JP2022515445A - 強化支持構造体を有する非空気圧式タイヤ - Google Patents

Abstract

非空気圧式タイヤは、回転軸を有するインナーリングと、インナーリングと同軸のアウターリングと、を含む。非空気圧式タイヤは、インナーリングからアウターリングまで延在する支持構造体を更に含む。支持構造体は、熱可塑性材料で構成されており、かつ内部に埋設された強化コードを有する。非空気圧式タイヤはまた、アウターリングの周りに延在する周方向トレッドを含む。【選択図】図５Ｂ

Description

本開示は、非空気圧式タイヤ、及びその作製方法に関する。より具体的には、本開示は、強化されたウェビング、スポーク、又は非空気圧式タイヤの他の支持構造体、及びそれらの作製方法に関する。

タイヤが非膨張状態又は膨張不足状態で走行することを可能にする様々なタイヤの構造が開発されている。非空気圧式タイヤは膨張を必要としないが、「ランフラットタイヤ」は、パンクし、圧縮空気の完全又は部分的な喪失を経験した後で、長期間、比較的高速で運転し続けることができる。非空気圧式タイヤは、複数のスポーク、ウェビング、又はインナーリングをアウターリングに接続する他の支持構造体を含み得る。

スポーク又はウェビングは、成形プロセスによって作製され得る。いくつかの実施形態では、スポーク又はウェビングは、単一の一体型部品として成形される。他の実施形態では、多数のリングが成形され、次いで軸方向に接合されて、スポーク又はウェビング構造体を形成する。更に他の実施形態では、円形セクターが、成形され、次いで円周方向に接合されて、スポーク又はウェビング構造体を形成する。

一実施形態では、非空気圧式タイヤを作製する方法は、第１の直径を有するインナーリングを提供することと、第１の直径よりも大きい第２の直径を有するアウターリングを提供することと、を含む。本方法は、内部に配設された強化コードを有する少なくとも１つの熱可塑性シートを提供することを更に含む。本方法はまた、少なくとも１つの熱可塑性シートから複数の非線形構成要素を形成することと、複数の非線形構成要素を共に接続して、支持構造体を形成することと、を含む。本方法は、支持構造体をインナーリングに接続することと、支持構造体をアウターリングに接続することと、を更に含む。

別の実施形態では、非空気圧式タイヤは、回転軸を有するインナーリングと、インナーリングと同軸のアウターリングと、を含む。非空気圧式タイヤは、インナーリングからアウターリングまで延在する支持構造体を更に含む。支持構造体は、熱可塑性材料で構成されており、かつ内部に埋設された強化コードを有する。非空気圧式タイヤはまた、アウターリングの周りに延在する周方向トレッドを含む。

更に別の実施形態では、非空気圧式タイヤを作製する方法は、複数の強化コードを提供することと、複数の強化コードを熱可塑性材料でコーティングして、強化熱可塑性シートを形成することと、を含む。本方法は、強化熱可塑性シートを切断することと、切断された強化熱可塑性シートから複数の非線形構成要素を形成することと、を更に含む。本方法はまた、複数の非線形構成要素を環状形状に配置することと、複数の非線形構成要素をインナーリングに取り付けることと、複数の非線形構成要素をインナーリングと同軸であるアウターリングに取り付けることと、を含む。

添付の図面では、以下の詳細な説明と共に、特許請求される本発明の例示的実施形態を説明する構造が例解される。同様の要素は、同一の参照番号で特定される。単一の構成要素として示される要素は、多数の構成要素に置き換えられ得、多数の構成要素として示される要素は、単一の構成要素に置き換えられ得ることが理解されるべきである。図面は正確な縮尺ではなく、特定の要素の比率が例解のために誇張されている場合がある。

変形していない非空気圧式タイヤの正面図である。

荷重を受けたときに変形されている図１の非空気圧式タイヤの正面図である。

非空気圧式タイヤのためのタイヤ構造体の代替的な実施形態の正面図である。

非空気圧式タイヤのためのタイヤ構造体の別の代替的な実施形態の正面図である。

強化シートの一実施形態の斜視図を示す概略図である。

非線形構成要素に形成された強化シートの一実施形態の斜視図である。

環状形状に配置された複数の非線形構成要素の一実施形態の斜視図である。

非空気圧式タイヤのためのアウターリングの一実施形態の斜視図である。

図７のアウターリングに取り付けられた図６の複数の非線形構成要素の斜視図である。 図７のアウターリングに取り付けられた図６の複数の非線形構成要素の斜視図である。

ウェビングアセンブリの代替的な実施形態の正面図を示す概略図である。

非空気圧式タイヤの一実施形態の正面図を示す概略図である。

図１及び図２は、非空気圧式タイヤ１０の一実施形態を例解する。非空気圧式タイヤ１０は、単に例示的な例解であり、限定することを意図するものではない。例解される実施形態では、非空気圧式タイヤ１０は、タイヤ１０が装着されるリム（図示せず）と係合する、略環状のインナーリング２０を含む。略環状のインナーリング２０は、内側表面２３及び外側表面２４を有し、エラストマー材料又は金属から作製され得る。

非空気圧式タイヤ１０は、略環状のインナーリング２０に接続された支持構造体である、相互接続されたウェブ４０を取り囲む、略環状のアウターリング３０を更に含む。代替的な実施形態では、複数のスポーク又は他の支持構造体が、インナーリングをアウターリングに接続する。アウターリング３０は、接地面領域３２（図２参照）の周りの、かつ接地面領域を含んでいる範囲４８において変形するように構成することができ、この構成が、振動を低減し、乗り心地の良さを高める。

一実施形態では、略環状のインナーリング２０及び略環状のアウターリング３０は、相互接続されたウェブ４０と同じ材料から作製される。代替的な実施形態では、略環状のインナーリング、略環状のアウターリング、及び相互接続されたウェブのうちの少なくとも１つは、異なる材料で作製される。図１に示されるように、略環状のアウターリング３０は、トレッド担持層７０が取り付けられる、半径方向外側表面３４を有し得る。取り付けは、接着又は従来技術において通常利用可能な他の方法を使用して行われ得る。

例解された実施形態では、相互接続されたウェブ４０は、複数の略多角形状の開口部５０を画定するウェブ要素４２の、少なくとも２つの半径方向に隣接する層５６、５８を有する。他の実施形態（図示せず）では、他のウェブ構成が用いられてもよい。別の実施形態（図示せず）では、スポーク又は他の支持構造体がウェブの代わりに用いられてもよい。

図３は、非空気圧式タイヤのためのタイヤ構造体１００の別の実施形態の正面図を例解する。タイヤ構造体１００は、インナーリング１１０とアウターリング１２０との間に延在する相互接続されたウェブの形態で、略環状のインナーリング１１０、略環状のアウターリング１２０、及び支持構造体を有する。相互接続されたウェブは、多角形状の開口部を画定する複数のウェブ要素１３０によって形成される。この特定の実施形態では、ウェブ要素１３０は、複数の六角形及び実質的に台形の形状を形成し、これは、外側の一連の交互の六角形及び台形の開口部と、内側の一連の交互の六角形及び台形の開口部とを含む。

図４は、非空気圧式タイヤのためのタイヤ構造体２００の別の代替的な実施形態の正面図である。タイヤ構造体２００は、インナーリング２１０とアウターリング２２０との間に延在するスポーク２３０の形態で、略環状のインナーリング２１０、略環状のアウターリング２２０、及び支持構造体を有する。例解される実施形態では、１６の非線形スポークが、略半径方向に延在して示される。各スポークは、２つの場所において鋭角で屈曲する。しかしながら、任意の数のスポークが、任意の幾何学形状及び配向で、用いられ得ることを理解されたい。図１～図４に示される幾何学的形状は単なる例示であり、任意の幾何学的形状が用いられ得ることを理解されたい。

図５Ａは、強化シート３００の一実施形態の斜視図を例解する概略図である。強化シート３００は、長手方向における長さＬと、横方向における幅Ｗと、を有する。長さＬは、幅Ｗよりも大きい。それゆえ、シート３００は、細長いシートと呼ばれ得る。

一実施形態では、強化シート３００は、長手方向に延在し、熱可塑性材料３２０内に埋設される強化コード３１０を含む。強化コード３１０は、高強度材料で構成される。強化コード３１０の例示的な材料としては、限定されるものではないが、ポリエステル、ナイロン、アラミド、ガラス、鋼、及び他の金属が挙げられる。特定の一実施形態では、熱可塑性材料３２０は、熱可塑性エラストマー樹脂である。例示的な熱可塑性エラストマー樹脂は、ＤＵＰＯＮＴ社により、商標名ＨＹＴＲＥＬで市販される。しかしながら、任意の熱可塑性エラストマー樹脂が用いられ得ることを理解されたい。熱可塑性エラストマー樹脂は、望ましい弾性、熱、及び化学抵抗、強度、及び耐久性を呈する。しかしながら、他のポリマー材料は、異なる特性が所望される場合、強化コードを埋設するように選択されてもよい。

強化コード３１０は、引抜、共押出、又はコードコーティングの他の手段を通して、熱可塑性材料３２０内に埋設されてもよい。得られる強化シート３００は、薄いゲージ及び低弾性率に起因して可撓性である。

強化シート３００が形成された後、強化シートは切断され、複数の非直線状構成要素に形成される。代替的に、単一の強化シートは、最初に切断されることなく、単一の非直線状構成要素に形成され得る。図５Ｂは、例示的な非直線状構成要素４００に形成された強化シート３００の一部分の斜視図である。強化シート３００は、強化コード３１０が長手方向に延在するように切断及び屈曲される。代替的な実施形態（図示せず）では、強化シートは、強化コードが長手方向に対して鋭角で延在するような角度で切断されてもよい。別の代替的な実施形態（図示せず）では、強化シートは、強化コードが横方向に延在するような角度で切断されてもよい。

例解された実施形態では、非線形構成要素４００は、４つの異なる場所において鋭い角部で屈曲される。代替的な実施形態では、非線形構成要素は、少なくとも２つの場所において屈曲される。他の代替的な実施形態では、任意の数の場所が屈曲され得、屈曲は、鋭い角部又は丸みを帯びた角部を形成し得る。

一実施形態では、強化シート３００から非線形構成要素４００を形成する工程は、強化シート３００に熱及び圧力を適用することを含む。例えば、強化シート３００は、成形型内に設置されてもよい。代替的に、非線形構成要素４００は、熱を適用されることなく圧力を適用することによって形成されてもよい。例えば、強化シート３００は、ローラによってスタンピング又は成形されてもよい。

任意の数の非線形構成要素が、任意の数の幾何学形状で形成されてもよい。例えば、タイヤの各非線形構成要素は、異なるサイズ及び形状を有してもよい。しかしながら、製造効率のために、同じサイズ及び形状を有する多数の非線形構成要素を含むことが望ましい場合がある。追加的に、タイヤの多数の異なるタイプ及びサイズにおいて、１つのサイズ及び形状の非線形構成要素を使用することが望ましい場合がある。

所望の数の非線形構成要素が形成された後、それらは、非空気圧式タイヤのための支持構造体を形成するように配置される。図６は、環状形状に配置された複数の非線形構成要素４００の一実施形態の斜視図である。例解される実施形態では、同じサイズ及び形状を有する非線形構成要素４００の単一のリングが、離間した配置で設置される。代替的な実施形態では、任意の数のサイズ及び形状の非線形構成要素が用いられてもよく、構成要素は、多数のリング内に配置され、互いに接触して設置されてもよい。別の代替的な実施形態では、異なる非線形構成要素は、異なる材料で構成されてもよい。例えば、異なる構成要素は、異なる強化コードを有してもよい。同様に、異なる構成要素内の強化コードは、異なる方向に延在してもよい。

一実施形態では、インナーリング及びアウターリングは、複数の非線形構成要素とは別個に形成される。インナーリングは、回転軸及び第１の直径を有し、アウターリングは、インナーリングと同軸であり、第１の直径よりも大きい第２の直径を有する。図７は、非空気圧式タイヤのためのアウターリング５００の一実施形態の斜視図である。一実施形態では、アウターリングは、非線形構成要素と同じ材料で形成されてもよい。代替的な実施形態では、アウターリングは、非線形構成要素とは異なる材料で形成される。例えば、アウターリングは、ポリマー材料又は金属で形成されてもよい。

例解された実施形態では、アウターリング５００は、内側表面上に形成された複数の離間したラグ５１０を含む。一実施形態では、ラグ５１０は、アウターリング５００と同じ材料で構成される。例えば、ラグは、ポリマー材料又は金属で形成されてもよい。かかる実施形態では、アウターリング５００及びラグ５１０は、成形プロセスにおいて共に形成されてもよい。代替的な実施形態では、ラグ５１０は、アウターリング５００とは別個に形成され、後で取り付けられる。例えば、ラグ５１０は、接着剤で、又は化学結合プロセスによって、アウターリング５００に取り付けられてもよい。代替的に、ラグ５１０は、溶接又はろう付けによってアウターリング５００に取り付けられてもよい。代替的な実施形態（図示せず）では、アウターリングは、ラグを含まない。

一実施形態では、アウターリング５００及びラグ５１０のいずれも、強化コードを含まない。代替的な実施形態では、アウターリングは、内部に埋設された強化コードを有する。別の代替的な実施形態では、ラグは、内部に埋設された強化コードを有する。

インナーリングは、同様の様式で構成されてもよい。一実施形態では、インナーリング及びアウターリングは、同じ材料で構成される。代替的な実施形態では、インナーリングは、アウターリングの材料とは異なる材料で構成される。一実施形態では、インナーリングは、外側表面上に複数のラグを含む。別の代替的な実施形態では、インナーリングは、ラグを含まない。

図８は、アウターリング５００に取り付けられた複数の非線形構成要素４００の斜視図である。例解された実施形態では、各非線形構成要素４００の一部分は、アウターリング５００に直接取り付けられ、各非線形構成要素４００の一部分は、ラグ５１０に取り付けられる。両方の取り付けに関して、非線形構成要素４００は、接着剤に、又は化学結合プロセスによって取り付けられてもよい。代替的に、非線形構成要素４００は、溶接又はろう付けによって取り付けられてもよい。

付加的な非線形構成要素が、本明細書に示される非線形構成要素４００に追加され、及び取り付けられてもよい。取り付けは、同様に、接着剤又は化学結合プロセス、並びに溶接又はろう付けによって行われてもよい。このプロセスは、非線形構成要素がインナーリングに取り付けられるまで継続し得、非線形構成要素は、インナーリングからアウターリングまで延在するウェビングを形成する。非線形構成要素は、同様に、インナーリング及びインナーリングの外側表面上に形成されたラグの両方に取り付けられてもよい。

図９は、ウェビングアセンブリ９００の代替的な実施形態の正面図を例解する概略図である。例解された実施形態では、複数の非線形構成要素は、インナーリング９２０とアウターリング９３０との間に延在するウェビング９１０を形成する。例解された実施形態では、インナーリング９２０及びアウターリング９３０のいずれも、ラグを含まない。代わりに、ウェビング９１０の非線形構成要素が、インナーリング９２０及びアウターリング９３０に直接取り付けられる。

一実施形態では、ウェビング９１０は、上述の様式のうちの１つにおいて、複数の非線形構成要素を互いに配置及び取り付けることによって、まず構成される。例解される実施形態では、非線形構成要素は、次いで互いに取り付けられる一連の同心リング内で互いに取り付けられる。本明細書に示されるように、非線形構成要素は、インナーウェブリング９４０、中間ウェブリング９５０、及びアウターウェブリング９６０を形成する。同心リングは、例解目的の離間したものとして示される。代替的な実施形態では、任意の数のウェブリングが、形成されてもよい。

ウェビング９１０が形成された後、上述の取り付け方法のうちの１つを使用して、インナーリング９２０及びアウターリング９３０に取り付けられてもよい。代替的な実施形態では、ウェビング９１０は、スピン溶接によってインナーリング９２０及びアウターリング９３０に取り付けられる。スピン溶接は、熱可塑性材料に使用される摩擦溶接技術であり、溶接される部品は、摩擦によって加熱される。熱は、インナーリング９２０及びアウターリング９３０をフープに対して静止して保持しながらウェビング９１０を回転させることによって、又はインナーリング９２０及びアウターリング９３０に対して静止したウェビング９１０を保持しながら、インナーリング９２０及びアウターリング９３０を回転させることによって生成され得る。これは、部品間の摩擦熱が溶接される部品に対して十分なレベルに達するまで継続される。次いで、静止部品を解放して、同様に回転させ、回転軸に沿って圧力を加えながら、それらが冷却される際に部品を共に保持する。このようなプロセスは、フープが所定の最小厚さを超える厚さを有することを必要とし得る。

別の実施形態では、ウェビングアセンブリ９００は、非線形構成要素を成形型内に設置することによって形成される。次いで、ポリマー材料は、非線形構成要素を取り囲むように成形型に注入される。このプロセス中に熱又は圧力が加えられてもよい。注入された材料は、次いで冷却され、それゆえ非線形構成要素を埋設する。このプロセスは、オーバーモールドプロセスと呼ばれ得る。かかる一実施形態では、成形型内に注入されるポリマー材料は、非線形構成要素とは異なる材料である。それゆえ、支持構造体の熱可塑性材料は、熱可塑性材料とは異なるポリマー材料内に埋設される。

オーバーモールドプロセスの一実施形態では、強化熱可塑性材料は、成形型全体に設置され、その結果、得られるウェビングが全体で強化される。代替的な実施形態では、成形型のいくつかの部分は、内部に配置された強化熱可塑性材料を有さない。例えば、インナーリング又はアウターリングを画定する成形型部分は、内部に設置された強化熱可塑性材料を有さなくてもよい。

ウェビング構造体が構築された後、トレッドゴムを提供し、トレッドゴムをポリマー材料のアウターリングに固着させることによって、非空気圧式タイヤが完成されてもよい。図１０は、非空気圧式タイヤ１０００の一実施形態の正面図を例解する概略図である。例解された実施形態では、非空気圧式タイヤ１０００は、インナーリング９２０からアウターリング９３０まで延在するウェビング９１０を含み、例解された実施形態では、ウェビング９１０は、複数の幾何学的開口部を有し、幾何学的開口部のうちの少なくとも１つは、鋭い角部を有する。代替的な実施形態では、非線形構成要素は、図４に示されるスポークの実施形態などの、ウェビングの代わりにスポークを形成する。

トレッドゴム１０１０は、アウターリング９３０に固着される。トレッドゴムは、接着剤又は化学結合処理によって固着されてもよい。固着は、熱又は圧力の適用を含み得る。トレッドゴム１０１０は、リブ、ブロック、ラグ、溝、サイプ、及び他のトレッド要素などの、内部に形成されたトレッド要素を有してもよい。トレッドゴムはまた、剪断バンドなどの内部構造体を含んでもよい。

「含む（includes）」又は「含む（including）」という用語が、本明細書又は特許請求の範囲において使用される範囲において、「含む（comprising）」という用語が特許請求項で移行句として採用される際の解釈と同様に包括的であることが意図される。更に、「又は（or）」という用語が採用される範囲において（例えば、Ａ又はＢなど）、「Ａ又はＢ、又はＡとＢの両方とも」を意味することが意図される。本出願人らが「Ａ又はＢの両方ではなく一方のみ」を示すことを意図する場合、「Ａ又はＢの両方ではなく一方のみ」という用語が採用されるであろう。したがって、本明細書における「又は」という用語の使用は、排他的ではなく、包含的である。Ｂｒｙａｎ Ａ．Ｇａｒｎｅｒ，Ａ Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ ｏｆ Ｍｏｄｅｒｎ Ｌｅｇａｌ Ｕｓａｇｅ ６２４（２ｄ．Ｅｄ．１９９５）を参照されたい。また、「中（in）」又は「中へ（into）」という用語が、本明細書又は特許請求の範囲において使用される範囲において、「上（on）」又は「上へ（onto）」を追加的に意味することが意図される。更に、「接続する（connect）」という用語が本明細書又は特許請求の範囲において使用される範囲において、「と直接接続する（directly connected to）」ことだけではなく、別の構成要素（複数可）を介して接続するなどの「と間接的に接続する（indirectly connected to）」ことも意味することが意図される。

本出願をその実施形態の記述によって例解し、またその実施形態をかなり詳細に説明してきたが、添付の特許請求の範囲の範囲をこのような詳細に制限するか、又はいかなる形でも限定することは、出願人らの本意ではない。追加の利点及び改良が、当業者には容易に明らかとなるであろう。したがって、そのより広い態様における本出願は、図示及び説明される、特定の詳細、代表的な装置及び方法、並びに例解的な実施例に限定されない。このため、出願人の一般的な発明概念の趣旨又は範囲から逸脱することなく、このような詳細からの逸脱がなされ得る。

Claims (15)

1. 非空気圧式タイヤを作製する方法であって、前記方法が、
   第１の直径を有するインナーリングを提供することと、
   前記第１の直径よりも大きい第２の直径を有するアウターリングを提供することと、
   内部に配設された強化コードを有する少なくとも１つの熱可塑性シートを提供することと、
   前記少なくとも１つの熱可塑性シートから複数の非線形構成要素を形成することと、
   前記複数の非線形構成要素を共に接続して、支持構造体を形成することと、
   前記支持構造体を前記インナーリングに接続することと、
   前記支持構造体を前記アウターリングに接続することと、を含む、方法。
2. 前記アウターリング上に複数のラグを形成する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記支持構造体を前記アウターリングに接続する前記工程が、前記複数の非線形構成要素を前記複数のラグに接続することを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記少なくとも１つの熱可塑性シートから前記複数の非線形構成要素を前記形成することが、前記少なくとも１つの熱可塑性シートに熱及び圧力を適用して、前記少なくとも１つの熱可塑性シートを成形することを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記少なくとも１つの熱可塑性シートから前記複数の非線形構成要素を前記形成することが、前記少なくとも１つの熱可塑性シートを切断することを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記少なくとも１つの熱可塑性シートから前記複数の非線形構成要素を前記形成することが、前記少なくとも１つの熱可塑性シートを少なくとも２つの場所において屈曲することを含む、請求項１に記載の方法。
7. 内部に配設された強化コードを有する前記少なくとも１つの熱可塑性シートを前記提供することが、強化コードを提供する工程と、前記強化コードを熱可塑性材料でコーティングする工程と、を含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記強化コードを前記熱可塑性材料で前記コーティングすることが、前記強化コードを前記熱可塑性材料で引き抜き成形することを含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記複数の非線形構成要素を共に接続して、前記支持構造体を前記形成することが、前記複数の非線形構成要素を共に接続して、ウェブを形成することを含む、請求項１に記載の方法。
10. 非空気圧式タイヤであって、
    回転軸を有するインナーリングと、
    前記インナーリングと同軸のアウターリングと、
    前記インナーリングから前記アウターリングまで延在する支持構造体であって、前記支持構造体が、熱可塑性材料で構成されており、かつ内部に埋設された強化コードを有する、支持構造体と、
    前記アウターリングの周りに延在する周方向トレッドと、を備える、非空気圧式タイヤ。
11. 前記アウターリングが、上部に配設された複数のラグを有し、前記複数のラグが、ポリマー材料で構成されており、前記複数のラグが、強化コードを欠く、請求項１０に記載の非空気圧式タイヤ。
12. 前記支持構造体が、前記複数のラグに取り付けられている、請求項１１に記載の非空気圧式タイヤ。
13. 前記支持構造体が、接着剤で互いに接続された複数の非線形構成要素を含む、請求項１０に記載の非空気圧式タイヤ。
14. 前記支持構造体が、複数の幾何学的開口部を有するウェブであり、前記複数の幾何学的開口部のうちの少なくとも１つが、鋭い角部を有する、請求項１０に記載の非空気圧式タイヤ。
15. 前記支持構造体の前記熱可塑性材料が、前記熱可塑性材料とは異なるポリマー材料内に埋設されている、請求項１０に記載の非空気圧式タイヤ。

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