JP2009035051A - 非空気圧タイヤ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性に優れると共に、スポーク位置と接地面中央位置との位置関係によって剛性変動が生じにくい非空気圧タイヤ、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】車両からの荷重を支持する支持構造体を備える非空気圧タイヤにおいて、支持構造体ＳＳが、内側環状部１と、その外側に同心円状に設けられた中間環状部２と、その外側に同心円状に設けられた外側環状部３と、内側環状部１と中間環状部２とを連結する複数の内側連結部４と、外側環状部３と中間環状部２とを連結する複数の外側連結部５とを備え、前記支持構造体ＳＳは、弾性材料で一体成形されていると共に、少なくとも前記中間環状部２は補強繊維２ａにより補強されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、タイヤ構造部材として、車両からの荷重を支持する支持構造体を備える非空気圧タイヤ（ｎｏｎ−ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｔｉｒｅ）及びその製造方法に関するものであり、好ましくは空気入りタイヤの代わりとして使用することができる非空気圧タイヤに関するものである。

空気入りタイヤは、荷重の支持機能、接地面からの衝撃吸収能、および動力等の伝達能（加速、停止、方向転換）を有し、このため、多くの車両、特に自転車、オートバイ、自動車、トラックに採用されている。

特に、これらの能力は自動車、その他のモーター車両の発展に大きく貢献した。更に、空気入りタイヤの衝撃吸収能力は、医療機器や電子機器の運搬用カート、その他の用途でも有用である。

従来の非空気圧タイヤとしては、例えばソリッドタイヤ、スプリングタイヤ、クッションタイヤ等が存在するが、空気入りタイヤの優れた性能を有していない。例えば、ソリッドタイヤおよびクッションタイヤは、接地部分の圧縮によって荷重を支持するが、この種のタイヤは重くて、堅く、空気入りタイヤのような衝撃吸収能力はない。また、非空気圧タイヤでは、弾性を高めてクッション性を改善することも可能であるが、空気入りタイヤが有するような荷重支持能または耐久性が悪くなるという問題がある。

そこで、下記の特許文献１には、空気入りタイヤと同様な動作特性を有する非空気圧タイヤを開発する目的で、タイヤに加わる荷重を支持する補強された環状バンドと、この補強された環状バンドとホイールまたはハブとの間で張力によって荷重力を伝達する複数のウェブスポークとを有する非空気圧タイヤが提案されている。そして、ウェブスポークについても、引張弾性率を高める目的で、ゴム等を補強する点が開示されている。

特表２００５−５００９３２号公報

しかしながら、上記の非空気圧タイヤでは、同一たわみ量となるように縦荷重を負荷する場合に、ウェブスポークの位置と接地面中央位置との位置関係によって、縦荷重の変動が生じ易い傾向があることが判明した。つまり、図８（ａ）に示すように、ウェブスポークＳ間の中央位置が接地面中央ＴＣに位置する場合には、タイヤからの反力が小さく（軟らかく）なり、図８（ｂ）に示すように、ウェブスポークＳの下端の位置が接地面中央ＴＣに位置する場合には、タイヤからの反力が大きく（硬く）なり、両者の接地状態で剛性変動が見られる。その結果、ユニフォーミティの悪化や不均一な接地による各種性能の悪化が懸念される。

なお、特許文献１の非空気圧タイヤでは、ウェブスポークの張力によって、車軸からの荷重の支持や動力の伝達を行う旨が記載されており、その場合、理論的にはウェブスポークの圧縮力に対する剛性を低下させることで、上記の剛性変動は改善することが可能である。しかし、ウェブスポークの張力のみで車軸からの動力の伝達を行うのは、耐久性の問題が大きいため、ウェブスポークには圧縮力に対するある程度の剛性が必要となる。

そこで、本発明の目的は、耐久性に優れると共に、スポーク位置と接地面中央位置との位置関係によって剛性変動が生じにくい非空気圧タイヤ、及びその製造方法を提供することにある。

上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。
即ち、本発明の非空気圧タイヤは、車両からの荷重を支持する支持構造体を備える非空気圧タイヤにおいて、前記支持構造体は、内側環状部と、その内側環状部の外側に同心円状に設けられた中間環状部と、その中間環状部の外側に同心円状に設けられた外側環状部と、前記内側環状部と前記中間環状部とを連結する複数の内側連結部と、前記外側環状部と前記中間環状部とを連結する複数の外側連結部とを備え、前記支持構造体は、弾性材料で一体成形されていると共に、少なくとも前記中間環状部は補強繊維により補強されていることを特徴とする。

本発明の非空気圧タイヤによると、内側環状部と外側環状部とを連結する複数の連結部に中間環状部を介在させているため、スポーク位置と接地面中央位置との位置関係による剛性変動を生じにくくすることができる（図１（ａ）〜（ｄ）参照）。つまり、従来の中間環状部が介在しない非空気圧タイヤでは、縦荷重が負荷された場合に、図１（ａ）に示すように、ウェブスポークＳ１の下端の位置が接地面中央ＴＣに位置する場合には、ウェブスポークＳ１に曲げ力が生成しにくく、ウェブスポークＳ１の座屈が生じにくいのに対して、図１（ｂ）に示すように、ウェブスポークＳ３の中央位置が接地面中央ＴＣに位置する場合には、踏面の変形や荷重方向のズレなどにより、ウェブスポークＳ３に曲げ力が生成して、座屈（外側矢印方向の曲げ変形）が生じ易くなる。その結果、同一たわみ量となるように縦荷重を負荷する場合に、図１（ａ）に示す位置関係では、図１（ｂ）に示す位置関係と比較して、タイヤからの反力が大きく（硬く）なり、両者の接地状態で剛性変動が生じる。

一方、本発明のように、中間環状部２が介在する非空気圧タイヤでは、縦荷重が負荷された場合に、図１（ｃ）に示すように、外側連結部５の下端の位置が接地面中央ＴＣに位置する場合には、図１（ａ）と同様に、外側連結部５及び内側連結部４の座屈が生じにくく、図１（ｄ）に示すように、外側連結部５の中央位置が接地面中央ＴＣに位置する場合にも、外側連結部５及び内側連結部４に生じる曲げ力に対して、中間環状部２が張力による補強（内側の内向き矢印の張力）と圧縮による補強（外側の内向き矢印の圧縮力）を行うことで、外側連結部５及び内側連結部４の座屈が生じにくくなる。その結果、本発明の非空気圧タイヤでは、従来技術と比較して、両者の接地状態で座屈が生じにくくなり、座屈が生じるまでのたわみ量や縦荷重が大きくなり（即ち、座屈が生じ始めるブレークポイントが高くなり）、図１（ｃ）に示す位置関係と、図１（ｄ）に示す位置関係とで、剛性変動が僅かとなる領域を広く設定することができる。

上記を具体的なデータで示したものが、図２（ａ）〜（ｂ）である。これによると、中間環状部２が介在しない非空気圧タイヤでは、図２（ａ）に示すように、小さいたわみ量でウェブスポークＳの座屈（図１（ｂ）の状態）が生じて、ブレークポイントを高く設定できない（荷重負荷の初期から剛性差が生じる）のに対し、本発明のように、中間環状部２が介在する非空気圧タイヤでは、図１（ｄ）に示す位置関係で座屈を生じにくくすることができるので、ブレークポイントを高く設定できる。このようにして、図１（ｃ）に示す位置関係と、図１（ｄ）に示す位置関係とで、剛性変動が僅かとなる領域を広く設定することができるため、スポーク位置と接地面中央位置との位置関係によって剛性変動が生じにくい非空気圧タイヤを提供することができる。

更に本発明では、少なくとも前記中間環状部が補強繊維により補強されているため、上記の補強効果がより高まるので、スポーク位置と接地面中央位置との位置関係による剛性変動をより小さくすることができる。そして、前記支持構造体は、弾性材料で一体成形されていると共に、中間環状部が補強繊維を有するため、ウェブスポークの付け根付近での応力集中が緩和されることにより、従来技術と比較して耐久性を向上させることができる。

上記において、前記支持構造体は、更に前記外側環状部、前記外側連結部、前記内側連結部及び前記内側環状部が、補強繊維により補強されていることが好ましい。このような補強構造によって、耐久性がより向上すると共に、軽量化を図ることができ、更に荷重に対する負荷能力を向上させることができる。

また、前記補強繊維は、タイヤ軸方向に配列される繊維とタイヤ周方向に配列される繊維とから構成されるネット状繊維集合体であることが好ましい。このようなネット状繊維集合体を使用することにより、弾性材料が二次元的に補強されるため、タイヤ横力に対する剛性や、耐久性を向上させることができる。

一方、本発明の非空気圧タイヤの製造方法は、上記いずれかに記載の非空気圧タイヤの製造方法であって、前記支持構造体に対応する空間部を有する成形型を用いて、その空間部の一部に前記補強繊維を配置する工程と、前記成形型の空間部に弾性材料の原料液を充填する工程と、前記弾性材料の原料液を固化させる工程とを有することを特徴とする。

本発明の製造方法によると、所定の位置に補強繊維が配置され、弾性材料で一体成形された本発明の支持構造体を製造でき、耐久性に優れると共に、スポーク位置と接地面中央位置との位置関係によって剛性変動が生じにくい非空気圧タイヤを提供することができる。

上記において、前記補強繊維を空間部に配置する際に、前記外側連結部に対応する空間部を経由させつつ、前記中間環状部に対応する空間部と前記外側環状部に対応する空間部とを、交互に通過させてあることが好ましい。この製造方法によると、簡易な工程によって、外側連結部、中間環状部、外側環状部に補強繊維を継ぎ目なく配置することができ、補強効果や耐久性をより向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図３は本発明の非空気圧タイヤの一例を示す正面図であり、（ａ）は全体を示す正面図、（ｂ）は要部を示す正面図である。ここで、Ｏは軸芯を、Ｈ１はタイヤ断面高さを、それぞれ示している。

本発明の非空気圧タイヤは、車両からの荷重を支持する支持構造体を備えるものである。本発明の非空気圧タイヤは、このような支持構造体を備えるものであればよく、その支持構造体の外側（外周側）や内側（内周側）に、トレッドに相当する部材、補強層、車軸やリムとの適合用部材などを備えていてもよい。

本発明の非空気圧タイヤは、図３に示すように、支持構造体ＳＳが、内側環状部１と、その外側に同心円状に設けられた中間環状部２と、その外側に同心円状に設けられた外側環状部３と、内側環状部１と中間環状部２とを連結する複数の内側連結部４と、外側環状部３と中間環状部２とを連結する複数の外側連結部５とを備えている。

内側環状部１は、ユニフォーミティを向上させる観点から、厚みが一定の円筒形状であることが好ましい。また、内側環状部１の内周面には、車軸やリムとの装着のために、嵌合性を保持するための凹凸等を設けるのが好ましい。

内側環状部１の厚みは、内側連結部４に力を十分伝達しつつ、軽量化や耐久性の向上を図る観点から、タイヤ断面高さＨ１の２〜７％が好ましく、３〜６％がより好ましい。

内側環状部１の内径は、非空気圧タイヤを装着するリムや車軸の寸法などに併せて適宜決定されるが、本発明では中間環状部２を備えるために、内側環状部１の内径を従来より大幅に小さくすることが可能である。但し、一般の空気入りタイヤの代替を想定した場合、２５０〜５００ｍｍが好ましく、３３０〜４４０ｍｍがより好ましい。

内側環状部１の軸方向の幅は、用途、車軸の長さ等に応じて適宜決定されるが、一般の空気入りタイヤの代替を想定した場合、１００〜３００ｍｍが好ましく、１３０〜２５０ｍｍがより好ましい。

内側環状部１の引張モジュラスは、内側連結部４に力を十分伝達しつつ、軽量化や耐久性の向上、装着生を図る観点から、５〜１８００００ＭＰａが好ましく、７〜５００００ＭＰａがより好ましい。なお、本発明における引張モジュラスは、ＪＩＳ Ｋ７３１２に準じて引張試験を行い、１０％伸び時の引張応力から算出した値である。

本発明における支持構造体ＳＳは、弾性材料で一体成形されているため、内側環状部１、中間環状部２、外側環状部３、内側連結部４、及び外側連結部５は、補強構造を除いて基本的に同じ材質となる（共通の母材となる）。

本発明における弾性材料とは、ＪＩＳ Ｋ７３１２に準じて引張試験を行い、１０％伸び時の引張応力から算出した引張モジュラスが、１００ＭＰａ以下のものを指す。本発明の弾性材料としては、十分な耐久性を得ながら、適度な剛性を付与する観点から、好ましくは引張モジュラスが５〜１００ＭＰａであり、より好ましくは７〜５０ＭＰａである。母材として用いられる弾性材料としては、熱可塑性エラストマー、架橋ゴム、その他の樹脂が挙げられる。

熱可塑性エラストマーとしては、ポリエステルエラストマー、ポリオレフィンエラストマー、ポリアミドエラストマー、ポリスチレンエラストマー、ポリ塩化ビニルエラストマー、ポリウレタンエラストマー等が例示される。架橋ゴム材料を構成するゴム材料としては、天然ゴムの他、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＩＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素添加ニトリルゴム（水添ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、フッ素ゴム、シリコンゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム等の合成ゴムが例示される。これらのゴム材料は必要に応じて２種以上を併用してもよい。

その他の樹脂としては、熱可塑性樹脂、又は熱硬化性樹脂が挙げられる。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂などが挙げられ、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂などが挙げられる。

上記の弾性材料のうち、成形・加工性やコストの観点から、好ましくは、ポリウレタン樹脂が用いられる。なお、弾性材料としては、発泡材料を使用してもよく、上記の熱可塑性エラストマー、架橋ゴム、その他の樹脂を発泡させたもの使用可能である。

弾性材料で一体成形された支持構造体ＳＳは、少なくとも中間環状部２が補強繊維２ａにより補強されており、更に外側環状部３、外側連結部５、内側連結部４、及び内側環状部１が、補強繊維により補強されていることが好ましい。

補強繊維としては、長繊維、短繊維、織布、不織布などの補強繊維が挙げられるが、長繊維を使用する形態として、タイヤ軸方向に配列される繊維とタイヤ周方向に配列される繊維とから構成されるネット状繊維集合体を使用するのが好ましい。

補強繊維の種類としては、例えば、レーヨンコード、ナイロン−６，６等のポリアミドコード、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステルコード、アラミドコード、ガラス繊維コード、カーボンファイバー、スチールコード等が挙げられる。

本発明では、補強繊維を用いる補強の他、粒状フィラーによる補強や、金属リング等による補強を行うことが可能である。粒状フィラーとしては、カーボンブラック、シリカ、アルミナ等のセラミックス、その他の無機フィラーなどが挙げられる。

中間環状部２の形状は、円筒形状に限られず、多角形筒状、などでもよい。中間環状部２の厚みは、内側連結部４と外側連結部５とを十分補強しつつ、軽量化や耐久性の向上を図る観点から、タイヤ断面高さＨ１の３〜１０％が好ましく、４〜９％がより好ましい。

中間環状部２の内径は、内側環状部１の内径を超えて、外側環状部３の内径未満となる。但し、中間環状部２の内径としては、前述したような内側連結部４と外側連結部５との補強効果を向上させる観点から、外側環状部３の内径から内側環状部１の内径を差し引いた値の２０〜８０％の値を、内側環状部１の内径に加えた内径とすることが好ましく、３０〜６０％の値を、内側環状部１の内径に加えた内径とすることがより好ましい。

中間環状部２の軸方向の幅は、用途等に応じて適宜決定されるが、一般の空気入りタイヤの代替を想定した場合、１００〜３００ｍｍが好ましく、１３０〜２５０ｍｍがより好ましい。

中間環状部２の引張モジュラスは、内側連結部４と外側連結部５とを十分補強して、耐久性の向上、負荷能力の向上を図る観点から、８０００〜１８００００ＭＰａが好ましく、１００００〜５００００ＭＰａがより好ましい。

中間環状部２の引張モジュラスは、内側環状部１のそれより高いことが好ましいため、熱可塑性エラストマー、架橋ゴム、その他の樹脂を繊維等で補強した繊維補強材料が好ましい。つまり、図３（ｂ）に示すように、中間環状部２は補強繊維２ａにより補強されていることが好ましい。補強繊維２ａは、単数又は複数の層として設けることが可能である。

外側環状部３の形状は、ユニフォーミティを向上させる観点から、厚みが一定の円筒形状であることが好ましい。外側環状部３の厚みは、外側連結部５からの力を十分伝達しつつ、軽量化や耐久性の向上を図る観点から、タイヤ断面高さＨ１の２〜７％が好ましく、２〜５％がより好ましい。

外側環状部３の内径は、その用途等応じて適宜決定されるが、本発明では中間環状部２を備えるために、外側環状部３の内径を従来より大きくすることが可能である。但し、一般の空気入りタイヤの代替を想定した場合、４２０〜７５０ｍｍが好ましく、４８０〜６８０ｍｍがより好ましい。

外側環状部３の軸方向の幅は、用途等に応じて適宜決定されるが、一般の空気入りタイヤの代替を想定した場合、１００〜３００ｍｍが好ましく、１３０〜２５０ｍｍがより好ましい。

外側環状部３の引張モジュラスは、図３に示すように外側環状部３の外周に補強層６が設けられている場合には、内側環状部１と同程度に設定できる。このような補強層６を設けない場合には、外側連結部５からの力を十分伝達しつつ、軽量化や耐久性の向上を図る観点から、５〜１８００００ＭＰａが好ましく、７〜５００００ＭＰａがより好ましい。

補強層６を設けずに、外側環状部３の引張モジュラスを高める場合、弾性材料を繊維等で補強した繊維補強材料を用いるのが好ましい。つまり、補強層６を設けない場合、外側環状部３は補強繊維により補強されていることが好ましい。

内側連結部４は、内側環状部１と中間環状部２とを連結するものであり、両者の間に適当な間隔を開けるなどして、複数設けられる。内側連結部４は、ユニフォーミティを向上させる観点から、一定の間隔を置いて設けることが好ましい。内側連結部４を全周に渡って設ける際の数（軸方向に複数設ける場合は１個として数える）としては、車両からの荷重を十分支持しつつ、軽量化、動力伝達の向上、耐久性の向上を図る観点から、１０〜８０個が好ましく、４０〜６０個がより好ましい。

個々の内側連結部４の形状としては、板状体、柱状体などが挙げられ、これらの内側連結部４は、正面視断面において、半径方向又は半径方向から傾斜した方向に延びている。本発明では、ブレークポイントを高くして剛性変動を生じにくくすると共に、耐久性を向上させる観点から、正面視断面において、内側連結部４の延設方向が、半径方向±２５°以内が好ましく、半径方向±１５°以内がより好ましく、半径方向が最も好ましい。

内側連結部４の厚みは、内側環状部１からの力を十分伝達しつつ、軽量化や耐久性の向上、横剛性の向上を図る観点から、タイヤ断面高さＨ１の４〜１２％が好ましく、６〜１０％がより好ましい。

内側連結部４を軸方向に単数設ける場合、内側連結部４の軸方向の幅は、用途等に応じて適宜決定されるが、一般の空気入りタイヤの代替を想定した場合、１００〜３００ｍｍが好ましく、１３０〜２５０ｍｍがより好ましい。

内側連結部４の引張モジュラスは、内側環状部１からの力を十分伝達しつつ、軽量化や耐久性の向上、横剛性の向上を図る観点から、５〜５０ＭＰａが好ましく、７〜２０ＭＰａがより好ましい。

内側連結部４の引張モジュラスを高める場合、弾性材料を繊維等で補強した繊維補強材料が好ましい。

外側連結部５は、外側環状部３と中間環状部２とを連結するものであり、両者の間に適当な間隔を開けるなどして、複数設けられる。外側連結部５は、ユニフォーミティを向上させる観点から、一定の間隔を置いて設けることが好ましい。外側連結部５と内側連結部４とは全周の同じ位置に設けてもよく、異なる位置に設けてもよいが、中間環状部２による補強効果を向上させる観点から、外側連結部５と内側連結部４とは全周の同じ位置に設けるのが好ましい。

外側連結部５を全周に渡って設ける際の数（軸方向に複数設ける場合は１個として数える）としては、車両からの荷重を十分支持しつつ、軽量化、動力伝達の向上、耐久性の向上を図る観点から、１０〜８０個が好ましく、４０〜６０個がより好ましい。

個々の外側連結部５の形状としては、板状体、柱状体などが挙げられ、これらの外側連結部５は、正面視断面において、半径方向又は半径方向から傾斜した方向に延びている。本発明では、ブレークポイントを高くして剛性変動を生じにくくすると共に、耐久性を向上させる観点から、正面視断面において、外側連結部５の延設方向が、半径方向±２５°以内が好ましく、半径方向±１５°以内がより好ましく、半径方向が最も好ましい。

外側連結部５の厚みは、内側環状部１からの力を十分伝達しつつ、軽量化や耐久性の向上、横剛性の向上を図る観点から、タイヤ断面高さＨ１の４〜１２％が好ましく、６〜１０％がより好ましい。

外側連結部５を軸方向に単数設ける場合、外側連結部５の軸方向の幅は、用途等に応じて適宜決定されるが、一般の空気入りタイヤの代替を想定した場合、１００〜３００ｍｍが好ましく、１３０〜２５０ｍｍがより好ましい。

外側連結部５の引張モジュラスは、内側環状部１からの力を十分伝達しつつ、軽量化や耐久性の向上、横剛性の向上を図る観点から、５〜５０ＭＰａが好ましく、７〜２０ＭＰａがより好ましい。

外側連結部５の引張モジュラスを高める場合、弾性材料を繊維等で補強した繊維補強材料が好ましい。

本実施形態では、図３に示すように、支持構造体ＳＳの外側環状部３の外側に、その外側環状部３の曲げ変形を補強する補強層６が設けられている例を示す。補強層６としては、従来の空気入りタイヤのベルト層と同様のものを設けることが可能である。

補強層６は、単数又は複数の層から構成され、例えば、タイヤ周方向に対して約２０°の傾斜角度で平行配列したスチールコード、アラミドコード、レーヨンコード等をゴム引きした層を、スチールコード等が逆方向に交差するように積層して、形成することができる。また、両層の上層に、タイヤ周方向に平行配列した各種コードからなる層を設けてもよい。

本実施形態では、図３に示すように、補強層６の更に外側にトレッド層７が設けられている例を示すが、本発明では、このように外側環状部３の外側の最外層に、トレッド層７が設けられているのが好ましい。トレッド層７としては、従来の空気入りタイヤのトレッド層と同様のものを設けることが可能である。また、トレッドパターンとして、従来の空気入りタイヤと同様のパターンを設けることが可能である。

例えば、トレッド層７を形成するトレッドゴムの原料としては、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）等が挙げられる。これらのゴムはカーボンブラックやシリカ等の充填材で補強されると共に、加硫剤、加硫促進剤、可塑剤、老化防止剤等が適宜配合される。

本発明の非空気圧タイヤは、モールド成形、射出成形などにより支持構造体ＳＳを製造した後、必要に応じて、補強層６、トレッド層７などを形成して製造することができる。支持構造体ＳＳの補強構造として、補強繊維を使用する場合、予めモールド内に補強繊維を配置することにより、繊維補強構造を形成することができる。

本発明の製造方法は、以上のような本発明の非空気圧タイヤを好適に製造できる製造方法であって、前記支持構造体に対応する空間部を有する成形型を用いて、その空間部の一部に前記補強繊維を配置する工程と、前記成形型の空間部に弾性材料の原料液を充填する工程と、前記弾性材料の原料液を固化させる工程とを有することを特徴とする。

これらの工程により、内側環状部１と、その外側に同心円状に設けられた中間環状部２と、その外側に同心円状に設けられた外側環状部３と、内側環状部１と中間環状部２とを連結する複数の内側連結部４と、外側環状部３と中間環状部２とを連結する複数の外側連結部５とを備え、弾性材料で一体成形されていると共に、少なくとも中間環状部２が補強繊維２ａにより補強されている支持構造体ＳＳを得ることができる。好ましくは、更に外側環状部３、外側連結部５及び内側連結部４が、補強繊維により補強されているものを得ることができる。

成形型としては、図４（ａ）に示すように、支持構造体ＳＳに対応する空間部Ｃを有する成形型１０が使用される。各々の空間部Ｃ１〜Ｃ５は、それぞれ支持構造体ＳＳの内側環状部１、中間環状部２、外側環状部３、内側連結部４、外側連結部５に対応している。このような空間部Ｃは、内周側型部材１１と、外周側型部材１２と、底面型部材１３と、中子型部材１４，１５、および上面型部材（図示省略）によって形成される。

成形型１０には、図４（ｂ）に示すように、その空間部Ｃの一部に補強繊維２ａが配置される。図示した例では、中間環状部２に対応する空間部Ｃ２に連続する補強繊維２ａが配置されている。補強繊維２ａとしては、タイヤ軸方向に配列される繊維とタイヤ周方向に配列される繊維とから構成されるネット状繊維集合体であることが好ましい。

本発明では、補強繊維２ａを空間部Ｃに配置する際に、連続する補強繊維２ａが、空間部Ｃ１〜Ｃ５のうち、複数の空間部を経由して補強繊維２ａを配置することも可能である。例えば、図４（ｃ）に示すように、補強繊維２ａを空間部Ｃに配置する際に、外側連結部５に対応する空間部Ｃ５を経由させつつ、中間環状部２に対応する空間部Ｃ２と外側環状部３に対応する空間部Ｃ３とを、交互に通過させることも可能である。更に、図４（ｂ）に示す補強繊維２ａの配置に追加して、図４（ｃ）に示すような補強繊維２ａを配置することも可能である。

次に、成形型１０の空間部Ｃに弾性材料の原料液を充填する。弾性材料の原料液としては、前述した弾性材料を高温で軟化させたものや、反応硬化前又は架橋前の液状原料が挙げられる。充填の際、空間部Ｃの隙間への浸入や補強繊維への含浸を好適に行う上で、充填の際に原料液の粘度が小さいことが好ましい。

また、原料液の充填を均一に行う目的で、遠心力を付与する方法も効果的である。その場合、成形型１０の底面型部材１３を円盤状に形成して、成形型１０を軸芯Ｏの周りにモータ等で回転させる方法が利用できる。

次いで、弾性材料の原料液を固化させ、脱型することにより支持構造体ＳＳを得ることができる。原料液を固化させる方法としては、反応硬化、加熱硬化、冷却固化などが挙げられる。脱型を容易にするためには、成形型１０の中子型部材１４，１５を着脱可能な形態とすることが効果的である。

脱型後には、ポストキュア工程などを実施することも可能である。また、端面をトリミングする工程、外側連結部５の外周面の加工工程、補強層６及びトレッド層７を形成する工程、加硫下流工程などを実施することができる。

本発明の非空気圧タイヤは、耐久性に優れると共に、スポーク位置と接地面中央位置との位置関係によって剛性変動が生じにくいため、従来の空気入りタイヤの代替が可能となると共に、ソリッドタイヤ、スプリングタイヤ、クッションタイヤ等の非空気圧タイヤの代替として使用することが可能となる。一般の空気入りタイヤ以外の具体的な用途としては、例えば車椅子用タイヤ、建設車両用タイヤ等が挙げられる。

［他の実施形態］
（１）前述の実施形態では、平板状の内側連結部および外側連結部が軸方向に平行に配設される例を示したが、図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、内側連結部および外側連結部の形状や形成方向は、種々の形態をとることができる。

例えば、図５（ａ）に示すように、外側連結部５（内側連結部も同様）の配設方向は、軸芯Ｏの方向から傾斜していてもよい。

また、図５（ｂ）に示すように、外側連結部５（内側連結部も同様）は、平板が屈曲した形状でもよい。

また、図５（ｃ）に示すように、外側連結部５（内側連結部も同様）は、平板がリブ５ａを有する形状でもよい。

なお、図５（ｄ）に示すように、軸芯Ｏの方向に複数の外側連結部５（内側連結部も同様）を形成することも可能である。

（２）前述の実施形態では、外側環状部の外側に補強層を介してトレッド層を設ける例を示したが、本発明では、外側環状部に直接トレッド層を設けることも可能である。また、用途によっては、トレッド層を省略することも可能である。

（３）前述の実施形態では、中間環状部を１つだけ設ける例を示したが、本発明では、中間環状部を複数設けることも可能である。これにより内側環状部の内径をより小さくすることが可能である。

（４）前述の実施形態では、リム等を介して、車軸に装着可能なように、内側環状部の内径をある程度大きくした場合の例を示したが、本発明では、直接車軸に装着可能なように、内側環状部の内径を車軸の外径等に合わせて小さく構成することも可能である。

（５）前述の実施形態では、成形型が閉じた空間部を有する例を示したが、上面が開放した成形型を用いて、同様に成形を行い、得られた支持構造体の上面部にトリミング加工等を施して、環状部を一定の幅にすることも可能である。

（６）前述の実施形態では、補強繊維をそのまま成形型に配置する例を示したが、予め補強繊維を筒状又は平板状などに予備成形しておき、これを配置することも可能である。予備成形することにより、スパイラル状に巻回したコードなどをより均一に配置することができる。また、予備成形を行う際、予め支持構造体の母材となる弾性材料を使用して、これを補強繊維に含浸、固化させることで、補強繊維と母材との接着性や弾性材料の充填性を向上させることが可能である。

以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。なお、実施例等における評価項目は下記のようにして測定を行った。

（１）最大接地圧
縦荷重２０００Ｎを負荷する際に、外側スポーク（またはスポーク）の外側端点が接地中心上にある場合と、隣接する外側スポーク（またはスポーク）の外側端点の中央位置が接地中心上にある場合のそれぞれの接地面内における最大接地圧を平均したもので、比較例１を１００としたときの指数で示す。この値が小さい方が優れる。

（２）縦剛性値
縦荷重２０００Ｎを負荷する際に、外側スポーク（またはスポーク）の外側端点が接地中心上にある場合と、隣接する外側スポーク（またはスポーク）の外側端点の中央位置が接地中心上にある場合のそれぞれのたわみ量で荷重を除した値の平均値であり、比較例１を１００としたときの指数で示す。この値が大きいと縦剛性が高い。なお、たわみ量はタイヤ軸芯の変位を基準として測定した。

（３）縦剛性差
縦荷重２０００Ｎを負荷する際に、外側スポーク（またはスポーク）の外側端点が接地中心上にある場合と、隣接する外側スポーク（またはスポーク）の外側端点の中央位置が接地中心上にある場合のそれぞれの縦剛性値の差であり、比較例１を１００としたときの指数で示す。この値が小さい方が剛性の不均一性に優れる。

（４）耐久性
速度４０ｋｍ／ｈ、縦荷重２０００Ｎの条件でドラム試験を行い、スポークに故障が生じるまでの走行距離を測定した。その結果を、比較例１を１００としたときの指数で示す。この値が大きい方が耐久性に優れる。

（５）剛性変動試験
負荷する縦荷重を徐々に増加させながら、その際のたわみ量の変化を測定して、剛性の変化の様子を試験した。試験の際、外側スポーク（またはスポーク）の外側端点が接地中心上にある場合と、隣接する外側スポーク（またはスポーク）の外側端点の中央位置が接地中心上にある場合との両者について測定を行い、両者の縦剛性の差（剛性変動）がどのように変化するか調べた。

比較例１（従来品）
表１に示す寸法および物性等にて、内側リングと外側リングと両者を連結するスポーク（半径方向に直立）とを備える支持構造体、その外周に設けられた２層の補強層、並びにトレッドゴムを備える非空気圧タイヤを作製し、上記性能を評価した。その結果を表１に併せて示す。また、剛性変動試験の結果を図６に示す。

なお、何れの実施例および比較例においても、軸方向の幅を、何れのリングおよびスポーク共に、１４０ｍｍとした。また、支持構造体の成形は、支持構造体に対応する空間部を有する金型を用いて、その空間部に弾性材料（ポリウレタン樹脂）の原料液（イソシアネート末端プレポリマー：東洋ゴム工業社製ソフランネート、硬化剤：イハラケミカル社製ＭＯＣＡ）を：ウレタン注型機を用いて充填し、固化させることで実施した。

比較例２
比較例１と同様にして、表１に示す寸法および物性等にて、内側リングと外側リングと両者を連結するスポーク（半径方向に直立）とを備える支持構造体を成形し、その外周に設けられた３層の補強層、並びにトレッドゴムを備える非空気圧タイヤを作製し、上記性能を評価した。その結果を表１に併せて示す。また、剛性変動試験の結果を図６に示す。

実施例１
表１に示す寸法および物性等にて、内側リングと中間リングと外側リングと各々のリングを連結する内側スポーク（半径方向に直立）と外側スポーク（半径方向に直立）とを備える支持構造体、その外周に設けられた２層の補強層、並びにトレッドゴムを備える非空気圧タイヤを作製し、上記性能を評価した。その結果を表１に併せて示す。また、剛性変動試験の結果を図６に示す。

なお、支持構造体の成形は、支持構造体に対応する空間部を有する金型を用いて、その空間部の中間リングに対応する部分に、表１に示すネット状のガラス繊維補強材を配置した後、金型の空間部全体に弾性材料（ポリウレタン樹脂）の原料液（イソシアネート末端プレポリマー：東洋ゴム工業社製ソフランネート、硬化剤：イハラケミカル社製ＭＯＣＡ）を：ウレタン注型機を用いて充填し、固化させることで実施した。

実施例２
実施例１と同様にして、表１に示す寸法および物性等にて、内側リングと中間リング（ガラス繊維の平織物による補強構造とした）と外側リングと各々のリングを連結する内側スポーク（半径方向に直立）と外側スポーク（半径方向に直立）とを備える支持構造体を形成し、その外周に設けられた３層の補強層、並びにトレッドゴムを備える非空気圧タイヤを作製し、上記性能を評価した。その結果を表１に併せて示す。また、剛性変動試験の結果を図７に示す。
実施例３〜４
実施例２において、中間リングの内径を表１に示す寸法に変えること以外は、実施例２と同じ構造の非空気圧タイヤを作製し、上記性能を評価した。その結果を表１に併せて示す。また、剛性変動試験の結果を図７に示す。

図６〜７及び表１の結果が示すように、実施例１〜４の非空気圧タイヤは、従来品と比較して、スポーク位置と接地面中央位置との位置関係による剛性変動が小さく、しかも耐久性が優れている。特に、中間環状部が補強繊維により補強されている実施例２〜４では、縦荷重が大きい領域まで、位置関係による剛性変動が殆どない。

なお、比較例１〜２の非空気圧タイヤは、図６に示すように、ブレークポイントが低く、これが剛性変動の増加に大きく影響していることが分かる。

本発明の非空気圧タイヤの作用効果を説明するための説明図 本発明の非空気圧タイヤの作用効果を説明するためのグラフ 本発明の非空気圧タイヤの一例を示す正面図 本発明の非空気圧タイヤの製造方法の一例を示す正面図 本発明の非空気圧タイヤの他の例を示す正面図 実施例及び比較例における剛性変動試験の結果を示すグラフ 実施例における剛性変動試験の結果を示すグラフ 従来の非空気圧タイヤの課題を説明するための説明図

符号の説明

１ 内側環状部
２ 中間環状部
２ａ 補強繊維
３ 外側環状部
４ 内側連結部
５ 外側連結部
６ 補強層
７ トレッド層
１０ 成形型
Ｃ 空間部

Claims (5)

1. 車両からの荷重を支持する支持構造体を備える非空気圧タイヤにおいて、
   前記支持構造体は、内側環状部と、その内側環状部の外側に同心円状に設けられた中間環状部と、その中間環状部の外側に同心円状に設けられた外側環状部と、前記内側環状部と前記中間環状部とを連結する複数の内側連結部と、前記外側環状部と前記中間環状部とを連結する複数の外側連結部とを備え、
   前記支持構造体は、弾性材料で一体成形されていると共に、少なくとも前記中間環状部は補強繊維により補強されていることを特徴とする非空気圧タイヤ。
2. 前記支持構造体は、更に前記外側環状部、前記外側連結部、前記内側連結部及び前記内側環状部が、補強繊維により補強されている請求項１記載の非空気圧タイヤ。
3. 前記補強繊維は、タイヤ軸方向に配列される繊維とタイヤ周方向に配列される繊維とから構成されるネット状繊維集合体である請求項１又は２に記載の非空気圧タイヤ。
4. 請求項１〜３いずれかに記載の非空気圧タイヤの製造方法であって、前記支持構造体に対応する空間部を有する成形型を用いて、その空間部の一部に前記補強繊維を配置する工程と、前記成形型の空間部に弾性材料の原料液を充填する工程と、前記弾性材料の原料液を固化させる工程とを有する非空気圧タイヤの製造方法。
5. 前記補強繊維を空間部に配置する際に、前記外側連結部に対応する空間部を経由させつつ、前記中間環状部に対応する空間部と前記外側環状部に対応する空間部とを、交互に通過させてある請求項４に記載の非空気圧タイヤの製造方法。

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