JP2006044595A - タイヤ剛性可変装置およびタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】 路面状況や走行状況に応じてタイヤの剛性を変化させることができるタイヤ剛性可変装置およびこの装置に用いられるタイヤを提供する。
【解決手段】 タイヤＴのサイドウォール部Ｓｗに磁性流体１０，１０を充填し、この磁性流体１０，１０に磁界を与えるための電磁石１１ａ，１１ｂをホイール２０に設ける。磁性流体１０は、磁界の作用により粘性が変化する流体である。電磁石１１ａ，１１ｂへの電流の供給は、スリップリング４０を介して行われる。電磁石１１ａ，１１ｂに通電すると、磁性流体１０，１０を電磁石１１ａ，１１ｂに引き寄せる方向に磁界が作用する結果、磁性流体１０の粘性が高くなって、タイヤＴのサイドウォール部Ｓｗの剛性が高くなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、路面状況や走行状況に応じてタイヤの剛性を変化させることができるタイヤ剛性可変装置およびタイヤに関する。

車両の走行時における快適性能や運動性能を変化させる場合、所望の性能に適したタイヤに交換することが一般的に行われている。あるいは、オフロード走行時にはタイヤの空気圧が低くなるように、また、ハイウエイ走行時にはタイヤの空気圧が高くなるように、空気圧を調製することが一般的に行われている。タイヤは、その構造上、タイヤ側面のサイドウォール部が最も屈曲する部分であるため、タイヤの性能を変える手段として、サイドウォール部のゴム材の組成や配合を変えて剛性を変化させることが提案されている（特許文献１参照）。
特許第３２２７２９７号明細書（段落００２２〜００２４）

しかし、従来のタイヤでは、路面状況や走行状況に応じてタイヤの剛性を変えることができなかった。このため、タイヤの剛性について車両の快適性能を重視する設定にすると、高速旋回時に車両の挙動が不安定になるなど車両の運動性能が損なわれ、逆に、タイヤの剛性について車両の運動性能を重視する設定にすると、凹凸のある路面上を走行したときに衝撃が大きくなるなど、搭乗者の快適性能が損なわれることになる。

本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、路面状況や走行状況に応じてタイヤの剛性を変化させることができるタイヤ剛性可変装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、前記タイヤ剛性可変装置に用いられるタイヤを提供することを目的とする。

本発明のタイヤ剛性可変装置は、タイヤに設けられる剛性可変部材と、前記剛性可変部材に外部から所定のエネルギーを与えて前記タイヤの剛性を変化させる制御手段を有することを特徴とするものである。

前記本発明では、剛性可変部材に対して制御手段から所定のエネルギーを与えることによって剛性可変部材の剛性を変化させることができる。例えば、制御手段を作動させて剛性可変部材に所定のエネルギーを与えることで、剛性可変部材の剛性が高くなることによってタイヤの剛性を高く設定でき、制御手段を作動させず剛性可変部材に所定のエネルギーを与えなくすることで、剛性可変部材の剛性が低くなることによってタイヤの剛性を低く設定できるようになる。よって、走行中であってもタイヤの剛性を変化させることが可能になり、路面状況や走行状況に応じてタイヤの剛性を変えることができるようになる。

例えば、前記剛性可変部材は、前記タイヤのサイドウォール部に設けられている。タイヤのサイドウォール部は、最も屈曲が激しい部分であるため、この部分に剛性可変部材を設けることにより、快適性能と運動性能の両立をより効果的に発揮できるようになる。

また、前記剛性可変部材は、前記タイヤの周方向に沿って連続的に設けられている構成にできる。このように剛性可変部材をタイヤの周方向に沿って設けることにより、サイドウォール部を均一に変形させることができ、タイヤの回転時にタイヤに無理な力が作用するのを防止できる。

なお、前記剛性可変部材は、前記タイヤの周方向に沿って部分的に設けられていてもよい。

例えば、前記剛性可変部材は、磁性流体である。前記磁性流体を用いることにより、タイヤの剛性を容易に変化させることができる。

この場合、前記磁性流体の制御手段は、電磁石であり、前記電磁石が前記タイヤを支持するホイールに設けられている構成にできる。この構成により、タイヤから離れた位置に電磁石を設置できるので、電磁石に通電するための配線を磁性流体まで延ばす必要がなくなり、配線の構成を簡略化できる。

また、本発明のタイヤは、前記タイヤ剛性可変装置を用いたことを特徴とする。

本発明によれば、路面状況や走行状況に応じてタイヤの剛性を変化させることができるので、車両の快適性能と運動性能とが両立できるようになる。

図１は、本実施形態のタイヤ剛性可変装置の全体構成を示す断面図、図２は、図１の部分拡大断面図、図３は、磁性流体と電磁石の配置を示す斜視図、図４は、タイヤ剛性可変装置において電磁石に通電したときの状態を示す説明図、図５は、タイヤ剛性可変装置において電磁石に通電していないときの状態を示す説明図である。

図１に示すように、このタイヤ剛性可変装置１は、磁性流体１０，１０を含むタイヤＴと、ホイール２０に設けられた電磁石（制御手段）１１ａ，１１ｂとを備えている。ホイール２０は、スチールやアルミニウム合金などの金属材料で形成されたディスク２１とリム２２とで構成され、リム２２の外周面２２ａがタイヤＴの内周縁部と密着するようになっている。

図２に示すように、タイヤＴは、トレッド部Ｔｒ、サイドウォール部Ｓｗ、ショルダ部Ｓｈおよびビード部Ｂｄで構成されるタイヤケースＴｃと、インナライナＩとを備え、インナライナＩがタイヤケースＴｃの内壁の一面に積層されている。なお、この実施形態でのタイヤＴは、その一例であり、その他、各種類のタイヤにも適用することができる。

磁性流体１０，１０は、電磁石１１ａ，１１ｂからの磁界によるエネルギーを受けると電磁石１１ａ，１１ｂに吸引される流体であり、タイヤＴの両側の各サイドウォール部Ｓｗにおける、タイヤケースＴｃとインナライナＩとの間に区画された空間１５に充填されている。この空間１５は、図３に示すように、タイヤＴの周方向（タイヤＴの回転方向）に沿って所定の幅で連続して形成されている。ここで、磁性流体１０は、極めて微細な強磁性体が油等に均一に分散している液体であり、強磁場下でも粒子の凝集や分離が起こらない性質を有するものである。

なお、図６に示すように、前記空間１５がタイヤＴの周方向（タイヤＴの回転方向）に沿って複数の空間１５ｓ，１５ｓ，・・・に独立して形成されて、各空間１５ｓ内に磁性流体１０が充填される構成であってもよい。また、磁性流体１０は、空間１５，１５ｓに直接に充填してもよく、あるいは磁性流体１０が充填されて密封された柔軟性の部材をタイヤケースＴｃとインナライナＩとの間に介装する構成であってもよい。また、磁性流体１０，１０を充填する位置は、タイヤケースＴｃとインナライナＩとの間に限定されるものではなく、例えばタイヤケースＴｃの内部であってもよい。

図１および図２に示すように、電磁石１１ａ，１１ｂは、それぞれ銅などの金属線を巻回して形成したものであり、リム２２の内周面２２ｂの両側に周方向に沿って環状（図３参照）に形成されている。本実施形態では、電磁石１１ａ，１１ｂをリム２２の内周面２２ｂに設けることができるので、電磁石１１ａ，１１ｂをリム２２の外周面２２ａに設けるよりも機構を簡単にできる。

なお、電磁石１１ａ，１１ｂは、本実施形態に限定されるものではなく、鉄芯などに金属線を巻回したものをホイール２０の周方向に沿って並列に設けたものでもよい。また、電磁石１１ａ，１１ｂの着磁の向きは、図４に示すように、外側がＮ極で内側がＳ極に設定されているが、これに限定されるものではなく、前記とは逆で外側がＳ極で内側がＮ極に設定されてもよく、あるいは互いに逆向きであってもよい。あるいは、電磁石１１ａ，１１ｂの上下にＮ極とＳ極が着磁されるようにしてもよい。

図１に示すように、電磁石１１ａ，１１ｂが装着されたホイール２０は、図示しない車両本体から延びる車軸１００の先端に固定されたアクスルハブ３０に複数本のボルト２４を介して固定されている。アクスルハブ３０は、車軸１００の先端にナット２３を介して固定されている。また、アクスルハブ３０にはブレーキディスク３５が設けられて、ブレーキディスク３５がホイール２０と一緒に回転するようになっている。また、アクスルハブ３０は、ベアリング３２を介してナックル３１に支持されている。ベアリング３２は、リング状のインナーレース３２ａと、リング状のアウターレース３２ｂと、車軸１００の回転方向に沿って２列に配列される複数の球形のボール３２ｃ，３２ｃ，・・・とを有して構成され、インナーレース３２ａがアクスルハブ３０側に固定され、アウターレース３２ｂがナックル３１側に固定されている。これにより、インナーレース３２ａを含むアクスルハブ３０が、アウターレース３２ｂを含むナックル３１に対して回転自在に支持されている。

図１に示すように、タイヤ剛性可変装置１には、スリップリング４０が設けられている。スリップリング４０は、例えば、図７に示すように中空軸型であり、リング状の回転部材４１と、回転部材４１の外側に設けられるリング状の固定部材４２とで構成され、回転部材４１がアクスルハブ３０に固定され、固定部材４２がナックル３１に固定されている。回転部材４１の外周面には、複数の接触子４１ａが固定部材４２の内周面と摺動するように突出して設けられ、回転部材４１と固定部材４２とが電気的に接続されるようになっている。

回転部材４１は、導電性のケーブル１２ａ，１２ｂを介して、電磁石１１ａ，１１ｂと接続されている（図１参照）。固定部材４２は、車両本体側に搭載された電源（バッテリ）５０（図４、図５参照）と所定のケーブル１２ｃを介して接続されている。これにより、固定側となる車両本体側の電源５０から、回転側となるホイール２０側の電磁石１１ａ，１１ｂに電流を供給できるようになっている。

次に、本実施形態のタイヤ剛性可変装置の動作について説明する。
図４に示すように、電磁石１１ａ，１１ｂにケーブル１２ａ，１２ｂを介して電源５０から所定の電流ｉが供給されると、電磁石１１ａ側では、ホイール２０の外側がＮ極に、内側がＳ極に着磁され、電磁石１１ｂ側では、ホイール２０の外側がＮ極に、内側がＳ極に着磁されるようになっている。このように、電磁石１１ａ，１１ｂが着磁されることによる磁界が磁性流体１０，１０に作用することにより、図４の吹き出し拡大図に示すように、磁性流体１０，１０が電磁石１１ａ，１１ｂに引き寄せられる結果、磁性流体１０，１０は、その見かけ上の粘性が急激に高まって硬くなる方向へ変化する。このため、今までは自由に流動できていた磁性流体１０，１０が自由に流動できなくなり、タイヤＴのサイドウォール部Ｓｗ（図２参照）の上下方向の剛性と横方向の剛性がそれぞれ高まって、サイドウォール部Ｓｗが上下方向にも横方向にも撓み変形し難くなる。したがって、このときタイヤＴに重力Ｇが作用したとしても、タイヤＴのサイドウォール部Ｓｗが大きく撓み変形することがない。

また、図５に示すように、電磁石１１ａ，１１ｂに電源５０からの電流の供給が遮断されると、電磁石１１ａ，１１ｂの周囲の磁界が消滅して、磁性流体１０，１０が磁界のエネルギーを受けることができなくなる。その結果、磁性流体１０，１０が自由に流動できるようになることで粘性が低下して、タイヤＴのサイドウォール部Ｓｗの上下方向の剛性と横方向の剛性とがそれぞれ小さくなって、サイドウォール部Ｓｗが上下方向と横方向にそれぞれ撓み変形し易くなる。したがって、このときタイヤＴに重力Ｇが作用した場合に、タイヤＴが２点鎖線で示す状態（図４に示す状態）から実線で示す状態へと撓み量が大きくなる。

例えば、凹凸がある路面上を走行する場合には、図５に示すように、電磁石１１ａ，１１ｂへの通電を遮断してタイヤＴを撓み変形し易くさせることで、路面から受ける衝撃を大きく吸収して乗心地に優れた設定にできる。また、高速でコーナーを車両が旋回する場合または大きな操舵角で旋回する場合には、図４に示すように、電磁石１１ａ，１１ｂに通電してタイヤＴを撓み変形し難くすることで、車両の挙動（傾き）を安定させて操縦安定性に優れた設定にできる。

なお、前記したタイヤ剛性可変装置１では、通常の走行時に電磁石１１ａ，１１ｂに通電しないで乗心地に優れた快適性重視の設定にしておき、必要に応じて電磁石１１ａ，１１ｂに通電して操縦安定性を重視した設定にしてもよい。または、その逆で、通常走行時に操縦安定性重視の設定にしておき、必要に応じて快適性重視の設定にしてもよい。あるいは、電流の強さを調整可能に制御できるようにして磁界の強度を段階的に切り替えることができるようにし、通常の走行時に電磁石１１ａ，１１ｂを通電して快適性重視の設定と操縦安定性重視の設定との中間の設定にしておき、必要に応じて、快適性重視の設定や操縦安定性重視の設定に切り替えるようにしてもよい。

なお、本実施形態において、磁界の強度や流体の特性などによって、電磁石１１ａ，１１ｂに通電したときに、磁性流体１０，１０が電磁石１１ａ，１１ｂ側へ強く引き寄せられ過ぎて、磁性流体１０，１０が空間１５，１５ｓ内で偏るおそれがある。そこで、このような事態が生じる場合には、図８または図９に示すように、磁性流体１０，１０の偏りを防止する手段を設けるのが好ましい。

図８に示すように、この実施形態では、磁性流体１０が充填される空間１５，１５ｓに対して、タイヤＴの径方向（図８の上下方向）に沿って複数のオリフィス１５ａが等間隔で形成されている。これにより、電磁石１１ａ，１１ｂが通電されたときに、オリフィス１５ａによって磁性流体１０，１０の流動が制限されるので、磁性流体１０が電磁石１１ａ，１１ｂに過度に吸引されることによる磁性流体１０の偏りを防止できるようになる。

また、図９に示すように、タイヤＴの径方向（図９の上下方向）に沿って空間１６，１６，・・・が独立して形成された構成であってもよい。この構成であっても、電磁石１１ａ，１１ｂに通電したときの磁性流体１０の偏りを防止できるようになる。

なお、図８および図９に示す実施形態において、オリフィス１５ａの数や空間１６の分割数は適宜変更することができる。また、オリフィス１５ａや空間１６を径方向に沿ってサイドウォール部Ｓｗの全体に一定の間隔で設けずに、電磁石１１ａ，１１ｂに近い位置にのみオリフィス１５ａや空間１６を形成するようにしてもよい。これは、電磁石１１ａ，１１ｂに近い位置の方が磁性流体１０に対して磁界の影響が強く作用するためである。

このように、本実施形態のタイヤ剛性可変装置１では、車両が走行中であってもタイヤＴの剛性を変えることができる。したがって、タイヤＴを交換したり、空気圧を調整することなく、タイヤＴの剛性を路面状況や走行状況に応じた状態に変化させることが可能になる。

なお、前記した実施形態では、剛性可変部材として磁性流体１０を用いた場合について説明したが、磁性流体１０に限定されるものではなく、電界によるエネルギーを受けて粘性が変化するＥＲ（電気粘性）流体としてもよい。ただし、この場合には制御手段としてＥＲ流体に電場を与えるための電極を設ける必要がある。あるいは、流体に限らず、外部から所定のエネルギーを与えることによって剛性が変化する板状の剛性可変部材であってもよい。

また、このタイヤ剛性可変装置１は、４輪自動車に搭載する場合であれば４つのタイヤＴのすべてに搭載して、車室内に設けられた所定の切替スイッチによって切替可能に制御することができる。あるいは、車両に設けられた車速センサ、操舵角センサ、横加速度センサ、前後加速度センサ、ヨーレートセンサ（いずれも図示せず）などからの検出信号に基づいて、各タイヤＴに設けられた磁性流体１０の粘性を自動的に制御するようにしてもよい。また、４輪すべてのタイヤＴの剛性を独立して制御できるようにして、例えば右方向への高速旋回時に右前輪および右後輪の剛性がそれぞれ小さくなるように制御し、左前輪および左後輪の剛性がそれぞれ高くなるように制御して、車両の傾きを抑えて挙動を安定化するように制御してもよい。

また、タイヤＴのグリップ力が低下した場合等に剛性を低下させてグリップ力を回復させたりすることもできる。これは、例えば、アンダーステアの解消等に用いることができる。また、同様に、雪道を走行する場合などに剛性を低下させて、雪道とタイヤとのグリップ力を向上させることもできる。

本実施形態のタイヤ剛性可変装置の全体構成を示す断面図である。 図１の部分拡大断面図である。 磁性流体と電磁石の配置を示す斜視図である。 タイヤ剛性可変装置において電磁石に通電したときの状態を示す説明図である。 タイヤ剛性可変装置において電磁石に通電していないときの状態を示す説明図である。 磁性流体の他の配置例を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ線での切断断面図である。 磁性流体の偏りを防止する手段を示す断面図である。 磁性流体の偏りを防止する他の手段を示す断面図である。

符号の説明

１ タイヤ剛性可変装置
１０ 磁性流体（剛性可変部材）
１１ａ，１１ｂ 電磁石（制御手段）
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ ケーブル
１５，１５ｓ 空間
２０ ホイール
２１ ディスク
２２ リム
３０ アクスルハブ
３１ ナックル
３２ ベアリング
４０ スリップリング
５０ 電源
１００ 車軸
Ｓｗ サイドウォール
Ｔ タイヤ

Claims (7)

1. タイヤに設けられる剛性可変部材と、前記剛性可変部材に外部から所定のエネルギーを与えて前記タイヤの剛性を変化させる制御手段を有することを特徴とするタイヤ剛性可変装置。
2. 前記剛性可変部材は、前記タイヤのサイドウォール部に設けられることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ剛性可変装置。
3. 前記剛性可変部材は、前記タイヤの周方向に沿って連続的に設けられていることを特徴とする請求項２に記載のタイヤ剛性可変装置。
4. 前記剛性可変部材は、前記タイヤの周方向に沿って部分的に設けられていることを特徴とする請求項２に記載のタイヤ剛性可変装置。
5. 前記剛性可変部材は、磁性流体であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のタイヤ剛性可変装置。
6. 前記磁性流体の制御手段は、電磁石であり、前記電磁石が前記タイヤを支持するホイールに設けられていることを特徴とする請求項５に記載のタイヤ剛性可変装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のタイヤ剛性可変装置を用いたことを特徴とするタイヤ。

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