JP6762857B2 - 非空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、非空気入りタイヤに関する。

従来から、下記特許文献１に示されるような非空気入りタイヤが知られている。この非空気入りタイヤは、車軸に取り付けられる内筒と、内筒をタイヤ径方向の外側から囲う外筒と、内筒と外筒とを互いに連結する弾性変形可能な連結部材と、外筒に外嵌されたトレッド部材と、を備えている。
この非空気入りタイヤでは、外筒に、流体などが充填される空間が形成されており、外筒を変形しやすくしてトレッド部材のタイヤ周方向における接地長を大きくしている。

特開２０１５−１１６８６８号公報

ところで、この種の非空気入りタイヤでは、比較的小さな突起や小石などを乗り越える場合に、トレッド部材がこれらの突起や小石を包み込むように柔軟に変形すること（以下、エンベロープ特性という）で、乗り心地の快適さを向上させることが望まれている。
ここで、トレッド部材のエンベロープ特性は、トレッド部材のタイヤ径方向の厚みを大きくすることで向上できる。しかしながら、トレッド部材のタイヤ径方向の厚みを大きくすると、トレッド部材の重量が増加してしまうばかりでなく、非空気入りタイヤの外径を変えない場合には、連結部材をタイヤ径方向に小さくせざるを得ず、連結部材の振動吸収性能が低下するおそれがある。
また、例えば外筒や連結部材などのトレッド部材以外の部分における剛性を低下させることで、突起や小石を乗り越えた際の振動を吸収することも考えられる。しかしながら、トレッド部材以外の部分の剛性を低下させた場合には、非空気入りタイヤ全体におけるタイヤ幅方向の剛性が低下することで、操縦安定性が低下するおそれがある。
さらに、非空気入りタイヤでは、特に、外筒の剛性を大きくして耐久性を確保する場合があり、地面と外筒との間に位置するトレッド部材のエンベロープ特性を向上させて、外筒へと伝わる振動を低減することが要求される。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、操縦安定性および耐久性を確保しつつ、トレッド部材のエンベロープ特性を向上させることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の非空気入りタイヤは、車軸に取り付けられる内筒と、前記内筒をタイヤ径方向の外側から囲う外筒と、前記内筒および前記外筒を互いに連結する弾性変形可能な連結部材と、前記外筒に外嵌されたトレッド部材と、を備え、前記トレッド部材のうち、前記トレッド部材の踏面を回避した部分に空間が形成されている。

本発明の非空気入りタイヤによれば、トレッド部材のうち踏面を回避した部分に空間が形成されているため、例えば非空気入りタイヤが比較的小さな突起や小石などを乗り越えると、この空間の体積が減少するようにトレッド部材が柔軟に弾性変形する。これにより、トレッド部材のエンベロープ特性が向上し、このような突起や小石などを乗り越えた際の比較的微小な振動を吸収させて、乗り心地をより快適にすることができる。また、このようにトレッド部材が柔軟に変形するため、突起や小石によってトレッド部材に局所的に応力が集中するのを抑制して、トレッド部材の耐久性を向上させることができる。
また、以上のように、例えば連結部材や外筒などの剛性を低下させなくても、比較的微小な振動を吸収できることから、非空気入りタイヤ全体におけるタイヤ幅方向の剛性を確保して、操縦安定性を維持することができる。また、連結部材の剛性を確保することで、連結部材のバネ定数を大きくし、比較的大きな段差などを乗り越えた際の比較的大きな衝撃を、連結部材に効果的に吸収させることができる。
さらに、トレッド部材に空間が形成されていることにより、トレッド部材を軽量化して製造コストを低減しつつ、より軽快な走行を実現することができる。

ここで、前記空間は、前記トレッド部材の内周面に開口していてもよい。

この場合、トレッド部材内の空間がトレッド部材の内周面に開口していることによって、この空間を容易に画成することができる。さらに、この開口の幅などの形状および配置する数などを適宜変更することで、エンベロープ特性を容易に調整することができる。

本発明によれば、操縦安定性および耐久性を確保しつつ、トレッド部材のエンベロープ特性を向上させることができる。

本実施形態の非空気入りタイヤを備えた自転車の側面図である。 図１の非空気入りタイヤのＡ−Ａ断面矢視図である。 図２の非空気入りタイヤの変形例を示す図である。

以下、本実施形態に係る非空気入りタイヤの構成を、図１および図２を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため縮尺を適宜変更している。

（車体）
図１に示すように、本実施形態の非空気入りタイヤは、自転車１の前輪２１および後輪２２として用いられている。前輪２１および後輪２２は、自転車１の車体１０により回転可能に支持されている。
車体１０は、フロントフォーク１１、ヘッドパイプ１２、ダウンチューブ１３、トップチューブ１４、シートチューブ１７、シートステー１５、及び一対のチェーンステー１６を備えている。

前輪２１はフロントフォーク１１の下端部に配置された車軸１１ａを中心として回転し、後輪２２はシートステー１５とチェーンステー１６との連結部に配置された車軸１５ａを中心として回転する。
ここで、本実施形態では、後輪２２の回転軸方向（車軸１５ａの軸方向）から視た側面視において、この回転軸を中心として周回する方向をタイヤ周方向といい、この回転軸に直交する方向をタイヤ径方向といい、この回転軸に沿う方向をタイヤ幅方向という。

フロントフォーク１１は、自転車１の前部に配置されており、フロントフォーク１１の上端部にヘッドパイプ１２が接続されている。また、ヘッドパイプ１２における後部側には、ダウンチューブ１３の一端部が接続されている。さらに、ヘッドパイプ１２におけるダウンチューブ１３が接続された部位の直上部には、トップチューブ１４が接続されている。

ダウンチューブ１３およびトップチューブ１４は、後方に向かうに従い漸次下方に向かって延在している。また、シートチューブ１７は、上方に向かうに従い漸次後方に向かって延在している。
シートチューブ１７における上端部の後側には、シートステー１５の前端部が接続されている。シートステー１５の後端部と、チェーンステー１６の後端部とは、後輪２２の車軸近傍において互いに接続されている。
後輪２２には、図示しないスプロケット（以下「後方スプロケット」という）が後輪２２と同軸上に配置されて取り付けられている。

ヘッドパイプ１２内には、ハンドルステム２３が挿通されている。ハンドルステム２３は、ヘッドパイプ１２に対して回動可能とされている。ハンドルステム２３の上端にはハンドル２４が取り付けられている。
シートチューブ１７にはシートポスト２５が嵌め込まれている。このシートポスト２５の上端にはサドル２６が取り付けられている。

シートチューブ１７における下端部と、チェーンステー１６の前端部との接続部には、図示しないスプロケット（以下「前方スプロケット」という）を介してクランク２７の一端部が取り付けられており、クランク２７の他端部には、ペダル２８が取り付けられている。クランク２７は、左右方向に沿った回動軸周りに回動可能とされている。また、ペダル２８は、クランク２７の他端部に位置し、左右方向に沿った回動軸周りに回動可能とされている。なお、クランク２７及びペダル２８は、自転車１の左側にも設けられている。このため、自転車１は、１対のクランク２７及び一対のペダル２８を備えている。

前方スプロケット及び後方スプロケットには、チェーン２９が巻きまわされている。ペダル２８に運転者などの踏力が加えられると、前方スプロケットが回転する。前方スプロケットの回転は、チェーン２９を介して後方スプロケットに伝達されて後方スプロケットが回転し、後方スプロケットの回転によって後輪２２が回転する。

（非空気入りタイヤ）
前輪２１および後輪２２は、互いに同等の構成となっている。以下、前輪２１および後輪２２を代表させて、後輪２２の構成について説明する。
後輪２２は、車軸１５ａに取り付けられる内筒６と、内筒６をタイヤ径方向の外側から囲う外筒４と、内筒６と外筒４とを互いに連結する弾性変形可能な連結部材３と、外筒４に外嵌されたトレッド部材５と、を備えている。

内筒６は、ホイール２を介して、車軸１５ａに取り付けられている。内筒６および外筒４の中心軸は、車軸１５ａと同軸に配置されている。内筒６、連結部材３、および外筒４は、タイヤ幅方向において、それぞれのタイヤ幅方向の中央部が互いに一致した状態で配置されている。
内筒６、連結部材３、および外筒４は、一体に形成されていてもよく、それぞれ別体に形成されていてもよい。また、内筒６およびホイール２は、一体に形成されていてもよく、それぞれ別体に形成されていてもよい。

ホイール２は、車軸１５ａに対して回転自在に装着された装着筒部２ａと、装着筒部２ａをタイヤ径方向の外側から囲う外装部２ｃと、装着筒部２ａおよび外装部２ｃを互いに連結する複数のリブ２ｂと、を備えている。装着筒部２ａ、複数のリブ２ｂ、および外装部２ｃは、それぞれが別体に形成されていてもよく、一体に形成されていてもよい。
装着筒部２ａおよび外装部２ｃは、それぞれ円筒状に形成され、車軸１５ａと同軸に配置されている。複数のリブ２ｂは、例えばタイヤ周方向に等間隔をあけて配置されている。複数のリブ２ｂはそれぞれ、車軸１５ａを中心として放射状に延びている。

連結部材３は、全体として湾曲した長方形状の板状に形成されており、表裏面がタイヤ周方向を向き、側面がタイヤ幅方向を向いている。連結部材３は、樹脂などの弾性変形可能な材質により形成され、内筒６の外周面側と外筒４の内周面側とを相対的に弾性変位自在に連結している。連結部材３は、タイヤ周方向に等間隔をあけて複数配置されている。

複数の連結部材３はそれぞれ、内筒６に接続される内側部３ａと、外筒４に接続される外側部３ｂと、を有する。内側部３ａと外側部３ｂとは、連結部材３のタイヤ径方向の中央部において互いに接続されており、側面視においてこの接続部で鈍角に交わっている。内側部３ａのタイヤ周方向における厚みは、外側部３ｂのタイヤ周方向における厚みよりも小さい。外側部３ｂのタイヤ周方向における厚みは、タイヤ径方向の外側に向かうに従い、漸次大きくなっている。

内筒６、連結部材３、および外筒４は、例えば樹脂によって形成されていてもよい。樹脂としては、例えば１種だけの樹脂、２種以上の樹脂を含む混合物、または１種以上の樹脂と１種以上のエラストマーとを含む混合物であってもよく、さらに、例えば老化防止剤、可塑剤、充填剤、若しくは顔料等の添加物を含んでいてもよい。また、内筒６、連結部材３、および外筒４は、熱可塑性樹脂により形成されていてもよい。熱可塑性樹脂を採用した場合には、射出成形などにより内筒６、連結部材３、および外筒４を形成することができるため、量産に適しており、製造コストを抑制することができる。

トレッド部材５は、例えば、天然ゴム又は／及びゴム組成物が加硫された加硫ゴム、或いは熱可塑性材料等で形成されている。熱可塑性材料として、例えば熱可塑性エラストマー若しくは熱可塑性樹脂等が挙げられる。熱可塑性エラストマーとしては、例えばＪＩＳ Ｋ６４１８に規定されるアミド系熱可塑性エラストマー（ＴＰＡ）、エステル系熱可塑性エラストマー（ＴＰＣ）、オレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）、スチレン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＳ）、ウレタン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＵ）、熱可塑性ゴム架橋体（ＴＰＶ）、若しくはその他の熱可塑性エラストマー（ＴＰＺ）等が挙げられる。
熱可塑性樹脂としては、例えばウレタン樹脂、オレフィン樹脂、塩化ビニル樹脂、若しくはポリアミド樹脂等が挙げられる。なお、耐摩耗性の観点ではトレッド部材５を加硫ゴムで形成するのが好ましい。
トレッド部材５の踏面には、トレッド溝５ａが、タイヤ幅方向に間隔を空けて複数形成されている。なお、踏面とは、トレッド部材５のうち、直進走行時に接地する部分である。

ところで、非空気入りタイヤでは、複数の連結部材３などが板バネとして作用し、荷重を支えつつ、弾性変形により撓むことで、走行中の振動を吸収させて乗り心地を確保している。ここで、連結部材３などの材質として量産に適した熱可塑性樹脂を採用した場合、熱可塑性樹脂の剛性が温度によって比較的大きく変動し、例えば季節によって連結部材３などの剛性も変動する場合があると考えられる。すなわち、夏場は高温であるため非空気入りタイヤ全体の剛性が低下し、冬場は低温であるため非空気入りタイヤ全体の剛性が増大する場合があると考えられる。

例えば冬場の乗り心地を確保するために、比較的剛性の低い熱可塑性樹脂により連結部材３などを形成すると、非空気入りタイヤ全体のタイヤ幅方向における剛性が低下してしまい、夏場には操縦安定性が低下するおそれがある。また、例えば内筒６、連結部材３、および外筒４を、全体として変形しやすい構造とすることで非空気入りタイヤ全体の剛性を低下させ、乗り心地を確保しようとすると、各部材に作用する応力が大きくなり、耐久性が低下するおそれがある。以上のことから、内筒６、連結部材３、または外筒４などの剛性を低下させるのではなく、トレッド部材５のエンベロープ性を向上させて乗り心地を改善することが望まれている。

そこで本実施形態では、図２に示すように、トレッド部材５のうち、トレッド部材５の踏面を回避した部分に、空間Ｓが形成されている。図２に示す例では、トレッド部材５の内部に、互いに大きさの異なる略球状の空間Ｓが複数形成されている。空間Ｓ内には空気が充填されていてもよいし、緩衝材が充填されていてもよい。

このように、トレッド部材５に空間Ｓを形成することによって、例えば非空気入りタイヤが比較的小さな突起や小石などを乗り越えると、この空間Ｓの体積が減少するようにトレッド部材５が柔軟に弾性変形する。これにより、トレッド部材５のエンベロープ特性が向上し、このような突起や小石などを乗り越えた際の比較的微小な振動を吸収させて、乗り心地をより快適にすることができる。また、このようにトレッド部材５が柔軟に変形するため、突起や小石によってトレッド部材５に局所的に応力が集中するのを抑制して、トレッド部材５の耐久性を向上させることができる。

また、上記したように、例えば連結部材３や外筒４の剛性を低下させなくても、比較的微小な振動をトレッド部材５が充分に吸収できることから、非空気入りタイヤ全体におけるタイヤ幅方向の剛性を確保して、操縦安定性を維持することができる。また、連結部材３の剛性を確保することで、連結部材３のバネ定数を大きくし、比較的大きな段差などを乗り越えた際の比較的大きな衝撃を、連結部材３に効果的に吸収させることができる。
さらに、トレッド部材５に空間Ｓが形成されていることにより、トレッド部材５を軽量化して製造コストを低減しつつ、より軽快な走行を実現することができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、トレッド部材５に形成される空間Ｓの形態は、図２の例に限られず、他の形態を採用してもよい。例えば、図３に示すように、空間Ｓが、トレッド部材５の内周面に形成された窪み部５ｂであってもよい。窪み部５ｂは、外筒４の外周面により密閉されている。窪み部５ｂは、タイヤ周方向に延びる溝状に形成されている。図３の例では、窪み部５ｂがタイヤ幅方向に複数形成されている。各窪み部５ｂの深さは、トレッド部材５の踏面に形成されたトレッド溝５ａの深さよりも大きい。各窪み部５ｂは、トレッド部材５における内周面の全周にわたって、タイヤ周方向に延びていてもよい。また、窪み部５ｂの形態は、図３の例に限られない。例えば、タイヤ幅方向の外側に向けて開口し、外筒４の外周面により密閉されていない窪み部５ｂであってもよい。

なお、走行中は、トレッド部材５のうちタイヤ幅方向における中央部に、高い応力が作用する。図３の例では、この高い応力が発生するタイヤ幅方向の中央部に、窪み部５ｂ（空間Ｓ）を配置している。これにより、トレッド部材５に作用する応力を分散させて、トレッド部材５の耐久性を向上させることができる。

また、図３の例では、空間Ｓがトレッド部材５の内周面に開口している。これにより、トレッド部材５内の空間Ｓを容易に画成することができる。また、この窪み部５ｂのタイヤ幅方向における幅などの形状および配置する数量などを適宜変更することで、トレッド部材５のエンベロープ特性を容易に調整することができる。

また、前記実施形態では、前輪２１および後輪２２は互いに同等の構成となっていると説明したが、前輪２１および後輪２２の構成は互いに異なっていてもよい。例えば、前輪２１と後輪２２とで、空間Ｓの形態が異なっていてもよい。あるいは、前輪２１および後輪２２のうち、どちらか一方のトレッド部材５に空間Ｓが形成されていてもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。

１…自転車（二輪車） ２…ホイール ３…連結部材 ４…外筒 ５…トレッド部材 ６…内筒 １０…車体 ２１…前輪（非空気入りタイヤ） ２２…後輪（非空気入りタイヤ） ５ａ…トレッド溝 ５ｂ…窪み部 Ｓ…空間

Claims (1)

1. 車軸に取り付けられる内筒と、
   前記内筒をタイヤ径方向の外側から囲う外筒と、
   前記内筒および前記外筒を互いに連結する弾性変形可能な連結部材と、
   前記外筒に外嵌されたトレッド部材と、を備え、
   前記トレッド部材のうち、前記トレッド部材の踏面を回避した部分に空間が形成され、
   前記空間は、前記トレッド部材の内周面に形成された複数の窪み部の内側の部分であり、
   前記複数の窪み部は、タイヤ幅方向に並べられ、かつ、タイヤ周方向に延びる溝状に形成されており、
   前記複数の窪み部の深さは、前記踏面に形成されたトレッド溝の深さよりも大きい、非空気入りタイヤ。

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