JP2017100640A - 非空気圧タイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】成形後の歪みを抑制し、脱型性を改善できる非空気圧タイヤを提供する。【解決手段】内側環状部１と、その内側環状部１の外側に同心円状に設けられる外側環状部２と、内側環状部１と外側環状部２とを連結する連結部３とを備える非空気圧タイヤＴであって、内側環状部１は、弾性材料からなる基材部１１と、基材部１１の中に埋設された環状の繊維集合体４とを備え、繊維集合体４は、タイヤ周方向及びタイヤ幅方向に対して傾斜する方向に延びる繊維４１，４２を含む。【選択図】図１

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。

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力は、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、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力はない。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。

非空気圧タイヤとして、例えば、下記の特許文献１には、エラストマー剪断層と、このエラストマー剪断層の放射方向内側に接着した第１のメンブレンと、このエラストマー剪断層の放射方向外側に接着した第２のメンブレンとを有する補強された環状バンドと、この環状バンドから放射方向内側へ向かって延びる複数のウェブスポークと、複数のウェブスポークをホイールに連結する手段とを有する非空気圧タイヤが記載されている。この非空気圧タイヤでは、環状バンドはエラストマー剪断層、第１のメンブレン、及び第２のメンブレンの３層構造となっているが、これらの層は互いに接着されており、製造工程が煩雑となり得る。

また、下記の特許文献２には、車両からの荷重を支持する支持構造体を備える非空気圧タイヤにおいて、前記支持構造体は、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中間環状部と、その中間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中間環状部とを連結する複数の内側連結部と、前記外側環状部と前記中間環状部とを連結する複数の外側連結部とを備え、前記支持構造体は、弾性材料で一体成形されていると共に、少なくとも前記中間環状部が補強繊維により補強されている非空気圧タイヤが記載されている。この非空気圧タイヤは、弾性材料で一体成形されており、特許文献１の非空気圧タイヤに比べ、製造工程を簡素化できる。

ところで、一般的に、特許文献２のように弾性材料で非空気圧タイヤを一体成形すると、成形後に収縮して非空気圧タイヤの寸法が変わる。特に、特許文献２のように、タイヤ幅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補強繊維によって補強される中間環状部は、タイヤ幅方向及びタイヤ周方向への収縮を抑えられるが、タイヤ幅方向及びタイヤ周方向に傾斜する方向への収縮を十分に抑えることができず、結果として非空気圧タイヤが一様に変形しないため、歪みが生じたり、脱型が困難になったりするおそれがある。

特表２００５−５００９３２号公報 特開２００９−３５０５１号公報

そこで、本発明の目的は、成形後の歪みを抑制し、脱型性を改善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であって、
前記内側環状部又は前記外側環状部は、弾性材料からなる基材部と、前記基材部の中に埋設された環状の繊維集合体とを備え、
前記繊維集合体は、タイヤ周方向及びタイヤ幅方向に対して傾斜する方向に延びる繊維を含むことを特徴とする。

上記目的を解決するために、本発明者は、鋭意研究を重ねたところ、非空気圧タイヤの脱型を困難とする大きな要因は、成形後の非空気圧タイヤが、タイヤ周方向及びタイヤ幅方向に対して傾斜する方向へ収縮により歪むことであることを見出した。本発明はかかる知見に基づいてなされたものであり、繊維集合体の繊維をタイヤ周方向及びタイヤ幅方向に対して傾斜する方向に配列することで、タイヤ周方向及びタイヤ幅方向に対して傾斜する方向への収縮を抑え、成形後の歪みを抑制でき、その結果、脱型性も改善できる。

本発明に係る非空気圧タイヤにおいて、前記繊維集合体は、タイヤ周方向又はタイヤ幅方向に対して４５°±１５°傾斜する方向に延びる繊維を含むことが好ましい。

また、本発明に係る非空気圧タイヤにおいて、前記繊維集合体は、タイヤ周方向又はタイヤ幅方向に対して互いに反対向きに傾斜する方向に延びる一対の繊維を含むことが好ましい。

また、本発明に係る非空気圧タイヤにおいて、前記繊維集合体は、タイヤ周方向に延びる繊維及びタイヤ幅方向に延びる繊維を含むことが好ましい。

これらの構成によれば、成形後の非空気圧タイヤの歪みを効果的に抑制でき、その結果、脱型性もより一層改善できる。

本発明の非空気圧タイヤの一例を示す正面図 非空気圧タイヤを内周側から見た図 図２の非空気圧タイヤのＡ−Ａ断面図 非空気圧タイヤの製造方法の一例を示す正面図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の非空気圧タイヤの一例を示す正面図である。図２は、図１の非空気圧タイヤを内周側から見た図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。ここで、Ｏは軸芯を、ＣＤはタイヤ周方向を、ＷＤはタイヤ幅方向を、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。ただし、非空気圧タイヤＴは、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、補強部材、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る外側環状部２と、内側環状部１と外側環状部２とを連結する複数の連結部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、厚みが一定の円筒形状であることが好ましい。また、内側環状部１の内周面には、車軸やリムとの装着のために、嵌合性を保持するための凹凸等を設けるのが好ましい。

内側環状部１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のタイヤ幅方向ＷＤ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、本実施形態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％伸び時の引張応力の値である。

内側環状部１は、弾性材料からなる基材部１１と、基材部１１の中に埋設された環状の繊維集合体４とを備えている。繊維集合体４は、繊維集合体４よりもタイヤ径方向内側の基材部１１ａと、繊維集合体４よりもタイヤ径方向外側の基材部１１ｂとで挟み込まれた形態となっている。繊維集合体４のタイヤ幅方向ＷＤの幅は、内側環状部１のタイヤ幅方向ＷＤの幅と同じである。

繊維集合体４は、タイヤ周方向ＣＤ及びタイヤ幅方向ＷＤに対して傾斜する方向に延びる繊維を含む。繊維集合体４は、タイヤ周方向ＣＤ又はタイヤ幅方向ＷＤに対して４５°±１５°傾斜する方向に延びる繊維を含むことが好ましく、タイヤ周方向ＣＤ又はタイヤ幅方向ＷＤに対して４５°傾斜する方向に延びる繊維を含むことがより好ましい。また、繊維集合体４は、タイヤ周方向ＣＤ又はタイヤ幅方向ＷＤに対して互いに反対向きに傾斜する方向に延びる一対の繊維を含むことが好ましく、タイヤ周方向ＣＤ又はタイヤ幅方向ＷＤに対して互いに反対向きに４５°傾斜する方向に延びる一対の繊維を含むことが特に好ましい。

本実施形態の繊維集合体４は、タイヤ周方向ＣＤ又はタイヤ幅方向ＷＤに対して互いに反対向きに４５°傾斜する方向に延びる一対の繊維４１，４２で構成されたネット状をしている。隣り合う繊維４１同士は、間隔を空けて配列されている。繊維４１同士の間隔は、例えば１〜２０ｍｍである。繊維４２についても繊維４１と同様である。このように、繊維集合体４は、空隙部分のあるネット状をしているため、繊維集合体４よりもタイヤ径方向内側の基材部１１ａと繊維集合体４よりもタイヤ径方向外側の基材部１１ｂとがその空隙部分を通じて連結される。これにより、基材部１１と繊維集合体４の間の界面での剥離を防いで耐久性を向上させることができる。

繊維集合体４を構成する繊維としては、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。

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、その用途等に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のタイヤ幅方向ＷＤ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、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。

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ＣＤに各々が独立するように複数設けられる。連結部３は、ユニフォミティを向上させる観点から、タイヤ周方向ＣＤに規則的に設けることが好ましい。

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。図１には、連結部３を４０個設けた例を示す。

個々の連結部３の形状としては、板状体、柱状体などが挙げられるが、本実施形態では板状体の例を示す。これらの連結部３は、正面視において、タイヤ径方向又はタイヤ径方向から傾斜した方向に延びている。本発明では、正面視において、連結部３の延設方向が、タイヤ径方向±３０°以内が好ましく、タイヤ径方向±１５°以内がより好ましい。図１では、連結部３が、タイヤ径方向に延設されている例を示す。

連結部３のタイヤ周方向ＣＤの厚みは、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、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。

連結部３のタイヤ幅方向ＷＤ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。

連結部３の形状や配置は、本実施形態に示すものに限定されない。例えば、複数の連結部は、内側環状部１のタイヤ幅方向一方側から外側環状部２のタイヤ幅方向他方側へ向かって延設される第１連結部と、内側環状部１のタイヤ幅方向他方側から外側環状部２のタイヤ幅方向一方側へ向かって延設される第２連結部とが、タイヤ周方向ＣＤに沿って交互に配列された構成でもよい。

非空気圧タイヤＴは、繊維集合体４を除いて全体としては弾性材料で一体成形される。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。

次に、本発明に係る非空気圧タイヤＴを製造する方法について説明する。非空気圧タイヤＴの製造方法は、内側環状部１、外側環状部２、連結部３にそれぞれ対応する空間部Ｃ１〜Ｃ３を有する成形型９を用いて、内側環状部１に対応する空間部Ｃ１又は外側環状部２に対応する空間部Ｃ２に繊維集合体４を配置する工程と、成形型９の空間部Ｃ１〜Ｃ３に弾性材料の原料液を充填する工程と、弾性材料の原料液を固化させる工程とを備える。

図４は、成形型９の平面図である。空間部Ｃ１〜Ｃ３は、内周側型部材９１と、外周側型部材９２と、底面型部材９３と、中子型部材９４と、不図示の上面型部材によって形成される。本実施形態では、内側環状部１に対応する空間部Ｃ１に繊維集合体４が配置されている。

上記の工程により、内側環状部１と、その内側環状部１の外側に同心円状に設けられる外側環状部２と、内側環状部１と外側環状部２とを連結する連結部３とを備える非空気圧タイヤＴであって、内側環状部１は、弾性材料からなる基材部と、基材部の中に埋設された環状の繊維集合体４とを備え、繊維集合体４は、タイヤ周方向ＣＤ及びタイヤ幅方向ＷＤに対して傾斜する方向に延びる繊維を含む非空気圧タイヤＴを製造できる。一体成形された非空気圧タイヤＴは、タイヤ幅方向に脱型される。

［他の実施形態］
（１）繊維集合体４は、タイヤ周方向ＣＤに延びる繊維及びタイヤ幅方向ＷＤに延びる繊維を含むことが好ましい。これにより、非空気圧タイヤＴの収縮をバランスよく抑えることができる。

（２）繊維集合体４は、それぞれの方向に延びる繊維をまとめて編み込んでもよいが、タイヤ周方向ＣＤに延びる繊維とタイヤ幅方向ＷＤに延びる繊維とからなるネット状繊維集合体と、タイヤ周方向ＣＤ及びタイヤ幅方向ＷＤに対して傾斜する方向に延びる繊維とからなるネット状繊維集合体とを重ねるようにしてもよい。

以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。評価項目は、収縮率と脱型性とした。収縮率は、タイヤ幅方向、タイヤ周方向、タイヤ幅方向及びタイヤ周方向に４５°傾斜する方向の収縮率を測定した。脱型性の結果は、「○」、「△」、「×」で示し、「○」は「問題なし」、「△」は「タイヤに変形が生じるものの脱型可能」、「×」は「脱型不可」である。収縮率と脱型性は、キュア終了直後、及び常温に６時間放置後に評価した。

比較例１
内側環状部に繊維集合体を設けないものを比較例１とした。

比較例２
内側環状部に、タイヤ周方向に延びる繊維とタイヤ幅方向に延びる繊維とからなるネット状繊維集合体を２層配置したものを比較例２とした。

実施例１
内側環状部に、タイヤ周方向又はタイヤ幅方向に対して互いに反対向きに４５°傾斜する方向に延びる一対の繊維とからなるネット状繊維集合体を２層配置したものを実施例１とした。

実施例２
内側環状部に、タイヤ周方向に延びる繊維とタイヤ幅方向に延びる繊維とからなるネット状繊維集合体と、タイヤ周方向又はタイヤ幅方向に対して互いに反対向きに４５°傾斜する方向に延びる一対の繊維とからなるネット状繊維集合体とを重ねて配置したものを実施例２とした。

表１の結果から以下のことが分かる。実施例１及び２の非空気圧タイヤは、キュア直後と常温６時間放置後のいずれの場合にも、比較例２と比較して脱型性は改善された。特に、実施例２の非空気圧タイヤは、常温６時間放置後の場合にも、全方向に収縮率が小さかった。

１ 内側環状部
２ 外側環状部
３ 連結部
４ 繊維集合体
１１ 基材部
４１ 繊維
４２ 繊維
Ｔ 非空気圧タイヤ

Claims (4)

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であって、
   前記内側環状部又は前記外側環状部は、弾性材料からなる基材部と、前記基材部の中に埋設された環状の繊維集合体とを備え、
   前記繊維集合体は、タイヤ周方向及びタイヤ幅方向に対して傾斜する方向に延びる繊維を含むことを特徴とする非空気圧タイヤ。
2. 前記繊維集合体は、タイヤ周方向又はタイヤ幅方向に対して４５°±１５°傾斜する方向に延びる繊維を含むことを特徴とする請求項１に記載の非空気圧タイヤ。
3. 前記繊維集合体は、タイヤ周方向又はタイヤ幅方向に対して互いに反対向きに傾斜する方向に延びる一対の繊維を含む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. 前記繊維集合体は、タイヤ周方向に延びる繊維及びタイヤ幅方向に延びる繊維を含むことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の非空気圧タイヤ。
   
   
   

Images