JP2018087001A - 非空気式支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】移動乗物用のホイールおよびタイヤ組立体のスポークの荷重支持能力および耐久性、したがってトップローダー非空気入りタイヤの性能を向上させる。【解決手段】移動乗物用のホイールおよびタイヤ組立体１４０が、内側中央リム１４１と、内側中央リム１４１に取り付けられた可撓性を有する外側リング１４２と、中央リム１４１と可撓性を有するリング１４２との間を半径方向に延びるスポーク構造１１０と、を有する。スポーク構造１１０は、内側中央リム１４１を中心として同心円状に配置され、可撓性を有するリング１４２が荷重を受けて撓むのを可能にする、複数のキャビティ１１１およびキャビティ１１１と交互に位置して半径方向に延びる複数の開口部を画定している。【選択図】図１

Description

本発明は、ホイール／タイヤ組立体に関し、より詳細には、非空気式のホイール／タイヤ組立体に関する。

空気入りラジアルタイヤは、プライ補強材を利用して、リムとベルト層との間において荷重を支持し伝達する。荷重を支持するためにこれらのプライコードに張力を加える必要がある。これらのプライコードに対する張力は、タイヤの内側チャンバ内の加圧された空気によって実現する。空気圧が失われると、空気入りタイヤの荷重支持能力が著しく低下する。空気圧が徐々にまたは急激に失われるのを防止することは、タイヤ製造業者の課題である。１つの解決策として非空気入りタイヤを使用することが提案されている。トップローダー非空気入りタイヤは、その耐久性と速度定格／限界と耐荷重能力とを空気入りタイヤの水準まで高めることができれば、空気入りタイヤと同様に動作できる。

多くのトップローダー非空気入りタイヤは、ポリマーのスポークを利用して、乗物の荷重を支持する。スポークが荷重をリムからシェアバンド（剪断バンド）へ伝達する。これらのタイヤのスポークに用いられるポリマー材料の特性のために、これらのタイヤの性能には限界がある。

米国特許出願公開第２００４／００６９３８５号明細書

本発明の目的は、前述した限界を解消し、これらのスポークの荷重支持能力および耐久性、したがってトップローダー非空気入りタイヤの性能を向上させることである。

本発明による移動乗物用のホイールおよびタイヤの組立体は、内側中央リムと、内側中央リムに取り付けられた可撓性を有するリングと、内側中央リムと可撓性を有するリングとの間を延びるスポーク構造とを含む。スポーク構造は、内側中央リムを中心として同心円状に配置され、可撓性を有するリングが荷重を受けて撓むのを可能にする、複数のキャビティおよびキャビティと交互に位置して半径方向に延びる複数の開口部を画定している。

組立体の他の態様によれば、スポーク構造はポリマー材料を含む。

組立体のさらに他の態様によれば、スポーク構造は均質ポリマー材料を含む。

組立体のさらに別の態様によれば、複数のキャビティの各々は、共通の半径方向寸法を有する。

組立体のさらに別の態様によれば、複数のキャビティの各々は、スポーク構造の一様な軸線方向厚さに等しい共通の軸線方向長さを有する。

組立体のさらに別の態様によれば、組立体は、スポーク構造の可撓性／剛性をさらに調整できるように複数のキャビティおよびキャビティと交互に位置する複数の開口部の周りに周方向および半径方向において結び合わせられた（interlaced circumferentially and radially）補強層をさらに有する。

組立体のさらに別の態様によれば、スポーク構造は一様なゴム材料を含む。

本発明による方法は、移動乗物を非空気式に支持する。この方法は、内側中央リムを水平軸線を中心として回転させるステップと、内側中央リムを、可撓性を有するリングに取り付けるステップと、内側中央リムと可撓性を有するリングとの間においてスポーク構造を軸線方向および半径方向に延ばすステップと、軸線方向に延びる複数のキャビティおよびキャビティと交互に位置して半径方向に延びる複数の開口部を、内側中央リムの周りに同心円状に画定するステップと、可撓性を有するリングと、スポーク構造の可撓性を有するリングに隣接する部分とがいずれも垂直方向に撓むように、可撓性を有するリングに垂直方向に荷重を加えるステップと、を含む。

この方法の別の態様によれば、スポーク構造はポリマー材料を含む。

この方法のさらに別の態様によれば、スポーク構造は均質ポリマー材料を含む。

この方法のさらに別の態様によれば、複数のキャビティの各々は、共通の半径方向寸法を有する。

この方法のさらに別の態様によれば、複数のキャビティの各々は、スポーク構造の一様な軸線方向厚さに等しい共通の軸線方向長さを有する。

この方法の別の態様によれば、別のステップによって、スポーク構造の可撓性／剛性をさらに調整できるように、補強層を複数のキャビティの周りで周方向および半径方向において結び合わせる（interlaces）。

この方法のさらに別の態様によれば、他のステップによって、スポーク構造の可撓性／剛性を調整し、補強層を、複数のキャビティの周りに周方向および半径方向において結び合わせる。

この方法のさらに別の態様によれば、スポーク構造は一様なゴム材料を含む。

この方法のさらに別の態様によれば、別のステップによって、スポーク構造に所定の荷重を加えてスポーク構造を座屈させる。

本発明による組立体の一例の概略側面図である。 図１の組立体の一部の摸式的な詳細図である。 本発明による組立体の他の例の概略側面図である。 従来のホイール／タイヤ組立体の概略側面図である。

本発明は、添付の図面を参照する、本発明のいくつかの例についての以下の説明によってより明確に理解されるであろう。

引用によって本明細書に全体が組み込まれる特許文献１に記載されているような従来のホイール／タイヤ組立体は、複数の軽量の複合ばねによって中央ハブに柔軟に連結された、シェアバンドなどの外側リングを有していてよい。これらのばねは、リングおよびハブに固定されたプレートであってもよい。ハブは、減速歯車ユニットと電気モータの少なくとも一方を含んでいてもよく、乗物シャーシを各ホイールに連結するためのサスペンション機構を有していてもよい。リングは、炭素繊維で強化されたナイロン材料などの可撓性を有する複合材料から構成されていてもよく、ツインゴムタイヤと、地面に係合しトラクションを改善する、周方向に間隔を置いて配置された複数の半径方向クリートとを有してもよい。ハブも、炭素繊維で強化された複合材料から形成されてもよい。別の従来のホイールは、グリップを改善するように複合リングに結合された成形されたトレッドを有するゴムストリップを有していることもある。さらに、リングとハブを相互に連結するばねは、Ｓ字形の軽量の複合ばねであってもよい。

図４に示されているように、別の従来のホイール／タイヤ組立体４０は、炭素繊維で強化されたポリアミドなどの軽量の複合材料から形成されてもよい。組立体４０は、円筒状の中央ハブ４１と、可撓性を有する円形の外側リム４２とを有していてもよく、円形の外側リム４２は、中央ハブと円形のリム４２との間を延びる無端ループ状のばね帯４３によって中央ハブ４１上に取り付けられている。６つの半径方向のループ４４が、ばね帯４３によって画定されている。ばね帯４３は、接着、粘着、はんだ付け、ボルトとリベットとクランプのうちの少なくとも１つによる機械的固定のうちの少なくとも１つなどの任意の適切な手段によって中央ハブ４１および円形リム４２に取り付けられてもよい。

図１および図２に示されているように、本発明によるホイール／タイヤ組立体１４０の一例は、たとえば、標準的なタイヤゴム化合物と、熱可塑性ポリマーと、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）と、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）と、架橋ポリマー様天然ゴムと、合成ゴム様ポリマーと、エポキシ樹脂と、フェノール樹脂のうちの少なくとも１つなどの軽量ポリマー材料から形成されてもよい。組立体１４０は、自動車のホイールなどの内側中央リム１４１と、可撓性を有する円形の外側リング１４２とを有してもよく、リング１４２は、内側中央リムと外側リングとの間を延びる連続的なコード／布で強化されたスポーク構造１１０によって内側中央リム１４１上に取り付けられたシェアバンドおよびトレッド構造を含んでもよい。

スポーク構造１１０は、内側中央リム１４１の周りに同心円状に配置された複数のキャビティ１１１を画定していてもよく、各キャビティ１１１は、スポーク構造が荷重を受けて撓むのを可能にし、それによって、乗り心地および組立体１４０のフットプリント内のトラクションのための可撓性と、乗物のハンドリング、転がり抵抗の低さ、およびスポーク構造内の発熱の低さのための剛性との適切なバランスが決められる。スポーク構造１１０の各キャビティ１１１は、キャビティ１１１内を延び、スポーク構造を内側中央リム１４１に固定する内側中央リム１４１の複数のアーム１４７用の複数の開口部をさらに画定してもよい。アーム１４７は、スポーク構造１１０の部分１５７に、機械的連動構成をなすように係合してもよい。内側中央リム１４１は、各アーム１４７とともに、スポーク構造１１０の部分１５７を挟み内側中央リム１４１とスポーク構造との間にさらなる摩擦固定部と接着固定部の少なくとも一方を形成する場合がある複数のプレート１４９をさらに含んでもよい。スポーク構造１１０は、均質ポリマー、または異種ポリマーと充填ポリマーの少なくとも一方を含んでもよい。

スポーク構造１１０の複数のスポーク１１５を、各スポークの座屈を軽減するかまたは強化するように内側または外側に湾曲させてもよい。各スポーク１１５は、１つまたは複数の補強層１１９を含んでもよい。１つまたは複数の補強層１１９は、単一端部浸漬コードと、従来同様の空気入りタイヤプライ／コード構造と、短繊維と、ポリマーフィルムとのうちの少なくとも１つによって構成されてもよい。さらに、これらの構成は、ＰＥＴと、ナイロン６と、ナイロン６６と、レーヨンと、鋼と、ガラス繊維と、炭素繊維と、アラミドと、これらの材料のハイブリッド構成のうちの少なくとも１つであってもよい。各コードは、４００デニール〜９０００デニールであってもよい。ポリマーフィルムは、厚さが０．１ｍｍ〜２．０ｍｍであってもよい。各スポーク１１５は、０度から９０度の間の角度に向けられてもよい。各スポーク１１５は、その軸線方向全長にわたって連続的に補強されてもよい。１つまたは複数の連続的な補強層１１９が、可撓性を有する外側リング１４２の所でシェアバンドに隣接する複数の位置まで半径方向外側に延びていてもよい。

各キャビティ１１１は、組立体の回転軸線の周りに共通の断面形状を有していてよい。さらに、各キャビティ１１１は、スポーク構造１１０の一様な軸線方向厚さに等しい共通の軸線方向長さを有していてよい。各キャビティ１１１は、１つまたは複数の補強層１１９上の「ピンチ」ポイントを防ぎ、１つまたは複数の補強層に対する圧縮応力集中を軽減するように湾曲形状に形成されていてよい。キャビティ１１１の数は、２個と、大規模な組立体１４０の場合の６０個との間であってよい。内側中央リム１４１は、鋼と、鋳鉄と、アルミニウムと、アルミニウム合金と、マグネシウム合金と、鉄合金のうちの少なくとも１つを含んでいてよい。

図３に示されているように、本発明によるホイール／タイヤ組立体２４０の一例は、たとえば、標準的なタイヤゴム化合物と、熱可塑性ポリマーと、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）と、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）と、架橋ポリマー様天然ゴムと、合成ゴム様ポリマーと、エポキシ樹脂と、フェノール樹脂のうちの少なくとも１つなどの軽量のポリマー材料から形成されてもよい。組立体２４０は、自動車のホイールなどの内側中央リム２４１と、可撓性を有する円形の外側リング２４２とを有してもよく、外側リング２４２は、内側中央リムと外側リングとの間を延びる連続的なコード／布で強化されたスポーク構造２１０によって内側中央リム２４１上に取り付けられたシェアバンドおよびトレッド構造を含んでもよい。

スポーク構造２１０は、内側中央リム２４１の周りに同心円状に配置された複数のキャビティ２１１と複数の入口開口部２１２とを交互に画定してもよく、そのため、スポーク構造が荷重を受けて撓むことが可能になり、それによって、乗り心地および組立体２４０のフットプリント内のトラクションのための可撓性と、乗物のハンドリング、転がり抵抗の低さ、およびスポーク構造内の発熱の低さのための剛性との適切なバランスが決められる。スポーク構造２１０の各キャビティ２１１は、キャビティ２１１内を延び、スポーク構造を内側中央リム２４１に固定する内側中央リム２４１の複数のアーム２４７用の複数の開口部をさらに画定してもよい。アーム２４７は、スポーク構造２１０の部分２５７に機械的連動構成をなすように係合してもよい。内側中央リム２４１は、各アーム２４７とともに、スポーク構造２１０の部分２５７を挟み内側中央リム２４１とスポーク構造との間にさらなる摩擦固定部と接着固定部の少なくとも一方を形成する場合がある複数のプレート２４９をさらに含んでもよい。スポーク構造２１０は、均質ポリマー、または異種ポリマーと充填ポリマーの少なくとも一方を含んでもよい。

スポーク構造２１０の複数のスポーク２１５を、各スポークの座屈を軽減するかまたは強化するように内側または外側に湾曲させてもよい。各スポーク２１５は、１つまたは複数の補強層２１９を含んでもよい。１つまたは複数の層２１９は、単一端部浸漬コードと、従来同様の空気入りタイヤプライ／コード構造と、短繊維と、ポリマーフィルムとのうちの少なくとも１つによって構成されてもよい。さらに、これらの構成は、ＰＥＴと、ナイロン６と、ナイロン６６と、レーヨンと、鋼と、ガラス繊維と、炭素繊維と、アラミドと、これらの材料のハイブリッド構成のうちの少なくとも１つであってもよい。各コードは、４００デニール〜９０００デニールであってもよい。ポリマーフィルムは、厚さが０．１ｍｍ〜２．０ｍｍであってもよい。各スポーク１１５における補強材は、０度から９０度の間の角度に向けられてもよい。各スポーク２１５は、その軸線方向全長にわたって連続的に補強されてもよい。１つまたは複数の連続的な補強層２１９が、可撓性を有する外側リング２４２の所でシェアバンドに隣接する複数の位置まで半径方向外側に延びていてもよい。

各キャビティ２１１および入口開口部２１２は、組立体の回転軸線の周りに共通の断面形状を有してもよい。さらに、各キャビティ２１１および入口開口部２１２は、スポーク構造２１０の一様な軸線方向厚さに等しい共通の軸線方向長さを有していてよい。各キャビティ２１１は、１つまたは複数の補強層２１９上の「ピンチ」ポイントを防ぎ、１つまたは複数の補強層に対する圧縮応力集中を軽減するように湾曲形状に形成されていてよい。キャビティ２１１の数は、２個と、大規模な組立体２４０の場合の６０個との間であってもよい。

図３に示されているように、１つまたは複数の点２３１は、ホイール／タイヤ組立体２４１の回転軸線２０１に最も近いスポーク構造２１０の１つまたは複数の点を表してもよい。スポーク構造の１つまたは複数の点２３２は、組立体２４１の回転軸線２０１から最も遠い入口開口部２１２内の１つまたは複数の点を表してもよい。１つまたは複数の線２３３は、ある点２３１を隣接する点２３２に連結する直線を表してもよい。１つまたは複数の線２３４は、１つまたは複数の点２３１を通って延びる１つまたは複数の半径方向線に垂直な１つまたは複数の線を表してもよい。各線２３３と隣接する各線２３４との間の角度は−４５度から９０度までの間であってよい。内側中央リム２４１は、鋼と、鋳鉄と、アルミニウムと、アルミニウム合金と、マグネシウム合金と、鉄合金と、プラスチックと、複合材料のうちの少なくとも１つを含んでもよい。スポーク構造２１０は、スポーク構造の可撓性をさらに調整できるように追加のキャビティ２４８をさらに有してもよい。

本明細書に記載された本発明の説明を踏まえて本発明の変形例が考えられる。本発明を例示することを目的としていくつかの代表的な例および詳細を示したが、当業者には、本発明の範囲から逸脱せずにこれらの例および詳細に様々な変更および修正を施すことができることが明らかであるだろう。したがって、添付する特許請求の範囲によって定義された本発明の全ての範囲の中に含まれる変更を、前述した特定の例に施すことができることが理解されるであろう。さらに、本発明は、前述の例に限定されず、これらの例に対して、構成と詳細事項の両方の点で特許請求の範囲の全範囲内に含まれる変形を施してもよい。

１１０，２１０ スポーク構造
１１１，２１１ キャビティ
１１５，２１５ スポーク
１１９，２１９ 補強層
１４０，２４０ ホイール／タイヤ組立体
１４１，２４１ 内側中央リム
１４２，２４２ 外側リング
１４７，２４７ アーム
１４９，２４９ プレート
２１２ 入口開口部

Claims (16)

1. 移動乗物用のホイールおよびタイヤ組立体であって、
   内側中央リムと、
   前記内側中央リムに取り付けられた可撓性を有する外側リングと、
   前記中央リムと前記可撓性を有するリングとの間を半径方向に延びるスポーク構造と、を有し、
   前記スポーク構造は、前記内側中央リムを中心として同心円状に配置され、前記可撓性を有するリングが荷重を受けて撓むのを可能にする、複数のキャビティおよび前記キャビティと交互に位置して半径方向に延びる複数の開口部を画定していることを特徴とするホイールおよびタイヤ組立体。
2. 前記スポーク構造はポリマー材料を含む、請求項１に記載のホイールおよびタイヤ組立体。
3. 前記スポーク構造は均質ポリマー材料を含む、請求項１に記載のホイールおよびタイヤ組立体。
4. 前記複数のキャビティの各々は共通の半径方向寸法を有する、請求項１に記載のホイールおよびタイヤ組立体。
5. 前記複数のキャビティの各々は、前記スポーク構造の一様な軸線方向厚さに等しい共通の軸線方向長さを有する、請求項１に記載のホイールおよびタイヤ組立体。
6. 前記組立体は、前記スポーク構造の可撓性／剛性をさらに調整できるように、前記複数のキャビティおよび前記キャビティと交互に位置して延びる前記複数の開口部の周りに、周方向および半径方向において結び合わせられた補強層をさらに有する、請求項１に記載のホイールおよびタイヤ組立体。
7. 前記スポーク構造は一様なゴム材料を含む、請求項１に記載のホイールおよびタイヤ組立体。
8. 移動乗物を非空気式に支持する方法であって、
   内側中央リムを水平軸線を中心として回転させるステップと、
   前記内側中央リムを、可撓性を有するリングに取り付けるステップと、
   前記内側中央リムと前記可撓性を有するリングとの間において前記スポーク構造を軸線方向および半径方向に延ばすステップと、
   軸線方向に延びる複数のキャビティおよび前記キャビティと交互に位置して半径方向に延びる複数の開口部を、前記内側中央リムの周りに同心円状に画定するステップと、
   前記可撓性を有するリングと、前記スポーク構造の前記可撓性を有するリングに隣接する部分とがいずれも垂直方向に撓むように、前記可撓性を有するリングに垂直方向に荷重を加えるステップと、を含むことを特徴とする方法。
9. 前記スポーク構造はポリマー材料を含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記スポーク構造は均質ポリマー材料を含む、請求項８に記載の方法。
11. 前記複数のキャビティの各々は共通の半径方向寸法を有する、請求項８に記載の方法。
12. 前記複数のキャビティの円筒状の各キャビティは、前記スポーク構造の一様な軸線方向厚さに等しい共通の軸線方向長さを有する、請求項８に記載の方法。
13. 環状構造の可撓性／剛性をさらに調整できるように、補強層を、前記複数のキャビティおよび前記キャビティと交互に位置する前記複数の開口部の周りで周方向および半径方向において結び合わせるステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
14. 前記スポーク構造の可撓性／剛性を調整するステップと、補強層を、前記複数のキャビティおよび前記キャビティと交互に位置する前記複数の開口部の周りで周方向および半径方向において結び合わせるステップと、をさらに含む、請求項８に記載の方法。
15. 環状構造は一様なゴム材料を含む、請求項８に記載の方法。
16. 前記スポーク構造に所定の荷重を加えて前記スポーク構造の一部を座屈させるステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。