(57)【要約】  トレッド及びケーシングを含む空気入りタイヤであって、トレッドが外側外面を含み、ケーシングが内側膨張面を含む、該空気入りタイヤと、ケーシングとトレッドとの間に配置され、少なくとも１つの空気通過ポートを備えた弾性の膨張ルーメンと、を含む自動膨張式タイヤが提供される。【選択図】図１Ａ
2021514902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動膨張式タイヤであって、
（ａ）トレッド及びケーシングを含む空気入りタイヤであって、前記トレッドが外側外面を含み、前記ケーシングが内側膨張面を含む、該空気入りタイヤと、
（ｂ）前記ケーシングと前記トレッドとの間に配置され、少なくとも１つの空気通過ポートを備えた弾性の膨張ルーメンと、を含むことを特徴とする自動膨張式タイヤ。
【請求項２】
請求項１に記載の自動膨張式タイヤであって、
前記少なくとも１つの空気通過ポートは、入力ポート、出力ポート、及び入力／出力ポートからなる群から選択されることを特徴とする自動膨張式タイヤ。
【請求項３】
請求項１に記載の自動膨張式タイヤであって、
前記膨張ルーメンは閉鎖端膨張ルーメンを含み、前記閉鎖端膨張ルーメンは前記空気入りタイヤの円周の少なくとも一部にわたって広がっていることを特徴とする自動膨張式タイヤ。
【請求項４】
請求項１に記載の自動膨張式タイヤであって、
前記膨張ルーメンは開放端膨張ルーメンを含み、前記開放端膨張ルーメンは前記空気入りタイヤの円周の少なくとも一部にわたって広がっていることを特徴とする自動膨張式タイヤ。
【請求項５】
請求項１に記載の自動膨張式タイヤであって、
前記トレッドはチャネルを含み、前記膨張ルーメンは前記チャネル内に配置されていることを特徴とする自動膨張式タイヤ。
【請求項６】
請求項１に記載の自動膨張式タイヤであって、
ポンプ機構が、チューブレスタイヤ及びチューブタイヤからなる群から選択されるタイヤに構成されることを特徴とする自動膨張式タイヤ。
【請求項７】
請求項１に記載の自動膨張式タイヤであって、
圧縮層をさらに含み、
前記圧縮層は、前記膨張ルーメンと前記トレッドとの間、及び前記ケーシングと前記膨張ルーメンとの間からなる群より選択される位置に配置され、
前記圧縮層は、アクチュエータを含み、
前記アクチュエータは、基部及び先細先端部を含む断面を有し、
前記先細先端部は、前記膨張ルーメンの外面に当接し、
前記圧縮層は、前記空気入りタイヤの円周の少なくとも一部に沿って延びる長さを有することを特徴とする自動膨張式タイヤ。
【請求項８】
請求項７に記載の自動膨張式タイヤであって、
前記アクチュエータは、前記圧縮層の前記長さを横切る前記先細先端部に少なくとも１つの隆起特徴を有することを特徴とする自動膨張式タイヤ。
【請求項９】
請求項７に記載の自動膨張式タイヤであって、
前記圧縮層は、連動アクチュエータを含み、
前記連動アクチュエータは、前記膨張ルーメンの第１側部に配置された雌型アクチュエータと、前記膨張ルーメンの第２側部に配置された雄型アクチュエータとを含み、
前記第１側部は前記第２側部と対向し、
前記連動アクチュエータは、前記膨張ルーメンと前記アクチュエータとの間のアライメントを維持するように導かれる周囲の力を加えるように構成されることを特徴とする自動膨張式タイヤ。
【請求項１０】
請求項７に記載の自動膨張式タイヤであって、
前記トレッドは、前記圧縮層よりも硬いことを特徴とする自動膨張式タイヤ。
【請求項１１】
請求項１に記載の自動膨張式タイヤであって、
前記膨張ルーメンは、前記空気入りタイヤの円周に沿って配置されることを特徴とする自動膨張式タイヤ。
【請求項１２】
請求項１に記載の自動膨張式タイヤであって、
前記膨張ルーメンと前記トレッドとの間に配置された膨張ルーメン保護層をさらに含むことを特徴とする自動膨張式タイヤ。
【請求項１３】
請求項１に記載の自動膨張式タイヤであって、
前記膨張ルーメンはブロック形状の断面を有し、
前記ブロック形状の断面は、前記膨張ルーメンを形成するチャネルを含むことを特徴とする自動膨張式タイヤ。
【請求項１４】
請求項１に記載の自動膨張式タイヤであって、
バルブをさらに含み、
前記バルブは、膜バルブ、三方バルブ、及び二方バルブからなる群より選択されることを特徴とする自動膨張式タイヤ。
【請求項１５】
請求項１４に記載の自動膨張式タイヤであって、
コネクタチューブをさらに含み、
前記コネクタチューブは、前記膨張ルーメンと前記バルブとの間に配置されることを特徴とする自動膨張式タイヤ。
【請求項１６】
請求項１５に記載の自動膨張式タイヤであって、
前記コネクタチューブはアキュムレータを含み、
前記アキュムレータは、前記膨張ルーメンと前記バルブとの間の或る体積の空気を蓄えることを特徴とする自動膨張式タイヤ。
【請求項１７】
請求項１５に記載の自動膨張式タイヤであって、
前記バルブはインナチューブに接続され、
前記インナチューブの接続は、前記膨張ルーメンと前記インナチューブの前記バルブとの間に接続されたコントローラを含むことを特徴とする自動膨張式タイヤ。
【請求項１８】
請求項１に記載の自動膨張式タイヤであって、
バルブ及びアクチュエータ調圧器をさらに含み、
前記アクチュエータ調圧器は、調節可能な空気入力／出力ポートを含むことを特徴とする自動膨張式タイヤ。
【請求項１９】
請求項１に記載の自動膨張式タイヤであって、
コントローラをさらに含み、
前記コントローラは、取り外し可能なコントローラ、圧力可変コントローラ、及び定圧コントローラからなる群より選択されることを特徴とする自動膨張式タイヤ。
【請求項２０】
請求項１９に記載の自動膨張式タイヤであって、
前記コントローラは、インナチューブの内側の位置に配置されていることを特徴とする自動膨張式タイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、参照により本明細書に組み入れられる、２０１８年２月２６日に出願された米国仮特許出願第６２／６３５，１９５号の優先権を主張する。本出願は、参照により本明細書に組み入れられる、２０１８年４月１７日に出願された米国仮特許出願第６２／６５８，８５５号の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、空気入りタイヤの膨張に関する。より具体的には、本発明は、タイヤケーシングとタイヤトレッドとの間に配置された圧縮層を有する自動膨張式の空気入りタイヤに関する。
【背景技術】
【０００３】
自転車用の自動膨張式タイヤの最も効率的なポンプ設計の１つは、タイヤのトレッドの外側であってタイヤの中央に窪み（ルーメン）を設けることである。この設計では、堅く硬質のタイヤが、ポンプ機構を硬い路面に押し付ける。車輪にかかる負荷のほとんどが路面を押し下げ、したがってポンプ機構を押し下げるので、この設計は非常に効率的である。しかしながら、このタイプの設計では、ポンプ機構がタイヤの外面（riding surface）に沿って高い隆起部を有しておりタイヤ痕が発生しやすいので、またはポンプ機構が外面の要素によって容易に破れ、裂け、損傷し得るので、タイヤの乗り心地が損なわれるなどのいくつかの問題が存在する。さらなる問題は、ポンプ機構の壁厚が薄いことに起因してポンプ機構の耐久性が低いことであり、現在のタイヤ製造プロセスは、射出成形及び加硫サイクルに耐えるポンプ機構などの高精度の機構には適していない。
【０００４】
必要とされるのは、タイヤケーシングとタイヤトレッドとの間に配置された圧縮機構を有する自動膨張式の空気入りタイヤである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
当該技術分野における必要性に対処するために、トレッド及びケーシングを含む空気入りタイヤであって、トレッドが外側外面を含み、ケーシングが内側膨張面を含む、該空気入りタイヤと、ケーシングとトレッドとの間に配置され、少なくとも１つの空気通過ポートを備えた弾性の膨張ルーメンと、を含む自動膨張式タイヤが提供される。
【０００６】
本発明の一態様では、少なくとも１つの空気通過ポートは、入力ポート、出力ポート、または入力／出力ポート（Ｉ／Ｏポート）を含む。
【０００７】
本発明の別の態様では、膨張ルーメンは閉鎖端膨張ルーメンを含み、閉鎖端膨張ルーメンは空気入りタイヤの円周の少なくとも一部にわたって広がっている。
【０００８】
本発明のさらなる態様によれば、膨張ルーメンは開放端膨張ルーメンを含み、開放端膨張ルーメンは空気入りタイヤの円周の少なくとも一部にわたって広がっている。
【０００９】
本発明の一態様では、トレッドはチャネルを含み、膨張ルーメンはチャネル内に配置されている。
【００１０】
本発明のさらに別の態様では、ポンプ機構は、チューブレスタイヤまたはチューブタイヤによるタイヤに構成される。
【００１１】
別の態様によれば、本発明は、膨張ルーメンとトレッドとの間、またはケーシングと膨張ルーメンとの間を含む位置に配置される圧縮層をさらに含み、圧縮層はアクチュエータを含み、アクチュエータは基部及び先細先端部を含む断面を有し、先細先端部は膨張ルーメンの外面に当接し、圧縮層は空気入りタイヤの円周の少なくとも一部に沿って延びる長さを有する。一態様では、アクチュエータは、圧縮層の長さを横切る先細先端部に少なくとも１つの隆起特徴を有する。別の態様では、圧縮層は、連動アクチュエータを含み、連動アクチュエータは、膨張ルーメンの第１側部に配置された雌型アクチュエータと、膨張ルーメンの第２側部に配置された雄型アクチュエータとを含み、第１側部は第２側部と対向し、連動アクチュエータは、膨張ルーメンとアクチュエータとの間のアライメントを維持するように導かれる周囲の力を加えるように構成される。さらなる態様では、トレッドは、圧縮層よりも硬い。
【００１２】
本発明の一態様によれば、膨張ルーメンは、空気入りタイヤの円周の少なくとも一部に沿って配置される。
【００１３】
別の態様では、本発明は、膨張ルーメンとトレッドとの間に配置された膨張ルーメン保護層をさらに含む。
【００１４】
本発明のさらなる態様では、膨張ルーメンはブロック形状の断面を有し、ブロック形状の断面は、膨張ルーメンを形成するチャネルを含む。
【００１５】
一態様によれば、本発明はバルブをさらに含み、バルブは、膜バルブ、三方バルブ、または二方バルブを含む。一態様では、本実施形態は、ルーメンとバルブとの間に配置されたコネクタチューブをさらに含む。一態様では、コネクタチューブはアキュムレータを含み、アキュムレータは、ルーメンとバルブとの間の或る体積の空気を蓄える。さらなる態様では、バルブはインナチューブに接続され、インナチューブの接続は、膨張ルーメンとインナチューブのバルブとの間に接続されたコントローラを含む。
【００１６】
一態様によれば、本発明は、バルブ及びアクチュエータ調圧器をさらに含み、及びアクチュエータ調圧器は、調節可能な空気入力／出力ポートを含む。
【００１７】
別の態様では、本発明は、取り外し可能なコントローラ、圧力可変コントローラ、または定圧コントローラを含むコントローラをさらに含む。一態様では、コントローラは、インナチューブの内側の位置に配置されている。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】本発明の一実施形態による、タイヤケーシング、タイヤトレッド、膨張ルーメン、及び圧縮層を含み、膨張ルーメンがケーシングとトレッドとの間に配置される自動膨張式タイヤシステムを示す。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態による、タイヤケーシング、タイヤトレッド、膨張ルーメン、及び圧縮層を含み、膨張ルーメンがケーシングとトレッドとの間に配置される自動膨張式タイヤシステムを示す。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による、ブロック形状の断面を有するハウジングに設けられた膨張ルーメンを示す。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態による、ブロック形状の断面を有するハウジングに設けられた膨張ルーメンを示す。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態による、ブロック形状の断面を有するハウジングに設けられた膨張ルーメンを示す。
【図２Ｄ】本発明の一実施形態による、ブロック形状の断面を有するハウジングに設けられた膨張ルーメンを示す。
【図２Ｅ】本発明の一実施形態による、ブロック形状の断面を有するハウジングに設けられた膨張ルーメンを示す。
【図２Ｆ】本発明の一実施形態による、ブロック形状の断面を有するハウジングに設けられた膨張ルーメンを示す。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による、膨張ルーメンと、ケーシングとトレッドとの間にルーメンチャネルにぴったりと挿入された圧縮層と、を含むポンプ機構を示す。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による、膨張ルーメンと、ケーシングとトレッドとの間にルーメンチャネルにぴったりと挿入された圧縮層と、を含むポンプ機構を示す。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による、圧縮層の一実施形態を示す。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態による、圧縮層の一実施形態を示す。
【図５Ａ】本発明の一実施形態による、ケーシングとトレッドとの間に組み込まれた圧縮層を示し、圧縮層は、インターロック機能を含む。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態による、ケーシングとトレッドとの間に組み込まれた圧縮層を示し、圧縮層は、インターロック機能を含む。
【図６Ａ】本発明の一実施形態による、閉鎖端ポンプ機構を示す。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態による、閉鎖端ポンプ機構を示す。
【図６Ｃ】本発明の一実施形態による、閉鎖端ポンプ機構を示す。
【図７Ａ】本発明の一実施形態による、コントローラ内の三方バルブを示し、三方バルブは、２つの標準的なタイヤチェックバルブを利用することによって構築される。
【図７Ｂ】本発明の一実施形態による、コントローラ内の三方バルブを示し、三方バルブは、２つの標準的なタイヤチェックバルブを利用することによって構築される。
【図８Ａ】本発明の一実施形態による、その動作原理が異なるために、開放端システムと比較して、閉鎖端ポンプ機構を異なる方法でどのように最適化できるかを示す。
【図８Ｂ】本発明の一実施形態による、その動作原理が異なるために、開放端システムと比較して、閉鎖端ポンプ機構を異なる方法でどのように最適化できるかを示す。
【図９Ａ】本発明の一実施形態による、調整可能な圧力バルブのための調整可能な圧力ダイヤフラムバルブを示す。
【図９Ｂ】本発明の一実施形態による、調整可能な圧力バルブのための調整可能な圧力ダイヤフラムバルブを示す。
【図９Ｃ】本発明の一実施形態による、調整可能な圧力バルブのための調整可能な圧力ダイヤフラムバルブを示す。
【図９Ｄ】本発明の一実施形態による、調整可能な圧力バルブのための調整可能な圧力ダイヤフラムバルブを示す。
【図１０Ａ】本発明の一実施形態による、調整可能な圧力バルブのための調整可能な圧力ダイヤフラムバルブを示す。
【図１０Ｂ】本発明の一実施形態による、調整可能な圧力バルブのための調整可能な圧力ダイヤフラムバルブを示す。
【図１０Ｃ】本発明の一実施形態による、調整可能な圧力バルブのための調整可能な圧力ダイヤフラムバルブを示す。
【図１０Ｄ】本発明の一実施形態による、調整可能な圧力バルブのための調整可能な圧力ダイヤフラムバルブを示す。
【図１１Ａ】本発明の一実施形態による、タイヤポート接続の代替実施形態を示す。
【図１１Ｂ】本発明の一実施形態による、タイヤポート接続の代替実施形態を示す。
【図１１Ｃ】本発明の一実施形態による、タイヤポート接続の代替実施形態を示す。
【図１１Ｄ】本発明の一実施形態による、タイヤポート接続の代替実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、システム内の空気圧を制御する自動膨張式のタイヤシステム及び自動膨張式の自転車タイヤ用の圧力調整システムを提供する。自動膨張式のタイヤシステムは、タイヤの回転及び変形による機械的エネルギーを使用して、空気をタイヤに押し込む。所望の圧力に達すると、圧力調整システムは、システムのポンプ動作を停止する。
【００２０】
一実施形態によれば、ポンプ機構はタイヤとは別個に製造され、ポンプ機構は圧縮ルーメン及び制御システムを含み、タイヤはポンプ機構を受容するための機構を備えて設計される。この実施形態では、ポンプ機構はタイヤに組み込まれるように設計され、設計されたタイヤ寿命の間、ポンプ機構を損傷から保護するのに十分なゴムを外面上に有する、均一な外面を提供する。この実施形態では、ポンプ機構は、ポリマーまたはゴムのバルク層にルーメンを含み、圧縮ルーメンはタイヤケーシングの外面に周方向に配置されるが、タイヤトレッドと共に組み込まれるか、またはタイヤトレッドの下に組み込まれる。この例では、加硫、接着、押出、または成形技術によって、圧縮ルーメンがタイヤトレッドに組み込まれている。
【００２１】
他の態様によれば、本発明は、膨張ルーメンとトレッドとの間、またはケーシングと膨張ルーメンとの間を含む位置に配置された圧縮層をさらに含み、圧縮層はアクチュエータを含み、アクチュエータは、基部及び先細先端部を含む断面を有し、先細先端部は膨張ルーメンの外面に当接し、圧縮層は、空気入りタイヤの円周の少なくとも一部に沿って延びる長さを有する。一態様では、アクチュエータは、圧縮層の長さを横切る先細先端部に少なくとも１つの隆起特徴を有する。別の態様では、圧縮層は、連動アクチュエータを含み、連動アクチュエータは、膨張ルーメンの第１側部に配置された雌型アクチュエータと、膨張ルーメンの第２側部に配置された雄型アクチュエータとを含み、第１側部は前記第２側部と対向し、連動アクチュエータは、膨張ルーメンに周囲の力を加えるように構成される。さらなる態様では、トレッドは、圧縮層よりも硬い。
【００２２】
ここでポンプ機構に目を向けると、本発明は、タイヤのケーシングとトレッドとの間にポンプ機構を提供する。自転車用タイヤなどの空気入りタイヤは、ケーシング内の繊維の張力によって負荷を支持する。この張力及び周囲の材料によって、硬いが、しなやかな領域が作成される。本発明は、ケーシングの外面とトレッドとの間にポンプ機構を配置する。タイヤに加えられた負荷はケーシングからポンプ機構に伝達され、タイヤが地面で回転すると、ポンプ機構は圧縮される。これらのダイナミクスによって、ルーメンが収縮し、空気がルーメンを通って制御システム内に押し出される。ホイールが回転すると、ポンプ機構から負荷が取り除かれ、ルーメンは最初の形状に戻り、次のポンプサイクルのために空気が引き込まれる。
【００２３】
ここで図を参照すると、図１Ａ−１Ｂは本発明の一実施形態の例を示し、タイヤのケーシング１０２（カーカスとも呼ばれる）、タイヤのトレッド１０４、膨張ルーメン１０６、及び、アクチュエータ（アクチュエータ先端部１１２）を有する圧縮層１０８を含む、自動膨張式タイヤシステム１００が示されている。ここで、膨張ルーメン１０６は、ケーシング１０２とトレッド１０４との間に配置され、圧縮層１０８は、ケーシング１０２の外面に沿った所望の位置に膨張ルーメン１０６を配置及び保持するための保護層１１０と、頂部で収束する基部を有するアクチュエータ先端部１１２とを有する（図１Ｂを参照）。本実施形態では、膨張ルーメン１０６、圧縮層１０８、及び保護層１１０は、集合的にポンプ機構２００と呼ばれる。
【００２４】
本発明によれば、膨張ルーメン１０６の材料は、天然ゴム、合成ゴム、高分子材料、軟質ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、標準軟質ＰＶＣ、過酸化物硬化シリコーン、熱可塑性加硫物（ＴＰＶ）、及び熱可塑性エラストマ（ＴＰＥ）Ｖｉｔｏｎ（登録商標）ゴムのうちいずれか１つまたはこれらの組み合わせを含む。
【００２５】
本発明によれば、圧縮層１０８の材料は、発泡天然ゴム、発泡合成ゴム、発泡熱可塑性ＰＵ、発泡ポリウレタン、連続気泡発泡体、及び独立気泡発泡体のうちいずれか１つまたはこれらの組み合わせを含む。
【００２６】
この構造には多くの利点が存在する。例えば、ポンプ機構２００とタイヤとを別々に構成することによって、はるかに複雑な構成をタイヤアセンブリに組み込むことができる。一般的に、タイヤは、高熱及び圧力によって未成形の未加硫ゴムが最終製品の形状及びプロファイルに押し込まれる加硫プロセスを経る。さもなければ、ポンプ機構２００のようなデリケートな要素は、変形することなく高熱及び圧力のプロセスに耐えることが困難になる。
【００２７】
本発明の別の利点は、ポンプ機構２００が、主面の周囲、またはホイールの円周の少なくとも一部で均一に配置されていることであり、これによってタイヤの均一な外面が維持され、乗り心地が向上する。
【００２８】
図２Ａ−２Ｆは、本発明の別の実施形態を示し、膨張ルーメン１０６は、ブロック形状の断面を有するハウジング（反発性材料２０２）内に包含されている。さらに図示されているのは、軟質の反発性材料２０６であり、軟質の反発性材料２０６は、発泡材料またはエアポケットであり得る。ポンプ機構２００は、圧縮層１０８も有していなければならない。ポンプ機構２００は、開放空間、または、タイヤの負荷を膨張ルーメン１０６、圧縮層１０８、及びアクチュエータ先端部１１２に集中させる比較的容易に圧縮する材料で作製された反発性材料２０６を含む。このようにして、十分に大きな力を利用して、膨張ルーメン１０６を折り畳むことができる。反発性材料２０６は空間であってもよく、または、発泡体、空気、または他の容易に押しつぶせる圧縮可能な材料などの、空間を占める１以上の材料であってもよい。図２Ｃ−２Ｄは、膨張ルーメン１０６及び圧縮層１０８の周囲、またはその近傍のどこかに配置され得る発泡体または弾性材料としての反発性材料２０２を示す。圧縮層１０８及び反発性材料２０２が広いほど、膨張ルーメン１０６を圧縮するために捕捉され得る下向きの力が大きくなる。反発性材料２０２はまた、走行中の横方向の力に対するタイヤの抵抗を低減するので、タイヤの取り扱いとポンプ効率との両方を考慮して設計されなければならない。図２Ｅ−２Ｆは本発明のさらなる実施形態を示し、膨張ルーメン１０６は、膨張ルーメン１０６の両側に水平に配置された安定化機構２０８をさらに含む。この実施形態では、圧縮層１０８及び膨張ルーメン１０６は、タイヤのケーシング１０２とトレッド１０４との間に配置され、圧縮層１０８は中間ケーシング層２１０に当接している。図２Ｅ−２Ｆに示される実施形態は、アクチュエータ先端部１１２を必要とせず、圧縮層１０８は、膨張ルーメン１０６を包み、安定化機構２０８をぴったりと囲んで、膨張ルーメン１０６を圧縮層１０８の中心に配置して最適な圧縮を行う。図２Ｅ−２Ｆでは、圧縮層１０８は、膨張ルーメン１０６を水平に捕捉した後、上面及び底面から膨張ルーメン１０６を押す。
【００２９】
図２Ａ−２Ｄに示されているような隆起した表面及びブロック状のルーメンを有する圧縮層は、膨張ルーメン１０６及びアクチュエータ先端部１１２がほぼ任意の形状及び断面領域に構成され得るので、有利な設計である。膨張ルーメン１０６の断面領域が小さいほど、膨張ルーメン１０６内の空気を圧縮するために必要な力及び移動が少なくなる。この実施形態は、使用頻度の高い用途、またはポンプ機構のサイズを最小限に抑えることが有利な用途において有利であり得る。チューブ構成の膨張ルーメン１０６を有する実施形態、すなわち、膨張ルーメン１０６が異なる内径を有する実施形態では、外径は、チューブの壁厚に起因して、耐久性及び圧力定格において制限される。壁厚が厚いチューブは耐久性が高くなるが、圧縮するために必要な力も大きくなる。図２Ａ−２Ｄに示されるようなブロック形状の膨張ルーメン１０６は、アクチュエータ先端部１１２の隆起面と接触する場所を除いて、すべての側面が比較的厚い壁構造を有する。したがって、この実施形態は、膨張ルーメン１０６を圧縮するために必要な力を増加させたり、ポンプ機構２００の耐久性を低下させたりすることなく、膨張ルーメン１０６の断面領域をより小さくすることができる。
【００３０】
本発明の別の実施形態では、トレッドは、異なる材料の層を有していてもよい。例えば、摩耗を示す様々な層を有していてもよい。これは、マルチカラーゴムの様々な層を通して適用され得る。例えば、色は黒から始まり、黄色になった後、赤になってもよい。他の層状材料には、パンクから保護するためのケブラー（登録商標）または他の補強材料が含まれてもよい。
【００３１】
図３Ａ−３Ｂは本発明のさらなる実施形態を示し、ポンプ機構２００は膨張ルーメン１０６及び圧縮層１０８を含む。本実施形態では、ポンプ機構２００は、外側のトレッド１０４の開いたシームを介してケーシング１０２とトレッド１０４との間でルーメンチャネル２０４に適合可能に挿入され、シームは、ポンプ機構２００を包むように結合される。
【００３２】
図４Ａ−４Ｂは、圧縮層１０８及びアクチュエータ（アクチュエータ先端部１１２）の一実施形態を示す。図４Ｂは、圧縮層１０８の斜視図を示し、アクチュエータ先端部１１２は、ホイールが表面を回転するにつれて、連続的に作動及び膨張ルーメン１０６を圧縮するように構成される一連のチップ隆起部３００を有しているように示される。チップ隆起部３００は膨張ルーメン１０６に沿った空気の移動の効率を高め、チップ隆起部３００の隆起面は膨張ルーメン１０６が閉鎖及び密閉されることによって空気を前方に押すことを確実にするが、これはロードバイク及びその他の高圧の適用例において特に有用である。
【００３３】
図５Ａはケーシング１０２と膨張ルーメン１０６との間に配置された保護層１１０の領域を有する圧縮層１０８を示すが、膨張ルーメン１０６はケーシング１０２とトレッド１０４との間に組み込まれたままである。この実施形態では、圧縮層１０８は、インターロック機能５００ａ／５００ｂを含む。インターロック機能５００ａ／５００ｂは、アクチュエータ先端部１１２の圧縮エネルギーを直接圧縮ルーメン（膨張ルーメン１０６）に集中させることを容易にするとともに、タイヤがオフキャンバ面、傾斜面、または悪路を回転するときに、圧縮ルーメン上のアクチュエータ先端部１１２の位置ずれを防ぐ。
【００３４】
膨張ルーメン１０６は弾性を有する圧縮可能な管であり、吸入サイクルにおいて空気を引き込むためのばね力を提供する。圧縮サイクルの間、膨張ルーメン１０６は圧縮され、これによりシステムを介して空気が押し出される。バランスのとれた均一なホイールを得るためには、膨張ルーメン１０６がケーシング１０２の外側とトレッド１０４の下とを完全に取り囲むことが望ましい。しかしながら、膨張ルーメン１０６は、ケーシング１０２を完全に取り囲むか、またはケーシング１０２を部分的にのみ取り囲むことしかできない。膨張ルーメン１０６は、ケーシング１０２を完全に取り囲むこともできるが、ケーシング１０２の長さの一部についてのみアクティブである。閉鎖端の膨張ルーメン１０６の場合、例えば、図示されるアクティブセクションが占めるのは１８０度のみである。膨張ルーメン１０６の残りの１８０度については、密度及び材料が同様であり、乗り手にとって２つのセクションの間に目立った差異は存在しない。
【００３５】
圧縮層１０８及びアクチュエータ先端部１１２は、膨張ルーメン１０６を１以上の側部から押して、圧縮させる。アクチュエータ先端部１１２は、図２Ａ−２Ｄに示されるように、片側のみからルーメンに押し込まれて圧縮する隆起面であってもよい。図５Ａ−５Ｂに示される実施形態などの他の実施形態では、圧縮層１０８及びアクチュエータ先端部１１２は、複数の側部から膨張ルーメン１０６を押す。
【００３６】
解放端のポンプ機構を図８Ａに示す。この実施形態では、開放端ポンプ機構は、空気が出入りするための２つのポートを有する。すなわち、空気は第１のポートから入り、圧縮された後、第２のポートから出る。いくつかの設計では、ポートは専用の入口及び専用の出口である。他の実施形態では、２つのポートは交換可能であり、ポートの機能はタイヤの向きに依存する。
【００３７】
理想的には、ポンプ機構はタイヤの外面（外径によって規定される面）を完全に取り囲んでいる。タイヤの均一な乗り心地を維持するので、これは有益である。しかしながら、ポンプ機構のアクティブ部分を制限することは可能である。これは、例えば、ポンプ機構が拡散による空気損失を相殺するために必要とされる量よりもはるかに大きいポンプ容積を有するような、使用量の多い用途で望ましい。バイクシェアリングはこの一例である。この場合、ポンプ機構の有効な長さは、例えばタイヤの外面のうち１２０度または１８０度のように、円周の任意の部分まで減少させることができる。ポンプ機構の一部がパンクの影響を受けなくなるので、これもまた、パンクの発生率を低減し、信頼性を向上させる。
【００３８】
本発明は、ポンプ機構２００をコントローラ６００に接続する単一のポートのみが存在する図８Ｂ及び図７Ａ−７Ｂに示される閉鎖端ポンプ機構を含み、ここでは説明を明確にするためにポンプ機構の膨張ルーメン１０６のみが示されている。この実施形態では、空気は、バルブステム６０２を通って、ポンプ機構の膨張ルーメン１０６に引き込まれる。空気の流れは圧縮サイクル中に逆転し、三方バルブが空気の流れをタイヤに向け直す。
【００３９】
本質的に、膨張ルーメン１０６内の空気は、圧縮され、空気が膨張ルーメン１０６に入った端部と同一の端部から膨張ルーメン１０６の外に押し出される。この設計では、タイヤとコントローラとの間に空気圧回路が１つしか必要とされないので、空気圧回路の複雑さが大幅に軽減される。タイヤを通る通路は１つしか有していないので、タイヤとインナチューブとの間の接続に大きな柔軟性が生まれる。
【００４０】
図７Ａ−７Ｂは、２つのチェックバルブを利用することによって構築された三方バルブをコントローラ６００に含む、本発明の一実施形態を示す。この場合、第１のチェックバルブは、一方の側で空気の作用によって空気に接続され、他方の側で空気の作用によって閉鎖端の膨張ルーメン１０６及び第２のチェックバルブに接続される。第２のチェックバルブは、一方の側の膨張ルーメン１０６及び第１のチェックバルブと、他方の側のタイヤの加圧チャンバとを空気の作用によって接続する。いくつかの場合には、第１のチェックバルブ、第２のチェックバルブ、及び閉鎖端の膨張ルーメン１０６が接合する場所に空気アキュムレータが配置される。いくつかの実施形態では、コネクタチューブは、膨張ルーメン１０６をアキュムレータ６０４に接合するが、代替的に、コネクタチューブは、アキュムレータ６０４の機能を少なくとも部分的に実行するのに十分な大きさである。アキュムレータ６０４は、３つの要素が物理的に接続することを可能にし、大量の空気を集中させてバルブを操作できるようにすることによって、バルブの作動性能を向上させる。膨張ルーメン１０６が圧縮されて解放されると、膨張ルーメン１０６によって真空が生成され、これにより第１のチェックバルブが開かれる。空気は、バルブステムを介して引き込まれ、第１のチェックバルブを通過する。膨張ルーメン１０６は、タイヤの回転中に空気で満たされる。タイヤは回転し続け、閉鎖端で始端する膨張ルーメン１０６をすぐに圧縮し始める。膨張ルーメン１０６内の空気が圧縮されると、空気によって第１のチェックバルブは閉鎖状態でロックされる。膨張ルーメン１０６内の圧力は、空気をタイヤのチャンバに押し込む第２のチェックバルブを開放するのに十分大きくなるまで、増加する。タイヤが回転して膨張ルーメン１０６の開放端を通り過ぎると、ルーメンは空気を引き込み始め、両方のチェックバルブで空気圧を低下させる。圧力降下によって第１のチェックバルブが開き、第２のチェックバルブが閉じる。その後、サイクルが再び始まる。
【００４１】
三方制御バルブの要素は、システム内のどこにでも配置することができる。例えば、図７Ａ−７Ｂに示す実施形態では、両方のチェックバルブ、アキュムレータ６０４、及びコネクタチューブ６０６はすべて、インナチューブの上のバルブステムの近傍に配置されている。しかしながら、この設計では、有益であると判断された場合には、三方バルブを外面に近づけることもできる。２つのチェックバルブの配置も複数の構成を取ることができる。例えば、図７Ａ−７Ｄでは、チェックバルブは互いに９０度の角度をなしている。また、チェックバルブは、垂直方向に一列で、または水平方向に配置され得る。コネクタチューブ６０６の中の空気は動作中にポンプ機構２００によって圧縮されず、したがって性能損失につながるので、コネクタチューブは可能な限り短いことが理想的である。コネクタチューブの断面積はまた、コネクタチューブがアキュムレータとして機能するように、ルーメンの断面積よりも大きくすることができる。これにより、コネクタチューブ及びアキュムレータの合計体積を最小限に抑え、システムをより効率的に動作させることができる。一実施形態では、コネクタチューブ６０６は、コネクタチューブ６０６への応力を緩和し、同時にチューブの長さを最小化するために蛇腹になっている。
【００４２】
図８Ａ−８Ｂは、その異なる動作原理により、閉鎖端ポンプ機構が、開放端システムと比較して異なる方法でどのように最適化され得るかを示す。例えば、両方のタイプのポンプサイクルは、最初に大気から空気を引き込み、次に圧縮された空気をタイヤチャンバに押し込む必要がある。開放端のポンプ機構は、これらのステップの両方を並行して実行することができる。膨張ルーメン１０６の一部が接触パッチを通過するとすぐに、膨張ルーメン１０６は直ちに大気から再び空気を吸い込み始める。そのため、図８Ａに示すように、タイヤを１回転させると、空気の引き込みと、圧縮された空気のタイヤチャンバヘの押し込みとの両方が略３６０度にわたって行われる。ただし、閉鎖端システムは、これらの機能の両方を連続的に実行する。例えば、アクティブな閉鎖端ポンプ機構がタイヤの半周すなわち１８０度にわたる場合、膨張ルーメン１０６は空気を１８０度にわたって引き込み、圧縮された空気を１８０度にわたってタイヤに押し込む。２つのポンプ機構を比較するこのシナリオでは、開放端ポンプ機構は、閉鎖端システムと比較して１回転あたり２倍の空気をポンプする。これは、３６０度にわたる開放端システムと比較して、閉鎖端の膨張ルーメン１０６は１８０度しか延びていないためである。図８Ｂは、タイヤの周囲を完全に延び、１８０度のアクティブなポンプ機構のみを有している閉鎖端ポンプ機構を示している。閉鎖端システムでは、システムに空気を引き込むために、ある程度の滞留時間が必要である。ほとんどのサイクリング用途では大きな空気ポンプ能力が必要ないので、動作原理が異なっていても、閉鎖端ポンプシステムは依然として有利である。拡散は非常にゆっくりと作用するので、ほとんどの場合、限られたサイクリング距離であってもタイヤの空気圧を所望の範囲に戻すためには十分である。
【００４３】
閉鎖端ポンプ機構のもう１つの重要な側面は、アンバランスである必要がないことである。ポンプ機構は、完全にタイヤの周囲に延在してもよく、部分的にタイヤの周囲に延在してもよい。ポンプ機構は、タイヤを完全に取り囲むように設計され得、ポンプ機構の一部のみがアクティブであるように設計され得る。このようにして、本発明は、均一な乗り心地、バランス、及び製造の容易さについて最適化されると同時に、アクティブなポンプ機構の度合いまたは長さを制限することができる。ポンプ機構２００の膨張ルーメン１０６は、アクティブなポンプ機構の長さを制限するために、差し込まれるか、締め付けられるか、接着されるか、終端されるか、または任意の他の方法を使用され得る。
【００４４】
ポンプ機構２００は、わずかに引き伸ばされた後、接着または硬化されてタイヤのチャネル内の所定の位置に設けられるという点で、開放端設計と同様の形態であり得る（例えば図３Ａ−３Ｂを参照）。ポンプ機構２００は、タイヤに永続的に取り付けられるか、またはタイヤに解放可能に取り付けられ得る。ポンプ機構２００は、図３Ａ−３Ｂに示すようにタイヤのチャネル内または完全なトレッドの下に配置され得る。ポンプ機構２００は、開放端ポンプ機構によって使用されている任意の他の方法で配置され、組み立てられ得る。
【００４５】
閉鎖端の膨張ルーメン１０６の設計は、ほとんどすべての自動膨張式タイヤについて使用され得るが、本発明は、ポンプ機構２００がタイヤのケーシング１０２の外側に配置されている実施形態で示されている。ポンプ機構２００は、タイヤのケーシングを通る単一のポートを介してインナチューブに接続している。インナチューブは対応するポートを含み、インナチューブとタイヤとが空気圧によって接続される。一実施形態では、雄コネクタはポンプ機構２００の一部であり、雌コネクタはインナチューブの一部である。他の実施形態では、雄／雌コネクタは逆であり得る。ポンプ機構２００に雄コネクタが取り付けられることは、ケーシングの外側に隆起した要素が設けられない点で有利であり、したがって、乗り心地をより滑らかにする可能性がある。チューブレスタイヤへの適用の場合、すべての同一要素は、システムに含まれ、インナチューブ内には組み込まれない。
【００４６】
本発明は、異なる要素を共に結合するためにフレキシブルなチューブを使用する。システムを通る空気の全体的な流れは、図８Ａ−８Ｂの空気制御回路図に見出すことができる。この図は、システムへの空気の全体的な流れを示し、最初に空気はバルブステムに入り、最終的に空気はインナチューブまたはタイヤの加圧チャンバに入る。空気は、バルブステムを通って制御モジュールの第１の空気通路に入る。制御モジュールの第１の空気通路は、低圧ルーメンへの空気のための導管を提供する。制御モジュールは、第１の空気通路の開閉を制御する。第１の空気通路が開いていると、空気がシステム全体に広がり、タイヤの空気圧が上昇し得る。第１の空気通路が閉じていると、システムに空気を入れることはできない。空気は、低圧のルーメンに出入りし、ポンプ機構と接続する。タイヤが路面を回転すると、空気はポンプ機構内で圧縮され、ポンプ機構から出て高圧のルーメンに流れ込む。高圧ルーメンは、制御モジュール内に位置する第２の空気通路に空気を送る。第２の空気通路は、制御モジュールに取り付けられたチェックバルブで終端する。
【００４７】
図９Ａ−９Ｄ及び図１０Ａ−１０Ｄは様々な調整可能な圧力ダイヤフラムバルブのうちのいくつかの例示的な実施形態を示しており、図９Ａ−９Ｄは閉鎖端ポンプ機構用の調整可能な圧力プレスタバルブを示し、図１０Ａ−１０Ｄは開放端ポンプ機構用の調整可能な圧力プレスタバルブを示している。図中、バルブにはアクチュエータ圧力ガバナが含まれており、アクチュエータ圧力ガバナは調整可能な空気入力／出力ポートを有している。
【００４８】
使用されるタイヤは、業界で使用されている現在の設備で本システムを製造可能なものである。すなわち、使用されるタイヤは同一の標準サイズであり、同一の構築方法を使用している。システムの高精度な要素のほとんどがポンプ機構内に配置されているので、タイヤの製造プロセスはほとんど変更されない。タイヤがポンプ機構を受け入れるためのチャネルを有する実施形態では、チャネルの幅は約５−２０ｍｍである。特定の実施形態では、ポンプ機構は、加硫または接着のいずれかによって、ケーシングとトレッドとの間の位置に接着される。
【００４９】
このシステムの利点の１つは、その自動膨張式タイヤを既存の産業設備で製造できる点である。一般的には、自転車のタイヤの製造において、ケーシング、ビード及びトレッドゴムを含むタイヤの構成要素は、組み立てられた後、加硫のために型に入れられる。型からの熱と圧力によって、ゴムは最終形状になり、隆起した縁部及びトレッドの輪郭が形成される。典型的な加硫プロセスはポンプ機構を損傷するので、本発明は２つの方法を使用してポンプ機構をタイヤに組み込む。
【００５０】
第１の方法では、タイヤのケーシング及びトレッドが互いに独立して組み立てられ、加硫される。図２Ｂ−２Ｄは、トレッド１０４、ポンプ機構２００及びタイヤのトレッド１０４の分解図を示す。これらの実施形態では、ポンプ機構２００は、組み立てられてトレッド１０４に接合される。次に、ポンプ機構−トレッドアセンブリは、ケーシング１０２に接合される。要素は、タイヤ業界において既に使用されている接着剤または加硫技術を用いて接合することができる。例えば、一部の自転車用タイヤは、既に、加硫後のタイヤにトレッドを接着している。トラック運送業界は、これらと同一の技術を使用してタイヤを再生している。
【００５１】
組立ての第２の方法は図３Ａ−３Ｂに示されており、トレッドを含めてタイヤを一体に形成し、ポンプ機構のためのキャビティを作成している。図３Ｂは、ポンプ機構キャビティ（ルーメンチャネル２０４）が開位置にあるタイヤの断面を示す。この後、ポンプ機構２００はキャビティ内の所定の位置に配置され、継ぎ目は、接着剤または加硫のいずれかを使用して接合される。この方法は、トレッドを含めてタイヤ全体を同時に加硫できるという点において有利である。また、同一のゴム化合物をトレッド１０４及びケーシング１０２について使用することができる。
【００５２】
自動膨張式タイヤは、空気圧によってタイヤをインナチューブに接続するための１以上のポートを有している。この実施形態では、ポートは、タイヤ低圧ポート及びタイヤ高圧ポートを含む。図１１Ａ−１１Ｄは、タイヤポート接続の代替実施形態を示している。インナチューブを有していない設計の場合、タイヤポートは空気圧によって直接コネクタチューブ６０６に取り付けられる。一実施形態におけるタイヤポートは、ゴムフランジと共製造されたプラスチックまたは金属などの高デュロメータ材料で作られたかえし付きコネクタである。真鍮、鋼またはその他の金属などの金属を適用することができる。一実施形態では、高デュロメータ材料は、タイヤの内面の１−３ｍｍ上方に位置するように、ゴムに接合される。別の実施形態では、高デュロメータ材料は、フランジを含み、少なくとも部分的にはゴム材料によってオーバーモールドされる。ポートが膨張ルーメンに水平に結合し、ポンプ機構のルーメンに挿入されるかえし付き継手（タケノコ継手）を必要としない点において有利である。かえし付き継手は、走行中にタイヤが絶えず変形することに起因して、漏れが発生し、乗り心地の特性が低下し、でこぼこの面を乗り越えたような感覚を生み出す可能性がある。
【００５３】
一実施形態では、タイヤポートは、ポートがケーシングを押し通す領域において、ケーシングを強化する繊維層を有する。繊維は、ナイロン、綿または任意の他の耐荷重性材料であり得る。
【００５４】
本発明によれば、設計は、タイヤのケーシングを貫通する少なくとも１つの孔を有する。
【００５５】
先に説明したように、チェックバルブは、バルブステムの近傍の、外面から離れた制御モジュール内に配置されている。チェックバルブをポンプ機構の端部にできるだけ近づけることが望ましいが、これは、チェックバルブを損傷の可能性にさらす外面にチェックバルブを近づけることになる。高圧の適用例では、ポンプ機構の端部にチェックバルブが近いことが好ましい。信頼性またはコストを最適化する必要がある実施形態では、バルブステムに近いチェックバルブが好ましい。制御モジュールは、タイヤのチャンバ内またはインナチューブ内の圧力を制御する機構を備えている。制御モジュールは、部分的にインナチューブの内側にあってもよく、または部分的にインナチューブの外側にあってもよい。制御モジュールにはチェックバルブが含まれていてもよく、含まれていなくてもよい。本発明は、チューブレスタイヤ及びインナチューブを利用するタイヤについて有効である。
【００５６】
図９Ａ−９Ｄ及び図１０Ａ−１０Ｄの実施形態では、バルブステムを回すとタイヤ内の空気圧が調整される。一実施形態では、バルブステムは、ポンプ機構に直接通じるルーメンまたは通路を１つのみ有する。一実施形態は、ダイヤフラムバルブを使用して通路を閉じるので、新たな空気がポンプ機構に入ることはできない。ダイヤフラムバルブは、タイヤ内の空気圧が上昇するにつれて変形するエラストマーダイヤフラムを採用することで機能する。エラストマーダイヤフラムは、インナチューブまたはタイヤの加圧チャンバに空気圧によって接続されている。タイヤへの新たな空気の流入を停止するために、ダイヤフラムは、入口アジャスタを押し上げることによって新たな空気への通路を閉じる。一実施形態では、ダイヤフラムと入口アジャスタとの間の距離は一定である。別の実施形態では、入口アジャスタを回してバルブのダイヤフラムと入口アジャスタとの間の距離を増加または減少させることにより、システムの圧力設定を変更することができる。
【００５７】
インナチューブを使用する実施形態では、制御モジュールは、インナチューブに解放可能に取り付けられてもよい。一実施形態では、インナチューブは３つのポートを有する。第１のポートは、インナチューブの低圧ポートをタイヤに接続する。第２のポートは、インナチューブの高圧ポートをタイヤに接続する。第３のポートは、インナチューブを制御モジュールに接続する。別の実施形態では、インナチューブは２つのポートを有する。２つのポートの実施形態は、閉鎖端ポンプ機構と共に使用される。第１のポートは、インナチューブをタイヤに接続する。この実施形態では、インナチューブとタイヤとを接続するポートが１つのみ設けられ、ポートは低圧ポート及び高圧ポートの両方として機能する。第２のポートは、インナチューブを制御モジュールに接続する。
【００５８】
本発明はいくつかの例示的な実施形態にしたがって説明されており、これらの実施形態は限定的ではなく、すべての態様において説明的であることを意図している。したがって、本発明は詳細な実施において多くの変形が可能であり、これは本明細書に含まれる説明から当業者によって導き出され得る。そのような変形はすべて、特許請求の範囲及びそれらの法的均等物によって定義される本発明の範囲及び精神内にあると見なされる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
2021514902.tif 000005
【図２Ｂ】
2021514902.tif 000006
【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
2021514902.tif 000008
【図２Ｅ】
2021514902.tif 000009
【図２Ｆ】
2021514902.tif 000010
【図３Ａ】
2021514902.tif 000011
【図３Ｂ】
2021514902.tif 000012
【図４Ａ】
2021514902.tif 000013
【図４Ｂ】
2021514902.tif 000014
【図５Ａ】
2021514902.tif 000015
【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
2021514902.tif 000017
【図６Ｂ】
2021514902.tif 000018
【図６Ｃ】
2021514902.tif 000019
【図７Ａ】
2021514902.tif 000020
【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
2021514902.tif 000022
【図８Ｂ】
2021514902.tif 000023
【図９Ａ】
2021514902.tif 000024
【図９Ｂ】
2021514902.tif 000025
【図９Ｃ】
2021514902.tif 000026
【図９Ｄ】
2021514902.tif 000027
【図１０Ａ】
2021514902.tif 000028
【図１０Ｂ】
2021514902.tif 000029
【図１０Ｃ】
2021514902.tif 000030
【図１０Ｄ】
2021514902.tif 000031
【図１１Ａ】
2021514902.tif 000032
【図１１Ｂ】
2021514902.tif 000033
【図１１Ｃ】
2021514902.tif 000034
【図１１Ｄ】
2021514902.tif 000035
【国際調査報告】
2021514902.tif 000036