空気入りタイヤ及び空気入りタイヤの製造方法
【課題】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。
【解決手段】空気入りタイヤ１は、円筒形状の環状構造体１０と、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てトレッド部となるゴム層１１と、ゴムで被覆された繊維を有し、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）と平行な方向における両側に設けられるカーカス部１２と、を含み、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。
【解決手段】空気入りタイヤ１は、円筒形状の環状構造体１０と、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てトレッド部となるゴム層１１と、ゴムで被覆された繊維を有し、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）と平行な方向における両側に設けられるカーカス部１２と、を含み、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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】
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、円筒形状かつ金属の構造体であり、引張強度が４５０Ｎ／ｍ２以上２５００Ｎ／ｍ２以下の環状構造体と、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少なくとも設けられるカーカス部と、を含む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は同様の形状であることが好ましい。
【０００７】
上述した手段において、前記環状構造体は、帯状の鋼板の端部同士を突き合わせて溶接したものであることが好ましい。
【０００８】
上述した手段において、前記環状構造体は、溶接部を除く領域での厚みが０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であり、前記溶接部は、当該溶接部の周辺よりも厚みが大きい部分の厚みが、前記周辺の厚みの１．３倍以下であることが好ましい。
【０００９】
上述した手段において、前記環状構造体は、平面視が略長方形形状、かつ短手方向における両端部の長手方向における両端部側に、短手方向と平行な方向の外側に突出する凸部を持つ板材を、当該板材の長手方向における両側の端部を溶接によって接合した後で、前記凸部を除去して得られることが好ましい。
【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、前記環状構造体は、ステンレス鋼であることが好ましい。
【００１２】
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、前記ゴム層の溝の部分を除き前記中心軸と平行であることが好ましい。
【００１３】
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外側に配置されることが好ましい。
【００１４】
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空気入りタイヤの総幅の５０％以上９５％以下であることが好ましい。
【００１５】
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。
【００１６】
上述した課題を解決するための手段は、円筒形状かつ金属の環状構造体の外側に設けられてトレッド部となるゴム層を有する空気入りタイヤを製造するにあたり、平面視が長方形形状の金属板の短手方向における両端部の長手方向における両端部側に、短手方向と平行な方向の外側に突出する凸部を形成して板材を得る手順と、前記板材の長手方向における両端部を溶接によって接合する手順と、前記凸部を除去して前記環状構造体を得る手順と、を含むことを特徴とする空気入りタイヤの製造方法である。
【００１７】
上述した手段において、前記板材を溶接によって接合した後に、接合された円筒形状の板材に対する熱処理と、前記接合された円筒形状の板材を軸方向に引張る処理とのうち少なくとも一方を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
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】
【００１９】
【図１】図１は、本実施形態に係るタイヤの子午断面図である。
【図２−１】図２−１は、本実施形態に係るタイヤが有する環状構造体の斜視図である。
【図２−２】図２−２は、本実施形態に係るタイヤが有する環状構造体の変形例を示す斜視図である。
【図３】図３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４】図４は、環状構造体とゴム層との子午断面図である。
【図５】図５は、本実施形態に係るタイヤが有する環状構造体の製造方法の手順を示すフローチャートである。
【図６−１】図６−１は、本実施形態に係るタイヤが有する環状構造体の製造方法の手順を示す説明図である。
【図６−２】図６−２は、本実施形態に係るタイヤが有する環状構造体の製造方法の手順を示す説明図である。
【図６−３】図６−３は、本実施形態に係るタイヤが有する環状構造体の製造方法の手順を示す説明図である。
【図６−４】図６−４は、溶接部の厚みを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
図１は、本実施形態に係るタイヤの子午断面図である。図２−１は、本実施形態に係るタイヤが有する環状構造体の斜視図である。図２−２は、本実施形態に係るタイヤが有する環状構造体の変形例を示す斜視図である。図３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。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。
【００２３】
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の周方向である。
【００２４】
図１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、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３に示すように、ゴム１２Ｒで被覆された繊維１２Ｆを有する。本実施形態において、図１に示すように、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。このように、カーカス部１２は、図３に示すように、少なくとも環状構造体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）における両側に設けられていればよい。
【００２５】
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（タイヤ１のトレッド面）と、環状構造体１０の外側１０ｓｏとが、トレッド面に形成された溝Ｓ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。
【００２６】
図２−１に示す環状構造体１０は、金属の構造体である。すなわち、環状構造体１０は、金属材料で造られている。環状構造体１０に用いる金属材料は、引張強度が４５０Ｎ／ｍ２以上２５００Ｎ／ｍ２以下であることが好ましく、６００Ｎ／ｍ２以上２４００Ｎ／ｍ２以下であることがより好ましく、さらには、８００Ｎ／ｍ２以上２３００Ｎ／ｍ２以下が好ましい。引っ張り強度がこのような範囲であれば、環状構造体１０は、充分な強度及び剛性を確保できるとともに、必要な靱性を確保できる。その結果、環状構造体１０は、十分な耐圧性能を確保できる。
【００２７】
環状構造体１０の引っ張り強度（ＭＰａ）と厚み（ｍｍ）との積を耐圧パラメータとする。耐圧パラメータは、タイヤ１に充填される気体の内圧に対する耐性の尺度となるパラメータである。耐圧パラメータは、２００以上１７００以下、２５０以上１６００以下とすることが好ましい。この範囲であれば、タイヤ１の使用圧力の上限を確保し、安全性を十分に確保することができる。また、前記範囲であれば、環状構造体１０の厚みを増加させず、また、破断強度の高い材料を用いる必要がないので、量産に好適である。環状構造体１０の厚みを増加させる必要がないため、環状構造体１０は繰り返し曲げに対する耐久性を確保できる。また、破断強度の高い材料を用いる必要がないことから、低コストで環状構造体１０及びタイヤ１を製造できる。乗用車用として、耐圧パラメータは、２００以上１０００以下が好ましく、２５０以上９５０以下がより好ましい。また、トラック／バス用タイヤ（ＴＢタイヤ）として、耐圧パラメータは、５００以上１７００以下が好ましく、６００以上１６００以下がより好ましい。
【００２８】
環状構造体１０に用いることができる金属材料は、引っ張り強度が前述した範囲であればよいが、ばね鋼、高張力鋼、ステンレス鋼又はチタン（チタン合金を含む）を用いることが好ましい。これらのうち、ステンレス鋼は耐食性が高く酸化劣化しにくい。また、ステンレス鋼は、前述した引っ張り強度の範囲のものを得やすいので好ましい。ステンレス鋼を用いることにより、耐圧強度と繰り返し曲げの耐久性の両立が可能になる。
【００２９】
環状構造体１０をステンレス鋼で製造する場合、ＪＩＳ Ｇ４３０３の分類における、マルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、オーステナイト・フェライト二相ステンレス鋼、析出硬化系ステンレス鋼を用いることが好ましい。これらのステンレス鋼を用いることにより、引っ張り強度及び靱性が優れた環状構造体１０とすることができる。また、前述したステンレス鋼のうち、特に、析出硬化ステンレス鋼（ＳＵＳ６３１、ＳＵＳ６３２Ｊ１）を用いるとより好ましい。
【００３０】
図２−２に示す環状構造体１０ａのように、環状構造体１０ａの幅方向両側に、鋸の刃形状の凹凸部１０Ｔを設けてもよい。環状構造体１０ａの径方向外側には、図３に示すゴム層が取り付けられるが、凹凸部１０Ｔは、環状構造体１０ａとゴム層１１との結合を強化する作用がある。このため、凹凸部１０Ｔを有する環状構造体１０ａは、環状構造体１０ａとゴム層１１とがより確実に固定され、耐久性が向上するため好ましい。
【００３１】
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。また、環状構造体１０は、ゴム層の径方向外側には露出しないことが好ましい。このようにすれば、環状構造体１０とゴム層１１とをより確実に固定できる。さらに、環状構造体１０は、ゴム層１１内に埋設されていてもよい。このようにしても、環状構造体１０とゴム層１１とをより確実に固定できる。
【００３２】
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、無端のベルト状の構造体である。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。
【００３３】
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。
【００３４】
図４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以下が好ましく、８０ＧＰａ以上２３０ＧＰａ以下とすることがより好ましい。また、環状構造体１０の厚みｔｍは、０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下とすることが好ましい。この範囲であれば、耐圧性能を確保しつつ、繰り返し曲げの耐久性を確保できる。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く、１５以上４００以下とすることがより好ましい。
【００３５】
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、子午断面内の剛性が大きくなる。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の子午断面内における変形が抑制される。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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、図１に示す中心軸（Ｙ軸）と平行な方向におけるタイヤ１の総幅（ＪＡＴＭＡ規定リム幅のホイールに組んで３００ｋＰａの空気を充填した状態）Ｗの５０％（Ｗ×０．５）以上９５％（Ｗ×０．９５）以下とすることが好ましい。ＷｍがＷ×０．５よりも小さい場合、環状構造体１０の子午断面内における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Ｗ×０．９５を超えると、接地時においてトレッド部が環状構造体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。Ｗ×０．５≦Ｗｍ≦Ｗ×０．９５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。
【００３８】
タイヤ１は、図１に示す子午断面において、ゴム層１１の外側１１ｓｏ、すなわちトレッド面のプロファイルは、溝Ｓの部分を除き、環状構造体１０の外側１０ｓｏと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（タイヤ１のトレッド面）と、環状構造体１０の外側１０ｓｏとは同様の形状（好ましくは平行）であり、さらに、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（公差、誤差を含む）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は小さくなるので、転がり抵抗も小さくなる。また、タイヤは、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、子午断面におけるゴム層１１の形状は、ゴム層１１の外側１１ｓｏと環状構造体１０の外側１０ｓｏとがこれらの中心軸（Ｙ軸）と平行であれば、特に限定されない。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。いずれの場合であっても、環状構造体１０の部分のみ、タイヤ１のトレッド面のプロファイル（溝の部分を除く）と平行であればよい。次に、環状構造体の製造方法を説明する。
【００４１】
図５は、本実施形態に係るタイヤが有する環状構造体の製造方法の手順を示すフローチャートである。図６−１〜図６−３は、本実施形態に係るタイヤが有する環状構造体の製造方法の手順を示す説明図である。図６−３は、板材の板面と直交する平面で前記板材を切った断面図である。図６−４は、溶接部の厚みを示す断面図である。環状構造体１０を製造するにあたり、まず、図６−１に示すように、平面視が長方形形状、かつ短手方向（図６−１の矢印Ｓで示す方向）における両端部２０ＴＳ、２０ＴＳの、長手方向（図６−１の矢印Ｃで示す方向）における両端部２０ＴＬ、２０ＴＬ側に、短手方向と平行な方向の外側に突出する凸部２２を有する板材２０を作成する（ステップＳ１０１、図６−１）。短手方向における両端部２０ＴＳ、２０ＴＳは、平面視が長方形形状の板材２０の長辺に相当し、長手方向における両端部２０ＴＬ、２０ＴＬは、平面視が長方形形状の板材２０の短辺に相当する。板材２０は、例えば、大きな金属の板状部材を切断することにより得ることができる。
【００４２】
次に、板材２０の長手方向における両端部２０ＴＬ、２０ＴＬを突き合わせ、溶接によって接合する（ステップＳ１０２、図６−２）。長手方向における両端部２０ＴＬ、２０ＴＬは、板材２０の長手方向（図６−２の矢印Ｃで示す方向）と直交することが好ましい。このようにすれば、環状構造体１０が径方向に繰り返し変形することにより溶接部に繰り返し曲げが作用した場合、繰り返し曲げが作用する溶接部の長さを短くすることができるので、環状構造体１０の耐久性低下を抑制することができる。その結果、環状構造体１０をタイヤ１に用いた場合に、耐久性低下を抑制することができる。
【００４３】
溶接は、ガス溶接（酸素アセチレン溶接）、アーク溶接、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接、プラズマ溶接、ＭＩＧ（Metal Inert Gas）溶接、エレクトロスラグ溶接、電子ビーム溶接、レーザービーム溶接、超音波溶接等を用いることができる。このように、板材の両端部を溶接することにより、簡単に環状構造体１０を製造することができる。なお、溶接後の板材２０に、熱処理と圧延との少なくとも一方を施してもよい。このようにすることで、製造される環状構造体１０の強度を向上させることができる。熱処理は、例えば、析出硬化ステンレス鋼を用いる場合、一例として、５００℃で６０分保持する。熱処理の条件は、得たい特性によって適宜変更することができるので、前述の条件に限定されるものではない。
【００４４】
次に、溶接後の凸部２２を除去して、図２−２に示す環状構造体１０を得る（ステップＳ１０３、図６−３）。なお、環状構造体１０に熱処理等を施す場合、溶接された円筒形状の板材２０の凸部２２を切断した後に施すことが好ましい。熱処理等によって溶接された円筒形状の板材２０（環状構造体１０）の強度が向上するため、熱処理等を施す前に凸部２２を切断することにより、凸部２２の切断が容易になる。環状構造体１０が得られたら、図３に示すゴム層１１及びカーカス部１２を環状構造体１０に取り付け、また、ビード部１３をカーカス部１２に設けて、グリーンタイヤを作製する（ステップＳ１０４）。その後、グリーンタイヤを加硫して（ステップＳ１０５）、図１に示すタイヤ１が完成する。なお、環状構造体１０の製造方法は、上述したものに限定されない。例えば、円柱を切削加工することにより環状構造体１０を製造してもよいし、押出成形により環状構造体１０を製造してもよい。
【００４５】
環状構造体１０は、図６−３に示すように溶接部１０Ｗを有する。図６−４に示すように、溶接部１０Ｗは、その周辺よりも厚みが大きくなってもよい。溶接部１０Ｗは、溶接部１０Ｗを除く領域での厚みｔが０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下、さらには０．１５ｍｍ以上０．７ｍｍ以下であることが好ましい。また、溶接部１０Ｗは、溶接部１０Ｗの周辺よりも厚みが大きい部分の厚みが、周辺の厚みの１．３倍以下、さらには１．２倍以下であることが好ましい。この範囲であれば、耐圧性能を確保しつつ、繰り返し曲げの耐久性を確保できる。溶接部１０Ｗを除く領域とは、溶接前における板材２０の厚みであり、環状構造体１０においては、溶接部１０Ｗ以外であり、かつ厚みが一定になっている領域である。
【００４６】
本実施形態においては、溶接した後に、溶接された円筒形状の板材２０に対する熱処理と、溶接された円筒形状の板材２０を円筒の軸方向に引張る処理とのうち少なくとも一方を行うことが好ましい。このような処理によって、溶接加工によって変化した溶接部の材料特性（金属組織）を、非溶接部に近いものとすることができるので、溶接部での破断強度が高くなる。なお、この処理を行う場合、幅方向の寸法が大きい板材を溶接して長い円筒の部材を製造し、これに上記処理を加えた後に、前記円筒の部材の軸と直角に環状構造体幅Ｗｍ（ベルト幅）で切断することで、複数の環状構造体１０を同時に製造することができる。
【００４７】
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。また、引張強度が４５０Ｎ／ｍ２以上２５００Ｎ／ｍ２以下の環状構造体を用いることにより、環状構造体は、充分な強度及び剛性を確保できるとともに、必要な靱性を確保できる。その結果、環状構造体は、十分な耐圧性能を確保できる。
【００４８】
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。
【符号の説明】
【００４９】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１０１、１０１ａ 空気入りタイヤ（タイヤ）
２ 構造体
２Ｓ 両側
１０、１０ａ、１１０、１１０ａ 環状構造体
１０ｓｏ、１１０ｓｏ、１１０ｓｏａ 外側
１０ｓｉ 内側
１０Ｔ 凹凸部
１１、１１１、１１１ａ ゴム層
１１ｓｏ、１１１ｓｏ、１１１ｓｏ 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
１４ インナーライナー
２０ 板材
Ｓ 溝
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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】
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、円筒形状かつ金属の構造体であり、引張強度が４５０Ｎ／ｍ２以上２５００Ｎ／ｍ２以下の環状構造体と、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少なくとも設けられるカーカス部と、を含む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は同様の形状であることが好ましい。
【０００７】
上述した手段において、前記環状構造体は、帯状の鋼板の端部同士を突き合わせて溶接したものであることが好ましい。
【０００８】
上述した手段において、前記環状構造体は、溶接部を除く領域での厚みが０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であり、前記溶接部は、当該溶接部の周辺よりも厚みが大きい部分の厚みが、前記周辺の厚みの１．３倍以下であることが好ましい。
【０００９】
上述した手段において、前記環状構造体は、平面視が略長方形形状、かつ短手方向における両端部の長手方向における両端部側に、短手方向と平行な方向の外側に突出する凸部を持つ板材を、当該板材の長手方向における両側の端部を溶接によって接合した後で、前記凸部を除去して得られることが好ましい。
【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、前記環状構造体は、ステンレス鋼であることが好ましい。
【００１２】
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、前記ゴム層の溝の部分を除き前記中心軸と平行であることが好ましい。
【００１３】
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外側に配置されることが好ましい。
【００１４】
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空気入りタイヤの総幅の５０％以上９５％以下であることが好ましい。
【００１５】
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。
【００１６】
上述した課題を解決するための手段は、円筒形状かつ金属の環状構造体の外側に設けられてトレッド部となるゴム層を有する空気入りタイヤを製造するにあたり、平面視が長方形形状の金属板の短手方向における両端部の長手方向における両端部側に、短手方向と平行な方向の外側に突出する凸部を形成して板材を得る手順と、前記板材の長手方向における両端部を溶接によって接合する手順と、前記凸部を除去して前記環状構造体を得る手順と、を含むことを特徴とする空気入りタイヤの製造方法である。
【００１７】
上述した手段において、前記板材を溶接によって接合した後に、接合された円筒形状の板材に対する熱処理と、前記接合された円筒形状の板材を軸方向に引張る処理とのうち少なくとも一方を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
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】
【００１９】
【図１】図１は、本実施形態に係るタイヤの子午断面図である。
【図２−１】図２−１は、本実施形態に係るタイヤが有する環状構造体の斜視図である。
【図２−２】図２−２は、本実施形態に係るタイヤが有する環状構造体の変形例を示す斜視図である。
【図３】図３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４】図４は、環状構造体とゴム層との子午断面図である。
【図５】図５は、本実施形態に係るタイヤが有する環状構造体の製造方法の手順を示すフローチャートである。
【図６−１】図６−１は、本実施形態に係るタイヤが有する環状構造体の製造方法の手順を示す説明図である。
【図６−２】図６−２は、本実施形態に係るタイヤが有する環状構造体の製造方法の手順を示す説明図である。
【図６−３】図６−３は、本実施形態に係るタイヤが有する環状構造体の製造方法の手順を示す説明図である。
【図６−４】図６−４は、溶接部の厚みを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
図１は、本実施形態に係るタイヤの子午断面図である。図２−１は、本実施形態に係るタイヤが有する環状構造体の斜視図である。図２−２は、本実施形態に係るタイヤが有する環状構造体の変形例を示す斜視図である。図３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。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。
【００２３】
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の周方向である。
【００２４】
図１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、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３に示すように、ゴム１２Ｒで被覆された繊維１２Ｆを有する。本実施形態において、図１に示すように、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。このように、カーカス部１２は、図３に示すように、少なくとも環状構造体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）における両側に設けられていればよい。
【００２５】
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（タイヤ１のトレッド面）と、環状構造体１０の外側１０ｓｏとが、トレッド面に形成された溝Ｓ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。
【００２６】
図２−１に示す環状構造体１０は、金属の構造体である。すなわち、環状構造体１０は、金属材料で造られている。環状構造体１０に用いる金属材料は、引張強度が４５０Ｎ／ｍ２以上２５００Ｎ／ｍ２以下であることが好ましく、６００Ｎ／ｍ２以上２４００Ｎ／ｍ２以下であることがより好ましく、さらには、８００Ｎ／ｍ２以上２３００Ｎ／ｍ２以下が好ましい。引っ張り強度がこのような範囲であれば、環状構造体１０は、充分な強度及び剛性を確保できるとともに、必要な靱性を確保できる。その結果、環状構造体１０は、十分な耐圧性能を確保できる。
【００２７】
環状構造体１０の引っ張り強度（ＭＰａ）と厚み（ｍｍ）との積を耐圧パラメータとする。耐圧パラメータは、タイヤ１に充填される気体の内圧に対する耐性の尺度となるパラメータである。耐圧パラメータは、２００以上１７００以下、２５０以上１６００以下とすることが好ましい。この範囲であれば、タイヤ１の使用圧力の上限を確保し、安全性を十分に確保することができる。また、前記範囲であれば、環状構造体１０の厚みを増加させず、また、破断強度の高い材料を用いる必要がないので、量産に好適である。環状構造体１０の厚みを増加させる必要がないため、環状構造体１０は繰り返し曲げに対する耐久性を確保できる。また、破断強度の高い材料を用いる必要がないことから、低コストで環状構造体１０及びタイヤ１を製造できる。乗用車用として、耐圧パラメータは、２００以上１０００以下が好ましく、２５０以上９５０以下がより好ましい。また、トラック／バス用タイヤ（ＴＢタイヤ）として、耐圧パラメータは、５００以上１７００以下が好ましく、６００以上１６００以下がより好ましい。
【００２８】
環状構造体１０に用いることができる金属材料は、引っ張り強度が前述した範囲であればよいが、ばね鋼、高張力鋼、ステンレス鋼又はチタン（チタン合金を含む）を用いることが好ましい。これらのうち、ステンレス鋼は耐食性が高く酸化劣化しにくい。また、ステンレス鋼は、前述した引っ張り強度の範囲のものを得やすいので好ましい。ステンレス鋼を用いることにより、耐圧強度と繰り返し曲げの耐久性の両立が可能になる。
【００２９】
環状構造体１０をステンレス鋼で製造する場合、ＪＩＳ Ｇ４３０３の分類における、マルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、オーステナイト・フェライト二相ステンレス鋼、析出硬化系ステンレス鋼を用いることが好ましい。これらのステンレス鋼を用いることにより、引っ張り強度及び靱性が優れた環状構造体１０とすることができる。また、前述したステンレス鋼のうち、特に、析出硬化ステンレス鋼（ＳＵＳ６３１、ＳＵＳ６３２Ｊ１）を用いるとより好ましい。
【００３０】
図２−２に示す環状構造体１０ａのように、環状構造体１０ａの幅方向両側に、鋸の刃形状の凹凸部１０Ｔを設けてもよい。環状構造体１０ａの径方向外側には、図３に示すゴム層が取り付けられるが、凹凸部１０Ｔは、環状構造体１０ａとゴム層１１との結合を強化する作用がある。このため、凹凸部１０Ｔを有する環状構造体１０ａは、環状構造体１０ａとゴム層１１とがより確実に固定され、耐久性が向上するため好ましい。
【００３１】
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。また、環状構造体１０は、ゴム層の径方向外側には露出しないことが好ましい。このようにすれば、環状構造体１０とゴム層１１とをより確実に固定できる。さらに、環状構造体１０は、ゴム層１１内に埋設されていてもよい。このようにしても、環状構造体１０とゴム層１１とをより確実に固定できる。
【００３２】
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、無端のベルト状の構造体である。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。
【００３３】
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。
【００３４】
図４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以下が好ましく、８０ＧＰａ以上２３０ＧＰａ以下とすることがより好ましい。また、環状構造体１０の厚みｔｍは、０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下とすることが好ましい。この範囲であれば、耐圧性能を確保しつつ、繰り返し曲げの耐久性を確保できる。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く、１５以上４００以下とすることがより好ましい。
【００３５】
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、子午断面内の剛性が大きくなる。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の子午断面内における変形が抑制される。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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、図１に示す中心軸（Ｙ軸）と平行な方向におけるタイヤ１の総幅（ＪＡＴＭＡ規定リム幅のホイールに組んで３００ｋＰａの空気を充填した状態）Ｗの５０％（Ｗ×０．５）以上９５％（Ｗ×０．９５）以下とすることが好ましい。ＷｍがＷ×０．５よりも小さい場合、環状構造体１０の子午断面内における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Ｗ×０．９５を超えると、接地時においてトレッド部が環状構造体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。Ｗ×０．５≦Ｗｍ≦Ｗ×０．９５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。
【００３８】
タイヤ１は、図１に示す子午断面において、ゴム層１１の外側１１ｓｏ、すなわちトレッド面のプロファイルは、溝Ｓの部分を除き、環状構造体１０の外側１０ｓｏと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（タイヤ１のトレッド面）と、環状構造体１０の外側１０ｓｏとは同様の形状（好ましくは平行）であり、さらに、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（公差、誤差を含む）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は小さくなるので、転がり抵抗も小さくなる。また、タイヤは、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、子午断面におけるゴム層１１の形状は、ゴム層１１の外側１１ｓｏと環状構造体１０の外側１０ｓｏとがこれらの中心軸（Ｙ軸）と平行であれば、特に限定されない。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。いずれの場合であっても、環状構造体１０の部分のみ、タイヤ１のトレッド面のプロファイル（溝の部分を除く）と平行であればよい。次に、環状構造体の製造方法を説明する。
【００４１】
図５は、本実施形態に係るタイヤが有する環状構造体の製造方法の手順を示すフローチャートである。図６−１〜図６−３は、本実施形態に係るタイヤが有する環状構造体の製造方法の手順を示す説明図である。図６−３は、板材の板面と直交する平面で前記板材を切った断面図である。図６−４は、溶接部の厚みを示す断面図である。環状構造体１０を製造するにあたり、まず、図６−１に示すように、平面視が長方形形状、かつ短手方向（図６−１の矢印Ｓで示す方向）における両端部２０ＴＳ、２０ＴＳの、長手方向（図６−１の矢印Ｃで示す方向）における両端部２０ＴＬ、２０ＴＬ側に、短手方向と平行な方向の外側に突出する凸部２２を有する板材２０を作成する（ステップＳ１０１、図６−１）。短手方向における両端部２０ＴＳ、２０ＴＳは、平面視が長方形形状の板材２０の長辺に相当し、長手方向における両端部２０ＴＬ、２０ＴＬは、平面視が長方形形状の板材２０の短辺に相当する。板材２０は、例えば、大きな金属の板状部材を切断することにより得ることができる。
【００４２】
次に、板材２０の長手方向における両端部２０ＴＬ、２０ＴＬを突き合わせ、溶接によって接合する（ステップＳ１０２、図６−２）。長手方向における両端部２０ＴＬ、２０ＴＬは、板材２０の長手方向（図６−２の矢印Ｃで示す方向）と直交することが好ましい。このようにすれば、環状構造体１０が径方向に繰り返し変形することにより溶接部に繰り返し曲げが作用した場合、繰り返し曲げが作用する溶接部の長さを短くすることができるので、環状構造体１０の耐久性低下を抑制することができる。その結果、環状構造体１０をタイヤ１に用いた場合に、耐久性低下を抑制することができる。
【００４３】
溶接は、ガス溶接（酸素アセチレン溶接）、アーク溶接、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接、プラズマ溶接、ＭＩＧ（Metal Inert Gas）溶接、エレクトロスラグ溶接、電子ビーム溶接、レーザービーム溶接、超音波溶接等を用いることができる。このように、板材の両端部を溶接することにより、簡単に環状構造体１０を製造することができる。なお、溶接後の板材２０に、熱処理と圧延との少なくとも一方を施してもよい。このようにすることで、製造される環状構造体１０の強度を向上させることができる。熱処理は、例えば、析出硬化ステンレス鋼を用いる場合、一例として、５００℃で６０分保持する。熱処理の条件は、得たい特性によって適宜変更することができるので、前述の条件に限定されるものではない。
【００４４】
次に、溶接後の凸部２２を除去して、図２−２に示す環状構造体１０を得る（ステップＳ１０３、図６−３）。なお、環状構造体１０に熱処理等を施す場合、溶接された円筒形状の板材２０の凸部２２を切断した後に施すことが好ましい。熱処理等によって溶接された円筒形状の板材２０（環状構造体１０）の強度が向上するため、熱処理等を施す前に凸部２２を切断することにより、凸部２２の切断が容易になる。環状構造体１０が得られたら、図３に示すゴム層１１及びカーカス部１２を環状構造体１０に取り付け、また、ビード部１３をカーカス部１２に設けて、グリーンタイヤを作製する（ステップＳ１０４）。その後、グリーンタイヤを加硫して（ステップＳ１０５）、図１に示すタイヤ１が完成する。なお、環状構造体１０の製造方法は、上述したものに限定されない。例えば、円柱を切削加工することにより環状構造体１０を製造してもよいし、押出成形により環状構造体１０を製造してもよい。
【００４５】
環状構造体１０は、図６−３に示すように溶接部１０Ｗを有する。図６−４に示すように、溶接部１０Ｗは、その周辺よりも厚みが大きくなってもよい。溶接部１０Ｗは、溶接部１０Ｗを除く領域での厚みｔが０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下、さらには０．１５ｍｍ以上０．７ｍｍ以下であることが好ましい。また、溶接部１０Ｗは、溶接部１０Ｗの周辺よりも厚みが大きい部分の厚みが、周辺の厚みの１．３倍以下、さらには１．２倍以下であることが好ましい。この範囲であれば、耐圧性能を確保しつつ、繰り返し曲げの耐久性を確保できる。溶接部１０Ｗを除く領域とは、溶接前における板材２０の厚みであり、環状構造体１０においては、溶接部１０Ｗ以外であり、かつ厚みが一定になっている領域である。
【００４６】
本実施形態においては、溶接した後に、溶接された円筒形状の板材２０に対する熱処理と、溶接された円筒形状の板材２０を円筒の軸方向に引張る処理とのうち少なくとも一方を行うことが好ましい。このような処理によって、溶接加工によって変化した溶接部の材料特性（金属組織）を、非溶接部に近いものとすることができるので、溶接部での破断強度が高くなる。なお、この処理を行う場合、幅方向の寸法が大きい板材を溶接して長い円筒の部材を製造し、これに上記処理を加えた後に、前記円筒の部材の軸と直角に環状構造体幅Ｗｍ（ベルト幅）で切断することで、複数の環状構造体１０を同時に製造することができる。
【００４７】
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。また、引張強度が４５０Ｎ／ｍ２以上２５００Ｎ／ｍ２以下の環状構造体を用いることにより、環状構造体は、充分な強度及び剛性を確保できるとともに、必要な靱性を確保できる。その結果、環状構造体は、十分な耐圧性能を確保できる。
【００４８】
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。
【符号の説明】
【００４９】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１０１、１０１ａ 空気入りタイヤ（タイヤ）
２ 構造体
２Ｓ 両側
１０、１０ａ、１１０、１１０ａ 環状構造体
１０ｓｏ、１１０ｓｏ、１１０ｓｏａ 外側
１０ｓｉ 内側
１０Ｔ 凹凸部
１１、１１１、１１１ａ ゴム層
１１ｓｏ、１１１ｓｏ、１１１ｓｏ 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
１４ インナーライナー
２０ 板材
Ｓ 溝
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状かつ金属の構造体であり、引張強度が４５０Ｎ／ｍ２以上２５００Ｎ／ｍ２以下の環状構造体と、
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少なくとも設けられるカーカス部と、
を含むことを特徴とする空気入りタイヤ。
【請求項２】
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は同様の形状である請求項１に記載の空気入りタイヤ。
【請求項３】
前記環状構造体は、帯状の鋼板の端部同士を突き合わせて溶接したものである請求項１又は２に記載の空気入りタイヤ。
【請求項４】
前記環状構造体は、溶接部を除く領域での厚みが０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であり、前記溶接部は、当該溶接部の周辺よりも厚みが大きい部分の厚みが、前記周辺の厚みの１．３倍以下である請求項３に記載の空気入りタイヤ。
【請求項５】
前記環状構造体は、平面視が略長方形形状、かつ短手方向における両端部の長手方向における両端部側に、短手方向と平行な方向の外側に突出する凸部を持つ板材を、当該板材の長手方向における両側の端部を溶接によって接合した後で、前記凸部を除去して得られる請求項３又は４に記載の空気入りタイヤ。
【請求項６】
前記環状構造体は、金属である請求項１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】
前記環状構造体は、ステンレス鋼である請求項５に記載の空気入りタイヤ。
【請求項８】
前記ゴム層の外側と、前記環状構造体の外側とは、前記ゴム層の溝の部分を除き前記中心軸と平行である請求項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外側に配置される請求項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空気入りタイヤの総幅の５０％以上９５％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。
【請求項１１】
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１０のいずれか１項に記載の空気入りタイヤ。
【請求項１２】
円筒形状かつ金属の環状構造体の外側に設けられてトレッド部となるゴム層を有する空気入りタイヤを製造するにあたり、
平面視が略長方形形状、かつ短手方向における両端部の長手方向における両端部側に、短手方向と平行な方向の外側に突出する凸部を持つ板材を得る手順と、
前記板材の長手方向における両端部を溶接によって接合する手順と、
前記凸部を除去して前記環状構造体を得る手順と、
を含むことを特徴とする空気入りタイヤの製造方法。
【請求項１３】
前記板材を溶接によって接合した後に、接合された円筒形状の板材に対する熱処理と、前記接合された円筒形状の板材を軸方向に引張る処理とのうち少なくとも一方を行う請求項１２に記載の空気入りタイヤの製造方法。
【請求項１】
円筒形状かつ金属の構造体であり、引張強度が４５０Ｎ／ｍ２以上２５００Ｎ／ｍ２以下の環状構造体と、
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少なくとも設けられるカーカス部と、
を含むことを特徴とする空気入りタイヤ。
【請求項２】
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は同様の形状である請求項１に記載の空気入りタイヤ。
【請求項３】
前記環状構造体は、帯状の鋼板の端部同士を突き合わせて溶接したものである請求項１又は２に記載の空気入りタイヤ。
【請求項４】
前記環状構造体は、溶接部を除く領域での厚みが０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であり、前記溶接部は、当該溶接部の周辺よりも厚みが大きい部分の厚みが、前記周辺の厚みの１．３倍以下である請求項３に記載の空気入りタイヤ。
【請求項５】
前記環状構造体は、平面視が略長方形形状、かつ短手方向における両端部の長手方向における両端部側に、短手方向と平行な方向の外側に突出する凸部を持つ板材を、当該板材の長手方向における両側の端部を溶接によって接合した後で、前記凸部を除去して得られる請求項３又は４に記載の空気入りタイヤ。
【請求項６】
前記環状構造体は、金属である請求項１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】
前記環状構造体は、ステンレス鋼である請求項５に記載の空気入りタイヤ。
【請求項８】
前記ゴム層の外側と、前記環状構造体の外側とは、前記ゴム層の溝の部分を除き前記中心軸と平行である請求項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外側に配置される請求項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空気入りタイヤの総幅の５０％以上９５％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。
【請求項１１】
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１０のいずれか１項に記載の空気入りタイヤ。
【請求項１２】
円筒形状かつ金属の環状構造体の外側に設けられてトレッド部となるゴム層を有する空気入りタイヤを製造するにあたり、
平面視が略長方形形状、かつ短手方向における両端部の長手方向における両端部側に、短手方向と平行な方向の外側に突出する凸部を持つ板材を得る手順と、
前記板材の長手方向における両端部を溶接によって接合する手順と、
前記凸部を除去して前記環状構造体を得る手順と、
を含むことを特徴とする空気入りタイヤの製造方法。
【請求項１３】
前記板材を溶接によって接合した後に、接合された円筒形状の板材に対する熱処理と、前記接合された円筒形状の板材を軸方向に引張る処理とのうち少なくとも一方を行う請求項１２に記載の空気入りタイヤの製造方法。
【図１】
【図２−１】
【図２−２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６−１】
【図６−２】
【図６−３】
【図６−４】
【図２−１】
【図２−２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６−１】
【図６−２】
【図６−３】
【図６−４】
【公開番号】特開２０１２−１４８７６４（Ｐ２０１２−１４８７６４Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５４２５４（Ｐ２０１１−２５４２５４）
【出願日】平成２３年１１月２１日（２０１１．１１．２１）
【出願人】（０００００６７１４）横浜ゴム株式会社 (4,905)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２１日（２０１１．１１．２１）
【出願人】（０００００６７１４）横浜ゴム株式会社 (4,905)
【Ｆターム（参考）】
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