JP2003320808A - 可撓性非空気圧タイヤ - Google Patents
可撓性非空気圧タイヤInfo
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Abstract
素2は可撓性継手4を介して連結構造体3によって互いに
接合され、全体として機能する。
Description
tic tyre) とよばれる空気の膨張圧無しで相当な荷重を
支持することができる、ホイールに取付けて用いられる
タイヤに関するものである。
載されている。
にほぼ放射環状に対称に配置された複数の支持要素から
なる。この特許に記載の非空気圧タイヤが荷重を支持す
る時には接触面内にある所定数の支持要素が大きく撓
み、それによって支持要素が荷重を受け持つ力が生じ
る。各支持要素は連結構造体と一緒になって互いに隣接
する支持要素間で応力を伝達する。この弾性非空気圧タ
イヤが荷重を支持する能力はタイヤの接触面にある支持
要素の曲げ応力(flexural stressing)に依存し、また、
上記連結構造体を介したタイヤ接触面以外での支持要素
の曲げ応力に依存する。
支持要素の地面との接触面での撓み(放射方向撓み、fle
xion)には差があるということは知られている。また、
各支持要素は捩れに耐えことができ、各支持要素は接触
面に侵入する前に所定の傾きで放射方向からズレる(der
adiallisation)ということも知られている。タイヤが通
常運転状態で走行する際には各支持要素の接触面への侵
入がわずかに遅れて少しずつ放射方向からズレる。その
後、支持要素が接触面を横切るときには支持要素は再び
放射方向位置へ戻り、接触面から出るときにタイヤの回
転軸線を通る垂直面に対して上記の放射方向からのズレ
とほぼ対称に放射方向へズレる。
の一部を隣接する支持要素へ伝達する役目をし、各支持
要素の放射方向変位だけでなく周方向変位を許すのに十
分な可撓性を有しているということも知られている。支
持要素の放射方向変位の差は支持要素の曲げ応力の差に
対応し、周方向変位の差は、放射方向のズレから分かる
ように、連結構造体での周方向応力に対応する。上記の
弾性非空気圧タイヤは、通常運転状態下で大きな荷重に
完全に耐えることができる。
荷重支持構造体を改良して、上記の優れた荷重支持能力
を維持したまま、その耐久性を大幅に向上させることに
ある。
りを周方向へ延びた可撓性のある荷重支持構造体と、こ
の荷重支持構造体の放射方向外側周縁部に配置されたト
レッドと、荷重支持構造体をホイールに固定するため
の、回転軸線側に放射状に設けられた少なくとも1つの
締付け領域とを有し、荷重支持構造体は基本的に横方向
へ延びた複数の支持要素と各支持要素を周方向で相互に
連結する連結構造体とで構成され、支持要素の第1部分
は少なくともトレッドと対向して配置され、支持要素の
第2部分はトレッドを超えて配置され、各支持要素は周
方向に互いに並んで配置され且つ全周に分布している、
可撓性のある非空気圧タイヤにおいて、複数の可撓性継
手を有し、各可撓性継手は、少なくとも部分的に、上記
連結構造体と各支持要素の第1部分との間に配置されて
いることを特徴とするタイヤを提供する。
とトレッドとの間に配置されているのが好ましい。支持
要素は一方のリムへの固定(アンカー)部からトレッド
を通って他方のリムへの固定部まで連続しているのが好
ましい。さらに、連結構造体は周方向で連続しているの
が好ましく、以下で説明するように例えばケーブルまた
はワイヤまたはストリップで強化されるのが有利であ
る。
れた可撓性継手を形成することを提案する。各可撓性継
手はその一方を支持要素と一体にし、他方を連結構造体
と一体にして、支持要素と連結構造体との間で力が伝達
するようになっている。本発明が提案するタイヤでは荷
重支持構造体の構成要素を分離しても荷重支持構造体全
体が良好に機能して、優れた特性および耐久性が保証さ
れるという利点がある。以下、添付図面を参照して本発
明をさらに詳細に説明する。
非空気圧タイヤ1のプロフィルは卵形断面の円環状内部
空洞を規定している。このタイヤ1は軸線方向に分離可
能な2つの締付け領域11と、2つのサイドウォール12と、
1つのトレッド13とを有する。トレッド13は複数の平行
なリブを有するが、この特徴は単に説明のためで、これ
に限定されるものではない。サイドウォール12は丸く、
タイヤ1の放射方向高さの大部分を占めている。荷重支
持構造体は支持要素2から成る。各支持要素2は互いに周
方向に隣接し、一方の締付け領域11から他方の締付け領
域へ向かってほぼ放射方向へ延びている。[図2]から
分かるように、各支持要素2は可撓性のある複合材料の
シート21と、このシート21の間に挟まれたエラストマー
22層とを積層したものから成る。こうして互いに接着さ
れたシートの束が応力を受けて撓むビーム(梁)を形成
する。しかし、本発明がこの積層体の構成に限定される
ものではない。
間で、好ましくは放射方向でトレッドと支持要素2との
間に配置された連結構造体3を有する。この連結構造体3
は複数の支持要素2の放射方向応力を周方向に分散させ
ると同時に、互いに隣接する支持要素2間の変位の差を
許すようになっている。この目的を有する連結構造体3
はほぼ周方向を向いた補強材、例えばエラストマーのマ
トリックス31(好ましくはゴムのマトリックス)中に埋
め込まれたモノフィラメント補強材30から成るのが好ま
しい。この補強材30はトレッドの反対側で全ての支持要
素2を取り囲むように複数の位置で巻き付けられてい
る。図示した実施例ではモノフィラメント補強材30の各
巻線はエラストマー材料の層32の放射方向上方に配置さ
れている。モノフィラメント補強材30はほぼ周方向に
(すなわち軸線に直角な面に対してゼロに近い角度で)
巻き付けられる。これはモノフィラメント補強材30が所
望巻数に応じて巻き付けられるということを意味し、ま
た、所望数のモノフィラメントリングであるということ
に等しい。変形例では、一般の空気圧タイヤのトレッド
内に配置される角度ゼロ度の補強材として一般に用いら
れているものの中から多数のケーブルをモノフィラメン
ト補強材30として使用できるということは理解できよ
う。モノフィラメント補強材30の代わりに、シート状ま
たはストリップ状の外観を有する補強材、例えば複合材
料の補強材を使用することもできる。この場合には、シ
ート状またはストリップ状の補強材を所望巻数に応じて
巻き付けるか、所望数のリングの形で使用する。
の詳細な説明は上記国際特許第WO 00/37269号を参照さ
れたい。この特許の記載内容は本明細書の一部を成す。
シート21とモノフィラメント補強材30とからなる複合材
料は樹脂中に埋め込まれた強化繊維を有するということ
は理解できよう。熱硬化性樹脂のマトリックスを用いる
のが好ましいが、応力が小さい用途では熱可塑性樹脂を
用いるのが好ましい。強化繊維は各シート中および各モ
ノフィラメント補強材中に主として長手方向に配置され
ているのが好ましい。例えばガラス繊維が用いられる
が、その他の繊維、例えば炭素繊維を用いることができ
るということは理解できよう。種々の繊維で作られたハ
イブリッドを用いることもできる。
補強材を用いることができる。
対称なテクニカル繊維からなる細長い複合要素が提案さ
れている。この繊維は極めて長く、初期伸び率が少なく
とも2.3Gpaである熱硬化性樹脂中に含浸され、熱硬化性
樹脂中で繊維は全て互いにほぼ平行で、細長い複合要素
の繊維含有率は全重量の30%〜80%で、細長い複合要素
の密度は2.2以下で、圧縮状態での破断曲げ応力は破断
伸び応力よりも大きく、圧縮状態で少なくとも2%弾性
変形する。上記のほぼ対称なテクニカル繊維は例えばガ
ラス繊維である。
介して連結されていることがわかる。この可撓性継手4
は各支持要素2の放射方向上方に配置され、それによっ
て支持要素2と連結構造体3との間が機械的に連結され、
この可撓性継手4を介して力が一方から他方へ伝達され
る。本発明の好ましい実施例では、支持要素2はトレッ
ドの反対側で締付け領域11まで連続して軸線方向へ延び
ている。各支持要素2は連結構造体3の幅にほぼ対応する
中間部25を有する。図示した本発明実施例では(各支持
要素の)上記中間部25(第1部分)が少なくともトレッ
ドの反対部分に配置されているが、本発明がこの実施例
に限定されるものではない。連結構造体3はトレッド13
のほぼ全幅を占める。支持要素2の中間部25は各可撓性
継手4によって連結構造体3に接合することができる。ま
た、各支持要素2がタイヤのそれぞれの側にサイドウォ
ール12中まで延びて締付け領域11に達する側部26を含む
こともわかる。図示した本発明実施例では(各支持要素
の)上記側部26(第2部分)がトレッドを超えて配置さ
れ、タイヤに荷重が加わったときにこの部分で支持要素
が撓むが、本発明がこの実施例に限定されるものではな
い。本発明の提案する可撓性継手4は重量以外の多くの
非空気圧タイヤに適用することができる。すなわち、荷
重支持構造体が支持要素と支持要素間の連結構造体とを
含み、支持要素の荷重下の撓みによって荷重支持能の全
部でないにしてもその大部分が得られるような非空気圧
タイヤに適用できる。
[図2]の拡大図から分かるように、可撓性継手4は支持
要素2と連結構造体3との間に配置されている。各可撓性
継手4は支持要素2と一体なソール(足部)42と、連結構
造体3と一体なヘッド(頭部)43とを有する。各可撓性
継手4はソール42とヘッド43との間に横方向自由表面41
(すなわち非空気圧タイヤ1の別の部分と全く接触して
いない横方向自由表面)を有している。従って、タイヤ
運転時(タイヤ運転時に関しては以下で説明する)に横
方向自由表面41の形状の変化に逆らう要素は全く存在し
ない。
れているのが好ましい。低ヒステリシスのエラストマー
材料を用いるのが有利で、例えばタイヤのサイドウォー
ルに用いられるタイプの硫黄加硫式ゴム混合物を使用す
ると良い結果が得られることは理解できよう。このよう
な混合物はヒステリシスが十分に低く、耐破断性が十分
であり、可撓性継手は、大きな繰返し変形に耐えなが
ら、支持要素2と連結構造体との間で力を正確に伝達す
ることができる。優れた結果が得られる他の材料は例え
ばポリウレタンである。
周方向幅が「L」で、放射方向高さが「H」である。互い
に隣接する2つのアーチの間の周方向長さは「l」であ
る。可撓性継手4の放射方向高さは「h」で、周方向幅
は「s」である。既に述べたように、図示した本発明実
施例では各可撓性継手4がトレッド13のほぼ全幅「w」に
わたって連続している([図1]参照)。また、各可撓
性継手4はほぼ凹形の横方向自由表面41を有し、可撓性
継手4の放射方向厚さの中央での幅(幅lc)はソール42
の幅Lよりわずかに小さいこともわかる。従って、各可
撓性継手の放射方向厚さはソールとヘッドとの間に中間
位置があり、この中間位置では可撓性継手4の幅がその
最大幅(ソールまたはヘッドの領域での幅)よりも小さ
く、好ましくは幅L(図示した実施例では支持要素2とソ
ール42との接合部で測定した幅)の90%以下である。
造体が極めて良好に機能することを証明する基準となる
寸法値の例を以下に示す: 1) 可撓性継手4の最大幅は支持要素2の幅Lにほぼ等
しい。 2) 可撓性継手4の軸線方向長さはトレッド13の幅
「w」にほぼ等しい。 3) 可撓性継手4の高さhは支持要素2の高さHより低
い。 4) 可撓性継手4の高さhは支持要素2の高さHの半分よ
り高い。 5) 可撓性継手4の中央の幅lcは可撓性継手4の幅Lの
約80%である。
方向に並んで配置された複数のセクション4i、4ii、4
iii、4iv、4vが見える。各セクション4i、4ii、4iii、4
iv、4vの累積長さは連結構造体3の幅「w」より短い。各
セクション4i、4ii、4iii、4iv、4vは一緒になって支持
要素2を連結構造体3に連結する複数の可撓性継手を構成
する。別の変形例では、軸線に対して直角な面を通る継
手のセクションが、断面の軸線方向変位時に変化する。
この変形例は継手が横方向に連続している場合にも、複
数のセクション4i、4ii、4iii、4iv、4vから成る場合に
も等しく適用できる。
「L」が増えるとタイヤの均一性は高まる)と、製造の
し易さ(幅「L」が増えるとタイヤ軸線を中心とした捩
り剛性は低くなる)の問題を満足させるように決められ
るということは理解できよう。別の例として、以下にい
くつかの基準を挙げる: 1) 支持要素2の高さHは幅Lとほぼ同じ大きさであ
る。 2) 支持要素2の幅Lは約500kgの定格荷重の弾性非空
気圧タイヤに対して(すなわち500kgの荷重ごとに)一
般に5〜15mmの間で変える。 3) [図3]に示す部分で測定した互いに隣接する2つ
の支持要素の間の空間sは一般に4〜8mmの間で変える。
では「締付け領域」とよぶ。この用語はハブと一体な剛
体の機械的部品に取り付ける部分のタイヤ全体を指すの
に用いる。締付け領域11は上記の機械的部品中に埋め込
むのが好ましい。この締付け領域についても、ハブへの
タイヤの連結法、例えば単一のモノブロックな締付け領
域の使用可能性や、剛体の機械的部品に当接するタイヤ
の放射方向内側表面の幅を変更する利点については上記
国際特許出願第00/37269号を参照されたい。本発明でも
この特許で説明されているように締付け領域11を単一の
モノブロックにし、タイヤの放射方向断面を閉じるとい
うことを強調しておくが、いずれの構成を選択するかは
本発明とは無関係である。例えば、軸線方向に分離可能
な締付け領域11の取付け法は上記国際特許第00/37269号
の[図8]および[図9]に示すものにすることができ
る。この場合には2つの内側フェルール380、381で狭い
リムが形成され、挿入部分321が外側フェルールを形成
して各締付け領域を把持し、荷重支持構造体の放射方向
内側部分を埋め込むことができるようになっている。
タイヤの挙動を詳細に説明する。先ず最初に、本発明の
タイヤはほぼ放射方向に配置された積層要素を有すると
いうことを思い出されたい。従来のラジアルタイヤに関
する知識から、この積層要素は接触面を通る時に撓みの
他に捩れ応力を受け、わずかに「放射方向からズレる、
deradialised」ということは理解できよう。「放射方向
からのズレ、deradialisation」とはサイドウォール内
で通常は放射方向を向いている補強要素(従来のラジア
ルタイヤのカーカスコード、本明細書の実施例では支持
要素)が放射方向からある程度変位することを意味す
る。このズレの最大値は地面との接触面への入口と、接
触面からの出口とで見られる。放射方向からのズレは支
持要素が単なる放射方向面内での撓み以外の変形も許す
ことによって可能になる。
地面と接した領域はある程度平らになることができ、膨
張した空気タイヤで周知の状態で、荷重下のタイヤは地
面との接触面が一定の寸法になる。荷重下での撓み(従
って、タイヤが与える乗り心地)に最も貢献するのは放
射方向内側の支持構造体の回転軸線に最も近い部分であ
ることを思い出されたい。従って、タイヤの横方向両端
部の軸線方向距離の50%以内の部分に対応する所に締付
け領域を位置させなければならない。可撓性支持構造体
の放射方向内側部分は締付け領域を越えて片持ち状態で
延びる。有利な構造的配置では締付け領域を越えた所の
支持要素を回転軸線に対してほぼ平行な方向に向ける。
下記実施例でもそうなっている。また、図示したタイヤ
は対称で、締付け領域はタイヤの軸線方向両端部の間の
ほぼ中心に位置しているが、これに限定されるものでは
ない。非対称構成(特に締付け領域の位置に関して)を採
用できることはいうまでもない。
時の接触面に対応する弾性タイヤの部分を示し、また、
支持要素2と連結構造体3との変形によって生じる可撓性
継手4の変形状態を示している。可撓性継手4Aから分か
るように、接触面への入口([図4])で可撓性継手4は
タイヤの回転方向へ変形する。さらに、可撓性継手4Bは
接触面の中央([図5])での可撓性継手の変形を示す。
ここで支持要素2の放射方向撓みが最大になることが分
かる。最後に、可撓性継手4Cは接触面からの出口([図
6)で可撓性継手4Aの変形状態と対称に変形する。
の通常の向きに対して傾くことがわかる。可撓性継手4
の存在によって支持要素2と連結構造体3とが連結され、
この連結によって荷重支持構造体全体に極めて高い耐久
性が与えられ、十分な変位、特に支持要素の捩りを許容
しながら、機械的応力を伝達することができる。従っ
て、支持要素2は、懸架アーム要素が可撓性ゴム継手に
よって車体に連結されるときに良く用いられる方法で、
一種の継手を介して連結構造体3に連結される。キャン
バ角またはドリフト角の駆動トルクまたは制動トルクの
存在によって、上記の変形に他の変形が加わることは理
解できよう。
するが、[図1]の右側部分に示すような均一な外観を
タイヤに与える外皮120を含んでいてもよい。この外皮1
20は全ての支持要素2をその外側から覆う。互いに隣接
した2つの支持要素2の間には、これらの支持要素2の間
の空間を部分的または完全に満たす材料が存在してもよ
い。この外皮120の別の利点は荷重支持構造体が区画す
る内部空洞に不浸透性を与えて内部空洞が石、水または
泥の侵入によって汚染され、タイヤの機能が妨害され、
さらにはタイヤが破損するのを防ぐ点にある。しかし、
このような外皮は支持要素間あるいは支持要素と相互連
結要素との間で力を伝達するようには設計されない。
由から、タイヤにサイドウォール内の支持要素2を覆う
外皮を設けない(すなわち、支持要素は少なくともサイ
ドウォール内では裸のままにする)のが有利である。こ
の場合、最終物品のサイドウォールは[図1]の左側部
分の外観を有する。従って、[図1]のこの部分はサイ
ドウォールの真の外観であり、単なる破断図ではない。
また、トレッドを内部空洞と連通させ、すなわち気密に
しなくてもよい。別の変形例(図示せず)では、連結構造
体を支持要素の少なくとも一部の内側に可撓性継手を介
して放射状に取付けることができ、さらに、磨耗部分
(トレッド)を、周方向に連続しているかどうかとは無
関係に、支持要素2の外側に放射状に配置することがで
きる。
状態で使用するタイヤ(非空気圧タイヤ)を製造するこ
とができる。図示したタイヤに所定の空気圧を加えるこ
とを排除するものではないことに注目すべきであり、こ
れは重要なことである。この場合にはタイヤを気密性に
する(外皮120の存在および無孔トレッド)か、タイヤ
にインナーチューブを備えるだけで十分である。内部空
洞部を所定の圧力「p」にしてタイヤの特性(特に可撓
性)を調節する。膨張空気タイヤと比較した場合、本発
明タイヤでの圧力「p」は膨張した空気タイヤの場合の
定格圧力Pの追加圧力Δpに匹敵する。概念を理解して
もらうために説明すると、従来タイヤを最終用途に応じ
てP〜P+Δpの範囲の圧力レベルで用いる場合、本発
明タイヤは用途に応じて0(無圧)〜Δpの範囲の圧力
「レベル」で用いることになる。
を支持するということである。各支持要素は互いに完全
に離れた状態では機能しないが、可撓性継手4を介した
連結構造体3によって連結されると全体が優れた機能を
発揮し、互いに隣接する2つの積層要素間に非常に強い
剪断力が生じるのが防止され、優れた均一性すなわち地
面に対するタイヤの周方向位置とは無関係に特性の相対
的安定性を得ることができる。
部分投影図。
の部分断面図。
す図。
す図。
す図。
Claims (26)
- 【請求項1】 回転軸線の周りを周方向へ延びた可撓性
のある荷重支持構造体と、この荷重支持構造体の放射方
向外側周縁部に配置されたトレッドと、荷重支持構造体
をホイールに固定するための、回転軸線側に放射状に設
けられた少なくとも1つの締付け領域とを有し、荷重支
持構造体は基本的に横方向へ延びた複数の支持要素と各
支持要素を周方向で相互に連結する連結構造体とで構成
され、支持要素の第1部分は少なくともトレッドと対向
して配置され、支持要素の第2部分はトレッドを超えて
配置され、各支持要素は周方向に互いに並んで配置され
且つ全周に分布している、可撓性のある非空気圧タイヤ
において、 複数の可撓性継手を有し、各可撓性継手は、少なくとも
部分的に、上記連結構造体と各支持要素の第1部分との
間に配置されていることを特徴とするタイヤ。 - 【請求項2】 連結構造体が放射方向で支持要素とトレ
ッドとの間に配置されている請求項1に記載のタイヤ。 - 【請求項3】 各可撓性継手がエラストマー材料からな
る請求項1に記載のタイヤ。 - 【請求項4】 各可撓性継手が硫黄加硫式のゴム混合物
からなる請求項1に記載のタイヤ。 - 【請求項5】 各可撓性継手がポリウレタンからなる請
求項1に記載のタイヤ。 - 【請求項6】 各可撓性継手が横方向に並んで配置され
た複数のセクションから成る請求項1に記載のタイヤ。 - 【請求項7】 定格荷重が約500kgの弾性非空気圧タイ
ヤでの支持要素の幅Lが5〜15mmである請求項1に記載の
タイヤ。 - 【請求項8】 支持要素がトレッドの反対側で軸線方向
へ連続している請求項1〜7のいずれか一項に記載のタ
イヤ。 - 【請求項9】 支持要素が複合材料のシート積層体によ
って構成され、各シートの間にエラストマー層が配置さ
れている請求項1〜8のいずれか一項に記載のタイヤ。 - 【請求項10】 軸線方向に分離可能な2つの締付け領
域を有する請求項1〜9のいずれか一項に記載のタイ
ヤ。 - 【請求項11】 各支持要素が一方の締付け領域から他
方の締付け領域まで連続している請求項1〜10のいず
れか一項に記載のタイヤ。 - 【請求項12】 シートが熱硬化性または熱可塑性樹脂
のマトリックスと、主として長手方向に配置された強化
繊維とからなる請求項9に記載のタイヤ。 - 【請求項13】 サイドウォールで支持要素が被覆され
ていない請求項1〜12のいずれか一項に記載のトレッ
ド。 - 【請求項14】 支持要素がほぼ放射状に配置されてい
る請求項1〜13のいずれか一項に記載のトレッド。 - 【請求項15】 連結構造体が周方向に連続している請
求項1〜14のいずれか一項に記載のタイヤ。 - 【請求項16】 連結構造体が強化されている請求項1
〜15のいずれか一項に記載のタイヤ。 - 【請求項17】 連結構造体がほぼ周方向を向いた補強
材から成る請求項16に記載のタイヤ。 - 【請求項18】 各可撓性継手がトレッドのほぼ全幅
「w」にわたって連続している請求項1〜17のいずれ
か一項に記載のタイヤ。 - 【請求項19】 各可撓性継手が支持要素と一体なソー
ルと、連結構造体と一体なヘッドとを有し、各可撓性継
手はソールとヘッドとの間に横方向自由表面を有する請
求項1〜18のいずれか一項に記載のタイヤ。 - 【請求項20】 各可撓性継手のソールとヘッドとの間
の放射方向厚さの中間位置での可撓性継手の幅が可撓性
継手のソールまたはヘッドでの可撓性継手の最大幅より
も小さい請求項19に記載のタイヤ。 - 【請求項21】 各可撓性継手がほぼ凹形の横方向自由
表面を有し、可撓性継手の放射方向厚さの中央での可撓
性継手の幅(幅lc)がソールでの幅Lより小さい請求項
20に記載のタイヤ。 - 【請求項22】 中間位置での可撓性継手の幅が可撓性
継手の最大幅Lの90%以下である請求項20に記載のタ
イヤ。 - 【請求項23】 可撓性継手の中間位置での幅lcが可撓
性継手の幅Lの約80%である請求項21に記載のタイ
ヤ。 - 【請求項24】 可撓性継手の最大幅が支持要素の幅L
にほぼ等しい請求項1〜23に記載のタイヤ。 - 【請求項25】 可撓性継手の高さhが支持要素の高さH
より低い請求項1〜24のいずれか一項に記載のタイ
ヤ。 - 【請求項26】 可撓性継手の高さhが支持要素の高さH
の半分以上である請求項1〜25のいずれか一項に記載
のタイヤ。
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