JP6360297B2 - 蠕動ポンプ空気維持タイヤ - Google Patents

Description

本発明は、概して空気維持タイヤに関し、より具体的にはそのようなタイヤに空気を供給するポンプ機構に関する。

通常の空気拡散は、時間の経過と共にタイヤ圧を低下させる。タイヤの自然な状態は膨張した状態である。したがって、運転者は繰り返しタイヤ圧を維持しようとしなければならず、そうしないと燃費が悪くなり、タイヤの寿命が短くなり、車両の制動及びハンドリング性能が低下する。タイヤ圧が著しく低くなったときに運転者に警告するタイヤ圧監視システムが提案されている。

米国特許第８１１３２５４号明細書 米国特許第８０４２５８６号明細書

しかし、このようなシステムでは、依然として、警告されたときに運転者がタイヤを推奨圧力に再膨張させる是正措置を取る必要がある。したがって、タイヤを自己膨張させ、運転者の介入なしにタイヤ圧の経時的な低下を補償する自己膨張機能をタイヤに組み込むことが望ましい。

本発明の一態様では、環状の空気通路が、タイヤのサイドウォールに一体的に形成され、かつサイドウォール内に取り囲まれており、タイヤサイドウォールに沿って周を描く１つ又は２つ以上のループを形成する。空気通路は、回転するタイヤの閉塞部分によりセグメントごとに漸次平らになっていき、空気を空気通路に沿って漸次送る。入口空気通路ポータルと出口空気通路ポータルが、タイヤが回転したときに共通の通路セグメントの閉塞部分内に配置されるように互いに近接した関係で、環状の空気通路に沿って位置している。

別の態様では、入口空気通路ポータルと出口空気通路ポータルは、それぞれの入口空気通路端部と出口空気通路端部に互いにずれた関係で配置される。このずれは、入口ポータルと出口ポータルを対角方向にずれた関係、あるいは代替として、ポータル同士が互いに隣接しかつ軸線方向にずれた関係、又は互いに隣接しかつ半径方向に重なり合う関係に配置する形態をとってもよい。

さらなる態様によれば、空気通路は、空気通路の入口端部と出口端部との間でタイヤサイドウォールに沿って周を描く複数のループすなわち巻きを形成する。

定義
タイヤの「アスペクト比」は、タイヤの断面幅（ＳＷ）に対する断面高さ（ＳＨ）の比を、百分率として表せるように１００％で割った値を意味する。

「非対称トレッド」は、タイヤの中心面すなわち赤道面に対して対称的でないトレッドパターンを有するトレッドを意味する。

「軸線方向」は、タイヤの回転軸に平行なライン又は方向を意味する。

「チェーファー」は、タイヤビードの外側に配置され、コードプライがリムに接触して磨耗し切断されるのを防止し、たわみをリムの上方に分散させる材料の狭いストリップである。

「周方向」は、軸線方向に垂直な環状のトレッドの表面の周縁に沿って延びるライン又は方向を意味する。

「赤道中心面（ＣＰ）」は、タイヤの回転軸に垂直であり、かつトレッドの中心を通過する平面を意味する。

「フットプリント」は、速度が零でありかつ標準荷重及び標準空気圧下にあるときに、平坦な面と接触するタイヤトレッドの接触部分又は領域を意味する。

「グルーブ」は、トレッドの周りを周方向又は横方向に、直線状、曲線状又はジグザグに延びるトレッド内の細長い空隙領域を意味する。周方向及び横方向に延びる複数のグルーブは、しばしば共通の部分を有する。「グルーブ幅」は、対象となるグルーブすなわちグルーブ部分によって占有されるトレッド表面積を、そのようなグルーブすなわちグルーブ部分の長さで割った値に等しい。したがって、グルーブ幅は、その長さにわたる幅の平均値となる。グルーブは、タイヤ内で深さが変化していてよい。グルーブの深さはトレッドの周方向において変化していてよく、あるいは１つのグルーブの深さが一定であるが、タイヤ内の別のグルーブの深さが異なっていてもよい。そのような狭いグルーブ又は広いグルーブは、そのようなグルーブが相互に連結する広い周方向グルーブと比較して深さが実質的に浅い場合、関連するトレッド領域においてリブ状の特性を維持する傾向がある「タイバー」を形成するとみなされる。

「車内側」は、タイヤが車輪に取り付けられ、車輪が車両に取り付けられたときに車両に最も近いタイヤの側を意味する。

「横方向」は軸線方向を意味する。

「横方向縁」は、標準荷重下にありかつタイヤが膨張した状態で測定されたときの、軸線方向において最も外側のトレッド接触部分すなわちフットプリントに接するラインであり、赤道中心面に平行なラインを意味する。

「正味接触面積」は、トレッドの全周にわたる横縁部同士の間の、地面に接触するトレッド部材の総面積を、横縁部同士の間のトレッド全体の総面積で割った値を意味する。

「非方向性トレッド」は、順方向走行において好ましい方向を有さず、トレッドパターンを好ましい走行方向に揃えるうえで車両上の１つ又は複数の特定の車輪位置に位置させる必要のないトレッドを意味する。逆に、方向性トレッドパターンは、好ましい走行方向を有し、特定の車輪位置を必要とする。

「車外側」は、タイヤが車輪に取り付けられ、車輪が車両に取り付けられたときに車両から最も遠いタイヤの側を意味する。

「蠕動」は、管状の経路に沿って、空気のような閉じ込められた物質を前進させる波状の収縮動作を意味する。

「半径方向」は、半径方向にタイヤの回転軸に向かうか、又は半径方向にタイヤの回転軸から離れる方向を意味する。

「リブ」は、少なくとも１つの周方向グルーブと、そのような第２のグルーブ又は横方向縁のいずれかと、によって画定される、トレッド上で周方向に延びるゴムのストリップであり、全深さグルーブによって横方向に分割されることのないストリップを意味する
「サイプ」は、トレッド表面を細分してトラクションを向上させる、タイヤのトレッド部材に成形される小さい長穴を意味し、サイプは、概して幅が狭く、タイヤのフットプリントにおいて開いたままになるグルーブとは異なりタイヤのフットプリントにおいて閉じる。

「トレッド部材」又は「トラクション部材」は、グルーブに隣接する形状を有することによって画定されるリブ又はブロック部材を意味する。

「トレッドアーク幅」は、トレッドの横方向縁どうしの間で測定されたときのトレッドの円弧長を意味する。

タイヤ、リム及び蠕動ポンプチューブの等角図である。 タイヤが地面に接触して回転しているときのチューブの位置と、入口及び出口ポータルの位置とを示す側面図である。 図２の線３Ａ−３Ａに沿った断面図である。 図３Ａで示されたタイヤサイドウォール及びチューブ位置領域の拡大断面図である。 角度展開を示す３６０度の蠕動チューブ構成の図である。 図４Ａのチューブの各端部の拡大斜視図である。 角度展開を示す７２０度の蠕動チューブ構成の図である。 図４Ｃのチューブの各端部の拡大斜視図である。 角度展開を示す１０８０度の蠕動チューブ構成の図である。 図４Ｅのチューブの各端部の拡大斜視図である。 整列スピン姿勢で取り付けられた３６０度の蠕動チューブを示すタイヤサイドウォール領域の断面図である。 重なりスピン姿勢で取り付けられた３６０度の蠕動チューブを示すタイヤサイドウォール領域の断面図である。 右対角方向スピン姿勢で取り付けられた３６０度の蠕動チューブを示すタイヤサイドウォール領域の断面図である。 左対角方向スピン姿勢で取り付けられた３６０度の蠕動チューブを示すタイヤサイドウォール領域の断面図である。 整列スピン姿勢で取り付けられた７２０度の蠕動チューブを示すタイヤサイドウォール領域の断面図である。 重なりスピン姿勢で取り付けられた７２０度の蠕動チューブを示すタイヤサイドウォール領域の断面図である。 右対角方向スピン姿勢で取り付けられた７２０度の蠕動チューブを示すタイヤサイドウォール領域の断面図である。 左対角方向スピン姿勢で取り付けられた７２０度の蠕動チューブを示すタイヤサイドウォール領域の断面図である。

本発明について、添付の図面を参照して一例として説明する。

「Ｓｅｌｆ−Ｉｎｆｌａｔｉｎｇ Ｔｉｒｅ（自己膨張タイヤ）」という名称を有し、２０１２年２月１４日に出願され、参照によって本明細書に組み込まれた特許文献１は、閉ループのチューブインサートがポストキュアの硬化組立て手順でタイヤのサイドウォールのグルーブ内に搭載される、閉ループの蠕動の空気維持タイヤ組立体を教示している。空気が入口ポータルを通してチューブ空気通路に導かれ、チューブの出口ポートから出てタイヤキャビティ内に流入する。チューブは、タイヤが回転するにつれて順次セグメントごとに平らになって、空気チューブ通路に沿って空気をタイヤの外側からタイヤキャビティに送る。環状のチューブインサートがサイドウォールのグルーブ内に挿入されているので、チューブインサートの幾何学形状は単一面の単一のループ形状に制限される。このシステムの入口ポータル及び出口ポータルは、チューブインサートに沿って１８０度離れて位置する入口弁と出口弁に取り付けられている。

まず、図１、図２、図３Ａ及び図３Ｂを参照すると分かるように、本発明は、タイヤ組立て時に空気通路がタイヤサイドウォール内に形成される内蔵型の蠕動空気維持タイヤ組立体に関する。空気通路の幾何学形状は、特許文献１に記載のシステムとは異なり、一次元的ではない。図１、図２、図３Ａ及び図３Ｂの空気ポンピングシステムでは、蠕動空気維持タイヤ組立体１０は、タイヤ１２と、空気ポンピングを内蔵した蠕動ポンピング組立体１４と、を含むように示されている。このタイヤは、それぞれビード領域１８、２４からクラウン領域すなわちトレッド領域２０まで延びる一対のタイヤサイドウォール１６，２２を有する従来の構成のタイヤである。タイヤは、タイヤ組立て時に、タイヤサイドウォール１６、２２の一方又は両方に内蔵された蠕動空気通路２６を組み込むようになっている。内蔵された空気通路２６は、タイヤの回転運動によって発生するポンピング作動力によって空気をタイヤの外側から通路に沿ってタイヤキャビティ内に送る。図３Ａ及び図３Ｂは、ビード領域１８の上方の空気通路２６の下側サイドウォールの位置を示している。

空気通路２６は、後述のようにサイドウォール１６内に１つ又は２つ以上のループを形成し、概して、ビード領域１８の上方においてサイドウォール１６と接して周を描く。空気通路の不連続部が、互いに向かい合う通路端部の穴２８、３０どうしの間にギャップを形成している。通路端部の穴２８、３０は、近接しており、空気が通路１４に出入りするための入口穴及び出口穴、すなわち入口ポータル及び出口ポータルに相当している。それぞれの端部の穴２８、３０内に入口弁３２及び出口弁３４が取り付けられており、入口弁３２がタイヤの外側の空気と連通し、出口弁３４が空気を通路１４内からタイヤキャビティに送る。これらの弁の構造及び構成は、「Ｓｅｌｆ−Ｉｎｆｌａｔｉｎｇ Ｔｉｒｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ（自己膨張タイヤ組立体）」という名称を有し、参照によって本明細書に組み込まれる特許文献２に示されている。

図２に示されているように、タイヤ１２が地面３６に接触して回転すると、トレッド２０の各領域が順次地面に係合し、本明細書では閉塞セグメント３８と呼ばれるフットプリントを形成する。閉塞セグメント３８が地面３６と係合することによって発生した力４２は、半径方向にタイヤ内及びサイドウォール１６内へ伝達し、空気通路２６に達する。そのような力は参照番号４４によって示されるように伝達し、通路２６のセグメント４０に加えられてセグメント４０を平らにする。タイヤが図示の方向にさらに回転すると、サイドウォール１６内の通路２６がセグメントごとに平らになり、それによって、方向矢印４１に示されているように、空気は、入口穴すなわち入口ポータル２８から通路に沿って出口穴すなわち出口ポータル３０まで強制的に送られる。

入口穴と出口穴が空気通路の閉塞部分３８に同時に配置されるように、穴２８、３０がサイドウォール内で互いに近接して配置されていることが分かる。後述のように、タイヤサイドウォール１６の円周に沿っていくつかのループすなわち輪が形成されるように、空気通路２６の長さを調整できることにさらに留意されたい。ｎ＊３６０度として定義された「チューブ角度」が形成され、ｎはサイドウォール１６内に空気通路２６によって形成される完全な輪すなわちループの数を表す。「閉塞部分角度」は、３６０度の輪における、閉塞部分のセグメント３８に相当する部分である。空気通路の長さは、入口穴と出口穴との間の相対的な近接度を調整し、それによって、タイヤが回転したときに穴２８、３０が同時に共通の通路閉塞部分３８に配置されるように調整されてよい。

空気通路の角度はｎ＊３６０度として定義され、この場合、「ｎ」はタイヤの円周に沿った通路の輪すなわちループの数を表す。図４Ａ及び図４Ｂに示されている単一のループすなわち輪の実施形態では、空気通路は３６０度の角度の配置である。空気通路２６の端部穴２８、３０は、図示のように、回転するタイヤの共通の閉塞部分のセグメント内に配置されている一方で、互いに対してずれるように位置していてよい。図４Ｂ及び図５では、３６０度のループの末端の端部穴２８、３０が、断面視において横に並べて揃えられた関係になることが分かる。このような構成を本明細書では「整列スピンを有する３６０＋度型」と呼ぶ。代替的な３６０度スピン構成すなわち３６０度ループ構成は、端部穴２８、３０が互いに重ね合わされた図６に示されている。したがって、図６の通路の姿勢は、本明細書では、「３６０＋度重なりスピン」と呼ばれる。図７では、ループは、端部穴同士を対角方向にずれた関係において接近させるように構成されている。図７は３６０＋度右対角方向スピン構成を示しており、図８は３６０＋度左対角方向スピン構成を示している。図５、図６、図７及び図８に記載された代替構成の実施形態は、タイヤサイドウォール内に内蔵され、入口穴２８と出口穴３０を互いに近接させつつ、蠕動ポンプ空気通路を所望の角度展開で位置させるように機能する。

空気通路２６の角度展開構成は、通路の長さや、サイドウォール内の通路によって形成されるスピンすなわちループの数を調整することによって、さらなる代替の実施形態に変更されてもよい。前述のような単一のスピン構成、すなわち３６０度の角度展開構成が、図４Ａ及び図４Ｂに示されている。図４Ｃ及び図４Ｄには、通路が端部穴２８、３０同士の間でタイヤサイドウォール１６の円周に沿って２つのスピンすなわちループ４６、４８を形成する、空気通路に対する角度構成７２０度の代替構成が示されている。この追加的な長さを設けると、空気通路２６内のポンピング空気量が増大する。３６０度の実施形態と同様に、７２０度の実施形態が、図９、図１０、図１１及び図１２に示されているように、いくつかのスピン姿勢で構成されてもよい。図９は、７２０＋度整列スピン姿勢を表しており、図１０は７２０＋度重なりスピン姿勢を表しており、図１１は７２０＋度右対角方向スピン姿勢を表しており、図１２は７２０＋度左対角方向スピン姿勢を表している。７２０度の実施形態及び姿勢では、同様に、入口端部と出口端部の両方が回転するタイヤの共通の閉塞部分のセグメント内に位置するように、入口穴２８と出口穴３０が互いに近接して位置する。

図４Ｅ及び図４Ｆには、空気通路が端部穴２８、３０同士の間でタイヤサイドウォールの円周に沿って３つのスピンすなわちループ５０、５２、５４を形成する空気通路の１０８０度の代替の角度構成が示されている。この追加的な長さを設けると、空気通路内のポンピング空気量がさらに増大する。３６０度の実施形態及び７２０度の実施形態と同様に、１０８０度の実施形態は、１０８０＋度整列スピン姿勢、１０８０＋度重なりスピン姿勢、１０８０＋度右対角方向スピン姿勢及び１０８０＋度左対角方向スピン姿勢（不図示）を含むいくつかのスピン姿勢で構成されてもよいことが理解されよう。１０８０度の実施形態及び姿勢では、同様に、入口端部と出口端部の両方が回転するタイヤの共通の閉塞部分のセグメント内に位置するように、入口穴２８と出口穴３０が互いに近接して位置する。

入口穴２８と出口穴３０を同時に共通の閉塞部分のセグメント（図２では符号３８として示されている）に位置させることによって、空気通路２６内においてある圧力で送られる空気塊が、１回転のサイクルが完了しない（タイヤの回転角が３６０度未満である）うちに失われることがなくなる。空気通路２６内の空気は、次のサイクルの間、空気通路内に維持され、再膨張サイクル全体にわたって蓄積される。通路２６内の圧力上昇は線形である。入口穴２８と出口穴３０が接触部分セグメント３８内に同時に配置された直後、各不完全なサイクル後に加圧された空気塊がポンプ通路２６に蓄積されるので、圧力上昇挙動が線形になる。したがって、１８０度の通路構成と比較して、ポンプの容量効率が高くなる。チューブ角度＝ｎ＊３６０度（「ｎ」は完全な１回転の整数倍又は非整数倍を表す）であるので、圧力上昇挙動は直線に増大する。

前述のシステムは概して、ポンプ通路を介してタイヤキャビティとは逆方向へ収縮することを防止する逆止め弁装置を出口開口部３０の所に有している。通路構成２６内にいくつかの輪すなわちループを有することは、以下のことを防止する働きをする。
（１）戻り防止機構（逆止弁）が故障した場合にタイヤが通路２６を介して収縮すること。
（２）接触部分セグメント内の通路の各部分のうちの１つの部分、すなわちフットプリントが、高角度なコーナリングや高速のように極端な走行条件によってもはや閉塞されなくなった場合に、タイヤが通路２６を介して収縮すること。
（３）場合によってはポンプに漏れを生じさせ蓄積された加圧空気を失わせることがある道路の凹凸や穴のような予期しない出来事による、チェーファーのようなタイヤサイドウォール領域内の圧縮領域に関する反作用変化。
（４）場合によってはポンプに漏れを生じさせ蓄積された加圧空気を失わせることがあるリム幅のばらつきによる、タイヤチェーファーのようなタイヤサイドウォール領域内の圧縮領域に関する反作用変化。

したがって、上記の理由によって、通路２６にいくつかの巻きすなわちループを組み込み、一方、タイヤが回転したときに入口開口部２８と出口開口部３０が同時に同じ閉塞部分のセグメントを占有するのに十分な近接度で、入口開口部２８と出口開口部３０を維持することが望ましい。

本明細書に記載された説明を考慮して本発明の変形実施形態が可能である。本発明を例示するためにある代表的な実施形態及び詳細を示したが、当業者には、本発明の範囲から逸脱せずに各実施形態及び詳細に様々な変更及び修正を施してもよいことが明らかになろう。したがって、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の対象となる全範囲内の変更を前述の特定の実施形態に施してもよいことを理解されたい。

１０ タイヤ組立体
１２ タイヤ
１４ 蠕動ポンピング組立体
１６，２２ サイドウォール
１８、２４ ビード領域
２０ トレッド領域
２６ 空気通路
２８ 入口穴
３０ 出口穴
３２ 入口弁
３４ 出口弁
３８ 空気通路の閉塞部分

Claims (11)

1. タイヤキャビティと、それぞれ第１及び第２のタイヤビード領域からタイヤトレッド領域まで延びる第１及び第２のサイドウォールと、を有するタイヤと、
   タイヤサイドウォールに一体的に形成されかつ取り囲まれ、実質的に前記タイヤサイドウォールに沿って周を描く少なくとも１つのループを形成する環状の空気通路であって、回転するタイヤの閉塞部分によってセグメントごとに順次平らになるように動作可能であり、それによって、前記空気通路に沿って空気を順次送る、環状の空気通路と、
   前記環状の空気通路に沿って位置し、空気を前記環状の空気通路内に流すように動作可能な入口空気通路ポータルと、
   前記環状の空気通路に沿って位置し、開位置において空気を前記環状の空気通路から流すように動作可能な出口空気通路ポータルと、を有し、
   前記入口空気通路ポータルと前記出口空気通路ポータルは、前記タイヤが回転したときに共通の通路セグメントの閉塞部分内に位置するように互いに近接した関係に配置され、
   前記入口空気通路ポータル及び前記出口空気通路ポータルが、前記環状の空気通路のそれぞれの入口通路端部及び出口通路端部に位置し、
   前記入口通路端部と前記出口通路端部が、対角方向にずれた関係、互いに隣接しかつ軸線方向にずれた関係、及び、互いに隣接しかつ半径方向にずれて重なり合う関係のいずれか１つの関係にあることを特徴とする、タイヤ組立体。
2. 前記環状の空気通路が、前記入口通路端部と前記出口通路端部との間で前記タイヤサイドウォールに沿って周を描く少なくとも１つの実質的に完全な円形ループを有することを特徴とする、請求項１に記載のタイヤ組立体。
3. 前記入口通路端部と前記出口通路端部が、前記円形ループの末端において相互に離隔していることを特徴とする、請求項２に記載のタイヤ組立体。
4. 前記空気通路が実質的に楕円形の断面形状を有することを特徴とする、請求項１に記載のタイヤ組立体。
5. 前記空気通路が前記タイヤサイドウォールに一体的に形成されかつ取り囲まれていることを特徴とする、請求項４に記載のタイヤ組立体。
6. 前記空気通路が前記タイヤサイドウォール内の内部領域によって一体的に形成されかつ取り囲まれている、請求項１に記載のタイヤ組立体。
7. 前記環状の空気通路は、前記入口通路端部と前記出口通路端部との間で前記タイヤサイドウォールの周りに少なくとも１つの実質的に完全な円形ループを有することを特徴とする、請求項６に記載のタイヤ組立体。
8. 前記入口通路端部と前記出口通路端部は、前記円形ループの末端において相互に離隔している、請求項７に記載のタイヤ組立体。
9. タイヤキャビティと、それぞれ第１及び第２のタイヤビード領域からタイヤトレッド領域まで延びるサイドウォールと、を有するタイヤと、
   タイヤサイドウォールに一体的に形成されかつ取り囲まれ、実質的に前記タイヤサイドウォールに沿って周を描く少なくとも１つのループを形成する環状の空気通路であって、回転するタイヤの閉塞部分によってセグメントごとに順次平らになるように動作可能であり、それによって、前記空気通路に沿って空気を順次送る、環状の空気通路と、
   前記環状の空気通路の入口端部に配置され、空気を前記環状の空気通路内に流すように動作可能な入口空気通路ポータルと、
   前記環状の空気通路の出口端部に配置され、開位置において空気を前記環状の空気通路から流すように動作可能な出口空気通路ポータルと、を有し、
   前記入口空気通路ポータルと前記出口空気通路ポータルは、前記タイヤが回転したときに共通の通路セグメントの閉塞部分内に位置するように互いに近接した関係に配置され、
   前記環状の空気通路は、前記タイヤサイドウォールに沿って周を描く、複数巻回数のループによって形成されたらせん状通路を有することを特徴とするタイヤ組立体。
10. 前記入口通路端部と前記出口通路端部は、前記らせん状通路の末端において相互に離隔している、請求項９に記載のタイヤ組立体。
11. 前記入口通路端部と前記出口通路端部は、対角方向にずれた関係、互いに隣接しかつ軸線方向に揃えられた関係、及び、互いに隣接しかつ半径方向に重なり合う関係のいずれか１つの関係にある、請求項１０に記載のタイヤ組立体。

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