JP2012507442A

JP2012507442A - タイヤ‐車輪アセンブリの圧力変化と振動を矯正するための構成

Info

Publication number: JP2012507442A
Application number: JP2011534765A
Authority: JP
Inventors: フォーガル，ロバート，デー，シニア; フォーガル，ロバート，デー，ジュニア
Original assignee: インターナショナルマーケティングインコーポレイテッド
Priority date: 2008-10-29
Filing date: 2009-10-29
Publication date: 2012-03-29
Also published as: EP2362829A1; CN102216061A; EP2362829A4; CA2742257A1; WO2010051371A1; US20100101692A1; MX2011004429A; AU2009308851A1; BRPI0920008A2; ZA201103735B

Abstract

本発明はタイヤ‐車輪アセンブリの圧力変化および／または振動数の改良された矯正のための装置と手段を包含する。特別な実施態様において、本発明は空気式タイヤ‐車輪アセンブリにおいて圧力変化および／または振動を弱めるための改良された矯正のためのシステムを包含し、このシステムは空気式タイヤ‐車輪アセンブリと、タイヤ‐車輪アセンブリ内に配置された複数の抑制粒子を含み、ここで前記粒子はエネルギーを抑制する少なくとも一つの粘弾性物質で形成される。他の実施態様では、本発明は複数の衝撃抑制粒子を提供する空気式タイヤ‐車輪アセンブリを提供するためのステップを含む空気式タイヤ‐車輪アセンブリの圧力変化と振動の均等化を改善するための手段を包含し、ここで当該粒子は少なくとも一つのエネルギー抑制粘弾性物質で形成されており、かつ前記複数の粒子は前記タイヤ‐車輪アセンブリ内の圧力チャンバーの中に自由に移動できる状態で配置される。
【選択図】図１

Description

本出願は、開示が全体に亘って参考として本書類で引用されている、２００８年１０月２９日に出願された出願番号第６１／１０９，３４２号の米国暫定特許出願に対する優先権と利益を請求する。

本発明は、タイヤと車輪（“タイヤ‐車輪”）アセンブリの運転中に空気式のタイヤおよび／または車輪に作用する圧力変化および／または振動を低減するために使用する複数の粒子を含む構成に係わるものである。更に特別な実施態様においては、この構成は、タイヤ‐車輪アセンブリが動作中に回転している間にタイヤに作用する任意の圧力変化および／または振動を低減するために、タイヤ‐車輪アセンブリの加圧されたチャンバー内に配置される。

タイヤは車両の操縦と乗り心地を改善するために自動車で利用される。しかしながら、タイヤは異常な状態や外乱に曝され、その結果としてタイヤと究極的には車両に作用する力変化と振動を生じる。究極的には、力変化と振動は車両の操作性、安定性および乗り心地を低減し、一方において過度なタイヤの消耗も生じさせる。従って、タイヤとタイヤ‐車輪アセンブリ、および究極的には車両に作用する力変化と振動を、消去しないならば、低減することが一般的には望ましい。

車両は一般にバネの付いていない集団とバネの付いた集団を含んでいる。バネの付いていない集団は一般に車両サスペンション・システムによって支持されていない車両部分を含んでいる。例えば、これらはタイヤ‐車輪アセンブリ、ステアリング・ナックル、ブレーキ、車軸のようなものである。反対に、バネの付いた集団は一般に車両サスペンション・システムによって支持される車両の残りの部分を含んでいる。バネの付いていない集団は磨耗した接合部、車輪のずれ、車輪の不均一性、およびブレーキ障害のような様々な原因から生じる外乱や振動に影響を受けやすいことがある。外乱や振動はタイヤに起因することもある。これはタイヤ不均衡、タイヤ不均一性、さらに不規則なトレッドの消耗のようなタイヤ欠陥によって生じることがある。

タイヤ不均衡は一般にタイヤの回転軸に対してタイヤ周りの重さの不均一な分布によって生じる。不均衡はタイヤに沿って左右に、あるいは横方向に、タイヤの重さが均一でない時にも生じる。不均衡はタイヤに関して均衡した重さの分布を与えるために特別な位置に付加的な重りを置くことによって矯正することができる。クリップ式の鉛重りあるいは鉛テープ重りのような均衡重りはタイヤの不均衡を矯正し、かつタイヤ‐車輪を均衡させるために、よく使用される。均衡重りは均衡をとる機械によって指定された位置内に車輪に付けられる。均衡をとることは複数の微粒子や粉砕された物質をタイヤ加圧室に挿入することによっても達成することができ、これは任意の不均衡を矯正するために遠心力によって内表面に押し付けられる。しかしながら、タイヤ‐車輪アセンブリの均衡でさえもタイヤが他の外乱や振動に曝されないことを保証出来ない。完全に均衡をとったタイヤでさえも厳しい振動を有することがあり、これはタイヤ内の不均一性から生じることがある。従って、均衡させたタイヤ‐車輪アセンブリは車両運転中にタイヤ‐車輪アセンブリに影響を与える不均一性を矯正できないことがある。

不均一性はタイヤの形状と構造の欠陥である。不均一性はタイヤの性能に影響を与える。従って、その効果は負荷をかけたタイヤの特別なダイナミック特性を測定することによって測定され、定量化される。不均一性はフットプリントＢを通してタイヤ１１に作用している力の変化も惹起する。例えば、タイヤは特殊な円錐状を形成することがあり、これはタイヤが円錐状の物体のように転がる傾向があり、それによってタイヤを道路の下で回転するように横方向に平行移動させる。タイヤはプライステアを経験することがあり、これはまたタイヤ作動中に横方向に滑らせるタイヤの傾向を定量化する。しかしながら、これはタイヤの物理的形状とは対照的に、タイヤ内部のタイヤ部品の方向配列に起因している。したがって、力の変化はタイヤが道路の下で回転するようにタイヤによって与えられる。これは異なったスプリング定数を有するタイヤの各部分がタイヤのフットプリントに入ったり、出たりするにつれてタイヤによって異なったレベルの力が与えられうることを意味している（タイヤが作用している地面に接触しているタイヤ部分）。不均一性は力変化機械によって測定される。

力変化はタイヤに関して異なった方向に生じることがある。したがって、それは半径方向（縦方向）、横方向（左右方向）、接線方向（前後方向）の力変化として定量化される。半径方向の力変化はタイヤが作動している地面から上方に伸びる縦軸に沿って、そしてタイヤ中心を通って、タイヤ回転軸に垂直に作用する。半径方向の力は縦方向で最も強く（例えば、車輪“ホップ”）、第一タイヤ調和振動をしている時のようなものである。半径方向の力は、例えば、回転タイヤ内の正味の質量不均衡の半径方向の遠心力によって水平方向（前後方向、または“急増”）成分を有することがある。横方向の力変化はタイヤの回転軸に関して軸方向に向いている。一方において、接線方向の力変化は半径方向と横方向の力変化の両方に対して垂直に向いている。これは一般にタイヤ移動の前後方向内にある。横方向の力はタイヤの揺れ、もしくは一定の操舵力を生じる。接線方向の力、あるいは前後方向の力は一般にタイヤ移動方向にタイヤのフットプリントに沿って作用する。あるいは、換言すれば、タイヤの外周（例えば、トレッド表面）に対して接線方向、そしてタイヤの回転軸に対して垂直方向の両方向に向いている（それ故に、半径方向と横方向に垂直でもある）。接線方向の力変化はタイヤに及ぼす“プッシュ・プル”効果として経験される。力変化はタイヤ‐車輪アセンブリのずれによっても生じることがある。

タイヤは車両のバネの付いた集団を支持しているので、タイヤによって経験する任意の不規則性、あるいは外乱は車両のバネの付いた集団に対して好ましくない外乱や振動の伝達を生じ、そして車両の操舵性と安定性の減少と同様に好ましくないか、またはひどい乗り心地を生じることがある。厳しい振動は、車輪の跳躍や車輪の異常振動（左右に揺れる）のような、危険な状態を生じる。半径方向の力変化は一般に速度依存性はないが、一方において前後の力変化は速度によって非常に変化する。接線方向の力変化は一般に時速４０マイル以下では重要ではない。しかしながら、時速６０マイル以上で回転する均衡をとったタイヤの受け入れがたい振動の主な原因として接線方向の力変化は半径方向の力変化を上回り、そして時速８０マイルに近づく速度では半径方向の２倍の変化の大きさに急激に成長することがある。現在、接線方向の力変化を減衰させる実行可能な手段は存在しない。

研削のような方法によってタイヤ・トレッドの肩および／または中央部分からゴムを取り除くことによって過剰な力変化を矯正するための手段が開発された。これらの手段は通常、自由に回転する負荷ドラムの表面に対して試験タイヤを回転させるアセンブリを含む力変化または均一性機械で行われる。この配置によって回転するタイヤによって与えられる力に依存した方法で動かされる負荷ドラムが得られ、それによって力が適切に配置された測定装置によって測定される。コンピュータが力測定結果を翻訳し、そのコンピュータによって制御される研削機によってタイヤ・トレッドからゴムを除去する。しかしながら、タイヤの研削は或る不利益を有している。例えば、研削はタイヤの有効なトレッド寿命を低減するかも知らないし、あるいは該タイヤが車両に使用されているときには不規則な磨耗の進展に到ることがある。研究によって研削が接線方向の力変化を低減しないことが示されている（ドルフィ著、“タイヤ不均一性と操舵車輪振動”、科学と技術、ＴＳＴＣＡ、第３３巻、第２号、２００５年４−６月号、９０頁〜９１頁）。実際問題として、タイヤの研削はタイヤ内部で接線方向の力変化を増加することもあり得る。

現在、タイヤを通して伝わってくる振動と同様に、タイヤの力変化を効果的に低減する必要性がある。これは過剰な力変化を有するタイヤを使用できるようにするものである。例えば、過剰な力変化を有する新しいタイヤを捨てるかわりに使用できるかも知れない。さらに、タイヤの磨耗または車両部品の不整合に起因するようなもの、即ちタイヤの生存中に表面化する力変化と振動を低減および／または矯正する必要がある。ここで、任意のそのような力変化および／または振動が表面化すると、そのような低減および／または矯正をすぐに思いつくことがある（すなわち、性能問題が明らかになった後で、そのようなタイヤを各々解析および／または矯正するために取り外すことをしないで）。回転抵抗を低減すること、およびタイヤのフットプリントでの衝撃エネルギー損失を低減することも必要なこととして残る。

本発明はタイヤ‐車輪アセンブリの力変化および／または振動数の改善された矯正に関する装置と手段を含んでいる。特別な実施態様において、本発明は空気式のタイヤ‐車輪アセンブリでの力変化の改善された矯正および／または振動を弱めるためのシステムを包含し、これはタイヤ‐車輪アセンブリ内に配置するのに適応した複数の減衰用の粒子を含み、ここで前記粒子は少なくとも一つのエネルギー減衰用の粘弾性物質で形成されている。特別な実施態様では、該システムは空気式のタイヤ‐車輪アセンブリを含んでいる。

他の実施態様では、本発明は、空気式タイヤ‐車輪アセンブリを与える事と、複数の衝撃減衰用の粒子を与える事と、ここで、粒子は少なくとも一つのエネルギー減衰用の粘弾性物質で形成されている事と、タイヤ‐車輪アセンブリの回転に関してタイヤ‐車輪アセンブリの任意の力変化率および／または振動の平準化を改善するために前記複数の粒子を自由に動ける状態で前記タイヤ‐車輪アセンブリ内の加圧室内に配置する事とのステップを含む空気式タイヤ‐車輪アセンブリの力変化と振動の平準化の改善の手段を含む。更なる実施態様では、該手段は該タイヤ‐車輪アセンブリが矯正のための力変化（即ち、矯正されるべき）を有することを決定するステップを含む。更なる実施態様では、配置するステップを実行した後で該手段が負荷の下でタイヤ‐車輪アセンブリを回転させるステップを包含する。ここで、前記複数の減衰用粒子は前記タイヤ‐車輪アセンブリの力変化および／または振動を平準化するために配置される。

本発明の前述の、かつ他の目的、特徴、有利性は、同じ参照番号が発明の同じ部分を表す添付図面で示されるように、本発明の特別な実施態様の以下のさらに詳細な説明から明らかになる。

図１はバネ付き集団とバネの付いていない集団を示す車両の単一車輪モデルを示している。図２はリムによって支えられるタイヤを含む通常のタイヤ‐車輪アセンブリの断片的な側面図であり、そして道路のような関連する支持表面の上に乗っており、耐えているタイヤ・トレッドの下部、即ち“フットプリント”を示している。図３は図２のタイヤ‐車輪アセンブリを含む車両の通常の後部位置バネの付いていない集団の軸方向の縦断面図であり、タイヤが負荷を掛けた下で道路表面に乗っているときのフットプリントの横方向の広がりを付加的に示している。図４は回転中の図３のタイヤ‐車輪アセンブリの断面図であり、タイヤが回転するとタイヤと道路表面との間で反応するいろいろな変化あるいは大きさの複数の半径方向の負荷力と、粒子混合物が可変の半径方向の衝撃力に比例した場所に押し付けられる方法を示している。図５はグラフであり、図４に従って平準化している間の回転／走行している状態の下で、タイヤに関連する粒子混合物の位置に対する衝撃力の関係を示している。図６は均衡している構図のグラフであり、本発明で述べられる多様態の概念を示している。図７は図６に類似したグラフであり、本発明で述べられる多様態の概念をさらに示している。

最初に車両の単一車輪モデルを示す図である図１の説明をする。ここで、記号Ｍｓはバネ付き車両構造の集団（以後、バネ付き集団と言う）を示しており、そして記号Ｍｕはバネの付いてない構造の集団（以後、バネの付いてない集団と言う）を示している。バネの付いてない集団Ｍｕは一般にタイヤ車輪アセンブリ、操舵継ぎ手、ブレーキ、車軸のような車両サスペンション・システムによって支持されない全ての車両部分で構成されている。バネ付き集団Ｍｓは反対に車両サスペンション・システムによって支持される全ての車両部分で構成されている。記号Ｋｓは車両スプリングのスプリング定数を示しており、Ｃｓは衝撃吸収体の減衰力を示している。バネの付いてない集団Ｍｕは磨耗したジョイント、車輪の不整合、ブレーキ障害、不規則なタイヤ磨耗などのようないろいろな発生源からの外乱や振動に対して影響を受けやすい。記号Ｋｔとしてタイヤのスプリング速度によって表されるように車両タイヤは弾力性があり、道路表面の上にある車両のバネ付き集団Ｍｓを支持している。如何なるタイヤや車輪の不均一性も可変なスプリング速度Ｋｔを生じ、タイヤが回転するとバネの付いてない集団Ｍｕの振動を引き起こすことがある。さらに、運転中にタイヤによって遭遇する如何なる障害物も衝撃を生じ、これはタイヤを通して最後には車両のバネ付き集団Ｍｓに伝播する力変化と振動を引き起こす。各々の場合に、振動および／または力変化はバネ付き集団Ｍｓに送られ、それによって車両の乗り心地、安定性、および／または操作性を低減させる。

タイヤ‐車輪アセンブリ１０を示す図である図２，３を参照すると、それは図１で説明されるバネの付いてない集団Ｍｕの要素である。タイヤ１１とタイヤ空気注入弁を有する車輪（即ち、リム）１２はタイヤ‐車輪アセンブリ１０を定義している。タイヤは半径方向に収縮し、そして例えば地面か、または道路表面である作動表面Ｒの上で止まっているか、または走っている時に負荷の下で外側に膨らむ傾向のある側面ＳＷ１、ＳＷ２（図２、３および４）を曲げる傾向がある。タイヤ１１に作用する負荷と同様に、タイヤ構造と膨張に依存して収縮の量は変化する。

タイヤ１１はトレッドＴで作動表面Ｒと噛み合い、これはトレッドが作動表面Ｒに押し付けられるとフットプリントＢを形成する。フットプリントＢは長さＬと横幅Ｗを有する形をつくる。タイヤ１１は車輪１２の上でタイヤ１１を固定するためにビーズＢ１、Ｂ２も含んでいる。タイヤ撓み、トレッド圧縮および／または摩擦損失のために、タイヤ１１は負荷の下で回転に抵抗する。従って、各タイヤ１１は負荷の下で作動するとき測定可能な回転抵抗を有している。

車両のバネの付いてない集団Ｍｕに関係した不均一性の矯正は操作性、寿命、および車両とそのタイヤの全体的な性能に有害な、望ましくない振動を低減するのに有効である。もし不均一性が矯正されないならば、過剰な力変化はタイヤやほかの車両部品の過剰な磨耗と同様に、過剰な振動および／または最適とは言えない車両の操作性、安定性、および乗り心地を生じるだろう。前に述べたように、仮にタイヤ‐車輪アセンブリが均衡していても（即ち、重さで均衡した集団、不均一性がタイヤに独立に存在し、かつ／または、例えば、ブレーキ障害、磨耗した操舵またはサスペンション結合、変化する道路状態、タイヤ磨耗または不整合、一度以上のタイヤの障害物に対する衝突（“障害物衝突”）などから生じるので、不均一性と振動は存在する。それ故に、タイヤ‐車輪アセンブリ１０の作動中に生ずる力変化と振動を低減、最小化、および／または矯正することと、短時間でそのようなことを達成すること（即ち、これらの力と振動矯正を行うための応答時間を最小化すること）が当面、必要である。この応答時間は復帰時間とも言われている。産業で知られている任意の手段を用いて、力変化機械を使用したり、または単純に該タイヤ‐車輪アセンブリが搭載された車両を用いることによって、その存在とタイヤ‐車輪アセンブリに存在する力変化の量でさえも、あるいはタイヤと車輪を別々でさえも測定することが可能である。

タイヤ内部の力変化と振動を劇的に低減し、最小化し、あるいは矯正するために、エネルギー吸収または減衰させる粘弾性物質で出来ている複数の粒子状物質（即ち、粒子）２０がタイヤ‐車輪アセンブリ１０内の圧力室Ｉに挿入される。圧力室Ｉは一般にタイヤ１１と車輪１２の間に位置している。抑制粒子２０は半径方向、横方向、接線方向の力変化さえも減衰させることができ、そして車両のタイヤ１１とバネの付いていない集団Ｍｕを通して作動する振動を低減、または減衰させることができる。抑制粒子２０は回転抵抗をも減衰させうる。粒子２０は圧力室Ｉ内で自由に動いているので粒子２０は圧力室内で位置を変えることができる／必要に応じて、タイヤ１１が作動中に生じる任意の力変化および／または振動に適応し、そして減衰させることができる。力変化を減衰させることに加えて、他のタイヤ均衡製品、例えば鉛重りのようなものを用いる代わりに、複数の粒子はタイヤ１１および／または車輪１２の任意の重さ不均衡を改善および／または修正することもある。しかしながら、タイヤ均衡重りは粒子２０と一緒に用いられることもある。

複数の粒子２０は圧力室Ｉに加圧弁を通して挿入される。しかしながら、他の実施態様では粒子２０が弁の開口よりも大きいので、粒子２０は加圧弁を通して挿入されないことがある。したがって、粒子２０はタイヤが車輪１２に充分に装填される前に圧力室Ｉに配置される。そのような実施態様において、粒子２０は分解可能な袋の内部のように、あるいは粒子２０のブリケットのように、粒子２０はタイヤ１１の中に自由に配置されるか、または集合形式でタイヤ１１内に配置される。タイヤはそのような動作中に温まり、そして／あるいは転がり回るので、袋あるいはブリケットは引き続くタイヤ作動中に劣化する。このプロセスは車両の各タイヤ‐車輪アセンブリ１０内で繰り返され、そして一度完了すると、各タイヤ‐車輪アセンブリ１０は低減された力変化と振動で回転し、これらは粒子２０によって弱められ、そして／あるいは吸収される。

さて、粒子２０の構成を参照すると、少なくとも粒子２０の（即ち、特別な量の）部分はエネルギー吸収の、あるいはエネルギー減衰の、粘弾性材料から形成されている。粘弾性材料は反発が少ないので（即ち、反発的跳躍が非常に少ない）、タイヤ作動期間中にタイヤの力変化を矯正するために粒子２０は素早くタイヤに沿って配置され、そのような位置はどこであっても維持することもできる。更に、減衰特性はタイヤ１１を通して伝播される如何なる振動も吸収することもできる。粘弾性材料は弾力性と粘性を有する性質を有している。例えば、純粋に弾力性材料に負荷を与えるとき、物質の対応する歪の間に蓄えられたエネルギーは全て負荷が取り除かれたときに戻される。反対に、純粋な粘性材料は対応する負荷が取り除かれた後に蓄えられた如何なる歪エネルギーも返さず、純粋な減衰を提供する。したがって、粘弾性材料は弾力性と粘性的振る舞いの両方を結合してエネルギーを吸収することのできるエネルギー減衰材料を提供し、タイヤ‐車輪アセンブリ１０に作用し、あるいは、生産される衝撃力と振動を減衰させる。

粘弾性材料の減衰特性は貯蔵率Ｅ’と損失率Ｅ”を有しているので粘弾性材料の減衰特性は数値化することができる。貯蔵率Ｅ’は粘弾性材料の弾性的振る舞い（即ち、弾性的応答）に関係しており、一方において損失率Ｅ”は粘弾性材料の粘性的振る舞い（即ち、粘性的応答）、つまり、換言すると、その物質のエネルギーを消費する能力に関係している。損失は時々、タンジェント・デルタ（タン・デルタ、つまりｔａｎδ）で数値化され、これは貯蔵率Ｅ’（即ち、弾性的応答）に対する損失率Ｅ”（即ち、粘性的応答）の比、つまりＥ”／Ｅ’である。タン・デルタはヒステリシスの尺度であり、これは周期的変形の間（負荷を掛けた時と負荷をとった時）に粘弾性エラストマーによって消費されるエネルギーの尺度である。物質の粘弾性的性質を特徴づけるためにタンジェント・デルタを使用することは当業者には良く知られている。タン・デルタが高くなればなるほど、エネルギー損失も高くなる。完全に弾性的な材料、つまりポリマーではタン・デルタは０である。タン・デルタは材料の構造、例えば結晶化度、架橋結合、分子量の程度のようなもの、と同様に温度によって影響を受ける。空気式タイヤによって経験される温度は環境温度からタイヤ作動中に数百度の範囲に及ぶことが知られているので、エネルギー抑制材料は意図するタイヤ温度範囲で使用するために希望するタンジェント・デルタを持つように選択される。

特別な実施態様において、粒子２０は希望するヒステリシス、あるいはエネルギー吸収、あるいは力抑制性質を有する粘弾性材料で形成される。一実施態様において、粒子２０はソルボセイン（登録商標）、オハイオ州ケントのソルボセイン会社で製造された粘弾性ウレタン高分子材料で形成されている。３０Ｓｈｏｒｅ００のデュロメータを有するソルボセイン（登録商標）材料に関しては、そのような材料はおのおの２％変形かつ２０％圧縮で取られた値で５ヘルツ励起で約０．３０、１５ヘルツ励起で０．３８、３０ヘルツ励起で０．４５のタン・デルタ値を有するように環境温度で特徴づけられている。５０Ｓｈｏｒｅ００のデュロメータを有するソルボセイン（登録商標）材料に関しては、そのような材料はおのおの２％変形かつ２０％圧縮で取られた値で５ヘルツ励起で約０．５６、１５ヘルツ励起で０．５８、３０ヘルツ励起で０．５７のタン・デルタ値を有するように環境温度で特徴づけられている。７０Ｓｈｏｒｅ００のデュロメータを有するソルボセイン（登録商標）材料に関しては、そのような材料はおのおの２％変形かつ２０％圧縮で取られた値で５ヘルツ励起で約０．５６、１５ヘルツ励起で０．６０、３０ヘルツ励起で０．５９のタン・デルタ値を有するように環境温度で特徴づけられている。環境温度は室温であって、これは一般におおよそ華氏６０‐８０度の間であり、これは少し高いか、あるいは低いかも知れないことを意味している。他の粘弾性あるいは粘性材料がソルボセイン（登録商標）の代わりに使用されることがある。例えば、この高分子材料はポリプロピレンが熱可塑性の硫化物の連続相であるポリプロピレンと硫化エチレン・プロピレン・ジエン単量体の混合物を含む熱可塑性の硫化物である。そのような材料の一つはＤＳＭによって製造されたサーリンク（登録商標）３１４０である。他の実施態様においては、この重合体はアールソップシムズ・バイブレーション社の製品であるＮＡＶＣＯＭ（商標）のようなブチルとクロロプレンのアモルファス高分子材料を含んでいる粘弾性材料である。他の実施態様においては、粒子２０を形成するための粘弾性材料は塩化ビニールである。

今までに開示されたもの以外のタンジェント・デルタ値を持つ粘弾性材料が使用されることがあるということが考えられる。例えば、粒子２０は３０Ｓｈｏｒｅ００のデュロメータを有する粘弾性材料で形成されうる。そのような材料はおのおの２％変形かつ２０％圧縮で取られた値で５ヘルツ励起で少なくともおおよそ０．１５または０．２０、１５ヘルツ励起で０．２０または０．２５、および／または３０ヘルツ励起で０．３０または０．３５のタン・デルタ値を有するように環境温度で特徴づけられている。粒子２０はまた５０Ｓｈｏｒｅ００のデュロメータを有する粘弾性材料でも形成されうる。そのような材料はおのおの２％変形かつ２０％圧縮で取られた値で５ヘルツ励起でおおよそ０．３０または０．３５、１５ヘルツ励起で０．４０または０．４５、および／または３０ヘルツ励起で０．４０または０．４５のタン・デルタ値を有するように環境温度で特徴づけられている。粒子２０はまた７０Ｓｈｏｒｅ００のデュロメータを有する粘弾性材料でも形成されうる。そのような材料はおのおの２％変形かつ２０％圧縮で取られた値で５ヘルツ励起で少なくともおおよそ０．４０または０．４５、１５ヘルツ励起で０．４５または０．５０、および／または３０ヘルツ励起で０．４５または０．５０のタン・デルタ値を有するように環境温度で特徴づけられている。環境温度は室温であって、これは一般におおよそ華氏６０‐８０度の間であり、それが少し高いか、または低いこともあることを意味している。

他の実施態様においては、粒子２０は所定の最小比重に基づいて選択されるエネルギー抑制材料で形成されている。比重は指定された温度と圧力において与えられた固体または液体材料の密度の水の密度に対する比率として定義される。１より大きい比重を持つ材料は水より密度が大きいので、そのような材料は水の中に沈む（表面張力の効果は無視する）。そして１より小さい比重を持つものは水より密度が小さいので、水の中に浮くことになる。一実施態様において、少なくとも０．９の最小比重を持つ材料が利用されることがある。他の実施態様においては、比重は少なくともおおよそ１．１であり、または少なくともおおよそ１．３である。しかしながら、他の比重を持つ材料が使用されうることも考えられる。

さらに他の実施態様においては、粒子２０は所定のデュロメータに基づいて選択されるエネルギー抑制材料で形成される。デュロメータは材料の硬さの尺度である。特別な実施態様においては、粒子２０はおおよそ７０Ｓｈｏｒｅ００またはそれ以下、５０Ｓｈｏｒｅ００またはそれ以下、３０Ｓｈｏｒｅ００またはそれ以下のデュロメータを有する材料で形成される。他の実施態様においては、デュロメータはおおよそ７０ＳｈｏｒｅＡまたはそれ以下、５０ＳｈｏｒｅＡまたはそれ以下、３０ＳｈｏｒｅＡまたはそれ以下である。しかしながら、他のデュロメータを有する材料が使用されることがあることも考えられる。特別な実施態様においては、低いデュロメータを有する粒子２０は大きな寸法を持つ粒子２０よりも小さく形成される。

空気式タイヤは通常、加圧室Ｉとタイヤの外側の間に伸びているバルブ軸を通して空気または他のガスで加圧される。現在バルブ軸と共にフィルターが用いられており、加圧室から粒子２０の不注意な放出を防ぎ、かつ／またはそうでなければ、バルブ軸に粒子２０が支えるのを防いでいる。フィルターの使用を止めるための努力の一環として、特別な実施態様において、粒子２０はバルブ軸の通路よりも大きい所定の最小粒子サイズまたは直径を有している。特別な実施態様において、粒子２０は直径が少なくとも０．１８７５インチまたは少なくとも０．２５インチである。他の実施態様においては、粒子２０は少なくとも０．５０インチ、少なくとも０．５７５インチ、少なくとも０．６００インチ、少なくとも０．７００インチ、少なくとも０．８５０インチ、少なくとも０．９５０インチ、あるいは少なくとも１．０インチにほぼ等しい直径を有している。他の実施態様においては、粒子２０の直径は４インチ、またはそれ以上であり得る。これらの任意のサイズを有する粒子は今までに与えられた項で述べた任意の材料特性を有する粘弾性材料で形成される。

前に述べたように、振動と力は負荷をかけたタイヤ作動中に惹起する。ここで、ここで、力と振動は少なくともある程度はタイヤのフットプリントに入ったり、出たりする時のタイヤの屈折のために生ずる。更に、力と振動は障害物、道にできた深い穴または作動表面または道路表面Ｒの上に存在する他の障害物のようなものに衝突するときに生ずる。従って、タイヤの加圧室内で自由に動ける粒子２０を与えることによって、少なくともある程度はタイヤの内部／または上で作用する力変化と振動を矯正するために粒子２０はタイヤの特別な内部表面に移動することができる。更に、粒子２０のエネルギーを吸収する性質は粒子２０がタイヤ１１の内部と上で作用する振動（即ち、振動数）と力の少なくとも一部を吸収する事および／または妨害する事を許すことによって粒子の有効性を改善する。これは粒子２０に粒子緩衝器として働くのを許すことを単に続けるのだけではなく、それによって粒子は望ましくない力および／または振動を妨げるためにタイヤ表面に衝撃を与えることによって力と振動を抑制するのであるが、それは力と振動の抑制もする材料を与えるものである。さて、実際には抑制を起こすために二つの手段がある。粒子（衝突）抑制と材料抑制であり、これらの各々はタイヤ１１の上に作用する力と振動を中断させ、かつ破壊的に妨害する。さらに、抑制する（エネルギーと力を吸収する）材料を利用することによって、粒子２０は内部タイヤ表面または他の粒子に衝突した後の跳ね返りが少なくなる。これによって粒子がタイヤの位置にすばやく適応し、落ち着くことができるようになる。これはタイヤの回転抵抗も改善する。

回転抵抗は負荷をかけたタイヤの回転に抵抗しようとする傾向であり、これは少なくとも部分的にはタイヤがタイヤ・フットプリントに入るときにタイヤの曲折によって生じる。タイヤがフットプリントに入ると、タイヤは曲折し、そしてトレッドはその動作または道路表面Ｒに衝撃を与え、これはフットプリントから伝わる力変化や振動と同様に抵抗力を発生する。衝撃のエネルギーを確実に吸収する粒子２０を用いることによって、粒子２０は力と振動を吸収することによって回転に抵抗しようとするタイヤの傾向をよく克服することができる。さらに、加圧室Ｉに存在する粒子２０全体の全重量を増やすことによってタイヤが回転するときにさらに多くのモーメントが粒子によって与えられる。追加モーメントがタイヤ回転に抵抗する力を克服するのに役に立つので、これはタイヤ１１の回転抵抗を克服する（改善する）のに有益である。重さの全体的な増加は粒子２０の大きさと質量を増やすことによって、および／または加圧室Ｉ内に存在する粒子の量を増やすことによって与えられる。例えば、直径２２インチのタイヤの加圧室Ｉ内に２０オンスの粒子２０を与えることによって、タイヤが回転すると時速約６７マイルで走っている車両に粒子２０は約６１ポンドの力を与える。比較すると、同じタイヤ１１の加圧室内に１２オンスの粒子２０を与えることは約３６ポンドの力を与える。したがって、加圧室Ｉ内にさらに多くの粒子重量を与えることによって、さらに高いレベルの力変化と振動が減少および／または克服され、そして回転抵抗は力変化と振動の減少と同様にモーメントの増加によって減少する。特別な実施態様において、少なくとも約１０オンスの粒子２０が乗用車タイヤ‐車輪アセンブリ１０の加圧室Ｉ内に置かれている。他の実施態様においては、例えばオートバイの加圧室Ｉ内には軽量の粒子２０が置かれ、例えば、土工機械や飛行機のタイヤにはもっと重量の粒子が置かれることがある。力変化と振動の矯正のために目下の使用では抑制粒子２０とともに、一つ以上の均衡重り製品、鉛重りのようなものもタイヤまたは車輪の不均衡を矯正するために使用される。

タイヤ‐車輪アセンブリ回転中に道路Ｒと下部のトレッドＴまたはフットプリントＢとの間で連続的に反応する無数の半径方向の衝撃力（Ｆｎ）を示す図４と５の説明をする。フットプリントＢの横幅Ｗと長さＬに交差して実質的には無限数の位置（Ｐｎ）に無限数のそのような力Ｆｎが存在する。そして、図４と５は図式的に各々の位置Ｐ１‐Ｐ５に５つのそのような衝撃力Ｆ１‐Ｆ５を示している。図５に示されているように、特別な衝撃力位置でのタイヤ磨耗、各衝撃力位置での道路条件、各タイヤ‐車輪への負荷などのような要因のために力Ｆ１‐Ｆ５はお互いに異なっているということが仮定され得る。それ故に、最も大きい衝撃力は位置Ｐ２での力Ｆ２であるのに対して最も少ない衝撃力は位置Ｐ１での力Ｆ１である。もう一度、これらの力Ｆ１‐Ｆ５は側壁ＳＷ１とＳＷ２の間でタイヤ１１を横方向に交差し、そしてタイヤ‐車輪アセンブリ１０が回転すると連続的に生成され、変化するタイヤ内部に沿って円周上にある無数の／無限数の力の単なる例である。

これらの衝撃力はタイヤ‐車輪アセンブリの回転中に生成されるので、粒子２０は衝撃または粒子緩衝器として動作し、振動、振動数、および／または抵抗性回転力を抑制するための別の手段を提供する。前述したように、これは粒子２０を形成するために使用される粘弾性材料の粘性的性質によって少なくとも一部は吸収されている各々に付け加えられる。次に、任意の存在する力変化を矯正するために粒子２０は衝撃力Ｆｎの位置と厳しさに依存して最初の位置から移動することができる。粒子２０の移動は衝撃力の大きさに反比例する。例えば、最も大きい力Ｆ１（図５）は位置Ｐ１にある。そしてこれらの更に大きい力Ｆ１によって粒子２０は位置Ｐ１から押しやられ、負荷力はその場所で最も高くなるので最も少ない量の粒子が点Ｐ１に残留する。逆に、衝撃力Ｆは衝撃力位置点Ｐ２において最も低い、それ故に、その場所にもっと多くの粒子２０が残留する（図４）。換言すると、衝撃力が最大、または最も大きいところでは（例ではＦ１）、粒子の量は最も少なくなる。最小の衝撃力の点（例では点Ｐ２）では粒子２０の量は比例して増加し、それによって振動または衝撃力Ｆｎを吸収し、抑制する追加的質量を与える。従って、振動または衝撃力Ｆｎは粒子２０を連続的に高い、あるいは過剰な衝撃力Ｆ１から最小の衝撃力Ｆ２の領域の方に移動させる。

粒子２０はこれらの衝撃力Ｆｎによって横方向および円周方向と同様に、半径方向に動かされる。しかし、もし一個の力と粒子２０の個々の粒子が分離することができるならば、言わば、原因と効果の観点から、最大の衝撃力Ｆｎの点に位置する一個の粒子は理論的にそこで１８０度動かされるであろう。本質的に、充分な量の粒子２０で、その衝撃を通して、可変の力Ｆｎはタイヤ内部Ｉで浮遊効果を生成し、それは完全なタイヤ‐車輪アセンブリ１１の円周方向および横方向の全体的な力の均一化が存在するまでフットプリントに対して与えられる半径方向の力変化を少なくとも部分的に均一化する。それ故に、タイヤ‐車輪アセンブリ１１の回転によって生成される回転力は、浮揚と力均一化を達成して、そして円滑な乗り心地を保証するように、粒子２０を位置させるために利用されるエネルギーまたは力Ｆｎを効果的に生成する。さらに、以下に記述される粒子２０の特性によって、タイヤ‐車輪アセンブリ１０が回転すると道路共振が吸収される。

さて、図６と７を参照すると、グラフが典型的な多様構成で示されている。グラフは粒子直径に対する重量比率のプロットであり、グラフの左下側にあるゼロ点からの距離と共に両方とも増加している。図６は３つの別個な粒子直径の範囲２１、２２、２３を有する三峰性の構成を示している。この範囲はそれぞれ２４、２５、２６として認定される各範囲のほぼ中点に中心が置かれている。範囲２１と２２は領域２７で重なっていることが示されている。示されてはいないのだけれども、重なりあった領域は範囲の交差点に粒子重量比率の頂点を有する他の小さな状態を生じている。範囲２３は他のどの範囲とも重なっていない。図７は一つの重なり合っていない粒子直径範囲３１と三つの重なり合っている粒子直径サイズ３２、３３、３４を有する多様構成を示している。この範囲はそれぞれ３５、３６、３７および３８として認定される各範囲のほぼ中点に中心が置かれている。各グループの粒子重量比率は一般に図６のものと同じであるが、範囲３１の粒子重量比率は他のグループのものよりも極めて大きい。範囲３２、３３、３４は領域３９と４０で重なっていることが示されている。

粒子２０は異なった粒子サイズを有する粒子の混合物を含んでいる。一実施態様において、その混合物は第一の粒子サイズを有する集合と第二の粒子サイズを有する集合を含んでいる。他の実施態様においては、粒子２０は第一のサイズ範囲を有する第一の粒子の集合と第二のサイズ範囲を有する第二の粒子の集合の混合物を含み、ここで混合物の粒子サイズ分布は少なくとも二つの状態によって特徴づけられる（即ち、分布は多様である）。即ち、粒子直径、即ちサイズに対する重さ比率のプロットは二つまたはそれ以上の粒子サイズあるいは粒子が無いか、または殆ど無い粒子サイズ範囲の領域によって分離された、比較的高い粒子密度を有する粒子サイズ範囲を示している。他の実施態様において、粒子２０は三峰性の粒子サイズ分布を有する粒子の混合物を含んでいる。そのような実施態様においては、第一の状態は少なくとも約０．５５０インチ、第二の状態は少なくとも約０．５７５インチ、そして第三の状態は少なくとも約０．６００インチである。他の実施態様においては、各状態は３２項で以前に識別した任意のサイズ、つまり直径を有する粒子２０を含んでいる。多様の粒子サイズ分布の利益は大きい粒子は大きな力に応答して追加のエネルギー吸収と力抑制を与えるのだけれども、小さいサイズの粒子は小さい力に素早く応答することである。

タイヤ‐車輪アセンブリ１０が回転すると、粒子２０がタイヤ１１の内部表面に“釘づけ”にされるような充分な求心力にアセンブリ１０と粒子２０が支配されるまで、粒子２０はアセンブリ１０の内部で転がり回っている。アセンブリ１０の中で転がり回っている間、複数の粒子２０の表面と同様に粒子２０はアセンブリ１０の内部表面に繰り返し衝撃を与える。これによって、粒子２０の表面が磨耗し、劣化する。それ故に、粒子２０はアセンブリ１０の中で転げまわっている間に劣化することから粒子２０を守るのに充分な所定の硬さあるいは硬さ範囲を持つように選択される。一実施態様においては、粒子２０の硬さ範囲は高々、約３０から７０Ｓｈｏｒｅ００、または３０から７０ＳｈｏｒｅＡの硬度である。

本発明は信頼できる好ましい実施態様に関連して記述されているが、当業者には明らかなように、以下の請求範囲で明示されているようにいくらかの変更や改変は本発明の範囲内で可能である。

Claims

粒子が少なくとも一つのエネルギー抑制用粘弾性材料で形成されている、タイヤ‐車輪アセンブリ内に位置づけられた複数の抑制用の前記粒子を含む空気式タイヤ‐車輪アセンブリに於いて、力変化および／または振動の抑制の改良された矯正のためのシステム。
少なくとも一つのエネルギー抑制用材料が環境温度で、２％の歪および２０％圧縮でとられた少なくとも約３０Ｓｈｏｒｅ００のデュロメータと、５ヘルツ励起で少なくとも０．１５のタンジェント・デルタを有する、請求項１のシステム。
少なくとも一つのエネルギー抑制用材料が環境温度かつ２％の歪および２０％圧縮でとられた少なくとも約５０Ｓｈｏｒｅ００のデュロメータと、５ヘルツ励起で少なくとも０．３０のタンジェント・デルタを有する、請求項１のシステム。
少なくとも一つのエネルギー抑制用材料が環境温度かつ２％の歪および２０％圧縮でとられた少なくとも約７０Ｓｈｏｒｅ００のデュロメータと、５ヘルツ励起で少なくとも０．３５のタンジェント・デルタを有する、請求項１のシステム。
前記粘弾性抑制用材料が熱可塑性加硫物である、請求項１のシステム。
前記熱可塑性加硫物がポリプロピレンと硫化エチレン・プロピレン・ジエン単量体を含む、請求項５のシステム。
前記ポリプロピレンが前記熱可塑性加硫物の連続相を含む、請求項６のシステム。
前記粘弾性抑制用材料がブチルとクロロピレン高分子材料のアモルファス混合物を含む、請求項１のシステム。
前記の少なくとも一つのエネルギー抑制用材料が少なくとも約０．９０の最小比重を有する、請求項１のシステム。
前記の少なくとも一つのエネルギー抑制用材料が少なくとも約１．３０の最小比重を有する、請求項１のシステム。
抑制用粒子の直径が少なくとも約０．１８７５インチである、請求項１のシステム。
抑制用粒子の直径が少なくとも約０．２５００インチである、請求項１のシステム。
抑制用粒子が粒子の混合物を含み、前記混合物が第一直径の粒子と第二直径の粒子を含む、請求項１のシステム。
前記抑制用粒子が抑制用粒子の混合物を含み、前記混合物が第一サイズ範囲を有する粒子の第一集合と第二サイズ範囲を有する粒子の第二集合を含み、前記混合物の粒子サイズ分布が少なくとも二つの状態によって特徴づけされる、請求項１のシステム。
前記抑制用粒子が抑制用粒子の混合物を含み、前記混合物が第一様態の粒子サイズを有する粒子の第一集合、第二様態の粒子サイズを有する粒子の第二集合、第三様態の粒子サイズを有する粒子の第三集合を含む、請求項１のシステム。
第一様態の粒子サイズが少なくとも０．５５０インチ、第二様態の粒子サイズが少なくとも０．５７５インチ、そして第三様態の粒子サイズが少なくとも０．６００インチである、請求項１７のシステム。
前記抑制用粒子が３０‐７０Ｓｈｏｒｅ００硬度の硬さを有する、請求項１のシステム。
前記抑制用粒子が３０‐７０ＳｈｏｒｅＡ硬度の硬さを有する、請求項１のシステム。
前記粘弾性材料が塩化ポリビニールを含む、請求項１のシステム。
空気式タイヤ‐車輪アセンブリを提供し、請求項１の複数の衝撃抑制用粒子を提供し、タイヤ‐車輪アセンブリの回転に関して空気式タイヤ‐車輪アセンブリの力変化および／または振動の平準化を改善するために前記複数の粒子を前記タイヤ‐車輪アセンブリ内の圧力室の中に自由に動ける関係になるように配置するためのステップを含む、空気式タイヤ‐車輪アセンブリの力変化および／または振動の改良された平準化のための手段。
タイヤ／車輪アセンブリが矯正のための力変化を有することを測定するステップをさらに含む、請求項２０の手段。
タイヤ‐車輪アセンブリ内の任意の不均衡を本質的に矯正するためにタイヤ‐車輪アセンブリに沿って少なくとも一つの均衡重りを配置するステップをさらに含む、請求項２１の手段。
少なくとも一つのエネルギー抑制材料が、環境温度かつ２％歪かつ２０％圧縮でとられた、近似的に少なくとも３０Ｓｈｏｒｅ００のデュロメータと、５ヘルツ励起で少なくとも０．２５のタンジェント・デルタを有する、請求項２０の手段。
少なくとも一つのエネルギー抑制材料が、環境温度かつ２％歪かつ２０％圧縮でとられた、近似的に少なくとも５０Ｓｈｏｒｅ００のデュロメータと、５ヘルツ励起で少なくとも０．４５のタンジェント・デルタを有する、請求項２０の手段。
少なくとも一つのエネルギー抑制材料が、環境温度かつ２％歪かつ２０％圧縮でとられた、近似的に少なくとも７０Ｓｈｏｒｅ００のデュロメータと、５ヘルツ励起で少なくとも０．５０のタンジェント・デルタを有する、請求項２０の手段。
前記粘弾性抑制材料が熱可塑性硫化物である、請求項２０の手段。
前記熱可塑性硫化物がポリプロピレンと硫化エチレン・プロピレン・ジエン単量体の混合物を含む、請求項２６の手段。
前記ポリプロピレンが前記熱可塑性硫化物の連続相を含む、請求項２７の手段。
粘弾性抑制材料がブチルとクロロプレン高分子材料のアモルファス混合物を含む、請求項２０の手段。
前記少なくとも一つのエネルギー抑制材料が少なくとも約０．９０の最小比重を持つ、請求項２０の手段。
前記少なくとも一つのエネルギー抑制材料が少なくとも約１．３０の最小比重を持つ、請求項２０の手段。
抑制粒子の直径が少なくとも約０．１８７５インチである、請求項２０の手段。
抑制粒子の直径が少なくとも約０．２５００インチである、請求項２０の手段。
前記抑制粒子が粒子の混合物を含み、前記混合物が第一直径の粒子と第二直径の粒子を含む、請求項２０の手段。
前記抑制粒子が抑制粒子の混合物を含み、前記混合物が第一サイズ範囲を有する粒子の第一集合と第二サイズ範囲を有する粒子の第二集合を含み、前記混合物の粒子サイズ分布が少なくとも二つの様態で特徴づけられる、請求項２０の手段。
前記抑制粒子が抑制粒子の混合物を含み、前記混合物が第一様態の粒子サイズを有する粒子の第一集合を含み、粒子の第二集合は第二様態の粒子サイズを有し、粒子の第三集合は第三様態の粒子サイズを有する、請求項２０の手段。
第一様態の粒子サイズが少なくとも０．５５０インチであり、第二様態の粒子サイズが少なくとも０．５７５インチであり、第三様態の粒子サイズが少なくとも０．６００インチである、請求項３６の手段。
前記抑制粒子が３０−７０Ｓｈｏｒｅ００硬度の硬さを有する、請求項２０の手段。
前記抑制粒子が３０−７０ＳｈｏｒｅＡ硬度の硬さを有する、請求項２０の手段。
前記粘弾性材料が塩化ポリビニールを含む、請求項２０のシステム。