JP2007118913A - 非空気圧タイヤ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ウェブスポークは環状バンドに対して横方向のカッタウェイ断面を有し、カッタウェイ断面はブレンド半径によって接合された直線セグメントから成るプロフィルをし、このカッタウェイ断面のプロフィルは高さがHC、最大深さDが放射方向高さNの5%以上且つ最大幅Wの30%以下で、プロフィルの放射方向最外側部および放射方向最内側部の位置でプロフィルの接線と水平線とが成す角度αはが少なくとも10°を成し、プロフィルの最小曲率半径RRはカッタウェイ断面の高さHGの少なくとも20%である。
【選択図】図6
Description
本発明は特に、空気タイヤと同様な性能を有し、空気タイヤの代わりとして使用可能な、タイヤ構造部材によって荷重を支持する非空気圧タイヤに関するものである。
(a) ウェブスポークの幅Wと高さN、放射方向オフセットQおよびプロフィルの横方向深さDを特定し、その際に深さDは放射方向高さNの5%以上且つ幅Wの30%以下とにし、
(b) プロフィルと水平線との交点との間のタンジェントとして定義されるタンジェント角度αの値を計算で求め、
(c) 得られたタンジェント角度αの計算値を所定最小値と比較し、計算値または最小値の大きい方の値に角度αを設定し、
(d) 横方向プロフィルの最小曲率半径RRを計算で求め、
(e) 得られた半径の計算値を所定の最小値と比較し、
(f) この計算値が最小値よりも大きい場合は半径RRを大きい方の計算値に設定する。
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。
「子午線面」とはタイヤの回転軸線を含む、タイヤを通る面を意味する。
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%伸びでの引張り弾性率を意味する。
メンブレンの「モジュラス、弾性率」とは円周方向での1%伸びでの引張り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。このモジュラスは下記[式1]で計算できる(従来タイヤのスチールベルト材料に対する式)。このモジュラスはダッシュ(')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」とは弾性剪断弾性率を意味し、エラストマー材料の場合の上記定義の引張り弾性率の3分の1に等しいと定義される。
「ヒステリシス」とは運転時の歪み、温度、周波数で測定した動的損失のタンジェント(tanΔ)を意味する。運転条件は特定の用途によって異なる(例えばゴルフカートとスポーツカーでは要求される荷重および速度が違う)ので、歪み、温度、周波数を特定の用途に合わせなければならないということは当業者には理解できよう。
典型的なソリッドタイヤまたはクッションタイヤでは接触面でのタイヤ構造の圧縮によって荷重が支持され、耐荷重力は接触面に存在する材料の量と種類によって制限される。ある種のスプリングタイヤでは弾性ばね部材を介してハブまたはホイールに連結された堅い外側リングによってタイヤに加わる荷重を支持する。堅い外側リングは剪断機構を有しておらず、従って、既に述べたように、堅いリングによって接触面の両端部に接地反作用が集中するため、力を地面に伝達し、地面の衝撃を吸収するタイヤの能力が低下する。
荷重下で繰返し回転すると、剪断層120の変形によってヒステリシス損が生じ、タイヤに熱が蓄積される。従って、剪断層のヒステリシスは使用する材料の許容運転温度以下が維持されるようにしなければならない。従来のタイヤ材料(例えばゴム)を用いる場合、例えば、剪断層のヒステリシスは連続使用する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。
好ましい実施例では、第1メンブレンが2つの補強層131、132を有し、第2メンブレン140も2つの補強層141、142を有する。
各層131、132および141、142のコードは一般に約3〜20MPa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エラストマー剪断層120の剪断弾性率とほぼ同じにして、環状バンドの変形が主としてエラストマー剪断層120内での剪断変形によって行われるようにするのが好ましい。
従来タイヤのベルト材料を用い、補強コードを赤道面に対して少なくとも10°の角度で配置したメンブレンの有効弾性係数E'membraneは下記式で求めることができる:
Erubber=エラストマー被覆材料の引張り弾性係数、
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、
ν=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=互いに隣接する層内のケ−ブル間のゴム厚さ)
E'membrane=Ecable * V * tmembrane (2)
(ここで、
Ecable=ケーブルの弾性係数、
V=メンブレン内のケーブルの容積分率
tmembrane=メンブレンの厚さ)
均一材料または繊維等で補強されたマトリックスを有するメンブレンの弾性係数はこの材料またはマトリックスの弾性係数である。
本発明では、エラストマー剪断層の剪断弾性率Gに対するメンブレンの縦方向弾性係数E'membraneの上記比が少なくとも約100:1、好ましくは少なくとも約1000:1である。
Peff=接地圧
G =層120の剪断弾性率
h =層120の厚さ
R =第2のメンブレンの回転軸線に対する放射方向位置)
プロフィルは特定形状に限定されるものではなく、円弧の一部、放物線アーチまたはブレンド半径(混成角度、blending radius)によって接合された直線セグメントの組合体で形成できる。後者の形状が[図6]に示した変形例であり、スポークの中間の高さに関して対称である。直線セグメントはオフセット距離Qの放射方向高さでプロフィルの接線と水平線と角度αを成す。直線セグメントは、スポークの高さNの少なくとも20%である最小値を有するブレンド半径RRによって接合されている。選択された深さDおよびタンジェント角度αが、頂点に集まる直線セグメントになることで、スポーク性能に悪影響を与える可能性があるカッタウェイ断面の幾何形状を避けるためにはブレンド半径の制約が必要である。
カッタウェイ断面の形状の一変形例を[図6]の左側に示すような放物線部分として示してある。この変形例では、放物線がA、B、Cの記号が付けられた点を通り、A点およびC点でのタンジェント角度αは上記のように定義される。すなわち、
現在の好ましい実施例では、ウェブスポーク150は引張り弾性係数が高い材料すなわち引張り弾性係数が約10〜100Mpaの材料で作られる。ウェブスポークは必要に応じて補強できる。さらに、ウェブスポーク材料は30%歪みを与えた後に初めの長さに戻る弾性挙動を示し、かつ、4%歪みを与えたときに一定の応力を示さなければならない。さらに、材料のタンジェントΔが、関連した運転条件で0.1を越えないのが望ましい。これらの要求条件を満足する市販のゴムまたはポリウレタン材料を見つけることができる。本発明者はクロンプトン社のユニロイヤルケミカル部門(コネチカット州、ミドルベリー)のVibrathane B836(商標)ウレタンがウェブスポークに適していることを発見した。
ウェブスポークの配置をいろいろ変えることによって、タイヤの垂直方向、横方向および捩れスティフネスを接地圧とは独立して、さらに、互いに独立して調整することができる。
垂直方向スティフネスを調整することによって所定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て、接地圧を下げたり、垂直方向スティフネスを所定レベルに維持した状態でタイヤ重量を下げることができる。
Claims (23)
- 外側環状バンドと、この外側環状バンドから放射方向内側かつ横断方向へ向って延びた最大幅Wと放射方向高さNとを有する複数のウェブスポークと、これら複数のウェブスポークをホイールに連結する手段とを有する構造的に支持されたタイヤであって、
上記の複数のウェブスポークがバンドを横断する方向にカッタウェイ断面(cutaway section)を有し、このカッタウェイ断面のプロフィル(断面形状)は高さがHCで、最大深さDが上記放射方向高さNの5%以上且つ最大幅Wの30%以下であり、上記プロフィルはプロフィルの放射方向最外側部および放射方向最内側部の位置でプロフィルの接線と水平線とが角度αを成し、この角度αは少なくとも10°であり、プロフィルの最小曲率半径RRは放射方向高さNの少なくとも20%であることを特徴とするタイヤ。 - カッタウェイ断面が外側環状バンドおよび上記のウェブスポークをホイールに連結する手段から放射方向に高さhだけオフセットしており、この高さhは上記高さNの10%以下である請求項1に記載のタイヤ。
- 環状バンドが剪断層と、この剪断層の放射方向内側に接着された少なくとも1つの第1のメンブレンと、剪断層の放射方向外側に接着された少なくとも1つの第2のメンブレンとをさらに含み、各メンブレンが剪断層の剪断弾性率より大きな縦方向引張り弾性係数を有する請求項1に記載のタイヤ。
- 環状バンドの放射方向外側に配置されたトレッド部をさらに含む請求項1に記載のタイヤ。
- 複数のウェブスポークをホイールに連結する手段がウェブスポークの放射方向内側端部を互いに連結する取付けバンドからなる請求項1に記載のタイヤ。
- 複数のウェブスポークがウェブスポークの放射方向外側端部を互いに連結する放射方向外側バンドをさらに有する請求項1に記載のタイヤ。
- 各ウェブスポークが軸線方向に互いに平行な方向を向いている請求項1に記載のタイヤ。
- 各ウェブスポークが軸線方向に対して斜めの方向を向いている請求項1に記載のタイヤ。
- 互いに隣接するウェブスポークが軸線方向に対して互いに反対方向に斜めの角度を成している請求項10に記載のタイヤ。
- ウェブスポークが放射方向に圧縮された時に容易に湾曲するような曲率を赤道面内に有する請求項1に記載のタイヤ。
- 各ウェブスポークの厚さがタイヤ半径の約5%以下である請求項1に記載のタイヤ。
- 剪断層の剪断弾性率に対するメンブレンの一つの縦方向引張り弾性係数の比が少なくとも約100:1である請求項1に記載のタイヤ。
- 剪断層の剪断弾性率と剪断層の放射方向厚さとの積が接地圧と第2のメンブレンの最外側の放射方向位置との積にほぼ等しい請求項1に記載のタイヤ。
- 第1および第2のメンブレンの各々が少なくとも剪断層の弾性剪断弾性率に等しい弾性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。
- 上記カッタウェイが、上記プロフィルの放射方向最外側および放射方向最内側の位置で少なくとも10°のタンジェント角度αを有する放物線によって規定され、上記放物線が最大深さDに対応する軸線方向位置を通る請求項1に記載のタイヤ。
- 下記の段階を含むウェブスポークの横方向プロフィルの決定方法:
(a) ウェブスポークの幅Wおよび高さN、放射方向オフセットhおよびプロフィルの横方向深さDを特定し、その際に深さDは放射方向高さNの5%以上且つ幅Wの30%以下とし、
(b) プロフィルの接線と水平線とによって規定されるタンジェント角度αを計算で求め、
(c) 計算で得られたタンジェント角度α値を所定最小値と比較し、計算値または最小値の大きい方の値に角度αを設定し、
(d) 横方向プロフィルの最小曲率半径RRを計算で求め、
(e) 得られた計算値を所定最小半径値と比較し、
(f) 計算値が最小値よりも大きい場合は半径RRを大きい方の計算値に設定し、
(g) 半径RRが最小値よりも大きくなるまで角度α値を減らし、(c)〜(f)の段階を繰り返す。 - RRの最小値がウェブスポークの放射方向高さNの20%である請求項17に記載の方法。
- 角度αの最小値が10°である請求項17に記載の方法。
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