JP2008260514A - 非空気圧タイヤ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】環状バンド110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のメンブレンと、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のメンブレン140とを有する。各メンブレンはエラストマー剪断層の剪断弾性率より十分に大きな縦方向引張り弾性係数を有し、第2のメンブレン140の縦方向圧縮弾性率は第1のメンブレンの縦方向引張り弾性係数に少なくとも等しい。
【選択図】図1
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。
本願は米国特許第6,769,465号(発行日 2004年8月3日)になっている国際特許出願第PCT/US99/29366号(出願日 1999年12月10日)の一部継続出願である米国特許出願第10/081,571号(出願日 2002年2月22日)の一部継続出願である米国特許出願第10/782,999号(出願日 2004年2月20日)の一部継続出願である。上記米国特許出願第10/081,571号および第10/782,999号の開示は全て参考として本明細書の一部を成す。
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。
「赤道面」とはタイヤの回転軸線に直角なタイヤ構造を2つに分ける面を意味する。
「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「引張りモジュラス、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。
本明細書でコード補強されたメンブレンに対して用いられるメンブレンの「圧縮モジュラス、圧縮率」は深さ30mm、幅24mm、長さ40mmの試験片を成形して求める。試験片はプライを構成するのに用いられるゴムおよび/または他の材料に入れた対象コードまたはその他の補強要素を用いて構成する。このコードを試験片(寸法40mm)の長さに沿った方向に向け、単一面内に互いに平行に整合させる。コードの間隔はプライの間隔と同じにする。試験片の力と圧縮荷重との関係をInstron 4466を用いて測定する。次いで、同じ関係をコードまたは補強要素を用いずに構成した(すなわち等方性ゴムおよび/またはその他の材料しか含まない)同じ寸法のサンプルに対しても求める。次いで、この2つのサンプルのスティフネスの差を用いてコード(「ケーブル」ともよばれる)の圧縮モジュラスを求める。このモジュラスもダッシュ(')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。運転条件は各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および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、エラストマー剪断層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。エラストマー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、エラストマー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のメンブレンが2つの補強層131、132を有し、第2のメンブレン140も2つの補強層141、142を有する。
各メンブレン層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引張り弾性係数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)
Claims (9)
- エラストマー剪断層と、このエラストマー剪断層に放射方向内側から接着した少なくとも1つの第1のメンブレンと、上記エラストマー剪断層に放射方向外側から接着した少なくとも1つの第2のメンブレンとを有する補強された環状バンドと、この補強された環状バンドの放射方向外側に配置されたトレッド部分と、上記補強された環状バンドを横断する方向へ補強された環状バンドから放射方向内側へ向って延びた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において、
上記メンブレンの各々が上記エラストマー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し、一方のメンブレンの縦方向引張り弾性係数と上記エラストマー剪断層の剪断弾性率との比が少なくとも約100:1であり、第2のメンブレンの縦方向圧縮弾性率が第1のメンブレンの縦方向引張り弾性係数に少なくとも等しいことを特徴とするタイヤ。 - 第1のメンブレンの放射方向外側で、第2のメンブレンの放射方向内側の上記エラストマー剪断層中に位置した中間層をさらに有する請求項1に記載のタイヤ。
- 上記中間層がコード補強材を有し、上記エラストマー剪断層の容積に対するこのコード補強材の容積分率が約0.005〜0.010である請求項2に記載のタイヤ。
- 上記中間層のコード補強材がタイヤの周方向に対して平行な方向を向いている請求項2に記載のタイヤ。
- 少なくとも第1と第2のメンブレンの各々が、均質材料、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および少なくとも上記エラストマー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中に埋め込まれた実質的に伸びないコード補強材の1つによって形成される請求項1に記載のタイヤ。
- 第1と第2のメンブレンのコード補強材がタイヤの周方向に平行な方向を向いている請求項5に記載のタイヤ。
- 上記のコード補強材がタイヤの周方向に対して約10〜45°の角度を成す請求項5に記載のタイヤ。
- 上記エラストマー剪断層の剪断弾性率に対する一方のメンブレンの縦方向引張り弾性係数の比が少なくとも約1000:1である請求項1に記載のタイヤ。
- 上記エラストマー剪断層が約3〜約20MPaの弾性剪断弾性率を有する請求項1に記載のタイヤ。
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