阅读说明：本技术 用于非充气轮胎的静电放电元件 (Electrostatic discharge element for non-pneumatic tire ) 是由 B·D·威尔逊 R·盖洛 C·小博恩 P·温斯顿 于 2016-11-18 设计创作，主要内容包括：一种用于非充气轮胎的静电放电元件,所述非充气轮胎具有带中心轴线的轮毂。支撑结构在径向方向上从所述轮毂向外定位,且剪切带在所述径向方向上从所述支撑结构向外定位。胎面在所述径向方向上从所述剪切带向外定位。静电放电元件从所述支撑结构的第一径向末端延伸到所述支撑结构的第二径向末端。所述第一径向末端在所述径向方向上比所述第二径向末端更接近所述中心轴线定位。所述静电放电元件是导电的以使电传导通过所述支撑结构。(An electrostatic discharge element for a non-pneumatic tire having a hub with a central axis. A support structure is positioned outward from the hub in a radial direction, and a shear band is positioned outward from the support structure in the radial direction. A tread is positioned outward from the shear band in the radial direction. An electrostatic discharge element extends from a first radial end of the support structure to a second radial end of the support structure. The first radial end is located closer to the central axis in the radial direction than the second radial end. The electrostatic discharge element is electrically conductive to conduct electricity through the support structure.)

具体实施方式

现在将详细参考本发明的实施例，在附图中说明本发明的实施例的一个或多个实例。每个实例以解释本发明的方式提供，且并不意味着限制本发明。举例来说，说明或描述为一个实施例的一部分的特征可以与另一个实施例一起使用以产生第三个实施例。本发明希望包含这些和其它修改和变化。

应理解，本文中所提及的范围包含位于指定范围内的所有范围。由此，本文中所提及的所有范围包含所提及范围中所包含的所有子范围。举例来说，从100到200的范围还包含从110到150、170到190和153到162的范围。此外，本文中所提及的所有限制包含所提及限制中所包含的所有其它限制。举例来说，最多为7的限值也包含最多为5、最多为3和最多为4.5的限值。

本发明提供非充气轮胎10，其具有静电放电元件30以用于通过轮胎10传导电，以防止或减少对接触车辆的人的电击的机会且从车辆移除不希望的静电。静电放电元件30位于非充气轮胎10的支撑结构22处以便跨越支撑结构22传送电，所述支撑结构原本可能包括具有不良导电性质的材料。静电放电元件30是导电的且可以多种方式制成。在一些实施例中，静电放电元件30是弹性的，使得其可与同样为弹性的支持结构22一起发挥功能。

参考图1，示出非充气轮胎10具有围绕中心轴线14的旋转轴线。中心轴线14在轮胎10的轴向方向16上延伸。中心轴线14延伸通过轮胎10的轮毂12的开口。轮胎10的径向方向定向于与中心轴线14的垂直角度，以使得轮毂12与轮胎10的例如支撑结构22和胎面16等其它部分径向向内隔开。非充气轮胎10还具有圆周方向20，轮胎10的各种部分围绕所述圆周方向延伸。举例来说，胎面26、剪切带24、支撑结构22和轮毂12全部围绕中心轴线14在圆周方向20上延伸360度。

图2图示了以与图1的非充气轮胎10不同的方式布置的非充气轮胎10。支撑结构22接合轮毂12且在径向方向18上从轮毂12向外定位。支撑结构22由一系列轮辐28制成，所述轮辐在径向方向18上从轮毂12延伸到剪切带24。应理解在其它布置中，支撑结构22无需包含轮辐28。举例来说，支撑结构22可以由布置成围绕中心轴线14延伸360度的蜂巢状结构的一系列元件制成。在再其它布置中，支撑结构22可以是在圆周方向20上围绕中心轴线14延伸360度的实心部件。

支撑结构22具有第一径向末端32，其位于轮毂12处且与轮辐28的第一径向终端36一致。轮辐28在径向方向18上延伸到其中定位支撑结构22的第二径向末端34的剪切带24。由于轮辐28终止于剪切带24处，因此轮辐28的第二径向终端38同样位于第二径向末端34处。剪切带24在径向方向18上从各种轮辐28向外，且在圆周方向20上围绕中心轴线14延伸360度。非充气轮胎10的胎面26在径向方向18上从剪切带24向外，且同样在圆周方向20上完全围绕中心轴线14延伸。

静电放电元件30定位于轮辐28内且从轮毂12通过轮辐28延伸到剪切带24。静电放电元件30也可以定位于轮毂12和/或剪切带24内。在其它实施例中，静电放电元件简单地接合轮毂12和剪切带24且不在这些元件内。电因此可以经由静电放电元件30从轮毂12通过轮辐28传递到剪切带24。在其中接合发生的实施例中，静电放电元件30位于第一径向末端36和第二径向末端38处或之间，且不向外延伸经过第二径向终端38，且不向内延伸经过第一径向终端36。

在一个实施例中的静电放电元件30在图3和4中图示，且可以是作为细长线状物体的长丝48。长丝48可以具有圆形横截面形状，但其它形状是可能的。长丝48可以具有聚合股束50和导电碳52。导电碳52可以涂覆聚合股束50的长度以便覆盖聚合股束50的整个长度。在一些例子中，导电碳52还可以涂覆聚合股束50的顶部终端和底部终端，使得聚合股束50在所有侧面上由导电碳52完全覆盖。在一些布置中，聚合股束50布满导电碳52。聚合股束50具有圆形横截面形状，且导电碳52具有圆形横截面形状，带有以聚合股束50填充的圆形横截面形状的内部空隙。长丝48可以包含任何类型的导电粒子以实现电导率。在一些例子中，导电粒子可以是粉末状铜。导电颗粒可注入长丝48的其它部分内。

聚合股束50可以是合成聚合物，例如合成橡胶、酚甲醛树脂、氯丁橡胶、尼龙、聚氯乙烯聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、硅酮、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、芳纶以及这些的混合物。聚合股束50也可以是例如天然橡胶等天然聚合材料。长丝48可以被配置为单长丝、多长丝纱、丝束或短纤维。

轮辐28在轮胎10的旋转期间必然挠曲，且轮辐28可具有10％的伸长率，但在其它情况下轮辐28的伸长率可以是从0％到4％、从4％到5％、从5％到15％、从8％到12％、从9％到11％、从10％到13％、从10％到15％、从15％到25％、高达30％、或高达50％。长丝48可以具有至少10％的伸长率，使得长丝48同样能够拉伸以适应其承载于其中的轮辐28的拉伸。在其它实施例中，长丝48可以具有从0％到5％、从5％到10％、从10％到15％、从15％到20％、从20％到25％、从25％到30％、从30％到35％、从35％到40％、从40％到45％、从45％到50％、从50％到55％、从55％到60％、或高达60％、至少2％、至少4％、至少5％、至少8％、至少10％、至少15％、至少20％、至少25％、至少30％、至少35％、至少40％、至少45％或至少50％的伸长率。所描述的伸长率数字可以是组件在断裂时的伸长率。在一个示例性实施例中，长丝48的断裂伸长率是41％。轮辐28可以被设计成使得在轮辐的除长丝48外的区域中不存在碳黑。

静电放电元件30的电导率可以大于轮辐28的电导率，使得与轮辐28相比，电更容易流动通过静电放电元件30。轮辐28可以由聚氨酯制成且因此可能不具有良好电导率。静电放电元件30的平均电阻率可以是4X10^5欧姆/厘米。在其它布置中，静电放电元件30的平均电阻率可以是从1X10^5到4X10^5欧姆/厘米、从4X10^5到1X10^6欧姆/厘米、从1X10^6到5X10^6欧姆/厘米，或高达1X10^7欧姆/厘米。

长丝48可以是F902Merge R022，其是由在1451Sand Hill Road,Enka,North Carolina,28728,USA有办公室的Jarden Applied Materials公司制造。此长丝48是22旦尼尔尼龙6单丝50，其具有布满到单丝50的表面上的导电碳52。长丝48具有圆形横截面，且导电碳52在单丝50上具有1微米的厚度。此长丝48的韧度是5克/旦尼尔，断裂伸长率是41％，且平均电阻率是4X10^5欧姆/厘米。布满过程使尼龙单丝50的外表层以导电碳颗粒52化学饱和。导电碳52变成尼龙单丝50的结构的保持尼龙单丝50的强度和柔性的部分。布满过程导致长丝48具有耐久的导电外鞘，所述外鞘在挠曲期间不会开裂或失去电导率。

虽然被描述为在长丝48中具有导电碳52，但可以包含其它类型的导电碳，例如碳纳米管(CNT)、石墨、石墨烯或碳黑。此外，虽然被描述为在长丝中具有导电碳，但可以使用其它类型的金属填充物以用于通过长丝48传导电的目的。

图5是包含作为长丝48的静电放电元件30的非充气轮胎10的一部分的横截面图。图5中图示的非充气轮胎10的部分是轮胎20的在圆周方向上的弧长度部分。支撑结构22包含内部接口环40以及在径向方向18上从内部接口环向外安置的外部接口环44。支撑结构22还包含接合内部接口环40和外部接口环44两者的多个轮辐28。支撑结构22的第一径向末端32位于内部接口环40处，且支撑结构22的第二径向末端34位于外部接口环44处。轮辐28的第一径向终端36位于内部接口环40处，且轮辐28的第二径向终端38位于外部接口环44处。

长丝48延伸通过轮辐28的内部，并且还延伸通过内部接口环40和外部接口环44。长丝48的第一末端54在圆周方向20上沿着内部接口环40的第一终端42延伸一些距离。第一末端54位于第一终端42与轮毂12之间。粘合剂70可以施加于第一末端54和轮毂12以附接这两个元件。粘合剂70可以是导电的以便允许电从轮毂12流动进入静电放电元件30的第一末端54。粘合剂70可以具有23％重量的碳黑的浓度，或可以具有2％重量的石墨烯的浓度。虽然被描述为通过使用粘合剂70而连接，但可实施第一末端54的任何其它形式的附接。可使用机械连接将长丝48的第一末端54附接到轮毂12或内部接口环40。机械连接也可为导电的以便允许电通过轮毂12流动到第一末端54。如果第一末端54抵靠着轮毂12放置以造成第一末端54与轮毂12之间的电连接性，那么所述连接无需为导电的。

第二末端56在圆周方向20上沿着外部接口环44的第二终端46的长度延伸。第二末端56位于第二终端46与剪切带24之间。如上文相对于粘合剂70所描述可为导电的粘合剂72用以将第二末端56附接到剪切带24。如同第一末端54，可使用例如机械连接等其它类型的连接将第二末端56附接到剪切带24。来自长丝48的电可以通过第二末端56和导电粘合剂72流动进入剪切带24以用于从非充气轮胎10的后续放电。在其它实施例中无需使用粘合剂70和72，且末端54和56可放置成通过其它方式与轮毂12和剪切带24接合。此外，虽然被描述为穿过外部接口环44、轮辐28和内部接口环40的内部，但在非充气轮胎10的其它配置中，长丝48可以在这些组件中的一个或多个的外部上。

图6中示出非充气轮胎10的替代布置，图6是在圆周方向10上在一对轮辐28之间截取的非充气轮胎10的横截面图，因为所观看的轮辐28不在横截面中。静电放电元件30是包含于支撑结构22的其它材料中的长丝纤维68填充物。所示的支撑结构22具有内部接口环40、外部接口环44和多个轮辐28。这些组件28、40和44可以由聚氨酯制成，且由长丝纤维68组成的填充物可以包含在此聚氨酯中。长丝纤维68可混合到聚氨酯中且围绕组件28、40和44分布，如图6所示。在其它实施例中，组件28、40和44以及支撑结构22的任何其它部分可由加固和非加固材料制成，例如聚合材料。所述聚合材料可以是聚氨酯、共聚酯、聚醚嵌段酰胺和聚烯烃。再者，如本文中所描述的非充气轮胎10的其它实施例可包括包含不同类型聚合材料的组件，例如轮辐28、内部接口环40、外部接口环44和支撑结构22。组件中可以包含例如聚氨酯、共聚酯、聚醚嵌段酰胺和聚烯烃等其它类型的材料。

长丝纤维68可以是从2到7毫米的长度，且可以具有类似于先前论述的长丝48的特性，即它们可以是导电的且可具有所标识的弹性程度。所得轮辐28可能够挠曲所需的量，且电可以传导通过轮辐28，因为重叠的长丝纤维68形成电可传导通过组件40、28和44所通过的路径。长丝纤维68可以在整个支撑结构22中放置于支撑结构22中，使得在圆周方向20上360度围绕支撑结构22存在长丝纤维68。替代地，长丝纤维68可以放置于支撑结构22的仅一个区段中，使得在圆周方向20上沿着支撑结构22的仅一段弧长度而不是360度围绕中心轴线14存在长丝纤维。

非充气轮胎10的替代布置在图7中示出，且以类似于相对于图5描述的方式进行配置。支撑结构22包含内部接口环40、多个轮辐28和外部接口环44。静电放电元件30是电可以传导通过的弹性导电带58。弹性导电带58位于支撑结构22的轴向面64上。轴向面64在轴向方向16上位于支撑结构22的轴向终端66处。因此，弹性导电带58不位于支撑结构22的内部，而是位于支撑结构22的外部上。弹性导电带58接合轮毂12，且跨越内部接口环40、轮辐28和外部接口环44延伸。弹性导电带58还接合剪切带24以使得其在轴向方向16上位于剪切带24和轮毂12的侧面上。来自轮毂12的电传导通过弹性导电带58并且进入剪切带24。轮辐28可以导电以使得碳黑不存在于轮辐28的在弹性导电带58外部的部分中，且在一些情况下可能根本不存在于轮辐28和弹性导电带58中。

弹性导电带58在径向方向18上延伸，且还在其在径向方向18上向外延伸后即刻在圆周方向20上改变路线。弹性导电带58可以在模制之前施加于模具表面以使得其由支撑结构22材料捕获。然而，在其它布置中，弹性导电带58可以在非充气轮胎10的支撑结构22和其它元件的形成之后通过粘合剂或其它方式施加。弹性导电带58可在非充气轮胎10的正常使用期间在一个或多个方向上拉伸以便适应轮辐28的变形。

图8示出在圆周方向20上非充气轮胎10的弧长度部分。支撑结构22再次具有内部接口环40、轮辐28和外部接口环44。静电放电元件30是位于作为支撑结构22的轴向终端66的支撑结构22的轴向面64上的导电涂料60。导电涂料60位于轮毂12的轴向面上以及剪切带24的轴向面上。导电涂料60因此在支撑结构22的内部不存在，而是在支撑结构22的外表面上。导电涂料60可在轮辐28、内部接口环40和外部接口环44的模制之后直接施加于这些组件。导电涂料60也可以在剪切带24和轮毂12已经模制或另外形成之后施加于它们。导电涂料60可以替代地在支撑结构22的模制期间施加于模具表面并且接着释放。导电涂料60可以施加于不具有脱模剂的注射模制支撑结构22。导电涂料60可覆盖轮辐28的整个轴向终端66，但不覆盖内部接口环40和外部接口环44的整个轴向终端66，而是其轴向终端66的仅一部分。轮辐28可以被布置成使得碳黑不存在于轮辐28的在导电涂料60外部的部分中，且轮辐也可以被布置成使得碳黑根本不存在于导电涂料60或轮辐28的在导电涂料60外部的部分中。

图9中示出非充气轮胎10的替代布置，其包含同样具有轮辐28、内部接口环40和外部接口环44的支撑结构22。静电放电元件30是导电聚合物62的条带。支撑结构22和导电聚合物62是通过双射料注射模制过程形成。第一射料将导电聚合物62的条带施加到轮毂12与剪切带24之间的模具表面上。第二射料通过注入内部接口环40、轮辐28和外部接口环44而完成模具组合件。导电聚合物62由轮辐28捕获。导电聚合物62可以对接第一终端42和第二终端46以使导电聚合物62与轮毂12和剪切带24成电连通。在图9中的布置中，导电聚合物62的末端54上覆于轮毂12的外表面上，且末端56上覆于剪切带24的侧面上以允许电传送进入剪切带24。导电聚合物62可以如图所示在径向方向18上以大体上笔直定向延伸，但应理解，在使用期间在轮辐28的正常挠曲期间导电聚合物62可能在圆周方向20上以某种程度挠曲。可以提供轮辐28使得碳黑不存在于轮辐的在导电聚合物62外部的部分中，且可以替代地被布置成使得碳黑根本不存在于导电聚合物62中或轮辐28的除导电聚合物62外的部分中。

虽然已经将各种实施例描述为在轮辐28的在静电放电元件30外部的部分中不存在碳黑，但是应理解，在非充气轮胎10的其它形式中，碳黑实际上可以存在于轮辐28的并非静电放电元件30的部分中。论述的实施例还示出并入到非充气轮胎10中的单个静电放电元件30。应理解，其中多个静电放电元件30存在于非充气轮胎10上的额外实施例是可能的。举例来说，可以存在从2到4、从5到7或高达10个静电放电元件30。一个或多个轮辐28可以具有各种静电放电元件30，且在一些情况下轮胎10的所有轮辐28可具有静电放电元件30。并且，虽然一些先前论述的实施例具有位于支撑结构22的单个轴向面64上的静电放电元件30，但其中支撑结构22的相对轴向面同样包含一个或多个静电放电元件30的其它实施例是可能的。再者，应理解当轮胎10中存在多于一个静电放电元件30时它们可以全部是相同类型或者可以是不同类型。举例来说，在一些实施例中，非充气轮胎10可以包含长丝48和长丝纤维68两者。在其它实施例中，非充气轮胎10可以具有作为长丝48、弹性导电带58和导电涂料60的静电放电元件30。

轮辐28和不同地论述的静电放电元件30可能够拉伸。静电放电元件30可能够伸长10％，且在其它情况下静电放电元件30的伸长率可以是从5％到15％、从8％到12％、从9％到11％、从10％到13％、从10％到15％、从15％到25％、高达30％、高达40％或高达50％。轮辐28可能够伸长与静电放电元件30相同的量，使得例如轮辐28和由轮辐28承载的静电放电元件30在操作期间都可承受高达10％的伸长率。在其中支撑结构22实际上包含轮辐28的那些实例中，静电放电元件30可能够伸长比支撑结构22的其它部分大的程度，例如轮辐28的并非静电放电元件30的部分。

虽然已结合某些优选实施例描述了本发明，但应理解，本发明所涵盖的主题并不限于那些特定实施例。相反，希望本发明的主题包含如可包含在所附权利要求书的精神和范围内的所有替代方案、修改和同等物。