JP6535498B2 - 非空気圧タイヤ - Google Patents

Description

本発明は、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る外側環状部と、前記内側環状部と前記外側環状部とを連結する連結部とを備える非空気圧タイヤ（ｎｏｎ−ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｔｉｒｅ）に関する。

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、弾性を高め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。

非空気圧タイヤとして、例えば、下記の特許文献１には、円形の第１バンドと、前記第１バンドを離隔状態で囲み、前記第１バンドよりも大きな直径を有する第２バンドと、前記第１バンドと前記第２バンドを連結し、前記第１バンドと前記第２バンドとの間に複数個が配置されて外部から加えられた荷重により収縮または膨張するスポークと、を含み、前記第２バンドの外側面に連結されるトレッドと、前記第２バンドと前記トレッドとの間に位置した補強層と、をさらに含むエアレスタイヤが記載されている。

また、下記の特許文献２には、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、前記内側環状部から前記外側環状部まで延び、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が記載されている。この非空気圧タイヤでは、外側環状部の外側に、外側環状部の曲げ変形を補強する補強層が設けられ、補強層の更に外側にトレッドゴムが設けられている。

ところで、特許文献１の補強層は、補強の目的で設けられるため、第２バンドやトレッドと異なる材料で形成されているものと考えられる。同様に特許文献２の補強層は、外側環状部やトレッドゴムと異なる材料で形成されているものと考えられる。このような異種材料間の界面では剥離が生じやすく、非空気圧タイヤの耐久性が問題となり得る。

特開２０１４−８９５８号公報 特開２０１４−１７２４０４号公報

そこで、本発明の目的は、耐久性を向上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る外側環状部と、前記内側環状部と前記外側環状部とを連結する連結部とを備える非空気圧タイヤであって、前記外側環状部は、基材部と、前記基材部の中に埋設され、かつ前記基材部と異なる材料により形成された環状層とを備え、前記環状層には、前記環状層を貫通する開口部が形成されてい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る外側環状部と、内側環状部と外側環状部とを連結する連結部とを備えている。外側環状部は、基材部と、基材部の中に埋設された環状層とを備えているが、基材部と環状層は互いに異なる材料で形成されているため、基材部と環状層の間の界面では剥離が生じやすい。本発明では、環状層を貫通する開口部が環状層に形成されており、環状層よりもタイヤ径方向内側の基材部とタイヤ径方向外側の基材部とが開口部を通じて連結されるため、基材部と環状層の間の界面での剥離を防いで耐久性を向上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、前記環状層に対する前記開口部の開口率は、０．０５％以上であることが好ましい。この構成によれば、環状層よりもタイヤ径方向内側の基材部とタイヤ径方向外側の基材部とが開口部を通じて十分な面積で連結されるため、基材部と環状層の間の界面での剥離を適切に防ぐことができる。

本発明にかかる非空気圧タイヤにおいて、前記開口部は、前記環状層のタイヤ幅方向両端から前記環状層の全幅のそれぞれ２．５％以内の範囲に形成されていることが好ましい。基材部と環状層の間の界面での剥離は、環状層のタイヤ幅方向両端から生じやすいため、タイヤ幅方向両端から環状層の全幅のそれぞれ２．５％以内の範囲に開口部を形成することで、界面での剥離を適切に防ぐことができる。

本発明にかかる非空気圧タイヤにおいて、前記開口部は、円形であることが好ましい。開口部を円形とすることで、開口部を起点とした環状層及び基材部の故障を抑制できるため、耐久性を向上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、前記開口部は、タイヤ周方向に均一に複数形成されていることが好ましい。この構成によれば、基材部と環状層の間の界面での剥離をタイヤ全周にわたって適切に防ぐことができる。

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の一例を示す底面図 図２の非空気圧タイヤのＡ−Ａ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底面図である。ただし、図２は底面図の一部のみを拡大して示している。図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。ここで、Ｏは軸芯を、ＣＤはタイヤ周方向を、ＷＤはタイヤ幅方向を、Ｗはタイヤ幅を、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。ただし、非空気圧タイヤＴは、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、補強部材、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とを連結する複数の連結部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ＷＤの幅Ｗ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。

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、その用途等に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ＷＤの幅Ｗ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。

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、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。

外側環状部２は、基材部２１と、基材部２１の中に埋設された環状層４とを備えている。環状層４は、環状層４よりもタイヤ径方向内側の基材部２１ａと、環状層４よりもタイヤ径方向外側の基材部２１ｂとで挟み込まれた形態となっている。環状層４のタイヤ幅方向ＷＤの幅は、外側環状部２のタイヤ幅方向ＷＤの幅Ｗと同じである。

環状層４は、例えば、外側環状部２の曲げ剛性を高める補強層、非空気圧タイヤＴの衝撃吸収性を高めるクッション層等である。補強層やクッション層としての機能を発揮させるため、環状層４は、外側環状部２の基材部２１とは異なる材料により形成される。基材部２１と環状層４が互いに異なる材料で形成されている場合、基材部２１と環状層４の間の界面では剥離が生じやすい。

本発明の環状層４には、環状層４をタイヤ径方向に貫通する開口部４１が形成されている。本実施形態では、図２に示すように、円形の開口部４１がタイヤ周方向ＣＤに沿って複数形成されている。

本発明では、環状層４を貫通する開口部４１が環状層４に形成されており、図３に示すように、環状層４よりもタイヤ径方向内側の基材部２１ａと環状層４よりもタイヤ径方向外側の基材部２１ｂとが開口部４１を通じて連結される。これにより、基材部２１と環状層４の間の界面での剥離を防いで耐久性を向上させることができる。

環状層４に対する開口部４１の開口率は、０．０５％以上であることが好ましく、０．１％以上であることがより好ましい。また、環状層４に対する開口部４１の開口率は、５０％以下であることが好ましく、２％以下であることがより好ましい。ここでの開口率は、環状層４を平面上に伸ばして展開した際の、環状層４の面積に対する開口部４１の面積の割合である。開口部４１の開口率が０．０５％よりも小さいと、基材部２１ａと基材部２１ｂの結合力が不足するため、剥離を適切に防ぐことができない。開口部４１の開口率が５０％よりも大きいと、環状層４の有する機能が発揮できなくなるとともに、環状層４の耐久性が悪化する。

開口部４１を形成する位置は特に限定されないが、開口部４１は、環状層４のタイヤ幅方向両端から環状層４の全幅Ｗのそれぞれ２．５％以内の範囲に形成されていることが好ましい。基材部２１と環状層４の間の界面での剥離は、環状層４のタイヤ幅方向両端から生じやすいため、タイヤ幅方向両端から環状層４の全幅Ｗのそれぞれ２．５％以内の範囲に開口部４１を形成することで、界面での剥離を適切に防ぐことができる。

本実施形態の開口部４１は円形となっているが、開口部４１の形状はこれに限定されない。例えば、開口部４１は、三角形や四角形などの多角形、楕円形、長孔形等でもよい。ただし、応力の集中を防いで、開口部４１を起点とした環状層４及び基材部２１の故障を抑制する観点からは、円形や楕円形等の角のない形状が好ましい。

開口部４１は、タイヤ周方向ＣＤに均一に複数形成されていることが好ましい。この構成によれば、基材部２１と環状層４の間の界面での剥離をタイヤ全周にわたって適切に防ぐことができる。また、この構成によれば、タイヤ転動時の接地圧変動を抑制することができる。

複数の開口部４１を形成する場合、開口部４１は、本実施形態に示すようにタイヤ幅方向両端にタイヤ周方向ＣＤに沿って配置する以外にも、千鳥配置とすることもできる。ただし、タイヤ幅方向ＷＤのバランスを考慮すると、開口部４１はタイヤ幅方向ＷＤに対称に配置するのが好ましい。

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。連結部３は、ユニフォミティを向上させる観点から、タイヤ周方向ＣＤに規則的に設けることが好ましい。

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、１０〜８０個が好ましく、４０〜６０個がより好ましい。図１には、連結部３を４０個設けた例を示す。

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るが、本実施形態では板状体の例を示す。これらの連結部３は、正面視において、タイヤ径方向又はタイヤ径方向から傾斜した方向に延びている。本発明では、正面視において、連結部３の延設方向が、タイヤ径方向±３０°以内が好ましく、タイヤ径方向±１５°以内がより好ましい。図１では、連結部３が、タイヤ径方向に延設されている例を示す。

連結部３のタイヤ周方向ＣＤ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１〜３０％が好ましく、１〜２０％がより好ましい。

連結部３のタイヤ幅方向ＷＤの幅Ｗ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。

連結部３の形状や配置は、本実施形態に示すものに限定されない。例えば、複数の連結部は、内側環状部１のタイヤ幅方向一方側から外側環状部２のタイヤ幅方向他方側へ向かって延設される第１連結部と、内側環状部１のタイヤ幅方向他方側から外側環状部２のタイヤ幅方向一方側へ向かって延設される第２連結部とが、タイヤ周方向ＣＤに沿って交互に配列された構成でもよい。

非空気圧タイヤＴは、全体としては弾性材料で成形される。ただし、環状層４は、要求される機能によって、弾性材料以外の材料で構成される。例えば、補強層として環状層４を設ける場合には、環状層４は、補強繊維で構成される。補強繊維の例としては、平織りされたＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ）もしくはＧＦＲＰ（Ｇｌａｓｓ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ）等が挙げられる。また、クッション層として環状層４を設ける場合には、環状層４は、ポリウレタン、ゴム等で構成される。ポリウレタン、ゴムの例としては、ウレタン発泡体、衝撃吸収材（製品名：ハネナイト等）等が挙げられる。

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。

弾性材料で成形された内側環状部１、中間環状部２、外側環状部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。

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。

１ 内側環状部
２ 外側環状部
３ 連結部
４ 環状層
２１ 基材部
２１ａ タイヤ径方向内側の基材部
２１ｂ タイヤ径方向外側の基材部
Ｔ 非空気圧タイヤ

Claims (5)

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る外側環状部と、前記内側環状部と前記外側環状部とを連結する連結部とを備える非空気圧タイヤであって、
   前記外側環状部は、基材部と、前記基材部の中に埋設され、かつ前記基材部と異なる材料により形成された環状層とを備え、
   前記環状層は、前記環状層よりもタイヤ径方向内側の前記基材部と、前記環状層よりもタイヤ径方向外側の前記基材部とで挟み込まれた形態となっており、
   前記環状層には、前記環状層を貫通する開口部が形成されており、
   前記環状層よりもタイヤ径方向内側の前記基材部と前記環状層よりもタイヤ径方向外側の前記基材部とが前記開口部を通じて連結されていることを特徴とする非空気圧タイヤ。
2. 前記環状層に対する前記開口部の開口率は、０．０５％以上であ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. 前記開口部は、前記環状層のタイヤ幅方向両端から前記環状層の全幅のそれぞれ２．５％以内の範囲に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. 前記開口部は、円形であ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. 前記開口部は、タイヤ周方向に均一に複数形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。

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