(57)【要約】      （修正有）【課題】空気膨張の必要性の欠点なしに、空気入りタイヤのすべての特徴を有する、改善された非空気入りタイヤを提供する。【解決手段】構造的に支持されているタイヤは、地面と接触する環状のトレッド部と、環状の剪断バンド３００と、半径方向内側に形成されたサイドウォールを延ばし測地線パターンで巻かれたストリップから形成される補強層４００と、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造的に支持された非空気入りタイヤにおいて、
地面と接触する環状のトレッド部と、
剪断バンドと、
前記トレッド部の半径方向内側に配置され、半径方向内側に形成されたサイドウォールを延ばし、測地線パターンで巻かれたストリップから形成される補強層と、を有することを特徴とする構造的に支持された非空気入りタイヤ。
【請求項２】
前記ストリップ自体の角度βは、厳密に９０°よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の構造的に支持された非空気入りタイヤ。
【請求項３】
前記ストリップは、連続的に巻かれていることを特徴とする請求項１に記載の構造的に支持された非空気入りタイヤ。
【請求項４】
前記ストリップ自体の角度βは、前記補強層全体に亘って実質的に１８０°であることを特徴とする請求項１に記載の構造的に支持された非空気入りタイヤ。
【請求項５】
前記ストリップ自体の角度βは、前記補強層全体にわたって一定であることを特徴する請求項１に記載の構造的に支持された非空気入りタイヤ。
【請求項６】
前記ストリップ自体の角度βは、前記補強層全体にわたって１８０°以下であることを特徴とする請求項１に記載の構造的に支持された非空気入りタイヤ。
【請求項７】
前記ストリップは、各サイドウォールの半径方向の最も内側の点に位置する点に接することを特徴とする請求項１に記載の構造的に支持された非空気入りタイヤ。
【請求項８】
当該非空気入りタイヤは、環状のビードを有していないことを特徴とする請求項１に記載の構造的に支持された非空気入りタイヤ。
【請求項９】
当該非空気入りタイヤは、軸方向に調整可能なリムに取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の構造的に支持された非空気入りタイヤ。
【請求項１０】
前記補強層は、前記サイドウォールが傾斜するように、半径方向に対して角度αを成していることを特徴とする請求項１に記載の構造的に支持された非空気入りタイヤ。
【請求項１１】
前記角度αは、−２０°から＋２０°の範囲内であることを特徴とする請求項１０に記載の構造的に支持された非空気入りタイヤ。
【請求項１２】
前記補強層の半径方向内側の端部は、リムに固定されていることを特徴とする請求項１に記載の構造的に支持された非空気入りタイヤ。
【請求項１３】
前記補強層は、前記剪断バンドの半径方向内側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の構造的に支持された非空気入りタイヤ。
【請求項１４】
前記補強層は、前記剪断バンドの半径方向外側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の構造的に支持された非空気入りタイヤ。
【請求項１５】
前記補強層の一部は、前記剪断バンドの補強層の間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の構造的に支持された非空気入りタイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、車両用タイヤ及び非空気入りタイヤに関し、より詳細には、非空気入りタイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
空気入りタイヤは、１世紀以上の間、車両の移動性に関する最適な解決策であった。空気入りタイヤは、張力構造である。空気入りタイヤは、今日のように普及させている少なくとも４つの性質を有する。空気入りタイヤは、タイヤ構造のすべてが荷重を担持することに寄与するため、荷重を担持する上で効率的である。また、空気入りタイヤは、低い接触圧を有しているために望ましく、その結果、車両の荷重の分布に起因して道路上での摩耗を低減させる。また、空気入りタイヤは、低い剛性を有しているため、車両の中での快適な乗り心地を確保している。空気入りタイヤに対する主な欠点は、圧縮された流体を必要とすることである。従来の空気入りタイヤは、膨張圧力を完全に喪失すると、役に立たなくなる。
【０００３】
膨張圧力なしで動作するように設計されたタイヤは、空気入りタイヤに関する問題および妥協の多くを排除できる可能性がある。圧力維持や圧力監視も必要としない。固体タイヤ（中実タイヤ）や他の現在知られているエラストマー構造体のような、構造的に支持されているタイヤは、従来の空気入りタイヤにおいて必要とされる性能のレベルに達していない。空気入りタイヤと同等な性能を実現させる構造的に支持されているタイヤは、非常に望まれている。
【０００４】
非空気入りタイヤは、一般的に、それらの荷重を担持する効率によって定義される。「ボトムローダー」は、ハブの下方の構造体の一部分において荷重の大部分を担持する、本質的に剛体の構造体である。「トップローダー」は、構造体のすべてが荷重を担持することに寄与する設計となっている。したがって、トップローダーは、ボトムローダーよりも高い荷重担持効率を有しており、より小さい質量を有する設計を可能にする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、空気膨張の必要性の欠点なしに、空気入りタイヤのすべての特徴を有する、改善された非空気入りタイヤが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つまたは複数の実施態様は、地面と接触する環状のトレッド部と、剪断バンドと、前記トレッド部の半径方向内側に配置され、半径方向内側に形成されたサイドウォールを延ばし、測地線パターンで巻かれたストリップから形成される補強層と、を有する構造的に支持された非空気入りタイヤを提供する。
【０００７】
本発明の１つまたは複数の実施態様は、地面と接触する環状のトレッド部と、剪断バンドと、前記トレッド部の半径方向内側に配置され、半径方向内側に形成されたサイドウォールを延ばし、測地線パターンで巻かれたストリップから形成される補強層と、を有し、前記ストリップ自体の角度βは、厳密に９０°よりも大きい、構造的に支持された非空気入りタイヤを提供する。
【０００８】
本発明の１つまたは複数の実施態様は、地面と接触する環状のトレッド部と、剪断バンドと、前記トレッド部の半径方向内側に配置され、半径方向内側に形成されたサイドウォールを延ばし、測地線パターンで巻かれたストリップから形成される補強層と、を有し、前記ストリップは、連続的に巻かれている、構造的に支持された非空気入りタイヤを提供する。
【０００９】
本発明の１つまたは複数の実施態様は、地面と接触する環状のトレッド部と、剪断バンドと、前記トレッド部の半径方向内側に配置され、半径方向内側に形成されたサイドウォールを延ばし、測地線パターンで巻かれたストリップから形成される補強層と、を有し、前記ストリップ自体の角度βは、前記補強層全体に亘って実質的に１８０°である、構造的に支持された非空気入りタイヤを提供する。
【００１０】
本発明の１つまたは複数の実施態様は、地面と接触する環状のトレッド部と、剪断バンドと、前記トレッド部の半径方向内側に配置され、半径方向内側に形成されたサイドウォールを延ばし、測地線パターンで巻かれたストリップから形成される補強層と、を有し、前記ストリップ自体の角度βは、前記補強層全体にわたって一定である、構造的に支持された非空気入りタイヤを提供する。
【００１１】
本発明の１つまたは複数の実施態様は、地面と接触する環状のトレッド部と、剪断バンドと、前記トレッド部の半径方向内側に配置され、半径方向内側に形成されたサイドウォールを延ばし、測地線パターンで巻かれたストリップから形成される補強層と、を有し、前記ストリップ自体の角度βは、前記補強層全体にわたって１８０°以下である、構造的に支持された非空気入りタイヤを提供する。
【００１２】
本発明の１つまたは複数の実施態様は、地面と接触する環状のトレッド部と、剪断バンドと、前記トレッド部の半径方向内側に配置され、半径方向内側に形成されたサイドウォールを延ばし、測地線パターンで巻かれたストリップから形成される補強層と、を有し、前記ストリップは、各サイドウォールの半径方向の最も内側の点に位置する点に接する、構造的に支持された非空気入りタイヤを提供する。
【００１３】
本発明の１つまたは複数の実施態様は、地面と接触する環状のトレッド部と、剪断バンドと、前記トレッド部の半径方向内側に配置され、半径方向内側に形成されたサイドウォールを延ばし、測地線パターンで巻かれたストリップから形成される補強層と、を有し、当該非空気入りタイヤは、環状のビードを有していない、構造的に支持された非空気入りタイヤを提供する。
【００１４】
本発明の１つまたは複数の実施態様は、地面と接触する環状のトレッド部と、剪断バンドと、前記トレッド部の半径方向内側に配置され、半径方向内側に形成されたサイドウォールを延ばし、測地線パターンで巻かれたストリップから形成される補強層と、を有し、当該非空気入りタイヤは、軸方向に調整可能なリムに取り付けられる、構造的に支持された非空気入りタイヤを提供する。
【００１５】
本発明の１つまたは複数の実施態様は、地面と接触する環状のトレッド部と、剪断バンドと、前記トレッド部の半径方向内側に配置され、半径方向内側に形成されたサイドウォールを延ばし、測地線パターンで巻かれたストリップから形成される補強層と、を有し、前記補強層は、前記サイドウォールが傾斜するように、半径方向に対して角度αを成している、構造的に支持された非空気入りタイヤを提供する。
【００１６】
本発明の１つまたは複数の実施態様は、地面と接触する環状のトレッド部と、剪断バンドと、前記トレッド部の半径方向内側に配置され、半径方向内側に形成されたサイドウォールを延ばし、測地線パターンで巻かれたストリップから形成される補強層と、を有し、前記ストリップ自体の角度βは、前記プレイ層全体にわたって１８０°以下であり、前記角度αは、−２０°から＋２０°の範囲内である、構造的に支持された非空気入りタイヤを提供する。
【００１７】
本発明の１つまたは複数の実施態様は、地面と接触する環状のトレッド部と、剪断バンドと、前記トレッド部の半径方向内側に配置され、半径方向内側に形成されたサイドウォールを延ばし、測地線パターンで巻かれたストリップから形成される補強層と、を有し、前記補強層の半径方向内側の端部は、リムに固定されている、構造的に支持された非空気入りタイヤを提供する。
【００１８】
本発明の１つまたは複数の実施態様は、地面と接触する環状のトレッド部と、剪断バンドと、前記トレッド部の半径方向内側に配置され、半径方向内側に形成されたサイドウォールを延ばし、測地線パターンで巻かれたストリップから形成される補強層と、を有し、前記補強層は、前記剪断バンドの半径方向内側に配置される、構造的に支持された非空気入りタイヤを提供する。
【００１９】
本発明の１つまたは複数の実施態様は、地面と接触する環状のトレッド部と、剪断バンドと、前記トレッド部の半径方向内側に配置され、半径方向内側に形成されたサイドウォールを延ばし、測地線パターンで巻かれたストリップから形成される補強層と、を有し、前記補強層は、前記剪断バンドの半径方向外側に配置される、構造的に支持された非空気入りタイヤを提供する。
【００２０】
本発明の１つまたは複数の実施態様は、地面と接触する環状のトレッド部と、剪断バンドと、前記トレッド部の半径方向内側に配置され、半径方向内側に形成されたサイドウォールを延ばし、測地線パターンで巻かれたストリップから形成される補強層と、を有し、前記補強層の一部は、前記剪断バンドの補強層の間に配置される、構造的に支持された非空気入りタイヤを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の非空気入りタイヤの斜視図である。
【図２】リムおよび保護カバーのない、図１の非空気入りタイヤの側面図である。
【図３】図１の非空気入りタイヤの断面図である。
【図４】補強層の測地線のプライ経路を示す非空気入りタイヤの斜視図である。
【図５】トレッドのないプライのクラウンの拡大上面図である。
【図６】剪断バンドの補強層の間に配置されたプライを示す非空気入りタイヤの断面図である。
【図７】任意の弾性部材の周りに締め付けられたプライの代替実施形態を示す。
【図８】剪断剛性ＧＡの決定方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、同じ機能を有するものには同じ符号を付け、その説明を省略する場合がある。
【００２３】
（定義）
以下の用語は、本明細書において以下のように定義される。
【００２４】
「赤道面」は、タイヤの中心線を通るタイヤの回転軸に対して垂直な平面を意味する。
【００２５】
「子午面」は、タイヤの回転軸に対して平行であり、その軸から半径方向外向きに延びる平面を意味する。
【００２６】
「ヒステリシス」は、１０パーセントの動的剪断歪みおよび２５℃において測定される動的損失正接を意味する。
【００２７】
本発明の非空気入りタイヤ１００は、構造的に支持された非空気入りタイヤであり、添付の図面に示されている。図１は、サイドウォール上の任意の保護カバー２５０を備えた非空気入りタイヤ１００を示す。本発明の非空気入りタイヤは、半径方向外側の接地用（地面と接触する）トレッド２００、剪断バンド３００及び補強層４００を含む。本発明の非空気入りタイヤは、トップローディング構造となるように設計されており、剪断バンド３００および補強層４００が、荷重を効率的に担持する。剪断バンド３００および補強層４００は、剪断バンドの剛性がタイヤのばね定数に直接関係するように設計されている。補強層４００は、タイヤフットプリント内で歪むまたは変形するが圧縮しない、すなわち、圧縮荷重を圧縮を担持しない剛体構造となるように設計される。これにより、フットプリント領域内にない構造の残りの部分が荷重を担持することが可能になり、荷重効率の非常に高い構造になる。上記の理由により、この荷重を最小限に抑え、剪断バンドを曲げて道路の障害を克服することが望ましい。近似的な荷重分布は、荷重のおよそ９５〜１００％が剪断バンド３００と補強部材４００の半径方向上側によって担持され、圧縮されている補強構造の下部は実質的に荷重がゼロであり、好ましくは１０％未満である。
【００２８】
トレッド部分２００は、必要に応じて従来のトレッドとすることができ、複数の溝、すなわち、概ね長手方向のトレッドリブが間に形成される、長手方向に沿った複数のトレッド溝を含むことができる。リブは、特定の車両用の使用条件に適合したトレッドパターンを形成するように、横断方向または長手方向にさらに分割されてもよい。トレッド溝部は、意図されたタイヤの用途に適う任意の深さを有してもよい。タイヤトレッド２００は、様々な条件におけるタイヤの性能改善のために望まれる通りに、リブ、ブロック、ラグ、溝部、およびサイプなどのような構成要素を含んでもよい。
【００２９】
（剪断バンド）
剪断バンド３００は、好ましくは環状である。剪断バンド３００の断面は図３に示されている。剪断バンド３００は、タイヤトレッド２００の半径方向内向きに設けられている。剪断バンド３００は、第１および第２の強化エラストマー層３１０、３２０を含む。剪断バンド３００の第１の実施形態では、剪断バンドは、平行に配置され、また、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２つの非伸縮性強化層３１０、３２０から構成される。それぞれの非伸縮性層３１０、３２０は、エラストマーコーティングの中に埋め込まれている平行な非伸縮性強化コード３１１、３２１から形成されてもよい。強化コード３１１、３２１は、スチール、アラミド、ナイロン、ポリエステル、または、他の非伸縮性構造体でもよい。剪断バンド３００は、第１の強化エラストマー層３１０と第２の強化エラストマー層３２０との間に設けられている第３の強化エラストマー層３４０（図示せず）をさらに含んでもよい。
【００３０】
さらにサイドウォールの屈曲形状を制御し、かつ、曲げ応力を低減するために、剪断バンドの横方向外側の端部３０２、３０４は、丸みを帯びていることが好ましい。
【００３１】
第１の強化エラストマー層３１０の中では、強化コードが、タイヤの赤道面に対して０°から約±１０°の範囲にある角度Φで配向されている。第２の強化エラストマー層３２０の中では、強化コードが、タイヤ赤道面に対して０°から約±１０°の範囲にある角度φで配向されている。好ましくは、第１の層の角度Φは、第２の層の中の強化コードの角度φの反対方向になっている。この場合、第１の強化エラストマー層の中では角度＋Φであり、第２の強化エラストマー層の中では角度−φとなる。
【００３２】
剪断マトリックス３３０は、約０．１０インチから約０．２インチの範囲、より好ましくは、約０．１５インチである半径方向の厚さを有する。剪断マトリックス３３０は、好ましくは、１５ＭＰａから８０ＭＰａの範囲にある剪断弾性率Ｇｍを有するエラストマー材料、より好ましくは、４０ＭＰａから６０ＭＰａの範囲にある剪断弾性率Ｇｍを有するエラストマー材料にて形成されている。
【００３３】
剪断バンドは、剪断剛性ＧＡを有する。剪断剛性ＧＡは、剪断バンドから取得された代表的な試験片の撓みを測定することによって決定される。試験片の上面には、図８に示すような横力（lateral force）Ｆが作用する。試験片は、同じ半径方向の厚さを有する、剪断マトリックス材料から取得された代表的な試薬である。
【００３４】
そして剪断剛性ＧＡは、以下の数式から計算される（図８参照）。
ＧＡ＝Ｆ＊Ｌ／ΔＸ
【００３５】
剪断バンドは、曲げ剛性ＥＩを有する。曲げ剛性ＥＩは、剪断バンドを代表する試験片に対する３点曲げ試験を使用して、梁力学から決定されてもよい。それは、梁が２つのローラ支点上に載り、その梁の中央に加えられる集中荷重を受ける場合を表す。曲げ剛性ＥＩは、以下の等式：ＥＩ＝ＰＬ３／４８＊ΔＸから決定される。ここで、Ｐは荷重、Ｌは梁長さ、ΔＸは撓みである。
【００３６】
剪断バンドの曲げ剛性ＥＩを最大化し、剪断バンド剛性ＧＡを最小化することが望ましい。許容可能なＧＡ／ＥＩ比は、０．０１から２０の間であり、好ましくは、０．０１から５の間にある。ＥＡは、剪断バンドの伸縮に対する剛性であり、張力を印加し、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。剪断バンドのＥＩに対するＥＡの比率は、０．０２から１００の範囲が許容可能であり、好ましくは、１から５０の範囲である。剪断バンド３００は、１５％〜３０％の範囲の最大剪断歪みに耐えることができるものが好ましい。
【００３７】
剪断バンド３００は、ばね定数ｋを有し、ばね定数ｋは、剪断バンドの上部において水平方向のプレートに下向きの力を印加し、撓みの量を測定することによって、実験的に決定されてもよい。ばね定数ｋは、力に対する撓みの曲線の傾きから決定される。
【００３８】
非空気入りタイヤは、実験的に決定される全体のばね定数ｋｔを有する。非空気入りタイヤは、リムに取り付けられ、リムを介してタイヤの中心に荷重が加えられる。ばね定数ｋｔは、力対撓み曲線の傾きから決定される。ばね定数ｋｔは、芝刈り機のような小型の低速車両の場合には、５００〜１０００の範囲が好ましい。
【００３９】
本発明は、本明細書で開示された剪断バンド構造には限定されず、０．０１〜２０の範囲のＧＡ／ＥＩ比、０．２〜１００の範囲のＥＡ／ＥＩ比、５００〜１０００の範囲のばね定数ｋｔ、または、それらの組み合わせを有する任意の構造を含んでもよい。より好ましくは、剪断バンドは、０．１〜５の範囲のＧＡ／ＥＩ比、１〜５０の範囲のＥＡ／ＥＩ比、または、それらの任意の組み合わせを有する。タイヤトレッドは、剪断バンドの周りに巻きつけられることが好ましく、剪断バンドに一体形成されることが好ましい。
【００４０】
（測地線の強化構造）
補強構造４００は、剪断層から伝達された荷重を担持するように機能する。補強構造４００は、主に張力及び剪断力の荷重を受け、圧縮の荷重を受けない。図３に示すように、補強層４００は、ビードを必要とせずに、リムに連結されたクランプリング５００を介してリムにクランプされた半径方向内側の端部を有する。図３に示すように、補強層は、剪断バンド３００の半径方向外側に延びている。
【００４１】
図２は、測地線パターンで配置された補強層４００を示す。補強構造４００は、測地線パターンで連続的に巻くことができるストリップ材料４１０から形成される。そのストリップ材料は、ナイロン、ポリエステル、綿およびゴムのような任意の織物または可撓性構造を含むことができる。好ましくは、そのストリップ材料は、ナイロン、ポリエステルまたはアラミドである平行補強材から形成された強化ストリップを含む。
【００４２】
任意の面上の測地線経路は、２点間の最短距離または最小曲率です。トーラスのような曲面上では、測地線は直線である。真の測地線プライパターンは、以下の数学的方程式に正確に従います。
ρ・ｃｏｓα＝ρ０・ｃｏｓα０
ここで、ρは、コアの回転軸から所与の位置におけるコードまでの半径方向の距離であり、αは、中間円周面（midcircumferential plane）に対する所与の位置におけるプライコードの角度であり、ρ０は、コアの回転軸から円周面におけるクラウンまでの半径方向の距離であり、α０は、トレッドの中心線または中間円周面に対するプライコードの角度である。
【００４３】
図４は、タイヤのいくつかの異なる測地線（測地曲線）１〜４を示す。曲線１は、コードが半径Ｒ１で定義される内側半径に接している測地曲線の特別な場合である。曲線１は、１８０°に略等しい角度βを有する。曲線１については、以下の式が適用される。
α＝ｃｏｓ−１（Ｒ１／ρ）
【００４４】
図２は、補強層のストリップつまり補強コード４１０がタイヤの半径Ｒ１に接している補強層４００を示す。補強層は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第ＵＳ８８４５８３６号明細書に示されているように、コンピュータ制御プライ作成装置を用いてマンドレル上に構築することができる。 マンドレルは、タイヤ組立ドラムのような円筒形状でもよいが、最終的なタイヤの形状が好ましい。ゴムで被覆された補強コードのストリップが、数式「ρ・ｃｏｓα＝一定」に従って、測地線パターンでマンドレルに適用される。
【００４５】
サイドウォールを形成する補強層は、好ましくは、図３に示すように、半径方向に対して角度αをなすように配向されている。角度αは、補強材４００の予張力を助け、タイヤの横方向の剛性を増加および調整することができる。その結果、傾斜したサイドウォールを有する非空気入りタイヤを得ることができる。角度αは、半径方向に関して測定され、±４０°、より好ましくは±２０°とすることができる。角度αは、リム５０２の軸方向の調整機構を使用して所望に調整することができる。リム５０２は、軸方向のリム幅を狭くするまたは広くするように軸方向に調整することができる。この軸方向の調整は、プライの張力を制御し、タイヤの横方向の剛性を半径方向の剛性とは独立して調整することを可能にする。リムは、対向するリムの平行な壁５０６、５０８に取り付けられたテンション部材つまりボルト５０４によって調整することができる。クランプリング５００は、リム壁５０６、５０８の外側の端部に固定されている。
【００４６】
任意の可撓性部材８００は、図６に示すように、ループ形状の端部を形成するように使用されてもよく、可撓性部材８００およびプライ端部は、図７に示すように、リムクランプ５００に固定される。任意の可撓性部材８００は、図７に示すように、リムクランプに補強構造を取り付けるのを容易にすることを可能にするため、オーリングまたは可撓性ゴムバンドでもよい。したがって、本発明は、ビードつまり環状引張部材の必要がなく、 重量、コスト、および複雑さを低減することができる。
【００４７】
補強構造４００は、剪断バンドの半径方向外側に配置される必要はない。補強構造は、半径方向内側に配置され、剪断バンドの下で軸方向に延びてもよい。あるいは、補強層の一部は、図６に示すように、剪断バンドの補強層の間に配置されていてもよい。しかしながら、補強層を剪断バンドの半径方向外側に配置することは、剪断バンドと荷重支持部材つまり連結構造との間の結合の引張応力をなくすため、有利である。この利点は、剪断バンドおよびプライが異なる材料の場合に特に重要である。
【００４８】
出願人は、上記の明細書を読むことにより、多くの他の変形例が当業者にとって明らかであると考えている。これらの変形例および他の変形例は、特許請求の範囲によって規定される本発明の精神および範疇の中にある。
【符号の説明】
【００４９】
２００  トレッド
３００  剪断バンド
４００  補強層
【図１】
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【図２】
2017114478.tif 000004
【図３】
2017114478.tif 000005
【図４】
2017114478.tif 000006
【図５】
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【図６】
2017114478.tif 000008
【図７】
2017114478.tif 000009
【図８】
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