JP2021031057A - 可撓ループ状スポークを有する非空気入りタイヤとその形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空気膨張の必要性の欠点がなく、空気入りタイヤの全ての特徴を有する改良された非空気入りタイヤの提供。
【解決手段】非空気入りタイヤは、シアバンド３００に接続された少なくとも１つのスポークループ構造を有し、スポークループ構造は、シアバンドから内側に延在する複数の可撓性ループ４２０を有し、各ループはエラストマー材料のストリップから形成され、ホイール５００に接続されている。非空気入りタイヤを形成する方法は、複数の溝を有するベース４１０を設けることにより、ベースとループの組立体を形成すること、エラストマーストリップの層を各溝に挿入し、各溝の間にループを形成すること、ベースとループの組立体をシアバンドに挿入し、ベースとループの組立体をシアバンドの中に入れて硬化させ、ホイールを設け、各ループをホイールに接続すること、を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般に、車両タイヤおよび非空気入りタイヤに関し、より詳細には、非空気入りタイヤとその製造方法に関する。

空気入りタイヤは、１世紀以上にわたって車両の移動のために選ばれた解決策である。空気入りタイヤは引張り構造である。空気入りタイヤは、空気入りタイヤを今日、支配的にする少なくとも４つの特徴を有している。空気入りタイヤは、タイヤ構造の全てが荷重を担うことに関与するので、荷重を担うことにおいて効率的である。空気入りタイヤはまた、低い接触圧力を有し、その結果、車両の荷重の分布により路上の摩耗がより少なくなるので望ましい。また、空気入りタイヤは剛性も低く、車両において快適な乗り心地を確保する。空気入りタイヤの主な欠点は、圧縮流体を必要とすることである。従来の空気入りタイヤは、膨張圧力を完全に失った後、役に立たないものとなる。

膨張圧力なしで作動するように設計されたタイヤは、空気入りタイヤに関連する多くの問題と妥協を排除することができる。圧力維持も圧力監視も不要である。現在まで、ソリッドタイヤまたは他のエラストマー構造のような構造的に支持されたタイヤは、従来の空気入りタイヤから要求される性能レベルを提供していなかった。空気入りタイヤのような性能を果たす構造的に支持されたタイヤの解決策は、望ましい改善であろう。

非空気入りタイヤは、通常、その荷重を担う効率によって定義される。“ボトムローダ”は、本質的に、ハブの下方の構造物の部分で荷重の大部分を担う剛構造である。“トップローダ”は、構造物の全てが荷重を担うことに関与するように設計されている。このようにトップローダはボトムローダに比べて荷重を担う効率が高く、少ない質量での設計が可能である。

このように、空気膨張の必要性の欠点がなく且つ空気入りタイヤの全ての特徴を有する改良された非空気入りタイヤが望まれている。
本発明は、以下の説明および添付の図面を参照することにより、より良く理解されるであろう。

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。 図１の非空気入りタイヤの断面斜視図である。 図１の非空気入りタイヤの分解図である。 本発明のスポークループ構造とシアバンドとトレッドリングの組立体の斜視図である。 本発明のスポークループ構造の正面図である。 本発明のホイールの正面斜視図である。 本発明のホイールの背面斜視図である。 本発明の単一のループのセットとシアバンドとトレッドリングの組立体を有するスポークループ構造の代替実施形態の正面図である。 図８Ａの８ｂ−８ｂ方向におけるスポークループの詳細図である。 より多くのループを有する図８Ａの変形例である。 シアバンドの断面図である。 平行な補強コードを有するエラストマーのストリップの斜視図である。 エラストマーのストリップの補強コードの、様々な向きを示す図である。 １つのスポーク４２０をピン５１０で予張する状況を示す図である。 スポークループ構造のベースの上面を示す図である。 図１１Ａのベースの側面を示す図である。 スポークループ構造の形成を示す図である。 ベースおよびスポークループ構造の部分正面図である。 、図１３Ａの側面図である。 トレッドとシアバンドのサブアッセンブリのホイールへの組付けを示す図である。 スポークのセクターの第１の実施形態を示す図である。 スポークのセクターの第２の実施形態を示す図である。 各ループの半径方向の高さおよび厚さがどのように決定されるかを示す図である。

（定義）
本説明では、以下の用語を以下のように定義する。

“赤道面”とは、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。

“子午面”とは、タイヤの回転軸に平行で、前記軸から半径方向外側に延在する平面を意味する。

“ヒステリシス”とは、動的剪断歪１０％、２５℃で測定した動的損失正接を意味する。

本発明の非空気入りタイヤ１００を図１に示す。本発明の非空気入りタイヤは、半径方向外側の地面に係合するトレッド２００と、シアバンド３００と、１つまたは複数のスポークループ構造４００とを含む。本発明の非空気入りタイヤは、トップローダ構造となるように設計されており、これにより、シアバンド３００および１つまたは複数のスポークループ構造４００が効率的に荷重を担う。シアバンド３００およびスポークループ構造４００は、シアバンドの剛性がタイヤのばね定数に直接関連するように設計される。各スポークループ構造のスポークループ４２０は、タイヤ接地面内で座屈または変形するが、圧縮荷重を圧縮または担うことができない硬い構造であるように設計される。これにより、接地領域にないループの残りが、荷重を担うことが可能となる。接地面の外側には、接地面の内側よりも多くのループがあるので、ループあたりの荷重は小さくなり、タイヤ荷重を担うためのより小さなループが可能になり、これにより、非常に荷重効率の高い構造を与える。上記の理由により、スポークに対するこの圧縮荷重を最小化し、シアバンドを曲げて道路の障害物を克服することが望まれる。近似的な荷重分布は、荷重の約９０〜１００％がシアバンドと上部スポークによって担われるようになっており、そのため、下部スポークは、荷重の実質的にゼロ、好ましくは１０％未満を担うようになっている。

トレッド部２００は、溝を有していなくてもよく、または、間に本質的に長手方向のトレッドリブを形成する、複数の長手方向を向くトレッド溝を有していてもよい。リブは、特定の車両の用途の使用要件に適合したトレッドパターンを形成するために、横または縦にさらに分割され得る。トレッド溝は、タイヤの使用目的と一致した任意の深さを有することができる。タイヤトレッド２００は、リブ、ブロック、ラグ、溝、およびサイプのような要素を、様々な条件におけるタイヤの性能を改善するために、必要に応じて含んでもよい。

（シアバンド）
シアバンド３００は好ましくは環状であり、図９に断面で示されている。シアバンド３００は、タイヤトレッド２００の半径方向内側に配置されている。シアバンド３００は、第１および第２の補強エラストマー層３１０、３２０を含む。シアバンド３００の第１の実施形態では、シアバンドは、平行に配置された２つの非伸長層からなり、エラストマーの剪断マトリックス３３０によって分離されている。各非伸長層３１０、３２０は、エラストマーコーティング内に埋め込まれた平行な非伸長補強コード３１１、３２１で形成されてもよい。補強コード３１１、３２１は、鋼、アラミド、または他の非伸長構造であってもよい。シアバンドの第２の実施形態では、シアバンド３００は、第１および第２の補強エラストマー層３１０、３２０の間に配置された第３の補強エラストマー層をさらに含む。

第１の補強エラストマー層３１０において、補強コード３１１は、タイヤ赤道面に対して０〜約＋／−１０度の範囲の角度Φで配向される。第２の補強エラストマー層３２０において、補強コード３２１は、タイヤ赤道面に対して０〜約＋／−１０度の範囲の角度φで配向される。好ましくは、第１の層の角度Φは、第２の層の補強コードの角度φの反対方向である。すなわち、第１の補強エラストマー層では角度＋Φ、第２の補強エラストマー層では角度−φである。

剪断マトリックス３３０は、約０．２５４センチメートル（０．１０インチ）から約０．５０８センチメートル（０．２インチ）、より好ましくは約０．３８１センチメートル（０．１５インチ）の範囲の厚さを有する。剪断マトリックスは、好ましくは、２．５〜４０ＭＰａ、より好ましくは２０〜４０ＭＰａの範囲の剪断弾性率Ｇを有するエラストマー材料で形成される。剪断弾性率Ｇは、図１４に示すように、純粋な剪断試験を用いることで決定され得る。

シアバンドは剪断剛性ＧＡと曲げ剛性ＥＩを持つ。シアバンドの曲げ剛性ＥＩを最大にし、シアバンド剛性ＧＡを最小にすることが望ましい。ＧＡ／ＥＩの許容比率は０．０１〜２０であり、理想的な範囲は０．０１〜５である。ＥＡはシアバンドの拡張可能な剛性であり、引張力を加え、長さの変化を測定することによって実験的に決定される。シアバンドのＥIに対するＥＡの比率は、０．０２〜１００の範囲、理想的には１〜５０の範囲が、許容可能とされる。

シアバンドは、シアバンド上部の水平板に下向きの力を加え、撓み量を測定することによって、実験的に決定され得るばね定数ｋを有する。ばね定数は力撓み曲線の傾きから決定される。

代替の実施形態では、シアバンドは、ＧＡ／ＥＩ、ＥＡ／ＥＩおよびばね定数の上述の比率を有する任意の構造を含んでもよい。タイヤトレッドは、好ましくは、シアバンドの周りに巻き付けられ、好ましくは、シアバンドに一体成形される。

（スポークループ構造）
図１に示されるような本発明の非空気入りタイヤは、少なくとも１つのスポークループ構造４００をさらに含む。各スポークループ構造４００は、剪断層から伝達された荷重を担う機能を果たす。スポークループ構造は、主に張力および剪断で負荷をかけられ、いかなる圧縮負荷も担うことができない。図２および図４は、軸方向に間隔を空けて配置され、円周方向に整列した４つのループ４２０のセットを有する例示的なスポークループ構造４００を示す。図５に示すように、各ループ４２０は、外側環状リング４１０からホイール５００に向かって内側に延在している。好ましくは、各ループ４２０は、Ｖ字形または三角形である。各ループは、半径方向を向いていない第１の側面４２１および第２の側面４２３を有する。各ループ４２０の半径方向の高さは、シアバンドの内側表面とピンの内側半径Ｒとの間の公称半径距離の７５％〜１００％に、図１６に示される可撓性ループの厚さを加えた範囲内にある。さらに好ましくは８０％〜９０％の範囲にある。ループ４２０は、２．５４センチメートル（１インチ）から１２．７センチメートル（５インチ）の範囲の円周方向ギャップ間隔Ｓで間隔を空けられている。ループ４２０の数を増加させるために、円周方向ギャップ間隔Ｓを減少させることができる。各ループ４２０は、外側環状リング４１０に固定される半径方向外側端部４２２、４２４を有し、それは、シアバンドおよび外側トレッド構造に結合される。好ましくは、半径方向外側端部４２２、４２４は、シアバンドおよびトレッド外側構造と一体的に形成される。図８Ｃに示すように、ループの数を増やすことは、半径方向に対してループ側の角度も変化させる。

スポークループ構造は、図８Ａに示されるように、１組の複数のループを含むことができ、好ましくは、全てのループを円周方向に整列した１つのセット内に有する。あるいは、各セット内のループは、円周方向に整列されていなくてもよい。

図８Ｂに示すように、ループ４２０は、可撓性ストリップ４３０、好ましくは、ゴムまたはエラストマーの可撓性ストリップ、より好ましくは、ナイロンまたはポリエステルコードのような平行な補強コード４２６を有する補強エラストマーストリップで形成される。補強コード４２６は、互いに対して平行に整列され、したがって、ループ内に形成されたとき、組み立てられた際、半径方向を向かない。各ストリップにおけるコード４２６の向きは、典型的には、ストリップの長手方向軸と平行な方向を向いているが、コードは、ストリップ長手方向軸Ａに対して−６０〜＋６０度、より好ましくは−４５〜＋４５度の範囲の角度θを向いていてもよい。ストリップ幅は、典型的には、０．７６２〜５．０８センチメートル（０．３〜２インチ）であるが、必要に応じて変化してもよい。ストリップまたは可撓性ループの厚さは、典型的には０．１０１６センチメートル（０．０４インチ）である。

図３に示すように、スポークループ構造の各ループ４２０は、ロック部材を介してホイール５００に固定されている。ロック部材はこの例では、ナット５０８と組み合わせたボルト５１０であり、ナット５０８はボルト５１０のねじ切りされた両端部に固定されている。ロック部材はまた、クランプ、またはピンまたは当業者に公知の他の機械的ロック手段であってもよい。各ボルト５１０は、第１の側面５１５から第２の側面５１６まで、ホイール５００を横切って軸方向に延在し、図６〜図７に示すように、第１の側面に配置された孔５１２および第２の側面５１６に配置された貫通孔５１８に固定される。ホイール５００は、さらに、ボルト５１０がホイールに固定されるのに必要な空間を提供する軸方向スロット５１４を含む。

各ループを形成するために使用されるストリップの長さは、必要なループ予張力を達成するために変更することができる。必要な性能特性を得るべく非空気入りタイヤを調整するために、一組のループのために選択されたコードの剛性を変化させることによって、またはコード角度配向によって、ばね定数はタイヤの軸方向幅にわたって変化され得る。あるいは、ストリップの長さは、ループの予張力を変化させるために変化させてもよい。各ループセットは、所与のセット内のループが必要なばね定数を有するように、異なるタイプのコードまたは異なる角度のコードを使用してもよい。

各ループは、好ましくは、非空気入りタイヤの軸方向幅ＡＷよりも実質的に小さい軸方向幅Ａを有する。各ループの軸方向幅Ａは、好ましくはタイヤの軸方向幅ＡＷの５〜２０％、より好ましくは５〜１０％ＡＷの範囲である。複数のループセットが利用される場合、各ループの軸方向厚さよりも変化し得るか、または同じであり得る。

各スポークループ構造４００は、既知の荷重下での撓みを測定することによって実験的に決定され得るばね定数ＳＲを有する。スポークループ構造のばね定数ｋを決定するための１つの方法は、スポークループ構造をハブに取り付け、スポークループ構造の外輪を剛性の試験用治具に取り付けることである。ハブに下向きの力が加えられ、ハブの変位が記録される。ばね定数ｋは力撓み曲線の傾きから決定される。スポークループ構造のばね定数は、シアバンドのばね定数よりも大きいことが好ましい。スポークループ構造のばね定数は、シアバンドのばね定数よりも４〜１２倍大きい範囲であり、より好ましくは、シアバンドのばね定数よりも６〜１０倍大きい範囲であることが好ましい。

複数のスポークループ構造のセットが使用される場合、各セットは、同じばね定数または異なるばね定数を有してもよい。非空気入りタイヤのばね定数は、図８Ｃに示すようにスポークループ構造の数を増やすことによって調整することができる。あるいは、各スポークループ構造のばね定数は、スポークループ構造の幾何形状を変えたり、材料を変えたりすることによって異なってもよい。さらに、複数のスポークループ構造が使用される場合、スポークループ構造の全てが同じ外径を有することが好ましい。

（組立方法）
スポーク構造を形成するために、第１のステップは、ベース４１０を形成することである。ベース４１０は、シアバンドの円周に等しい長さ、および通常はタイヤの軸方向幅に等しいかそれ以下の幅、および約２．５４〜５．０８センチメートル（１〜２インチ）のベース深さを有するゴムのストリップで形成される。ベース４１０は、好ましくは押し出し成形される。溝４１２は、ベース４１０に形成され、互いに必要な距離の間隔を空けられている。次に、エラストマー４３０の連続的なストリップがループ構造を形成するために使用される。エラストマーは、好ましくは、補強されたエラストマーであり、エラストマーストリップの一部は、第１の溝に配置され、次いで、第１のピン４５０の周りにループ状にされ、次いで、図１２に示すような同じパターンで繰り返される。ピンは、スポークループの必要な長さに等しい距離Ｌだけベース４１０の上方に配置される。長さＬは、必要な予張力を得るために、ループがホイールに引っ張られるように注意深く制御される。ゴム状物質のストックは、エラストマーストリップ上の各溝に配置され、次いで、エラストマーを溝内に固定するために、モールドを用いて硬化される。図１３ａは、可撓性ループがベースに形成されたスポークループ構造の一部を示す。

スポークループを備えたベースは、平らに硬化された後、円形に成形され、シアバンドとトレッドリングの組立体の半径方向内側に配置され、次いでオートクレーブで硬化される。トレッドとシアバンドは別々に形成され、型で硬化される。

シアバンドとスポークループの組立体が硬化された後、図１４に示すように、各ループをボルト、ピンまたは他のロック部材で通すことによってホイール上に取り付けられ、次いで、シアバンドとスポークループの組立体がホイール内に固定される。

代替の実施形態では、スポークループの組立体は、図１５Ａまたは１５Ｂに示されるようなセクター６００、６００’に形成される。セクターは、シアバンドに挿入されると形成され、次いで、環状の形に組み立てられる。したがって、ベース長さは、シアバンドの円周よりも小さくなるように選択される。例えば、ベース長さは、シアバンドの円周の１／３であり、そして３つのベースとループの構造が形成され、それらは次にシアバンド内に挿入され、環状スポークループの組立体を形成する。スポークループの組立体を複数の部分で形成する利点は、スポークループの組立体が、構造上の利点のために、１つの円周位置のスポークループが円周位置の第２のスポークループのセットから回転方向にオフセットされるように“時計の方に配置”され得ることである。

代替の実施形態では、ループは、エラストマーのストリップを必要な長さに切断し、次いでそれらをそれぞれの溝に固定することによって形成される。

出願人は、上記の明細書の記載から、多くの他の変形が当業者には明らかであることを理解する。これらの変形および他の変形は、以下の添付の請求項によって定義されるように、本発明の意図および範囲内である。

Claims (8)

1. 地面に接触する環状トレッド部と、
   シアバンドと、
   前記シアバンドに接続された少なくとも１つのスポークループ構造と、を含む非空気入りタイヤであって、
   前記スポークループ構造は、前記シアバンドから内側に延在する複数の可撓性ループを有し、各ループは、エラストマー材料のストリップから形成され、各ループはホイールに接続されていることを特徴とする、非空気入りタイヤ。
2. ピンが各可撓性ループ内に受け入れられ、前記ピンが第１の端部および第２の端部を有し、前記第１の端部および前記第２の端部は、前記ホイールに取り付けられていることを特徴とする、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
3. 各可撓性のループは、前記非空気入りタイヤの軸方向厚さより小さい軸方向厚さを有することを特徴とする、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
4. 前記可撓性ループの前記軸方向厚さは前記可撓性ループの前記軸方向幅より小さいことを特徴とする、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
5. 各可撓性ループは、複数の平行な補強コードで補強されたエラストマーのストリップで形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
6. 前記周方向に配列された可撓性ループの第２のセットが設けられ、前記可撓性ループの前記第２のセットは、前記第１のセットよりもより硬い補強コードで補強されていることを特徴とする、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
7. 前記可撓性ループの前記第１のセットは、予張されていることを特徴とする、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
8. 環状トレッド部とシアバンドとを有する非空気入りタイヤを形成する方法であって、
   複数の溝を有するベースを設けることによりベースとループの組立体を形成し、エラストマーストリップの層を各溝に挿入し、前記各溝の間にループを形成するステップと、
   前記ベースが前記シアバンドに隣接して配置されるように、前記ベースとループの組立体を前記シアバンドに挿入し、前記ベースとループの組立体を前記シアバンドの中に入れて硬化させ、ホイールを設け、各ループを前記ホイールに接続するステップと、を含む方法。

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