JP6279728B2 - 低減された横剛性を伴う非空気圧式ホイール - Google Patents

Description

本開示の主題は、概して、張力に基づく非空気圧式の構造的に支持されるタイヤ及びホイールに関する。より具体的には、本発明は、低減された横剛性を有する、張力に基づく非空気圧式ホイールに関し、このホイールは、その構造的構成要素で負荷を支持し、空気圧式タイヤの代替品として働くという空気圧式タイヤの様な性能能力を有する。

張力に基づく非空気圧式タイヤのウェブスポークは、張力における高い有効剛性と、圧縮における低い有効剛性とを有する。圧縮における低い剛性は、柔軟なバンドの接地部分に取り付けられているウェブスポークが、有意な垂直負荷を伝達することなく、柔軟なバンドの接地部分の変形に適応することを可能にする。ウェブスポークは、それらの長さ方向と比較して比較的薄く、圧縮において屈曲することになる。接触領域におけるウェブスポークによる実質的な圧縮負荷支持の欠如は、接地面の形成と、障害物の吸収とを容易にする。加えて、支持される負荷及び道路衝撃の大部分は、柔軟なバンドの周囲及び引き張られたウェブスポークを通じて伝わらなければならないため、張力に基づく非空気圧式で柔軟なホイールは、空気圧式ホイールと比較して、改善された快適さ及び衝撃吸収を有する。非空気圧式ホイールの一例は、米国特許第７，０１３，９３９号に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

トレッドの接地部分のウェブスポークの屈曲を容易にするため、スポークは湾曲させることができる。あるいは、ウェブスポークは、特定の方向に屈曲する傾向を有するように、成型中に形作ることができる。別の代替案は、ハブとウェブスポークとの間または柔軟なバンドとウェブスポークとの間に、張力で作動するが、圧縮時にウェブスポークの相対的運動を可能にする接続部を提供することである。

柔軟なバンドと複数の、張力に基づいて負荷を支える構造的構成要素とを組み込む非空気圧式の構造的に支持されるホイールは、ホイールの設計中に内在する横剛性を有する。ある特定の環境下においては、ホイールの横剛性を、所与の用途にとって所望される横剛性に調節することが望ましい。例えば、相対的に高い横剛性を伴う非空気圧式ホイールがオフロードで、例えば全地形用車両（ＡＴＶ）で使用される場合、それは操舵機構への高い力フィードバックを生み出す。

一実施形態によれば、低減された横剛性を伴う、張力に基づく非空気圧式の構造的に支持されるホイールは、各ウェブスポークがホイールの柔軟なトレッドバンドから内側ホイール部分に延在するにつれて、各ウェブスポークの幅を低減させ、ドラフト角度（抜き角度）の大きさを増加させることによって、各ウェブスポークに勾配をつけ、それを捻ることによって達成される。

張力に基づく非空気圧式の構造的に支持されるホイールは、ハブと、半径方向外側かつハブと同心性に配置される、柔軟な負荷支持バンドと、ハブと柔軟なバンドとの間で延在する、複数の張力に基づく、ウェブスポークとも別途称されるウェブ要素と、を備え、各ウェブスポークは、柔軟なバンド付近でハブ付近よりも大きい、勾配のついた横幅を有し、かつハブ付近で柔軟なバンド付近よりも大きい、変動するドラフト角度を有する。一般的に、柔軟なバンドは、バンド中に埋め込まれる補強膜またはプライを備える。補強プライは、エラストマー層に埋め込まれる、周方向に整列されたコードを備える。この実施形態によれば、柔軟なバンドから半径方向内側に延在するにつれて減少する複数のウェブの勾配のついた幅及び増加するそれらのドラフト角度が、ホイールの横剛性を減少させ、ホイールの安定性を維持しながら車両の操舵機構への力フィードバックを低減する。

構造的に支持されるホイールの別の実施形態は、柔軟なバンドと、該柔軟なバンドを横方向に越えてかつそこから半径方向内側に延在する複数のウェブスポークと、を備え、複数のウェブスポークはハブに取り付けられ、複数のウェブスポークのそれぞれは軸方向に延在するスポーク幅を有し、スポークの長さ方向は半径方向に延在し、スポークの厚さはその他の次元に対して垂直であり、ドラフト角度は複数のウェブスポークのそれぞれがスポークの長さ方向に亘る所与の位置においてホイールの横軸に対してとる角度として測定され、半径方向外側の位置から半径方向内側の位置に向かって測定されるとき、スポークの幅は減少し、ドラフト角度の大きさは増加する。

本発明の別の実施形態は、柔軟なバンドと、柔軟なバンドを横方向に越えてかつそこから半径方向内側に延在する複数の捻れたウェブスポークと、を備える、構造的に支持されるホイールを含み得、複数のウェブスポークはハブに取り付けられ、複数のウェブスポークのそれぞれは軸方向に延在するスポーク幅を有し、スポークの長さ方向は半径方向に延在し、スポークの厚さはその他の次元に対して垂直であり、ドラフト角度は複数のウェブスポークのそれぞれが該スポークの長さ方向に亘る所与の位置においてホイールの横軸に対してとる角度として測定され、半径方向外側の位置から半径方向内側の位置に向かって測定されるとき、スポークの幅は減少し、ドラフト角度の大きさは増加する。

別の実施形態において、柔軟なバンドに近位のウェブスポークのドラフト角度は０．５度である一方で、ハブに近位のウェブスポークのドラフト角度は０．５度よりも大きい。

別の実施形態において、柔軟なバンドに近位のウェブスポークのドラフト角度は４度である一方で、ハブに近位のウェブスポークのドラフト角度は１２度である。

低減された横剛性を伴う、張力に基づく非空気圧式の構造的に支持されるホイールの斜視図である。 ホイールの拡大斜視図である。 ホイールの赤道面の側面図である。 ２つの隣接するウェブスポークを示す、ホイール図の赤道面における拡大部分側面図である。 図４の線５Ａ−５Ａで取ったウェブスポークの半径方向外端の断面図である。 図４の線６−６で取ったウェブスポークの中間部分の断面図である。 図４の線７−７で取ったウェブスポークの半径方向内端の断面図である。 ホイールの赤道面に沿って取ったホイールの断面図である。 図３の線９−９で取ったホイールの断面図である。

本発明のこれら及び他の特徴、態様、ならびに利点は、以下の記載及び添付の特許請求の範囲への参照によってより良好に理解されるであろう。付随の図面は、本明細書に組み込まれその一部を構成するが、本発明の実施形態を例証し、説明と共に、本発明の原理を説明する働きをする。

当業者を対象とする、本発明の最良の形態を含む、本発明の完全かつ実施可能な程度の開示が本明細書において示され、これは添付の図面を参照する。

以下の記載の目的のために、用語「ハブ」は、ホイールを支持するため及びそれを車両に装着するための任意の装置または構造を指す。

柔軟なバンドは、障害物を包囲し、かつ道路及び床等の接触表面に対して適合するように、バンドの屈曲を含む、負荷の下での変形が可能な材料で形成される。具体的には、負荷の下でのバンドの屈曲変形は、接触表面との接地面を形成し、これが空気圧式タイヤ様のトラクション力及び操舵力の伝達を提供する。ホイール材料の柔軟性の一態様は、バンドの屈曲量が、ホイールへの負荷の大きさに関するということである。

柔軟なバンドは、天然ゴムまたは合成ゴム、ポリウレタン、発泡ゴム及び発泡ポリウレタン、セグメント化コポリエステル、ならびにナイロンのブロックコポリマー等のエラストマー材料で形成されてもよい。好ましくは、この材料は約９ＭＰａ〜約６０ＭＰａの弾性率を有する。バンドは、無補強であっても、またはバンドの周方向の非伸長性を増加するための補強プライを含んでもよい。

ウェブスポークは、ハブと柔軟なバンドとを相互に接続し、張力で作動して、ハブとバンドとの間で負荷を伝達する。これが、他の機能の中でもとりわけ、車両の質量の支持を提供する。負荷支持力は、バンドの接地部分に接続されていないウェブスポークの張力によって生成される。負荷されるハブは、柔軟なバンドの上側部分にぶら下がっていると言うことができ、このバンドの上側部分が、負荷を支持するアーチを画定する。ウェブスポークはまた、相互接続されて、複数の多角形の開口部を備える複数のウェブ要素を形成してもよい。ウェブスポークに言及する場合、ハブから柔軟なバンドに亘る、単列のウェブスポークを指す場合、またはハブから柔軟なバンドに亘る、複数列のウェブスポークセグメントを指す場合があることが理解されるべきである。

本発明を説明する目的のために、ここで、低減された横剛性を伴う、張力に基づく非空気圧式の構造的に支持されるホイールに対する参照を詳細に行い、この１つ以上の実施例を図面に例証する。各実施例は本発明の説明として提供されるものであり、本発明の限定として提供されるものではない。実際、当業者には、種々の修正及び変形が、本発明の範囲または趣旨を逸脱することなく本発明になされ得ることは明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として例証または記載される特徴は、別の実施形態と共に使用して、さらに別の実施形態を生み出すことができる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲及びそれらの等価物の範囲内に入るそのような修正及び変形を網羅することが意図される。

図１の斜視図に示される、低減された横剛性を伴う、張力に基づく非空気圧式の構造的に支持されるホイール１００、トレッド部分１０５は、ウェブスポーク要素１５０として例証される複数の張力伝達要素によって、ハブ１０に接続されて示される。ここでは、ウェブスポーク１５０は、半径方向内端において内側バンド１６０によって、ならびに半径方向外端において外側バンド１７０によって共に接続されて示される。内側バンド１６０は、ハブ１０に対してホイール１００を固定する。外側バンド１７０は、ホイール１００に対してトレッド部分１０５を固定する。トレッド特徴部がトレッド部分１０５に形成されてもよく、溝、リブ、ディボット、突起、ならびにトラクション及び美観のための他のトレッド特徴部が挙げられ得る。各ウェブスポーク１５０は、前面１５６及び後面１５８を保有する。

図２は、ホイール１００の実施形態の拡大斜視部分図を示す。この実施形態では、各ウェブスポーク１５０は、応力集中を低減し、圧縮時の予測可能な屈伸を促進する三半径混合プロファイル（ｔｈｒｅｅ ｒａｄｉｕｓ ｂｌｅｎｄｅｄ ｐｒｏｆｉｌｅ）を保有する。張力運搬スポークは、相互接続され、かつ／または分岐してもよい。

図３は、ホイール１００の赤道面に対して垂直な視点からの実施形態を示す。トレッド部分１０５が、柔軟なバンド１１０の外表面を形成する。この実施形態では、各ウェブスポーク１５０は、各ウェブスポークの前面１５６または後面１５８が、ホイールの横軸を伴う平面の外に位置するように角度をつけられる。この実施形態では、ウェブスポーク１５０の半径方向外端１５２とウェブスポークの半径方向内端１５４とでドラフト角度は異なる。ウェブスポークの半径方向内端１５４において、ドラフト角度の大きさは、半径方向外端１５２におけるドラフト角度よりも大きい。この実施形態の赤道面に対して垂直な視点では、図３に示されるように、半径方向内端１５４から半径方向外端１５２に至るまで、ドラフト角度及びウェブの幅は一定であるように見える。この見かけは、この実施形態が、半径方向内端１５４におけるよりも半径方向外端１５２において大きさがより小さい不定のドラフト角度を有する一方で、スポークの幅は、半径方向内端１５４における幅よりも、半径方向外端１５２においてより大きいことに起因する。この見かけはこの実施形態においては存在するが、存在しない場合もあり、あるいは選択されるドラフト角度の変化が異なり、かつまたは選択されるウェブスポークの幅の勾配がこの実施形態とは異なるホイールの他の実施形態において述べられるような見かけである場合もある。

図４は、低減された横剛性を伴う、張力に基づく非空気圧式の構造的に支持されるホイールの赤道面に対して垂直な拡大部分図を示し、反対のドラフト角度を有する２つの隣接するウェブスポーク１５０を示す。

図５は、ウェブスポーク１５０の半径方向外端１５２における、図４の線５−５で取った隣接するウェブスポーク１５０の断面図である。この実施形態では、ドラフト角度は、ホイール１００の横軸に対して小さく、ほぼ平行である。

図６は、ウェブスポーク１５０の長さ方向沿いの中間地点における、図４の線６−６で取った隣接するウェブスポーク１５０の断面図である。この実施形態では、ドラフト角度の大きさは、ウェブスポーク１５０の半径方向外端におけるドラフト角度よりも大きい。ウェブスポーク１５０の幅は、ウェブスポークの半径方向外端１５２における幅よりも、ウェブスポーク１５０の中間部分においてより小さい。

図７は、ウェブスポーク１５０の長さ方向沿いの半径方向内端地点１５４における、図４の線７−７で取った隣接するウェブスポーク１５０の断面図である。この実施形態では、ドラフト角度の大きさは、ウェブスポーク１５０の半径方向外端１５２におけるドラフト角度よりも大きい。ウェブスポークの半径方向内端１５４におけるウェブスポーク１５０の幅は、ウェブスポークの中間部分よりも小さく、半径方向外端１５２におけるウェブスポークの幅よりも小さい。この実施形態では、ウェブスポークの半径方向内端１５４において、ドラフト角度は１２度である。

ドラフト角度は、ウェブスポーク１５０の半径方向外端におけるより小さいドラフト角度から、半径方向内端におけるより大きいドラフト角度へと変化する。増加されたドラフト角度が、ホイールの横剛性の低減を可能にする。本明細書においてより小さいまたはより大きいドラフト角度について考察する場合、「より小さい」ドラフト角度は、有するドラフトがゼロにより近いドラフト角度を指し、一方でより大きいドラフト角度は、スポークが時計回りまたは半径時計回りに角度をつけられているかどうかにかかわらず、より大きいドラフトを有する角度であることは明らかであろう。

ウェブスポークの長さ方向に亘るドラフト角度の変化は、捻れたウェブスポーク１５０を生み出す。この捻れは、ウェブスポーク１５０が外側バンド１７０から内側バンド１６０に向かって半径方向内側に移動するにつれて起こるドラフト角度の変動によるものである。ホイール１００のトレッド面１０５が平坦な表面に対して配置され、ホイール１００が、例えば車両の重量によって負荷されるとき、柔軟なバンド１１０は、トレッド部分１０５と共に接地領域において平坦化し、この接触領域は一般的に「フットプリント」とも称される。柔軟なバンドのこの平坦化は、外側バンド１７０から内側バンド１６０までの距離を低減し、結果としてホイール１００のフットプリント上のウェブスポーク１５０を、ウェブスポーク１５０の長さ方向に亘って屈曲させ、かつ外側バンド１７０付近でウェブスポーク１５０の幅に亘って変形させ、これは赤道の平坦化、及び表面のトレッドスカルプチャー（ｔｒｅａｄ ｓｃｕｌｐｔｕｒｅ）または横曲率に起因して存在し得る柔軟なバンド１１０の任意の横変形に起因する。このウェブスポークの変形はウェブスポーク１５０の構造的不安定性を生み出すが、ドラフト角度が外側バンド付近で低減される場合、低減される。したがって、この捻れは、外側バンド１７０付近でのより小さいドラフト角度と内側バンド１６０付近でのより大きいドラフト角度とを可能にすることによって、屈曲するとき、各個別のウェブスポーク１５０における構造的不安定性を低減しながら、ホイール１００の低減された横剛性を可能にする。

図８は、ホイール１００の赤道面に沿う断面図を示す。示される実施形態において、ホイールのトレッド部分１０５が、柔軟なバンド１１０の外周を形成する。あるいは、トレッド部分は、柔軟なバンドの外表面に接着される追加の層であってもよい。ウェブスポーク１５０は、圧縮時の予測可能な屈伸を促進しながらウェブスポーク１５０が車両重量を支えているとき、応力集中を低減することを目指す三湾曲半径混合プロファイル（ｔｈｒｅｅ ｃｕｒｖｅｄ ｒａｄｉｕｓ ｂｌｅｎｄ ｐｒｏｆｉｌｅ）を保有する。あるいは、スポークは真っ直ぐであってもよい。あるいは、ウェブスポーク１５０は、それらが特定の方向に湾曲するように仕向けるために、湾曲させて成型し、次いで冷却中に熱収縮によって真っ直ぐにしてもよい。ウェブスポークは、ハブ１０に固定される内側バンド１６０によって、半径方向内端１５４において結合する。ウェブスポーク１５０の半径方向外端１５２において、各スポークは、ウェブスポークを一緒に相互接続する外側バンド１７０によって、共に結合される。この実施形態において、内側バンド１６０、ウェブスポーク１５０、及び外側バンド１７０は、単位として単一の材料から成型される。

図９は、図３の線９−９で取ったホイール１００の断面図を示し、これはタイヤの横軸を通る平面に沿う図である。この実施形態では、各ウェブスポークは、半径方向内端１５４から半径方向外端１５２に向かって、直径が概して増加する勾配がついている。この勾配は、例えば示される勾配等のように、直線状ではなくてもよく、あるいは勾配は直線状であってもよい。示される実施形態では、ウェブスポーク１５０の勾配は直線状ではなく、凹状の左端１５３及び右端１５５を有する。

上述の明細書の読解から、当業者には多くの他の変形が明らかであることが理解されたはずである。これらの変形及び他の変形は、以下に添付される特許請求の範囲によって定義される本発明の趣旨及び範囲内にある。

Claims (10)

1. 張力に基づく非空気圧式の構造的に支持されるホイールであって、
   ハブと、
   半径方向外側かつ前記ハブと同心性に配置される、柔軟な負荷支持バンドと、
   前記ハブと前記柔軟なバンドとの間で延在する、複数の張力に基づくウェブ要素と、を備え、
   各ウェブ要素が、前記柔軟なバンド付近で前記ハブ付近よりも大きい、勾配のついた横幅を有し、かつ各ウェブ要素が、前記ハブ付近で前記柔軟なバンド付近よりも大きい、変動するドラフト角度を有し、
   前記ドラフト角度は、それぞれの前記複数のウェブ要素が前記スポークの長さ方向に亘りかつそれに対して垂直な所与の位置における前記ホイールの横軸に対してとる角度として測定され、半径方向外側の位置から半径方向内側の位置に向かって測定されるとき、前記ドラフト角度の大きさが増加する、前記ホイール。
2. 前記柔軟なバンドが、前記バンド中に埋め込まれる補強膜を備える、請求項１に記載の前記ホイール。
3. 前記補強膜が、エラストマー層に埋め込まれる、周方向に整列されたコードを備える、請求項２に記載の前記ホイール。
4. 前記ウェブ要素が、張力で作動して、前記ハブと前記バンドとの間で負荷力を伝達し、前記ウェブ要素が、圧縮において実質的な力を支持しない、請求項１〜３のいずれかに記載の前記ホイール。
5. 前記柔軟なバンド付近のドラフト角度と比較した、前記ハブ付近のドラフト角度における差異が、赤道面に対して垂直な視点からタイヤを見るとき、前記ウェブの幅が、半径方向内端から半径方向外端まで一定であるように見える外観を生み出す、請求項１〜４のいずれかに記載の前記ホイール。
6. 前記ウェブ要素の前記勾配が、前記ホイールの横軸を通る平面に沿う視点から見た際、直線状である、請求項１〜５のいずれかに記載の前記ホイール。
7. 前記ウェブ要素の前記勾配が、前記ホイールの横軸を通る平面に沿う視点から見た際、直線状ではない、請求項１〜５のいずれかに記載の前記ホイール。
8. 前記ウェブ要素の横方向両端が、凹状である、請求項７に記載の前記ホイール。
9. 前記柔軟なバンドに近位の前記ウェブスポークのドラフト角度が０．５度である一方で、前記ハブに近位の前記ウェブスポークのドラフト角度が０．５度よりも大きく、ドラフト角度が、それぞれの前記複数のウェブ要素が前記スポークの長さ方向に亘りかつそれに対して垂直な所与の位置における前記ホイールの横軸に対してとる角度として測定され、半径方向外側の位置から半径方向内側の位置に向かって測定されるとき、前記スポークの幅が減少し、かつ前記ドラフト角度の大きさが増加する、請求項１〜８のいずれかに記載の前記ホイール。
10. 前記柔軟なバンドに近位の前記ウェブスポークのドラフト角度が４度である一方で、前記ハブに近位の前記ウェブスポークのドラフト角度が１２度であり、ドラフト角度が、それぞれの前記複数のウェブ要素が前記スポークの長さ方向に亘りかつそれに対して垂直な所与の位置における前記ホイールの横軸に対してとる角度として測定され、半径方向外側の位置から半径方向内側の位置に向かって測定されるとき、前記スポークの幅が減少し、かつ前記ドラフト角度の大きさが増加する、請求項１〜８のいずれかに記載の前記ホイール。

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