JP5347189B2 - 自転車やオートバイ等のホィール用の自己支持型タイヤ - Google Patents

Description

本発明は、地面との接触に適した外層、高分子材料で構成され、上記外表面層の支持に適した内部支持層を備えた種類の、自転車、オートバイ等のホィール用の自己支持型タイヤに関する。

既知のように、あらゆる種類の乗り物の車輪の周縁部はタイヤ、すなわち空気タイヤで覆われている。

したがって、タイヤは乗り物とアスファルト路面とが接触するポイントであり、この接触はまさに、トレッドと呼ばれる外表面エリアを通してなされる。

タイヤの目的は、乗り物と地面との接触を維持すること、車両に付与された力を地面に伝達すること、地面に伴うあらゆる衝撃を緩和すること、および低エネルギー損で地面に沿って回転することである。したがって、タイヤは、高静止摩擦（高トラクションを維持するために有用）、低転がり摩擦（多量のエネルギー散逸を防ぐため）、および高弾性（タイヤが嵌められている乗り物の衝撃を緩和するために有用）を持たなければならない。

最も良く知られており、広く使用されているタイヤは空気タイヤである。

これら空気タイヤは実質上、加圧空気で膨張した天然ゴムまたは合成ゴムのチューブ状弾性カバーで構成される。

上記空気タイヤは内部に閉じ込めた空気の弾性を利用し、高い転がり性能、即時スプリングバック、高衝撃緩和性、剛性、グリップ等という多くの利点を有する。

それにもかかわらず、空気タイヤは既知のように、空気タイヤを永久的または一時的に使用不能にし、不意に発生し、空気タイヤを使用している乗り物を運転中の人物にとって危険であり得るパンク、破裂、またはデフレーションの危険に曝される。

上記欠点を解消するために、弾性材料、好ましくは天然ゴム、合成ゴム、またはエラストマーで構成されるソリッドタイヤまたは自己支持型タイヤを使用することができる。この種のタイヤは、タイヤの支持に加圧ガスの存在を必要とすることなく空気タイヤの諸特性を再現しようとする。

それにもかかわらず、ソリッドタイヤまたは自己支持型タイヤには空気タイヤと比較して劣った特性がある。実際に、ソリッドタイヤまたは自己支持型タイヤは、一般に使用される空気タイヤと比較して劣った転がり性能およびスプリングバックを有する。

さらに、自己支持型タイヤによっては、自転車およびオートバイ等の乗り物にとって受け入れられない弾み現象および振動現象を示すものがある。

上記欠点により、自己支持型タイヤは現在、専ら乳母車、手押し車、および同様の運搬手段に使用されている。

自己支持型タイヤの諸特性を改良するために、多くの変更および改良がその材料および構造に対してなされてきた。タイヤの充填に使用される材料の適宜選択および異なる生成方法を通していくらかの改良が得られ、特に、本願と同じ出願人による特許ＩＴ１１７６３５８に示されるように、独立気泡微孔性発泡ポリウレタンを使用することによってかなりの改良が得られた。

上記材料はすでに、自己支持型ホィールの転がり性能の向上を提供しており、軽量化と共に弾み現象を減少させる。

自動車用の自己支持型タイヤでは、タイヤの外表面近傍でホィール全体を一周する、タイヤに埋め込まれた剛性フラットバンドを使用することも既知である。

この剛性バンドは、局部変形を、空気タイヤ内に含まれているすべてのガス、ひいてはタイヤ全体に拡散させる空気ホィールの場合と同様に、タイヤのすべての局部変形を、負荷分散を通してタイヤ全体に拡散させることに役立つ。

この種の解決策が米国特許第６，１４２，２０３号に示されている。

それにもかかわらず、この種のバンドは自転車およびモペットのタイヤに使用することができない。その理由は、自転車等のタイヤは直径が大きく断面積が小さく、局部変形をタイヤ全体に拡散させるためには過大な剛性を有するリングが必要であり、質量および衝撃緩和の点で不利益を被るためである。

さらに、自動車等のホィールでは、回転軸は常に、地面に対して略平行する位置のままである。そのため、自動車等のタイヤは常に、単一の円筒環に沿って接地する。本質的に自動車のタイヤは、回転軸を通るいずれの断面においても略平坦なトレッドを有する。

それに代えて、自転車およびオートバイのホィールの回転軸は常に地面に対して平行のままであるわけではない。実際に、ラウンドカーブを走行する際に遠心力に対抗するために、２輪車はカーブの中心に向かって傾く。そのため、自転車およびオートバイのタイヤは、回転軸を通るいずれの断面でも円周弧によって略画定される表面を通して接地する。

そのため、上述した剛性フラットサークルバンドを自転車等のホィール用のタイヤに使用すると、剛性バンドの形状とタイヤの表面の違いによりタイヤの構造に危険な不整が発生する。

上記不整は、ホィールの傾斜角度に応じてタイヤが発生させる反動を不連続にさせる（特にラウンドカーブを走行する場合に最も顕著である）と共に、タイヤそれ自体内に切断力を発生させ、これはタイヤを破損させ得る。

自己支持型タイヤの物理的特性を改良しても、上述した方策および変更は、空気タイヤの非常に優れた品質を自己支持型タイヤに付与することができない。

自己支持型タイヤのさらなる欠点はホィールの円周エリアが空気タイヤの場合よりも重いことであり、これはホィールの回転速度が変化する際にかなりの望ましくない慣性を生じさせる。

この状況において、本発明の根底にある技術目標は、上記欠点を実質的に解消することが可能な、自転車、オートバイ等のホィール用の自己支持型タイヤを製造することである。

上記技術目標の範囲内で、本発明の重要な目的は、空気タイヤと同様の転がり性能を有する、自転車、オートバイ等のホィール用の自己支持型タイヤを製造することである。

本発明の別の重要な目標は、乗り物が地面の凸凹に接触したときに受ける衝撃を十分に緩和する、自転車、オートバイ等のホィール用の自己支持型タイヤを得ることである。

本発明の別の重要な目的は、質量のより低い、自転車、オートバイ等のホィール用の自己支持型タイヤを得ることである。

明記した技術目標および目的は、地面との接触に適した外層、および微孔性構造を有する可撓性ポリウレタンエラストマーで構成される内部支持層であって、タイヤの内容積の少なくとも一部を占め、上記外表面層の支持に適した内部支持層を備える自転車、オートバイ等のホィール用の自己支持型タイヤであって、実質的に上記外層の形状を有し、上記内部支持層を半径方向に圧縮する可撓性膜を備える自己支持型タイヤによって達成される。

上記タイヤは実質的に、パンクの危険性に曝されることなく、空気タイヤと同じ転がり性能および快適さを有する。

本発明のさらなる特徴および利点について、本発明の好ましい実施形態の詳細な説明において添付図面を参照しつつより良く説明する。

添付図面を参照しながら、本発明によるタイヤを全体として番号１で示す。

タイヤは、自転車、オートバイ、または二輪車全般用のホィール２のリム２ａに嵌め込まれる。

タイヤ１は、既知の方法により、たとえば連続した半弾性ワイヤまたはスチールワイヤで構成され、タイヤの上部をリムに設けられた特定のループ４に固定する２つの強弾性リング３を使用する、タイヤ１をリム２ａに接合する、または他の技法を使用するなどしてリム２ａに嵌め込まれる。

タイヤ１は、地面との接触に適した外層５および弾性高分子材料で構成され、タイヤ１の内容積の少なくとも一部を占める内部支持層６を有する。

外層５は支持層６と一体であることができる。この場合、外層５はポリウレタン等または加硫ゴムで構成される。

好ましい実施形態では、外層５は支持層６と一体であり、トレッド７として知られるその中央部が地面８に接触する。

既知のように、トレッド７は、地面８が平坦であると仮定して、ホィール２の軸２ｂが水平軸８ａに対して平行するときにトレッド７の中央部を通して地面８に接触する。それに代えて、ラウンドカーブの場合に見られるようにホィールの軸２ｂが水平軸８ａに対してゼロ以外の角度αで傾斜する場合、図２に示すように、トレッド７はトレッド７の側部を通して地面８に接触する。

それに代えて、内部支持層６の目的はタイヤ１を支持することである。空気タイヤでは、この支持は加圧空気によって提供される。

支持層６はタイヤ１の内容積の大部分を占める。

さらに、支持層６は、独立気泡微孔性発泡構造を有する可撓性ポリウレタンエラストマーで構成され、構造の最終密度の範囲は０．２〜０．５ｋｇ／ｄｍ^３であることが好ましい。

この種の材料は、たとえば、イタリアの企業Ｓｉｎｅｒｇｉｔ Ｓ．ｒ．ｌ．により「Ｒｅｓｅｌｇｉｔ ｍｉｃｒｏｃｅｌｌｕｌａｒｅ」という名称で製造されている。

上記材料は理想的な振る舞いを有する。事実、上記材料は、タイヤ１が使用中に受ける衝撃を最適に緩和する。上記衝撃は吸収され、一部は微孔に含まれているガスの断熱圧縮により放散され、一部は熱の形で放散される。

このため、この材料は弾みおよび振動を大幅に低減する。さらに、多くの高分子材料の場合と異なり、Ｒｅｓｅｌｇｉｔ ｍｉｃｒｏｃｅｌｌｕｌａｒｅは吸収した熱を環境中に素早く放散するとともに、使用数年後であっても、多くの高分子材料に典型的な老化現象を示さないため非常に寿命が長い。

こういった最適な特性により、Ｒｅｓｅｌｇｉｔ ｍｉｃｒｏｃｅｌｌｕｌａｒｅは、特に外層５が支持層６と一体である場合に外層５の製造に使用することもでき、好ましくは密度範囲０．５〜０．８ｋｇ／ｄｍ^３を有するＲｅｓｅｌｇｉｔが使用される。

さらに、本出願人による綿密な研究によれば、ホィールの転がり性能は主に２つの要因：タイヤ反動性、すなわちタイヤが変形後に円形形状に戻る速さ、およびアスファルトの路面上でのグリップ、すなわち地面８と直に接触するトレッド７の表面積による。

実際に、ホィールの回転中に発生する転がり摩擦は、トレッド７を形成する材料の品質が同じ場合、地面上のタイヤのグリップに正比例し、グリップはタイヤ１の剛性に正比例することが分かっている。

しかし、本出願人は、グリップが同じ場合に空気タイヤが自己支持型タイヤよりも良好な転がり性能を有することを発見した。

これは、自己支持型タイヤが構成材料により、また空気ホイールの場合と異なりアスファルト路面が自己支持型タイヤに付与する力がタイヤの限られた部分のみに作用することにより、空気タイヤよりも低い反動力を有することによる。このように反動力がより低いことにより、重量の垂直推力下で変形した自己支持型タイヤは変形後に円形形状にすぐに戻ることができない。その結果として、反動力のより低いタイヤは回転中、実質的に真円度のより低い形状を有し、その結果としてより低い転がり性能を有する。

タイヤの反動力を増すために、本出願人は、支持層６を構成する材料に予圧をかけた場合にその改良を見出した。

特に、１０％〜２０％の範囲の体積百分率で圧縮して縮めたＲｅｓｅｌｇｉｔ ｍｉｃｒｏｃｅｌｌｕｌａｒｅを使用した場合に非常に高い反動力が見られた。

実際に、本出願人には、この材料が、多くの発泡材料および弾性高分子材料と同様に、変形が大きい場合には非常に速いスプリングバックを有し、変形が小さい場合にははるかに遅いスプリングバックを有することが知れている。予圧により、弾性体は動作範囲内で、変形が小さい場合であっても高速スプリングバックを有する。そのため、上記弾性体の反動力は常に高い。

タイヤ１の最適な諸特性を得るために、タイヤ１は高い引張り強度を有する、すなわち実質的に伸びない可撓性膜９を有する。

軸２ｂを通る断面においてこの可撓性膜９は支持層６に接し、好ましくは外層５と境を接する。

可撓性膜９は実質的にトレッド７の形状に従い、特にホィール２の軸２ｂを通る断面では、図１に示すように約１ｍｍ厚の円周弧プロファイルを有し、軸２ｂに垂直な断面では、図３ｂに示すように中心がホィール２の中心にある輪形状を有する。

可撓性膜９は、好ましくは、実質的に伸びず、連続しており、膜９の両端に配置されてタイヤ１全体を一周する２本以上のロープ９ａに巻かれた糸の織物で構成される。これら糸は、好ましくは、アラミド繊維等の高い引張り強度を有する材料で構成される。

同様の膜が自転車およびオートバイのいくつかの空気タイヤ本体の製造に使用されており、十分な可撓性を持ちながら膜の伸張面において高い引張り強度を有するという利点を有する。

膜９は、容積百分率１０％〜２０％で内部支持層６半径方向に圧縮する。この圧縮は単に、支持層６の断面高さを１０％〜２０％の範囲で減じ、断面のその他の寸法およびホィールの円周を略そのまま残すことによって実施される。

さらに、支持層６の予圧はタイヤ１を剛化させるため、アスファルト路面上でのグリップが低減する。

タイヤ１によって決まるアスファルト路面上でのグリップは、軸８ａを通る断面においてタイヤ１の中心に配置される剛化要素１０の存在によってさらに改良することができる。

剛化要素１０は、垂直負荷力により高い曲げ強さを有することから、好ましくは、主に地面８に対して垂直な方向に延在する。

剛化要素１０は異なる構造を有してよい。好ましい状況では、上記剛化体１０は三角形または台形の断面を有し、図１に示すように膜９と一体である。

この場合、要素１０は膜９を構成するものと同じ糸の織物で構成してよい。この解決策は重量および力の分散の点で都合の良いことが証明されている。

別法として、図４に示すように、要素１０は上記膜９と別個であってよく、アラミドを使用した複合繊維材料または圧縮ポリウレタンもしくは他の樹脂を母材として使用した炭素繊維で構成してよい。

剛化体１０の存在は、地面８上でのタイヤ１のグリップを大幅に低減させる。

剛化要素１０の動作を図３ａおよび図３ｂに示し、上記要素１０を有するホィール２の動作（図３ｂ）と上記要素１０のないホィールの動作とを概略的に比較する。

剛化要素１０が、軸２ｂに垂直な平面においてタイヤ１の大部分に局部変形を拡散させることに気付くことができる。要素１０がタイヤ１の弾性ひいては衝撃緩和性を低減せず、図３ｂに示す図に従って変形可能なことを明記する。

さらに、剛化要素１０は、トレッド７の非中央部近傍、すなわちラウンドカーブを走行中に接地するトレッド部近傍ではタイヤ１のグリップを低減しない。したがって、カーブでのタイヤ１のグリップは低減されない。

実際に、タイヤ１が重力により垂直に応力付加され、水平軸８ａに対して角度αで傾斜すると、その結果として要素１０の作用はより限定される。

最後に、この要素１０は、剛性を増すことにより軸２ｂに垂直な平面においてタイヤ１の負荷分散性を向上させる。

本発明は重要な利点を達成する。

実際に、タイヤ１は実質的に、パンクの危険性に曝されることなく、空気タイヤと同じ転がり性能および快適さを有する。

さらなる利点は重量が低いことである。実際に、タイヤの大部分を構成するＲｅｓｅｌｇｉｔ ｍｉｃｒｏｃｅｌｌｕｌａｒｅは０．２〜０．８ｋｇ／ｄｍ^３の範囲の特定の重量を有する。

本発明によるタイヤを、タイヤが嵌め込まれるホィールの回転軸を通る断面で示す。 傾斜位置にある自転車等のホィールを概略的に示す。 従来の自己支持型タイヤの動作を、タイヤが嵌め込まれるホィールの回転軸に対して垂直な断面で概略的に示す。 本発明による自己支持型タイヤの動作を、タイヤが嵌め込まれるホィールの回転軸に垂直な断面で概略的に示す。 本発明によるタイヤの詳細の変形形態を示す。

Claims (6)

1. 自転車、オートバイ等のホィール用の自己支持型タイヤであって、内部に空気またはガスを持たず、
   地面（８）との接触に適した外層（５）と、
   該タイヤ（１）の内容積の少なくとも一部を占め、気泡構造を有する可撓性ポリウレタンエラストマーで構成される、前記外層（５）の支持に適し、前記外層（５）と結合されている内部支持層（６）と、を備え、
   前記外層（５）の形状を有し、前記外層（５）と結合され、かつ、伸びることなく可撓性を有する材料で形成され、前記内部支持層（６）を、該タイヤ（１）の中心に向かって、半径方向に圧縮している可撓性膜（９）と、
   前記内部支持層（６）に組み込まれ、前記内部支持層の剛性の増加に適し、ホィール（２）の軸（２ｂ）に垂直な平面で前記内部支持層（６）に耐曲げ性をもたせる剛化要素（１０）と、を備え、
   前記剛化要素（１０）は該タイヤ（１）と前記地面（８）とのグリップを低減するように構成されることを特徴とする自己支持型タイヤ。
2. 前記可撓性膜（９）は、圧縮により１０％〜２０％の範囲の体積百分率で前記内部支持層（６）の体積を半径方向に縮める、請求項１記載の自己支持型タイヤ。
3. 前記内部支持層（６）は該タイヤ（１）の内容積の残りを充填する、請求項１記載の自己支持型タイヤ。
4. 前記可撓性膜（９）は、該可撓性膜（９）の両端に配置される複数のロープ（９ａ）の端から前記剛化要素（１０）の端までの糸の織物で構成される、請求項１記載の自己支持型タイヤ。
5. 前記剛化要素（１０）は、該タイヤ（１）の中心に、前記ホィール（２）の前記回転軸（２ｂ）に垂直な平面上に配置され、前記可撓性膜（９）と一体であっても、または前記可撓性膜（９）と別個でもよい、請求項１記載の自己支持型タイヤ。
6. 前記剛化要素（１０）は、三角形の形状の断面を有し、該タイヤ（１）の弾性も、該タイヤ（１）の非中央部近傍での該タイヤ（１）のグリップも低減せず、該タイヤ（１）の負荷分散性を顕著に向上させる、請求項１記載の自己支持型タイヤ。

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