JP5028773B2 - 空気入りタイヤ及びタイヤ・ホイール組立体 - Google Patents

Description

本発明は、空気入りタイヤ及び該空気入りタイヤを用いたタイヤ・ホイール組立体に関し、更に詳しくは、タイヤ空洞部内に配置した送信機から送信される電波の透過率を高めることができる空気入りタイヤ及びタイヤ・ホイール組立体に関する。

車両の安全走行を高めるため、近年、走行中のタイヤの空気圧を検出してタイヤの空気圧を監視するようにしたタイヤ空気圧監視装置や、タイヤの空洞部内の温度を検出してタイヤの温度を監視するようにしたタイヤ温度監視装置など、タイヤの状態を監視できるようにしたタイヤ監視装置が様々提案されている。

一般に、これらの装置は、タイヤの空気圧を検出する圧力センサやタイヤ内の温度を検出する温度センサ、及びその検出信号を送信アンテナを介して車両側に送信する送信機を備えたタイヤ側装着ユニットと、送信機から送信された検出信号を受信アンテナを介して受信する受信機、その受信した検出信号を処理するプロセッサなどを備えた車両側装着ユニットとを有し、タイヤの空洞部内に取り付けられるタイヤ側装着ユニットと車両側装着ユニットとの間で電磁波により通信を行うようにしている（例えば、特許文献１参照）。

タイヤ側装着ユニットと車両側装着ユニットとの間の通信に使用される電磁波は、無免許、無届けで使用できるようにするため、電波法規の規制に抵触しない微弱な電波（例えば、３１５ＭＨｚ）を使用するようにしている。

ところで、現在、タイヤ空気圧監視装置などのタイヤ監視装置の搭載が進んでいる大型トラックやバスに使用される重荷重用空気入りタイヤは、ベルト層の補強コードに加えて、カーカス層の補強コードにもスチールコードなどの金属コードが使用されている（例えば、特許文献２参照）。そのため、タイヤが電波的に殆どシールドされた状態にあり、電波の透過率が極めて低い。そこで、タイヤ空洞部内の送信機の送信アンテナからの電波を確実に受信するため、車両装着ユニットの受信アンテナをタイヤ近傍のタイヤハウス内に設置している。

そのため、タイヤハウス毎に受信アンテナを少なくとも１つ設置する必要があり、その結果、受信アンテナの数が多くなって、タイヤ監視装置の構成が複雑化しかつコストアップにつながると言う問題があった。
特開平７−１８６６３３号公報 特開平５−１５５２０８号公報

本発明の目的は、電波の透過率を高め、それにより受信アンテナの数を減らして、装置の構成をシンプルにしかつコストダウンを図ることが可能な空気入りタイヤ及びタイヤ・ホイール組立体を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の空気入りタイヤは、タイヤ径方向に延在する金属コードをタイヤ周方向に所定の隙間を介して配列してゴム層に埋設したカーカス層を左右のサイドウォール部を経て左右のビード部間に延設し、トレッド部のカーカス層外周側にタイヤ径方向に傾斜して延在する金属コードをタイヤ周方向に所定の間隔で配列したベルト層を配設した空気入りタイヤにおいて、前記カーカス層の金属コード間の隙間の幅を空気入りタイヤの空洞部内に配置される送信機から送信される電波の波長の２／１０００倍以上にすると共に、少なくとも一方のサイドウォール部側に導電性の遮蔽部材を配置し、前記カーカス層の金属コード間の隙間の延在する方向の長さＡ（ｍｍ）が下記式を満足する隙間部を残して前記隙間を遮蔽するようにしたことを特徴とする。
０．７×λ／２×１／ε^1/2 ≦Ａ≦１．３×λ／２×１／ε^1/2
λ：空気入りタイヤの空洞部内に配置される送信機から送信される電波の波長（ ｍｍ）
ε：窓部の隙間に対応する位置にあるゴム中にカーボンが配合されたゴム組成物 の比誘電率

また、本発明のタイヤ・ホイール組立体は、タイヤ径方向に延在する金属コードをタイヤ周方向に所定の隙間を介して配列してゴム層に埋設したカーカス層を左右のサイドウォール部を経て左右のビード部間に延設し、トレッド部のカーカス層外周側にタイヤ径方向に傾斜して延在する金属コードをタイヤ周方向に所定の間隔で配列したベルト層を配設した空気入りタイヤのビード部をホイールのリムに装着し、前記空気入りタイヤの空洞部内に送信機を配置したタイヤ・ホイール組立体であって、前記カーカス層の金属コード間の隙間の幅を空気入りタイヤの空洞部内に配置される送信機から送信される電波の波長の２／１０００倍以上にすると共に、少なくとも一方のサイドウォール部側に導電性の遮蔽部材を配置し、前記カーカス層の金属コード間の隙間の延在する方向の長さＡ（ｍｍ）が上記式を満足する隙間部を残して前記隙間を遮蔽するようにしたことを特徴とする。

上述した本発明によれば、サイドウォール部側のカーカス層の金属コード間の隙間を、送信機から送信される電波の周波数の透過に適した長さを有する隙間部に形成するようにしたので、空洞部内に配置される送信機から送信される電波の透過率を効果的に高めることが可能になる。そのため、送信機から送信される電波を遠くまで飛ばすことができ、タイヤハウス毎に受信アンテナを設置する必要がなくなるので、受信アンテナの数を減らして装置の構成をシンプルにしかつコストダウンを図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明の空気入りタイヤの一実施形態、図２は図１の空気入りタイヤＴをホイールＷのリムＷｒに装着したタイヤ・ホイール組立体の一実施形態を示し、１はトレッド部、２はサイドウォール部、３はビード部、４は空洞部、Ｓはタイヤ空気圧監視装置のタイヤ側装着ユニット（送信機を内蔵）である。

空気入りタイヤＴは、図３にその詳細を示すように、タイヤ径方向ＴＲに沿って延在するスチールコード（金属コード）ｆをタイヤ周方向ＴＣに所定の隙間（ゴム組成物が充填された隙間）ｘを介して配列してゴム層５Ｘに埋設した１層のカーカス層５がタイヤ内側に設けられている。カーカス層５は、左右のサイドウォール部２を経て左右のビード部３間に延設され、その両端部５ａがビード部３に埋設したビードコア６の周りにビードフィラー７を挟み込むようにしてタイヤ内側から外側に折り返されている。

トレッド部１のカーカス層５の外周側には、タイヤ径方向ＴＲに傾斜して延在するスチールコード（金属コード）をタイヤ周方向に所定の間隔で配列してゴム層に埋設した複数のベルト層８が配設されている。ベルト層８の外周側には、トレッドゴム層９が設けられている。

カーカス層５の内側には、ブチルゴムなどからなるインナーライナー層１０が配置されている。両サイドウォール部２には、カーカス層５の外側にサイドゴム層１１が設けられ、ビード部３にはリムクッションゴム層１２が配設されている。

左右のサイドウォール部２には、カーカス層５のスチールコードｆ間の隙間ｘを部分的に遮蔽する導電性の遮蔽層（遮蔽部材）１３がタイヤ周方向に沿って環状に配置してある。遮蔽層１３は、インナーライナー層１０の内面１０ａに固着してあり、タイヤ内周側に設けた第１遮蔽層１３Ａとタイヤ外周側に設けた第２遮蔽層１３Ｂとから構成されている。この第１遮蔽層１３Ａと第２遮蔽層１３Ｂは、カーカス層５のスチールコードｆ間の隙間ｘを下記の式で表される隙間の延在する方向の長さＡ（ｍｍ）の部分ｘａ（図４参照）を残して遮蔽するように配置され、サイドウォール部２側には隙間ｘの部分ｘａからなる隙間部１４を電波の窓部として形成している。
０．７×λ／２×１／ε^1/2 ≦Ａ≦１．３×λ／２×１／ε^1/2

但し、λは空気入りタイヤＴの空洞部４内に配置される送信機から送信される電波の波長（ｍｍ）、εは隙間部１４の隙間ｘ（隙間部分ｘａ）に対応する位置にあるゴム中にカーボンが配合されたゴム組成物の比誘電率である。なお、この隙間部１４の隙間ｘに対応する位置にあるゴム組成物とは、タイヤ内面から隙間ｘを通過してタイヤ外面までの間に位置するゴム組成物であり、図１に示す実施形態では、カーカス層５、インナーライナー層１０、及びサイドゴム層１２のゴム組成物である。このように複数層のゴム組成物がある場合には、比誘電率εは各層の厚さとそのゴム組成物の比誘電率の積の和を各層の厚さの和で除して求めるものとする。

上記部分ｘａの長さＡは、例えば、送信機から送信する電波の周波数を３１５ＭＨｚ、サイドウォール部２のゴム組成物（隙間部１４の隙間ｘに対応する位置にあるゴム組成物）の比誘電率εを１７．４とすると、略８０〜１４７ｍｍの範囲となる。部分ｘａの長さＡが上記範囲を外れると、電波の透過率を効果的に改善することが難しくなる。好ましくは、０．９×λ／２×１／ε^1/2 ≦Ａ≦１．１×λ／２×１／ε^1/2 、更に好ましくは、Ａ＝λ／２×１／ε^1/2 がよい。

上記遮蔽層１３は、左右のサイドウォール部２に設けるのが好ましいが、いずれか一方のサイドウォール部２に設けてもよく、左右のサイドウォール部２の少なくとも一方側に配置するようにすればよい。

遮蔽層１３は、送信機から送信される電波を遮蔽することができれば、いずれの導電性材料から構成してもよく、例えば、アルミ箔、導電性塗料、金属メッキなどを挙げることができる。また、遮蔽層１３は、サイドウォール部２内に埋設して設けるようにしてもよい。

図２に示すタイヤ・ホイール組立体は、上述した空気入りタイヤＴのビード部３をホイールＷのリムＷｒに装着し、タイヤ側装着ユニットＳが空洞部４内のリムＷｒに取り付けた構造になっている。

本発明者らは、電波的に殆どシールドされた状態にあるタイヤの空洞部内に配置した送信機から送信される電波の透過性を高めるために鋭意検討した結果、以下のことを知見した。

タイヤ空気圧監視装置などのタイヤ監視装置の搭載が進んでいる大型トラックやバスに使用される重荷重用空気入りタイヤは、トレッド部はベルト層により、ビード部間の開口は装着したホイールにより電波的に略完全に遮蔽されており、完全に遮蔽されていない部分はサイドウォール部である。このサイドウォール部のカーカス層のスチールコード間の狭い隙間から電波が外部に送信される。しかし、隙間が狭いため、この隙間を透過する際の電波の減衰率が大きく、電波の透過率を極めて低いものにしていた。

そこで、この隙間を如何に有効に利用できるかを検討したところ、周波数選択性シールド材料を用いた場合と同じ原理が成り立つことがわかった。即ち、図５に示すように、遮蔽板２０に所定の長さを有するスリット２１を配列し、そのスリット２１の長さＢを透過させたい電波の周波数の波長λの１／２の長さにすると、透過させたい電波の透過率を高めることができる。

例えば、透過させたい電波の周波数を２．４５ＧＨｚとすると、スリット２１の長さＢを６１ｍｍにすることにより、図６のＦ１で示すグラフのように、２．４５ＧＨｚで高い透過率を得ることができる。また、透過させたい電波の周波数を９４５ＭＨｚとすると、スリット２１の長さＢを１５８．５ｍｍにすることにより、図６のＦ２で示すグラフのように、９４５ＭＨｚで高い透過率を得ることができ、更に透過させたい電波の周波数を３１５ＭＨｚとすると、スリット２１の長さＢを４７６ｍｍにすることで、図６のＦ３で示すグラフのように、３１５ＭＨｚで高い透過率を得ることができる。

上記は空気中での場合であるが、空気入りタイヤの場合は、電波が透過するサイドウォール部にはゴムが存在する。その場合の透過させたい電波の周波数に最適なスリット２１の長さＢは、λ／２×１／ε^1/2 で表される。

ゴム組成物の比誘電率は、例えば、配合するカーボンなどの量を調整することにより適宜変更することができる。そこで、タイヤサイズ（サイドウォール部のタイヤ径方向長さ）に合わせてゴム組成物の比誘電率を調整し、電波が透過する隙間ｘの部分ｘａの長さＡを調整する。これにより、サイドウォール部において、カーカス層のスチールコード間の隙間部分の長さを最適にして電波を効果的に透過させることができるようになる。

例えば、透過させたい電波の周波数を３１５ＭＨｚとし、サイドウォール部に比誘電率が１７．４のゴム組成物を使用したとすると、隙間ｘの部分ｘａの長さＡは約１１４ｍｍになり、この長さの隙間部分であれば、現在大型トラックやバスに使用される重荷重用空気入りタイヤのサイドウォール部に容易に形成することができる。

このように本発明では、サイドウォール部２のカーカス層５のスチールコードｆ間の隙間ｘを遮蔽部材１３で部分的に遮蔽し、送信機から送信される電波の周波数の透過に適した隙間部１４を形成するようにしたので、空洞部４内に配置されたタイヤ側装着ユニットＳの送信機から送信される電波の透過率を高めることができ、それにより送信機から送信される電波を従来より遠くまで飛ばすことが可能になるので、タイヤハウス毎に受信アンテナを設置する必要がない。従って、タイヤ空気圧監視装置の受信アンテナの数を減らして、装置の構成をシンプルにしかつコストダウンを図ることができる。

本発明において、カーカス層５のスチールコードｆ間の隙間ｘの幅ｍとしては、送信機から送信される電波の波長の２／１０００倍以上にする。これにより、電波の透過率を効果的に高めることが出来る。

しかし、このように隙間ｘの幅ｍを電波の波長の２／１０００倍以上にすると、スチールコードｆの間隔が現在使用されているタイヤより広がるようになるため、タイヤ内圧に対するカーカス層の強度・剪断力が低下する。そこで、従来よりスチールコードｆの径を大きくする一方、カーカス層５のゴム組成物の厚さを厚くし、あるいは／更に弾性率の高いゴム組成物をカーカス層５に使用することで、カーカス層の強度・剪断力の低下を防ぐことができる。例えば、スチールコードｆの間隔（隙間ｘの幅ｍ）を従来の２倍にしたとすると、カーカス層５のゴム組成物の厚さ及び弾性率の少なくとも１方を従来の２倍程度とすることができる。隙間ｘの幅ｍの上限値としては、空気圧保持等の点から、電波の波長の８／１０００倍以下にするのがよい。隙間ｘの幅ｍは、より好ましくは、３／１０００倍〜５／１０００倍がよい。

また、タイヤ・ホイール組立体において、空気入りタイヤＴの空洞部４内に配置したタイヤ側装着ユニットＳの送信機のアンテナは、図７，８に示すように、アンテナＫから送信される電波Ｑの電界方向の向きＰがカーカス層５のスチールコードｆ間の隙間ｘの在する方向（図の例ではタイヤ径方向ＴＲ）と４５°以上で交差、好ましくは垂直となるように設置するのが、電波の透過率を改善する上で好ましい。なお、図８において、ＱＤは電波Ｑの進行方向である。

本発明は、上記実施形態では、タイヤ空洞部４内にタイヤ空気圧監視装置のタイヤ側装着ユニットＳを設けた例を示したが、タイヤ温度監視装置のタイヤ側装着ユニット（送信機内蔵）を設置するものであってもよく、タイヤ空洞部４内に電波を外部に送信するための送信機を配置するものであれば、いずれにも適用することができる。

本発明の空気入りタイヤの一実施形態を示すタイヤ子午線半断面図である。 図１の空気入りタイヤを有するタイヤ・ホイール組立体の一実施形態を示す断面図である。 カーカス層の要部拡大断面図である。 タイヤ空洞部側から見たサイドウォール部の部分拡大説明図である。 遮蔽板に設けたスリットと電波の透過率との関係を説明する説明図である。 電波の周波数と透過率との関係を示すグラフ図である。 タイヤの空洞部内のアンテナの向きを示す説明図である。 アンテナから送信される電波の電界方向の向きを示す説明図である。

符号の説明

１ トレッド部
２ サイドウォール部
３ ビード部
４ 空洞部
５ カーカス層
５Ｘ ゴム層
８ ベルト層
１０ インナーライナー層
１１ サイドゴム層
１３ 遮蔽層（遮蔽部材）
１４ 隙間部
Ｋ アンテナ
Ｐ 電波の電界方向の向き
Ｑ 電波
Ｓ タイヤ側装着ユニット（送信機）
Ｔ 空気入りタイヤ
ＴＣ タイヤ周方向
ＴＲ タイヤ径方向
Ｗ ホイール
Ｗｒ リム
Ｚ 領域
ｆ スチールコード（金属コード）
ｍ 幅
ｘ 隙間
ｘａ 部分

Claims (7)

1. タイヤ径方向に延在する金属コードをタイヤ周方向に所定の隙間を介して配列してゴム層に埋設したカーカス層を左右のサイドウォール部を経て左右のビード部間に延設し、トレッド部のカーカス層外周側にタイヤ径方向に傾斜して延在する金属コードをタイヤ周方向に所定の間隔で配列したベルト層を配設した空気入りタイヤにおいて、
   前記カーカス層の金属コード間の隙間の幅を空気入りタイヤの空洞部内に配置される送信機から送信される電波の波長の２／１０００倍以上にすると共に、少なくとも一方のサイドウォール部側に導電性の遮蔽部材を配置し、前記カーカス層の金属コード間の隙間の延在する方向の長さＡ（ｍｍ）が下記式を満足する隙間部を残して前記隙間を遮蔽するようにしたことを特徴とする空気入りタイヤ。
   ０．７×λ／２×１／ε^1/2 ≦Ａ≦１．３×λ／２×１／ε^1/2
   λ：空気入りタイヤの空洞部内に配置される送信機から送信される電波の波長（ ｍｍ）
   ε：隙間部の隙間に対応する位置にあるゴム中にカーボンが配合されたゴム組成 物の比誘電率
2. 前記遮蔽部材をタイヤ内周側に設けた第１遮蔽層とタイヤ外周側に設けた第２遮蔽層とから構成し、該第１遮蔽層及び該第２遮蔽層をタイヤ周方向に沿って環状に配置した請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記遮蔽部材をインナーライナー層の内面に固着した請求項１または２に記載の空気入りタイヤ。
4. タイヤ径方向に延在する金属コードをタイヤ周方向に所定の隙間を介して配列してゴム層に埋設したカーカス層を左右のサイドウォール部を経て左右のビード部間に延設し、トレッド部のカーカス層外周側にタイヤ径方向に傾斜して延在する金属コードをタイヤ周方向に所定の間隔で配列したベルト層を配設した空気入りタイヤのビード部をホイールのリムに装着し、前記空気入りタイヤの空洞部内に送信機を配置したタイヤ・ホイール組立体であって、
   前記カーカス層の金属コード間の隙間の幅を空気入りタイヤの空洞部内に配置される送信機から送信される電波の波長の２／１０００倍以上にすると共に、少なくとも一方のサイドウォール部側に導電性の遮蔽部材を配置し、前記カーカス層の金属コード間の隙間の延在する方向の長さＡ（ｍｍ）が下記式を満足する隙間部を残して前記隙間を遮蔽するようにしたことを特徴とするタイヤ・ホイール組立体。
   ０．７×λ／２×１／ε^1/2 ≦Ａ≦１．３×λ／２×１／ε^1/2
   λ：空気入りタイヤの空洞部内に配置される送信機から送信される電波の波長（ ｍｍ）
   ε：隙間部の隙間に対応する位置にあるゴム中にカーボンが配合されたゴム組成 物の比誘電率
5. 該遮蔽部材をタイヤ内周側に設けた第１遮蔽層とタイヤ外周側に設けた第２遮蔽層とから構成し、該第１遮蔽層及び該第２遮蔽層をタイヤ周方向に沿って環状に配置した請求項４に記載のタイヤ・ホイール組立体。
6. 前記遮蔽部材をインナーライナー層の内面に固着した請求項４または５に記載のタイヤ・ホイール組立体。
7. 前記送信機のアンテナから送信される電波の電界方向の向きが前記隙間の延在する方向と垂直になるように前記アンテナを設置した請求項４，５または６に記載のタイヤ・ホイール組立体。

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