JP6989081B2 - 可変の厚さを有するウェブを有する非空気圧式タイヤ - Google Patents

Description

本開示は、タイヤに関し、特に、非空気圧式タイヤに関する。

非空気圧式、すなわちエアレスタイヤ（ＮＰＴ）は、全体的に中実な物質で以前から作製されてきた。これらの中実タイヤは、乗員にとって快適でなく、車両のサスペンションへの甚大な損傷の原因となっており、これは、中実タイヤにおける「撓み」不足を補償する必要があった。

最近では、ＮＰＴは、インナーリングとアウターリングとの間に延在しているスポークすなわちウェビング（ｗｅｂｂｉｎｇ）を採用している。例として、Ｃｒｏｎらによる、Ｍｉｃｈｅｌｉｎに譲渡された米国特許出願公開第２００６／０１１３０１６号は、商業的にＴｗｅｅｌ（登録商標）と呼ばれる非空気圧式タイヤを開示している。Ｔｗｅｅｌ（登録商標）では、タイヤはホイールと組み合わされている。これは、最終的に接合される４つの部分、すなわち、ホイール、スポーク部分、スポーク部分を取り囲む補強された環状帯、及び地面に接触するゴム状トレッド部分で構成される。

一実施形態において、非空気圧式タイヤは、回転軸を有する概ね環状のインナーリング、変形可能な概ね環状のアウターリング、及びインナーリングとアウターリングとの間に延在している可撓性のある相互連結されたウェブ（ｗｅｂ）を含む。相互連結されたウェブは、タイヤの全ての半径方向断面において、少なくとも二つの半径方向に隣接するウェブ要素の層を含む。ウェブ要素は、複数の概ね多角形状の開口部を規定し、回転軸を通じて半径方向に延在している平面に対して角度を付けられている複数の半径方向ウェブ要素と、半径方向平面を概ね横断している複数の別個の接線ウェブ要素とを含む。概ね多角形状の開口部のそれぞれは、複数の頂点によって規定される。複数の頂点のそれぞれは、ウェブ要素の長さの少なくとも一部分に沿って関連するウェブ要素の厚さを変化させる遷移要素によって規定される。遷移要素は、半径、楕円形遷移、及びスプラインからなる群から選択される。荷重が加えられると、荷重の相当量が、張力に基づいて機能している複数のウェブ要素によって支持される。回転軸の上方の領域における複数の半径方向ウェブ要素は、引張り力を受け、一方、荷重と接地面領域との間の領域における半径方向ウェブ要素の少なくとも一部は座屈し、複数の接線ウェブ要素は、可撓性のある相互連結されたウェブを通じて荷重を分配する。

別の実施形態において、非空気圧式タイヤを設計する方法は、回転軸を有する概ね環状のインナーリングを提供するステップと、変形可能な概ね環状のアウターリングを提供するステップと、タイヤの全ての半径方向断面において、少なくとも二つの半径方向に隣接するウェブ要素の層を有する可撓性のある相互連結されたウェブを用いて、インナーリングをアウターリングに接続するステップと、を含む。ウェブ要素は、複数の頂点を有する複数の概ね多角形状の開口部を規定し、ウェブ要素は、回転軸を通じて半径方向に延在している平面に対して角度を付けられている複数の半径方向ウェブ要素と、半径方向平面を概ね横断している複数の別個の接線ウェブ要素とを含む。インナーリングをアウターリングに接続するステップは、荷重が加えられると、荷重の相当量が、張力に基づいて機能している複数のウェブ要素によって支持されるように、各ウェブ要素の厚さを選択するステップを含む。回転軸の上方の領域における複数の半径方向ウェブ要素は、引張り力を受け、一方、荷重と接地面領域との間の領域における半径方向ウェブ要素の少なくとも一部は座屈し、複数の接線ウェブ要素は、可撓性のある相互連結されたウェブを通じて荷重を分配する。インナーリングをアウターリングに接続するステップは、関連するウェブ要素の厚さが、ウェブ要素の長さの少なくとも一部分に沿って変化するように、複数の頂点のそれぞれに対する遷移要素を選択するステップを含む。

更に別の実施形態において、非空気圧式タイヤは、ホイール、概ね環状のアウターリング、及び概ね環状のインナーリングと概ね環状のアウターリングとの間の相互連結されたウェブに取り付けられる、概ね環状のインナーリングを含む。相互連結されたウェブは、タイヤの周りに円周上に離間され、回転軸から変化する距離で半径方向に離間された、複数の開口部を規定し、それによって、張力に基づいて機能して荷重を支持する。相互連結されたウェブは、回転軸の上方の第一の複数のウェブ要素と、回転軸の下方の第二の複数のウェブ要素と、を含む変化する厚さを有する複数のウェブ要素を含む。変化する厚さは、相互連結されたウェブの座屈を容易にするように構成される。荷重が加えられると、第一の複数のウェブ要素は、引張り力を受け、一方、第二の複数のウェブ要素は座屈する。

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図示される。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、複数の構成要素に置き換えられてもよく、複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てもよい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説明のために誇張されている場合がある。

図１は、変形していない非空気圧式タイヤの正面図である。 図２は、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。 図３は、図１の線３−３に沿って切り取られた変形していない非空気圧式タイヤの断面斜視図である。 図４は、変形していない非空気圧式タイヤの別の実施形態の正面図である。 図５は、変形していない非空気圧式タイヤの更に別の実施形態の正面図である。 図６は、変形していない非空気圧式タイヤの更に別の実施形態の正面図である。 図７は、変形していない非空気圧式タイヤの更に別の実施形態の正面図である。 図８は、変形していない非空気圧式タイヤの更に別の実施形態の正面図である。 図９は、変形していない非空気圧式タイヤの更に別の実施形態の正面図である。 図１０Ａは、変形していない非空気圧式タイヤの更に別の実施形態の正面図である。 図１０Ｂは、図１０Ａの変形していない非空気圧式タイヤのウェブの詳細図である。 図１０Ｃは、荷重を受けたときに変形されている、図１０Ａのウェブの下部分の斜視図である。 図１１Ａは、各頂点における半径によって規定された可変の厚さを有するウェブを有する変形していない非空気圧式タイヤの別の実施形態のウェブの詳細図である。 図１１Ｂは、荷重を受けたときに変形されている、図１１Ａのウェブの下部分の斜視図である。 図１２は、非空気圧式タイヤの別の実施形態のウェブ部分の斜視図であり、ウェブは、各頂点においてより大きな半径で規定される可変の厚さを有する。 図１３Ａは、変形していない非空気圧式タイヤの更に別の実施形態のウェブの詳細図であり、ウェブは、各頂点における楕円形の遷移によって規定される可変の厚さを有する。 図１３Ｂは、荷重を受けたときに変形されている、図１３Ａのウェブの下部分の斜視図である。 図１４Ａは、変形していない非空気圧式タイヤの更に別の実施形態のウェブの詳細図であり、ウェブは、各頂点における可変の遷移によって規定される可変の厚さを有する。 図１４Ｂは、荷重を受けたときに変形されている、図１４Ａのタイヤの下部分の斜視図である。 図１４Ｃは、図１４Ａの領域Ｃの詳細図である。 図１４Ｄは、図１４Ａの領域Ｄの詳細図である。 図１４Ｅは、図１４Ａの領域Ｅの詳細図である。 図１４Ｆは、図１４Ａの領域Ｆの詳細図である。

図１、図２及び図３は、非空気圧式タイヤ１０の一実施形態を示す。図示した実施形態において、非空気圧式タイヤ１０は、タイヤ１０が装着されるホイール６０と係合する、概ね環状のインナーリング２０を含む。ホイール６０は回転軸１２を有しており、その周りをタイヤ１０が回転する。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を備え、架橋ポリマー又は非架橋ポリマーから形成され得る。一実施形態において、概ね環状のインナーリング２０は、例えば熱可塑性エラストマー、熱可塑性ウレタン、又は熱可塑性加硫ゴムなどの熱可塑性材料から形成され得る。別の実施形態において、概ね環状のインナーリング２０は、ゴム、ポリウレタン、又はその他好適な材料から形成され得る。この出願において、「ポリマー」という用語は、架橋ポリマー又は非架橋ポリマーを意味している。

より小さな負荷荷重に対して、概ね環状のインナーリング２０は、ホイール６０と粘着的に係合することができ、又は概ね環状のインナーリング２０をホイール６０に接合可能にする幾つかの化学構造変化を経ることができる。より大きな負荷荷重に対して、概ね環状のインナーリング２０は、例えば嵌合など、幾つかの機械的連結形態を通じてホイール６０に係合することができるが、機械的連結はより小さな荷重を支持するためにも用いることができる。機械的な係合は、ホイール６０及び概ね環状のインナーリング２０の両方に、より大きな負荷荷重を支持するための割り増し強度を提供することができる。更に、機械的連結は、容易な互換性という付加的な利点を有している。例えば、非空気圧式タイヤ１０を交換する必要がある場合、概ね環状のインナーリング２０はホイール６０から取り外され、次いで交換され得る。次いで、ホイール６０が再利用可能なので、ホイール６０は車軸に再度取り付けられ得る。別の実施形態において、インナーリング２０は、機械的及び粘着的連結の組み合わせによって、ホイール６０に連結され得る。

図１、図２、及び図３を続けて参照すると、非空気圧式タイヤ１０は、更に、相互連結されたウェブ４０（以下に記載される）を取り囲んでいる、概ね環状のアウターリング３０を備えている。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、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、振動を低減し、乗り心地の良さを高めている。しかしながら、幾つかの実施形態においては、非空気圧式タイヤ１０はサイドウォールを備えていないので、相互連結されたウェブ４０と組み合わされた概ね環状のアウターリング３０は、タイヤ１０における横剛性をもまた高め、それによって、タイヤ１０は、接地面領域３２から離れた部分において容認できない変形をすることはない。

一つの実施形態においては、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と同じ材料から形成されている。例えば、一実施形態において、インナーリング、アウターリング、及び相互連結されたウェブは、全てウレタン材料から構成される。概ね環状のインナーリング２０、概ね環状のアウターリング３０、及び相互連結されたウェブ４０は、射出成形若しくは圧縮成形、鋳造可能なポリマー、又は従来技術において一般的に既知であるその他方法によって形成することができると共に、同時に形成することが可能であって、それらの取り付けは、インナーリング２０、アウターリング３０、及び相互連結されたウェブ４０を含む材料の冷却及び凝固によって形成される。

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その他方法を用いて実施され得る。

図１、図２、及び図３に示されるように、非空気圧式タイヤ１０の相互連結されたウェブ４０は、概ね環状のインナーリング２０を、概ね環状のアウターリング３０に連結している。図示された実施形態において、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を規定しているウェブ要素４２の、少なくとも二つの半径方向に隣接する層５６、５８を備えている。すなわち、回転軸１２から概ね環状のアウターリング３０に延在している、非空気圧式タイヤ１０の任意半径方向部分を通る一部は、少なくとも二つの隣接する層５６、５８と共に、少なくとも二つの概ね多角形状の開口部５０を通過する或いは横断している。多角形状の開口部５０は様々な形状を形成することができる。多くの実施形態において、概ね多角形状の開口部５０の大部分は、六つの側面を有する概ね六角形状であり得る。しかしながら、複数の概ね多角形状の開口部５０のそれぞれは、少なくとも三つの側面を備えることが可能である。一つの実施形態において、複数の概ね多角形状の開口部５０は、図１に見られるように、概ね六角形状、或いは概ね台形状の開口部によって円周上に分離された六角形状のどちらか一方であり、相互連結されたウェブ４０に蜂の巣に類似し得る形状を与える。

任意の二つの相互連結されたウェブ要素間（タイヤのトレッド部分からホイールに半径方向に移動している）の好適な角度範囲は、８０°〜１８０°（例えば、図１のウェブ要素参照）であり得る。また、他の範囲も可能である。

図１、図２、及び図３の図示された実施形態を引き続き参照すると、相互連結されたウェブ４０は、概ね環状のインナーリング２０に沿った所定の点又は線において、一つのウェブ要素４２が概ね環状のインナーリング２０に連結するように構成することができ、それによって、概ね環状のインナーリング２０に沿った第一の一連の連結部４１となる。同様に、概ね環状のアウターリング３０の内側表面３３に沿った所定の点又は線において、一つのウェブ要素４２は概ね環状のアウターリング３０に連結でき、それによって、概ね環状のアウターリング３０に沿った第二の一連の連結部４３となる。しかしながら、二つ以上のウェブ要素４２が、所定の点又は線において、概ね環状のインナーリング２０又は概ね環状のアウターリング３０のどちらか一方に連結することができる。

図４〜図９に示されたように、相互連結されたウェブ４０はウェブ要素４２間における交点４４を更に備えることができ、負荷荷重を相互連結されたウェブ４０全体に分配することができる。これらの図示された実施形態において、それぞれの交点４４は、少なくとも三つのウェブ要素４２を結合している。しかしながら、他の実施形態において、交点４４は三つ以上のウェブ要素４２を結合することができ、ウェブ要素４２によって受けられた応力及び歪を更に分配するのを補助し得る。

図４〜図９を引き続き参照すると、ウェブ要素４２は、ウェブ要素４２を通過している、回転軸１２を含む半径方向平面１６に対して角度を付けられ得る。ウェブ要素４２に角度を付けることによって、回転軸１２に概ね垂直に掛けられている負荷荷重は、ウェブ要素４２に中心を外して掛けられ得る。このことは、それぞれのウェブ要素４２に負荷荷重の回転的な、又は湾曲している構成要素を作ることができ、圧縮荷重を受けたそれらウェブ要素４２の座屈を容易にしている。同じように位置付けられたウェブ要素４２の全ては、半径方向平面１６に対して、だいたい同じ量、且つ同じ方向に角度付けされ得る。しかしながら、好ましくは、複数の概ね多角形状の開口部５０の層における、接線ウェブ要素４５を除く、円周上に連続したウェブ要素４２は、だいたい同じ大きさで角度付けされるが、半径方向平面において反対方向に寸法をとられ、それによって、ウェブ要素４２は、半径方向平面１６において、互いに概ね鏡像となる。

回転軸１２を通る半径方向平面１６に対して一様に角度を付けられているウェブ要素４２に加えて、相互連結されたウェブ４０もまた、図１〜図９に示されたような接線ウェブ要素４５を含み得る。接線ウェブ要素４５が、回転軸１２に中心を置いた円筒状物又は円形状物に接線を一様に位置合わせするように、接線ウェブ要素４５は方向付けられ得る。それら接線のウェブが負荷荷重の分配を補助するので、接線ウェブ要素４５は好適である。例えば、負荷荷重が掛けられたとき、回転軸１２の上方の領域におけるウェブ要素４２は引張り力を受けている。接線ウェブ要素４５が存在しないと、その他ウェブ要素４２を概ね半径方向に方向付けて、その他ウェブ要素４２を真っ直ぐにすることによって、相互連結されたウェブ４０は変形しようと試みて、結果として局所的領域に応力集中をもたらす可能性がある。しかしながら、概ね接線方向に方向付けられることによって、接線ウェブ要素４５は、相互連結されたウェブ４０の残り全体に負荷荷重を分配し、それによって、応力集中を最小化している。

図１〜図９を引き続き参照すると、複数の概ね多角形状の開口部５０が示されており、複数の概ね多角形状の開口部５０のそれぞれが半径方向に方向付けられている。上述したように、概ね多角形状の開口部５０は、回転軸１２を通る半径方向対称平面１４において、それらが対称であるように方向付けられ得る。タイヤ１０が装着された方向に関係なく同じように機能するので、タイヤ１０が反対方向に装着された場合でも、タイヤ１０が適切に機能できることによって、この構成は装着を容易にし得る。

複数の概ね多角形状の筒状開口部５０内の開口部それぞれは、必要というわけではないが、類似した形状であり得る。例えば、図７は、第二の複数の概ね多角形状の開口部５１と形状が異なる、第一の複数の概ね多角形状の開口部５０を示している。この実施形態において、第一の複数の概ね多角形状の開口部５０の少なくとも一つの開口部は、第二の複数の概ね多角形状の開口部５１の少なくとも一つの開口部より小さい。また、図７は、第一の複数の概ね多角形状の開口部５０における概ね多角形状の開口部それぞれが、回転軸１２から半径距離Ｒ_１を離間した内側境界面５７を有し、第二の複数の概ね多角形状の開口部５１における概ね多角形状の開口部それぞれが、回転軸１２から、Ｒ_１より大きくあり得る半径距離Ｒ_２を離間した第二の内側境界面５９を有していることを示している。

相互連結されたウェブ４０内における開口部５０の数は変え得る。例えば図１のように、相互連結されたウェブ４０は、１６回繰り返されて、総計８０個の隔室を形成する五個の異なるサイズの開口部を備え得る。更に他の実施形態において開口部５０の他の数は、１６回以外で使用され得る。例えば、好適な実施形態において、相互連結されたウェブ４０は、１２〜６４回の隔室の繰り返しを含み得る。この範囲外の数もまた可能である。

図７及び図８に示されたように、半径方向内側の層５６における開口部は、半径方向外側の層５８における開口部に比して類似した形状であり得るが、これらの開口部と異なるサイズとすることができ、開口部から開口部へと半径方向外側方向に移動する場合に、概ね多角形状の開口部５０はサイズを増加させる。しかしながら、半径方向外側の層における第二の複数の概ね多角形状の開口部はまた、半径方向内側の層における第一の複数の概ね多角形状の開口部のサイズよりも小さくすることができる。更に、第二の複数の概ね多角形状の開口部は、第三の複数の概ね多角形状の開口部５３によって互いに円周上に離間されているか、若しくは第一の複数の概ね多角形状の開口部５０よりも数が多いかのいずれかであり得るか、又はその両方であり得る。

上述したように、図１〜９は、概ね六角形状である複数の概ね多角形状の開口部５０の幾つかの変形形態を示している。これらの開口部は一方向又は二方向に対称であり得る。代替的な実施形態において、それらは対称ではない。例えば、図１においては、半径方向対称平面１４は、幾つかの複数の概ね多角形状の開口部５０を二等分している。それらの開口部は、半径方向対称平面１４において概ね対称である。しかしながら、また、タイヤ１０の相互連結されたウェブ４０は、半径方向対称平面において全体として概ね対称であり得る。比較すると、第二の複数の概ね多角形状の開口部１４は、同様に半径方向対称平面１４において、概ね対称であり得る。更に、図７及び図８において示されたように、第二の複数の概ね多角形状の開口部は、共通して回転軸１２に中心がある円筒状物に接する線について概ね対称であり得、第二の程度の対称性を提供している。

ウェブ要素４２は、一つの実施形態から別の実施形態において、又は同じ実施形態において著しく変化する長さを有し得る。例えば、図７における相互連結されたウェブ４０は、図６に示された相互連結されたウェブのウェブ要素よりも概ね短いウェブ要素４２を備えている。結果として、相互連結されたウェブ４２は、タイヤ１０の所定の円弧内におけるより多くのウェブ要素４２及びより多くの概ね多角形状の開口部５０を有して、図７においてより密集した状態になり得る。図９は、ウェブ要素４２が同じ相互連結されたウェブ内において、長さが著しく変化する相互連結されたウェブ４０を示している。半径方向内側のウェブ要素４２は、比較的半径方向外側に配置されたウェブ要素４２よりも概ね短い。

図２に戻って参照すると、相互連結されたウェブ４０の寸法形状と相互連結されたウェブ４０に選定された材料との組み合わせは、負荷荷重がウェブ要素４２全体に分配されることを可能にする。好ましくは、ウェブ要素４２は比較的薄く、圧縮に比較的弱い材料から形成され得るので、圧縮力を受けるそれらの要素４２は座屈する傾向を有し得る。これらの要素は、概ね回転軸１２を通る負荷荷重と接地面領域３２との概ね間にあり、図２において座屈した領域４８として表されている。

一つの実施形態において、ウェブ要素４２の幾つか若しくは全ては、弱い（例えば予め曲げられた）、又は薄い領域を備えることができ、それによって、ウェブ要素４２は好ましくは湾曲するか、又は特定の方向に湾曲するように付勢されている。例えば、一つの実施形態において、ウェブ要素は、それらが概ね外側方向に湾曲するように付勢されている。このように、ウェブ要素が座屈するとき、それらは互いに接触せず、又は擦れない。更に、弱い又は薄い部分の位置は、湾曲又は座屈する場所を制御するために用いることができ、それによって、そのような接触を避けることができる。

座屈が生じると、残りのウェブ要素４２は引張り力を受けてもよい。負荷荷重を支持するのは、これらのウェブ要素４２である。比較的薄いが、ウェブ要素４２は高い引張り係数を有し得るので、ウェブ要素４２は変形する傾向はより小さいが、代わりにトレッド担持層７０の形状の維持に役立ち得る。このようにして、負荷荷重がウェブ要素４２を通じて張力によって伝達されるとき、トレッド担持層７０は、タイヤ１０にて負荷荷重を支持することができる。次いで、トレッド担持層７０は、円弧として作用し、支持を提供する。したがって、トレッド担持層７０は緊張状態にあり荷重を支持しているウェブ要素４２を支持するのに十分に硬い。負荷荷重の相当量は、張力に基づいて機能している複数のウェブ要素によって支持されてもよい。例えば、一つの実施形態においては荷重の少なくとも７５％が張力で支持されており、別の実施形態においては荷重の少なくとも８５％が張力で支持されており、別の実施形態においては荷重の少なくとも９５％が張力で支持されている。他の実施形態においては荷重の７５％未満が張力に支持され得る。

概ね環状のインナーリング２０、概ね環状のアウターリング３０、及び相互連結されたウェブ４０を同じ材料から構築することができるが、それらは全て異なる厚さを有し得る。すなわち、概ね環状のインナーリングが第一の厚さｔ_ｉを有し得て、概ね環状のアウターリングが第二の厚さｔ_ｏを有し得て、相互連結されたウェブが第三の厚さｔ_ｅを有し得る。図１に示す実施形態において、第一の厚さｔ_ｉは第二の厚さｔ_ｏよりも小さくあり得る。しかしながら、第三の厚さｔ_ｅは、第一の厚さｔ_ｉ又は第二の厚さｔ_ｏのどちらか一方よりも小さくあり得る。圧縮力を受けたとき、より薄いウェブ要素４２がより容易に座屈するが、一方、比較的厚い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、変形に良好に抵抗することによって、座屈していない領域において非空気圧式タイヤ１０の横剛性を維持するのに有利に役立ち得る。

ウェブ要素４２の厚さｔ_ｅは、予め決められた荷重能力条件に依存して変わり得る。例えば、負荷荷重が増加するとき、ウェブ要素４２は厚さｔ_ｅを増加し得て、複数の概ね多角形状の開口部５０における開口部のサイズを減らしながら、増加した引張り強度を提供できる。しかしながら厚さｔ_ｅは、圧縮荷重を受けるそれらのウェブ要素４２の座屈を、抑制するほどに増大すべきではない。材料の選定と同様に、厚さｔ_ｅは、負荷荷重の増加と共に著しく増加し得る。例えば、ある限定的でない実施形態において、相互連結されたウェブ４０の各々のウェブ要素４２は、約０〜１０００ポンドのタイヤ荷重に対して約０．０４インチ〜０．１インチの厚さ、約５００〜５０００ポンドの荷重に対して約０．１インチ〜０．２５インチの厚さ、及び約２０００ポンド以上の荷重に対して約０．２５インチ〜０．５インチの厚さｔ_ｅを有し得る。当業者は、部分修正された実施形態において、これらの厚さが減少されるか又は増加され得ることを理解するであろう。

図１〜図９に示される実施形態は、それぞれが実質的に一定の厚さｔ_ｅを有するウェブ要素４２を含むが、代替実施形態において、一つ以上のウェブ要素の厚さは変わり得る。このような変化の例示的な影響を図１０〜図１４に示す。

図１０Ａ〜図１０Ｃは、概ね環状のインナーリング１１０と、概ね環状のアウターリング１２０と、多角形状の開口部を規定する複数のウェブ要素１３０とを有する参照タイヤ１００を示す。図１０Ａは、変形していない状態のタイヤ１００の前部を提供し、図１０Ｂは、タイヤ１００のウェブの一部分の詳細図である。この特定の実施形態において、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。内側六角形状開口部を二等分する半径方向平面はまた、外側台形開口部を二等分し、内側台形開口部を二等分する半径方向平面はまた、外側台形開口部を二等分するように、内側及び外側開口部は位置合わせされる。この実施形態において、内側開口部を二等分する半径方向平面は、内側開口部及び対応する外側開口部の二つの開口部のみを通る。しかしながら、この構成は単なる例示であり、例示目的のために使用されることを理解されたい。代替的な実施形態において、任意の形状を形成するウェブ要素が使用されてもよい。

図示の実施形態において、ウェブ要素１３０のそれぞれは、その長さに沿って実質的に同じ厚さを有する。図１０Ｂに見られるように、各多角形状の開口部の各頂点は、小さい半径Ｒ_１によって規定される。小さい半径Ｒ_１は、インナーリング１１０とアウターリング１２０との間の半径距離よりもはるかに小さく、任意の所定のウェブ要素１３０の長さよりもはるかに小さい。したがって、頂点に近づくにつれて、各ウェブ要素１３０のごくわずかな幅のみが存在する。

例示的な一実施形態において、インナーリング１１０は１２．６９０インチ（３２．２３２ｃｍ）の直径を有し、アウターリング１２０は２１．９１７インチ（５５．６６９ｃｍ）の直径を有する。したがって、インナーリング１１０とアウターリング１２０との間の半径距離は、４．６１４インチ（１１．７２０ｃｍ）である。この実施形態において、ウェブ要素１３０は、１．５０８インチ（３．８３０ｃｍ）〜１．７９８インチ（４．５６７ｃｍ）の長さ、及び０．０８０インチ（０．２０３ｃｍ）の厚さを有する。各頂点は、０．１インチ（０．２５４ｃｍ）の小さい半径Ｒ_１によって規定される。しかしながら、タイヤ１００は、各ウェブ要素１３０の頂点における半径が平均要素厚さの１２５％以下であるような任意の寸法を有してもよいことを理解されたい。

図１０Ｃは、荷重を受けたときに変形されているウェブの下部分の斜視図である。図１０Ｃは、ウェブ要素上の例示的な応力を示すための選択された領域の詳細図を更に含む。この実施形態において、荷重を受けながらタイヤ１００が回転する際に、ウェブ要素１３０は、各頂点において高い応力を受ける。更に、高い応力は狭い帯Ｂで集中する。

対照的に、図１１Ａ〜図１１Ｂは、第一の可変の厚さのタイヤ２００、すなわち、各頂点においてより大きな半径によって規定される可変の厚さを有するウェブを有する非空気圧式タイヤを示す。図１１Ａは、概ね環状のインナーリング２１０と、概ね環状のアウターリング２２０と、多角形状の開口部を規定する複数のウェブ要素２３０とを含む、第一の可変の厚さのタイヤ２００のウェブの詳細図である。第一の可変の厚さのタイヤ２００は、各多角形状の開口部の各頂点が中程度の半径Ｒ_２によって規定されることを除いて、参照タイヤ１００と同じ形状及び寸法を有する。

例示的な一実施形態において、第一の可変の厚さのタイヤ２００は、中程度の半径Ｒ_２が０．５インチ（１．２７ｃｍ）であることを除いて、例示的な参照タイヤ１００について説明したものと同じ寸法を有する。したがって、第一の可変の厚さのタイヤ２００は、各ウェブ要素２３０の頂点における半径が平均要素厚さの６２５％となるような寸法である。一実施形態において、半径は、平均要素厚さの４００％〜８００％であるように選択される。他の実施形態において、半径は、平均要素厚さの１２５％より大きくなるように選択される。

図１１Ｂは、荷重を受けたときに変形されている第一の可変の厚さのタイヤ２００のウェブの下部分の斜視図である。図１１Ｂは、ウェブ要素上の例示的な応力を示すための選択された領域の詳細図を更に含む。この実施形態において、参照タイヤ１００と比較して、荷重を受けながらタイヤ２００が回転する際に、ウェブ要素２３０は、各頂点において比較的低い応力を受ける。加えて、小さい半径遷移は、狭い応力帯を除去する際に有効であった。しかしながら、高い応力集中の場所は変化し、更により高い応力値をもたらし、応力は、望ましいと考えられるよりも依然として高く集中している。

図１２は、第二の可変の厚さのタイヤ３００のウェブの下部分の斜視図である。ここで、ウェブは、各頂点においてより大きい半径によって規定される可変の厚さを有する。図１２は、ウェブ要素上の例示的な応力を示すための選択された領域の詳細図を更に含む。第二の可変の厚さのタイヤ３００は、概ね環状のインナーリング３１０と、概ね環状のアウターリング３２０と、多角形状の開口部を規定する複数のウェブ要素３３０とを有する。第二の可変の厚さのタイヤ３００は、各多角形状の開口部の各頂点が大きな半径Ｒ_３によって規定されることを除いて、参照タイヤ１００と同じ形状及び寸法を有する。

例示的な一実施形態において、第二の可変の厚さのタイヤ３００は、大きい半径Ｒ_３が０．７インチ（１．７８ｃｍ）であることを除いて、例示的な参照タイヤ１００について説明したものと同じ寸法を有する。したがって、第二の可変の厚さのタイヤ３００は、各ウェブ要素３３０の頂点における半径が平均要素厚さの８７５％となるような寸法である。一実施形態において、半径は、平均要素厚さの８００％〜１０００％であるように選択される。

この実施形態において、参照タイヤ１００と比較して、荷重を受けながらタイヤ３００が回転する際に、ウェブ要素３３０は、各頂点においてより高い応力を受ける。大きな半径Ｒ_３は、接合部において過度に多くの材料をもたらし、各ウェブ要素３３０の可撓性部分の有効長を減少させる。応力は、更に別の場所にシフトされた、わずかに広い帯Ｂで集中する。

図１３Ａ〜図１３Ｂは、第三の可変の厚さのタイヤ４００、すなわち、各頂点において楕円形の遷移によって規定される可変の厚さを有するウェブを有する非空気圧式タイヤを示す。図１３Ａは、概ね環状のインナーリング４１０と、概ね環状のアウターリング４２０と、多角形状の開口部を規定する複数のウェブ要素４３０とを含む、第三の可変の厚さのタイヤ４００のウェブの詳細図である。第三の可変の厚さのタイヤ４００は、各多角形状の開口部の各頂点が楕円形の遷移によって規定されることを除いて、参照タイヤ１００と同じ形状及び寸法を有する。

例示的な一実施形態において、第三の可変の厚さのタイヤ４００は、頂点が楕円部分を含む場合を除いて、例示的な参照タイヤ１００について記載されたものと同じ寸法を有する。楕円形状は、遷移の二次元定義を可能にする。楕円形状の使用はまた、単純な半径の使用によってもたらされる頂点のそれぞれにおける材料の低減を可能にする。単純な半径からの余分な材料は、試験中に観察された非可撓性挙動に寄与した。

図１３Ｂは、荷重を受けたときに変形されている第三の可変の厚さのタイヤ４００のウェブの下部分の斜視図である。図１３Ｂは、ウェブ要素４３０上の例示的な応力を示すための選択された領域の詳細図を更に含む。この実施形態において、荷重を受けながらタイヤ４００が回転する際に、ウェブ要素４３０は、各頂点において著しく低い応力を受ける。応力は、アウターリング４２０付近のより広い帯に分配されているが、インナーリング４１０の近くの狭い帯Ｂにおいて依然として集中している。最終的に、この実施形態は、遷移部に過度に多くの材料を含んでいた。

図１４Ａ〜図１４は、第四の可変の厚さのタイヤ５００すなわち、各頂点において可変の遷移によって規定される可変の厚さを有するウェブを有する非空気圧式タイヤを示す。図１４Ａは、概ね環状のインナーリング５１０と、概ね環状のアウターリング５２０と、多角形状の開口部を規定する複数のウェブ要素５３０とを含む、第四の可変の厚さのタイヤ５００のウェブの詳細図である。第四の可変の厚さのタイヤ５００は、各多角形状の開口部の各頂点が、選択された半径方向又はスプラインの遷移によって規定されることを除いて、参照タイヤ１００と同じ形状及び寸法を有する。

図１４Ｂは、荷重を受けたときに変形されている第四の可変の厚さのタイヤ５００のウェブの下部分の斜視図である。図１４Ｂは、ウェブ要素５３０上の例示的な応力を示すための選択された領域の詳細図を更に含む。この実施形態において、荷重を受けながらタイヤ５００が回転する際に、ウェブ要素５３０は、各頂点において著しく低い応力を受ける。応力は、ウェビング全体にわたって広い帯に分配される。一実施形態において、完全な可変の遷移の使用は、通常の動作下でピーク応力の約３０％減少につながる。

可変の遷移の例は、図１４Ｃ〜図１４Ｆの詳細図に更に示されている。

図１４Ｃは、図１４Ａの領域Ｃの詳細図である。この領域では、内側ウェブ要素５３０ａとインナーリング５１０との間の二つの頂点が示される。この図から、内側ウェブ要素５３０ａとインナーリング５１０との間に鈍角の左側角及び鋭角の右側角が形成されている。鈍角の左側角は、内側ウェブ要素５３０ａの中心線の左側により多くの材料を加える、手動で成形されたスプラインによって平滑化される。鋭角の右側角は、小さい、単純な半径によって平滑化される。

図１４Ｄは、図１４Ａの領域Ｄの詳細図である。この領域では、内側ウェブ要素５３０ａと中間ウェブ要素５３０ｂとの間の左頂点と、内側ウェブ要素５３０ａと内側半径方向ウェブ要素５３０ｃとの間の右上頂点と、中間ウェブ要素５３０ｂと内側半径方向ウェブ要素５３０ｃとの間の右下頂点とを含む三つの頂点が示される。この領域では、全ての三つの頂点は、手動で成形されたスプラインによって規定される。

図１４Ｅは、図１４Ａの領域Ｅの詳細図である。この領域では、中間ウェブ要素５３０ｂと外側半径方向ウェブ要素５３０ｄとの間の左上頂点と、中間ウェブ要素５３０ｂと外側ウェブ要素５３０ｅとの間の右頂点と、外側半径方向ウェブ要素５３０ｄと外側ウェブ要素５３０ｅとの間の左下頂点とを含む三つの頂点が示される。この領域では、全ての三つの頂点は、手動で成形されたスプラインによって規定される。

図１４Ｆは、図１４Ａの領域Ｆの詳細図である。この領域では、外側ウェブ要素５３０ｅとアウターリング５２０との間の二つの頂点が示される。この図から、外側ウェブ要素５３０ｅとアウターリング５２０との間に鋭角の左側角及び鈍角の右側角が形成される。鈍角の右側角は、外側ウェブ要素５３０ｅの中心線の左側により多くの材料を加える、手動で成形されたスプラインによって平滑化される。鋭角の左側角は、小さい、単純な半径によって平滑化される。

図１４Ａ〜図１４Ｆの特定の遷移が上述されているが、各遷移は、非空気圧式タイヤ及びその関連するウェビングの特定の幾何学形状に従って決定されるべきであることを理解されたい。一実施形態において、機械学習又は他の人工知能が、遷移の選択に用いられてもよい。

「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）」という用語が請求項で移行句として用いら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）」という用語が用いられる範囲において（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」という用語が用いられるであろう。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）．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）」を更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限りにおいて、「と直接接続する（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｔｏ）」ことだけではなく、別の構成要素を介して接続することなどのように「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。

本開示はその実施形態の記述によって例解され、実施形態は相当に詳細に説明されたが、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、本出願人らの意図ではない。更なる利点及び改良が、当業者には容易に明らかとなるであろう。したがって、そのより広域な態様における本開示は、示され説明される、特定の詳細、代表的なシステム及び方法、並びに例示の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 (5)

1. 非空気圧式タイヤであって、
   回転軸を有する概ね環状のインナーリングと、
   変形可能な概ね環状のアウターリングと、
   前記インナーリングと前記アウターリングとの間に延在している可撓性のある相互連結されたウェブであって、前記相互連結されたウェブが、前記非空気圧式タイヤの全ての半径方向断面 において、少なくとも二つの半径方向に隣接するウェブ要素の層を含み、前記ウェブ要素が、複数の概ね多角形状の開口部を規定し、前記回転軸を通じて半径方向に延在している平面に対して角度を付けられている複数の半径方向ウェブ要素と、前記半径方向に延在している前記平面を概ね横断している複数の別個の接線ウェブ要素とを含む、可撓性のある相互連結されたウェブと、
   を備えており、
   概ね多角形状の開口部のそれぞれは、複数の頂点によって規定され、
   前記複数の頂点のそれぞれは、前記ウェブ要素の長さの少なくとも一部分に沿って関連するウェブ要素の厚さを変化させる遷移要素によって規定され、
   前記遷移要素は、半径、楕円形遷移、及びスプラインからなる群から選択され、
   前記複数の頂点は、平均要素厚さの１２５％より大きい半径によって規定される複数の頂点を含み、
   荷重が加えられると、前記荷重の相当量が、張力に基づいて機能している複数の前記ウェブ要素によって支持され、
   前記回転軸の上方の領域における複数の前記半径方向ウェブ要素は、引張り力を受け、一方、前記荷重と接地面領域との間の領域における前記半径方向ウェブ要素の少なくとも一部は座屈し、複数の前記接線ウェブ要素は、前記可撓性のある相互連結されたウェブを通じて前記荷重を分配する、
   非空気圧式タイヤ。
2. 前記複数の頂点が、半径によって規定される第一の複数の頂点と、スプラインによって規定される第二の複数の頂点とを含む、
   請求項１に記載の非空気圧式タイヤ。
3. 前記複数の概ね多角形状の開口部は、第一の形状を有する第一の複数の概ね多角形状の開口部と、前記第一の形状と異なる第二の形状を有する第二の複数の概ね多角形状の開口部とを備えている、
   請求項１に記載の非空気圧式タイヤ。
4. 前記半径は、前記平均要素厚さの４００％から８００％である、
   請求項１に記載の非空気圧式タイヤ。
5. 前記半径は、前記平均要素厚さの８００％から１０００％である、
   請求項１に記載の非空気圧式タイヤ。

Images