TW201311480A - 非充氣式輪胎 - Google Patents

Abstract

一種用於車輛的非充氣輪胎，被設置有彈性材料的胎體，具有運行表面的周圓向延伸的胎冠部分，和結合至胎冠部分的周圓向延伸的胎側。多個徑向延伸的彈簧至少部分地嵌入在輪胎本體中。內部支撐結構包括周圓向延伸的骨架和至少一個將骨架與各彈簧連接的連接器構件。

Description

非充氣式輪胎

本發明大體涉及用於車輛的輪胎，且更具體地涉及非充氣輪胎。

當前用於車輛的輪胎通常是充氣輪胎，其具有由諸如橡膠的撓性彈性體材料製成的環形本體，具有織物和纜線等增强材料，並且充填有壓縮氣體以形成氣墊(inflatable cushion)。充氣輪胎通常配合在標準輪圈周圍以保護輪圈，且通過提供吸收震動的撓性緩衝而得到更好的車輛性能。對於所述輪胎，必須要有內部氣壓來承載作用在輪胎上的載荷。在實際應用中具有內部氣壓的車輛輪胎很好地工作，然而其仍有顯著的缺陷。該缺陷包括複雜的結構設計，以及在其在公路上的使用過程中被刺穿的情况下的安全問題。

在現有技術中存在無氣或非充氣輪胎設計。然而，由於各彈簧的冠部分變平以及由於大的變形而使彈簧疲勞和斷裂，所以一些已知的非充氣輪胎設計不適合承載超過約450磅的載荷。此外，一些已知的非充氣輪胎設計僅可用於低行駛速度的車輛，例如最大速度為25 mph至35mph的車輛。在較大載荷或較快速度的情况下，由於大的彈簧變形，車輛輪胎的溫度可顯著超過可接受溫度限175℉至195℉。因此，輪胎胎體的橡膠材料會很快地老化，從而不適合繼續使用。一些已知的非充氣輪胎的進一步缺點在於對於其高外形的低側向穩定性能。這使得其在當前的高速車輛中的安全運行是不可能的。

Mitchell的美國專利第1,113,036號描述了一種充氣輪胎，其具有一組拱形的且橫向延伸的金屬帶或條，金屬帶或條各自在末端處成環地環繞輪胎的胎圈，以增强輪胎的抗穿刺能力。該拱形的帶延伸貫穿在輪胎的外胎體的橫截面區域，且其以其整個長度嵌入在輪胎的外胎體。拱形帶的側邊緣是圓形的且彼此相互作用。

Walton的美國專利第1,471,580號描述了一種輪胎，其具有由基本U形的纜線構件形成的框架，各纜線構件的十字頭(cross head)彎成通道形狀。纜線構件的端部具有環或眼，其接受用於將構件固定在一起的纜繩或纜線。該框架被嵌入在硫化纖維中，該纖維圍繞框架周圍提供通道形凹部，以接收是圍繞框架的帶的形式的硬橡膠的梯形緩衝(key-stone cushion)。

Benson的美國專利第1,610,238號公開了一種輪胎，其具有一組以基本馬蹄形式彎曲的彈簧構件，該彈簧構件被模制並被嵌入輪胎的胎體中，並優選不在任何點處從其突出。在各彈簧的中央部，與輪胎的胎面相鄰處，形成有圓形的環或眼，且杆或粗纜線在胎體的胎面部分周向地延伸並穿過所有彈簧構件的環。在彈簧構件的端部，與胎體的輪圈部分相鄰處，彈簧構件形成有眼，類似於常規胎圈環，纜線延伸穿過該眼。

Delfino的美國專利第6,994,135號描述了一種撓性輪胎，其包括圍繞旋轉軸線周向地延伸的撓性負載承載結構，在負載承載結構的徑向外周圍的胎面，以及在旋轉軸線的徑向側的至少一個緊固區域，以將負載結構固定至輪輻(wheel disc)。輪胎還包括多個基本橫向地延伸的支撑構件，其第一部分至少被配置成面向胎面，而其另一部分被配置成超出 胎面，支撑構件被周向並列設置並圍繞負載承載結構的整個外周圓而布置。負載承載結構還包括在支撑構件之間的互聯結構，優選地被徑向地配置在胎面和支撑構件之間。輪胎的外形限定了卵形部分的環形內部腔體。

Subotics的共同受讓的美國專利第6,374,887號公開了一種彈性材料的輪胎，優選為橡膠或彈性體，且被設置有胎冠部分和與胎冠部分相鄰的胎側，其中兩個胎側都終止於胎圈，輪胎通過胎圈以預加應力(偏壓)的狀態被安裝至輪圈。胎冠部分的朝向輪圈定向的內部邊界表面被設置有橫向的槽，其以特定周圓向間隔彼此間隔開。在每兩個相鄰的槽之間限定加强肋，且將胎冠部分、胎側和胎圈互相連接。該加强肋由弓形彎曲的板簧支撑，其端部彈性地嵌入在胎圈中。板簧以特定間隔沿著胎冠部分的內部邊界表面而設置，且被設置成將兩個胎圈彼此連接。相應地，胎圈以預加應力狀態被支撑在輪圈中。

共同受讓的美國專利第7,546,862號公開了一種非充氣輪胎，其具有彈性材料製成的本體。該本體具有包括運行表面的胎冠以及經由胎肩部分結合至胎冠部分並終止於胎圈的兩個胎側。徑向設置的彎曲彈簧被定位成以特定距離彼此周向間隔開，並從一個胎圈延伸至另一個胎圈。在將輪胎安裝在輪圈的過程中，由於胎圈被拉伸以越過輪圈的凸緣，通過張力將輪胎的胎圈固定在標準輪圈的凸緣內。至少沿著胎冠部分將彎曲彈簧嵌入在胎體中。彈簧的形狀可以是半橢圓形或可以是具有S型側壁的複合曲線。

本發明涉及包括內部支撑結構的非充氣輪胎。

在一個實施方式中，本發明提供了一種非充氣輪胎，其包括輪胎胎體、多個徑向延伸的彈簧和內部支撑結構。輪胎胎體具有周圓向延伸的胎冠部分，和第一和第二周圓向延伸的胎側，該第一和第二周圓向地延伸的胎側通過第一和第二胎肩部分而結合至所述胎冠部分並終止於周圓向地延伸的第一和第二胎圈。此外，各所述彈簧至少部分地嵌入在所述輪胎胎體中。另外。內部支撑結構包括周圓向地延伸的骨架和將所述骨架連接至所述彈簧中的每一個的至少一個連接器構件。

在一個實施例中，內部支撑結構可包括周圓向地延伸的骨架和與所述多個彈簧接合的多個支杆，一個支杆接合各彈簧，且通過所述周圓向地延伸的骨架環將所述支杆連接在一起。

在另一個實施例中，內部支撑結構包括周圓向地延伸的骨架和至少一個連接器構件，其將所述骨架連接至各所述彈簧，其中所述連接器構件包括波形環連接器。

圖1和2示出了位於標準輪圈102上的本發明的非充氣輪胎100。非充氣輪胎100包括輪胎本體104，其優選由彈性材料製成。該彈性材料可以是適合輪胎的任何材料，包括彈性體，諸如天然橡膠、合成橡膠和聚氨酯。輪胎的胎體可由任何合適的方法形成，例如通過囊壓縮模制(bladder compression molding)。輪胎本體104具有設置有運行表面108的周向地延伸的胎冠部分106，第一和第二周圓向地延伸的胎側110和 112，其通過第一和第二胎肩部分114和116連接至胎冠部分。第一和第二周向地延伸的胎側110和112分別終止於周圓向地延伸的第一和第二胎圈118和120。

本發明的非充氣輪胎可用於標準輪圈，其具有有效寬度且包括相反的輪圈凸緣，其被標準輪圈的有效寬度分隔。因此，如圖1和2所示，標準輪圈102具有第一輪圈凸緣122和第二輪圈凸緣124，其被標準輪圈102的有效寬度W分隔開。非充氣輪胎100的第一胎圈112和第二胎圈114由跨度為標準輪圈102的有效寬度W的距離分隔，並且被配置成使得當非充氣輪胎100位於標準輪圈102上時，第一胎圈112與第一輪圈凸緣122接合，且第二胎圈114與第二輪圈凸緣124接合。標準輪圈102可以是如所示的單件標準輪圈，例如當前趨於用在汽車上的輪圈，或組合式輪圈，例如當前趨於用在一些卡車和其它重型車輛中的輪圈。

如圖1和2所示，非充氣輪胎100的本體104包括多個徑向延伸的彈簧126，其各自至少部分地嵌入在輪胎本體104中。各彈簧126包括頂部分128，連接至頂部分128的第一和第二側壁130和132，分別連接至第一和第二側壁130和132的第一和第二端部分134和136。第一和第二端部分134和136分別終止於輪胎本體104的第一和第二胎圈118和120內。第一側壁130可包括連接至頂部分128的第一上側壁部分138，且第二側壁132可包括連接至頂部分128的第二上側壁部分140。第一側壁130可包括連接至第一上側壁部分138的第一下側壁部分142，且第二側壁132可包括連接至第二上側壁部分140的第二下側壁部分144。

如圖1和2所示，彈簧126的頂部分128可相對於車輛輪圈102稍稍凸起，向外彎曲。第一和第二上側壁部分138和140可各自相對於輪胎100的竪直徑向平面凸起，該竪直徑向平面如圖1中200所示。第一和第二下側壁部分142和144可各自相對於輪胎100的徑向平面200是凹進的，向內彎曲。結果，當以如圖1所示的橫截面來看，彈簧126的第一側壁130可以是S形側壁，且彈簧126的第二側壁132可以是反S形側壁。

如圖1、2和6所示，彈簧126的第一和第二端部分134和136可相對於輪胎100的徑向平面200各自向外延伸。在所示的示例中，第一和第二端134和136大致是半圓形，塗覆有橡膠。第一和第二端134和136可包括輪胎胎圈鋼絲組件(tire bead wire package)174，且可各自由輪圈102的胎圈座區域支撑以將來自輪胎的載荷分配至標準輪圈。

彈簧126的厚度和寬度可根據輪胎100所用於的應用而改變。在至少一個實施方式中，例如，彈簧可以是4 mm厚和約10 mm寬。

彈簧126可由任何合適的材料製成。在一個實施方式中，彈簧可由複合物製成，該複合物具有熱塑性基體和玻璃纖維增强物，通常被稱為纖維增强塑料或玻璃纖維。該熱塑性基體可以是，例如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)，或聚酯。在另一個實施方式中，可將其它熱塑料、環氧樹脂、乙烯酯或其它熱固樹脂用作基體材料。作為玻璃纖維增强物的替代，可使用聚(對-亞苯基-2，6-苯幷二噁唑)纖維，一種由日本的Toyobo Corporation所售的商標名稱為Zylon^TM的合成聚合物材料，或者對芳香族聚醯胺纖維，如是一特拉華公司的E.I.du Pont de Nemours and Company所售的Kevlar^TM。在另外的實施方式中，可使用任何高强度、高模數纖維，如高密度聚乙烯纖維、熔凝石英、硼纖維、碳化矽纖維或碳纖維。作為對複合結構的替代方式，複合曲線彈簧126可由單層或多層彈簧彈簧鋼製成。

彈簧126可以任何適合的方式製造。例如，彈簧126可由帶有後續熱成型的拉擠成型(pultrusion)製造。可在對彈簧熱成型之前，將脫模層紋理薄膜(peel ply textured film)施加至彈簧模具。在熱成型過程中，熱塑性基體材料可流入脫模層的空隙、裂口和空腔以避免光滑表面並且提高表面粗糙度以促進與隨後施加到彈簧的表面上的材料的結合。可選地，例如，彈簧可以是壓縮模制，注射模制，或擠壓和熱成型。

彈簧126的一些部分可優選地被輪胎的本體104覆蓋。例如，彈簧126的第一和第二端142和144可分別嵌入在輪胎本體104的第一和第二胎圈134和136中。此外，彈簧126的頂部分128的部分可嵌入在輪胎本體104的胎冠部分106中。

如圖2所示，在輪胎100通過壓縮模製生產的示例中，可在模製之前將粘合劑146施加至彈簧表面，且允許橡膠直接硫化在彈簧的表面，以提供比橡膠的撕裂强度(tear strength)更高的粘合强度，從而避免脫膠。粘合劑可以是任何適合的粘合劑，且在一些實施方式中，可以是由總部位於北卡羅來納州的Cary的Lord Corporation所售的Chemlok^TM粘合劑。如圖2所示，彈簧126的位於輪胎本體104的運行表面108下方的部分，例如包括彈簧126的頂部分126，其可由諸如鋼帶或橡膠壓延(rubber-calendered)人造纖維帶的增强材料148覆蓋。

如圖1和2所示，一對帶插件150可嵌入在輪胎100的胎冠部分106中，位於彈簧126的頂部分128之上。胎冠部分106的位於帶150的上方的上部分152可設置有胎面圖案。帶150可由高强度和低伸展性的材料製成。例如，帶150的材料可以是鋼，但也可另外地是高强度橡膠壓延織物。帶150還可可選地由包括對芳香綸纖維或鋼絲的織物製成，其被布置成與胎冠部分106的周圓向軸線(circumferential axis)最小成10°角度。胎冠部分106的位於帶150的下方且位於彈簧126上方的下部分154可優選具有至少2 mm的厚度。在公路行駛速度的行駛過程中，例如從約50 mph至約400 mph的速度，帶150可有助於確保將非充氣輪胎100結合至標準輪圈102。

本發明的非充氣輪胎還可包括內部支撑結構，其包括圓周地延伸的骨架環(backbone ring)158和至少一個連接器構件170，連接器構件170將骨架156連接至各彈簧126。骨架環158在輪胎100內圓周地延伸，因此是圓形的或基本圓形的。骨架環158從彈簧126偏移距離D。可以任何合適的方式形成骨架環158，且在一個實施方式中，其可由單件模製件(single molded piece)形成，該單件模製件具有矩形橫截面和該骨架環158所待安裝的輪胎內側的周長的四(4)倍長度。在該實施方式中，單件模製件可被纏繞或盤繞以形成構成骨架158的多層環。

在圖1-5中示出了本發明的內部支撑結構的第一實施方式。如第一實施方式中所示，該連接器構件170包括與多個彈簧126接合的多個支杆(strut)156。優選地，一個支杆156接合每個彈簧126。非充氣輪胎100的支杆156通過周向地延伸的骨架環158連結在一起。在該實施方 式中，骨架環158從彈簧126偏移的距離D可以是任何合適的距離，包括例如從約1 mm至約10 mm。

如圖4所示，各支杆156具有第一端162，第二端164，和從第一端162延伸至第二端164的彎曲本體166。各支杆的形狀可以是切向平滑曲線(tangent smooth curve)。各支杆可具有支杆中點168，其位於第一端158和第二端160的中間。骨架158可在支杆中點168處固定至各支杆156。

如圖1和2中所示，各支杆156可位於各彈簧126的內側，輪胎本體104的胎冠106的運行表面108位於彈簧126的外側。相對於標準輪圈102，各支杆156可以是凹形的，徑向向內彎曲的。支杆156的第一端162和第二端164可各自與彈簧126接合，且可各自與彈簧126結合。支杆156的第一端162可在頂部和第一側壁130之間的接合處結合至彈簧126的頂部128或在該接合處附近結合至彈簧126的頂部128，且支杆156的第二端164可在頂部和第二側壁132之間的接合處結合至彈簧126的頂部128或在該接合處附近結合至彈簧126的頂部128。骨架158可在支杆中點168處結合至各支杆156，且可與非充氣輪胎100的徑向平面200對齊。在一些實施方式中，支杆156和骨架環158可由與彈簧相同的材料且以相同方式形成。

由於輪胎會負載車輛的重量，運行表面108的與驅動表面接觸的部分趨於平坦。由於來自驅動表面的力作用於輪胎本體104的與輪胎的和驅動表面接觸的區域相對應的一個或多個胎冠部分106，該一個或多個胎冠部分106支承在在其相應的支杆上，支杆將支承在骨架158上，且 力將通過內部支架遍布輪胎而分配。

圖5示出了非充氣輪胎100中的彈簧126的布置。彈簧126的厚度，彈簧126的寬度A，在胎冠部分106處測量的彈簧126之間的上圓周間隔距離C，和在胎圈134處測量的下圓周間隔距離B，可根據非充氣輪胎100的尺寸以及非充氣輪胎100所要求具有的性能而改變。在一些實施方式中，考慮到輪胎胎體的彈性材料的動態性能，距離C和尺寸A可以各自最小為約7 mm，且距離B為趨於零。

在圖6中示出了本發明的內部支撑結構的第二個實施例。如第二個實施例所示，連接器構件170包括波形環連接器(sinuous ring connector)172，其具有多個頂點176和最低點178。該波形環連接器在輪胎100內周向地延伸，且將各彈簧連接至骨架環158。如所示，波形環連接器172的各頂點176連接至彈簧126，優選地在彈簧的與輪胎100的竪直徑向平面(在圖1中示出為200)相交的中點處。此外，波形換連接器172的各最低點178連接至骨架環158。在該實施方式中，骨架環158從彈簧126偏移的距離D可以是任何合適的距離，包括例如從約1 mm至約15 mm，且在一個實施例中可以是約13 mm(約0.5英寸)。

根據上文，應該理解儘管這裏所說明的具體實施例是作為示意的目的，然而可進行多種修改而不偏離本公開的實質和範圍。因此，前述具體說明可作為示例而不是限制，且應該理解後文中的權利要求包括其等同權利要求用於具體地指出並清楚地要求所要求保護的主題。

100‧‧‧非充氣輪胎

102‧‧‧標準輪圈

104‧‧‧輪胎本體

106‧‧‧胎冠部分

108‧‧‧運行表面

110、112‧‧‧胎側

114、116‧‧‧胎肩部分

118、120‧‧‧胎圈

122‧‧‧第一輪圈凸緣

124‧‧‧第二輪圈凸緣

126‧‧‧彈簧

128‧‧‧頂部分

130、132‧‧‧側壁

134、136‧‧‧端部分

138‧‧‧第一上側壁部分

140‧‧‧第二上側壁部分

142‧‧‧第一下側壁部分

144‧‧‧第二下側壁部分

146‧‧‧粘合劑

148‧‧‧增强材料

150‧‧‧帶插件

152‧‧‧上部分

154‧‧‧下部分

156‧‧‧骨架

158‧‧‧骨架環

160‧‧‧內部支撑結構

162‧‧‧支杆的第一端

164‧‧‧支杆的第二端

166‧‧‧彎曲本體

168‧‧‧支杆中點

170‧‧‧連接器構件

172‧‧‧波形換連接器

176‧‧‧頂點

174‧‧‧輪胎胎圈鋼絲組件

178‧‧‧最低點

200‧‧‧徑向平面

被選擇用具體實施例乃基於示意和說明的目的，並且在圖式中顯示，圖式乃為說明的一部分。

圖1是安裝在輪圈上的本發明非充氣輪胎的實施例的橫截面視圖。

圖2是圖1的輪胎的透視剖視圖。

圖3是圖1的輪胎的內部支撑結構的透視圖。

圖4是圖1中輪胎的支杆的透視圖。

圖5是圖1的輪胎的側剖切視圖。

圖6是本發明的非充氣輪胎的第二實施例的彈簧和內部支撑結構的側視圖。

100‧‧‧非充氣輪胎

102‧‧‧標準輪圈

104‧‧‧輪胎本體

106‧‧‧胎冠部分

108‧‧‧運行表面

110、112‧‧‧胎側

114、116‧‧‧胎肩部分

118、120‧‧‧胎圈

122‧‧‧第一輪圈凸緣

124‧‧‧第二輪圈凸緣

126‧‧‧彈簧

128‧‧‧頂部分

130、132‧‧‧側壁

134、136‧‧‧端部分

142‧‧‧第一下側壁部分

144‧‧‧第二下側壁部分

150‧‧‧帶插件

152‧‧‧上部分

154‧‧‧下部分

156‧‧‧骨架

158‧‧‧骨架環

162‧‧‧支杆的第一端

164‧‧‧支杆的第二端

168‧‧‧支杆中點

170‧‧‧連接器構件

200‧‧‧徑向平面

Claims (16)

1. 一種非充氣輪胎，包括：輪胎本體，其具有周圓向地延伸的胎冠部分，和第一和第二周圓向地延伸的胎側，所述第一和第二周圓向地延伸的胎側通過第一和第二胎肩部分而結合至所述胎冠部分並終止於周圓向地延伸的第一和第二胎圈；多個徑向地延伸的彈簧，各彈簧至少部分地嵌入在所述輪胎本體中；和內部支撑結構，其包括周圓向地延伸的骨架和將所述骨架連接至所述彈簧中的每個的至少一個連接器構件。
2. 申請專利範圍第1項所述的非充氣輪胎，其中各彈簧包括頂部分，連接至所述頂部分的第一和第二側壁，以及連接至第一和第二側壁並終止於所述輪胎本體的所述第一和第二胎圈內的第一和第二端部分。
3. 申請專利範圍第2項所述的非充氣輪胎，其中：所述第一側壁包括連接至所述頂部分的第一上側壁部分，以及連接至所述第一上側壁部分的第一下側壁部分；且所述第二側壁包括連接至所述頂部分的第二上側壁部分，以及連接至所述第二上側壁部分的第二下側壁部分。
4. 申請專利範圍第3項所述的非充氣輪胎，其中：所述第一和第二上側壁部分各自相對於所述輪胎的竪直徑向平面 是凸形的；且所述第一和第二下側壁部分各自相對於所述竪直徑向平面是凹形的。
5. 申請專利範圍第1項所述的非充氣輪胎，其中所述連接器構件包括波形環連接器。
6. 申請專利範圍第5項所述的非充氣輪胎，其中所述波形環連接器包括多個頂點和多個最低點，其中所述波形環連接器的各頂點連接至彈簧，且所述波形環連接器的各最低點連接至所述骨架環。
7. 申請專利範圍第1項所述的非充氣輪胎，其中所述連接器構件包括與所述多個彈簧接合的多個支杆，其中一個支杆與各彈簧接合。
8. 申請專利範圍第7項所述的非充氣輪胎，其中各支杆包括第一端、第二端和從所述第一端延伸至所述第二端的彎曲本體。
9. 申請專利範圍第7項所述的非充氣輪胎，其中各支杆具有在所述第一端和所述第二端之間的中間位置的支杆中心，且所述骨架環可在所述支杆中心處固定至各支杆。
10. 申請專利範圍第7項所述的非充氣輪胎，其中各支杆的所述第一和第二端與彈簧相接合，且所述支杆的本體相對於所述輪胎徑向向內彎曲。
11. 一種非充氣輪胎，包括：輪胎本體，其具有周向地延伸的胎冠部分，和第一和第二周圓向地延伸的胎側，該第一和第二周圓向地延伸的胎側通過第一和第二胎肩部分而結合至所述胎冠部分並終止於周圓向地延伸的第一和第二胎圈；多個徑向地延伸的彈簧，各彈簧至少部分地嵌入在所述輪胎本體中；和內部支撑結構，其包括周圓向地延伸的骨架和與所述多個彈簧接合的多個支杆，其中一個支杆接合每個彈簧，且通過所述周圓向地延伸的骨架環將所述支杆連接在一起。
12. 申請專利範圍第11項所述的非充氣輪胎，其中各支杆包括第一端、第二端和從所述第一端延伸至所述第二端的彎曲本體。
13. 申請專利範圍第11項所述的非充氣輪胎，其中各支杆具有在所述第一端和所述第二端之間的中間位置的支杆中心，且所述骨架環可在所述支杆中心處固定至各支杆。
14. 申請專利範圍第11項所述的非充氣輪胎，其中各支杆的所述第一和第二端與彈簧相接合，且所述支杆的本體相對於所述輪胎徑向向內地彎曲。
15. 一種非充氣輪胎，包括：輪胎本體，其具有周向地延伸的胎冠部分，和第一和第二周向地延 伸的胎側，該第一和第二周圓向地延伸的胎側通過第一和第二胎肩部分而結合至所述胎冠部分並終止於周圓向地延伸的第一和第二胎圈；多個徑向地延伸的彈簧，各彈簧至少部分地嵌入在所述輪胎本體中；和內部支撑結構，其包括周圓向地延伸的骨架和至少一個連接器構件，所述連接器構件將所述骨架連接至各所述彈簧，其中所述連接器構件包括波形環連接器。
16. 申請專利範圍第15項所述的非充氣輪胎，所述波形環連接器包括多個頂點和多個最低點，其中所述波形環連接器的每個頂點連接至彈簧，且所述波形環連接器的每個最低點連接至所述骨架環。