JP6754686B2 - 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。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。

下記特許文献１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が開示されている。このような非空気圧タイヤは、ホイールに直接組み付けられて使用されるが、空気入りタイヤに比べると、乗り心地やノイズ低減が十分ではない。

また、下記特許文献２には、乗り心地を向上させる目的で、アルミホイールに外周面に沿って一定の間隔で陥没された複数の溝部を設け、前記溝部内に振動絶縁体を挿入した非空気圧タイヤが記載されている。しかし、この非空気圧タイヤは、ホイールの外周面に対して接着される構造のため、走行時のトルクにより非空気圧タイヤの内周面とホイールの外周面との間で滑りが生じるおそれがある。

特開２０１５−３９９８６号公報 特開２０１６−４１５７３号公報

そこで、本発明の目的は、ホイールの外周面との間での滑りを抑制しつつ、乗り心地の向上とノイズの低減を図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する連結部とを備える非空気圧タイヤであって、
前記内側環状部の内周面には、装着されるホイールの外周面に形成された複数の被嵌合部とそれぞれ嵌合する複数の嵌合部と、タイヤ周方向に隣り合う前記嵌合部の間に配置されたクッション層とが設けられていることを特徴とする。

本発明の非空気圧タイヤは、内側環状部の内周面に、ホイールの外周面に形成された複数の被嵌合部とそれぞれ嵌合する複数の嵌合部を備えるため、ホイールの外周面との間での滑りを抑制できる。また、内側環状部の内周面には、タイヤ周方向に隣り合う嵌合部の間にクッション層が設けられているため、振動や衝撃を吸収することができ、乗り心地の向上とノイズの低減を図ることができる。さらに、嵌合部は振動や衝撃によって摩滅するおそれがあるが、クッション層を設けて振動や衝撃を吸収することで、嵌合部の摩滅を防ぐことができる。

本発明に係る非空気圧タイヤにおいて、前記クッション層は、ゴム又は樹脂発泡体で形成されていることが好ましい。これにより、クッション層は、振動や衝撃を効果的に吸収することができる。

本発明に係る非空気圧タイヤにおいて、前記嵌合部は、タイヤ幅方向に延びる凸条であることが好ましい。

また、本発明に係る非空気圧タイヤにおいて、前記凸条の先端は、前記クッション層よりもタイヤ径方向内側に位置することが好ましい。

また、本発明に係る非空気圧タイヤにおいて、前記凸条は、内周側で拡がった部分を有する縦断面形状をしていることが好ましい。

これらの構成によれば、嵌合部がホイールの被嵌合部と確実に嵌合するため、ホイールの外周面との間での滑りを効果的に抑制できる。

第１の実施形態に係る非空気圧タイヤの正面図 図１の非空気圧タイヤの縦断面図 第２の実施形態に係る非空気圧タイヤの縦断面図 他の実施形態に係る非空気圧タイヤの縦断面図 他の実施形態に係る非空気圧タイヤの縦断面図

［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１の実施形態に係る非空気圧タイヤの正面図である。図２は、図１の非空気圧タイヤの縦断面図であり、要部を拡大して示している。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を連結する連結部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、後述する嵌合部を除いて、厚みが一定の円筒形状であることが好ましい。タイヤ断面高さＨは、タイヤ最外径部から嵌合部を除いた内側環状部１の内周面までのタイヤ径方向の高さとする。

内側環状部１のタイヤ径方向の厚みは、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、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、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。

内側環状部１の内周面には、装着されるホイール９の外周面に形成された複数の被嵌合部とそれぞれ嵌合する複数の嵌合部が設けられている。本実施形態の嵌合部は、タイヤ幅方向に延びる凸条１０となっている。凸条１０は、タイヤ幅方向の全体に亘って同じ断面形状で設けられている。一方、ホイール９の外周面に形成される被嵌合部は、タイヤ幅方向に延びる凹条９０となっている。なお、本実施形態では、凸条１０がタイヤ周方向に等間隔で８本設けられているが、凸条１０の本数は、これに限定されない。

凸条１０は、内側環状部１の環状本体部１ａの内周面からタイヤ径方向内側に突出するように設けられている。環状本体部１ａの外周面には、連結部３が接続されている。環状本体部１ａは、後述のように連結部３等と弾性材料で一体成形され、凸条１０も環状本体部１と一体成形される。

凸条１０は、内周側で拡がった部分を有する縦断面形状であることが好ましい。これにより、内側環状部１とホイール９との間におけるタイヤ径方向の力を受け止めることができる。本実施形態の凸条１０の断面形状は、環状本体部１ａの内周面から略同じ幅でタイヤ径方向内側に延びる矩形状の首部１１と、首部１１の先端から拡幅しながらタイヤ径方向内側に延びる台形状の拡大部１２とで構成されている。なお、凸条１０は、首部１１を設けず、環状本体部１ａの内周面から拡幅しながらタイヤ径方向内側に延びる台形状の拡大部１２のみで構成してもよい。

環状本体部１ａの内周面からの凸条１０のタイヤ径方向の高さｈは、３〜３５ｍｍが好ましく、５〜１５ｍｍがより好ましい。凸条１０の高さｈが３ｍｍより低いと、内側環状部１の内周面とホイール９の外周面との間の滑りを抑制する効果が小さくなる。一方、凸条１０の高さｈが３５ｍｍより高いと、凸条１０がホイール９からのトルクによりせん断されるおそれがある。

凸条１０の高さｈは、環状本体部１ａの厚みの５０〜１０００％であることが好ましい。凸条１０の高さｈが環状本体部１ａの厚みの５０％未満の場合、凸条１０が環状本体部１ａの内周面から突出する高さが小さくなるため、内側環状部１の内周面とホイール９の外周面との間の滑りを抑制する効果が小さくなる。一方、凸条１０の高さｈが環状本体部１ａの厚みの１０００％を超える場合、凸条１０がホイール９からのトルクによりせん断されるおそれがある。

複数の凸条１０のうちタイヤ周方向に隣り合う凸条１０の間には、クッション層１３が設けられている。クッション層１３のタイヤ周方向端部は、凸条１０の側面に接している。

クッション層１３は、一定の厚みを有している。クッション層１３のタイヤ径方向の厚みｔは、衝撃吸収性を向上させる観点から、１〜２５ｍｍが好ましく、５〜１５ｍｍがより好ましい。クッション層１３の厚みｔは、凸条１０の高さｈよりも小さくなっており、凸条１０の先端は、クッション層１３の内周面よりもタイヤ径方向内側に位置している。本実施形態では、クッション層１３の厚みｔは、凸条１０の首部１１の高さと略同じとなっている。すなわち、凸条１０の拡大部１２は、クッション層１３の内周面よりもタイヤ径方向内側に突出しており、ホイール９に設けられた被嵌合部（この例では、凹条９０）に確実に嵌合する。

凸条１０の高さｈは、クッション層１３の厚みｔの１０５〜１１００％であることが好ましい。凸条１０の高さｈがクッション層１３の厚みｔの１０５％未満の場合、凸条１０がクッション層１３の内周面から突出する高さが小さくなるため、内側環状部１の内周面とホイール９の外周面との間の滑りを抑制する効果が小さくなる。一方、凸条１０の高さｈがクッション層１３の厚みｔの１１００％を超える場合、凸条１０がホイール９からのトルクによりせん断されるおそれがある。

クッション層１３は、ゴム又は樹脂発泡体で形成されており、環状本体部１ａに比べ、衝撃吸収性が高い。クッション層１３の圧縮弾性率は、０．５〜２５ＭＰａであり、好ましくは１〜１０ＭＰａである。なお、本発明における圧縮弾性率は、ＪＩＳ Ｋ７２２０に準じて圧縮試験を行い、１０％変形時の応力と変形の間の比例定数である。

クッション層１３は、独立気泡を有する樹脂発泡体からなることが好ましい。クッション層１３を構成する樹脂発泡体は、具体的にはポリウレタンフォーム、ポリオレフィンフォーム等が例示される。

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、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。

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、５〜１８００００ＭＰａが好ましく、７〜５００００ＭＰａ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、タイヤ周方向に各々が独立するように複数設けられる。

連結部３は、内側環状部１から外側環状部２までタイヤ径方向に延びる板状をしている。また、連結部３は、タイヤ幅方向に延びている。本実施形態の連結部３は、タイヤ幅方向の一方のタイヤ端から他方のタイヤ端まで連続して形成されている。

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、１０〜８０個が好ましく、４０〜６０個がより好ましい。

連結部３のタイヤ周方向の厚みは、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。また、連結部３のタイヤ周方向の厚みは、耐久性を確保するため、２ｍｍ以上が好ましい。

連結部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、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。

本発明における支持構造体ＳＳは、クッション層１３を除いて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。

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の環状本体部１ａ、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。

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の環状本体部１ａと凸条１０、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。

本実施形態では、外側環状部２の外側にトレッドゴム４が設けられている例を示す。トレッドゴム４としては、従来の空気入りタイヤのトレッドゴムと同様のものを設けることができる。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。

［第２の実施形態］
内側環状部１に設ける嵌合部は、図３に示すようなタイヤ幅方向に延びる凹条１６であってもよい。一方、ホイール９の外周面に形成される被嵌合部は、タイヤ幅方向に延びる凸条となっている。この実施形態では、凹条１６の断面形状は台形となっている。タイヤ周方向に隣り合う凹条１６の間には、クッション層１３が配置されている。凹条１６の底部は、クッション層１３よりもタイヤ径方向外側に位置する。すなわち、凹条１６の深さは、クッション層１３の厚みよりも大きくなっており、ホイール９の被嵌合部の先端が内側環状部１の環状本体部１ａと嵌合する。

［他の実施形態］
（１）前述の第１の実施形態では、凸条１０の断面形状が、図２に示すような矩形状の首部１１と台形状の拡大部１２とで構成された例を示したが、凸条１０の断面形状はこれに限定されない。例えば、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、凸条１０の断面形状は、種々の形態をとることができる。図４（ａ）に示す例では、拡大部１２の断面形状が円形となっている。図４（ｂ）に示す例では、拡大部１２の断面形状が矩形となっている。図４（ｃ）に示す例では、凸条１０の断面形状が全体として台形となっている。

（２）前述の第２の実施形態では、図３に示すような凹条１６の断面形状が全体として台形となっている例を示したが、凹条１６の断面形状はこれに限定されない。例えば、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、凹条１６の断面形状は、種々の形態をとることができる。図５（ａ）に示す例では、凹条１６の断面形状が図３とは上下が逆となった台形となっている。図５（ｂ）に示す例では、凹条１６の断面形状が、矩形状の首部と台形状の拡大部とで構成されている。図５（ａ）及び（ｂ）に示す例では、凹条１６は、外周側で拡がった部分を有する縦断面形状をしている。また、図５（ｃ）に示す例では、図３と同様に凹条１６の断面形状が全体として台形となっているが、凹条１６の深さが、クッション層１３の厚みと同じとなっている。

（３）前述の第１の実施形態では、タイヤ径方向に延びる板状の連結部３が、タイヤ周方向に各々が独立するように複数設けられている例を示したが、連結部３は、内側環状部１と外側環状部２を連結するものであれば、その形状、個数、配置等は特に限定されない。

１ 内側環状部
２ 外側環状部
３ 連結部
９ ホイール
１０ 凸条
１３ クッション層
１６ 凹条
ＳＳ 支持構造体
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する連結部とを備える非空気圧タイヤであって、
   前記内側環状部の内周面には、装着されるホイールの外周面に形成された複数の被嵌合部とそれぞれ嵌合する複数の嵌合部と、タイヤ周方向に隣り合う前記嵌合部の間に配置されたクッション層とが設けられていることを特徴とする非空気圧タイヤ。
2. 前記クッション層は、ゴム又は樹脂発泡体で形成されていることを特徴とする請求項１の非空気圧タイヤ。
3. 前記嵌合部は、タイヤ幅方向に延びる凸条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。
4. 前記凸条の先端は、前記クッション層よりもタイヤ径方向内側に位置することを特徴とする請求項３に記載の非空気圧タイヤ。
5. 前記凸条は、内周側で拡がった部分を有する縦断面形状をしていることを特徴とする請求項３又は４に記載の非空気圧タイヤ。
   
   
   

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