JP5446301B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、タイヤを構成する各所の歪みや温度の変化を検出することのできる空気入りタイヤに関するものである。

空気入りタイヤは、リムに組み付けられ、内部に空気を充填した状態で車両に装着される。そして、車両の走行時、車両の運動に応じて転動し歪みを生じる。そして、このような車両に装着した状態での歪みを得ることが空気入りタイヤの性能を知るうえで望まれている。

従来、タイヤの固体部分に生じている歪みを検出するタイヤ歪み検出用センサシステムが知られている。かかるタイヤ歪み検出用センサシステムは、歪みに応じて反射波長が変化するファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ：Fiber Bragg Grating）が形成された光ファイバを用い、この光ファイバをタイヤの内層に埋め込んだものである（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１５８２２号公報

上記特許文献１のタイヤ歪み検出用センサシステムでは、光ファイバのＦＢＧの部分の光軸を、タイヤ径方向、タイヤ周方向、タイヤ軸方向に向けて配置すると示されている。さらに、特許文献１では、光ファイバを、タイヤ周方向に巻き回して配置する、タイヤ幅方向に一側から多側まで延ばしタイヤ周方向に所定ピッチずらせてからまたタイヤ幅方向に延ばしてジグザグに配置する、タイヤ幅方向に斜めに延ばしジグザグに配置すると示されている。

しかしながら、空気入りタイヤは、トレッド部、ショルダー部、サイドウォール部やビード部などをなすゴム材、およびカーカス層、ベルト層、ベルトカバー層、ビードコアや各補強層などをなすコードにより構成されている。そして、特許文献１のタイヤ歪み検出用センサシステムでは、これら各所の歪みを検出するような光ファイバの配置については示されていない。よって、特許文献１に示すセンサシステムにおいては、空気入りタイヤを構成する各所の歪みを状況や目的に合わせて検出することは困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、空気入りタイヤを構成する各所の歪みを状況や目的に合わせて検出することのできる空気入りタイヤを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の空気入りタイヤは、伸縮により光の反射波長が変化する回折格子部が形成された光ファイバを内部に埋設した空気入りタイヤにおいて、複数のコードを有する構造体について、前記コードの少なくとも１つを、複数のコードが撚られた撚りコードにおける当該コードに囲まれた中に前記光ファイバを設けてなる撚りコードに置換したことを特徴とする。

この空気入りタイヤによれば、撚りコードの少なくとも１つを光ファイバに置換したことで、コードが光ファイバのコアを保護する。このため、コードとコアとの間に介在する弾性体を極力少なくすることが可能になる。コードとコアとの間に介在する弾性体が多いと、撚りコード全体に生じた歪みが弾性体を介して回折格子部に伝わる際に、回折格子部への歪みの伝達に時間遅れを生じて検出精度が低下するおそれがある。この点、弾性体が少ないと、撚りコード全体に生じた歪みが回折格子部に直接的に伝わり易くなり、回折格子部への歪みの伝達に時間遅れを生じない。この結果、検出精度を向上できる。

この空気入りタイヤによれば、構造体に生じる歪みや温度の変化を状況や目的に合わせて検出できる。しかも、構造体のコードの少なくとも１つが光ファイバに置換されているので、構造体への力学的な妨げを最小限に止めることが可能である。

本発明にかかる空気入りタイヤは、空気入りタイヤを構成する各所の歪みを状況や目的に合わせて検出できる。

図１は、本発明の実施の形態にかかる空気入りタイヤの子午断面図である。 図２は、本発明の実施の形態にかかる空気入りタイヤの平面図である。 図３は、本発明の実施の形態にかかる空気入りタイヤに埋設される光ファイバの概略図である。 図４は、本発明の実施の形態にかかる空気入りタイヤの光ファイバの配置を示す概略図である。 図５は、本発明の実施の形態にかかる空気入りタイヤの光ファイバの配置を示す概略図である。 図６は、本発明の実施の形態にかかる空気入りタイヤの光ファイバの配置を示す概略図である。

以下に、本発明にかかる空気入りタイヤの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施の形態の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的同一のものが含まれる。また、この実施の形態に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。

以下の説明において、タイヤ径方向とは、前記回転軸と直交する方向をいい、タイヤ径方向内側とはタイヤ径方向において回転軸に向かう側、タイヤ径方向外側とは、タイヤ径方向において回転軸から離れる側をいう。また、タイヤ幅方向とは、空気入りタイヤ１の回転軸（図示せず）と平行な方向をいい、タイヤ幅方向内側とはタイヤ幅方向においてタイヤ赤道面（タイヤ赤道線）Ｃに向かう側、タイヤ幅方向外側とは、タイヤ幅方向においてタイヤ赤道面Ｃから離れる側をいう。また、タイヤ周方向とは、前記回転軸を中心軸とする周方向である。

また、以下に説明する空気入りタイヤ１は、タイヤ赤道面Ｃを中心としてほぼ対称になるように構成されている。タイヤ赤道面Ｃとは、空気入りタイヤ１の回転軸に直交すると共に、空気入りタイヤ１のタイヤ幅の中心を通る平面である。タイヤ幅は、タイヤ幅方向の外側に位置する部分同士のタイヤ幅方向における幅、つまり、タイヤ幅方向においてタイヤ赤道面Ｃから最も離れている部分間の距離である。なお、タイヤ赤道線とは、タイヤ赤道面Ｃ上にあって空気入りタイヤの周方向に沿う線をいう。本実施の形態では、タイヤ赤道線にタイヤ赤道面と同じ符号「Ｃ」を付す。そして、以下に説明する空気入りタイヤ１は、タイヤ赤道面Ｃを中心としてほぼ対称になるように構成されていることから、空気入りタイヤ１の回転軸を通る平面で該空気入りタイヤ１を切った場合の子午断面図（図１）においては、タイヤ赤道面Ｃを中心とした一側（図１において右側）のみを図示して当該一側のみを説明し、他側（図１において左側）の説明は省略する。

本実施の形態の空気入りタイヤ１は、図１に示すように、トレッド部２を有している。トレッド部２は、ゴム材からなり、空気入りタイヤ１のタイヤ径方向の最も外側で露出し、その表面が空気入りタイヤ１の輪郭となる。このトレッド部２の表面は、空気入りタイヤ１を装着する車両（図示省略）が走行した際に路面と接触する面であるトレッド面２１として形成されている。

トレッド面２１には、タイヤ周方向に沿って延び、タイヤ赤道線Ｃと平行なストレート溝である複数の主溝２２が設けられている。本実施の形態における主溝２２は、トレッド面２１に４本設けられている。そして、トレッド面２１には、これら複数の主溝２２により、タイヤ周方向に沿って延び、タイヤ赤道線Ｃと平行なリブ状の陸部２３が複数形成されている。

なお、トレッド面２１においては、図２に示すように、主溝２２に連通するラグ溝２４により陸部２３がブロック状に形成されている。また、１つの主溝２２に連通しつつタイヤ幅方向に対して傾斜する突起溝２５が設けられていてもよい。

また、トレッド部２のタイヤ幅方向両側には、図１に示すように、ショルダー部３、各ショルダー部３から順次連続するサイドウォール部４およびビード部５が設けられている。また、この空気入りタイヤ１は、その内部に、カーカス層６、ベルト層７およびベルト補強層８を含み構成されている。

ショルダー部３は、トレッド部２のタイヤ幅方向両外側の部位である。また、サイドウォール部４は、空気入りタイヤ１におけるタイヤ幅方向の最も外側に露出したものである。また、ビード部５は、ビードコア５１とビードフィラー５２とを有する。ビードコア５１は、スチールワイヤであるビードコード５１ａ（図４参照）をリング状に巻くことにより形成されている。ビードフィラー５２は、カーカス層６の端部がビードコア５１の位置でタイヤ幅方向外側に折り返されることにより形成された空間に配置されている。

カーカス層６は、一対のビード部５の位置で各タイヤ幅方向端部が折り返され、かつタイヤ周方向にトロイド状に掛け回されてタイヤの骨格を構成するものである。このカーカス層６は、有機繊維（ナイロンやポリエステルやレーヨンなど）や２以上の有機繊維の複合体やスチールなどのカーカスコード（図示せず）が、ゴム材で被覆されたものである。カーカスコードは、空気入りタイヤ１のタイヤ赤道線Ｃに直交してタイヤ子午線方向（タイヤ幅方向）に沿いつつタイヤ周方向に複数並設されている。なお、カーカスコードは、タイヤ赤道線Ｃ（タイヤ周方向）に対する角度が実質的に９０［度］であって、タイヤ赤道線Ｃに対する９０度を基準に−５［度］から＋５[度]の範囲の角度を含む。また、カーカス層６は、図１で示すように１層で構成されているが、タイヤ剛性を向上するために多層構造としてもよい。

ベルト層７は、少なくとも２つのベルト７１，７２を積層した多層構造をなし、カーカス層６の外周であるタイヤ径方向外側に配置され、トレッド部２においてカーカス層６をタイヤ周方向に覆うものである。ベルト７１，７２は、有機繊維（ナイロンやポリエステルやレーヨンなど）や２以上の有機繊維の複合体やスチールなどのベルトコード（図示せず）がゴム材で被覆されたもので、該ベルトコードがタイヤ周方向、つまりタイヤ赤道線Ｃに対して、所定の角度をつけてバイアス方向に沿って配置されている。また、ベルト７１，７２は、タイヤ赤道線Ｃに対して、相互にコードを反対方向に傾けて配置されている。また、ベルト層７は、図１で示すように２層で構成されているが、タイヤ剛性を向上するために３層以上の構造としてもよい。

ベルト補強層８は、ベルト層７の外周であるタイヤ径方向外側に配置されてベルト層７をタイヤ周方向に覆うものである。ベルト補強層８は、有機繊維（ナイロンやポリエステルやレーヨンなど）や２以上の有機繊維の複合体やスチールなどの補強コード（図示せず）がゴム材で被覆されたもので、該コードがタイヤ周方向、つまりタイヤ赤道線Ｃに対して実質的に０度（タイヤ周方向に対する角度が±５［度］以下）の角度となるようにタイヤ周方向に沿って配置されている。このベルト補強層８は、１層で構成されていてもよいが、ベルト層７の端部をさらに補強するために、多層構造としてもよい。本実施の形態でのベルト補強層８は、図１で示すようにタイヤ幅方向両端側において２層のベルト補強層８１，８２で構成されている。

このような構成の本実施の形態の空気入りタイヤ１において、その内部には、図３に示す光ファイバ９が埋設されている。この光ファイバ９には、コア９１に規則的な縞である回折格子が設けられた回折格子部としてのファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ：Fiber Bragg Grating）９２が形成されている。ファイバブラッググレーティング９２は、光ファイバ９のコア９１中を一端側から入力され他端側に透過される光の様々な波長の中で、回折格子の周期（屈折率）に合う特定の波長だけが一端側に反射される。このファイバブラッググレーティング９２の回折格子の周期は、歪みや温度によって伸縮し、この伸縮に伴い光の反射波長も変化する。このため、ファイバブラッググレーティング９２が形成された光ファイバ９は、光の反射波長の変化を測定することで歪みや温度の変化を検出するセンサとして用いることができる。また、１本の光ファイバ９の長さ方向に、回折格子の周期（屈折率）が異なるファイバブラッググレーティング９２を複数形成することで、光ファイバ９の１本の長さ方向にて複数箇所の歪みや温度の変化を検出することが可能である。なお、空気入りタイヤ１に埋設された光ファイバ９への入力光の出力や、反射光の測定は、空気入りタイヤ１に組み付けるリム（図示せず）を介して行うことができる。

以下、上記光ファイバ９の空気入りタイヤ１への配置について説明する。本実施の形態の空気入りタイヤ１では、複数のコードを有する構造体について、そのコードの少なくとも１つが光ファイバ９に置換されている。

複数のコードを有する構造体としては、ビードコア５１、カーカス層６、ベルト層７およびベルト補強層８がある。すなわち、ビードコア５１においては、ビードコード５１ａの少なくとも１つが光ファイバ９に置換されている。また、カーカス層６においては、カーカスコードの少なくとも１つが光ファイバ９に置換されている。また、ベルト層７においては、ベルトコードの少なくとも１つが光ファイバ９に置換されている。また、ベルト補強層８においては、補強コードの少なくとも１つが光ファイバ９に置換されている。

ビードコア５１においては、ビードコード５１ａにおけるタイヤ周方向に生じる歪みや温度の変化を検出できる。また、カーカス層６においては、カーカスコードの延在方向（タイヤ幅方向）に生じる歪みや温度の変化を状況や目的に合わせて検出できる。また、ベルト層７においては、ベルトコードの延在方向（バイアス方向）に生じる歪みや温度の変化を検出できる。また、ベルト補強層８においては、補強コードの延在方向（タイヤ周方向）に生じる歪みや温度の変化を検出できる。

かかる空気入りタイヤ１によれば、コードを有する構造体に生じる歪みや温度の変化を状況や目的に合わせて検出することが可能になる。しかも、構造体のコードの少なくとも１つが光ファイバ９に置換されているので、構造体への力学的な妨げを最小限に止めることが可能である。

また、構造体のコードの少なくとも１つが光ファイバ９に置換される空気入りタイヤ１においては、複数束ねたコードの少なくとも１つが光ファイバ９に置換されていることが好ましい。例えば、図４に示すように、ビード部５において、ビードコア５１のビードコード５１ａは、複数束ねられ、かつその周囲をシート状のラッピングゴム５１ｂで被覆された形態でリング状に巻かれている。そして、このビードコード５１ａの少なくとも１つが光ファイバ９に置換されている。

かかる空気入りタイヤ１によれば、光ファイバ９は、通常、コア９１の周囲が保護用の弾性体（ゴムなど）で覆われているが、ビードコード５１ａと共に光ファイバ９を束ねることで、ビードコード５１ａが光ファイバ９のコア９１を保護する。このため、ビードコード５１ａとコア９１との間に介在する弾性体を極力少なくすることが可能になる。ビードコード５１ａと共に光ファイバ９を束ねた場合、ビードコード５１ａ全体に歪みが生じ、この歪みが光ファイバ９のファイバブラッググレーティング９２に伝わる。ここで、ビードコード５１ａとコア９１との間に介在する弾性体が多いと、ビードコード５１ａ全体に生じた歪みが弾性体を介してファイバブラッググレーティング９２に伝わる際に、ファイバブラッググレーティング９２への歪みの伝達に時間遅れを生じて検出精度が低下するおそれがある。この点、弾性体が少ない方が、ビードコード５１ａ全体に生じた歪みがファイバブラッググレーティング９２に直接的に伝わり易くなり、ファイバブラッググレーティング９２への歪みの伝達に時間遅れを生じない。この結果、検出精度を向上することが可能になる。

また、構造体のコードの少なくとも１つが光ファイバ９に置換される空気入りタイヤ１においては、コードは、複数のコードが撚られた撚りコードからなり、この撚りコードの少なくとも１つが光ファイバ９に置換されていることが好ましい。例えば、図５に示すように、複数のコード１０ａが撚られた撚りコード１０について、コード１０ａに囲まれた中心のコードが光ファイバ９に置換されている。

かかる空気入りタイヤ１によれば、周囲の各コード１０ａが光ファイバ９のコア９１を保護するので、コード１０ａとコア９１との間に介在する弾性体を極力少なくすることが可能になる。このため、撚りコード１０全体に生じた歪みが光ファイバ９のファイバブラッググレーティング９２に直接的に伝わり易くなり、ファイバブラッググレーティング９２への歪みの伝達に時間遅れを生じない。この結果、検出精度を向上することが可能になる。

また、本実施の形態の空気入りタイヤ１では、図２に示すように、トレッド部２をなすトレッドゴム２０の内部に、タイヤ周方向またはタイヤ幅方向もしくはバイアス方向に沿って光ファイバ９が配置されている。

かかる空気入りタイヤ１によれば、トレッドゴム２０のタイヤ周方向またはタイヤ幅方向もしくはバイアス方向への歪みや温度の変化を検出することが可能になる。

特に、図１に示すように、トレッドゴム２０が、ベルト補強層８覆うトレッドゴム層２０ａと、トレッド面２１をなすトレッドゴム層２０ｂとを異なる種類でタイヤ径方向に積層された２層構造である場合、各トレッドゴム層２０ａ，２０ｂの歪みや温度の変化を検出することが可能になる。

トレッドゴム２０がレッドゴム層２０ａとトレッドゴム層２０ｂとの２層構造である場合、図には明示しないが、以下のように光ファイバ９を配置することが考えられる。例えば、１本の光ファイバ９を、タイヤ周方向、タイヤ幅方向、またはバイアス方向に延在させつつ、各トレッドゴム層２０ａ，２０ｂにファイバブラッググレーティング９２が位置するように、タイヤ径方向に蛇行させて配置する。また、例えば、複数の光ファイバ９を、タイヤ周方向に延在させつつ、各トレッドゴム層２０ａ，２０ｂにタイヤ幅方向で交互に配置する。また、例えば、複数の光ファイバ９を、タイヤ幅方向に延在させつつ、各トレッドゴム層２０ａ，２０ｂにタイヤ周方向で交互に配置する。また、例えば、複数の光ファイバ９を、バイアス方向に延在させつつ、各トレッドゴム層２０ａ，２０ｂにタイヤ周方向もしくはタイヤ幅方向で交互に配置する。このように光ファイバ９を配置することで、各トレッドゴム層２０ａ，２０ｂの歪みや温度の変化を分離して検出することや、トレッド部２のタイヤ径方向での歪みや温度の変化を検出することが可能になる。

また、トレッドゴム２０の内部に、タイヤ周方向またはタイヤ幅方向もしくはバイアス方向に沿って光ファイバ９が配置される空気入りタイヤ１では、トレッド部２に設けられた溝直下にファイバブラッググレーティング９２が位置するように、トレッドゴム２０の内部に光ファイバ９が配置されていることが好ましい。例えば、図１では、主溝２２の直下で、主溝２２の延在方向に沿って光ファイバ９が配置されている。また、図には明示しないが、主溝２２の他、ラグ溝２４や突起溝２５の直下で、ラグ溝２４や突起溝２５の延在方向に沿って光ファイバ９が配置されていてもよい。

溝直下のトレッドゴム２０は、トレッド部２のうちでも歪みが大きくなることが多い。このため、溝直下で該溝の延在方向に沿って光ファイバ９を配置することがトレッドゴム２０の歪みや温度の変化を検出するうえで有用である。

なお、溝直下にファイバブラッググレーティング９２が位置するように光ファイバ９を配置する場合、溝の周囲にもファイバブラッググレーティング９２が位置するように、溝の延在方向に沿いつつ蛇行させて光ファイバ９を配置させることが好ましい。この結果、溝周辺の歪みや温度の変化を検出することが可能になる。

また、トレッドゴム２０の内部に、タイヤ周方向またはタイヤ幅方向もしくはバイアス方向に沿って光ファイバ９が配置される空気入りタイヤ１では、図６に示すように、トレッド面２１に主溝２２により陸部２３が形成され、主溝２２および陸部２３がなす凹凸形状に沿って光ファイバ９が配置されていることが好ましい。また、主溝２２に限らず、ラグ溝２４または突起溝２５と、陸部２３とがなす凹凸形状に沿って光ファイバ９が配置されていてもよい。この場合、陸部２３の位置である凸部にファイバブラッググレーティング９２が位置する。

かかる空気入りタイヤによれば、空気入りタイヤ１を装着した車両の駆動時や制動時に、陸部２３の歪みや温度の変化を検出することが可能になる。

また、本実施の形態の空気入りタイヤ１では、図１に示すように、ショルダー部３をなすゴムの内部に、タイヤ周方向またはタイヤ径方向もしくはバイアス方向に沿って光ファイバ９が配置されている。

かかる空気入りタイヤ１によれば、ショルダー部３をなすゴムのタイヤ周方向またはタイヤ径方向もしくはバイアス方向への歪みや温度の変化を検出することが可能になる。

また、本実施の形態の空気入りタイヤ１では、図１に示すように、サイドウォール部４をなすゴムの内部に、タイヤ周方向またはタイヤ径方向もしくはバイアス方向に沿って光ファイバ９が配置されている。

かかる空気入りタイヤ１によれば、サイドウォール部４をなすゴムのタイヤ周方向またはタイヤ径方向もしくはバイアス方向への歪みや温度の変化を検出することが可能になる。

また、本実施の形態の空気入りタイヤ１では、図１に示すように、ビード部５をなすゴム（ビードフィラーゴム）の内部に、タイヤ周方向に沿って光ファイバ９が配置されている。

かかる空気入りタイヤ１によれば、ビード部５をなすゴムのタイヤ周方向への歪みや温度の変化を検出することが可能になる。

以上のように、本発明にかかる空気入りタイヤは、空気入りタイヤを構成する各所の歪みを状況や目的に合わせて検出することに適している。

１ 空気入りタイヤ
２ トレッド部
２０ トレッドゴム
２０ａ，２０ｂ トレッドゴム層
２１ トレッド面
２２ 主溝
２３ 陸部
２４ ラグ溝
２５ 突起溝
３ ショルダー部
４ サイドウォール部
５ ビード部
５１ ビードコア
５１ａ ビードコード
５１ｂ ラッピングゴム
５２ ビードフィラー
６ カーカス層
７（７１，７２） ベルト層
８（８１，８２） ベルト補強層
９ 光ファイバ
９１ コア
９２ ファイバブラッググレーティング（回折格子部）
１０ 撚りコード
１０ａ コード
Ｃ タイヤ赤道面（タイヤ赤道線）

Claims (1)

1. 伸縮により光の反射波長が変化する回折格子部が形成された光ファイバを内部に埋設した空気入りタイヤにおいて、
   複数のコードを有する構造体について、前記コードの少なくとも１つを、複数のコードが撚られた撚りコードにおける当該コードに囲まれた中に前記光ファイバを設けてなる撚りコードに置換したことを特徴とする空気入りタイヤ。

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