JP2023037610A - 改良された剪断バンドを備えた非空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】改善された剪断バンドを備える、乗物のハンドリングおよび転がり抵抗が改善された非空気入りタイヤを提供する。【解決手段】非空気入りタイヤが、環状の外側トレッド２００の径方向内側に位置する第１の膜層３２０、３３０と、第１の膜層の径方向外側に位置する第２の膜層とを有する剪断バンドを含み、第１および第２の膜層はタイヤ赤道面に対して１０度以下の角度に配置された複数の平行な補強コードから形成され、前記環状の外側トレッドは、第２の膜層の径方向外側に位置する第１の角度付きベルトと、第１の角度付きベルトの径方向外側に位置する第２の角度付きベルトとをさらに含み、第１および第２の角度付きベルトはそれぞれ、タイヤ赤道面に対して１５～３０度の範囲内のベルト角度を有する平行な補強コードを有し、第２の角度付きベルトの角度は第１の角度付きベルトのベルト角度と同じ角度で反対向きである。【選択図】図１

Description

本発明は、一般に乗物用タイヤおよび非空気入りタイヤに関し、特に剪断バンドおよび非空気入りタイヤに関する。

空気入りタイヤは１世紀以上にわたり、乗物の移動性のために選択される解決策であった。空気入りタイヤは、引張り構造である。空気入りタイヤは、今日、空気入りタイヤを有力なものにしている少なくとも４つの特徴を有する。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、荷重を支持するのに有効である。空気入りタイヤはまた、接触圧力が低く、乗物の荷重の分布によって道路における摩耗がより小さいため望ましい。空気入りタイヤはまた、低い剛性を有し、これは、乗物における快適な乗り心地を保証する。空気入りタイヤの主な欠点は、圧縮されたガス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使用不能状態になる。

膨張圧力なしで動作するように構成されたタイヤは、空気入りタイヤに関連する問題および妥協点の多くを解消することができる。圧力の維持や圧力の監視は必要ない。固体タイヤまたはその他のエラストマー構造などの構造的に支持されたタイヤは、これまで、従来の空気入りタイヤに要求されるレベルの性能を提供していない。空気入りタイヤのような性能をもたらす構造的に支持されたタイヤという解決策が、望ましい改善点であるだろう。

非空気入りタイヤは、一般的にはそれらの荷重支持効率によって規定される。「ボトムローダ」は基本的に、ハブの下の構造部分において荷重の大部分を支持する剛性構造である。「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構成されている。したがって、トップローダは、ボトムローダよりも高い荷重支持効率を有し、より小さい質量を有する構成にすることを可能にする。

剪断バンドの目的は、地面との接触からの荷重を、スポークまたは接続ウェブの張力を用いてハブに伝達し、トップローダ構造を作ることである。剪断バンドが変形するとき、その変形の好ましい形態は、曲げを超える剪断である。剪断バンドの外側部分に位置する非伸張性膜により、変形の剪断モードが生じる。

米国特許７６５０９１９号明細書 米国特許１０１０５９８９号明細書 国際公開２０１９／０５１５０２号公報

従来の非空気式タイヤは、一般的には非伸張性のベルトまたは膜の少なくとも２つの層の間に挟まれたゴム材料から作られた剪断バンドを有する。このタイプの構造の欠点は、ゴムが、正しいフットプリント形状を実現するのに十分な剪断剛性を有し得ず、乗物の乗り心地およびハンドリングに悪影響を及ぼすことがあることである。さらに、ゴムの量が多いため、転がり抵抗も悪くなる場合がある。したがって、乗物のハンドリングおよび転がり抵抗が改善された、非空気入りタイヤ用の改善された剪断バンドが望まれている。

本発明の非空気入りタイヤは、環状の外側トレッドバンドと、前記トレッドバンドをハブに接続する複数の接続構造と、を含み、前記環状の外側トレッドバンドは、環状の外側トレッドの径方向内側に位置する第１の補強層と、前記第１の補強層の径方向外側に位置する第２の補強層とから形成された剪断バンドをさらに含み、前記第１および第２の補強層は複数の平行な補強コードから形成され、前記第１および第２の補強層は第１の剪断層によって離されており、前記第１の剪断層は補強材によって補強されている。

以下の用語は、この説明のために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平面を意味する。
「非伸張性」は、該当する層が約２５Ｋｓｉより大きい伸び剛性を有することを意味する。

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。 本発明の剪断バンドの第１の実施形態の断面図である。 図２Ａの剪断バンドの拡大図である。 補強層を示す図２Ａ，２Ｂの剪断バンドの断面図である。 本発明の剪断バンドの第２の実施形態の断面図である。 本発明の剪断バンドの第３の実施形態の断面図である。 本発明の剪断バンドの第４の実施形態の断面図である。 ナイロンとアラミドのフィラメントで形成されたハイブリッドまたは混成の補強コードの概略図である。 図７Ａのコードの断面図である。

本発明は、以下の説明および添付の図面を参照することで、よりよく理解されるであろう。
本発明の非空気入りタイヤ１００の第１の実施形態が図１に示されている。本発明のタイヤは、半径方向外側の地面係合トレッド２００と、剪断バンド３００と、接続ウェブ５００と、を含む。タイヤトレッド２００は、様々な条件におけるタイヤの性能を改善するために、要望に応じて、リブ、ブロック、ラグ、溝２１０、およびサイプなどの要素を含んでいてよい。接続ウェブ５００はハブ５１２に取り付けられ、以下により詳細に説明するように、様々な構造を有していてよい。本発明の非空気入りタイヤは、剪断バンド３００および接続ウェブ５００が効率的に荷重を支持するように、トップローダ構造になるように構成されている。接続ウェブは、タイヤフットプリントにおいて座屈または変形し、圧縮または圧縮荷重の支持を行わない引張状態にあるときに、剛性を有する構造になるように構成されている。これは、フットプリント領域にない接続ウェブの残りの部分が荷重を支持することを可能にし、その結果、非常に荷重効率の良い構造になる。剪断バンドが曲がって道路の障害を乗り越えることを可能にすることが望ましい。おおよその荷重分布は、好ましくは、荷重の約９０～１００％が剪断バンドおよび接続ウェブの上方の部分によって支持され、その結果、接続ウェブの下方の部分が実質的に荷重ゼロ、好ましくは荷重の１０％未満を支持するものである。

剪断バンド
剪断バンド３００は、好ましくは、タイヤトレッド２００の半径方向内側に位置し、地面と接触しているタイヤの底部からスポークおよびハブに荷重を伝達するように機能し、トップローダ構造を作り出す環状構造である。環状構造３００は、変形の好ましい形態が曲げを超える剪断であるので、剪断バンドと呼ばれる。

剪断バンド３００の第１の実施形態が、図２Ａ，２Ｂおよび図３に示されている。剪断バンドは、第１の補強層群を含み、任意に第２および第３の補強層群を含んでいてよく、各々の補強層群は、１つ以上の個別の補強層を有していてよい。図２Ｂには、第１の層群が、３２０および３３０として示されている。任意の第２の補強層群は、単一層群３６０として示されている。第３の層群は、３８０，３９０として示されている。各補強層は、密集した複数の平行な補強コードから形成されている。平行な補強コードは、補強コードがエラストマーコーティング内に埋め込まれるように、カレンダー加工された布の形態であってよい。好ましくは、各補強層３２０，３３０，３６０，３８０，３９０は、単一の端部コードを螺旋状に巻くことで形成されている。好ましくは、単一の端部コードが複数のフィラメントを有する。

第１の補強層群３２０，３３０は、好ましくは、剪断バンド３００の径方向最内部の補強層であり、任意の第２の補強層群３６０は、第１の補強層群３２０，３３０の径方向外側に位置している。第３の補強層群３８０，３９０は、第２の補強層群３６０の径方向外側に位置している。各層３２０，３３０，３６０，３８０，３９０の非伸張性の補強コードは、好ましくは、タイヤ赤道面に対して５度以下の範囲内の角度を付けて配置される。補強コードは、スチール、アラミド、および／またはその他の高弾性繊維製品のモノフィラメントまたはコードなどの適切なタイヤベルト補強材であってよい。例えば、補強コードは４本のワイヤのスチールコードであってよく、そのワイヤは０．１～０．３ｍｍの範囲内の直径を有していてよい。他の実施形態では、補強コードが、５本のワイヤが中心ワイヤを取り囲む（５＋１）構造の６本のワイヤのスチールコードであってよい。

第３の補強層３８０，３９０は、第１の剪断層３５０によって、第１または第２の補強層群３２０，３３０から離されている。任意の第２の補強層が存在する場合、剪断バンド３００は、第２の補強層群３６０の半径方向外側に位置する第２の剪断層３７０をさらに含む。第１および第２の剪断層３５０，３７０は、ナイロンまたはポリエステル、ＰＥＴの布などの補強布の１つまたは複数の層から形成されている。ナイロンまたはポリエステルの布は、ナイロンまたはポリエステルからなる複数の平行な補強コードを有する。あるいは、第１および第２の剪断層が、１つ以上の補強層を形成するために螺旋状に巻かれたナイロンのモノフィラメントから形成されてもよい。補強層は、剪断剛性を大きくするように機能する。剪断層３５０，３７０はまた、ナイロン、アラミドまたはポリエステルの１つ以上の補強コードのゴム引きされたストリップから形成されてもよい。各剪断層は、所望の剪断剛性を達成するために、１つ以上の補強層を有する。図３に示すように、各剪断層３５０，３７０は、最小限のゴムを有する。図４は別の剪断バンド３０１を示しており、剪断層は、前述したように、ゴムの層３４０と補強コードの層３４０を有する。

図５は、剪断バンド４００の第３の実施形態を示している。剪断バンド４００は、半径方向内側の第１の補強層群４１０，４２０を有しているが、任意の第２の補強層群を省略している。剪断バンド４００は、半径方向外側の第３の補強層４３０，４４０をさらに含む。第３の補強層４３０は、剪断層４５０によって第１の補強層群４１０，４２０から離されている。補強層は、好ましくは、補強コードが周方向に整列するように（すなわち、５度以下の角度を有するように）螺旋状に巻かれた単一の端部コードであってもよいスチールの補強材である。補強層は、スチールまたはナイロンまたはポリエステルの平行な補強コードを有する布であってもよい。補強層は、高弾性の補強コードを用いて高い曲げ剛性を生じさせるものである。剪断層４５０は、複数の補強材、好ましくはナイロンから形成される。補強材は、ポリエステルの布またはナイロンの布などの、平行に整列した補強コードを有する布の形態であってよい。補強層はまた、螺旋状に巻かれたモノフィラメントのナイロンなどの単一の端部コードから形成されてもよい。第１、第２、第３および第４の補強層はまた、１つまたは複数の補強コードで形成されたテープから構成されてもよく、テープは、補強コードの層を形成するように螺旋状に巻かれている。

図６は、剪断バンド６００の第４の実施形態を示している。剪断バンド６００は、以下の相違点を除いて、前述した剪断バンド４００と同じである。剪断バンド６００は、複数の補強コードから形成された剪断層６１０を有し、各補強コードは図７ａ，７ｂに示されるように、混成コードまたはハイブリッドコード６２０である。混成コード６２０は３つのフィラメントから形成され、フィラメントはナイロン６３０とアラミド６４０とを一緒に撚り合わせたものであってもよい。剪断バンド６００は、混成コードの１つ以上の層を有する。

剪断弾性率は、純粋な剪断変形試験を用いて、応力および歪みを記録し、結果として得られる応力－歪み曲線の勾配を決定することで規定される。

剪断バンド３００，４００，６００は、任意に、第１の角度付きベルト３８０および第２の角度付きベルト３９０を含んでいてよい。第１の角度付きベルト３８０は、第２の剪断層３７０の半径方向外側に位置し、第２の角度付きベルト３９０は、第１の角度付きベルト３８０の半径方向外側に位置する。第１および第２の角度付きベルト３８０，３９０は、好ましくは、半径方向最外部の補強層である。第１および第２の角度付きベルト３８０，３９０はそれぞれ、エラストマーコーティング内に埋め込まれた平行な補強コードを有する。平行な補強コードは、好ましくは、タイヤ赤道面に対して１５～３０度の範囲内の角度を有する。好ましくは、平行な補強コードの角度は２０～２５度の範囲内である。好ましくは、第１の角度付きベルトの補強コードの角度が、第２の角度付きベルトの補強コードの角度とは反対向きである。さらに、補強コードは非伸張性であることが好ましい。

剪断バンドの特性
剪断バンドは、全体的な剪断剛性ＧＡまたは剛性を有する。剪断剛性ＧＡは、剪断バンドから取られた代表の試験片の撓みを測定することによって求めることができる。試験片の上面は、横方向剪断力Ｆを受ける。試験片は、剪断バンドから取られて、剪断バンドと同じ径方向厚さを有する代表の試料である。それから、剪断剛性ＧＡは以下の式から計算される。
ＧＡ＝Ｆ＊Ｌ／ΔＸ
Ｆは剪断荷重であり、Ｌは剪断層の厚さであり、デルタＸは剪断たわみである。好ましくは、ＧＡはおよそ１５，０００Ｎから３５，０００Ｎの範囲内、より好ましくは約２５，０００Ｎである。

剪断バンドは、全体的な曲げ剛性ＥＩを有する。曲げ剛性ＥＩは、３点曲げ試験を用いて梁の力学から求めることができる。これは、２つのローラ支持体上に置かれ、梁の中央に加えられる集中荷重を受ける梁の場合を表す。曲げ剛性ＥＩは、以下の式から求められる。
ＥＩ＝ＰＬ３／４８＊ΔＸ
Ｐは荷重であり、Ｌは梁の長さであり、ΔＸは撓みである。ＥＩは、220 E6 N-mm²にほぼ等しいことが好ましい。

剪断バンドの曲げ剛性ＥＩを最大にし、剪断バンドの剛性ＧＡを最小にすることが望ましい。許容可能なＧＡ／ＥＩの比は０．０１～２０であり、理想的な範囲は０．０１～５．０である。ＥＡは剪断バンドの伸び剛性であり、引張力を加えて長さの変化を測定することによって実験的に求められる。剪断バンドのＥＡのＥＩに対する比は、１０００～３０００の範囲が許容され、より好ましくは１５００～３０００の範囲である。

接続ウェブ
本発明の非空気入りタイヤは、図１に示すように、接続ウェブ５００をさらに含む。接続ウェブは、好ましくは、内径から外径まで延びる周方向に整列した複数のスポーク５１０を含む。スポークは、好ましくは、径方向に向けられている。スポークは、湾曲していても直線状であってもよい。好ましくは、非空気入りタイヤは、周方向に整列した２組のスポークを含む。スポークは様々な断面構造を有していてよい。スポークは、剪断層から伝達された荷重を支持するように機能する。スポークは、主に張力および剪断の荷重を受け、圧縮の荷重を支持しない。本明細書に記載するように、各スポークは、好ましくは、非空気入りタイヤの軸方向厚さＡＷよりも実質的に小さい軸方向厚さＡを有する。軸方向厚さＡは、ＡＷの５～２０％の範囲内、より好ましくはＡＷの５～１０％の範囲内である。

スポークは、好ましくは、ゴムまたは熱可塑性エラストマーなどの弾性材料から形成される。スポークは、径方向の変形に対する抵抗が低く、タイヤの横方向の変形に対する抵抗が高くなるように構成される。

本明細書に提示される説明を考慮して、本発明の変形例が実施可能である。本発明を例示するために特定の代表的な実施形態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、様々な変更および修正を行い得ることが、当業者には明らかであるだろう。したがって、以下に添付される特許請求の範囲によって定義される本発明の完全に意図される範囲内で、記載された特定の実施形態に変更がなされ得ることが理解されるであろう。

Claims (18)

1. 環状の外側トレッドバンドと、前記トレッドバンドをハブに接続する複数の接続構造と、を含む非空気入りタイヤであって、前記環状の外側トレッドバンドは、環状の外側トレッドの径方向内側に位置する第１の補強層と、前記第１の補強層の径方向外側に位置する第２の補強層とから形成された剪断バンドをさらに含み、前記第１および第２の補強層は複数の平行な補強コードから形成され、前記第１および第２の補強層は第１の剪断層によって離されており、前記第１の剪断層は補強材によって補強されている、非空気入りタイヤ。
2. 前記第１および第２の補強層の補強コードが、タイヤ赤道面に対して５度以下の角度をなすように配置されている、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
3. 前記剪断層は、厚さが１～１０ｍｍの範囲内のゴムの層を有していない、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
4. 前記剪断層は、厚さが１～５ｍｍの範囲内のゴムの層を有していない、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
5. 前記第１の剪断層は、ナイロンの布で補強されている、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
6. 前記第１の剪断層は、ポリエステルの布で補強されている、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
7. 前記第１の剪断層は、ナイロンのモノフィラメントで補強されている、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
8. 前記第１の剪断層は、ナイロンとアラミドとの混成コードの１つ以上の層で補強されている、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
9. 前記第１の剪断層はゴムの層を有している、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
10. 前記環状の外側トレッドバンドが、前記第２の補強層の径方向外側に位置する第１の角度付きベルトと、前記第１の角度付きベルトの径方向外側に位置する第２の角度付きベルトと、をさらに含み、前記第１および第２の角度付きベルトはそれぞれ、タイヤ赤道面に対して１５～３０度の範囲内のベルト角度を有する平行な補強コードを有し、前記第２の角度付きベルトの角度が、前記第１の角度付きベルトの前記ベルト角度と同じ角度で反対向きである、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
11. 前記第１及び第２の補強層は、タイヤ赤道面に対して０度の角度に配置された前記補強コードから形成されている、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
12. タイヤ赤道面に対して０度の角度に配置された前記補強コードで形成された第３の補強層をさらに含む、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
13. 前記第２の補強層の径方向外側に位置する第２の補強された剪断層をさらに含む、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
14. 前記平行な補強コードがスチールからなる、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
15. 前記剪断層は、ポリエステルまたはナイロンの布の複数の層から形成されている、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
16. 前記剪断層は、少なくとも２層のナイロンのモノフィラメントから形成されている、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
17. 前記剪断層はナイロンで補強されている、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
18. 前記剪断バンドは、１５０００Ｎ～３５０００Ｎの範囲内の全体的な剪断剛性を有する、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。

Images