JP2017190128A - 剪断バンド及び非空気式タイヤ - Google Patents

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layers
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スポルテリ フランセスコ
Francesco Sportelli
スポルテリ フランセスコ
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Goodyear Tire and Rubber Co
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Abstract

【課題】本発明は、低コストで、重量が低減され、熱の発生が低減され、柔軟である剪断バンドの提供を目的とする。【解決手段】剪断バンドは、３次元スペーサ構造を特徴とする剪断バンドであって、前記３次元スペーサ構造が第１及び第２の材料の層から形成され、各材料の層が第１の方向に延びている第１の補強部材と、第２の方向に延びている第２の補強部材とを有し、各材料の層が第３の方向に延びている複数の接続補強部材によって互いに接続され、前記３次元スペーサ構造が前記複数の接続部材間に形成された複数のセルをさらに含み、前記セルのうちの１つ又は複数が充填材料で充填されている。【選択図】図２Ｃ

Description

本発明は、一般に車両用のタイヤ及び非空気式タイヤに関し、より詳細には剪断バンド及び非空気式タイヤに関する。
発明の背景
空気式タイヤは、１世紀以上の間、乗り物の移動性のために選ばれてきた解決策である。空気式タイヤは、引張構造である。空気式タイヤは、空気式タイヤを現在非常に支配的なものにしている少なくとも４つの特性を有する。空気式タイヤは、荷重を支えることにタイヤの構造の全てが関わるので、荷重を支えるのに有能である。空気式タイヤはまた、車両の荷重を分散させるおかげで接地圧が低く、結果として道路上での摩耗が抑えられるので、望ましい。空気式タイヤはまた、剛性が低く、そのことが車両の快適な乗り心地を保証する。空気式タイヤの主な欠点は、圧縮ガスを必要とすることである。従来の空気式タイヤは、タイヤ空気圧を完全に失うと役に立たなくなる。
タイヤ空気圧を伴わずに動作するように設計されたタイヤが、空気式タイヤに関連する問題及び妥協の多くを排除するであろう。圧力維持も圧力監視も必要とされない。今日までの中実タイヤなどの構造的に支持されるタイヤ又は他のエラストマー構造は、従来の空気式タイヤで必要とされる性能の水準を提供していない。空気式タイヤのような性能を与える、構造的に支持されるタイヤの解決策が、望ましい改善となるはずである。
非空気式タイヤは、通常、それらの荷重を支える能率によって定義される。「ボトムローダ（Ｂｏｔｔｏｍ ｌｏａｄｅｒ）」は、構造のうちのハブより下方の部分で荷重の大部分を支える、本質的に剛体の構造である。「トップローダ（Ｔｏｐ ｌｏａｄｅｒ）」は、荷重を支えることに構造の全てが関わるように設計されている。したがって、トップローダは、ボトムローダよりも荷重を支える能率が高く、質量の少ない設計を可能にしている。
剪断バンドの目的は、地面との接触による荷重をスポーク又は接続ウェブにおける張力を介してハブへ伝達して、トップローディング構造を作り出すことである。剪断バンドが変形するときの好ましい変形の形態は、剪断過剰曲り（ｓｈｅａｒ ｏｖｅｒ ｂｅｎｄｉｎｇ）である。変形の剪断モードは、剪断バンドの外側部分上に配置されている伸張不可能な膜のために生じる。従来技術の非空気式タイヤは、通常、伸張不可能なベルト又は膜の少なくとも２つの層の間に挟まれたゴム材料から作られた、剪断バンドを有している。このタイプの構成の欠点は、ゴムを使用することにより非空気式タイヤのコスト及び重量が著しく増大することである。ゴムを使用することの別の欠点は、ゴムが特に剪断バンドにおいて熱を発生させることである。さらに、剪断バンド内のゴムは、剪断において柔軟である必要があり、そのことが、望ましい化合物を見つけることを難しくしている。
したがって、空気詰めの必要性という欠点を伴わずに空気式タイヤの全ての特徴を有する、改良された非空気式タイヤが望まれている。
本発明は、低コストで、重量が低減され、熱の発生が低減され、柔軟である非空気式タイヤの提供を目的とする。
本発明の１つ又は複数の実施態様は、３次元スペーサ構造を備えている剪断バンドであって、該３次元スペーサ構造が第１及び第２の材料の層から形成され、各材料の層が第１の方向に延びている第１の補強部材と、第２の方向に延びている第２の補強部材とを有し、各材料の層が第３の方向に延びている複数の接続補強部材によって互いに接続され、該３次元スペーサ構造が該複数の接続部材間に形成された複数のセルをさらに含み、該セルのうちの１つ又は複数が充填材料で充填されている、剪断バンドを提供する。
本発明の１つ又は複数の実施態様は、３次元スペーサ構造を備えている剪断バンドであって、該３次元スペーサ構造が第１及び第２の材料の層から形成され、各材料の層が第１の方向に延びている第１の補強部材と、第２の方向に延びている第２の補強部材とを有し、各材料の層が第３の方向に延びている複数の接続補強部材によって互いに接続され、該３次元スペーサ構造が該複数の接続部材間に形成された複数のセルをさらに含み、該セルのうちの１つ又は複数が充填材料で充填されており、少なくとも２つの開いたセルが充填材料で充填されている、剪断バンドを提供する。
本発明の１つ又は複数の実施態様は、３次元スペーサ構造を備えている剪断バンドであって、該３次元スペーサ構造が第１及び第２の材料の層から形成され、各材料の層が第１の方向に延びている第１の補強部材と、第２の方向に延びている第２の補強部材とを有し、各材料の層が第３の方向に延びている複数の接続補強部材によって互いに接続され、該３次元スペーサ構造が該複数の接続部材間に形成された複数のセルをさらに含み、該セルのうちの１つ又は複数が充填材料で充填され、該充填されている開いたセルが該剪断バンドの軸方向中心に配置されている、剪断バンドを提供する。
本発明の１つ又は複数の実施態様は、３次元スペーサ構造を備えている剪断バンドであって、該３次元スペーサ構造が第１及び第２の材料の層から形成され、各材料の層が第１の方向に延びている第１の補強部材と、第２の方向に延びている第２の補強部材とを有し、各材料の層が第３の方向に延びている複数の接続補強部材によって互いに接続され、該３次元スペーサ構造が該複数の接続部材間に形成された複数のセルをさらに含み、該セルのうちの１つ又は複数が充填材料で充填され、該充填材料が連続気泡フォーム又は独立気泡フォームであり得る、剪断バンドを提供する。
本発明の１つ又は複数の実施態様は、３次元スペーサ構造を備えている剪断バンドであって、該３次元スペーサ構造が第１及び第２の材料の層から形成され、各材料の層が第１の方向に延びている第１の補強部材と、第２の方向に延びている第２の補強部材とを有し、各材料の層が第３の方向に延びている複数の接続補強部材によって互いに接続され、該３次元スペーサ構造が該複数の接続部材間に形成された複数のセルをさらに含み、該セルのうちの１つ又は複数が充填材料で充填され、該充填材料がＥＶＡである、剪断バンドを提供する。
本発明の１つ又は複数の実施態様は、３次元スペーサ構造を備えている剪断バンドであって、該３次元スペーサ構造が第１及び第２の材料の層から形成され、各材料の層が第１の方向に延びている第１の補強部材と、第２の方向に延びている第２の補強部材とを有し、各材料の層が第３の方向に延びている複数の接続補強部材によって互いに接続され、該３次元スペーサ構造が該複数の接続部材間に形成された複数のセルをさらに含み、該セルのうちの１つ又は複数が充填材料で充填され、該充填材料がシーラント又は他の軟質材料である、剪断バンドを提供する。
本発明の１つ又は複数の実施態様は、３次元スペーサ構造を備えている剪断バンドであって、該３次元スペーサ構造が第１及び第２の材料の層から形成され、各材料の層が第１の方向に延びている第１の補強部材と、第２の方向に延びている第２の補強部材とを有し、各材料の層が第３の方向に延びている複数の接続補強部材によって互いに接続され、該３次元スペーサ構造が該複数の接続部材間に形成された複数のセルをさらに含み、該セルのうちの１つ又は複数が充填材料で充填され、該剪断バンドが伸張不可能な膜層をさらに含んでいる、剪断バンドを提供する。
本発明の１つ又は複数の実施態様は、３次元スペーサ構造を備えている剪断バンドであって、該３次元スペーサ構造が第１及び第２の材料の層から形成され、各材料の層が第１の方向に延びている第１の補強部材と、第２の方向に延びている第２の補強部材とを有し、各材料の層が第３の方向に延びている複数の接続補強部材によって互いに接続され、該３次元スペーサ構造が該複数の接続部材間に形成された複数のセルをさらに含み、該セルのうちの１つ又は複数が充填材料で充填され、該第１及び第２の層が２ミリメートルから１５ミリメートル、より好ましくは３ミリメートル〜８ミリメートル、さらに好ましくは５ミリメートル〜１０ミリメートルの範囲内の距離Ｚによって隔てられている、剪断バンドを提供する。
本発明の１つ又は複数の実施態様は、３次元スペーサ構造を備えている剪断バンドであって、該３次元スペーサ構造が第１及び第２の材料の層から形成され、各材料の層が第１の方向に延びている第１の補強部材と、第２の方向に延びている第２の補強部材とを有し、各材料の層が第３の方向に延びている複数の接続補強部材によって互いに接続され、該３次元スペーサ構造が該複数の接続部材間に形成された複数のセルをさらに含み、該セルのうちの１つ又は複数が充填材料で充填され、該３次元スペーサ構造がオーセチック材料（ａｕｘｅｔｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌ）で形成されている、剪断バンドを提供する。
本発明の１つ又は複数の実施態様は、３次元スペーサ構造を備えている剪断バンドであって、該３次元スペーサ構造が第１及び第２の材料の層から形成され、各材料の層が第１の方向に延びている第１の補強部材と、第２の方向に延びている第２の補強部材とを有し、各材料の層が第３の方向に延びている複数の接続補強部材によって互いに接続され、該３次元スペーサ構造が該複数の接続部材間に形成された複数のセルをさらに含み、該複数の接続部材が該第１及び第２の材料の層に対して直角をなしている、剪断バンドを提供する。
本発明の１つ又は複数の実施態様は、３次元スペーサ構造を備えている剪断バンドであって、該３次元スペーサ構造が第１及び第２の材料の層から形成され、各材料の層が第１の方向に延びている第１の補強部材と、第２の方向に延びている第２の補強部材とを有し、各材料の層が第３の方向に延びている複数の接続補強部材によって互いに接続され、該３次元スペーサ構造が該複数の接続部材間に形成された複数のセルをさらに含み、該複数の接続部材が該第１及び第２の材料の層に対して斜めになっている、剪断バンドを提供する。
本発明の１つ又は複数の実施態様は、３次元スペーサ構造を備えている剪断バンドであって、該３次元スペーサ構造が第１及び第２の材料の層から形成され、各材料の層が第１の方向に延びている第１の補強部材と、第２の方向に延びている第２の補強部材とを有し、各材料の層が第３の方向に延びている複数の接続補強部材によって互いに接続され、該３次元スペーサ構造が該複数の接続部材間に形成された複数のセルをさらに含み、該剪断バンドの中心部の径方向厚さが該剪断バンドの両外端部の厚さを超えるように該剪断バンドの両側方端部がテーパ付けされている、剪断バンドを提供する。
本発明の１つ又は複数の実施態様は、３次元スペーサ構造を備えている剪断バンドであって、該３次元スペーサ構造が第１及び第２の材料の層から形成され、各材料の層が第１の方向に延びている第１の補強部材と、第２の方向に延びている第２の補強部材とを有し、各材料の層が第３の方向に延びている複数の接続補強部材によって互いに接続され、該３次元スペーサ構造が該複数の接続部材間に形成された複数のセルをさらに含み、該３次元スペーサ構造が軸方向幅を有し、該複数の接続部材の長さが該３次元スペーサ構造の全軸方向幅を満たしていない、剪断バンドを提供する。
本発明の１つ又は複数の実施態様は、３次元スペーサ構造を備えている剪断バンドであって、該３次元スペーサ構造が第１及び第２の材料の層から形成され、各材料の層が第１の方向に延びている第１の補強部材と、第２の方向に延びている第２の補強部材とを有し、各材料の層が第３の方向に延びている複数の接続補強部材によって互いに接続され、該３次元スペーサ構造が該複数の接続部材間に形成された複数のセルをさらに含み、該複数の接続部材の軸方向幅Ｗが該３次元スペーサ構造の軸方向幅未満である、剪断バンドを提供する。
本発明の１つ又は複数の実施態様は、３次元スペーサ構造を備えている剪断バンドであって、該３次元スペーサ構造が第１及び第２の材料の層から形成され、各材料の層が第１の方向に延びている第１の補強部材と、第２の方向に延びている第２の補強部材とを有し、各材料の層が第３の方向に延びている複数の接続補強部材によって互いに接続され、該３次元スペーサ構造が該複数の接続部材間に形成された複数のセルをさらに含み、１つのセルのみが充填材料で充填されている、剪断バンドを提供する。
本発明の１つ又は複数の実施態様は、３次元スペーサ構造を備えている剪断バンドであって、該３次元スペーサ構造が第１及び第２の材料の層から形成され、各材料の層が第１の方向に延びている第１の補強部材と、第２の方向に延びている第２の補強部材とを有し、各材料の層が第３の方向に延びている複数の接続補強部材によって互いに接続され、該３次元スペーサ構造が該複数の接続部材間に形成された複数のセルをさらに含み、１つのセルのみが充填材料で充填され、該剪断バンドの中心部の径方向厚さが該剪断バンドの両外端部の厚さを超えるように該剪断バンドの両側方端部がテーパ付けされている、剪断バンドを提供する。
本発明の非空気式タイヤの第１の実施形態の斜視図である。 剪断バンド及び外側トレッドの第１の実施形態の断面図である。 剪断バンド及び外側トレッドの第２の実施形態の断面図である。 剪断バンドの第３の実施形態の図である。 剪断バンドの第４の実施形態の図である。 開いた３次元ファブリック構造の第１の実施形態の斜視図である。り、 図３Ｂにおける交差部材の様々な可能な構成を示す図である。 閉じたタイプの３次元ファブリック構造の第２の実施形態の斜視図である。 図４Ａにおける、ファブリック交差部材の様々な可能な構成を示す図である。 ３次元ファブリック構造の第３の実施形態の斜視図である。 ３次元ファブリック構造の第４の実施形態の斜視図である。 ３次元ファブリック構造の第５の実施形態の斜視図である。 ３次元ファブリック構造の第６の実施形態の斜視図である。 ３次元ファブリック構造の第７の実施形態の斜視図である。 ３次元ファブリック構造の第８の実施形態の斜視図である。 ３次元ファブリック構造の第９の実施形態の斜視図である。 力Ｆによる剪断バンドのたわみの測定を示す図である。
（定義）
以下の用語は、この説明に対しては以下のように定義される。
「オーセチック材料」は、負のポアソン比を有する材料を意味する。
「赤道面」は、タイヤの中心線を通るタイヤの回転軸に垂直な平面を意味する。
「空いた領域」は、ＤＩＮ ＥＮ １４９７１によるファブリックの糸目の開きの尺度であり、ファブリック面のうちのヤーンによって覆われていない領域の量である。「空いた領域」は、ファブリックの緊密さに関する視覚的な測定値であり、ライトテーブルから６インチ四方のファブリックの試料を通過させた光の電子的像を撮像し、測定された光の密度を白色画素の密度と比較することによって判定される。
「伸張不可能な」は、所与の層が約２５Ｋｓｉを超える伸び剛性を有することを意味する。
「編物」は、縦編物及び横編物などの、１本又は複数本のヤーンの一連のループを針又はワイヤにより連結することによって製造することができる構造を含むことが意図されている。
「３次元スペーサ構造」は、第１及び第２の方向に延びている（ヤーン、フィラメント又は繊維などの）補強部材をそれぞれが有している２つのファブリックの外側層で構成されている３次元構造であって、定められた第３の方向に延びている補強部材（ヤーン、フィラメント又は繊維）又は他の編物層により２つの外側層が互いに接続されている、３次元構造を意味する。「開いた」３次元スペーサ構造は、第１のファブリック層と第２のファブリックの層とを接続する個々のパイル繊維又は補強部材で構成される。「閉じた」３次元構造は、第１の層と第２の層とを接続するファブリックパイルを利用する。
「織物」は、かごのように、布目を形成するように互いに直角に交差する複数のヤーンによって製造される構造を含むことが意図されている。
本発明の非空気式タイヤ１００の第１の実施形態は、図１に示されている。本発明のタイヤは、地面と係合する径方向外側のトレッド２００、剪断バンド３００及び接続ウェブ５００を含んでいる。タイヤトレッド２００は、様々な状況でタイヤの性能を高めるために、所望に応じて、リブ、ブロック、出張り、溝、サイプなどの要素を含んでいてもよい。接続ウェブ５００は、ハブ５１２に取り付けられ、また、以下でより詳細に説明するように、様々な設計を有していてもよい。本発明の非空気式タイヤは、剪断バンド３００及び接続ウェブ５００が効率良く荷重を支えるように、トップローディング構造であるように設計されている。剪断バンド３００及び接続ウェブは、剪断バンドの剛性がタイヤのばね率に直接関係するように設計されている。接続ウェブは、張力を受けたときタイヤのフットプリント内で座屈又は変形し、圧縮することも圧縮荷重を支えることもない剛性の高い構造であるように設計されている。これは、接続ウェブのうちのフットプリント内にない残りの部分に荷重を支える能力を与え、それにより非常に荷重効率の高い構造をもたらす。剪断バンドが湾曲して道路の障害物を乗り越えられるようにすることが望ましい。近似的な荷重分布は、好ましくは、荷重のおおよそ９０％〜１００％が剪断バンド及び接続ウェブの上部によって支えられ、したがって接続ウェブの下部が事実上荷重を支えないか好ましくは１０％未満の荷重を支えるような荷重分布である。
（剪断バンド）
剪断バンド３００は、タイヤトレッド２００の径方向内方に配置され、かつ、地面と接触するタイヤの底面からスポーク及びハブに荷重を伝達してトップローディング構造を作り出すように機能する、環状構造であることが好ましい。環状構造３００は、好ましい変形の形態が剪断過剰曲りであるので、剪断バンドと呼ばれる。
剪断バンド３００の第１の実施形態が、図２Ａに示されており、かつ、図３Ａに示されている開いた３次元スペーサ構造４００で構成されている。３次元スペーサ構造４００は、ゴム状物質の第１の層３３２と第２の層３３４との間に位置決めしてもよい（原寸に比例して示されていない）。ゴム状物質３３２、３３４は、所望に応じた厚さとしてもよい。３次元スペーサ構造４００は、ファブリックの第１及び第２の層４６０、４７０を有するタイプの構造であり、各ファブリックの層は、第１の方向又は緯糸方向（ｗｅｆｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に延びている複数の第１の補強部材４６２と、第２の方向又は経糸方向（ｗａｒｐ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に延びている複数の第２の補強部材４６４とで形成されている。第１及び第２の補強部材４６２、４６４は、図示のように互いに垂直であってもよく、所望の角度で交差していてもよい。図示のように、補強部材４６２は、補強部材４６４と絡み合わされて又は織り合わされている。第１及び第２の補強部材の層は、編まれていてもよく、織られていてもよく、不織であってもよく、絡み合わされていてもよく、絡み合わされていなくてもよい。ファブリックの第１及び第２の層４６２、４６４は、互いに平行に配向されていることが好ましく、また、第３の方向又は積重ね方向（ｐｉｌｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）に延びている補強接続部材４８０、４９０によって互いに相互接続されていることが好ましい。接続する層４６０、４７０間の垂直距離、すなわち３次元構造のＺ方向寸法は、約２ミリメートルから約２５ミリメートルの範囲内、より好ましくは約３〜１０ミリメートル、さらに好ましくは５〜１０ミリメートルの範囲内である。
３次元スペーサ構造４００は、図３Ｂに示すような補強接続部材の様々な構成を有してもよい。
３次元ファブリック構造４００は、第１及び第２の層４６０、４７０が軸方向に対して平行するように位置合わせされるように、剪断バンド内で配向されることが好ましい。３次元ファブリック構造４００は、好ましくは非空気式タイヤ１００の径方向に整列された、実質的なＺ方向厚さを有している。したがって、開いた３次元ファブリック構造４００は、開いたセル４９５を形成する複数の接続部材４８０、４９０を備えている。図２Ａに示すように、開いたセル４９５のうちの１つ又は複数が、所望の剛性を有している充填材料で充填される。２つ以上の開いたセル４９５が充填材料で充填されていることが好ましく、また、それらの２つ以上の開いたセル４９５が剪断バンド３００の軸方向中心に配置されていることが好ましい。該充填材料は、連続気泡フォーム、独立気泡フォーム、ポリウレタンフォーム、ＥＶＡ、シーラント又は他の軟質材料であってもよい。それらのフォーム材料は、ポリエステルテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリウレタン、フェノール樹脂フォーム、ポリスチレンフォーム又はポリイソシアヌレートフォームで作製してもよく、かつ／又は、金属、ポリマー、樹脂又はセラミックの母材にマイクロバルーン（マイクロスフェア）と呼ばれる中空粒子を充填することにより合成された合成フォームを使用して作製してもよい。そのようなマイクロスフェアは、多種多様なサイズのものが入手可能であり、また、ガラス、セノスフェア、炭素及びポリマーを含む様々な材料のものが入手可能である。それらの合成フォーム材料の最大の利点の１つは、非常に軽量でありながらも必要とされる機械的特性を満たすために容易に設計できることである。充填材料は、所望の圧縮剛性を有するように選択される。充填材料はまた、独立気泡多孔質エラストマー又は熱可塑性エラストマーであってもよい。充填材料は、好ましくは約０．１ＭＰａから２００ＭＰａ、より好ましくは１５ＭＰａから８０ＭＰａの間の圧縮係数を有していてもよい。１つの実施形態では、複数の開いたセル４９５の全てが充填材料で充填されている。第２の実施形態では、開いたセル４９５の全てが充填材料で充填されているとは限らない。別の実施形態では、３つのセル４９５のみが、充填材料で充填されている。
本明細書において使用される場合、補強部材又は補強接続部材は、ヤーン、ワイヤ、フィラメント、繊維、又は補強コードのうちの１つ又は複数を含み得る。補強部材又は補強交差部材は、ガラス繊維、炭素繊維、玄武岩繊維、有機繊維、ナイロン、アラミド、ポリエステル、スチールワイヤ若しくは金属ワイヤ、又はそれらの組合せで形成されてもよい。３次元スペーサの第１及び第２の層４６０、４７０の補強部材４６４は、好ましくはアラミド、スチール、ポリエステル、又はそれらの混合物などの伸張不可能な補強部材を含んでもよく、それらの補強部材は、好ましくはタイヤの円周方向に整列される。伸張不可能な補強部材４６４は、タイヤ赤道面に対して＋／−１５度以下（−１５度から＋１５度）、より好ましくはタイヤ赤道面に対して＋／−１０度以下（−１０度以上＋１０度以下）に配向されていてもよい。
３次元ファブリック構造４００は及び／又は補強部材は、良く知られているレソルシノール−ホルムアルデヒド樹脂／ブタジエン−スチレン−ビニルピリジン３量体ラテックス、又はレソルシノール−ホルムアルデヒド樹脂／ブタジエン−スチレン−ビニルピリジン３量体ラテックスとブタジエン／スチレンゴムラテックスとの混合物である、ＲＦＬ接着剤で処理されることが好ましく、そのようなＲＦＬ接着剤は、タイヤ産業において、ゴム構成要素へのファブリック、繊維及びテキスタイルコードの接着を促進するために、ファブリック、繊維及びテキスタイルコードの貼付けに使用されている（例えば、米国特許第４，３５６，２１９号参照）。補強部材は、シングルエンド浸漬部材（ｓｉｎｇｌｅ ｅｎｄ ｄｉｐｐｅｄ ｍｅｍｂｅｒ）であってもよい（すなわち、単一の補強部材が、ＲＦＬ接着剤又は接着促進剤に浸される）。
３次元ファブリック構造４００は、ＤＩＮ１２１２７による測定で７００〜１０００グラム／平方メートルの範囲内の密度を有してもよい。３次元ファブリック構造４００の圧縮剛性は、ＤＩＮ／ＩＳＯ３３８６１による測定で５０ｋＰａから６００ｋＰａの範囲であってもよく、より好ましくは１００ｋＰａから２５０ｋＰａの範囲であってもよい。
図２Ａに示すように、３次元スペーサ構造は、軸方向幅Ｌを有している。３次元スペーサ構造のうちの交差部材を有している部分は、Ｌ未満の軸方向幅Ａを有している。３次元スペーサ構造は、各側方端部に、軸方向幅Ｘを持つ空洞４８１を有している。空洞４８１の幅Ｘは、ショルダ領域におけるタイヤの剛性を調整するために、所望に応じて調節してもよい。空洞は、図２Ａに示すように空のままでもよく、図２Ｂに示すように１００％に至るまで充填されていてもよい。空洞の幅Ｘ及び空洞を充填する材料の剛性は、タイヤの剛性を調整するために、所望に応じて選択されてもよい。Ｘは、スペーサ構造４００の軸方向幅Ｌの０から１２％の範囲であってもよい。空洞４８１は、上記の充填材料で充填されてもよい。
図２Ｃに示すように、図２Ａ又は２Ｂの剪断バンドは、第１及び第２の膜層３３０、３４０をさらに含んでいてもよい。第１の膜層３３０は、伸張不可能であることが好ましく、また、３次元スペーサ構造４００の径方向外方に配置されていることが好ましい。剪断バンドは、第１の膜層３３０に平行に配置された任意選択の第２の膜層３４０をさらに備えていてもよい。剪断バンドを形成するために２つの膜層が利用される場合、膜層３３０、３４０は、層間に３次元スペーサ構造４００が配置されるように、３次元スペーサ構造４００によって分離されていることが好ましい。ゴム状物質の層３３１、３４１が、３次元スペーサ構造４００を各補強層３３０、３４０から分離していることが好ましい。第１の膜層３３０、及び任意選択の第２の膜層３４０は、それぞれ、タイヤ赤道面に対して０から約＋／−１０度の範囲内（約−１０度から約＋１０度の範囲内）の角度に配向された補強部材又は補強コードを有している。第１の層３３０該補強コードの角度は、第２の層３４０の該補強コードの角度の反対向きであることが好ましい。該補強部材又は補強コードは伸張不可能であることがさらに好ましい。
図２Ｄは、２つのゴム層、３次元スペーサファブリック及び内側フォーム層から形成されている、剪断バンドを示す。
図３Ｂに示すような補強接続部材４８０の軸方向間隔Ｓもまた、剪断バンドの剛性を制御するために、調節してもよい。間隔Ｓは、３ミリメートルから８ミリメートルの範囲であってもよい。
上記の剪断バンドの実施形態の何れも、図４Ａに示す３次元構造を利用してよい。図４Ａに示す３次元構造３５０は、ファブリックの第１の編物又は織物の３６０と、ファブリックの第２の編物又は織物の層３４０とを含んでいる。第１の層及び第２の層は、複数の交差部材３８０によって継合されている。交差部材３８０は、９０度の角度で、第１及び第２の織物層に接続されている。第１及び第２の織物層３６０、３４０は、軸方向に対して平行に配向されていることが好ましい。３次元スペーサ構造３５０は、交差部材３８０が密なファブリックでありかつ「シースルー」ではないので、閉じた構造の一例である。３次元スペーサ構造３５０は、図４Ｂに示すように、可変の接続長さ、複数の層、可変の接続角度、及び単軸の曲率（ｓｉｎｇｌｅ ａｘｉｓ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ）を有してもよい。
上記の剪断バンド３００の実施形態の何れも、交差部材４８０、４９０の様々な異なる構成を示す図５〜７に示されている３次元構造を利用してよい。
上記の剪断バンドの実施形態の何れも、図８に示す３次元構造を利用してよい。３次元構造５００は、ファブリックの第１の織物層５６０と、ファブリックの第２の織物層５７０とを備えている。第１及び第２の層は、「８」の形状に形成された複数の交差部材５８０によって継合されている。
上記の剪断バンドの実施形態の何れも、図９又は１０に示す３次元構造を利用してよい。図９の３次元構造７００は、ファブリックの第１の編物層７６０と、ファブリックの第２の編物層７７０とを備えている。第１及び第２の層は、編まれた複数の間隔空け糸７８０によって継合されている。第１及び第２の層７６０、７７０はそれぞれ、複数の網目によって形成された開口部を有しており、両編物ファブリック層間にはチャネルが形成されており、それらのチャネルはスペーサ糸を含んでいない。該チャネルは、上記の充填材料で充填されてもよい。
上記の剪断バンドの実施形態の何れも、図１１に示す３次元構造を利用してよい。３次元構造８００は、２つ以上のデッキ層８１０、８２０を備えている。３次元構造８００は、ファブリックの第１の織物層８６０と、ファブリックの第２の織物層８７０と、中間織物層８８０とを有している。第１の層８６０及び中間層８８０は、複数の交差部材８９０によって継合されている。第２の層８７０及び中間層８８０もまた、複数の交差部材８９５によって継合されている。交差部材８９０、８９５は、図４〜８に示すように斜めになっているか又は湾曲していてもよい。
上記の３次元ファブリック構造の実施形態の何れも、ＤＩＮ１２１２７による測定で７００〜１０００グラム／平方メートルの範囲内の密度を有していてもよい。３次元ファブリック構造の何れの圧縮剛性も、ＤＩＮ／ＩＳＯ３３８６１による測定で５０ｋＰａから６００ｋＰａの範囲であってもよく、より好ましくは１００ｋＰａから２５０ｋＰａの範囲であってもよい。
図２Ｄに示すように、剪断バンドの中心部の径方向厚さが剪断バンドの両外端部の厚さを超えるように、剪断バンドの両側方端部がテーパ付けされていることが、さらに好ましい。
（剪断バンドの特性）
剪断バンドは、全体的な剪断剛性ＧＡを有している。剪断剛性ＧＡは、剪断バンド３００から採取した代表試験片のたわみを測定することによって判定してもよい。該試験片の上面は、以下に示すように横力Ｆにさらされる。該試験片は、剪断バンドから採取した、剪断バンドと同じ径方向厚さを有している代表試料である。次に、剪断剛性ＧＡは、以下の式から算出される。
ＧＡ＝Ｆ＊Ｌ／ΔＸ、式中、Ｆは剪断荷重であり、Ｌは剪断層厚さであり、デルタＸは剪断たわみである。
剪断バンドは、全体的な曲げ剛性ＥＩを有している。曲げ剛性ＥＩは、３点曲げ試験を使用して、梁力学（ｂｅａｍ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ）から判定してもよい。３点曲げ試験は、２つのローラ支持体上に置かれて梁の中央部に加えられた集中荷重にさらされている梁の状況を表す。曲げ剛性ＥＩは、次の式、ＥＩ＝ＰＬ３／４８＊ΔＸから判定され、式中、Ｐは荷重であり、Ｌは梁の長さであり、ΔＸはたわみである。
剪断バンドの曲げ剛性ＥＩを最大限に高めること、及び、剪断剛性ＧＡを最小限に抑えることが望ましい。許容可能なＧＡ／ＥＩの比率は０．０１から２０の間であり、理想的な範囲は０．０１から５の間である。ＥＡは、剪断バンドの伸び剛性（ｅｘｔｅｎｓｉｂｌｅ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）であり、張力を加えて長さの変化を測定することにより、実験的に判定される。剪断バンドのＥＡのＥＩに対する比率は、０．０２から１００の範囲内であれば許容することができ、理想的な範囲は１から５０である。
剪断バンド３００は、１５〜３０％の範囲内の最大剪断歪みに耐えられることが好ましい。
剪断バンドは、０．０１から２０の範囲内のＧＡ／ＥＩ、０．０２から１００の範囲内のＥＡ／ＥＩの比率２０から２０００の範囲内のばね率又はそれらの任意の組合せを有していることが好ましい。剪断バンドは、０．０１から５のＧＡ／ＥＩの比率、又は１から５０のＥＡ／ＥＩの比率、又は１７０ｌＢ／ｉｎのばね率、及びそれらの任意の部分的組合せを有していることがより好ましい。タイヤトレッドは、剪断バンドのまわりに巻かれていることが好ましく、また、剪断バンドに一体に成形されていることが好ましい。
（接続ウェブ）
本発明の非空気式タイヤは、図１に示すような接続ウェブ５００をさらに含んでいる。接触ウェブは、内半径から外半径まで延びている、円周方向に整列された複数のスポーク５１０を備えていることが好ましい。スポークは、径方向に配向されていることが好ましい。スポークは、湾曲していてもよいし真っ直ぐであってもよい。非空気式タイヤは、円周方向に整列された複数のスポークを２組備えていることが好ましい。スポークは、様々な断面設計を有してもよい。スポークは、剪断層から伝達される荷重を支える働きをする。スポークは、主として引張及び剪断における荷重が加わり、圧縮における荷重は支えない。本明細書で説明するような各スポークは、実質的に非空気式タイヤの軸方向厚さＡＷ未満の軸方向厚さＡを有している。軸方向厚さＡは、ＡＷの５〜２０％の範囲内であり、より好ましくはＡＷの５〜１０％の範囲内である。１つを超えるディスクが利用される場合、各ディスクの軸方向厚さは異なっていてもよいし、同じであってもよい。
スポーク５１０は、径方向に延びていることが好ましい。スポーク５１０は、径方向に膨らむか又は変形するように設計されている。非空気式タイヤに荷重が加えられる場合、スポークは、接地面を通過するときに実質的に圧縮耐性を持たずに変形して、荷重支持点にゼロの又は取るに足らない圧縮力を与えることになる。スポークの主な荷重は、引張及び剪断を通じたものであり、圧縮を通じたものではない。
スポークは、ゴム又は熱可塑性エラストマーなどの弾性材料で形成されていることが好ましい。径方向スポークは、タイヤの径方向変形に対しては低い耐性を有し、タイヤの横方向変形に対しては高い耐性を有するように、設計されている。
選択された材料が熱可塑性エラストマーであった場合、以下の特性を有していることが好ましい。ディスク材料の引張（ヤング）係数は、ＩＳＯ５２７−１／−２標準試験法を使用した場合、４５ＭＰａから６５０ＭＰａの範囲内であることが好ましく、８５ＭＰａから３００ＭＰａであることがより好ましい。ガラス転移温度は、摂氏−２５度未満、より好ましくは摂氏−３５度未満である。破断時降伏歪みは、３０％超、より好ましくは４０％超である。破断時伸びは、該降伏歪み以上、より好ましくは２００％超である。熱たわみ温度は、０．４５ＭＰａ下で摂氏４０度超、より好ましくは０．４５ＭＰａ下で摂氏５０度超である。ＩＳＯ１７９／ＩＳＯ１８０試験法を使用した摂氏２３度でのアイゾット及びシャルピー切欠き棒試験（Ｉｚｏｄ ａｎｄ Ｃｈａｒｐｙ ｎｏｔｃｈｅｄ ｔｅｓｔ）で、破断が生じない。該ディスクに適した２種の材料が、ＡＲＮＩＴＥＬ ＰＬ ４２０Ｈ及びＡＲＮＩＴＥＬ ＰＬ４６１の商標名でＤＳＭ Ｐｒｏｄｕｃｔｓによって市販されている。
上記明細書を読めば他の多くの変形された形態が当業者には明らかであることを、本出願人は理解している。そうした変形された形態及び他の変形された形態は、以下の添付された特許請求の範囲によって定義される本発明の技術的思想及び範囲に含まれる。
１００ 非空気式タイヤ
２００ トレッド、タイヤトレッド
３００ 剪断バンド
３３０ 第１の膜層
３４０ 第２の膜層
３３１ ゴム状物質の層
３３２ ゴム状物質の第１の層
３３４ ゴム状物質の第２の層
３４０ ファブリックの第２の編物又は織物の層
３４１ ゴム状物質の層
３５０ ３次元構造、３次元スペーサ構造
３６０ ファブリックの第１の編物又は織物の層
３８０ 交差部材
４００ ３次元スペーサ構造
４６０ ファブリックの第１の層
４６２ 第１の補強部材
４６４ 第２の補強部材
４７０ ファブリックの第２の層
４８０ 補強接続部材、交差部材
４８１ 空洞
４９０ 補強接続部材、交差部材
４９５ 開いたセル
５００ 接続ウェブ、３次元構造
５１０ スポーク
５１２ ハブ
５６０ ファブリックの第１の織物層
５７０ ファブリックの第２の織物層
５８０ 交差部材
７００ ３次元構造
７６０ ファブリックの第１の編物層
７７０ ファブリックの第２の編物層
７８０ 間隔空け糸
８００ ３次元構造
８１０ デッキ層
８２０ デッキ層
８６０ ファブリックの第１の織物層
８７０ ファブリックの第２の織物層
８８０ 中間織物層
８９０ 交差部材
８９５ 交差部材

Claims (17)

  1. ３次元スペーサ構造を特徴とする剪断バンドであって、前記３次元スペーサ構造が第１及び第２の材料の層から形成され、各材料の層が第１の方向に延びている第１の補強部材と、第２の方向に延びている第２の補強部材とを有し、各材料の層が第３の方向に延びている複数の接続補強部材によって互いに接続され、前記３次元スペーサ構造が前記複数の接続部材間に形成された複数のセルをさらに含み、前記セルのうちの１つ又は複数が充填材料で充填されている、剪断バンド。
  2. 少なくとも２つの開いた前記セルが充填材料で充填されている、請求項１に記載の剪断バンド。
  3. 前記充填されている開いたセルが前記剪断バンドの軸方向中心に配置されている、請求項１に記載の剪断バンド。
  4. 前記充填材料が連続気泡フォーム又は独立気泡フォームであり得る、請求項１に記載の剪断バンド。
  5. 前記充填材料がＥＶＡである、請求項１に記載の剪断バンド。
  6. 前記充填材料がシーラント又は他の軟質材料である、請求項１に記載の剪断バンド。
  7. 前記充填材料が約０．１ＭＰａから２００ＭＰａ、より好ましくは１５ＭＰａから８０ＭＰａの間の圧縮係数を有している、請求項１に記載の剪断バンド。
  8. 伸張不可能な膜層をさらに含んでいる、請求項１に記載の剪断バンド。
  9. 前記第１及び第２の層が２ミリメートルから１５ミリメートル、より好ましくは３ミリメートル〜８ミリメートル、さらに好ましくは５ミリメートル〜１０ミリメートルの範囲内の距離Ｚによって隔てられている、請求項１に記載の剪断バンド。
  10. 前記３次元スペーサ構造がオーセチック材料で形成されている、請求項１に記載の剪断バンド。
  11. 前記接続部材が前記第１及び第２の材料の層に対して直角をなしている、請求項１に記載の剪断バンド。
  12. 前記接続部材が前記第１及び第２の材料の層に対して斜めになっている、請求項１に記載の剪断バンド。
  13. 前記剪断バンドの中心部の径方向厚さが前記剪断バンドの両外端部の厚さを超えるように、前記剪断バンドの両側方端部がテーパ付けされている、請求項１に記載の剪断バンド。
  14. 前記３次元スペーサ構造が軸方向幅を有しており、前記接続部材の長さが前記３次元スペーサ構造の全軸方向幅を満たしていない、請求項１に記載の剪断バンド。
  15. 前記接続部材の軸方向幅Ｗが前記３次元スペーサ構造の前記軸方向幅未満である、請求項１に記載の剪断バンド。
  16. ３次元スペーサ構造を特徴とする剪断バンドであって、前記３次元スペーサ構造が第１及び第２の材料の層から形成され、各材料の層が第１の方向に延びている第１の補強部材と、第２の方向に延びている第２の補強部材とを有し、各材料の層が第３の方向に延びている複数の接続補強部材によって互いに接続され、前記３次元スペーサ構造が前記複数の接続部材間に形成された複数のセルをさらに含み、１つのセルのみが充填材料で充填されている、剪断バンド。
  17. 前記剪断バンドの中心部の径方向厚さが前記剪断バンドの両外端部の厚さを超えるように、前記剪断バンドの両側方端部がテーパ付けされている、請求項１６に記載の剪断バンド。
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