JP2007062463A - タイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】 高い段差を乗り越えられ、走行安定性も良好なタイヤを提供する。
【解決手段】 タイヤ２０は、第１トレッド部２５が間隔をおいて設けられ、これら第１トレッド部２５間に複数の第２トレッド部２６が設けられている。第１トレッド部２５は曲げ剛性が高く折り曲げられにくく、第２トレッド部２６は曲げ剛性が低く折り曲げられ易い。第２トレッド部２６が折り曲げられた状態で第１トレッド部２５が高い段差の上端に引っ掛かることにより、ホイール１は高い段差を乗り越えることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、瓦礫のある不整地や段差のある路面を走行するのに適したタイヤに関する。

特許文献１は、不整地走行用の低圧空気入りのタイヤを開示している。このタイヤは、外周に多数のトレッド部を突出形成してなる。このタイヤを装着したホイールでは、不整地の形状にならってタイヤが変形するので、グリップ力が高まり走行性が向上する。また、トレッド部が瓦礫に引っ掛かり、これを乗り越えることができる。
特開平１−１４８６０６号公報

しかし、特許文献１のタイヤを装着したホイールでは、高い段差を乗り越えることができなかった。すなわち、段差に先に到達したトレッド部が段差の側面に当たるために、ホイールがそれ以上段差に近づけず、次のトレッド部が高い段差の上端に引っ掛からないからである。

なお、トレッド部の周方向間隔を大きくすれば、最初に到達したトレッド部が下方に移動して段差から離れるので、ホイールが段差に近づき次のトレッド部が段差の上端に引っ掛かる。したがって、トレッド部の周方向間隔を大きくすればするほど、ホイールは高い段差を乗り越えられる。

しかし、トレッド部の間隔を大きくすると、ホイールが平坦な路面を走行する際に、走行が不安定になり走行時の振動が大きくなる。ましてや、タイヤの半径以上の段差を乗り越えられるほど、トレッド部の間隔を大きくすることは、ホイールの走行の不安定性が許容限度を超え、不可能である。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、環状のベース部と、このベース部の外周に突出形成された同一高さの多数のトレッド部とを有するゴム製タイヤにおいて、上記多数のトレッド部は第１トレッド部と第２トレッド部の少なくとも２種類のトレッド部を含み、周方向に離れた第１トレッド部間に第２トレッド部が配置され、上記第１トレッド部は曲げ剛性が高く折り曲げられにくく、上記第２トレッド部は曲げ剛性が低くタイヤ周方向に折り曲げられ易いことを特徴とする。

上記構成のタイヤを装着したホイールが段差に当たった時に、第２トレッド部が折り曲がるように弾性変形するので、ホイールを段差に近づけることができ、段差がタイヤの半径以上であっても、第１トレッド部を段差の上端に引っ掛けることができる。その結果、ホイールは高い段差を乗り越えることができる。しかも、ホイールが平坦な路面を走行する際には、第１トレッド部の間に配置された第２トレッド部でも、第１トレッド部と同様に荷重を担うので、ホイールの走行が安定し、振動を抑制することができる。

好ましくは、上記第２トレッド部の周方向厚さが第１トレッド部より薄い。
好ましくは、上記第２トレッド部が、非折り曲げ状態での高さに比べて１／３〜２／３の高さになるまでタイヤ周方向に折れ曲げ可能である。

好ましくは、上記第１，第２トレッド部は、タイヤの中心軸線と直交する面に沿う縦断面形状が台形をなしており、第２トレッド部の底辺が、第１トレッド部の底辺より薄い。 この台形の断面形状はトレッド部成形の際の抜きテーパを提供する。

好ましくは、上記第２トレッド部がタイヤ幅方向に延び、その平面形状が折り曲げられた形状をなしている。これによれば、第２トレッド部の荷重負担能力を高めることができる。

好ましくは、上記第２トレッド部が第１トレッド部間に複数配置されている。これによれば、走行安定性をさらに高めることができる。また、複数の第２トレッド部で瓦礫等をグリップすることにより、滑らずに走行することができる。

好ましくは、全ての第１トレッド部が周方向に等間隔をなして配置されている。これによれば、ホイールの走行性をさらに安定させることができる。

好ましくは、上記ベース部の外周は、幅方向に隣接する２つの環状領域を有し、２つの環状領域において第１，第２トレッド部が同一パターンで位相をずらして配置され、一方の環状領域の第１トレッド部と他方の環状領域の第１トレッド部との間には、両環状領域に第２トレッド部がそれぞれ配置されている。
これによれば、第２トレッド部の折れ曲がりに支障をきたすことなく、一方の環状領域の第２トレッド部と他方の環状領域の第１トレッド部との間隔を狭くすることができ、走行安定性をさらに高めることができる。

好ましくは、上記一方の環状領域の第１トレッド部と他方の環状領域の第１トレッド部との間には、両環状領域に第２トレッド部がそれぞれ複数ずつ周方向にずれて配置されている。これによれば、走行安定性をさらに高めることができる。

好ましくは、一方の環状領域における第１トレッド部の幅方向隣に、他方の環状領域の第２トレッド部が配置されている。これによれば、走行安定性をさらに高めることができる。

好ましくは、上記ベース部が中実の帯状をなしている。これによれば、タイヤはソリッドタイヤとなり、低圧タイヤに比べてころがり抵抗を小さくすることができる。
好ましくは、電気モータにより駆動されるホイールに装着されるタイヤである。

本発明のタイヤを装着したホイールは、走行安定性を損なうことなく高い段差を乗り越えることができる。

以下、本発明の第１実施形態について図１〜図３を参照しながら説明する。図１は軽作業用の軽量小型ロボット（例えば総重量５０Ｋｇ以下）の足回り部に用いられるホイール１を示す。ロボットの上半身はロボットの役割に応じて構成が異なる。例えば地震等の災害発生時に用いられるレスキュー用ロボットの場合、カメラ，探知センサおよび照明器具を備えており、必要に応じて軽量物の把持機構を備えている。このようなレスキュー用ロボットは、瓦礫を乗り越えながら走行し、負傷者等の探索を行なう。

上記ホイール１は、樹脂または軽金属からなるホイール本体１０と、ゴム製（天然ゴムでも良いしＳＢＲ，ウレタン等の合成ゴムでも良い）のタイヤ２０とを備えている。ホイール本体１０の外周は円筒面をなしており、その外周にタイヤ２０が装着されている。

上記タイヤ２０は、ソリッドタイヤからなり、中実の帯状をなすベース部２１と、このベース部２１の外周に一体に突出形成された第１，第２の２種類のトレッド部２５，２６とを有している。上記ベース部２１を上記ホイール本体１０の外周に接着（接着剤を用いた接着あるいは加硫接着）することにより、タイヤ２０がホイール本体１０に装着される。

上記第１トレッド部２５は厚肉をなし、第２トレッド部２６は薄肉をなしており、両トレッド部２５，２６は同一高さを有している。

上記ベース部２１の外周は、幅方向に隣接する２つの環状領域を有しており、これら環状領域に上記トレッド部２５，２６が同一パターンで位相をずらして設けられている。

詳述すると、図１において右側の環状領域には、第１トレッド部２５が等間隔をなして複数例えば３つ形成されており、これら第１トレッド部２５間には複数例えば５つの第２トレッド部２６が互いに等間隔をなして設けられている。

左側の環状領域にも同数の第１，第２トレッド部２５，２６が同一パターンの配置で設けられている。ただし、左右の領域のトレッド部２５，２６の配置パターンは６０°位相がずれており、一方の環状領域の第１トレッド部２５間の中央に他方の環状領域の第１トレッド部２５が配置されている。

一方の環状領域の第１トレッド部２５と他方の環状領域の第１トレッド部２５の間には、環状領域毎に複数例えば２つの第２トレッド部２６が配置され、合計４つの第２トレッド部２６が配置されている。一方の環状領域の第２トレッド部２６と他方の環状領域の第２トレッド部２６は、各環状領域の第２トレッド部２６の周方向間隔の半分だけ、周方向にずれている。

一方の環状領域の第１トレッド部２５の幅方向の隣には、他方の環状領域の第２トレッド部２６が配置されている。

上記第１，第２トレッド部２５，２６の配置パターンは、次のように表現することもできる。上記ベース部２１は周方向に沿って第１，第２領域を交互に有している。第１領域には、第１トレッド部２５と第２トレッド部２６が幅方向（左右方向）に隣合って配置されている。第２領域には、４つの第２トレッド部２６が周方向に位置をずらして左右に交互に配置されている。

上記第１トレッド部２５は、ホイール１の幅方向に延び、縦断面形状（ホイール１の中心軸線と直交する平面に沿った縦断面形状）が台形をなしている。第１トレッド部２５は、底辺寸法が大きいため曲げ剛性が十分に高く、ホイール１の周方向の力を加えても折れ曲がることはない。

上記第２トレッド部２６も、クローラベルト２０の幅方向に延び、縦断面形状が台形をなしている。第２トレッド部２６は、その厚さが高さに比べて遥かに小さいため、第１トレッド部２５より遥かに曲げ剛性が小さく、トレッド部２６に周方向の力を加えると折れ曲がり易い。

第２トレッド部２６の高さは、その厚さ（平均厚さまたは高さ方向の中央部の厚さ）に比べて２倍以上，７倍以下が好ましく、より好ましくは３倍以上，５倍以下である。なお、トレッド部２６の平面形状は図１に示すように中央で折れた「く」字形状をなしている。これは、高さ方向の荷重すなわちロボットの自重に対する強度を高める。
なお、トレッド部２５，２６の高さは、タイヤ外径に対して１０〜３０％とするのが好ましい。
上記ベース部２１の周面に対する第１，第２トレッド部２５，２６の占有率は６０％以下、好ましくは５０％であり、第２トレッド部２６は、周方向に隣接するトレッド部２５，２６に対して、少なくとも底辺厚さ以上離れていて、後述する折り曲げ性能を保証されている。

本実施形態での各構成部の寸法の一例を説明する。ホイール本体１０の半径は５０ｍｍ〜７５ｍｍ、ベース部２１の厚みは３ｍｍ程度であり、第１トレッド部２５の断面形状の底辺厚さが１５ｍｍ，頂辺厚さが４ｍｍ，高さが２０ｍｍであり、第２トレッド部２６の断面形状の底辺厚さが５ｍｍ、頂辺厚さが３ｍｍ，高さが２０ｍｍである。
タイヤ２０の半径Ｒ（図２参照）は、好ましくは１５０ｍｍ以下、さらに好ましくは７０〜１００ｍｍ程度である。
ベース部２１が中実でトレッド部２５，２６より薄いので、軽量化を図ることができる。

上記ロボットは上記構成のホイール１を例えば４つ備えている。各ホイール１が平地で担う荷重は１０Ｋｇ以下が好ましい。図示しない電気モータ（アクチュエータ）の駆動により、全てのホイール１が回転駆動されると（前輪駆動の場合には前輪側のホイール１が回転駆動されると）、ロボットが走行する。図２に示すように、ホイール１は、ホイール１の半径Ｒより高い段差Ｓ（段差の高さを符号Ｈで示す）を乗り越えることができる。

詳述すると、ロボットのホイール１が段差Ｓに突き当たった時に、第２トレッド部２６の先端が段差Ｓに当たるが、この第２トレッド部２６はホイール１の矢印方向の回転に伴なって、回転方向と反対方向の力を受けて折れ曲がり始め、さらにロボットの前進にともない大きく折れ曲がる。この状態で、第１トレッド部２５の頂端部が段差Ｓの上端に引っ掛かるので、ロボットは高い段差Ｓを乗り越えることができる。第２トレッド部２６は、非折り曲げ状態での高さに比べて１／３〜２／３の高さになるまでタイヤ周方向に折れ曲げ可能である。本実施形態では、約半分の高さになるまで折り曲げ可能である。

上記のように、高い段差Ｓを乗り越えられる機能は、第２トレッド部２６が無く、第１トレッド部２５が周方向に６０°間隔あいている場合でも同様に得ることができる。しかし、このような場合には、第１トレッド部２５の間隔が大きいため、特に平坦な路面を走行している時にホイール１の走行が不安定になり振動が大きくなってしまう。
本実施形態では第１トレッド部２５間に第１トレッド部２５と同一高さの複数の第２トレッド部２６が配置されていて、ロボットの荷重を担うことができるので、走行を安定させることができる。

第２トレッド部２６は、折れ曲がり易いが高さ方向の荷重すなわちロボットの自重に対しては十分な強度を有し、大きく変形せず円滑な走行を確保できる。なお、トレッド部２６は平面形状が折れ曲がった形状をなしているので、より一層垂直荷重に対する負担能力を高めることができる。

また本実施形態では、第１トレッド部２５間に複数（４つ）の第２トレッド部２６が配置されこと、これら第２トレッド部２６が左右交互に配置されていること、第１トレッド部２５の幅方向隣に第２トレッド部２６が配置されていることにより、ホイール１の走行をより一層安定させることができる。

また、図２に示すように側方から見た時、第１トレッド部２５とこれに隣接する第２トレッド部２６は近接して配置されており、この配置もホイール１の走行安定性に寄与している。

上記のように第２トレッド部２６が第1トレッド部２５に近接し過ぎていると、第２トレッド部２６の底部近傍での折れ曲がりに支障をきたすことが考えられる。第２トレッド部２６の底部に連なるベース部２１が第1トレッド部２５に拘束されるからである。しかし、本実施形態では、これら第１トレッド部２５と第２トレッド部２６は、異なる環状領域に配置されているので、第２トレッド部２６が折り曲げられる際に第１トレッド部２５が第２トレッド部２６近傍のベース部２１を拘束せず、第２トレッド部２６は良好に折り曲げられる。

また、本実施形態では、第１トレッド部２５間に複数の第２トレッド部２６が配置されているので、例えば、図３のような平坦面を有する比較的低い瓦礫Ｓ´に対して、隣接する第２トレッド部２６が弾性変形して大きな接触面積でグリップすることができ、ホイール１の空転を回避できる。この機能は、特に瓦礫Ｓ’が濡れていたり砂が付着している場合に有効に働く。
他方、第１トレッド部２５は、パイプ等、断面が湾曲した障害物に対しては第２トレッド部２６に比べてグリップ機能が高い。

図４は本発明の第２実施形態を示す。この実施形態において、第１実施形態に対応する構成部には同番号を付してその詳細な説明を省略する。本実施形態のベース部２１の外周は幅方向に２つに区分けされておらず、トレッド部２５，２６は、ベース部２１の幅一杯に延びている。第１トレッド部２５が周方向に等間隔（例えば９０°）をおいて配置されており、これら第１トレッド部２５間に複数例えば３つの第２トレッド部２６が間隔をおいて配置されている。
第２実施形態は、第１実施形態より走行安定性は劣るが、高い段差を乗り越えられる等の他の機能は第１実施形態と同様である。

上記第１，第２実施形態におけるタイヤ２０の装着方法について例示する。第１の装着方法は、ホイール本体１０の全周に相当する長さのタイヤ素材を射出成形等によって成形する。このタイヤ素材は、直線状に延びる細長い帯状のベース部２１と第１，第２トレッド部２５，２６を一体に有している。次に、このベース部２１をホイール本体１０の外周に巻き付けるようにして接着する。この際、ベース部２１の両端は一致させる。

第２の装着方法は、ホイール本体１０の全周にわたってタイヤ２０を加硫接着する。

第３の装着方法は、複数のタイヤ素材を成形する。これらタイヤ素材は、ホイール本体１０の全周長を等分割した長さを有するベース部２１と、第１，第２トレッド部２５，２６とを一体に有している。そして、タイヤ素材のベース部２１を継ぎ合わせるようにしてホイール本体１０の外周に接着する。第３の装着方法において、これら複数のタイヤ素材を順にホイール本体１０の外周に加硫接着してもよい。

第４の装着方法は、ホイール本体１０の外周に合致する円弧形状の複数のアタッチメントに、ベース部１１とトレッド部２５，２６とを有するタイヤ素材を接着ないしは加硫接着により固定し、このアタッチメントをホイール本体１０にボルトとナットで装着する。この第４の装着方法によれば、タイヤ２０が摩耗した時に交換することができる。

本発明は上記実施形態に制約されず、種々の態様を採用可能である。第２トレッド部２６の平面形状は、複数箇所で折れて波形にしてもよい。第２トレッド部２６は断面台形状ではなく均一厚さに形成してもよい。
周方向に区分けされて交互に配置される第１，第２領域において、第１領域には複数例えば２個のトレッド部が短い間隔で配置されていてもよい。
第１トレッド部間に上記第２トレッド部とともに他のトレッド部を配置してもよい。当該他のトレッド部は、第１トレッド部より薄く，第２トレッド部より厚い。

本発明は通常の空気入りタイヤにも適用できる。この場合、ベース部は内部空間を有して横断面逆Ｕ字形をなす。

本発明のホイールは、人命救助ロボット以外に病院清掃用，警備用等の軽量ロボットに用いてもよい。この場合でも、段差のある路面を走行する際に威力を発揮する。また、ロボット以外の軽量建機，軽量車両に用いてもよい。

本発明の第１実施形態をなすタイヤを備えたホイールの斜視図である。 同ホイールが高い段差を乗り越える時の状態を示す側面図である。 同ホイールが低い瓦礫を走行しているときの第２トレッド部によるグリップ状態を示す要部拡大図である。 本発明の第２実施形態をなすタイヤを備えたホイールの斜視図である。

符号の説明

１ ホイール
１０ ホイール本体
２０ タイヤ
２１ ベース部
２５ 第１トレッド部
２６ 第２トレッド部

Claims (12)

1. 環状のベース部と、このベース部の外周に突出形成された同一高さの多数のトレッド部とを有するゴム製タイヤにおいて、
   上記多数のトレッド部は第１トレッド部と第２トレッド部の少なくとも２種類のトレッド部を含み、周方向に離れた第１トレッド部間に第２トレッド部が配置され、上記第１トレッド部は曲げ剛性が高く折り曲げられにくく、上記第２トレッド部は曲げ剛性が低くタイヤ周方向の力を受けた時に折り曲げられ易いことを特徴とするタイヤ。
2. 上記第２トレッド部の周方向厚さが第１トレッド部より薄いことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ。
3. 上記第２トレッド部が、非折り曲げ状態での高さに比べて１／３〜２／３の高さになるまでタイヤ周方向に折れ曲げ可能であることを特徴とする請求項２に記載のタイヤ。
4. 上記第１，第２トレッド部は、タイヤの中心軸線と直交する面に沿う縦断面形状が台形をなしており、第２トレッド部の底辺が、第１トレッド部の底辺より薄いことを特徴とする請求項２または３に記載のタイヤ。
5. 上記第２トレッド部がタイヤ幅方向に延び、その平面形状が折り曲げられた形状をなしていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のタイヤ。
6. 上記第２トレッド部が第１トレッド部間に複数配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のタイヤ。
7. 全ての第１トレッド部が周方向に等間隔をなして配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のタイヤ。
8. 上記ベース部の外周は、幅方向に隣接する２つの環状領域を有し、２つの環状領域において第１，第２トレッド部が同一パターンで位相をずらして配置され、一方の環状領域の第１トレッド部と他方の環状領域の第１トレッド部との間には、両環状領域に第２トレッド部がそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のタイヤ。
9. 上記一方の環状領域の第１トレッド部と他方の環状領域の第１トレッド部との間には、両環状領域に第２トレッド部がそれぞれ複数ずつ周方向にずれて配置されていることを特徴とする請求項８に記載のタイヤ。
10. 一方の環状領域における第１トレッド部の幅方向隣に、他方の環状領域の第２トレッド部が配置されていることを特徴とする請求項８または９に記載のタイヤ。
11. 上記ベース部が中実の帯状をなしていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のタイヤ。
12. 電気モータにより駆動されるホイールに装着される請求項１〜１１に記載のタイヤ。

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