JP4559686B2 - 耐圧縮性のフープ構造物を備えたタイヤ - Google Patents
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Description
【技術分野】
本発明は、空気入りラジアルプライタイヤに関し、特に、ほぼ赤道面でトレッドの下の配置される、耐圧縮性のフープ構造物を組み込んだタイヤに関する。
【0002】
【発明の背景】
膨らんでいないタイヤがそれ以上損傷するのを極力抑え、また、タイヤがその圧力を失くした場所からタイヤを修理または交換できるサービスステーションなどの場所までの距離にわたって乗物の運転を危険にさらすことなく、空気圧の無くなった、または空気圧不足の乗物用タイヤの安全な連続動作を可能にするためにさまざまな方法が考案されている。空気圧の無くなった、または空気圧の不足している状態で持続的に運転できるように設計された空気入りタイヤは、空気のない又はフラット(扁平)な状態で作動させることができるので、ランフラットタイヤとも呼ばれている。
【0003】
ランフラットタイヤの設計法の1つは、トレッドとほぼ同じ幅の比較的薄い環状のバンドを環状トレッドの半径方向内側に配置するもので、「Banded Tire(バンド付きタイヤ)」と題された米国特許第4,111,249号に記載されている。このバンドは、空気圧の無くなった状態での動作中、サイドウォールにおける協働する引張荷重を、サイドウォールの周囲のかなりの部分に作用させる、可撓性でアーチ形の圧縮用の構造部材として作用する。EPO特許出願公開明細書第0853009号に記載されているように、バンド付きタイヤは、スチール、アルミニウム、チタンと、ガラス、ケブラー(Kevlar)、グラファイトの繊維強化材を備えたエポキシならびに熱可塑性複合材料と、から作られたバンド材料で組み立てられてきた。軽量で経済的な積層バンド構造物の一般的な故障形態は、バンドの湾曲している主な中立的な曲げ軸内の層間の剪断である。
【0004】
ランフラットタイヤの別の設計法は、サイドウォールを強化することである。例えば、米国特許第5,368,082号(以下「’082号」という)には、サイドウォールの剛性と強度を向上させて非膨張時にタイヤを作動させることができる特別なサイドウォール用インサートを採用した、低アスペクト比のランフラット式の空気入りラジアルプライタイヤが開示されている。しかし、サイドウォール部材を補剛するのに必要な大量のゴムにより、特に膨らんでいないタイヤが高速で長時間のあいだ作動させる場合は、サイドウォールのたわみによる熱の上昇がタイヤの故障の主要因となる。
【0005】
厚くしたサイドウォールを主な拠り所とするランフラットタイヤのデザインは、大型高級タイプのツーリングセダン用の高アスペクト比のタイヤに使用される際にさらに多くの問題を含む。55%〜65%以上のアスペクト比を有する、これら背を高くしたサイドウォールを備えたタイヤは、’082号特許に開示されている以前の低アスペクト比タイヤよりもサイドウォールの曲げ応力が大きいことを意味する。そのため、ハイプロファイルタイヤ(アスペクト比の高いタイヤ)では、乗心地特性に妥協する点まで補剛することが要求されることもある。しかしながら、一般に高級車の持主はランフラットタイヤの機能のために乗心地の質を犠牲にすることを望まない。
【0006】
厚くしたサイドウォールは、ランフラット動作中のトレッドの座屈の問題にも寄与する。タイヤが膨らんでいないとき、乗物の荷重は、サイドウォールからトレッドの接地面の縁部に伝達され、接地面の中心は本質的に荷重が掛かっていない。また、厚くしたサイドウォールは乗物の重量の荷重を受けると盛り上がるので、曲げ応力をトレッドに伝達しがちである。その結果、トレッドの接地面の中央部が地面から上方向に座屈しがちとなる。このトレッドの座屈により、トレッドの地面と接触する面積が減少し、その結果、乗物の操作性が損なわれ、また、ランフラットタイヤのトレッドの寿命が短くなる。ランフラット状態のトレッドの座屈を調整する方法の1つは、横側および周囲の剛性を、トレッド、ベルト、およびカーカスの下のさまざまな場所にくさび形のインサートを組み込んでランフラットタイヤのトレッドの座屈を調整することによってトレッド構造の横側および周囲の剛性を増大させることである。補強型トレッドの例は、1998年3月26日に提出されたPCT特許出願明細書第PCT/US98/06004号に記載されている。
【0007】
米国特許第5,685,927号(以下「’927号」という)には、回転軸線と同軸に配置された環状のビードコアを少なくとも3つ有するランフラットタイヤが開示されている。第1および第2のビードコアは、各サイドウォールの半径方向内側に配置されている。少なくとも1つの追加のビードコアは、トレッドの下の、各補強ベルト対の半径方向内側、第1および第2のビードコアおよびカーカス補強構造物の半径方向外側に配置される。また、’927号には、それまであったタイプのランフラットタイヤよりも実質的に薄い、補強されたサイドウォール構造が示されている。この薄型のサイドウォール構造は、追加の第3のビードを採用することによって可能になる。追加のビードコアは、タイヤが荷重を受けて膨らんでいない状態で動作させられるときにトレッド部分を座屈していない状態に保持するだけでなく、タイヤの耐荷重容量にも実際に貢献するものである。
【0008】
最適なランフラットタイヤを設計するというのは、複数の設計基準を同時に考慮しなくてはならない面倒な課題である。ランフラットタイヤは、空気圧無しで乗物の重量を支えるに足る構造物でなくてはならない。適切かつ一貫した牽引力を実現するために、トレッドの道路との接触領域の座屈を抑えなくてはならない。また、タイヤは空気を入れた状態であっても、空気を入れない状態であっても、快適な乗り心地を提供すべきである。結局、この性能領域には、タイヤの追加の重量、組立の複雑さ、およびコストを最小限に抑えながら、取り組まなくてはならない。
【0009】
【発明の目的】
本発明の目的は、添付されている1つまたは複数のクレームに記載され、以下の1つまたは複数の付随的な目的を達成するように構成できる可能性を有するようなランフラットラジアルタイヤを提供することである。
【0010】
本発明の目的の1つは、ランフラット動作中および通常の膨張状態の操縦性を向上し、トレッドの磨耗を減少させるためにトレッドの地面との接触圧力を接地面の中心に与える、周方向に補剛されたトレッドを有するランフラットラジアルタイヤを提供することである。
【0011】
本発明の別の目的は、ランフラット動作中の操縦性およびトレッドの耐性を向上させるためにトレッドの接地面の中心が上方向に座屈する傾向を抑える、周方向に補剛されたトレッドを有するランフラットラジアルタイヤを提供することである。
【0012】
本発明のさらに別の目的は、任意の乗物重量をランフラット動作中に支えるのに必要なサイドウォール補強用のインサートの重量を減少させ、したがってタイヤの総重量を最小限に抑える、耐圧縮性のフープ構造物を有するランフラットラジアルタイヤを提供することである。
【0013】
本発明のさらに別の目的は、任意の乗物重量をランフラット動作中に支えるのに必要なカーカス構造物の剛性を減少させ、したがって普通に膨らんだ状態の動作中の乗心地および乗心地の質を向上させる、耐圧縮性のフープ構造物を有するランフラットラジアルタイヤを提供することである。
【0014】
【発明の概要】
本発明は、トレッドと、ベルト構造物と、少なくとも1つのラジアルプライ、それぞれが少なくとも1つの補強インサートを一般に備えている2つのサイドウォール、2つの非延伸性の環状ビードを備えるカーカス構造物と、クラウン補強構造物とを有し、ほぼ赤道面上に位置しトレッドの半径方向内側でカーカス構造物の半径方向外側に配置される少なくとも1つの補強フープを備える空気入りラジアルランフラットタイヤに関する。フープは、フープとフープに隣接するカーカス構造物およびベルト構造物との間に可撓性の構造連結物を形成するエラストマーの中間材の層によって囲まれ、包まれている。補強フープは、トレッドをランフラット動作中に屈曲しないように補剛し、且つ、タイヤのランフラット動作中の耐荷重容量にも寄与する。フープによってもたらされる追加的なランフラット動作中の耐荷重容量により、タイヤのサイドウォール内の補強インサートの厚みと重さを排除または削減できる。補強インサートの厚さの削減によってサイドウォールの剛性も減少し、それにより通常の膨張時の運転中の乗心地特性および操縦性が改善されたタイヤが実現される。
【0015】
本発明の一実施態様において、補強フープは、フープの平面について対称なほぼレンズ形に作られる。フープは、ベルト構造物の半径方向内側でカーカス構造物の半径方向外側に配置され、タイヤの赤道面と中心が合わせられている。軸線方向に測定したときのフープの幅はトレッドの幅の50%未満、好ましくは10%と25%の間である。半径方向に測定したときのフープの厚さは、フープの幅の少なくとも10%、好ましくは10%〜50%である。この実施態様のフープは繊維で補強した熱可塑性材料で作られているが、ファイバーで補強されている、または補強されていない、適宜に硬いさまざまな材料を使用できる。
【0016】
本発明の第2の実施態様において、フープは、太い2つの部分すなわちローブ(突出部)が細いウェスト状の部分で連結されている複雑な形状を有する。第2の実施態様のフープの位置およびその断面形状はタイヤの赤道面に対して対称である。
【0017】
本発明の第3の実施態様において、フープの形状および位置はタイヤの赤道面に対して非対称である。このフープは、赤道面の片側に厚い部分を有し、赤道面の反対側に薄い部分を有する。
【0018】
本発明の第4の実施態様において、フープはベルト構造物に取り替えられている。フープは、トレッドの半径方向内側でカーカスプライの半径方向外側に配置される。軸線方向に測定したときのフープの幅は、トレッドの幅の75%超、好ましくは90%〜100%である。半径方向に測定したときのフープの厚さは、フープの幅の10%未満であり、好ましくは2.0%〜5.0%である。この実施態様のフープは、拡張させたランフラット機能を備えたタイヤを提供することに加え、ベルト構造物の機能も有する。
【0019】
本発明の第5の実施態様において、フープは、エラストマーマトリックス内のUHMWPEなどの材料から成る薄い帯状物を巻き付けて、所望の断面形状のフープを形成することによって作られる。
【0020】
本発明について考えられるフープの材料は、熱可塑性プラスチック、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)、エポキシ樹脂複合材、およびそれらの組み合わせなどである。後の方に述べた各材料には、スチール、ガラス、ナイロン、レーヨン、ポリエステル、アラミド、カーボン繊維およびその組み合わせを含む高弾性率材料の種類のものであれば、どの補強繊維でも入れられる。
【0021】
実現可能な実施態様の1つとして、多少周方向の向きを有しているが、緩められた状態で、小さな変形に対して小さな抵抗しか示さず、より大きな変形に対して大きな抵抗を示すような補強繊維の使用が考えられる。
【0022】
本発明の好適実施形態を細部にわたって参照し、その実施例を添付図面に記載する。図面は説明を目的とするものであり、限定的なものではない。
【0023】
選択された図面中のある要素は、説明を分かりやすくするために、縮尺せずに記載されている場合がある。
【0024】
また、各図を通じて同様の構成要素が同様の参照符号で示されていることがある。例えば、ある図(または実施形態)の要素199は、別の図(または実施形態)の要素299と多くの点で似ている場合がある。異なる図又は実施形態の同様構成要素間にそのような関係があるとすれば、それらは、該当するならば請求項および要約書を含む明細書を通して明らかになるであろう。
【0025】
場合によっては、1つの図面中で同様の構成要素が同様の番号で示されていることもある。例えば、複数の構成要素199が199a、199b、199c等と示されていることもある。
【0026】
本願明細書に示されている断面図は説明を分かりやすくするために、本来であれば真の断面図に示されるはずの背景線を省いた、“薄切り”の形、すなわち“接近観察による”断面図の場合もある。
【0027】
本発明の現在の好適実施形態の利点は、添付された図面に関連させてなされる以下の説明を考慮することによりさらに明らかになるであろう。
【0028】
【定義】
”アペックス”は、ビードコアの上方の半径方向に、プライとプライ折返し部との間に配置されているエラストマーのフィラーを意味する。
【0029】
”アスペクト比”は、タイヤの断面幅に対する断面高さの比のことであり、タイヤの断面の輪郭のことも指す。例えば、ロープロファイル(扁平)タイヤは低アスペクト比である。
【0030】
“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。
【0031】
”ビード”または”ビードコア”は、タイヤをリムに保持するのに使用される半径方向内側ビードの環状の引張部材を含むタイヤの一部分を一般的に意味し、ビードが、プライコードに被覆されて形作られて、フリッパ、チッパ、アペックスまたはフィラー、トウガード、およびチェーファなどの他の補強要素を備えていることもあれば、備えていないこともある。
【0032】
”ベルト構造物”は、少なくとも2つの環状の層、又は、織布又は不織布で、トレッドの下に位置し、ビードに固定されてなく、左右両方のコードの角度がタイヤの赤道面に対して18°〜30°の範囲にある、複数の平行なコードから成るプライを意味する。
【0033】
”カーカス”は、ベルト構造物、トレッド、およびプライ上方のアンダートレッドを除いた、ビードも含むタイヤ構造物を意味する。
【0034】
“赤道面(EP)”は、タイヤの回転軸線に垂直な、トレッド中心を通る平面、すなわち、トレッドの周方向の中心線を含む平面を意味する。
【0035】
“EMTタイヤ”は、「移動性拡張技術タイヤ」を意味する。ランフラットタイヤと同義である。
【0036】
“インナーライナ”は、チューブレスタイヤの内面を形成し、タイヤ内に膨張用の流体を封じ込める1層または複数層のエラストマーまたは他の材料の層のことである。
【0037】
”インサート”は、ランフラットタイプのタイヤのサイドウォールを補強するために一般に使用される三日月形またはくさび形の補強材を意味する。
【0038】
”横方向”は、軸線方向と平行な方向を意味する
”弾性率”は、応力が単位面積辺りの力、ひずみが単位長辺りの変形としたとき、応力のひずみに対する比である。
【0039】
”率(モデュラス)”は、弾性率を意味する。
【0040】
”中立的な曲げ軸”は、引張応力の領域から圧縮応力の領域を分離する材料を通る仮想上の平面を意味する。
【0041】
“通常タイヤ空気圧”は、しかるべき規格団体がタイヤの使用状態について定めた、指定荷重における特定の設計上のタイヤ空気圧を意味する。
【0042】
“通常荷重”は、しかるべき規格団体がタイヤの使用状態について定めた特定の設計上のタイヤ空気圧と荷重を意味する。
【0043】
“プライ”は、半径方向に配備された、またはそうでなければ平行な、ゴムで被覆されたコードから成る、コードで補強された層を意味する。
【0044】
“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または半径方向に離れる方向を意味する。
【0045】
”ラジアルプライ構造物”は、少なくとも1つのプライが、タイヤの赤道面に対して65°〜90°のコード角度で方向付けられた補強コードを有する1つまたは複数のカーカスプライを意味する。
【0046】
“ラジアルプライタイヤ”は、少なくとも1つのプライが、タイヤの赤道面に対して65°〜90°のコード角度でビード間に延びるコードを有する、ベルト付きタイヤすなわち周方向に制限される空気入りタイヤを意味する。
【0047】
”ランフラット”は、タイヤ構造物だけでタイヤが膨らんでいない状態で使用されるときに、タイヤが潰れないようにする内部装置を一切必要とせず、サイドウォールおよび内面が潰れたりタイヤに対して屈曲したりすることがなく乗物の重量を支えるのに十分な強さを備えていることを意味する。
【0048】
“断面高さ”は、赤道面における公称リム径からタイヤ外径までの半径方向の距離を意味する。
【0049】
“断面幅”は、24時間かけて通常の圧力で膨張させた時点以降の、無負荷の状態のタイヤの、ラベル、装飾、または保護バンドによるサイドウォールの隆起を除く、タイヤ軸線と平行な、両サイドウォールの外側間の最大直線距離を意味する。
【0050】
”ショルダ”は、トレッド縁部の直下のサイドウォールの上部を意味する。
【0051】
”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。
【0052】
”熱可塑性プラスチック”は、熱と圧力の組み合わせによって成形できる分類区分のプラスチック材料を意味する。
【0053】
”トレッド幅”は、タイヤの回転軸線を含む平面におけるトレッド表面の円弧の長さを意味する。
【0054】
”くさび形のインサート”は、”インサート”と同じものを意味する。
【0055】
【好適実施形態の詳細な説明】
【0056】
【従来の実施形態】
図1を参照すると、米国特許第第5,685,927号(以下「’927号」という)に基づいて作られた従来のランフラットタイヤ100が示されている。このタイヤは、トレッド縁部104、106を備えた環状のトレッド102と、トレッド102の半径方向内側に位置する少なくとも2つの補強ベルト108と、それぞれのトレッド縁部104、106からそれぞれ半径方向内側に延びている一対のサイドウォール110、112と、最大断面幅(SW)と、タイヤカーカス構造物114とを有する。
【0057】
タイヤカーカス構造物114は、少なくとも2つの環状のビードコア116a、116b、第1のプライ118と第2のプライ120、インナーライナ122、第1の対のインサート124a、124b、第2の対のインサート126a、126b、およびビードアペックスフィラー128a、128bを有する。カーカス構造物114は、タイヤ100のまわりを子午線の方向に第1のビードコア116aから第2のビードコア116bまで延びている。インナーライナ122は、第1のプライ118の半径方向内側に位置する。
【0058】
第1の、すなわち最も内側にある三日月形のインサート124a、124bは、第1のプライ118とインナーライナ122との間に位置する。第2の、すなわち最も外側にある三日月形のインサート126a、126bは、第1のプライ118と第2のプライ1200との間に位置する。第1および第2の三日月形のインサート124a、124b、126a、126bは、ビードアペックスフィラー128a、128bの半径方向外側の端部の半径方向内側の位置から、トレッドの横縁部104、106の実質的に半径方向内側の補強ベルト108の下の位置まで延びている。
【0059】
追加の1つのビードコア130が、第1および第2のビードコア116a、116bに対して同軸状に配置され、かつ、トレッド102の下に,補強ベルト108の半径方向内側で第1および第2のビードコア116a、116bとカーカス構造物114より半径方向外側に配置されている。追加のビードコア130は、タイヤ100の赤道面EPがほぼ中心となるように配置されている。
【0060】
図2に、本発明の第1の実施形態によるフープ構造物250を組み込んだタイヤ200を示す。タイヤ200は、フープ構造物250を含んでいるクラウン補強構造物248に置き換えられたビードコア130が削除されていることを除き、図1に示されている従来のランフラットタイヤと同じ一般的な構造を有する。タイヤ200は、周方向のトレッド202(102と同様)と、一対のサイドウォール210、212(110、112と同様)と、ビードコア216a、216bをそれぞれ備えたビード領域とを備えている。
【0061】
タイヤ200は、タイヤ200の赤道面EPに対して少なくとも75°の角度で方向づけられた平行なコードを備えた少なくとも1つの補強プライ218(118と同様)を含んでいるカーカス構造物214(114と同様)を備えている。示されている特別の実施形態において、コードは、赤道面EPに対して角度90°に方向付けられている。コードは、限定的ではないが例えば、スチールコード、カーボン繊維、レーヨン、ナイロン、およびポリエステルなど、ゴム製品のコード補強に通常使用される材料であれば、どれから作ってもよい。
【0062】
タイヤ200は、トレッド202の半径方向内側に位置し、且つ、カーカス構造物214の半径方向外側に位置するベルト構造物208(108と同様)を備え、この例では単一のプライ218(118と同様)を含んでいる。ベルト構造物208は1つまたは複数のベルトから構成され、それぞれがほぼ周方向の向きを有する補強コードを備えている。ベルト構造物208が任意の要望される構成の任意の数のベルトプライを有することができ、且つ、コードは任意所望の角度に配置できることも理解されるべきである。
【0063】
従来の高性能タイプのタイヤでそうであるように、本発明によるタイヤは、トレッドの補強ベルト構造物208のまわりに周方向に配置されるファブリックの重ね層230を貼付することによって、高速性能を高めることもできる。ファブリックの重ね層230は、任意の数のプライ、任意のタイプのコード材料および組立法を有することができることが理解されるべきである。
【0064】
タイヤ200は、各ビードコア216a、216bから半径方向外側にそれぞれ延びている補強用のアペックスフィラー228a、228bを備えている。サイドウォール210、212は、インナーライナ222とインナープライ218の間に配置される少なくとも第1の対のインサート224a、224b(124a、124bと同様)をそれぞれ備えることもできる。インサート224a、224bは一般に三日月形をしている。カーカス構造物214が、第2の、すなわちアウタープライ(図示せず)を備えている場合、タイヤ200は第1のプライ218とその第2のプライの間に配置される第2の対のインサート(図示せず)を備えることもできる。アペックスフィラー228a、228bおよびインサート224a、224bは、それぞれが、その全体をここに引用するEPO特許出願公開明細書第729,853号に広範囲にわたって記載されているような、ランフラットタイヤにおけるそれらの利用価値を高める物理的特性を特徴とするエラストマー材料で構成されている。ゴム組成物が、厚くしたサイドウォールを基礎とするランフラットタイヤ組立の当業者に周知の高弾性率を実現する、比較的高い剛性と低いヒステリシス(履歴現象)とを有することが重要である。
【0065】
図2に示されている本発明の刷新的な特徴の1つは、クラウン補強構造物248が、赤道面EPとほぼ中心が合わせられている、ベルト構造物208の半径方向内側でカーカス214の半径方向外側に配置されている、耐圧縮性の固体のフープ構造物250で形成されていることである。図2に示されている本発明の実施形態は、赤道面EPと中心が合わせられている、半径方向内側に凸状のほぼレンズ形の断面形状を有する単純な対称形のフープ252を組み込んでいる。フープ252は、ショアA硬さが45〜80、好ましくは65〜75のゴム化合物から一般に選択されるポリマーの中間材すなわち結合材から成る層254によって、ベルト構造物208およびカーカス214に構造的に連結されている。コーティング254の目的は、フープ252と構造物の他の部分との間の良好な接着を保証することである。フープ252は、トレッド幅twの10%〜25%の幅wと、フープ幅wの10%〜50%の厚さthを有する。幅wがトレッド幅の50%を超えた場合、トレッドは非常に硬くなるが、厚さが10%未満であると、フープは軸線方向に座屈する可能性があり、サイドウォールに不十分な緊張状態で結合される。同様に、厚さthがフープ幅の50%を超えた場合、時期尚早の疲労破壊の原因となる応力過多を引き起こす可能性があり、タイヤが硬くなりすぎてたわませることができない場合もある。厚さthがフープ幅twの10%未満の場合、ランフラット動作中にタイヤの形状を維持できるほど硬くない。
【0066】
図5〜図8に、以下に詳述される本発明の他のいくつかの実施形態の他のいろいろな断面形状と配置を示す。
【0067】
フープ252は、強度と剛性の適切な組み合わせを実現する任意の固形物または材料の複合品の熱可塑性プラスチックから作ることができる。また、フープ252は、固体であることに加え、補強コード、すなわち数回またはそれ以上の巻数のスチールまたは繊維のコードを含んでいないので、本発明と同一の譲受人を有し、その全体をここに引用する、「改良されたランフラットデザインのタイヤ(Tire with Improved Run−Flat Design)」と題されたEPO特許出願DN1998−222EPと異なっている。本発明のために考えられるフープの材料として、補強繊維入りの、熱可塑性プラスチック、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)、エポキシ樹脂複合材などがあり、その補強繊維は、スチール、ガラス、ナイロン、レーヨン、ポリエステル、アラミド、またはカーボンの繊維を含む高弾性率材料の種類の繊維である。補強繊維は、ほぼ周方向の向きに配置されることが好ましい。補強繊維は、フープの小さな変形ではフープの体積弾性率に僅かしか寄与しないように、緩められた状態で配置することもできる。しかしながら、緩められた繊維を、フープのより大きな変形によってピンと張らせ、その結果、繊維の抗張力を十分に利用してフープの体積弾性率を高めフープがさらに変形しないよう抑える。
【0068】
フープ252を作るのに使用される熱可塑性プラスチックは、周囲のゴムとの結合を生じさせるのに効果的な「分散相」を含むこともできる。「分散相」はタイヤのゴムとの十分な接着を保証するゴム配合剤として記載できる。
【0069】
フープ252は、フープの外面または外面近傍に補強材を集中させることもできる。補強材は、スチール、ガラス、ナイロン、レーヨン、ポリエステル、フレクステン、アラミド、カーボンの繊維およびその組み合わせなどの種類の材料のものである。補強材の層は、コードまたは数本のコードで作られた帯状物をフープの外周に巻き付けることによってフープ252の構造に加えることができる。補強材は、限定的ではないが、例えば、熱、圧力、紫外線、および当業者に公知であるような他の工程を含む、材料に適切な工程によって、フープ252の材料に接着される。
【0070】
【フープの構造と製造法】
フープ252は、選択された材料に適し、一般に当業者に周知のさまざまな方法で作ることができる。例えば、熱可塑性プラスチックおよびUHMWPEは、要望される断面形状および寸法で成形または押出加工できる。フープは、ゴムまたはエラストマーマトリックス内のUHMWPEなどの材料からなる扁平な帯状物を巻き付けることによって形成することもできる。そのような構造の例を、以下に記載する図8に関連させて示し説明する。当業者には、限定的ではないが、矩形、台形、三角形、レンズ形、および偏球形などのさまざまな断面形状を備えたフープを、幅が適切に変化している材料から成る薄い帯状物を選択的に巻き付けることによって形成できることが明らかであろう。
【0071】
タイヤ組立用に使用される組立ドラム(図示せず)は、当業者に周知であるように、ドラム中央に溝を備えた通常の円筒形をしている。溝の形状は、エラストマーの中間材の層254で被覆されたフープ252を受け入れるようになっており、したがって、ドラムはベルトが貼り付けられると円筒形になる。
【0072】
図2を参照すると、本発明の第2の特徴は、フープ252と、隣接するカーカス構造物214またはベルト構造物208またはトレッド202との間に配置されるエラストマーの中間材すなわち結合材の層254を使用することである。層254は、フープ252とカーカス構造物214およびベルト構造物208との間を柔軟に構造的に結合する役割を果たす。フープ252の半径方向外側から隣接する構造物の半径方向内側まで測定される層254の厚さは、0.5〜3.0mmの範囲内であり、好ましくは0.5〜1.0mmの範囲内である。エラストマーの中間材の層254は、フープを支持しかつフープの断面形状から隣接のカーカス構造物214およびベルト構造物208までの中間部すなわち結合部を形成する断面形状を備えるように形成される必要がる。
【0073】
図2に示されているように、カーカス構造物214の単一のプライ218は、ビードコア216A、216Bをそれぞれ包囲し、タイヤ200の径方向の最大断面幅SWを呈する位置の近傍で終端する折返し端218a、218bを有する。本発明は、より具体的には、タイヤのクラウン補強構造物248に関するものであるので、カーカス構造物を構成しているプライの正確な数、ビードの具体的な配置、またはカーカスをビードに固定する方法は、それほど重要でない。カーカス構造物214は、コードで補強された1つまたは複数のプライを組み込むこともできる。図5〜9に示されているフープ構造物250のさまざまな実施形態の動態的作用は同様であるので、以下の動態的作用の説明では、本発明の概念の一例として図2に示されているフープ252の実施形態を一般に用いる。
【0074】
【好適な実施形態の動態的作用】
前述のように、フープ構造物250は、カーカス構造物214およびベルト構造物208と共同して作用する構造的な強度および剛性を生成し、タイヤ200のランフラット性能および耐久性を増大させる。
【0075】
タイヤ200が膨らんでいないとき、または膨らみが足りないとき、乗物の重量は補強されたサイドウォール210、212と、ベルト構造物208およびカーカス214と共に働くフープ構造物250とに支えられる。トレッド202の地面と接する部分の最も近傍に位置するサイドウォール210、212の部分は、ランフラット動作中は圧縮状態で荷重を受ける。
【0076】
図3を参照すると、赤道面で見たときのタイヤ200の概略断面図が示されている。両サイドウォールの圧縮力は、トレッド202の地面と接する部分からタイヤのリムまで半径方向内向で上方向を指す一連の矢印360で示されている。矢印360は、タイヤに作用する力のベクトルを表す。同様に、圧縮荷重がフープ構造物250に掛かっている。再び図3を参照すると、フープ構造物250のフープ252における圧縮性の力が、トレッド202が地面364と接する領域から上方向を指している、フープ252の周囲の一連の矢印362によって示されている。フープ構造物250の湾曲したフープ252の圧縮力により、サイドウォール210、212の張力と、地面364に隣接していないタイヤ200のベルト構造物208の張力に抑制される上向きで半径方向外向きの力が生じる。これらの引張力は、半径方向を向いた両頭の矢印366で示されている。
【0077】
ベルト208、カーカス構造物214、およびサイドウォール構造物210、212と組み合わせたフープ構造物250の構造的な効果は、通常の膨らんだ状態の動作中の望ましくない構造的な剛性を最小限にしつつ、膨らんでいないタイヤ200の耐荷重容量が維持できるような配置が形成されることである。フープ構造物250によって提供される耐荷重容量により、補強されたサイドウォール210、212が支えなくてはならない荷重が減り、したがって、サイドウォールの厚さ、重量、および剛性を減少させることができる。また、カーカス構造物214に対するフープ構造250の適応性により、普通に膨らませた状態での動作中に一般に発生する小レベルの変形に、乗心地品質を落とさずに対応できる。
【0078】
図4に、ホイール470に取り付けられたタイヤの概略断面図を示す。フープ構造物250の圧縮力は、トレッド202の地面364と接する場所からフープ252に力が伝達される場所に向かって起こる一連の矢印472で示されている。矢印472は、フープ252の最上部まで上向きに進む圧縮力を示す。図4に示されているように、フープ252は、集中した上向きの力を、タイヤ200の上部のトレッド202の両横縁部の間の中間部に負わせる。この集中した力は、エラストマーの中間材の層254と、隣接するカーカス構造物214と、耐圧縮性のフープ252とサイドウォール210、212内で耐伸長性のカーカスプライ218とを連結する可撓性のビームとして作用するベルト構造物208との相互作用によって分散させられる。
【0079】
フープ252と補強されたサイドウォール210、212との相互作用により、ランフラット動作中に、トレッドの、接地面の領域の中心部が屈曲する傾向が減少する。図4を参照しながら上に記載されているように、トレッド202が地面364と接しているとき、圧縮力はフープ252にかかる。接地面の領域では、フープ252が、トレッドの前縁部および後縁部に集中しがちな力によってトレッド202の両縁部の中間にあるトレッド202を押し下げる。固形物であるフープ252はビームとして機能し、集中した力を、接地面の中心に沿ってフープの長さにわたって分散させる。このようにしてフープは、ランフラット動作中にトレッドの接地面の中心が上向きに屈曲しようとする傾向を抑える。
【0080】
また、フープ252とエラストマーの中間材の層254とを有するフープ構造物250、カーカス構造物214、およびベルト構造物208は、ベルト構造物が一方のフランジを形成し、フープ252が他方のフランジを形成し、エラストマー材の介在層254とカーカス構造物214とがウェブを形成するIビームに匹敵する。このIビーム状の構造物は、ランフラット動作中のトレッドの屈曲を抑え、フープ構造物の耐圧縮強度をタイヤの全周にわたって向上させる。
【0081】
トレッド202の、ランフラット動作中の接地面の中心の上向きの屈曲する傾向を抑えることにより、フープ252もサイドウォール210、212の強度および剛性に貢献する。図2を参照すると、サイドウォール210、212にそれぞれ配置されている三日月形のインサート224a、224bがベルト構造物208の横縁部の下に延びており、サイドウォール210、212、ベルト構造物208、およびフープ252の間に構造上の連続性を与えている。特に、サイドウォールが曲がってトレッド202の縁部と出会うタイヤのショルダ領域は、下に横たわる三日月形のインサート224a、224bによって曲げ剛度がもたらされる。フープ252が接地面の中心におけるカーカス構造物の半径方向内向きの動きを抑制するので、サイドウォールの隣接するショルダ領域の曲げ剛度は、サイドウォール210、212の、ランフラット動作中に外向きの屈曲しようとする傾向をより効果的に抑えることができる。したがって、サイドウォールのインサート224a、224bの厚さと重量を、任意のランフラット時耐荷重容量に合わせて削減できる。
【0082】
【従来技術に対する刷新的な概念】
本発明の、従来技術に対する刷新的な特徴は、フープ252とエラストマーの中間材の層254とを含み、硬質で耐圧縮性のフープ構造物250を形成するクラウン補強構造物248を含む。フープ252は、カーカス構造物214の半径方向外側の、タイヤ200のほぼ赤道面EPに配置される。フープ252は、ベルト構造物208とトレッド202の両方の近傍の両方の半径方向内側に配置される。フープ252は、熱可塑性プラスチックで、補強コードを有さず、エラストマーの中間材の層254によって隣接する構造物に構造的に連結されており、インサートで補強されたサイドウォール210、212と共同して、ランフラット動作中の応力を分散させてタイヤ200のランフラット機能を拡張させる。また、フープ252とエラストマーの中間材の層254を、インサートで補強されたサイドウォール210、212に組み合わせることにより、普通に膨らませたの動作中とランフラット動作中の両動作中の優れた操縦性とスムーズな乗心地に要求される適応性を備えたタイヤを設計することが可能になる。
【0083】
ランフラット機能を実現するために耐圧縮性の環状の部品を使用することは知られていない。米国特許第4、111、249号(以下「’249」という)に記載されている”Banded Tire(バンド付きタイヤ)”は、トレッドの幅に延び、ラジアルプライのサイドウォールの構造によって安定させる薄い帯状物を使用する例を提供している。図7に示されている実施形態を除き、以下に説明される本発明は、トレッド幅の50%以下にわたって延びるフープ構造物250を考えるものであるが、これは、50%より多いと硬すぎるタイヤになるからである。フープ構造物250は、フープとラジアルプライのサイドウォール構造物との間に柔軟な連結部を形成するエラストマーの中間材の層254を介して、サイドウォールのラジアルプライに間接的に結合される。この刷新的な特徴によって提供される柔軟性により、本質的に硬質で耐久性のある支持構造を形成し、径方向寸法がかなり厚いフープを使用することが可能となる。フープ252を、柔軟な結合部により、タイヤ200のカーカス構造物214およびベルト構造物208と組み合わせることにより、通常の動作中には優れた操縦性と乗心地品質を提供し、ランフラット動作中には優れた操縦性および乗心地品質で耐久性を増大させるという、適応性のある利益が提供される。前掲特許’249号は、ランフラット動作中の唯一の支持源として環状のバンドに依存するものであるが、本発明は、1つまたは複数のインサート224a、224bを有するタイヤ200にフープ構造物250を組み合わせて組み込んで頑強なランフラット構造物を形成するものである。
【0084】
本発明の別の刷新的な特徴は、フープ状の構成部品用に通常考えられる方法および材料と実質的に異なる、フープ構造物250のある範囲の刷新的な固体または複合材料および組立方法を使用することである。従来技術で説明されている方法の1つは、従来のビードコアに一般に使用される材料と工程で作られるフープ状の部品を作ることである。例えば、図1を参照すると、前掲特許’927号に記載されている第3のビードコア130は、従来のビードコア構造物と変わらぬ多数の高抗張力の鋼線材で作られるフープ状の部品である。前掲特許’927号は、トレッドのビードコア130を任意の数の材料または任意の断面形状で作ることができるとしているが、従来のビードコアの方法および材料の変形例を除き、既存のものに代わる構成が記載されていない。
【0085】
【実施形態1】
図2を参照すると、本発明の第1の実施形態が示されている。
【0086】
フープ構造物250は、軸線方向に測定されるトレッド幅twの10%〜25%の断面幅と、フープ252の幅wの10%〜50%の厚さとを有する、補強ガラス繊維入り熱可塑性プラスチック材料のレンズ形フープ252を含む。フープ252の形状およびその位置は、いずれも赤道面EPに対して対称である。
【0087】
エラストマーの中間被覆の層254は、フープ252を囲み、フープ252と、隣接するベルト構造物208およびカーカス214との間の中間物を形成する。エラストマーの中間被覆の層254は、フープ252の材料および隣接しているカーカス構造物214およびベルト構造物208の材料に対する優れた接着強度に基づいて選択されるエラストマー材料を含む。エラストマーの中間被覆の層254は、フープ252および包囲するカーカス構造物214およびベルト構造物208との間の力を均一に分散させる弾性および強度という構造特性も有する。エラストマーの中間材の層254は、0.5と3.0mmの間の厚さも有する。
【0088】
【実施形態2】
図5を参照すると、本発明の第2の実施形態が示されている。示されているように、フープ構造物570は、薄いウェスト状の部分527cと中間の被覆層574(254と同様)で結合されている厚くした2つの部分すなわち突出部572a、572bを有する複雑な断面形状を備えたフープ572を有する。フープ構造物570は、前述のフープ構造物250で使用されたものと同じタイプの材料およびプロセスで組み立てられる。フープ構造物570を組み込んだタイヤ500の断面しか示されていないが、これはタイヤ500の他の部分が前述のタイヤ200とほぼ同じだからである。一般に、フープ構造物570は、補強繊維入りの熱可塑性プラスチック材料を含む。フープ572は、軸線方向に測定されるトレッド502の幅の10%と25%の間の断面幅Wと、軸線方向に測定されるフープの幅の10%〜50%の厚さを有する。フープ572の形状およびその位置は、いずれも赤道面EPに対して対称である。フープ構造物570は、カーカス構造物514(214と同様)の半径方向外側でベルト構造物508(208と同様)の半径方向内側に位置する。ベルト構造物508とカーカス構造物514ならびにタイヤの他の構造物と部品は、図2に示されている第1の実施形態と本質的に同じである。
【0089】
【実施形態3】
図6を参照すると、本発明の第3の実施形態が示されており、フープ構造物675を除きタイヤ200と本質的に同じであるタイヤ600は、フープ構造物250が取り換えられている。示されているように、フープ構造物675は、ほぼレンズ状の形状が赤道面に対して非対称な断面形状と配置になっているフープ677を含む。このフープ677は、実質的に赤道面EPの片側に厚い部分、すなわち突出部677aを有し、実質的に赤道面の反対側により薄い部分677bを有する。フープ構造物675は、補強繊維入りの熱可塑性プラスチック材料のフープ677を有する。フープ677の断面幅は、軸線方向にトレッド602(202と同様)の幅の10%と50%の間である。フープ677aの厚さは、軸線方向に測定されるフープ677の部分677bの幅の2倍を超える。フープ677は、カーカス構造物の半径方向外側でベルト構造物608の半径方向内側に位置する。ベルト構造物608とカーカス構造物614ならびにタイヤ600の他の構造物と部品は、第1の実施形態のタイヤ200と本質的に同じである。
【0090】
【比較例としての実施形態4】
図7を参照すると、フープ構造物780が従来のベルト構造物を有しないタイヤ700に用いられている、比較例としての第4の実施形態が示されている。示されるように、フープ構造物780はトレッド702の半径方向内側およびカーカス構造物714の半径方向外側に延びている。フープ構造物780は、拡張させたランフラット機能をタイヤ700に提供することに加え、ベルト構造物の機能も提供する。フープ構造物780は、フープ252に関して上に説明したように補強繊維入りの熱可塑性プラスチック材料のフープ782を有する。フープ782は、軸線方向に測定されるトレッド702の幅の90%〜100%の断面幅と、フープ幅の2.0%〜5.0%の厚さを有する。エラストマーの中間材の層784は、フープ780の半径方向外面と隣接するトレッド702を結合し、フープ782の半径方向内面とカーカス構造物714とを結合する。カーカス構造物714(214と同様)、ならびに、フープ782と取り替えられたベルト構造物を除くタイヤの他の構造物および部品は、第1の実施形態のものと本質的に同じである。
【0091】
【実施形態5】
図8を参照すると、本発明の第5の実施形態が示されている。示されているように、フープ構造物880は、扁平な帯状物882の幅が最も幅広の層882aの幅と同じか、それよりも小さい材料の扁平な帯状物882の層882a、882b、882c、882d、882eを螺旋状に巻き付けることによって作られる。そのような帯状物882を螺旋状に巻き付けることによって形成されるフープ880は断面がほぼ台形状で、台形の大きい方の底882aの幅が帯状物882の幅広の端部の幅と等しく、台形の小さい方の底882eが同様に帯状物882の狭い方の端部の幅と一致している。フープの層882a〜882eの間にエラストマー材料の層を組み込むことも、本発明の範囲内である。フープ構造物880全体は、カーカス構造物814の半径方向外側でベルト構造物808の半径方向内側に位置するエラストマー(すなわち、ゴム)のマトリックス884の中にある。ベルト構造物808とカーカス構造物814(214と同様)ならびにタイヤの他の構造物と部品は、第1の実施形態と本質的に同じである。この実施形態の利点は、フープ構造物880を作るのに必要な寸法、形状、および処理が適応性に富んでいることである。
【0092】
【実施形態6】
図2、5、6、7、および8に示されている実施例では、タイヤデザインに1つのフープしか含まれていなかったが、フープ構造物980が、帯状物の材料から成る複数の扁平なフープ982a、982b、982c、982d、982eで作られている図9に示されているように、赤道面に対して対称または非対称に配置される2つまたはそれ以上のフープを使用することも、本発明の範囲内である。フープ980は、ほぼ台形の形で示されているが、任意の要望される形状に形成することも本発明の範囲内である。フープの層982a〜982eの間にエラストマー材料の層を組み込むことも、本発明の範囲内である。また、フープ構造物980全体は、カーカス構造物914の半径方向外側でベルト構造物908の半径方向内側に位置するエラストマー(すなわち、ゴム)のマトリックス984の中にある。ベルト構造物908とカーカス構造物914(214と同様)ならびにタイヤの他の構造物と部品は、第1の実施形態と本質的に同じである。この実施形態の利点は、フープ構造物880を作るのに必要な寸法、形状、および処理が融通性に富んでいることである。2つまたはそれ以上のフープを使用することは、アスペクト比のごく低いタイヤにとって特に利益がある。また、非対称なフープの配置を使用することは、タイヤが大きなキャンバ角で取り付けられている乗物にとって特に利益がある。例えば、2つまたはそれ以上のフープがタイヤデザインに含まれる場合、これらのフープは、自動車に取り付けられたタイヤのキャンバに応じて、赤道面に対して対称に配置しても、非対称に配置してもよい。
【0093】
以上、本発明をいくつかの実施形態と共に説明したが、前述の教示内容を考慮して、数多くの変更、修正、および変形が当業者に容易に分かることは明白である。したがって、本発明は、添付された特許請求の範囲の趣旨および範囲に入るそのようなすべての変更、修正、および変形を含む。
【図面の簡単な説明】
【図1】 米国特許第5,685,927号に開示されている従来のランフラットタイヤの断面図である。
【図2】 対称な形状および配置のフープ構造物を組み込んだ本発明の第1の実施形態の断面図である。
【図3】 ランフラット動作中の接地面からフープおよびカーカス構造物への力の伝達を示す、ホイールに取り付けられたタイヤの赤道面を通る概略断面図である。
【図4】 接地面から、接地面と180°にあるベルト構造物およびカーカス構造物への力の伝達を示す、ホイールに取り付けられたタイヤの子午面を通る概略断面図である。
【図5】 対称の形状および配置の2つの突出部を備えたフープを組み込んだ本発明の第2の実施形態の断面図である。
【図6】 非対称の形状および配置のフープを組み込んだ本発明の第3の実施形態の断面図である。
【図7】 ベルト構造物の無いタイヤにフープを組み込んだ本発明の第4の実施形態の断面図である。
【図8】 薄い扁平な帯状物を巻き付けることによって作られたフープを組み込んだ本発明の第5の実施形態の断面図である。
【図9】それぞれが帯状物の材料からなる複数の扁平のフープから作られたフープを組み込んだ本発明の第6の実施形態の断面図である。
Claims (17)
- トレッド(202)と、カーカス構造物(214)と、ベルト構造物(208)と、2つの非延伸性の環状ビード(216a,216b)と、少なくとも1つのラジアルプライ(218)と、サイドウォール(210、212)と、赤道面(EP)上に位置し、かつベルト構造物(208)より半径方向内側でカーカス構造物(214)より半径方向外側に配置されているクラウン補強構造物(248)とを有する空気入りラジアルプライタイヤ(200)において、
前記クラウン補強構造物(248)がフープ構造物(250)を有し、
前記フープ構造物(250)の幅が、前記トレッド(202)の幅の10%と25%の間であることを特徴とする、空気入りラジアルプライタイヤ(200)。 - 前記フープ構造物(250)が、連続的なフープ(252)を前記ベルト構造物(208)と前記カーカス構造物(214)とに結合させるエラストマー被覆材の層(254)に埋め込まれている前記フープ(252)を含んでいることを特徴とする、請求項1に記載の空気入りラジアルプライタイヤ(200)。
- 前記フープ(252)が、補強繊維入りの固体熱可塑性プラスチックのフープであることを特徴とする、請求項2に記載の空気入りラジアルプライタイヤ(200)。
- 前記フープ(252)が、熱可塑性プラスチック、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)、及びエポキシ樹脂複合材とからなる補強繊維入り材料の群から作られる、請求項2に記載の空気入りラジアルプライタイヤ(200)。
- 前記補強繊維が、スチール、ガラス、ナイロン、レーヨン、ポリエステル、アラミド、カーボン繊維およびその混合物を含む高弾性率の材料から成る群からのものであることを特徴とする、請求項3に記載の空気入りラジアルプライタイヤ(200)。
- 前記フープ構造物(250)が前記タイヤ(200)の赤道面に対して対称に配置されていることを特徴とする、請求項2に記載の空気入りラジアルプライタイヤ(200)。
- 前記フープ構造物(250)がほぼレンズ形の断面を有することを特徴とする、請求項6に記載の空気入りラジアルプライタイヤ(200)。
- 前記フープ構造物(250)が、薄いウェスト状の部分(572c)でつながった2つの突出部(572a、572b)から成る断面形状を有することを特徴とする、請求項6に記載の空気入りラジアルプライタイヤ(200)。
- 前記フープ構造物(250)が前記タイヤ(200)の赤道面に対して非対称に配置されていることを特徴とする、請求項2に記載の空気入りラジアルプライタイヤ(200)。
- 前記フープ構造物(675)は、前記赤道面(EP)の片側の厚い部分(677a)と前記赤道面(EP)の反対側のより薄い部分(677b)から成る断面形状を備えたフープ(677)を有することを特徴とする、請求項9に記載の空気入りラジアルプライタイヤ(200)。
- 前記フープ(252)が、エラストマーマトリックス(886)内の超高分子量ポリエチレンの帯状物の薄層(882a〜882e)を巻き付けて構成されたことを特徴とする、請求項2に記載の空気入りラジアルプライタイヤ(200)。
- 前記補強繊維が緩められた状態で配置されていて、前記熱可塑性プラスチックのフープ(252)の小さな変形では体積弾性率に与える影響は小さいが、前記フープのより大きな変形では繊維がピンと引っ張られて体積弾性率が増加するようにされていることを特徴とする、請求項3に記載の空気入りラジアルプライタイヤ(200)。
- 前記タイヤ(200)が、前記サイドウォール(210、212)に配置されるサイドウォールインサート(224a、224b)を含むカーカス構造物(214)を備えたランフラットタイヤである、請求項1に記載の空気入りラジアルプライタイヤ(200)。
- トレッド(902)、2つのサイドウォール(218a、218b)と、2つの非延伸性の環状ビード(216a,216b)と、少なくとも1つのラジアルプライ(218)と、1つまたは複数のサイドウォール補強インサート(224a,224b)とを備えるカーカス構造物(914)を有する、空気入りラジアルプライランフラットタイヤ(200)において、
フープ構造物(980)が、トレッド(902)より半径方向内側でカーカス構造物(914)より半径方向外側に配置される複数の補強フープ(982a、982b、982c、982d、982e)を含み、前記補強フープ(982a、982b、982c、982d、982e)のそれぞれが、連続する固体材から成っていることを特徴とする、空気入りラジアルプライランフラットタイヤ(200)。 - 前記フープ構造物(980)が、熱可塑性プラスチック、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)、およびエポキシ樹脂複合材からなる補強繊維入り材料で構成されていることを特徴とする、請求項14に記載の空気入りラジアルプライランフラットタイヤ(200)。
- 前記補強フープ(982a、982b、982c、982d、982e)が前記タイヤ(200)の赤道面に対して対称に配置されていることを特徴とする、請求項14に記載の空気入りラジアルプライランフラットタイヤ(200)。
- 複数の補強フープ(982a、982b、982c、982d、982e)が、前記フープ構造物(980)を前記ベルト構造物(908)と前記カーカス構造物(914)とに結合させるエラストマー材を前記複数の補強フープの間に有していることを特徴とする、請求項14に記載の空気入りラジアルプライランフラットタイヤ(200)。
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