JP6907287B2 - 非空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、タイヤに関し、さらに詳しくは、空気圧を用いることなく、空気入りタイヤに類似した操縦性を有し、メタ構造（ｍｅｔａ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を適用することにより車両の荷重を支え、タイヤの変形挙動を性能指向的に誘導することのできる非空気入りタイヤに関する。

現代において一般に用いられるタイヤは、構造によってラジアルタイヤ、バイアスタイヤ、ソリッドタイヤなどに分類されるが、それらのうち乗用車や特殊目的を除く自動車にはほとんどラジアルタイヤ、すなわち空気圧（または空気入り）タイヤが用いられている。しかしながら、このような空気圧タイヤは、構造が複雑なうえに、製造工程数が約８段階と多く、またそれによる有害物質排出量が無視できないほど多いだけでなく、空気圧タイヤの性能発揮及び安全性の面で絶対的に重要な空気圧を随時点検しなければならないという管理の不便さや、走行中に外部物質が突き刺さったり、あるいは外部物質の衝撃によりタイヤが破損することがあるという安全性の問題が常に内在している実情である。

ところが、非空気入りタイヤは、前述した空気圧タイヤとは異なり、素材と工程の単純化により生産コストを大幅に低減できるだけでなく、エネルギー使用量及び有害物質発生量を大幅に低減できる新たな概念の工程と構造で形成されたタイヤであり、空気圧の不足などにより起こり得る問題を解消できるという大きな利点がある。それだけでなく、空気入りタイヤにおいて発生するスタンディングウェーブ（ｓｔａｎｄｉｎｇ ｗａｖｅ）現象を防止することができ、回転抵抗を大幅に改善できるという利点がある。

非空気入りタイヤは、従来の空気入りタイヤとは全く異なる構造で形成されている。空気入りタイヤとは異なり、圧縮空気を全く用いない設計方法であるので、空気圧の損失または不足（ｆｌａｔ ｔｉｒｅ）により走行中に発生し得る事故の危険性を回避できる。

非空気入りタイヤは従来から存在していた。大昔の馬車の車輪、自転車の車輪を除く最近の事例を挙げると、特許文献１は、複数層のステープルを含む複数の支持要素でタイヤの負荷を支持する技術であり、特許文献２は、弾性材料からなる本体及び走行面を形成する円周方向に延びるクラウン部とそれに接続されて延びる側壁で構成される技術である。また、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、ホイールまたはハブとの間で張力により荷重力を伝達する複数のウェブスポークとを含む非空気圧タイヤが特許文献３に示されている。近年、ハニカム状の緩衝部により緩衝作用をしてタイヤに加えられた圧力を支えるように形成されたエアレスタイヤ（特許文献４）技術も紹介されている。

複数のウェブスポークを含む非空気入りタイヤにおいては、荷重の支持が、トレッド部に存在する構造補強材と共に、ウェブスポークが有する張力のみにより行われると紹介されている。しかしながら、荷重の支持が張力のみにより行われる場合よりも、張力と圧縮力により行われる場合のほうが、より安定して適切な接地面積をもたらすだけでなく、それによる操縦性、制動力、乗り心地などの車両性能を最大化することができ、より向上した車両性能を期待することができる。

その上、ウェブスポークがタイヤ回転軸方向に開放されているので、タイヤの回転時の開放されたウェブスポーク構造により、空気力学（ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ）面における騒音、燃費性能低下などの不利な要素が潜在している。

本発明は、最新技術として紹介されている非空気圧タイヤ（特許文献５、６）のスポークと比較して、タイヤ回転方向に応じたウェブスポークが形成され、タイヤ回転軸から見て開放型ではなく閉鎖型の外観を有するので、空気力学（ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ）面での利点を有するだけでなく、ウェブスポーク内の連結継手部がメタ構造（ｍｅｔａ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を形成し、その連結継手部の方向、厚さなどの構造をタイヤの用途、位置に応じて特化することにより、非空気入りタイヤとしての荷重支持力を強力にすると共に、様々な衝撃を柔らかく吸収することなどにより、非空気入りタイヤとしての優れた耐久力、乗り心地及び騒音低減を向上させるという利点を有することを特性とする非空気入りタイヤに関する。

韓国公開特許第１０−２００６−００５１５１３号公報 韓国公開特許第１０−２００８−００３８２７４号公報 韓国公開特許第１０−２００４−００２７９８４号公報 韓国登録特許第１０−１０４３００１号公報 米国特許出願公開第２０１７／００８０７５６号明細書 韓国登録特許第１０−１７２５２２９号公報

本発明は、非空気入りタイヤとしての荷重支持力を確実に確保し、様々な衝撃を柔らかく吸収する性能の改善などにより、非空気入りタイヤとしての優れた耐久力、乗り心地及び騒音低減を向上させる技術を提供することを技術的課題とする。また、空気力学（ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ）面での利点を有する非空気入りタイヤを提供することを技術的課題とする。

本発明が解決しようとする技術的課題は、前述の技術的課題に限定されるものではなく、言及していない他の技術的課題は、以下の記載から本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に明確に理解されるであろう。

前記技術的課題を解決するために、本発明の一実施形態は、地面と接触するトレッド部１００と、車軸に連結されるリム部３００と、リム部３００とトレッド部１００との間の構造的支持の役割を果たすスポーク部２００とを含む非空気入りタイヤにおいて、前記スポーク部２００は、単位構造２１０が繰り返されるメタ構造で形成されることを特徴とする非空気入りタイヤを提供する。

本発明の非空気入りタイヤは、メタ構造を用いたものであり、メタ（Ｍｅｔａ）コンセプトは、構造的メタマテリアルの特性を活用することにより強力な支持力が得られると共に、衝撃を柔らかく吸収する効果を発揮し、空気を注入しない非空気入りタイヤであるのでパンクの恐れがない。

また、前記構造の適用において、接地面の近くと、ホイールの軸に当接する面の周辺は、荷重に対する支持力を上げるために、構造的な密度を上げた。よって、路面に対する支持力が得られると共に、様々な衝撃を柔らかく吸収することができる。

サイドウォール側の閉塞した構造は、従来のスポークタイプのＮＰＴよりも騒音低減に有利であり、新たなＮＰＴ構造を実現することにより外観の美麗さを向上させる効果を期待することができる。

すなわち、本発明は、構造的に車両の荷重を支持するタイヤにコーナリング時のハンドリング性能及び振動吸収に有利な構造補強材構造を適用して活用することにより、操縦性及び乗り心地を向上させ、非空気入りタイヤの実車性能を向上させるためになされたものであり、従来技術のスポークと比較して、非対称型スポーク構造を有し、かつチューブ状の構造補強材構造を有するので、非空気入りタイヤとして十分な構造的剛性を有する。前記構成により、車両の荷重を十分に支えることができるだけでなく、ハンドリング特性と乗り心地特性の調和を最大化できるという効果を期待することができる。

本発明の効果は、前記効果に限定されるものではなく、本発明の詳細な説明または特許請求の範囲に記載されている発明の構成から推論可能なあらゆる効果が含まれるものと理解すべきである。

本発明の非空気入りタイヤの要部抜粋斜視図である。 本発明の非空気入りタイヤの側面図である。 本発明の非空気入りタイヤの単位構造の断面図である。 本発明の非空気入りタイヤのメタ構造の荷重実験を示す図（ａ，ｂ）と写真（ｃ，ｄ，ｅ）である。 本発明の非空気入りタイヤの走行時に加わる力による挙動を示す説明図である。

以下、添付図面を参照して本発明について説明する。しかしながら、本発明は、様々な異なる形態で実現され得るので、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。また、図面において、本発明を明確に説明するために説明に関係のない部分は省略し、明細書全体を通して類似の部分には類似の符号を付した。

明細書全体を通して、ある部分が他の部分と「連結（接続、接触、結合）」されているという場合、それには「直接的に連結」されているものだけでなく、その間にさらに他の部材を介して「間接的に連結」されているものも含まれる。また、ある一部分がある構成要素を「含む」という場合、それは特に断らない限り他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに備えてもよいことを意味する。

本発明に用いられる用語は、単に特定の実施形態について説明するために用いられるものであり、本発明を限定しようとする意図はない。単数の表現には、文脈からみて明らかに他の意味を有さない限り、複数の言い回しを含む。本明細書における「含む」、「有する」などの用語は、明細書に記載されている特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはそれらの組み合わせが存在することを示すためのものであり、１つまたはそれ以上の他の特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはそれらの組み合わせの存在または付加可能性を予め排除するものではないことを理解すべきである。

以下、添付図面を参照し、本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の非空気入りタイヤの要部抜粋斜視図であり、図２は、本発明の非空気入りタイヤの側面図である。本発明は、地面と接触するトレッド部１００と、車軸に連結されるリム部３００と、リム部３００とトレッド部１００との間の構造的支持の役割を果たすスポーク部２００とを含む非空気入りタイヤにおいて、前記スポーク部２００は、単位構造２１０が繰り返されるメタ構造で形成される非空気入りタイヤを提供する。

前記スポーク部２００の単位構造２１０は、タイヤの円周方向に空洞を有するチューブ状の構造を有する。前記トレッド部１００の底面には、環状バンドなどの構造補強材が設置される。

すなわち、本発明は、圧縮空気を全く用いない車両用非空気入りタイヤであって、トレッド部１００、スポーク部２００及びリム部３００から構成される構造を有する非空気入りタイヤを提供し、特に分割されたスポーク部２００がリム部３００とトレッド部１００との間に位置し、スポーク部２００がウェブ（ｗｅｂ）を形成するメタ構造（ｍｅｔａ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有することを特徴とする。前記メタ構造（ｍｅｔａ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）内の継手部の配列、厚さなどにより、非空気入りタイヤが性能指向的な変形挙動を示すように誘導する。

また、このようなウェブ構造のスポーク部２００は、一般的な非空気入りタイヤにおいてはタイヤ回転軸方向に開放されているが、本発明においてはメタ構造（ｍｅｔａ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）のスポーク部の各単位体がタイヤ回転方向に構成されるのでチューブ状になる。前記構造により、空気力学（ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ）面で向上するという効果、及び騒音が低減するという効果を期待することができる。このようなメタ（Ｍｅｔａ）コンセプトの構造においては、メタマテリアルの特性を活用することにより強力な支持力が得られると共に、衝撃を柔らかく吸収することができる。

図３は、本発明の非空気入りタイヤの単位構造の断面図である。図３の（ａ）に示すように、前記スポーク部２００の単位構造２１０の断面形状は、縦方向突出部２１１と、横方向突出部２１２とを含むことが好ましい。また、前記縦方向突出部２１１と横方向突出部２１２を結ぶ辺に変曲点２１３が形成されることが好ましい。このような形状により、図４に示すように、各単位構造２１０が衝撃を吸収するクッション構造を形成するようになる。前記変曲点２１３は、図４の（ａ）及び（ｂ）に示すように、前記縦方向突出部２１１の繰り返される屈伸挙動をより柔軟にする。図４の（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、前記単位構造２１０における上下圧力に対するクッション挙動の試験を撮影した写真である。

必要に応じて、前記単位構造２１０の中央部に縦方向隔膜２１４が形成されてもよい。前記縦方向隔膜２１４は、単位構造２１０の垂直方向の剛性を強化することができる。また、本発明のタイヤは、空気を注入することにより得られる空気圧を適用しないが、前記単位構造２１０からなるチューブ状の空間には空気が充填される。よって、前記縦方向隔膜２１４は、空気の流動を抑制することにより前記単位構造２１０の剛性をさらに増大させる。

また、前記単位構造２１０の中央部に横方向隔膜２１５が形成されてもよい。前記横方向隔膜２１５は、その中央に突出部２１６を含むことが好ましい。前記横方向隔膜２１５は、前述したように空気の流動を抑制することにより前記単位構造２１０の剛性をさらに増大させる役割だけでなく、圧力下での単位構造２１０の収縮形状が一定になるように前記突出部２１６がガイドする役割を果たす。

また、本発明は、スポーク部２００の外側の単位構造２１０の横方向突出部２１２の一端がサイドウォール側に突出することにより、円周方向の山部２２０と谷部２３０を形成する。前述したように、本発明の単位構造は、軸方向に形成されるのではなく、円周方向にチューブ状となるように形成される。よって、前記外殻側の単位構造２１０の横方向突出部２１２の一端がサイドウォール側に突出することにより、円周方向の山部２２０と谷部２３０を形成する。前記構成は、軸方向に割れた構造のウェブスポークを有する従来の非空気入りタイヤに比べて著しく良好な空気抵抗性能を有する。また、前記山部２２０と谷部２３０は、タイヤの美観を向上させる付随的な効果も期待することができる。

前記スポーク部２００の単位構造２１０は、トレッド部１００とリム部３００との間に横に５個、縦に８個配列されることが好ましい。また、前記トレッド部１００に隣接する上段２列及びリム部３００に隣接する下段３列の単位構造２１０には縦方向隔膜２１４が形成され、前記上段２列と下段３列との間の中段３列には横方向隔膜２１５が形成され、前記横方向隔膜２１５は、その中央に突出部２１６を含むことが好ましい。これは、スポーク部２００の材質と一般的な乗用車両においてタイヤに加わる荷重を考慮して導かれた最適な構成である。

単位構造２１０が多すぎると、収縮したタイヤの原形回復時間が長くなるので走行安全性に深刻な問題が生じ、単位構造２１０が少なすぎると、十分に荷重を支持できなくなるからである。

図５は、本発明の非空気入りタイヤの走行時に加わる力による挙動を示す説明図である。図５の（ａ）は、荷重が加わっていない状態を示し、図５の（ｂ）は、車両に装着されて車両の荷重が加わった状態を示している。図５の（ｃ）は、コーナリング時または傾斜した路面における走行状態を示している。図５に示すように、本発明の各単位構造２１０は、路面の状態に応じて個別に圧力に反応して変形し、要求されるレベルに応じて荷重を適切に配分する機能を有する。

さらに、前記下段３列の単位構造の全幅は、中段３列の単位構造の全幅よりも小さいことが好ましい。これは、リム部３００に隣接する領域には相対的に大きな負荷がかかるので、構造的密度を上げるためである。

すなわち、本発明は、構造的に車両の荷重を支持するタイヤにコーナリング時のハンドリング性能及び振動吸収に有利な構造補強材構造を適用して活用することにより、操縦性及び乗り心地を向上させ、非空気入りタイヤの実車性能を向上させるためになされたものであり、非空気入りタイヤとして十分な構造的剛性を有し、車両の荷重を十分に支えることができるだけでなく、ハンドリング特性と乗り心地特性の調和を最大化することができる。

前述した本発明の説明は例示のためのものであり、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想や必須の特徴を変更することなく、他の具体的な形態に容易に変形できることを理解するであろう。よって、前述の実施形態はあくまで例示的なものであり、限定的なものではないことを理解すべきである。例えば、単一型で説明されている各構成要素を分散して実施してもよく、同様に分散したものと説明されている構成要素を結合された形態に実施してもよい。

本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲の意味及び範囲、並びにその均等概念から導かれるあらゆる変更または変形された形態も本発明に含まれるものと解釈すべきである。

１００ トレッド部
２００ スポーク部
２１０ 単位構造
２１１ 縦方向突出部
２１２ 横方向突出部
２１３ 変曲点
２１４ 縦方向隔膜
２１５ 横方向隔膜
２１６ 突出部
２２０ 山部
２３０ 谷部
３００ リム部

Claims (6)

1. 地面と接触するトレッド部１００と、車軸に連結されるリム部３００と、リム部３００とトレッド部１００との間の構造的支持の役割を果たすスポーク部２００とを含む非空気入りタイヤにおいて、
   前記スポーク部２００は、単位構造２１０が繰り返されるメタ構造で形成され、
   前記単位構造２１０は、タイヤの円周方向に空洞を有すると共に、
   前記単位構造２１０の断面形状は、縦方向突出部２１１と、横方向突出部２１２とを含む構成において、
   前記縦方向突出部２１１と横方向突出部２１２を結ぶ辺に変曲点２１３が形成される
   ことを特徴とする非空気入りタイヤ。
2. 前記単位構造２１０の中央部に縦方向隔膜２１４が形成されることを特徴とする、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
3. 前記単位構造２１０の中央部に横方向隔膜２１５が形成されることを特徴とする、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
4. 前記横方向隔膜２１５は、その中央に突出部２１６を含むことを特徴とする、請求項３に記載の非空気入りタイヤ。
5. 地面と接触するトレッド部１００と、車軸に連結されるリム部３００と、リム部３００とトレッド部１００との間の構造的支持の役割を果たすスポーク部２００とを含む非空気入りタイヤにおいて、
   前記スポーク部２００は、単位構造２１０が繰り返されるメタ構造で形成され、
   前記単位構造２１０は、タイヤの円周方向に空洞を有すると共に、
   前記単位構造２１０の断面形状は、縦方向突出部２１１と、横方向突出部２１２とを含む構成において、
   前記スポーク部２００の外殻側の単位構造２１０の横方向突出部２１２の一端がサイドウォール側に突出することにより、円周方向の山部２２０と谷部２３０を形成し、
   前記スポーク部２００の単位構造２１０は、トレッド部１００とリム部３００との間に横に５個、縦に８個配列される
   ことを特徴とする、非空気入りタイヤ。
6. 前記トレッド部１００に隣接する上段２列及びリム部３００に隣接する下段３列の単位構造２１０には縦方向隔膜２１４が形成され、
   前記上段２列と下段３列との間の中段３列には横方向隔膜２１５が形成され、
   前記横方向隔膜２１５は、その中央に突出部２１６を含むことを特徴とする、請求項５に記載の非空気入りタイヤ。
   

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