JP7453469B2 - バンド層を有するタイヤトレッド - Google Patents

Description

本開示は、タイヤトレッド、及びその作製方法に関する。より具体的には、本開示は、トレッドゴム層に取り付けられたバンド層を有するタイヤトレッド、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、パンクして加圧空気が完全に又は部分的に失われた後に、長期間、比較的高速で動作し続け得る。非空気式タイヤは、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。いくつかの非空気式タイヤでは、周方向トレッドは、タイヤのアウターリングの周りに巻き付けられ得る。

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設された弾性領域を有する剪断要素を収容してもよい。剪断要素はまた、剪断バンド、トレッドバンド、又は薄い環状の高強度バンド要素と称されてもよい。空気式タイヤで使用されるとき、剪断要素は、タイヤが加圧されたときに張力部材として作用する。非空気式タイヤ又は非加圧状態若しくは部分加圧状態における空気式タイヤで使用されるとき、剪断要素は、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と、アウターリングの周りに延在する周方向トレッドと、を更に含む。周方向トレッドは、単一の材料で構成されたバンド層と、バンド層に直接取り付けられたトレッドゴム層と、を含む。バンド層は、第１の面及び第１の面に対向する第２の面と、第１の軸方向縁部及び第２の軸方向縁部と、を含み、第１の軸方向縁部及び第２の軸方向縁部は、第１の面を第２の面から離間させ、第１の縁部及び第２の縁部のうちの少なくとも１つは、バンド層に非矩形断面を提供する幾何学的形状を有する。

非空気式タイヤを作製する方法も提供される。この方法は、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、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と、を有するアセンブリを提供することを含む。シームレスシリンダが、アウターリングの周りに提供され、シームレスシリンダは、単一の材料で構成されている。シームレスシリンダは、第１の面及び第１の面に対向する第２の面と、第１の軸方向縁部及び第２の軸方向縁部と、を含み、第１の軸方向縁部及び第２の軸方向縁部は、第１の面を第２の面から離間させ、第１の縁部及び第２の縁部のうちの少なくとも１つは、シームレスシリンダに非矩形断面を提供する幾何学的形状を有する。トレッドゴムが、シームレスシリンダの周りに提供される。
添付の図面では、以下に提供される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を、多数の構成要素に置き換えてもよく、多数の構成要素として示されている要素を、単一の構成要素に置き換え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、ある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式タイヤの側面図である。 荷重にさらされたときに変形している図１の非空気式タイヤの側面図である。 非空気式タイヤの一実施形態の部分断面を例解する概略図である。 非空気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。 非空気式タイヤの別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。 非空気式タイヤの更に別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。 シリンダを形成するためのリバースフローフォーミングシステムの一実施形態の断面図である。 図４ａのリバースフローフォーミングシステムの正面図である。 様々な変形段階における金属プレートを示す金属スピニングシステムの一実施形態の斜視図である。 最終形態の金属プレートを示す図５ａの金属スピニングシステムの斜視図である。

図１及び図２は、非空気式タイヤ１０の一実施形態を例解する。非空気式タイヤ１０は、単に例示的な図であり、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、非空気式タイヤ１０は、タイヤ１０が装着されているリム（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。

非空気式タイヤ１０は、相互接続されたウェブ４０を囲む略環状のアウターリング３０を更に含み、ウェブは、略環状のインナーリング２０に接続された支持構造である。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）の周りの範囲及び接地面領域を含む範囲４８において変形するように構成することができ、これにより、振動が減少し、乗り心地が向上する。

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、異なる材料から作製される。図１に示すように、略環状のアウターリング３０は、トレッド担持層７０が取り付けられている半径方向外側表面３４を有し得る。取り付けは、接着又は当該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。

例解される実施形態では、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、他のウェブ構成を用いてもよい。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を、ウェブの代わりに用いてもよい。

図３ａは、非空気式タイヤ１００の一実施形態の部分断面を例解する概略図である。この実施形態では、非空気式タイヤ１００は、インナーリング１１０と、アウターリング１２０と、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１３０と、を有するタイヤ構造を含む。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、複数のスポークを含む。しかしながら、任意の支持構造体を用いてもよいことが理解されるべきである。

非空気式タイヤ１００は、アウターリング１２０とほぼ同じ幅を有する周方向トレッドを含む。周方向トレッドは、単一の材料で構成されたバンド層１４０を含む。トレッドゴム層１５０は、バンド層１４０に直接取り付けられている。

バンド層１４０は、図３ａ～図３ｄに最もよく見られるように、第１の面１７０及び第２の面１７５を含む。例解される実施形態では、第１の面１７０及び第２の面１７５の各々は、軸方向に線形に延在し、非空気式タイヤ１００の軸方向と実質的に平行に延在する。代替的な実施形態では、第１の面又は第２の面は、軸方向に非線形的に延在してもよい。別の代替的な実施形態では、第１の面又は第２の面は、非空気式タイヤの軸方向に対して傾斜又は湾曲していてもよい。

第１の縁部１６０及び第２の縁部１６５は、第１の面１７０を第２の面１７５から離間させる。バンド層１４０の第１の縁部１６０及び第２の縁部１６５は、バンド層１４０に非矩形断面を与える幾何学的形状を有する。これらの実施形態の各々では、縁部は、テーパ状であると説明され得る。図３ａは、縁部が丸みを帯びている一例を例解する。言い換えると、第１の縁部１６０ａ及び第２の縁部１６５ａの各々の幾何学的形状は、半円形の断面を有する連続的な曲面である。連続的な曲面の曲率半径は、バンド層１４０の厚さの半分であってもよい。しかしながら、連続的な曲面の曲率半径は、任意の所望の値であってもよい。

直交軸方向縁部を有する矩形断面を有するバンド層は、バンド層の破損をもたらし得る亀裂に成長する可能性がある表面欠陥（例えば、引っ掻き傷、溝、切れ目）に敏感であり得る。図３ａに示されるバンド層１４０の第１の縁部１６０ａ及び第２の縁部１６５ａの連続的な曲面の幾何学的形状は、直交軸方向縁部を排除し、バンド層１４０に非矩形断面を提供する。この配置は、そのような軽微な欠陥に対するバンド層１４０の感度を低減させ、バンド層１４０の疲労寿命を向上させ、それによって、既知のバンド層設計よりもバンド層１４０の堅牢性を高め得る。

図３ｂ～図３ｄは、用いられ得る代替的な縁部の幾何学的形状を例解する。これらの実施形態は単に例示的なものであり、矩形断面よりも複雑な追加の幾何学的形状を用いてもよいことが理解されるべきである。図３ｂに示される実施形態では、第１の縁部１６０ｂ及び第２の縁部１６５ｂの幾何学的形状は、半楕円形の断面を有する連続的な曲面である。別の代替的な実施形態では、第１の縁部１６０又は第２の縁部１６５の幾何学的形状は、複数の半径によって画定される連続的な曲面であってもよい。更に別の代替的な実施形態では、第１の縁部１６０又は第２の縁部１６５は、任意の所望の断面を有する連続的な曲面であってもよい。更に別の代替的な実施形態では、第１の縁部１６０及び第２の縁部１６５のうちの１つのみの幾何学的形状が、連続的な曲面として提供されてもよい。

図３ｃ及び図３ｄに示されるように、第１の縁部１６０及び第２の縁部１６５の幾何学的形状は、連続的な曲面ではなく、それぞれの直線部分１８０、１８５を含んでもよい。この場合、図３ｃに示すように、第１の縁部及び第２の縁部１６０ｃ、１６５ｃの幾何学的形状は、直線部分１８０、１８５と面１７０、１７５との間に曲面を含む。言い換えると、第１の縁部１６０ｃ及び第２の縁部１６５ｃは、丸みを帯びた角部を有する。別の例では、図３ｄに示すように、第１の縁部１６０ｄ及び第２の縁部１６５ｄの幾何学的形状は、直線部分１８０、１８５と面１７０、１７５との間に線形表面を含む。言い換えると、第１の縁部１６０ｄ及び第２の縁部１６５ｄは、面取りされた角部を有する。

前述の例の各々では、第１の縁部１６０及び第２の縁部１６５の幾何学的形状は、既知のバンド層設計の直交軸方向縁部を排除する。用いられる特定の幾何学的形状にかかわらず、直交軸方向縁部のないバンド層を提供することにより、疲労寿命が向上し、表面欠陥に対するバンド層の感度が低減し、ひいてはバンド層の堅牢性が向上する。

第１の縁部１６０又は第２の縁部１６５の幾何学的形状は、前述の連続的な曲面を含む、前述の幾何学的形状のうちのいずれか１つの任意の所望の組み合わせであってもよい。第１の縁部１６０及び第２の縁部１６５の幾何学的形状は、任意の所望の製造プロセスを使用して形成されてもよい。第１の縁部１６０及び第２の縁部１６５の幾何学的形状を形成するために使用され得る製造プロセスの非限定的な例としては、機械加工、圧延、ショットピーニング、研削、成形、ハイドロフォーミング、フローフォーミング、又はロールフォーミングが挙げられる。

一例によれば、第１の縁部１６０又は第２の縁部１６５の幾何学的形状は、レーザ切断、スカイビング、又は任意の他の所望の切断プロセスを使用して縁部を最初に形成することによって提供されてもよい。次いで、切断された縁部は、圧延プロセス、ショットピーニングプロセス、バニシングプロセス、又はそれらの任意の組み合わせで後処理されて、所望の平滑性を有する丸みを帯びた縁部を提供してもよい。代替的な実施形態では、第１の縁部又は第２の縁部は、事前に縁部を形成することなく、圧延プロセス、ショットピーニングプロセス、バニシングプロセス、又はそれらの任意の組み合わせで処理されてもよい。

バンド層１４０の堅牢性を更に改善するために、バンド層１４０の面１７０、１７５又は縁部１６０、１６５に特定の表面粗さを提供してもよい。一例では、バンド層１４０の平均表面粗さは、２５ミクロン未満、好ましくは１．６ミクロン未満、及び理想的には０．８ミクロン未満である。これらの特定の粗さ値は、非空気式タイヤ１００の周方向に沿って、また非空気式タイヤ１００の軸方向に沿って、バンド層１４０の表面粗さを測定するときに考慮される。別の実施形態では、非空気式タイヤ１００の軸方向ではなく、非空気式タイヤ１００の周方向に沿ってバンド層１４０の表面粗さを測定するときに、特定の粗さ値が考慮される。例えば、そのような一実施形態では、表面は、周方向に比較的平滑であり、軸方向に比較的粗くてもよい。単一方向に表面を平滑化することにより、より時間消費が少なく、よりコストがかからない場合がある。更に別の実施形態では、非空気式タイヤ１００の周方向ではなく、非空気式タイヤ１００の軸方向に沿ってバンド層１４０の表面粗さを測定するときに、特定の粗さ値が考慮される。

特定の表面粗さは、任意の所望の製造プロセスを使用してバンド層１４０に付与されてもよい。特定の表面粗さを付与するために使用され得る製造プロセスの例としては、ショットピーニング、レーザショックピーニング、低塑性バニシング、機械加工、研削、研磨、又はラッピングが挙げられるが、これらに限定されない。代替的に、表面粗さは、等方性エッチングプロセスによって、又は化学処理によって提供されてもよい。前述のプロセスのいずれかを使用して２５ミクロン未満の表面粗さを有するバンド層１４０を提供することにより、バンド層を通して伝播してバンド層の破損をもたらし得るバンド層上の表面欠陥が排除されるか、又は少なくとも実質的に低減される。２５ミクロン未満の指定の表面粗さは、バンド層１４０の疲労寿命を向上させる。したがって、２５ミクロン未満の表面粗さを提供することにより、バンド層１４０の堅牢性が改善され得る。１．６ミクロン未満、又は０．８ミクロン未満の粗さを周方向、軸方向、又はその両方に提供することにより、これらの利点が更に向上し得る。

バンド層１４０の単一の材料は、複合材料又は複数の材料のブレンドであってもよいが、バンド層１４０は、別個の材料の層から形成されない。一実施形態では、バンド層１４０は、鋼で構成される。特定の一実施形態では、バンド層１４０は、超高強度鋼で構成される。他の例示的な材料としては、ゴム、炭素繊維、アルミニウム、黄銅、銅、及びステンレス鋼などの他の金属、又はポリウレタン、ポリエステル、及びポリ塩化ビニル（polyvinyl chloride、ＰＶＣ）を含むポリマー材料が挙げられるが、これらに限定されない。

良好な性能は、高い極限引張強度及び表面粗さの低い表面仕上げを有する材料で構成されたバンド層で達成され得る。一実施形態では、バンド層は、平方インチ当たり少なくとも６０，０００ポンドの力（すなわち、６０ｋｓｉ又は４１０ＭＰａ）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、バンド層は、平方インチ当たり少なくとも１２０，０００ポンドの力（すなわち、１２０ｋｓｉ又は８３０ＭＰａ）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、バンド層は、平方インチ当たり少なくとも２００，０００ポンドの力（すなわち、２００ｋｓｉ又は１４００ＭＰａ）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。

例解された構造は、その中立軸の周りの曲げに抵抗することによって、適用された荷重を担持する。バンド層１４０の曲げは、非空気式タイヤ１００上の荷重を担持することを支援する。非常に低いヒステリシスを有する金属又は他の材料をバンド層１４０に使用する場合、アセンブリの転がり抵抗性及び発熱性を低減することができる。これは、鋼コードのプライを有する従来のポリマー剪断層からの展開である。そのようなポリマー剪断層は、高転がり抵抗性及び発熱性を犠牲にして、荷重担持能力を提供する。

例解される実施形態では、バンド層１４０は、バンド高さ（すなわち、バンド厚さ）ＨＢを有し、トレッドゴム層１５０は、バンド高さＨＢよりも大きいトレッド高さ（すなわち、トレッド厚さ）ＨＴを有する。１つの既知の実施形態では、バンド高さは、０．０１０インチ～０．３００インチ（０．２５４ｍｍ～７．６２ｍｍ）である。しかしながら、他の配置を用いてもよい。一実施形態（図示せず）では、トレッド高さＨＴは、バンド高さＨＢに等しい。別の実施形態（図示せず）では、トレッド高さＨＴは、バンド高さＨＢ未満である。

バンド層及びトレッド層の高さは、非空気式タイヤの望ましい性能を提供するように選択されてもよい。例えば、バンド層の曲げ剛性をバンド層の厚さとバランスをとって、所望の偏向で所望の荷重を担持するために中立軸の周りの曲げモーメントを調節することが望ましい場合がある。

［バンド層及びトレッドゴム層の高さを選択することがまた、タイヤ設計者が、周方向トレッドの中立軸の場所を選択することを可能にする。例えば、中立軸の場所は、周方向トレッドが異なる方向に異なる曲げ剛性を有するように選択されてもよい。中立軸がタイヤの外径に近い場合、接地面の前縁部及び後縁部は、屈曲することがより難しくなり、それゆえ荷重担持能力が増加する。しかしながら、タイヤが物体を横切って転がる場合、その方向でより低い曲げ剛性を有することにより、より容易な外装及びより快適な乗り心地を可能にする。

各層の材料及び高さを選択する際、他の要因が、考慮され得る。例えば、バンド層の厚さを低減させて、体積及び重量を低減すること、並びにタイヤの回転中に発生する熱量を低減することが望ましい場合がある。しかしながら、バンド層の厚さを増加させて、バンド層の応力を低減させることが望ましい場合がある。

追加的に、接地面の長さを調節するために、トレッドゴム層及びバンド層の厚さ及び剛性を選択することが望ましい場合がある。

シームレス金属シリンダの形態のバンドは、良好な結果をもたらすことが判明している。そのようなシリンダは、２０～５０インチ（５０～１３０ｃｍ）の直径を有してもよい。より特定の実施形態では、シリンダは、３０～４０インチ（７５～１００ｃｍ）の直径を有する。特定の一実施形態では、シリンダは、３６インチ（９１ｃｍ）の直径を有する。

上述のように、シリンダの厚さは、０．０１０インチ～０．３００インチ（０．２５４ｍｍ～７．６２ｍｍ）であってもよい。より特定の実施形態では、シリンダの厚さは、０．０２０インチ～０．１５０インチ（０．５０ｍｍ～３．８ｍｍ）である。特定の一実施形態では、シリンダの厚さは、０．１４５インチ（３．６８ｍｍ）である。

上述のように、シームレスシリンダは、鋼から作製されてもよい。例示的な鋼としては、超高強度鋼、４３４０鋼、又は１０８０鋼が挙げられる。代替的に、シームレスシリンダは、合金から形成されてもよい。

一実施形態では、シームレスシリンダは、所望の直径を有するシリンダを製作し得る荒鍛造プロセスによって作製される。しかしながら、直径２０～５０インチ及び厚さ０．０１０インチ～０．３００インチを有するシリンダを鍛造することは困難である。そのような寸法を有するシリンダを鍛造することは、亀裂、微小亀裂、又は他の不規則性をもたらし得る。

したがって、代替的な実施形態では、２０～５０インチの直径及び０．３００インチ～１インチの厚さを有するシームレスシリンダは、荒鍛造プロセスによって作製される。次いで、シリンダは、０．０１０インチ～０．３００インチの所望の厚さに機械加工又は旋盤加工される。機械加工又は旋盤加工は、複数の工程で実施されてもよい。シリンダはまた、熱処理工程及び研磨工程に供されてもよい。そのようなプロセスは、時間を費やす場合があり、望ましくない廃棄物を生成する場合がある。

別の代替的な実施形態では、２０～５０インチの直径及び０．３００インチ～１インチの厚さを有するシームレスシリンダは、荒鍛造プロセスによって作製される。次いで、シリンダの厚さは、冷間形成プロセスによって低減される。例示的な冷間形成プロセスとしては、深絞り、閉塞ダイ鍛造、金属スピニング、及びフローフォーミング（リバースフローフォーミングを含む）が挙げられる。特定の一実施形態では、３６インチの直径及び０．５インチの厚さを有するシームレスシリンダは、荒鍛造プロセスによって形成され、次いで、厚さは、冷間形成プロセスによって０．０１０インチ～０．３００インチに低減される。

冷間形成プロセスは、両方とも、厚さを低減させ、シリンダの長さを増加させる。それゆえ、一実施形態では、シリンダは、所望よりも短い長さで荒鍛造され、冷間形成プロセスは、所望の長さまでシリンダを伸長させる。別の実施形態では、冷間形成プロセスは、所望の長さを超えるまでシリンダを伸長させる。そのような実施形態では、冷間形成されたシリンダは、２つ以上のシリンダに切断されてもよい。

冷間形成プロセスはまた、シリンダの硬度を増加させる。１つの既知の実施形態では、鋼製シリンダは、冷間形成プロセス後、ロックウェルＣスケールで４５～６０の硬度を有する。代替的に、鋼製シリンダは、冷間形成プロセス後、ロックウェルＣスケールの４５未満の硬度を有し得る。同様に、鋼製シリンダは、冷間形成プロセス後、ロックウェルＣスケールの４５超の硬度を有し得る。

シームレスシリンダは、熱処理を実施せずに、荒鍛造及び冷間形成プロセスによって形成されてもよい。しかしながら、他の実施形態では、熱処理が、なお実施されてもよい。特定の一実施形態では、真空不活性ガス急冷硬化として既知の特殊な熱処理プロセスが用いられる。このプロセスは、油、水、又はエチレングリコールクエンチが後に続く標準的な炉熱処理と同じ特性を達成するが、プロセス中に、鋼に対する酸化を防止するという別個の利益を有する。応力除去、硬化、及び焼戻しの工程は、鋼に対する酸化を防止するために完全な真空下で実施され得る。そのような熱処理プロセス中に酸化がほとんど又は全く存在しないため、研削又は研磨などの追加の加工を省略してもよい。

冷間形成プロセスはまた、シリンダの外側表面を平滑化する。それゆえ、シームレスシリンダは、シリンダを研磨することなく、荒鍛造及び冷間形成プロセスによって形成され得る。他の実施形態では、研磨工程が、なお実施されてもよい。

一実施形態では、冷間形成プロセスは、図４ａ、図４ｂに例解されるように、リバースフローフォーミングプロセスである。図４ａは、リバースフローフォーミングシステム２００の断面図を例解し、図４ｂは、リバースフローフォーミングシステム２００の正面図を例解する。このシステムでは、シームレスシリンダ２１０は、スピンドル２３０を有するマンドレル２２０上に載置される。シームレスシリンダ２１０は、開放端となっており、プリフォームと称され得る。シームレスシリンダ２１０は、上記で識別された材料のうちの１つで構成されてもよく、荒鍛造プロセスによって形成されてもよい。

シームレスシリンダ２１０がマンドレル２２０上に載置された後、スピンドル２３０は、マンドレル２２０及びシームレスシリンダ２１０を第１の方向に回転させる。複数のローラ２４０がシームレスシリンダ２１０に係合し、ローラ２４０は、第１の方向とは反対の第２の方向に回転する。心押し台２５０は、システムに支持を提供する。

次いで、ローラ２４０は、スピンドルに向かって移動し、シームレスシリンダ２１０の厚さを低減させ、シリンダの材料をローラ２４０の進行方向と反対の方向に移動させる。例解される実施形態では、３つのシリンダが用いられる。代替的な実施形態では、任意の数のローラを用いてもよい。

一実施形態では、ローラ２４０は、完成シリンダの所望の厚さに等しい距離だけマンドレル２２０から離間される。それゆえ、そのような実施形態では、シリンダ２１０の厚さは、ローラ２４０の単一の通過によって所望の厚さまで低減される。代替的な実施形態では、ローラ２４０は、最初に、完成シリンダの所望の厚さ超の距離だけ離間される。そのような実施形態では、ローラ２４０の第１の通過後、ローラ２４０は、軸方向開始位置に戻され、ローラ２４０とマンドレル２２０との間の距離が低減される。次いで、ローラの第２の通過が、実施される。シリンダの厚さが所望よりもなお大きい場合、所望する通過の数だけプロセスを繰り返すことができる。

すべての実施形態では、ローラ２４０は、軸方向及び径方向の両方に交互に配列されてもよい。

代替的な実施形態では、シームレスシリンダは、金属スピニングプロセスによって形成される。図５ａは、様々な変形段階における金属プレート３１０を示す金属スピニングシステム３００の斜視図を例解する。図５ｂは、最終形態の金属板を示す金属スピニングシステム３００の斜視図を例解する。

例解される実施形態では、プレート３１０は、マンドレル３２０に対して載置され、心押し台３３０によって適所に保持される。次いで、マンドレル３２０及び心押し台３３０は、第１の方向に回転し、プレート３１０を同じ方向に回転させる。次いで、ローラ３４０がプレート３１０に係合し、第１の方向とは反対の第２の方向に回転する。次いで、ローラ３４０は、心押し台３３０から離れて移動し、プレート３１０を図５ａに示されるように変形させ、マンドレル５２０の形状をとる。

ローラ３４０がその通過を完了した後、変形したプレート３１０は、円筒形状端部を有する閉じた形状を有する。次いで、変形したプレート３１０の円筒形状端部を切断するか、又は別様に分離することができる。

一実施形態では、周方向トレッドは、最初にバンド層及びトレッドゴム層を組み立てることによって予め形成される。次いで、周方向トレッドは、接着剤で、溶接若しくはろう付けによって、又は構成要素を加熱して結合を形成する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、周方向トレッドは、アウターリング１２０上に層ごとに構築されてもよい。構築プロセスは、バンド層をアウターリング１２０の周りに載置することと、次いでトレッドゴム層をバンド層の周りに載置することと、を含む。一実施形態では、層は、接着剤で、溶接若しくはろう付けによって、又は構成要素を加熱して結合を形成するなどの化学結合によってなど、各工程で互いに取り付けられる。代替的な実施形態では、タイヤは、層が互いに結合するように、すべての層が組み立てられた後に加熱される。

代替的な実施形態では、シーム有りの金属又は高強度ポリマーシリンダは、金属又は高強度ポリマーのシートから形成されてもよい。既知の一実施形態では、金属又は高強度ポリマーのシートは、０．０１０インチ～０．３００インチの厚さを有する。鍛造された金属シリンダと比較して、そのような厚さのシートは、亀裂、微小亀裂、又は他の不規則性をもたらす可能性が低い。したがって、金属又は高強度ポリマーの薄いシートからシーム有りの金属又は高強度ポリマーシリンダを製造することは、そのようなシリンダが形成された後に必要とされる加工がより少なく、結果として得られたシリンダが、シームレス金属シリンダに匹敵するか、又は更にはそれよりも少ない応力集中を有し得るため、有利であり得る。しかしながら、シートが、製造プロセス中に低減される、より大きい厚さを有してもよいことが理解されるべきである。例えば、シートは、低減される０．３００インチ～２インチの初期厚さを有してもよい。

一実施形態では、シーム有りの金属シリンダは、鋼の平板ストックから形成される。別の実施形態では、シーム有りの金属シリンダは、アルミニウム、スズ、真鍮、ニッケル、銅、チタン、又は他の金属若しくは合金、特に高強度合金などの他の金属の平板ストックから形成される。更に別の実施形態では、シーム有りシリンダは、高強度ポリマーから形成されてもよい。

一実施形態において、金属又は高強度ポリマーの平板ストック又はシートは、矩形形状を有する。一実施形態では、シートは、単一プレートとして指定の寸法に形成される。代替的な実施形態では、シートは、指定の寸法に切断される細長いシートとして形成される。次いで、シートは、第１の端部又は縁部が第２の端部又は縁部に接触してシリンダを形成するように、長手方向に巻かれる。

一実施形態では、矩形シートの第１の端部及び第２の端部は、長手方向シームを形成する。次いで、長手方向シームを溶接してもよい。一実施形態では、溶接されたシームは、摩擦攪拌溶接、レーザ溶接、電子ビーム溶接、又は誘導溶接技術などの、母材と同じ組成の接合部を製作する技術で形作られる。選択されたプロセスは、充填材料の必要性を排除し、シートの材料の高強度及び靭性を維持し得る。

代替的な実施形態では、金属又は高強度ポリマーの平板ストック又はシートは、平行四辺形形状を有する。一実施形態では、シートは、単一プレートとして指定の寸法に形成される。代替的な実施形態では、シートは、指定の寸法に切断される細長いシートとして形成される。次いで、シートは、第１の端部又は縁部が第２の端部又は縁部に接触してシリンダを形成するように巻かれる。

平行四辺形形状のシートの第１の端部及び第２の端部は、斜めのシームを形成する。次いで、長手方向シームについて上述した溶接プロセスのうちの１つを使用して、斜めのシームを溶接してもよい。

別の代替的な実施形態では、金属又は高強度ポリマーの平板ストック又はシートは、細長い平行四辺形形状を有する。一実施形態では、シートは、単一プレートとして指定の寸法に形成される。代替的な実施形態では、シートは、指定の寸法に切断される細長いシートとして形成される。次いで、シートは、第１の側部又は縁部が第２の側部又は縁部に接触して、結果として得られるシリンダに沿って螺旋状に形成されるように螺旋状にされる。

細長い平行四辺形形状の第１の側部及び第２の側部は、シリンダの螺旋状シームを形成する。次いで、長手方向シームについて上述した溶接プロセスのうちの１つを使用して、螺旋状シームを溶接してもよい。

例は、限定を意図するものではない。他のシームを用いてもよいことが理解されるべきである。例えば、シームは、曲線又は波形状のシームなど、非線形であってもよい。

一実施形態では、シームが溶接された後に製作後の加工は実施されない。言い換えると、機械加工、サイズ変更、又は熱処理は、実施されない。代替的な実施形態では、溶接工程の後に、シリンダの形成後の任意の応力を緩和するために応力除去作業を実施してもよい。例えば、冷間形成プロセスを実施してもよい。一実施形態では、冷間形成プロセスは、図４ａ、図４ｂを参照して上述したプロセスなどのリバースフローフォーミングプロセスである。

一実施形態では、ローラは、溶接されたシームの厚さがシリンダの残りの部分と同じ厚さまで低減される一方で、シリンダの壁の厚さが他の点では変化しないように離間される。別の実施形態では、ローラは、スピンドルの移動が溶接されたシームの厚さ及びシリンダの壁の厚さの両方を低減させるように離間される。この実施形態では、ローラの移動は更に、シリンダの材料をローラの進行方向と反対の方向に移動させる。

溶接されたシームの厚さを低減させることに加えて、冷間形成プロセスはまた、表面仕上げを改善し、かつ材料を強化し得る。冷間形成プロセスの後、シリンダはまた、熱処理工程及び研磨工程に供されてもよい。

シリンダが斜め溶接部又は螺旋状溶接部を有する場合、ローラの回転方向は、溶接部の方向に対して変動し得る。一実施形態では、ローラは溶接部の相補的な方向に進行する。代替的に、ローラは溶接部と反対方向に進行し得る。シリンダの最終寸法は、上述の寸法と同じであってもよい。

シリンダの機械的特性及び疲労特性は、結果として得られる微細構造に起因して、フローフォーミングプロセス後に実質的に異なり得る。材料内の微細構造が、機械的特性及び疲労特性に直接結びついていることが知られている。フローフォーミングプロセス中に冷間加工によって材料を塑性変形させることによって、溶接線における応力を緩和するだけでなく、最終部品内の機械的特性及び疲労特性の改善をもたらすように、改善された微細構造の開発が予測される。

シーム有りシリンダが形成された後、縁部は、第１の縁部及び第２の縁部のうちの少なくとも１つがバンド層に非矩形断面を提供する幾何学形状を有するように、上記と同じ様式で仕上げられる。例えば、第１の縁部及び第２の縁部のうちの少なくとも１つは、図３ａ～図３ｄに示され、かつ上述された幾何学形状のうちの１つを有してもよい。非矩形断面は、上述の方法のいずれかを使用して形成されてもよい。

追加的に、第１の縁部及び第２の縁部は、上述の粗さと同じ粗さを有するように仕上げられてもよい。粗さは、上述のプロセスのうちの１つを通して、第１の縁部又は第２の縁に付与されてもよい。

バンド層及びトレッドゴム層は、非空気式タイヤに関して説明されているが、ランフラット空気式タイヤなどの空気式タイヤにも用いられてもよいことが理解されるべきである。

「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との両方とも」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。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、包括的である。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、「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、又はいかなる形式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 (5)

1. 軸方向、径方向、及び周方向を画定する非空気式タイヤであって、前記非空気式タイヤが、
   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、単一材料で構成される環状バンド層を含み、前記バンド層が、
   第１の面と及び前記第１の面に対向する第２の面と、
   第１の軸方向縁部及び第２の軸方向縁部であって、前記第１の面を前記第２の面から離間させる、第１の軸方向縁部及び第２の軸方向縁部と、を含み、
   前記第１の縁部及び前記第２の縁部のうちの少なくとも１つが、前記バンド層に非矩形断面を提供する幾何学的形状を有する、周方向トレッドと、を備える、非空気式タイヤ。
2. 前記幾何学的形状が、前記第１の面と前記第２の面との間にわたる連続的な曲面である、請求項１に記載の非空気式タイヤ。
3. 前記第１の縁部及び前記第２の縁部の各々が直線部分を含む、請求項１に記載の非空気式タイヤ。
4. 前記バンド層が、２５ミクロン未満の表面粗さを有する、請求項１に記載の非空気式タイヤ。
5. 前記単一の材料が、少なくとも４１０ＭＰａの極限引張強度を有する、請求項１に記載の非空気式タイヤ。