半气动式轮胎(内胎)

摘要

本发明在于提供一种简洁、全方位的轮胎(内胎20),其是集多种不同轮胎的设计于一身。本发明主要整体的设计特点是在一可轻易地由弹性橡胶、聚氨酯制成之传统轮胎的内部来加以设计以及发展。这种轮胎具有一种内建的主充气部(21)，其是由强化内衬(30)、组件的强化网(31)或是单一的强化个别支撑垫(39,41)所组成，以及充气部(22)，其是由一次要环形的环(胎体)所组成。主要的非充气部(21)是包覆在胎冠50～80%侧壁高度以及次要部的胎体之间。在弹性主要环形固态部的内部是设有具适切几何形状的腔室，其是具有金属内建的衬垫或是强化支撑垫(39,41)。当对轮圈侧的次要非充气部加以设计，来维持适当的高度时，为了可方便拆卸以及装设轮胎，轮胎的胎圈(23)需要移开。

说明书

技术领域

本发明是有关于一种轮胎,其在内部(内胎)是具有一可用来支撑防爆状态的 非充气第一部,以及一可用以轻易地移除以及装设具有一主非充气部之轮胎的充 气部。

背景技术

当一传统的轮胎装设在一轮子上并充满了气时,胎圈压迫着钢圈的边缘,在 轮胎和轮子间形成了气密的状态。而在遇到刺穿时,有内胎的轮胎会立即的形成泄 气,此时车辆将难以驾驶或转向。无内胎的轮胎则会慢慢的泄气,而汔车也是慢慢 的难以驾驶或是转向。无论是有内胎的轮胎或是无内胎之轮胎的范例揭露在美国 专利2,334,893;2,554,815;2,680,463;3,724,521;和3,945,419内分别的授予G.C. Arey;F.O.Church;S.Khalil;D.M.Coddington et al.;以及J.Kosanke等人。

这些结构所共有的问题在于当空气泄露变多时,安全性就相对的降低,除了 因为空气泄露愈来愈多而对轮圈造成损伤之外,发生意外事故的机率亦会增多。因 此,轮胎以及汽车制造商都集中全力来发展防爆胎,这种轮胎解决了上述的问题 并且增加了载货的空间,然而,其也造成了另外的一些问题。防爆胎装填的是空气, 但一旦发生了刺穿的情形时,这类的轮胎就必须靠其它的方式来支撑车辆。基本上, 有两类的防爆胎:

1.自我支撑型防爆胎;大多数的防爆胎都具有强化的侧壁,以可在遭逢泄气时 来支撑整辆车辆的重量。在美国专利7,448,422以及6,422,279B1中均有提到相关 的范例。

2.具支撑环的防爆胎;在失去空气时,环绕着轮胎内部,并防止在轮圈上溃散 的是一圈的支撑环。但这类的轮胎预期上会较其它轮胎贵上许多,并且也需要特殊 装缷工具。这类的设计可在美国专利4,773,461;4,324,279;4,293,017;4,216,809以 及国际公开案WO2010/037052A1中揭露出来。

这类的轮胎典型地可在没气压状态下以时速50～55英哩走上50～125英哩。但 此类自我支撑型轮胎在正常驾驶速度下,却会受到转向时发生轻微的拉力以及震 动的影响,因为在车胎发生泄气状态时,其主要是依赖着侧壁的硬度来支撑车辆 的重量,也因为在这状态下的轮胎于驾驶时,则会产生较正常的轮胎状态下来的 较为刺耳、更吵杂以及难以操控的驾驭感。

对于那些具有支撑环的轮胎而言,则会在遭遇到胎体朝向支撑环崩溃的问题, 因为在轮胎完全泄气时,在更换环状插入器的程序中,无法避免地,必须在支撑环 以及胎冠内面的内壁间预留一空间,这也造成了在刺穿孔发生时形成了较为刺耳/ 吵杂的驾驭感。解决之道则是装设一个环体来覆盖整个轮胎空洞处,但这作法免不 了仍需要额外的实验、材料以及组件部种种复杂的问题。

其它解决方法则是简单地在轮胎空洞处填入多个管体,但却不碰触胎面,而 后,则对管体灌气;但这种无法修复的形式,在胎冠存有一垂直的尖锐金属物时, 则会造成管体接续性地发生无效。

对于这些不同类别的轮胎,当受到穿刺时,这些轮胎会在较之于平时处于充 满气时实质上少了许多气压下来行驶,因此,这类轮胎的组件,诸如是侧壁以及胎 体,都会遭受到极端的变形、应力以及磨耗,并且可预期地产生无法修复的状态, 或是在修复后可预期地再次的发生穿孔的情形。

轮胎制造商以及发明人将这些充气防爆的设计朝向为非充气式的设计,而在 方向上则分为下列二种:

1.无气轮胎:在这类轮胎中,许多具有不同几何形状的孔洞(开口)是设置在一 侧壁而到另一侧壁;这些孔洞不是穿过整个固态的胎体宽度,或至少是其中的一 部份,就是由内侧来穿过一部份。这类的设计可在美国专利6,681,822B2;4,226,273; 4,549,592;4,832,098;7,143,797B2;EP0802865B1;EP1687155B1以及EP1486 356A1以及国际公开案申请号为WO2009/016962A1以及WO89/05736。这些设计 需要固态、坚硬的轮胎,因此当有孔洞形成于其内部时,其内部并没有任何弹性的 金属或是任何其它强化的内衬;来自于和轮圈表面整体的接触所形成的坚硬度将 会形成不仅仅是振动,在充气轮胎内并不是模拟气压表现的情形下,这些剩余小 小的缓冲会导致在速度上的限制,以及乘载上僵硬、刺耳的不舒适感,以致于整组 的缓冲器都会造成损坏。再者,由于这些设计都集中于无空气式的设计,这些胎轮 无法藉由例如是充气轮胎般的靠胎缘和轮圈间的气密接合关系而将轮胎固定在轮 圈上,相对地,这些轮胎是藉由黏合的方式而结合于轮圈上,这也意谓着无法靠着 传统机具来拆缷或组装这些轮胎了。

2.具有以聚亚安酯制成弹性轮辐支撑体的非充气式轮胎:在这种轮胎内是不 使用侧壁的。相对地,在车轴上则是设置有一个固态的内集线器或是轮圈则是透过 一种网状多种形状的组件或是轮辐来加以支撑于剪切带(shear band),并在剪切带 上设定胎面或是胎体。这些轮辐是具有弹性的,所以可以用来在充气胎内来模拟空 气的效能;这些轮胎的设计可在米其林(Michelin)的轮胎(美国专利申请号 2006/0113016)以及瑞斯林科技(Resilient Technology)的(美国专利公开号: US2008/0314486A1)申请号或是其它;例如是国际公开号为WO2008/050503A1; WO2008/136099A1。

但这些设计都具有许多的问题,诸如是:在速度大于时速50(MPH)时会有大量 的噪音、振动、热能的产生、缺乏调整度(无法更换修复),而且,以黏合的方式来 结合在轮圈上意谓着,它是无法替换以及无法修复的;在负载下,胎面持续的磨耗 变形,以及在转向时,都造成了剪切带外缘的变形以及磨耗。马路边缘也会压迫轮 辐,并一直影响到内集线器,并最终造成了破坏;车辆在转向时、飞机于起飞时, 由于轮辐的压缩以及伸张所造成的倾斜,而由于轮辐所造成难看的间隙则会造成 尘土、泥巴、沙、小石块的堆积,而破坏了轮子在径向以及侧向弹性的平衡,故而 不适用较大的轮圈,也不经济,所以也很可能不会由汽车制造商,法律或是保险相 关法所核准。

在将具有实质固态形式之强化部、垫支撑部、洞或是几何形状之开口和半圆 形支撑部之充气部和非充气部所有的设计作一简单的结合于一轮胎(内胎),实在 是一全效形的解决之道,而这也是本发明的重点。

发明内容

简要说明:

不论是从充气式或非充气式防爆胎而言,要以一种单一的设计来满足所有传 统充气式轮胎的需求,不论是拆卸、安装、修理、并不产生任何新的问题等等…都 不是一件简单的事,欲解决这问题,祇能从在充气式以及非充气式防爆胎之间将 简单的设计予以统合起来。

由于漏气是所有问题的起源,且多半都是在胎冠处有刺穿的情形发生,而解 决之道似乎是在内部空间的周围改为非充气式,同时,对该空间以一种固态弹性 体制成,且不会崩塌的环形部来作为是轮胎一部份,且在固态轮胎内侧壁之间具 有强化的长形几何开口。

由于非充气式轮胎没有胎圈,也由于传统胎圈是靠着轮胎的空气压力而结合 于轮圈上,再者要实施拆、装轮胎时,也唯有在胎圈以及空气释放后才能实施,在 轮内部的环形部于充气后,至少需达一定的高度,以制造出所需要的胎圈。

附图说明

图1(A,B,C):分别显示了三个半充气式轮胎(内胎)不同实施例内部结构的三 维图；

图2(A,B,C):分别显示了三个半充气式轮胎(内胎)不同实施例内部几何结构 的二维侧面剖视图；

图3(A,B,C):显示了半充气式轮胎(内胎)内部结构的二维前视剖视图；

图4:显示着半充气式轮胎(内胎)在刺穿发生时处理状况,并和另一具有强化 侧壁或支撑环形式之传统轮胎的比较的二维图。

具体实施方式

为了能顺利地实施本发明,关于本发明由图式所支持的各部件都将在此予以 提供,主要部份的图式都是依序的排列,每一个部件都有许多的特性,藉由对每一 特性都给予一个号码,如此在读起来时会相当的容易,且该号码都将出现在部件 说明的内文,并也会出现在组件符号表内;此处的部件特性标号是依序地由20开 始,而一旦一部件特性出现在内文时,就会自动地给予一个序号。例如,在图1中, 部件特性是由20,21,22,23…依序地出现。

对于所有防爆轮胎中主要设计而言,它们必须承认这些设计都将会受到速度、 距离、修理的形式、处理不佳的议题等而限制,而这些都将导致形成将整辆车辆的 重量负载在半饱和的轮胎上(半泄气)。半充气轮胎(内胎)20的设计主要是在于克 服传统轮胎所有的问题;在此所设计的轮胎称之为内胎20,这是因为它是集大成 于一身的设计,所以其它设计的主要特色则是在一传统的轮胎上予以重现以及发 展。内胎这个名词并不是如同字面上的意思,但亦如同其字面上所显示的,它是经 过设计且不是意外而来的。因为一改良式的轮胎需要在外露泄气处、穿孔处制成 为非充气式,而在另一方面,其应对于拆卸以及装设等都仍可使用传统的程序、工 具。再者,由于这类内胎20主要的下方非充气部21能力以及需求都必须如同传统 轮胎般的使用2-4年的驾驶,这,也祇有藉由一非崩场部21在刺穿状况发生时来 加以完成。这一部件21需要完全的加以支撑;不论是固态的橡胶或是聚氨酯,由 于其重量轻,而且也可以提供所需要的支撑。较小尺寸的金属垫也可达成这些需 求。但不论那一种,都将会产生弹性的折迭或是硬质的非崩塌部。一种几何上的设 计,加上在该部21处内部在橡胶、聚氨酯、金属支撑垫的几何设计,都将是一项 很有前景的设计,它提供了非崩塌部,但仍在某程度上维持了模拟传统轮胎的空 气特性。此外,半充气轮胎(内胎)20需要有一个次要充气部22来支撑胎圈23,并 在爆胎发生时仍能稳固地结合在轮圈24上。总而言之,这类设计主要成功的需求 即是次要几何设计以及在高速驾驭,且发生穿刺时能够行走更长的距离,同时,也 能提供舒适的处理、操控、驾驭,并能消除噪音以及振动。对于本发明的了解可经 由下列对于图式的深入解说而获得。

详细说明:

1.图1(A,B,C)显示着三个半充气式轮胎(内胎)20不同实施例的三维图形,其 中,对于一传统的轮胎予以切开,以显示主要非充气式支撑部21的排列,其是沿 着轮胎20的胎冠25内侧而形成环状延伸,并向内以轴向方向延伸到轮胎20高度 的50～80%处,其比例在轮胎高度增加时,则会由50%增加到80%,以能维持一适 切的空间来容置次要充气室22,以对轮胎20的胎圈23提供最低限度的高度,才能 在拆缷以及装设轮胎20时提供便利性。非充气部21以及充气部22的可用性提供 了本轮胎半充气式轮胎的名字。

主要的非充气式支撑部21之所以为非充气式是藉由假设有一个具有次要中空 部22(轮圈24一侧)的传统轮胎,以及一主要环形固态部;该主要环形固态部整体 是由一以橡胶制成的传统轮胎胎冠25以及轴向金属的强化带,以及橡胶制成并包 覆着以聚氨酯制成之环形固态部的侧壁26。以间接方向和轮胎胎冠25接触的固态 聚氨酯部以及侧壁整体并未维持于固体,这是因为它内部具有开口(孔洞,腔室), 且是在轮胎20的侧壁26内侧之间延伸,如此材重的重量可以减轻并省料。这些中 空且又封起来的开口或是孔洞是在固态部27内制造腔室28。但这些腔室28虽说 因为聚氨酯材料而可压缩以及具有弹性,但这种可压缩性以及弹性应予以限制在 某一程度,亦即其可模仿在充气胎内的空气效果,否则这些腔室在负载下将会发 生崩溃的情形。一个强而有力的凸起将会严重地压迫它。相同地,在转向、煞车、 以及起步时都是同样的情形。如果它可以维持较为钢性来吸收这些压迫时,其钢性 则会在正常驾驭时的其它方面反射出来,使得驾驶在各方面显得都更为艰难。解决 之道则应是在所有的问题之间寻得一平衡点。

这一目标可藉由半弹性轻质的金属内衬30来强化腔室28侧壁表面而达成,其 是呈现腔室28内部几何形状的方式而内嵌于腔室。因此固态部材料27一般而言 可以是弹性材料,其弹性是可在遭受到变形后,而仍可回复其原本的尺寸以及形 状。

一种可作为是轻质金属内衬30,且具有约3-5mm厚度的材料范例是镁强效树 脂粉,其是和塑料材料而混合在一起;经实验证明,这种粉末可改变产品的物理特 性,来强化其张力、冲击力、剪力、交互弯曲力、硬度、较低扭曲力以及支持热膨 胀系数。混合着橡胶材料的镁强效粉,在经过揉滚以及抽取后,可得到8-10mm厚 的薄片,其具有非常平滑以及良好的表面,并且可快速地去除空气泡。其它的强化 材料也可选用玻璃纤维。

腔室28的几何形状应加以规范,并定向,且是包含了前述的材料,以便在遭 受到压迫性负载时可加速其弹性变形,就如同是固态部进入到中空腔室28一般。 腔室28的侧壁29会像在非充气式轮胎所发现的如同是组件网31一般的作用。这 些腔室28侧壁29-31,或是在内胎胎体32以及内部次要充气式环状部22之间,内 胎20变形部内藉由弹性变形的组件网31可假设对于负载有一明显减低。这可造 成这种内部交互连结网31内的腔室侧壁29,31或组件网31在张力下作用,来支撑 负载。由于内胎20下方主要部21是非充气式,发生爆胎的机率将可予以去除。因 此内胎20可较之于防爆胎或是传统的轮胎有着较长的使用时间。相对而言,内胎 20的无负载部以及交互连结网31将可降低噪音以及振动,以在改进驾驭能力下提 供更舒适的驾驶。

不论是包覆在长形交错波34内的椭圆33、长形的曲面矩形35或是长形的六 角形36等腔室28的几何形状的设计都是建议,并加以选择的,以达成下列各项目 的:

a.平行于内胎20内部曲面之环形曲度的长形曲面的几何设计是在于达成最 佳的负载分布以及内胎20平顺的滚动,这则可在有刺穿情形发生时可见到整个轮 胎整体改进的效能。

b.腔室28是在内胎20孔洞37内以聚氨酯制成的环形环体;腔室28是具有 强化的内衬30,其是在于强化内胎径向的耐力,即使是在非充气式腔室28下亦 同。这些内衬30同时也可提供加值的硬度以及保留内胎20某些弹性;同时,其半 弹性的特性可让它模拟传统充气式轮胎的特性。再者,腔室28亦可达到节省材料 的目的,以及节省在内胎20内的闲置空间,以达到沿着内胎20轴向高度上压缩以 及伸长的弹性。

c.沿着内胎20达到材料以及负载分布在三维上的对称。

d.在另一实施例中,则在腔室28内提供了一平顺的曲面,而没有任何尖锐的 边缘,以便可轻易地设置半可压缩橡胶或是金属曲面强化件来支撑内胎20的张力 以及压缩。另一方面则是同时支撑其钢性以及弹性。这可在驾驭上协助其具有类 似于传统轮胎的效能以及功效。

e.在于提供一宽广的区域,在这区域中,透过轮胎主要非充气部21,车辆负 载的分布可转化为最小的压力分布。

f.一个适切且经过选择之几何形状的小孔38亦可透过固态聚氨酯27达成, 维持其固态来在达成上述各点时,可在有限的范围内提供其它选项。

总而言之,藉由在非充气部21下方以聚氨酯制成的交互连结网31以及具有几 何形状之强化内衬30,以及具有次要充气上部22;这些组件可对内胎20提供了轨 迹控制以及对不同轮胎应用上特性的处理,例如,赛道、冬天驾驶状况、泥地以及 越野、雨天或湿地驾驶、或路障、路坑或类似的障碍,这些都可在在的改进燃油效 率、安全和驾驶舒适。由于小型次充气部22的存在,甚至可省却昂贵的空气压力 传感器,以及相随的控制单元、线路,以及一应相对用以制造以及维护相关单元的 劳力付出。

2.图2(A,B,C):显示的是三个不同实施例中对于半充气式轮胎(内胎(20))中 内部组件几何形状的二维侧面剖视图,其中于图2A的是具有沿着主要环形非充气 部21宽度的腔室28,而在图2B的是分开个别的强化支撑垫39或是以强化聚氨酯 制成,且具有圆柱形形状,并介于内胎20胎体32内侧以及次要部胎体40之间的 柱体,而图2C则是个别单一半圆柱形支撑垫41,其中段直径是小于边缘的直径, 是在介于内胎20胎体32内侧以及次要部22胎体40之间。在图(A,B,C)中的剖面 是切为四份,每一个都是近似于所示内胎20之完整几何上的设计,且是可分别加 以选用的,腔室28几何图形的设计可以是包覆在长形交错波纹34之间、长形弯曲 矩形的椭圆33,或是长形六角形36。

图3(A,B,C)显示的是二维内胎20前侧剖视图,以及其内部部件。在整个轮胎 的孔洞37内,如同在图3A所示,轮胎的主要非充气部21既使具有交互连结的组 件网31以及强化腔室28,或是如图2(B,C)所示具有半钢性(半弹性)支撑垫 (39,41)。交互连结的组件网31之底部以及顶部或是单一个以数组形式出现的支撑 垫(39,41),或是次要充气部22的胎体40并不是以总成形式制成,而是将液态形式 的材料注入一传统轮胎孔洞37的模具中(包括垫强化组件或是强化内衬),其中所 有材料均要以如同是一体成形的方式来直接地和相对应的侧面相接触,如此所有 的组件才可在轮胎(内胎(20))内,或是整个的轮胎是一体成形。

此外,图3显示了空气阀以一种方式穿入仅能填充空气之次要充气部22的孔 洞43。

在图1C,2-C和3-C中已强化了的单一支撑垫42是以一具有椭圆形空间的模 具制成,其是用以在支撑垫41之间形成椭圆形空间。

支撑垫41内部的材料不应是聚氨酯的固态状,它应是具有一内嵌于内部的金 属支撑,并具有一宽扁平的端部,且在中段相当的薄,这种金属强化件可以是由前 述之内衬30强化件混合或是于本发明中所建议的方式制成。

图4(A,B):显示的是半充气式轮胎(内胎20)穿刺发生时的处理情形,其是和另 一传统具有强化侧壁(图4A)或是支撑环(图4B)的轮胎相比较的二维图式。

在此,可以很轻楚地知道对于这三种形式而言,当轮胎的空气发生泄露时,内 胎20的胎冠25并不会溃缩到内部,它是直接地由内嵌型内侧壁29(组件网31以 及中空腟室28的强化内衬30或在另一实施例中的强化单一支撑垫39,41)来加以 支撑;这些所有的组件都是再度地支撑到内充气部22以及内胎20外部侧壁26。 在图4(A,B)中所示的二种状况并不会由传统的支撑环44设计以及其它侧壁强化45 设计来加以处理。在这些设计中,轮胎46胎冠47的内溃是很明显的,因为轮胎46 的高度会减少超过原本的1/2。这使得轮胎46形成为一半防爆胎,而不是一完整且 不断地被人称呼的完整防爆胎。这种情形会放松胎圈48和轮圈24间的紧密合关 系。也会造成轮胎46的滑移、变形、盘旋…这些所有的一切都会因为不佳的操控 而形成在驾驶速度以及距离上的限制,最终,则导致轮胎46的损坏。这结果在当 使用了本发明所建议的设计用于处理相同的状况时,是可以避免的。因此可以很清 楚地知道本发明的设计不会让内胎20的胎体32产生任何在高度上的溃缩,而这是 其它传统的设计所无法直接达成的,也因为如此驾驶者可以任何的速度以舒适的 驾驶方式行驶更长远的距离。轮胎的使用年限也会因此而增加,修复的机率也会增 加,驾驭性也会提升,振动也会减少,这些都会因为轮圈24在被完整的保护不受 到任何如同在其它防爆胎般的会造成瞬间部份轮胎产生溃缩之凹洞,或是半防爆 胎之撞击路面的凸出物,或是在有支撑环44的情形下直接遇到坑洞的危害下而形 成了更安全的驾驶。

同时,值注意的是本发明提供了一种全时可在同一时间处理多个具有不同孔 洞尺寸或是深度之防穿刺的设计,而在之前所提到的设计、不论是多管设计、多个 气球设计、胎冠润滑,密封设计都无法提供此类的益处以及优点。

装设以及拆缷方法:

由传统轮胎的装设以及拆缷是依赖着将轮胎内的空气予以泄除,以及胎圈所 具有的适当高度,并且因为半充气式轮胎(内胎)20具有这些需求,所以对于此类轮 胎的装设以及拆缷是完全地和一传统的轮胎相同。此外,不论是对于主要部份21 的胎体32或是可由次要部22的孔洞43内部加以维修的次要充气部22的胎体40, 其维修亦相同。

工业利用性:

除了上述提到关于半允气式轮胎(内胎20)的一些重要的需求外,本发明尚具 有下列的好处:

1.易于制造:使用可简易制造的模具,其中弹性的橡胶、聚氨酯…等是注入于 模具中,以形成集大成于一身,且具有内嵌充气部、非充气部、加化内衬、组件强 化网或支撑垫以及次要环形支撑(胎体)的轮胎。

2.使用方便:使用简易的内嵌型组件,可使得拆缷、装设或是修复轮胎时,轮 胎即像是一体成形般的可方便操作。

3.可操作:祇要在正确的地方都可进行装设轮胎的工作。

4.质轻、安全以及具有吸引力的设计。

5.改良了防爆胎在具有多个穿孔或是裂缝的驾驶舒适性,其改善了驾驶的操 控、安全、束度、距离、以及在有多个穿孔下仍能予以修复。

6.不像其它传统防爆胎的设计,本发明轮胎的高度几乎是维持着和路面的高 度一样,因此可避免胎圈在经过路面的凸起或是凹洞时所产生的变形。

7.本发明的设计并不需要对传统的轮圈或是轮胎作任何的修改,其是模拟传 统轮胎全时驾驭的表现。

组件图式索引:

20  半充气式轮胎(内胎)

21  主非充气式环状部

22  次要充气环状部

23  胎圈

24  轮圈

25  胎冠

26  侧壁

27  固态聚氨酯

28  腔室

29  腔室侧壁

30  金属内衬

31  组件网(腔室侧壁)

32  内胎胎体

33  椭圆形孔

34  长形交错波间的孔洞

35  长形曲矩形孔

36  长形六角形孔

37  内胎孔洞

38  小腔室

39  强化了的单一个别强化支撑垫数组

40  次要充气部胎体

41  强化了的半圆柱形单一个别支撑垫

42  空气阀

43  次充气部孔洞

44  支撑环

45  强化侧壁

46  轮胎

47  胎冠(胎体)

48  胎圈