JP2021066430A - モジュール式非空気入り支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】スポークの耐荷重および耐久性を増加させることで、性能を向上させた移動車両用タイヤを提供する。【解決手段】移動車両用タイヤは、内側中央リムに取り付けられる外側可撓性リング２１０と、内側中央リムと外側可撓性リングとの間で半径方向に延在するスポーク構造とを含む。スポーク構造は、並んで配置される複数の要素２２０から構成され、複数の要素が内側中央リムの周囲を円周方向に延在し、外側可撓性リングの半径方向内側に延在している。スポーク構造は、さらに複数の三角形の開口２１５を画定し、複数の三角形の開口は、外側可撓性リング、複数の要素のうちの第１の要素および複数の要素のうちの第２の要素の間に配置される。第１の要素は第２の要素の円周方向に隣接する。【選択図】図１

Description

本発明は、タイヤ組立体に関し、より詳細には、非空気入りタイヤ組立体に関する。

ラジアル空気入りタイヤは、リムとベルト層との間で荷重を運搬し移送するため、プライ補強に依存している。これらのプライコードは、荷重を運搬するため張力をかける必要がある。これらのプライコードの張力は、タイヤの内部チャンバの加圧空気によって達成される。空気圧が失われると、トップローダ空気入りタイヤの耐荷重が著しく減少する。タイヤメーカにとって、ゆっくりした、または急激な空気圧の消失を防止することは課題であった。１つの提案された解決策は、非空気入りタイヤを使用することである。トップローダ非空気入りタイヤは、その耐久性、速度定格／制限および耐荷重を空気入りタイヤのレベルまで増加させることができれば、空気入りタイヤと同様に機能することができる。

多くのトップローダ非空気入りタイヤは、車両の荷重を運ぶためポリマースポークに依存している。スポークは荷重をリムからシアバンドに伝達する。これらのタイヤのスポークに使用されるポリマーの特性により、これらのタイヤの性能は制限される。本発明の目的は、この制限を克服し、これらのスポークの耐荷重および耐久性を増加させ、それゆえにトップローダ非空気入りタイヤまたはトップローダ空気入りタイヤの性能を増加させることである。

本発明による移動車両用タイヤは、内側中央リムに取り付けられる外側可撓性リングと、内側中央リムと外側可撓性リングとの間で半径方向に延在するスポーク構造とを含む。スポーク構造は、並んで配置される複数の要素から構成され、複数の要素が内側中央リムの周囲を円周方向に延在し、外側可撓性リングの半径方向内側に延在している。スポーク構造は、さらに複数の三角形の開口を画定し、複数の三角形の開口は、外側可撓性リング、複数の要素のうちの第１の要素および複数の要素のうちの第２の要素の間に配置される。第１の要素は第２の要素の円周方向に隣接する。

タイヤの他の態様によれば、複数の要素は、ポリマー材料を含む。

タイヤのさらに他の態様によれば、複数の要素は、均質なポリマー材料を含む。

タイヤのさらに他の態様によれば、複数の要素の各要素は、共通の半径方向寸法を有する。

タイヤのさらに他の態様によれば、複数の要素の各要素は、共通の軸方向幅を有する。

タイヤのさらに他の態様によれば、複数の要素の各要素は、各要素の周囲全体に延在する補強層を含む。

タイヤのさらに他の態様によれば、複数の要素の各要素は、均質なゴム材料の層を含む。

タイヤのさらに他の態様によれば、複数の要素の各要素は、組立前に、独立した個別の構造として形成される。

本発明による方法は、移動車両を空気を用いることなく支持する。本方法は、内側中央リムを水平軸の周りで回転させるステップと、内側中央リムを可撓性リングへ取り付けるステップと、スポーク構造を内側中央リムと可撓性リングの間で軸方向および半径方向に延在させるステップと、可撓性リングの内部を、軸方向かつ半径方向かつ内側中央リムの周りを同心状に延在する複数の要素を画定するステップと、複数の三角形の開口を複数の要素のうちの２つの隣接する要素および可撓性リングによって画定するステップであって、複数の三角形の開口は内側中央リムの周りに同心円アレイを形成するステップと、可撓性リングを垂直に装填するステップであって、可撓性リングおよび可撓性リングに隣接するスポーク構造の一部が垂直方向に撓むように充填するステップとを含む。

本方法の他の態様によれば、複数の要素の各要素は、ポリマー材料を含む。

本方法のさらに他の態様によれば、複数の要素の各要素は、均質なポリマー材料を含む。

本方法のさらに他の態様によれば、複数の要素の各要素は、共通の半径方向寸法を有する。

本方法のさらに他の態様によれば、複数の要素の各要素は、共通の軸方向幅を有する。

本方法のさらに他の態様によれば、さらなるステップは、複数の要素の各要素の周りに円周方向および半径方向に補強層を延在するステップを含み、スポーク構造の可撓性／剛性をさらに調整するステップを含む。

本方法のさらに他の態様によれば、さらなるステップは、スポーク構造の可撓性／剛性を調整するステップと、補強層を複数の要素の各要素の周りに円周方向および半径方向に延在させるステップとを含む。

本方法のさらに他の態様によれば、スポーク構造は、均質なゴム材料を含む。

本方法のさらに他の態様によれば、さらなるステップは、スポーク構造の一部を、スポーク構造に掛けられた所定の荷重で座屈させるステップを含む。

本方法のさらに他の態様によれば、複数の要素の各要素は、複数の要素の残りの要素と共に組み立てる前に、独立した個別の構造として形成される。
本発明は、添付の図面を参照しながら、そのいくつかの実施例の以下の説明により、より明確に理解されるであろう。

本発明のタイヤの実施例の概略図である。 図１のタイヤの一部の概略図である。 さらに異なる条件における図２のタイヤの他の部分の概略図である。

米国特許第１０，０４０，３１７号および米国特許第１０，２８６，７２５号に記載されているような従来の非空気入りホイール／タイヤ組立体は、何れもその全体を参照により本明細書に組み込まれることにより、例えば、標準タイヤゴム化合物、熱可塑性ポリマー、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、天然ゴムのような架橋ポリマー、合成ゴムのようなポリマー、エポキシ樹脂、および／またはフェノール樹脂などの軽量ポリマー材料から形成することができる。組立体は、自動車のホイールのような内側中央リムと、円形の外側可撓性リングまたはタイヤ２００とを有することができ、外側可撓性リングすなわちタイヤ２００は、内側中央リムと外側リングとの間に延在する連続コード／織物補強スポーク構造によって内側中央リムに取り付けられた、シアバンドおよびトレッド構造を含むことができる。

スポーク構造は、内側中央リムの周りに同心状に配置された複数のキャビティを画定することができ、このキャビティによってスポーク構造が荷重下で撓むことが可能になり、それにより、乗り心地の柔軟性、組立体の接地面内でのトラクション、車両ハンドリングのための剛性、低い転がり抵抗、スポーク構造内に蓄積する熱の抑制の適切なバランスをとることができる。スポーク構造のキャビティは、内部中央リムのアームが延在しスポーク構造を内部中央リムに固定するための開口をさらに画定することができる。アームは、スポーク構造の一部を機械的なインターロック構成でかみ合わせることができる。内側中央リムは、アームと共にスポーク構造の一部を挟み込み、内側中央リムとスポーク構造との間に摩擦および／または接着によるさらなる固定力を生成し得るプレートをさらに含んでもよい。スポーク構造は、均質または不均質ポリマーおよび／または充填ポリマーを含んでもよい。

別の従来のホイール／タイヤ組立体は、軽量ポリマー材料、例えば、標準タイヤゴム化合物、熱可塑性ポリマー、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、天然ゴムのような架橋ポリマー、合成ゴムのようなポリマー、エポキシ樹脂、および／またはフェノール樹脂から形成することができる。組立体は、自動車のホイールのような内側中央リムと、円形の外側可撓性リングまたはタイヤ２００とを有することができ、外側可撓性リングすなわちタイヤ２００は、内側中央リムと外側リングとの間に延在する連続コード／織物補強スポーク構造によって内側中央リムに取り付けられた、シアバンドおよびトレッド構造を含むことができる。

スポーク構造は、内側中央リムの周りに同心状に配置された複数の交互キャビティと入口開口を画定することができ、この交互キャビティと入口開口によってスポーク構造が荷重下で撓むことが可能になり、それにより、乗り心地の柔軟性、組立体の接地面内でのトラクション、車両ハンドリングのための剛性、低い転がり抵抗、スポーク構造内に蓄積する熱の抑制の適切なバランスをとることができる。スポーク構造のキャビティは、内部中央リムのアームが延在しスポーク構造を内部中央リムに固定するための開口をさらに画定することができる。アームは、スポーク構造の一部を機械的なインターロック構成でかみ合わせることができる。内側中央リムは、アームと共にスポーク構造の一部を挟み込み、内側中央リムとスポーク構造との間に摩擦および／または接着によるさらなる固定力を生成し得るプレートをさらに含んでもよい。スポーク構造は、均質または不均質ポリマーおよび／または充填ポリマーを含んでもよい。

これらのスポーク構造のスポークは、スポークの座屈を緩和または強化するために、内向きまたは外向きに湾曲させてもよい。スポークは、１つまたは複数の補強層を含んでもよい。層は、シングルエンド浸漬コード、従来の空気入りタイヤプライ／コード配置、短繊維、ポリマーフィルム、および／または他の適切な複合材料で構成することができる。さらに、これらの構造は、ＰＥＴ、ナイロン６、ナイロン６，６、レーヨン、鋼、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド、および／またはこれらの材料の混成の構造であってもよい。コードは、４００デニールから９０００デニールまでとすることができる。ポリマーフィルムは、０．１ｍｍから２．０ｍｍの厚さであってもよい。スポーク内の鉄筋は、０度から９０度の間の角度で配向されてもよい。スポークは、その軸方向の全長にわたって連続的に補強することができる。連続した鉄筋層は、外側可撓性リングにおけるシアバンドに隣接する複数の位置まで、半径方向外側に延在してもよい。

これらのスポーク構造の各キャビティおよび注入口開口は、組立体の回転軸の周りに共通の断面外形を有してもよい。さらに、各キャビティおよび注入口開口は、スポーク構造の均質な軸方向厚さに等しい共通の軸方向長さを有していてもよい。各キャビティは、補強層上の「摘まみ」点を防止し、補強層上の圧縮応力集中を緩和するため、湾曲した形状であってもよい。キャビティの数は、大規模組立体の場合、２〜６０の間とすることができる。内側中央リムは、鋼、鋳鉄、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、鉄合金、プラスチック、および／または複合材料を含むことができる。スポーク構造は、さらに、スポーク構造の可撓性をさらに調整するための追加のキャビティを有してもよい。

図１〜３に示されるように、本発明による例示的なタイヤ組立体２００は、例えば、標準的なタイヤゴム化合物、熱可塑性ポリマー、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、天然ゴムのような架橋ポリマー、合成ゴムのようなポリマー、エポキシ樹脂、および／またはフェノール樹脂などの軽量ポリマー材料から形成することができる。タイヤ組立体２００は、自動車のホイールなどの上述の（図示せず）内側中央リムと、円形の外側可撓性リング２１０と、を有していてよい。外側可撓性リング２１０はトレッド構造（図示せず）を備えたシアバンドを含むことができ、タイヤ２００（図１）の回転軸２０１の周りに並んで同心状に整列された複数の同一のモジュラー要素２２０（図３）によって、内側中央リムに取り付けられる。

図２に示すように、モジュラー要素２２０は、タイヤ２００の回転軸２０１の周りに同心状に延在する湾曲したスポーク状の構造を形成するために、互いに順次に付加されてもよい。この配置では、各要素２２０の第１の側面２２１は、隣接する要素２２０の第５の側面２２５に固定されてもよい。要素２２０は、摩擦ばめ、接着、融着、架橋、溶接、および／または他の適切な手段によって互いに対して固定されてもよい。具体的には、各要素２２０の第１の側面２２１は、他の隣接する要素の第５の側面２２５にこのようにして固定され、タイヤ２００が荷重下で回転するとき、引っ張り荷重を支持するための完全な円形のスポーク状構成を最終的に形成する。

図３に示すように、各要素２２０の断面は、第１の平坦な側面２２１と、第２の平坦な側面２２２と、第３の平坦な側面２２３と、第４の平坦な側面２２４と、第５の平坦な側面２２５と、１つの湾曲した側面２２６とを有する閉曲線を画定することができる。１つの要素２２０の第２の平坦な側面２２２、他の隣接する要素２２０の第４の平坦な側面、および外側可撓性リング２１０は、各隣接する要素２２０（図１）の間に配置される複数の三角形の開口２１５を形成することができる。

要素２２０の各層の構造は、第１の層２３１と、第１の層に接続される、または隣接する第２の層２３２と、第２の層に接続される、または隣接する第３の層２３３と、第３の層（図３）に接続される、または隣接する第４の層２３４とを含んでもよい。最も内側の第１の層２３１は、タイヤ２００の回転中に要素２２０の内部を異物から保護するための「トッピング」ゴムの層であってもよい。第２の最も内側の第２の層２３２は、タイヤ２００の回転中に要素２２０の内部を異物からさらに保護するための「トッピング」ゴムの層であってもよい。

第３の最も内側の層、第３の層２３３は、シングルエンド浸漬コード、従来の空気入りタイヤプライ／コード配置、短繊維、および／またはポリマーフィルムで構成することができる。さらに、これらの構造は、ＰＥＴ、ナイロン６、ナイロン６，６、レーヨン、鋼、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド、および／またはこれらの材料の混合構造であってもよい。コードは、４００デニールと９０００デニールとの間であってもよい。ポリマーフィルムは、０．１ｍｍから２．０ｍｍの厚さであってもよい。要素２２０内の鉄筋は、タイヤ２００の回転軸２０１の垂直面に対して０度から９０度の間の角度で配向されてもよい。要素２２０は、それらの全周（図３）および各要素の全軸幅にわたって連続的に補強されてもよい。

最も外側の第４の層２３４はまた、タイヤ２００の回転中に要素２２０の外部を異物から保護するための「トッピング」ゴムの層であってもよい。シアバンド（図示せず）は、各要素２２０の第３の側面２３３において、第４の層２３４に直接取り付けられてもよい（例えば、接着、融着、溶接、架橋など）。架橋の一例は、２つのポリマー鎖、または層２３４を互いに結合するために、共有結合または化学結合の比較的短いシーケンスを形成するプロセスであってもよい。さらに、全体のタイヤ２００が組み立て／成形されるとき、２つの隣接する要素２２０の最も外側の第４の層２３４は、２つの隣接する湾曲した側面２２６が収束する位置のフィレット２３５と、２つの隣接する平坦な側面２２２、２２４（図２）が収束する位置のフィレット２３６と、を形成するように、部分的に一緒に流動させることができる。

本明細書に提供される説明に照らして本発明の変形が可能である。本発明を説明する目的で、特定の代表例および詳細を示したが、本発明の範囲から逸脱することなく、その中で種々の変更および修正を行うことができることは、当業者には明らかであろう。したがって、以下の付属請求項によって定義されるように、本発明の全範囲内であると説明される特定の例において変更が行われ得ることを理解されたい。さらに、本発明は、添付の請求の範囲の全範囲内で、構造および詳細の両方において変化させることができ、前述の例に限定されない。

Claims (18)

1. 内側中央リムに取り付けられる外側可撓性リングと、
   前記内側中央リムと前記外側可撓性リングとの間で半径方向に延在するスポーク構造とを含み、
   前記スポーク構造は並んで配置される複数の要素から構成され、前記スポーク構造は前記複数の要素が前記内側中央リムの周囲を円周方向に延在し、前記スポーク構造は前記外側可撓性リングの半径方向内側に延在し、前記スポーク構造は、さらに複数の三角形の開口を画定し、前記複数の三角形の開口は、前記外側可撓性リング、前記複数の要素のうちの第１の要素および前記複数の要素のうちの隣接する第２の要素の間に配置されることを特徴とする、移動車両用タイヤ。
2. 前記複数の要素は、ポリマー材料を含むことを特徴とする、請求項１に記載のタイヤ。
3. 前記複数の要素は、均質なポリマー材料を含むことを特徴とする、請求項１に記載のタイヤ。
4. 前記複数の要素の各要素は、共通の半径方向寸法を有することを特徴とする、請求項１に記載のホイールおよびタイヤ組立体。
5. 前記複数の要素の各要素は、共通の軸方向幅を有することを特徴とする、請求項１に記載のタイヤ。
6. 前記複数の要素の各要素は、各要素の周囲全体に延在する補強層を含むことを特徴とする、請求項１に記載のタイヤ。
7. 前記複数の要素の各要素は、均質なゴム材料の層を含むことを特徴とする、請求項１に記載のタイヤ。
8. 前記複数の要素の各要素は、組立前に、独立した個別の構造として形成されることを特徴とする、請求項１に記載のタイヤ。
9. 移動車両を空気を用いることなく支持する方法であって、
   内側中央リムを水平軸の周りで回転させるステップと、
   前記内側中央リムを可撓性リングへ取り付けるステップと、
   スポーク構造を前記内側中央リムと前記可撓性リングの間で軸方向および半径方向に延在させるステップと、
   前記可撓性リングの内部を、軸方向かつ半径方向かつ前記内側中央リムの周りを同心状に延在する複数の要素を画定するステップと、
   複数の三角形の開口を前記複数の要素のうちの２つの隣接する要素および前記可撓性リングによって画定するステップであって、前記複数の三角形の開口は前記内側中央リムの周りに同心円アレイを形成するステップと、
   前記可撓性リングを垂直に装填するステップであって、前記可撓性リングおよび前記可撓性リングに隣接する前記スポーク構造の一部が垂直方向に撓むように装填するステップとを有することを特徴とする、方法。
10. 前記複数の要素の各要素は、ポリマー材料を含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 前記複数の要素の各要素は、均質なポリマー材料を含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
12. 前記複数の要素の各要素は、共通の半径方向寸法を有することを特徴とする、請求項９に記載の方法。
13. 前記複数の要素の各要素は、共通の軸方向幅を有することを特徴とする、請求項９に記載の方法。
14. 前記複数の要素の各要素の周りに円周方向および半径方向に補強層を延在するステップをさらに含み、前記スポーク構造の前記可撓性／剛性をさらに調整するステップを含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
15. 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要素の各要素の周りに円周方向および半径方向に延在させるステップとをさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
16. 前記スポーク構造は、均質なゴム材料を含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
17. 前記スポーク構造の一部を、前記スポーク構造に掛けられた所定の荷重で座屈させるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
18. 前記複数の要素の各要素は、前記複数の要素の残りの要素と共に組み立てる前に、独立した個別の構造として形成されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。

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