JP2011246036A - タイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】ソリッドゴムの硬度を比較的高くしつつ、走行時の振動を良好に吸収して乗り心地を向上できる、小径のソリッドタイヤに最適なホイール構造を提供する。
【解決手段】ホイールと該ホイールの外周に設けられるソリッドゴムとからなるタイヤであって、前記ホイールは、繊維強化プラスチックから構成されるとともに、略円盤状のハブ部と、略円筒形状のリム部と、ハブ部から径方向に放射状に延びハブ部とリム部を接続する複数のスポーク部とから構成され、各スポーク部は、ハブ部とリム部との間において、タイヤの中心軸を含む縦断面方向に見て略Ｌ字状に延びるＬ字形状部を有していることを特徴とするタイヤ。
【選択図】図１

Description

本発明は、ホイールのリム部の外周にソリッドゴムを装着したタイヤに関し、とくに、ホイール構造自体にばね性を持たせたタイヤに関する。

立ち乗り車などの特殊車両等においては、外径１５０ｍｍ程度の小径のタイヤが要求されることがある。このような小径タイヤにおいては、寸法的に、通常の自動車と同様の空気圧タイヤの構造を採ることが難しい場合が多く、空気圧タイヤの構造を採用した場合には、空気漏れの影響が比較的短時間で現れてしまい、乗り心地が悪くなる。すなわち、もともと空気を十分に注入できる容積が取れないので、わずかに空気が漏れただけで適正な空気圧の範囲から外れてしまいやすく、乗り心地の悪化を招くこととなる。

したがって、上記のような小径タイヤには、ホイールの外周に、ソリッドゴム(中実のゴム)を装着したタイヤ構造を採用することがある（以下、ソリッドタイヤとも言う）。このソリッドタイヤでは、ホイールのリム部の外周にウレタンゴム等からなるソリッドゴムを貼着等により取り付けるが、単純にホイールの外周にウレタンゴム等を貼り付けただけのソリッドタイヤでは、ゴムの硬さによっては、不整地走行時の振動を十分に吸収しきれなかったり、燃費の低下（例えば、タイヤを駆動させるモータ用のバッテリーの寿命の低下）を招いたりするという問題がある。すなわち、ソリッドゴムが硬ければ、路面から細かな振動を拾うために乗り心地は低下し、ソリッドゴムが柔らかければ、走行抵抗が大きくなって燃費（バッテリーのもち）が悪くなる。

基本的に上記のような問題を抱えているソリッドタイヤにおいて、走行抵抗を小さく抑え燃費（バッテリーのもち）の悪化を防止するためには、ある程度硬いソリッドゴムを使用せざるを得ないが、その際に問題となる乗り心地の低下を抑えるためには、ホイール自体に弾性変形機能を持たせ、それによって径方向の荷重変動、振動を吸収できるようにした構造が有効であると考えられる。

このような考え方を含めた観点から、各種弾性ホイールの構造が提案されている。例えば、特許文献１には、ホイールの中心部に位置するディスク部と外周部に位置するリム部との間に、Ｓ字状に湾曲して延び径方向の荷重変動を吸収可能な要素（スポーク部）を周方向に多数配設した支持ホイールが開示されている。また、特許文献２、３には、ホイールの中心部に位置するハブ部と外周部に位置するリム部との間に、周方向に螺旋状に長く延び径方向の荷重変動を吸収可能なスポーク部を複数配設したキャスタが開示されている。

また、特許文献４には、ソリッドタイヤ構造に関する記載、示唆は全くないものの、弾性ホイールとして、ホイールのディスク部とリム部を熱可塑性樹脂や繊維強化熱可塑性樹脂で構成し、ディスク部とリム部とを環状に延びる防振ゴム等の弾性部材で連結した構造が開示されており、乗り心地や防振性能向上とともに、タイヤへの別の基本的な要求である軽量化や生産性向上についても言及されている。

特表平５−５０８８２２号公報 特開２００６−１５１００２号公報 特開２００６−３３５２５８号公報 特開２００２−３６２１０４号公報

ところが、特許文献１〜３に開示されている構造では、軽量化や生産性向上に関してはほとんど考慮されておらず、とくにスポーク部の構造が複雑であり、生産性を向上しにくいものとなっている。中でも、特許文献１に記載のＳ字状に湾曲して延びるスポーク部は、本発明のように軽量化のために繊維強化プラスチックを使用しようとしても、成形が極めて困難な構造となっている。また、特許文献４に開示されている構造では、ディスク部とリム部との間で環状に延びる防振ゴム等の弾性部材の劣化による性能低下が懸念されるとともに、この間が自由に変形可能な防振ゴム等の弾性部材のみで連結されているので、ホイール全体を所望の形状に保つのに必要な強度や剛性が確保されにくいという問題がある。

そこで上記のような従来技術に鑑み、本発明の課題は、小径のソリッドタイヤに最適なホイール構造を提供することにあり、とくに、走行時の転がり抵抗を低減して燃費を改善するためにソリッドゴムの硬度を比較的高くしつつ、走行時の振動を良好に吸収して乗り心地を向上できるとともに、ホイール全体を所望の形状に保つのに必要な強度や剛性を容易に得ることができ、かつ、タイヤ全体の軽量化と生産性向上をともに達成可能なホイール構造を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るタイヤは、ホイールと該ホイールの外周に設けられるソリッドゴムとからなるタイヤであって、前記ホイールは、繊維強化プラスチックから構成されるとともに、略円盤状のハブ部と、略円筒形状のリム部と、前記ハブ部から径方向に放射状に延び前記ハブ部と前記リム部を接続する複数のスポーク部とから構成され、各スポーク部は、前記ハブ部と前記リム部との間において、タイヤの中心軸を含む縦断面方向に見て略Ｌ字状に延びるＬ字形状部を有していることを特徴とするものからなる。

このような本発明に係るタイヤにおいては、ホイールが繊維強化プラスチックから構成されているので、ホイール全体を所望の形状に保つのに必要な強度や剛性を容易に得ることができ、同時にタイヤ全体の軽量化を達成可能となる。また、ハブ部とリム部を接続するスポーク部がＬ字形状部を有する構造に形成されているので、ホイール全体を型を用いて成形し、成形後に容易に脱型する、すなわち一体成形することが可能になって、生産性の大幅な向上が期待できる。また、Ｌ字状に延びるスポーク部は、自身が容易に弾性変形できるので、このスポーク部に望ましいばね特性を持たせることができる。したがって、このスポーク部において、タイヤ径方向の荷重変動や振動を良好に吸収することが可能になり、乗り心地の向上を達成できる。そして、スポーク部の弾性変形により、ホイール自体で荷重変動や振動を吸収できるので、ソリッドゴムの硬度を比較的高く設定することが可能になり、それによって転がり抵抗（走行抵抗）を低く抑えることができ、燃費（あるいは、駆動源としてモータを使用する場合のバッテリーの寿命）の改善をはかることが可能になる。

上記本発明に係るタイヤにおいて、上記ホイールを構成する繊維強化プラスチックの種類としては、必要な強度や剛性を確保でき、望ましい軽量化を達成できるものであれば特に限定されず、その強化繊維としては、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維等の他、２種類以上の強化繊維を組み合わせたハイブリッド構成も可能である。中でも、必要な強度や剛性の確保が容易で、しかも優れた生産性が得られやすい炭素繊維強化プラスチックから構成されていることが好ましい。

また、上記スポーク部のＬ字形状部は、ハブ部の外縁部からタイヤの中心軸と並行に延びる第１の腕部と、該第１の腕部の端部から径方向にリム部に向かって延びる第２の腕部とを有している形態とすることが好ましい。このような形態では、ソリッドタイヤを介して受ける荷重の変動による振動が主として第２の腕部を通して径方向にリム部からハブ部方向に向けて伝達され、そこから第１の腕部を介してハブ部へと伝達される。この第１の腕部はタイヤの中心軸と並行に延びているので、ハブ部側を基準にして揺動するように弾性変形でき、それによってハブ部側に対してリム部側が容易に弾性変位（復元力を持った状態で変位）できるようになる。したがって、このような単純なＬ字形状部を有する上記スポーク部によって、タイヤ全体として望ましい弾性（ばね特性）が確保されることになり、優れた荷重変動、振動吸収特性が発揮される。

このようなばね特性を持たせた構造に構成された小径のソリッドタイヤにおいては、より確実に所望の特性を発現させるために、より具体的な構造として以下のような構成を採用できる。例えば、上記リム部の外径Ｄ（ｍｍ）と厚みｔ（ｍｍ）の比ｔ／Ｄが０．０１以上であることが好ましい。すなわち、上記の如くスポーク部に振動吸収のための適切な弾性変形機能を持たせたので、リム部には、あるレベル以上の剛構造を採用し、リム部自体の変形を小さく抑えて走行安定性を確保できるようにした構成である。リム部の厚みｔを外径Ｄに対して０．０１以上の比率とすることにより、好ましい剛構造の達成が可能となる。

さらに、例えば、主としてホイールが炭素繊維強化プラスチックから構成され、１５０ｍｍ近傍の外径の小径タイヤを想定した場合、より具体的な構造として、以下のような構成を採用することができる。例えば、ハブ部の外径ｄ（ｍｍ）とリム部の外径Ｄ（ｍｍ）との差Ｄ−ｄが２０ｍｍ以上であることが好ましい。この外径差Ｄ−ｄは、スポーク部の高さの２倍に相当するから、Ｄ−ｄを２０ｍｍ以上とすることは、スポーク部の高さを１０ｍｍ以上とすることに相当する。スポーク部の高さが１０ｍｍよりも小さいと、スポーク部が十分に変形して必要な弾性（ばね特性）を得ることが難しくなるおそれがある。

また、上記スポーク部はハブ部から径方向に放射状に延びるように周方向に複数配置されるが、このスポーク部の本数としては、６〜１０本の範囲内にあることが好ましい。スポーク部の本数が６本より少ないと、スポーク部の存在位置とスポーク部間のスポーク部が存在しない空間位置との間でのばね特性の差が大きくなり、乗り心地が悪くなるおそれがある。１０本より多いと、スポーク部の成形、ひいてはホイール全体の成形に手間がかかり過ぎるおそれがある。したがって、６〜１０本の範囲内に設定するのが良い。

また、上記各スポーク部は、後述の実施形態に示すように、例えば帯状の部材のＬ字状屈曲構造に構成できる。このスポーク部の幅としては、１０〜２５ｍｍの範囲内にあることが好ましい。スポーク部の幅が１０ｍｍよりも小さいと、ハブ部とリム部を連結する基本機能を有するスポーク部として必要な強度を維持できなくなるおそれがあり、２５ｍｍより大きいと、スポーク部自体の剛性が高くなり、上述したような必要な弾性（バネ特性）が得られにくくなるおそれがあるため、スポーク部の幅は１０〜２５ｍｍの範囲内にあるのが良い。

また、上記スポーク部の厚みとしては、１〜４ｍｍの範囲内にあることが好ましい。スポーク部の厚みが１ｍｍよりも小さいと、スポーク部として必要な強度を維持できなくなるおそれがあり、４ｍｍより大きいと、スポーク部自体の剛性が高くなり、上述したような必要な弾性（バネ特性）が得られにくくなるおそれがあるため、スポーク部の厚みは１〜４ｍｍの範囲内にあるのが良い。

さらに、本発明に係るタイヤにおいては、繊維強化プラスチックから構成されるホイールのハブ部、リム部およびスポーク部が一体成形されていることが好ましい。スポーク部は、略円盤状のハブ部と略円筒形状のリム部との間で径方向に放射状に延びる単純な構造であり、ホイール全体において、成形上問題となる複雑な形状部位は存在しないので、ホイール全体を一体成形することが可能である。一体成形とすることで、スポーク部、リム部、ハブ部間の接合強度も向上し、低コストで成形することが可能となる。

また、繊維強化プラスチックから構成されるホイールの成形のための形態としては、とくに限定されないが、例えば、ハブ部、リム部およびスポーク部が、それぞれ、複数枚のプリプレグの積層構成から成形された繊維強化プラスチックからなる形態とすることができる。繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂が半硬化（いわゆるＢ−ステージ）の状態にあるプリプレグを使用することで、ホイール全体を所定形状に形成しやすくなり、その状態でマトリックス樹脂を硬化させることにより、容易に所望の形態の繊維強化プラスチック製ホイールが得られる。とくに、このように複数枚のプリプレグの積層体構成とすることで、ホイール全体の一体成形が容易化される。

このようなプリプレグの積層体構成を採用した一体成形においては、スポーク部のハブ部およびリム部側端部における積層プリプレグが、ハブ部およびリム部における積層プリプレグと重畳された積層構成から成形された繊維強化プラスチックから構成されている構造とすることが好ましい。つまり、スポーク部のプリプレグ積層体がハブ部およびリム部まで延長されて、ハブ部およびリム部におけるプリプレグ積層体中に挿入されている構造である。このような構造により、スポーク部とハブ部およびスポーク部とリム部との接合強度を大幅に向上することができ、一体成形されたホイール全体として、容易に所望の形態に維持される。また、各部の接合強度が向上された一体成形ホイールは、メンテナンス上も有利である。

このように、本発明に係るタイヤによれば、ホイールを繊維強化プラスチックから構成することにより、とくに、ホイール全体を一体成形することにより、ホイール全体として必要な強度や剛性を容易に得ることができ、同時にタイヤ全体を軽量化できる。そして、スポーク部をＬ字形状に形成することにより、成形の容易化をはかるとともに、ホイール自体に望ましいばね特性を持たせることができ、この弾性ホイールにより、比較的硬いソリッドゴムを用いた場合にも、望ましい振動吸収機能を発揮できる。したがって、弾性ホイールによる乗り心地の向上と比較的硬いソリッドゴムの使用による燃費（バッテリーの寿命）の改善とを両立させることが可能になる。

本発明の一実施態様に係るタイヤの斜視図である。 図１のタイヤの正面図である。 図２のＡ−Ａ線に沿うタイヤの縦断面図である。 図３のＩＶ部の拡大断面図である。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１〜図３は、本発明の一実施態様に係るタイヤ１を示しており、比較的小径の（１５０ｍｍ近傍の外径の）ソリッドタイヤを示している。タイヤ１は、ホイール２と該ホイール２の外周に設けられるソリッドゴム３（例えば、ウレタンゴムからなるソリッドゴム）とからなる。ホイール２は、その全体が、繊維強化プラスチック、例えば、炭素繊維強化プラスチックから構成されている。このホイール２は、略円盤状のハブ部４と、略円筒形状のリム部５と、ハブ部４から径方向に放射状に延びハブ部４とリム部５を接続する複数の（本実施態様では８本の）スポーク部６とから構成されている。各スポーク部６は、屈曲して延びる帯板状の部材から構成されており、ハブ部４とリム部５との間において、タイヤの中心軸９（図２、図３に図示）を含む縦断面方向に見て略Ｌ字状に延びるＬ字形状部７を有している。より詳しくは、スポーク部６のＬ字形状部７は、図３に示すように、ハブ部４の外縁部からタイヤの中心軸９と並行に延びる第１の腕部８ａと、該第１の腕部８ａの端部から径方向にリム部５に向かって延びる第２の腕部８ｂとを有している。なお、タイヤ１への駆動力の伝達機構はとくに限定されず、例えば、ハブ部４に、バッテリーから給電されたモータの出力軸からの回転駆動力が伝達される。

本実施態様では、帯状に延びるスポーク部６は、上記Ｌ字形状部７からさらにハブ部４との接合部およびリム部５との接合部へと延びており、ハブ部４とリム部５に対し一体成形により接合されている。とくに本実施態様では、ハブ部４、リム部５およびスポーク部６が、それぞれ、複数枚のプリプレグの積層構成から成形された繊維強化プラスチックからなっており、スポーク部６のハブ部４およびリム部５側端部における積層プリプレグが、ハブ部４およびリム部５における積層プリプレグと重畳された積層構成（例えば、各プリプレグが交互に積層された構成）から成形された繊維強化プラスチックから構成されている。このプリプレグ積層構成にてマトリックス樹脂が硬化され、ハブ部４とリム部５とスポーク部６とを有するホイール２の全体が一体成形されている。

このように構成されたタイヤ１においては、Ｌ字状に延びる繊維強化プラスチックからなるスポーク部６により、望ましいばね特性を有する弾性ホイールが実現される。例えば図４に示すように、不整地走行等によりタイヤ１が外部から荷重変動を受け、それがソリッドゴム３を介してタイヤ１全体、とくにタイヤ１の中心軸９側（車軸側）に振動として伝達されようとする場合、ハブ部４とリム部５を連結しているスポーク部６が、とくにその第１の腕部８ａが例えば破線６ａで示すように弾性変形し、それに伴って、リム部５が破線５ａで示すように変位する。リム部５は比較的高い剛性に保たれているので、所定の姿勢に保たれたまま、スポーク部６のみが図示の如く弾性変形し、それによって、車軸側（タイヤ１の中心軸９側）へ伝達されようとする振動が、スポーク部６のＬ字形状部７で良好に吸収され、乗り心地が向上される。この場合、ソリッドゴム３の硬度は比較的高くてもよいので、走行時の転がり抵抗の低減が可能になり、バッテリーの寿命（燃費）が改善される。

また、前述したように、ホイール２の全体が繊維強化プラスチックから構成されていることにより、必要な強度、剛性の確保と、全体の軽量化が可能になる。また、ホイール２の全体の一体成形により、生産性の向上とコストダウンも可能となっている。

なお、各部の寸法等の望ましい範囲は前述の通りであり、リム部５の外径Ｄ（ｍｍ）と厚みｔ（ｍｍ）の比ｔ／Ｄは０．０１以上であることが好ましく、ハブ部４の外径ｄ（ｍｍ）と前記リム部５の外径Ｄ（ｍｍ）との差Ｄ−ｄが２０ｍｍ以上であることが好ましく、スポーク部６の本数は６〜１０本の範囲内にあることが好ましく（本実施態様では８本）、各スポーク部６の幅は１０〜２５ｍｍの範囲内にあることが好ましく、スポーク部６の厚みは１〜４ｍｍの範囲内にあることが好ましい。

本発明に係るタイヤの構造は、あらゆるソリッドタイヤに適用可能であり、とくに空威圧タイヤの適用が困難な小径のソリッドタイヤに好適なものである。

１ タイヤ
２ ホイール
３ ソリッドゴム
４ ハブ部
５ リム部
６ スポーク部
７ Ｌ字形状部
８ａ 第１の腕部
８ｂ 第２の腕部
９ タイヤの中心軸

Claims (11)

1. ホイールと該ホイールの外周に設けられるソリッドゴムとからなるタイヤであって、前記ホイールは、繊維強化プラスチックから構成されるとともに、略円盤状のハブ部と、略円筒形状のリム部と、前記ハブ部から径方向に放射状に延び前記ハブ部と前記リム部を接続する複数のスポーク部とから構成され、各スポーク部は、前記ハブ部と前記リム部との間において、タイヤの中心軸を含む縦断面方向に見て略Ｌ字状に延びるＬ字形状部を有していることを特徴とするタイヤ。
2. 前記ホイールが、炭素繊維強化プラスチックから構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のタイヤ。
3. 前記スポーク部のＬ字形状部は、前記ハブ部の外縁部から前記タイヤの中心軸と並行に延びる第１の腕部と、該第１の腕部の端部から径方向に前記リム部に向かって延びる第２の腕部とを有していることを特徴とする、請求項１または２に記載のタイヤ。
4. 前記リム部の外径Ｄ（ｍｍ）と厚みｔ（ｍｍ）の比ｔ／Ｄが０．０１以上であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のタイヤ。
5. 前記ハブ部の外径ｄ（ｍｍ）と前記リム部の外径Ｄ（ｍｍ）との差Ｄ−ｄが２０ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のタイヤ。
6. 前記スポーク部の本数が６〜１０本の範囲内にあ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. 前記各スポーク部の幅が１０〜２５ｍｍの範囲内にあ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. 前記スポーク部の厚みが１〜４ｍｍの範囲内にあ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. 前記ハブ部、前記リム部および前記スポーク部が一体成形されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載のタイヤ。
10. 前記ハブ部、前記リム部および前記スポーク部は、それぞれ、複数枚のプリプレグの積層構成から成形された繊維強化プラスチックからなることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載のタイヤ。
11. 前記スポーク部の前記ハブ部および前記リム部側端部における積層プリプレグが、前記ハブ部および前記リム部における積層プリプレグと重畳された積層構成から成形された繊維強化プラスチックから構成されていることを特徴とする、請求項１０に記載のタイヤ。
    

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