JP2019506329A - 非空気式タイヤ - Google Patents

Abstract

入れ子式高弾性率スポーク構造を有し、各スポークは、通常の動作負荷状態下における滑面上でのホイールの動作中にスポークが正の張力を維持するように、予張力を有する非空気式タイヤ。
【選択図】図３

Description

本発明の主題は、入れ子式スポークを有する非空気式タイヤに関し、各スポークは、通常の動作負荷状態下における滑面上でのホイールの動作中にスポークが正の張力を維持するように、予張力を有する。

非空気式ホイールに関する詳細及び利益は、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第６，７６９，４６５号、同第６，９９４，１３４号、同第７，０１３，９３９号、及び同第７，２０１，１９４号に説明されている。いくつかの非空気式タイヤ構造は、せん断バンドを組み込み、その実施形態は、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第６，７６９，４６５号及び同第７，２０１，１９４号に説明されている。このような非空気式タイヤは、タイヤに印加される負荷の支持について気体膨脹圧力に依存することなく、タイヤの性能において利点を提供する。

非空気式ホイールの一例では、地面に接触する部分を有する可撓性バンドは、中心要素またはハブから半径方向に延出する、張力を伝達するクモの巣状の複数の要素（「スポーク」とも呼ばれる）と連結され得る。例として、このような非空気式ホイールは、例えば、ポリウレタン等の材料が非空気式タイヤの全部または一部を形成するモールドに注入されるオープン注型成形によって形成されてもよい。代替として、スポークは、個々に形成されてから、外側バンド及びハブに取り付けられてもよい。

スポークの張力は、ホイールの外側バンドにおける円周方向圧縮によって相殺される。スポークの張力が大きいほど、円周方向圧縮が大きくなる。不均一なスポーク張力は、スポークの各々の不均一な引っ張りによって生成される。ホイールに負荷がかけられるとき、例えば、車両の重量を支持しているとき、負荷の一部は、外側バンドにおける円周方向圧縮力を通して円周方向に外側バンドの上部に負担される。ホイールの上部におけるスポークは、ホイールに印加された負荷に比例してより多くの張力を負担する。この負荷負担メカニズムは、空気式タイヤの半径方向コードが車両の負荷をリムの上部で負担する方法と類似し、概して、「上部負荷ホイール」と呼ばれる。

ソリッドタイヤ、セミソリッドタイヤ、フォーム充填タイヤ、またはスプリングホイール等の底部負荷ホイールは、タイヤのハブに対する圧縮における負荷の主要部分を負担する。

タイヤが、例えば、平滑ではない表面の上で回転するタイヤによって遭遇し得る障害物に遭遇すると、または岩、亀裂、くぼみ、もしくは縁石等の障害物に遭遇すると、外側バンドは瞬時に変位し、接地面における外側バンドの変形に起因して、変形量を超えて瞬時にスポークを変形させる。スポークが高剛性率を有する場合、障害物により引き起こされた変形は、スポークが低剛性率を有する場合よりも、大きな負荷を生成され車両に伝達される。障害物により生成された瞬時の高負荷は、車両及びその運転者により、音、振動、衝動、及び／または衝撃として認識され、これは本明細書において「嵌入性」と呼ばれ、嵌入性の増加は、音及びまたは振動等の増加に関連付けられる。

概して、スポークが延出すると、スポーク剛性は増加する。スポークの変位と比較したスポークの剛性の勾配は、障害物遭遇からの瞬時変位に対するホイール反応を示す。勾配が大きくなればなるほど、スポークが変位するときに生成される力が大きくなり、一方で、スポークが有する剛性変位勾配が小さくなると、タイヤが瞬時変位に遭遇するときに車両に対して及ぼす力が小さくなる。

高弾性率材料から構成されるスポークは、低弾性率材料を有するスポークよりも固くなるであろう。低弾性率材料からの従来の非空気式タイヤにおけるスポークの構造は、衝動、振動を吸収し、音及び衝撃力を低減させるための能力を有する非空気式タイヤスポークを生成する。高弾性率材料からの従来の非空気式タイヤにおけるスポークの構造は、より固い反応及び概してより高い嵌入性を有する非空気式タイヤを生成する。

低い嵌入性を有する非空気式タイヤを生成するために低弾性率を有する材料を使用することは、タイヤのスポークが適切な剛性率を達成するために伸長するような、スポークの有効長に近い実長を有するスポークを必要とする。タイヤの嵌入性を低減させるために、スポークは、所望の剛性率が達成されるまで有効長を長くすることによって長くされてもよい。しかしながら、有効長は、ハブと外側バンドとの間の距離によって制限され、事実上、非空気式タイヤの設計において嵌入性を削減する制限要因である。スポークの設計の複雑なところは、車両の重量を支持するために最小剛性がスポーク内に必要とされる一方で、負荷が加わったタイヤの剛性率の変化は、スポークが負荷を支持するために伸長される際、急に増加することである。このことは、低剛性を有するように設計されるにもかかわらず、負荷が加えられるとき、特により大きな瞬時変位に対応するとき、高剛性率を有するスポークという結果をもたらす。

したがって、音、振動、及び衝撃を低減させるのに十分に低い剛性率を有するスポーク構造が有用であり得る。大きな局所的スポーク変形を回避するスポーク構造も有用であり得る。また、音、振動、衝動、及びまたは衝撃の低減を達成するために必要とされる有効長を最小化するスポーク構造も、特に役立ち得る。

態様及び利点は、以下の説明に部分的に記載されるか、または説明から明らかになるか、または本発明の実施を通じて学ぶことができる。

一例示的な実施形態において、非空気式ホイールが複数のスポークを有し、各スポークが、予張力を生成するために変位し、変位は通常動作状態下で負荷が加えられるときタイヤの接地面の変形以上である。

一例示的な実施形態において、非空気式ホイールが複数のスポークを有し、各スポークが、予張力を生成するために変位し、変位はその最大動作設計容量まで通常動作状態下で負荷が加えられるときタイヤの接地面の変形以上である。最大動作設計容量は、製造業者によって示される通りである。

一例示的な実施形態において、非空気式ホイールが複数のスポークを有し、各スポークが、予張力を生成するために変位し、変位は通常動作状態下で負荷が加えられるときタイヤの接地面の変形以上である。外側バンドと連結したＶ字形状を有するスポークは、ホイールハブとの連結から半径方向外側に位置する。

一例示的な実施形態において、非空気式ホイールが複数のスポークを有し、各スポークが、予張力を生成するために変位し、変位は通常動作状態下で負荷が加えられるときタイヤの接地面の変形以上である。スポークは、タイヤの垂直変形とほぼ等しい距離にわたって半径方向に変形するとき、各スポークがほとんど線形の剛性を有するようなＶ字形状を有する。

一例示的な実施形態において、非空気式ホイールが複数のスポークを有し、各スポークが、予張力を生成するために変位し、変位は通常動作状態下で負荷が加えられるときタイヤの接地面の変形以上である。スポークは、タイヤの垂直変形とほぼ等しい距離にわたって半径方向に変形するとき、各スポークがほとんど線形の剛性を有するようなＶ字形状を有する。各スポークは、スポークのノーズが、ハブと隣接するスポークの連結点と外側バンドと隣接するスポークの連結点との間に引かれた垂直線を通りすぎて延出するように、隣接するスポークと入れ子になる。

これら及び他の特徴、態様、及び利点は、以下の明細書本文及び添付の特許請求の範囲を参照することによって、よりよく理解されるであろう。添付図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成し、実施形態を例証し、明細書本文と共に本発明の原理を説明するのに役立つ。

当業者を対象として、最良の形態を含む完全かつ実施可能な開示が本明細書において示され、本明細書は添付図面を参照する。

高度なスポーク湾曲を有する非空気式タイヤの外側部分の実施形態の側面図を提供する。 弛緩しニュートラル状態のスポークを伴う非空気式タイヤの外側部分の部分拡大側面図を提供する。 タイヤのハブ部分に連結されているときにそうであるような、スポークが引張状態にある非空気式タイヤの外側部分の部分拡大側面図を提供する。 非空気式タイヤの実施形態の単一のスポーク、締結部アセンブリ、及びハブの一部の拡大部分斜視図を提供する。 非空気式タイヤの実施形態の単一のスポーク、締結部アセンブリ、及びハブの一部の拡大部分斜視図を提供する。

異なる図における同一または類似の参照符号の使用は、同一または類似の特徴を意味する。

本開示は、予引張されるスポーク非空気式ホイールを提供する。本実施形態を説明するために、これより実施形態及び／または方法を詳細に参照する。本発明の１つまたは複数の実施例が図面内に、または図面により示されている。各実施例は、本発明を限定するものではなく、説明として提供される。実際、当業者には、本実施形態の範囲または趣旨を逸脱することなく、様々な修正及び変形がなされ得ることは明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として例示または記載されている機能またはステップは、別の実施形態またはステップと共に使用して、さらなる実施形態または方法をもたらすことができる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲及びそれらの等価物の範囲内に属する修正及び変形をカバーすることが意図される。

以下の用語は、本開示に関して以下の通りに定義される。

「軸方向」または図中の文字「Ａ」は、例えばそれが路面に沿って移動するときのせん断バンド、タイヤ、及び／またはホイールの回転軸に平行な方向を指す。

「半径方向」または図中の文字「Ｒ」は、軸方向に直交し、軸方向に直交して延出するあらゆる半径と同じ方向に延出する方向を指す。

「赤道面」は、回転軸を垂直に通過してせん断バンド及び／またはホイール構造を二分する平面を意味する。

「半径方向面」は、赤道面に垂直にホイールの回転軸を通過する平面を意味する。

「デルタ剛性」は、変位にわたる力の描画上に引かれた線の勾配を意味し、勾配は、物体が応力を加えられず、力を及ぼさない位置から、物体が力を及ぼす位置まで測定され、そこから剛性が、力を変位で割ることにより計算される。

「タンジェント剛性」は、変位にわたる力の描画上に引かれた線の勾配を意味し、勾配は、変位における変化によって分割された力の変化によって測定される。換言すると、タンジェント勾配は、変位線にわたる力上の所与の場所における物体の変位にわたる力の描画に引かれた線に接して引かれる線の勾配である。

図１は、高度なスポーク湾曲を有する非空気式タイヤの外側部分の実施形態の側面図を提供する。本明細書で示されるホイール１０は、表面３上にある。負荷Ｌは、ホイールのハブに印加され、車両の重量またはその一部を表現することができる。負荷Ｌが印加されるとき、タイヤは、表面３に抗して圧接され、距離Ｄを変形する。接触領域は、「接地面」を指し、その上でタイヤが相互作用し、進行する表面に反応する領域を提供する。

ホイールの軸方向側面から見たときに、スポーク３００は、Ｖ字形状を保有する。形状は、タイヤの垂直変形Ｄとほぼ等しい距離にわたって半径方向に変形するとき、ほとんど線形の剛性を可能にし、ホイール１０が、道路内で発見され得るような表面３における亀裂、岩、または縁石等の障害物と遭遇するとき等の動的な負荷のかかる事象中、より小さい湾曲を保有するスポークを有する非空気式タイヤよりも、ホイールを通じて比較的より低い力伝達をもたらす。

スポークのＶ字形状は、外側バンド４００に対してスポークの取り付け点３８０で始まる。スポーク３００の半径方向外側部分３７５は、時計回り方向において半径方向内側及び円周方向に延出する。スポークは、次いでアールがつけられたノーズ３５０を形成しながら曲がる。半径方向内側部分３２５は、締結部の係合のためのダブテール肉厚部３１０を保有するハブ取り付け点３２０に、反時計回り方向において半径方向内側及び円周方向に続く。

スポークのＶ字形状は、スポーク３００がその両側で各隣接するスポーク３００と入れ子になることを可能にし、タイヤのために意図された設計負荷状態下で回転する等、通常の動作状態中にスポークが互いに衝突することを防止する。入れ子になることは、スポークのノーズが、ハブと隣接するスポークの連結点と外側バンドと隣接するスポークの連結点との間に引かれた直線を通りすぎて円周方向に延出することを可能にする。

本明細書で示される実施形態において、スポーク３００は、外側バンド４００に取り付けられる外側リング３９０を伴い一体的に形成される。代替として、スポークは、個々に形成されてから、外側バンド４００と個々に結合されてもよい。

図２は、弛緩しニュートラル状態のスポーク３００を伴う非空気式タイヤ１０の外側部分の部分拡大側面図を提供する。タイヤの外側バンド４００は、トレッド４５０を保有する。弛緩しニュートラル状態は、スポークのハブとの連結が切れるとき、換言するとスポークがスポークに印加された予張力を持たないとき、取り得る位置である。スポークは、スポークの半径方向内側部分で、ダブテール部分３１０を保有する。スポークの半径方向内側部分は、ダブテールとの連結点３２０で、ダブテール３１０から円周方向に延出する。スポークは、半径Ｒ１を保有するノーズ部分３５０に延出する。半径Ｒ１は、急なＶ字形ノーズと比較して屈曲応力を低減させる。スポークは、次いでノーズ部分３５０から半径方向外側連結点３８０に延出し、次いで別のアールがつけられた屈曲Ｒ２の後、外側バンド４００に取り付けられる外側リング３９０に接合する。

図３は、タイヤのハブ部分に連結されているときにそうであるような、スポーク３００が引張状態にある非空気式タイヤの外側部分の部分拡大側面図を提供する。ここで、力Ｌ１は、スポーク３００の半径方向内側端部に印加され、スポークをホイール１０の中心軸に向かって半径方向内側に延出させる。スポーク３００がハブ１００に取り付けられるとき、スポークの半径方向の変位は、予張力Ｌ１を生成する。予張力に起因する半径方向の変位は、接地面における通常動作中のタイヤが受ける変形量よりも大きくなるはずである。しかしながら、動的な負荷事象が、スポークにそのニュートラル状態を通り過ぎて瞬時に圧縮をもたらすことが予測される。

図４は、非空気式タイヤ１０’の実施形態の単一のスポーク３００’、締結部アセンブリ２００、及びハブ１００の一部の代替的な実施形態の拡大部分斜視図を提供する。ここで、ハブ１００は、締結部アセンブリ２００によってスポーク３００’に取り付けられて示される。締結部アセンブリは、スポークのダブテール部分３１０’に対しその上に締めるスロットを生成する。締結部アセンブリ２００は、Ｌ字形ブラケット２２０、ブラケット板２３０、及び少なくとも一つの締結部２１０を含む。ここで複数のねじ締結部２１０が、ブラケット板２３０をＬ字形ブラケット２２０上に保持し、ブラケットの内部面２２２、２３２で締めることによってスポーク３００’のダブテール部分３１０’にぶつかる。

スポーク３００’の半径方向外側部分３７５’は、Ｔ字形の半径方向外側端部３９２’を保有し、外側バンド４００に取り付けられる表面３９４’を提供する。示される実施形態において、スポーク３００’の半径方向外側表面３９４’は、外側バンド及びスポーク３００’に使用された材料に応じて選択される接着剤で結合される。

図５は、非空気式タイヤ１０’の実施形態の単一のスポーク３００’、締結部アセンブリ２００、及びハブ１００の一部の拡大部分斜視図を提供する。複数の締結部２１２は、ハブ１００に対してＬ字形ブラケット２２０を保持する。同様に、複数の締結部２１０は、Ｌ字形ブラケット２２０に対してブラケット板２３０を保持し、スポーク３００’の肉厚の半径方向内側端部３１０’を保持するための衝突力を提供する。図示されないが、代替的な実施形態は、円形状または矩形形状等、肉厚の半径方向内側端部３１０’として示されるダブテールまたは三角形形状以外の肉厚の形状を保有してもよい。代替的な実施形態はまた、スポークの肉厚の半径方向内側端部３１０’をハブ内の対応するスロット内に摺動させることによってスポークを保持し得、スロットはスポーク３００’の肉厚の半径方向内側端部を収容かつ保持するように適切にサイズ決定される。

低ばね定数のスポーク及び高予張力は、より小さい湾曲を保有するスポークで構築された同様の大きさの非空気式タイヤのタンジェント剛性よりも低いタンジェント剛性を可能にする。ここで、円周方向に細長いスポーク湾曲は、スポークがより短い場合に生じ得るよりも、外側バンドが、ホイールの上部においてスポーク内の大きな反応力を生成することなくより大きな距離にわたって垂直に変位することを可能にする。示される実施形態において、スポークは、ハブへの連結と外側バンドへの連結との間に引かれた線からスポークのノーズの前部までの、円周方向距離から測定される円周方向長を有し、これはスポークの非圧縮高の距離の少なくとも７５パーセントであり、非圧縮高は、ニュートラル、無負荷状態におけるハブへの連結点とスポークの外側バンドへの連結との間で測定される。図４及び５に示される実施形態において、円周方向長は、スポークの非圧縮高のうち少なくとも８０％である。張力に引き込まれるとき、スポークの円周方向長は、引張の高さのうちの少なくとも２５％であり、予張力が印加される。

スポーク材料の弾性率を驚くほど増加させることが、より低く、かつほどんど線形の、タンジェントばね剛性を有するスポークの生成を可能にする。このことは、スポークのニュートラル位置からの変位がタイヤの接地面の変位以上であるように、スポークに予張力を印加することによってある程度達成される。予張力はまた、ホイールが、底部負荷ばねホイールにおける以前の試みとは異なり、張力においてスポークにより負荷を負担することを可能とする、ホイールの上部負荷特性を維持する。

上記のスポークの実施形態３００’において示される様に、スポークを個々に生成することによって、スポークが、熱可塑性物質等の種々の代替的な材料から、経済的に射出成形され得る。選択された材料は、示される実施形態の場合１０００ＭＰａ〜３０００ＭＰａの範囲の弾性率を有するはずである。上記図４及び図５において示される特定の実施形態において、１２００ＭＰａの弾性率を有する材料が、納得のできる結果を作り出すことが見いだされた。

他のクモの巣状の要素構成及び形状を本発明の範囲内で使用してもよいことを理解されたい。

本発明の主題を特定の例示的な実施形態及びその方法に関して詳細に記載してきたが、当業者は、前述事項の理解に到達すると、このような実施形態に対する改変、ならびにその変形及び等価物を容易に生み出し得ることが分かるであろう。したがって、本開示の範囲は限定としてではなく例としてのものであり、本開示は、当業者に容易に明らかであろう本主題に対する変更、変形、及び／または追加を包含することを排除しない。

Claims (15)

1. 通常の負荷状態下で接地面において外側バンドの変形を有する非空気式ホイールであって、前記非空気式ホイールが、回転軸を画定し、軸方向、半径方向、及び円周方向を画定し、前記非空気式ホイールが、
   外側バンドであって、前記外側バンドの外側表面が地面に接触する表面を有する、外側バンドと、
   ハブと、
   複数のスポークであって、各スポークが、前記半径方向において予張力を生成するために変位し、前記変位が前記外側バンドの所定の変形以上である、複数のスポークと、を備える、非空気式ホイール。
2. 前記複数のスポークが、各々Ｖ字形状を保有する、請求項１に記載の非空気式ホイール。
3. 前記複数のスポークの各々が、隣接するスポークと入れ子になっている、請求項２に記載の非空気式ホイール。
4. 前記スポークのノーズが、前記ハブとの前記隣接するスポークの連結点と前記外側バンドとの前記隣接するスポークの前記連結点との間に引かれた垂直線を通りすぎて延出するように、前記複数のスポークの各々が、前記隣接するスポークと入れ子になっている、請求項２に記載の非空気式ホイール。
5. 前記複数のスポークが、前記ホイールの通常の負荷状態下で受けた変位を通じてほとんど線形の剛性を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の非空気式ホイール。
6. 前記通常の負荷状態が、製造業者によって規定されている、請求項１〜５のいずれかに記載の非空気式ホイール。
7. 前記通常の負荷状態が、前記非空気式ホイール上で示されている、請求項１〜６のいずれかに記載の非空気式ホイール。
8. 前記スポークの前記変位が、前記スポークのニュートラル状態と、前記ホイールが負荷を受けていない状態で前記複数のスポークが前記ハブ及び前記外側バンドに取り付けられている状態との間で測定された前記変位である、請求項１〜７のいずれかに記載の非空気式ホイール。
9. 前記スポークの前記ニュートラル状態は、前記スポークが前記ハブ及び前記外側バンドから外されているときに、前記スポークが取る形状である、請求項９に記載の非空気式ホイール。
10. 前記外側バンドの前記変形が、前記ホイールの前記回転軸と無負荷状態における外側バンド上の点との間の第１の長さと、前記ホイールの前記回転軸と負荷状態における外側バンド上の点との間の第２の長さとの間の差の測定値である、請求項１〜９のいずれかに記載の非空気式ホイール。
11. 前記スポークの前記変形が、前記接地面の中間点で測定される、請求項１〜１０のいずれかに記載の非空気式ホイール。
12. 前記複数のスポークの各々が、前記スポークの非圧縮高の距離の少なくとも７５パーセントである円周方向長を有する、請求項１〜１１のいずれかに記載の非空気式ホイール。
13. 前記複数のスポークが、高弾性率材料から構築されている、請求項１〜１２のいずれかに記載の非空気式ホイール。
14. 外側バンドに取り付けられた複数のスポークを有する非空気式ホイールであって、各スポークが予張力を生成するために変位し、前記変位が、通常動作状態下で負荷が加えられるとき、前記接地面において生じる前記ホイールの前記外側バンドの変形以上である、非空気式ホイール。
15. 複数のスポークを有する非空気式ホイールであって、各スポークが予張力を生成するために変位し、前記変位が、通常動作状態下で負荷が加えられるとき、前記ホイールの前記接地面における前記スポークの垂直変形以上であり、前記ホイールの前記垂直変形とほぼ等しい距離にわたって半径方向に変形するとき、各スポークがほとんど線形の剛性を有するように、前記スポークがＶ字形状を有する、非空気式ホイール。

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