WO2015098656A1 - エアレスタイヤ - Google Patents

Abstract

振動性能を改善しながら耐久性の低下を抑える。 エアレスタイヤ１のスポーク４は、トレッドリング２の内周面に接合される外側環状部４Ａと、ハブ３の外周面に接合される内側環状部４Ｂと、その間を連結する一定厚さのスポーク板部４Ｃとを一体に具える。スポーク板部４Ｃの厚さ中心面Ｓの半径方向内端縁８ｉ、及び半径方向外端縁８ｏは、それぞれタイヤ軸方向線に対して傾斜する。厚さ中心面Ｓがタイヤ軸方向線と直角な面１０と交わる交差線１１は直線をなす。また交差線１１に沿った前記半径方向内端縁８ｉから半径方向外端縁８ｏまでの長さであるスポーク長さＬは、タイヤ軸方向の任意の位置において一定である。

Description

エアレスタイヤ

　本発明は、振動性能を改善しながら耐久性の低下を抑えたエアレスタイヤに関する。

　エアレスタイヤとして、接地面を有する円筒状のトレッドリングと、車軸に固定されるハブとの間を、放射状に配列する複数のスポーク板部によって連結させた構造のものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

　この構造のエアレスタイヤでは、従来、スポーク板部がタイヤ軸方向に沿って配される。そのため、各スポーク板部の接地時間が短く、しかもスポーク板部が接地する時と、スポーク板部間が接地する時とで、車軸が受ける荷重変化が大きい。その結果、振動性能を損ねるという問題がある。

　そこで本発明者は、図９に示すように、スポーク板部ａをタイヤ軸方向に対して傾斜させ、スポーク板部ａの接地時間を増やすことで、振動性能を改善させることを提案した。しかし、平板状のスポーク板部ａをタイヤ軸方向線に対して傾けて配置した場合、スポーク板部ａの平面図及び側面図である図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、タイヤ軸方向外側縁側のスポーク長さｂｓが、タイヤ軸方向中央側のスポーク長さｂｃよりも長くなる。即ち、スポーク長さがタイヤ軸方向の任意の位置において一定とはならなくなる。なお同図には、便宜上、スポーク板部ａを厚さゼロにて描いている。

　そのため、転動時、１つのスポーク板部ａにおいて、スポーク長さが長い部位では、短い部位に比して歪み量が大きくなって、応力が集中する。その結果、最終的にその部分が破断しタイヤの寿命を低下させるという新たな問題が発生する。

特開２００８－２６０５１４号公報

　そこで本発明は、振動性能を改善しながら応力集中を抑えて耐久性の低下を抑えうるエアレスタイヤを提供することを課題としている。

　本発明は、接地面を有する円筒状のトレッドリング、前記トレッドリングの半径方向内側に配されかつ車軸に固定されるハブ、及び高分子材料による注型成形体からなりかつ前記トレッドリングとハブとを連結するスポークを具えるエアレスタイヤであって、
　前記スポークは、前記トレッドリングの内周面に接合される外側環状部と、前記ハブの外周面に接合される内側環状部と、前記外側環状部と内側環状部とを連結する一定厚さのスポーク板部とを一体に具え、
　しかも前記スポーク板部の厚さ中心面が前記内側環状部の外周面と交わる半径方向内端縁、及び厚さ中心面が前記外側環状部の内周面と交わる半径方向外端縁は、それぞれタイヤ軸方向線に対して傾斜するとともに、
　前記厚さ中心面がタイヤ軸方向線と直角な面と交わる交差線は直線をなし、かつ該交差線に沿った前記半径方向内端縁から半径方向外端縁までの長さであるスポーク長さＬは、タイヤ軸方向の任意の位置において一定であることを特徴としている。

　本発明は叙上の如く、スポーク板部の厚さ中心面の半径方向内端縁及び半径方向外端縁が、タイヤ軸方向線に対して傾斜している。従って、スポーク板部の接地時間が増し、かつスポーク板部が接地する時と、スポーク板部間が接地する時とで、車軸が受ける荷重変化が少なくなる。その結果、振動性能を向上することができる。

　又前記厚さ中心面がタイヤ軸方向線と直角な面と交わる交差線が直線をなし、しかも該交差線の長さであるスポーク長さＬが、タイヤ軸方向の任意の位置で一定をなす。そのため、転動時、１つのスポーク板部において、タイヤ軸方向の任意の位置における歪み量が均一化し、応力の集中を抑えることができる。その結果、スポーク板部の損傷を抑制でき、スポーク板部が傾斜することに起因するタイヤの耐久性低下を抑えることが可能となる。

本発明のエアレスタイヤの一実施例を示す斜視図である。 その軸方向の断面図である。 スポークを示す部分斜視図である。 （Ａ）、（Ｂ）は厚さ中心面を概念的に示す平面図及び側面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は厚さ中心面がタイヤ軸方向線と直角な面と交わる交差線を示す厚さ中心面の平面図及び側面図である。 厚さ中心面の半径方向内端縁を説明する斜視図である。 スポーク板部と、内側環状部及び外側環状部とのコーナ部を概念的に示す斜視図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、表１の比較例１、２のエアレスタイヤのスポーク板部の配列状態を示す斜視図である。 本発明とは異なる振動性能を改善した参考のエアレスタイヤの斜視図である。 （Ａ）、（Ｂ）は上記参考のエアレスタイヤにおけるスポーク長さを示す平面図及び側面図である。

　以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
　図１に示すように、本実施形態のエアレスタイヤ１は、接地面２Ｓを有する円筒状のトレッドリング２、前記トレッドリング２の半径方向内側に配されかつ車軸Ｊ（図２に示す）に固定されるハブ３、及び前記トレッドリング２とハブ３とを連結するスポーク４を具える。本例では、前記エアレスタイヤ１が乗用車用タイヤとして形成される場合が示される。

　図２に示すように、前記トレッドリング２は、空気入りタイヤにおけるトレッド部に相当する部位である。トレッドリング２は、トレッドゴム部２Ａと、その内部に埋設される補強コード層２Ｂとを具える。

　トレッドゴム部２Ａとしては、接地に対する摩擦力、耐摩耗性に優れるゴム組成物が好適に採用しうる。又トレッドリング２の外周面である接地面２Ｓには、ウエット性能を付与するために、トレッド溝（図示しない）が種々なパターン形状にて形成される。

　前記補強コード層２Ｂとして、本例では、ベルト層５と、その半径方向外側又は内側に重置されるバンド層６とから形成される場合が示される。しかしベルト層５のみ、或いはバンド層６のみによって形成することもできる。前記ベルト層５は、タイヤコードをタイヤ周方向に対して例えば１０～４５度の角度で配列した１枚以上、本例では２枚のベルトプライ５Ａ、５Ｂから形成される。各タイヤコードが、プライ間相互で交差することにより、トレッドリング２の剛性が高められる。又バンド層６は、タイヤコードをタイヤ周方向に螺旋状に巻回した１枚以上、本例では１枚のバンドプライから形成される。

　ベルト層５のタイヤコード、及びバンド層６のタイヤコードとしては、それぞれスチールコード及び有機繊維コードが適宜使用できる。有機繊維コードの場合、強度及び弾性率が高いアラミド、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の高モジュラス繊維が好適に採用しうる。

　このようなトレッドリング２は、生のトレッドリングを加硫金型内で加硫成形することにより形成される。又生のトレッドリングは、例えば、円筒状のドラム上で、ベルト層５形成用のシート状部材、バンド層６形成用のシート状部材、トレッドゴム部２Ａ形成用のシート状部材を順次周方向に巻回することにより形成される。

　前記ハブ３は、タイヤホイールに相当するもので、本例では、車軸Ｊに固定される円盤状のディスク部３Ａと、このディスク部３Ａの半径方向外端部に一体に形成される円筒状のスポーク取付け部３Ｂとを具える。前記ディスク部３Ａの中央には、車軸Ｊの前端部Ｊａが挿通するハブ孔３Ａ１が形成される。又ハブ孔３Ａ１の周囲には、車軸側に配されるボルト部Ｊｂをナット止めするための複数のボルト挿通孔３Ａ２が設けられる。このようなハブ３としては、従来のタイヤホイールと同様、例えば、スチール、アルミ合金、マグネシウム合金等の金属材料によって形成されるのが好ましい。

　次に、前記スポーク４は、高分子材料による注型成形体によって形成される。図２、３に示すように、スポーク４は、外側環状部４Ａと、内側環状部４Ｂと、厚さ一定の複数枚のスポーク板部４Ｃとを一体に具える。

　高分子材料としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂が採用しうるが、安全性の観点から熱硬化性樹脂、例えばエポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコン系樹脂、ポリイミド系樹脂、メラミン系樹脂などが好適である。特にウレタン系樹脂は、弾性特性に優れるため、より好適に採用しうる。

　前記外側環状部４Ａは、車軸Ｊと同心な円筒状体である。この外側環状部４Ａの外周面は、前記トレッドリング２の内周面に、例えば接着剤を介して接合される。前記内側環状部４Ｂは、外側環状部４Ａの半径方向内側に同心に配される円筒状体である。この内側環状部４Ｂの内周面は、前記ハブ３の外周面に、例えば接着剤を介して接合される。

　前記スポーク部板４Ｃは、前記外側環状部４Ａと内側環状部４Ｂとを一体に連結する。前記スポーク板部４Ｃでは、その厚さ中心面Ｓが、前記内側環状部４Ｂの外周面と交わる半径方向内端縁を８ｉ、及び厚さ中心面Ｓが前記外側環状部４Ａの内周面と交わる半径方向外端縁を８ｏとしたとき、前記半径方向内端縁８ｉ及び半径方向外端縁８ｏは、それぞれタイヤ軸方向線に対して傾斜している。

　このように厚さ中心面Ｓの半径方向内端縁８ｉ及び半径方向外端縁８ｏが傾斜することで、スポーク板部４Ｃの接地時間が増加する。又スポーク板部４Ｃが接地する時と、スポーク板部４Ｃ、４Ｃ間が接地する時とで、車軸が受ける荷重変化が少なくなる。その結果、振動性能を向上させることができる。特に本例では、スポーク部板４Ｃは、半径方向内端縁８ｉ及び外端縁８ｏがタイヤ軸方向線に対して一方側に傾斜する第１のスポーク板部４Ｃ１と、タイヤ軸方向線に対して他方側に傾斜する第２のスポーク板部４Ｃ２とから構成されている。しかも前記第１のスポーク板部４Ｃ１と第２のスポーク板部４Ｃ２とが、周方向に交互に配されたジグザグ状に配列している。これによりスポーク４の左右の対称性が高まるため、ユニフォーミティの向上や車両流れの抑制などにも期待できる。隣り合う第１、第２のスポーク板部４Ｃ１、４Ｃ２が最も近づく一端側での間隔Ｄは、接地長さ（図示しない）より小、さらには１５mm以下に設定されるのが、振動性能の観点からより好ましい。

　図４（Ａ）、（Ｂ）に、前記厚さ中心面Ｓの平面図及び側面図が概念的に示される。同図に示すように、厚さ中心面Ｓの半径方向内端縁８ｉ及び外端縁８ｏは、それぞれタイヤ軸方向線に対して角度θｉ、θｏで傾斜するとともに、前記角度θｉ、θｏは、θｉ＜θｏである。従って、前記スポーク板部４Ｃは、捻れ板状に形成される。

　又図５（Ａ）、（Ｂ）に、前記厚さ中心面Ｓの平面図及び側面図が概念的に示される。同図に示すように、前記厚さ中心面Ｓがタイヤ軸方向線とは直角な面１０と交わる交差線１１は、直線をなす。しかも前記交差線１１に沿った前記半径方向内端縁８ｉから半径方向外端縁８ｏまでの長さであるスポーク長さＬは、タイヤ軸方向の任意の位置において一定である。同図には、タイヤ軸方向の任意の５つの位置Ｐ１～Ｐ５に配される交差線１１_１～１１_５が示される。各交差線１１_１～１１_５のスポーク長さＬ１～Ｌ５は互いに等しい。

　このように、タイヤ軸方向の任意の位置における交差線１１の長さ（スポーク長さＬ）が一定である。そのため、転動時、１つのスポーク板部４Ｃにおいて、タイヤ軸方向の任意の位置における歪み量が均一となる。その結果、応力の集中が抑えられて、スポーク板部４Ｃの損傷が抑制される。

　特に本例では、タイヤ軸方向の任意の位置において、前記交差線１１は、タイヤ軸心ｉからのびる放射線ｊの一部をなす。これにより、タイヤが受ける負荷荷重を最も効果的に車軸に伝達することができ、耐久性の向上に役立つ。

　又本例では、図３に示すように、前記半径方向内端縁８ｉは、この半径方向内端縁８ｉのタイヤ軸方向一方側の第１端点Ｅ１と、タイヤ軸方向他方側の第２端点Ｅ２とを前記内側環状部４Ｂの外周面に沿って最短距離で結ぶ最短距離線１２をなす。この最短距離線１２は、図６に示すように、内側環状部４Ｂの外周面を平面に展開したとき、サイン曲線１３の一部として現れる。このように半径方向内端縁８ｉを最短距離線１２で形成することで、スポーク板部４Ｃの剛性の巾方向の剛性を高めることができ、耐久性の向上に役立つ。

　スポーク４を形成する高分子材料は、１００％引張応力Ｍ_１００が２MPa以上、さらには４MPa以上のものを使用するのが好ましい。又スポーク板部４Ｃの厚さＴは１～５mm、かつ前記スポーク長さＬと厚さＴとの比Ｌ／Ｔは５～４００であるのが好ましい。

　高分子材料の１００％引張応力Ｍ_１００が２MPaを下回る場合、スポーク板部４Ｃの強度不足を招き、十分な耐久性を確保するのが難しくなる。又スポーク板部４Ｃの厚さＴが１mmを下回ると、スポーク板部４Ｃが薄過ぎとなる。その結果、注型成形時、金型内にて高分子材料の流れ不良が生じるなど、注型成形自体を難しくする。又厚さＴが５mmを越えると、使用上の問題はないが、タイヤが重くなり燃費性に不利を招く。又前記比Ｌ／Ｔの値が５を下回ると、使用上の問題はない。しかし、トレッドリング２とハブ３との間のスペースの多くがスポーク板部４Ｃに占められることになり、タイヤが重くなって燃費性に不利を招く。逆に比Ｌ／Ｔの値が４００を越えると、スポーク板部４Ｃが薄くかつ長くなり過ぎる。そのため、強度不足となって十分な耐久性を確保するのが難しくなる。

　図７に概念的に示すように、スポーク板部４Ｃの外表面と、内側環状部４Ｂの外周面及び外側環状部４Ａの内周面とが交わる入り隅状のコーナ部Ｑ１に、半径０．５mm以上の円弧面１５を形成して、各面を滑らかに連結するのが好ましい。又スポーク板部４Ｃのエッジ部Ｑ２にも、半径０．５mm以上の円弧面１６からなる面取り部を形成するのが好ましい。これにより各コーナ部Ｑ１及びエッジ部Ｑ２に歪みが集中するのを抑制でき、スポーク４の耐久性の向上に役立つ。

　以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

　本発明の効果を確認するため、図１に示す構造をなす乗用車用のエアレスタイヤ（タイヤサイズ１４５／７０Ｒ１２に相当するタイヤ）を、表１に示す仕様に基づき試作した。そして、各試供タイヤの耐久性、及び振動性能についてテストした。又各試供タイヤのスポークの質量を測定した。

　各タイヤとも、表１に記載以外は実質的に同仕様であり、スポークはウレタン樹脂（熱硬化性樹脂）による注型成形法により、トレッドリング及びハブと一体成形している。

（ａ）　図８（Ａ）に、比較例１のスポーク板部の配列状態が示される。比較例１では、スポーク板部の半径方向内端縁及び外端縁は、タイヤ軸方向に沿って配される。
（ｂ）　図８（B）に、比較例２のスポーク板部の配列状態が示される。比較例２では、スポーク板部の厚さ中心面の半径方向内端縁及び外端縁は、実施例１～１０と同様、タイヤ軸方向に対して傾斜している。又前記半径方向内端縁のタイヤ軸方向線に対する角度θ１は、実施例１～１０における角度θ１と同じである。比較例１、２ともスポーク板部は平板状に形成される。
（ｃ）　比較例３は、スポーク板部の配列状態は、実施例１～１０におけるスポーク板部の配列状態と同じである。しかし、スポーク板部の厚さＴが均一ではなく、タイヤ軸心からの距離に比例して半径方向内端縁側から外端縁側に向かって漸増することのみ相違している。
（ｄ）　実施例３では、交差線が放射線に対して傾斜している。そのため、スポーク長さＬが７２mmと実施例１、２等に比してやや長い。

　実施例および比較例では、厚さ中心面の半径方向内端縁は、最短距離線で形成されている。

（１）耐久性能：
　ドラム試験機を用い、試供タイヤを、荷重（３kN）、速度（１００km/h）にてドラム上を走行させ、タイヤに故障が発生するまでの走行距離を、実施例１を５００とする指数で表示した。指数が大きい方が耐久性能に優れている。

（２）振動性能：
　試供タイヤを、車両（超小型ＥＶ：商品名ＣＯＭＳ）の４輪に装着し、ドライアスファルト路面のタイヤテストコースを走行し、振動性能についてドライバーの官能評価により実施例１を５００とする指数で表示した。指数が大きい方が振動性能に優れている。

（３）スポークの質量：
　成形前後の質量差から、スポークの質量を換算した。

１ エアレスタイヤ
２ トレッドリング
２Ｓ 接地面
３ ハブ
４ スポーク
４Ａ 外側環状部
４Ｂ 内側環状部
４Ｃ スポーク板部
４Ｃ１ 第１のスポーク板部
４Ｃ２ 第２のスポーク板部
８ｉ 半径方向内端縁
８ｏ 半径方向外端縁
１０ 直角な面
１１ 交差線
１２ 最短距離線
Ｅ１ 第１端点
Ｅ２ 第２端点
ｊ 放射線
Ｓ 厚さ中心面

Claims (5)

1. 　接地面を有する円筒状のトレッドリング、前記トレッドリングの半径方向内側に配されかつ車軸に固定されるハブ、及び高分子材料による注型成形体からなりかつ前記トレッドリングとハブとを連結するエアレスタイヤであって、
   　前記スポークは、前記トレッドリングの内周面に接合される外側環状部と、前記ハブの外周面に接合される内側環状部と、前記外側環状部と内側環状部とを連結する一定厚さのスポーク板部とを一体に具え、
   　しかも前記スポーク板部の厚さ中心面が前記内側環状部の外周面に交わる半径方向内端縁と、前記厚さ中心面が前記外側環状部の内周面に交わる半径方向外端縁とは、それぞれタイヤ軸方向線に対して傾斜するとともに、
   　前記厚さ中心面がタイヤ軸方向線と直角な面に交わる交差線は直線をなし、かつ該交差線に沿った前記半径方向内端縁から半径方向外端縁までの長さであるスポーク長さＬは、タイヤ軸方向の任意の位置において一定であることを特徴とするエアレスタイヤ。
2. 　前記半径方向内端縁は、この半径方向内端縁のタイヤ軸方向一方側の第１端点と、タイヤ軸方向他方側の第２端点とを前記内側環状部の外周面に沿って最短距離で結ぶ最短距離線をなすことを特徴とする請求項１記載のエアレスタイヤ。
3. 　タイヤ軸方向の任意の位置において、前記交差線は、タイヤ軸心からのびる放射線の一部をなすことを特徴とする請求項１又は２記載のエアレスタイヤ。
4. 　前記スポーク板部は、前記半径方向内端縁及び外端縁がタイヤ軸方向線に対して一方側に傾斜する第１のスポーク板部と、タイヤ軸方向線に対して他方側に傾斜する第２のスポーク板部とからなり、
   　しかも前記第１のスポーク板部と第２のスポーク板部とが、周方向に交互に配されることを特徴とする請求項１～３の何れかに記載のエアレスタイヤ。
5. 　前記高分子材料の１００％引張応力Ｍ_１００は２MPa以上、前記スポーク板部の厚さＴは１～５mm、かつ前記スポーク長さＬと厚さＴとの比Ｌ／Ｔは５～４００であることを特徴とする請求項１～４の何れかに記載のエアレスタイヤ。
    

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