JP2021031058A - 非空気入りルーパータイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】空気膨張が必要であるという欠点を除いて、空気入りタイヤの全ての特徴を有する改良された非空気入りタイヤを提供する。【解決手段】スポークループ構造４００は、剪断帯から内側に延びる複数の可撓性のループを有し、各ループはエラストマー材料のストリップから形成され、各ループはホイール５００に接続されている。ホイール５００は、少なくとも２つの円周方向仕切りを有し、各スポークループ４２０が、隣接する２つの仕切りの間に形成された区画内に受け入れられており、区画がスポークループの軸方向の移動を阻止する非空気入りタイヤ１００である。【選択図】図１

Description

本発明は、概ね乗物用タイヤおよび非空気入りタイヤに関し、より詳細には非空気入りタイヤに関する。

空気入りタイヤは、１世紀以上にわたって乗物の可動性のために選択されている解決策である。空気入りタイヤは張力構造である。空気入りタイヤは少なくとも４つの特性を有しており、それらの特性によって今日大きな優位性を有している。空気入りタイヤは、タイヤ構造の全てが荷重の支持に関与するので、効率的に荷重を支持できる。空気入りタイヤはまた、乗物の荷重が分布することによって、接触圧力が低く、その結果、道路上での摩耗がより小さくなるので望ましい。空気入りタイヤはまた剛性が低いため、乗物内で快適な乗り心地が確保される。空気入りタイヤの主な欠点は、圧縮された流体を必要とすることである。従来の空気入りタイヤは、膨張圧力が完全に失われた後には役に立たなくなる。

膨張圧力なしで作動するように設計されたタイヤは、空気入りタイヤに関連する問題および妥協の多くをなくすことができる。圧力の維持と圧力の監視のどちらも不要である。今まで、中実タイヤまたはその他のエラストマー構造のような構造的に支持されたタイヤは、従来の空気入りタイヤで必要とされたレベルの性能を提供することはできなかった。構造的に支持されたタイヤの、空気入りタイヤと同様な性能をもたらす解決策が、望まれている改善点であろう。

非空気入りタイヤは、通常、その荷重を支持する効率によって定義される。「ボトムローダ」は、本質的に、ハブの下方の構造部分において荷重の多くを支持する剛性を有する構造である。「トップローダ」は、構造の全てが荷重の支持に関与するように設計されている。このようにトップローダはボトムローダに比べて荷重支持の効率が高く、質量がより小さい構造にすることが可能である。

そこで、空気膨張が必要であるという欠点を除いて空気入りタイヤの全ての特徴を有する改良された非空気入りタイヤが望まれている。

非空気入りタイヤが、環状リングを形成しさらに接地トレッド部および剪断帯（shear band）を含むスポークループ（spoke loop）構造を含み、スポークループ構造は剪断帯から内側に延びる複数の可撓性のループを有し、各ループはエラストマー材料のストリップから形成され、各ループはホイールに接続されていることを特徴とする。

［定義］
以下の用語は、本明細書の説明において以下のように定義される。

「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面を意味する。

「子午面」は、タイヤの回転軸に平行で、前記軸から半径方向外向きに延びる平面を意味する。

「ヒステリシス」とは、動的剪断ひずみ１０％および２５℃で測定された動的損失正接を意味する。

本発明の非空気入りタイヤの第１の実施形態の斜視図である。 図１の非空気入りタイヤの断面斜視図である。 図１の非空気入りタイヤの分解図である。 本発明のスポークループ構造の斜視図である。 本発明のスポークループ構造の正面図である。 本発明のホイールの正面斜視図である。 本発明のホイールの背面斜視図である。 １組のループを有するスポークループ構造の他の実施形態の正面図である。 スポークループの拡大図である。 より多くのループを有する、図８Ａの変形例の図面である。 剪断帯を示すスポークループ構造の断面図である。 平行な補強コードを有するエラストマーのストリップの斜視図である。 エラストマーのストリップのための補強コードの異なる配置を示す図である。 １つのスポークループのみを有し、関連する部品に符号が付されている非空気入りタイヤの正面図である（明確にするために他の部分は除かれている）。

本発明は、以下の説明および添付の図面を参照することによって良く理解されるであろう。

本発明の非空気入りタイヤ１００が図１〜図５に示されている。本発明の非空気入りタイヤは、複数のスポークループ（spoke loop）４２０を有するスポークループ構造４００を含む。スポークループ構造４００は、半径方向外側の地面係合トレッド２００と、剪断帯（shear band）３００をさらに含む。トレッド２００は従来同様の構造であってよく、様々な条件におけるタイヤの性能を向上させるために、リブ、ブロック、ラグ、溝、およびサイプのような、トレッド設計の当業者に公知の様々な要素を、必要に応じて含んでいてよい。剪断帯３００の構造によって、本発明の非空気入りタイヤはトップローダ構造にすることができ、それにより剪断帯３００およびスポークループが効率的に荷重を支持することができる。剪断帯３００およびスポークループ４２０は、スポークループ４２０の剛性がタイヤのばね定数に直接関連するように設計される。スポークループ４２０は、タイヤのフットプリント内で座屈または変形するが圧縮荷重を支持できない構造になるように設計される。これにより、ループの、フットプリント領域内にない残りの部分が、荷重を支持する能力を有することができる。フットプリントの内側よりもフットプリントの外側により多くのスポークループが存在するので、スポークループあたりの荷重は小さくなり、より小さなループでタイヤの荷重を支持することが可能になり、非常に荷重効率の良い構造が得られる。前述した理由により、スポークに対するこの圧縮荷重を最小限に抑え、剪断帯が曲がって道路の障害を乗り越えられるようにすることが望まれる。近似的な荷重分布は、荷重のほぼ９０％〜１００％が剪断帯と上部スポークによって支持され、その結果、下部スポークはほぼゼロの荷重、好ましくは荷重の１０％未満を支持するようになっている。

［剪断帯］
剪断帯３００は好ましくは環状であり、図９に断面が示されており、好ましくはタイヤトレッド２００の半径方向内側に配置されている。剪断帯３００は、エラストマーの剪断マトリックス３３０によって分離された第１および第２の強化エラストマー層３１０、３２０を含む。各々の非伸張性層３１０、３２０は、エラストマーコーティングに埋め込まれた平行な非伸張性の補強コード３１１、３２１から形成されてもよい。補強コード３１１、３２１は、スチール、アラミド、またはその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、タイヤの赤道面に対して０度から±約１０度までの範囲内の角度Φに方向付けられている。第２の強化エラストマー層３２０において、補強コード３２１は、タイヤの赤道面に対して０度から±約１０度までの範囲内の角度φに方向付けられている。好ましくは、第１の層の角度Φが第２の層の補強コードの角度φの反対向きである。すなわち、第１の強化エラストマー層における角度＋Φと第２の強化エラストマー層における角度−φである。

剪断マトリックス３３０は、約０．１０インチから約０．２インチまでの範囲内、より好ましくは約０．１５インチの厚さを有する。剪断マトリックスは、好ましくは、２．５ＭＰａから４０ＭＰａまでの範囲内、より好ましくは２０ＭＰａから４０ＭＰａまでの範囲内の剪断弾性率Ｇを有するエラストマー材料から形成される。剪断帯は剪断剛性ＧＡと曲げ剛性ＥＩとを有する。剪断帯の曲げ剛性ＥＩを最大にして、剪断帯剛性ＧＡを最小にすることが望ましい。許容されるＧＡ／ＥＩの比は０．０１〜２０であり、理想的な範囲は０．０１〜５である。ＥＡは剪断帯の伸張剛性であり、引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決定される。剪断帯のＥＩに対するＥＡの比は０．０２〜１００の範囲が許容され、理想的な範囲は１〜５０である。

他の実施形態では、剪断帯が、前述したＧＡ／ＥＩの比およびＥＡ／ＥＩの比を有するあらゆる構造を含むことができる。タイヤトレッドは好ましくは剪断帯の周りに巻き付けられ、好ましくは剪断帯と一体的に成形される。

［スポークループ構造］
スポークループ構造４００は、剪断層から伝達される荷重を支持するように機能する。スポークループ４２０は、主に張力および剪断の荷重を受け、いかなる圧縮荷重も支持できない。図４は、軸方向に離れて位置する、４つの周方向に揃えられたループセット４２０を有する例示的なスポークループ構造４００を示している。しかしながら、スポークループ構造は、単一のループ列のみを有していてもよく、または複数のループ列を有していてもよい。図５に示すように、各ループ４２０は、外側環状リング４１０からホイール５００に向かって内側に延びている。好ましくは、各ループ４２０がＶ字形または三角形の形状である。各ループは、第１の側部４２１および第２の側部４２３を有する。一実施形態では、ループが半径方向に方向付けられていない。別の実施形態では、スポークループの側部が主に半径方向に方向付けられている。したがって、半径方向に対するループの方向は、変更されてもよい。図８Ｃに示すように、ループの数を増やすと、半径方向に対するループの側部の角度も変化する。

各ループ４２０の半径方向の高さは、剪断帯の内面とピンの内側半径Ｒとの間の、半径方向の公称距離に、図１１に示されている可撓性のループの厚さを加えた値の７５％から１００％までの範囲内にある。より好ましくは、８０％から９０％までの範囲である。ループ４２０の円周方向の間隔は必要に応じて変えてもよく、ループ間の円周方向のギャップ間隔は、ループ４２０の数を増やすために小さくしてもよい。各ループ４２０は、剪断帯および外側トレッド構造に接合された外側環状リング４１０に固定された半径方向外側端部４２２、４２４を有する。好ましくは、半径方向外側の端部４２２、４２４は、剪断帯およびトレッド外側構造と一体的に形成される。

スポークループ構造は単一の列のスポークループ（図示せず）を含んでいてもよく、各スポークループの軸方向幅は、タイヤの軸方向幅以下であってよい。図４に示すように、スポークループ構造は、円周方向に揃えられたスポークループの複数の列を有していてもよい。あるいは、各セット内のループが円周方向に揃えられていなくてもよい。

図８Ｂに示すように、ループ４２０は、好ましくは、可撓性ストリップ４３０、好ましくはゴムまたはエラストマーの可撓性ストリップ、より好ましくはナイロンまたはポリエステルのコードなどの平行な補強コード４２６を有する強化エラストマーストリップで形成される。補強コード４２６は互いに対して平行に揃えられ、従って、ループ内に形成されると、組み立てられたときに半径方向に方向付けられない。各ストリップのコード４２６の向きは、一般的にはストリップの長手方向軸と平行な方向に方向付けられるが、コードはストリップの長手方向軸Ｌに対して−６０度から＋６０度までの範囲内、より好ましくは−４５度から＋４５度までの範囲内の角度θに方向付けられてもよい。ストリップの幅は一般的には０．３インチ〜２インチであるが、必要に応じて変化していてもよい。ストリップまたは可撓性のループの厚さは一般的には０．０４インチ〜０．２５インチであるが、変化していてもよい。

図２に示すように、スポークループ構造の各ループ４２０はロック部材を介してホイール５００に固定され、この例ではロック部材は、ボルト５１０のねじ端部に固定されるナット５０８と組み合わせられるボルト５１０である。ロック部材は、クランプ、ばね負荷クリップ、ピン、または当業者に知られているその他の機械的ロック手段であってもよい。図６に示すように、ホイール５００は、外側端部５１５と５１６との間に位置する複数の円周方向仕切り５２０、５３０を含む。図２に示すように、円周方向仕切り５２０、５３０はホイールリム内面５１４とともに、スポークループを個々の区画内に互いに離れた状態に保ち、各スポークループの軸方向の移動を阻止するように機能する。各ボルト５１０は第１の側部５１５から第２の側部５１６までホイール５００を横切って軸方向に延び、各円周方向仕切りの揃えられた穴を貫通する。各ボルトはまた、各スポークループを２つの円周方向仕切りの間のリムに固定するために、スポークループの軸方向に揃えられた列内に受け入れられる。

また、ロック部材は、スポークループに予め張力を加えるようにも機能する。各ループを形成するために使用されるストリップの長さはまた、ループに所望の張力を予め加えるために変化していてもよい。所望の動作特性のために非空気入りタイヤを調整するために、１セットのループのために選択されたコードの剛性を変えることによって、またはコード角度を方向付けることによって、ばね定数をタイヤの軸方向幅にわたって変化させてもよい。各ループセットは、所定のセット内のループの所望のばね定数を有するために、異なるタイプのコードまたは異なる角度のコードを用いてもよい。

各ループは、好ましくは非空気入りタイヤの軸方向幅ＡＷよりも実質的に小さい軸方向幅Ａを有する。各ループの軸方向幅Ａは、好ましくはタイヤの軸方向幅ＡＷの５％から２０％までの範囲内、より好ましくはＡＷの５％から１０％までの範囲内である。ループの２つ以上のセットが用いられる場合、各ループの軸方向の厚さは、異なっていてもよく、または同じであってもよい。

各スポークループ構造４００は、図１２に示すように、既知の荷重の下でのたわみを測定することによって実験的に決定され得るばね定数ＳＲを有する。スポークループ構造のばね定数ｋを決定するための１つの方法では、スポークループ構造をハブに取り付け、スポークループ構造の外側リングを、剛性を有する試験装置に取り付ける。ハブに下向きの力が加えられ、ハブの変位が記録される。ばね定数ｋは、図１３に示すように力たわみ曲線の傾きから求められる。スポークループ構造のばね定数は、剪断帯のばね定数よりも大きいことが好ましい。スポークループ構造のばね定数は、剪断帯のばね定数の４〜１２倍の大きさの範囲内であり、より好ましくは、剪断帯のばね定数の６〜１０倍の大きさの範囲内である。

２列以上のスポークループが用いられる場合、各列は、同じばね定数を有していてもよく、または異なるばね定数を有していてもよい。非空気入りタイヤのばね定数は、図８に示すようにスポークループ構造の数を増やすことによって調節することができる。あるいは、スポークループの各列のばね定数を、スポークループ構造の幾何学形状を変えること、または材料を変えることによって異ならせてもよい。

出願人は、前述した説明を読むことで当業者には他の多くの変形例が明らかであると理解している。これらの変形例およびその他の変形例は、添付の特許請求の範囲によって規定されている本発明の思想および範囲内に含まれる。

Claims (18)

1. 環状リングを形成しさらに接地トレッド部および剪断帯を含むスポークループ構造を含み、前記スポークループ構造は、前記剪断帯から内側に延びる複数の可撓性のループを有し、各ループはエラストマー材料のストリップから形成され、各ループはホイールに接続されていることを特徴とする非空気入りタイヤ。
2. 前記ホイールは、少なくとも２つの円周方向仕切りを有することを特徴とする、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
3. 各スポークループが、隣接する２つの仕切りの間に形成された区画内に受け入れられていることを特徴とする、請求項２に記載の非空気入りタイヤ。
4. 前記区画が前記スポークループの軸方向の移動を阻止することを特徴とする、請求項３に記載の非空気入りタイヤ。
5. ピンが各々の可撓性のループ内に受け入れられ、前記ピンが第１の端部および第２の端部を有し、前記第１の端部および前記第２の端部が前記ホイールに取り付けられていることを特徴とする、請求項１に記載の非空気圧入りタイヤ。
6. 各スポークループが、非空気入りタイヤの軸方向厚さよりも小さい軸方向厚さを有することを特徴とする、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
7. 前記スポークループの厚さが、前記ループの軸方向幅よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
8. 複数の前記スポークループは円周方向に揃えられていることを特徴とする、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
9. 各スポークループは、複数の平行な補強コードで補強されたエラストマーのストリップで形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
10. 前記補強コードは、前記エラストマーのストリップの長手方向軸に揃えられていることを特徴とする、請求項９に記載の非空気入りタイヤ。
11. 前記補強コードは、前記エラストマーのストリップの長手方向軸に対して０度から４５度までの範囲内の角度が付けられていることを特徴とする、請求項９に記載の非空気入りタイヤ。
12. 各スポークループは、第１の方向と、前記第１の方向の反対の第２の方向との両方に揃えられた複数の平行な補強コードで補強されたエラストマーのストリップで形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
13. 円周方向に揃えられた第２の列のスポークループが存在し、前記第２の列のスポークループは第１の列とは異なる補強コードで補強されていることを特徴とする、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
14. 第１の列のスポークループが予め張力をかけられていることを特徴とする、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
15. 前記第２の列のスポークループは、前記第１の列のスポークループよりも長いストリップ長さを有することを特徴とする、請求項１３に記載の非空気入りタイヤ。
16. 各スポークループが側部を有し、半径方向に対する前記側部の角度αが２度から１５度までの範囲であることを特徴とする、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
17. 各スポークループが半径方向に方向付けられた側部を有することを特徴とする、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
18. 各スポークループが半径方向に方向付けられていない側部を有することを特徴とする、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。

Images