JP4308441B2 - トレッドを補強した２プライ・ランフラットタイヤ - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、２プライ空気入りラジアルプライ乗用車タイヤの構造に関する。
【０００２】
【発明の背景】
膨張していないタイヤへのさらなる損傷を最小限に抑え、同時に、タイヤの圧力が失われた場所から、タイヤを交換することのできる、ガソリンスタンドなど運転者の望む場所までの距離にわたって車両のハンドリングが影響を受けるのを避けるために、車両の、圧力が失われたかあるいは低下したタイヤが安全にかつ連続的に動作できるようにする様々な方法が考案されている。タイヤの圧力の喪失は、くぎやその他の鋭利な物体などの物体によるパンクを含め、様々な原因によって起こる可能性がある。
【０００３】
圧力が失われるかあるいは低下した状態の下で持続的に動作できるように構成された空気入りタイヤは、非膨張状態、または一般に「フラット」と呼ばれる状態で駆動することができるので、ランフラットタイヤとも呼ばれる。従来型の空気入りタイヤは、膨張しておらずかつ車両の重量を支持しているときにはつぶれた状態になる。タイヤのサイドウォールは、タイヤの、トレッドが地面に接触する部分で外側に座屈し、タイヤは、少なくともこの地面接触領域で「フラット」になる。
【０００４】
「ランフラット」の語は一般に、タイヤが膨張していない状態で動作させられるときに車両の荷重を支持するのに十分な剛性および強度をタイヤ構造が独立に有し、特にサイドウォールがそのような剛性および強度を有するように構成されたタイヤを説明するために使用される。このタイヤのサイドウォールおよび内面はつぶれることも、あるいは座屈することもなく、このタイヤは、つぶれることを防止するための他の支持構造または装置を含んでおらず、また、そのような構造または装置を使用することもない。
【０００５】
ランフラットタイヤ構造の初期の例は、トレッドとほとんど同じ幅を有するフープまたは環状バンドがトレッドの下に周方向に広げられている、「Ｂａｎｄｅｄ Ｔｉｒｅ」という名称の米国特許第４１１１２４９号に記載されている。このフープは、タイヤ構造の残りの部分と共に、非膨張状態で車両の重量を支持することができる。
【０００６】
他の手法として、サイドウォールの、トレッドの地面接触部分に隣接する部分で起こる湾曲に抵抗するようにサイドウォールの断面厚さを大きくすることによってサイドウォールを単に補強する手法が講じられている。しかし、サイドウォール部材を補強するには大量のゴムが必要になるので、ランフラット動作中、特に、膨張していないタイヤが高速で動作させられるときには、たわみ加熱がタイヤの故障の要因になる。Ｐｉｒｅｌｌｉはヨーロッパ特許第０−４７５−２５８Ａ１号でそのようなランフラットタイヤ構造を開示している。
【０００７】
一般に、ランフラットタイヤは、膨張していないタイヤによってタイヤの荷重を支持し、タイヤを修理または交換できるような妥当なときまでタイヤ自体および車両のハンドリングに対する悪影響を最小限に抑えることができるように、典型的な非ランフラットタイヤと比べてより厚くかつ／またはより剛性の高いサイドウォールを組み込んでいる。サイドウォールの厚さを大きくし剛性を高めるために使用されている典型的は方法には、タイヤの、通常、垂直方向の荷重の下での変形に対する抵抗が最も低い領域である、カーカスのサイドウォール部の内周面に、周方向に配設されたくさびインサートを組み込むことが含まれる。このようなランフラットタイヤ構造において、各サイドウォールは、ビードとトレドショルダとの間の領域での全厚さがタイヤのトレッド領域の厚さ程度になるように厚くされる。
【０００８】
このようなタイヤの補強されたサイドウォールは、非膨張状態で動作させられると、サイドウォールの、トレッドの路面接触部分に最も近い領域で正味圧縮荷重を受ける。また、補強されたサイドウォールに対する曲げ応力は、ランフラット動作中に、サイドウォールの外部が引張力を受け、同時に内部が圧縮応力を受けるような曲げ応力である。
【０００９】
Ｇｏｏｄｙｅａｒ社の特許である、Ｏａｒｅ等の米国特許第５３６８０８２号では、特殊なサイドウォールインサートを使用して剛性を高める低アスペクトランフラット空気入りラジアルプライタイヤが開示された。このタイヤが膨張していないときには、８００ポンドの荷重を支持するのにタイヤ当たり約６ポンドの追加重量が必要であった。この初期の発明は、ランフラットタイヤ構造に対するそれ以前の試みよりも優れていたが、依然として、スペアタイヤおよびタイヤジャッキをなくすことによって相殺することのできる重量面の欠点があった。しかし、この重量面の欠点は、よりアスペクト比の高いタイヤの構造ではずっと大きな問題になる。
【００１０】
Ｗａｌｔｅｒ Ｌ．Ｗｉｌｌａｒｄ，Ｊｒ．の２つの米国特許第５４２７１６６号および第５５１１５９９号は、第５３６８０８２号特許のタイヤよりもランフラット性能を高めるために第３のプライを追加しかつサイドウォールに第３のインサートを追加することを開示するＭｉｃｈｅｌｉｎタイヤを示している。この２つの特許は、タイヤの非膨張状態で起こる荷重関係のうちのいくつかについて論じており、第５３６８０８２号に記載された概念をより多くのプライおよびインサートに適用できることを示している。
【００１１】
一般に、ランフラットタイヤ構造は、各サイドウォールたわみ領域の内側で補強くさびインサートを使用することに基づく構造である。各サイドウォールのくさびインサートは、プライと共に、ランフラット動作中に空気圧が存在しない状態でサイドウォールに剛性を加える。第５３６８０８２号特許は、タイヤが２つのプライ、インナーライナ、および各サイドウォールの２つの補強くさびインサートを有するように構成されたランフラットタイヤ用のサイドウォール構造を教示している。各サイドウォールの２つのインサートは、一方のインサートが２つのプライの間に位置し、それに対して他方のインサートがインナーライナと第１の、すなわち最も内側のプライとの間に位置するように配設されている。
【００１２】
インサートの圧縮たわみに対する抵抗が高いので、荷重をかけられた膨張していないタイヤのつぶれに対する必要な抵抗が与えられるが、複数のプライを使用し、かつ各サイドウォールで２つ以上の補強くさびインサートを使用することには、上述のように、タイヤの重量が増し、循環的なたわみによって生じる熱の増加を含む欠点がある。このような構造では、製造および品質管理に影響を与えるようにタイヤの複雑さも増大する。
【００１３】
ランフラットタイヤの目標が、ランフラット時良好な車両ハンドリングならびに良好な有効寿命を実現する、低コストで軽量のタイヤを提供することであることは明らかである。
【００１４】
【発明の課題】
本発明の目的は、添付の請求項のうちの１つまたは２つ以上に定義されており、したがって、以下の従属的な目的のうちの１つまたは２つ以上を実現するように構成することのできるランフラットラジアルタイヤを提供することである。
【００１５】
本発明の一目的は、ランフラット動作中の上向きの座屈に抵抗するトレッドを持つランフラットタイヤを提供することである。
【００１６】
本発明の他の目的は、軽量構造のランフラットタイヤを提供することである。
【００１７】
本発明の他の目的は、非膨張動作中の地面接触領域での変形に抵抗するサイドウォールを持つランフラットラジアルタイヤを提供することである。
【００１８】
本発明の他の目的は、最も外側のプライが、軽量で高弾性係数の材料、特にアラミドで補強されているプライ構造を持つランフラットラジアルタイヤを提供することである。
【００１９】
本発明の他の目的は、アラミドで補強された最も外側のプライをビード構造にクランプ止めすることである。
【００２０】
本発明の他の目的は、製造プロセス中に、アラミドで補強された最も外側のプライに引張プレストレスをかけることである。
【００２１】
本発明の他の目的は、良好な完全膨張時ハンドリング特性を有すると共に、良好なランフラット時ハンドリング特性およびランフラット動作寿命を有するランフラットタイヤを提供することである。
【００２２】
本発明の他の目的は、様々な代替タイヤ構造に本発明の概念を適用することである。
【００２３】
【発明の概要】
本発明は、トレッドと、ラジアルプライ構造を有するカーカスと、トレッドとラジアルプライ構造との間に位置するベルト構造と、伸長不能な２つのビードと、各サイドウォールがくさびインサートによって補強されている２枚のサイドウォールとを有する空気入りラジアルプライランフラットタイヤに関する。プライ構造は、外側プライおよび内側プライを有している。外側プライは、低密度および高弾性係数を有する材料であるアラミドで補強されている。外側プライは、ビードの周りにクランプ止めされており、タイヤの製造時に引張プレストレスがかけられている。
【００２４】
本発明の構造、動作、および利点は、添付の図面と共に以下の説明を検討したときにさらに明らかになろう。
【００２５】
【定義】
「エイペックス」は、ビードコアの半径方向上方の、プライと折返しプライとの間に位置する弾性フィラーを意味する。
【００２６】
「アスペクト比」は、タイヤの断面幅に対する断面高さの比を意味し、タイヤの断面プロファイルも指す。たとえば、低プロファイルタイヤは低アスペクト比を有する。
【００２７】
「軸線方向」および「軸線方向に」は、タイヤの回転軸に平行なラインまたは方向を意味する。
【００２８】
「ビード」または「ビードコア」は、タイヤの、リムに対するタイヤの保持に関連する半径方向内側のビードの環状の引張部材を有する部分を一般的には意味し、ビードは、プライコードで被覆されるか、あるいはフリッパ、チョッパ、エイペックスまたはフィラー、トゥガード、およびチェーファのような他の補強部材を有するように、あるいはそのような補強部材を有さないように形作られる。
【００２９】
「ベルト構造」または「補強ベルト」または［ベルトパッケッジ」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１８⁰から３０⁰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の少なくとも２つの環状の層すなわちプライを意味する。
【００３０】
「ブレーカ」または「タイヤブレーカ」は、ベルトまたはベルト構造あるいは補強ベルトと同じものを意味する。
【００３１】
「カーカス」は、プライの上にあるベルト構造、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。
【００３２】
「ケーシング」は、カーカスと、ベルト構造と、ビードと、サイドウォールと、トレッドおよびアンダートレッドを除くタイヤの他のすべての構成要素とを意味する。
【００３３】
「周方向」は、軸線方向に垂直な環状トレッドの表面の周囲に沿って延びている円形のラインまたは方向を指すことが最も多く、断面図で見たときに半径がトレッドの軸線方向湾曲を形成する、数組の互いに隣接する円曲線の方向を指すこともある。
【００３４】
「コード」は、プライおよびベルトが補強される、繊維を含む補強ストランドの１つを意味する。
【００３５】
「クラウン」または「タイヤクラウン」は、トレッドと、トレッドショルダと、サイドウォールのすぐ隣りの部分とを意味する。
【００３６】
「赤道面」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、またはトレッドの周方向の中心線を含む平面を意味する。
【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】
「ゲージ」は厚さを指す。
【００３９】
「インナーライナ」は、チューブレスタイヤの内面を形成し、かつタイヤ内に膨張流体を閉じ込めるエラストマまたはその他の材料の一層または複層を意味する。
【００４０】
「インサート」または「くさびインサート」は、通常はランフラット型タイヤのサイドウォールを補強するために使用される三日月形またはくさび形の補強物を意味し、トレッドの下に存在する、非三日月形の弾性インサートも指す。
【００４１】
「横方向」は、軸線方向に平行な方向を意味する。
【００４２】
「子午線」または「子午線方向の」は、一方のタイヤビードから半径方向外側に向かい、トレッドを横切り（軸線方向に平行）、半径方向内側に他方のタイヤビードまで延びる方向を指す。タイヤの断面図は、一般に子午線方向の断面図である。
【００４３】
「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荷重での特定の設計空気圧を意味する。
【００４４】
「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意味する。
【００４５】
「プライ」は、ゴムが被覆されており、半径方向に広げられるかあるいはその他の方法で平行に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。
【００４６】
「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。
【００４７】
「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６５⁰と９０⁰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。
【００４８】
「ラジアルプライタイヤ」は、ビードからビードへ延びる少なくとも１つのプライコードが、タイヤの赤道面に対して６５⁰から９０⁰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。
【００４９】
「断面高さ」は、赤道面における公称リム直径からタイヤの外径までの半径方向の距離を意味する。
【００５０】
「断面幅」は、標準圧で空気を入れられて２４時間経過後、荷重がかけられていない状態での、サイドウォールの、ラベル、装飾、または保護バンドによる隆起部を除いた、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。
【００５１】
「ショルダ」は、トレッド縁部のすぐ下に存在するサイドウォールの上部を意味する。
【００５２】
「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である。
「接線方向」および「接線方向に」は、円曲線の２本の線分と相互に接する単一のラインを描くことのできる点で交差するこれらの線分を指す。
【００５３】
「トゥガード」は、各ビードの軸線方向内側に存在する、タイヤの周方向に広げられた弾性リム接触部分を指す。
【００５４】
「トレッドキャップ」は、トレッドと、トレッドパターンが成形される、トレッドの下にある材料とを指す。
【００５５】
「トレッド形状」は、軸線方向断面図で見たときのタイヤトレッドの形状を意味する。
【００５６】
「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面の弧の長さを意味する。
【００５７】
「くさびインサート」は、「インサート」と同じものを意味する。
【００５８】
【好ましい実施形態】
【００５９】
【従来技術】
図１を参照すると、従来技術の典型的な空気入りラジアルランフラットタイヤ１０の子午線断面図が示されている。図１に示されているタイヤ１０は、中間アスペクト比を有している。タイヤ１０は、トレッド１２と、ベルト２４、２６を有するベルト構造１４と、一対のサイドウォール部１６、１８と、一対のビード領域２０ａ、２０ｂと、カーカス構造２２と、トレッドキャップ１２の底部とベルト構造の上部との間に広げられた繊維オーバレイ２８とを有している。カーカス２２は、第１のプライ３０および第２のプライ３２と、不通気性インナーライナ３４と、一対のビード３６ａ、３６ｂと、一対のビードフィラーエイペックス３８ａ、３８ｂと、第１対のサイドウォールくさびインサート４０ａ、４０ｂと、第２対のインサート４２ａ、４２ｂとを有している。第１の、すなわち最も内側のくさびインサート４０ａ、４０ｂはインナーライナ３４と第１のプライ３０との間に位置しており、第２のくさびインサート４２ａ、４２ｂは第１のプライ３０と第２のプライ３２との間に位置している。繊維オーバレイ２８は、トレッドキャップ１２の下すなわち半径方向内側でベルト構造の上すなわち半径外側に配設されている。カーカス構造２２の補強されたサイドウォール部１６、１８は、制限されたランフラット構造をタイヤ１０に与える。
【００６０】
タイヤ１０のサイドウォール領域内の構造補強物は、サイドウォール部１６、１８の全厚さを大幅に大きくしている。一般化されたこの従来技術のランフラットタイヤ構造は、ランフラットタイヤ構造の特徴である多少とも一様に厚みのあるサイドウォールを示している。インサートで補強されたサイドウォールは、タイヤ１０が膨張していないときにサイドウォールのたわみを最小限に抑えながらタイヤの荷重を支持するのに必要である。このようなランフラットタイヤ構造は、完全膨張動作時に車両の適切なハンドリングおよび性能を実現し、タイヤが膨張していないときに、許容できるランフラット時車両ハンドリングおよびランフラット動作寿命を実現する。ランフラットタイヤは一般に、同等なランフラット不能タイヤよりも重量が大きく、かつ構造がより複雑であるため、製造および品質管理に時間がかかる。
【００６１】
図２Ａは、トレッド１２が地面１３に接触している、標準空気圧の、従来技術のタイヤの分解概略図である。トレッド１２が、地面１３に接触する領域で平坦になるため、トレッドと、ベルト構造１４、繊維オーバレイ２８、ベルト２４、２６、ラジアルプライ３０、３２、およびインナーライナ３４を含めトレッドの下にある構成要素とにおいて曲げ応力が誘発される。具体的には、曲げ応力は、トレッドおよびその下にある構造の成形時の子午線湾曲状態および／または膨張時の子午線湾曲状態からトレッド１２が平坦になるために生じる。このような曲げ応力は、インナーライナ３４やラジアルプライ３０、３２など、トレッド１２の下にある半径方向内側構造で引張応力を誘発する。トレッド１２の弾性材料と、繊維オーバレイ３８やベルト構造１４の一部のような、トレッドの下にある構造とにおいて、対応する圧縮応力が誘発される。
【００６２】
図２Ｂは、従来技術のランフラットタイヤ１０のサイドウォール１６、１８の曲げと、トレッド１２の、平坦な路面１３に接触する領域での上向きの座屈を示している。中央トレッド領域の上向きの座屈は、それがランフラット動作中に車両のハンドリングに対して及ぼす悪影響と、タイヤのランフラット動作寿命に対して及ぼす悪影響とのため、本発明が対処する望ましくない特徴の１つである。上向きの座屈は、トレッド１２およびその下（すなわち、半径方向内側）にある構造の中央部分での曲げ応力の形成にも対応する。図２Ｂに示されている、ランフラット動作時のトレッド１２における曲げ応力は、図２Ａに示されている標準空気圧動作時のトレッドの単純な平坦化に伴う曲げ応力よりも大きい。
【００６３】
図３Ａは、図２Ｂに示されている、従来技術のタイヤ１０のトレッド領域の上向きに座屈した中央部内に現われたベルト２４、２６、プライ３０、３２、インナーライナ３４、および繊維オーバレイ２８の部分断面詳細図（寸法は、一定の比例に縮小されているわけではない）である。図３Ａに示されている中立曲げ軸Ａ−Ａはベルト２４、２６間の接合領域の近傍に位置しており、この位置は、本発明を従来技術と比べて説明するために、任意に、しかし工学的な判断によって選択されている。当業者には、図３Ａで、トレッド１２の、中立軸Ａ−Ａの上、すなわちトレッド１２の半径方向内側に位置する構造要素が引張荷重を受け、それに対して中立軸Ａ−Ａの下、すなわちトレッド１２のより近くに位置する構造が圧縮荷重を受けることが理解されよう。ベルト２４、２６に対する中立軸Ａ−Ａの位置は、ラジアルプライ３０、３２の引張応力支持能力およびベルト２４、２６の引張および圧縮応力支持能力を考慮に入れた近似的な位置である。繊維オーバレイ２８は圧縮荷重支持構造ではなく、また、インナーライナ３４は有効な引張荷重支持構造ではない。中立軸Ａ−Ａは、従来技術のタイヤのプライ３０、３２を補強するコードの弾性係数と比べて高い弾性係数をベルト２４、２６内のスチール補強コードが有する場合に中立軸が位置する場所の純粋な近似値として、ベルト構造１４内に位置するように示されている。当業者には、図３Ａの中立曲げ軸Ａ−Ａの上にある領域に、高い引張弾性係数を有する引張支持補強要素を組み込むことによって、ランフラット動作時のトレッドの上向きの座屈の量に対する全抵抗が大きくなることが明らかであろう。すなわち、クラウン領域の剛性は、引張応力がかけられる領域に高弾性係数の構造要素を付加することによって高くなる。高弾性係数の引張応力支持補強物を組み込むことの重要な結果として、中立曲げ軸Ａ−Ａは、このように補強された部材の方へ並進する。具体的には、従来技術のタイヤの第２のプライ３２を仮想の高弾性係数材料で作る場合、中立軸Ａ−Ａは図３Ｂに示されているような位置に移動する。
【００６４】
中立曲げ軸Ａ−Ａの位置の変化の重要性について以下に詳しく論じる。
【００６５】
【本発明】
図４は、本発明によるランフラットタイヤ５０の子午線断面図である。図のタイヤ５０は中間アスペクト比を有している。タイヤ１０は、トレッド５２と、ベルト６７、６８を有するベルト構造５６と、一対のサイドウォール部７７、７８と、一対のビード領域２０ａ’、２０ｂ’と、カーカス構造６０と、トレッド５２の底部とベルト構造の上部すなわち半径方向に最も外側の部分との間に広げられた繊維オーバレイ５９とを有している。カーカス６０は、第１のプライ７０および第２のプライ７２と、不通気性インナーライナ７４と、一対のビード３６ａ’、３６ｂ’と、一対のビードフィラーエイペックス３８ａ’、３８ｂ’と、第１対のサイドウォールくさびインサート４０ａ’、４０ｂ’と、第２対のインサート４２ａ’、４２ｂ’とを有している。第１の、すなわち最も内側のくさびインサート４０ａ’、４０ｂ’はそれぞれ、インナーライナ７４と第１のプライ７０との間に位置しており、第２のくさびインサート４２ａ’、４２ｂ’はそれぞれ、第１のプライ７０と第２のプライ７２との間に位置している。（本明細書全体にわたって、アクセント符号および２重アクセント符号付きの番号は、アクセント符号のない同じ番号によって表わされる構造要素とほぼ同一の構造要素を表わす。）
本発明の概念の実施形態は、本発明の第２の、すなわち最も外側のプライ７２の補強材料としてアラミドを使用することについての、以下の説明で明白になろう。
【００６６】
【アラミドで補強された第２のプライ】
アラミドは、レーヨン、スチール、およびＥガラスと比べて示されている以下の特性を有する芳香族ポリアミド化合物、たとえばＰＰＴＡ：ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）である。
【００６７】
【表１】

【００６８】
アラミドが、引張応力によるひずみに対する抵抗を有し、すなわち、高い弾性係数を有することに留意されたい。アラミドはまた、比重すなわち密度が低い。具体的には、アラミドは、レーヨンよりも４倍高い弾性係数およびレーヨンと同等の比重を有する。スチールはアラミドよりも高い弾性係数を有するが、アラミドよりも密度が高く、したがって、タイヤの重量を増大させる。アラミドは、ガラス補強材料よりも軽量であるが、ガラス補強材料と同等の弾性係数を有する。
【００６９】
したがって、本発明の特徴の１つは、第２の、すなわち最も外側のプライ７２でアラミド補強コードを使用することである。本発明の他の特徴は、図４に示されているように、ビード３６ａ’、３６ｂ’の周りにプライ７２がクランプ止めまたは固定され、折返し端部６６ａ、６６ｂが得られることである。したがって、プライ７２は、図４に示されているようにビードの周りにクランプ止めされており、それに対してラジアルプライ７０は「浮動」プライであり、すなわち、ビード３６ａ’、３６ｂ’の周りを回らずに終わっている。（図４は、折返し端部６６ａ、６６ｂがプライ７２の軸線方向外側に位置するようにビードの周りにクランプ止めされるか、あるいは巻かれたアラミドプライ７２を示しており、すなわち、プライ７２は各ビードの軸線方向内側から軸線方向外側の方へ各ビードの周りに巻かれているが、プライ７２をビードの周りに巻くかあるいはクランプ止めする方向は反対方向であってもよい。）プライ７２をビードにクランプ止めすると、アラミド補強材料がランフラット動作に伴う引張応力に曝されたときに変形に抵抗する能力が高められる。
【００７０】
本発明はさらに、外側プライ７２に引張プレストレスをかけ、それによってランフラット動作時の変形に対するタイヤの剛性および抵抗を高めるようにタイヤ５０を製造することを企図するものである。このようなプレストレスは、当業者に公知の方法に従って、タイヤの製造時および成形時に誘発することができる。ビード構造３６ａ’、３６ｂ’の周りに第２のプライ７２をクランプ止めすると、製造プロセス中に第２のプライのアラミド補強コードの引張プレストレスを誘発するうえで助けになる。
【００７１】
【ランフラット動作時の引張応力の発生および効果】
ランフラット動作時には、図３Ａおよび３Ｂを検討したときに明らかになる動力学的要因によって、ランフラットタイヤの第２の、すなわち外側のプライにおける引張応力が生じる。図３Ａおよび３Ｂはそれぞれ、図２Ｂに子午線断面図で詳しく示されている、従来技術のタイヤ１０の中央トレッド断面をクローズアップ図で示している。図３Ａは、従来技術の膨張していないランフラットタイヤの座屈したトレッド領域内の中立曲げ軸Ａ−Ａが、タイヤの、上述のようにトレッドの中央が地面から上向きに座屈する場所に隣接する領域内に位置することを示している。（中立曲げ軸の位置は、ここに例示のためのみに与えられた推定近似位置であり、計算の結果を反映するものでも、あるいは実際の測定結果でもない）。繰り返しになるが、タイヤの、中立曲げ軸Ａ−Ａ（図３Ａ）の上方に位置する変形部分は引張応力を受け、それに対して、ベルト構造１４の大部分やトレッド１２のすべてなど、中立曲げ軸の下に位置する部分は圧縮応力を受ける。
【００７２】
図３Ｂは、図３Ａに示されている対応するプライ３２よりかなり高い弾性係数を有する仮想の材料で外側プライ３２’が補強されることを除いて図３Ａと同じである。したがって、図３Ｂでは、構造部材の１つの要素の弾性係数が高められたときに予期されるように、中立曲げ軸Ａ−Ａがプライ３２’のより近くに位置するように示されている。この効果は、単一の高弾性係数要素を組み込むことによってトレッドやタイヤのサイドウォールなど構造部材全体の曲げ弾性係数を高める手段を説明するうえで助けになる、図５Ａおよび５Ｂに示されているＩ字形鋼を参照すれば理解することができる。
【００７３】
図５Ａは、ウェブ部８６と、ウェブ部によって分離された２つのフランジ８２、８４を有するＩ字形鋼８０を示している。Ｉ字形鋼８０は、支持体ＡおよびＢ上に支持されており、ビームのほぼ中央に位置する荷重Ｌを保持している。当業者には、下部フランジ８４が引張荷重を受け、それに対して上部フランジ８２が圧縮荷重を受けることが容易に認識されよう。図５Ａに示されている中立曲げ軸Ａ−Ａはウェブ８６の中央に沿って位置している。中立曲げ軸のこの中央位置は、ビーム８０の断面対称性によるものであり、かつこの例を簡単にするために、Ｉ字形鋼の材料の仮定される等方性によるものでもある。フランジ８２の厚さｔ１はフランジ８４の厚さｔ２に等しい。
【００７４】
図５ＡのＩ字形鋼が、ビームの自重の力を含め、任意の荷重Ｌの力の下で下向きにたわむことは明らかであるが、いくつかの方法によって、たわみの程度を低くすることができ、すなわち、ビームをたわみに対して補強することができる。たわみに対するＩ字形鋼８０の抵抗を高める１つの方法は、ウェブ８６の幅Ｗを大きくすることである。他の方法は、一方または両方のフランジ８２、８４の厚さ（ｔ１、ｔ２）を大きくすることである。他の方法は、高い弾性係数を有する材料のＩ字形鋼を作ることである。
【００７５】
図５Ｂは、下部フランジ８５の厚さｔ２が上部フランジ８２の厚さｔ１よりも大きいことを除いて、図５Ａに示されているのとほとんど同じＩ字形鋼を示している。このＩ字形鋼の対応関係は、図５Ａが図３Ａに対応し、それに対して、より厚い下部フランジ８５を有する図５Ｂが図３Ｂに対応するような関係である。図５Ｂで、中立曲げ軸の位置は、Ｉ字形鋼が水平方向に対称的な断面を有する図５Ａに示されている中央位置から下向きに変位させられている。図５Ｂで、中立曲げ軸Ａ−Ａの新しい位置は、より大きな厚さｔ２を有する下部フランジ８５の高められた引張応力支持能力を反映している。言い換えれば、フランジ８５は、より厚くなっており、したがって引張変形に対してより適切に抵抗することができ、フランジ８５の重心と中立曲げ軸との間の距離によって形成されるモーメント腕に対してより大きな力を加えることができる。これに対応して、中立曲げ軸の下向きの並進が誘発されることにより（すなわち、図５Ａに示されている中立曲げ軸の、図５Ｂの中立曲げ軸の位置への並進）、上部フランジ８２が圧縮応力に抵抗するうえでの補強上の利益も与えられる。すなわち、他の点では図５Ａのフランジと同じであるフランジ８２の重心は、図５Ｂに示されているように、フランジ８２と中立曲げ軸との間の距離が長くなることによってモーメント腕が大きくなる。したがって、図５Ａおよび５Ｂは、単一の要素が厚くなる（すなわち、図５Ｂのより厚いフランジ８５）ことによって、曲げ慣性モーメントが大きくなり、したがって、構造部材８０全体の対応する曲げ弾性係数が高くなる。言い換えれば、図５Ｂに示されているようにより厚い引張応力支持フランジ８５を有するビーム８０は、所与の荷重Ｌの力を受けたときに、図５Ａに示されている対応するビームほど変形しなくなる。
【００７６】
再び図３Ａおよび３Ｂを参照するとわかるように、図３Ｂでは、特定されない高弾性係数材料で補強された仮想のプライ３２’により、図３Ａに示されている対応する部材で得られる抵抗よりも高い、曲げに対する抵抗がタイヤの断面全体に与えられる。
【００７７】
図４を参照するとわかるように、アラミドで補強されたプライ７２は、上記で図３Ａ、３Ｂ、５Ａ、および５Ｂを参照して説明したように、サイドウォールおよびトレッドのたわみに対してより高い抵抗を有するという特性をタイヤ５０に与える。サイドウォールについて、図３Ｃおよび３Ｄは、ラジアルプライ３２’に仮想の高弾性係数補強物が組み込まれた従来技術のタイヤのサイドウォール部材内の中立曲げ軸Ａ−Ａの対応する並進を示している。図３Ｃは、従来技術の膨張していないタイヤ（図２Ｂにより全体的に示されている）の変形したサイドウォール１６を示している。図３Ｄは、プライ３２’が、特定されない高弾性係数材料によって補強された、従来技術の仮想のサイドウォール１６を示している。図３Ｄで、中立曲げ軸Ａ−Ａは、位置が図３Ｃから並進した位置に変わっており、仮想の高弾性係数材料によって補強された外側プライ３２’に接近している。
【００７８】
したがって、図４に示されているように、本発明のアラミドで補強されたプライ７２の作用は明らかである。
【００７９】
【アラミドプライのクランプ止め】
図４を参照すると分かるように、折返し端部６６ａ、６６ｂは、引張応力を受ける、アラミドで補強されたプライ７２の、ビード３６’、３６ｂ’に対するクランプ止めまたは固定に対応する。ランフラット動作時に第１のプライ７０が圧縮荷重を受け、圧縮荷重の大部分がくさびインサート４０ａ’、４０ｂ’、４２ａ’、および４２ｂ’によって支持されるので、（ビードの周りへの）第１の、すなわち内側のプライ７０の対応する固定またはクランプ止めは必要とされない。ビードの周りへの第２のプライ７２のクランプ止めは、プライ７２に引張プレストレスがかけられ、それにより、トレッド５２およびサイドウォール７７、７８の、曲げ変形に抵抗し、すなわち、より高い全曲げ横弾性係数を有する能力がさらに高められるタイヤ製造プロセス中にも有用である。上述のように、このようなプレストレスは、当業者に公知の方法に従って、タイヤの製造時および成形時に誘発することができる。
【００８０】
高弾性係数の外側プライ７２の引張プレストレスの量は、約２０ＧＰａと約８０ＧＰａの間の範囲、最も好ましくは約２５ＧＰａと約４０ＧＰａの間の範囲とされている。
【００８１】
【本発明の概念の動力学的動作特性】
したがって、本発明のタイヤ５０は、ランフラット動作時に、従来技術のタイヤ１０よりも高い、たわみに対する全抵抗を有するトレッド領域５２およびサイドウォール部７７、７８を有している。したがって、本発明のタイヤ５０の外側プライ７２でアラミド補強物を使用すると、以下の２つのメカニズムによって、トレッド５２の、ランフラット動作時の上向きの座屈に対する抵抗が高められる。（１）サイドウォール７７、７８がより剛性になり、したがって、ランフラット動作時にそれほど変形しなくなり、それによって、他の場合にはランフラット動作時にトレッド５２に伝達される、トレッドを上昇させるねじり力が低減する。（２）ランフラット動作時に、トレッド５２自体に、より高い全曲げ弾性係数が与えられ、かつ上向きの座屈に対するより高い抵抗が与えられる。
【００８２】
本発明の他の利益は、路面とのランフラット時トレッド接触が改善され、（循環的なたわみとそれに伴う加熱の程度が低くなるために）ランフラット時ハンドリングとランフラット動作寿命の両方が改善されることである。他の利益は、サイドウォールの曲げ弾性係数が高められるので、ランフラット時変形に対してより適切に抵抗できるようになり、したがって、サイドウォールの循環的なたわみの変形度が低くなり、ランフラット時車両ハンドリングが向上すると共に、サイドウォール部７７、７８のランフラット動作有効寿命が改善されることである。本発明の他の利益は、金属のような、弾性係数が高いが高密度な材料で外側プライが補強されたタイヤよりも、タイヤ５０の全重量が小さくなることである。
【００８３】
全体的な結果として、図４のプライの高弾性係数補強コードは、本発明のタイヤ５０のサイドウォール７７、７８およびトレッド５２の曲げ弾性係数を高めるように働く。言い換えれば、図３Ａのプライ３２に対応するプライ７２（図４）でアラミド補強コードを使用すると、図２Ｂに示されているトレッド部１２およびサイドウォール部１６、１８に例示されている種類の変形が低減される。
【００８４】
より一般的には、高い引張弾性係数および低い比重を有する材料を最も外側のプライ７２用の補強材料として使用する場合、引張弾性係数が少なくとも３０ＧＰａであり比重が約１と約３の間の範囲である任意の材料を使用することが考えられる。この一般的な場合には、他のタイヤ構成要素、すなわち、ランフラット時性能に関係するタイヤ構成要素の所望の物性も考慮する必要がある。くさびインサート４０ａ、４０ｂ、４２ａおよび内側プライ７０が特に重要である。
【００８５】
上述のように、外側プライ７２の引張応力は、タイヤの圧縮支持部分が、引張応力を支持する、高弾性係数の外側プライの特性を補足しなければならないように、くさびインサートと協働すると共に、小さな範囲ではあるが内側プライ７０と協働する。具体的には、くさびインサート４０ａ、４０ｂ、４２ａ、および４２ｂの圧縮弾性係数は、約２．０ＭＰａと約４．８ＭＰａの間の範囲、最も好ましくは約３．５ＭＰａと約４．５ＭＰａの間の範囲であるべきである。内側プライ７０については、その比較的小さな断面積のために、その荷重支持面積は圧縮荷重支持構造としてほとんど目立たない。それにもかかわらず、本発明では、内側プライ７０の関連する物性の範囲を指定すべきである。したがって、内側プライ７０内の補強材料は、約４ＧＰａと約３０ＧＰａの間、最も好ましくは約６ＧＰａと約１２ＧＰａの間の範囲の引張弾性係数を有することが期待される。内側プライ７０の補強材料の比重は、約１と約３の間の範囲であり、最も好ましくは約２以下であるべきである。
【００８６】
【動作試験】
本発明によって構成された２プライ・ランフラットタイヤ５０には、レーヨンで補強された内側プライと、アラミドで補強された外側プライとを組み込んだ。このタイヤを有限要素分析モデルで評価し、ランフラット時ハンドリング試験において、標準２プライ・レーヨン補強ランフラットタイヤと実験によって比較した。有限要素分析では、アラミドプライ構成の場合にクラウン座屈が低減した。ランフラット時ハンドリング試験中に、空気が抜かれた２プライ全レーヨン補強タイヤを右後位置に配置したところ、危険なオーバーステア挙動が示され、それに対して、本発明によるアラミド補強タイヤでは良好な後車軸安定性およびオーバーステア挙動が示された。アラミドプライ構成は、右後空気抜き動作でも右前空気抜き動作でも、２レーヨンプライ構造と比べてステアリング／ハンドリング性能の全体的な向上を示した。
【００８７】
本発明についてその実施形態と組み合わせて説明したが、前述の教示を考慮することによって多数の代替形態、修正形態、および変形形態が当業者に明らかになることは明白である。したがって、本発明は、添付の請求の範囲の趣旨および範囲内のすべてのそのような代替形態、修正形態、および変形形態を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 各サイドウォールに複数のくさびインサートを組み込むと共にプライ構造に複数のプライを組み込んだ、従来技術のランフラットタイヤ構造の断面図である。
【図２Ａ】 従来技術のタイヤのトレッドの地面接触部分の断面図である。
【図２Ｂ】 膨張していないタイヤの地面接触部分におけるサイドウォールおよびトレッドの変形を示す、従来技術のランフラットタイヤの子午線方向に沿った断面図である。
【図３Ａ】 従来技術の膨張していないタイヤの上向きに座屈したトレッドの中央部の中立曲げ軸位置を示す図である。
【図３Ｂ】 仮定の高弾性係数の外側プライを有する、従来技術の膨張していないタイヤの上向きに座屈したトレッドの中央部の中立曲げ軸位置を示す図である。
【図３Ｃ】 従来技術の膨張していないタイヤの１枚のサイドウォール内の中立曲げ軸位置を示す図である。
【図３Ｄ】 仮定の高弾性係数の外側プライを有する、従来技術の膨張していないタイヤの１枚のサイドウォール内の中立曲げ軸位置を示す図である。
【図４】 本発明のタイヤの子午線方向に沿った断面図である。
【図５Ａ】 中立曲げ軸および曲げ慣性モーメントの原理を示すＩ字形鋼を示す図である。
【図５Ｂ】 ビームの要素のうちの１つの剛性が高められたときの中立曲げ軸位置の変化を示すＩ字形鋼を示す図である。

Claims (3)

1. トレッド（５２）と、ラジアルプライ構造（５８）を有するカーカス（６０）と、２つの伸長不能な環状ビード（３６ａ’、３６ｂ’）と、２枚のサイドウォール（７７、７８）と、インナーライナ（７４）と、前記トレッドと前記カーカス（６０）との間に位置するベルト構造（５６）を有する空気入りラジアル２プライ・ランフラットタイヤ（５０）であって、前記ラジアルプライ構造（５８）が、軸方向に最も外側にあるそれぞれのサイドウォールくさびインサート（４２ａ’、４２ｂ’）によって各サイドウォール内で分離された第１のラジアルプライ（７０）及び第２のラジアルプライ（７２）と、前記インナーライナと前記第１のプライとの間に配設された軸方向内側に配設された第２組のサイドウォールくさびインサート（４０ａ’、４０ｂ’）とを有する空気入りラジアル２プライ・ランフラットタイヤ（５０）において、
   前記第１のプライ（７０）は、約４ＧＰａと約３０ＧＰａの間の引張弾性係数を有する非金属材料で補強されており、
   前記第２のプライ（７２）は、約２０ＧＰａと約８０ＧＰａの間の範囲の引張弾性係数を有する非金属材料で補強されていることを特徴とする空気入りラジアル２プライ・ランフラットタイヤ。
2. 前記第２のプライ（７２）の前記非金属高弾性係数補強材料は、約１と約３の間の範囲の比重を有し、前記第１のプライ（７０）の前記非金属高弾性係数補強材料は、約１と約３の間の範囲の比重を有している、請求項１に記載の空気入りラジアル２プライ・ランフラットタイヤ。
3. 前記第２のプライ（７２）は少なくとも約３０ＧＰａの引張プレストレスをかけられる、請求項１に記載の空気入りラジアル２プライ・ランフラットタイヤ。

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