JP2010058556A - 非空気式タイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】 ソフトな乗り心地と安全な操縦性を備えたパンクのおそれのない非空気式タイヤを提案する。
【解決手段】 タイヤ１は、ゴムなどの弾性材料で構成され、リムに装着される内周輪２と、接地面にトレッド３ａ及び溝３ｂを形成した外周輪３とを同心円上に配置しており、また両部間にクッション層６を形成し、クッション層６のタイヤ左右両側面のそれぞれに傾斜し、湾曲した輪郭形状の長孔４を円周方向に穿設している。
【選択図】 図１

Description

本発明はフォークリフトなどの産業車両及び建設車両用タイヤまたは障害者用乗車装置として使用される非空気式タイヤに関するものである。

フォークリフトやホイールローダー等の比較的低速で、且つ重量物を積載し、しかもときには釘、木片などの散在する悪路の走行に使用される産業車両には、非空気式タイヤ（ソリッドタイヤ）を使用するものがある。これは非空気式タイヤは空気入りタイヤと比べて、パンクする恐れがなく、重量物を積載しての走行に適しているからである。

一方、ソリッドタイヤの欠点は路面の凸凹からくる走行振動による運転者の不快感と運転疲労、及び車輌の走行振動による疲労故障につながり易いことである。

これに対して、非空気式タイヤに孔を設けて孔明きタイヤにすることにより、非空気式タイヤの欠点を改良し、フォークリフトに適用できるものとしたソリッドタイヤ（非空気式タイヤ）が知られている。

このような非空気式タイヤの例として特許文献１〜５に示すようなものがある。いずれも従来の非空気式タイヤの問題点である乗り心地を改善するために、多数の孔を形成している。このような孔を設けることにより、走行路面に凸凹があっても振動が運転者にストレートに伝わらず、これにより乗り心地が改善されている。さらに運転走行時のタイヤ中心部の発熱を内部まで達する孔から放熱することにより、或る程度発熱を抑えて耐久性を向上させ、同時に走行速度を速めることができるものもあるが一長一短があり実用面で充分とは言えない。
特開２００３−７２３１５号公報 特開平２−１７９５０３号公報 特開平５−７７６０５号公報 特表平３−５０２５６２号公報 特開昭５１−８５１０４号公報

特許文献１においては、孔の形状として、円、四角形、楕円という色々な形状の孔の形が開示されているが、タイヤの円周方向の孔の寸法と上下方向の寸法の比が略等しく、やや固めのタイヤに類するが孔奥での歪による発熱によりゴムが劣化し、やがて亀裂により使用不可となり易い欠点がある。

また、特許文献２においては傾斜した孔明きタイヤという単純形状を開示し、逆にソフトなタイヤとなり得るが操縦安定性及びリブの坐屈についての配慮がされてなく実用に資された例はない。

特許文献３はタイヤ側面からの左右の孔が逆方向に傾斜した孔を開示している。特許文献４に示すタイヤについては、孔の形状についての説明は文献中には特に記されてないが、図面において見る限り、歪みの角度は６度よりも小さいものの、特許文献２と同様ソフトなタイヤとなり得るが同様の欠点を指摘し得る。

特許文献５に示すタイヤにおいては、図１１に示す如くクッション層におけるゴムのリブ部分に半径方向に長さを有する部分が主体であり、外周輪の外周輪から半径方向に向けて伸びるリブ部分と、内周輪から半径方向に向けて伸びるリブが中間部で傾斜して連結するように構成され、クッション性は特許文献１のものと特許文献２のものとの中位に当たる。

しかしながら、外周輪の外周輪から半径方向に向けて伸びる部分と内周輪から半径方向に向けて伸びる部分との両方から、斜めの部分への荷重がかかるため、荷重をかけた夫々の湾曲部分イ、ロにおける歪が集中し、しかもイ、ロでたわみ時反対方向に歪むためイ、ロ部分での歪が大きく、亀裂が発生する恐れがある。そしてこの文献にも文献２と同様の欠点を指摘し得る。

ソリッドタイヤは、亀裂が生じても空気入りタイヤのように直ちにパンクすることは無いが、一旦亀裂が入るともはや通常の耐性は期待できなくなる。

本発明の非空気式タイヤは、タイヤの左右両側面に多数の孔を円周状に穿設するのであるが、その孔の形状としては、タイヤの外周輪と内周輪の間にウェブを設け連結し、そのウェブの左右に連結すると共に外周輪と内周輪にも連結するリブを設けた形で長孔形状とし、その長孔を傾斜、更には湾曲させ、そしてウェブを挟んで左右ともその傾斜の向きを同じ方向に一致させることにより、ソフトで孔奥の発熱も少なく且つ横バネ常数も適度で操縦安定性の有るタイヤを提供することにある。

本発明の第一の特徴は、タイヤ外周輪と内周輪との間にウェブを設け連結し、そのウェブの左右に連結すると共に外周輪と内周輪にも連結するリブを設けそのリブを外周輪と内周輪の間で傾斜させ且つ湾曲させてウェブを挟む左右リブの傾斜の向きを一致させたことを特徴とする。

本来ウェブ及びリブはタイヤの外周輪と内周輪を連結し、タイヤからくる負荷を負担するものであるが、本発明はそのリブを傾斜させることにより負荷時のたわみを大きくし、更にウェブの左右に連結したリブの傾斜の向きを一致させ主作業である前進方向で、よりソフトな乗り心地で快適な作業をなし得るようにしたものである。

ここで上記の効果を及ぼす原理について図１０を用いて少し説明を加えることとする。
まず本発明の第１の特徴であるリブを傾斜させることについての効果について単純化したモデルで説明する。

図１０（Ａ）は、長孔でかつ、リブが設置面に対して垂直（長孔垂直形状）となるリブのモデル示している。また、図１０（Ｂ）は、長孔でかつ、リブが傾斜（長孔傾斜形状）したモデルを示している。図１０（Ａ）のモデルの上下方向のバネ常数をkpとし、せん断方向のバネ常数をksとし、一方、図１０（Ｂ）のモデルの上下方向バネ常数をkzとすると、

で表わされ、通常kp＞＞ksであることから傾斜させる程上下方向のバネ常数kzは小さ
くなる。

次にウェブをはさんで左右のリブの傾斜の向きを一致させる効果について説明する。
前述の傾斜の効果は負荷がかかった時、上下の軸が変らない場合の状態の説明で、ウェブの左右のリブの傾斜の向きが違う場合の効果と同じである。実車で前進する場合、図１０（Ｃ）に示すようにウェブの左右のリブの傾斜の向きが同じだと、図１０（Ｄ）に示すように駆動力でリブの傾斜角は左右とも大きくなり（θａ＋θｂ）、前記式１の上下方向のバネ常数は小さくなる。即ちソフトな乗り心地のタイヤとして機能する。但し車体がバックする場合は前述とは逆に傾斜角は小さくなり（θａ−θｂ）、バネ常数は大きくなるがバックするケースは主作業ではなく且つ後進は前進の場合より運転操作性が劣り、走行速度が遅くなる為前進走行程ソフトな乗り心地が要求されない。
図１０（Ｅ）に示す左右のリブの傾きが逆の場合では、図１０（Ｆ）に示すように駆動力で一方の方向に傾斜したリブのは傾斜角は大きくなるが（θａ＋θｂ）、もう一方に傾斜したリブは傾斜角が小さくなり、効果は相殺される（θａ−θｂ）。

本発明の第２の特徴は、ウェブに連結する左右のリブの傾きが同じ方向である上に左右のリブを湾曲させることにある。こうする事により、前述の如き傾斜したリブによる低い上下方向のバネ常数が得られた上にそれぞれのリブを湾曲模造にすることによりタイヤへの負荷時、更にタイヤがたわみ易くすることにある。

以上の本発明はタイヤの上下方向のバネ常数を低くすることにあるが、この事は別の重要な効果に繋がる事も上げなければならない。

タイヤは上下方向のバネ常数が低くなるとソフトな乗り心地を得るとは言えるが一般的には上下方向のバネ常数が低くなると、タイヤの横剛性（横バネ常数）も低くなり、操縦安定性が劣り、運転者に不安感を与えることとなるが、本発明のタイヤは上下方向のバネ常数は下るが横バネ常数は余り下らず、ソフトな乗り心地と操縦安定性を併せ得られる事に特徴が有る。

図１０（Ｇ）はタイヤの巾方向の断面のゴム構成要素をモデルとしたものであり、図１０（Ｈ）は横からの力による変形を示している。図１０（A）（Ｂ）に示す長孔垂直形状及び長孔傾斜形状のモデルにおいて、リブの巾a、リブの奥行きｗ２、ウェブ幅ｗ１、高さhの値が変わらないと、リブの傾斜、湾曲に関わらず、横からの力による変形量αは余り変わらないことから本発明は孔の形状、配置を工夫してリブの巾aを小さくしないでソフトなタイヤとし、横バネ常数も維持してソフトな乗り心地と操縦安定性を併せ得ることが可能としたことにある。

本発明の第３の特徴は、既に記したところであるが、作業車に装着されるタイヤの全数をリブの傾きの向きを揃え、主作業の前進方向にタイヤのリブが外周輪に連結する側が先行し、内周輪に連結する側が遅れる傾き方向に装着することにより本発明のタイヤの特徴を最も発揮することが出来ることにある。

図１は本実施例における非空気式の孔あきタイヤ１の左側面図である。タイヤ１は、ゴムなどの弾性材料で構成され、リムに装着される内周輪２と、接地面にトレッド３ａ及び溝３ｂを形成した外周輪３とを同心円上に配置している。また両部間にクッション層６を形成し、クッション層６のタイヤ左右両側面のそれぞれに孔４を円周方向に穿設し、クッション層６は隣接する孔４間に内周輪２から外周輪３にかけてこれらと一体的に形成したリブ５が設けられている。

リブ５は、本実施例のタイヤ１においては、１４個が等角度に配置されている。また、タイヤ１の右側面においてもリブ５が設けられているが、左右側面のリブ５は、タイヤが装着されたときの前進方向ロに対して互い違いに同じ向きに配置されている。これにより、隣り合うリブ５の側壁を輪郭の一部とする孔４も、前進方向ロに対して互い違いに同じ向きに配置されることになる。

孔４の輪郭形状は、リブ５の側壁を長辺とする長孔形状であって、長孔を傾斜、更には湾曲させたものとなる。これにより、横剛性を小さくさせないで、タテバネ常数を下げて、運転者の運転感覚の不安感を与えないでソフトな乗り心地を与えるものとなっている。

図２は、図１におけるイ−イ断面である。タイヤ１は、中心線Ｕの左右において同一形状であるが、先に述べたように、孔４は互い違いに配置されている。孔４は、左右側面では貫通しておらず、中央部においては、ゴムは厚さｗ１のウェブを形成しており、荷重に対して容易に座屈しないように構成されている。実施例においては、タイヤ１の幅をＷとしたときに、Ｗ＝７０ｍｍであり、ｗ１＝４ｍｍとなっている。また、孔４の奥行きｗ２は、３３ｍｍである。ｗ１を大きくすれば、タイヤ１のクッション性は悪くなる。また、内周輪２にはスチール製のコード１０が埋め込まれている。 スチールコード１０は、伸びの無いものであり、これによりリムに対してタイヤ１がスリップすることを抑止している。

このようなタイヤ１において、外周輪３のゴム材は、耐摩耗性、耐カット性、耐チッピング性に優れ、スリップしないゴムが適しており、具体的には硬度（ＨＳＪＩＳ Ａ）５５〜７５度で、天然ゴムまたは天然ゴムとＳＢＲ、ブタジエンゴムのブレンドゴムなどがある。一方、クッション層６のゴムは低発熱で疲労性に優れ、圧縮永久歪が少なく高温での引き裂き抵抗に優れたものが良く、例えば硬度（ＨＳＪＩＳ Ａ）６０〜８０度の天然ゴムあるいは天然ゴムとブタジエンゴムのブレンドゴムが適している。また、内周輪２のゴムは硬度（ＨＳＪＩＳ Ａ）７５〜９５度のやや硬めでリムに強固に固定できるものが良く、このように各部の目的、特徴に沿ったゴムを選択することにより、耐久性に優れたタイヤを提供できる。更に、孔間のリブ５からの亀裂発生を防止するため、クッショ層６の表面を高物性、高強度のゴムで補強すると良い。更に、外周輪３及びクッション層６の両層に適する特性を備えたゴム材を選択し、両部を同一ゴム材で作成しても良い。

次に、クッション層６における孔４の形状についてさらに詳細に説明する。
図１には、非空気式タイヤ１の回転中心Ｐから延長された半径方向の線Ｓ４と、傾斜点Ｔから角度θ（傾斜角度）にて、交差する線Ｓ５が描かれている。孔４は、線Ｓ４とＳ５を中心線として穿設されたものであり、リブ５の側壁が外周に向けて同一方向（図中右方向に）湾曲した連続的な曲線で囲まれるものである。すなわち、傾斜点Ｔから外周輪３までの間で長孔が傾斜しており、かつ傾斜点Ｔにおいて内周輪２に向かって半径方向に長孔が向くように湾曲している。線Ｓ４上において、孔４のもっともタイヤ１の回転中心に近い位置を孔の頂上Ｂ２ということにする。一方、もっとも外周輪３に近い、孔の位置を最下部（底）Ｂ１ということにする。頂上Ｂ２となる内周輪２、最下部Ｂ１となる外周輪３、及び隣同士のリブ５の側壁により、孔４の上下左右の輪郭が形成されており、ウェブが孔４の底を形成する。

このような孔４を等間隔に周方向に並べることにより、リブ５は、クッション層６に傾斜点Ｔ‘を挟んで斜め部分５ａ（傾斜角度θ’）と、傾斜角度θ’の角度を傾斜点Ｔ‘において減少させ（実施例においては０度）半径方向に沿うように伸ばした部分５ｂと、の両者を持つ複合形状となる。部分５ａと部分５ｂとにより、リブ５は全体として湾曲形状となる。傾斜点Ｔ‘の位置は傾斜点Ｔと同心円上である。両者の中心線は、夫々線Ｓ６、Ｓ７となり、傾斜角度θ‘はθに等しい。

［実験例］
本発明の孔形状とタイヤの性能の関係について説明する。
まず第一の実験例として図３（Ａ）乃至（Ｃ）のタイヤの比較データを示す。図３（Ａ）に示すタイヤは本出願人の現行品であり、楕円形状の孔を有している。図３（Ｂ−１）乃至図３（Ｂ−４）に示すタイヤは、比較のために用意した長孔の傾斜タイプである。傾斜角度を夫々変えている。図３（Ｃ）に示すタイヤは、本発明を適用し、傾斜角約４０度の湾曲タイプのタイヤ例である。

図４はこれ等タイヤに８０kgの縦荷重を加えた時のたわみ量をグラフ化したものである。図中、引用符号１０乃至１５は、図３（Ａ）、図３（Ｂ−１）、（Ｂ−２）、（Ｂ−３）、（Ｂ−４）及び図３（Ｃ）図３（Ｂ−１）、（Ｂ−２）、（Ｂ−３）、（Ｂ−４）のタイヤを現している。また、孔角度が相違する図３（Ｂ−１）、（Ｂ−２）、（Ｂ−３）、（Ｂ−４）のタイヤについては、実験結果を線１７により結んでいる。
この実験結果にも孔角度が大きくなる程タイヤのたわみ量が大きくなること及び略傾斜角４０度の湾曲タイプではさらにたわみ量が大きくなる結果を得た。

次に第二の実験例として長孔でない現行タイプ（図５（Ａ））と長孔で傾斜していないもの（図５（Ｂ））及び長孔、傾斜、湾曲タイプ（図５（Ｃ））の比較例を示す。

試験タイヤは図５の如く、５．００−８のタイヤサイズで行ったものである。
図６（Ａ）は各タイヤの縦方向の荷重とたわみの関係を示したものであり、図６（Ｂ）は縦方向に６８０kgの負荷をかけた状態で横方向の荷重の横たわみを示したグラフである。図中、引用符号１８、１９、２０は、夫々図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）に示したタイヤの測定結果を示している。このグラフから本発明に係る長孔、傾斜、湾曲タイプのタイヤが、横たわみが少なく、横剛性が高いことが解る。これを縦荷重６８０kg時のタイヤのたわみ対し、縦荷重６８０kgをかけて、横荷重３４０kgをかけた時、たわみの比を計算し、本発明に係る長孔、傾斜、湾曲タイプのタイヤに対する比率を計算すると、

現行品（図５（Ａ））は、長孔、傾斜、湾曲タイプのタイヤ（図５（Ｃ））に対して、１．３６倍の横たわみとなる。また、長孔垂直形状（図５（Ｂ））のタイヤは、長孔、傾斜、湾曲タイプのタイヤ（図５（Ｃ））のタイヤに対して１.４８倍の横たわみとなった。この結果から、本発明に係る長孔、傾斜、湾曲タイプのタイヤが如何に操縦安定性が良いかを示している。

図７に別の実験例を示す。図中引用符号２１、２２は、図３（Ａ）、及び 図３（Ｃ）のタイヤについての結果を示している。図７（Ａ）は、縦方向の荷重とたわみ関係を示す。尚、引用符号２３は、参考値として孔の無いウレタンタイヤを示した。また、図７（Ｂ）は縦方向から４０kｇの荷重をかけて荷重と横たわみを示したものであるが、この場合は図３（Ａ）に示す現行品の方が本発明に係る長孔、傾斜、湾曲タイプのタイヤよりややたわみ大きいのに対し、図７（Ａ）では本発明に係る長孔、傾斜、湾曲タイプのタイヤの方が縦方向のたわみが大きいことを示して居り、これも横剛性を落さないでソフトなタイヤを得る本発明の効果を示す例である。

更に本発明の別の特徴である孔奥の歪と発熱の関係について説明する。
図８はFEM解析による６８０kgの負荷をかけた時の孔奥の歪分布を示した図であり、図８（Ａ）は図５（Ａ）に示す現行品の歪分布であり、図８（Ｂ）は図５（Ｃ）の本発明に係る長孔、傾斜、湾曲タイプのタイヤの歪分布である。両者にはかなりの差があり、これを実測したのが図９である。図中、引用符号２４、２５は、夫々現行品による最大発熱部の温度変化、孔奥部の温度変化であり、引用符号２６、２７は、本発明に係る長孔、傾斜、湾曲タイプのタイヤによる最大発熱部の温度変化、孔奥部の温度変化である。本発明のものが長孔、傾斜、湾曲リブにより歪が分散効果によりかなり孔奥の発熱が低く、タイヤとしての寿命は大きく伸びることとなった。

本発明の実施態様としてはリブの傾斜角度及び湾曲度を選ぶことにより、かなり広い範囲の縦バネ常数を選べるが、横剛性の維持の点でリブの数に関係なくリブ巾＋孔巾の２５％以上のリブ巾とすべきであり、又リブ長さｈとリブ巾aの関係に於いてもh／a＜５ にしなければ時にリブが坐屈し運転者に不安感を与える恐れがある。
更なる好ましい態様として孔奥の許容歪内で長孔の接地側に於いて奥になるに従い高くして外に向って傾斜させ孔に侵入した土砂等異物を排出し易くすることも出来る。

非空気式タイヤ１の左側面図である。 図１のイ−イ線断面図である。 実験例のタイヤを示す図である。 たわみ量を示す図である。 他の実験例のタイヤを示す図である。 縦たわみ量及び横たわみ量を示す図である。 縦たわみ量及び横たわみ量を示す図である。 FEM解析による６８０kgの負荷をかけた時の孔奥の歪分布を示した図である。 温度変化の測定値を示す図である。 本発明の原理を示す図である。 従来例を示す図である。

符号の説明

１ 孔あきタイヤ１
２ 内周輪
３ 外周輪
４ 孔
５ リブ

Claims (2)

1. タイヤの左右両側面であって外周輪と内周輪との間に多数の孔を円周状に穿設した非空気式タイヤにおいて、タイヤの外周輪と内周輪の間であってタイヤ幅方向中央位置に、外周輪と内周輪を連結するウェブを設け、そのウェブの左右両側に設けられ、前記ウェブに連結すると共に外周輪と内周輪との間も連結する多数のリブを設け、ウェブの両側の各リブは互いにタイヤの半径方向に対して同一方向に傾斜しかつ同一方向に湾曲しており、各孔の形状は隣り合うリブの側壁を長辺とする長孔形状であって、リブの傾斜・湾曲により、その長孔が傾斜し湾曲し、かつその傾斜の向きがウェブを挟んで左右とも同じ方向に一致していることを特徴とする非空気式タイヤ。
2. 左右両側面に設けられる多数の孔は互いに位置をずらして配置されており、左右両側面の孔の間にゴム材で充填されていることを特徴する請求項１に記載の非空気式タイヤ。