JP6143660B2

JP6143660B2 - 非空気圧タイヤ

Info

Publication number: JP6143660B2
Application number: JP2013257005A
Authority: JP
Inventors: 健史宮本
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2013-12-12
Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2017-06-07
Anticipated expiration: 2033-12-12
Also published as: JP2015113017A

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−ｐｎｅｕｍａｔｉｃｔｉｒｅ）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、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力はない。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、多数のスポークをタイヤ周方向に間欠的に配列したスポーク構造体を、タイヤ幅方向に複数に分割した分割構造体とするとともに、互いに隣接する分割構造体間でスポークの位置をタイヤ周方向に互いにずらせた配置にした非空気圧タイヤが記載されている。この構成によれば、タイヤ周方向に対するスポーク相互の間隔を小さくし、タイヤ周方向の各位置での圧縮剛性差を小さくできるため、走行時の振動を抑制し、乗り心地を向上することができる。

しかし、特許文献１の非空気圧タイヤは、各分割構造体において、スポーク同士の間隔は一定となっている。このように、同一形状のスポークがタイヤ周方向に沿って等間隔で設けられた場合、タイヤ転動時に一定の周期で一定の大きさの打撃音が発生して、その次数成分の騒音が発生し、その次数成分以外の周波数では騒音があまり発生しないため、結果的に騒音が目立ってしまう問題がある。

そこで、下記特許文献２には、スポークの円周上配列に起因する騒音の低減を目的として、スポークの円周上配列をランダムとした非空気圧タイヤが記載されている。しかし、同一形状のスポークをスポーク同士の間隔を変えながらランダムに配置すると、タイヤ剛性がタイヤ周方向で変動するため、操縦安定性能が低下するおそれがある。

特開２００８−２２２０３８号公報特開２０１２−１２６３７９号公報

そこで、本発明の目的は、タイヤ周方向の剛性変動を抑制しつつ、騒音のピークレベルを低下させることが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、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、タイヤ周方向に各々独立して設けられた複数の連結部とを備える非空気圧タイヤにおいて、
前記連結部と前記外側環状部の複数の結合部は、少なくとも２種類以上のタイヤ周方向の結合部長さを有し、かつ、隣り合う前記結合部同士の間隔が一定であって、
各連結部のタイヤ径方向における曲げ剛性は、複数の前記連結部のうちで最小の曲げ剛性の１１０％以内であ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、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、内側環状部と外側環状部とを連結し、タイヤ周方向に各々独立して設けられた複数の連結部とを備えている。連結部と外側環状部の結合部は、少なくとも２種類以上のタイヤ周方向の結合部長さを有し、かつ、隣り合う結合部同士の間隔を一定としているため、タイヤ転動時に一定の周期と大きさの結合部による打撃音が発生せず、タイヤ転動時の騒音の周波数を分散させ、騒音のピークレベルを低下させることができる。一方、結合部長さを２種類以上とすると、タイヤ周方向の剛性が不均一となり操縦安定性能が低下する傾向があるが、各連結部のタイヤ径方向における曲げ剛性を、複数の連結部のうちで最小の曲げ剛性の１１０％以内とすることで、タイヤ周方向の剛性変動を抑制して操縦安定性能を維持できる。

本発明にかかる非空気圧タイヤにおいて、前記複数の連結部は、タイヤ幅方向の連結部幅が異なる２種類以上の連結部で構成されていることが好ましい。この構成によれば、結合部のタイヤ周方向長さを２種類以上としながら、連結部のタイヤ径方向における曲げ剛性を容易に調整して均一化できるため、タイヤ周方向の剛性変動を抑制しつつ、騒音のピークレベルを低下させることができる。

本発明にかかる非空気圧タイヤにおいて、前記複数の連結部は、表面にタイヤ径方向に沿って延びる溝が形成されていることが好ましい。

本発明にかかる非空気圧タイヤにおいて、前記複数の連結部は、表面に小穴が形成されていることが好ましい。

本発明にかかる非空気圧タイヤにおいて、前記複数の連結部は、材料が異なる連結部で構成されていることが好ましい。

これらの構成によれば、結合部のタイヤ幅方向長さを変更することなく、連結部のタイヤ径方向における曲げ剛性を容易に調整して均一化できるため、タイヤ周方向の剛性変動を抑制しつつ、騒音のピークレベルを低下させることができる。

本発明の非空気圧タイヤの一例を示す正面図本発明の非空気圧タイヤを側面から見たトレッド面の展開図他の実施形態に係る連結部の斜視図他の実施形態に係る連結部の斜視図

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。初めに、本発明の非空気圧タイヤＴの構成を説明する。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、車両からの荷重を支持する支持構造体ＳＳを有するものである。本発明の非空気圧タイヤＴは、このような支持構造体ＳＳを備えるものであればよく、その支持構造体ＳＳの外側（外周側）や内側（内周側）に、トレッドに相当する部材、補強層、車軸やリムとの適合用部材などを備えていてもよい。

本実施形態の非空気圧タイヤＴは、図１の正面図に示すように、支持構造体ＳＳが、内側環状部１と、そ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とを連結し、タイヤ周方向ＣＤに各々独立して設けられた複数の連結部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のタイヤ幅方向の幅は、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、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、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、ＪＩＳＫ７３１２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。

本発明における支持構造体ＳＳは、弾性材料で成形されるが、支持構造体ＳＳ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。

本発明における弾性材料とは、ＪＩＳＫ７３１２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。

弾性材料で一体成形された支持構造体ＳＳは、内側環状部１、外側環状部２、及び連結部３が、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。

外側環状部２の形状は、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の厚みは、連結部３からの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のタイヤ幅方向の幅は、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６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６を設けない場合には、連結部３からの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。

外側環状部２の引張モジュラスを高める場合、弾性材料を繊維等で補強した繊維補強材料が好ましい。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。

連結部３は、内側環状部１と外側環状部２とを連結するものであり、両者の間に適当な間隔を置いて、タイヤ周方向ＣＤに各々が独立するように複数設けられる。

図２は、図１の非空気圧タイヤＴをタイヤ径方向外側から見たトレッド面の展開図である。なお、非空気圧タイヤＴをタイヤ径方向外側から見た際、実際には外側環状部２等により連結部３は見えないが、図２では連結部３を実線にて記載している。連結部３と外側環状部２とが結合する部分を結合部３０とすると、複数の結合部３０は、少なくとも２種類以上のタイヤ周方向ＣＤの結合部長さを有する。本実施形態では、複数の結合部３０は、３種類の結合部長さａ，ｂ，ｃを有しており、結合部長さがａである連結部を連結部３Ｓとし、結合部長さがｂである連結部を連結部３Ｍとし、結合部長さがｃである連結部を連結部３Ｌとする。本実施形態では、結合部長さａより結合部長さｂが長く、結合部長さｂより結合部長さｃが長い。このとき、結合部長さｂ及び結合部長さｃは、結合部長さａの３００％以内とすることが好ましい。

複数の連結部３は、３種類の連結部３Ｓ，３Ｍ，３Ｌをタイヤ周方向ＣＤに沿ってそれぞれ配列されて構成されている。例えば、連結部３Ｓ，３Ｍ，３Ｌは、３Ｓ、３Ｍ、３Ｌ、３Ｓ、３Ｓ、３Ｌ、・・・のように配列される。また、図１に示す例では、３Ｓ、３Ｍ、３Ｌ、３Ｓ、３Ｍ、３Ｌ、・・・のように配列されている。ただし、連結部３Ｓ，３Ｍ，３Ｌの配列は、これらに限定されず、適宜設定可能である。

隣り合う結合部３０同士の間隔は一定となっている。本実施形態では、連結部３Ｓと連結部３Ｍとの間隔Ｌ１、連結部３Ｍと連結部３Ｌとの間隔Ｌ２、及び連結部３Ｌと連結部３Ｓとの間隔Ｌ３が等しくなっている。同様に、すべての隣り合う結合部３０同士の間隔が等しくなっている。

タイヤ全体の連結部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、１０〜１２０個が好ましく、４０〜１００個がより好ましい。

個々の連結部３の形状としては、板状体、柱状体などが挙げられ、連結部３の断面形状は矩形となっている。これらの連結部３は、正面視断面において、半径方向又は半径方向から傾斜した方向に延びている。本発明では、正面視断面において、連結部３の延設方向が、半径方向±２５°以内が好ましく、半径方向±１５°以内がより好ましく、半径方向が最も好ましい。

連結部３のタイヤ周方向厚みは、内側環状部１および外側環状部２からの力を十分伝達しつつ、軽量化や耐久性の向上を図る観点から、タイヤ断面高さＨの１〜３０％が好ましく、１〜２０％がより好ましい。

各連結部３のタイヤ径方向における曲げ剛性は、複数の連結部３のうちで最小の曲げ剛性の１１０％以内である。好ましくは、各連結部３の曲げ剛性を同じとする。

本実施形態において、連結部３Ｓが３種類の連結部のうちで最小の曲げ剛性Ａであるとする。このとき、例えば、連結部３Ｓの断面２次モーメントをＩ_Ｓ、連結部３Ｍの断面２次モーメントをＩ_Ｍとすると、連結部３Ｍの曲げ剛性ＢはＡ×（Ｉ_Ｍ／Ｉ_Ｓ）である。連結部３Ｍの曲げ剛性Ｂが連結部３Ｓの曲げ剛性Ａの１１０％以内となるように、連結部３Ｓと連結部３Ｍの形状や材質が設定される。同様に、連結部３Ｌの曲げ剛性Ｃが連結部３Ｓの曲げ剛性Ａの１１０％以内となるように、連結部３Ｓと連結部３Ｌの形状や材質が設定される。本実施形態では、図２に示すように、タイヤ幅方向ＷＤの連結部幅を異ならせることで、連結部３Ｓ，３Ｍ，３Ｌの曲げ剛性を調整している。

連結部３のタイヤ幅方向の幅は、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。

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、５〜５０ＭＰａが好ましく、７〜２０ＭＰａがより好ましい。

本実施形態では、図１に示すように、支持構造体ＳＳの外側環状部２の外側に、その外側環状部２の曲げ変形を補強する補強層６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６の更に外側にトレッドゴム７が設けられている例を示す。補強層６、トレッドゴム７としては、従来の空気入りタイヤのベルト層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。

［他の実施形態］
（１）前述の実施形態では、連結部３のタイヤ径方向における曲げ剛性を調整するために、連結部３のタイヤ幅方向の連結部幅を異ならせたが、図３に示すように、連結部３の表面にタイヤ径方向に沿って延びる溝４を適宜形成してもよい。

また、連結部３のタイヤ径方向における曲げ剛性を調整するために、図４に示すように、連結部３の表面に小穴５を形成してもよい。

また、連結部３のタイヤ径方向における曲げ剛性を調整するために、連結部３を構成する材料を異ならせてもよい。

（２）前述の実施形態では、複数の連結部３を３種類の連結部で構成しているが、４種類以上の連結部で構成しても構わない。ただし、本発明の作用効果を奏しつつ、構造を簡素化して製造を容易にする観点から、３〜５種類の連結部で構成するのが好ましい。

（３）本発明の他の実施形態として、内側環状部１と、その内側環状部１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２と、内側環状部１と中間環状部とを連結し、タイヤ周方向ＣＤに各々独立して設けられた複数の内側連結部と、外側環状部２と中間環状部とを連結し、タイヤ周方向ＣＤに各々独立して設けられた複数の外側連結部とを備える非空気圧タイヤにおいて、外側連結部と外側環状部２の複数の結合部は、少なくとも２種類以上のタイヤ周方向の結合部長さを有し、かつ、隣り合う結合部同士の間隔が一定であって、各外側連結部のタイヤ径方向における曲げ剛性は、複数の外側連結部のうちで最小の曲げ剛性の１１０％以内であるものでもよい。すなわち、本発明では、外側環状部２に連結される複数の外側連結部について、結合部長さと曲げ剛性を本発明のように設定すればよく、複数の内側連結部については、形状、個数、配置等は特に限定されない。

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。

ノイズ計測
２名乗車でノイズ測定用コースを６０ｋｍ／ｈの速度で走行したときの音圧を測定した。比較例１のピークレベルを基準とした。

操縦安定性能
４名のパネラーがテストコースにおいて発進、旋回、制動につき総合的に官能テストを行なって評価した。結果は、比較例１を１００としたときの指数で評価した。数値が大きいほど操縦安定性能に優れることを示す。

比較例１
表１に示す寸法および物性等にて、内側リング（内側環状部に相当）、外側リング（外側環状部に相当）、スポーク（連結部に相当）を備える支持構造体、その外周に設けられた３層の補強層、並びにトレッドゴムを備える非空気圧タイヤを作製し、上記性能を評価した。スポークは１種類のみとした。評価結果を表１に併せて示す。

実施例１
表１に示す寸法および物性等にて、内側リング（内側環状部に相当）、外側リング（外側環状部に相当）、スポーク（連結部に相当）を備える支持構造体、その外周に設けられた３層の補強層、並びにトレッドゴムを備える非空気圧タイヤを作製し、上記性能を評価した。スポークは、タイヤ周方向の板厚とタイヤ幅方向の板幅をそれぞれ異ならせた３種類の板状とした。評価結果を表１に併せて示す。

実施例２
表１に示す寸法および物性等にて、内側リング（内側環状部に相当）、外側リング（外側環状部に相当）、スポーク（連結部に相当）を備える支持構造体、その外周に設けられた３層の補強層、並びにトレッドゴムを備える非空気圧タイヤを作製し、上記性能を評価した。スポークは、タイヤ周方向の板厚を異ならせた３種類の板状とした。タイヤ幅方向の板幅は同じとしたが、スポークの表面に図３に示すようなタイヤ径方向に沿って延びる溝を形成することで曲げ剛性を調整した。評価結果を表１に併せて示す。

実施例３
表１に示す寸法および物性等にて、内側リング（内側環状部に相当）、外側リング（外側環状部に相当）、スポーク（連結部に相当）を備える支持構造体、その外周に設けられた３層の補強層、並びにトレッドゴムを備える非空気圧タイヤを作製し、上記性能を評価した。スポークは、タイヤ周方向の板厚を異ならせた３種類の板状とした。タイヤ幅方向の板幅は同じとしたが、スポークの表面に図４に示すような小穴を形成することで曲げ剛性を調整した。評価結果を表１に併せて示す。

表１の結果から以下のことが分かる。実施例１〜３の非空気圧タイヤは、比較例１と比較して、騒音のピークレベルを低下させることができ、タイヤ周方向の剛性変動を抑制して操縦安定性能を維持できた。

１内側環状部
２外側環状部
３連結部
４溝
５小穴
３０結合部
ＳＳ支持構造体
Ｔ非空気圧タイヤ

Claims

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、タイヤ周方向に各々独立して設けられた複数の連結部とを備える非空気圧タイヤにおいて、
前記連結部と前記外側環状部の複数の結合部は、少なくとも２種類以上のタイヤ周方向の結合部長さを有し、かつ、隣り合う前記結合部同士の間隔が一定であって、
各連結部のタイヤ径方向における曲げ剛性は、複数の前記連結部のうちで最小の曲げ剛性の１１０％以内であることを特徴とする非空気圧タイヤ。
前記複数の連結部は、タイヤ幅方向の連結部幅が異なる２種類以上の連結部で構成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。
前記複数の連結部は、表面にタイヤ径方向に沿って延びる溝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。
前記複数の連結部は、表面に小穴が形成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。
前記複数の連結部は、材料が異なる連結部で構成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。