JP2008105644A - 非空気式タイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】外周輪と内周輪との間をスポークで連結した構造をもつ非空気式タイヤにおいて、耐久性を低下させることなく制動時の操縦性を向上するようにした非空気式タイヤを提供する。
【解決手段】同心状に配置した弾性材料からなる外周輪３と内周輪４との間を多数の周方向に間欠的に配置した弾性材料からなるスポーク５，５′で連結した構造体からなる非空気式タイヤにおいて、周方向に対をなす２本づつの前記スポーク５，５′を互いに凸面同士が周方向に対向するように屈曲させると共に、該凸面同士の間を周方向に延びる少なくとも一つの弾性材料からなる連結部６で連結したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、非空気式タイヤに関し、さらに詳しくは、外周輪と内周輪との間をスポークで連結した構造をもつ非空気式タイヤにおいて、制動時の操縦性を向上するようにした非空気式タイヤに関する。

従来、非空気式タイヤは、中実ゴム構造のソリッドタイヤやクッションタイヤ等が主として産業車用に使用されている。しかし、従来の非空気式タイヤは、重量が大きい上に衝撃吸収性に欠けているため、乗り心地性能が重視される乗用車用には採用されていなかった。

このような非空気式タイヤの乗り心地性能を改善し、乗用車用にも適用可能になるようにするため、図５に示すように、トレッドリング１とホイール１０との間に、同心状に配置した外周輪３と内周輪４との間を弾性材料からなる多数のスポーク５で連結したスポーク構造体２を介在させることで、軽量化と衝撃吸収性とを具備するようにした非空気式タイヤが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

上記のように外周輪と内周輪との間を弾性材料のスポークが連結した構造の非空気式タイヤは、径方向の荷重をスポークが適度の撓みをもって支持するため良好な乗り心地性が得られる。しかし、走行時から制動をかけられたときは、外周輪が路面との摩擦で後方へ引張力を受けるのに対して、内周輪は慣性により前方側へ移動するので、外周輪と内周輪との間に周方向の剪断力が与えられてスポークが周方向に傾斜して張力を発生するまで外周輪と内周輪が剪断変形を起すため、制動時の操縦性が不安定になるという欠点があった。

このような制動時の操縦性は、特許文献１に実施例の一つとして記載されているように、２本のスポークを斜めに傾斜させ互いにＸ状にクロスさせた構造にすれば、スポークの周方向剛性が向上するため或る程度の改善を図ることができる。しかし、Ｘ状にクロスさせた構造のスポークは、その交差部分における剛性が非常に過大になるため、スポークの径方向端部が外周輪や内周輪に連結する箇所に応力が集中して破壊が起こりやすくなり、耐久性が低くなるという欠点がある。
特開２００５−５００９３２号公報

本発明の目的は、外周輪と内周輪との間をスポークで連結した構造をもつ非空気式タイヤにおいて、耐久性を低下させることなく制動時の操縦性を向上するようにした非空気式タイヤを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の非空気式タイヤは、同心状に配置した弾性材料からなる外周輪と内周輪との間を多数の周方向に間欠的に配置した弾性材料からなるスポークで連結した構造体からなる非空気式タイヤにおいて、周方向に対をなす２本づつの前記スポークを互いに凸面同士が周方向に対向するように屈曲させると共に、該凸面同士の間を周方向に延びる少なくとも一つの弾性材料からなる連結部で連結したことを特徴とする。

本発明によれば、外周輪と内周輪との間で周方向に隣接する２本づつのスポークを対にし、その対をなすスポークを互いに凸面同士が周方向に対向するように屈曲させ、その凸面同士の間を周方向に延びる連結部で連結したので、走行状態から制動した時、対をなすスポークの一方が外周輪側に連結する部分と、他方のスポークが内周輪側に連結する部分と、これらのスポーク間を連結する連結部とが同時に緊張して引張り抗力を発生し、外周輪と内周輪との相対回転を阻止する作用を行うため制動時の操縦性を安定させる。すなわち、外周輪と内周輪との間の周方向の剛性が増大するため、制動時の操縦性を向上する。しかも、対をなすスポークは凸面同士の間を連結部で連結された構成によって応力を略全体に分散させ集中させないため、耐久性を維持することができる。

本発明の非空気式タイヤは、図１に示すように、スポーク構造体２の外周にゴム又は樹脂製のトレッドリング１を接合するように構成されている。スポーク構造体２は、同心状に配置した弾性材料からなる外周輪３と内周輪４との間を多数のスポーク対５０で連結して構成されている。スポーク対５０は、周方向に隣接する２本づつのスポーク５，５′から構成され、スポーク５，５′は、それぞれ両端部を外周輪３と内周輪４とに連結した状態で、互いに凸面同士が周方向に対向するように屈曲している。この凸面の形状は、屈曲していればよく、図１のように円弧状に湾曲していても或いは図４（Ａ）のようにＶ字状に屈折していてもよい。さらに、この凸面同士の間を周方向に延びる連結部６で連結する。連結部６は弾性材料からなり、一組のスポーク対５０に対し一つでよいが、図４（Ｂ）に例示するように複数本であってもよく、少なくとも一つ配置される。

上述のように構成された非空気式タイヤは、図２に示すように、矢印Ｒ方向に回転し始めるときは、外周輪３と内周輪４に破線矢印で示すような互いに反対方向の力Ｆ′，Ｆ′が作用し、互いに凸面同士が対向し合うスポーク５，５′と連結部６に破線矢印で示すような引張り抗力Ｔ′が発生し、外周輪３と内周輪４との相対回転を制止する剛性を生ずる。また、この走行状態から制動すると、外周輪３と内周輪４とに上記とは逆の互いに反対方向の実線矢印で示す力Ｆ，Ｆが作用し、一方のスポーク５が外周輪３側に連結する部分と他方のスポーク５′が内周輪４側に連結する部分と、これらのスポーク５，５′間を連結する連結部６とが同時に緊張して引張り抗力Ｔ（図示の実線）を発生し、外周輪と内周輪との相対回転を阻止する作用を行う。すなわち、外周輪と内周輪との間の周方向の剛性が増大するため、制動時の操縦性を安定させる。

さらに、スポーク対を構成するスポークは凸面同士の間を連結部で連結された構成であるので制動時に発生する応力を、連結部と両側のそれぞれのスポークのほぼ全体に分散させ、外周輪や内周輪とスポークとの接合部に集中させないため、耐久性を維持することができる。

上述した非空気式タイヤにおいて、スポーク及び連結部は以下のような長さ関係を設定することが好ましい。

図３に示すタイヤ軸に直交する断面において、スポーク５，５′の厚み中心を通る中心線と、外周輪３の内周面の延長線との交点をａ、同じく同スポーク５，５′の中心線と内周輪４の外周面の延長線との交点をｂ、同スポーク５，５′の中心線と連結部６の厚み中心を通る中心線との交点をｃ、交点ａ，ｂ間を結ぶ直線に対し交点ｃから下ろした垂線との交点をｄとする。ここで、交点ａ，ｄ間の距離をＬ_１、交点ｂ，ｄ間の距離をＬ_２とし、距離Ｌ_１，Ｌ_２のうち大きい方をＬ、交点ｃ，ｄ間の距離をｔとする。

このように定義したときの距離ｔと距離Ｌの比ｔ／Ｌを、好ましくは０．０８〜１．７３とし、より好ましくは０．０８〜１．０にするとよい。比ｔ／Ｌが、０．０８未満であると、スポークが屈曲する量が小さいため、スポークがタイヤ回転時の変形により予め凸状に屈曲させた方向と反対方向に屈曲する場合があり耐久性が低下する。また、１．７３を超えると、屈曲する量が大きすぎてタイヤ径方向の荷重を十分に支えられなくなる。

また、連結部６の両端の交点ｃ，ｃ間の距離をｋとするとき、距離ｋと距離Ｌの比ｋ／Ｌを、好ましくは０．０８〜１．７３とし、より好ましくは０．０８〜１．０とするとよい。比ｋ／Ｌが、０．０８未満であると、連結部の長さが小さくスポーク対全体の形態がＸ状に近くなるので連結部の剛性が過剰となり、スポークと外周輪及び内周輪とのそれぞれの接合部に応力が集中しやすくなり耐久性が低下する。また、比ｋ／Ｌが、１．７３を超えると、タイヤ周方向にスポーク対の間を拘束する力が弱くなり、周方向の剪断剛性が不十分になる。

連結部６の厚さは、上述した距離Ｌに対して、好ましくは０．０３Ｌ〜０．２３Ｌとし、より好ましくは０．０９Ｌ〜０．２０Ｌとするのがよい。連結部の厚さが０．０３Ｌ未満であると、外周輪と内周輪との間の周方向の剪断剛性を保持することが不十分になり、０．２３Ｌを超えると、連結部６の剛性が過剰となり、スポーク５，５′に応力が集中し耐久性が低下する。

なお、これらＬ、ｔ及びｋの寸法は、非空気式タイヤに負荷がかかっていない状態で回転軸方向に直交する断面で測定するものとする。

本発明の非空気式タイヤを構成するスポーク及び連結部の構造は図１の形態に限定されるものではなく、例えば図４（Ａ）〜（Ｃ）などの変形態様を例示することができる。

図４（Ａ）の例は、スポーク５，５′を「く」の字状に屈折させた凸面とし、互いに対向するようにしたものである。図示の例は、隣接するスポーク対５０に属し対面するスポーク５′及び５が外周輪３及び内周輪４を含め六角形を形成しているが、これらにより形成される形状はこれに限定されるものではなく、ひし形、五角形、六角形以上の多角形のいずれであってもよい。

図４（Ｂ）の例は、連結部６を２本にし、スポーク５，５′の間を、ほぼ平行に並んで連結している。このように、径方向の位置を変えて複数の連結部を配置することにより、周方向の剪断剛性をより効果的に高めることができる。連結部の数は３本以上であってもよく、またすべてのスポーク対において連結部の数を同じにする必要はなく、連結部の数を異ならせてもよい。

図４（Ｃ）の例は、スポーク５，５′の凸面と、外周輪３の内周面との間に傾斜補強部７を付加連結し、スポーク５，５′の凸面と、内周輪４の外周面との間を傾斜補強部８を付加連結したものである。これら傾斜補強部７，８はいずれか一方だけ設けてもよい。傾斜補強部７及び／又は傾斜補強部８を配置することにより、スポーク５，５′における周方向の剪断剛性をいっそう高くすることができる。傾斜補強部７，８は、タイヤ幅方向（軸方向）に連続する形状であっても、或いは幅方向に間欠的に配列した円柱や角柱であってもよい。また、タイヤ軸方向の側面視で屈曲した形状であってもよい。

本発明において、外周輪及び内周輪を構成する弾性材料としては、ゴム、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂及びこれらを含む組成物であることが好ましい。また、この弾性材料は、スチールコードなどの金属コードやナイロン、ポリエステル、レーヨンなどの有機繊維コード等の補強材により補強されているとより好ましい。外周輪及び内周輪をこのような弾性材料から構成することにより、空気入りタイヤ相当の荷重支持機構と緩衝機構を与えることができる。外周輪及び内周輪を構成する弾性材料は、互いに同じであっても異なっていてもよい。

スポーク及び連結部は、外周輪及び内周輪と同様の弾性材料から構成してよいが、好ましくはウレタンに代表される熱硬化性樹脂から構成するとよい。さらに、熱硬化性樹脂は架橋構造を有することが、制動時の引張り抗力及び耐熱性の観点から好ましい。このような熱硬化性樹脂の引張り弾性率としては、好ましくは１０〜７０ＭＰａとし、より好ましくは２０〜５０ＭＰａにするとよい。引張弾性率をこのような範囲内にすることにより、外周輪と内周輪との間の周方向の剪断剛性を増大させる効果が高く、制動時の操縦性をいっそう向上することができる。

傾斜補強部は、スポークや連結部と同様の弾性材料から構成されていることが好ましい。

本発明の非空気式タイヤの一例を示す斜視図である。 本発明の非空気式タイヤの作用について説明する説明図である。 本発明の非空気式タイヤの寸法関係を示す説明図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は本発明の他の実施形態を示す部分断面図ある。 従来の非空気式タイヤを例示する斜視図である。

符号の説明

１ トレッドリング
２ スポーク構造体
３ 外周輪
４ 内周輪
５，５′ スポーク
５０ スポーク対
６ 連結部

Claims (7)

1. 同心状に配置した弾性材料からなる外周輪と内周輪との間を多数の周方向に間欠的に配置した弾性材料からなるスポークで連結した構造体からなる非空気式タイヤにおいて、
   周方向に対をなす２本づつの前記スポークを互いに凸面同士が周方向に対向するように屈曲させると共に、該凸面同士の間を周方向に延びる少なくとも一つの弾性材料からなる連結部で連結した非空気式タイヤ。
2. タイヤ軸に直交する断面において、前記スポークの厚み中心を通る中心線と、前記外周輪の内周面の延長線及び内周輪の外周面の延長線との交点をａ及びｂ、前記スポークの中心線と前記連結部の厚み中心を通る中心線との交点をｃ、前記交点ａ，ｂ間を結ぶ直線に対し前記交点ｃから下ろした垂線との交点をｄ、前記交点ａ，ｄ間及びｂ，ｄ間の距離のうち大きい方をＬ、前記交点ｃ，ｄ間の距離をｔとするとき、該距離ｔと前記距離Ｌの比ｔ／Ｌを０．０８〜１．７３にした請求項１に記載の非空気式タイヤ。
3. タイヤ軸に直交する断面において、前記スポークの厚み中心を通る中心線と、前記外周輪の内周面の延長線及び内周輪の外周面の延長線との交点をａ及びｂ、前記スポークの中心線と前記連結部の厚み中心を通る中心線との交点をｃ、前記交点ａ，ｂ間を結ぶ直線に対し前記交点ｃから下ろした垂線との交点をｄ、前記交点ａ，ｄ間及びｂ，ｄ間の距離のうち大きい方をＬ、前記連結部の両端の交点ｃ，ｃ間の距離をｋとするとき、該距離ｋと前記距離Ｌの比ｋ／Ｌを０．０８〜１．７３にした請求項１又は２に記載の非空気式タイヤ。
4. 前記外周輪及び内周輪を構成する弾性材料がゴム、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂である請求項１〜３のいずれかに記載の非空気式タイヤ。
5. 前記弾性材料が金属コード又は有機繊維コードで補強されている請求項４に記載の非空気式タイヤ。
6. 前記スポーク及び連結部を構成する弾性材料が熱硬化性樹脂である請求項１〜５のいずれかに記載の非空気式タイヤ。
7. 前記熱硬化性樹脂が架橋構造を有し、引張り弾性率が１０〜７０ＭＰａである請求項６に記載の非空気式タイヤ。

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