JP5961516B2 - 非空気圧タイヤ - Google Patents

Description

本発明は、タイヤ構造部材として、車両からの荷重を支持する支持構造体を備える非空気圧タイヤ（ｎｏｎ−ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｔｉｒｅ）に関するものであり、好ましくは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力は、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、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力はない。また、非空気圧タイヤでは、弾性を下げてクッション性を改善することも可能であるが、空気入りタイヤが有するような荷重支持能または耐久性が悪くなるという問題がある。

下記特許文献１には、各サイドウォール面で交互に開口するようにタイヤ半径方向に互い違いに凹部を形成し、タイヤ半径方向に伸縮自在な断面略ジグザク状のバネ弾性部を形成することで、衝撃吸収性を向上させた非空気圧タイヤが記載されている。しかし、このようにサイドウォール面に凹部を形成したジグザク状のバネ弾性部は、タイヤ径方向に圧縮された際に凹部が潰れてしまい、衝撃吸収能力を十分に発揮できない。

また、下記特許文献２には、タイヤに加わる荷重を支持する補強された環状バンドと、この補強された環状バンドとホイールまたはハブとの間で張力によって荷重力を伝達する複数のウェブスポークを有することで、衝撃吸収能力と耐久性を向上させた非空気圧タイヤが記載されている。しかし、このような非空気圧タイヤは、ウェブスポークがタイヤ周方向に非連続で設けられているため、タイヤ転動時に接地箇所によって衝撃吸収能力にばらつきが生じる問題があった。

特開平１−９５９０５号公報 特表２００５−５００９３２号公報

そこで、本発明の目的は、衝撃吸収性を向上させた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、車両からの荷重を支持する支持構造体を備える非空気圧タイヤにおいて、前記支持構造体は、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、タイヤ周方向に連続して設けられた連結部とを備え、前記連結部のタイヤ幅方向の断面形状は、前記内側環状部の外周面の始端位置からタイヤ径方向に対して傾斜する方向に延び、前記内側環状部と前記外側環状部の間で終端する第１連結部と、前記外側環状部の内周面の始端位置からタイヤ径方向に対して傾斜する方向に延び、前記内側環状部と前記外側環状部の間で終端する第２連結部と、前記第１連結部の終端と前記第２連結部の終端を連結し、前記第１連結部と前記第２連結部に対してそれぞれ屈曲して延びる中間連結部とを有することを特徴とする。

本発明の非空気圧タイヤは、内側環状部と外側環状部とを連結する連結部を備え、この連結部のタイヤ幅方向の断面形状は、第１連結部、第２連結部、及び第１連結部と第２連結部に対して屈曲して延びる中間連結部とを有し、全体としてバネ状をしているため、連結部はタイヤ径方向に弾性変形することができ、衝撃吸収性を向上させることができる。さらに、連結部はタイヤ周方向に連続して設けられているため、タイヤ転動時に接地箇所によって衝撃吸収能力にばらつきが生じることもない。

本発明にかかる非空気圧タイヤにおいて、前記第１連結部、前記第２連結部、及び前記中間連結部は、それぞれ直線状であることが好ましい。例えば、連結部が直線状と弧状で構成される場合、他と比較して弧状の部分が屈曲しやすいため、その部分に応力が集中する。これに対し、本発明の連結部はすべて直線状のため、連結部の応力集中を抑えることができる。応力集中が生じにくいため、応力集中が生じやすい略Ｓ字状断面の連結部と比較して、耐久性確保のために必要な連結部の弾性を下げることができ、それにより衝撃吸収性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、前記第１連結部は、始端がタイヤ幅方向の一方側に位置し、終端がタイヤ幅方向の他方側に位置し、かつ前記第２連結部は、始端が前記他方側に位置し、終端が前記一方側に位置することが好ましい。この構成によれば、第１連結部、第２連結部、及び中間連結部が、タイヤ幅方向において広範囲に配置されるため、衝撃吸収性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、前記第１連結部と前記中間連結部が形成する角度、及び前記第２連結部と前記中間連結部が形成する角度は、前記内側環状部と前記第１連結部が形成する角度、及び前記外側環状部と前記第２連結部が形成する角度の１．８〜３．６倍であることが好ましい。この構成によれば、タイヤ径方向への変位量（以下、縦変位量ともいう）に対するタイヤ幅方向への変位量（以下、横変位量ともいう）を小さくすることができるため、走行の際にタイヤがタイヤ幅方向に屈曲するのを抑制でき、耐久性及び操縦安定性を維持できる。

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タイヤ幅方向断面図 他の実施形態に係る非空気圧タイヤのタイヤ幅方向断面図 他の実施形態に係る非空気圧タイヤのタイヤ幅方向断面図 他の実施形態に係る非空気圧タイヤのタイヤ幅方向断面図

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は本発明の非空気圧タイヤの一例を示す正面図である。図２は、本発明の非空気圧タイヤの一例を示すタイヤ幅方向の断面図であって、図１のＩ−Ｉ断面図である。ここで、Ｏは軸芯を、ＷＤはタイヤ幅方向を、ＲＤはタイヤ径方向を、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、車両からの荷重を支持する支持構造体を備えている。支持構造体は、内側環状部１と、その外側に同心円状に設けられる外側環状部２と、内側環状部１と外側環状部２とを連結し、タイヤ周方向に連続して設けられた連結部３とを備えている。

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の厚みは、連結部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６〜３０％が好ましく、８〜２０％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が、例えば、５０〜５６０ｍｍが好ましく、８０〜２００ｍｍがより好ましい。

内側環状部１のタイヤ幅方向ＷＤの幅は、用途、車軸の長さ等に応じて適宜決定されるが、例えば、３０〜１００ｍｍが好ましく、４０〜８０ｍｍがより好ましい。

内側環状部１の引張モジュラスは、連結部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、１〜１８００００ＭＰａが好ましく、１〜５００００ＭＰａがより好ましい。なお、本実施形態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％伸び時の引張応力の値である。

内側環状部１の弾性材料の引張弾性率は、衝撃吸収性の向上を図る観点から、１〜１００ＭＰａが好ましく、５〜５０ＭＰａがより好ましい。

外側環状部２は、タイヤ幅方向ＷＤに厚みが変化する円筒形状である。外側環状部２の外周面は、トレッド面となる。このトレッド面は、図２に示されるように、タイヤ幅方向断面において、タイヤ径方向外側へ向かって凸となる曲率が設けられており、タイヤ幅方向ＷＤの中央部から両側端へ向かって外径が徐々に小さくなった円弧状をしている。トレッド面に曲率が設けられていることで、キャンバーを付けてコーナリングする車両に用いられる際にも接地面積が小さくなりすぎず、直進走行時とコーナリング時との間の接地面積の変動が少なくなる。トレッド面の曲率半径は、３０〜１００ｍｍが好ましく、４０〜６５ｍｍがより好ましい。曲率半径が３０ｍｍより小さい場合、キャンバー時の接地面積が過大となり、グリップ性能が急激に増加するため、急停止に近い状況となってしまう。また、曲率半径が１００ｍｍよりも大きい場合、キャンバー時の接地面積が過小となり、グリップ性能が急激に低下するため、滑りが発生してしまう。トレッド面には、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。

外側環状部２の内径は、その用途等に応じて適宜決定されるが、例えば、１００〜６００ｍｍが好ましく、１２０〜３００ｍｍがより好ましい。

外側環状部２のタイヤ幅方向ＷＤの幅は、用途等に応じて適宜決定されるが、例えば、３０〜１００ｍｍが好ましく、４０〜８０ｍｍがより好ましい。

外側環状部２の引張モジュラスは、連結部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、１〜１８００００ＭＰａが好ましく、１〜５００００ＭＰａがより好ましい。

外側環状部２の弾性材料の引張弾性率は、衝撃吸収性の向上を図る観点から、１〜１００ＭＰａが好ましく、５〜５０ＭＰａがより好ましい。

連結部３は、内側環状部１と外側環状部２とを連結し、タイヤ周方向に連続して設けられている。連結部３のタイヤ幅方向ＷＤの断面形状は、図２に示すように、内側環状部１の外周面１ａの始端位置からタイヤ径方向ＲＤに対して傾斜する方向に延び、内側環状部１と外側環状部２の間で終端する第１連結部３１と、外側環状部２の内周面２ａの始端位置からタイヤ径方向ＲＤに対して傾斜する方向に延び、内側環状部１と外側環状部２の間で終端する第２連結部３２と、第１連結部３１の終端と第２連結部３２の終端を連結し、第１連結部３１と第２連結部３２に対してそれぞれ屈曲して延びる中間連結部３３とを有する。

第１連結部３１、第２連結部３２、及び中間連結部３３は、それぞれ直線状であることが好ましい。本実施形態では、第１連結部３１、第２連結部３２、及び中間連結部３３が全体として略Ｚ字状の連結部３を構成している。

第１連結部３１は、始端３１ａがタイヤ幅方向ＷＤの一方側ＷＤ１に位置し、終端３１ｂがタイヤ幅方向ＷＤの他方側ＷＤ２に位置している。また、第２連結部３２は、始端３２ａがタイヤ幅方向ＷＤの他方側ＷＤ２に位置し、終端３２ｂがタイヤ幅方向ＷＤの一方側ＷＤ１に位置する。これにより、中間連結部３３は、タイヤ幅方向ＷＤの一方側ＷＤ１と他方側ＷＤ２との間で延びている。

第１連結部３１と中間連結部３３が形成する角度Ｂ、及び第２連結部３２と中間連結部３３が形成する角度Ｃは、内側環状部１と第１連結部３１が形成する角度Ａ、及び外側環状部２と第２連結部３２が形成する角度Ｄの１．８〜３．６倍であることが好ましい。例えば、角度Ｂ及びＣは２０〜９０°、角度Ａ及びＤは１０〜４５°である。ここで、角度Ａ〜Ｄは、第１連結部３１、第２連結部３２、及び中間連結部３３の中心線同士がなす角度とする。角度Ｂ及びＣを角度Ａ及びＤの１．８〜３．６倍とすることで、横変位量／縦変位量が減少し、耐久性が改善される。横変位量／縦変位量が大きいと、走行の際にタイヤが横方向（タイヤ幅方向ＷＤ）に屈曲しやすくなるため、耐久性が損なわれ、操縦安定性も悪化する。角度Ｂ及びＣが角度Ａ及びＤの１．８倍よりも小さいと、連結部３に占める第１連結部３１及び第２連結部３２の割合が大きくなり、第１連結部３２及び第２連結部の異常屈曲が起こりやすくなるため、タイヤ自体も横方向に歪みやすくなる。一方、角度Ｂ及びＣが角度Ａ及びＤの３．６倍よりも大きいと、連結部３に占める中間連結部３３の割合が大きくなり、中間連結部３３の異常屈曲が起こりやすくなるため、タイヤ自体も横方向に歪みやすくなる。

連結部３の厚みは、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、タイヤ断面高さＨの３〜２０％が好ましく、６〜１６％がより好ましい。なお、第１連結部３１の厚みｔ１、第２連結部３２の厚みｔ２、及び中間連結部３３の厚みｔ３は、互いに異なってもよく、また、延設方向に一定である必要はない。

内側環状部１、外側環状部２、第１連結部３１、第２連結部３２、及び中間連結部３３は、応力集中を防いで耐久性を向上させるために、互いの連結箇所に丸みを持たせている。丸みの半径は、例えば、０．５〜４ｍｍである。

連結部３の引張モジュラスは、内側環状部１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、１〜１８００００ＭＰａが好ましく、１〜５００００ＭＰａがより好ましい。

連結部３の弾性材料の引張弾性率は、衝撃吸収性の向上を図る観点から、１〜１００ＭＰａが好ましく、５〜５０ＭＰａがより好ましい。

非空気圧タイヤＴ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弾性率が、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、好ましくは引張弾性率が１〜１００ＭＰａであり、より好ましくは５〜５０ＭＰａ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。

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も使用可能である。

上記の弾性材料のうち、成形・加工性やコストの観点から、ポリウレタン樹脂で成形されるのが好ましい。

弾性材料で成形された内側環状部１、外側環状部２、及び連結部３は、補強繊維により補強されていることが好ましい。

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、タイヤ幅方向ＷＤ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。

本発明における非空気圧タイヤＴは弾性材料で成形されるが、非空気圧タイヤＴを製造する際に、一体成形が可能となる観点から、内側環状部１、外側環状部２、及び連結部３は、補強構造を除いて基本的に同じ材質とすることが好ましい。

［他の実施形態］
（１）前述の実施形態では、連結部３は直線状の中間連結部３３を有している例を示したが、中間連結部３３は直線状でなくともよい。他の実施形態にかかる非空気圧タイヤのタイヤ幅方向断面図を図３Ａ及び図３Ｂに示す。ただし、図３Ａ及び図３Ｂは内側環状部１、外側環状部２、及び連結部３を模式的に表している。図３Ａは、中間連結部３３が中央部で１回屈曲する例を示す。図３Ｂは、中間連結部３３が２回屈曲する例を示す。なお、図３Ａのように、第１連結部３１と第２連結部３２は、始端３１ａ，３２ａがタイヤ幅方向ＷＤの一方側ＷＤ１に位置し、終端３１ｂ，３２ｂがタイヤ幅方向ＷＤの他方側ＷＤ２に位置するようにしてもよい。

（２）また、第１連結部３１の始端３１ａは、内側環状部１の外周面のタイヤ幅方向ＷＤの端部に位置する必要はなく、同様に、第２連結部３２の始端３２ａは、外側環状部２の内周面のタイヤ幅方向ＷＤの端部に位置する必要はない。例えば、図４のように、第１連結部３１の始端３１ａは、内側環状部１の外周面のタイヤ幅方向ＷＤの中央部に位置し、第２連結部３２の始端３２ａは、外側環状部２の内周面のタイヤ幅方向ＷＤの中央部に位置してもよい。

（３）前述の実施形態では、外側環状部２の外周面がトレッド面となっているが、外側環状部２の外周側にトレッド層を別途設けてもよい。

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。尚、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。

衝撃吸収性
試験タイヤに５０ｋｇの錘を載せ、５０ｍｍの高さから自由落下させて、タイヤ着地時のホイール中心部にかかる上下方向の衝撃加速度を測定した。一つのサンプルにつき５回測定し、平均値を結果とする。表１に衝撃加速度の測定結果を示す。衝撃加速度が小さいほど、衝撃吸収性に優れていることを示す。

耐久性
試験タイヤに５０ｋｇの錘を載せ、ドラム上で走行させることで、故障が発生するまでの走行距離を測定した。表１に走行距離の測定結果を示す。走行距離が長いほど、耐久性に優れていることを示す。

横変位量／縦変位量
縦方向（タイヤ径方向）でタイヤに荷重を負荷し、１０ｍｍ変位時の外側環状部の横方向（タイヤ幅方向）の変位量を測定して算出した。表１に測定結果を示す。

比較例１
連結部を設けない、いわゆるソリッドタイヤを比較例１とした。

実施例１〜６
図２のような連結部３を設けた非空気圧タイヤを実施例１〜６とした。第１連結部３１、第２連結部３２、中間連結部３３の角度Ａ〜Ｄは表１のように設定した。

表１のように、実施例１〜６は、連結部３を設けたために、比較例１に比べ衝撃加速度が小さくなっている。また、実施例２〜５のように、角度Ｂ又はＣを角度Ａ又はＤの１．８〜３．６倍とすることで、実施例１及び６に比べ、縦変位量に対する横変位量を小さくすることができ、耐久性が向上している。

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 連結部
３１ 第１連結部
３１ａ 第１連結部の始端
３１ｂ 第１連結部の終端
３２ 第２連結部
３２ａ 第２連結部の始端
３２ｂ 第２連結部の終端
３３ 中間連結部
Ｔ 非空気圧タイヤ
ＷＤ タイヤ幅方向

Claims (3)

1. 車両からの荷重を支持する支持構造体を備える非空気圧タイヤにおいて、
   前記支持構造体は、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、タイヤ周方向に連続して設けられた連結部とを備え、
   前記連結部のタイヤ幅方向の断面形状は、前記内側環状部の外周面の始端位置からタイヤ径方向に対して傾斜する方向に延び、前記内側環状部と前記外側環状部の間で終端する第１連結部と、前記外側環状部の内周面の始端位置からタイヤ径方向に対して傾斜する方向に延び、前記内側環状部と前記外側環状部の間で終端する第２連結部と、前記第１連結部の終端と前記第２連結部の終端を連結し、前記第１連結部と前記第２連結部に対してそれぞれ屈曲して延びる中間連結部とを有し、
   前記第１連結部、前記第２連結部、及び前記中間連結部は、それぞれ直線状であることを特徴とする非空気圧タイヤ。
2. 前記第１連結部は、始端がタイヤ幅方向の一方側に位置し、終端がタイヤ幅方向の他方側に位置し、かつ前記第２連結部は、始端が前記他方側に位置し、終端が前記一方側に位置す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. 前記第１連結部と前記中間連結部が形成する角度、及び前記第２連結部と前記中間連結部が形成する角度は、前記内側環状部と前記第１連結部が形成する角度、及び前記外側環状部と前記第２連結部が形成する角度の１．８〜３．６倍であ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。

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