【誤訳訂正書】
【提出日】平成19年6月4日(2007.6.4)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  構造的に支持された弾性タイヤ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地面と接触するトレッド部分と、このトレッド部分から放射方向内側へ延びたサイドウォール部と、このサイドウォール部をタイヤ回転時に車輪へ固定するビード部分とを有する構造的に支持された弾性タイヤであって、
上記トレッド部分の放射方向内側に補強された環状バンドを有し、この環状バンドはエラストマーの剪断層と、このエラストマーの剪断層の放射方向内側に接着された少なくとも一枚の第１のメンブランと、上記のエラストマーの剪断層の放射方向外側に接着された少なくとも一枚の第２のメンブランとを有し、
上記エラストマーの剪断層の剪断弾性率に対する上記一枚のメンブランの縦方向の引張弾性率の比が少なくとも100：1であり、
引張り時のサイドウォール部分の有効ラジアルスティフネスに対するタイヤ赤道面内での上記環状バンドの縦方向スティフネスの比が100：1以下である、
ことを特徴とする構造的に支持された弾性タイヤ。
【請求項２】
上記エラストマーの剪断層の剪断弾性率に対する上記一枚のメンブランの縦方向の引張弾性率の比が少なくとも1000：1である請求項１に記載のタイヤ。
【請求項３】
単位接地幅当たりの逆撓みスティフネスが0.1 DaN/mm2以上である請求項1に記載のタイヤ。
【請求項４】
上記エラストマーの剪断層の剪断弾性率とその剪断層のラジアル方向の厚さとの積が接地圧力と第２のメンブランの最外側のラジアル位置との積にほぼ等しい請求項1に記載のタイヤ。
【請求項５】
上記エラストマーの剪断層が少なくとも５mmのラジアル方向の厚さを有する請求項４に記載のタイヤ。
【請求項６】
上記エラストマーの剪断層が10mm〜20mmのラジアル方向の厚さを有する請求項５に記載のタイヤ。
【請求項７】
上記エラストマーの剪断層が３ＭＰａ〜20ＭＰａの剪断弾性率を有する請求項1に記載のタイヤ。
【請求項８】
第１および第２のメンブランの各々が、少なくとも上記エラストマーの剪断層の剪断弾性率に等しい剪断弾性率を有するエラストマーの被覆層中に埋め込まれた実質的に伸びないコード補強材の層から成る請求項1に記載のタイヤ。
【請求項９】
第１および第２のメンブランのコード補強材がタイヤ周方向に対して10°〜45°の間の角度を成す請求項８に記載のタイヤ。
【請求項１０】
第２のメンブランの横方向断面形状がアーチ形であり、このアーチ形の横方向断面形状での曲率半径がトレッド部分の放射方向最外側表面の横方向断面形状での曲率半径より小さい請求項1に記載のタイヤ。
【請求項１１】
トレッド部分の放射方向最外側表面の横方向断面形状での曲率半径が少なくとも1000mmである請求項１０に記載のタイヤ。
【請求項１２】
第２のメンブランの横方向断面形状での曲率半径が少なくとも500mmである請求項１０に記載のタイヤ。
【請求項１３】
トレッド部分が少なくとも一つのトレッド溝を有する請求項1に記載のタイヤ。
【請求項１４】
第２のメンブランがラジアル方向の振幅を有し且つ軸線方向に波長を有する波形をしている請求項1に記載のタイヤ。
【請求項１５】
第２のメンブランの波形の振幅が上記エラストマーの剪断層の最大厚さの20％〜50％である請求項１４に記載のタイヤ。
【請求項１６】
第２のメンブランがメンブランの振幅が軸線方向で一定である請求項１４に記載のタイヤ。
【請求項１７】
第２のメンブランの波形の波長がトレッド部分のトレッド幅の20％〜50％である請求項１４に記載のタイヤ。
【請求項１８】
トレッド部分が規格トレッド深さの少なくとも120％のトレッド深さを有する少なくとも一つの溝を有する請求項１５に記載のタイヤ。
【請求項１９】
サイドウォール部の有効引張ラジアルスティフネスが有効圧縮ラジアルスティフネスより大きい請求項1に記載のタイヤ。
【請求項２０】
サイドウォール部が引張りに対して実質的に伸びず、圧縮座屈に対して実質的に抵抗しない請求項１９に記載のタイヤ。
【請求項２１】
サイドウォール部がラジアル要素によって補強されている請求項１９に記載のタイヤ。
【請求項２２】
サイドウォール部がタイヤ子午線面内で直線である請求項１９に記載のタイヤ。
【請求項２３】
サイドウォール部の最大厚さがタイヤのラジアル部分の高さの10％である請求項１９に記載のタイヤ。
【請求項２５】
下記の１）〜５）の工程を特徴とする、メンブランの間にエラストマーの剪断層を備えた補強された環状バンドを有する構造的に支持された弾性タイヤの製造方法：
１）製造すべきタイヤの接地圧とタイヤ半径（Ｒ）とを選択し、
２）上記接地圧に上記タイヤ半径を掛けて剪断層ファクタを求め、
３）上記エラストマーの剪断層の材料として剪断弾性率と厚さとの積が上記剪断層ファクタに等しくなるような材料を選択し、
４）上記メンブランとしてその縦方向の引張弾性率が上記エラストマーの剪断層の剪断弾性率の少なくとも100倍であるものを選択し、
５）上記エラストマーの剪断層の放射方向内側に少なくとも一つの第１のメンブラン層を接着し、上記エラストマーの剪断層の放射方向外側に少なくとも一つの第２のメンブラン層を接着して環状バンドにし、
６）地面と接触するトレッド部分と、このトレッド部分の放射方向内側に配置される補強された上記環状バンドと、トレッド部分から放射方向内側へ向かって延び、車輪に固定するビート部分に接続されるサイドウォール部分とを組み立てる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
本発明は、タイヤの内部圧力を用いずにタイヤ構造部材によって車両荷重を支持することができるようにした弾性タイヤに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空気タイヤは数世紀にわたって乗物による移動（モビリティ）を可能にするために選択された一つの解決策であった。現在のベルトラジアルカーカスを有する空気タイヤは垂直方向および横方向の合理的なコンプライアンスを可能にすると同時に、加わる荷重を支持する効果的な手段を提供する極めて優れた製品である。空気タイヤの機械特性の大部分はタイヤ内部の空気圧の働きに依存している。
すなわち、タイヤの膨張圧の反作用によってベルト部材およびカーカス部材には正しい剛性が与えられる。また、タイヤ圧は空気タイヤの最も重要な設計パラメータの一つのである。
【０００３】
しかし、残念なことに、空気タイヤの設計者は、タイヤ圧を一定とした場合、可撓性を制限してタイヤの垂直スティフネスを変えてきた。空気タイヤの最高性能を得るためには圧力を維持することが要求され、指定されたタイヤ圧以下では燃費が悪くなる。
最も重要なことは、従来の空気タイヤはタイヤ圧が完全に失われると、タイヤの使用がほとんどできないということにある。そのため、タイヤから空気圧が完全に失われた後でも車両を継続して移動させることができるようにするためのタイヤ構造が種々提案されてきた。市販のランフラットタイヤを用いた解決方法では、空気タイヤのサイドウオールに補強材または充填材を加えてパンク時にサイドウオールが圧縮状態で荷重支持部材として働くようにしている。しかし、こうした加えた補強材の多くはタイヤ重量を大きくし、乗り心地を悪くするという欠点がある。
【０００４】
ランフラット性能を与える他の試みは、タイヤクラウン部分に環状の補強バンドを用いる方法である。この解決方法ではこの環状補強バンドの固有特性と、タイヤ圧に対する反作用によってトレッド部分が剛くなる。
さらに他の解決方法では車輪に内部二次支持構造物を加えている。しかし、この支持構造物は重量増加の原因となり、アッセンブリへの取付けが困難になり、多数の断片リムを使用する必要がある。
これらの全ての解決方法は空気タイヤをハイブリッド化するものであり、タイヤ膨張時でもなく、収縮時でもない設計上の妥協が要求される。しかも、これらランフラットを用いた解決方法ではタイヤの使用圧力を常にモニターして、現在のタイヤ圧が規定圧力外にある場合には車両の運転者にそれを知らせる必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
タイヤ圧を利用しないでも使用できるように設計されたタイヤは上記の問題点および空気タイヤとの妥協の多くを解決できる。すなわち、その場合の運転条件は一つだけであり、非膨張（non-inflated）状態だけである。圧力を維持する必要はなく、圧力を測定する必要もない。しかし、現在のソリッドタイヤ、その他の弾性構造を有する弾性タイヤのような構造的に支持されたタイヤは従来の空気タイヤに期待されているレベルの性能がない。従って、空気タイヤと同様な性能を備えた構造的に支持された弾性タイヤを開発するという課題を解決することが求められている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の構造的に支持される弾性タイヤは、内部空気圧力無しに、単にそのトレッド、サイドウオールおよびビード部の構造的特性だけによって荷重を支持する。サイドウオールとビード部分をなくして見た場合、構造的に支持される本発明の弾性タイヤのトレッド部分は補強された環状バンドとして表される。補強された環状バンドはタイヤの子午線面および赤道面面内での曲げに抵抗する剛性を有している。子午線面はタイヤの回転軸線を含む面である。赤道面はタイヤの回転軸線に直角で、タイヤ構造を二つに分ける面である。
平らな面に対する環状バンドの接触状態は地面と接触しているタイヤに似ている。全体として生じる反作用は荷重下にあるタイヤの接地応力に似ている。均質な材料から成る堅い環状バンドの場合には、平衡および曲げモーメントの要求条件を満足させる圧力分布は接触面の各端に（その一端が［図2A］に示してある）ある一組の集中力から成る。この理想形では環状バンドの剪断変形は起らない。しかし、環状バンドが剪断変形する構造から成る場合には、圧力分布は実質的に均一になる。
【０００７】
構造的に支持された本発明の弾性タイヤは、地面と接触するトレッド部分と、このトレッド部分から放射方向内側へ延びたサイドウォール部と、このサイドウォール部をタイヤ回転時に車輪へ固定するビード部分とを有する。トレッド、サイドウオールおよびビードは空気タイヤと同様な中空環状空隙を規定する。本発明ではトレッド部分の放射方向内側に補強された環状バンドが配置される。この環状バンドはエラストマーの剪断層と、このエラストマーの剪断層の放射方向内側に接着された少なくとも一つの第１のメンブランと、上記のエラストマーの剪断層の放射方向外側に接着された少なくとも一つの第2のメンブランとを有する。メンブランはエラストマーの被覆層中に埋め込まれた積層された実質的に伸びないコードの補強材料から成るのが好ましい。各メンブランは剪断層の剪断弾性率より十分に大きな縦方向の引張り弾性率を有していて、外部から荷重が加わった時に地面と接触したトレッド部分が基本的に円形から平らな形へ変形するが、各メンブランの長さは実質的に一定に維持される。メンブランの相対移動は剪断層の剪断によって起こる。
【０００８】
【実施の態様】
この効果は［図2B］に概念的に示してある。［図2B］に示すように、上記変形特性を有する環状バンドを使用していない他のタイヤに比べて接触面長さでのより一様な接地圧であるのが好ましい結果である。環状バンドは荷重支持部材として働くのに十分なタイヤ赤道面内の横方向スティフネスとタイヤ子午線面内での縦方向曲げスティフネスとを得るのにタイヤの内部圧力に頼らない。
本発明の一つの観点から、環状バンドの横方向半径、すなわちタイヤ子午線面内の曲率半径は外側トレッド表面の横方向半径以下であり、それによって接触面で環状バンドの縦方向座屈に抵抗する。
【０００９】
本発明構造を用いることによって、タイヤ設計者はタイヤの接地圧とはある程度独立しての垂直スティフネスを調整することができる。これに対して、従来の空気タイヤでは接地圧とタイヤの垂直スティフネスは強く関係している。
タイヤのサイドウオールは環状バンドによって支持された荷重を車輪の所で反応させる、すなわち、車両重量を支持するのに必要な構造を提供する。従来の空気タイヤでは荷重はタイヤのサイドウオールの張力差で支持され、サイドウオールの最小張力は接触面の中央にあり、最大張力は接触面の反対側の子午線の所にある。［図 3a］に示すように、本発明の構造的に支持された弾性タイヤは接触面の外側で子午線方向にサイドウオールに張力を加えることによって荷重を支持する。最適な荷重支持はサイドウオールが圧縮状態で低い有効ラジアルスティフネスを有し、引張り状態で高い有効ラジアルスティフネスを有するときに得られる。この条件が満足されたときには車両はタイヤの上部から吊り下げられているといえる。さらに、最適な荷重支持のために、サイドウオールは直線状の断面形状を有し、放射方向を向いた補強要素を有する。
【００１０】
本発明タイヤの「垂直スティフネス」（荷重下での垂直方向への変形に対する抵抗）はタイヤの「逆撓み（counterdeflection）スティフネス」によって大きく影響を受ける。この逆撓みスティフネスは地面と接触していない部分の変形に対するタイヤの抵抗値である。このタイヤの逆撓みスティフネスによって車軸は垂直方向に変移でき、タイヤの垂直スティフネスを有効に低下させることができる。すなわち、タイヤの逆撓みスティフネスを調整することによってタイヤの垂直スティフネスを調整することができる。
本発明タイヤが高速度で回転すると、環状バンドに求心力が生じる。この力は周方向応力となり、それによって環状バンドは放射状外側へ膨張する。環状バンドの膨張はサイドウオールの上記の高い有効ラジアルスティフネスによって抵抗される。接地接触面ではこの求心力が生じないので、全体としては垂直上方の力となり、それが荷重の一部を支持するように働き、タイヤの有効垂直スティフネスが増加する。速度が増加すると、求心力、従ってタイヤの有効垂直スティフネスも増加する。すなわち、速度が増加するとタイヤの撓みが減る。撓みの減少はタイヤの発熱量の発生を減らし、高速性能を改善する。
【００１１】
荷重下の本発明タイヤのサイドウオール内に生じる張力は膨張した荷重下の空気タイヤのサイドウオールの張力より小さい。［図１］に示すように、ビード部分160はタイヤ圧に依存せずに任意のビード構造に使用可能なビード部分の構造を用いてタイヤをリム10にぴったりと合わせることが可能である。この要求条件を満たすビード組立の例は、Drieux達の米国特許第5,785,781号明細書に記載のものである。その内容は本発明の一部を成す。
本発明の一実施例では、構造的に支持された弾性タイヤは地面と接触するトレッド部分と、このトレッド部分から放射方向内側へ延びたサイドウォール部と、このサイドウォール部をタイヤ回転時に車輪へ固定するビード部分と、トレッド部分の放射方向内側に配置された補強された環状バンドとを有し、上記環状バンドはエラストマーの剪断層と、このエラストマーの剪断層の放射方向内側に接着した少なくとも一つの第１のメンブランと、エラストマーの剪断層の放射方向外側に接着した少なくとも一つの第２のメンブランとを有し、第２のメンブランは波形をしており、この波形はラジアル方向に振幅を有し、軸線方向に波形の波長を有する。
【００１２】
この波状メンブランは環状バンドおよび外側トレッド表面上で横断面で半径を拘束せずに接地面での環状バンドの圧縮座屈に抵抗する。トレッド溝が最小の波と一致する場合、すなわちメンブランの一部がトレッドに向かってへこんでいる場合には、その溝を従来タイヤの溝よりも深くすることができ、それによってタイヤのハイドロプレーン現象に対する抵抗を改善できる。
本発明の他の実施例の構造的に支持された弾性タイヤは、地面と接触するトレッド部分と、このトレッド部分から放射方向内側へ延びたサイドウォール部と、このサイドウォール部をタイヤ回転時に車輪へ固定するビード部分と、トレッド部分の放射方向内側に配置された補強された環状バンドとを有し、この環状バンドはエラストマーの剪断層と、このエラストマーの剪断層の放射方向内側に接着した少なくとも一つの第１のメンブランと、エラストマーの剪断層の放射方向外側に接着した少なくとも一つの第２のメンブランとを有し、引張り時のサイドウォール部分の有効ラジアルスティフネスに対するタイヤ赤道面内での環状バンドの縦方向スティフネスの比が100：1以下である。
【００１３】
本発明のさらに他の実施例の構造的に支持された弾性タイヤは、地面と接触するトレッド部分と、このトレッド部分から放射方向内側へ延びたサイドウォール部と、このサイドウォール部をタイヤ回転時に車輪へ固定するビード部分と、トレッド部分の放射方向内側に配置された補強された環状バンドとを有し、この環状バンドはエラストマーの剪断層と、このエラストマーの剪断層の放射方向内側に接着した少なくとも一つの第１のメンブランと、エラストマーの剪断層の放射方向外側に接着した少なくとも一つの第２のメンブランとを有し、サイドウォール部は引張りに対して実質質的に伸びず、圧縮座屈に対して実質的に抵抗せず、外部から加わる荷重は地面と接触していないタイヤ領域ではサイドウォール部分の張力によって実質的に支持され、地面と接触した領域では実質的にサイドウォール部分の垂直方向の支持なしに支持される。
【００１４】
本発明はさらに、下記の１）〜５）の工程を特徴とする、縦方向の堅いメンブランの間にエラストマーの剪断層を備えた補強された環状バンドを有する構造的に支持された弾性タイヤの製造方法を提供する：
１）製造すべきタイヤの接地圧とタイヤ半径とを選択し、
２）上記接地圧に上記タイヤ半径を掛けて剪断層ファクタを求め、
３）上記エラストマーの剪断層の材料として剪断弾性率と厚さとの積が上記剪断層ファクタに等しくなるような材料を選択し、
４）上記メンブランとしてその縦方向の引張弾性率が上記エラストマーの剪断層の剪断弾性率の少なくとも100倍であるものを選択し、
５）地面と接触するトレッド部分と、このトレッド部分の放射方向内側に配置される補強された環状バンドと、上記エラストマーの剪断層の放射方向内側に接着される少なくとも一つの第１のメンブラン層と、上記エラストマーの剪断層の放射方向外側に接着される少なくとも一つの第２のメンブラン層と、トレッド部分から放射方向内側へ向かって延び、車輪に固定するビート部分に接続されるサイドウォール部分とを組み立てる。
本発明は添付図面を参照した以下の説明からよりよく理解できよう。
【００１５】
【実施例】
以下の説明で用いられる用語は下記の定義を有する：
「赤道面」とはタイヤの中心線を通るタイヤの回転軸線に直角な面を意味する。
「子午線面」とはタイヤの回転軸線から放射状外側へ向かって延びる回転軸線に対して平行な面を意味する。
エラストマー材料の「モジュラス、弾性率」とはASTM 規格の試験方法D412で測定した10％伸びでの「引張弾性率」を意味する。
メンブレンの「モジュラス、弾性率」とは円周方向での１％伸びでの引張弾性率にメンブレンの有効厚さを掛けたものを意味する。このモジュラスは従来タイヤのスチールベルト材料に対する下記［式１］で計算できる。このモジュラスにはダッシュ（'）を付けて表すことにする。
エラストマー材料の「剪断モジュラス、弾性率」とは「剪断弾性率」を意味し、10％伸びで測定した「引張弾性率」の３分の1に等しいと定義される。
「ヒステリシス」は、25℃で10％動的剪断歪みで測定される動的損失のタンジェントを意味する。
【００１６】
本発明の構造的に支持された弾性タイヤは［図1］［図４］［図６］［図７］［図８］に示してある。「構造的に支持された」とはタイヤが気体の膨張圧の支持なしにタイヤが荷重を支持するということを意味する。ここに開示した構造的に支持された弾性タイヤの各種構造は基本的に同様な部材、成分を利用しており、図面に記載の参照番号は各変形例で同じにしてある。
［図1］に示したタイヤ100は地面と接触するトレッド部分110と、トレッド部分110から放射方向内側へ向かって延びたサイドウォール部150と、サイドウォール部端部にあるビード部分160とを有している。タイヤ100はこのビード部分160によって車輪10に固定される。上記のトレッド部分110、サイドウォール部150およびビード部分160によって中空が環状空隙105が規定される。
【００１７】
トレッド部分110の放射方向内側には環状補強バンドが取り付けらている。この環状補強バンドは、［図１］に示した実施例では、エラストマーの剪断層120と、このエラストマーの剪断層120の放射方向最内側に接着された補強層131、132を有する第１のメンブラン130と、エラストマーの剪断層120の放射方向最外側に接着された補強層141、142を有するメンブラン140とから成る。
トレッド部分110は溝を有していないか、縦方向のトレッドリブ116を形成する複数の縦方向トレッド溝115を有していてもよい。特定の用途の車両で要求される条件にあったトレッド模様にするためにトレッドリブ116をさらに横断方向または縦方向に分割することもできる。トレッド溝115の深さはタイヤの使用用途に応じて決めることができる。トレッド部分の切断やそこからの異物の挿入から第2のメンブラン構造を保護するために、第2のメンブラン140はトレッド溝の底部から充分な距離だけ放射方向内側にズレた（オフセットした）位置にある。このオフセット距離はタイヤの使用目的に応じて増減される。例えば、重量トラックタイヤでは一般に約５〜７mmのオフセット距離にする。
【００１８】
第１のメンブラン130および第2のメンブラン140の各層は実質的に伸びないコード補強材をエラストマー被覆中に埋め込んだものから成る。弾性材料から作られるタイヤの場合、メンブラン130および140はエラストマー材料の加硫時に剪断層120に接着されるが、メンブラン130および140を化学物質または機械的接着等の任意の固定方法で剪断層120に接着しても本発明の範囲を逸脱するものではない。
層131〜132および層141〜142の補強要素は従来タイヤのベルト補強材として使用されている任意の材料、例えばスチール、アラミドのモノフィラメントまたはコードや、その他の高モジュラス織布で作ることができる。図示した実施例のタイヤの場合、これらの補強材は直径が0.28mmの4本のスチールワイヤコード（4 x 0.28）である。図示した本発明の全ての変形例で各メンブランがコード補強層を有しているが、引張りスティフネス、曲げスティフネスおよび環状バンドに要求される圧縮座屈抵抗特性の要求条件を満たす任意の材料をこれらメンブランで使うことができる。すなわち、メンブランス構造物には多くの選択肢があり、例えば均一材料、繊維補強されたマトリックス、ディスクリートな補強要素を有する層等にすることができる。
【００１９】
第１のメンブラン130の層131および132はタイヤ赤道面に対して角度αをなす基本的に平行なコードを有し、各層のコードは互いに反対方向を向いている。すなわち、層131では角度＋αであり、層132では角度−αである。同様に、第２のメンブラン140は赤道面に対して角度＋βおよび−βを成す基本的に互いに平行なコードを有する層141および142を有している。いずれの場合も、互いに隣接する層の間ではコードの夾角がαまたはβの２倍の角度になる。角度αおよびβは一般に約10〜45°である。しかし、一つのメンブラン内で互いに対を成すの層のコードが互に等しい角度で逆方向を向いている必要は必ずしもなく、例えば、互いに対を成すの層のコードをタイヤ赤道面に対して非対称にすることもできる。
【００２０】
各層131、132および141、142のコードは一般に約20ＭＰａの剪断弾性率を有するエラストマーの被覆層中に埋め込まれている。この被覆層の剪断弾性率を上記剪断層120の剪断弾性率より大きくして、環状バンドの変形が主として剪断層120内での剪断変形で行われるようにするのが好ましい。
荷重下での環状バンドの変形状態は、エラストマーの剪断層120の剪断弾性率Ｇとメンブラン130および140の縦方向の有効引張弾性率Ｅ'membraneとの関係によってコントロールできる。従来タイヤのベルト材料を用いた有効引張弾性率Ｅ'membraneは下記の式で求めることができる：
【００２１】
【式1】
2003516264.tif 000001
【００２２】
(ここで、
Ｅrubber＝エラストマー被覆材料の引張弾性率、
Ｐ＝コード方向に対して直角に測定したコード間隔（コード中心間距離）、
Ｄ＝コード直径、
ｖ＝エラストマー被覆材料のポアソン比、
α＝赤道面に対するコード角度、
ｔ＝互いに隣接するケ−ブル間のゴムの厚さ）
【００２３】
この有効引張弾性率Ｅ'membraneはメンブランの有効引張弾性率にメンブランの有効厚さをかけたものである点に注意。Ｅ'membrane/Ｇの比が相対的に低いときは荷重下での環状バンドの変形が均質バンドの変形に近くなり、［図2a］に示すように不均一な接地圧が生じる。逆に、このＥ'membrane/Ｇの比が十分に大きくなると、荷重下での環状バンドの変形が主として剪断層の剪断変形になり、メンブランの縦方向圧縮または収縮はほとんどなくなり、従って、［図2B］の実施例に示すように接地圧が実質的に一様になる。
【００２４】
本発明では、エラストマーの剪断層の剪断弾性率Ｇに対するメンブランの縦方向の有効引張弾性率Ｅ'membraneの上記比は少なくとも約100：1であり、好ましくは少なくとも約1000：1である。4 x 0.28コードを上記角度で使用した補強コードから成るメンブランの場合、エラストマーの剪断層120の望ましい剪断弾性率は約20ＭＰａ〜3ＭＰａである。材料のヒステリシス特性のために、荷重下で繰り返し回転すると、エラストマーの剪断層120の変形によってエネルギが逸散する。タイヤに生じる全蓄熱量はこのエネルギ逸散量とエラストマーの剪断層の厚さとの関数である。従って、従来の材料を用いたタイヤ設計の場合、エラストマーの剪断層のヒステリシスは連続使用のタイヤでタイヤ運転温度が約130℃以下に維持されるようにしなければならない。
【００２５】
［図１］に示したタイヤはトレッド部分110、第１のメンブラン130および第2のメンブラン140が平らな横断面形状をしている。［図3A］からよく理解できるように、接触領域「Ｃ」での環状バンドの部分の歪みは第2のメンブラン140の場合圧縮歪みである。タイヤの垂直撓みが増加すると接触長さ「Ｃ」が増加し、第2のメンブラン140の圧縮応力が限界座屈応力を超え、メンブランの縦方向座屈が起こる。この座屈現象によって接触領域の縦方向セクションの接地圧が低下する。このメンブランの座屈が避けられる場合には接地領域の長さ部分を介してより均一な接地圧が得られる。湾曲横断面を有するメンブランが接触面の座屈によりよく抵抗する。
【００２６】
［図４］に示した本発明の変形例では、タイヤ200の環状バンドがエラストマーの剪断層220と、第１のメンブラン230と、トレッド部分210の放射方向最外側表面の横断面での曲率半径より小さい横断面での曲率半径を有する第２のメンブラン240とを有している。なお、［図４］に示した曲率は実際よりも誇張して示してある。乗用車タイヤの場合、トレッド表面と地面との間の接地圧の最適化から、第２のメンブラン240の横断面での曲率半径は少なくとも500mmで、トレッド部分210の放射方向最外側表面の横断面での曲率半径は少なくとも1000mmにすることが示唆される。
メンブランの縦方向の有効引張弾性率E'membraneとエラストマーの剪断層の剪断弾性率Ｇに対する上記条件が満たされ且つ環状バンドが実質的に剪断によって剪断層内で変形したとき一つの有利な関係でき、各用途にあった剪断弾性率Ｇの値と剪断層厚さhを求めることができ：
【００２７】
【式２】
2003516264.tif 000002
【００２８】
（ここで、
Peff＝所定の接地圧
Ｇ＝層120の剪断弾性率
ｈ＝層120の厚さ
Ｒ＝第2のメンブランのラジアル方向位置）
【００２９】
ＰeffとＲはタイヤの使用用途に従って選択される設計パラメ−タである。式（2）はエラストマーの剪断層の剪断弾性率とエラストマーの剪断層のラジアル厚さとの積が、所定接地圧と第２のメンブランの最外側の放射方向位置との積にほぼ等しいということを示している。［図９］は広範囲の接地圧でのこの関係を視覚的に図示したもので、種々の用途でのエラストマーの剪断層の特性曲線を見積る場合に利用できる。
上記の関係は本発明のタイヤを設計する場合に有利である。例えば、乗用車用のタイヤを設計する場合には、設計者は接地圧Peffを1.5〜2.5DaN/cm2にし、タイヤ寸法の半径Ｒを約335mmに選択することができる。これらの値をかけ合わせることによって50.25〜83.75DaN/cmの「剪断層ファクタ」を求めることができ、これを用いて剪断層材料の厚さと剪断弾性率と求めることができる。この場合、約３ＭＰａ〜約10ＭＰａの剪断弾性率で、エラストマーの剪断層の厚さｈは少なくとも5mm、好ましくは約10mm〜約20mmである。
【００３０】
本発明タイヤは［図3A］および［図3B］に示すようにして荷重を支持する。すなわち、カ−カス要素には領域「A」で引張り応力Ｔが加わり、接地領域Ｂ、Ｃでは圧縮応力が加わる。［図１］に戻ると、サイドウォ−ル部150の好ましい幾何学形状は、タイヤ子午線面内で見た時にトレッド部分110とビ−ド部分160との間が直線状に延びることである。この直線性が維持される限り、サイドウォ−ル部はトレッド部分からリムまで［図1］に示すように外側へ傾斜していも、内側へ傾斜していてもよい。
［図1］のタイヤ100ではサイドウォ−ル部150はラジアル方向に沿って延びた実質的に伸びないコードで補強されている。サイドウォ−ル部150は、引張り力でサイドウォ−ル部が最小量だけ伸びるような力/伸び特性を有している。これはピンと張った糸の引張り増加させるのに似ている。従来の空気タイヤの湾曲したサイドウオ−ルに膨張状態で引張り応力が加わった場合、この引張力は最初に湾曲状態を真っ直ぐにしようとするのでサイドウオ−ルは伸びる。サイドウオ−ルの引張り応力が増加するのは湾曲したサイドウオ−ルが真っ直ぐになった後だけである。
【００３１】
［図3a］および［図3b］から理解できるように、引張りに対して高いスティフネスを有し且つ圧縮に対して低いスティフネスを有するサイドウォ−ル部が荷重を有効に支持できる。本発明タイヤのサイドウォ−ル部は圧縮時の有効ラジアルスティフネスより十分に大きな引張り時の有効ラジアルスティフネスを有しているので、外部から加わる荷重はサイドウォ−ル部150の領域「A」で地面と接触しないで実質的に引張り力で支持される。サイドウォ−ル部の有効ラジアルスティフネスとは、サイドウオ−ルの全ラジアルでの引張り特性または圧縮特性を意味する。これは例えばサイドウオ−ルから応力無しの幾何形状を維持したサンプルを採り、それを通常の引張り試験機でテストして測定できる。空気タイヤで見られる湾曲したサイドウオ−ルはサイドウオ−ルの曲率に関連しており、従って、本発明タイヤ（実質的に真っ直ぐである）のサイドウオ−ルの引張りスティフネスより小さい。
【００３２】
サイドウォ−ル部は引張りに対して実質的に伸びず、圧縮座屈に対して実質的に抵抗しないのが好ましい。この状態下では外部から加わる荷重は実質的に接地していないタイヤ領域でサイドウォ−ル部の引張力によって支持され、サイドウォ−ル部が地面と接触する領域での垂直方向の荷重の支持は実質的にない。
上記のサイドウオ−ルに対する圧縮スティフネスの要求条件は、サイドウォ−ル部がタイヤのラジアル部の高さの10％以下の軸線方向厚さを有する場合に満足される。
【００３３】
垂直方向スティフネスは荷重下の撓みに対するタイヤの耐久性能に関係する。タイヤの垂直方向スティフネスは地面と接触していないタイヤ部分の作用（タイヤの「逆撓み、counterdeflect」）に強く影響される。［図5A］および［図5B］はこの現象を誇張して図示したものである。タイヤに荷重Lが加わると、fの量だけ撓みし、接地面積はＣになる。なお、［図5A］および［図5B］では説明のために標準フレームをタイヤの軸線Ａが一定位置に維持されるように軸線から地面を上方へ移動させて示してある点に注意されたい。垂直撓みfは荷重Lに比例するので、タイヤの垂直スティフネスＫλは求めることができる。環状バンドは一定の長さを維持するであろうから、接触していないタイヤ部分はシフトする、すなわち、図の破線で示すように接触面Ｃから離れて逆に撓む（counterdeflects）。逆撓み量λも荷重Lに比例するので、逆撓みスティフネスＫλも求めることができる。この逆撓みスティフネスＫλは接地していないタイヤ補強コードが荷重を受ける様子に関係し、横方向および周方向の構造の相互作用を含んでいると理解しなければならない。
【００３４】
逆撓みは軸線を固定し、荷重Ｆ下にタイヤを置いて接触面でのタイヤの撓みfと接触面とは反対側のトレッド面の撓みとを測定することによって直接に正確に測定できる。逆撓みスティフネスはこの逆撓み量を荷重Ｆで割って得られる。
実際、逆撓みスティフネスＫλが実質的に垂直スティフネス、従って、タイヤの車軸の荷重下の撓みをコントロールする。［図5A］から分かるように、逆撓みスティフネスＫλが接触面長さを決定する。逆撓みスティフネスが小さいときには環状バンドは荷重下で垂直に移動し、その撓みでの耐荷力が減る。従って、逆撓みスティフネスが大きいタイヤは相対的に逆撓みが少なく、接触面が長くなり、従って、より大きな荷重を支持できる。
【００３５】
［図10］はタイヤの垂直スティフネスと逆撓みスティフネスＫλとの関係を視覚的に示している。［図10］は、垂直方向スティフネスと本発明で得られる接地圧とは無関係であり、従って、空気タイヤでは得られない設計上の自由度が得られるということを示している。一般に、収縮した空気タイヤの単位接触幅当たりの逆撓みスティフネスは0.1DaN/mm2以下である。これに対して本発明のタイヤでの単位接触幅当たりの逆撓みスティフネスは約0.1DaN/mm2以上である。
［図10］と［図９］とを組み合わせて用いることによって、各用途にあった出発設計パラメ−タを選択することができる。［図9］を用いて接地圧、垂直方向荷重および接触面を選択することで、タイヤの垂直スティフネス特性を［図10］を用いて決定することができる。設計者は［図10］で得られる逆撓みスティフネスＫλの近似目標値を用い、公知の解析ツール、例えば有限要素解析方を用いてスティフネスを達成するための構造を求めることができる。その後の作業（タイヤの製造およびテスト）で設計パラメ−タを確認する。
【００３６】
逆撓みスティフネスＫλは種々の方法で変更できる。このスティフネスを調整するのに用いる設計パラメ−タにはカ−カスコードのモジュラスおよび密度、サイドウオ−ルの高さ、カ−カスコードのエラストマー被覆のモジュラス、カ−カスと環状バンドとの間の結合の幾何構造、結合ゴムのモジュラス、環状バンドのメンブランの圧縮モジュラス、剪断層の厚さ、タイヤ直径および環状バンドの幅が含まれる。
垂直方向スティフネスを調整して所定用途のタイヤの荷重支持能力を最適化することができる。あるいは、垂直方向スティフネスを調整して環状バンドの厚さを薄くし、垂直方向スティフネスを維持したまま接地圧またはタイヤ重量を下げることができる。
【００３７】
本発明タイヤの垂直スティフネスは環状バンドおよびサイドウォ−ル部分に加わる求心力効果によっても影響される。この求心力は回転時にタイヤ速度が増加すると生じる。従来のラジアルタイヤでは求心力はタイヤ運転温度を増加させる。これとは対照的に、本発明のタイヤではこの同じ力から全く予想外の有利な結果が得られる。本発明タイヤが荷重下で回転すると、求心力によって環状バンドは周方向に膨張しようとし、サイドウォ−ル部にさらに引張り応力を誘導する。
放射方向に堅い（スティフな）サイドウオ−ルはタイヤの非接触部分（［図3a］の領域Ａ）でこの求心力に抵抗し、それによって上向きのネットの合力が生じて、タイヤの有効垂直スティフネスが増加し、静止状態（非回転時）に対するタイヤのラジアル撓みが低下する。この結果は引張り時のサイドウォ−ル部の有効スティフネスに対するタイヤ赤道面でのバンドの縦方向スティフネス（２Ｅ'membrane）の比率が100：1以下のときに有意になる。
［図４］に図示したタイヤ200仕様に合った乗用車用に設計されたタイヤは従来のタイヤで使用されている方法および材料を用いて小型化することができる。その結果の概要をタイヤ例として［表1］に示す。
【００３８】
【表1】
2003516264.tif 000003
【００３９】
上記の主観的評価で、テスト用空気タイヤ1は推薦された常温でのタイヤ圧力に膨張され、空気タイヤ2は本発明で作られたタイヤに相当する垂直スティフネスが得られるまでの圧力に膨張したものである。
上記のタイヤ200の仕様に従ったタイヤの縦方向接地応力の平均値は中心線または接触領域に沿って正すなわちドライビングであり、接触領域の横方向エッジに沿って負すなわちブレーキングになる傾向がある。この差は中心線と環状バンドの横方向エッジとの間の回転半径の差に起因する。最適のタイヤ性能は縦方向応力が中心線と横方向エッジとの間でよくバランスした時に得られる。
【００４０】
［図６］は本発明の好ましい変形例を示している。この図に示したタイヤ300は波状の第２のメンブランを有する。この波状はラジアル方向に波形の振幅を有し、軸線方向に波形の波長を有する。波形の振幅はメンブランの最大ラジアルと最小ラジアルとの差で定義される。波形の波長はメンブランの一連のラジアルの最大値の間の軸方向距離として定義される。波状の第２のメンブランは[図４]のタイヤ200のア−チ形のメンブランと同様に接触領域での圧縮に起因する座屈に抵抗する。外部から加わる荷重による第２のメンブランの実質的な円から平らな形状へ変形は第２のメンブランの長手方向の座屈なしに起り、地面との全ての接触領域長さで地面と接触したトレッド部分は実質的に均一な接地圧を維持する。座屈に対する波状メンブランの有効性は横方向全体の曲率とは無関係である。従って、タイヤ300の第２のメンブラン340の横断面での曲率半径は、座屈抵抗性とは独立して、接地接触応力を最適化するように決めることができる。第２のメンブラン340は2〜5の波形サイクルを有し、トレッド部分310のトレッド幅の約20％〜約50％の波形波長を有するのが好ましい。波形の振幅は剪断層の最大厚さの約20％〜50％の間にするのが好ましく、振幅は一定でも可変でもよい。剪断層320の平均値厚さはタイヤ100および200の層120および220に対する式（2）で求めた一定厚さの剪断層に等しい。
【００４１】
［図６］［図７］および［図８］は第２のメンブランの波の頂部がそれぞれ二つ、四つまたは五つである波状をした第２のメンブランの複数の変形例を示している。これらの変形例では、波の頂部の数は各トレッドリブの内部に横方向に配置されているが、波の頂部の数はトレッドリブの数の関数である必要はなく、タイヤが縦方向リブを有していることも必須ではない。本発明は平滑タイヤまたは溝を有していないその他のゴム物品にも適用できる。タイヤ300が一つの最小波形の放射方向外側に少なくとも一つのトレッド溝315を有する場合には、従来タイヤの規格トレッド深さよりも深い溝にすることができる。この規格トレッド深さとはオハイオ州、コプリーのTire and Rim Associationが規定の各タイヤ用基準トレッド深さを意味する。図示したタイヤ300、400および500の変形例では、少なくとも一つのトレッド溝が規格トレッド深さの少なくとも120％の深を有している。
本明細書の内容から上記以外の多数の変形例が当業者には可能であるということは理解できよう。特許請求の範囲の定義に入る変形例およびその他の変形例は本発明の範囲に入るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明タイヤの横断面図。
【図2A】  対照の均一バンドの場合の接地反作用を図示した概念図。
【図2B】  本発明の環状バンドの場合の接地反作用を図示した概念図。
【図3A】  赤道面内での荷重を支持する機構を示す荷重下の本発明タイヤの概念図。
【図3B】  子午線面内での荷重を支持する機構を示す荷重下の本発明タイヤの概念図。
【図４】  ア−チ形メンブランを有する本発明タイヤの横断面図。
【図5A】  タイヤ赤道面での逆撓みスティフネスを示す図。
【図5B】  タイヤ赤道面での逆撓みスティフネスを示す図。
【図６】  波状の第２のメンブランを有する本発明タイヤの横断面図。
【図７】  図6に示した実施例の変形例に対応する本発明タイヤの横断面図。
【図８】  図6に示した実施例の変形例に対応する本発明タイヤの横断面図。
【図９】  本発明タイヤでの接触面、接地圧および垂直方向荷重の関係を視覚的に示した図。
【図１０】  本発明タイヤでの接地圧、垂直方向スティフネスおよび逆撓みスティフネスの関係を視覚的に示した図。
【参照符号】
10  車輪
100  弾性タイヤ
110  トレッド部分
150  サイドウォール部
160  ビード部分
120  エラストマーの剪断層、
130  の第１のメンブラン
140  第２のメンブラン