JP2007069753A - タイヤホイール組立体及びランフラット用支持体 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐久性を維持しながら軽量化を図ることを可能にしたタイヤホイール組立体及びランフラット用支持体を提供する。
【解決手段】 空気入りタイヤ２の空洞部に、リム１の周囲に配置される一対の弾性リング５と、これら弾性リング５，５間に跨がる環状シェル４とから構成されると共に、環状シェル４の軸方向中央位置Ｅの両側に径方向外側に向かって膨出しつつ周方向に延在する２列の膨出部４ａ，４ａを設けたランフラット用支持体３を挿入したタイヤホイール組立体において、環状シェル４の軸方向中央位置Ｅから各膨出部４ａの頂点までの距離Ｗに対して、環状シェル４の軸方向中央位置Ｅから距離Ｗの１０％〜６５％の範囲を加工対象領域Ｘとし、環状シェル４に対して加工対象領域Ｘにおいて選択的に軽量化加工を施す。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ランフラット走行を可能にするタイヤホイール組立体及びそれに用いるランフラット用支持体に関し、さらに詳しくは、軽量化と耐久性との両立を可能にしたタイヤホイール組立体及びランフラット用支持体に関する。

車両の走行中に空気入りタイヤがパンクした場合でも、ある程度の緊急走行を可能にするための技術が市場の要請から多数提案されている。これら多数の提案のうち、空気入りタイヤの空洞部においてリム上に中子を装着し、パンクしたタイヤを中子によって支持することでランフラット走行を可能にしたものがある（例えば、特許文献１〜３参照）。

このランフラット用支持体は、一対の弾性リングと、これら弾性リング間に跨がる環状シェルとから構成され、その弾性リングを介してリム上に搭載されるようになっている。上記ランフラット用支持体によれば、既存のホイールやリムに何ら特別の改造を加えることなく、そのまま使用できるため、市場に混乱をもたらすことなく受入れ可能であるという利点を有している。

ところで、上記ランフラット用支持体においては、リム組み時に与えられる外力に耐え、更にはランフラット走行時の荷重を支持するために、環状シェルに所定の強力を付与することが要求されている。しかしながら、環状シェルに大きな強力を与えた場合、その重量が大きくなるという問題がある。

このような問題に鑑みて、ランフラット用支持体の耐久性を保ちつつ軽量化を図るために、環状シェルの全域にわたって複数の補強リブを配設したり、或いは、環状シェルの全域にわたって複数の貫通孔を設けることが提案されている（例えば、特許文献４及び特許文献５参照）。しかしながら、補強リブや貫通孔を環状シェルの全域にわたって設けた場合、軽量化と耐久性とを必ずしも十分に満足することができないのが現状である。
特表２００１−５１９２７９号公報 特開２００１−１６３０２０号公報 特開平１０−２９７２２６号公報 特開２００４−１４９０１３号公報 特開２００４−５１０８８号公報

本発明の目的は、耐久性を維持しながら軽量化を図ることを可能にしたタイヤホイール組立体及びランフラット用支持体を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明のタイヤホイール組立体は、空気入りタイヤの空洞部に、リムの周囲に配置される一対の弾性リングと、これら弾性リング間に跨がる環状シェルとから構成されると共に、該環状シェルの軸方向中央位置の両側に径方向外側に向かって膨出しつつ周方向に延在する２列の膨出部を設けたランフラット用支持体を挿入したタイヤホイール組立体において、前記環状シェルの軸方向中央位置から各膨出部の頂点までの距離Ｗに対して、前記環状シェルの軸方向中央位置から前記距離Ｗの１０％〜６５％の範囲を加工対象領域とし、前記環状シェルに対して該加工対象領域において選択的に軽量化加工を施したことを特徴とするものである。

また、本発明のランフラット用支持体は、リムの周囲に配置される一対の弾性リングと、これら弾性リング間に跨がる環状シェルとから構成されると共に、該環状シェルの軸方向中央位置の両側に径方向外側に向かって膨出しつつ周方向に延在する２列の膨出部を設けたランフラット用支持体において、前記環状シェルの軸方向中央位置から各膨出部の頂点までの距離Ｗに対して、前記環状シェルの軸方向中央位置から前記距離Ｗの１０％〜６５％の範囲を加工対象領域とし、前記環状シェルに対して該加工対象領域において選択的に軽量化加工を施したことを特徴とするものである。

本発明において、ランフラット用支持体は空気入りタイヤとの間に一定距離を保つように外径が空気入りタイヤのトレッド部の内径よりも小さく形成され、かつ内径が空気入りタイヤのビード部の内径と略同一寸法に形成される。このランフラット用支持体は、空気入りタイヤの空洞部に挿入された状態で空気入りタイヤと共にホイールのリムに組み付けられ、タイヤホイール組立体を構成する。タイヤホイール組立体が車両に装着されて走行中に空気入りタイヤがパンクすると、そのパンクして潰れたタイヤがランフラット用支持体によって支持された状態になるので、ランフラット走行が可能になる。

このようなランフラット用支持体においては、重量を最小限に抑えながら、リム組み時に与えられる外力に耐え、更にはランフラット走行時の荷重を支持するために、環状シェルに対して必要最小限の強力を付与することが望まれる。

そこで、本発明者は、環状シェルの軸方向中央位置の両側に径方向外側に向かって膨出しつつ周方向に延在する２列の膨出部を設けたランフラット用支持体について、リム組み時及びランフラット走行時において環状シェルに生じる応力について詳細に解析したところ、環状シェルの軸方向中央位置から各膨出部の頂点までの特定の領域では応力の分布が極めて少ないことを知見し、本発明に至ったのである。

即ち、本発明では、環状シェルの軸方向中央位置から各膨出部の頂点までの距離Ｗに対して、環状シェルの軸方向中央位置から距離Ｗの１０％〜６５％の範囲を加工対象領域とし、環状シェルに対して該加工対象領域において選択的に軽量化加工を施すことにより、耐久性を十分に維持しながら軽量化を図ることが可能になる。

軽量化加工とは、構成材料の使用量を局部的に削減する加工を意味する。この軽量化加工として、環状シェルの加工対象領域を他の領域よりも薄くすることが可能である。この場合、環状シェルの前記加工対象領域の厚さを他の領域の厚さの７５％〜９０％にすることが好ましい。また、応力集中を回避するために、軽量化加工による環状シェルの厚さの減少割合は１０％／ｍｍ以下にすることが好ましい。更に、軽量化加工として、環状シェルの加工対象領域に複数の貫通孔を設けたり、環状シェルの加工対象領域に複数のディンプルを設けることも可能である。

以下、本発明の構成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は本発明の実施形態からなるタイヤホイール組立体（車輪）の要部を示す子午線断面図であり、１はホイールのリム、２は空気入りタイヤ、３はランフラット用支持体である。これらリム１、空気入りタイヤ２、ランフラット用支持体３は、図示しないホイール回転軸を中心として環状に形成されている。つまり、ランフラット用支持体３は、空気入りタイヤ２とホイールのリム１との間に形成される空洞部に挿入されている。

空気入りタイヤ２は、トレッド部２１と、一対のサイドウォール部２２，２２と、一対のビード部２３，２３とを備えている。一対のビード部２３，２３間にはカーカス層２４が装架されている。また、トレッド部２１におけるカーカス層２４の外周側には２層のベルト層２５が埋設されている。これらベルト層２５は、タイヤ周方向に対して傾斜する複数本の補強コードを含み、層間で補強コードが互いに交差するように配置されている。更に、ベルト層２５の外周側には、有機繊維コードをタイヤ周方向に巻回してなるベルトカバー層２６が埋設されている。

ランフラット用支持体３は、環状シェル４と弾性リング５とを主要部として構成されている。このランフラット用支持体３は、通常走行時には空気入りタイヤ２の内面から離間しているが、パンク時には潰れた空気入りタイヤ２を内側から支持するものである。

環状シェル４は、その軸方向中央位置Ｅ（タイヤ赤道線）の両側に径方向外側に向かって膨出しつつ周方向に延在する２列の膨出部４ａ，４ａを備えると共に、これら膨出部４ａ，４ａに沿って延在する脚部４ｂ，４ｂを備えた開脚構造になっている。これら膨出部４ａ及び脚部４ｂを含む環状シェル４は、子午線断面において、滑らかな曲線からなる輪郭を形成している。このように環状シェル４に２列の膨出部４ａを設けることにより、タイヤ内面に対する接触箇所を２つ以上に分散させ、タイヤ内面に与える局部摩耗を低減するため、ランフラット走行の持続距離を延長することができる。

上記環状シェル４は、厚さ０．５〜５．０ｍｍの薄肉であり、パンクした空気入りタイヤ２を介して車両重量を支えるために高剛性の材料から構成されている。その構成材料には、金属や樹脂などを使用することができる。このうち金属としては、スチール、アルミニウムなどを例示することができる。一方、樹脂としては、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂のいずれでも良い。熱可塑性樹脂としては、ナイロン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、ＡＢＳなどを挙げることができ、また熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などを挙げることができる。樹脂は単独で使用しても良いが、補強繊維を配合して繊維強化樹脂として使用しても良い。

弾性リング５は、環状シェル４の脚部４ｂ，４ｂにそれぞれ取り付けられ、左右のリムシート上に当接しつつ環状シェル４を支持するようになっている。この弾性リング５は、パンクした空気入りタイヤ２から環状シェル４が受ける衝撃や振動を緩和するほか、リムシートに対する滑りを防止して環状シェル４を安定的に支持するものである。

弾性リング５の構成材料としては、ゴム又は樹脂を使用することができ、特にゴムが好ましい。ゴムとしては、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、水素化ＮＢＲ、水素化ＳＢＲ、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ、ＥＰＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどを挙げることができる。勿論、これらゴムには、充填剤、加硫剤、加硫促進剤、軟化剤、老化防止剤などの添加剤を適宜配合することができる。そして、ゴム組成物の配合に基づいて所望の弾性率を得ることができる。

このように構成されるタイヤホイール組立体では、走行中に空気入りタイヤ２がパンクすると、潰れた空気入りタイヤ２がランフラット用支持体３によって支持された状態になるので、ランフラット走行が可能になる。

図２は上記ランフラット用支持体を構成する環状シェルを示すものである。図２に示すように、環状シェル４の軸方向中央位置Ｅから各膨出部４ａの頂点までの軸方向の距離をＷとしたとき、環状シェル４の軸方向中央位置Ｅから距離Ｗの１０％〜６５％の範囲が加工対象領域Ｘである。この加工対象領域Ｘにおいて、環状シェル４に対して選択的に軽量化加工が施されている。加工箇所は、加工対象領域Ｘの全面でも良いし、部分的でも良い。

図３は軽量化加工として薄化加工を施した環状シェルを示すものである。図３に示すように、環状シェル４の加工対象領域Ｘの肉厚ｔ１は他の領域の厚さｔ２よりも薄くなっている。環状シェル４の厚さを変化させる加工方法として、薄い部分を成形する際は材料を径方向外側へ拡張するような張り出し加工を採用し、それ以外の部分を成形する際は材料を周囲から寄せ集めるような曲げ加工を採用することができる。

このように環状シェル４の加工対象領域Ｘを他の領域よりも薄くすることにより、軽量かつ十分な強力を有するランフラット用支持体３の環状シェル４を得ることが可能になる。加工対象領域Ｘはリム組み時及びランフラット走行時において環状シェルに生じる応力の分布が極めて少ない領域であるが、これ以外の領域に軽量化加工を施すと耐久性が不十分になる恐れがある。

環状シェル４の加工対象領域Ｘの厚さｔ１は他の領域の厚さｔ２の７５％〜９０％にすると良い。これにより、耐久性と軽量化とを両立させることができる。環状シェル４の加工対象領域Ｘの厚さｔ１が他の領域の厚さｔ２の７５％未満であると当該部位を起点とする破壊を生じ易くなり、逆に９０％を超えると軽量化が不十分になる。また、軽量化加工による環状シェル４の厚さの減少割合は１０％／ｍｍ以下にすると良い。つまり、環状シェル４の厚さを厚い部分から薄い部分へ向けて漸減させることで、急激な肉厚変化による応力集中を回避することができる。

図４は軽量化加工としてパンチング加工を施した環状シェルを示すものである。図４において、環状シェル４の加工対象領域Ｘには複数の貫通孔４１が形成されている。このように環状シェル４の加工対象領域Ｘだけに貫通孔４１を設けることにより、耐久性を十分に維持しながら軽量化を図ることが可能になる。なお、加工対象領域Ｘの面積に対する貫通孔４１の開口面積の総和の比率は１０％〜２５％にすると良い。これにより、耐久性と軽量化とを両立させることができる。

図５は軽量化加工としてディンプル加工を施した環状シェルを示すものである。図５において、環状シェル４の加工対象領域Ｘには複数のディンプル４２が形成されている。このように環状シェル４の加工対象領域Ｘだけにディンプル４２を設けることにより、耐久性を十分に維持しながら軽量化を図ることが可能になる。なお、加工対象領域Ｘの面積に対するディンプル４２の開口面積の総和の比率は１０％〜７５％にすると良い。これにより、耐久性と軽量化とを両立させることができる。

タイヤサイズが２０５／５５Ｒ１６の空気入りタイヤと、リムサイズが１６×６ 1/2ＪＪのホイールとのタイヤホイール組立体（実施例１〜３）において、厚さ１．２ｍｍのスチール板から環状シェルを加工し、その環状シェルの脚部にそれぞれ弾性リングを取り付けてランフラット用支持体を製作し、そのランフラット用支持体を空気入りタイヤの空洞部に挿入した。

実施例１〜３において、環状シェルの軸方向中央位置から各膨出部の頂点までの距離Ｗに対して、環状シェルの軸方向中央位置から距離Ｗの１０％〜６５％の範囲を加工対象領域とし、環状シェルに対して該加工対象領域内で選択的に軽量化加工を施した。つまり、実施例１では環状シェルの加工対象領域の厚さを０．９ｍｍとして他の領域よりも薄くした（薄化加工）。実施例２では環状シェルの加工対象領域に複数の貫通孔を設けた（パンチング加工）。実施例３では環状シェルの加工対象領域に複数のディンプルを設けた（ディンプル加工）。

また、比較のため、環状シェルに軽量化加工を施していないランフラット用支持体を製作し、そのランフラット用支持体を用いたこと以外は、実施例１〜３と同一構造のタイヤホイール組立体（従来例）を得た。

上記４種類のタイヤホイール組立体について、下記の測定方法により、耐久性と質量を評価し、その結果を表１に示した。

耐久性：
各タイヤホイール組立体をバルブコアを抜いた空気圧０ｋＰａの状態で後輪駆動車の前輪右側に装着し、楕円形の周回コースを９０ｋｍ／ｈの速度で反時計廻りに走行し、テストドライバーが異常振動を感じ、走行を中止するまでの距離を測定した。評価結果は、従来例を１００とする指数にて示した。この指数値が大きいほど耐久性が優れていることを意味する。

質量：
各タイヤホイール組立体について、環状シェルの質量を測定した。評価結果は、従来例を１００とする指数にて示した。この指数値が小さいほど軽量であることを意味する。

この表１に示すように、実施例１〜３のタイヤホイール組立体は、従来例との対比において、良好な耐久性を維持しながら軽量化を図ることができた。

本発明の実施形態からなるタイヤホイール組立体の要部を示す子午線断面図である。 図１のランフラット用支持体を構成する環状シェルを示す子午線断面図である。 軽量化加工として薄化加工を施した環状シェルを一部切り欠いて示す斜視図である。 軽量化加工としてパンチング加工を施した環状シェルを一部切り欠いて示す斜視図である。 軽量化加工としてディンプル加工を施した環状シェルを一部切り欠いて示す斜視図である。

符号の説明

１ ホイールのリム
２ 空気入りタイヤ
３ ランフラット用支持体
４ 環状シェル
４ａ 膨出部
４ｂ 脚部
５ 弾性リング
４１ 貫通孔
４２ ディンプル

Claims (12)

1. 空気入りタイヤの空洞部に、リムの周囲に配置される一対の弾性リングと、これら弾性リング間に跨がる環状シェルとから構成されると共に、該環状シェルの軸方向中央位置の両側に径方向外側に向かって膨出しつつ周方向に延在する２列の膨出部を設けたランフラット用支持体を挿入したタイヤホイール組立体において、前記環状シェルの軸方向中央位置から各膨出部の頂点までの距離Ｗに対して、前記環状シェルの軸方向中央位置から前記距離Ｗの１０％〜６５％の範囲を加工対象領域とし、前記環状シェルに対して該加工対象領域において選択的に軽量化加工を施したタイヤホイール組立体。
2. 前記軽量化加工として、前記環状シェルの前記加工対象領域を他の領域よりも薄くした請求項１に記載のタイヤホイール組立体。
3. 前記環状シェルの前記加工対象領域の厚さを他の領域の厚さの７５％〜９０％にした請求項２に記載のタイヤホイール組立体。
4. 前記軽量化加工による前記環状シェルの厚さの減少割合を１０％／ｍｍ以下にした請求項２又は請求項３に記載のタイヤホイール組立体。
5. 前記軽量化加工として、前記環状シェルの前記加工対象領域に複数の貫通孔を設けた請求項１に記載のタイヤホイール組立体。
6. 前記軽量化加工として、前記環状シェルの前記加工対象領域に複数のディンプルを設けた請求項１に記載のタイヤホイール組立体。
7. リムの周囲に配置される一対の弾性リングと、これら弾性リング間に跨がる環状シェルとから構成されると共に、該環状シェルの軸方向中央位置の両側に径方向外側に向かって膨出しつつ周方向に延在する２列の膨出部を設けたランフラット用支持体において、前記環状シェルの軸方向中央位置から各膨出部の頂点までの距離Ｗに対して、前記環状シェルの軸方向中央位置から前記距離Ｗの１０％〜６５％の範囲を加工対象領域とし、前記環状シェルに対して該加工対象領域において選択的に軽量化加工を施したランフラット用支持体。
8. 前記軽量化加工として、前記環状シェルの前記加工対象領域を他の領域よりも薄くした請求項７に記載のランフラット用支持体。
9. 前記環状シェルの前記加工対象領域の厚さを他の領域の厚さの７５％〜９０％にした請求項８に記載のランフラット用支持体。
10. 前記軽量化加工による前記環状シェルの厚さの減少割合を１０％／ｍｍ以下にした請求項８又は請求項９に記載のランフラット用支持体。
11. 前記軽量化加工として、前記環状シェルの前記加工対象領域に複数の貫通孔を設けた請求項７に記載のランフラット用支持体。
12. 前記軽量化加工として、前記環状シェルの前記加工対象領域に複数のディンプルを設けた請求項７に記載のランフラット用支持体。
    

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