JP4869917B2 - 摩耗度指示タイヤ - Google Patents

Description

本発明は、タイヤ摩耗制御に関し、特に、所定のタイヤ摩耗しきい値に達したことを自動的に検出することができるタイヤに関する。

本明細書において、
「コード」は、金属又は非金属の単一のスレッド又はワイヤ、或いは数本のスレッド又はワイヤの組立体を意味するものと理解され、
「プライ」は、金属又は非金属であり、織成され又は織成されておらず、ゴムコンパウンド中に埋め込まれた互いに平行な補強コードの層を意味し、プライの厚さは、個々のコードの直径に近く、
「ベルト」は、ビードに繋留されていない少なくとも２枚のプライの組立体を意味し、
「軸方向」は、タイヤの回転軸線に本質的に平行な方向を意味し、
「半径方向（又はラジアル）」は、軸方向に垂直であって、タイヤの回転軸線と交差するベクトルに平行な方向を意味し、
「タイヤ」は、空気タイヤ又は非空気タイヤを意味する。

公知のように、タイヤのトレッドは、地面上でのタイヤの転動に起因して摩耗を受ける。トレッドが溝を備えている場合、この摩耗の結果として、溝の深さが減少することになり、それにより、濡れた地面上でのタイヤの性能が劣化する。或る特定の摩耗レベル（「トレッド摩耗限度」と呼ばれる）に達すると、タイヤはもはや最適条件下で転動を行うことができない。すると、タイヤ又はそのトレッド（「山かけ（retreading）」）を交換してスクラップにし、又はトレッドの残留厚さが許す限り、トレッドの溝を新たに切断形成する。

溝の深さを測定することによりトレッドの摩耗レベルをモニタすることができるが、この作業は、軽視される場合が多い。というのは、この作業は、厄介であると考えられ、しかも、これには、適当な測定ツールが必要であり、かかる測定ツールがいつでも手元にあるとは限らないからである。したがって、転動面に摩耗標識を設けて最小トレッド溝深さに達したことを車両の運転士に視覚的に警告するようにすることが長年提案されている。先行技術としては、着色ゴム片をタイヤトレッド内に設けてこれら着色ゴム片がタイヤ摩耗しきい値に達したときにトレッド表面上に表れるようにするためのほとんど数え切れないほどの種々の提案がある。それにもかかわらず、かかる着色摩耗標識の工業的用途は、少なからずトレッド内のこれらの正確な位置決め行うのが困難であり、しかもコスト高であるという理由で、比較的珍しいという状態のままである。普及している視覚的タイヤ摩耗標識は、トレッドを形成するゴムとトレッドに設けられた溝又はキャビティとの間の視覚的コントラストを利用している。

視覚的タイヤ摩耗標識は、性質上これらが正確であるにもかかわらず、ユーザが摩耗限度に達した時期を認識するために定期的にタイヤを点検しなければならないという欠点を備えている。したがって、画像分析を利用して摩耗限度に達するやいなや警告信号を発生させることができるようにすることによりトレッド摩耗をかかる摩耗標識によって明らかにされるようにモニタすることが提案された（例えば、米国特許出願公開第２００２／００３６０３９号明細書参照）。

トレッド摩耗に関する情報を得る別のより直接的な手法は、トレッド摩耗の関数として信号が変更される磁気又は電気センサを用いることである。

摩耗の進展を検出するために、トレッドそれ自体の磁気特性を用いる提案が幾つかあり、例えば、独国特許第１９９５４８２５号明細書は、磁性ゴムで作られていて、存否が検出されるトレッドブロックを用いることを開示している。独国特許第１９９５７６４５号明細書は、この技術的思想を発展させてトレッドの深さの中に磁極が交互に並んだ領域を設けることを記載している。

別の手法は、導体をトレッドの内部に設け、摩耗によるこれら導体の除去に関連付けられた測定可能なパラメータの変化を検出することである。独国特許第２５２４４６３号明細書は、電気導体をトレッド内に組み込んで導体が摩耗限度に達するや否や切断されるようにするという技術を開示している。同じ技術的思想は、後になって日本国特開昭６１−１５０８０４号公報によって提案されている。

独国特許第１９７４５７３４号明細書は、多数の導電性ループを有するセンサの使用を記載しており、これら導電性ループは、トレッド内で互いに異なる高さ位置まで延び、トレッドの摩耗が進むにつれて連続的に開路し、したがって、これら導電性ループが、開離状態のスイッチを形成するようになっており、検出回路が、これに対応した信号を車両内に設けられた評価ユニットに送るようになっている。

独国特許第１９９３００４６号明細書は、正確に最小法定プロフィール深さのところに配置され、プロフィールがこの深さの下まで摩耗したときに摩滅する金属コードの束を有するトレッドを記載している。この束を通って流れる誘導電流は、直径が減少すると変化し、可聴及び（又は）可視警告を開始させる。

国際公開第０３／０３１２０８号パンフレットは、トレッドブロック内部の電気抵抗又はキャパシタンスを測定し、かかる測定からブロックの高さを推定することから成る方法を記載している。

米国特許出願公開第２００５／０６１０６９号明細書は、トレッド内へ延びる導電性分岐部によって並列接続された数個のキャパシタを有する共振回路をタイヤに組み込むことを教示している。トレッドが摩耗すると、摩耗状態の部分中に延びる分岐部が壊れ、これにより、共振回路の同調周波数が変化する。

米国特許出願公開第２００２／００３６０３９号明細書 独国特許第１９９５４８２５号明細書 独国特許第１９９５７６４５号明細書 独国特許第２５２４４６３号明細書 日本国特開昭６１−１５０８０４号公報 独国特許第１９７４５７３４号明細書 独国特許第１９９３００４６号明細書 国際公開第０３／０３１２０８号パンフレット 米国特許出願公開第２００５／０６１０６９号明細書

本発明は、下に位置するタイヤ構造を単純化し、タイヤのベルトの電磁的挙動を利用することによりこの技術的思想を改良することを目的としている。

この目的は、トレッドと、第１のプライ及び第２のプライを含むベルトとを有するタイヤであって、第１及び第２のプライが、タイヤの赤道面に対して傾斜したゴムコンパウンド中に埋め込まれた実質的に互いに平行な金属補強コードで構成され、第１のプライのコードは、第２のプライのコードに対して傾斜し（優先的には、これとは逆に傾斜し）、少なくとも１つの双極電気素子が、第１のプライの少なくとも１本のコードを第２のプライの少なくとも１本のコードに接続し、第１のプライのコードと第２のプライのコードとの間で双極電気素子の辿る経路は、トレッド摩耗限度に達する前に摩滅する恐れのあるトレッドの部分内へ延び、双極電気素子の少なくとも１つの特性が、トレッド摩耗限度に達する前に又はトレッド摩耗限度に達したときにタイヤ摩耗の結果として変更されるようになっているタイヤによって達成される。

換言すると、本発明の要旨は、トレッドと、第１のプライ及び第２のプライを含むベルトとを有するタイヤであって、第１のプライ及び第２のプライが、タイヤの赤道面に対して傾斜したゴムコンパウンド中に埋め込まれた実質的に平行な金属補強コードで構成され、第１のプライのコードが、第２のプライのコードに対して傾斜し（優先的には、これとは逆に傾斜し）、タイヤが、複数個のインダクタンス及び静電容量並びに少なくとも１つの双極電気素子で形成された少なくとも１つの共振回路を更に有し、少なくとも１つの双極電気素子が、共振回路の静電容量を相互に接続すると共にトレッドの摩耗限度に達する前に摩滅する恐れのあるトレッドの部分内へ延びており、双極電気素子の少なくとも１つの特性が、トレッドの摩耗限度に達する前又はトレッドの摩耗限度に達した時にタイヤの摩耗の結果として変更されるようになっているタイヤにおいて、共振回路が、タイヤのベルトの構成要素によって形成されているタイヤにある。

第１の好ましい実施形態によれば、双極素子は、静電容量がタイヤ摩耗の結果として連続的に変更されるキャパシタである。キャパシタは、可変キャパシタであるのがよく、この可変キャパシタは、その静電容量がタイヤ摩耗の関数として変化するよう構成されている。かくして、摩耗の度合の現場測定が可能になる。

第２の好ましい実施形態によれば、双極素子は、抵抗であり、その抵抗値は、タイヤ摩耗の結果として変更される。

この技術的思想の第１の変形例では、抵抗は、所定の摩耗しきい値に達すると壊れるよう設計されている。測定は、「全てか無か」のタイプのものであり、かかる測定により、しきい値に達したかどうかを判定することができるに過ぎず、実際の摩耗の度合に関する情報は得られない。

第２の変形例では、抵抗は、可変抵抗であり、この可変抵抗は、その抵抗値がタイヤ摩耗の関数として変化するよう構成されている。したがって、摩耗の度合の現場測定を得ることができる。

当然のことながら、容量性と抵抗性の両方を備えた双極素子を用いることにより第１の実施形態と第２の実施形態を組み合わせることが可能である。

本発明は、以下の詳細な説明及び添付の図面を参照すると一層よく理解できる。

図１は、ラジアル空気タイヤ１０の構造を概略的に示しており、このタイヤは、気密合成ゴムで作られたインナーライナ２０と、直線状に配置されると共にゴム中にサンドイッチされたテキスタイルコード３１で構成されたカーカスプライ３０と、タイヤ１０をリム（図示せず）に取り付け保持するビードワイヤ４０と、少なくとも２枚の半径方向に隣接したブレーカプライ５０，６０で作られたブレーカベルトと、道路と接触するようブレーカプライ５０，６０上に配置されたトレッド７０とを有する。タイヤ１０の２枚のブレーカプライ５０，６０は各々、タイヤの赤道面に対して適当な角度（代表的には約２０°）傾斜したスチールコード５１，６１で補強され、一方のプライのコード５１は、他方のコード６１とは逆に傾斜している。

ブレーカベルト中に構成されたプライのこの特定の構造は、電磁放射線がベルト中に強力に吸収されることを説明している。図２に概略的に示されているように、隣り合うプライ５０，６０の組をなすコード５１，６１は、多数の単位平行四辺形８０及び複合平行四辺形９０から成る格子を形成している。

図３に示すように、これら平行四辺形は各々、共振回路を構成しており、ベルトのコードの部分によって形成される平行四辺形の４辺は、インダクタンスＬのループと見なすことができ、平行四辺形の角の各々のところのコード−ゴムコンパウンド−コードインターフェイスは、静電容量Ｃとなる。図４は、等価なＬＣ回路を示している。

周知のように、共振回路を、その共振周波数に近い周波数の電磁放射線により励振することができる。励振される回路の数が多ければ多いほど、電磁放射線の吸収度はそれだけ一層強くなる。タイヤのベルト中に存在する様々な形状の（及びしたがって漸変インダクタンスＬ）多くの回路は、吸収関数が複雑な形状のものであるということを説明している。その特性は、コード５１，６１の性状、プライ５０，６０の数及び構造、隣り合うブレーカプライ５０，６０相互間の距離ｄ、ブレーカプライ５０，６０に用いられるゴムコンパウンドの抵抗率、タイヤ１０の周囲に対するブレーカプライ５０，６０のコード５１，６１の傾斜角アルファ（α）及び傾斜角ベータ（β）、ブレーカプライのピッチｐ１，ｐ２、金属コード５１，６１の直径及び高周波導電率等の影響を受ける。

本発明は、タイヤベルトにより形成されていて、タイヤトレッドの摩耗を測定する共振回路を利用することにある。この利用は、図５に示すように双極接続素子を導入することにより可能になる。双極素子１０１，１０２は、第１のプライ５０の少なくとも１本のコード５１を第２のプライ６０の少なくとも１本のコード６１に接続し、これら双極素子は、トレッド摩耗限度（破線１２０で指示されている）に達する前に摩滅する恐れのあるトレッド１０の部分内に延びている。この特定の（しかしながら、非限定的な）例では、双極素子は、摩耗限度に達する前に壊れ（素子１０１）又は正確にこの限度に達した時点で壊れる（素子１０２）よう設計された導電性ステープルである。

図６は、共振回路を形成するコード５１，６１及びコードのうちの２本を互いに接続する双極素子１０３の概略斜視図である。

図７及び図８に示すように、双極素子の役割は、ベルトのコードにより形成された共振回路を部分的に短絡させ、かくして、ベルトの吸収挙動を変更させることにある。双極素子の特性（静電容量Ｃ′、抵抗値Ｒ′等）が摩耗の結果として変化するや否や、ベルトの吸収挙動が変更される。この変更は、当業者に知られている手段を用いて、車両に取り付けられている検出器によって或る距離を置いたところで検出でき、例えば、この変更を利用して警告信号をトリガすることができる。

双極素子の特性の変化は、急な場合（「全てか無か（オール・オア・ナッシング）」の場合）があり、この場合、これによりしきい値に達したかどうかを判定することができるに過ぎない。図５及び図６に示されている双極素子は、この種のものであり、導電性ステープルが壊れるや否や、抵抗値Ｒ′（図８）は、劇的に増大し、これにより、ベルトにより形成されたＬＣ回路のうちの幾つかの共振周波数が完全に変わる。

当然のことながら、トレッド内へ種々の高さまで延びる幾つかの双極素子（例えば、図５の素子１０１，１０２）を用いること及び摩耗度を再構成するのにこのように得られた閾測定値を組み合わせることが可能である。

吸収周波数の変化は、２枚のプライで形成されたタイヤベルトについて測定される。互いに異なるプライに属する２本のコードが双極素子により短絡した場合、共振周波数は、１８．８ＭＨｚである。この周波数は、２本のコード相互間の接続が壊されるや否や２０ＭＨｚにシフトする。１．２ＭＨｚのこの周波数シフト分は、検出に足るレベルであるが、例えば、双極素子の個数を増やすことにより又は双極素子の設置場所を賢明に選択することにより周波数シフト分を更に増大させるのがよい。

しかしながら、特性が段階的に又は連続的に変化する双極素子を設けることも又可能である。かかる素子を用いる場合、双極素子が延びるトレッドブロック又はリブの摩耗度の測定を実施することが可能である。非常に単純なケースが、図９に示されている。コード５１，６１を接続する双極素子１０５は、数個の抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３から成っている。摩耗が進むと、双極素子１０５の総合抵抗が変化し、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、漸次取り除かれる。摩耗限度１２０に達すると、コード５１，６１相互間の導電性接続はもはや存在しない。当業者であれば、抵抗値を適切に選択することにより、共振回路の共振周波数の変化を生じさせて検出された周波数を用いて対応の摩耗度及び摩耗限度に達する前に依然として摩耗するゴムの量（ゴムの厚さ）を突き止めることができる。

言うまでもないこととして、図９の抵抗に代えて静電容量を用いてもよい。抵抗と静電容量の組み合わせも又利用できる。

図５〜図８に示す例では、共振回路を形成する４本のコードのうちの２本だけが、双極素子によって互いに接続されているが、これは本発明を制限する特徴ではない。４本のコードを導電性双極素子によって接続した場合、共振は生じない。双極素子のうちの少なくとも１つが壊れた場合にのみ、共振回路は、効果的に共振し始め、これは、当業者に知られている手段によって検出できる。

当然のことながら、上述した本発明の種々の実施形態のうちの幾つか又は全てを組み合わせた状態でタイヤ内に設けることが可能である。

空気ラジアルタイヤの略図である。 ２枚のブレーカプライのコードにより形成された格子の略図である。 ２枚の隣り合うブレーカプライのコードにより形成された共振回路の略図である。 図３の構造に対応した共振回路の略図である。 本発明のタイヤの部分半径方向断面の略図である。 共振回路を形成するコード及びコードのうちの２本を互いに接続している双極素子の概略斜視図である。 本発明のタイヤのベルトに対応した共振回路の略図である。 本発明のタイヤのベルトに対応した共振回路の略図である。 本発明のタイヤの部分半径方向断面の略図である。

符号の説明

１０ ラジアル空気圧タイヤ
３０ カーカスプライ
３１ 引張コード
４０ ビードワイヤ
５０，６０ ブレーカプライ
５１，６１ スチールコード
７０ トレッド
８０ 単位平行四辺形
９０ 複合平行四辺形
１０１，１０２ 双極素子

Claims (7)

1. トレッドと、第１のプライ及び第２のプライを含むベルトとを有するタイヤであって、前記第１のプライ及び前記第２のプライが、前記タイヤの赤道面に対して傾斜したゴムコンパウンド中に埋め込まれた実質的に平行な金属補強コードで構成され、前記第１のプライの前記コードが、前記第２のプライの前記コードに対して傾斜し、前記タイヤが、複数個のインダクタンス及び静電容量並びに少なくとも１つの双極電気素子で形成された少なくとも１つの共振回路を更に有し、前記少なくとも１つの双極電気素子が、前記共振回路の前記静電容量を相互に接続すると共に前記トレッドの摩耗限度に達する前に摩滅する恐れのある前記トレッドの部分内へ延びており、前記双極電気素子の少なくとも１つの特性が、前記トレッドの摩耗限度に達する前又は前記トレッドの摩耗限度に達した時にタイヤの摩耗の結果として変更されるようになっているタイヤにおいて、前記共振回路は、前記タイヤの前記ベルトの構成要素によって形成されている、タイヤ。
2. 前記第１のプライの前記コードは、前記第２のプライの前記コードとは逆に傾斜している、請求項１記載のタイヤ。
3. 前記双極電子素子は、キャパシタであり、前記キャパシタの静電容量は、タイヤ摩耗の結果として変更される、請求項１又は２記載のタイヤ。
4. 前記キャパシタは、可変キャパシタであり、前記可変キャパシタは、前記可変キャパシタの静電容量は、タイヤ摩耗の関数と変化するよう構成されている、請求項３記載のタイヤ。
5. 前記双極電子素子は、抵抗であり、前記抵抗の抵抗値は、タイヤ摩耗の結果として変更される、請求項１又は２記載のタイヤ。
6. 前記抵抗は、所定摩耗しきい値に達すると、破壊される、請求項５記載のタイヤ。
7. 前記抵抗は、可変抵抗であり、前記可変抵抗は、前記可変抵抗の抵抗値がタイヤ摩耗の関数として変化するよう構成されている、請求項５記載のタイヤ。

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