JP2022516536A - シム層を有するタイヤトレッドバンド - 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及びインナーリングと同軸のアウターリングを含む。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に延在する支持構造体及びアウターリングの周りに延在する周方向トレッドを更に含む。周方向トレッドは、せん断要素を含む。せん断要素は、固体材料の下部シム層、固体材料の上部シム層、及び下部シム層と上部シム層との間に配置された弾性層を含む。弾性層は、下部シム層及び上部シム層よりも高い弾性を有する。【選択図】図３

Description

本開示は、タイヤトレッドバンド及びその作製方法に関する。より具体的には、本開示は、シム層を有するタイヤバンド及びそ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、加圧空気の完全又は部分的な喪失を経験した後で、長期間、比較的高速で動作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連結する他の支持構造体を含むことができる。いくつかの非空気圧式タイヤでは、周方向トレッドがタイヤのアウターリングの周りに巻き付けられる場合がある。

周方向トレッドは、上部非弾性領域と下部非弾性領域との間に配置された弾性領域を有するせん断要素を含んでもよい。せん断要素はまた、せん断バンド、トレッドバンド、又は薄い環状の高強度バンド要素と呼ばれることもある。空気入りタイヤで使用するとき、せん断要素は、タイヤが加圧されたときに張力部材として作用する。非空気圧式タイヤ又は非加圧状態若しくは部分的加圧状態の空気入りタイヤで使用されるとき、せん断要素は構造圧縮部材として作用する。

一実施形態では、非空気圧式タイヤは、回転軸を有するインナーリング及びインナーリングと同軸のアウターリングを含む。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に延在する支持構造体及びアウターリングの周りに延在する周方向トレッドを更に含む。周方向トレッドは、せん断要素を含む。せん断要素は、固体材料の下部シム層、固体材料の上部シム層、及び下部シム層と上部シム層との間に配置された弾性層を含む。弾性層は、下部シム層及び上部シム層よりも高い弾性を有する。

添付の図面では、以下の詳細な説明とともに、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ている要素は、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図示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側面図である。

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側面図である。

非空気圧式タイヤの一実施形態の部分断面を図示する概略図である。

非空気圧式タイヤの代替的な実施形態の部分断面を例解する概略図である。

図１及び図２は、非空気圧式タイヤ１０の一実施形態を図示する。非空気圧式タイヤ１０は、単に例示的な図示あり、限定することを意図するものではない。図示された実施形態では、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、概ね環状のインナーリング２０を含む。概ね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、エラストマ材料又は金属で作製され得る。

非空気圧式タイヤ１０は、概ね環状のインナーリング２０に連結された支持構造体である相互連結されたウェブ４０を取り囲む、概ね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連結する。アウターリング３０は、接地面領域３２（図２参照）の周りの範囲４８、及び接地面領域を含んでいる範囲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、振動を減少させ、乗り心地の良さを高めている。

一実施形態では、概ね環状のインナーリング２０及び概ね環状のアウターリング３０は、相互連結されたウェブ４０と同じ材料で作製される。代替的な実施形態では、概ね環状のインナーリング、概ね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に示されたように、概ね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。

図示された実施形態では、相互連結されたウェブ４０は、複数の概ね多角形状の開口部５０を画定しているウェブ要素４２の、少なくとも２つの半径方向に隣接する層５６、５８を有している。他の実施形態（図示せず）では、他のウェブ構成が採用されてもよい。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採用されてもよい。

図３は、非空気圧式タイヤ１００の一実施形態の部分断面を図示する概略図である。この実施形態では、非空気圧式タイヤ１００は、インナーリング１１０、アウターリング１２０、及びインナーリングからアウターリングに延在する支持構造体１３０を有するタイヤ構造体を含む。一実施形態では、支持構造体１３０は、図１及び図２に示されるウェビングなどのウェビングである。代替的な実施形態では、支持構造体は、複数のスポーク含む。しかしながら、任意の支持構造体が採用されてもよいことが理解されるべきである。

非空気圧式タイヤ１００は、アウターリング１２０と同じ幅を有する周方向トレッド２００を更に含む。周方向トレッド２００は、固体材料の下部シム層２１０、固体材料の上部シム層２２０、及び下部シム層２１０と上部シム層２２０との間に配置された弾性層２３０を有するせん断要素を含む。一実施形態では、下部シム層２１０及び上部シム層２２０は、同じ材料で構成される。１つの特定の実施形態では、下部シム層２１０及び上部シム層２２０は両方とも、鋼製シムストックなどの鋼で構成される。１つの特定の実施形態では、下部シム層２１０及び上部シム層２２０は、超高強度鋼製シムストックで構成される。他の例示的な材料としては、アルミニウム、黄銅、銅、ステンレス鋼、ポリエステル、及びポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）が挙げられるが、これらに限定されない。全ての場合において、材料は、シムストック材料であり得る。代替的な実施形態では、下部シム層２１０及び上部シム層２２０は、異なる材料で構成される。

好ましい性能は、高い極限引張強度及び低い表面粗さを有する表面仕上げを有する材料で構成された上部及び下部シム層で達成され得る。一実施形態では、上部及び下部シム層は、１平方インチ当たり少なくとも４８，０００ポンドの力（すなわち、４８ｋｓｉ又は３３０ＭＰａ）の極限引張強度を有する材料で構成される。別の実施形態では、上部及び下部シム層は、１平方インチ当たり少なくとも９６，０００ポンドの力（すなわち、９６ｋｓｉ又は６６０ＭＰａ）の極限引張強度を有する材料で構成される。更に別の実施形態では、上部及び下部シム層は、１平方インチ当たり少なくとも１６０，０００ポンドの力（すなわち、１６０ｋｓｉ又は１１００ＭＰａ）の極限引張強度を有する材料で構成される。高い極限引張強度を有する材料で構成されたバンド層は、より良好な疲労寿命を有する。

追加的に、一実施形態では、上部及び下部シム層は、１０００マイクロインチ（すなわち、２５マイクロメートル）未満の平均表面粗さを有する材料で構成される。別の実施形態では、上部及び下部シム層は、６４マイクロインチ（すなわち、１．６マイクロメートル）未満の平均表面粗さを有する材料で構成される。更に別の実施形態では、上部及び下部シム層は、３２マイクロインチ（すなわち、０．８マイクロメートル）未満の平均表面粗さを有する材料で構成される。より粗い仕上げは接着性により良好である場合があるが、より微細な仕上げは疲労寿命のためにより良好であることが判明している。

上記で特定された極限引張強度及び平均表面粗さは、ショットピーニング又はレーザー衝撃ピーニングプロセスを介して調製された高強度鋼に見出すことができる。高強度鋼は、特殊鋼であってもよく、特別な熱処理を受けてもよい。アルミニウム及びチタンもまた、上記で特定された極限引張強度及び平均表面粗さを提示し得る。

弾性層２３０は、下部シム層２１０及び上部シム層２２０よりも高い弾性を有する。弾性層２３０はまた、高い層間せん断強度を有する。低ヒステリシス及び高熱伝導率を有する材料から弾性層２３０を構成して、発熱を低減することが望ましい場合がある。弾性層２３０の例示的な材料としては、ゴム又は熱可塑性材料が挙げられるが、これらに限定されない。

図示された実施形態では、トレッドゴム２４０の層は、上部シム層２２０の周りに配置される。トレッドゴム２４０は、その中に配置されたトレッド要素を有し得る。例示的なトレッド要素としては、グルーブ、リブ、ラグ、ブロック、及びサイプが挙げられるが、これらに限定されない。トレッドゴム２４０は、弾性層２３０と同じ材料であってもよいか、又は異なる材料であってもよい。トレッドゴム２４０は、上部シム層２２０に接着又は化学結合されてもよい。

代替的な実施形態（図示せず）では、トレッドゴムは、せん断要素がトレッドゴムに埋め込まれるように、せん断要素の側面を取り囲む。別の実施形態（図示せず）では、トレッドゴムは、せん断要素の側部及び底部を取り囲む。

下部シム層２１０は第１の高さＨ_１を有し、上部シム層２２０は第２の高さＨ_２を有し、弾性層２３０は第３の高さＨ_３を有する。一実施形態では、第１の高さＨ_１は第２の高さＨ_２に等しい。代替的な実施形態では、第１の高さと第２の高さとは異なる。第３の高さＨ_３は、第１の高さＨ_１及び第２の高さＨ_２よりも大きい。一実施形態では、Ｈ_１及びＨ_２は各々、０．０１０インチ～０．３００インチ（０．２５４ｍｍ～７．６２ｍｍ）である。しかしながら、他の構成が採用されてもよい。

下部シム層２１０、上部シム層２２０、及び弾性層２３０の高さは、非空気圧式タイヤ１００の望ましい性能を提供するように選択され得る。例えば、せん断要素の中立軸の周りの曲げモーメントを調節して、より大きなたわみでより大きな荷重を担持するために、第３の高さＨ_３を増加させることが望ましい場合がある。しかしながら、粘弾性熱放散に起因する発熱を減少させるために、第３の高さＨ_３を低減することが望ましい場合もある。

別の例として、アセンブリ重量を低減するために、第１の高さＨ_１、第２の高さＨ_２、及び第３の高さＨ_３のうちの１つ以上を低減することが望ましい場合がある。しかしながら、シム層２１０、２２０における応力を低減するために、第１の高さＨ_１及び第２の高さＨ_２を増加させることが望ましい場合もある。第３の高さＨ_３を減少させることもまた、シム層２１０、２２０における応力を低減し得る。

トレッドゴム２４０の厚さ及び剛性はまた、接地面の長さを調整するために選択され得る。

せん断要素の中立軸から離れて、最大の荷重を担持するエリアに、最も剛性が高く、ヒステリシスが最も少ない材料を備えたシム層２１０、２２０を設置することが望ましい場合がある。弾性層２３０は、シム層２１０とシム層２２０との間の連結具として作用し、荷重の大部分を担持しない。これにより、発熱、温度上昇、及び転がり抵抗が最小化される。シム層２１０とシム層２２０との間により軟質かつヒステリシスのある弾性層２３０を使用することはまた、衝撃荷重を吸収するのに役立ち、いくらかの乗り心地緩衝を提供する。

一実施形態では、周方向トレッド２００全体が、トレッドゴム２４０と、シム層２１０、２２０及び弾性層２３０を含むせん断要素とを含めて予備成形される。次いで、周方向トレッド２００は、接着剤を用いて、溶接若しくはろう付けによって、又は結合を生み出すために構成要素を加熱することによってなどの化学結合によって、アウターリング１２０に取り付けられる。

代替的な実施形態では、周方向トレッド２００は、アウターリング１２０上に層ごとに構築され得る。構築プロセスは、アウターリング１２０の周りに下部シム層２１０を設置すること、下部シム層２１０の周りに弾性層２３０を設置すること、弾性層２３０の周りに上部シム層２２０を設置すること、及び上部シム層２２０の周りにトレッドゴム２４０を設置すること、を含む。一実施形態では、層は、接着剤を用いて、溶接若しくはろう付けによって、又は結合を生み出すために構成要素を加熱することによってなどの化学結合によってなど、各ステップで互いに取り付けられる。代替的な実施形態では、層が互いに結合するように、全ての層が組み立てられた後に、タイヤが加熱される。

図４は、非空気圧式タイヤ３００の代替的な実施形態の部分断面を図示する概略図である。この実施形態では、非空気圧式タイヤ３００はまた、図３に関して上述したように、インナーリング１１０、アウターリング１２０、及び支持構造体１３０を含む。しかしながら、任意のタイヤ構造体が採用されてもよいことが理解されるべきである。

非空気圧式タイヤ３００は、アウターリング１２０と同じ幅を有する周方向トレッド４００を更に含む。周方向トレッド４００は、固体材料の下部シム層４１０、固体材料の上部シム層４２０を有するせん断要素を含む。せん断要素は、固体材料の第１の中間シム層４３０ａ及び固体材料の第２の中間シム層４３０ｂを更に含む。せん断要素はまた、下部シム層４１０と上部シム層４２０との間に配置された弾性層４４０を含む。ここで、弾性層は、下部シム層４１０ａと第１の中間シム層４３０ａとの間に配置された下部弾性層４４０ａ、第１の中間シム層４３０ａと第２の中間シム層４３０ｂとの間に配置された中間弾性層４４０ｂ、及び第２の中間シム層４３０ｂと上部シム層４２０との間に配置された上部弾性層４４０ｃを含む３つの構成要素を有する。

各層は、図３に関して上述したものと同じ材料で構成されてもよい。同様に、各層の高さは、上述したものと同じ考慮事項を使用して選択されてもよい。

図示された実施形態では、トレッドゴム４５０の層は、上部シム層４２０の周りに配置される。トレッドゴム４５０は、その中に配置されたトレッド要素を有し得る。例示的なトレッド要素としては、グルーブ、リブ、ラグ、ブロック、及びサイプが挙げられる。トレッドゴム４５０は、弾性層４４０と同じ材料であってもよいか、又は異なる材料であってもよい。トレッドゴム４５０は、上部シム層２２０に接着又は化学結合されてもよい。

代替的な実施形態（図示せず）では、トレッドゴムは、せん断要素がトレッドゴムに埋め込まれるように、せん断要素の側面を取り囲む。別の実施形態（図示せず）では、トレッドゴムは、せん断要素の側部及び底部を取り囲む。

周方向トレッド４００は、図３に関して上述したものと同じ方法のうちの１つを使用して構成されてもよい。

他の代替的な実施形態（図示せず）では、せん断要素は、６つ以上のシム層で構成されてもよい。非空気圧式タイヤに関してせん断要素が説明されてきたが、ランフラット空気入りタイヤなどの空気入りタイヤにも採用することができることを理解されたい。

「含む（includes）」又は「含むこと（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、又はその両方」を意味することが意図されている。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。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、「連結する（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、「と直接連結する（directly connected to）」ことだけではなく、別の構成要素（複数可）を介して連結することなどのように「と間接的に連結する（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図示し、またその実施形態をかなり詳細に説明したが、添付の特許請求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であって、前記周方向トレッドが、せん断要素を含む、周方向トレッドと、を備え、
   前記せん断要素が、下部シム層を含み、前記下部シム層が、材料の固体層であり、
   前記せん断要素が、上部シム層を含み、前記上部シム層が、材料の固体層であり、
   前記せん断要素が、前記下部シム層と前記上部シム層との間に配置された弾性層を含み、前記弾性層が、前記下部シム層及び前記上部シム層よりも高い弾性を有する、非空気圧式タイヤ。
2. 前記下部シム層が、鋼で構成されている、請求項１に記載の非空気圧式タイヤ。
3. 前記上部シム層が、鋼で構成されている、請求項１に記載の非空気圧式タイヤ。
4. 第１の中間シム層及び第２の中間シム層を更に備える、請求項１に記載の非空気圧式タイヤ。
5. 前記弾性層が、
   前記下部シム層と前記第１の中間シム層との間に配置された下部弾性層と、
   前記第１の中間シム層と前記第２の中間シム層との間に配置された中間弾性層と、
   前記第２の中間シム層と前記上部シム層との間に配置された上部弾性層と、を含む、請求項４に記載の非空気圧式タイヤ。
6. 前記上部シム層及び前記下部シム層の各々が、少なくとも３３０ＭＰａの極限引張強度を有する、請求項１に記載の非空気圧式タイヤ。
7. 前記上部シム層及び前記下部シム層の各々が、少なくとも６６０ＭＰａの極限引張強度を有する、請求項１に記載の非空気圧式タイヤ。
8. 前記上部シム層及び前記下部シム層の各々が、少なくとも１１００ＭＰａの極限引張強度を有する、請求項１に記載の非空気圧式タイヤ。
9. 前記上部シム層及び前記下部シム層の各々が、２５マイクロメートル未満の平均表面粗さを有する表面を有する、請求項１に記載の非空気圧式タイヤ。
10. 前記上部シム層及び前記下部シム層の各々が、１．６マイクロメートル未満の平均表面粗さを有する表面を有する、請求項１に記載の非空気圧式タイヤ。
11. 前記上部シム層及び前記下部シム層の各々が、０．８マイクロメートル未満の平均表面粗さを有する表面を有する、請求項１に記載の非空気圧式タイヤ。
12. 非空気圧式タイヤを作製する方法であって、前記方法が、
    インナーリング、前記インナーリングと同軸のアウターリング、及び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を有するアセンブリを提供することと、
    前記アウターリングの周りに下部シム層を提供することであって、前記下部シム層が、材料の固体層である、提供することと、
    前記下部シム層の周りに弾性層を提供することであって、前記弾性層が、前記下部シム層よりも高い弾性を有する、提供することと、
    前記弾性層の周りに上部シム層を提供することであって、前記上部シム層が、材料の固体層である、提供することと、を含む、方法。
13. 前記上部シム層の周りにトレッドゴムを提供することを更に含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記アウターリングと前記下部シム層との間に弾性層を提供することを更に含む、請求項１２に記載の方法。
15. 前記下部シム層及び前記上部シム層の各々が、鋼で構成されている、請求項１２に記載の方法。

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