(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状の環状構造体と、
前記環状構造体の外側に、前記環状構造体の周方向に向かって設けられてトレッド部となるゴム層と、
ゴムで被覆された繊維を有し、前記環状構造体と前記ゴム層とを含む円筒形状の構造体の中心軸と平行な方向における両側に設けられるカーカス部と、
を含み、前記構造体の子午断面において、前記ゴム層の外側と、前記環状構造体の外側とが同様の形状であり、かつ前記中心軸と平行な方向における前記環状構造体の両側の領域は、それ以外の領域よりも剛性が高いことを特徴とする空気入りタイヤ。
【請求項２】
前記環状構造体は、前記両側の領域に、環状の補強構造体を有する請求項１に記載の空気入りタイヤ。
【請求項３】
前記環状構造体及び前記補強構造体は、弾性率が７０ＧＰａ以上２５０ＧＰａ以下である請求項２に記載の空気入りタイヤ。
【請求項４】
前記環状構造体及び前記補強構造体は、厚みが０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下である請求項２又は３に記載の空気入りタイヤ。
【請求項５】
請求項２から４のいずれか１項に記載の空気入りタイヤの子午断面において、前記補強構造体の断面２次モーメントは、０．００４ｍｍ４以上２０ｍｍ４以下である空気入りタイヤ。
【請求項６】
前記環状構造体及び前記補強構造体は、金属である請求項２から５のいずれか１項に記載の空気入りタイヤ。
【請求項７】
前記ゴム層の外側と、前記環状構造体の外側とは、前記中心軸と平行である請求項１から６のいずれか１項に記載の空気入りタイヤ。
【請求項８】
前記環状構造体は、前記カーカス部よりも前記構造体の径方向内側に配置される請求項１から７のいずれか１項に記載の空気入りタイヤ。
【請求項９】
前記中心軸と平行な方向における前記環状構造体の寸法は、前記中心軸と平行な方向における前記ゴム層の寸法の５０％以上１２０％以下である請求項１から８のいずれか１項に記載の空気入りタイヤ。
【請求項１０】
前記環状構造体の外側と、前記ゴム層の外側との距離は、３ｍｍ以上２０ｍｍ以下である請求項１から９のいずれか１項に記載の空気入りタイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり抵抗を低減できる空気入りタイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
空気入りタイヤの転がり抵抗を低減することは、自動車の燃費を改善するために有用である。タイヤの転がり抵抗を低減するため、例えばシリカ配合のゴムをトレッドに適用する等の技術がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】土井昭政、「タイヤにおける最近の技術動向」、日本ゴム協会誌、１９９８年９月  Ｖｏｌ．７１、ｐ．５８８−５９４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１に記載されている空気入りタイヤの転がり抵抗を低減する手法は、材料に改良を加えるものであるが、空気入りタイヤの構造を変更することによって転がり抵抗を低減できる可能性もある。本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、空気入りタイヤの転がり抵抗を低減する構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するための手段は、円筒形状の環状構造体と、前記環状構造体の外側に、前記環状構造体の周方向に向かって設けられてトレッド部となるゴム層と、ゴムで被覆された繊維を有し、前記環状構造体と前記ゴム層とを含む円筒形状の構造体の中心軸と平行な方向における両側に設けられるカーカス部と、を含み、前記構造体の子午断面において、前記ゴム層の外側と、前記環状構造体の外側とが同様の形状であり、かつ前記中心軸と平行な方向における前記環状構造体の両側の領域は、それ以外の領域よりも剛性が高いことを特徴とする空気入りタイヤである。
【０００６】
上述した手段において、前記環状構造体は、前記両側の領域に、環状の補強構造体を有することが好ましい。
【０００７】
上述した手段において、前記環状構造体及び前記補強構造体は、弾性率が７０ＧＰａ以上２５０ＧＰａ以下であることが好ましい。
【０００８】
上述した手段において、前記環状構造体及び前記補強構造体は、厚みが０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。
【０００９】
上述した手段において、請求項２から４のいずれか１項に記載の空気入りタイヤの子午断面において、前記補強構造体の断面２次モーメントは、０．００４ｍｍ４以上２０ｍｍ４以下であることが好ましい。
【００１０】
上述した手段において、前記環状構造体及び前記補強構造体は、金属であることが好ましい。
【００１１】
上述した手段において、前記ゴム層の外側と、前記環状構造体の外側とは、前記中心軸と平行であることが好ましい。
【００１２】
上述した手段において、前記環状構造体は、前記カーカス部よりも前記構造体の径方向内側に配置されることが好ましい。
【００１３】
上述した手段において、前記中心軸と平行な方向における前記環状構造体の寸法は、前記中心軸と平行な方向における前記ゴム層の寸法の５０％以上１２０％以下であることが好ましい。
【００１４】
上述した手段において、前記環状構造体の外側と、前記ゴム層の外側との距離は、３ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、空気入りタイヤの転がり抵抗を低減する構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本実施形態に係るタイヤの斜視図である。
【図２−１】図２−１は、本実施形態に係るタイヤの分解図である。
【図２−２】図２−２は、本実施形態に係るタイヤの分解図である。
【図２−３】図２−３は、本実施形態に係るタイヤの分解図である。
【図３】図３は、本実施形態に係るタイヤの子午断面図である。
【図４】図４は、本実施形態に係るタイヤが有するカーカス部の拡大図である。
【図５】図５は、環状構造体とゴム層との子午断面図である。
【図６】図６は、本実施形態に係る補強構造体の変形例を示す子午断面図である。
【図７】図７は、本実施形態に係る補強構造体の変形例を示す子午断面図である。
【図８】図８は、本実施形態に係る補強構造体の変形例を示す子午断面図である。
【図９】図９は、本実施形態に係る補強構造体の変形例を示す子午断面図である。
【図１０−１】図１０−１は、子午断面におけるゴム層及び環状構造体の形状を示す図である。
【図１０−２】図１０−２は、子午断面におけるゴム層及び環状構造体の形状を示す図である。
【図１１−１】図１１−１は、本実施形態の変形例に係るタイヤの子午断面を示す図である。
【図１１−２】図１１−２は、本実施形態の変形例に係るタイヤの子午断面を示す図である。
【図１１−３】図１１−３は、本実施形態の変形例に係るタイヤの子午断面を示す図である。
【図１２】図１２は、本実施形態の他の変形例に係るタイヤの子午断面を示す図である。
【図１３】図１３は、評価結果を示す図である。
【図１４−１】図１４−１は、本評価における評価対象の接地面形状を示す平面図である。
【図１４−２】図１４−２は、本評価における評価対象の接地面形状を示す平面図である。
【図１４−３】図１４−３は、本評価における評価対象の接地面形状を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００１８】
空気入りタイヤ（以下、必要に応じてタイヤという）の転がり抵抗を低減するため、タイヤの偏心変形を極限まで高めると、タイヤと路面との接地面積が小さくなり接地圧が増加する。その結果、トレッド部の変形による粘弾性エネルギ損失が大きくなり、転がり抵抗が増加する。本発明者らは、この点に注目し、タイヤと路面との接地面積を確保し、かつ偏心変形を維持することによって、転がり抵抗を低減し、かつ操安性を向上させることを試みた。偏心変形とは、タイヤのトレッドリング（クラウン領域のこと）が円形を保ったまま垂直に変位する一次モードの変形である。タイヤと路面との接地面積を確保し、かつ偏心変形を維持するため、本実施形態に係るタイヤは、例えば、金属の薄板で製造される円筒形状の環状構造体の外側に、前記環状構造体の周方向に向かってゴム層を設け、このゴム層をトレッド部とする構造を採用する。
【００１９】
図１は、本実施形態に係るタイヤの斜視図である。図２−１から図２−３は、本実施形態に係るタイヤの分解図である。図３は、本実施形態に係るタイヤの子午断面図である。図４は、本実施形態に係るタイヤが有するカーカス部の拡大図である。図１に示すように、タイヤ１は、環状の構造体である。前記環状の構造体の中心を通る軸がタイヤ１の中心軸（Ｙ軸）となる。タイヤ１は、使用時において、内部に空気が充填される。
【００２０】
タイヤ１は、中心軸（Ｙ軸）を回転軸として回転する。Ｙ軸は、タイヤ１の中心軸かつ回転軸である。タイヤ１の中心軸（回転軸）であるＹ軸に直交し、かつタイヤ１が接地する路面と平行な軸をＸ軸、Ｙ軸とＸ軸とに直交する軸をＺ軸とする。Ｙ軸と平行な方向がタイヤ１の幅方向である。Ｙ軸を通り、かつＹ軸に直交する方向がタイヤ１の径方向である。また、Ｙ軸を中心とする周方向が空気入りタイヤ１の周方向（図１の矢印ＣＲで示す方向）である。
【００２１】
図１、図２−１から図２−３及び図３に示すように、タイヤ１は、円筒形状の環状構造体１０と、ゴム層１１と、カーカス部１２と、補強構造体１５とを含む。環状構造体１０は、円筒形状の部材である。ゴム層１１は、環状構造体１０の外側１０ｓｏに、環状構造体１０の周方向に向かって設けられることで、タイヤ１のトレッド部となる。カーカス部１２は、図４に示すように、ゴム１２Ｒで被覆された繊維１２Ｆを有する。そして、カーカス部１２は、図３に示すように、環状構造体１０とゴム層１１とを含む円筒形状の構造体２の中心軸（Ｙ軸）と平行な方向（すなわち幅方向）における両側２Ｓに設けられる。タイヤ１は、構造体２の子午断面において、ゴム層１１の外側１１ｓｏと、環状構造体１０の外側１０ｓｏとが同様の形状である。
【００２２】
環状構造体１０は、本実施形態においては金属材料で作られる。環状構造体１０に用いることができる金属材料としては、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金等があるが、これらに限定されるものではない。例えば、ＣＦＲＰ（Carbone Fiber Reinforced Plastics）やＧＦＲＰ（Glass Fiber Reinforced Plastics）等の繊維強化プラスチックを環状構造体１０に用いることもできる。
【００２３】
環状構造体１０の厚みは、後述するように０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下と薄い。このため、タイヤ１へのインフレート時には環状構造体１０の幅方向中央部が膨張しようとして、幅方向における両側にバックリングによる変形が発生することがある。その結果、環状構造体１０及びタイヤ１の形状が歪み、タイヤ１の転動時における振動等の原因となることがある。この現象は、環状構造体１０の厚みが小さい程、顕著になる。一方、環状構造体１０の厚みが０．５ｍｍ以上になると、バックリングによる変形は抑制されるが、環状構造体１０の質量が増加して、タイヤ１のばね下荷重が増加する。
【００２４】
環状構造体１０は、幅方向における両端部の剛性が低いため、前記両端部で上述したバックリングによる変形が発生しやすい。そこで、本実施形態では、補強構造体１５を、環状構造体１０のＹ軸と平行な方向における両側に設ける。補強構造体１５は、環状の構造体であり、幅方向における環状構造体１０の両側の領域に設けられる。補強構造体１５に用いることができる金属材料としては、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金等があるが、これらに限定されるものではない。例えば、ＣＦＲＰ（Carbone Fiber Reinforced Plastics）やＧＦＲＰ（Glass Fiber Reinforced Plastics）等の繊維強化プラスチックを補強構造体１５に用いることもできる。
【００２５】
補強構造体１５により、Ｙ軸と平行な方向における環状構造体１０の両側の領域は、それ以外の領域よりも剛性が高くなる。このため、環状構造体１０の両側に発生するバックリングによる変形を抑制しつつ、環状構造体１０の質量増加を最小限に抑えることができる。剛性とは、径方向における剛性である。すなわち、一方の補強構造体１５が設けられる領域（補強領域）と補強構造体１５が設けられない領域（非補強領域）とに、それぞれ径方向に向かって同じ荷重を負荷した場合、補強領域の方が非補強領域よりも変形が少なくなる。
【００２６】
補強構造体１５と環状構造体１０とは、機械的に結合していることが好ましい。両者の結合においては、補強構造体１５と環状構造体１０とが直接結合していてもよいし、その他の部材（例えば、接着剤又はゴム等）を介して結合していてもよい。両者を機械的に結合させる例としては、例えば、溶接、リベット又はボルトによる締結、接着、焼き嵌め又は冷やし嵌め焼等がある。
【００２７】
環状構造体１０の外側１０ｓｏとゴム層１１の内側１１ｓｉとは互いに接触している。本実施形態において、環状構造体１０とゴム層１１とは、例えば接着剤によって固定されている。このような構造により、環状構造体１０とゴム層１１との間で相互に力を伝達できる。環状構造体１０とゴム層１１とを固定する手段は、接着剤に限定されるものではない。ゴム層１１は、合成ゴムや天然ゴム又はこれらを混合したゴム材料と、当該ゴム材料に補強材として添加される炭素やＳｉＯ２等を含む。ゴム層１１は、図２−１に示すように、無端のベルト状の構造体である。本実施形態において、ゴム層１１の子午断面形状は、図３に示すように長方形である。ゴム層１１の子午断面形状は長方形に限定されるものではないが、ゴム層１１の外側１１ｓｏと内側１１ｓｉ（すなわち、環状構造体１０の外側１０ｓｏ）とが平行（公差、誤差を含む）であることが好ましい。この点については後述する。ゴム層１１は外側１１ｓｏに複数の溝によって形成されるトレッドパターンを有していてもよい。
【００２８】
カーカス部１２は、タイヤ１に空気を充填した際に、環状構造体１０とともに圧力容器としての役目を果たす強度メンバーである。カーカス部１２及び環状構造体１０は、内部に充填された空気の内圧によってタイヤ１に作用する荷重を支え、走行中にタイヤ１が受ける動的荷重に耐える。本実施形態において、タイヤ１のカーカス部１２は、内側にインナーライナー１４を有する。インナーライナー１４によって、タイヤ１の内部に充填された空気の漏洩を抑制する。両方のカーカス部１２は、径方向内側に、それぞれビード部１３を有する。ビード部１３は、タイヤ１が取り付けられるホイールのリムと嵌合する。なお、カーカス部１２は、ホイールのリムと機械的に結合していてもよい。
【００２９】
図５は、環状構造体とゴム層との子午断面図である。環状構造体１０の弾性率は、７０ＧＰａ以上２５０ＧＰａ以下とすることが好ましい。また、環状構造体１０の厚みｔｍは、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下とすることが好ましい。環状構造体１０の厚みｔｍは、環状構造体１０の材料によって適切な大きさに設定されることが好ましい。環状構造体１０の弾性率と厚みｔｍとの積（剛性パラメータという）は、１０以上５００以下とすることが好ましい。
【００３０】
剛性パラメータを上記の範囲とすることにより、環状構造体１０は、面内剛性が大きくなる。このため、タイヤ１に空気を充填したとき及びタイヤ１が路面に接地したときにおいては、環状構造体１０によってトレッド部となるゴム層１１の設置部における局所的な変形が抑制される。その結果、タイヤ１は、前記変形にともなう粘弾性エネルギの損失が抑制される。また、剛性パラメータを上記の範囲とすることにより、環状構造体１０は、径方向における剛性は小さくなる。このため、タイヤ１は、従来の空気入りタイヤと同様に、路面との接地部でトレッド部が柔軟に変形する。このような機能により、タイヤ１は、接地部における局所的な歪み及び応力の集中を回避しながら偏心変形するので、接地部における歪みを分散させることができる。その結果、タイヤ１は、接地部におけるゴム層１１の局所的な変形が抑制されるので、接地面積が確保され、転がり抵抗が低減される。
【００３１】
さらに、タイヤ１は、環状構造体１０の面内剛性が大きいこと及びゴム層１１の接地面積を確保できる結果、周方向における接地長さを確保できることから、舵角が入力されたときに発生する横力が大きくなる。その結果、タイヤ１は、大きなコーナーリングパワーを得ることができる。また、環状構造体１０を金属で製造した場合、タイヤ１の内部に充填された空気は環状構造体１０をほとんど透過しない。その結果、タイヤ１の空気圧の管理が容易になるという利点もある。このため、長期にわたり、タイヤ１に空気を充填しないような使用態様に対しても、タイヤ１の空気圧低下を抑制できる。
【００３２】
補強構造体１５は、弾性率が７０ＧＰａ以上２５０ＧＰａ以下であることが好ましい。このようにすることで、バックリングによる変形を効果的に抑制できるとともに、タイヤ１の転がり抵抗を低減でき、さらに及び操安性を向上させることができる。なお、環状構造体１０の弾性率と補強構造体１５の弾性率とは異なっていてもよい。また、補強構造体１５は、厚みｔｈが０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。このようにすることで、バックリングによる変形を効果的に抑制できるとともに、タイヤ１の転がり抵抗を低減でき、さらに及び操安性を向上させることができる。なお、環状構造体１０の厚みｔｍと補強構造体１５の厚みｔｈとは異なっていてもよい。
【００３３】
タイヤ１の子午断面において、補強構造体１５の断面２次モーメントは、０．００４ｍｍ４以上２０ｍｍ４以下であることが好ましい。このようにすれば、環状構造体１０をより効果的に補強して、バックリングによる変形をより効果的に抑制することができる。図５に示す例において、補強構造体１５の子午断面における形状は長方形である。この場合、断面２次モーメントＩは、式（１）で求めることができる。補強構造体１５の子午断面における形状は長方形である場合、Ｉ＝０．００４ｍｍ４は、Ｗｈ＝５０ｍｍ、ｔｈ＝０．１ｍｍに対応し、Ｉ＝２０ｍｍ４は、Ｗｈ＝３０ｍｍ、ｔｈ＝２ｍｍに対応する。Ｗｈは、補強構造体１５の幅方向における寸法である。
Ｉ＝Ｗｈ×ｔｈ３／１２・・・（１）
【００３４】
環状構造体１０の外側１０ｓｏと、ゴム層１１の外側１１ｓｏとの距離ｔｒ（ゴム層１１の厚み）は、３ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましい。距離ｔｒをこのような範囲とすることで、乗り心地を確保しつつ、コーナーリング時におけるゴム層１１の過度な変形を抑制できる。環状構造体１０の中心軸（Ｙ軸）と平行な方向、すなわち幅方向における環状構造体１０の寸法（環状構造体幅）Ｗｍは、中心軸（Ｙ軸）と平行な方向におけるゴム層１１の寸法（ゴム層幅）Ｗｒの５０％（Ｗｒ×０．５）以上１２０％（Ｗｒ×１．２）以下とすることが好ましい。ＷｍがＷｒ×０．５よりも小さい場合、環状構造体１０の面内剛性が不足する結果、タイヤ幅に対して偏心変形を維持する領域が減少する。その結果、転がり抵抗を低減させる効果及びコーナーリングパワーも減少してしまうおそれがある。また、ＷｍがＷｒ×１．２を超えると、接地時においてトレッドが環状構造体１０を中心軸（Ｙ軸）方向に座屈変形させ、環状構造体１０の変形を招くおそれがある。Ｗｒ×０．５≦Ｗｍ≦Ｗｒ×１．２とすることで、転がり抵抗を低減させつつコーナーリングパワーを維持し、さらに、環状構造体１０の変形も抑制できる。
【００３５】
図６から図９は、本実施形態に係る補強構造体の変形例を示す子午断面図である。図６に示すように、補強構造体１５ａは、環状構造体１０の径方向外側に配置されてもよい。このようにすることで、補強構造体１５ａによって環状構造体１０の径方向外側への変形を抑制することができる。また、図７に示すように、補強構造体１５ｂは、径方向において環状構造体１０と同じ位置に配置される。すなわち、補強構造体１５ｂは、環状構造体１０の幅方向における両端面にそれぞれ取り付けられる。この場合、環状構造体１０の弾性率よりも補強構造体１５の弾性率を高くすることにより、幅方向における環状構造体１０の両側の領域は、それ以外の領域よりも剛性を高くすることができる。
【００３６】
図８に示す補強構造体１５ｃは、図７に示す補強構造体１５ｂと同様に、環状構造体１０の幅方向における両端面にそれぞれ取り付けられる。補強構造体１５ｃは、幅方向外側に向かうにしたがって厚みが大きくしてある。補強構造体１５は、環状構造体１０の径方向内側に取り付けてもよいし、径方向外側に取り付けてもよい。図９は、環状構造体１０ｄの幅方向両端部を幅方向内側かつ径方向内側に折り曲げて、折り曲げられた部分を補強構造体１５ｄとしたものである。環状構造体１０ｄは、折り曲がり部１６で補強構造体１５ｄと連結している。また、環状構造体１０ｄと、折り曲がり部１６と、補強構造体１５ｄとは一体構造である。このようにすることで、幅方向における環状構造体１０の両側の領域は、それ以外の領域よりも剛性を高くすることができる。折り曲がり部１６は複数であってもよい。また、環状構造体１０ｄの幅方向両端部を幅方向内側かつ径方向外側に折り曲げてもよい。
【００３７】
図１０−１、図１０−２は、子午断面におけるゴム層及び環状構造体の形状を示す図である。図１０−１に示すタイヤ（空気入りタイヤ）１０１は、子午断面において、ゴム層１１１の外側１１１ｓｏが幅方向中心部において径方向外側に突出しているのに対し、環状構造体１１０の外側１１０ｓｏは幅方向に向かって平坦である。図１０−２に示すタイヤ（空気入りタイヤ）１０１ａは、子午断面において、ゴム層１１１ａの外側１１１ｓｏａが幅方向に向かって平坦であるのに対し、環状構造体１１０ａの外側１１０ｓｏａは幅方向中心部において径方向外側に突出している。このように、タイヤ１０１及びタイヤ１０１ａは、子午断面において、ゴム層１１１、１１１ａの外側１１１ｓｏ、１１１ｓｏａと、環状構造体１１０、１１０ａの外側１１０ｓｏ、１１０ｓｏａとは形状が異なっている。このような構造である場合は、ゴム層１１１、１１１ａの外側１１１ｓｏ、１１１ｓｏａと、環状構造体１１０、１１０ａの外側１１０ｓｏ、１１０ｓｏａとの距離が幅方向において異なるので、幅方向において剛性の分布が発生する。その結果、タイヤ１０１、１０１ａは、トレッド部となるゴム層１１１、１１１ａと、環状構造体１１０、１１０ａとの変形状態が異なり、これに起因して、接地部には局所的な歪み及び応力の集中が発生する。そして、タイヤ１０１、１０１ａは、接地部においてゴム層１１１、１１１ａが局所的に変形するおそれがある。この局所的な変形により、ゴム層１１１、１１１ａの粘弾性損失エネルギが増加して、転がり抵抗の増加を招くおそれがある。
【００３８】
上記観点から、タイヤ１は、図４に示す構造体２の子午断面において、ゴム層１１の外側１１ｓｏと、環状構造体１０の外側１０ｓｏとは同様の形状であることが好ましい。このような構造により、タイヤ１の接地時や転動時においては、トレッド部となるゴム層１１と、環状構造体１０とは略同様に変形する。その結果、タイヤ１は、ゴム層１１の変形が少なくなるので、粘弾性エネルギの損失はより小さくなり、転がり抵抗もより小さくなる。
【００３９】
ゴム層１１の外側１１ｓｏと、環状構造体１０の外側１０ｓｏとが、タイヤ１の径方向外側に向かって突出したり、径方向内側に向かって突出したりすると、タイヤ１の接地部における圧力分布が不均一となる。その結果、接地部には局所的な歪み及び応力の集中が発生し、接地部においてゴム層１１が局所的に変形するおそれがある。本実施形態において、タイヤ１は、図３に示すように、ゴム層１１の外側１１ｓｏと、環状構造体１０の外側１０ｓｏとは、ゴム層１１及び環状構造体１０（すなわち、構造体２）の中心軸（Ｙ軸）と平行であることが好ましい。このような構造により、タイヤ１の接地部を略平坦にすることができる。そして、タイヤ１は、接地部における圧力分布が均一になるので、接地部の局所的な歪み及び応力の集中が抑制され、接地部におけるゴム層１１の局所的な変形が抑制される。その結果、タイヤ１は、粘弾性エネルギの損失が小さくなるので、転がり抵抗も小さくなる。また、タイヤ１は、接地部におけるゴム層１１の局所的な変形が抑制されるので、接地面積を確保でき、同時に周方向の接地長さを確保できる。このため、タイヤ１は、コーナーリングパワーも確保できる。
【００４０】
本実施形態においては、上述したように、子午断面におけるゴム層１１の形状は長方形であるが、ゴム層１１の外側１１ｓｏと、環状構造体１０の外側１０ｓｏとは、これらの中心軸（Ｙ軸）と平行であれば、長方形に限定されない。例えば、子午断面におけるゴム層１１の形状は、台形や平行四辺形であってもよい。子午断面におけるゴム層１１の形状が台形である場合、台形の上底と下底とのいずれがゴム層１１の外側１１ｓｏであってもよい。
【００４１】
図１１−１から図１１−３は、本実施形態の変形例に係るタイヤの子午断面を示す図である。これらの変形例は、環状構造体１０等に対するカーカス部１２の取り付け方式が上述した実施形態と異なる他は、上述した実施形態と同様である。図１１−１に示すタイヤ１ａは、カーカス部１２ａの一端部が、環状構造体１０の外側１０ｓｏに取り付けられ、かつ環状構造体１０とゴム層１１とに挟まれる。補強構造体１５は、環状構造体１０の径方向内側に設けられる。
【００４２】
図１１−２に示すタイヤ１ｂは、カーカス部１２ｂが環状構造体１０の外側１０ｓｏにおいて、幅方向における一端部から他端部に向かって掛け渡され、かつ環状構造体１０とゴム層１１とによって両者の幅方向全領域で挟まれる。補強構造体１５は、環状構造体１０の径方向内側に設けられる。図１１−３に示すタイヤ１ｃは、環状構造体１０の内側１０ｓｉにおいて、カーカス部１２ｃが幅方向における一端部から他端部に向かって掛け渡され、かつ環状構造体１０の内側１０ｓｉに固定される。補強構造体１５ａは、環状構造体１０の径方向外側に設けられる。タイヤ１ｃは、カーカス部１２ｃが環状構造体１０の内側１０ｓｉに固定されるため、補強構造体１５ａとカーカス部１２ｃとの干渉を回避する必要があるからである。
【００４３】
図１１−１、図１１−２に示すタイヤ１ａ、１ｂのように、カーカス部１２ａ、１２ｂを環状構造体１０とゴム層１１とで挟むようにすると、カーカス部１２は環状構造体１０とゴム層１１とに確実に固定され、高い強度を確保できるので好ましい。特に、図１１−２に示すタイヤ１ｂのように、環状構造体１０の外側１０ｓｏにおいて幅方向全領域にわたりカーカス部１２ｂが覆うようにすれば、カーカス部１２ｂがタイヤ１ｂの幅方向において分断されないので、カーカス部１２ｂと環状構造体１０との接合部に作用する力を抑制できる。その結果、タイヤ１ｂは、前記接合部に不具合が発生するおそれを低減できるので、タイヤ１ｂをより強固な構造物とすることができるとともに、タイヤ１ｂの耐久性低下を抑制できる。
【００４４】
図１１−３に示すタイヤ１ｃは、カーカス部１２ｃが環状構造体１０の内側１０ｓｉに固定される点は、図３に示すタイヤ１と同様であるが、環状構造体１０の内側１０ｓｉの幅方向全域で固定される点が異なる。このような構造により、タイヤ１は、カーカス部１２ｃがタイヤ１ｃの幅方向において分断されない。図３に示すタイヤ１は、カーカス部１２と環状構造体１０との接合部に内圧が作用するが、図１１−３に示すタイヤ１ｃは、内圧をカーカス部１２ｃ全体で受けることになり、カーカス部１２ｃと環状構造体１０との接合部に内圧は作用しない。このように、図１１−３に示すタイヤ１ｃは、幅方向においてカーカス部１２ｃが分断されないので、カーカス部１２ｃと環状構造体１０との接合部に作用する力を抑制できる。その結果、タイヤ１ｃは、前記接合部に不具合が発生するおそれを低減できるので、タイヤ１ｃの耐久性低下を抑制できる。
【００４５】
図１２は、本実施形態の他の変形例に係るタイヤの子午断面を示す図である。図１２に示すように、タイヤ１ｄは、環状構造体１０が、ゴム層１１内に埋設されている。このようにすることで、環状構造体１０とゴム層１１とがより確実に固定される。タイヤ１ｄのカーカス部１２は、環状構造体１０の径方向内側を通って、両方のビード部１３間を連結している。すなわち、カーカス部１２は、両方のビード部１３、１３間で連続している。なお、カーカス部１２は、環状構造体１０の幅方向における両側に設けられて、両方のビード部１３、１３間で連続していなくてもよい。本変形例において、タイヤ１ｄは、ゴム層１１が両方のカーカス部１２、１２の表面を覆っている。タイヤ１ｄは、両方のカーカス部１２の内側にインナーライナー１４を有する。
【００４６】
タイヤ１ｄは、ゴム層１１に溝を有さないが、溝を有していてもよい。ゴム層１１が溝を有する場合、ゴム層１１の外側（タイヤ１のトレッド面）と、環状構造体１０の外側とが、トレッド面に形成された溝の部分を除いて同様の形状であり、平行（公差、誤差を含む）であることがより好ましい。このような構造により、タイヤ１ｄの接地時や転動時においては、トレッド部となるゴム層１１と、環状構造体１０とは略同様に変形する。その結果、タイヤ１ｄは、ゴム層１１の変形が少なくなるので、粘弾性エネルギの損失はより小さくなり、転がり抵抗もより小さくなる。
【００４７】
（評価例）
本実施形態に係るタイヤ１を基にして、コンピュータで解析可能な数値解析モデルを作成し、コンピュータを用いて有限要素法で解析した。数値解析モデルの元となったタイヤ１は、図３に示す子午断面形状を有している。タイヤ１の各部の寸法は、図３に示すタイヤ幅Ｗが１９０ｍｍ、カーカス高さ（ビード部１３のヒール部１３ｈから環状構造体１０の内側１０ｓｉまでの径方向における距離）Ｈが４０ｍｍである。環状構造体１０は、ばね鋼であり、厚みｔｍ（図５参照）は０．４ｍｍである。ゴム層１１は、環状構造体１０の外側１０ｓｏに接着して固定した。ゴム層１１の厚みｔｒ（図５参照）は８ｍｍである。タイヤ１の直径は、２２５／５０Ｒ１８の空気入りタイヤの直径相当の大きさである。一対のカーカス部１２は、環状構造体１０の内側１０ｓｉの幅方向における両端部にそれぞれ結合した。図３、図５に示す補強構造体１５は、Ｗｈ＝３０ｍｍ、ｔｈ＝０．４ｍｍで、断面２次モーメントＩ＝０．１６ｍｍ４である。
【００４８】
比較対象として、従来構造の空気入りタイヤ及び剛体板タイヤについて、コンピュータで解析可能な数値解析モデルを作成し、コンピュータを用いて有限要素法で接地解析及び転動解析を実行した。従来構造の空気入りタイヤは、サイズが２２５／５０Ｒ１８である。剛体板タイヤは、円板の外周部にゴム層を設けたものであり、図１、図３に示すタイヤ１が有する環状構造体１０の剛性を極めて高くしたものに相当する。剛体板タイヤは、幅が１９０ｍｍであり、直径は２２５／５０Ｒ１８の空気入りタイヤの直径相当の大きさである。剛体板タイヤは、偏心変形を極限まで高めたものである。
【００４９】
タイヤ１と従来構造の空気入りタイヤと剛体板タイヤとを評価するための特性値は、縦剛性Ｋｔ及び横剛性Ｋｙ及びコーナーリングパワーＣＰ及び転がり抵抗ＲＲである。縦剛性は、評価対象（タイヤ１及び従来構造の空気入りタイヤ及び剛体板タイヤの数値解析モデル）に対して路面と直交する方向に荷重を与えた場合における、前記荷重の作用方向における変位に対する、前記荷重の変化率（ｋＮ／ｍ）である。本評価例においては、評価対象に内圧として２３０ｋＰａを評価対象へ負荷した状態で、路面と直交する方向における基準荷重（４ｋＮ）を評価対象に与え、かつ前記基準荷重を中心として±０．５ｋＮの範囲で評価対象に与える荷重を変化させた際の前記変化率を縦剛性とした。
【００５０】
横剛性は、評価対象に対して路面と直交する方向に荷重を与えながら、評価対象の幅方向（横方向）へ評価対象を動かした場合において、横方向における変位（横方向変位）に対する、横方向に与えた力（横力）の変化率（ｋＮ／ｍ）である。本評価例においては、評価対象に内圧として２３０ｋＰａを評価対象へ負荷し、かつ路面と直交する方向における基準荷重（４ｋＮ）を評価対象に与えた状態で、横力を所定の範囲で変化させることによって得られた、前記横方向変位に対する前記横力の変化率を横剛性とした。コーナーリングパワーは、評価対象を定常転動させた状態において評価対象に舵角を１度与えたときに、横方向に発生する力の大きさである。転がり抵抗（転動抵抗）は、特許第３９６９８２１に記載された方法によって求めた。この方法は、まず静的接地解析結果において、タイヤモデルが一回転する場合に相当する周方向のひずみと応力の履歴を求め、その履歴のフーリエ変換結果である振幅と材料の損失正接を用いてタイヤモデルの各所の損失エネルギを求める。これをタイヤモデル全体で総和することによりタイヤモデル全体での損失エネルギを求め、この全損失エネルギをタイヤモデルの周長で除算することにより転がり抵抗を算出する方法である。
【００５１】
図１３は、評価結果を示す図である。図１３において、特性値である縦剛性Ｋｔ及び横剛性Ｋｙ及びコーナーリングパワーＣＰ及び転がり抵抗ＲＲは、従来構造の空気入りタイヤの特性値を１００として、タイヤ１及び剛体板タイヤの結果を表してある。コーナーリングパワーＣＰは数値が大きい方がよく、転がり抵抗ＲＲは数値が低い方がよい。縦剛性Ｋｔ及び横剛性Ｋｙが過度に高いことは好ましくない。
【００５２】
図１３の結果から分かるように、タイヤ１（図１３のＣ）は、従来構造の空気入りタイヤと比較して、コーナーリングパワーＣＰが増加し、転がり抵抗ＲＲは大幅に低下する。より具体的には、タイヤ１のコーナーリングパワーＣＰは、従来構造の空気入りタイヤ（図１３のＡ）の１８０％弱まで増加する。また、タイヤ１の転がり抵抗ＲＲは、従来構造の空気入りタイヤの３０％程度まで低下する。この結果から、タイヤ１は、従来構造の空気入りタイヤと比較して、燃費は向上し、かつ旋回性能も高くなると考えられる。また、タイヤ１は、縦剛性Ｋｔは従来構造の空気入りタイヤと同程度なので、従来の空気入りタイヤと同程度の乗り心地を確保できると考えられる。
【００５３】
一方、剛体板タイヤ（図１３のＢ）は、従来構造の空気入りタイヤ及びタイヤ１と比較して、縦剛性Ｋｔが過度に高くなるので、乗り心地が悪化すると考えられる。また、剛体板タイヤは、縦剛性Ｋｔが過度に高いため、接地部の局所的な変形を招き接地面積及び周方向における接地長さが小さくなる。その結果、剛体板タイヤは、転がり抵抗ＲＲの増加及びコーナーリングパワーＣＰの低下が発生すると考えられる。タイヤ１は、剛体板タイヤと比較して縦剛性Ｋｔが小さいため、偏心変形自体は大きくなるが、偏心変形は維持されると考えられる。このため、タイヤ１は、接地面積を確保しつつ、偏心変形を維持できる。その結果、タイヤ１は、接地部の局所的な変形を抑制して接地面積及び周方向における接地長さを確保できるので、転がり抵抗ＲＲの低減及びコーナーリングパワーＣＰの向上を実現できると考えられる。なお、タイヤ１は、環状構造体１０の幅方向両端にバックリングによる変形は発生しなかった。
【００５４】
図１４−１、図１４−２、図１４−３は、本評価における評価対象の接地面形状を示す平面図である。図１４−１のＡは従来の空気入りタイヤの結果を示し、図１４−２のＢは剛体板タイヤの結果を示し、図１４−３のＣは、図４に示すタイヤ１（本実施形態）の結果を示す。濃淡のばらつきが小さい方が、接地圧のばらつきが小さいことを示す。図１４−２に示すように、剛体板タイヤは、従来の空気入りタイヤと比較して接地部ＲＣの接地面積が小さく、結果として接地圧が高くなってしまう。これに対して、タイヤ１は、接地部ＲＣの接地面積が剛体板タイヤよりも広く、従来の空気入りタイヤと同等である。また、タイヤ１の接地部ＲＣは、周方向における接地長さが従来の空気入りタイヤと同程度確保できており、接地圧は従来の空気入りタイヤと比較して、より均一になる。
【００５５】
以上、本実施形態に係る空気入りタイヤは、弾性率と厚みとの積で規定される剛性パラメータが１０以上５００以下の環状構造体と、環状構造体の外側に配置されるゴム層とを有する。このような構造により、本実施形態に係るタイヤは、接地部におけるゴム層の局所的な歪み及び応力の集中を回避しながら偏心変形するので、接地部における歪みを分散させることができる。その結果、本実施形態に係るタイヤは、接地部におけるゴム層の局所的な変形が抑制されるので、接地部においては歪及び応力集中が分散されて、転がり抵抗が低減する。このように、本実施形態は、空気入りタイヤの転がり抵抗を低減する構造を提供できる。
【００５６】
また、上述した構造により、本実施形態に係る空気入りタイヤは、ゴム層が摩耗した場合には、ゴム層を環状構造体から取り外し、新しいゴム層を環状構造体に取り付ければよいので、リトレッドも容易である。そして、本実施形態に係る空気入りタイヤは、不具合が発生しない限り、カーカス部及び環状構造体を複数回使用できるので、廃棄部品が少なくなり、環境負荷を低減できる。さらに、本実施形態に係る空気入りタイヤは、板状の部材を円筒状に成型して環状構造体とし、空気が充填される空間を環状構造体が囲むようになっている。このため、本実施形態に係る空気入りタイヤは、踏面（ゴム層の外側）から空気が充填される空間に対する異物の侵入は、環状構造体によって阻止される。このため、本実施形態に係る空気入りタイヤは、パンクしにくいという利点もある。さらに、補強構造体により、環状構造体の両端部におけるバックリングによる変形も抑制される。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上のように、本発明に係る空気入りタイヤは、転がり抵抗を低減することに有用である。
【符号の説明】
【００５８】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１０１、１０１ａ  空気入りタイヤ（タイヤ）
２  構造体
２Ｓ  両側
１０、１０ｄ、１１０、１１０ａ  環状構造体
１０ｓｏ、１１０ｓｏ、１１０ｓｏａ  外側
１０ｓｉ  内側
１１、１１１、１１１ａ  ゴム層
１１ｓｏ、１１１ｓｏ、１１１ｓｏａ  外側
１１ｓｉ  内側
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ  カーカス部
１２Ｆ  繊維
１２Ｒ  ゴム
１３  ビード部
１３ｈ  ヒール部
１４  インナーライナー
１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ  補強構造体
【図１】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図２−３】
0005621604.tif 000005
【図３】
0005621604.tif 000006
【図４】
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【図５】
0005621604.tif 000008
【図６】
0005621604.tif 000009
【図７】
0005621604.tif 000010
【図８】
0005621604.tif 000011
【図９】
0005621604.tif 000012
【図１０−１】
0005621604.tif 000013
【図１０−２】
0005621604.tif 000014
【図１１−１】
0005621604.tif 000015
【図１１−２】
0005621604.tif 000016
【図１１−３】
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【図１２】
0005621604.tif 000018
【図１３】
0005621604.tif 000019
【図１４−１】
0005621604.tif 000020
【図１４−２】
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【図１４−３】
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