(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半径方向、長手方向および軸方向を有する接地部と、赤道面とを有するタイヤであって、可変圧力せん断バンドを備え、この可変圧力せん断バンドは、
有効動的せん断係数（Ｇeff）と半径方向厚さ（ｈ）の積（Ｇeff*ｈ）がタイヤの軸方向に変化する断面を有するせん断層と、
前記せん断層の半径方向内方の範囲に接着された第１の膜と、
前記せん断層の半径方向外方の範囲に接着された第２の膜と、を含み、
前記せん断層は、前記タイヤに少なくとも５％だけ変化する垂直荷重が作用したとき、タイヤの足跡に垂直圧力分布が生じるように、積（Ｇeff*ｈ）が前記第２の膜の半径方向位置（Ｒ）に対してタイヤの軸方向に変化する断面を有する、タイヤ。
【請求項２】
前記せん断層は、このせん断層の半径方向厚さ（ｈ）が変化するのに従って一貫性のあるＧeffを有する材料で構成されている、請求項１に記載のタイヤ。
【請求項３】
前記接地部はトレッドであってその各軸方向範囲の複数のショルダー部と、このショルダー部間の中央部とを有するトレッドを備え、また、前記せん断層はその各軸方向範囲のショルダー部と、このショルダー部間の中央部と、を有し、
前記せん断層のショルダー部と中央部とは、それぞれ、実質的に前記トレッドのショルダー部と中央部との半径方向下方に見られ、
前記せん断層は、このせん断層がそのショルダー部からその中央部へ軸方向に進むにつれて半径方向内方の方向へ増大する厚さを有する、請求項２に記載のタイヤ。
【請求項４】
前記せん断層は、そのショルダー部において最も薄くかつその中央部において最も厚く、前記せん断層の中立軸は前記せん断層がそのショルダー部からその中央部へ軸方向に進むにつれて半径方向内方へ動き、また前記中立軸は実質的に前記タイヤの赤道にあるその最も低い位置に至る、請求項３に記載のタイヤ。
【請求項５】
前記トレッドは、前記タイヤの赤道面の近くに増大された外向きの半径方向厚さを有する、請求項４に記載のタイヤ。
【請求項６】
前記せん断層は、Ｇeffの異なる値を有する複数の軸方向配置部分を含む、請求項１に記載のタイヤ。
【請求項７】
前記タイヤの接地部はショルダーおよび中央の両部を有するトレッドを含み、前記トレッドのショルダー部が、このトレッドのショルダー部に関して増大された長手方向せん断コンプライアンスを有する、前記中央部とは異なる材料特性を備える、請求項１に記載のタイヤ。
【請求項８】
前記タイヤの接地部はショルダーおよび中央の両部を有するトレッドを含み、前記トレッドの中央部は、前記トレッドのショルダー部と比較したときに前記トレッドの中央部の増大された長手方向せん断コンプライアンスをもたらす長さ（Ｂ）の複数のトレッド要素を規定する深さ（Ｈ）の横方向へ向けられた複数の溝を含み、ここにおいて、パラメータ（Ｈ／Ｂ）は長手方向コンプライアンスのレベルの指標である、請求項１に記載のタイヤ。
【請求項９】
前記第２の膜は実質的に非伸長性であり、前記第１の膜は圧縮に抵抗する、請求項１に記載のタイヤ。
【請求項１０】
前記第１の膜はガラス・モノフィラメントを含み、前記第２の膜は第１のクロスプライベルトと、前記第１のクロスプライベルトの頂面上にある第２のクロスプライベルトとを含む、請求項９に記載のタイヤ。
【請求項１１】
前記第１および第２のクロスプライベルトは、前記タイヤの赤道面に関して＋／−（１５ないし２５）度に置かれた複数のスチールコードを有する、請求項１０に記載のタイヤ。
【請求項１２】
前記せん断層は、前記垂直圧力分布が少なくとも２５％だけ変化する断面を有する請求項１に記載のダイヤ。
【請求項１３】
前記第１の膜はガラス・モノフィラメントを含み、前記第２の膜は第１のクロスプライベルトと、この第１のクロスプライベルトの頂面上にある第２のクロスプライベルトとを含む、請求項４に記載のタイヤ。
【請求項１４】
前記第１および第２のクロスプライベルトは、前記タイヤの赤道面に関して＋／−２２度に置かれた複数のスチールコードを有する、請求項１１に記載のタイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、タイヤのためのより良いハイドロプレーニング性能を提供する改良設計に関し、より詳細には、タイヤに増大された構造的剛性を与え、これにより水に出会ったときのタイヤの変形に抵抗するように働き、タイヤのハイドロプレーン性向を軽減する、タイヤのトレッド下に配置された可変圧力せん断バンドを有するタイヤに関する。有利なことに、可変圧力せん断バンドは、摩耗性能を低下させることなしにハイドロプレーニング性能と転がり抵抗とを同時に改善することができる。
【背景技術】
【０００２】
空気式タイヤの分野の当業者は、トレッド摩耗、取り扱い、乾湿静止摩擦、転がり抵抗等に関する様々な性能の組み合わせを得るためにタイヤ構造の適用において豊富な経験を発展させてきた。
【０００３】
この適用の一例として、空気式タイヤは、外方の表面（一般的にはトレッド）とタイヤが転動する地面との間のタイヤの接触領域における垂直応力及び接線応力に関して、最適化される。例えば、良好なトレッド摩耗は、タイヤと地面との間の前記垂直応力が前記接触領域を介して均一に分布されかつ前記接線応力が最小にされるときに得られる。特に、転がり方向における前記接線応力は、前記接触領域の幅にわたって強度に正から強度に負に変化すべきではない。しかし、濡れた路面上におけるハイドロプレーニング現象に対するタイヤの抵抗をより良く改善するため、前記接触領域の中央部に、前記接触領域のショルダーすなわち横方向部分と比べて高い垂直接触応力を有することが有利である。これは、通常、タイヤ構造を適合させ、あるいは、最適化された摩耗に望ましいことよりもより丸みを帯びているタイヤの横方向外形を得るために成形横方向外形を養生することにより達成される。このケースでは、空気式タイヤは転がり方向に、前記中央部では著しい正となりかつ前記ショルダー部では負となる、不均衡な接線方向応力を有する。したがって、空気式タイヤでは、当業者には、摩耗抵抗およびハイドロプレーニング抵抗を同時に最適化することについての困難がある。
【０００４】
空気式でないかまたは構造的に支持されたタイヤがこの分野において開示されている。例えば、本発明の出願人との共有に係る米国特許第６，７６９，４６５号明細書は、内部空気圧なしに負荷を支える構造的に支持された弾性タイヤに関連する。代表的な実施形態において、この非空気式タイヤは、接地部と、該接地部から半径方向内方に伸びるサイドウォール部と、タイヤが転がる間にホイールへの固定を維持するように適合されたビード部のアンカーとを含む。補強された環状バンドが、前記接地すなわちトレッド部の半径方向内方に配置されている。このせん断バンドは、少なくとも１つのせん断層と、該せん断層の半径方向内方の範囲に接着された第１の膜と、前記せん断層の半径方向外方の範囲に接着された第２の膜とを含む。米国特許第６，７６９，４６５号に係る発明は、例えば、一部または無膨張圧力で機能する能力と、接地圧力とは幾分か独立した垂直合成を調整するための可撓性とを含むいくつかの利点を提供する。本発明も、また、前記接触領域の全部にわたって比較的良好な平衡接触圧力を与える。
【０００５】
他の例として、本発明の出願人との共有に係る米国特許第７，２０１，１９４号明細書も、また、非空気式タイヤに関連する。代表的な実施形態において、この非空気式タイヤは、外方環状せん断バンドと、該環状バンドを横切りかつ前記環状溝から半径方向内方に伸びまたホイール又はハブに固定された複数のウエブスポークとを含む。ある実施形態において、前記環状せん断バンドは、さらに、せん断層と、該せん断層の半径方向内方の範囲に接着された少なくとも第１の膜と、前記せん断層の半径方向外方に接着された少なくとも第２の膜とを含む。また、必要とされる膨張圧力なしで機能する前記能力に加えて、米国特許第７，２０１，１９４号は、前記接触領域の長さの全部にわたるより均一な接地圧力を含む利点を提供する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
参考文献の代表的な実施形態について前述したように、両者は、タイヤに所望の性能利益を提供するためにせん断層を含む環状せん断バンドを利用した。以下に述べるように、出願人等は、他の性能を低下させることなしに摩耗またはハイドロプレーニングを改善することができる、前記せん断層およびある実施形態ではさらにトレッドの特性についての有利な構造を発見した。あるケースでは、転がり抵抗も改善される。前記せん断層およびトレッドのためのこの改善された構造は、空気式タイヤ、非空気式タイヤ、環状バンドからの構造支持体に関連して低減膨張圧力で機能するハイブリッドタイヤ、さらに他の製品に適用される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の概要
本発明の特定の実施形態は、半径方向、長手方向および軸方向と赤道面とを有する接触部を備えるタイヤを含む。このタイヤは、さらに、積（Ｇeff＊ｈ）が前記タイヤの軸方向に変化する断面を有するせん断層を備える可変圧力せん断バンドと、前記せん断層の半径方向内方の範囲に接着された第１の膜と、前記せん断層の半径方向外方の範囲に接着された第２の膜とを含む。あるケースでは、このようなタイヤの前記せん断層は、該せん断層の高さ（ｈ）が変化するにつれて比較的一貫性のあるＧeffを有する材料で構成されている。
【０００８】
このケースでは、前記接地部はトレッドであって該トレッドの各軸方向範囲に位置するショルダー部と、該ショルダー部間の中央部とを有するトレッドを備える。
また、前記せん断層はその各軸方向範囲に位置するショルダー部と、該ショルダー部間の中央部とを有する。前記せん断層のショルダー部と中央部とは、それぞれ、実質的に前記トレッドのショルダー部と中央部との半径方向下方に見られる。前記せん断層は、該せん断層がそのショルダー部からその中央部へ進むにつれて半径方向内方の方向へ増大する厚さを有する。
【０００９】
さらに、前記せん断層は、そのショルダー部において最も薄くかつその中央部において最も厚い。また、前記せん断層の中立繊維は、前記せん断層がそのショルダー部からその中央部へ軸方向に進むにつれて、前記中立軸が実質的に前記タイヤの赤道にあるその最も低い位置に至るように、半径方向内方へ移動する。この特定の実施形態では、前記第１の膜はガラス・モノフィラメントを含み、前記第２の膜は第１のクロスプライベルトと、前記第１のクロスプライベルトの頂面上にある第２のクロスプライベルトとを含む。
【００１０】
このケースでは、前記トレッドは、前記タイヤの赤道面の近くに増大された半径方向厚さを有する。
【００１１】
他の実施形態では、前記せん断層は、該せん断層に関して変化する（Ｇeff＊ｈ）をもたらすＧeffの異なる値を有する複数の軸方向配置部分を含む。
【００１２】
さらに他の実施形態では、前記タイヤの接地部はショルダーおよび中央の両部を有するトレッドを含み、該トレッドのショルダー部は前記中央部と異なる材料特性を有する。前記中央部は、前記トレッドのショルダー部に関して増大された長手方向せん断コンプライアンスを有する。
【００１３】
他の実施形態では、前記タイヤの接地部はショルダーおよび中央の両部を有するトレッドを含み、前記トレッドの中央部は、前記トレッドのショルダー部と比較したときに前記トレッドの中央部の増大された長手方向せん断コンプライアンスをもたらす長さ（Ｂ）の複数のトレッド要素を規定する幅（Ｈ）の横方向へ向けられた複数の溝を含む。パラメータ（Ｈ／Ｂ）は長手方向コンプライアンスのレベルの指標である。
【００１４】
あるケースでは、前記せん断バンドの第２の膜は実質的に非伸長性であり、他方、前記第１の膜は圧縮に抵抗する。これは、前記せん断バンドが、タイヤが水に出会ったとき、変形に抵抗することに役立ち、これにより、前記タイヤのハイドロプレーニング性能を改善する。
【００１５】
このケースでは、前記第１の膜はガラス・モノフィラメントを含み、前記第２の膜は第１のクロスプライベルトと、前記第１のクロスプライベルトの頂面上にある第２のクロスプライベルトとを含む。前記第１および第２のクロスプライベルトは、前記タイヤの赤道面に関して＋／−（１５ないし２５）度に置かれた複数のスチールコードを含む。特定の実施形態では、前記第１および第２のクロスプライベルトは＋／−２２度に置かれた複数のスチールコードを有する。
【００１６】
代わりに、前記第１および第２の膜は、実質的に前記タイヤの長手方向に置かれた複数の環状補強を含む。これらの補強は、実質的に前記タイヤの長手方向に沿って巻かれかつ前記タイヤの半径方向に沿ってペースが設置された１または複数のスチールコードを含む。
【００１７】
本発明の先の及び他の目的、特徴及び利点は、同様の参照番号が本発明の同様の部分を表わす添付図面に示されているように、以下の本発明の特定の実施形態のより詳細な説明から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】タイヤ１００の典型的な実施形態の子午面を通る断面図を示す。
【図２】中央および横方向の両部を含むせん断層を有するタイヤ２００の典型的な実施形態の子午面を通る断面図を示す。
【図３】弓状の外形に従う外方膜と可変厚さのせん断層とを有するタイヤ３００の典型的な実施形態の子午面を通る断面図を示す。
【図４】中央および横方向の両部を含むせん断層と中央および横方向の両セクションを含むトレッド層とを有するタイヤ４００の典型的な実施形態の子午面を通る断面図を示す。
【図５】赤道面を通して得られた、トレッド溝の配列を示す概略図である。
【図６】タイヤ１００の典型的な実施形態の斜視図である。
【図７】タイヤ２００の典型的な実施形態と比較したときの、タイヤ１００の典型的な実施形態に関する垂直及び接線の両接触応力の等高線を示す描写である（レベル１）。
【図８】タイヤ２００の典型的な実施形態と比較したときの、タイヤ１００の典型的な実施形態に関する垂直及び接線の両接触応力の等高線を示す描写である（レベル２）。
【図９】タイヤ３００の典型的な実施形態と比較したときの、タイヤ１００の典型的な実施形態に関する垂直及び接線の両接触応力の等高線を示す描写である。
【図１０】０．５のＨ／Ｂを有するタイヤ４００の典型的な実施形態と比較したときの、タイヤ２００の典型的な実施形態に関する接線接触応力の等高線を示す描写である。
【図１１】１．０のＨ／Ｂを有するタイヤ４００の典型的な実施形態と比較したときの、タイヤ２００の典型的な実施形態に関する接線接触応力の等高線（レベル１）を示す描写である。
【図１２】タイヤ１００、２００、３００および４００の典型的な実施形態に関する垂直及び接線の両接触応力のグラフ表示であり、リブ番号Ｒ２はトレッドの中央セクションに対応し、また、リブ番号Ｒ１およびＲ３は横方向部分に対応する。
【図１３】構築されかつ試験がなされた可変圧力せん断バンドを有しない従来のタイヤ構造を有する５００の断面図である。
【図１４】実際のタイヤに６００に組み込まれかつ試験がなされた可変圧力せん断バンドを有する本発明の一実施形態を示す。
【図１５】試験中に取られた写真に基づく、標準内部空気圧２．１バールでまた時速８８キロメートルで水の中を移動する間における従来のタイヤ５００と地面との間の接触領域を示す。
【図１６】試験中に取られた写真に基づく、標準内部空気圧２．１バールでまた時速８８キロメートルで水の中を移動する間における可変圧力せん断板を有するタイヤ６００と地面との間の接触領域を示す。
【図１７】わずかに空気を抜かれた内部空気圧１．６バールで水の中を様々な速度で移動する間における従来のタイヤ５００と地面との間および可変圧力せん断バンドを有するタイヤ６００と地面との間の接触領域の面積を示すグラフである。
【図１８】標準内部空気圧２．１バールで水の中を様々な速度で移動する間における従来のタイヤ５００と地面との間および可変圧力せん断バンドを有するタイヤ６００と地面との間の接触領域の面積を示すグラフである。
【図１９】標準内部空気圧２．１バールおよび４１０ＤａＮの負荷でのタイヤ５００、６００のリブＲ１ないしＲ５に関するＺ応力、Ｙ応力およびＸ応力をそれぞれ示す。
【図２０】標準内部空気圧２．１バールおよび４１０ＤａＮの負荷でのタイヤ５００、６００のリブＲ１ないしＲ５に関するＺ応力、Ｙ応力およびＸ応力をそれぞれ示す。
【図２１】標準内部空気圧２．１バールおよび４１０ＤａＮの負荷でのタイヤ５００、６００のリブＲ１ないしＲ５に関するＺ応力、Ｙ応力およびＸ応力をそれぞれ示す。
【図２２】標準内部空気圧２．１バールおよび負荷４１０ＤａＮでのタイヤ５００の足跡を示す。
【図２３】標準内部空気圧２．１バールおよび負荷４１０ＤａＮでのタイヤ６００の足跡を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
特定の実施形態の詳細な説明
これから、本発明の複数の実施形態について詳細に述べる。１以上の例が複数の図に示されている。各例は本発明の説明のために提供され、本発明の限定を意味しない。例えば、１つの実施形態の一部として示されまたは説明された特徴は、他の実施形態でさらに第３の実施形態を得るために使用され得る。本発明はこれらのおよび他の修正、変更を含むことを目的としている。考察の目的のため、典型的なタイヤの複数の実施形態の半分のみが１以上の図に示される。参照番号は、様々な要素を識別する際に読み手を専ら補助するために、図において使用されている。一実施形態のための共通のまたは同様の番号付けは、他の実施形態における同様の要素を示す。この分野における通常の技術を有する者は、本明細書に開示される教示を用いて、同一または実質的に同様の特徴がタイヤの両側で繰り返されることを理解するであろう。
【００２０】
定義
以下の用語はこの開示のために以下のように定義される。
【００２１】
本明細書で用いられる「複合物」は、２以上の層から構成されることを意味する。
【００２２】
「ホイール」または「ハブ」は、タイヤを支持しまた車両の車軸に据え付けるための任意の装置または構造に言及し、また、このような用語は本明細書においてはどちらを使っても変わりがない。
【００２３】
「動的せん断係数」は、ＡＳＴＭ  Ｄ５９９２によって測定されたせん断係数を意味する。
【００２４】
「破断点伸び」は、ＡＳＴＭ  Ｄ４１２‐９８ａによって測定されまた周囲よりもむしろ１００℃で実施された引張伸びを意味する。
【００２５】
「ヒステリシス」は、動的損失のタンジェント（最大ｔａｎδ）を意味する。材料の動的特徴は、ＡＳＴＭ  Ｄ５９９２に従ってＭＴＳ  ８３１  エラストマー試験システムで測定される。振動数１０Ｈｚおよび８０℃での交互単一正弦曲線せん断応力に従う、加硫材料のサンプル（厚さ４ｍｍおよび４００ｍｍ2の断面の円筒形テストピース）の応答が記録される。走査は、０．１ないし５０％（外側周期）、次いで５０％ないし０．１％（回帰周期）の歪みの振幅で行われる。最大せん断係数Ｇ*はＭＰａ内で最大であり、また、損失角度のタンジェント、タンジェントデルタ（最大ｔａｎδ）の最大値は前記外側周期の間に決定される。
【００２６】
膜の「係数」は、周方向における１％の伸びでの弾性の引張係数を意味する。この係数は、従来のタイヤのスチールベルト材料のための下記の式２または３により計算することができる。この係数は、「Ｅmembrane」と記される。
【００２７】
「赤道面」は、タイヤの中心線を通る前記タイヤの回転軸に垂直な面を意味する。
【００２８】
「子午面」は、タイヤの回転軸に平行でありかつ該軸から半径方向外方へ伸びる面を意味する。
【００２９】
「半径」方向は、半径方向外方かつ前記回転軸に対して垂直を意味する。
【００３０】
右手直交座標系において、前転方向は正のｘ方向として定義され（また、タイヤの周方向または長手方向として言及される）、垂直なｚ方向は地面から正の上方向として定義され（また、タイヤの半径方向として言及される）、また、ｙ方向は前記回転軸に平行でありかつ左側に正である（また、タイヤの横方向又は軸方向として言及される）。例えば、図６参照。
【００３１】
プライの複数のコードまたはケーブルについて本明細書で使用される「圧縮率」（Ｅc）は次のように定められる。モールドが以下の寸法、すなわち長さ５０ｍｍ、幅３０ｍｍおよび厚さ２５ｍｍで制作される。前記ケーブルは、２つの長方形の支持体（梁）を用いて一方が他方に対して平行な配向で正確に配置される。前記ケーブルはこれらの支持体の穴を通り抜け、互いに４０ｍｍの間隔をおいて平行に配置される。前記穴間の間隔は前記ケーブルの正確なペースを確保する。前記ペースはタイヤ内の前記プライで用いられるペースを反映する。２つの支持体間の間隔（４０ｍｍ）は、前記支持体と前記ケーブルとが前記モールド内に配置され得るように、前記モールドの長さ（５０ｍｍ）より短い。前記ケーブルおよびこれらの支持体は、次に、前記ケーブルが前記モールドの中央に前記厚さ方向に設置されるように、モールド内に配置される。前掲の寸法に関して、これは、複数のケーブルの中心線が前記モールドの底から約１２．５ｍｍにあることを意味する。液体ポリウレタンが前記モールド内に注ぎ込まれ、前記モールドを満たす。次に、前記モールドが１１０℃で２４時間オーブン内に配置される。養生後、結果として生じるサンプルは前記長手方向に２つの側部から突き抜ける複数のケーブルを有する。前記サンプルは、これらの端部が薄い厚さのポリウレタンと共に分離されるように、のこぎりで切断される。おおよその最終的長さは４０ｍｍである。切断は、本来前記サンプルの幅に等しい前記ケーブルの長さに関して垂直である断面を確保するために、注意深くコントロールされなければならない。同じモールドを用いて、ケーブルを有しない、ポリウレタンのみからなるサンプルが準備される。このサンプルは、前記ケーブルを含むサンプルと同様の方法で養生され、ケーブルを有する前記サンプルと同じ外法寸法に切断される。
【００３２】
測定の準備が整ったら、前記サンプルがＩＮＳＴＲＯＮ試験機のタイプ４４６６６の２つの金属プラテン間に配置され、２５ｍｍ／分の割合で圧縮される。ＩＮＳＴＲＯＮ機は力対偏差を記録するために用いられる。測定は少なくとも５つのサンプルについてなされる。基本ケーブル圧縮率が、ケーブルを有する準備サンプルの力対偏差の測定値からケーブルを有しない準備サンプルの力対偏差の測定値を差し引くことにより、計算される。結果として生じた力対偏差の値は、以下の式を用いて、前記ケーブルの有効圧縮率をコンピュータ計算するために使用される。
εc＝圧縮歪み＝圧縮偏差／最初のサンプル長さ
σc＝圧縮応力＝圧縮力／面積
ここにおいて、面積＝前記サンプルに含まれる複数のケーブルの総断面積
Ｅc＝圧縮率（Ｅc）＝σc／εc
【００３３】
「無限疲労限度」は、以下の試験方法により決定されるように、基準材料がその引張係数の１０パーセントを超える損失なしに少なくとも１００万回の繰り返しの規定圧縮歪みを保証することができることを意味する。Ｚｗｉｃｋ１８４１試験機を用いて、前記材料のコードまたはストランドがループの形状に配置され、前記コードの一端が定着されかつ他端が強制周期変位に取り付けられる。前記ループはテフロン（登録商標）の２つのシート間に保持される。前記フープの開始直径は、前記ループを．６７パーセントの圧縮歪みεcにおくことにより決定される。ここにおいて、
εc＝Ｄ／（２Ｒ）
Ｄ＝前記材料のコードまたはストランドの直径
Ｒ＝（．５）*（前記ループの開始直径）
【００３４】
次に、前記材料は、周期的に、３Ｈｚの周波数で所定の圧縮歪み下に置かれる。
繰り返しは、前記材料の特性が下がり始めることを示す、．６７パーセントの圧縮歪みにおいて測定された力がその最初の値の９０パーセントに低下するまで続けられる。次いで、これが起こる繰り返し数が決定される。前記材料が９０パーセントに低下する前に規定圧縮歪みでの少なくとも１，０００，０００回の繰り返しに耐えることができれば、その時は本明細書で使用されているように、前記材料は前記規定圧縮歪みでの「無限疲労限度」を有する。
【００３５】
本明細書で使用される「ペース」は、所与のプライ内の複数のコード間の距離を意味する。
【００３６】
ＦＥＡ検討の詳細な説明
最初に、発明者のコンセプトの実現可能性を確かめるためにＦＥＡ検討が行われた。そのため、可変圧力せん断バンドを使用する非空気式タイヤが、三次元（３Ｄ）の、動作要素のモデルの有限要素構造解析（ＦＥＡ）により、本明細書において説明される。前記モデルは無負荷タイヤに関して軸対称であるが、地面と転がり接触状態にある負荷タイヤに関しては完全な三次元状態にある。タイヤ１００に関して図１および図６に示すように、前記せん断バンドが、せん断層１４０の半径方向外方及び内方の両面に関連して２つのほとんど広げることができない膜１３０および１４０を含む組立体としてモデル化されている。せん断層１４０は、非圧縮性の線形材料からなる１以上の層を含む。地面との接触のためのトレッド層１１０は、前記せん断バンドの半径方向外方に置かれている。選択的に、トレッド層１１０は、１以上の長手方向トレッド溝１１５を有する。本明細書に開示されたタイヤの実施形態においては、前記トレッド層が３つのリブ、すなわちショルダーリブＲ１およびＲ３と、中央リブＲ２とに分けられている。また、非圧縮性の線形材料の特徴が、トレッド層１１０をモデル化するために使用される。前記せん断バンドは、半径方向に圧縮可能でありかつ伸展性に堅固である複数のＦＥＡ要素を含むウエブ構造１５０に接続されている。これらの要素の半径方向圧縮剛性は零であり、また、前記ウエブ要素は柔軟であるが前記せん断方向に零でない剛性を有する。前記ウエブ要素の内方エッジ１６０は堅いホイール（図示せず）に接続される。すなわち、ウエブ構造１５０は、前記面との接触領域９０の前記トレッドの一部からの直接の作用による荷重を支持する能力をほとんどまたは全く持っていないが、前記接触領域から負荷される引張荷重を前記ウエブ要素を介して支持する。前記ＦＥＡモデルは、断面内の線形フォーミュレーションすなわち子午面を有する複数の構造要素を用いる。前記ＦＥＡモデルは、要素が前記接触領域外にあるときに周方向に二次のフォーミュレーションを有する。前記ＦＥＡモデルは、要素が接触領域９０内にあるときに線形フォーミュレーションを有する。
【００３７】
タイヤ１００のせん断バンドがせん断層１４０のせん断変形により実質的に変形すると有利な関係が生じ、所与の適用のための層１４０の有効動的せん断係数Ｇeffおよびその厚さｈの値を特定することが可能である。
Ｐeff＝（Ｇeff*ｈ）／Ｒ    （１）
ここにおいて、
Ｐeff＝予め定められた接地圧力
Ｇeff＝層１４０の有効動的せん断係数
ｈ＝せん断層１４０の厚さ
Ｒ＝外方の非伸長性膜１３０の半径方向位置
ＰeffおよびＲは、タイヤの使用目的に従って選択される設計パラメータである。次に、前記式が、前記せん断層の有効動的せん断係数Ｇeffとせん断層１４０の半径方向厚さとの積が予め定められた接地圧力と外方の膜１３０の最外方の半径方向位置との積に等しいこと、を推定する。前記した関係は、タイヤを設計する者にとって有利である。例えば、乗用車への使用を目的とするタイヤを設計するため、設計者は設計接触圧力１．５ないし２．５ＤａＮ／ｃｍ2のＰeffと、半径方向Ｒが約３３５ｍｍであるタイヤサイズとを選択するであろう。これらの値を乗じることにより、５０．２５ないし８３．７５ＤａＮ／ｃｍの「せん断層係数」が決定され、これは、せん断層１４０の厚さｈとせん断層１４０の有効動的せん断係数Ｇeffとを特定するために使用することができる。
【００３８】
前記ＦＥＡモデルのため、膜１２０および１３０の引張係数が１００，０００ＭＰａに設定され、これは、タイヤベルト材料に使用されるような、零度スチールケーブルの最密巻線に対応する。ゴム中に埋め込まれる相互に曲げられたコード補強を有する一組の補強プライのような代わりの構造のため、以下の式２が引張係数の適正な推定を提供する。
【００３９】
【数１】
0005427244.tif 000002
【００４０】
ここにおいて、
ＥRUBBER＝コーティング材料の引張係数
Ｐ＝コードの方向に垂直に測定されたコードのペース（コードの中心線間隔）
Ｄ＝コードの直径
α＝赤道面に対するコード角度
ｔ＝隣接する層内のケーブル間のゴム厚さ
Ｅ’MEMBRANEは、前記膜の有効厚さの、前記膜の弾性係数倍であることに留意されたい。割合Ｅ’MEMBRANE／Ｇeffが比較的低いと、前記環状バンドの荷重変形は均質なバンドのそれに近似し、また、不均一な接地圧力を生じさせる。他方、割合Ｅ’MEMBRANE／Ｇeffが十分に高いと、例えば１００より大きいと、負荷された前記環状バンドの変形は、基本的に、長手方向伸長または圧縮がほとんどない前記膜を有するせん断層１４０のせん断変形による。したがって、接地圧力は実質的に均一である。
【００４１】
複数の補強コードが前記赤道面に対して１０度以下で方向付けられている膜に関して、
前記膜の引張係数を推定するために以下を用いることができる。
Ｅ’MEMBRANE＝ＥCORD*Ｖ    （３）
ここにおいて、
ＥCORD＝前記コードの引張係数
Ｖ＝前記膜内のケーブルの体積分率
同質の材料または繊維若しくは他の材料補強マトリクスを含む膜に関して、前記係数は前記材料またはマトリクスの引張係数である。加えて、前記複数のせん断層が本明細書では単一の複数層として示されているが、これらは、例えば本出願人の共有に係る国際特許出願の国際公開第２００８／０４５０９８号に記載されているように、異なる特性を有する１以上の材料層の複合構造を含むものであってもよい。
【００４２】
再度、図１および図６を参照すると、タイヤ１００は、２０５／６０Ｒ１５空気式タイヤに類似する、外径すなわち３３０ｍｍと軸方向幅２００ｍｍとを有する。タイヤ１００のトレッド層１１０に関するモデルは、地面に接する前記トレッドの一部がしっかりと貼り付けられまたスリップをしないことを前提とする。本明細書に記載された様々な実施形態に関して、タイヤは平坦面で一定の垂直荷重２００ｋｇを負荷される。これは、真っ直ぐにかつ外部から加えられた駆動トルクまたは制動トルクなしに転がる負荷されたタイヤには妥当な近似値である。以下の幾何学的および物質的パラメータは例示的な既知のタイヤの材料である。しかし、前記タイヤのモデルはこれらのパラメータの値に限定されない。トレッド層１１０は５ＭＰａの係数と、１０ｍｍの半径方向厚さとを有する。膜１２０および１３０は、１００，０００ＭＰａの引張係数と、１ｍｍの半径方向厚さとを有する。せん断層１４０の材料は、１．６７の有効せん断係数と、２０ｍｍの半径方向厚さとを有する。最後に、ウエブ構造１５０は、１ＭＰａの引張係数と、０．０００１の圧縮係数と、４９ｍｍの半径方向厚さとを有する。ウエブ構造１５０のこの引張係数は、約３０ＭＰａの引張係数を有する材料で作られた別個の複数のスポークを有する完全三次元モデルの半径方向剛性にほぼ等しい。
【００４３】
図７および図１２は、タイヤ１００に関して、接地圧力ＳＺと、今述べた設計パラメータのためのｘ方向接線歪みＳＸとを示す。表１は、定量的結果の概要を提供する。タイヤ１００の幾何学的形状と既定の材料特性とに関して、式（１）は１０バールの理想接触圧力Ｐeffを生じさせる。表１中に見られかつ図１２にグラフで示された計算値０．９２バールが都合よく理想値に匹敵する。したがって、前記ＦＥＡモデルは実際のタイヤの挙動の信頼性のある表現である。図７は、前記接触領域の形状の図と、応力分布の等高線図とを提供する。垂直応力ＳＺが実に全接触領域のいたるところで分布しており、非空気式タイヤ１００の空気式のような挙動を明示している。
【００４４】
式（１）の接地圧力Ｐeffを推定するための関係を考慮する。タイヤに関して、外方の膜の半径Ｒが同一である場合、そのときは積（Ｇeff*ｈ）が前記接触圧力のための制御因子であることは明らかである。その結果、Ｇeffまたはｈのどちらか、あるいは双方の増大が、タイヤの接触圧力を増大させるように強制される。さらに、タイヤは、積（Ｇeff*ｈ）の第１のレベルを有する材料を含む少なくとも第１の部分と、積（Ｇeff*ｈ）の第２のレベルを有する少なくとも第２の部分とを備えるように構成される。それぞれが積（Ｇeff*ｈ）の特定のレベルを有する横方向に配置された複数の部分を備えることは本発明の範囲内である。これらの部分は、個々のゾーンであることを必要とされず、また、積（Ｇeff*ｈ）のレベルの連続した変化を含んでよい。
【００４５】
タイヤ２００として図２に示された典型的な実施形態は、前記せん断層の材料特性の変化を通して積（Ｇeff*ｈ）をコントロールする原理を利用する。特に、この実施形態は中央部２４４と複数の横方向部すなわちショルダー部２４２を含むせん断層を有し、ここにおいて、各部はせん断係数Ｇeffのような異なる材料特性を有する。一例において、中央部２４４は３．３ＭＰａのせん断係数（レベル１）または６．６ＭＰａのせん断係数（レベル２）を有し、横方向部２４２は１．６７ＭＰａのせん断係数のままである。図７および図８は、基準のタイヤ１００を、係数レベル１および係数レベル２にそれぞれ対応するタイヤ２００（レベル１）およびタイヤ２００（レベル２）という表示が付けられた実施形態と比較する。結果は、前記中央部の増大された接触圧力ＳＺをはっきりと明示する。表１は、タイヤ２００（レベル１）に関して、前記中央部における平均圧力ＳＺが平均で約４０％（０．９３バールから１．３９バール）近い増大であることを定量的に明示する。タイヤ２００（レベル２）関して、前記増大は約１２０％（０．９３バールから２．１８バール）である。注目すべきは、前記ショルダー部の平均接触圧力が基準タイヤ１００に関する値の５％以内のままである。これは、似たような材料特性変化を使用する空気式タイヤへの期待と比較して、全く予想外の結果である。空気式タイヤについて、当業者が期待したのは漸進的変化だけである。本発明のこれらの実施形態のもう一つの注目すべき利点は、前記中央部と前記横方向部との間の推移に関する限定された「末端効果」である。図７および図８の双方に見られるように、前記中央部の高負荷領域がトレッド溝２１５間の幅のほぼ全部に伸びている。したがって、タイヤ２００の実施形態も、車両に据えられたときを見ると、タイヤの内側又は外側に関する非常に異なった負荷および垂直剛性を有する非対称タイヤを得るために適用可能であろう。
【００４６】
タイヤ３００として図３に示されている他の典型的な実施形態では、せん断層３４０の厚さｈの変化を通して積（Ｇeff*ｈ）をコントロールする前記原理を適用する。タイヤ３００は、前記外方の非伸長性膜が５００ｍｍの半径Ｒを有する弓形の外形にすぐに追随することを除いて、タイヤ１００と同じである。結果は、せん断層３４０の厚さｈが前記中央部における最初の１９ｍｍから横方向の両端における９．５ｍｍに変化する。トレッド３１０は一定の厚さ＝１０ｍｍのままである。実際上、図３に見られるように、タイヤ３００は、当業者が前記接触領域の中央部における増大された接触圧力を提供するように提案する丸みのある外形の空気式タイヤに似ている。しかし、タイヤ３００の前記実施形態は、完全に非空気式構造として、そのままである。図９は、基準タイヤ１００に対するこの実施形態のタイヤ３００の比較を提供する。タイヤ１００のほぼ矩形の形状と比較して、タイヤ３００の前記接触領域の形状が非常に丸みを帯びていることがすぐに見て取れる。図９は、さらに、非常に高い圧力の、最適化された摩耗には望ましくない何かの個々のゾーンを含むことを明確に示す。しかし、表１に示されたモデルのデータは、前記せん断層の厚さの変化が前記平均接触圧力を修正するために極めて効果の乏しい提案であることを明確に示す。基準タイヤ１００と比較して、タイヤ３００の中央部における平均接触圧力ＳＺはたった２５％しか増大していない（０．９３バールから１．１６バール）。丸みのある外形の使用は、空気式タイヤについて既知の設計上の取組みで提案されていたように、役に立たないと断定されるかもしれない。
【００４７】
前述の実施形態は、非空気式タイヤ２００および３００における垂直接触応力ＳＺのコントロールを得るための典型的提案を示す。接触中央部における増大された接触圧力は静止摩擦向上のために有利である。しかし、タイヤは、また、完全な顧客満足を提供するためにトレッド摩耗で良い性能を示すものでなければならない。先に検討したように、釣り合いのとれた接線応力（特に、ｘ方向応力ＳＸの平均値）はトレッド領域の幅全体のトレッド摩耗にも有利に働く。再び表１と、表１のデータをグラフで示す図１２とを参照すると、基準タイヤ１００の結果としての接線応力ＳＸは、前記中央部に僅かに正のすなわち「駆動」応力を、また、前記両横方向部にはわずかに負のすなわち「制動」応力を明確に示す。一般に、受け入れ可能のトレッド摩耗を得るためには、前記接触領域内での大きい制動応力は回避されるべきである。タイヤ２００（レベル１）に関して、接線応力が約０．０５バールまで増大し、前記中央で駆動し、また前記ショルダーで制動するにつれて不均衡が現れ始める。タイヤ２００（レベル２）に関して、中央セクションの増大された係数は接線応力を約０．０９バールにまで約２倍にし、再び、前記中央で駆動し、また前記ショルダーで制動する。タイヤ３００、丸くされた頂上の実施形態は、受け入れがたい大きい駆動応力を前記中央に（約０．２９バール）また制動を前記横方向部に（約０．７バール）生じさせる。
【００４８】
本発明者は、トレッドセクションの長手方向コンプライアンスに対する変化により垂直応力および接線応力の分布および大きさが最適化されることを見出した。図４に示すように本発明のさらに他の典型的な実施形態では、タイヤ４００に関して、前記トレッド層が、各セクションが異なる材料特性を有する中央トレッドセクション４１４と横方向すなわちショルダー・トレッドセクション４１２とを含む。タイヤ４００の特定の例では、２つの周方向溝４１５間のトレッドセクション４１４が修正されている。トレッドセクション４１２に対応するトレッド材料１はタイヤ１００と対比して変更されない。中央トレッドセクション４１４に対応するトレッド材料２は、トレッドセクション４１２に関して増大された長手方向せん断コンプライアンスを反映するように修正される。本発明の範囲内のさらに他の実施形態では、タイヤは既定セットの材料特性を有する複数の横方向に分配された複数のトレッドセクションを有する。
【００４９】
タイヤ４００の典型的な実施形態では、この修正されたコンプライアンスが、前記トレッドセクションに横方向に向けられた複数の溝を加えることで生じる。タイヤ４００のさらに他の実施形態では、修正されたコンプライアンスが各トレッドセクションのための直交異方性材料特性を通して得られる。図５はタイヤ４００の赤道面を通る概略的な断面を表わし、タイヤ４００は、複数の分離したトレッド要素、例えば複数のブロックを規定することとなる前記タイヤの周囲に間隔を置かれた複数の横方向に向けられた溝４１６を有する。本明細書で用いられるように、横方向に向けられた複数の溝の意味は、長手方向溝４１５に対してこれを横切るかまたは角度をなすように向けられた複数のサイプのような、それらの溝または複数の薄い切り込みを含む。図５に表わされているように、曲げ変形に関して、ブロック４１７は、ブロックＢの周方向長さおよびトレッド幅Ｈの機能を表わす。パラメータ的には、コンプライアンスのこのレベルは、パラメータＨ／Ｂにより表わされ、ここにおいて、高い値のＨ／Ｂは低い値の曲げ剛性を有するトレッドセクションを表わす。説明に役立つ例として、また、物理的説明を提供するために、値が零のＨ／Ｂは連続したリブに対応する。値が約０．３のＨ／Ｂは夏タイヤに対応し、また、値が約０．６のＨ／Ｂはオールシーズンタイヤに対応する。
【００５０】
タイヤ４００の前記ＦＥＡモデルは回転体である幾何学的形状を維持するが、トレッドセクション４１４の複数の前記要素は、トレッドブロック４１７の曲げ変形のパラメータＨ／Ｂを明らかにするために修正された剛性を有する。タイヤ４００のこの特定の例では、前記トレッドコンプライアンスが０．５および１．０の値のＨ／Ｂに設定された。全ての他の点において、タイヤ４００はタイヤ２００（レベル１）の特性を保持する。タイヤ４００の前記接触圧力のＦＥＡ結果が得られた。図１２および表１に示されたデータは、トレッドまたはタイヤ４００における増大されたコンプライアンスが前記トレッドの中央部における垂直応力ＳＺの所望の増大にはわずかな効果でしかないことを明確に示す。特に、タイヤ２００（レベル１）は、中央のリブに関して１．３９バールの値のＳＺを発生し、ここにおいて、タイヤ４００の両例は約１．３０バールのＳＺを有する有利な中央負荷を維持する。タイヤ４００の前記実施形態の明確な利点は、接線応力ＳＸの検査により明確に示される。ここで、約１．０の値のＨ／Ｂに対する中央リブのコンプライアンスの調整により、前記トレッド部の全幅を横切る基本的に零の接線応力が発生される。この結果は、基準タイヤ１００のための予測された接線応力より非常に良好な平衡である。したがって、タイヤ４００により説明された本発明の実施形態は、静止摩擦のための望ましい中央負荷を提供し、他方、実際に接線応力の分布を改善する。したがって、タイヤ４００は、空気式タイヤにおいて固有の妥協を壊すことができる。
【表１】
0005427244.tif 000003
【００５１】
工業的利用の詳細な説明
前記ＦＥＡ検討の期待できる結果を前提として、本発明者は、実際のタイヤへの可変圧力せん断バンドの原理の適用を進めた。従って、このタイヤと、環状のせん断バンドを欠く基準タイヤと、両タイヤの試験結果との詳細な説明が以下に提供される。
【００５２】
図１３を参照すると、標準的な空気式タイヤ構造を有するタイヤの子午面に沿って得られた、補強されたせん断バンドを欠くタイヤ５００の断面図が示されている。この標準の構造は、第１のクロスプライベルト５２０が着座するタイヤ５００の内部に近接するカーカスプライ５１０を含む。第２のクロスプライベルト５３０が第１のクロスプライベルト５２０の上方に置かれ、また、ゴムの薄いセクション５４０により第１のクロスプライベルト５２０から分離されている。ゴムのこのセクションは、それが必要不可欠なもの（Ｇeff*ｈ）を欠くため、可変圧力せん断層として振る舞わない。ベルト５２０、５３０も、また、これらが必要な引張係数を欠くため、非伸長性膜として振る舞わない。前記タイヤの実質的に長手方向すなわちｘ方向へタイヤ５００の周りに巻かれかつ前記タイヤの半径方向すなわちｙ方向に沿ってペースが設置されているナイロンストリップ５５０が、第２のクロスプライベルト５３０の頂面上に配置されている。ナイロンストリップ５５０の目的は、タイヤの高速耐久性を増大させて、高運転速度でのベルト分離の可能性を低減することにある。また、タイヤ５００は、該タイヤ内に空気または気体の保持に役立つ、タイヤ５００の内部にインナーライナー５６０を有する。インナーライナー５６０はタイヤの膨張圧力を保持することができる任意の適当な材料で構成され、好ましくはハロブチルゴムで構成される。複数の溝５８を有するトレッド部５７０が、それが水等を通過するとき、ベルトパッケージおよびタイヤ５００の静止摩擦を改善するための環状補強の頂面上に見られる。トレッド５７０の溝５８は、前記トレッドの表面がより容易に水を突き抜けて地面に接触するように、水の消費を提供する。
【００５３】
この特定の実施形態では、タイヤ５００のサイズがトレッド部５７０の幅Ｗ570が約１６５ｍｍであり、また、タイヤ５００は赤道面Ｅ‐Ｅの両側のビードセクション（図示せず）に終わる両サイドウォール５９０により車両のホイール上に保持される。タイヤ５００の構造は赤道面Ｅ‐Ｅに関して対称である。
【００５４】
反対に、図１４は、可変圧力せん断バンドの特定の実施形態を採用する空気式タイヤ６００の子午面に沿って得られた断面を示す。このタイヤ６００は、インナーライナー６６０と、カーカスプライ６１０と、複数の溝６８０を有するトレッドセクション６７０と、タイヤ５００に関して前述されたものと同様の第１のクロスプライベルト６２０および第２のクロスプライベルト６３０を含むベルトパッケージとを有する。また、それは、約１６５ｍｍであるトレッド部６７０の幅Ｗ６７０を有する２０５／５５Ｒ１６サイズのタイヤである。それも、また、赤道面Ｅ‐Ｅの両側のビードセクション（図示せず）に終わる両サイドウォール６９０により車両のホイール上に保持される。タイヤ６００の構造もまた赤道面Ｅ‐Ｅに関して対称である。しかし、それは、基準タイヤ５００と比較したとき、次の構造上の違いを有する。
【００５５】
第１に、それは、米国特許第７，０３２，６３７号により開示された材料で作られ、タイヤの長手方向すなわちｘ方向に螺旋状に巻かれかつタイヤの軸方向すなわちｙ方向にペースが設置された複数のガラスモノフィラメントのプライの形態をとるカーカスプライ６１０の直上に配置されている第１の膜６４０を有する。有利なことに、前記複数のガラスモノフィラメントは、タイヤ６００の内部に近いそれらの位置が、タイヤ６００が水に出会うときに接触パッチに近い前記タイヤの長手方向すなわちｘ方向の座屈に対するタイヤの抵抗に役立つことを前提として、これらが圧縮に有効に抵抗することを許す約１パーセントの圧縮歪みにおいて、約１２，０００ＭＰａの圧縮係数、約４０，０００ＭＰａの引張係数および／または無限疲労限度のような特性を有する。前記した機械的特性を以って構成されるとき、各コード６４２は好ましくは約４３ｍｍ2またはこれより大きい断面積を有し、また、前記タイヤの軸方向すなわちｙ方向に少なくとも約１．４ｍｍのペースで配列される。このような構造は、前記プライの幅の１ｍｍ当たり約．３０ｍｍ2の同等均質厚さ（コード／ペース）を提供する。コード６４２は、少なくとも約２．３ＧＰａの当初伸長係数を有する熱硬化性樹脂に含浸されるガラス繊維でできている。前記繊維は全て互いに平行に設定される。細長い複合材料エレメントは、引張不足に対する歪みより大きい圧縮不足に対する歪みを有する。好ましくは、前記熱硬化性樹脂は、１３０℃より高いガラス転移温度Ｔgを有する。どのような構造が使用されても、せん断層６４５のせん断係数Ｇeffに対するこの膜６４０の膜係数ＥMEMBRANEの比は少なくとも約１００：１であるべきである。例えば、ＥMEMBRANEを９０００Ｎ／ｍｍ2としかつＧeffを３Ｎ／ｍｍ2とすることができ、これらは約３０００：１の比を生じさせる。
【００５６】
次に、可変厚さＴを有するせん断層６４５が、ゴムでできておりまたこれに接着されている第１の膜６４０上に見られる。このゴムの材料は、１．９から５ＭＰａの範囲にある動的せん断係数、約１００％より大きい１００℃での破断点伸び、および約１５％および３０％間の歪みでの約．２より小さいヒステリシスのような特性を有する。同様の特性を有するゴム材料もまた第１および第２の膜６４０、６５０のコードを含むように使用されるスキム内で使用することができる。また、せん断層６４５の厚さＴは２ｍｍから２０ｍｍまで変化する。この特定の実施形態に関して、せん断層６４５は約３ＭＰａからなるせん断係数を有し、また、せん断層６４５の厚さＴは該せん断層のショルダー領域における約２ｍｍから、タイヤ６００の赤道面Ｅ‐Ｅにおける約６ｍｍまで変化する。興味深いことに、せん断層６４５の厚さＴは正のｚ方向すなわち半径方向に動き、その結果、せん断層６４５の中立繊維６４７もこの方向に動く。このため、この実施形態は、可変圧力せん断バンドの所望の特性を与える前記せん断層内で変化する（Ｇeff*ｈ）を提供する。中立繊維６４７の内方移動は、ハイドロプレーニングを改善し、他方、後により明確に説明される理由でタイヤ６００の摩耗性能を低下させない、代わりのトレッド外形６７０’が用いられるようにする。したがって、この代わりのトレッド外形６７０’は、標準のトレッド外形６７０と比較して増大された外方半径厚さを有する。
【００５７】
最後に、実質的に非伸長性である第２の膜６５０がせん断層６４５の上方に見られまたこれに接着されている。この膜６５０は、せん断層６４５の直上に見られる第１のクロスプライベルト６２０と該第１のクロスプライベルト６２０の直上に見られる第２のクロスプライベルト６３との形態をとる。これらのベルトは、前述したような特性を有するゴムスキム内で被せられた複数のスチールコード６５２から構成されている。複数のコード６５２は１５から２５度の範囲の角度で置かれ、また、この特定の実施形態のために＋／−２２度で置かれる。赤道面Ｅ‐Ｅに対して等角および対角で置かれるコードをベルト中に用いることは一般的であるが、前記赤道面に関して非対称であるタイヤを作り出す異なる角度で配置し得ることが考慮される。これらのベルト６２０、６３０は、せん断層６４５のせん断係数Ｇeffに対するこの膜６５０の膜係数ＥMEMBRANEの比が少なくとも１００：１であるように構成され、これは、これらを分離するこれらのベルトおよび前記ゴムがせん断バンドを含まない理由であるタイヤ５００のベルト５２０、５３０のケースでない。さらに、第２の膜６５０が、トレッド６７０の切断および小さい通り抜けから第２の膜６５０の構造を保護するために正のｚ方向すなわち半径方向に十分な距離をオフセットされている。
【００５８】
せん断層６４５に対する膜６４０、６５０の接着が典型的には前記膜及びせん断層を含むエラストマー材料の加硫により提供されることに留意すべきである。代わりに、前記膜は化学的または接着または機械的固着の任意の適当な方法により前記せん断層に接着されてよい。同様に、前記膜は、引張剛性、曲げ剛性および環状せん断バンドに求められる圧縮座屈抵抗に関する要求に適合する任意の適当な材料または構造により形成されてよい。例えば、前記膜の構造は、均質な材料、繊維補強マトリクス、または本明細書に記載された機械的特性が適合する場合には個々の補強要素を有する層のようないくつかの代替手段のいずれかからなるものでよい。従来のタイヤの補強が用いられるとき、スチール、アラミド、他の高弾性織物のような材料で作られたモノフィラメントまたはコードが採用されてよい。
【００５９】
したがって、前記第１および第２の膜は、タイヤの実質的にｘ方向に巻かれかつｙ方向にペースが設置された環状の補強により形成されてよい。これらの環状補強は、スチールまたはいくつかの他の適当な材料で作られたコードにより形成されてよい。同様に、前記せん断層は変更され、そのショルダー部より高いせん断係数を有する中央部を備えてもよく、あるいは他の構造および／またはＦＥＡを使って研究されたような特性を備えてもよい。
【００６０】
タイヤ５００、６００が作られた後、これらは異なる試験手順を用いて試験された。このような試験手順の一つは、車両に配置されたタイヤを、ガラス板の頂面上の水たまりに通して走らせることを含み、そこでは、ある条件のもとでタイヤのトレッドの表面領域のどれ程が地面と接触状態にあるかを見るために写真を撮ることができる。この試験は、タイヤがハイドロプレーニング状態にあることを示す、地面上におけるタイヤの接触の９０％が失われるときを決定するため、同じタイヤについて異なる速度で繰り返すことができる。
【００６１】
図１５および図１６は、この手順を用いて試験されかつ２．１バールの標準内部空気圧およびタイヤに与えられる４５０Ｋｇの垂直荷重を以って時速８８ｋｍで４ｍｍの深さの水を経て移動する間に取られたタイヤ５００、６００の写真のそれぞれの表示である。これらの条件下で、タイヤ５００が表面接触領域を有するように管理され、それは線５９５および５９５’で輪郭を描かれたたった１３ｃｍ2であり、他方、タイヤ６００もなお表面接触領域を有し、それは線６９５で輪郭を描かれた４５ｃｍ2である。これは、タイヤ５００が、前記接触表面領域の約９１％を喪失しているハイドロプレーニング状態にあったことを示す。反対に、タイヤ６００は、なおも地面と接触状態にある３．５倍の表面領域を持っており、ハイドロプレーニングが起こる前に外挿に基づいてさらに時速７ｋｍ速く移動することができたことを示す。これは、標準タイヤ５００の同じハイドロプレーニング性能を保つ一方、タイヤの設計者がタイヤ６００のトレッドの空洞領域を３０％から２０％に低減することを可能にする。これは、タイヤ６００の摩耗性能における２０％の改善となり、あるいはタイヤの設計者が湿乾静止摩擦のような他の特性を改善することを可能にする。
【００６２】
図１７を見ると、この同じ試験手順が、タイヤ５００、６００の両セットに対して、様々な速度で、わずかに空気を抜かれた内部空気圧１．６バールおよびこれらに加えられる外方垂直荷重４５０Ｋｇを以って適用された。各速度で行われた各試験に関する表面接触領域の合計が、元の接触領域で被削減表面接触領域を除することにより、元の表面接触領域と比較して正規化された。これらの値は垂直軸に沿って表示され、他方、速度は水平軸に沿って表示された。タイヤがわずかに空気を抜かれたとき、前記可変圧力せん断バンドを有するタイヤ６００がハイドロプレーニングにおいて基準タイヤ５００を超えるどのような利益を有するかを見るために低減された空気圧が用いられた。これはハイドロプレーニング性能のための貧弱なシナリオである。以上のように、両タイヤ５００、６００の性能は、速度が時速５０ｋｍに達するまでは同様であった。その後、タイヤ６００はタイヤ５００より多くの表面接触領域を維持し、約１８の正規化領域で起こる、ハイドロプレーニング現象をそれが約時速８８ｋｍに達するまで起こさなかった。他方、タイヤ５００は約時速８０ｋｍでハイドロプレーニング現象を起こし始めた。これは、前記可変せん断バンドが、空気式タイヤに典型的に見られる剛性の空気式要素により与えられるものを超える追加の構造的剛性を与えることを説明し、その結果として改善されたハイドロプレーニング性能を生じさせる。これは、タイヤの設計者にタイヤ６００のサイドウォール６９０を薄くし、また、基準タイヤ５００のハイドロプレーニング性能をなお維持しまたはこれを超えるようにするための特別な柔軟性を提供する。これは、同じく、転がり抵抗の低減をもたらすことができる。
【００６３】
同様に、基準タイヤ５００と前記可変圧力せん断バンドを有するタイヤ６００とが、両タイヤが２．１バールの内部空気圧まで完全膨張されたことを除いて、図１７により表わされた結果に対する上述したのと基本的に同一の試験手順を用いて試験された。この試験の結果は図１８に表わされ、また、図１７で使用されたのと同じ形式で表わされている。前記試験結果は、約１．８の正規化された領域で起こった、タイヤ６００についてのハイドロプレーニング現象が時速９４ｋｍの速度で起こったことを示し、他方、それは基準タイヤ５００に関して約時速８８ｋｍで起こった。再び、ハイドロプレーニング現象が起こる前のこの時速６ｋｍのゲインは、次の性能すなわちハイドロプレーニング、摩耗および転がり抵抗のうちの任意の２つを他の残りの性能を低下させることなしに改善する能力をタイヤの設計者に与える。
【００６４】
図１９、図２０および図２１は、標準内部空気圧２．１バールにおいておよび力変換器を有する試験機でこの分野において一般的に知られている手段により測定された垂直荷重４１０ＤａＮにおいて、タイヤ５００、６００のリブＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４およびＲ５に関するＺ応力、Ｙ応力およびＸ応力をそれぞれ示す。
【００６５】
図１９により示されたＺ応力を見ると、前記可変圧力せん断バンドを有するタイヤ６００が、基準タイヤ５００に関して同じリブ間で生じたように、リブＲ１およびＲ２間並びにリブＲ４およびＲ５間の比較的同じ勾配で、全てのリブＲ１ないしＲ５にわたってわずかに高い応力を発現させた。しかし、より大きい勾配（約５バール）が、前記可変圧力せん断バンドを有するタイヤ６００に関してＲ２またはＲ４からＲ３に生じ、他方、タイヤ５００に関して同じリブ間には実際に何の変化もなかった。これは、足跡の中央における圧力のこの増大が、タイヤ６００が水に出会うときに変形に抵抗することに役立つように望ましいことであり、これにより、基準タイヤ５００と比較したときにタイヤ６００のハイドロプレーニング性能を改善する。また、タイヤ６００の前記せん断バンドにより提供されるわずかに大きいＺ応力もまたハイドロプレーニングを防止するのに役立つ。
【００６６】
タイヤ６００に関して図２０に示されたＹ応力は基本的に基準タイヤ５００に関するそれと同じであり、このような応力によって引き起こされ得る摩耗性能の無勾配が前記可変圧力せん断バンドを使用するときに起こるであろうことを示す。
【００６７】
最後に、図２１により表現されたＸ応力は、Ｘ応力が修正された構造に関して実際により良好に平衡化されていることを示す。特に、改善されたハイドロプレーニング性能のために望ましい、丸みのある足跡を有するタイヤに関して予期されるように、ショルダーリブ（Ｒ１、Ｒ５）は制動していないＸ応力を有し、また、中央リブ（Ｒ３）は駆動していないＸ応力を有する。前述したＦＥＡ結果を裏付ける、この現象は、さらに、基準タイヤ５００および可変圧力せん断バンドを有するタイヤ６００の足跡をそれぞれ示す図２２および図２３により説明されている。足跡は４１０ＤａＮの垂直荷重および２．１バールの内部空気圧において取られた。前記修正された構造は、前記ショルダーが前記中央よりも著しく短い、丸みのある形状を有することに留意されたい。しかし、Ｘ応力は、中立繊維６４７の半径方向位置の変化のために、このタイヤ６００に関して非常によく平衡化されている。その結果として、代わりのトレッド外形６７０’に利用されるようなより丸みを帯びた頂上が、先に言及したように、基準タイヤ５００と比較したときにタイヤ６００の摩耗性能を低下させることなしにハイドロプレーニングを改善するために前記可変圧力せん断バンドに関して使用されることが可能である。
【００６８】
タイヤ５００および６００のハイドロプレーニング性能をさらに試験するため、これらが以下のような他の試験手順に従って試験された。第１に、似た構造の２つのタイヤが、前輪駆動を有する、アウディＡ４のような、車両の前輪に配置される。第２に、前記車両が、時速５０ｋｍの速度でアスファルト路盤上の８ｍｍの深さを有する水を経て駆動される。好ましくは、この速度はクルーズ・コントロールを用いることにより維持される。一旦、前記車両が検証領域に至ると、ドライバは、駆動輪の速度と車両のＧＰＳ（全地球測位システム）速度との間に１０％のスリップが発生しているかどうかを見るため、前記車両をできる限り早く３０ないし５０ｍの間加速させる。１０％のスリップがもたらされれば、この同じ試験走行が３回以上繰り返される。１０％のスリップがもたらされなければ、そのときは、前記試験走行が最初の車両速度に時速５ｋｍを追加することにより行われる。このステップは、次に、１０％のスリップがもたらされるまで繰り返される。一旦１０％のスリップがもたらされると、そのときは、前述したと同じ条件でさらに３回の走行が行われる。通常、合計５回の走行が、最初と最後の走行は参照のみのために、なされる。次に、データがこれらの走行から入手され、１０％のスリップが生じる車両速度に対応する、ハイドロプレーニングが起こる速度の統計的に関連性のある計算がおこなわれる。
【００６９】
この試験手順を用いるとき、基準タイヤ５００に関してハイドロプレーニングが約時速５７．５ｋｍで起こり、他方、前記可変圧力せん断バンドを有するタイヤ６００に関してハイドロプレーニングが約時速６１ｋｍで起こることが発見される。これは、前記可変圧力せん断バンドが摩耗または転がり抵抗性能を低下させることなしにタイヤのハイドロプレーニング性能を改善することができるさらなる証明を提供するこれらのタイヤ間に少なくとも５％の改善があることを示す。
【００７０】
本発明がその特定の実施形態を参照して説明されたが、このような説明が解説を目的としまた限定を目的としないことは理解されなければければならない。例えば、本明細書では従来のサイドウォールおよびビードセクションを有する空気式タイヤの使用を含めて検討された。しかし、本発明が非空気式タイヤ、複合タイヤおよび他の製品、そのうえ車両のホイールにタイヤを接続するためのウエブスポークを使用するそれらを含む様々な構造を有するもので使用され得ることは予期される。また、対称なタイヤが本明細書で主に検討されたが、非対称のトレッドを有するタイヤもまた本発明の範囲内にあることは予期される。したがって、本発明の範囲および内容は添付の請求の範囲の用語によってのみ規定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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