(57)【要約】タイヤ構造体の共振特性を調整するための機能を組み込んだタイヤアセンブリは、空気タイヤ構造体、誘電性エラストマアクチュエータ構造体及び電源を具備している。アクチュエータ構造体は、タイヤ構造体の選択した内部表面位置に一体的に組み込まれ、或る実施例では、２つのゴムプレートの間に取り付けられた複数の誘電性エラストマ部分とし、又は、容積のある空胴を画定するために結合される複数の誘電性エラストマ板とし、更に又は、タイヤ構造体の内側サイドウオール位置の間に取り付けられた複数の誘電性エラストマコードとすることができる。各誘電性エラストマ部分は、第１及び第２の電極が互いに反対側の面に設けられたエラストマ材料層を含み、単一板状、折り重ねられた板状、波板状又は丸められた板状とすることができる。電源は、誘電性エラストマ部分の第１及び第２の電極の内の選択した電極に結合され、その選択した電極に選択的に電圧を印加するように構成されている。或る実施例では、電源は、誘電性エラストマ部分が機械力を受けたときに発生される電荷を蓄積するためのエネルギー蓄積装置としても二重に機能する。
2008531373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤアセンブリの空胴共振を調整するための機能が組み込まれているタイヤアセンブリであって、
地面に接触する外側トレッド部分を有するクラウンと、ホイールリムにタイヤを着床させるためのビード部分と、各ビード部分とクラウンとの間に延びているサイドウオール部分と、内側クラウン表面と、内側サイドウオール表面とを有する空気タイヤ構造体と、
前記空気タイヤ構造体のクラウン内面及びサイドウオール内面上の選択した位置に組み込まれ、互いに反対側の面に第１及び第２の電極が設けられているエラストマ材料層を含んでいる少なくとも一つの誘電性エラストマ部分を含む誘電性エラストマアクチュエータ構造体と、
前記誘電性エラストマアクチュエータ構造体の第１及び第２の互いに対抗している電極の内の選択した電極に接続されており、前記少なくとも一つの誘電性エラストマ部分に電圧を選択的に印加して、前記少なくとも一つの誘電性エラストマ部分の有効表面積を調整することができる電源と
を具備していることを特徴とするタイヤアセンブリ。
【請求項２】
前記誘電性エラストマアクチュエータ構造体は、少なくとも２つのゴムプレートと、前記ゴムプレートの間に取り付けられており、前記電源から印加される電圧量に基づいて前記ゴムプレートの間の間隔を選択的に調整するように構成されている複数の誘電性エラストマ部分とを有していることを特徴とする請求項１に記載のタイヤアセンブリ。
【請求項３】
前記少なくとも２つのゴムプレートは、前記複数の誘電性エラストマ部分のまわりを完全に包囲している包囲体を形成していることを特徴とする請求項２に記載のタイヤアセンブリ。
【請求項４】
前記複数の誘電性エラストマ部分が、誘電性エラストマ板構成、折り重ねられた誘電性エラストマ板構成、波状誘電性エラストマ板構成及び丸められた誘電性板構成の内の一つ以上から成ることを特徴とする請求項３に記載のタイヤアセンブリ。
【請求項５】
前記誘電性エラストマアクチュエータ構造体は、前記空気タイヤ構造体の内部表面に取り付けるための容積領域を画定するように形成された一つ以上の一体的な誘電性エラストマ板から成り、前記一つ以上の一体的な誘電性エラストマ板によって形成される前記容積領域は、前記電源から前記一つ以上の一体的な誘電性エラストマ板に印加される電圧の量に従い可変であることを特徴とする請求項１に記載のタイヤアセンブリ。
【請求項６】
前記誘電性エラストマアクチュエータ構造体は、前記空気タイヤ構造体の互いに向かい合う内側サイドウオール表面の間に取り付けられた複数の誘電性エラストマ部分から成ることを特徴とする請求項１に記載のタイヤアセンブリ。
【請求項７】
前記複数の誘電性エラストマ部分が、誘電性エラストマ板構成、折り重ねられた誘電性エラストマ板構成、波状誘電性エラストマ板構成及び丸められた誘電性板構成の内の一つ以上から成ることを特徴とする請求項６に記載のタイヤアセンブリ。
【請求項８】
前記電源に結合されたマイクロコントローラを更に具備しており、前記マイクロコントローラは、前記電源から前記少なくとも一つの誘電性エラストマ部分に印加される電圧の量を監視して調整するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のタイヤアセンブリ。
【請求項９】
前記マイクロコントローラに結合されている状態応答デバイスを更に具備しており、前記状態応答デバイスは、前記空気タイヤ構造体に関連する少なくとも一つの所定の特性を感知して、前記電源から前記少なくとも一つの誘電性エラストマ部分に印加される電圧の可変量の調整を容易にすることを特徴とする請求項８に記載のタイヤアセンブリ。
【請求項１０】
前記マイクロコントローラに結合されているユーザー入力インタフェースを更に具備しており、前記ユーザー入力インタフェースは、前記電源から前記少なくとも一つの誘電性エラストマ部分に印加される電圧の可変レベルを調整するように選択可能な入力を与えることができることを特徴とする請求項８に記載のタイヤアセンブリ。
【請求項１１】
前記電源は、電池、再充電可能なキャパシタ及び圧電装置のうちの１つから成ることを特徴とする請求項１に記載のタイヤアセンブリ。
【請求項１２】
タイヤ構造体の空胴共振を調整する方法であって、
タイヤ構造体の選ばれた内部表面位置上に少なくとも一つの誘電性エラストマ部分を設け、
タイヤ構造体と関連する少なくとも一つの所定の特性を監視し、
前記少なくとも一つの誘電性エラストマ部分に電荷を選択的に印加し、
前記少なくとも一つの誘電性エラストマ部分に印加する電荷の量を、前記少なくとも一つの所定の特性の監視したレベルに応じるようにし、
前記少なくとも一つの誘電性エラストマ部分に印加した電荷の量が、前記少なくとも一つの誘電性エラストマ部分の機械的な変形量を決定して、タイヤ構造体の共振特性を調整する
ことを特徴とする方法。
【請求項１３】
タイヤ構造体と関連する前記少なくとも一つの所定の特性は、温度、圧力、振動レベル及び雑音レベルのうちの１つであることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも一つの予め定められた特性を監視するための状態応答デバイスと電源とに結合されているマイクロコントローラによって、前記少なくとも一つの誘電性エラストマ部分に印加される電荷の量を調整することを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも一つの誘電性エラストマ部分に印加される電荷の選択量を指示するようにユーザー入力を与えることことを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも一つの誘電性エラストマ部分を設けることは、少なくとも２つのゴムプレートと、前記ゴムプレートの間に取り付けられており、選択的に印加される電圧量に基づいて前記ゴムプレートの間の間隔を選択的に調整するように構成されている複数の誘電性エラストマ部分とを設けることであるを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも一つの誘電性エラストマ部分は、誘電性エラストマ板構成、折り重ねられた誘電性エラストマ板構成、波状誘電性エラストマ板構成及び丸められた誘電性板構成の内の一つ以上から成ることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記少なくとも一つの誘電性エラストマ部分を設けることは、タイヤ構造体の内部表面に取り付けるための容積領域を画定するように形成された一つ以上の一体的な誘電性エラストマ板を設けることからから成り、前記一つ以上の一体的な誘電性エラストマ板によって形成される前記容積領域は、前記一つ以上の一体的な誘電性エラストマ板に印加される電圧の量に従い可変であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記少なくとも一つの誘電性エラストマ部分を設けることは、タイヤ構造体の互いに向かい合う内側サイドウオール表面の間に取り付けられた複数の誘電性エラストマ部分を設けることから成ることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
タイヤサイドウオールスティフネスを調整し且つ電気エネルギーを回収するための機能が組み込まれているタイヤアセンブリであって、
地面に接触する外側トレッド部分を有するクラウンと、ホイールリムにタイヤを着床させるためのビード部分と、各ビード部分とクラウンとの間に延びているサイドウオール部分と、内側クラウン表面と、内側サイドウオール表面とを有する空気タイヤ構造体と、
前記空気タイヤ構造体の選択した内面の間に取り付けらている複数の誘電性エラストマ部分にして、当該複数の誘電性エラストマ部分の各々は、互いに反対側の面に第１及び第２の電極が設けられているエラストマ材料層を含んでおり、当該複数の誘電性エラストマ部分は、当該複数の誘電性エラストマ部分に対する機械的な力の印加で電気エネルギーを生成し、当該複数の誘電性エラストマ部分に対する電気エネルギーの印加で機械的に変形する、複数の誘電性エラストマ部分と、
前記複数の誘電性エラストマ部分の第１及び第２の電極の内の選択した電極に接続されており、前記複数の誘電性エラストマ部分によって生成された電気エネルギーを蓄積し、前記機械的変形のレベルを変えることが必要なときには前記複数の誘電性エラストマ部分に電荷を印加するように構成されている少なくとも一つのエネルギー蓄積装置と
を具備することを特徴とするタイヤアセンブリ。
【請求項２１】
前記複数の誘電性エラストマ部分は、誘電性エラストマ材料板をコード状に丸めたものからなり、各誘電性エラストマ材料板は、エラストマ材料と、当該エラストマ材料の互いに反対の側に設けた第１と第２の電極とを有していることを特徴とする請求項２０に記載のタイヤアセンブリ。
【請求項２２】
前記複数の誘電性エラストマ部分の前記第１と第２の電極は、カーボンブラック及びグラファイトのうちの１つからなることを特徴とする請求項２０に記載のタイヤアセンブリ。
【請求項２３】
前記少なくとも一つのエネルギー蓄積装置は、電池又は再充電可能なキャパシタからなる１つからなることを特徴とする請求項２０に記載のタイヤアセンブリ。
【請求項２４】
前記複数の誘電性エラストマ部分への電荷の選択的印加は、前記空気タイヤ構造体のサイドウオールスティフネス及び対応する接地面大きさに影響を及ぼすことを特徴とする請求項２０に記載のタイヤアセンブリ。
【請求項２５】
。
前記少なくとも一つのエネルギー蓄積装置に結合されたマイクロコントローラを更に具備しており、前記マイクロコントローラは、前記少なくとも一つのエネルギー蓄積装置から前記複数の誘電性エラストマ部分に印加される電圧の量を監視して調整するように構成されていることを特徴とする請求項２０に記載のタイヤアセンブリ。
【請求項２６】
前記マイクロコントローラに結合されている状態応答デバイスを更に具備しており、前記状態応答デバイスは、前記空気タイヤ構造体に関連する少なくとも一つの所定の特性を感知して、前記少なくとも一つのエネルギー蓄積装置から前記複数の誘電性エラストマ部分に印加される電圧の可変量の調整を容易にすることを特徴とする請求項２５に記載のタイヤアセンブリ。
【請求項２７】
前記マイクロコントローラに結合されているユーザー入力インタフェースを更に具備しており、前記ユーザー入力インタフェースは、前記少なくとも一つのエネルギー蓄積装置から前記複数の誘電性エラストマ部分に印加される電圧の可変レベルを調整するように選択可能な入力を与えることができることを特徴とする請求項２５に記載のタイヤアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的に言うならば、タイヤ又は対応するホイールアセンブリの振動を消滅させるためのシステム及び方法に関するものである。より具体的には、タイヤの空胴共振を消滅させ、タイヤのサイドウオールスティフネスを調整し、タイヤ接地面の大きさに影響を及ぼすことによって制御タイヤ性能を制御するための技術を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
ホイール振動の発生は、多くの種類の機械化された輸送技術に関連する耐久性、性能及び快適さレベルに影響を及ぼす固有の問題である。車両が地面上を走行するとき、地面からの衝撃及び摩擦エネルギーは、そのタイヤ及び／又はホイールアセンブリ内の振動モードのエネルギーに変換させられる場合もある。このように生成された振動は、タイヤの温度を増大し、そのうえドライバに不快感を生じさせる場合もあるノイズを生成する傾向がある。従って、車両のタイヤアセンブリと関連する機械的振動の量を制限することは、望ましいことであろう。
【０００３】
駆動力を受ける全ての物理系と同様に、回転タイヤは、空胴共振器として作用する。従って、タイヤの機械的エネルギーの一部は、特定の車両速度で共振振動に変換される。共振振動が他の振動モードのエネルギーと比較して少ない減衰で多くの場合伝搬することができるので、この現象がタイヤアセンブリに対する特別な関心事であるであろう。機械系の共振モードを変更することによって、共振エネルギーレベルを減衰させることができ、そして、物理的な振動は少なくすることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の選択的な実施例は、タイヤ又はホイールアセンブリの振動特性及び共振性質を制御する誘電性エラストマを利用するアクチュエータメカニズムを提案する。米国特許第６，５４５，３８４号（Ｐｅｌｒｉｎｅその他）及び米特許出願公開ＵＳ２００２／０１３０６７３（Ｐｅｌｒｉｎｅその他）にて開示されているように、誘電性エラストマの確かな利点は、従来より認識されている。これら特許及び特許出願はここに引用して全ての目的のために本願明細書に組み入れられる。しかし、この技術は絶えずよくなっており、誘電性エラストマが使用可能な新しい用途を切り開いている。本発明の特徴は、ここに開示する関心事並びにタイヤ及びホイールアセンブリの振動エネルギーの発生に係る他の事に向けており、かかる振動を減らすための改良した方法を提供する。本発明の方法その他は、（詳細は本明細書の他の部分で後述するように）タイヤ又はホイールアセンブリに一体化される誘電性エラストマ構成を利用する。
【特許文献１】米国特許第６，５４５，３８４号（Ｐｅｌｒｉｎｅその他）
【特許文献２】米特許出願公開ＵＳ２００２／０１３０６７３（Ｐｅｌｒｉｎｅその他）
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は注目した特長に鑑みて、タイヤの振動を減少するための改良した特長と方法が開発された。誘電性エラストマ材料は、タイヤの空胴共振特性を調整するためにアクチュエータデバイスとして使われる。この種の誘電性エラストマは、第１及び第２の電極がエラストマの両側に配置されているエラストマ材料の一部に対応する。
電極への制御された電圧の印加は、それに比例量した変形を生じ、誘電性エラストマの機械的な作動を生じる。
【０００６】
本発明の誘電性エラストマ技術及び対応するタイヤへの適用の様々な機能及び特徴は、複数の利点をもたらす。ここに開示される誘電性エラストマ材料は、それらの独特な電極構成のために重要な設計融通性をもたらしている。エラストマ材料は、板状、折り重ねられた板状、丸くされたコード状又は他の形状に形成でき、いろいろな具体的な装着環境に調和するようにカスタマイズすることができる。
【０００７】
本発明の他の効果は、ここに開示される誘電性エラストマ材料が、タイヤの空胴共振を消滅させて、タイヤ振動を減らすために利用できることである。タイヤ振動の低減は、タイヤ内の温度及びタイヤアセンブリによって生じるノイズを減らすことができる。振動を減少することにより、タイヤの寿命を引き伸ばすことができ、相対的なドライバ快適さのレベルを高めることができる。
【０００８】
本発明のなお更なる効果は、ここに開示される誘電性エラストマアクチュエータが、タイヤのサイドウオールスティフネス、従って、タイヤの或る性能特性に影響を及ぼすように使用できることである。サイドウオール撓みの制御により、トラクションを改良するためにタイヤの接地面を増大するか又はころがり抵抗を減らして全体的な燃費効率を改良するためにタイヤの接地面を減少することができる。
【０００９】
本発明の１つの典型的な実施例において、タイヤの空胴共振を調整するための特徴を組み込んだタイヤアセンブリは、空気タイヤ構造体、誘電性エラストマアクチュエータ構造体及び電源を具備している。空気タイヤ構造体は、地面に接触する外側トレッド部分を有するクラウンと、ホイールリムにタイヤを着床させるためのビード部分と、各ビード部分及びクラウンとの間に延びているサイドウオール部分と、内側クラウン表面と、内側サイドウオール表面とを有している。誘電性エラストマアクチュエータ構造体が、タイヤ構造体のクラウン内面及びサイドウオール内面上の選択した位置に組み込まれ、少なくとも一つの誘電性エラストマ部分を含む。その誘電性エラストマ部分は、互いに反対側の面に第１及び第２の電極が設けらているエラストマ材料層を含んでいる。電源は、誘電性エラストマアクチュエータ構造体の第１及び第２の互いに対抗している電極の内の選択した電極に接続されて、少なくとも一つの誘電性エラストマ部分に電圧を選択的に印加して、その結果、その少なくとも一つの誘電性エラストマ部分の有効表面積を調整することができる。
【００１０】
更に別の特定のタイヤアセンブリ実施例においては、誘電性エラストマアクチュエータ構造体は、２つのゴムプレートを含み、それらゴムプレートとの間に取り付けられる複数の誘電性エラストマ部分のための開放した又は完全閉じた包囲体を構成することができる。かかる構成において、ゴムプレート間の間隔は、誘電性エラストマ部分に印加する電圧レベルの選択によって調整することができる。他の誘電性エラストマアクチュエータ構造体は、一つ以上の一体化された誘電性エラストマ板であり、それら一つ以上の誘電性エラストマ板に印加される電荷レベルに応じた体積が変化する体積部分を形成する。更に別の誘電性エラストマアクチュエータ構造体は、複数の誘電性エラストマコードであり、複数の誘電性エラストマコードが、タイヤ構造体の互いに向かい合うサイドウオール内面の内の選択した面に取り付けられる。或る実施例では、誘電性エラストマ部分は、単一板状、折り重ねられた板状、波板状、丸くされたコード状とすることもできる。
【００１１】
本発明の更に別の特定の実施例において、マイクロコントローラが電源に接続され、電源から少なくとも一つの誘電性エラストマ部分に印加される電圧の量を監視し調整するように構成される。状態応答デバイス（例えばセンサ、その他）が更にマイクロコントローラに接続され、連結されることができて、タイヤ構造体に係る所定の特性（例えば温度、圧力、振動レベル、ノイズレベル、その他）を検地するように構成することができる。かかる特性レベルを監視することにより、電源から少なくとも一つの誘電性エラストマ部分に印加される可変電圧量を調整することができる。車両オペレータは更に、車両性能を所望のレベルにするために印加電圧のレベルをマニュアル制御するためにユーザー入力インタフェースを介して入力を与えることができる。
【００１２】
本発明の他の実施例は、タイヤの空胴共振を調整する方法である。タイヤ構造体の選ばれた内部の表面上に少なくとも一つの誘電性エラストマ部分を設けて、タイヤ構造体に関連する少なくとも一つの所定の特性（例えば温度、圧力、振動、ノイズ）を監視して、少なくとも一つの誘電性エラストマ部分に選択的に電荷を加える工程を含む。加えられる電荷の量は、少なくとも一つの予め定められた特性の監視されたレベルに関係し、そして、加えられる電荷の量は、少なくとも一つの誘電性エラストマ部分の機械的撓み量を決定し、結果として、タイヤ構造体の共振特性を調整する。少なくとも一つの誘電性エラストマ部分を設ける工程は、上述したような典型的な誘電性エラストマアクチュエータ構造体を設けることに対応することができる。
【００１３】
本発明の更に別の実施例は、タイヤサイドウオールスティフネスを調整し且つ電気エネルギーを回収する機能を組み込んだタイヤアセンブリである。かかるタイヤアセンブリは、前述したような空気タイヤ構造体、複数の誘電性エラストマ部分及び少なくとも一つのエネルギー蓄積装置を有している。複数の誘電性エラストマ部分は、空気タイヤ構造体の内部表面の内の選択した表面間に取り付けられ、複数の誘電性エラストマ部分の各々は、第１及び第２の電極が互いに反対側の表面上に設けられているを備えているエラストマ材料層を有している。誘電性エラストマ部分は、或る実施例においては、誘電性エラストマコードを形成するように丸くすることができる。誘電性エラストマ部分は、機械力が印加されると電気エネルギーを生成し、一方、電気エネルギーが印加されると機械的に変形するようになされている。複数の誘電性エラストマ部分に接続された少なくとも一つのエネルギー蓄積装置が、誘電性エラストマ部分によって生成された電気エネルギーの内の選択した量を蓄積して電源として機能して、様々なレベルの機械的変形が要求されるときに、その電源から電圧を印加することができるように構成される。
【００１４】
本発明のその他の目的及び効果は、以下の詳細な説明において述べると共に、以下の詳細な説明から当業者には明らかになる筈である。更に、以下に詳細に説明し図解する本発明の特徴や工程に対する変更や修正は、本発明の精神から離れることなく、本発明の様々な実施例や使用方法において実現可能であることも理解される筈である。変更や修正は、以下に説明し図解する手段や特徴や工程をそれらに均等な手段や特徴や工程に置換することや、様々な部品、特徴、工程などの機能上や動作上や位置上の反転などを含むが、それらに限定されるものではない。
【００１５】
更に、本発明の様々な実施例や様々な現在好ましい実施例は、ここに開示する特徴や部品や工程や配置やそれらの均等物の様々な組合せや配置（図面に明確に示されていない又は図面を参照しての詳細な説明に記載さていない特徴や部品や工程や配置の組合せも含む）を含むものである。本明細書の発明の概要において必ずしも説明していない本発明の他の実施例は、本明細書の発明の概要において言及した特徴や部品や工程、及び／又は本明細書において別に検討している他の特徴や部品や工程の性質の様々の組合せも含むこともできる。本明細書の他の部分を検討することにより、当業者は、上記した実施例及びほかの特徴をより良く理解できるであろう。
【００１６】
最良の形態を含む本発明の十分且つ実施可能な、当業者に向けた開示は、添付図面を参照して本明細書において行う。
【００１７】
本発明の同一又は類似の特徴又は要素を表すために同一の参照符号を本明細書及び添付図面において使用する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
「課題を解決するための手段」の項で述べたように、本発明は特に空気タイヤ構造体の空胴共振を調整するための機能及び方法に係るものである。図１、図２Ａ及び図２Ｂは、空気タイヤ構造体と、タイヤ共振特性を調整するための組込み誘電性エラストマアクチュエータ構造体とを有するタイヤアセンブリの第１の実施例の様々な特徴を図解している。
第１の実施例は、２つの平行のゴムプレートとの間に設けられた複数の誘電性エラストマ部分を有している。タイヤアセンブリの第２の実施例の様々な特徴は、図４及び図５に図示されており、空気タイヤ構造体の内部表面に取り付けるに適した、一体化された複数の誘電性エラストマ板部分から形成されている可変容積空胴を有している。図６は、空気タイヤ構造体に組み込まれた誘電性エラストマアクチュエータ構造体の更に別の実施例を図示する。図６の実施例は、タイヤのサイドウオール内面の様々な場所に取り付けられた複数の誘電性エラストマ部分を有している。誘電性エラストマ部分のこのような構成は、タイヤのサイドウオールスティフネス及びタイヤの接地面の大きさを調整し、且つ誘電性エラストマ部分の機械的変形によって生成される電気エネルギーを回収するために利用することができる。単一板状、折り重ねられた板状、波板状、丸くされたコード状を含む誘電性エラストマ部分の様々な典型的な形状は、図３Ａから図３Ｄに図解してある。本発明の誘電性エラストマアクチュエータと結合する典型的な回路コンポーネントは、図７を参照して説明する。
【００１９】
図１を参照すると、本発明の第１の典型的なタイヤアセンブリ１０が図示されている。タイヤアセンブリ１０は、組み込まれた誘電性エラストマアクチュエータ構造体１４によって、空気タイヤ構造体１２の空胴共振を調整する特徴を有するように構成されている。タイヤ構造体１２は、外側トレッド部分１８を支持するクラウン１６及びビード部分２２に延びるサイドウオール２０によって典型的に特徴づけられる。タイヤ構造体１２がホイールアセンブリのリムに効果的に着床することができるようにタイヤビード２２が一般に設けられている。空気不透過性材料の内側のライナが、内側クラウン表面２４及び内側サイドウオール表面２６を含むタイヤの内表面を形成している。カーカスは、サイドウオール部分２０及びクラウン１６を通ってビード２２の間に延びており、タイヤ圧が加わったときに、タイヤの形状を画定して、トラクション及びステアリングのための力を伝達する。ベルトパッケージ２１は、クラウン１６にほぼ沿ってタイヤ構造体１２内に設けられている。
【００２０】
タイヤ構造体１２がリムに取り付けられて、地面上を回転して駆動力を受けるときに、回転タイヤ構造体１２は空胴共振器として作用する。従って、タイヤの機械エネルギーの一部は、特定の車両速度で共振振動に変換される。共振振動は他の振動モードのエネルギーより少ない減衰で多くの場合伝搬することができるので、この現象は、タイヤアセンブリにとって特に関心事である場合もある。従って、誘電性エラストマアクチュエータ構造体１４が、空気タイヤ構造体１２に組み込まれて、機械系の共振モードを調整する。その結果、共振エネルギーレベルは減衰させられ、そして、物理的な振動は、誘電性エラストマ構成１４の選択の作動によって少なくすることができる。
【００２１】
誘電性エラストマアクチュエータ構造体１４のより詳細な図が、図２Ａに示されている。典型的なアクチュエータ構造体１４は、ほぼ平行な一対のゴムプレート３２の間に設けられた複数の誘電性エラストマ部分３０を有する。アクチュエータ構造体が組み入れられるタイヤ構造体１２の空胴共振の消滅は、ゴムプレート３２間の間隔３４を調整することによって可能である。間隔３４は、誘電性エラストマ部分３０に対する電源（電圧レベル）の選択的印加によって調整される。図２Ｂは、そのような誘電性エラストマ部分３０の異なる位置状態を図示している。（実線によって表示された）位置３０ａにある誘電性エラストマ部分は、電荷が印加されていない例を図示しており、（点線によって表示された）位置３０ｂにある誘電性エラストマ部分は、所定量の電荷が印加されている例を図示している。
【００２２】
誘電性エラストマ部分３０はいろいろな異なる形状をとることができる。その内の幾つかを、図３Ａから図３Ｄに図示する。ここに図示する誘電性エラストマ部分３０の各々の様々な形は、比較的薄い絶縁性（誘電体）エラストマポリマー材料層３６と、そのエラストマ層３６の互いに反対側に位置する表面に形成された２つの電極層３８とを一般に具備している。電極層３８は、噴霧、スクリーン印刷、フォトリソグラフィ又はその他の技術によってエラストマ層に塗布できるグラファイト、カーボンブラック又は他の妥当な材料のような、比較的伸縮自在な（屈伸自在な）材料から形成される。或る実施例では、互いに反対側にある電極層３８は、単一の連続した電極層ではなく、複数の分離している電極部分とすることができることは理解されたい。誘電性エラストマ部分３０は、図３Ａに示すように単一板形状でも、図３ｂに示すように折り重ねられた板でも、図３Ｃの展開図に示すように波板状でも、図３Ｄに示すようにコード状に丸められた板でもよい。図３Ｂから図３Ｄに示す典型的は実施例においては、少ない体積で誘電性エラストマ材料の表面積を大きくし、図３Ａの単一板状構成と比較して、材料の機械的変形の可能性を大きくしている。誘電性エラストマ部分３０のための多くの異なる典型的な形状をここに説明し図示したが、他の形状も可能であるも理解されたい。本発明の範囲は、ここで開示した特定の形状に限定されるものではい。
【００２３】
誘電性エラストマアクチュエータの動作の原理は、電極３８間のマクスウェルの力によりエラストマ材料３６を変形させるエラストマ材料３６の性質に基づく。電圧差が誘電性エラストマアクチュエータに加えられるときに、正電荷が一方の電極に現われ、負電荷が他方の電極に現われる。その電荷が互いに引き付け合い、電極間に圧力を作用させて、電極を互いに押し付け合い、誘電性エラストマ部分の表面積をその動作面において伸ばしてゆく。本発明の実施例において利用できる典型的な誘電性エラストマの他の特徴は、上記の特許文献１及び特許文献２に開示されている。それら特許文献はここに引用して本明細書に組み入れる。
【００２４】
再び図１及び図２Ａを参照するならば、アクチュエータ構造体１４のゴムプレート３２の１つ又は２つを、内側クラウン表面２４のようなタイヤ構造体１２の内部表面に貼り付けることができる。アクチュエータ構造体１４はまた内側サイドウオール表面２６のような位置に取り付けることができることは理解できるであろうが、内側クラウン表面２４が本発明の目的に良く適合している。更に、アクチュエータ構造体１４は、タイヤ構造体１２内、例えば、カーカスと内表面２４及び／又は２６に設けられている内側ライナとの間に取り付けられて硬化することもできる。アクチュエータ構造体１４のための様々な可能な取り付け位置に応じて、用語「組み込まれる」は、タイヤ構造体上に取り付けられる又はタイヤ構造体内に一体化されることも含み、全ての可能な位置を含むものと理解されたい。アクチュエータ構造体１４の組み込みは、タイヤ構造体１２の材料と一緒に硬化できる材料をゴムプレート３２のために選ぶことによって容易になる。エラストマ部分３０の外側の電極が、タイヤ構造体１２及びゴムプレート３２に多くの場合利用されているゴムに適合するグラファイト又はカーボンブラック材料から形成することができる場合、誘電性エラストマ部分３０をアクチュエータ１４のゴムプレート３２に取り付けることが更に容易になる。
図１及び図２Ａに図示していないが、アクチュエータ構造体１４の或る実施例は、向かい合うプレートの間に設けられる代わりに、ゴムパッケージ内に完全に収容されている誘電性エラストマ部分３０とすることができるも理解されたい。
【００２５】
図１及び図２Ａのタイヤアセンブリ１０は、空気タイヤ構造体１２が動作時、望ましくない振動モードに達したときに、空胴共振を調整可能できるようにした誘電性エラストマアクチュエータ構造体１４を備えている。タイヤ構造体１２の一つ以上の特性及び対応するタイヤ性能（例えば温度、圧力、振動又は雑音レベル、その他）は、適当な感知装置によって監視することができる。監視されたタイヤ特性に基づいて、アクチュエータ構造体１４のゴムプレート３２間の間隔が選択的に調整されて、特性のうちの少なくとも１つを最適化する。機械的なタイヤシステム１０の共振モードが変更されると、より多くの振動エネルギーは減数させられ、車両オペレータが感じるノイズ、熱及び振動がほとんどなくなる。この結果は、タイヤ寿命を伸ばして、車両の全体的な快適さ及び性能を高めることができる。アクチュエータ構造体１４の動作を効果的に監視し制御するためにアクチュエータ構造体１４と結合する典型的な回路のそのほかの点についての詳細は、図７を参照して後述する。
【００２６】
タイヤの共振特性を調整するための特徴を組み込んだタイヤアセンブリの他の典型的な実施例は、図４のタイヤアセンブリ１０’で具体化されている。タイヤアセンブリ１０’は、図１に関して上述した空気タイヤ構造体１２を有し、同様な特徴には同一の参照符号を付している。誘電性エラストマアクチュエータ構造体４０は、可変容積空胴として設けられている。提供される。可変容積空胴構造体４０の容積を調整することによって、タイヤの共振モードが望ましくないレベルに近づくときに、タイヤの共振モードは弱めることができる。全体形状が全く異なるにもかかわらず、これも原理の点で図１のアクチュエータ構造体と同様である。
【００２７】
図４のアクチュエータ構造体４０は、図５に更に詳細に図示されている。誘電性エラストマアクチュエータ構造体４０は、三次元の空胴を形成するために互いに固定されている複数の誘電性エラストマ板４２（各々形状の点で図３Ａに図示されている誘電性エラストマ部分と同様である）を含む。可変容積空胴は、底面を有していても有していなくともよく、タイヤ構造体１２の内側表面と一体的に組み込まれる。この一体的に組み込みは、アクチュエータ構造体１４の組み込みについては前述したようであってもよい。図５は更に、アクチュエータ構造体４０によって形づくられる容積が如何に変化するかも図示しており、その容積可変能力の範を示している。（実線によって表示された）典型的な状態４０ａでのアクチュエータ構造体は、誘電性エラストマ板に電荷が印加されていない状態を図解しており、（点線によって表示された）状態４０ｂは、電荷が誘電性エラストマ部分のうちの少なくとも１つに加えられている状態を図解している。
【００２８】
タイヤの共振特性を調整するための機能を含む本発明の更に別の実施例は、図６のタイヤアセンブリ１０”によって表示されている。タイヤアセンブリ１０”は、図１を参照して上述したものと同様な部分を有する空気タイヤ構造体１２を含む。誘電性エラストマアクチュエータ構造体５０は、タイヤ構造体１２の内部表面上の所定の末端部分の間に取り付けられた複数の誘電性エラストマ部分５２を有する。１つの実施例において、各誘電性エラストマ部分５２のそれぞれの末端部は、タイヤ構造体１２の互いに向かい合うサイドウオール表面に取付けられる。１つの実施例において、誘電性エラストマ部分５２は、他の形状も当然採用できるが、（例えば、図３Ｄに図示されるように）誘電性エラストマ材料板を丸めて形成される誘電性エラストマコードである。
【００２９】
互いに向かい合うサイドウオール表面の間に誘電性エラストマ部分５２を取り付けることによって、アクチュエータ構造体５０は、タイヤ構造体１２の空胴共振を消滅させることができるだけでなくて、タイヤのサイドウオールスティフネスを調整することもできる。タイヤサイドウオールスティフネスに影響を及ぼすことができることによって、タイヤ性能の多くの特性に同時に影響を与えることも可能である。サイドウオールスティフネスの調整は、タイヤ空気圧のレベル、車両動作時の快適さのレベル、タイヤの接地面の大きさ他のような特性に影響を及ぼすことができる。例えば、タイヤが砂の地面又は泥の地面に遭遇する場合、接地面の大きさを広げて、タイヤトラクションを改善することもできる。同様に、接地面の大きさを狭くして、ころがり抵抗を減らして、全体的な燃費効率を改良することもできる。一つ以上の接地面の大きさの間で切り換えることは、結合されている電子装置及び選択可能な利用者オプションによって可能である。
【００３０】
次に図７を参照するならば、本発明の典型的な誘電性エラストマアクチュエータ構造体に結合している典型的な電子装置部品が図示されている。図７に図示される誘電性エラストマアクチュエータは、上述した典型的な構成例１４、４０又は５０のどれにでも対応することができる。誘電性エラストマアクチュエータ１４／４０／５０の各誘電性エラストマ部分の一つ以上の電極は、それぞれの誘電性エラストマ部分に電圧レベルを供給する電源５４に結合されていることが好ましい。電源５４は、電池、再充電可能なキャパシタ、又はタイヤアセンブリの機械的運動に応じて電荷を生成する圧電構造体を含むいろいろな異なる装置とすることができる。いくつかの実施例において、上述した典型的な電源を組み合わせて使用することができる。例えば、圧電構造体が電荷を発生し、その発生した電荷を再充電可能なキャパシタに蓄積して、アクチュエータ１４／４０／５０に選択的に印加すうようにもできる。一方、圧電構造体及び／又はキャパシタから十分な電荷が供給されないときには、電池が電源として使用されて、アクチュエータ１４／４０／５０に選択的に印加すうようにもできる。
【００３１】
更に図７を参照すると、電源５４からアクチュエータ１４／４０／５０に印加される電荷の量は、マイクロコントローラ５６によって制御することができる。マイクロコントローラ５６は、一つ以上の状態応答デバイス５８から受け取った入力に基づいて電荷の量を決定することができる。状態応答デバイス５８は、センサ、弾性波装置又は入力状態の変化に従い出力が変化する他の電子部品とすることができる。状態応答デバイス５８は、タイヤの温度、圧力、振動レベル、ノイズレベルなどのような特性を感知するように構成できる。状態応答デバイス５８の出力に応じて、マイクロコントローラ５６が電源５４と通信して、適切なレベルの電圧がアクチュエータ１４／４０／５０の誘電性エラストマ一部に自動的に印加されて、測定している特性を最適化する。マイクロコントローラ５６は、電源５４からアクチュエータ１４／４０／５０に印加される電荷のレベルに対して所定の調整を実行するように前もってプログラムされていてもよいし、又は、選択的なユーザー入力に基づいて動作するように構成されていてもよい。（例えばユーザー入力インタフェース６０を介して）ユーザー入力が利用可能なときに、それらの入力に基づいて電源５４から印加される電圧レベルを選ぶことができ、又はマイクロコントローラ５６による電荷の選択の印加を保証する状態応答デバイス５８からの読み取りレベルを設定することもできる。ユーザー入力インタフェース６０は、トグルスイッチと同程度の単純なインタフェースでもよく、又はユーザーがマイクロコントローラ５６をプログラムするための情報を入れることができる周辺コンピュータでもよい。
【００３２】
更に図７を参照して、選択的な作動だけでなく誘電性エラストマ構造体から電気エネルギーを回収するためにも誘電性エラストマ構造体を利用する場合の本発明の実施例において使用される任意選択的な構成を説明する。アクチュエータ構造体の誘電性エラストマ部分は、印加された電気的な力を機械的な力に変換する。しかし、誘電性エラストマはまた、機械エネルギーを電気エネルギーに変換することができるトランスデューサとして機能することができる。タイヤ構造体は、車両動作時、相当量の機械的振動を受けるので、それら機械的振動によって、タイヤ構造体内に組み込まれた誘電性エラストマ部分の機械的変形が生じる。誘電性エラストマ部分の機械的変形により、電荷が生成されると、その生成された電荷を集めるために、エネルギー蓄積装置６２を設けることができる。エネルギー蓄積装置６２に蓄積される電荷は、電源５２と組み合わせて又は電源５２の代わりとして使用され、アクチュエータ１４／４０／５０に電圧を選択的に印加することができる。エネルギー蓄積装置６２からのパワーは更に、マイクロコントローラ５６のようなコンポーネントに電力を供給するために用いてもよい。エネルギー蓄積装置６２が電源５４と共に使われるときに、誘電性エラストマアクチュエータ１４／４０／５０に印加される電圧レベルを調整することができるために、エネルギー蓄積装置６２と電源５４の両方はマイクロコントローラ５６に結合することができる。
【００３３】
いくつかの実施例において、エネルギー蓄積装置６２は、スーパーキャパシタを含む他の種類のキャパシタを使用することもできるが、電解キャパシタとすることができる。他の典型的なエネルギー蓄積装置は、再充電可能な電池とすることもできる。（図示していない）追加の電力回収回路をエネルギー蓄積装置６２と組み合わせて設けて、他の電子部品と結合する条件付電源を構成することもできる。図７に表示される回路に結合できる電子部品の形式及び種類は極めて多様であり、本発明はここで開示したコンポーネントだけに限定されるものではないことは理解されたい。
【００３４】
以上、特定な実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、上記した記載を理解した上で、当業者が上記実施例を変更し修正し又は上記実施例の均等物を容易に実現できることは理解できるであろう。従って、上記実施例の開示は、例示に過ぎず、限定を意味するものではない。また、上記実施例の開示は、当業者にとって容易に実現できる変更、修正、追加を除外するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施例による、２つのゴムプレートとの間に誘電性エラストマ部分が設けられている、典型的な空気タイヤ構造体及び誘電性エラストマアクチュエータ構造体の全体的な横断面斜視図である。
【図２Ａ】図１の誘電性エラストマアクチュエータ構造体の斜視図である。
【図２Ｂ】図１及び図２Ａの誘電性エラストマアクチュエータ構造体からの典型的な誘電性エラストマコードの平面図であり、電荷が印加された場合と電荷が印加されていない場合をコードの状態を示している。
【図３】図３Ａから図３Ｄは、本発明による誘電性エラストマ部分の様々な異なる構成、すなわち、単一板、折り重ねられた板、ひだをつけられた板、丸められた板の形状をそれぞれ図示している。
【図４】本発明の第２の実施例による、典型的な空気タイヤ構造体及び誘電性エラストマアクチュエータ構造体、すなわち、誘電性エラストマ部分で形成された可変容積空胴の全体的な横断面斜視図である。
【図５】電荷を印加した場合と電荷を印加しない場合の誘電性エラストマ部分の位置を図示す、図４の典型的な可変容積空胴の斜視図である。
【図６】本発明の第３の実施例による、典型的な空気タイヤ構造体及び誘電性エラストマアクチュエータ構造体、すなわち、タイヤ構造体のサイドウオールスティフネスを調整すると共にそこから電気エネルギーを回収するように構成される複数の誘電性エラストマ部分全体的な横断面斜視図である。
【図７】本発明の選択した実施例による、誘電性エラストマアクチュエータに結合する典型的な電子装置コンポーネントのブロック図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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