JP2016113102A - 非空気圧タイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】内側環状部と、外側に同心円状に設けられた外側環状部で構成される非空気圧タイヤにおいて、耐久性及び乗り心地を向上する構造を提供する。【解決手段】内側環状部１と、前記内側環状部１の外側に同心円状に設けられた外側環状部２で構成される非空気圧タイヤＴであって、前記内側環状部１と前記外側環状部２との間に荷重による歪みが球状支持体３全体に分散される様にタイヤ周方向ＣＤに沿って複数配置された球状支持体３とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、タイヤ内腔に空気を充填した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、中実ゴム構造の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はない。そのため、ソリッドタイヤおよびクッションタイヤは、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。

下記特許文献１には、耐久性、乗り心地、ノイズ性能等を向上させる目的で、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、前記内側連結部の数よりも前記外側連結部の数が多いことを特徴とする非空気圧タイヤが記載されている。

また、下記特許文献２には、回転に伴う接地圧変動を低減させる目的で、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外側環状部と、前記内側環状部と前記外側環状部とを連結し周方向に各々が独立する複数の連結部とを有する支持構造体と、前記支持構造体の外側に設けられ、タイヤ軸方向に偏平なドーナツ形状をなす外皮部と、その外皮部の内方にて空気を充填可能に形成された中空部とを有する空気嚢と、を備える非空気圧タイヤが記載されている。

特開２０１０−１２６０７０号公報 特開２０１１−１７８３０８号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載の非空気圧タイヤは、連結部（スポーク）の一部に歪みが集中しやすいため、耐久性や乗り心地が不十分であることが分かった。

そこで、本発明の目的は、耐久性及び乗り心地を向上できる非空気圧タイヤ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、内側環状部と、前記内側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外側環状部との間にタイヤ周方向に沿って複数配置された球状支持体とを備えるものである。

この構成によれば、内側環状部と外側環状部との間に複数配置された球状支持体が主に車両の荷重を支持することになるが、球状となっていることで荷重による歪みが球状支持体全体に分散されるため、耐久性及び乗り心地を向上できる。なお、本発明の球状支持体は、真球状のみならず、長球状或いは扁球状のものも含む。

本発明にかかる非空気圧タイヤにおいて、前記球状支持体は、内部に形成された空洞部に低弾性体が充填されていることが好ましい。

球状支持体の内部に低弾性体が充填されていることで、乗り心地を効果的に向上できる。

本発明にかかる非空気圧タイヤにおいて、前記内側環状部及び前記外側環状部の少なくとも一方の環状部のタイヤ幅方向両端部には、他方の環状部へ向かって突出する突起が形成されていることが好ましい。

この構成によれば、球状支持体が内側環状部と外側環状部との間からタイヤ幅方向外側へ向かって飛び出すのを防止することができる。

本発明にかかる非空気圧タイヤにおいて、前記内側環状部と前記外側環状部は、タイヤ幅方向両端部同士が複数の連結部により連結されていることが好ましい。

この構成によれば、内側環状部と外側環状部が互いに固定されるため、球状支持体の耐久性を向上できるとともに、操縦安定性も良好となる。

本発明にかかる非空気圧タイヤにおいて、前記球状支持体は、タイヤ幅方向に複数配置されていることが好ましい。

この構成によれば、複数の球状支持体が荷重を分担して支持するようになって接地圧が均一化されるため、耐久性に有利となる。

本発明の非空気圧タイヤの一例を示す正面図 図１の非空気圧タイヤのＡ−Ａ断面図 空洞部が形成された球状支持体の断面図 他の実施形態に係る非空気圧タイヤの断面図 他の実施形態に係る非空気圧タイヤの断面図 他の実施形態に係る非空気圧タイヤの断面図

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１は、非空気圧タイヤの一例を示す正面図である。図２は、図１の非空気圧タイヤのＡ−Ａ断面図である。ここで、Ｏはタイヤ軸を、Ｈ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Ｔは、内側環状部１と、内側環状部１の外側に同心円状に設けられた外側環状部２と、内側環状部１と外側環状部２との間にタイヤ周方向ＣＤに沿って複数配置された球状支持体３とを備えている。

本実施形態では、図１に示すように、外側環状部２の外側に、外側環状部２を補強する補強層４が設けられている例を示す。また、本実施形態では、図１に示すように、補強層４の更に外側にトレッドゴム５が設けられている例を示す。補強層４、トレッドゴム５としては、従来の空気入りタイヤのベルト層、トレッドゴム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。

内側環状部１は、ユニフォ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のタイヤ径方向の厚みは、球状支持体３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Ｈの１〜２０％が好ましく、２〜１０％がより好ましい。

内側環状部１の内径は、非空気圧タイヤＴ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。ただし、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のタイヤ軸方向の幅は、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、球状支持体３に力を十分伝達しつつ、軽量化や耐久性の向上、装着性を図る観点から、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。

外側環状部２は、ユニフォ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２のタイヤ径方向の厚みは、球状支持体３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Ｈの１〜２０％が好ましく、２〜１０％がより好ましい。

外側環状部２の内径は、その用途等応じて適宜決定される。ただし、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２のタイヤ軸方向の幅は、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２の引張モジュラスは、図１に示すように外側環状部２の外周に補強層４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４を設けない場合には、球状支持体３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、５〜１８００００ＭＰａが好ましく、７〜５００００ＭＰａがより好ましい。

球状支持体３は、内側環状部１と外側環状部２との間に複数配置される。球状支持体３は、内側環状部１の外周面及び外側環状部２の内周面に接し、車両からの荷重を支持する機能を有する。複数の球状支持体３は、タイヤ周方向ＣＤに沿って配置され、互いに隙間をあけることなく隣接して配置される。球状支持体３は、内側環状部１及び外側環状部２に接続されておらず、また、隣り合う球状支持体３同士も接続されていない。

球状支持体３の形状は、真球のみならず、長球（楕円をその長軸を回転軸として回転したときに得られる回転体）或いは扁球（楕円をその短軸を回転軸として回転したときに得られる回転体）でもよい。本実施形態の球状支持体３は、タイヤ幅方向に回転軸を有する長球状をしている。

タイヤ全体の球状支持体３の数としては、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、３０〜２００個が好ましく、５０〜１２０個がより好ましい。

球状支持体３のタイヤ軸方向の幅は、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、内側環状部１及び外側環状部２と同様、１００〜３００ｍｍが好ましく、１３０〜２５０ｍｍがより好ましい。

球状支持体３は、内部に形成された空洞部に低弾性体が充填されていることが好ましい。ここで、低弾性体とは、粘度が０〜１５００Ｐａ・ｓのものをいう。粘度は、ＪＩＳ Ｚ８８０３に準じて測定した値である。低弾性体としては、気体、液体、ジェル状物質等が挙げられる。気体としては、空気、窒素、ヘリウムなどが例示されるが、気圧保持性の観点から、窒素が好ましい。液体としては、水、エチレングリコール、グリセリン、エタノール、油などが例示されるが、安全性の観点から、水が好ましい。また、ジェル状物質としては、パンクシール剤、オイル、吸水性ポリマーなどが例示されるが、耐久性及び弾性性能の観点から、パンクシール剤が好ましい。

図３に空洞部が形成された球状支持体３の断面図を示す。球状支持体３は、外皮部３０と、その外皮部３０の内方にて低弾性体を充填可能に形成された空洞部３１とで構成されている。外皮部３０の厚みは、軽量化や耐久性の向上を図る観点から、０．０１〜４ｍｍが好ましく、０．１〜２ｍｍがより好ましい。歪みを全体に分散させる観点から、外皮部３０の厚みは均一であることが好ましい。

球状支持体３の引張モジュラスは、内側環状部１及び外側環状部２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。

本発明では、内側環状部１及び外側環状部２の少なくとも一方の環状部のタイヤ幅方向両端部には、他方の環状部へ向かって突出する突起が形成されていることが好ましい。図４に示す例では、内側環状部１のタイヤ幅方向ＷＤの両端部に外側環状部２に向かって突出する突起１１が形成され、外側環状部２のタイヤ幅方向ＷＤの両端部に内側環状部１に向かって突出する突起２１が形成されている。突起１１及び突起２１は、タイヤ周方向ＣＤの全周に亘って設けられている。内側環状部１に突起１１を形成し、外側環状部２に突起２１を形成することで、球状支持体３が内側環状部１と外側環状部２との間からタイヤ幅方向外側へ向かって飛び出すのを防止することができる。なお、本実施形態の突起１１，１２の断面形状は、矩形状となっているが、これに限定されず、三角形状、半円状等でもよい。

内側環状部１と外側環状部２は、連結部により連結される。図５の正面図及びＢ−Ｂ断面図に示すように、内側環状部１と外側環状部２は、タイヤ幅方向両端部同士が複数の連結部６により連結されていることが好ましい。連結部６は、２本以上であればよく、３本以上が好ましい。この実施形態では、４本の連結部６により連結されている。これにより、内側環状部１と外側環状部２が互いにタイヤ幅方向やタイヤ周方向にずれるのを抑制できるため、耐久性を向上できるとともに、操縦安定性も良好となる。

内側環状部１、外側環状部２、球状支持体３、及び連結部６は、弾性材料で成形される。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。

内側環状部１、外側環状部２、球状支持体３、及び連結部６は、補強繊維により補強されていることが好ましい。例えば、外側環状部２を補強繊維により補強することで、外側環状部２とベルト層などとの接着も十分となる。

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。

［他の実施形態］
（１）前述の実施形態では、球状支持体３がタイヤ幅方向ＷＤに１つのみ配置されている例を示したが、本発明において、球状支持体３は、図６に示すように、タイヤ幅方向ＷＤに複数配置されていることが好ましい。図６の例では、タイヤ径方向に回転軸を有する長球状の球状支持体３をタイヤ幅方向ＷＤに３つ配置している。この構成によれば、複数の球状支持体が荷重を分担して支持するようになって接地圧が均一化されるため、耐久性に有利となる。

（２）本発明の他の実施形態として、内側環状部と、前記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、前記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、前記中間環状部と前記外側環状部との間にタイヤ周方向に沿って複数配置された球状支持体とを備えるものでもよい。さらに、内側環状部と中間環状部との間にタイヤ周方向に沿って複数の球状支持体を配置するようにしてもよい。

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。

耐久性
直径１．７ｍｍのドラムを備えた室内ドラム試験機を使用し、試験速度を８０ｋｍ／ｈとし、タイヤ負荷荷重をＪＩＳ規定の８５％から始め、規定時間ごとに荷重を上げていき、最終的に１４０％で走行させた。故障が生じるまでの走行距離を測定し、比較例１を１００としたときの指数で示し、この値が大きいほど耐久性が優れる。

乗り心地
２名乗車でテストコースにおける乗り心地について総合的に官能評価した。比較例１を１００としたときの指数で示し、この値が大きいほど乗り心地が優れる。

実施例１
図１に示すような内側環状部と、内側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外側環状部との間にタイヤ周方向に沿って複数配置された球状支持体とを備え、球状支持体を図２のようにタイヤ幅方向に１つのみ配置したものを実施例１とした。評価結果を表１に示す。

実施例２
図５に示すような内側環状部と、内側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外側環状部との間にタイヤ周方向に沿って複数配置された球状支持体とを備え、球状支持体をタイヤ幅方向に３つ配置したものを実施例２とした。評価結果を表１に示す。

比較例１
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、内側環状部と中間環状部とを連結する複数の内側連結部と、外側環状部と中間環状部とを連結する複数の外側連結部とを備え、内側連結部の数よりも外側連結部の数が多くしたもの（特許文献１に記載の発明）を比較例１とした。より具体的には、外側連結部の数を内側連結部の数の２倍とした。評価結果を表１に示す。

表１の結果から以下のことが分かる。実施例１及び２の非空気圧タイヤは、比較例１と比較して、耐久性及び乗り心地を向上できた。

１ 内側環状部
２ 外側環状部
３ 球状支持体
６ 連結部
１１ 突起
１２ 突起
３１ 空洞部
Ｔ 非空気圧タイヤ

Claims (5)

1. 内側環状部と、前記内側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外側環状部との間にタイヤ周方向に沿って複数配置された球状支持体とを備える非空気圧タイヤ。
2. 前記球状支持体は、内部に形成された空洞部に低弾性体が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の非空気圧タイヤ。
3. 前記内側環状部及び前記外側環状部の少なくとも一方の環状部のタイヤ幅方向両端部には、他方の環状部へ向かって突出する突起が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の非空気圧タイヤ。
4. 前記内側環状部と前記外側環状部は、タイヤ幅方向両端部同士が複数の連結部により連結されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の非空気圧タイヤ。
5. 前記球状支持体は、タイヤ幅方向に複数配置されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の非空気圧タイヤ。