JP2007112243A - Non-pneumatic tire - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非空気式タイヤに関し、詳しくは、安定した接地面積・接地形状を維持することができ、耐久性、乗り心地、操縦安定性などの改良された非空気式タイヤに関するものである。 The present invention relates to a non-pneumatic tire, and more particularly, to a non-pneumatic tire that can maintain a stable ground contact area / ground shape and has improved durability, ride comfort, and handling stability.
一般に、非空気式タイヤは、ゴムが中実であるため、空気入りタイヤのように局部変形することができない構造になっていた。 In general, non-pneumatic tires have a structure that cannot be locally deformed like pneumatic tires because rubber is solid.
そのため、従来の非空気式タイヤでは、空気入りタイヤ並みに乗り心地が良好な荷重負担能力を発揮することは困難であるとされていた。 For this reason, it has been said that it is difficult for conventional non-pneumatic tires to exhibit a load bearing capacity that is as comfortable as a pneumatic tire.
このような従来の非空気式タイヤに対し、その機能を空気入りタイヤ並みの変形と荷重負担特性とを有するようにするものとして、同心円状に外周輪と内周輪を配置させて、これら両輪を連結するウェブと、半径方向の面に対し斜めに傾斜させた多数のリブとを緩衝用に設けるようにしたものなどが提案されている(特許文献1−5)
しかし、このような非空気式タイヤは、タイヤ荷重をウェブで支えるようにするため、ウェブ上の接地部分のみ接地圧が高くなり、その結果、コーナリングフォースが小さくなって操縦安定性に劣るという欠点があった。
For these conventional non-pneumatic tires, the function is to have the same deformation and load bearing characteristics as pneumatic tires, and these outer wheels and inner wheels are arranged concentrically. Have been proposed in which a web for connecting the webs and a large number of ribs inclined obliquely with respect to the radial surface are provided for cushioning (Patent Documents 1-5).
However, since such a non-pneumatic tire supports the tire load with a web, only the ground contact portion on the web has a high ground pressure, resulting in a small cornering force and poor steering stability. was there.
また、一般に、これら先行技術のものは、内周輪と外周輪を接続するスポークの接点部分角度が深いことにより、タイヤ周方向の変形あるいは荷重の増加に対して、極端な曲げ変形が発生しており、応力集中によるスポーク部位の破損や、スポーク部からトレッド部に伝達される応力の急激な変化によって安定した接地面積・接地形状を得ることは難しかったものである。 Also, in general, these prior art products cause extreme bending deformation in response to deformation in the tire circumferential direction or increase in load due to the deep contact portion angle of the spoke connecting the inner and outer ring. Therefore, it has been difficult to obtain a stable ground contact area / ground shape due to breakage of the spoke portion due to stress concentration or a sudden change in stress transmitted from the spoke portion to the tread portion.
これら先行技術の中には、ウェブをタイヤ幅中心に対して左右一対設けるようにしたものもあるが、ウェブを左右一対に設けるようにするには、成形のために中子を配置することなどを検討する必要があり製造が難しくなるという不都合があった。 Some of these prior arts have a pair of left and right webs with respect to the center of the tire width, but in order to provide a pair of left and right webs, a core is disposed for molding, etc. There is a disadvantage that manufacturing becomes difficult.
また、外周輪構造を、エラストマー剪断層と該エラストマー剪断層の放射方向内側に接着した少なくとも1つの第1のメンブレンと、該エラストマー剪断層の放射方向外側に接着した少なくとも1つの第2のメンブレンとを有し、第1および第2の各メンブレンが剪断層の剪断弾性率より大きな縦方向引張り弾性係数を有するという補強された構造にして、外部荷重が加わることによってタイヤの地面接触部分はエラストマー剪断層の剪断によって変形するが、各メンブレンは実質的に一定長さを維持し、ウェブスポークはタイヤの地面接触部分と結合していないウェブスポークの張力を介して環状バンドとハブとの間で荷重力を伝達するようにした非空気式タイヤが提案されている(特許文献6)。 In addition, the outer ring structure includes an elastomer shear layer, at least one first membrane adhered to the radially inner side of the elastomer shear layer, and at least one second membrane adhered to the radially outer side of the elastomer shear layer; And the ground contact portion of the tire is subjected to elastomer shear by applying an external load to the reinforced structure in which each of the first and second membranes has a longitudinal tensile elastic modulus greater than the shear elastic modulus of the shear layer. Although deformed by layer shear, each membrane maintains a substantially constant length, and the web spokes are loaded between the annular band and the hub via the tension of the web spokes that are not bonded to the ground contact portion of the tire. Non-pneumatic tires that transmit force have been proposed (Patent Document 6).
しかし、外周輪を多層構造にすることは、重量の増加を招き、また、層剥がれなどの問題発生も可能性としてあるので、できればシンプルな構造にすべきものである。
本発明の目的は、上述したような点に鑑み、外周輪と内周輪とを有する非空気式タイヤにおいて、該外周輪と内周輪の間隙に存在させるべきスポーク材の機能を特別なものとすることにより、安定した接地面積・接地形状を維持することができ、ひいては、耐久性、乗り心地、操縦安定性などの改良された非空気式タイヤを提供せんとするものである。 In view of the above points, the object of the present invention is to provide a special function for the spoke material that should be present in the gap between the outer ring and the inner ring in a non-pneumatic tire having an outer ring and an inner ring. Thus, it is possible to maintain a stable ground contact area and ground contact shape, and to provide a non-pneumatic tire improved in durability, ride comfort, and handling stability.
上述した目的を達成する本発明の非空気式タイヤは、以下の(1) の構成からなる。
(1)同心円状に配置された弾性材料からなる外周輪と内周輪とを有するとともに、それら両輪には、弾性材料からなるスポーク材が連結されていて、かつ、該スポーク材は、前記外周輪と前記内周輪の間の空隙にタイヤ径方向の圧縮力が加えられた際にタイヤ周方向において互いに反対方向に撓む対をなすスポーク材として形成されているとともに、該対をなすスポーク材間には、前記反対方向への撓みを抑える弾性材料からなる連結材が設けられていることを特徴とする非空気式タイヤ。
The non-pneumatic tire of the present invention that achieves the above-mentioned object has the following configuration (1).
(1) It has an outer ring and an inner ring made of an elastic material concentrically arranged, and a spoke material made of an elastic material is connected to both the wheels, and the spoke material is made of the outer circumference The pair of spokes are formed as a pair of spoke members that flex in opposite directions in the tire circumferential direction when a compressive force in the tire radial direction is applied to the gap between the wheel and the inner circumferential ring. A non-pneumatic tire characterized in that a connecting member made of an elastic material that suppresses bending in the opposite direction is provided between the members.
また、かかる本発明の非空気式タイヤにおいて、具体的により好ましくは、以下の(2) 〜(7) の構成からなるものである。
(2)対をなすスポーク材が、実質的に、タイヤ幅方向と平行に中心軸方向を有する中空円柱状の形態を呈していることを特徴とする上記(1) 記載の非空気式タイヤ。
(3)対をなすスポーク材が、実質的に、タイヤ幅方向と平行に中心軸方向を有する中空正多角形状の形態を構成していることを特徴とする上記(1) 記載の非空気式タイヤ。
(4)対をなすスポーク材が、そのスポーク材長さをLとして、隣接する対のスポーク材との間の最小間隙Dが、D=0.1L〜0.48Lであるように設けられていることを特徴とする上記(2) 記載の非空気式タイヤ。
(5)1つのタイヤ全体において、対をなすスポーク材が12対〜36対形成されていることを特徴とする上記(1) 、(2) 、(3) または(4) 記載の非空気式タイヤ。
(6)弾性材料が、引張弾性率10〜70MPaである熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂あるいはゴム組成物であることを特徴とする上記(1) 、(2) 、(3) 、(4) または(5) 記載の非空気式タイヤ。
(7)乗用車用タイヤであることを特徴とする上記(1) 、(2) 、(3) 、(4) 、(5) または(6) 記載の非空気式タイヤ。
Further, in the non-pneumatic tire of the present invention, more preferably, the non-pneumatic tire is constituted by the following configurations (2) to (7).
(2) The non-pneumatic tire according to (1), wherein the pair of spoke members has a hollow cylindrical shape substantially having a central axis direction parallel to the tire width direction.
(3) The non-pneumatic type according to (1) above, wherein the pair of spoke members substantially forms a hollow regular polygonal shape having a central axis direction parallel to the tire width direction. tire.
(4) The pair of spoke members is provided so that the length of the spoke member is L and the minimum gap D between the adjacent pair of spoke members is D = 0.1L to 0.48L. The non-pneumatic tire as described in (2) above, wherein
(5) The non-pneumatic type described in (1), (2), (3) or (4) above, wherein 12 to 36 pairs of spoke material are formed in one tire as a whole. tire.
(6) The above-mentioned (1), (2), (3), (4), wherein the elastic material is a thermosetting resin, a thermoplastic resin or a rubber composition having a tensile modulus of 10 to 70 MPa. Or the non-pneumatic tire as described in (5).
(7) The non-pneumatic tire according to the above (1), (2), (3), (4), (5) or (6), which is a tire for a passenger car.
本発明によれば、外周輪と内周輪とを有する非空気式タイヤにおいて、該外周輪と内周輪の間隙に存在させるべきスポーク材の機能を特別なものとすることにより、安定した接地面積・接地形状を維持することができ、ひいては、耐久性、乗り心地、操縦安定性などの改良された非空気式タイヤが提供される。 According to the present invention, in a non-pneumatic tire having an outer peripheral ring and an inner peripheral ring, the function of the spoke material to be present in the gap between the outer peripheral ring and the inner peripheral ring is made special so that stable ground contact is achieved. A non-pneumatic tire with improved area, ground contact shape, and durability, ride comfort, and handling stability can be provided.
以下、更に詳しく本発明の非空気式タイヤについて説明する。
本発明の非空気式タイヤは、同心円状に配置された弾性材料からなる外周輪と内周輪とを有するとともに、それら両輪には、弾性材料からなるスポーク材が連結されていて、かつ、スポーク材は、外周輪と内周輪の間の空隙にタイヤ径方向の圧縮力が加えられた際にタイヤ周方向において互いに反対方向に撓む対をなすスポーク材として形成されているとともに、該対をなすスポーク材間には、前記反対方向への撓みを抑える弾性材料からなる連結材が設けられて構成されている。
Hereinafter, the non-pneumatic tire of the present invention will be described in more detail.
The non-pneumatic tire of the present invention has an outer peripheral ring and an inner peripheral ring made of an elastic material arranged concentrically, and a spoke material made of an elastic material is connected to both the wheels, and the spoke The material is formed as a spoke material forming a pair that bends in opposite directions in the tire circumferential direction when a compressive force in the tire radial direction is applied to the gap between the outer ring and the inner ring. A connecting member made of an elastic material that suppresses bending in the opposite direction is provided between the spoke members forming the above.
図1は、かかる本発明の非空気式タイヤの構造を説明する一部拡大概略モデル側面図であり、非空気式タイヤ1は、外周輪2と内周輪3を有し、その両輪の間の空隙にスポーク材4、4′が対をなして設けられている。この対は、複数個構成されているのが通常である。
FIG. 1 is a partially enlarged schematic model side view for explaining the structure of such a non-pneumatic tire of the present invention. A
スポーク材4、4′のそれぞれは、その形状が特に限定されるものではないが、図1に例示しているような半円弧状などの曲線を呈して構成されており、図1で図示したスポーク材4と4′は、その半円弧状の向きによって、外周輪2と内周輪3の間の空隙にタイヤ径方向の圧縮力Pが加えられた際には、スポーク材4、4′の向きに従い、P1 とP2 に分かれて力が伝わり、その結果、スポーク材4、4′は、タイヤ周方向において相互に反対方向に撓むものである。その撓み方向を図1で矢印Aと矢印Bでそれぞれ示した。このような相互の撓み関係にあるスポーク材4、4′が一つの対をなしているものである。
Each of the
このように、互いに反対方向に撓む対のスポーク材4、4′の間において、さらに、その反対方向への撓みを抑える部材として弾性材料からなる連結材5が設けられて構成されている。この連結材5がスポーク材4、4′間にまたがって形成されていることにより、スポーク材4、4′の撓みはある一定レベル以上には至らないようになるのである。
As described above, the connecting
かかる本発明の非空気式タイヤの説明において、上述のスポーク材4とスポーク材4′および連結材5は、それぞれ独自の上述した機能を有する部材として説明をしたが、それぞれの部材の製造に当たっては、外周輪および内周輪も含め、それらが一体的に製造されていてもよいものである。
In the description of the non-pneumatic tire according to the present invention, the above-described spoke
具体的には、例えば、図1に示したように、スポーク材4、4′が実質的に一つの中空円柱状の形態を呈していて、その内部に長方形板状の連結材5が渡されている構造が一体構造のものとして形成されていてもよい。この場合、該中空円柱状の中心軸方向は、実質的に、タイヤ幅方向と平行になるようにして設けられるのがよい。
Specifically, for example, as shown in FIG. 1, the
図2は、本発明の非空気式タイヤの全体構造を説明する概略モデル斜視図であり、この態様では、図1に示したスポーク材の対が全部で16対設けられており、外周輪の外側にはトレッド部6が設けられ、タイヤ全体を構成しているものである。 FIG. 2 is a schematic model perspective view for explaining the overall structure of the non-pneumatic tire of the present invention. In this embodiment, a total of 16 pairs of spoke members shown in FIG. A tread portion 6 is provided on the outer side and constitutes the entire tire.
図1や図2に示したような、例えば、中空円柱状の形態をなしているスポーク材の対は、タイヤのサイズにも応じて設ける個数が変わるべきものであるが、本発明者らの知見によれば、12対〜36対程度形成されているのがよい。 As shown in FIG. 1 and FIG. 2, for example, the number of spoke material pairs in the form of a hollow cylinder should be changed according to the size of the tire. According to knowledge, it is good to form about 12 to 36 pairs.
なお、本発明において、仮想の中空円柱状のものを図1、図2を用いて説明したが、円柱状でなく、多角形状などであっても良く、たとえば、図3(a)に示したように、正8角形状のものなどでもよいものである。多角形状は、正多角形状であってもよいが、必ずしも正多角形状でなくてもよい。本発明者らの知見によれば、正多角形状が好ましく、正6角形柱状から正10角形柱状までのものなどが好ましい。また、連結材5は、図1や図2に示した如き1枚の長方形状の板状でなくとも良く、図3の(b)に示したように、2枚の長方形状の板状が交差しているような形態のものでもよい。
In the present invention, the virtual hollow cylindrical shape has been described with reference to FIGS. 1 and 2, but it may be a polygonal shape instead of the cylindrical shape, for example, as shown in FIG. Thus, a regular octagonal shape or the like may be used. The polygonal shape may be a regular polygonal shape, but is not necessarily a regular polygonal shape. According to the knowledge of the present inventors, a regular polygonal shape is preferable, and those from a regular hexagonal columnar shape to a regular decagonal columnar shape are preferable. Further, the connecting
また、図4に示したように、対のスポーク材4、4′が外周輪2と内周輪3とに接続するときには、一体的になされて接続がなされる構成にしてもよい。
Further, as shown in FIG. 4, when the pair of
また、隣接する対のスポーク材の最小間隙(背中合わせとなるスポーク材どおしの外壁間の最小間隔)は、それぞれがスポーク材として撓むことが可能なように、ある程度の長さの間隙(空間)を有していることが好ましい。 In addition, the minimum gap between adjacent pairs of spokes (the minimum gap between the outer walls of the spokes that are back to back) is a gap of a certain length so that each can bend as a spoke ( It is preferable to have a space.
本発明者らの各種知見によれば、該仮想の中空円柱状のスポーク材が、そのスポーク材長さをLとして、隣接する対のスポーク材との間の最小間隙Dが、D=0.1L〜0.48Lを満足するように構成されていることが好ましい。 According to various knowledge of the present inventors, the hypothetical hollow cylindrical spoke material has a spoke material length of L, and the minimum gap D between adjacent pairs of spoke materials is D = 0. It is preferable to be configured so as to satisfy 1L to 0.48L.
スポーク材長さLとは、図5(a)に概念モデルを示したように、スポーク材が外周輪と内周輪のそれぞれに交差する部分の距離をいい、スポーク材が曲率を持っている場合はその曲率に沿って距離を測るものである。多角形状の場合には、多角形状の外縁の長さを測るものである。Dは背中合わせに隣接するスポーク材どおしのの外壁と外壁の最小の間隙(距離)をいう。特に、より好ましいDの範囲は、D=0.15L〜0.35Lである。 As shown in the conceptual model in FIG. 5 (a), the spoke material length L is the distance of the portion where the spoke material intersects the outer ring and the inner ring, and the spoke material has a curvature. In some cases, the distance is measured along the curvature. In the case of a polygonal shape, the length of the outer edge of the polygonal shape is measured. D is the minimum gap (distance) between the outer walls of the spoke members adjacent to each other back to back. In particular, a more preferable range of D is D = 0.15L to 0.35L.
上述のように、隣接する対のスポーク材との間の最小間隙Dを、D=0.1L〜0.48Lを満足するようにしたことにより、さらに好ましくは、D=0.15L〜0.35Lを満足するようにしたことにより、スポーク材4、4′が圧縮力荷重Pを受けたとき、適度な撓みが生ずることを許容し、かつ、その撓みによって隣接する対のスポーク材どおしが接触し合って支え合い、外周輪、内周輪が潰れてしまいタイヤとしての機能を発揮できなくなることを良好に防止することができるものである。
As described above, the minimum gap D between adjacent pairs of spoke members is preferably set to satisfy D = 0.1L to 0.48L, and more preferably, D = 0.15L to 0.00. By satisfying 35L, when the
図5は、上述したD、Lなどを説明する概略モデル図であり、図5(a)はスポーク材長さLを説明する概略概念図であり、図5(b)はスポーク材4、4′が、比較的小径の中空円柱状の形態を呈している場合の概略概念図であり、図5(c)はスポーク材4、4′が、比較的大径の中空円柱状の円弧の一部をなして、かつ両円弧状スポーク材4、4′が近接して対をなして形成されている場合を示した概略概念図である。
FIG. 5 is a schematic model diagram for explaining the above-mentioned D, L, etc., FIG. 5 (a) is a schematic conceptual diagram for explaining the spoke material length L, and FIG. 5 (b) is the
本発明の非空気式タイヤは、特に限定されるものではないが、一般には、乗用車タイヤをなすものであることが好ましい。乗用車であれば、ある程度の付加荷重も予測でき、本発明に従った実際の非空気式タイヤを設計するのも行ないやすいからである。 The non-pneumatic tire of the present invention is not particularly limited, but in general, it is preferably a passenger tire. This is because a passenger car can predict a certain amount of applied load and can easily design an actual non-pneumatic tire according to the present invention.
本発明において、外周輪、内周輪については、ゴムや熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂などから構成され、また、スチールコードなどの金属コードやナイロンやポリエステル繊維コード、レーヨン繊維コードなどの補強材を含んでいてもよい。 In the present invention, the outer ring and the inner ring are made of rubber, thermoplastic resin, thermosetting resin, or the like, and metal cord such as steel cord, reinforcing material such as nylon, polyester fiber cord, rayon fiber cord, etc. May be included.
一方、スポーク材や連結材を構成する弾性材料としては、ゴムや熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂などから構成されるのがよく、さらにまた、スチールコードなどの金属コードやナイロンやポリエステル繊維コード、レーヨン繊維コードなどの補強材を含んでいてもよい。本発明者らの各種知見によれば、スポーク材や連結材には、その材料としては例えばウレタンに代表される熱硬化性樹脂を用いることが好ましく、さらにこの熱硬化性樹脂を架橋させたものとして用いることが耐熱性の観点から好ましい。 On the other hand, the elastic material constituting the spoke material and the connecting material is preferably composed of rubber, thermoplastic resin or thermosetting resin, and further, metal cord such as steel cord, nylon or polyester fiber cord, A reinforcing material such as a rayon fiber cord may be included. According to the various knowledge of the present inventors, it is preferable to use a thermosetting resin typified by urethane, for example, as the material for the spoke material and the connecting material, and further, this thermosetting resin is crosslinked. It is preferable to use as from the viewpoint of heat resistance.
本発明者らの各種検討によれば、架橋された熱硬化性樹脂を用いる場合は、引張弾性率で10〜70MPaの範囲内にあるものを用いることが好ましい。 According to various studies by the present inventors, when a crosslinked thermosetting resin is used, it is preferable to use a resin having a tensile elastic modulus in the range of 10 to 70 MPa.
さらに、通常の乗用車用のタイヤである場合は、本発明の非空気式タイヤの寸法は、上述の引張弾性率で10〜70MPaの範囲内にある熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂もしくはそれらに準ずるもの、あるいはゴム組成物を用いることを前提とすれば、本発明者らの知見によれば、外周輪の厚さは1.5cm〜4cm程度、内周輪の厚さは、外周輪よりも同等かもしくはそれよりも薄くても良く、0.3cm〜2cm程度とするのがよい。 Further, in the case of a tire for a normal passenger car, the dimensions of the non-pneumatic tire of the present invention are the thermosetting resin or thermoplastic resin in the range of 10 to 70 MPa in terms of the above-described tensile elastic modulus or the like. Assuming that a rubber composition is used, the outer ring has a thickness of about 1.5 cm to 4 cm, and the inner ring has a thickness larger than that of the outer ring. It may be the same or thinner, and is preferably about 0.3 cm to 2 cm.
また、上述したように、スポーク材の対を12対〜36対程度用いることを前提とすれば、本発明者らの知見によれば、スポーク材の厚さは、0.3cm〜2.5cm程度、連結材の厚さは、0.2cm〜1.5cm程度の範囲内とするのがよい。 As described above, if it is assumed that about 12 to 36 pairs of spoke materials are used, according to the knowledge of the present inventors, the thickness of the spoke material is 0.3 cm to 2.5 cm. The thickness of the connecting material is preferably in the range of about 0.2 cm to 1.5 cm.
本発明にかかる非空気式タイヤを製造するにあたっては、金型に未加硫ゴムや金属コードや有機繊維等からなる外周輪をはめ込み、そこに内周輪、スポーク材や連結材に相当する隙間の開いた金型をはめ込み、さらに、そこに樹脂材を圧力を掛けて流し込むと同時に加熱して一体的加硫成型をすることによってもよく、あるいは、外周輪と内周輪、連結材を含むスポーク材を別々に作製し接着して一体化させてもよいものである。 In producing the non-pneumatic tire according to the present invention, an outer ring made of unvulcanized rubber, metal cord, organic fiber or the like is fitted into a mold, and a gap corresponding to the inner ring, spoke material or connecting material is inserted therein. It is also possible to insert a mold with an open metal, and then pour the resin material under pressure and heat it at the same time to heat and integrally vulcanize it, or it includes an outer ring, an inner ring and a connecting material. Spoke materials may be separately produced and bonded to be integrated.
したがって、本発明の非空気式タイヤの製造方法は、特に限定されるものではなく、各種の製造法が考えられるものである。 Therefore, the manufacturing method of the non-pneumatic tire of the present invention is not particularly limited, and various manufacturing methods can be considered.
1:非空気式タイヤ
2:外周輪
3:内周輪
4、4′:スポーク材
5:連結材
6:トレッド部
P、P1 、P2 :圧縮力
A:スポーク材4の撓み方向
B:スポーク材4′の撓み方向
D:隣接する対のスポーク材との間の最小間隙
L:スポーク材長さ
1: Non-pneumatic tire 2: Outer ring 3:
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