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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6872895
(24)【登録日】2021年4月22日
(45)【発行日】2021年5月19日
(54)【発明の名称】放物線状ディスクを有する非空気式タイヤ
(51)【国際特許分類】
B60C 7/00 20060101AFI20210510BHJP
【ＦＩ】
B60C7/00 H
B60C7/00 C
【請求項の数】11
【全頁数】19
(21)【出願番号】特願2016-246937(P2016-246937)
(22)【出願日】2016年12月20日
(65)【公開番号】特開2017-114481(P2017-114481A)
(43)【公開日】2017年6月29日
【審査請求日】2019年11月11日
(31)【優先権主張番号】62/270285
(32)【優先日】2015年12月21日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】513158760
【氏名又は名称】ザ・グッドイヤー・タイヤ・アンド・ラバー・カンパニー
(74)【代理人】
【識別番号】100123788
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 昭夫
(74)【代理人】
【識別番号】100127454
【弁理士】
【氏名又は名称】緒方 雅昭
(72)【発明者】
【氏名】フィリップ カール ヴァン リパー
(72)【発明者】
【氏名】ジョーゼフ カーマイン レッティエリ
(72)【発明者】
【氏名】レベッカ アン バンディ
(72)【発明者】
【氏名】アディソン ブライアン シーゲル
(72)【発明者】
【氏名】マーディ マレクザデー モグハニ
(72)【発明者】
【氏名】アンドリュー ビー． メンデンハル
【審査官】
増田 亮子
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００７−１３７２０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２００５−５００９３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
韓国公開特許第１０−２０１２−００６３６１６（ＫＲ，Ａ）
【文献】
特開昭５９−２１６７０３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１５−０８９８０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１４−００８９５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２０１６／１０００１７（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｂ６０Ｃ ７／００−７／２８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
接地する環状のトレッド部分と、
剪断バンドと、
前記剪断バンドに接続された少なくとも１つのスポークディスクであって、放物線状の湾曲部を有する１つ以上の第１のスポークを有し、前記１つ以上の第１のスポークが外側リングから内側リングまで延びている、少なくとも１つのスポークディスクと、
を有し、
前記第１のスポークの頂点部が、前記内側リング上に配置されており、
前記第１のスポークが、接合部において、隣接する第１のスポークと交差し、それぞれの前記第１のスポークが、前記接合部の半径方向外側に配置された部分Ｌ２と、前記接合部の半径方向内側に配置された部分Ｌ１とを有し、Ｌ２／Ｌ１の比率が約０．２〜５の範囲にあることを特徴とする非空気式タイヤ。
剪断バンドと、
前記剪断バンドに接続された少なくとも１つのスポークディスクであって、放物線状の湾曲部を有する１つ以上の第１のスポークを有し、前記１つ以上の第１のスポークが外側リングから内側リングまで延びている、少なくとも１つのスポークディスクと、
を有し、
前記第１のスポークの頂点部が、前記内側リング上に配置されており、
前記第１のスポークが、接合部において、隣接する第１のスポークと交差し、それぞれの前記第１のスポークが、前記接合部の半径方向外側に配置された部分Ｌ２と、前記接合部の半径方向内側に配置された部分Ｌ１とを有し、Ｌ２／Ｌ１の比率が約０．２〜５の範囲にあることを特徴とする非空気式タイヤ。
【請求項2】
放物線状の第２の湾曲部を有する１つ以上のスポークを有する、請求項１に記載の非空気式タイヤ。
【請求項3】
複数の第１のスポークが互いに重なり合っている、請求項１に記載の非空気式タイヤ。
【請求項4】
前記１つ以上の第１のスポークが、前記外側リングから前記内側リングまで延びている、請求項１に記載の非空気式タイヤ。
【請求項5】
前記１つ以上の第１のスポークが、前記外側リングから前記内側リングまで延び、次いで前記内側リングから前記外側リングまで延びている、請求項１に記載の非空気式タイヤ。
【請求項6】
前記第１のスポークの厚さｔ３が、２〜５ｍｍの範囲にある、請求項１に記載の非空気式タイヤ。
【請求項7】
前記第１のスポークの軸方向厚さｗ３が、２５〜７０ｍｍの範囲にある、請求項１に記載の非空気式タイヤ。
【請求項8】
前記第１のスポークのスポーク厚さｔ３に対するスポーク軸方向幅ｗ３の比率が、８〜２８の範囲にある、請求項１に記載の非空気式タイヤ。
【請求項9】
前記スポークディスクが、前記第１の湾曲部とは異なる第２の湾曲部を有する第２のスポークをさらに含む、請求項１に記載の非空気式タイヤ。
【請求項10】
前記第２の湾曲部が、前記外側リングと交わる頂点部を有する放物曲線部である、請求項９に記載の非空気式タイヤ。
【請求項11】
前記第２のスポークが、前記第１のスポークのうちの２つと交差している、請求項９に記載の非空気式タイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、一般に、車両用のタイヤおよび非空気式タイヤに関し、より詳細には、非空気式タイヤに関する。
【背景技術】
【0002】
空気入りタイヤは、１世紀以上にわたり車両移動性のために選択される解決策であるとされている。空気入りタイヤは引張構造である。空気入りタイヤは、空気入りタイヤを目下のところ優勢なものにしている少なくとも４つの特性を有している。空気入りタイヤは、タイヤ構造の全てが荷重を支えることに関わるため、荷重を支えるのに有能である。空気入りタイヤは、接地圧が低く、その結果、車両の荷重の分散により道路上での摩耗が抑えられることからも望ましい。空気入りタイヤは剛性も低く、そのことが車両の快適な乗り心地を保証する。空気入りタイヤの主要な欠点は、圧縮流体を必要とすることである。従来の空気入りタイヤは、タイヤ圧を完全に失うと役に立たなくなる。
【0003】
タイヤ圧を必要としないように設計されたタイヤは、空気入りタイヤに関連する問題点および妥協点の多くを解消する可能性がある。圧力の維持も圧力の監視も必要とされない。今日までの、中実タイヤなどの構造的に支持されたタイヤや他のエラストマー構造は、従来の空気入りタイヤで必要とされる性能水準を提供していない。構造的に支持されたタイヤの、空気入りタイヤのような性能をもたらす解決策は、望ましい進歩であろう。
【0004】
非空気式タイヤは、通常、荷重を支える能力によって定義される。「ボトムローダー」は、構造体のハブより下方の部分において荷重の大部分を支える本質的に剛性のある構造である。「トップローダー」は、構造体の全てが荷重を支えることに関わるように設計されている。したがって、トップローダーは、ボトムローダーよりも荷重を支える能力が高く、より質量が少ない設計を可能にする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
したがって、空気で膨張させることを必要とするという欠点を伴うことなく空気入りタイヤの全ての特徴を有する、改良された非空気式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つ以上の実施態様は、接地する環状トレッド部分と、剪断バンドと、剪断バンドに接続された少なくとも１つのスポークディスクであって、放物線状の湾曲部を有する１つ以上の第１のスポークを有し、１つ以上の第１のスポークが外側リングから内側リングまで延びている、少なくとも１つのスポークディスクと、を有する非空気式タイヤを提供する。
【0007】
本発明の１つ以上の実施態様は、接地する環状トレッド部分と、剪断バンドと、剪断バンドに接続された少なくとも１つのスポークディスクであって、放物線状の湾曲部を有する１つ以上の第１のスポークを有し、１つ以上の第１のスポークが、外側リングから内側リングまで延びている、少なくとも１つのスポークディスクと、を有し、放物線状の第２の湾曲部を有する１つ以上のスポークを有する、非空気式タイヤを提供する。
【0008】
本発明の１つ以上の実施態様は、接地する環状トレッド部分と、剪断バンドと、剪断バンドに接続された少なくとも１つのスポークディスクであって、放物線状の湾曲部を有する１つ以上の第１のスポークを有し、１つ以上の第１のスポークが外側リングから内側リングまで延びている、少なくとも１つのスポークディスクと、を有し、複数の第１のスポークが互いに重なり合っている、非空気式タイヤを提供する。
【0009】
本発明の１つ以上の実施態様は、接地する環状トレッド部分と、剪断バンドと、剪断バンドに接続された少なくとも１つのスポークディスクであって、放物線状の湾曲部を有する１つ以上の第１のスポークを有し、１つ以上の第１のスポークが外側リングから内側リングまで延びている、少なくとも１つのスポークディスクと、を有し、第１のスポークの頂点部が、内側リング上に配置されている、非空気式タイヤを提供する。
【0010】
本発明の１つ以上の実施態様は、接地する環状トレッド部分と、剪断バンドと、剪断バンドに接続された少なくとも１つのスポークディスクであって、放物線状の湾曲部を有する１つ以上の第１のスポークを有し、１つ以上の第１のスポークが外側リングから内側リングまで延びている、少なくとも１つのスポークディスクと、を有し、１つ以上の第１のスポークが、外側リングから内側リングまで延びている、非空気式タイヤを提供する。
【0011】
本発明の１つ以上の実施態様は、接地する環状トレッド部分と、剪断バンドと、剪断バンドに接続された少なくとも１つのスポークディスクであって、放物線状の湾曲部を有する１つ以上の第１のスポークを有し、１つ以上の第１のスポークが外側リングから内側リングまで延びている、少なくとも１つのスポークディスクと、を有し、１つ以上の第１のスポークが、外側リングから内側リングまで延び、次いで内側リングから外側リングまで延びている、非空気式タイヤを提供する。
【0012】
本発明の１つ以上の実施態様は、接地する環状トレッド部分と、剪断バンドと、剪断バンドに接続された少なくとも１つのスポークディスクであって、放物線状の湾曲部を有する１つ以上の第１のスポークを有し、１つ以上の第１のスポークが外側リングから内側リングまで延びている、少なくとも１つのスポークディスクと、を有し、第１のスポークが、接合部において、隣接する第１のスポークと交差し、各第１のスポークが、接合部の半径方向外側に配置された部分Ｌ２と、接合部の半径方向内側に配置された部分Ｌ１とを有し、Ｌ２／Ｌ１の比率が約０．２〜５の範囲にある、非空気式タイヤを提供する。
【0013】
本発明の１つ以上の実施態様は、接地する環状トレッド部分と、剪断バンドと、剪断バンドに接続された少なくとも１つのスポークディスクであって、放物線状の湾曲部を有する１つ以上の第１のスポークを有し、１つ以上の第１のスポークが外側リングから内側リングまで延びている、少なくとも１つのスポークディスクと、を有し、第１のスポークの厚さｔ３が、２〜５ｍｍの範囲にある、非空気式タイヤを提供する。
【0014】
本発明の１つ以上の実施態様は、接地する環状トレッド部分と、剪断バンドと、剪断バンドに接続された少なくとも１つのスポークディスクであって、放物線状の湾曲部を有する１つ以上の第１のスポークを有し、１つ以上の第１のスポークが外側リングから内側リングまで延びている、少なくとも１つのスポークディスクと、を有し、第１のスポークの軸方向厚さｗ３が、２５〜７０ｍｍの範囲にある、非空気式タイヤを提供する。
【0015】
本発明の１つ以上の実施態様は、接地する環状トレッド部分と、剪断バンドと、剪断バンドに接続された少なくとも１つのスポークディスクであって、放物線状の湾曲部を有する１つ以上の第１のスポークを有し、１つ以上の第１のスポークが外側リングから内側リングまで延びている、少なくとも１つのスポークディスクと、を有し、第１のスポークのスポーク厚さｔ３に対するスポーク軸方向幅ｗ３の比率が、８〜２８の範囲にある、非空気式タイヤを提供する。
【0016】
本発明の１つ以上の実施態様は、接地する環状トレッド部分と、剪断バンドと、剪断バンドに接続された少なくとも１つのスポークディスクであって、放物線状の湾曲部を有する１つ以上の第１のスポークを有し、１つ以上の第１のスポークが外側リングから内側リングまで延びている、少なくとも１つのスポークディスクと、を有し、スポークディスクが、第１の湾曲部とは異なる第２の湾曲部を有する第２のスポークをさらに含む、非空気式タイヤを提供する。
【0017】
本発明の１つ以上の実施態様は、接地する環状トレッド部分と、剪断バンドと、剪断バンドに接続された少なくとも１つのスポークディスクであって、放物線状の湾曲部を有する１つ以上の第１のスポークを有し、１つ以上の第１のスポークが外側リングから内側リングまで延びている、少なくとも１つのスポークディスクと、を有し、スポークディスクが、第１の湾曲部とは異なる第２の湾曲部を有する第２のスポークをさらに含み、第２の湾曲部が、外側リングと交わる頂点部を有する放物曲線部である、非空気式タイヤを提供する。
【0018】
本発明の１つ以上の実施態様は、接地する環状トレッド部分と、剪断バンドと、剪断バンドに接続された少なくとも１つのスポークディスクであって、放物線状の湾曲部を有する１つ以上の第１のスポークを有し、１つ以上の第１のスポークが外側リングから内側リングまで延びている、少なくとも１つのスポークディスクと、を有し、スポークディスクが、第１の湾曲部とは異なる第２の湾曲部を有する第２のスポークをさらに含み、第２のスポークが、第１のスポークのうちの２つと交差している、非空気式タイヤを提供する。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1A】本発明の非空気式タイヤの第１の実施形態の斜視図である。
【図1B】本発明の非空気式タイヤの第２の実施形態の斜視図である。
【図1C】本発明の非空気式タイヤの第３の実施形態の斜視図である。
【図2】スポークディスクの第１の実施形態の正面斜視図である。
【図6】本発明のスポークディスクの第２の実施形態を示す図である。
【図7】本発明のスポークディスクの第３の実施形態を示す図である。
【図8】同じ向きの複数のスポークディスクを示す、本発明の非空気式タイヤの一代替実施形態の断面図である。
【図12】本発明のスポークディスクの第４の実施形態の正面図である。
【図14】本発明のスポークディスクの第５の実施形態の正面図である。
【図17】スポークディスクの第６の実施形態の正面図である。
【図18】スポークディスクの第６の実施形態の斜視図である。
【図19】スポークディスクの第７の実施形態の正面図である。
【図21】無荷重下での第６の実施形態のスポークディスクの斜視図である。
【図22】荷重下での第６の実施形態のスポークディスクの斜視図である。
【図23】剪断バンドに対するばね定数試験を示し、力変位曲線の勾配からばね定数ｋが決定されることを示す図である。
【図24】スポークディスクに対するばね定数試験を示し、力変位曲線の勾配からばね定数ｋが決定されることを示す図である。
【図25】タイヤに対するばね定数試験を示し、力変位曲線の勾配からタイヤばね定数ｋが決定されることを示す図である。
【図26】剪断剛性を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【0021】
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。「赤道面」は、タイヤの回転軸に垂直でタイヤの中心線を通る平面を意味する。
「子午線面」は、タイヤの回転軸に平行でその軸から半径方向外側に延びる平面を意味する。
「ヒステリシス」は、２５℃および１０％の動的剪断歪みで測定された動的損失正接を意味する。
【0022】
本発明の非空気式タイヤ１００の例が、図１Ａ〜図１Ｃに示されている。本発明のタイヤは、地面と係合する半径方向外側のトレッド２００と、剪断バンド３００と、１つ以上のスポークディスク４００とを含んでいる。スポークディスク４００は、以下でより詳細に説明するように、様々な設計を有していてよい。本発明の非空気式タイヤは、剪断バンド３００および１つ以上のスポークディスク４００が効率良く荷重を支えるように、トップローディング構造であるように設計されている。剪断バンド３００およびスポークディスク４００は、剪断バンド３００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。各ディスク４００の複数のスポークは、タイヤの接地領域において座屈または変形する剛性構造であって、縮んだり圧縮荷重を支えたりしない剛性構造であるように設計されている。これにより、これらスポークのうちの接地領域にない残りのスポークが荷重を支えることが可能になる。接地領域内よりも接地領域外に多くのスポークが存在するため、スポーク１つ当たりの荷重が小さくなって、より細いスポークがタイヤの荷重を支えることが可能になり、それにより、非常に荷重効率の高い構造がもたらされる。全てのスポークが、弾性的に座屈することができるわけではなく、接地領域において圧縮荷重の一部を保持するわけではない。上記の理由により、この荷重を最小限に抑えることが望ましく、剪断バンドが湾曲して道路の障害物を乗り越えられるようにすることが望ましい。おおよその荷重分布は、荷重の約９０〜１００％が剪断バンドおよび上側のスポークによって支えられ、それにより、下側のスポークが事実上ゼロ、好ましくは１０％未満の荷重を支えるような荷重分布である。
【0023】
非空気式タイヤは、非空気式タイヤが所望の特性を有するようにするために、スポークディスクの様々な組み合わせを有していてもよい。例えば、剪断荷重および引張荷重の両方を支える第１のスポークディスク４００を選択することができる。純引張力を支える第２のスポークディスクを選択することもできる。横方向における剛性が高い第３のスポークディスク１０００，２０００を選択することもできる。図１Ａ〜図１Ｃに示す例示的なタイヤディスク構成を参照されたい。
【0024】
トレッド部分２００は、溝を有していなくてもよく、あるいは、本質的に長手方向のトレッドリブをそれらの間に形成する長手方向を向いた複数のトレッド溝を有していてもよい。リブは、特定の車両用途の使用要件に適合したトレッドパターンを形成するために、横方向または長手方向にさらに分割されていてもよい。トレッド溝は、タイヤの意図された使用法と矛盾のない任意の深さを有していてもよい。タイヤトレッド２００は、様々な状況でタイヤの性能を高めるために、所望に応じて、リブ、ブロック、ラグ、溝、およびサイプなどの要素を含んでいてもよい。
【0025】
（剪断バンド）剪断バンド３００は、環状であることが好ましく、図５に示されている。剪断バンド３００は、タイヤトレッド２００の半径方向内側に配置されている。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を含んでいる。剪断バンド３００の第１の実施形態では、剪断バンド３００は、互いに平行に配置され、かつエラストマー製の剪断母材３３０によって隔てられた２つの非伸縮層から構成されている。各非伸縮層３１０，３２０は、エラストマー被覆に埋め込まれた平行で非伸縮性の補強コード３１１，３２１で形成されていてもよい。補強コード３１１，３２１は、鋼鉄、アラミド、または他の非伸縮性の構造体であってよい。剪断バンド３００の第２の実施形態では、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との間に配置された第３の強化エラストマー層をさらに含んでいる。
【0026】
第１の強化エラストマー層３１０内では、補強コード３１１がタイヤの赤道面に対して０度から約±１０度の範囲の角度Φに配向されている。第２の強化エラストマー層３２０内では、補強コード３２１がタイヤの赤道面に対して０度から約±１０度の範囲の角度φに配向されている。第１の層３１０の角度Φは、第２の層３２０の補強コード３２１の角度φとは反対方向であることが好ましい。つまり、第１の強化エラストマー層３１０では角度＋Φであり、第２の強化エラストマー層３２０では角度−φである。
【0027】
剪断母材３３０は、約０．１０インチ（約２．５４ｍｍ）から約０．２インチ（約５．０８ｍｍ）の範囲の厚さ、より好ましくは約０．１５インチ（約３．８１ｍｍ）の厚さを有している。剪断母材３３０は、１５〜８０ＭＰａの範囲、より好ましくは４０〜６０ＭＰａの範囲の剪断弾性率Ｇｍを有するエラストマー材料で形成されていることが好ましい。
【0028】
剪断バンドは、剪断剛性ＧＡを有している。剪断バンドから採取された代表試験片のたわみを測定することで、剪断剛性ＧＡを決定することができる。試験片の上面は、図２６に示すように横力Ｆを受ける。試験片は、剪断バンドから採取された、剪断バンドと同じ半径方向厚さを有する代表試料である。このとき、剪断剛性ＧＡは、以下の式から算出される。ＧＡ＝Ｆ＊Ｌ／ΔＸ
【0029】
剪断バンドは、曲げ剛性ＥＩを有している。３点曲げ試験を用いた梁力学から曲げ剛性ＥＩを決定することができる。３点曲げ試験は、梁が２つのローラ支持体上に置かれて中央部に加えられた集中荷重を受けている場合を表している。曲げ剛性ＥＩは、以下の式、すなわち、ＥＩ＝ＰＬ３／４８＊ΔＸ
から決定される。ここで、Ｐは荷重、Ｌは梁の長さ、ΔＸはたわみである。
【0030】
剪断バンド３００の曲げ剛性ＥＩを最大限に高めて、剪断剛性ＧＡを最小限に抑えることが望ましい。許容可能なＧＡ／ＥＩの比率は０．０１から２０の間であり、理想的な範囲は０．０１から５の間である。ＥＡは、剪断バンド３００の伸び剛性であり、張力を加えて長さの変化を測定することで実験的に決定される。剪断バンド３００のＥＩに対するＥＡの比率は、０．０２〜１００の範囲であれば許容することができ、理想的な範囲は１〜５０である。
【0031】
剪断バンド３００は、１５〜３０％の範囲の最大剪断歪みに耐えられることが好ましい。
【0032】
非空気式タイヤは、実験的に決定される全体ばね定数ｋｔを有している。非空気式タイヤはリム上に取り付けられており、図２５（ａ）に示すように、リムを通じてタイヤの中心に荷重が加えられる。ばね定数ｋｔは、図２５（ｂ）に示すように、力対たわみの曲線の勾配から決定される。タイヤのばね定数ｋｔは、所望の用途に応じて異なっていてよい。タイヤのばね定数ｋｔは、芝刈り機または低速車両の用途では、６５０ｌｂｓ／ｉｎｃｈ（約１１．６ｋｇ／ｍｍ）から１２００ｌｂｓ／ｉｎｃｈ（約２１．４ｋｇ／ｍｍ）の範囲にあることが好ましい。
【0033】
剪断バンドは、図２３（ａ）に示すように剪断バンド上部の水平面に下向きの力を加えてたわみの量を測定することで実験的に決定することができるばね定数ｋを有している。ばね定数は、図２３（ｂ）に示すように、力対たわみの曲線の勾配から決定される。
【0034】
本発明は、本明細書で開示される剪断バンドの構造に限定されるものではなく、０．０１〜２０の範囲のＧＡ／ＥＩ、または０．０２〜１００の範囲のＥＡ／ＥＩの比率、または２０から２０００の範囲のばね定数を有する任意の構造や、それらの任意の組み合わせを含んでいてよい。より好ましくは、剪断バンドは、０．０１〜５のＧＡ／ＥＩの比率、または１〜５０のＥＡ／ＥＩの比率、または１７０ｌｂ／ｉｎｃｈ（約３．０３ｋｇ／ｍｍ）のばね定数や、それらの任意の部分的組み合わせを有している。タイヤトレッドは、剪断バンドに巻かれていることが好ましく、剪断バンドと一体成形されていることが好ましい。
【0035】
（スポークディスク）本発明の非空気式タイヤは、少なくとも１つのスポークディスク４００，７００，８００，９００，１０００をさらに含んでおり、好ましくは、図１Ｂ、図８に示すように非空気式タイヤの両端に離間して配置可能な少なくとも２つのディスクをさらに含んでいる。これらのスポークディスクは、例えば図４、図６、図７、図１２、および図１４に示すように、異なる断面設計を有していてもよい。スポークディスクは、剪断層から伝達される荷重を支える機能を有している。これらのディスクは、主として引張および剪断荷重を負担し、圧縮荷重を支えることがない。図２に、非空気式タイヤに使用することができる例示的な第１のディスク４００が示されている。ディスク４００は、環状であって、外側エッジ４０６と、ハブを形成するための金属製または剛体製の補強リング４０５を受け入れる内側エッジ４０３とを有している。本明細書で説明される各ディスクは、実質的に非空気式タイヤの軸方向厚さＡＷ未満の軸方向厚さＡを有している。軸方向厚さＡは、ＡＷの５〜２０％の範囲にあり、より好ましくはＡＷの５〜１０％の範囲にある。２つ以上のディスクが利用される場合、各ディスクの軸方向厚さは異なっていてもよく、同じであってもよい。
【0036】
各スポークディスクは、図２４（ａ）に示すように既知の荷重下でのたわみを測定することで実験的に決定することができるばね定数ＳＲを有している。スポークディスクのばね定数ｋを決定する１つの方法は、スポークディスクをハブに取り付けて、スポークディスクの外側リングを剛体製の試験治具に取り付けることでαブに下向きの力が加えられて、ハブの変位が記録される。ばね定数ｋは、図２４（ｂ）に示すように、力たわみ曲線の勾配から決定される。スポークディスクのばね定数は、剪断バンドのばね定数よりも大きいことが好ましい。スポークディスクのばね定数は、剪断バンドのばね定数の４倍から１２倍の範囲にあることが好ましく、剪断バンドのばね定数の６倍から１０倍の範囲にあることがより好ましい。
【0037】
２つ以上のスポークディスクが使用される場合、それらのスポークディスクの全てが同じばね定数を有することが好ましい。図８に示すように、スポークディスクの数を増やすことで、非空気式タイヤのばね定数を調整することができる。あるいは、各スポークディスクのばね定数は、スポークディスクの幾何形状を変更したり、材料を変えたりすることで異なっていてもよい。２つ以上のスポークディスクが使用される場合、それらのスポークディスクの全てが同じ外径を有することがさらに好ましい。
【0038】
図８は、複数のスポークディスク４００を有する非空気式タイヤの一代替実施形態を示している。複数のスポーク４１０が半径方向に延びていることが好ましい。ディスク４００の複数のスポーク４１０は、軸方向に膨張または変形するように設計され、それにより、各スポークが、図１０に示すように軸方向外側に変形するか、あるいは図９に示すように軸方向内側に変形することができる。２つのスポークディスクのみが使用される場合、それらのスポークディスクは、図９に示すようにそれぞれが軸方向内側に膨張または変形するような向きにあってもよく、あるいは、図１０に示すようにその両方が軸方向外側に膨張するように反対向きにあってもよい。非空気式タイヤに荷重が加えられると、スポークは、接地面を通過するときに、圧縮に対して実質的に抵抗することなく、変形するか、または軸方向にしなり、荷重支持点にゼロの圧縮力またはごくわずかな圧縮力を与えることになる。スポークにとって支配的な荷重は、引張および剪断によるものであり、圧縮によるものではない。
【0039】
スポーク４１０は、図２に示すように長方形の断面を有しているが、長方形の断面に限定されるものではなく、円形、正方形、楕円形等の断面であってもよい。スポーク４１０は、長手方向に座屈するために選択された断面を有していることが好ましく、スポーク軸方向厚さに対するスポーク幅Ｗの比率Ｗ／ｔが、約１５〜８０の範囲にあることが好ましく、約３０〜６０の範囲にあることがより好ましく、約４５〜５５の範囲にあることが最も好ましい。好ましい長方形のスポーク設計の固有の特徴は、スポークが剪断荷重を支えられることであり、これにより、ばね剛性を引張荷重および剪断荷重においてスポーク間に拡散させることが可能になる。剪断剛性をもたらすこの幾何学的な能力は、スポークのスポーク厚さｔと半径方向高さＨとの比率である。好ましいＨ／ｔの比率は、約２．５〜２５（「約」とは±１０％を意味する）の範囲にあり、より好ましくは約１０〜２０（「約」とは±１０％を意味する）の範囲にあり、最も好ましくは１２〜１７の範囲にある。
【0040】
スポーク４１０は、図３に示すように、半径方向平面において角度αの角度になっていることが好ましい。この角度αは、好ましくは６０〜８８度の範囲にあり、より好ましくは７０〜８５度の範囲にある。さらに、スポーク４１０が軸方向に湾曲または変形するのを促進するために、スポーク４１０の半径方向外端部４１５が半径方向内端部４１３から軸方向にずれている。あるいは、図１１に示すように、スポーク９００は湾曲していてもよい。
【0041】
図６は、スポークディスク７００の第２の実施形態である。スポークディスク７００は、環状であり、複数の穴７０２を有しているが実質的には中実である。複数の穴７０２は、半径方向を向いた複数の列に配置されていてもよい。図７は、スポークディスク８００の第３の実施形態である。スポークディスク８００は、環状かつ中実であり、何の穴も備えていない。スポークディスク７００，８００の断面は、図３と同様である。スポークディスク７００，８００は、図３に示したものと同じ厚さ、軸方向幅を有している。
【0042】
図１２〜図１３は、スポークディスク１０００の第４の実施形態を示している。スポークディスク１０００は、実質的に非空気式タイヤの軸方向厚さＡＷ未満の軸方向厚さＡを有している。スポークディスク１０００は、内側リング１０１０を外側リング１０２０に接続する複数のスポークを有している。剪断バンド３００は、スポークディスクの半径方向外側に取り付けられる。スポークディスク１０００は、直線状でかつ外側リング１０２０を内側リング１０１０に接合する第１のスポーク１０３０を有している。第１のスポーク１０３０は、２０度から８０度の範囲の角度Ｂを外側リング１０２０と形成している。角度Ｂは、９０度未満であることが好ましい。スポークディスク１０００は、好ましくは湾曲した形状で外側リング１０２０から内側リング１０１０まで延びる第２のスポーク１０４０をさらに含んでいる。第２のスポーク１０４０は、接合部１１００において第１のスポーク１０３０に接合されている。湾曲したスポーク１０４０は、外側リング１０２０から接合部１１００までの第１の湾曲部と、接合部１１００から内側リング１０１０までの第２の湾曲部とを有している。この例では、第１の湾曲部は凸形であり、第２の湾曲部は凹形である。第１および第２のスポークの形状または湾曲によって、ブレードが荷重を受けたときにどのように変形するかが左右される。スポークディスク１０００のブレードは、角度方向θに座屈するように設計されている。
【0043】
接合部１１００によって第１のスポーク１０３０が第２のスポーク１０４０に接合されることで、上側および下側に概ね三角形１０５０，１０６０が形成される。接合部１１００の半径方向高さは、図１６に示すように、Ｌ１／Ｌ２の比率を変えることで変更可能である。Ｌ１／Ｌ２の比率は、０．２〜５の範囲にあってよく、好ましくは０．３〜３の範囲にあってよく、より好ましくは０．４〜２．５の範囲にあってもよい。スポーク１０３０，１０４０は、２〜５ｍｍの範囲のスポーク厚さｔと、軸方向における約２５〜７０ｍｍの範囲の軸方向幅Ｗとを有している。スポークの厚さｔ２に対する軸方向幅Ｗ２の比率、すなわちＷ２／ｔ２は、８〜２８の範囲にあり、より好ましくは９〜１１の範囲にある。他のスポークディスク４００，７００，８００が引張および剪断荷重の両方を支えることができる一方、スポークディスク１０００は、主に引張荷重を支えるように設計されている。他のスポークディスク４００，７００，８００が軸方向における異なる平面において座屈するように設計されている一方、スポークディスク１０００は、半径方向平面において座屈する。
【0044】
図１４は、スポークディスク２０００の第５の実施形態を示しており、このスポークディスク２０００は、以下の違いを除いてスポークディスク１０００と同様である。スポークディスク２０００は、第１および第２のスポーク２０３０，２０４０を有しており、これらは、接合部２１００によって互いに接合されて、湾曲した境界を有する２つの略三角形Ａ，Ｂを形成している。第１および第２のスポーク２０３０，２０４０は、どちらも外側リング２０２０から内側リング２０１０まで延びている。第１および第２のスポーク２０３０，２０４０は、どちらも湾曲している。各スポークの半径方向外側部分Ｌ２は、第１の湾曲部を有しており、半径方向内側部分Ｌ１は、第１の湾曲部とは反対方向に湾曲している。図１５は、荷重下で座屈しているスポークディスク２０００を示している。第１および第２のスポーク２０３０，２０４０の半径方向外側部分は、角度方向に座屈している。
【0045】
図１７は、スポークディスク３０００の第６の実施形態を示している。スポークディスク３０００は、互いに重なり合った複数の湾曲したスポーク３０３０を有している。スポークは、放物線状に湾曲していることが好ましい。スポーク３０３０は、スポークディスクの外側リング３０２０に接続された第１の端部３０４０を有している。スポーク３０３０は、接合部３０６０において、隣接する別のスポーク３０３０’と交差している。接合部３０６０と端部３０４０との間にある、スポークの半径方向外側部分は、Ｌ２と表される。接合部３０６０と、内側リング３０１０との接点３０７５との間にある、スポーク３０３０の半径方向内側部分は、Ｌ１と表される。スポーク３０３０は、内側リング３０１０上に配置された接合部３０７０において、別のスポーク３０３０’’と交差している。スポーク３０３０は、内側リング３０１０上に配置された接合部３０８０において、別のスポーク３０３０’’’と交差している。スポーク３０３０は、接合部３０９０において、別のスポーク３０３０’’’’と交差している。スポーク３０３０は、外側リング３０２０上に配置された末端部３０５０を有している。図１８は、放物線状スポークディスクの斜視図を示している。スポークディスクの軸方向厚さＷ３は、実質的にタイヤの軸方向厚さＡＷ未満である。スポークディスクの軸方向厚さＷ３は、約２５〜７０ｍｍの範囲にあってもよい。スポーク厚さｔ３は、２〜５ｍｍの範囲にあることが好ましい。スポークディスクの軸方向厚さは、他のスポークディスクの他の軸方向厚さと異なっていてもよい。Ｌ２／Ｌ１の比率は、約０．２〜５の範囲にあることが好ましく、０．３〜３の範囲にあることがより好ましく、０．４〜２．５の範囲にあることが最も好ましい。
【0046】
図２１は、荷重が加えられる前のスポークディスク３０００を示しており、図２２は、荷重が加えられた位置にあるスポークディスク３０００を示している。図示したようにリムに荷重が加えられると、半径方向外側部分Ｌ２は、図２２に示すように変形する。
【0047】
図１９は、２重放物線状のスポークディスク４０００の第７の実施形態を示している。このスポークディスクは、第２の放物曲線部４５００（ピンクで図示）が追加されたことを除いて、スポークディスク３０００と同様の第１の放物曲線部３０３０，３０３０’，３０３０’’を含んでいる。第１の放物曲線部３０３０，３０３０’は、重なり合っていることが好ましい。第２の放物曲線部４５００は、複数の接合部において、第１の放物曲線部３０３０と交差している。第２の放物曲線部４５００は、接合部３０７０，３０８０において、１番目の第１の放物曲線部３０３０と交差している。第２の放物曲線部４５００は、接合部３０８０，３０９０，３０５０において、２番目の第１の放物曲線部３０３０’と交差している。第２の放物曲線部４５００は、接合部３０７０，３０９０，３０９５において、３番目の放物曲線部３０３０’’と交差している。それぞれの第１の放物曲線部３０３０は、他の３つの第１の放物曲線部３０３０’、３０３０’’，３０３０’’’と交差している。第２の放物曲線部４５００は、半径方向外側リング４０３０上に配置された頂点部４６００と、交点部３０８０，３０７０でそれぞれ終端している半径方向内側脚部４５１０，４５２０とを有している。第１の放物曲線部３０３０の頂点部３０７５は、半径方向内側リング４０１０と交わっている。
【0048】
非空気式タイヤの好ましい一実施形態が、図１Ｂに示されている。軸方向外端部にあるスポークディスクは、スポークディスク４００であり、軸方向外側に座屈するように向けられている。対向するスポークディスク４００の間には、少なくとも１つのディスク１０００，２０００，４０００が配置されている。ディスク１０００，２０００が引張荷重のみを支える一方、外側のスポークディスクは、剪断荷重および引張荷重の両方を支えるように設計されている。内側のディスクの数は、必要に応じて選択可能である。内側のディスクが異なる平面において座屈する一方、外側のディスクは、第１の平面において座屈する。ディスク１０００，２０００は、横方向に剛性を有するように設計され、それにより、ディスク１０００，２０００を組み合わせてタイヤの横剛性を調整することができる。外側のディスク４００は、ディスク１０００，２０００ほど横方向に剛性を有するものではない。
【0049】
スポークディスクは、弾性材料で形成されていることが好ましく、熱可塑性エラストマーで形成されていることがより好ましい。スポークディスクの材料は、以下の材料特性のうち１つ以上の材料特性に基づいて選択される。ディスク材料の引張弾性率（ヤング率）は、ＩＳＯ５２７−１，２に準拠した標準試験法を用いた場合、４５〜６５０ＭＰａの範囲にあることが好ましく、８５〜３００ＭＰａの範囲にあることがより好ましい。ガラス転移温度は、−２５℃未満であり、より好ましくは−３５℃未満である。破断降伏歪み（yield strain at break）は、３０％超であり、より好ましくは４０％超である。破断伸びは、降伏歪み以上、より好ましくは２００％超である。熱たわみ温度は、０．４５ＭＰａにおいて４０℃超、より好ましくは０．４５ＭＰａにおいて５０℃超である。ＩＳＯ１７９／ＩＳＯ１８０に準拠した試験法を用いた２３℃でのアイゾット・シャルピー切欠き試験で破断が生じることはない。ディスクに適切な２つの材料が、ＤＳＭ社の製品として市販されており、ＡＲＮＩＴＥＬ（登録商標）ＰＬ４２０ＨおよびＡＲＮＩＴＥＬ（登録商標）ＰＬ４６１という商品名で販売されている。
【0050】
上記の説明を読むことで他の多くの変形形態が当業者には明らかになることを、本出願人らは理解している。そのような変形形態および他の変形形態は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の趣旨および範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0051】
２００ トレッド部分３００ 剪断バンド
３０００，４０００ スポークディスク
３０３０，３０３０’，３０３０’’，３０３０’’’，３０３０’’’’ スポーク（第１の放物曲線部）
３０１０ 内側リング
３０２０ 外側リング
４５００ 第２の放物曲線部
３０７５，４６００ 頂点部
３０５０，３０６０，３０７０，３０８０，３０９０，３０９５ 接合部