヤ」は、タイヤの赤道面に対して約２５⁰〜５０⁰の角度でビードコアからビードコアへタイヤを斜めに横切って延びているカーカスプライの補強コードを備えたカーカスを有するタイヤを意味する。コードは、複数の層で交互に反対の角度で延びている。
【００２９】
「ブレーカ」は、タイヤの赤道面に対して、カーカスプライの補強コードと同じ角度を有する互いに平行な補強コードからなる少なくとも２つの環状の層すなわちプライを指す。
【００３０】
「カーカスプライ」は、ベルト構造、トレッド、アンダートレッド、サイドウォールゴム、およびビード以外のタイヤ構造を意味する。
【００３１】
「チェーファー」は、ビードの外側の周りに配置されて、コードプライをリムから保護し、リムの上方でたわみを分散させ、タイヤを密閉する、細長い材料を指す。
【００３２】
「コード」は、タイヤのプライを構成する補強ストランドのうちの１つを意味する。
【００３３】
「設計リム」は、特定の構造および幅を有するリムを意味する。本明細書では、設計リムおよび設計リム幅は、タイヤが製造される地域で施行されている工業標準によって指定されている設計リムおよび設計リム幅である。たとえば、米国では、設計リムはタイヤおよびリム協会によって指定されている。ヨーロッパでは、リムは欧州タイヤおよびリム技術機構の標準マニュアルで規定され、設計リムという用語は、標準寸法リムと同じ意味である。日本では、標準化機構は日本自動車タイヤ協会である。
【００３４】
「設計リム幅」は、各タイヤサイズに割り当てられた特定の市販のリム幅であり、通常、特定のタイヤの断面幅の７５％から９０％の間である。
【００３５】
「赤道面（ＥＰ）」は、タイヤの回転軸線に垂直でトレッドの中心を通る平面を意味する。
【００３６】
「フィラメント」は１本の糸を指す。
【００３７】
「フットプリント」は、速度が零でかつ標準荷重および空気圧下において平坦な面と接触するタイヤトレッドの接触部分、すなわち領域を意味する。
【００３８】
「インナーライナ」は、チューブレスタイヤの内側の表面を形成し、タイヤ内に膨張流体を閉じ込める、エラストマまたは他の材料からなる１つまたは複数の層を意味する。
【００３９】
「横方向縁部」は、赤道面と平行な平面であって、インナートレッド表面の半径方向高さにおいて軸線方向で最も外側のトラクションラグの外側端と交差する平面によって規定される、トレッドの軸線方向で最も外側の縁を意味する。
【００４０】
「リーディング」は、進行方向にタイヤが回転する間に接地する一連のトレッドの部分のうち、最初に接地するトレッドの一部分を指す。
【００４１】
「成形ベース幅」は、加硫型内のタイヤのビード間の距離を指す。加硫されたタイヤは、加硫型から取り出された後、その成形時の形状をほぼ維持し、「成形ベース幅」は、加硫後の取り付けられていないタイヤのビード間の距離を指すこともある。
【００４２】
「正味接触面積」は、横方向の縁部間の、地面に接触するトレッド要素の総面積を意味する。
【００４３】
「標準リム直径」は、タイヤのビード部が設置された位置でのリムフランジの平均直径を意味する。
【００４４】
「標準空気圧」は、タイヤの使用条件についての然るべき標準化機構によって決められた特定の設計空気圧および荷重を指す。
【００４５】
「標準荷重」は、タイヤの使用条件についての然るべき標準化機構によって決められた特定の設計空気圧および荷重を指す。
【００４６】
「パンタグラフィング」は、タイヤの直径が変化するとき、たとえば、タイヤが内で膨張するときの、タイヤのコード補強部材の角度の変化を指す。
【００４７】
「プライ」は、ゴムで被覆された互いに平行なコードの連続層を意味する。
【００４８】
「空気入りタイヤ」は、ビードおよびトレッドを有し、ゴム、薬品、織物、およびスチール、または他の材料で作られた、全体的に環状（通常、開いたトーラス）の機械的装置を意味する。タイヤは、自動車のホイールに取り付けられるとそのトレッドによって牽引部材を形成し、乗物の荷重を支持する流体または気体状の物質、通常空気を含んでいる。
【００４９】
「ラジアル（半径方向の）」および「半径方向に」は、タイヤの回転軸線に半径方向に向かうかタイヤの回転軸線から半径方向に離れる方向を意味する。
【００５０】
「ラジアルプライタイヤ」は、ビードからビードへ延びるプライコードがタイヤの赤道面に対して６５度から９０度の間のコード角度で配置された、ベルトが巻かれ、または周方向に制限された空気入りタイヤを意味する。
【００５１】
「Ｒｈｏ_m」は、Purdy著「Mathematics Underlying the Design of Pneumatic Tires」（Hiney Printing Co.、オハイオ州アクロン（１９６３年））に記載されているように、タイヤの回転軸線から、タイヤの最大断面幅を通過する、回転軸線に平行なラインまでの垂直距離を指す。
【００５２】
「断面高さ（ＳＨ）」は、標準リム直径からタイヤの赤道面での外径までの半径方向距離を意味する。
【００５３】
「断面幅（ＳＷ）」は、標準空気圧で２４時間にわたって荷重なしでタイヤを膨張させたときおよび膨張させた後の、ラベル、装飾品、および保護バンドによるサイドウォールの高さを除く、タイヤの軸線に平行な、サイドウォールの外側間の最大直線距離を意味する。
【００５４】
「ショルダ」は、トレッド縁部のすぐ下にあるサイドウォールの上部を意味する。
【００５５】
「サイドウォール」は、トレッドとビードとの間のタイヤの部分を意味する。
【００５６】
「スプライス（継合せ）」は、タイヤ内の２つの要素の端部、または同じ要素の２つの端部の接続を指す。「スプライス」は、２つのそのような端部の接触かまたは重なりを指す場合もある。
【００５７】
「ひずみエネルギー密度」は、６つの応力成分（３つの垂直応力および３つのせん断応力）の積とそれに対応するひずみとの和を指す。
【００５８】
「タイヤ設計荷重」は、特定の空気圧および使用条件でタイヤにかかるベース荷重または基準荷重である。タイヤに適用できる他の荷重−圧力関係はこのベースまたは基準に基づく。
【００５９】
「トレッド」は、タイヤケーシングに結合されたときに、タイヤの、標準空気圧および標準荷重時に路面に接触する部分を含む成形ゴム要素を意味する。
【００６０】
「トレッドアーク幅（ＴＡＷ）」は、中心が赤道面（ＥＰ）上に位置している弧であって、タイヤが指定されたリム上に取り付けられ、指定された空気圧まで膨張させられているが、荷重をかけられていないときに、タイヤのトレッド部の横方向幅すなわち軸線方向幅に沿って様々な牽引要素（ラグ、ブロック、ボタン、リブなど）の半径方向で最も外側の表面とほぼ一致する弧の幅を意味する。
【００６１】
「トレッド幅」は、軸線方向、すなわち、タイヤの回転軸線を通過する平面におけるトレッド面のアーク長を意味する。
【００６２】
「単位トレッド圧力」は、トレッド面の単位面積（平方センチメートルまたは平方インチ）が、標準空気圧および標準荷重のかかったタイヤのフットプリントであるときの、トレッド面の単位面積当たりの半径方向荷重を意味する。
【００６３】
「ウェッジ」は、たとえばベルト縁部で、通常は補強要素の個々の湾曲を形成するのに用いられる、テーパ付きのゴムインサートを指す。
【００６４】
発明の詳細な説明
図１を参照すると、本発明のタイヤ１０は、少なくとも１つのカーカスプライ１６で被覆された一対の環状ビード１２を有している。タイヤのクラウン領域において、ベルト２０は、カーカスプライを制限し、タイヤのクラウン領域を補強する。トレッド２２は、ベルト２０の上方に配設されている。サイドウォール１８は、トレッド２２とビード１２との間に配設されている。サイドウォール１８は、凸形状の上方のサイドウォール１８ａと、凹形状の下方のサイドウォール１８ｂとを有している。タイヤ１０は、リム１４上に取り付けられた状態で示されている。
【００６５】
次に図２を参照すると、本発明のタイヤは、下方のサイドウォール１８ｂが高度に補強されるように構成されており、かつ下方のサイドウォール１８ｂが、剛性を有し、ビードの部分１２ａと協働して特定の形状を有する支持構造を形成するように剛性コンパウンドで作られている。ビードの部分１２ａと下方のサイドウォール１８ｂは、タイヤに応力がかっているときにビードの部分１２ａおよび下方のサイドウォール部１８ｂの両方の移動用の回転中心としてリム１４が働くように、下方のサイドウォール１８ｂに応力がかかったときに共に作用する。
【００６６】
下方のサイドウォール部１８ｂは、剛性ゴムで作られた、弾性係数が１平方センチメートル当たり４７６０ニュートン（Ｎｐｓｃｍ）から６４６０Ｎｐｓｃｍ（７０００ｐｓｉから９５００ｐｓｉ）で、かつ、一方の側では下方のサイドウォール１８ｂ内のプライラインによって形成され、反対側では、下方のサイドウォール１８ｂ内のプライラインの曲率の０．５〜０．８倍に等しい曲率を有する凹曲線によって形成される形状を有する、エイペックス１７を有している。図示されている実施形態において、エイペックス１７は、タイヤの断面高さ（ＳＨ）の３５％から４５％を含む長さを有しており、タイヤの断面高さの少なくとも４０％であるが６０％以下である、カーカスプライ１６の折返し部１６ａで覆われている。最後に、下方のサイドウォール部１８ｂが、タイヤの動力学的特性によって、独立した１つのタイヤ要素として働くように、高弾性係数のエラストマで作ることのできるチェーファー１９と、ほぼ平坦な外側形状によって規定された形状を有するサイドウォールゴム１５とが、エイペックス１７、カーカス折返し部１６ａ、およびビードを挟んでいる。
【００６７】
上方のサイドウォール１８ａは可撓性を有し、したがってトレッド２２にかかる応力を吸収し、トレッド２２はトレッド幅全体に沿ってほぼ平坦である。サイドウォールの部分１８ｃは、サイドウォールの部分１８ａよりも可撓性が低く、かつサイドウォールの部分１８ｂよりも剛性が低く、サイドウォールの部分１８ｂの剛性とサイドウォールの部分１８ａの可撓性との遷移部を形成している。
【００６８】
トレッド２２は、軸線方向の剛性が高くなっており、ベルト２０の縁部を支持する幅広のウェッジと、横方向に高い剛性を有するベルト補強部材とによって横方向にさらに支持されている。したがって、ベルトとトレッドはタイヤ内の梁として働き、トレッド２２からタイヤの上方のサイドウォールの部分１８ａへのエネルギーの伝達を向上させる。
【００６９】
再び図１を参照すると、ベルト２０は、タイヤの断面幅（ＳＷ）の７０％から８０％のベルト幅を有する大部分の従来のタイヤと異なり、タイヤの断面幅（ＳＷ）の８２％から９２％のいっぱいに伸ばした幅を有しており、そのため、トレッド２２の剛性が向上している。トレッド２２の剛性を維持するのを促進するゴムのウェッジ２１は、ベルト２０の縁部の下方に設けられている。ウェッジ２１は、サイドウォール１８の一体に成形された部分として作られることが好ましい。ウェッジは、長く延びたウェッジであり、すなわち、ウェッジ２１の、ベルト２０に接する部分は、ベルト幅の３７％から４３％に対応する長さを有している。ウェッジ２１は、ベルトの縁部からほぼすべての湾曲を取り除いた高さを有している。
【００７０】
タイヤの製造時には、タイヤ要素が積層されてグリーンタイヤが製作され、このグリーンタイヤが型で加硫される。加硫型の形状はタイヤの加硫後の形状を決定する。次に図３を参照すると、タイヤがその設計リム上に取り付けられるときにタイヤにプレストレスをかけることを目的とする本発明の方法では、タイヤの両側のビード１２間の距離が、タイヤが設計リム１４上に取り付けられたときのタイヤ取付け後の形状１０ｂのビード１２間の距離よりも大きく、すなわち、型内のビードシート間の距離が、リム上のビードシート間の距離よりも大きい成形形状１０ａを有するタイヤを製作することが望ましい。図３は、タイヤの成形形状１０ａと、タイヤがリム上に取り付けられ標準荷重をかけられたときの形状１０ｂとを重ね合わせた図を示す。
【００７１】
プレストレスとは、単にタイヤをリム上に取り付ける行為によってタイヤの各部に応力がかかることを意味する。本発明の概念において、本発明者は、プレストレスをかけると、コンクリートがプレストレスをかけられたときにより大きな衝撃に耐えられるようになるのとまったく同じように、タイヤの強度および耐久性が向上するという理論を立てた。プレストレスは、膨張およびフットプリント荷重によるその後のタイヤ荷重の結果として生じる応力の一部に対抗する。
【００７２】
成形形状１０ａを有するタイヤ１０がリム１４上に取り付けられると、下方のサイドウォール１８ｂの剛性および上方のサイドウォール１８ａの可撓性によって、ビードおよび下方のサイドウォール１８ｂは同時に動いて、狭いリム幅に適応し、サイドウォールは、上方のサイドウォール１８ａの領域に位置する点１９を支点にピボット運動する。図３ｂを参照されたい。
【００７３】
タイヤが取り付けられたときにピボット点１９が確立されることによって、タイヤのサイドウォールをさらにたわませ、トレッド２２と上方のサイドウォール部１８ａとの間の減結合を促進すると考えられる。
【００７４】
タイヤ１０の構造によって、トレッド２２が、従来技術のタイヤの場合よりも、路面との均一な接触を維持することが可能になる。路面との均一な接触とは、タイヤが回転している間のタイヤのフットプリントがほぼ一定であり、したがって、可能な最大の正味接触面積を常に維持することを意味する。さらに、タイヤが回転する際にトレッドが横方向に歪むことがないので、トレッドはそれほどガタつかず（すなわち、スリッピングおよびクローリングが低減する）、牽引特性、磨耗特性、転がり抵抗特性がすべて向上するはずである。
【００７５】
次に図３ａを参照すると、予圧されたタイヤ内の応力が示されている。タイヤ内の暗くされた領域は、応力が最も大きい領域を表している。図３を見ると分かるように、このタイヤ構成では、タイヤ内の応力は、中央から下方のサイドウォール、下方のサイドウォールの凹部、およびトレッドの中央に導かれる。本発明のタイヤにおいて、タイヤのこれらの領域は、タイヤに対する荷重の大部分を保持し、ステアリング時のタイヤの反応に関与する。
【００７６】
図３ｂを参照すると、本発明のタイヤは、ショルダ点２６と、サイドウォールの、タイヤの断面高さの５０％に相当する点３２と、ビード１２との間に特定の関係を有するように構成されている。この概念は、トラックタイヤ構造を用いて図示されているが、他の種類のタイヤに一般的に適用することができる。図３ｂに示されているように、ショルダ点２６、断面高さの５０％３２、およびビード１２を含む基準円３０を描くことができる。図示されている実施形態では、タイヤのｒｈｏ_m２８、すなわちタイヤのプライライン上の最も広い点は、断面高さの５０％３２よりも大きくなるように構成されている。図示されている実施形態では、ｒｈｏ_mとして、断面高さの６０％に相当する７．７ｃｍ（３．０３インチ）が選択されている。基準円３０の半径Ｒ_rとしては、６．２２ｃｍ（２．４５インチ）が選択されている。プライラインのショルダ半径Ｒ_sとしては、Ｒ_rよりも小さい値が選択されている。Ｒ_sがＲ_rよりも小さいと、曲げ変形を生じさせて、せん断変形を低減させると考えられる凸形状が形成される。Ｒ_rの４０％から７０％であるＲ_sが、本発明では機能すると考えられ、図示されている実施形態では、Ｒ_sとして、Ｒ_rの約５５％、すなわち３．４３ｃｍ（１．３５インチ）が選択されている。
【００７７】
一方、下方のサイドウォール部１８ｂは、フットプリントから下方のサイドウォールに伝達される荷重を良好に支持すると考えられる凹形状を有するように構成されている。トレッド２２の剛性、上方のサイドウォール部１８ａの可撓性、上方のサイドウォール部１８ａの凸形状、およびｒｈｏ_mの位置はすべて相互に働き、このような荷重を下方のサイドウォール部１８ｂに伝達する。
【００７８】
この凹形状により、タイヤのセグメントがフットプリントに出入りする際の応力の反転も回避される。このような応力の反転は、複合体内のゴムとコード／ゴムの接合面の耐久性に悪影響を与える。
【００７９】
図４を参照すると、従来技術のタイヤ４０の成形形状が示されている。タイヤ４０は、各実施例で引用される対照タイヤである。従来技術のタイヤでは、上方のサイドウォール部４２ａおよび下方のサイドウォール部４２ｂは、ほぼ直線で輪郭を示すことのできる形状を有している。タイヤのサイドウォールの最も幅広の点４４は、タイヤの断面高さの５０％にほぼ相当する。ウェッジがベルトを完全に平坦にするほど長くないため、ベルト４６はタイヤのショルダ領域でいくらか湾曲している。
【００８０】
図５を参照すると、タイヤ４０の型形状４０ａは、タイヤの取付け後の形状４０ｂとほほ同じである。したがって、サイドウォール４２は、タイヤがその設計リム上に取り付けられたときにサイドウォールの全長にわたってほぼ一様に歪み、この歪みの量は、サイドウォールの様々な部分におけるゴムの厚さによってのみ変わる。したがって、サイドウォールには、トレッドの移動をタイヤの残りの部分の移動と区別または独立させるのに役立つピボット点がない。
【００８１】
本発明のタイヤでは、下方のサイドウォールの基礎構造により、（ａ）高い逆たわみ点を有する内側に凸のカーカス形状、（ｂ）４７６０Ｎｐｓｃｍから６４６０Ｎｐｓｃｍ（７０００ｐｓｉから９５００ｐｓｉ）の弾性係数で定義される剛性を有し、カーカスの逆たわみ点の上方に延びるエイペックス、（ｃ）エイペックスの上方に延びカーカスプライに接触する折返しプライ、およびタイヤのビード領域の外側の形状を形成するチッパが得られ、これらの要素によって、まず膨張時に、次にフットプリント荷重時にタイヤの所望の変形がもたらされる。
【００８２】
本発明を以下の実施例を参照してさらに説明する。
【００８３】
実施例１
新しい概念のタイヤを評価するために、有限要素分析（ＦＥＡ）を行って、新しいタイヤを、選択された高性能の対照タイヤと比較した。タイヤ内のひずみエネルギー密度（ＳＥＤ）を比較した。これは、ＳＥＤが３つの垂直応力、３つのせん断応力、およびそれらのひずみの組合せ値を反映するからである。表１および表２に、対照タイヤおよび新しい概念のタイヤについての計算結果を示す。
【００８４】
サイズがＰ１８５／７０Ｒ１４の製品タイヤを対照として使用し、本発明の方法を使用して作られた同じサイズの実験タイヤと特性を比較した。タイヤの様々な要素の応力、ひずみ、および転がり抵抗の寄与を算出した。
【００８５】
対照タイヤおよび実験タイヤは、同じコード角度、同じ１センチメートル当たりグリーンエンド（ｅ．ｐ．ｃ）（１インチ当たりグリーンエンド（ｅ．ｐ．ｉ．））、および同じ材料で組み立てた。表１には、実験タイヤの方が対照タイヤよりもたわみが小さいことも示されている。
【００８６】
【表１】

表２には、ＦＥＡを用いて算出された、フットプリントの中央での２本のタイヤのひずみエネルギー密度が示されている。表２と、暗い領域がタイヤの最大のひずみを表している図３ａと図５の比較とにより、実験タイヤの方が、対照タイヤよりもベルト縁部、ショルダ、上方のサイドウォール、中央のサイドウォール、および下方のサイドウォールのひずみエネルギー密度が低いことが分かる。ひずみエネルギーによってベルトの縁部が分離する可能性があるので、このデータは、本発明のタイヤの方がベルト縁部の耐久性が高いはずであることを示している。同様に、下方のサイドウォールのひずみエネルギーがより低いことは、本発明のタイヤが、対照タイヤよりも良好にリム上に設置されていることを示している。また、下方のサイドウォール内のひずみエネルギーがより低く、かつ、たわみがより小さいため、下方のサイドウォールのたわみに関連するエネルギー損失はより少ないので、実験タイヤの転がり抵抗は改善されるはずである。
【００８７】
【表２】

ＦＥＡを用いて、タイヤの転がり抵抗に対する主要なタイヤ要素の特定の寄与を算出することができる。タイヤ業界では従来、コンパウンド原料を変えることによって各要素のエネルギー損失の変化を評価している。タイヤにおけるエネルギー損失を分析する新しい方法を、本発明では、異なるタイヤの様々な構造要素の役割を比較することによって取り組んでいる。この場合、関連する構造要素は主として、トレッドキャップ、サイドウォール、およびチェーファーである。実験タイヤ内のひずみを再分散させることにより、主要なタイヤ要素の転がり抵抗に対する相対寄与に基づいて、タイヤの転がり抵抗を変化させることができる。計算結果を表３に示す。
【００８８】
【表３】

実施例２
１２本の対照タイヤおよび本発明の１２本のタイヤを組み立て、標準転がり抵抗試験によって転がり抵抗を試験した。タイヤは、同じ材料を用いて組み立てられ、以下の点のみが異なっていた。すなわち、実験タイヤのエイペックスは高さが６．３５ｃｍ（２インチ）であり、対照タイヤにはエイペックスが存在せず、実験タイヤの折返しプライがタイヤ／リム接合面から６．３５ｃｍ（２．５インチ）延びており、一方、対照タイヤの折返しは１．７８ｃｍ（０．７インチ）であり、実験タイヤのサイドウォールウェッジが、第１のベルトの下方の部分で、５．７９ｃｍ（２．２８インチ）延びているのに対し、対照タイヤでは従来のウェッジが１．２２ｃｍ（０．４８インチ）延びており、実験タイヤはサイドウォールウェッジの、第１のベルトの端部よりも下の厚さが０．６１ｃｍ（０．２４インチ）であるのに対し、対照タイヤでは０．１３ｃｍ（０．０５インチ）である。結果を表４に概略的に示す。
【００８９】
【表４】

このデータは、本発明の実験タイヤでは、重量が約６．７２％増えるにもかかわらず、転がり抵抗が大幅に向上し、対照タイヤと比べて約１０．６４％向上することを示している。
【００９０】
実施例３
実施例２に示された各構成の８本のタイヤを、標準疲労限界試験（ＦａｔＣａｐ）によって耐久性の試験を行った。結果は、表８に概略的に示されているが、実験タイヤでは耐久性が２２％向上することを示している。
【００９１】
【表５】

本発明を具体的に図示し説明したが、当業者には、本発明の趣旨から逸脱することなく本発明の様々な修正および実施が可能であることが認識されよう。本発明は、特許請求の範囲によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を使用して作られたタイヤを示す図である。
【図２】本発明の方法を使用して作られたタイヤの構造要素を概略的に示す図である。
【図３】本発明のタイヤの、型形状と取付け後の形状とを重ね合わせた図である。
【図３ａ】元の型形状に重ね合わせられた、荷重のかかった取付け後のタイヤで観測される応力を示す図である。
【図３ｂ】トラックタイヤ構造内の相対寸法を使用して本発明の概念を示す図である。
【図４】従来技術のタイヤの形状を示す図である。
【図５】従来技術のタイヤの、型形状と取付け後の形状とを重ね合わせた図である。

Claims

被覆された少なくとも１つのカーカスプライ（１６）と、タイヤのクラウン領域内で前記カーカスプライの上方に配置されたトレッド（２２）と、前記トレッドと前記カーカスプライとの間に挿入されたベルト補強部材（２０）と、前記トレッド（２２）とビード（１２）との間に設けられたサイドウォール（１８）とを有するタイヤであって、該タイヤ（１０）が、前記タイヤのビード領域（１２ａ）に一体に接続されるとともにエイペックス（１７）によって剛性が高くされた下方のサイドウォール領域（１８ｂ）を有し、前記下方のサイドウォール（１８ｂ）は、前記下方のサイドウォールよりも剛性が低い中央サイドウォール（１８ｃ）に接続され、上方のサイドウォール（１８ａ）が、前記中央サイドウォール（１８ｃ）よりも可撓性が高いタイヤにおいて、前記ベルト補強部材（２０）は、それぞれ２１°の角度においてセンチメートル当たり７．９から９．４端（ｅ．ｐ．ｃ．）の、直径が０．０４２ｃｍの補強スチールコードを有する２つのスチールベルトを持つベルト補強部材に相当する横方向の剛性を有し、前記エイペックスは、前記タイヤの断面高さの２５％から４５％の範囲の長さと、４７６０から６１６０Ｎ／ｃｍ ²の範囲の弾性係数と、を有し、３９６から５９４Ｎ／ｃｍ ²の範囲の弾性係数を有し前記ベルト（２０）と接する部分で前記サイドウォールとトレッドとを繋ぐ、トレッド幅の３７％から４３％の範囲の長さを有するウェッジ（２１）を有することを特徴とするタイヤ。
前記トレッド（２２）は、前記タイヤ（１０）が接触する表面に対して平坦である、請求項１に記載のタイヤ。
前記タイヤ（１０）の前記クラウン領域で前記カーカスと前記トレッドとの間に挿入されたベルトまたはブレーカ（２０）は、前記タイヤのショルダ領域に固定され、それによって、前記トレッド（２２）を前記上方のサイドウォール（１８ａ）から分断し、前記ショルダはプライラインの半径とトレッドの半径との交わりとして定められることを特徴とする、請求項１に記載のタイヤ。
前記ショルダ（２６）、前記断面高さの５０％（３２）、および前記ビード（１２）は、円（３０）上の点を定め、前記タイヤのショルダ半径Ｒsは、円（３０）の半径Ｒrよりも小さい、請求項１に記載のタイヤ。
前記ショルダ（２６）、前記断面高さの５０％（３２）、および前記ビード（１２）は、基準円（３０）上の点を定め、前記タイヤのショルダ半径Ｒsは、基準円（３０）の半径Ｒrの５０％から６０％である、請求項１に記載のタイヤ。
前記下方のサイドウォール（１８ｂ）は軸線方向外側を向いた凹形状の輪郭線を有している、請求項１に記載のタイヤ。
成形後のベース幅は、前記タイヤの仕様リム幅よりも２０から２５％広い、請求項１に記載のタイヤ。
折り返しプライ端部は、前記タイヤの断面高さの少なくとも３５％まで延びている、請求項１に記載のタイヤ。
前記エイペックス（１７）は、前記タイヤの断面高さの少なくとも２０％まで延びている、請求項１に記載のタイヤ。
請求項１に記載のタイヤを組み立てる方法であって、
（ａ）幅方向に直線状に作られたトレッドを、タイヤ（１０）の他の部分とは独立に組み立てる工程と、
（ｂ）折り返し部（１６ａ）が前記タイヤの断面高さの少なくとも４０％でかつ６５％以下で延びる少なくとも１つのカーカスプライ（１６）を、少なくとも一対の互いに平行な環状のビード（１２）の周りに巻く工程と、
（ｃ）２１°の角度においてセンチメートル当たり７．９から９．４端（ｅ．ｐ．ｃ．）（インチ当たり２０から２４端（ｅ．ｐ．ｉ．））の、直径が０．０４２ｃｍのスチールコード補強部材をそれぞれ有する２つのスチールベルトを持つベルト補強部材と同等の、ほぼ横方向のタイヤ剛性を有する、ベルト補強部材（２０）を用意する工程と、
（ｄ）前記カーカスプライ（１６）のクラウン領域に前記ベルト補強部材（２０）を取り付ける工程と、
（ｅ）前記タイヤのショルダ領域（２６）において前記ベルト補強部材（２０）の縁部と前記カーカスの湾曲部との間に、トレッド幅の３７％から４３％の範囲の長さ、および前記トレッドの横方向の直線性を維持するのに十分な高さを有するウェッジ（２１）を配置する工程と、
（ｆ）前記タイヤの断面高さの２５％から４５％の範囲の長さ、および４７６０から６１６０Ｎ／ｃｍ ²の範囲の弾性係数を有する、前記タイヤ用のエイペックス（１７）を用意し、前記エイペックス（１７）を、前記タイヤを組み立てる際に前記ビードに隣接して取り付ける工程と、
（ｇ）前記ベルトに接する部分が前記トレッド幅の３７％から４３％の範囲の長さを有する前記ウェッジ（２１）をサイドウォールとの一体部分として用意し、３９６から５９４Ｎ／ｃｍ ²の範囲の弾性係数を有するウェッジを用意する工程とを有する方法。
加硫型内のビード（１２）間の距離が、前記タイヤ用の標準リム（１４）のビードシート間の距離の１１０％から１７５％の範囲の長さである型形状を有するグリーンタイヤを加硫する工程をさらに含む、請求項１０に記載の方法。