JP2016113105A - 非空気圧タイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】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。【解決手段】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、タイヤ周方向ＣＤにおける断面形状がアーチ型であって、内側環状部１の外周面１ａに根元部４１，４２が固定された複数の内側アーチ４と、タイヤ周方向ＣＤにおける断面形状がアーチ型であって、外側環状部２の内周面２ａに根元部５１，５２が固定された複数の外側アーチ５と、を備え、内側アーチ４と外側アーチ５は、アーチ型の凸部４３，５３同士が向かい合うようにして連結されている。【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、内層環と、中間層環と、外層環と、内層環と中間層環の間の内層のアーチ型のリブと、中間層環と外層環の間の外層のアーチ型のリブとを有し、前記アーチ型のリブは、山部と谷部との繰り返しによる連続したアーチ型の環状波形の弾性体である非空気圧タイヤが記載されている。この非空気圧タイヤでは、アーチ型のリブの撓みと復元による緩衝効果によって乗り心地を向上させている。

下記特許文献２には、同心円状に配置された弾性材料からなる外周輪と内周輪を有するとともに、それら両輪には、弾性材料からなるスポーク材が連結されていて、かつ、該スポーク材は、外周輪と内周輪の間の空隙にタイヤ径方向の圧縮力が加えられた際にタイヤ周方向において互いに反対方向に撓む対をなすスポーク材として形成されているとともに、該対をなすスポーク材間には、反対方向への撓みを抑える弾性材料からなる連結材が設けられている非空気圧タイヤが記載されている。

また、下記特許文献３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４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。

国際公開第２００７／０５７９７５号 特開２００７−１１２２４３号公報 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のような非空気圧タイヤは、内層及び外層のアーチ型のリブと中間層環との結合部で応力が大きくなりやすく、耐久性が悪化する傾向にある。また、特許文献２〜４に記載された非空気圧タイヤについても、スポーク（連結部）が接地時の圧縮に弱いため、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、タイヤ周方向における断面形状がアーチ型であって、前記内側環状部の外周面に根元部が固定された複数の内側アーチと、タイヤ周方向における断面形状がアーチ型であって、前記外側環状部の内周面に根元部が固定された複数の外側アーチと、を備え、前記内側アーチと前記外側アーチは、アーチ型の凸部同士が向かい合うようにして連結されているものである。

本発明では、内側環状部と外側環状部との間に設けられた内側アーチと外側アーチが主に荷重を支持するが、内側アーチと外側アーチが圧縮に強いアーチ型をしているため、耐久性を向上できる。また、アーチ型の凸部同士が向かい合うようにして内側アーチと外側アーチを設けることで、内側アーチ及び外側アーチの全体で荷重を支持できるため、耐久性とともに乗り心地も向上できる。

本発明にかかる非空気圧タイヤにおいて、タイヤ周方向に隣り合う前記内側アーチは、根元部同士が隣接し、又はタイヤ周方向に隣り合う前記外側アーチは、根元部同士が隣接していることが好ましい。

タイヤ周方向に隣り合う内側アーチの根元同士が隣接していることで、隣り合う内側アーチが互いに支え合いながら荷重を支持できるため、耐久性及び乗り心地を効果的に向上できる。同様に、タイヤ周方向に隣り合う外側アーチの根元同士が隣接していることで、隣り合う外側アーチが互いに支え合いながら荷重を支持できるため、耐久性及び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、向かい合う前記内側アーチの凸部と前記外側アーチの凸部は、低弾性体層を介して連結されていることが好ましい。

内側アーチの凸部と外側アーチの凸部の間に低弾性体層を配置することで、低弾性体層で衝撃を吸収できるため、乗り心地を向上できる。

本発明にかかる非空気圧タイヤにおいて、前記内側アーチの根元部及び前記外側アーチの根元部が補強されていることが好ましい。

応力が集中しやすい内側アーチの根元部と外側アーチの根元部を補強することで、耐久性を向上できる。

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部分拡大図 他の実施形態に係る非空気圧タイヤの部分拡大図 他の実施形態に係る非空気圧タイヤの正面 他の実施形態に係る非空気圧タイヤの部分拡大図 他の実施形態に係る非空気圧タイヤの部分拡大図

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。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アーチ型スポーク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７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７の更に外側にトレッドゴム８が設けられている例を示す。補強層７、トレッドゴム８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、アーチ型スポーク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、アーチ型スポーク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、アーチ型スポーク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７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７を設けない場合には、アーチ型スポーク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。

アーチ型スポーク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。アーチ型スポーク３は、内側アーチ４と外側アーチ５を備える。内側アーチ４は、タイヤ周方向ＣＤにおける断面形状がアーチ型であって、内側環状部１の外周面１ａに根元部４１，４２が固定されている。同様に、外側アーチ５は、タイヤ周方向ＣＤにおける断面形状がアーチ型であって、外側環状部２の内周面２ａに根元部５１，５２が固定されている。本発明におけるアーチ型とは、固定された根元部から上方に向かって凸となる曲線形状のことをいう。本実施形態の内側アーチ４及び外側アーチ５は、タイヤ周方向ＣＤにおける断面形状が略円弧状をしている。

内側アーチ４及び外側アーチ５は、一定の断面形状でタイヤ軸方向に延びている。すなわち、内側アーチ４及び外側アーチ５は、全体として半円筒状をしている。

図２は、図１の非空気圧タイヤの一部を拡大して示している。タイヤ周方向ＣＤに隣り合う内側アーチ４は、根元部同士が隣接している。具体的には、図２に示すように、内側アーチ４ａの根元部４２ａと、内側アーチ４ａの隣の内側アーチ４ｂの根元部４１ｂとが隙間なく隣り合っている。これにより、隣り合う内側アーチ４ａと内側アーチ４ｂが互いに支え合いながら荷重を支持できるため、耐久性及び乗り心地を効果的に向上できる。

内側アーチ４と同様に、タイヤ周方向ＣＤに隣り合う外側アーチ５は、根元部同士が隣接している。具体的には、図２に示すように、外側アーチ５ａの根元部５２ａと、外側アーチ５ａの隣の外側アーチ５ｂの根元部５１ｂとが隙間なく隣り合っている。これにより、隣り合う外側アーチ５ａと外側アーチ５ｂが互いに支え合いながら荷重を支持できるため、耐久性及び乗り心地を効果的に向上できる。

内側アーチ４と外側アーチ５は、アーチ型の凸部同士が向かい合うようにして連結されている。本実施形態では、内側アーチ４の凸部４３の先端と外側アーチ５の凸部５３の先端が向かい合うようにして連結されている。

アーチ型スポーク３は、内側アーチ４と外側アーチ５を別々に成形後に連結して一体とすることもできるが、一体として成形してもよい。内側アーチ４の凸部４３と外側アーチ５の凸部５３を連結する場合、図１に示す例では、内側アーチ４の凸部４３と外側アーチ５の凸部５３を直接連結している。しかし、図３に示すように、向かい合う内側アーチ４の凸部４３と外側アーチ５の凸部５３は、低弾性体層６を介して連結されていることが好ましい。内側アーチ４の凸部４３と外側アーチ５の凸部５３の間に低弾性体層６を配置することで、低弾性体層６で衝撃を吸収できるため、乗り心地を向上できる。ここで、低弾性体とは、圧縮弾性率が０．３〜５０MＰａのものをいう。粘度は、ＪＩＳ Ｋ７２２０に準じて測定した値である。低弾性体としては、低弾性樹脂、発泡性樹脂等が挙げられる。樹脂としては、シリコン、ウレタン、エポキシ樹脂などが例示されるが、弾性性能の観点から、ウレタンが好ましい。

内側アーチ４のタイヤ周方向断面における厚み４ｔは、軽量化や耐久性の向上を図る観点から、１〜７ｍｍが好ましく、２〜５ｍｍがより好ましい。内側アーチ４の厚み４ｔは均一とするのが好ましい。

外側アーチ５のタイヤ周方向断面における厚み５ｔは、軽量化や耐久性の向上を図る観点から、１〜７ｍｍが好ましく、２〜５ｍｍがより好ましい。外側アーチ５の厚み５ｔは均一とするのが好ましい。

タイヤ全体のアーチ型スポーク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、６０〜１５０個がより好ましい。

アーチ型スポーク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。

アーチ型スポーク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。

内側環状部１、外側環状部２、及びアーチ型スポーク３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、及びアーチ型スポーク３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、タイヤ周方向ＣＤに隣り合う内側アーチ４の根元部４１，４２同士が隣接し、かつタイヤ周方向ＣＤに隣り合う外側アーチ５の根元部５１，５２同士が隣接している例を示した。しかし、複数の内側アーチ４はタイヤ周方向ＣＤに間隔をあけて配置してもよく、複数の外側アーチ５もタイヤ周方向ＣＤに間隔をあけて配置してもよい。すなわち、図４に示すように、アーチ型スポーク３をタイヤ周方向ＣＤに沿って各々独立して配置してもよい。また、内側アーチ４と外側アーチ５のうち一方は、根元部同士を隣接させ、他方は、タイヤ周方向ＣＤに間隔を空けて配置するようにしてもよい。

（２）本発明において、内側アーチ４の根元部４１，４２及び外側アーチ５の根元部５１，５２が補強されていることが好ましい。例えば、根元部４１，４２及び根元部５１，５２に上記の補強繊維を用いることにより補強することができる。また、例えば、根元部４１，４２及び根元部５１，５２に、凸部４３及び凸部５３に比べて引っ張り弾性率の高い材料を用いることにより補強することができる。ここでの引っ張り弾性率は、ＪＩＳ Ｋ７３１２に準じて測定したものをいう。

（３）前述の実施形態では、内側アーチ４及び外側アーチ５は、タイヤ周方向ＣＤにおける断面形状が略円弧状をしているが、これに限定されない。内側アーチ４及び外側アーチ５の断面形状は、図５Ａに示すようなタイヤ径方向に長い縦長の半楕円弧状であってもよく、図５Ｂに示すようなタイヤ周方向に長い横長の半楕円弧状であってもよい。

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４に示すような内側環状部と、外側環状部と、タイヤ周方向に間隔をあけて配置した複数の内側アーチと、タイヤ周方向に間隔をあけて配置した複数の外側アーチとを備えるものを実施例１とした。評価結果を表１に示す。

実施例２
図１に示すような内側環状部と、外側環状部と、タイヤ周方向に隣接するように配置した複数の内側アーチと、タイヤ周方向に隣接するように配置した複数の外側アーチとを備えるものを実施例２とした。評価結果を表１に示す。

実施例３
実施例２に対し、向かい合う内側アーチの凸部と外側アーチの凸部を低弾性体層を介して連結したものを実施例３とした。評価結果を表１に示す。

実施例４
実施例３に対し、内側アーチの根元部及び外側アーチの根元部を補強したものを実施例４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３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１〜４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。また、実施例３は、実施例２と比較して、乗り心地を向上できた。また、実施例４は、実施例３と比較して、耐久性を向上できた。

１ 内側環状部
１ａ 内側環状部の外周面
２ 外側環状部
２ａ 外側環状部の内周面
３ アーチ型スポーク
４ 内側アーチ
５ 外側アーチ
６ 低弾性体層
４１ 根元部
４２ 根元部
４３ 凸部
５１ 根元部
５２ 根元部
５３ 凸部
Ｔ 非空気圧タイヤ

Claims (4)

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、
   タイヤ周方向における断面形状がアーチ型であって、前記内側環状部の外周面に根元部が固定された複数の内側アーチと、
   タイヤ周方向における断面形状がアーチ型であって、前記外側環状部の内周面に根元部が固定された複数の外側アーチと、を備え、
   前記内側アーチと前記外側アーチは、アーチ型の凸部同士が向かい合うようにして連結されている非空気圧タイヤ。
2. タイヤ周方向に隣り合う前記内側アーチは、根元部同士が隣接し、又はタイヤ周方向に隣り合う前記外側アーチは、根元部同士が隣接し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. 向かい合う前記内側アーチの凸部と前記外側アーチの凸部は、低弾性体層を介して連結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. 前記内側アーチの根元部及び前記外側アーチの根元部が補強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。
   
   
   

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