JP2000062404A

JP2000062404A - 車両用走行車輪およびエアチュ―ブ

Info

Publication number: JP2000062404A
Application number: JP11044900A
Authority: JP
Inventors: Marco Maerk; メルクマルコ
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-02-24
Filing date: 1999-02-23
Publication date: 2000-02-29
Also published as: US6209601B1; AU1840799A; CA2262419A1; EP0937586A1

Abstract

(57)【要約】【課題】堅牢性と、保守の容易性と、高速度に対する適
合性と、高緩衝性とが一つの車輪において実現されてい
る新規な走行車輪およびエアチューブを提供する。【解決手段】空気タイヤ（１３）によって取り囲まれる
トーラス状の発泡物質中空体（１８）を設ける。発泡物
質中空体（１８）は、ガスを受容する閉じた多数の中空
空間（１８ａ）を有する可逆的に変形可能な材料から成
っている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、リムと、リムベッ
ドに挿着される空気タイヤとを備えた車両用走行車輪、
および車両用エアチューブに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】たとえば自動車およびオートバイのよう
な動力車両用の走行車輪、および原動機付き自転車、自
転車、トレーラー、手押し車用の走行車輪はリムを有
し、リムの中に天然ゴムまたは合成ゴムから成るタイヤ
が挿着されている。この場合、タイヤの種類に応じて空
気タイヤ或いは中実ゴムタイヤが使用される。

【０００３】車種および最大積載量に応じてタイヤの種
類が選択され、この場合中実ゴムタイヤは空気タイヤに
比べて実質的に保守の必要がなく、タイヤ外被に比較的
小さな損傷が生じても影響がないという利点がある。し
かし空気タイヤは高速度に適しており、衝突の緩衝性の
点でよりすぐれている。

【０００４】公知の空気タイヤは基礎構造部（カーカス
とも呼ばれる）を有している。基礎構造部は一定数の交
差層から構成されており、交差層はたとえば絹、ポリア
ミド、または金属のような補強繊維から成っている。こ
の場合カーカスは多層に構成され、外部損傷から保護す
るため、少なくとも一つの層は補強繊維から成る密な織
物から構成される。

【０００５】空気タイヤのために構成された車輪は、エ
アチューブを装着するか、装着しないかで選択的に構成
されていることができる。別個にエアチューブを装着し
ていない車輪の場合、リムと空気タイヤの間にある中間
空間が気密に密閉されていることが前提であり、たとえ
ば自動車の場合がそれである。

【０００６】エアチューブを装着した車輪を有する自転
車の場合、前進運動に必要なエネルギーはすべて利用者
の筋肉によって調達される。したがってこの場合のタイ
ヤ構造は、タイヤが軽量であること、転動抵抗が最小で
あることが顧慮される。その結果、特に自転車用のタイ
ヤは堅牢性に不足するため非常に損傷しやすく、タイヤ
外被が少しでも損傷すると、エアチューブが損傷し、し
たがってすぐに空気が完全に抜けてしまい、その後の走
行に支障をきたす。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、前述
したように中実タイヤおよび空気タイヤという一見両立
しない特性、即ち堅牢性と、保守の容易性と、高速度に
対する適合性と、高緩衝性とが一つの車輪において実現
されている新規な走行車輪およびエアチューブを提供す
ることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、この課題を解
決するため、車両用走行車輪においては、空気タイヤに
よって取り囲まれるトーラス状の発泡物質中空体が設け
られ、発泡物質中空体は、ガスを受容する閉じた多数の
中空空間を有する可逆的に変形可能な材料から成ってい
ることを特徴とするものである。

【０００９】またエアチューブにおいては、空気または
ガスを受容する多数の中空空間を備えた可逆的に変形可
能な材料から成るトーラス状の発泡物質中空体を有して
いることを特徴とするものである。

【００１０】本発明の有利な構成は従属項から明らかで
ある。

【発明の実施形態】図１と図２に図示した自転車のタイ
ヤは、リム２と空気タイヤ３を備えた走行車輪１であ
る。走行車輪１に含まれている空気弁は図示していな
い。

【００１１】リム２は、市場で知られているすべての車
両リムと同様に規格化されており、リムの幅、嘴状突起
の高さおよび幅に対して所定の重量を有している。リム
の重量に適合された空気タイヤ３は、公知のようにたと
えば天然ゴムまたは合成ゴムのようなゴム弾性物質或い
は適当な熱可塑性物質から成っている。図２からわかる
ように、空気タイヤ３はその外面にタイヤ溝４を形成し
ている走行ストライプ５を有し、その内面に補強繊維か
ら形成されるカーカス６を有している。

【００１２】空気タイヤ３はリムベッド２ａに嵌まり込
んでおり、より厳密には、空気タイヤ３のエッジ３ａが
リム２の嘴状突起のエッジ２ｂに十分フィットして当接
するように嵌まり込んでいる。タイヤ３とリムベッド２
ａの間に画成されている中間空間内にはエアチューブ７
が配置されており、さらにエアチューブ７内には、トー
ラス状の発泡物質中空体８が配置されている。発泡物質
中空体８は、タイヤカバーとリムベッド２ａの間の空間
を、無圧状態でほぼ２／３（３０%ないし９０%）充た
し、空気を入れた走行可能状態ではリムベッド２ａに座
着する。さらに発泡物質中空体８は、タイヤ溝４を形成
している空気ストライプ５と発泡物質中空体８の間に、
圧縮空気を含有する中間空間９が形成され、これによ
り、空気を入れた状態で走行車輪１の全周にわたって一
定の空気圧が生じるようなサイズに選定されている。

【００１３】圧力を一定に分布させるため、トーラス状
の発泡物質中空体８は、可逆的に変形可能で空気を収容
するために用いられる密閉された多数の中空空間を備え
た合成物質（たとえばプラスチック）から成っている。
以下ではセルとも記すこれらの中空空間は、注入した空
気の圧力に依存して大小の容積を占める。

【００１４】トーラス状の発泡物質中空体８を形成する
ための物質としては、特にドイツのＤＩＮ規格７７２４
に基づく有機高分子物質が、ＤＩＮ規格７７２６に基づ
く独立気泡発泡物質の形態で使用される。本発明にした
がって使用される軟質または半硬質の独立気泡物質の主
な特徴は、外圧の作用で圧縮することができ、圧力が低
下したときに再び弛緩し、より厳密には、印加された空
気が完全に除去されたときに再びほぼ元の状態を占める
ことである。即ちこの合成物質は、以下でも説明するよ
うに圧縮時に背圧を生じさせる。この場合、使用可能な
合成物質はＩＳＯ規格８４４に基づく物理学的特性を示
し、１０%の圧縮時にほぼ２０ｋＰａの背圧を生じさせ
るのが有利である。このような物質の例を挙げると、発
泡材で処理され、或いはガスまたは空気で発泡された合
成物質または合成物質混合物、たとえば架橋または非架
橋ポリオレフィン、たとえばポリエチレン、ポリ塩化ビ
ニール、ポリウレタン、天然ゴムまたは合成ゴムであ
る。本発明にしたがって使用可能な発泡物質体は、比較
的高い許容支持荷重を得るように、空気を入れた走行可
能なエアチューブ７または空気タイヤ１３（圧力室とし
て用いられる）で支持されるのが有利である。これによ
り、圧縮された空気はセル８ａの中に浸透する。このよ
うにして、セル８ａの中にあるガスまたは空気は標準圧
よりも大きな圧力の作用を受ける。したがって、前記２
０ｋＰａの背圧を何倍にも増大できる。

【００１５】本発明にしたがってトーラス状の発泡物質
中空体を閉じこめているエアチューブを製造するため、
まず市販のチューブを切断し、切断したチューブパイプ
を少なくともその端部において排気パイプの中に伸張状
態で取外し可能に固定する。次に、排気パイプとチュー
ブの間の中間空間に負圧を生じさせる。その結果、伸張
しているチューブは半径方向に膨張する。次に、このよ
うにして緊張したチューブ体の中に管状の発泡物質体を
押し込み、負圧を除去した後にまず管状の発泡物質体を
溶接または接着してトーラス体を形成させ、次にチュー
ブの切断個所を接着する。これはたとえば加硫処理され
たバンドを用いて行なうことができる。自転車のチュー
ブは、トーラス状の発泡物質中空体を収容するために特
に好適であり、たとえば商品名MICHELINを含んでいるAI
RSTOP型のチューブである。トーラス状の発泡物質中空
体を製造するためには、特に物理学的に網状化され、商
品名ALVEOLIT(TA3000型)およびALVEOLEN(NA3300型)とし
て知られているポリエチレン発泡物質が特に適してい
る。このため、所望の厚さの板材から適当な帯状の発泡
物質を切断し、接着または溶接により１本の管に成形す
る。管を板材から製造する利点は、発泡物質が管内面に
おいて圧縮されることにより変形能が改善されるので、
特に強い縮絨の際に好都合なことである。

【００１６】トーラス状の発泡物質中空体の場合、ほぼ
車輪の半径Ｒを描き、エアチューブに挿入する以前に
は、近似的に、図１および図４の横断面ＩＩまたはＩＶ
で示した発泡物質チューブの外径ｒを描く。Ｒ：ｒの比
率が１０よりも小さいタイヤの場合には、トーラス状の
発泡物質中空体を二つまたはそれ以上の帯状の発泡物質
から製造するのが有利である。

【００１７】さらに、楕円形の気泡を含んだ発泡物質を
使用するのも有利である。楕円形の気泡は、その縦軸線
が帯状の発泡物質に対してほぼ平行に指向しており、気
泡横断面の径の少なくとも２倍の大きさである。したが
って、発泡物質の体積は気泡の縦軸線に対して主に９０
゜の角度で増大し、車輪範囲Ｒが増大するというよりは
むしろ、ｒに依存している発泡物質チューブの幅が増大
することが保証される。

【００１８】弛緩状態においては、チューブがトーラス
状の発泡物質中空体よりも小さな横断面を有するのが有
利である。即ち空気を入れていない状態では、チューブ
内に閉じ込められているトーラス状の発泡物質中空体は
チューブの側方で持続的な圧力に曝される。その結果発
泡物質中空体は圧縮され、閉じ込められている空気は圧
力平衡に達するまでトーラスとチューブの間の中間空間
の中へ放出される。さらに、トーラス状の発泡物質中空
体の横断面に対しチューブの横断面が縮小されているの
で、リムへのチューブの取付けが容易になる。

【００１９】図１と図２に図示した自転車のタイヤを製
造するため、まずリムベルト１０をリムベッド２ａのほ
うへ引張る。次に、第１のタイヤビードを一方のリム嘴
状突起部を介してスライドさせる。次に、まだ部分的に
リム２から突出しているタイヤベッドの中に、トーラス
状の発泡物質中空体８を内包しているエアチューブ７を
挿入し、該エアチューブ７を第２のタイヤビードととも
にリムベッド２ａの中に圧入し、エアチューブ７をリム
２に固定する。これは、図示していない空気弁を用いて
有利に行なうことができる。次に、所望のタイヤ圧に達
するまでエアチューブ７に空気を入れる（その結果トー
ラス状の発泡物質中空体８が圧縮する）。

【００２０】エアチューブの許容支持荷重はタイヤの圧
力に依存している。許容支持荷重は支持面が大きくなる
につれて、且つ空気圧が高ければ高いほど増大し、走行
速度が増大するにつれて減少する。即ち最適な空気圧は
車両の型式ばかりでなく、所望の許容支持荷重または荷
重限界値に依存している。最適な空気圧は、競技用自転
車にたいしてはほぼ８バールであり、マウンテンバイク
および原動機付き自転車に対してはほぼ２．５バールな
いし３．５バールであり、中クラスの個人用車両に対し
てはほぼ２バールないし３バールである。

【００２１】エアチューブ７にガスまたは空気を注入す
ると、トーラス状の発泡物質中空体８は、セル８ａ内の
ガス圧または空気圧に依存して、注入過程の間まず圧縮
される。その際、中空空間またはセル８ａは縮小し、発
泡物質体は収縮する。しかし、発泡物質中空体８の側で
は注入により抵抗も生じるので、これにより発生する圧
力差のために空気がセル８ａの中へ拡散し、加圧状態に
ある発泡物質中空体８の属性および発生したタイヤ圧に
依存した平衡状態に達する。閉じ込められているガスの
重量は、完全に注入された平衡状態においては、注入圧
に依存するが、注入していない状態に比べて２０%以上
大きい。これにより、発泡物質中空体は標準圧へ弛緩す
る際、圧力室に留まっている前の状態よりも大きな体積
を占める。

【００２２】タイヤにガスまたは空気を注入している間
に発泡物質中空体８が上述のような振る舞いを示すの
で、発泡物質中空体８はリムベッド２ａ内に位置固定さ
れ、圧縮空気を含んでいる走行ストライプ５側の中間空
間を解放させる。このため、本発明にしたがって処理さ
れるタイヤは処理されていない自転車タイヤと全く同じ
走行特性を有し、したがって比較的小さな転動抵抗を有
しているという利点がある。

【００２３】これに関連して述べておくと、たとえば米
国特許第３３３１４２３号公報およびドイツ特許公開第
１９３６５２６号公報から知られている空気タイヤは、
トーラス状の発泡物質中空体と、発泡物質中空体の中に
設けられる加圧状態のエアチューブとを有している。即
ちこの種の両タイヤの場合、発泡物質が圧力室の外側に
ある。これら公知のタイヤにおいても、中実ゴムと空気
タイヤという一見統合しがたい特性を組み合わせる試み
が行なわれている。しかしこれには著しい欠点があり、
即ちこの構成の場合エアチューブが持続的な圧力を発泡
物質に対して及ぼし、これによりガスがセルから拡散し
て、発泡物質が不可逆的に体積を喪失するという欠点、
およびこの種のタイヤは比較的大きい転動抵抗を有して
いるため、公知のように自転車および原動機付き自転車
には適していないという欠点がある。

【００２４】図３と図４は本発明による車両タイヤの第
２実施形態を示すもので、即ちたとえばオートバイおよ
び自動車用としてすでに知られているような、別個のエ
アチューブを有していない車両タイヤを示すものであ
る。この実施形態では、図３および図４に示した走行車
輪１は、スポークのない複合リム１２（たとえば金属材
料から成っている）と、空気タイヤ１３とを有してい
る。空気タイヤ１３は、その外面にタイヤ溝１４を形成
している走行ストライプ１５を有し、その内面に補強繊
維から形成されるカーカス１６を有している。空気タイ
ヤ１３はリムベッド１２ａに嵌め込まれており、より厳
密にはそのエッジ１３ａが嘴状エッジ１２ｂおよびリム
ベルト２０に十分フィットして当接し、タイヤ１３によ
り包囲されている中間空間を気密に密閉するように嵌め
こまれている。タイヤ１３およびリムベッド１２ａによ
り画成されている中間空間内には,本発明による発泡物
質中空体１８が配置されており,場合によっては固定さ
れている。発泡物質中空体１８は,走行車輪にガスまた
は空気を入れた状態では加圧状態にあり,発泡物質中空
体８と同様にリムベッド１２ａに座着している。即ち圧
縮空気で充填され走行ストライプ１５に境を接している
中間空間１９を解放している。

【００２５】本発明によるタイヤの主要な利点は明白で
ある。石や釘によるタイヤ外被および場合によっては設
けられるエアチューブの損傷により、すぐに、しかも完
全に空気が漏れないことである。即ちトーラス状の発泡
物質中空体８または１８は、空気をセル８ａ内に保持ま
たは蓄積する性質を持っている。つまり発泡物質中空体
８または１８に蓄積された空気は、タイヤ３またはエア
チューブ７が局部的に損傷しても漏れないし,或いは漏
れるのに時間がかかる。このため、タイヤ３または１３
および（または）エアチューブ７が損傷すると、エアチ
ューブ７或いは空気タイヤ３または１３内の空気圧は減
少するが、その後トーラス状の発泡物質中空体６または
１８が膨張し、これによりエアチューブ７または空気タ
イヤ１３内の空気損失を少なくとも部分的に補償する。
このように本発明によるタイヤが損傷すると、少なくと
もある程度の時間は空気がトーラス状の発泡物質中空体
８または１８に蓄積された状態を維持するので、ある程
度の時間さらに走行が可能であるばかりか、タイヤパン
ク時の事故の危険性も減少する。

【００２６】本発明によるタイヤは、特に自転車のタイ
ヤの場合に、走行車輪の堅牢性をさらに向上させる。た
とえば合成物質の緩衝特性は、エアチューブが縁石のよ
うな鋭い障害物とリムの間に挟まれることによる該エア
チューブの損傷の危険性を低下させる。これは特に、発
泡物質中空体８が縁石に衝突する際に撓まないために、
エアチューブが挟まれることがなく、衝突の圧力により
圧縮し硬化するためである。

【００２７】本発明によるタイヤの他の利点は、本発明
にしたがって使用可能な合成物質の防音特性により、走
行車輪の走行音が低下すること、エアチューブ内にトー
ラス状の発泡物質が閉じ込められているために、エアチ
ューブがリムのほうへ引張られてもエアチューブに空気
を入れる必要性がないことである。さらに、本発明によ
るトーラス状の発泡物質中空体の中空空間により軽量化
が可能になる。またこの中空空間は、トーラス状の発泡
物質が圧力損失時にタイヤ外被の内面に十分に当接し、
ガス拡散により前述のごとく体積が増大するためにリム
からのタイヤの取外しを容易にさせる。この点において
トーラス状の発泡物質中空体は、米国特許第４０５８１
５２号公報、フランス特許公開第２２３６６７４号公
報、ＷＯ９１／１０７０５、或いは米国特許第５８１８
１０号公報のような公知の特許公報または公開公報に記
載のものと異なっている。

【００２８】種々の実験を試みた結果、急激な空気損失
時のトーラス状発泡物質中空体８または１８の膨張は発
泡物質の材料特性に依存しているばかりでなく、発泡物
質中空体８または１８に作用する最大空気圧にも依存し
ていることが判明した。たとえば最大空気圧が２バール
ないし５バールの場合、トーラス状の発泡物質中空体は
少なくとも圧縮されていない本来の形状まで膨張するこ
とが明らかになった。

【００２９】なお、図１ないし図４に図示したタイヤは
本発明のいくつかの可能な実施形態を選択して示したも
のにすぎず、種々の観点で変更が可能である。したがっ
て本発明によるタイヤは、自転車ばかりでなく、原動機
付き自転車、トレーラー、手押し車、車椅子、オートバ
イ、自動車、或いは空気タイヤを装備した他の動力車両
または飛行機にも適用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】自転車の前輪を示す図である。

【図２】タイヤに空気を入れた状態で示した、図１の線
ＩＩ−ＩＩによる拡大断面図である。

【図３】別個にエアチューブを必要としない車両用タイ
ヤの部分図である．

【図４】タイヤに空気を入れた状態で示した、図３の線
ＩＶ−ＩＶによる拡大断面図である。

【符号の説明】

１，１１走行車輪２，１２リム２ａ，１２ａリムベッド３，１３空気タイヤ４，１４タイヤ溝７エアチューブ８発泡物質中空体８ａ中空空間９，１９中間空間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リム（２,１２）と、リムベッド（２ａ,１
２ａ）に挿着される空気タイヤ（３,１３）とを備えた
車両用走行車輪において、空気タイヤ（３,１３）によって取り囲まれるトーラス
状の発泡物質中空体（８,１８）が設けられ、発泡物質
中空体（８,１８）は、ガスを受容する閉じた多数の中
空空間（８ａ,１８ａ）を有する可逆的に変形可能な材
料から成っていることを特徴とする車両用走行車輪。
【請求項２】トーラス状の発泡物質中空体（８,１８）
の材料が、架橋されたまたは架橋されていないポリオレ
フィン、ポリ塩化ビニール、天然ゴム或いは合成ゴムの
ような合成物質または合成物質混合物から成っているこ
とを特徴とする、請求項１に記載の車両用走行車輪。
【請求項３】トーラス状の発泡物質中空体（１８）がリ
ム（１２）に固定されていることを特徴とする、請求項
１または２に記載の車両用走行車輪。
【請求項４】発泡物質中空体（８）がエアチューブ
（７）内に閉じ込められていることを特徴とする、請求
項１または２に記載の車両用走行車輪。
【請求項５】エアチューブ（７）がリム（２）に固定さ
れていることを特徴とする、請求項４に記載の車両用走
行車輪。
【請求項６】リング状の発泡物質中空体（８,１８）
が、空気を入れたタイヤ（３,１３）の走行可能状態に
おいてリムベッド（２ａ,１２ａ）に座着し、且つ次の
ようなサイズに選定されていること、即ち空気を入れた
状態においても、タイヤ溝（４,１４）を形成している
走行ストライプ（５,１５）と発泡物質中空体（８,１
８）の間に圧縮空気を含む中間空間（９,１９）が存在
するように選定されていることを特徴とする、請求項１
から５までのいずれか一つに記載の車両用走行車輪。
【請求項７】車両用エアチューブにおいて、空気またはガスを受容する多数の中空空間（８ａ）を備
えた可逆的に変形可能な材料から成るトーラス状の発泡
物質中空体（８）を有していることを特徴とする車両用
エアチューブ。