JP6542100B2 - 三次元部品を備える空気入りタイヤ - Google Patents

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Description

本発明は、空気入りタイヤに関し、特に、三次元スペーサー部品を備える乗用車用ラジアルタイヤあるいは高性能タイヤに関する。
空気入りタイヤは、典型的には、軸方向に離れて配置された伸張不可能な1対のビードを含んでいる。円周方向に配置されたビードエイペックスフィラー(bead apex filler)は、それぞれのビードから半径方向外側に向けて拡がっている。少なくとも1つのカーカスプライが2つのビードの間に伸びている。カーカスプライは、相互に向かい合う軸方向の端部を有し、それらの端部の各々は、それぞれのビードの周りで上方に折り返され、ビードに固定されている。トレッドラバー及びサイドウォールラバーが、それぞれ、カーカスプライの軸方向外側及び半径方向外側に位置している。
ビード領域は、円筒状のたわみのために、タイヤにおいて、タイヤの回転抵抗に対して相当量の寄与をする部分である。円筒状のたわみは、熱の蓄積ももたらす。ランフラットタイヤや高性能タイヤのように過酷な運用という条件下では、ビード領域でのたわみと発熱は、特に厄介な問題点となり得るものであり、弾性率のような特性においてそれぞれが全く異なっている相互に隣接した部品の分離をもたらす。特に、プライの折り返し端は、タイヤの隣接する構造部品からの分離を起こしやすいだろう。
従来のプライは、タイヤの本体部分を作っている隣接するラバー(ゴム)コンパウンドよりもはるかに大きな剛性(すなわち弾性率)を有する、ナイロン、ポリエステル、レーヨン及び/または金属のような材料によって、補強されされてもよい。相互に隣接するタイヤ部品の弾性率における相違は、使用中にタイヤが応力を受けたり変形させられたときに、分離をもたらし得る。
種々の構造設計アプローチが、タイヤのビード領域でのタイヤ部品の分離を制御するために使用されてきた。例えば1つの方法は、ビードとビードフィラーを囲む“フリッパー(flipper)”を設けることである。フリッパーは、伸張不可能なビードに対してプライが直接接触することを回避するスペーサーとして働き、ビードの下方においてプライが上に向かって曲がる位置で、プライとそれぞれのビードとの間でいくばくかの程度で相対的な動きを可能にする。スペーサーとしてのこの役割において、フリッパーは、プライ上とタイヤでの隣接するラバー部品(例えば、ビード領域においてフィラーエイペックス、サイドウォールラバー、及び、プライ自身のエラストマー部分)上とでの歪みの不均衡さを低減することができる。
フリッパーは、それぞれの繊維、糸またはコードが概して丸い断面を有する布地である四角い織布からなっていてもよい。フリッパーがタイヤとともに硬化したとき、繊維/コードの剛性は、布製フリッパーの面内の任意の方向で実質的に同じになる。
プライが分離する傾向を低減するための手段としてのフリッパーの使用に加え、あるいはフリッパーの代替物として、これまで用いられてきている他の方法は、“チッパー(chipper)”を配置することを含んでいる。チッパーは、ビードが車輪リム上に嵌合する位置のタイヤ部分においてビード領域内に配置された、円周方向に展開した金属または織物の層である。より具体的には、チッパーは、車輪リムの内側(すなわちビードに向かう側)とビードの周りでプライが上方に向かって曲げられている部分の外側(すなわち、カーカス断面で見たビードに対して相対的に半径方向外側)とにまたがって横たわっている。チッパーは、隣接ラバー材料を強固にし、隣接ラバー材料のたわみへの抵抗力を向上させる。隣接ラバー材料自体は、通常、折れ返されたプライ端部に隣接している。
米国特許第7,992,611号明細書
本発明に基づく空気入りタイヤは、回転軸と、少なくとも1つの補強プライと剪断歪を吸収するバッファをもたらす補強構造とを有するカーカスと、カーカスの半径方向外側に配置されたトレッドと、カーカスとトレッドとの半径方向の間に配置されたベルト構造と、を有する。補強構造は、織物のフレーム構造とフレーム構造によって画定された複数の開放セルとを含んでいる三次元織物の少なくとも1つの層を有する。
空気入りタイヤの別の態様に基づけば、補強構造はフリッパーである。
空気入りタイヤのさらに別の態様に基づけば、フリッパーは、カーカスのビードから補強プライを分離する。
空気入りタイヤのまたさらに別の態様に基づけば、フリッパーはビードと補強プライの間の歪軽減層として作用する。
空気入りタイヤのさらに別の態様に基づけば、織物は940/1デシテックス(dtex)のポリアラミドからなる縦糸と1220/1デシテックスのレーヨンからなる横糸とを有する。
空気入りタイヤのまたさらに別の態様に基づけば、縦糸は14EPI(EPIは25.4mm当たりの本数を示す単位)の密度を有し、横糸は12EPIの密度を有する。
空気入りタイヤのさらに別の態様に基づけば、織物は、14EPIの密度を有する縦糸と12EPIの密度を有する横糸とを有する。
空気入りタイヤのまたさらに別の態様に基づけば、空気入りタイヤは乗用車用ラジアルランフラットタイヤである。
空気入りタイヤのさらに別の態様に基づけば、空気入りタイヤは高性能タイヤである。
空気入りタイヤのまたさらに別の態様に基づけば、織物は、縫い目の粗い織テープ(open weave tape)を有する。
空気入りタイヤのさらに別の態様に基づけば、縫い目の粗い織テープの外側の縁部は、縫い目の粗い織テープの半径方向の長さにわたって連続する1対の縦糸を有する。
空気入りタイヤのまたさらに別の態様に基づけば、縫い目の粗い織テープは、縫い目の粗い織テープの上に配置された接着促進層をさらに有する。
空気入りタイヤのさらに別の態様に基づけば、補強構造は、縫い目の粗い織テープの2以上の層を有するフリッパーである。
空気入りタイヤのまたさらに別の態様に基づけば、フリッパーは、異なる繊維素材の少なくとも2つの繊維の縦糸を含む。
[定義]
「エイペックス(頂部)」または「ビードフィラーエイペックス」は、ビードコアの半径方向上方であって、プライと折り返されたプライとの間に位置している弾性フィラーを意味する。
「軸方向の」及び「軸方向に」は、タイヤの回転軸に平行な線または方向を意味する。
「ビード」または「ビードコア」は、一般に、タイヤの部分であって、半径方向内側ビードの環状の引張り部材を有する部分を意味する。半径方向内側ビードはタイヤのリムへの保持に関連する。ビードは、プライコードで覆われ形成され、フリッパー、チッパー、エイペックスまたはフィラー、トウガード、チェーファーのような他の補強部材を有することもあれば、有しないこともある。
「カーカス」は、プライの上のベルト構造、トレッド、アンダートレッドを除くが、ビードを含むタイヤ構造を意味する。
「ケーシング(外皮)」は、トレッド及びアンダートレッドを除いた、カーカス、ビード、サイドウォール及びタイヤの他の全ての部品、すなわちタイヤ全体を意味する。
「チッパー」は、ビード領域内に位置した織物またはスチールのコードからなる細い帯を指し、その機能は、ビード領域を補強してサイドウォールの半径方向最内側部分を安定化することである。
「周方向の」は、ほとんどの場合、軸方向に垂直な環状のトレッドの表面の周縁に沿って延びる輪状線または方向を意味する。また、断面図で見たときに、その半径がトレッドの軸方向の曲率を定める、複数の組の互いに隣接する円曲線の方向を指すこともある。
「コード」は、プライ及びベルトを補強するのに用いられる、繊維を含む補強ストランドの1つを意味する。
「赤道面」はタイヤの回転軸に垂直であってタイヤのトレッドの中心を通る面を意味する。すなわち、トレッドの周方向中心線を含む面を意味する。
「フリッパー」は、強度のためにビードワイヤの周りにあって、タイヤ本体内でビードワイヤを結合する補強織物を指す。
「ゲージ」は、一般に寸法をさし、特に厚さを指す。
「内側ライナー」は、チューブレスタイヤの内側表面を構成し、膨張流体をタイヤ内に収容する、エラストマーまたは他の材料の1つまたは複数の層を意味する。
「横方向」は、軸方向に平行な方向を意味する。
「定格荷重」は、タイヤの使用条件に関し適切な標準化機構によって定められた特定の設計タイヤ空気圧及び荷重を意味する。
「プライ」は、半径方向に展開しているかそうでなければ相互に平行な、ラバーで被覆された複数のコードからなるコード補強層を意味する。
「半径方向の」及び「半径方向に」は、半径方向にタイヤの回転軸に向かい、または半径方向に回転軸から離れる向きを意味する。
「ラジアルプライ構造」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°から90°の間の角度に向けられた補強コードを有する、1つまたは2つ以上のカーカスプライを意味する。
「ラジアルプライタイヤ」は、少なくとも1つのプライが、ビードからビードへ延びてタイヤの赤道面に対して65°から90°の間のコード角度に配置されたコードを有する、ベルト付きのまたは周方向に制限された空気入りタイヤを意味する。
「断面高さ」は、タイヤの赤道面における、定格リム直径からタイヤの外直径までの半径方向の距離を意味する。
「断面幅」は、表示付け、装飾あるいは保護帯によるサイドウォールの隆起を除き、タイヤを定格圧力でただし無荷重で24時間にわたって膨張させたときの及びその後の、タイヤの両方のサイドウォール外側の間の最大直線距離を意味する。
「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。
「トウガード」は、タイヤの部分であって、各ビードの軸方向内側において円周方向に展開された、エラストマーからなりリムに接触する部分を指す。
「トレッド幅」は、タイヤの回転軸を含む面でのトレッド表面の弧長を意味する。
「折り返し端(turnup end)」は、プライが巻き付けられているビードから上方(すなわち半径方向外側)に折れ曲がっているカーカスプライの部分を意味する。
本発明の構造、動作及び利点は、添付の図面を併用して以下の説明を熟考することにより、より明らかになるであろう。
本発明とともに使用されるためのタイヤの一例を示す概略断面図である。 図1に示した例示のタイヤでのビード領域の拡大概略図である。 本発明とともに使用されるための別のビード領域の拡大概略図である。 本発明に基づく三次元織物の一例を示す拡大概略図である。 本発明に基づく三次元織物の別の例を示す拡大概略図である。 本発明に基づく三次元織物のさらに別の例を示す拡大概略図である。 本発明に基づく三次元織物のまた別の例を示す拡大概略図である。 本発明に基づく三次元織物のさらに別の例を示す拡大概略図である。 本発明に基づく三次元織物のまた別の例を示す拡大概略図である。 本発明に基づく三次元織物のさらに別の例を示す拡大概略図である。
図1は、本発明に基づく補強部品とともに使用するための例示のタイヤ10を示している。例示のタイヤ10は、ここにその全体が引用により組み込まれる米国特許第7,992,611号明細書において既に説明されている。例示のタイヤ10は、トレッド12と、内側ライナー23と、ベルト18,20を有するベルト構造16と、単一カーカスプライを有するカーカス22と、2つのサイドウォール15,17と、ビードフィラーエイペックス26a,26b及びビード28a,28bを有する2つのビード領域24a,24bと、を有している。例示のタイヤ10は、例えば、旅客用乗り物のリム上に装着されるのに適している。カーカスプライ14は、1対の軸方向に対向した端部30a,30bを含み、端部30a,30bの各々は、ビード28a,28bの対応する1つに固定されている。カーカスプライ14の軸方向の各端部30a,30bは、図2に詳細が示されるように、軸方向の各端部30a,30bをしっかり固定するのに十分な位置まで、折り返されそれぞれのビード28a,28bをまわっている。
カーカスプライ14は、ポリエステル、レーヨンまたは類似の適切な有機ポリマー化合物のような材料から作られた実質的に平行な複数のカーカス補強部材を有するゴム引きされたプライであってもよい。カーカスプライ14は、2つのフリッパー32a,32bの軸方向外側の表面に係合する。
図3は、断面図により、本発明に基づく補強部品とともに使用するための別の例示のタイヤのビード領域を示している。カーカスプライ50が、ビード52bの周りをまわっており、フリッパー54によってビードから分離している。フリッパー54は、ビード52bの周りであって、ビードの下方で折り返しているカーカスプライ50の部分の内側に配置された織物の層であってもよい。フリッパー54は、硬い金属ビード52bとそれよりも硬くないカーカスプライ50との中間となる(剪断弾性率のような)物理的特性を有していてもよい。したがってフリッパー54は、カーカスプライ50からビード52bを隔てる動的歪軽減層としての役目を果たす。カーカスプライ50は金属によって補強されてもよい。
図3の例示のタイヤはまた、ビード領域内に位置し、ビード領域を補強しサイドウォール57の軸方向最内側領域を安定化するためのチッパー56を有していてもよい。フリッパー54及びチッパー56について、それらを結合するパッチ58とともに、以下に個別に説明し、それから、それらの相互の動作上の関連に関して説明する。
フリッパー54は、ビード52bの周囲をまわって半径方向外側に、例示のタイヤのサイドウォール領域にわたって延びている。フリッパー54の軸方向内側部分は、ビードフィラーエイペックス59bの内部で終端している。フリッパー54の軸方向外側部分60bは、折り返し端62bを半径方向に越えて横たわっており、折り返し端62b自体は、(以下に個別に説明する)チッパー56の半径方向最外側に伸びた先をさらに半径方向に越えて位置している。カーカスプライ50の折り返し端62bの軸方向最外側部分62bは、車輪リム70の車輪リムフランジ72の頂点を越えて半径方向外側に約15〜30mm延びていてもよい。
図3に示されるように、フリッパー54は、ビード52bのまわりで展開していてもよい。ビード52b自体は、例示のタイヤ内で円周方向に配置されている。フリッパー54の軸方向内側部分55は、ビード52bから、車輪リム70の車輪リムフランジ72の頂上に対し軸方向でほぼ隣接する位置にまで、半径方向外側に延びていてもよい。軸方向外方向の側において、フリッパー54は、ビード52bから車輪リムフランジ72の上方にある端部60bまで、半径方向外側に延びていてもよい。フリッパー54の端部60bの半径方向最外側に伸びた先は、折り返し端62bの半径方向最外側にも伸びた先を越えて、約7mmから約15mmの間で延びていてもよい。フリッパー54は、相対的に硬いビード52bと相対的により硬くないカーカスプライ50との間での歪みの差を動的に(すなわち、タイヤのたわみの間に)吸収するので、「能動的(アクティブ)」と名付けられる。
チッパー56は、ビード52bの周りをまわるカーカスプライ50の部分に隣接して配置されてもよい。より具体的には、チッパー56は、フリッパー54から見てカーカスプライ50の部分の反対側に配置されてもよい。チッパー56の軸方向に最内側方向部分は、車輪リム70上にタイヤが装着されるときに車輪リムの円筒形状部分74に最も近くにあるであろうビード領域の部分にある。チッパー56の軸方向及び半径方向の最外側方向部分は、車輪リム70上にタイヤが装着されるときに車輪リム70の円形部分の軸方向内側に位置するであろうビード領域の部分にある。このビード領域の部分は、車輪リムの円形部分から、トウガード64のようなタイヤラバーによって隔てられている。
言い換えれば、図3から分かるように、チッパー56は、カーカスプライ50がビード52bの下で折り返しているところで、カーカスプライ50の半径方向の最内側方向部分の周りで、円周方向に配置されている。チッパー56は、カーカスプライ50の折り返し端62bに対して多かれ少なかれ平行であって、半径方向外側方向に延びていてもよい。
チッパー56は、ビード52bの周りをまわっているカーカスプライ50の部分を、車輪リム70からチッパーを隔てるラバー中に生ずる歪みから保護する。チッパー56は、ビード領域を補強し、サイドウォール57の半径方向最内側部分を補強する。言い換えれば、チッパー56は、チッパーが硬いビード52bに最も密接に隣接している場所で、カーカスプライ50の折り返し部分62bに対してトウガード64を介して車輪リム70から内側方向に向けて生ずる応力誘起剪断歪の伝達を最小にするやり方で、変形を吸収することができる。
図3に示されるパッチ58は、チッパー56の半径方向最外側領域68とカーカスプライ50の折り返し端62bとの上にのしかかるような形態で、ビード52bの周りで円周方向に配置されている。パッチ58は、チッパー56やアクティブフリッパー54の機能と類似した機能を果たす。より具体的には、パッチ58は、そうしなければ柔軟性がより低いチッパー56及びカーカスプライ50の材料から柔軟なラバーの分離を引き起こすであろうラバー部分内の剪断応力を、吸収することができる。パッチ58は、例えば、ナイロン織物で作られていてもよい。パッチ58の半径方向最外側部分67は、フリッパー54の上端60bの少なくとも5mm上まで延びるような最小限のレベルまで、好ましくは10〜15mm上まで伸ばすことができる。パッチ58の半径方向最内側部分は、チッパー56に対し、約10mm重なっていてもよい。
フリッパー54とチッパー56とを組み込むことの正味の効果は、全く異なる剪断弾性率を有する隣接する材料に関し、フリッパーとチッパーとが存在しないとしたときにはこれら材料の分離を導くであろう剪断歪の差を軽減し吸収する歪みバッファーを提供することである。さらに、この補強された構成は、ゴムストリップによる標準の構造に使われる部品よりもより少ない数の部品を組み込むことによって、タイヤの耐久性を増加させることができる。
本発明に基づいて、ベルト18,20、エイペックス26a,26b、フリッパー32a,32b,54、チッパー56、パッチ58及びトウガード64のような上述した構造のいくつかを三次元織物によって構成することができる。そのような構造は、著しく軽量であるが、タイヤの性能要件に適合するかそれを上回る十分な強度と剛性を依然として有する。かくしてこのやり方は、著しい重量削減を達成できるともに、これらの構造のラバーを織物構造の空間またはセルに置き換えたことによりラバーへの依存をより小さくすることを達成できる。高性能繊維から三次元織物を織ったり編んだりすることができる。
これらの繊維類は、単一の成分として、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト(玄武岩)繊維、及び/または他の適切な高性能繊維から構成されていてもよく、あるいはこれらの材料の組み合わせからなる多成分繊維のものであってもよい。これらの繊維の軽量であること及び増強された機械的特性は、コスト、重量、転がり抵抗等々についての結果をもたらす多くの設計上の改良を可能にさせる。種々のタイヤ要件に合わせ、床(deck)層の厚さ、ロール幅、密度及び縦方向パイルの高さを調整することができる。2つの床層の間のセルは、軽量材料、ワイヤ、チューブ、発泡体、シーラント材、センサー等々で満たされることができる。
タイヤ以外の用途において三次元織物は、非常に軽量での優れた機械的性質を示してきた。このような構造は、重量を加えることなく、あるいはヒステリシスを増すことなく、空気入りタイヤの構造的安定性をさらに強めることができる。さらに加えてこのような構造は、ヒステリシスを減少させることができる。
織物によって補強された複合材構造の材料と材料の特性は、繊維材料及び/または様式(アーキテクチャ)を変更することにより、特定の荷重条件に対して特にカスタマイズされる。例えば、三次元織物による1つの5cm角の立方体400はたった6.5gの重さであるかもしれない(図4)。立方体400は、織物420の三次元構造によって画定された複数の開放セル410を有していてもよい。他の例示の構造は、5cm×5cm×0.7cmの大きさであって1.1gの重さであるかもしれない(図5)。同じ大きさの従来のチッパーコンパウンドは30gの重さであろう。構造500は、織物520の三次元構造によって画定された複数の開放セル510を有することができる。
図6は、空気入りタイヤにおいてベルト18,20、エイペックス26a,26b、フリッパー32a,32b,54、チッパー56、パッチ58及び/またはトウガード64として使用することができる4個の例示の六角形構造610,620,630,640を示している。構造610,620,630,640は、織物613,623,633,643の三次元構造によって画定された複数の開放セル611,621,631,641を有していてもよい。
図7は、空気入りタイヤにおいてベルト18,20、エイペックス26a,26b、フリッパー32a,32b,54、チッパー56、パッチ58及び/またはトウガード64として使用することができる4個の例示の三面構造710,720,730,740を示している。構造710,720,730,740は、織物713,723,733,743の三次元構造によって画定された複数の開放セル711,721,731,741を有していてもよい。
図8は、空気入りタイヤにおいてベルト18,20、エイペックス26a,26b、フリッパー32a,32b,54、チッパー56、パッチ58及び/またはトウガード64として使用することができる4個の例示の二面構造810,820,830,840を示している。構造810,820,830,840は、織物813,823,833,843の三次元構造によって画定された複数の開放セル811,821,831,841を有していてもよい。
図9は、空気入りタイヤにおいてベルト18,20、エイペックス26a,26b、フリッパー32a,32b,54、チッパー56、パッチ58及び/またはトウガード64として使用することができる3個の例示の湾曲構造910,920,930を示している。構造910,920,930は、織物913,923,933の三次元構造によって画定された複数の開放セル911,921,931を有していてもよい。
図10は、個々の繊維1001間の相互の関係を詳細に示す例示の構造1000の拡大図である。構造1000は、織物1001の三次元構造によって画定された複数の開放セル1011を有していてもよい。
本発明の変形例が、本明細書に示された本発明についての説明を踏まえて可能である。本発明を説明する目的で、特定の代表的な実施形態と詳細とを示しているが、当業者には本発明の範囲から逸脱することなく、実施形態において様々な変更と修正が可能であることが明らかになるであろう。そのため、当然のことながら、添付の特許請求の範囲で定めている本発明の意図した完全な範囲において、説明している特定の実施形態の変更が可能である。
10 タイヤ
12 トレッド
14,50 カーカスプライ
15,17 サイドウォール
16 ベルト構造
18,20 ベルト
22 カーカス
26a,26b,59b ビードフィラーエイペックス
28a,28b,52b ビード
32a,32b,54 フリッパー
56 チッパー
58 パッチ
64 トウガード
400 立方体
410,510,611,711,811,911,1011 開放セル
420,520,613,713,813,913,1001 織物
500,610,710,810,910,1000 構造

Claims (12)

  1. 回転軸を有する空気入りタイヤにおいて、
    少なくとも1つの補強プライと剪断歪を吸収するバッファをもたらす補強構造とを有するカーカスと、
    前記カーカスの半径方向外側に配置されたトレッドと、
    前記カーカスと前記トレッドとの半径方向の間に配置されたベルト構造と、
    を有し、
    前記補強構造は、織物のフレーム構造と前記フレーム構造によって画定された複数の開放セルとを含んでいる三次元織物の少なくとも1つの層を有し、
    前記補強構造はフリッパーであることを特徴とする空気入りタイヤ。
  2. 前記フリッパーは、前記カーカスのビードから前記補強プライを分離する、請求項に記載の空気入りタイヤ。
  3. 前記フリッパーは前記ビードと前記補強プライの間の歪軽減層として作用する、請求項に記載の空気入りタイヤ。
  4. 前記織物は940/1デシテックスのポリアラミドからなる縦糸と1220/1デシテックスのレーヨンからなる横糸とを有する、請求項に記載の空気入りタイヤ。
  5. 前記縦糸は14EPIの密度を有し、前記横糸は12EPIの密度を有する、請求項に記載の空気入りタイヤ。
  6. 前記織物は、14EPIの密度を有する縦糸と12EPIの密度を有する横糸とを有する、請求項1に記載の空気入りタイヤ。
  7. 前記空気入りタイヤは乗用車用ラジアルランフラットタイヤである、請求項1に記載の空気入りタイヤ。
  8. 前記三次元織物は、織目が開いている織布を有する、請求項1に記載の空気入りタイヤ。
  9. 前記織目が開いている織布の縁部は、前記織目が開いている織布の半径方向の長さにわたって連続する1対の縦糸を有する、請求項に記載の空気入りタイヤ。
  10. 前記織目が開いている織布は、前記織目が開いている織布の上に配置された接着促進層を有する、請求項に記載の空気入りタイヤ。
  11. 前記補強構造は、織目が開いている織布の2以上の層を有するフリッパーである、請求項1に記載の空気入りタイヤ。
  12. 前記フリッパーは、異なる繊維素材の少なくとも2つの繊維の縦糸を含む、請求項11に記載の空気入りタイヤ。
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