JP4516259B2 - ランフラットタイヤ用の剛性可変のくさび形インサート - Google Patents

Description

【０００１】
（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、特にラジアルプライランフラットタイヤに関する。
【０００２】
（発明の背景）
空気圧の無い、または空気圧不足の乗物用タイヤを、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るように、また、タイヤを交換できる場所まで運転する際に乗物の操縦性を損なうことなく、安全に連続的に運転可能にする、さまざまな方法が考案されてきた。タイヤ圧の損失は、釘などの異物によるパンクを含むさまざまな原因によって生じ得る。「膨らんでいない（フラットな）」とき、または膨らみ不足のときに運転を持続できるように設計された空気入りタイヤは、「フラットな」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。また、それらは、走行距離延長技術（Extended Mobility Technology）タイヤ、すなわちＥＭＴタイヤとも呼ばれている。従来の空気入りタイヤは、膨らんでないときに乗物の重量を支えると、それ自体が潰れてしまう。タイヤのサイドウォールの、トレッドが地面に接するタイヤの外周部が外側に撓み、タイヤが「フラット」になる。
【０００３】
「ランフラット」という用語は、一般に、タイヤが膨らんでいない状態で作動させられるときに、タイヤ構造だけで、特にサイドウォール構造で乗物の重さを支えるのに十分な強度および剛性を備えるように設計されたタイヤを表すために使用されている。このようなランフラットタイヤ、すなわちＥＭＴタイヤのサイドウォールおよび内面は、その剛性により、潰れたり撓んだりすることはないが、このようなタイヤの一般的な設計では、タイヤが潰れるのを防ぐための別の支持構造または支持装置を別に含んだり使用したりはしない。このような別の支持構造の例としては、タイヤ内部に含まれており、通常の膨らんだ状態の運転中は荷重を受けない装置がある。
【０００４】
一般に、ランフラットタイヤすなわちＥＭＴタイヤには、タイヤを修理または交換できるような妥当な時間まで、タイヤ自体および乗物の操縦性への悪影響を最小限に抑え、膨らんでいないタイヤによってタイヤの重さを支えられるように、厚くおよび／または高剛性のサイドウォールが組み込まれている。サイドウォールを厚くして高剛性にするために用いられる一般的な方法として、タイヤの、垂直方向の荷重のもとで変形に対する抵抗が常に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、周方向に配置されたくさび形インサートを組み込むことがある。このようなランフラットタイヤの設計では、各サイドウォールの、ビードとトレッドショルダの間の領域を厚くする。各サイドウォール内のくさび形インサートは、サイドウォールの形状にぴったり合うように、断面がほぼ三日月形である。このようなくさびで補強されたサイドウォールは、膨らんでいない状態で作動させられたときに、サイドウォールの、トレッドが道路に接触する部分に最も近い領域に、正味圧縮荷重を受ける。特に、サイドウォールに加わる曲げ応力は、ランフラット運転中、補強されたサイドウォールの軸線方向の最も外側の部分が引張応力を受け、一方、軸線方向の内側の部分が圧縮応力を受けるような曲げ応力である。
【０００５】
オー（Oare）等によるグッドイヤー社の米国特許第５，３６８，０８２号（’０８２）は、ランフラット時の剛性を向上させるために多数のくさび形インサートを各サイドウォール内に用いている、扁平率の低いランフラット空気入りラジアルプライタイヤを開示している。膨らんでいないこのタイヤで８００ポンド（ｌｂ．）の荷重を支持するには、タイヤ１本当たり約６ポンドの重量追加が必要であった。この先行発明は、それ以前のランフラットタイヤ設計の試みよりも優れてはいるものの、依然として重量に関する不利益を負うものであったが、この不利益は、スペアタイヤやタイヤジャッキを無くすことによって一部相殺することができた。しかしながら、この重量に関する不利益は、扁平率の高いタイヤの構造ではなおさら問題になる。特許’０８２号は、タイヤが、２つのプライと、インナーライナと、各サイドウォール内の２つの補強用くさび形インサートとから構成されている、ランフラットタイヤのサイドウォール構造を教示している。各サイドウォール内の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、他方のインサートがインナーライナと第１のプライ、すなわち最も内側のプライの間に位置するように配置されている。
【０００６】
ウォルタ・エル・ウィラード・ジュニア（Walter L. Willard, Jr.）による２件の米国特許第５，４２７，１６６号および第５，５１１，５９９号は、タイヤのランフラット性能を特許’０８２号よりもさらに高めるために、追加の第３のプライとサイドウォール内の第３のインサートとを組み込んだミシュランタイヤを示している。これらのウィラード特許は、タイヤの膨らんでいない状態で生じる荷重の係わりのいくつかについて論じ、特許’０８２号で教示されている考え方を、多数の追加のプライならびに各サイドウォール内の追加のくさび形インサートにも適用できることを示している。
【０００７】
しかしながら、サイドウォール部材の剛性を高めるために使用されるこのような大量のゴムは、ランフラット運転中のタイヤの破損につながる、撓みによる発熱の要因となる。これは、膨らみが小さいかゼロのときにタイヤが高速で作動させられる場合に顕著である。したがって、ランフラットタイヤの設計の目標の１つは、各サイドウォールの剛性を高めるために使用されるくさび形インサートの数と、ランフラットタイヤに使用されるくさび形インサート材の総量を最小限にすることである。
【０００８】
インサートの圧縮および変形に対する抵抗が大きいと、膨らんでおらず荷重を受けるタイヤの潰れに対する必要な抵抗が得られるが、多数のプライと各サイドウォール内の１つ以上の補強用くさび形インサートを使用することは、前記したタイヤ重量の増加と、撓みによって生じる熱の上昇を含む欠点を有する。このような設計は、製造管理および品質管理に悪影響を及ぼすという点でタイヤの複雑さを増す。
【０００９】
米国特許第４，２８７，９２４号は、柔軟性の異なる２つの部分を有するサイドウォール支持部材を備えた安全なタイヤを開示している。このタイヤは、エラストマにより形成され、ビード（２０）の近傍からベルト（２３）の縁部の下方に延びている、両凸状部の支持部材（２０）を有している。支持部材（２０）は、柔軟性の異なる２つの部分から構成され、そのうち、カーカスの内面近くに配置されているもの（２０ ₁ ）は、柔軟性の高いエラストマからなり、タイヤ内部に配置されているもの（２０ ₂ ）は、柔軟性の低いエラストマからなる。特に、支持するように形成された部分（２０）はそれぞれ、柔軟性の異なる、組み立てられた２つの部分から構成されている。組み立てられた２つの部分は、半径方向に同じ高さを有する。この組立体２０を側面から見たときの慣性撓みモーメントの中立線は、内側の部分２０ ₁ の中に、または、２つの部分の接合面の近傍にある。
明らかに、ランフラットタイヤの設計の目標は、ランフラット時の優れた車両操縦性ならびにランフラット運転中の十分な耐用期間をもたらす、低価格で軽量のタイヤを提供することである。
【００１０】
（発明の概要）
本発明は、トレッドと、ラジアルプライ構造を含むカーカスと、１つ以上の補強用くさび形インサートによってそれぞれが補強されている２つ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。各補強用くさび形インサートは、サイドウォールの圧縮の増大に伴って増大する構造的な慣性モーメントを生じる２つ以上の異なる材料から構成されている。
【００１１】
各サイドウォール内の１つ以上の補強用くさび形インサートのうちの１つ以上は、可撓性を有し低ヒステリシスの第１の材料からなり、第１の材料より高剛性の第２の材料からなり周方向に配置されている１つ以上の層によって分離されている、半径方向に積層され周方向に配置されている複数の領域を有していてもよい。
【００１２】
可撓性を有し低ヒステリシスの材料からなる領域は、ショア硬度のＡスケールで４５から７０の間の硬度を有し、高剛性の材料からなる層は、可撓性を有し低ヒステリシスの材料よりわずかに大きい硬度と非常に大きい硬度の間の硬度を有している。
【００１３】
一実施態様では、半径方向に積層され周方向に配置されている可撓性を有し低ヒステリシスの複合材からなる領域と、高剛性の第２の材料からなる層は、いずれも断面が三角形状である。半径方向に交互に並んで周方向に配置されている三角形状の、可撓性を有し低ヒステリシスの材料からなる領域と、その間に介在して周方向に配置されている、三角形状の、高剛性の材料からなる層は、三角形状の、可撓性を有し低ヒステリシスの材料からなる各領域の１つの頂点が、タイヤの赤道面に向かって軸線方向内側に向き、また、周方向に配置され、三角形状で、交互に並んでいる高剛性の材料からなる各層の１つの頂点が、タイヤの赤道面から半径方向外側に向き得るように、配置されていてもよい。
【００１４】
各サイドウォールが２つのインサートを有するタイヤにおいて、軸線方向内側の２つのインサートが複合材（すなわち、可撓性を有する領域と高剛性の領域が積層されたもの）であって、外側のインサートが複合材でなくてもよい。あるいは、外側のインサートが複合材であって内側のインサートが複合材でなくてもよく、また、内側のインサートと外側のインサートがいずれも複合材であってもよい。
【００１５】
本発明のその他の有利さおよび利点が、当業者には、以下の詳細な説明を読んで理解することにより明らかになるであろう。
【００１６】
本発明の構造、作用、および利点は、添付の図面とともに行われる以下の説明を考慮して、より明らかになるであろう。
【００１７】
［定義］
「エイペックス」は、半径方向にみてビードコアの上方でプライとプライ折返し部の間に配置されているエラストマのフィラーを意味する。
【００１８】
「扁平率」は、タイヤの断面幅に対する断面高さの比を意味し、タイヤの断面の輪郭のことも指す。例えば、ロープロファイルタイヤ（扁平タイヤ）は扁平率が低い。
【００１９】
「軸線方向」および「軸線方向に」は、タイヤの回転軸に平行な線または方向を意味する。
【００２０】
「ビード」または「ビードコア」は、一般的に、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タイヤの一部分を意味し、ビードは、プライコードに被覆されて形作られており、フリッパ、チッパ、エイペックスすなわちフィラー、トウガード、およびチェーファなどの他の補強部材を備えていても、備えていなくてもよい。
【００２１】
「ベルト構造」または「補強ベルト」または「ベルトパッケージ」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１８°〜３０°の範囲内の左と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。
【００２２】
「カーカス」は、ベルト構造、トレッド、およびプライ上方のアンダートレッドとは別の、ビードを含むタイヤ構造を意味する。
【００２３】
「周方向」とは、軸線方向に垂直な環状トレッドの表面の外周に沿って延びている円形のラインまたは方向のことを意味することが最も多く、断面で見たときに半径がトレッドの軸線方向の湾曲を形成する数組の互いに隣接する円曲線の方向のことを指すこともできる。
【００２４】
「コード」は、プライとベルトを補強する、単繊維を含む、補強用の撚り合わせた繊維の１つを意味する。
【００２５】
「赤道面」は、タイヤの回転軸に垂直でありトレッドの中心を通る平面、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。
【００２６】
「ＥＭＴタイヤ」は、走行距離延長技術タイヤ（extended mobility technology tire）を意味し、「ランフラットタイヤ」と同義である。
【００２７】
「インナーライナ」は、チューブレスタイヤの内面を形成し、タイヤ内に膨張流体を収容する、エラストマまたはその他の材料の単層または複数層を意味する。
【００２８】
「インサート」は、ランフラットタイヤのサイドウォールを補強するために一般的に用いられる、三日月形またはくさび形の補強材である「くさび形インサート」と同義であり、トレッドの下に存在するエラストマの非三日月形のインサートのことも指す。
【００２９】
「横方向」は、軸線方向と平行な方向を意味する。
【００３０】
「慣性モーメント」または「構造上の慣性モーメント」は、梁部分または特にタイヤのサイドウォールなどのその他の構造の構造的な剛性のことを言う。タイヤのサイドウォールなど、大きな慣性モーメントを有する構造は、小さい慣性モーメントを有する類似の構造よりも高剛性である。
【００３１】
「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個別の設計上の膨張圧と荷重を意味する。
【００３２】
「プライ」は、半径方向に配置された平行なゴム被覆コードの、コードで補強された層を意味する。
【００３３】
「ラジアル（半径方向の）」および「半径方向に」は、半径方向にタイヤの回転軸線に向かうまたは離れる方向を意味する。
【００３４】
「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用コードを有する、１つ以上のカーカスプライを意味する。
【００３５】
「ラジアルプライタイヤ」は、少なくとも１つのプライが、ビード間に延びておりタイヤの赤道面に対して６５°から９０°の間のコード角度で配置されたコードを有する、ベルトが巻かれた、または周方向に拘束された空気入りタイヤを意味する。
【００３６】
「ランフラット」または「ランフラットタイヤ」は、膨らんでいないとき、または膨らみが不十分なときに、限られた働きをするように設計された空気入りタイヤである。
【００３７】
「断面高さ」は、赤道面における公称リム直径からタイヤ外径までの半径方向の距離を意味する。
【００３８】
「断面幅」は、タイヤを２４時間かけて通常の圧力で膨らませた時点およびその後の、荷重のかかっていない状態での、ラベル、装飾、または保護バンドによるサイドウォールの***を除く、両サイドウォールの外側の間の、タイヤ軸線と平行な直線の最大距離を意味する。
【００３９】
「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。
【００４０】
「サイドウォール」は、タイヤの、トレッドとビードの間の部分を意味する。
【００４１】
「くさび形インサート」は「インサート」と同義であり、ランフラットタイヤに使用されるサイドウォールの補強材である。
【００４２】
［好適な実施形態の詳細な説明］
（従来の形態）
図１を参照すると、従来技術の一般的な空気入りラジアルランフラットタイヤの断面が示されている。タイヤ１０は、トレッド１２と、ベルト２４，２６を含むベルト構造１４と、一対のサイドウォール１６，１８と、一対のビード領域２０ａ，２０ｂと、カーカス構造２２とを有する。カーカス２２は、第１のプライ３０および第２のプライ３２と、気体を通さないインナーライナ３４を有する。ビード領域２０ａ，２０ｂは、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２１ａ，２１ｂを有する。サイドウォール１６，１８はそれぞれ、軸線方向の最も内側の、第１の対のサイドウォールくさび形インサート４０ａ，４０ｂと、軸線方向の最も外側の第２の対のインサート４２ａ，４２ｂを含んでいる。最も内側のくさび形インサート４０ａ，４０ｂは、インナーライナ３４と第１のプライ３０の間に配置されており、一方、第２のくさび形インサート４２ａ，４２ｂは、第１のプライ３０と第２のプライ３２の間に配置されている。織物である上張り２８が、トレッド１２の下、すなわちトレッド１２の半径方向内側で、ベルト構造１４の上、すなわちベルト構造１４の半径方向外側に配置されている。くさび形インサート４０ａ，４０ｂ，４２ａ，４２ｂは、ランフラット運転中に両サイドウォールに強いられる変形に抵抗するため、大きな構造的な慣性モーメント、すなわち大きな捩り剛性をサイドウォールに付与する。したがって、カーカス構造２２の、補強されたサイドウォール部１６，１８は、限られたランフラット性能をタイヤ１０に与える。
【００４３】
図１から判るように、タイヤ１０のサイドウォール領域における構造的な補強により、サイドウォール部１６，１８の全体の厚さが実質的に増大する。この従来技術の一般的なランフラットタイヤの構造は、ランフラットタイヤの構造を特徴づける、だいたい均一に厚くされた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が膨らんでいない状態のときに、サイドウォールの最小限の変形でタイヤの荷重を支えるように設計されている。このようなランフラットタイヤの設計により、完全に膨らんだ状態のもとでは、優れた乗物の操縦性および性能がもたらされ、タイヤが膨らんでいないときには、許容できるランフラット時の乗物の操縦性と限られたランフラット運転寿命がもたらされる。
【００４４】
しかしながら、このような高剛性のサイドウォールを備えたランフラットタイヤの構造では、サイドウォールの曲げ剛性が大きいために、通常の膨らんだ状態の運転中の乗り心地が悪くなる。当然のことながら、くさび形インサートの存在によるサイドウォールの構造的な慣性モーメント、すなわち捩り剛性の増大により、より大きな曲げ剛性が生じる。より理想的には、ランフラットタイヤの両サイドウォールは、捩り剛性を付加するのが重要なランフラット運転中よりも、通常の膨らんだ状態の運転中に、より柔軟であるべきである。
【００４５】
（本発明の基本原理）
本発明は、通常の膨らんだ状態の運転中は柔軟で、ランフラット運転中はより高剛性になるように設計されたくさび形インサートを提供する。この目的を達成するために、関連する２つの方法が用いられる。両方法とも、くさび形インサート内で、高剛性のエラストマ材料の層と可撓性を有するエラストマ材料の層が交互に並ぶことが必須である。
【００４６】
一方の方法では、くさび形インサート材が半径方向に圧縮されると軸線方向に膨張する傾向が、比較的高剛性のエラストマ（すなわち弾性ポリマー材）などの比較的高剛性の材料、または非常に高剛性の合成樹脂の、周方向に配置された層を、くさび形インサートの大部分を形成する可撓性エラストマなどの可撓性材料内に組み込むことによって抑えられる。このように軸線方向の膨張を抑えることによって、くさび形インサートがランフラット運転中にサイドウォールのたわみに関連する半径方向の圧縮荷重を受けるときの、くさび形インサートの剛性が大きくなる。このように、サイドウォールを補強するくさび形インサートは、通常の膨らんだ状態の運転中よりも、ランフラット運転中の方が高剛性になる。第２の方法では、断面が三角形である、比較的高剛性のエラストマなどの比較的高剛性の材料のセグメントが、くさび形インサート内に周方向に配置され、やはり断面が三角形でくさび形インサート内に周方向に配置されている、可撓性のある材料のセグメントと交互に並んでいる。この後者の方法では、比較的高剛性のセグメントが、くさび形インサートがランフラット運転に関連する半径方向の圧縮荷重を受けたときに軸線方向に膨張するのを抑える。さらに、以下に詳述する形状設計により、比較的高剛性の部分（すなわち比較的高剛性のセグメント）が、ランフラット運転中の慣性モーメントの増大に寄与し得る。いずれの方法でも、くさび形インサートで補強されたサイドウォールの慣性曲げモーメントが、ランフラット運転に関連する周期的な軸線方向の荷重のもとで、サイドウォールの変形として事実上増大するように作用する。
【００４７】
以下に本発明の原理をさらに詳しく説明する。
【００４８】
（ランフラットタイヤのサイドウォールにおける圧縮応力）
図２Ａに、図１のタイヤ１０のサイドウォール１８の断面図を示す。以下の説明では、サイドウォール１８と同じ作用がサイドウォール１６にあるものとする。ランフラット運転中、サイドウォールの、トレッドが地面と接する部分に最も近接する部分が、図２Ａに示されている視点では縦方向である、半径方向の正味圧縮荷重を受ける。このような各サイドウォール１６，１８（図１）の圧縮荷重と、それぞれの補強用くさび形インサート４０ａ，４０ｂ，４２ａ，４２ｂによって、サイドウォールが軸線方向外側に曲げられ、それによって、図２Ａに示されているように、くさび形インサート４０ｂの全部でなくとも大部分を含む、サイドウォールの軸線方向の最も内側の部分が、半径方向の圧縮応力を受け、一方、くさび形インサート４２ｂの全部でなくとも大部分を含む、サイドウォールの軸線方向の最も外側の部分が、相応の半径方向の引張応力を受ける。言い換えると、サイドウォールの正味荷重は圧縮荷重であるが、各サイドウォール内に作用する曲げ力は、曲げ中立軸の片側に引張応力を導き、同じ曲げ中立軸の反対側に圧縮応力を導く。曲げ中立軸は、本発明を説明するために、図２Ａに示されているサイドウォールの断面図の中央付近にあるものと仮定できる、サイドウォール構造内のどこかの位置にある。すなわち、実際には、曲げ中立軸の正確な位置は、タイヤのサイドウォールの各構成要素の相対的な強度と曲げ剛性の複雑な関数であるが、サイドウォール１８内の曲げ中立軸は、第１のプライ３０と一致すると考えることもできる。したがって、圧縮力の位置の説明を簡単にするために、図２Ａに示されている内側のくさび形インサート４０ｂは、曲げ中立軸と名目上一致する第１のプライ３０からの半径方向内向きの距離が長くなるのに伴って強度が増大する、半径方向の圧縮応力を受けると考えることができる。
【００４９】
図２Ａにおいて、小さな円柱体Ｖの印が、図１に示されている従来技術のタイヤ１０の内側のくさび形インサート４０ｂ内の圧縮力の作用を調べるためにつけられている。円柱体Ｖは、図２Ｂと２Ｃにさらに詳しく示されている。図２Ａの円柱体Ｖは、サイドウォール１８がたわむ間に半径方向に圧縮されて荷重を受ける位置にある。たわみを引き起こすこのような圧縮は、通常の膨らんだ状態の運転中にも生じるが、特に、たわみの大きさが最大であるランフラット運転中に発生する。通常の膨らんだ状態の運転中、図２Ａに示されている円柱体Ｖは、タイヤの回転に伴って周期的な圧縮応力を受ける。すなわち、通常の膨らんだ状態の運転中、円柱体Ｖの中に含まれている材料は、トレッドの、円柱体Ｖに最も近接する部分が地面に接するときに、最大の圧縮応力を受ける。しかしながら、ランフラット運転中の最大の圧縮応力は、通常の膨らんだ状態の運転中よりもはるかに大きい。ランフラット運転中、サイドウォールの、トレッドの地面に接している部分に最も近接している部分で、サイドウォールは最大の曲げ変形および応力を受ける。
【００５０】
（圧縮によって起こる横方向の変形）
図２Ｂに、図２Ａに示されているおおよその位置から考えられるエラストマ材料の円柱体Ｖを示す。図２Ｂの円柱体Ｖは、長さがＬ₁で直径がＤ₁である。図２Ｃに、軸線方向に加わる圧縮力Ｆ_Cの円柱体Ｖの直径に対する作用を示す（この文章中の「軸線」という用語は、タイヤの回転軸ではなく、円柱体Ｖの軸線のことを言う。したがって、円柱体Ｖに作用する圧縮力Ｆ_Cの方向は、タイヤの回転軸に対する半径方向である）。圧縮力がかかっていない図２Ｂの場合の円柱体Ｖの直径Ｄ₁は、圧縮力Ｆ_Cがかかっているときの同じ円柱体Ｖの最大直径Ｄ₂よりも小さい（圧縮力Ｆ_Cは、上面および下面５０，５２の全域に均等に作用し、上面および下面５０，５２はそれぞれ、圧縮中に材料が横方向に膨張するのに伴って、面積が増大して上面および下面５１，５３になる）。図２Ｃに、軸線方向の圧縮荷重Ｆ_Cの影響を受けている円柱体Ｖを示す。したがって、円柱体Ｖの形状は、図２Ｃに示されるように、図２Ｂに示される形状とは異なっている。特に、円柱体Ｖの材料は異なる長さと直径を有し、図２Ｃに示されている長さＬ₂が図２Ｂの長さＬ₁より短く、図２Ｃに示されている長さ直径Ｄ₂が、図２Ｂに示されている、圧縮荷重を受けていないときの円柱体Ｖの直径Ｄ₁より大きい。
【００５１】
このように軸線方向の圧縮応力を受ける円柱体の一般的な特性が、図２Ｂと２Ｃに示されている。直径は長さが短くなるのに伴って大きくなる。しかしながら、直径の増大すなわち膨張が抑えられると、円柱体Ｖに作用する圧縮力の変形作用が変化する。特に、軸線方向の圧縮荷重がかかっている間、直径の膨張が抑えられると、長さを、図２ＢのＬ₁から図２Ｃに示されている短い長さＬ₂まで同じように減少させるためには、力Ｆ_Cを増大させなくてはならない。言い換えると、このような円柱体Ｖの直径方向の膨張を抑える物が置かれると、円柱体Ｖ内の材料は、所与の圧縮荷重Ｆ_Cを受けて変形に対する抵抗が増す。実際の効果として、円柱体Ｖは圧縮荷重に対してより強くなる。
【００５２】
これが本発明の基礎となる原理の一部であり、本発明の目的は、ランフラット運転中にくさび形インサートが最も顕著に受ける圧縮力の方向に対し直角な方向において、可撓性を有する材料の膨張を抑えることによって、くさび形インサートがランフラット運転に関係する半径方向の荷重を受けるときの、くさび形インサートの剛性を増大させることである。言い換えると、くさび形インサートがランフラット運転に関係する圧縮力を受けるときの、くさび形インサートの膨張を抑えることによって、くさび形インサートの慣性モーメント（ランフラット運転に関係する曲げ変形に対する抵抗）が、変形の増大に伴って増大する。あるいは、本発明の作用を別の見方をすると、くさび形インサートを、断面を見たときに一端に荷重を受ける湾曲した梁と考えると、その構造的な慣性モーメント、すなわち曲げ変形に対する抵抗が増大し、それによってサイドウォールは、通常の膨らんだ状態の運転中よりランフラット運転中の方が高剛性になるというものである。このくさび形インサート構造の構造的な慣性モーメントの増大について、以下に詳述する。しかしながら、一般に、このような圧縮によって引き起こされる、加えられた圧縮力の方向に対して横方向の膨張を抑える方法は、新規な方法の使用を伴う。特に、本発明の抑制方法は、横方向の膨張に対する抑制が、圧縮力が最小であるときはごく小さな効果しかないが、圧縮力が増大するのに伴って抑制効果が増大していくものである。すなわち、くさび形インサートは、加えられる圧縮力の大きさに正比例して剛性が増大する。
【００５３】
（圧縮荷重を受けるエラストマの膨張を抑える物）
図３Ａを参照すると、図２Ａ〜図２Ｃの円柱体Ｖに対応する、可撓性のある材料５４の円柱体が、周方向に配置された伸びない金属の３本の拘束用ワイヤ５６で巻かれた状態が示されている。図３Ｂに、軸線方向の圧縮力Ｆ_Cを受けている円柱体５４が示されている。円柱体５４の直径は、拘束用ワイヤ５６の作用から最も遠く離れている領域Ｕで、最も大きく増大する可能性がある。
しかしながら、実際のタイヤでは、図３Ａおよび３Ｂに示されているこのような伸びない筒状の拘束物は、サイドウォールのくさび形インサート補強材など圧縮荷重を受ける部材の膨張を抑制するのに適した方策ではない。そこで図４Ａに、圧縮力を受けるであろうくさび形インサート材の円柱部５８の膨張を抑える別の方策を概略断面図で示している。円柱部５８は、交互に並んでいる、高剛性材料６０の層と低剛性材料６２の層を有する。図４Ｂに示されているように、円柱体５８が一連の力Ｆ_Cのもとで軸線方向の圧縮荷重を受ける間、高剛性の（硬い）部分６０が、低剛性の部分６２の直径の膨張を抑える。実際の効果は、図３Ａおよび３Ｂに示されている伸びない金属の拘束物５６を用いた場合と同等である。図４Ｂに、軸線方向の圧縮力Ｆ_Cがかけられている場合に生じる変形を示す。
【００５４】
図４Ａおよび４Ｂに示されている種類の、積層された複合材は、大きな圧縮荷重のときよりも小さな圧縮荷重のときの方が、可撓性および柔軟性が大きく、剛性が小さいという利点を有する。言い換えると、図４Ａと４Ｂに示される積層材では、低い捩り剛性とヒステリシスを有する材料（すなわち材料６２）を、高い捩り剛性とヒステリシスを有する材料（材料６０）に、低圧縮荷重の状態のときに低い捩り剛性の特性を有し圧縮荷重が増大するにつれて捩り剛性が増大する複合材を形成するように、組み合わせることが可能である。また、可撓性のある材料６２が低ヒステリシスであることは、円柱部５８の周期的な圧縮荷重の間、たわみによる発熱を最小限に抑えられるという利点がある。実際、このような材料の配置により、低剛性材料だけのものよりも高い弾性率を有し、圧縮力の増大に伴って弾性率が大きくなる複合材が得られる。言い換えると、このような複合材は、圧縮荷重の増大に伴って、高剛性になり、圧縮変形に対する抵抗が大きくなる。また、さらに言い換えると、横方向に拘束される材料の曲げ剛性は、高剛性材料からなる層が存在することによって増大するだけでなく、荷重が増大し歪みが増大するのにも伴って増加する。したがって、このような複合構造の総合的な特性の１つは、体積弾性係数が歪みに伴って増大するように変化し得ることである。
【００５５】
このような可変の体積弾性係数は、ランフラットタイヤのサイドウォールを補強するためのくさび形インサートの構造に適用されると、ランフラット運転に関係する、端部に荷重をかける半径方向の圧縮力が増大するのに伴って増大する可変の慣性モーメントを、サイドウォールのくさび形インサート構造にもたらすという効果がある。明らかな利点は、交互に並んでいる、周方向に配置された高剛性の層と、間に挟まれる可撓性のある層とを有する、くさび形インサートで補強されたサイドウォールで、ランフラット運転中よりも通常の膨らんだ状態の運転中の方が比較的低い剛性を生じることである。後者の状態では、ランフラット運転中のように、サイドウォールの地面に接する部分に最も近接する領域でサイドウォールの曲げ変形が大きいとき、補強されたサイドウォールの、曲げ変形に対する抵抗が、通常の膨らんだ状態の運転中よりも大きくなることである。このように、本発明は、通常の膨らんだ状態の運転中には柔軟な乗り心地を提供し、また、ランフラット運転中には、良好なサイドウォールの構造的な剛性を提供する。
【００５６】
図５は、図４Ａと４Ｂに示されている、積層材の原理を取り入れた単一のサイドウォールのくさび６４の概略図である。高剛性材料の層６８は、周方向に配置されたくさび形インサート６４の中に周方向に配置され、可撓性を有し低ヒステリシスの材料６６を間に挟んでいる。図５を参照すると、通常の膨らんだ状態の運転中は、可撓性を有し低ヒステリシスの材料６６が、タイヤのサイドウォールに優れた柔軟性を与える。ランフラット運転中、変形が最も大きくなると、くさび形インサートの膨張を抑える、高剛性の層６８が、積層された複合材であるくさび形インサート６４の剛性の増大に寄与し、さらに圧縮変形に対する抵抗を増大させる。このように、くさび形インサート、したがってサイドウォールの構造的な慣性モーメントが、曲げ変形に伴って増大する。また、低ヒステリシスの材料６６がより多く存在することにより、ランフラット運転中にたわみによって引き起こされる熱が低減する。このように、ランフラット運転中は低ヒステリシスが高い剛性と組合わされ、それでもなお、通常の膨らんだ状態の運転中に可撓性を有するサイドウォールを提供できる。
【００５７】
図５に示されているサイドウォール補強用くさび形インサートの構造は、繊維で補強されたエラストマ、金属製補強材を備えている、または備えていない熱可塑性樹脂、金属、および合金を含むグループの中の比較的高剛性の材料からなる、半径方向に配置された複数の層６８によって分離された、エラストマ（弾性ポリマー）などの可撓性を有し低ヒステリシスの材料６２からなる領域６６を有するものと表される。ヤング率は、引張時または圧縮時の応力‐ひずみ曲線の原点における接線の傾きと定義される。高剛性の層６８のヤング率は、可撓性材料６６の２〜５０，０００倍である。可撓性材料６６は、一般にショア硬度のＡスケールで４５から７０の間の硬度を有し、一般にインサート６４の総体積の５％〜９９％を構成する。高剛性材料の層６８は、可撓性材料６６よりわずかに大きい硬度から非常に大きい硬度までの間のいずれかの硬度を有する。層６８は平行な上面と下面を有し、くさび形インサート内に周方向に配置されている。インサート６４内の層６８の数と、高剛性の層６８と可撓性材料６６の層のそれぞれの相対的な厚さは、タイヤ構造を最終的に意図される用途に合わせるようにタイヤ設計者が選択できる。
【００５８】
図６Ａに、通常の膨らんだ状態の運転中には快適な乗り心地を与え、ランフラット運転中には十分なサイドウォールの剛性をもたらすという同じ目的に対する別の解決策の概略断面図を示す。図６Ａにおいて、比較的高剛性のエラストマから作られ、くさび形インサートの中に配置される三角形の断面を有する単一の「抑制物」７２が組み込まれた、複合材のくさび形インサート７０が示されている。このくさび形インサート７０は、主に、くさび形インサートに一般に使用される種類の、可撓性を有し低ヒステリシスの材料から作られる。抑制物７２は、「エイペックス」７２ａがタイヤの赤道面から軸線方向の外向きに存在するくさび形インサート７０の表面７０ａ上に配置され、底辺７２ｂが表面７０ａから赤道面に向かって軸線方向の内向きに存在する表面７０ｂの一部を形成するように配置されている。図６Ｂに、くさび形インサートが圧縮力Ｆ_Cを受けるときの、抑制物７２の高剛性材料の、くさび形インサート７０に対する作用を示す。このような半径方向の圧縮荷重は、圧縮距離ＣＤが、抑制物７２の高剛性材料が存在しない場合よりも大きいままであるように、くさび形インサート部材７０の変形を引き起こす。同時に、（くさび形インサート７０の上部７３_Uの）厚さＥ₁と（くさび形インサートの下部７３_Lの）厚さＥ₂は、高剛性部材７２が存在しない状態で受けるべき膨張の大きさより大きくならないように抑え、それによって、７３_Uおよび７３_Lの可撓性材料の近傍の横方向の膨張が抑えられる。この厚さＥ₁およびＥ₂で特徴づけられる横方向の膨張の抑制は、もちろん、高剛性部材７２に最も近接するこれらの部分７３_Uおよび７３_Lにおいて最大になる。
【００５９】
図７に、図６Ａおよび６Ｂに示された原理において、可撓性材料７６の領域と、高剛性材料７８の領域が交互に並んでいる状態になっているくさび形インサート７４を概略断面図で示す。したがって、図７には、図６Ａおよび６Ｂで示されている一般的な原理の特定の応用例が示されている。
【００６０】
図７の実施形態を参照すると、くさび形インサート７４は、半径方向に交互に並んでいる、可撓性部分７６の領域と高剛性部分７８の領域とを有している。それぞれの部分７６，７８は、断面がほぼ三角形で、周方向に配置されたくさび形インサート７４内に周方向に配置されている。これらの部分７６，７８は、タイヤの半径方向に交互に並んでいるという意味で、半径方向に交互に並んでいる。ほぼ三角形の可撓性部分７６の１つの頂点７７が、タイヤの赤道面を向いている（すなわち、ほぼ軸線方向の内向きに方向付けられている）。また、周方向に配置され、ほぼ三角形状の高剛性部分７８の１つの頂点７９が、（タイヤの赤道面から）外側に向いている。ほぼ三角形状の、可撓性を有し低ヒステリシスの部分７６は、ショア硬度のＡスケールで約４５から約７０の間の硬度を有する。ほぼ三角形状の高剛性部分７８は、（エラストマなどの）可撓性部分７６よりわずかに大きい硬度から、（金属などの）非常に大きい硬度の間のいずれかの硬度を有している。高剛性領域７８および可撓性領域７６の数と、ほぼ三角形状の断面の領域の特定の形状は、タイヤの特性を、乗用車または軽量トラックなどのような、その特定の用途に合わせるように変更することが可能である。
【００６１】
図７に示されているくさび形インサート７４の三角形状の領域７６，７８の構成により、ランフラットタイヤの構造に有利な、２通りの作動形態がもたらされる。一方の作動形態は、図５に示されている積層された複合構造に関連して表され、図６Ｂの説明で寸法Ｅ₁、Ｅ₂に関して述べられたように、くさび形インサート７４の横方向の膨張に対する抑制である。他方の作用については、図８Ａおよび８Ｂを参照して説明する。
【００６２】
図８Ａに、図７に示されているくさび形インサート７４のセグメント８０を拡大して示す。拡大されたセグメント８０は、ほぼ三角形状の、可撓性を有し低ヒステリシスの領域７６が間隔をおいて配置されている、ほぼ三角形状の、高剛性の抑制物７８を含んでいる。セグメント８０は、半径方向に圧縮荷重を受け、曲率半径Ｒ₁を有する。高剛性の抑制物７８は、８４の個所で互いに接している。
【００６３】
ランフラット運転中にセグメント８０の形状が変化する。図８Ｂに、図８Ａに示されているセグメント８０の一部分８１を示す。この部分８１は、タイヤが膨らんでいないときに、タイヤのトレッドの地面と接する部分に最も近接するサイドウォール部に発生する力のベクトルＦ_Cによって、半径方向の圧縮荷重を受ける。したがって、圧縮荷重の曲げ作用によって、図８Ｂに示されている曲率半径Ｒ₂は、図８Ａに示されている曲率半径Ｒ₁よりも小さい。図８Ｂでは、高剛性の抑制物７８は、圧縮力Ｆ_Cの曲げ作用によって領域８２に沿って変形しているように示されている。したがって、圧縮力Ｆ_Cによって引き起こされる曲げの作用は、高剛性の抑制物の部分７８を、その初期の接点８４に近接する位置で、ぴったりと接触させるようにする作用である。８２で示される領域は、接点８４に最も近く、より剛性の小さい部分７６の頂部８３が圧縮されるように圧縮変形される。
【００６４】
このように、図７に示されるくさび形インサートの実施形態７４の、圧縮によって生じる曲がりの実質的な影響は、圧縮に関係する曲げモーメントが増加し、領域８２が、可撓性材料７６の頂部８３に加わる圧縮力に対応するように広がる（長くなる）作用である。言い換えると、圧縮力が増大するのに伴って、抑制物７８の、位置８４に最も近い領域８２が、可撓性領域７６の圧縮された頂部８３に隣接する領域８２の面積を増大させるように、互いに接近する。
【００６５】
（好適な実施形態）
図９を参照すると、トレッド８７と、ラジアルプライ構造８６を含むカーカス９６と、インナーライナ１００と、２つの伸びない環状ビード１０２ａ，１０２ｂと、２つのサイドウォール８８ａ，８８ｂとを有する、ランフラットラジアルプライ空気入りタイヤ８６における本発明の一実施形態の断面図が示されている。ベルト構造１０３が、トレッド８７とカーカス９６の間に配置されている。このラジアルプライランフラット空気入りタイヤ８６の各サイドウォール８８ａ，８８ｂは、高剛性の（硬い）多数または少なくとも１つ以上の層９１ａ，９１ｂによってそれぞれ分離された、半径方向に交互に並ぶ、可撓性を有し低ヒステリシスの材料の領域９０ａ，９０ｂをそれぞれ有する、単一のサイドウォール補強用くさび形インサート８９ａ，８９ｂを含んでいる。半径方向に積層され、周方向に配置された複数の領域（９０ａ，９０ｂ）は、この領域９０ａ，９０ｂの材料よりも剛性の大きい材料からなる、周方向に配置された複数の層（９１ａ，９１ｂ）によって分離されている。
【００６６】
タイヤ８６は、通常の膨らんだ状態の運転中の柔軟なサイドウォールと優れた乗心地をもたらし、一方、ランフラット運転中の高剛性のサイドウォール補強材をもたらしもする。くさび形インサート８９ａ，８９ｂは、図５に示されている実施形態を組み込んでいるように示されているが、図７に示されているくさび形インサートの実施形態に置き換えられる。
【００６７】
（好適な他の実施形態）
図１０を参照すると、トレッド１０６と、ラジアルプライ構造１０８を含むカーカス１１６と、インナーライナ１１２と、２つの伸びない環状ビード１１４ａ，１１４ｂと、２つのサイドウォール１１６ａ，１１６ｂとを有する、ランフラットラジアルプライタイヤ１０４における、本発明の別の実施形態の断面図で示されている。ベルト構造１１０が、トレッド１０６とカーカス１０８の間に配置されている。このラジアルプライランフラットタイヤ１０４の各サイドウォール１１６ａ，１１６ｂは、内側の第１のサイドウォール補強用くさび形インサート１１８ａ，１１８ｂ（図６Ｂの７４と同様）と、外向きに配置された第２のサイドウォールくさび形インサート１２０ａ，１２０ｂとを収容している。第１のサイドウォール補強用くさび形インサート１１８ａ，１１８ｂはそれぞれ、ほぼ三角形状の、高剛性材料の多数の領域１２４ａ，１２４ｂ（７８と同様）によってそれぞれ分離された、半径方向に交互に並ぶ、ほぼ三角形状の、可撓性を有し低ヒステリシスの材料の領域１２２ａ，１２２ｂ（７６と同様）を有する。ほぼ三角形状の、可撓性を有し低ヒステリシスの材料の領域１２２ａ，１２２ｂと、高剛性材料の領域１２４ａ，１２４ｂは、可撓性を有し低ヒステリシスの三角形状の各領域１２２ａ，１２２ｂの１つの頂点が、タイヤの赤道面ＥＰに向かってほぼ軸線方向内側に向き、また、ほぼ三角形状の、間隔をおいて配置された高剛性材料の各領域１２４ａ，１２４ｂの１つの頂点が、タイヤの赤道面からほぼ軸線方向外側に向いている。タイヤ１０４は、通常の膨らんだ状態の運転中は柔軟なサイドウォールと優れた乗心地をもたらし、一方、ランフラット運転中は高剛性のサイドウォールによる補強を実現する。くさび形インサート１１８ａ，１１８ｂは図７に示されている実施形態として示されているが、図５に示されているタイプのくさび形インサートに置き換えることも本発明の範囲内である。
【００６８】
本実施形態では、内側のインサート１１８ａ，１１８ｂが複合材（すなわち積層された可撓性領域１２２ａ，１２２ｂと、高剛性領域１２４ａ，１２４ｂからなる）であり、外側のインサート１２０ａ，１２０ｂは複合材ではないが、外側のインサートは複合材で内側のインサートは複合材でない場合や、また内側のインサートおよび外側のインサートがいずれも複合材である場合も、本発明の範囲内である。
【００６９】
以上、本発明を、いくつかの実施形態を組み合わせて説明したが、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とって自明であ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主旨および範囲に入る、こ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】 各サイドウォール内に多数のくさび形インサートを組み込み、プライ構造内に多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設計の断面図である。
【図２Ａ】 図１に示された従来技術のタイヤのくさび形インサート内のサイドウォールのセグメントを示す図である。
【図２Ｂ】 図２Ａに示されたタイヤからのセグメントの拡大図である。
【図２Ｃ】 圧縮状態にある図２Ｂのセグメントを示す図である。
【図３Ａ】 伸びないワイヤで巻かれたエラストマ材料からなる中実の円柱の平面図である。
【図３Ｂ】 軸線方向に圧縮させられた状態の図３Ａの中実の円柱を示す図である。
【図４Ａ】 エラストマ材料からなる円柱に「横方向の膨張を抑える物」を被荷重部材の部品として組み込んだ、図３Ａに示されている概念の変形例の断面図である。
【図４Ｂ】 軸線方向に圧縮させられた状態の図４Ａの円柱を示す図である。
【図５】 層状のくさび形インサートの断面図である。
【図６Ａ】 図５のものに代わるくさび形インサートの設計原理を示す断面図である。
【図６Ｂ】 荷重を受けて半径方向に圧縮させられた状態の図６Ａのサイドウォールくさび形インサートを示す図である。
【図７】 図６Ａと６Ｂに示されているくさび形インサートの設計原理を示す断面図である。
【図８Ａ】 図７に示されたくさび形インサート部の拡大詳細断面図である。
【図８Ｂ】 圧縮状態の図８Ａのくさび形インサート部の拡大図である。
【図９】 本発明の一実施形態の断面図である。
【図１０】 本発明の第２の実施形態の断面図である。

Claims (6)

1. トレッド（８７，１０６）と、ラジアルプライ構造（９８，１１０）を含むカーカス（９６，１０８）と、少なくとも１つの補強用くさび形インサート（８９ａ，８９ｂ，１１８ａ，１１８ｂ，１２０ａ，１２０ｂ）によってそれぞれが補強されている２つのサイドウォール（８８ａ，８８ｂ，１１６ａ，１１６ｂ）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（８６、１０４）において、
   前記各サイドウォール（８８ａ，８８ｂ，１１６ａ，１１６ｂ）内の少なくとも１つの前記補強用くさび形インサート（８９ａ，８９ｂ，１１８ａ，１１８ｂ，１２０ａ，１２０ｂ）は、半径方向に積層され周方向に配置されている複数の領域（９０ａ，９０ｂ，１２２ａ，１２２ｂ）を有しており、
   該複数の領域（９０ａ，９０ｂ，１２２ａ，１２２ｂ）は、可撓性を有し低ヒステリシスの第１の材料からなり、
   該複数の領域（９０ａ，９０ｂ，１２２ａ，１２２ｂ）は、前記第１の材料より高剛性の第２の材料からなり周方向に配置されている１つ以上の層（９１ａ，９１ｂ，１２４ａ，１２４ｂ）によって、互いに分離されている
   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。
2. 前記各サイドウォール（８８ａ，８８ｂ，１１６ａ，１１６ｂ）内の少なくとも１つの前記補強用くさび形インサート（８９ａ，８９ｂ，１１８ａ，１１８ｂ）から軸線方向外側に配置されている、第２の補強用くさび形インサート（１２０ａ，１２０ｂ）を含む、請求項１に記載のタイヤ（８６，１０４）。
3. 半径方向に積層され周方向に配置されている、前記可撓性を有し低ヒステリシスの第１の材料からなる複数の領域（１２２ａ，１２２ｂ）と、前記高剛性の第２の材料からなる層（１２４ａ，１２４ｂ）は、いずれも断面が三角形状である、請求項１に記載のタイヤ（１０４）。
4. 三角形状の断面を有し、半径方向に積層され周方向に配置されている、前記可撓性を有し低ヒステリシスの第１の材料からなる複数の領域（１２２ａ，１２２ｂ）と、その間に介在して周方向に配置されている、三角形状の断面を有し、前記高剛性の第２の材料からなる層（１２４ａ，１２４ｂ）は、前記可撓性を有し低ヒステリシスの第１の材料からなる前記各領域の１つの頂点がタイヤの赤道面（ＥＰ）に向かって軸線方向内側に向き、前記高剛性の第２の材料からなる前記各層の１つの頂点が前記タイヤの赤道面（ＥＰ）から軸線方向外側に向くように配置されている、請求項３に記載のタイヤ（１０４）。
5. 前記可撓性を有し低ヒステリシスの第１の材料からなる複数の領域（１２２ａ，１２２ｂ）は、ショア硬度のＡスケールで４５から７０の間の硬度を有する材料の中から選択されている、請求項４に記載のタイヤ（１０４）。
6. 前記各サイドウォール（１１６ａ，１１６ｂ）内の少なくとも１つの前記くさび形インサート（１１８ａ，１１８ｂ）から軸線方向外側に配置されている第２の補強用くさび形インサート（１２０ａ，１２０ｂ）をさらに含む、請求項５に記載のタイヤ（１０４）。

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