JP2017190129A - 非空気式タイヤ - Google Patents

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シャルル ルイ ビルジェ ニコラ
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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、柔軟である非空気式タイヤの提供を目的とする。
【解決手段】非空気式タイヤは、接地する環状トレッド部分と、第1及び第2の伸張不可能な層並びに前記第1の伸張不可能な層と前記第2の伸張不可能な層との間に位置する低モジュラス材料で形成されている剪断バンドと、ハブと前記剪断バンドとの間に位置する接続ウェブであって、内側リングから外側リングまで延びている1つ又は複数のスポークで形成され、前記1つ又は複数のスポークが3次元スペーサ構造で補強された材料から形成されている接続ウェブと、を備えていることを特徴とする。
【選択図】図1

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、より詳細には非空気式タイヤに関する。
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、接地する環状トレッド部分と、第1及び第2の伸張不可能な層並びに該第1の伸張不可能な層と該第2の伸張不可能な層との間に位置する低モジュラス材料(low modulus material)で形成されている剪断バンドと、ハブと該剪断バンドとの間に位置するする接続ウェブであって、内側リングから外側リングまで延びている1つ又は複数のスポークで形成され、該1つ又は複数のスポークが3次元スペーサ構造で補強された材料から形成されている接続ウェブと、を備えている非空気式タイヤを提供する。
本発明の1つ又は複数の実施態様は、接地する環状トレッド部分と、第1及び第2の伸張不可能な層並びに該第1の伸張不可能な層と該第2の伸張不可能な層との間に位置する低モジュラス材料で形成されている剪断バンドと、ハブと該剪断バンドとの間に位置するする接続ウェブであって、内側リングから外側リングまで延びている1つ又は複数のスポークで形成され、該1つ又は複数のスポークが3次元スペーサ構造で補強された材料から形成されている接続ウェブと、を備えている非空気式タイヤであって、該3次元スペーサ構造が複数の接続部材によって相互接続された第1及び第2の材料の層から形成されている非空気式タイヤを提供する。
本発明の1つ又は複数の実施態様は、接地する環状トレッド部分と、第1及び第2の伸張不可能な層並びに該第1の伸張不可能な層と該第2の伸張不可能な層との間に位置する低モジュラス材料で形成されている剪断バンドと、ハブと該剪断バンドとの間に位置する接続ウェブであって、内側リングから外側リングまで延びている1つ又は複数のスポークで形成され、該1つ又は複数のスポークが3次元スペーサ構造で補強された材料から形成されている接続ウェブと、を備えている非空気式タイヤであって、該スポークが円周方向に沿って並べられている非空気式タイヤを提供する。
本発明の1つ又は複数の実施態様は、接地する環状トレッド部分と、第1及び第2の伸張不可能な層並びに該第1の伸張不可能な層と該第2の伸張不可能な層との間に位置する低モジュラス材料で形成されている剪断バンドと、ハブと該剪断バンドとの間に位置する接続ウェブであって、内側リングから外側リングまで延びている1つ又は複数のスポークで形成され、該1つ又は複数のスポークが3次元スペーサ構造で補強された材料から形成されている接続ウェブと、を備えている非空気式タイヤであって、円周方向に連続している接続ウェブをさらに含んでいる非空気式タイヤを提供する。
本発明の1つ又は複数の実施態様は、接地する環状トレッド部分と、第1及び第2の伸張不可能な層並びに該第1の伸張不可能な層と該第2の伸張不可能な層との間に位置する低モジュラス材料で形成されている剪断バンドと、ハブと該剪断バンドとの間に位置する接続ウェブであって、内側リングから外側リングまで延びている1つ又は複数のスポークで形成され、該1つ又は複数のスポークが3次元スペーサ構造で補強された材料から形成されている接続ウェブと、を備えている非空気式タイヤであって、円周方向に連続している接続ウェブをさらに含んでおり、前記円周方向に連続している接続ウェブが軸方向の剛性よりも高い剛性を径方向において有している非空気式タイヤを提供する。
本発明の1つ又は複数の実施態様は、接地する環状トレッド部分と、第1及び第2の伸張不可能な層並びに該第1の伸張不可能な層と該第2の伸張不可能な層との間に位置する低モジュラス材料で形成されている剪断バンドと、ハブと該剪断バンドとの間に位置する接続ウェブであって、内側リングから外側リングまで延びている1つ又は複数のスポークで形成され、該1つ又は複数のスポークが3次元スペーサ構造で補強された材料から形成されている接続ウェブと、を備えている非空気式タイヤであって、該径方向スポークが径方向の剛性よりも高い剛性を軸方向において有している非空気式タイヤを提供する。
本発明の1つ又は複数の実施態様は、接地する環状トレッド部分と、第1及び第2の伸張不可能な層並びに該第1の伸張不可能な層と該第2の伸張不可能な層との間に位置する低モジュラス材料で形成されている剪断バンドと、ハブと該剪断バンドとの間に位置する接続ウェブであって、内側リングから外側リングまで延びている1つ又は複数のスポークで形成され、該1つ又は複数のスポークが3次元スペーサ構造で補強された材料から形成されている接続ウェブと、を備えている非空気式タイヤであって、該複数の接続部材が該非空気式タイヤの円周方向に沿って並べられている非空気式タイヤを提供する。
本発明の1つ又は複数の実施態様は、接地する環状トレッド部分と、第1及び第2の伸張不可能な層並びに該第1の伸張不可能な層と該第2の伸張不可能な層との間に位置する低モジュラス材料で形成されている剪断バンドと、ハブと該剪断バンドとの間に位置する接続ウェブであって、内側リングから外側リングまで延びている1つ又は複数のスポークで形成され、該1つ又は複数のスポークが3次元スペーサ構造で補強された材料から形成されている接続ウェブと、を備えている非空気式タイヤであって、該複数の接続部材が該非空気式タイヤの径方向に沿って並べられている非空気式タイヤを提供する。
本発明の1つ又は複数の実施態様は、接地する環状トレッド部分と、第1及び第2の伸張不可能な層並びに該第1の伸張不可能な層と該第2の伸張不可能な層との間に位置する低モジュラス材料で形成されている剪断バンドと、ハブと該剪断バンドとの間に位置する接続ウェブであって、内側リングから外側リングまで延びている1つ又は複数のスポークで形成され、該1つ又は複数のスポークが3次元スペーサ構造で補強された材料から形成されている接続ウェブと、を備えている非空気式タイヤであって、該複数の接続部材が該非空気式タイヤの軸方向に沿って並べられている非空気式タイヤを提供する。
本発明の1つ又は複数の実施態様は、接地する環状トレッド部分と、第1及び第2の伸張不可能な層並びに該第1の伸張不可能な層と該第2の伸張不可能な層との間に位置する低モジュラス材料で形成されている剪断バンドと、ハブと該剪断バンドとの間に位置する接続ウェブであって、内側リングから外側リングまで延びている1つ又は複数のスポークで形成され、該1つ又は複数のスポークが3次元スペーサ構造で補強された材料から形成されている接続ウェブと、を備えている非空気式タイヤであって、該複数の接続部材が3から25ミリメートルの範囲内の定められた高さを有している非空気式タイヤを提供する。
本発明の1つ又は複数の実施態様は、接地する環状トレッド部分と、第1及び第2の伸張不可能な層並びに該第1の伸張不可能な層と該第2の伸張不可能な層との間に位置する低モジュラス材料で形成されている剪断バンドと、ハブと該剪断バンドとの間に位置する接続ウェブであって、内側リングから外側リングまで延びている1つ又は複数のスポークで形成され、該1つ又は複数のスポークが3次元スペーサ構造で補強された材料から形成されている接続ウェブと、を備えている非空気式タイヤであって、該第1及び第2の材料の層が編物である非空気式タイヤを提供する。
本発明の1つ又は複数の実施態様は、接地する環状トレッド部分と、第1及び第2の伸張不可能な層並びに該第1の伸張不可能な層と該第2の伸張不可能な層との間に位置する低モジュラス材料で形成されている剪断バンドと、ハブと該剪断バンドとの間に位置する接続ウェブであって、内側リングから外側リングまで延びている1つ又は複数のスポークで形成されており、該1つ又は複数のスポークが3次元スペーサ構造で補強された材料から形成されている接続ウェブと、を備えている非空気式タイヤであって、該第1及び第2の材料の層が織物である非空気式タイヤを提供する。
本発明の1つ又は複数の実施態様は、接地する環状トレッド部分と、第1及び第2の伸張不可能な層並びに該第1の伸張不可能な層と該第2の伸張不可能な層との間に位置する低モジュラス材料で形成されている剪断バンドと、ハブと該剪断バンドとの間に位置する接続ウェブであって、内側リングから外側リングまで延びている1つ又は複数のスポークで形成され、該1つ又は複数のスポークが3次元スペーサ構造で補強された材料から形成されている接続ウェブと、を備えている非空気式タイヤであって、該第1及び第2の材料の層が不織布である非空気式タイヤを提供する。
本発明の1つ又は複数の実施態様は、接地する環状トレッド部分と、第1及び第2の伸張不可能な層並びに該第1の伸張不可能な層と該第2の伸張不可能な層との間に位置する低モジュラス材料で形成されている剪断バンドと、ハブと該剪断バンドとの間に位置する接続ウェブであって、内側リングから外側リングまで延びている1つ又は複数のスポークで形成され、該1つ又は複数のスポークが3次元スペーサ構造で補強された材料から形成されている接続ウェブと、を備えている非空気式タイヤであって、該第1及び第2の材料の層が5%から75%の範囲内の空いた領域を有している非空気式タイヤを提供する。
本発明の1つ又は複数の実施態様は、接地する環状トレッド部分と、第1及び第2の伸張不可能な層並びに該第1の伸張不可能な層と該第2の伸張不可能な層との間に位置する低モジュラス材料で形成されている剪断バンドと、ハブと該剪断バンドとの間に位置する接続ウェブであって、内側リングから外側リングまで延びている1つ又は複数のスポークで形成され、該1つ又は複数のスポークが3次元スペーサ構造で補強された材料から形成されている接続ウェブと、を備えている非空気式タイヤであって、該複数の接続部材が湾曲している非空気式タイヤを提供する。
本発明の1つ又は複数の実施態様は、接地する環状トレッド部分と、第1及び第2の伸張不可能な層並びに該第1の伸張不可能な層と該第2の伸張不可能な層との間に位置する低モジュラス材料で形成されている剪断バンドと、ハブと該剪断バンドとの間に位置する接続ウェブであって、内側リングから外側リングまで延びている1つ又は複数のスポークで形成され、該1つ又は複数のスポークが3次元スペーサ構造で補強された材料から形成されている接続ウェブと、を備えている非空気式タイヤであって、該3次元スペーサ構造がオーセチック材料(auxetic material)で形成されている非空気式タイヤを提供する。
本発明の1つ又は複数の実施態様は、接地する環状トレッド部分と、第1及び第2の伸張不可能な層並びに該第1の伸張不可能な層と該第2の伸張不可能な層との間に位置する低モジュラス材料で形成されている剪断バンドと、ハブと該剪断バンドとの間に位置する接続ウェブであって、内側リングから外側リングまで延びている1つ又は複数のスポークで形成され、該1つ又は複数のスポークが3次元スペーサ構造で補強された材料から形成されている接続ウェブと、を備えている非空気式タイヤであって、該複数の接続部材が第1及び第2の組にさらに分割されており、該第1の組が該第2の組に対して交差している非空気式タイヤを提供する。
本発明の1つ又は複数の実施態様は、接地する環状トレッド部分と、第1及び第2の伸張不可能な層並びに該第1の伸張不可能な層と該第2の伸張不可能な層との間に位置する低モジュラス材料で形成されている剪断バンドと、ハブと該剪断バンドとの間に位置する接続ウェブであって、内側リングから外側リングまで延びている1つ又は複数のスポークで形成され、該1つ又は複数のスポークが3次元スペーサ構造で補強された材料から形成されている接続ウェブと、を備えている非空気式タイヤであって、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非空気式タイヤを提供する。
本発明の1つ又は複数の実施態様は、接地する環状トレッド部分と、第1及び第2の伸張不可能な層並びに該第1の伸張不可能な層と該第2の伸張不可能な層との間に位置する低モジュラス材料で形成されている剪断バンドと、ハブと該剪断バンドとの間に位置する接続ウェブであって、内側リングから外側リングまで延びている1つ又は複数のスポークで形成され、該1つ又は複数のスポークが3次元スペーサ構造で補強された材料から形成されている接続ウェブと、を備えている非空気式タイヤであって、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非空気式タイヤを提供する。
本発明の非空気式タイヤの第1の実施形態の断面図である。 スポークが取り除かれていて円周方向接続ウェブのみが示されている非空気式タイヤの斜視図である。 図1の断面図である。 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。 図3Aの例示的な断面の構成の図である。 閉じた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の例示的な閉じた構成の図である。 本発明での使用に適した例示的な3次元ファブリック構造の斜視図である。 本発明での使用に適した例示的な3次元ファブリック構造の斜視図である。 本発明での使用に適した例示的な3次元ファブリック構造の斜視図である。 本発明での使用に適した例示的な3次元ファブリック構造の斜視図である。 本発明での使用に適した例示的な3次元ファブリック構造の斜視図である。 本発明での使用に適した例示的な3次元ファブリック構造の斜視図である。 本発明での使用に適した例示的な3次元ファブリック構造の斜視図である。 接地領域において圧縮を受けている非空気式タイヤの一部分の側面図である。 本発明のスポークの部分的な切り欠き図である。 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」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、所与の層又は補強部材が約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。
「サンドイッチファブリック」は、互いに独立して編まれてヤーン又は他の編物層によって接続された2つの外側層から構成されている、3次元ファブリック構造を意味する。「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の例は、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(図示せず)、剪断バンド300及び接続ウェブ500を含んでいる。接続ウェブ500は、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、引張荷重下で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る。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、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。
トレッド部分200は、溝を有していなくてもよく、基本的に長手方向のトレッドリブを間に形成する長手方向に配向された複数のトレッド溝を有していてもよい。該リブは、特定の車両用途の使用要件に適合したトレッドパターンを形成するために、横方向又は長手方向にさらに分割されてもよい。該トレッド溝は、タイヤの使用目的に一致した任意の深さを有してもよい。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。
(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る環状構造であることが好ましい。トレッドゴムの層210が、剪断バンド径方向外側表面に付着される。図1に示すように、剪断バンドは平行に配置された伸張不可能な2つの層310、320を備えており、それらの層310、320はゴムの層330によって分離されている。各伸張不可能な層310、320は、エラストマーコーティングに埋め込まれた平行している複数の伸張不可能な補強コードで形成されてもよい。該補強コードは、スチール、アラミド、ナイロン又は他の伸張不可能な構造であってもよい。
第1の強化エラストマー層310において、補強コード311は、好ましくは、タイヤ赤道面に対して0度から約+/−10度の範囲内の角度Φに配向されている。第2の強化エラストマー層320において、補強コード321は、好ましくは、タイヤ赤道面に対して0度から約+/−10の範囲内の角度φに配向されている。第1の層の角度Φは、第2の層における補強コードの角度φとは反対の向きであることが好ましい。つまり、第1の強化エラストマー層における角度が角度+Φである場合、第2の強化エラストマー層における角度は角度−φということである。
剪断バンドは、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=FL/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、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=PL/48ΔX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。本発明は、本明細書において開示された剪断バンドの構造に限定されるものではなく、0.01から20の範囲内のGA/EI、0.02から100の範囲内のEA/EIの比率又は20から2000の範囲内のばね率及びそれらの任意の組合せを有している、任意の構造を含むことができる。剪断バンドは、0.01から5のGA/EIの比率、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、剪断バンドの周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に示すような径方向接続ウェブ500をさらに含んでいる。接続ウェブ500は、内側のハブ512から剪断バンドの内半径514まで延びている円周方向に沿って並べられた複数のスポーク510を含んでいる。スポーク510は、径方向に配向されていることが好ましい。径方向接続ウェブ500は、タイヤの垂直又は径方向の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より高い耐性を有している。複数のスポーク510は、より高い構造的剛性を提供するために、反対向きになっている。
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、円周方向に沿って並べられた複数のスポーク510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510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。
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図12に示すように変形して、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、図1に示すように長方形の断面を有しているが、長方形の断面に限定されるものではなく、円形、正方形、楕円形等であってもよい。
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。スポークは、例えば図3Aに示すような3次元スペーサ構造で補強されていることが好ましい。3次元スペーサ構造400は、第1及び第2のファブリックの層460、470を有してい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3Aに示すように、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、又は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に延びている補強接続部材480、490によって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ミリメートル〜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異なる構成を有してもよい。補強部材又は補強接続部材は、1つ若しくは複数のヤーン、ワイヤ、1つ若しくは複数のフィラメント、1つ若しくは複数の繊維、又は1つ若しくは複数の補強コードを含んでもよい。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次元ファブリック構造400及び/又は補強部材は、よ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、線、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、700グラム/平方メートル〜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、150kPaから300kPaの範囲であってもよく、より好ましくは150kPaから200kPaの範囲であってもよい。
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内であってもよい。
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。したがって、図3〜11に示す3次元スペーサ構造で径方向スポークが補強されている場合、3次元スペーサ構造の交差部材380、480、580、780、890は、タイヤの軸方向に沿って並べられかつ径方向に直角をなしていることが好ましく、また、層460、470は、径方向スポークの径方向に配向されていることが好ましい。図13も参照されたい。
図5〜7は、交差部材480、490の様々な異なる構成を示しており、さらに、それらの交差部材がファブリック層460、470に対して直角をなす必要はないことを示している。
3次元構造の代替実施形態500が図8に示されており、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によって共に継合されている。
3次元構造の代替実施形態700が図9〜10に示されており、ファブリックの第1の織物層760と、ファブリックの第2の織物層770とを備えている。第1及び第2の層は、複数の交差部材780によって継合されている。第1及び第2の層760、770は、開いたセルの構成を有している。
3次元構造の代替実施形態800が、図11に示されている。この3次元構造の第7の実施形態800は、2つ以上のデッキ層810、820を備えている。第7の実施形態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5〜8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。
径方向スポークは、3次元スペーサ構造の2つの層でそれぞれ形成されてもよく、この構造は、異なる構成を有し、かつ、同じ又は異なる方向に沿って並べられた複数の交差部材を有する。
上記の実施形態の何れも、組み合わせることができる。例えば、交差部材は、様々な組合せにおいて、湾曲していてもよく、斜めになっていてもよく、直角であってもよく、又は「8」の形状であってもよい。3次元構造は、上記のような様々な交差部材の任意の組合せを様々な配向で含んでもよい。上記の実施形態の何れも、柔軟な材料を充填してもよい。
(円周方向接続ウェブ)
非空気式タイヤは、円周方向接続ウェブ600を形成する1つ又は複数の円周方向リングをさらに含んでいてもよい。円周方向接続ウェブは、1つ又は複数の円周方向リングの形態であってもよい。径方向接続ウェブとは対照的に、該円周方向リングは、垂直又は径方向の変形に対しては高い耐性を有し、横方向変形に対してはより低い耐性を有しているべきである。該円周方向リングの剛性は、それらの形状に依存する。
円周方向接続ウェブ600は、径方向における剛性が高くなるように設計されている。円周方向接続ウェブは、3次元スペーサ構造で補強されていることが好ましい。したがって、図3〜図11に示すような3次元スペーサ構造で円周方向接続ウェブ600が補強されている場合、該3次元スペーサ構造の交差部材380、480、580、780、890は、タイヤの径方向に沿って並べられる。
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思想及び範囲に含まれる。
100 非空気式タイヤ
200 トレッド部分、タイヤトレッド
210 トレッドゴムの層
300 剪断バンド
310 伸張不可能な層、第1の強化エラストマー層
311 補強コード
320 伸張不可能な層、第2の強化エラストマー層
321 補強コード
330 ゴムの層
380 交差部材
400 3次元スペーサ構造、3次元ファブリック構造
460 第1のファブリックの層
462 第1の補強部材
464 第2の補強部材
470 第2のファブリックの層
480 補強接続部材、交差部材
490 補強接続部材
500 径方向接続ウェブ、3次元構造の代替実施形態
510 スポーク
512 ハブ
514 剪断バンドの内半径
560 第1の織物層
570 第2の織物層
580 交差部材
600 円周方向接続ウェブ
700 3次元構造の代替実施形態
760 第1の織物層
770 第2の織物層
780 交差部材
800 3次元構造の代替実施形態、第7の実施形態
810 デッキ層
820 デッキ層
860 第1の織物層
870 第2の織物層
880 中間織物層
890 交差部材
895 交差部材
A 軸方向厚さ
AW 軸方向厚さ
S 軸方向間隔

Claims (19)

  1. 接地する環状トレッド部分と、
    第1及び第2の伸張不可能な層並びに前記第1の伸張不可能な層と前記第2の伸張不可能な層との間に位置する低モジュラス材料で形成されている剪断バンドと、
    ハブと前記剪断バンドとの間に位置する接続ウェブであって、内側リングから外側リングまで延びている1つ又は複数のスポークで形成され、前記1つ又は複数のスポークが3次元スペーサ構造で補強された材料から形成されている接続ウェブと、
    を備えていることを特徴とする非空気式タイヤ。
  2. 前記3次元スペーサ構造が複数の接続部材によって相互接続された第1及び第2の材料の層から形成されている、請求項1に記載の非空気式タイヤ。
  3. 前記スポークが円周方向に沿って並べられている、請求項1に記載の非空気式タイヤ。
  4. 円周方向に連続している接続ウェブを含んでいる、請求項1に記載の非空気式タイヤ。
  5. 前記円周方向に連続している接続ウェブが軸方向の剛性よりも高い剛性を径方向において有している、請求項4に記載の非空気式タイヤ。
  6. 前記径方向スポークが前記径方向の剛性よりも高い剛性を前記軸方向において有している、請求項1に記載の非空気式タイヤ。
  7. 前記複数の接続部材が前記非空気式タイヤの円周方向に沿って並べられている、請求項1に記載の非空気式タイヤ。
  8. 前記複数の接続部材が前記非空気式タイヤの径方向に沿って並べられている、請求項1に記載の非空気式タイヤ。
  9. 前記複数の接続部材が前記非空気式タイヤの軸方向に沿って並べられている、請求項1に記載の非空気式タイヤ。
  10. 前記複数の接続部材が3ミリメートルから25ミリメートルの範囲内の定められた高さを有している、請求項1に記載の非空気式タイヤ。
  11. 前記第1及び第2の材料の層が編物である、請求項1に記載の非空気式タイヤ。
  12. 前記第1及び第2の材料の層が織物である、請求項1に記載の非空気式タイヤ。
  13. 前記第1及び第2の材料の層が不織である、請求項1に記載の非空気式タイヤ。
  14. 前記第1及び第2の材料の層が5%から75%の範囲内の空いた領域を有している、請求項1に記載の非空気式タイヤ。
  15. 前記接続部材が湾曲している、請求項1に記載の非空気式タイヤ。
  16. 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に記載の非空気式タイヤ。
  17. 前記接続部材が第1及び第2の組にさらに分割されており、前記第1の組が前記第2の組に対して交差している、請求項1に記載の非空気式タイヤ。
  18. 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に記載の非空気式タイヤ。
  19. 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に記載の非空気式タイヤ。
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