(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側補強バンド、外側補強バンド、及び前記内側補強バンドと前記外側補強バンドとの間に配置されるコアを含む環状補強構造体を有する非空気入りタイヤの製造方法であって、
前記内側補強バンド及び前記外側補強バンドが前記内側補強バンドと前記外側補強バンドとの間に環状のスペースを形成するように同軸に離間された関係性をもって配置される状態で前記内側補強バンド及び前記外側補強バンドを第１の金型に提供するステップと、
前記内側補強バンドと前記外側補強バンドとの間に位置する０．７５ｇ／ｃｍ3以上の密度を有するコアを含む注型物を提供するように前記第１の金型の前記内側補強バンドと外側補強バンドとの間のスペースに前記コアの材料を挿入するステップと、
前記挿入するステップからの注型物を、前記内側補強バンド、前記外側補強バンド、及び前記非空気入りホイールのコア以外の、前記非空気入りホイールの１つ又は複数の構成要素の成型のための少なくとも１つのキャビティを提供する第２の金型に入れるステップと、
前記第２の金型にマトリクス材料を導入し、前記非空気入りホイールの前記１つ又は複数の構成要素が形成するとともに前記マトリクス材料内に前記注型物を埋入するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記外側補強バンドが外面を有し、前記コアのために用いられる材料が前記外側補強バンドの外面を被覆しない、請求項１に記載の非空気入りタイヤの製造方法。
【請求項３】
前記内側補強バンドが内面を有し、前記コアのために用いられる材料が前記内側補強バンドの内面を被覆しない、請求項１に記載の非空気入りタイヤの製造方法。
【請求項４】
前記挿入するステップで用いられる前記コアの材料が、熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマー、セラミック、コンクリート、及び有機金属化合物からなる群から選択される、請求項１に記載の非空気入りタイヤの製造方法。
【請求項５】
前記挿入するステップが、結果的に前記コアが０．９０ｇ／ｃｍ3以上の密度を有することになる注型をもたらす、請求項１に記載の非空気入りタイヤの製造方法。
【請求項６】
前記外側補強バンドが外面を有し、前記第１の金型が前記外側補強バンドの前記外面と接触するように構成された弾性面を有する側壁を備え、前記外面が前記側壁の弾性面に押し込まれるときに前記挿入するステップの間に前記コアの材料が前記外側補強バンドの前記外面を被覆することを防ぐシールが形成される、請求項１に記載の非空気入りタイヤの製造方法。
【請求項７】
前記外側補強バンドが、モノフィラメント糸又はマルチフィラメント糸からなる群から選択されたコードからなり、前記コードが、少なくとも３巻きをなす螺旋形に巻かれる、請求項１に記載の非空気入りタイヤの製造方法。
【請求項８】
前記内側補強バンドが内面を有し、前記第１の金型が前記内側補強バンドの前記内面と接触するように構成された弾性面を有する側壁を備え、前記内面が前記側壁の弾性面に押し込まれるときに前記挿入するステップの間に前記コアの材料が前記内側補強バンドの前記内面を被覆することを防ぐシールが形成される、請求項１に記載の非空気入りタイヤの製造方法。
【請求項９】
前記内側補強バンドが、モノフィラメント糸又はマルチフィラメント糸からなる群から選択されたコードからなり、前記コードが、少なくとも３巻きをなす螺旋形に巻かれる、請求項１に記載の非空気入りタイヤの製造方法。
【請求項１０】
前記挿入するステップで用いられる前記コアの材料が、重合することができる液体反応混合物として前記内側補強バンドと前記外側補強バンドとの間のスペースに導入される、請求項１に記載の非空気入りタイヤの製造方法。
【請求項１１】
前記外側補強バンドが前記液体反応混合物に対して不透過性である、請求項１０に記載の非空気入りタイヤの製造方法。
【請求項１２】
前記内側補強バンドが前記液体反応混合物に対して不透過性である、請求項１０に記載の非空気入りタイヤの製造方法。
【請求項１３】
前記挿入するステップが、前記コアがエラストマー材料を含み且つ０．９０ｇ／ｃｍ3以上の密度を有することになる注型を提供する、請求項１に記載の非空気入りタイヤの製造方法。
【請求項１４】
前記挿入するステップで用いられる前記コアの材料が、熱可塑性ポリマー及び熱硬化性ポリマーからなる群から選択される、請求項１に記載の非空気入りタイヤの製造方法。
【請求項１５】
前記挿入するステップで用いられる前記コアの材料が、０．９０ｇ／ｃｍ3以上の密度を有するポリウレタンを含む、請求項１に記載の非空気入りタイヤの製造方法。
【請求項１６】
前記導入するステップで用いられる前記マトリクス材料が、熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマー、セラミック、コンクリート、及び有機金属化合物からなる群から選択される、請求項１に記載の非空気入りタイヤの製造方法。
【請求項１７】
半径方向及び周方向を画定する非空気入りホイールであって、
接地接触するトレッド部を支持するための環状バンドであり、前記周方向を中心として延びる環状バンドと、
前記環状バンド内に配置される環状補強構造体であり、
前記周方向に沿って延びる内側補強バンドと、
前記周方向に沿って延び、前記内側補強バンドの半径方向外側に配置される外側補強バンドと、
を備える補強構造体と、
前記内側補強バンドと外側補強バンドの間に少なくとも部分的に配置されるコアであり、前記内側補強バンドと前記外側補強バンドとの間の定位置に形成される材料から構築され、０．７５ｇ／ｃｍ3以上の密度を有するコアと、
前記環状バンドの半径方向内側に配置されるマウンティングバンドと、
前記環状バンドと前記マウンティングバンドとの間に接続される複数のウェブスポークと、
を備え、
前記環状バンド及び前記複数のウェブスポークはマトリクス材料を含み、前記環状補強構造体は前記マトリクス材料内に埋入されている、非空気入りホイール。
【請求項１８】
前記内側補強バンドが、モノフィラメント糸又はマルチフィラメント糸からなる群から選択されたコードからなり、前記コードが、少なくとも３巻きをなす螺旋形に巻かれる、請求項１７に記載の非空気入りホイール。
【請求項１９】
前記コアに、熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマー、セラミック、コンクリート、及び有機金属化合物からなる群から選択されるマトリクス材料が含浸される、請求項１７に記載の非空気入りホイール。
【請求項２０】
前記コアに、ポリウレタンを含むマトリクス材料が含浸される、請求項１７に記載の非空気入りホイール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権主張
本願は、すべての目的のために引用により本明細書に組み込まれる２０１０年１２月２９日に出願された米国特許仮出願第６１／４２８，０７４号に基づく優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明の主題は、環状補強構造体を有する非空気入りタイヤに関する。
【背景技術】
【０００３】
空気入りタイヤは、可撓性、快適さ、重さ、及び転がり抵抗に関する公知の解決策であるが、しかしながら、空気入りタイヤは、複雑さ、メンテナンスの必要性、損傷の受けやすさの欠点を有する。空気入りタイヤの性能を改善する装置は、例えば、より大きい可撓性、より良好な剛性の制御、より低いメンテナンス要件、及び損傷への抵抗性を提供することができる可能性がある。
【０００４】
従来のソリッドタイヤ、スプリングタイヤ、及びクッションタイヤは、空気入りタイヤのメンテナンスの必要性及び損傷の受けやすさをもたないが、残念なことにその性能の利点をもたない。特に、ソリッドタイヤ及びクッションタイヤは、典型的に、弾性材料層によって取り囲まれるソリッドリムを含む。これらのタイヤは、荷重の支持を、荷重の真下の弾性層の地面接触部分の圧縮に依拠する。これらのタイプのタイヤは、重く且つ固く、空気入りタイヤの衝撃吸収能力をもたないことがある。
【０００５】
スプリングタイヤは、典型的に、これをハブに接続するばね又はばね状要素を伴う硬い木材、金属、又は塑性体リングを有する。ハブは、これにより、ばねによって吊るされるが、柔軟性のないリングは、道路とのほんの小さい接触域を有し、これは本質的に可撓性を提供せず、乏しいトラクション及びステアリング制御を提供する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、空気入りホイールと同様の性能特徴を有する非空気入りホイール及び非空気入りホイールを製造するためのプロセスが有用であろう。より具体的には、空気入りタイヤの性能特徴を提供するために空気圧を必要としないホイール及び非空気入りホイールを製造するための方法が有益であろう。車両又は他の輸送装置上にマウントするためのハブを有する又はハブに接続することができるこうしたホイール及びこうしたホイールの製造方法もまた非常に有用であろう。
【０００７】
本発明の態様及び利点は、以下の説明に部分的に記載されることになり、又は説明から明らかとなる場合があり、又は本発明の実施を通じて学習される場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
１つの例示的な態様では、本発明は、第１の補強バンド、第２の補強バンド、及び第１の補強バンドと第２の補強バンドとの間に配置されるコアを含む環状補強構造体を有する非空気入りタイヤの製造方法を提供する。方法は、内側補強バンド及び外側補強バンドが内側補強バンドと外側補強バンドとの間に環状のスペースを形成するように同軸に離間された関係性をもって配置される状態で内側補強バンド及び外側補強バンドを第１の金型に提供するステップと、内側補強バンドと外側補強バンドとの間に位置する０．７５ｇ／ｃｍ3以上の密度を有するコアを含む注型物を提供するように第１の金型の内側補強バンドと外側補強バンドとの間のスペースにコアの材料を挿入するステップと、前記挿入するステップからの注型物を、非空気入りホイールの１つ又は複数の特徴の成型のための少なくとも１つのキャビティを提供する第２の金型に入れるステップと、非空気入りホイールの１つ又は複数の特徴が形成されるように第２の金型にマトリクス材料を導入するステップとを含む。
【０００９】
別の例示的な実施形態では、本発明は、半径方向及び周方向を画定する非空気入りホイールを提供する。ホイールは、接地接触するトレッド部を支持するための環状バンドを含み、環状バンドは周方向を中心として延びる。環状バンド内に環状補強構造体が配置される。補強構造体は、周方向に沿って延びる内側補強バンドと、周方向に沿って延び、前記内側補強バンドの半径方向外側に配置される外側補強バンドと、内側補強バンドと外側補強バンドとの間に少なくとも部分的に配置されるコアとを含む。コアは、内側補強バンドと外側補強バンドとの間の定位置に形成される材料から構築され、０．７５ｇ／ｃｍ3以上の密度を有する。環状バンドの半径方向内側にマウンティングバンドが配置される。環状バンドとマウンティングバンドとの間に複数のウェブスポークが接続される。
【００１０】
本発明のこれらの及び他の特徴、態様、及び利点は、以下の説明及び添付の請求項を参照すると、より良く理解されることになるであろう。本明細書に組み込まれ及びその一部をなす付属の図面は、本発明の実施形態を例証し、説明と共に、本発明の原理を解説するのに役立つ。
【００１１】
当業者に向けられたそのベストモードを含む本発明の十分な及び実施可能にする開示が、添付の図面への参照を行う本明細書に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の環状補強構造体の例示的な実施形態の上部斜視図である。
【図２】図１の例示的な実施形態の切取斜視図である。
【図３】金型の例示的な実施形態における図１の環状補強構造体の上面図である。
【図４】金型の例示的な実施形態における図１の環状補強構造体の斜視断面図である。
【図５】定位置にある図１の環状補強構造体を示す、環状補強構造体を作製するための金型の例示的な実施形態の上面図である。
【図６】定位置にある例示的な補強構造体が示された、金型の別の例示的な実施形態の斜視断面図である。
【図７】例示的な金型の表面と内側補強バンド及び外側補強バンドとの間のシールを示す、図６の金型の側部の拡大図である。
【図８】マトリクス材料に埋め込まれた環状補強構造体の例示的な実施形態を示す上部斜視図である。
【図９】図８の例示的な実施形態の側部断面図である。
【図１０】本発明の非空気入りホイールの例示的な実施形態の斜視図である。
【図１１】図１１の線１１−１１に沿って見た、図１に示されたような例示的な環状補強構造体を組み込んでいる、例示的な実施形態の部分断面図である。
【図１２】図１１の線１１−１１に沿って見た、本発明の別の例示的な環状補強構造体を組み込んでいる、例示的な実施形態の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
異なる図面における同一の又は同様の参照番号の使用は、同一の又は同様の特徴を表す。
【００１４】
本発明は、ホイールの構造支持を提供する補強バンドをもつ非空気入りホイール及びこうしたホイールの製造方法を提供する。本発明を説明する目的で、ここでその１つ又は複数の例が例証される又は図面を伴う本発明の実施形態及び／又は方法への参照を詳細に行う。各例は、本発明を限定するのではなく本発明を説明するために提供される。実際には、本発明の範囲又は精神から逸脱することなく本発明に種々の修正及び変形を行うことができることが当業者には明らかであろう。例えば、１つの実施形態の一部として例証され又は説明される特徴又はステップを別の実施形態又はステップと共に用いてさらなる実施形態又は方法をもたらすことができる。したがって、本発明は、添付の請求項及びそれらの均等物の範囲内にある場合のこうした修正及び変形を包含することが意図される。
【００１５】
内側補強バンド及び外側補強バンド
図１及び図２を参照すると、非空気入りホイールに用いられてもよい環状補強構造体１の例示的な実施形態は、内側補強バンド２、外側補強バンド３、及びコア材料から作製され定位置に注型されたコア４を有する。補強構造体１は、様々な寸法で作製されてもよい。単なる例として、環状補強構造体１の幅５は、１ｃｍから２メートルまでの範囲であってもよく、外径６は、７ｃｍから４メートルまでの範囲であってもよい。単なる例として、内側補強バンド２と外側補強バンド３との間の距離、すなわち、コア材料４の厚さ７は、２ｍｍから２５ｍｍまでの範囲であってもよい。
【００１６】
本発明の種々の実施形態では、曲げ又は剪断力によってもたらされる場合があるような環状補強構造体１内の内側補強バンド２及び外側補強バンド３の相対運動を可能にすることが望ましい。このような状況では、コア材料４は、５ｍｍの最小厚さ（参照番号７で表わされる）で提供されてもよい。補強バンドの適切な構造、位置合わせ、及び間隔を含む本発明の環状補強構造体に関する用途は、米国特許第６，７６９，４６５号Ｂ２及び米国特許第７，６５０，９１９号Ｂ２で見出される場合がある。
【００１７】
補強バンド２及び３のそれぞれは、半径方向に柔軟性があり且つ周縁部において比較的伸張性のないものとして特徴付けられる円形ストリップである。本発明の一実施形態では、補強バンド２及び３は、バンドが円の形状に配向されるときにバンドの永久歪みを経験することなくバンドの半径の１０分の１以下の曲げ半径にさせられるのに十分なだけの柔軟性がある。内側補強バンド２と外側補強バンド３は、材料の構成及び設計の両方に関して同じであってもよいし又は異なっていてもよい。
【００１８】
単なる例として、補強バンド２及び３は、織られた又は織られていないテキスタイル構造体、モノフィラメントコード及び／又はマルチフィラメントコード、２成分糸、紡績糸、編組コードの配置、ポリマー又は金属の単層又は多層シート、若しくは上記の材料の組合せであってもよい。単なる例として、補強バンド２及び３は、ガラス繊維、レーヨン、ナイロン、アラミド、ポリエステル、炭素、又はスチールのような金属で構築されてもよい。材料は、性能を改善する、製造をより容易にする、及び／又は材料間の結合強度を改善するために処理されてもよい。例は、真鍮めっきスチール、エラストマーで被覆されたコード、及びレゾルシノール−ホルムアルデヒドラテックスのような接着促進剤の使用を含む。適切な補強バンド２及び３のさらなる例は、動力伝達のためのベルト、ホース、タイヤ、ローラ、ストラッピング、及びガスケットにおいて見出される場合がある。
【００１９】
さらなる例として、３５以上、又はさらには７０以上、又はさらには２１０以上のヤング率（ＧＰａ）を有する材料が、補強バンド２及び３の構築に関して本明細書で有用である。代替的に、コア材料４と組み合わされた補強バンド２及び３の剛性は、それぞれ１，０００：１又はさらには１０，０００：１の相対ヤング率によって特徴付けられる場合がある。
【００２０】
一例では、補強バンド２又は３は、少なくとも３巻きをなす螺旋形に巻かれるモノフィラメントコード又はマルチフィラメントコードであってもよい。コードの複数の巻き目は、糸がコードに垂直に配置される状態で例えば織ること又は編むことによって隣接するコード間で絡み合った糸によって互いに保持されてもよい。絡み合った糸は、溶融して構造体を互いに融合させ、これによりバンドに特に軸方向の安定性を提供することができる繊維を含んでもよい。有用な補強バンド構造体の例は、引用により本明細書に組み込まれる２０１０年３月１２日に出願された継続中の米国特許出願第１２／６６１，１９６号で見出される場合がある。
【００２１】
同じく本発明の範囲内にあるのは、バンド２及び３のいずれか又は両方に関する多プライ補強バンドの使用である。例えば、補強材料の層は、互いに重なり合い、できれば適切なバインダ、接着剤、又はステッチ結合によって接合されてもよい。プライは、互いに平行に又は例えば１つのプライを他の周りに螺旋形に巻くことによって或る角度をなして配向されてもよい。多プライ構造体は、本明細書では単一の補強バンドとして考えられる。
【００２２】
補強バンド２及び３は、コア材料が注型されるときにコア４のために用いられる材料に対して不透過性であってもよい。コア材料は、ポリウレタンを生成することができるポリオールとポリイソシアネート（ｐｏｌｙｉｓｏｃｙａｎｔｅ）との反応性混合物のような液体反応混合物として注型されてもよい。さらなる例として、コア材料は、熱可塑性樹脂のような溶融された状態であってもよく、又は固まっていないコンクリートのような塑性状態であってもよい。したがって、補強バンド２又は３の構造は、補強バンド２又は３を不透過性にするために、注型されているコア材料の粘度及び補強バンド材料と注型されているコア材料との表面相互作用のような因子に基づいて選択することができる。したがって、補強バンド２及び３の一方又は両方の外側はコア材料によって被覆されない。
【００２３】
金型
コア４の材料は、定位置に注型される、すなわち、内側補強バンド２及び外側補強バンド３は、離間された同軸配向に維持され、コア材料はその場で形成される。図３及び図４を参照すると、２つの部品、すなわち外側補強バンド３の周縁部に対応する側壁１０を有する外側金型９と、内側補強バンド２の周縁部に対応する側壁１２を有する内側金型１１とを有するリング金型８の例示的な実施形態が示される。金型８は、あらゆる適切な材料で作製されてもよく、金型８からの環状補強構造体１の解放を促進させるために仕上げ又はコーティングを備える。
【００２４】
金型８における補強バンド２及び３の位置合わせを維持するために、種々の技術のうちのいずれかが採用されてもよい。例えば、補強バンド２及び３は、摩擦、垂直リブ、段差、ジグ、位置決めピン、及びこれらの組み合わせによって定位置に保持されてもよい。一実施形態では、補強バンド２及び３は、鉄を含む又は鉄を含む成分を含み、補強体２及び３は、磁石又は電磁石によって定位置に保持される。
【００２５】
本発明の一実施形態では、外側金型９の側壁１０の表面及び内側金型１１の側壁１２の表面は、弾性材料で被覆される。コーティングは、熱可塑性材料又は熱硬化性材料であってもよい。単なる例として、コーティングは、エラストマー、特にシリコンゴムであってもよい。弾性面を有する金型８の利点は、外側補強バンド３、内側補強バンド２、又はこの両方が、シールをもたらすために表面に押し込まれてもよいことである。したがって、コア材料が注型されている間に補強バンド２又は３がコア材料を透過させることができる場合であっても、金型８の側部と接触している補強バンド２又は３の表面の少なくとも一部は、生じたシールに起因してコア材料で被覆されることを防がれる。環状補強構造体１の被覆されなかった部分は、次いで、補強されているマトリクス材料のような別の組成物に結合されてもよい。
【００２６】
図５、図６、及び図７を参照すると、ヒンジ１７によって接合される２つの金型片１５及び１６を有する外側金型１４を有する金型１３の例示的な実施形態が示される。外側金型１４は、コード１８が金型１４の弾性面１９に押し込まれるように外側補強バンド３の周りに「クランプ」することができる。金型１３の第２の構成部品は、拡張可能な内側金型２０である。内側金型２０は、内側補強バンド２が内側金型２０の上におかれた後で内側金型２０の内部キャビティ２２の中に強制されてもよいピストン２１を有する。ピストン２１は、内側金型２０を拡張させ、これにより、内側補強バンド２のコード２３を内側金型２０の弾性面２４に押し込む。図示された例では、外側補強バンド３の外側及び内側補強バンド２の内側は、コア材料が低粘度の液体反応混合物から注型された場合であってもコア材料によって被覆されないであろう。
【００２７】
多くの用途では、コア４が補強バンドの一方の側部に結合され、マトリクス材料のような第２の材料が補強バンドの反対側の側部に結合されることが望ましいことが理解されるであろう。単なる例として、補強バンドは、螺旋形になる可能性があるコードで形成されてもよく、コア材料によって被覆されるコードの部分とマトリクス材料によって被覆されるコードの部分の相対表面積は、それぞれ７０：３０から３０：７０まで、又はさらには１０：９０から９０：１０まで変化してもよい。
【００２８】
コア材料
内側補強バンドと外側補強バンドは、定位置に注型されたコア４によって分離される。コア４の材料は、０．７５ｇ／ｃｍ3以上の密度を有する固体、０．９０ｇ／ｃｍ3以上の密度を有する固体、又はさらには１．１ｇ／ｃｍ3以上の密度を有する固体である。コア４の材料は、定位置に注型されてもよい多様な有機材料及び無機材料から選択されてもよい。単なる例として、コア材料は、熱可塑性材料及び熱硬化性材料を含む天然ポリマー又は合成ポリマーであってもよい。特に、コア材料は、その場で加硫されてもよい天然ゴム又は合成ゴム、ポリウレタン、セグメント化コポリエステル、ポリアミドコポリマー、及び熱可塑性エラストマーのようなエラストマー材料であってもよい。本発明の一実施形態では、コア材料は、発泡剤なしに、すなわち実質的に空隙なしに形成され、内側補強バンド２と外側補強バンド３との間のスペースを満たす及びそれに結合される、ポリウレタンポリマーである。別の例では、コア材料は、セラミック、コンクリート、又は有機金属化合物である。
【００２９】
コア材料の性質がコア４を定位置に注型する方法を決めるであろう。したがって、コア材料は、重合することができる反応混合物、架橋することができる未加硫のポリマー、又は加硫することができる無機塑性体、例えば水和され及び加硫されるコンクリートとして注型されてもよい。代替的に、コア材料は、溶融され冷却される熱可塑性樹脂のようなポリマーであってもよい。重合又は架橋を促進させるための触媒、及びコア材料の特性を変えるための当業者に公知の可塑剤のような組成物といった種々の他の添加剤もまたコア材料中に存在してもよい。
【００３０】
２つの補強バンド２及び３及びコア材料４に関する本明細書で開示される環状補強構造体１の製造方法は、各バンドが同じ又は異なるコア材料によって分離される状態の３つの補強バンドを有する環状補強構造体を生産するために第３の補強バンド及び第２のコア材料で繰り返すことができる可能性がある。例えば、本明細書で開示される方法及び装置を採用することで、コア材料が間に挟まれた状態で外側補強バンド及び中間補強バンドを最初に組み立て、その後、内側補強バンドと中間補強バンドとの間に第２のコア材料がある状態で内側補強バンドを組み立てることができる。
【００３１】
補強されるマトリクス材料
本発明の環状補強構造体１は、マトリクス材料を補強するのに用いられてもよい。環状補強構造体１は、マトリクス材料で覆われてもよい、すなわち、マトリクス材料は、構造体の少なくとも１つの表面、例えば、外側補強バンド３の外面を覆う。代替的に、環状補強構造体１は、マトリクス材料の中に埋め込まれてもよい。本発明のさらに別の実施形態では、第１のマトリクス材料は、外側補強バンド３の外面に結合されてもよく、第２の材料は、内側補強バンド２の内面に結合されてもよい。
【００３２】
図８及び図９を参照すると、環状補強構造体２５の別の例示的な実施形態が、補強リング２７をもたらすためにマトリクス材料２６の中に埋め込まれた状態で示される。補強リング２７の断面が図９に示され、これはまた、内側補強バンド２８、外側補強バンド２９、及びコア３０をもつ環状補強構造体２５を示す。
【００３３】
マトリクス材料は、多様な有機材料及び無機材料、特に、環状補強構造体がその中に埋め込まれた状態で注型されてもよい材料から選択されてもよい。単なる例として、マトリクス材料は、熱可塑性材料及び熱硬化性材料を含む天然ポリマー又は合成ポリマーであってもよい。特に関心がもたれるのは、天然ゴム又は合成ゴム、ポリウレタン、セグメント化コポリエステル、ポリアミドコポリマー、及び熱可塑性エラストマーのようなエラストマーマトリクス材料である。本発明の一実施形態では、コア４のために用いられる材料はポリウレタンポリマーであり、マトリクス材料２６はポリウレタンポリマーであり、両方とも発泡剤なしに、すなわち実質的に空隙なしに形成される。別の例では、マトリクス材料は、セラミック、コンクリート、又は有機金属化合物である。
【００３４】
非空気入りホイール
例えば、非空気入りホイール又はタイヤをもたらすために環状補強体１及び２５のような環状補強体の実施形態が用いられてもよい。図１０は、本発明に係る構造的に支持されるホイール４０１の例示的な実施形態の斜視図を提供する。本明細書で用いられる場合の、構造的に支持されるとは、タイヤがガス膨張圧の支持なしにその構造部品によって荷重を負担することを意味する。図１１は、図１０に示される場合の線１１−１１に沿って見たホイール４０１の部分断面図を提供する。矢印Ｃは周方向を表す。矢印Ｒは半径方向を表す。矢印Ａは、時々横断方向又は横方向とも呼ばれる軸方向を表す。
【００３５】
ここで図１０をより具体的に参照すると、環状補強構造体１は、周方向Ｃを中心に延びるバンド４０５内に配置される。この例示的な実施形態では、環状補強構造体１は、前述のように構築される。加えて、例えば既に示したように環状補強構造体２５のような他の構成又は複数のコア４を有する構成が用いられてもよい。ホイール４０１に関して、バンド２及び３は、例えば、ホイール４０１のための垂直剛性を提供し、一方、コア４は、さらに説明されることになるようにホイール４０１の剪断層を提供するのを支援する。
【００３６】
本発明によれば、ホイール４０１は、空気入りタイヤのトラクション、ステアリング、又はサスペンション品質が有利となる又は改善を必要としている用途に有用である。以下でより十分に説明されるように、本発明に従って構築される構造的に支持されるホイール４０１は、空気入りタイヤよりも少ないメンテナンスを必要とするホイールにおいて改善された可撓性特徴及び剛性特徴を提供することができる。自動車での使用に加えて、こうしたホイールはまた、例えば、車椅子、移動ベッド、病院のベッド、繊細な器具のカート、又は衝撃への配慮が重要な他の車両又は乗物に有利に用いることができる可能性がある。加えて、ホイールは、椅子又は他の家具のキャスターの代わりに、又は乳母車、スケートボード、インラインスケートなどのホイールとして用いられてもよい。本発明のホイール４０１は、荷重に耐える又は荷重をかけるホイールが用いられる機械又は装置に用いることができる可能性がある。「車両」という用語は、説明する目的で以下で用いられるが、しかしながら、その上に可撓性ホイールをマウントすることができる可能性があるあらゆる装置が以下の説明に含まれ、「車両」はこれを含むように理解されるべきである。
【００３７】
図１１及び図１２に示すようなホイール４０１は、バンド４０５を横切って横断方向に且つそこから内向きにウェブスポーク４２０の半径方向内側の端でマウンティングバンド４２５に延びるウェブスポーク４２０として例証される環状バンド４０５及び複数の張力伝達要素を有する。マウンティングバンド４２５は、マウントするための穴４３５をもつハブ４３０にホイール４０１を固定する。トレッド部４１０はバンド４０５の外周部に形成される。トレッド部４１０は、例えば、バンド４０５を構築するのに用いられる材料とは異なるトラクション特性及び摩耗特性を提供するように、図１１に示すようにバンド４０５上に結合される付加的な層であってもよい。代替的に、トレッド部４１０は、可撓性バンド４０５の外面の一部として形成されてもよい。トレッド特徴は、トレッド部４１０に形成されてもよく、ブロック４１５及び溝４４０を含んでもよい。
【００３８】
前述のように、図１０及び図１１の例示的な実施形態におけるウェブスポーク４２０はホイール４０１を横切って横断方向に延び、これは、本明細書で用いられる場合、ウェブスポーク４２０がホイール４０１の側部から側部に延び、回転軸と位置合わせされる場合があり、又はホイール軸に対して斜めである場合があることを意味する。さらに「内向きに延びる」とは、ウェブスポーク４２０がバンド４０５とマウンティングバンド４２５との間に延び、ホイール軸に対して半径方向の平面内にある場合があり、又は半径方向の平面に対して斜めである場合があることを意味する。加えて、図１０に示すように、ウェブスポーク４２０は、実際には、半径方向の平面に対して異なる角度をなすスポークを含んでもよい。例えば、米国特許第７，０１３，９３９号に示されるような種々の形状及びパターンが用いられてもよい。
【００３９】
バンド４０５は、ホイール４０１上の荷重を支持し、トラクション能力及びハンドリング能力を提供するために道路（又は他の支持面）に従うように弾性変形する。より具体的には、米国特許第７，０１３，９３９号で説明されるように、ハブ４３０を通してホイール４０１上に荷重がかかるときに、バンド４０５は、これが接地接触のために屈曲し、又は他の方法で変形し、こうした荷重の下で地面と接触するホイール４０１の部分である接触パッチを形成するという点で可撓的に作用する。接地接触しないバンド４０５の部分は、アーチと同様の様態で作用し、荷重支持部材として作用するのに十分なだけ高い赤道面内の周縁部圧縮剛性及び長手方向屈曲剛性を提供する。本明細書で用いられる場合の「赤道面」とは、ホイール回転軸を垂直に通り、且つホイール構造体を二分する平面を意味する。
【００４０】
車両（図示せず）からハブ４３０に伝達されるホイール４０１上の荷重は、バンド４０５の荷重支持部分に取り付けられるウェブスポーク４２０によって本質的に吊られる（ｈａｎｇ）。接地接触領域におけるウェブスポーク４２０は、荷重に起因する引張負荷を経験しない。ホイール４０１が回転する際に、もちろん、アーチとして作用する可撓性バンド４０５の特定の部分が連続的に変化するが、しかしながら、アーチの概念は、荷重支持機構を理解するのに有用である。バンド４０５の屈曲量、したがって、接触パッチのサイズは、荷重に比例する。バンド４０５が荷重の下で弾性的に屈曲する能力は、同様の有利な結果を伴う空気入りタイヤのものと同様に作用する可撓性接地接触域を提供する。
【００４１】
例えば、バンド４０５は、よりスムーズな乗り心地を提供するために障害物を包み隠すことができる。また、バンド４０５は、トラクション、コーナリング、及びステアリングのために地面又は道路に力を伝達することができる。対照的に、典型的なソリッドタイヤ及びクッションタイヤでは、剛性ハブの下のクッション材料の圧縮を含む、接触域におけるタイヤ構造体の圧縮によって、荷重が支持される。クッション材料の可撓性は、材料の圧縮特性及び剛性ホイール又はハブ上の材料の厚さによって制限される。可撓性バンドを用いる非空気入りホイールの例はまた、米国特許第６，７６９，４６５号Ｂ２及び米国特許第７，６５０，９１９号Ｂ２で見出すことができる。
【００４２】
図１０及び図１１をさらに参照すると、ウェブスポーク４２０は、半径方向の長さＬ、可撓性バンド４０５の軸方向の幅に概して対応する軸方向の幅Ｗを有する実質的にシート状の要素であるが、図１１に示すように半径方向に沿って変化する幅Ｗを含む他の幅Ｗが用いられてもよい。ウェブスポーク４２０はまた、圧縮状態にあるときにウェブスポークが座屈又は屈曲できるようにする長さＬ又は幅Ｗのいずれかよりも概して非常に小さい厚さ（すなわち、長さＬ及び幅Ｗに垂直な寸法）を有する。より薄いウェブスポークは、接触域を通過するときに実質的に圧縮抵抗なしに、すなわち圧縮荷重耐力を与えずに又はほんの僅かにしか与えずに屈曲するであろう。ウェブスポーク４２０の厚さが増加するのに伴って、ウェブスポークは、接地接触域における幾らかの圧縮荷重耐力を提供してもよい。しかしながら、ウェブスポーク４２０の全体として支配的な荷重伝達作用は張力にある。車両又は用途に関する特定の要件を満たすために特定のウェブスポーク厚さが選択されてもよい。
【００４３】
図１１で見られるように、好ましくは、ウェブスポーク４２０は、可撓性バンド４０５に対して軸方向Ａにわたって配向される。ウェブスポーク４２０における張力は、したがって、荷重を支持するためにバンド４０５にわたって分散される。単なる例として、ウェブスポーク４２０は、約１０〜１００ＭＰａの引張り係数を有するエラストマー材料で形成されてもよい。ウェブスポーク４２０は所望の場合に補強されてもよい。ウェブスポーク材料４２０を構築するのに用いられる材料はまた、例えば３０％伸ばされた後で元の長さに戻る、及びウェブスポーク材料が例えば４％伸ばされたときに一定の応力を呈するように弾性挙動を呈するべきである。さらに、関連する作動条件で０．１を超えないｔａｎδをもつ材料を有することが望ましい。例えば、これらの要件を満たす市販のゴム又はポリウレタン材料を特定することができる。さらなる例として、コネチカット州ミドルベリのＣｈｅｍｔｕｒａ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのＶｉｂｒａｔｈａｎｅ  Ｂ８３６の銘柄のウレタンが、ウェブスポーク４２０の構築に適している。
【００４４】
図１０及び図１１の例示的な実施形態では、ウェブスポーク４２０は、ホイール４０１をハブ４３０にマウントするためにハブ４３０を取り囲む半径方向内側のマウンティングバンド４２５によって相互接続される。構成材料及び製造プロセスに応じて、ハブ４３０、マウンティングバンド４２５、環状バンド４０５、及びウェブスポーク４２０は、単一のユニットとして成型されてもよい。代替的に、こうした構成部品のうちの１つ又は複数は、別々に形成され、次いで、例えば、接着剤又は成型を通じて互いに取り付けられてもよい。加えて、他の構成部品が同様に含まれてもよい。例えば、ウェブスポーク４２０をそれらの半径方向外側の端で接続するのに境界面バンドを用いることができ、次いで、境界面バンドはバンド４０５に接続されるであろう。
【００４５】
さらなる実施形態によれば、ウェブスポーク４２０は、例えば、ハブ４３０のスロット装置と係合する拡大部を各ウェブスポーク４２０の内側の端に提供することによって、又はハブ４３０の中に形成されるホック又はバーにループを形成するように隣接するウェブスポーク４２０を取り付けることによって、ハブ４３０に機械的に取り付けることができる可能性がある。
【００４６】
張力のかかった状態で高い有効剛性を有するが圧縮状態で非常に低い剛性を有するウェブスポーク４２０を有することによって実質的に純粋に引張荷重支持が得られる。特定の方向の屈曲を容易にするために、ウェブスポーク４２０は湾曲されてもよい。代替的に、ウェブスポーク４２０は、湾曲をもつように成型し、特定の方向に屈曲する性質を提供するために冷却中に熱収縮によってまっすぐにすることができる。
【００４７】
ウェブスポーク４２０は、例えば、ホイール４０１にトルクがかかるときに環状バンド４０５とハブ４３０との間のねじれに抵抗するべきである。加えて、ウェブスポーク４２０は、例えば、方向転換又はコーナリングのときに横方向の偏向に抵抗するべきである。理解されるように、半径方向−軸方向の平面内にある、すなわち半径方向と軸方向との両方に位置合わせされるウェブスポーク４２０は、軸方向に向けられた力への高い抵抗を有することになるが、特に半径方向Ｒに細長い場合には、周方向Ｃのトルクへの比較的低い抵抗を有する可能性がある。例えば比較的低いトルクをもたらす、或る車両及び用途では、半径方向Ｒに位置合わせされる比較的短いスポーク４２０を有するウェブスポークパッケージが適するであろう。高いトルクが予想される用途では、米国特許第７，０１３，９３９号の図５〜図８に示すような配置のうちの１つがより適する場合がある。そこに示される変形例では、半径方向の及び横方向の力に抵抗する構成部品を保持しながら半径方向及び周方向の両方の力に抵抗する、したがってトルクへの抵抗性を付加する構成部品を含むウェブスポークの幾つかの配向が提供される。配向の角度は、用いられるウェブスポークの数及び隣接するウェブスポーク間の間隔に応じて選択されてもよい。他の代替的配置が用いられてもよい。
【００４８】
本発明の可撓性ホイールの１つの利点は、バンド４０５及びウェブスポーク４２０のサイズ及び配置を選択することで、ホイールの垂直方向剛性、横方向剛性、及びねじれ剛性が接触圧とは及び互いに独立して調整できるようになることである。バンド４０５の作動パラメータ、荷重負担、及び可撓性は、設計荷重要件を満たすための赤道面内の周縁部圧縮剛性及び長手方向屈曲剛性を有する材料の選択によって或る程度決定される。これらのパラメータは、ホイール４０１の直径、軸方向Ａの環状バンド４０５の幅、半径方向Ｒのバンド４０５の厚さ、並びにウェブスポーク４２０の長さ及び間隔を考慮して検討される。ウェブスポークの数は、バンド４０５の円形性を維持するように選択され、隣接するウェブスポーク４２０間の間隔にも依存するであろう。
【００４９】
図１１に続けると、既に示したように、バンド４０５は環状補強構造体１を含む。バンド４０５は、例えば、非空気入りホイール４０１の一部として一体成型されてもよく、又は別々に構築され、次いでホイール４０１の他の要素に取り付けられてもよい。例えば、ホイール４０１の１つの例示的な製造方法では、例えば、環状補強バンド２及び３の間にコア４を配置するために前述の１つ又は複数の方法を用いて構造体１のような環状補強構造体が構築される。結果として得られる組立体（図１及び図２）は、金型の中に入れられ、バンド４０５として注型され、これは次いでウェブスポーク４２０のようなホイール４０１の他の要素に接続することができる。例えば、バンド４０５の注型は、コア４に含浸してもよいマトリクス材料を金型の中に入れることを含んでもよい。
【００５０】
代替的に、及びさらなる例として、環状構造体１は、金型の中に入れられ、ホイール４０１として注型されてもよい。例えば、環状補強体１は、スポーク４２０、マウンティングバンド４２５、及びハブ４３０を画定する１つ又は複数のキャビティを提供するホイール金型の中に入れることができる。代替的に、ハブ４３０は、別々に形成され、成型されたマウンティングバンド４２５を受け入れるように構成されてもよい。マトリクス材料は、次いで、例えばホイール４０１のような非空気入りホイールの特徴（例えば、スポーク、バンドなど）を形成するために金型の中に提供される。マトリクス材料はまた、既に説明したように、コア４、及び潜在的に環状補強バンド２及び３に含浸してもよい。図１１は、バンド４０５を形成するマトリクス材料２６がコア４の中に浸透しなかった環状補強バンド１の使用を例証し、一方、図１２は、マトリクス材料がコア４に浸透した環状補強バンド１を例証する。単なる例として、こうした構成に適したマトリクス材料は、例えば、コネチカット州ミドルベリのＣｈｅｍｔｕｒａ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのＶｉｂｒａｔｈａｎｅ  Ｂ８３６の銘柄のウレタンを含む。
【００５１】
構造的に支持される非空気入りホイールの製造プロセスを完了するために、結果として得られたホイール４０１の注型物がトレッドバンド又はトレッド部４１０に提供される。本発明の例示的な代替の方法では、環状補強構造体の注型は、両方を所望の構成のホイール金型に入れる前に締まり嵌めを用いてトレッド部４１０に配置することができる可能性がある。こうした方法は、ホイール金型の装填及び閉鎖中のスポーク４２０及び／又はバンド４２５間の干渉問題をなくす一助とすることができる可能性がある。
【００５２】
本発明の主題は特定の例示的な実施形態及びその方法に関して詳細に説明されているが、当業者は、上記の理解を得れば、こうした実施形態への変形、変更、及び均等物を容易にもたらすことができることを理解するであろう。したがって、本開示の範囲は、限定するものではなく単なる例であり、主題の開示は、当業者にはすぐに明らかとなるであろう本発明の主題へのこうした修正、変形、及び／又は付加の包含を除外しない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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