JP4857706B2 - 非空気式タイヤ - Google Patents

Description

本発明は、非空気式タイヤに関し、詳しくは、安定した接地面積・接地形状を維持することができ、耐久性、乗り心地、操縦安定性などの改良された非空気式タイヤに関するものである。

一般に、非空気式タイヤは、ゴムが中実であるため、空気入りタイヤのように局部変形することができない構造になっていた。

そのため、従来の非空気式タイヤでは、空気入りタイヤ並みに乗り心地が良好な荷重負担能力を発揮することは困難であるとされていた。

このような従来の非空気式タイヤに対し、その機能を空気入りタイヤ並みの変形と荷重負担特性とを有するようにするものとして、同心円状に外周輪と内周輪を配置させて、これら両輪を連結するウェブと、半径方向の面に対し斜めに傾斜させた多数のリブとを緩衝用に設けるようにしたものなどが提案されている（特許文献１−５）
しかし、このような非空気式タイヤは、タイヤ荷重をウェブで支えるようにするため、ウェブ上の接地部分のみ接地圧が高くなり、その結果、コーナリングフォースが小さくなって操縦安定性に劣るという欠点があった。

また、一般に、これら先行技術のものは、内周輪と外周輪を接続するスポークの接点部分角度が深いことにより、タイヤ周方向の変形あるいは荷重の増加に対して、極端な曲げ変形が発生しており、応力集中によるスポーク部位の破損や、スポーク部からトレッド部に伝達される応力の急激な変化によって安定した接地面積・接地形状を得ることは難しかったものである。

これら先行技術の中には、ウェブをタイヤ幅中心に対して左右一対設けるようにしたものもあるが、ウェブを左右一対に設けるようにするには、成形のために中子を配置することなどを検討する必要があり製造が難しくなるという不都合があった。

また、外周輪構造を、エラストマー剪断層と該エラストマー剪断層の放射方向内側に接着した少なくとも１つの第１のメンブレンと、該エラストマー剪断層の放射方向外側に接着した少なくとも１つの第２のメンブレンとを有し、第１および第２の各メンブレンが剪断層の剪断弾性率より大きな縦方向引張り弾性係数を有するという補強された構造にして、外部荷重が加わることによってタイヤの地面接触部分はエラストマー剪断層の剪断によって変形するが、各メンブレンは実質的に一定長さを維持し、ウェブスポークはタイヤの地面接触部分と結合していないウェブスポークの張力を介して環状バンドとハブとの間で荷重力を伝達するようにした非空気式タイヤが提案されている（特許文献６）。

しかし、外周輪を多層構造にすることは、重量の増加を招き、また、層剥がれなどの問題発生も可能性としてあるので、できればシンプルな構造にすべきものである。
特開昭６０−２３６８０３号公報 特開昭６２−２９５７０４号公報 特開平１−２８５４０３号公報 特開平１−３１１９０２号公報 特開平２−１７９５０３号公報 特表２００５−５００９３２号公報

本発明の目的は、上述したような点に鑑み、外周輪と内周輪とを有する非空気式タイヤにおいて、該外周輪と内周輪の間隙に存在させるべきスポーク材の機能を特別なものとすることにより、安定した接地面積・接地形状を維持することができ、ひいては、耐久性、乗り心地、操縦安定性などの改良された非空気式タイヤを提供せんとするものである。

上述した目的を達成する本発明の非空気式タイヤは、以下の(1) の構成からなる。
（１）同心円状に配置された弾性材料からなる外周輪と内周輪とを有するとともに、それら両輪には、弾性材料からなるスポーク材が連結されていて、かつ、該スポーク材は、前記外周輪と前記内周輪の間に空隙を形成せしめて、かつ該空隙のタイヤ径方向外向き箇所に存在する外周輪の一部分にタイヤ径方向の圧縮力が加えられた際にタイヤ周方向において互いに反対方向に撓む対をなすスポーク材として形成されているとともに、該対をなすスポーク材間には、前記反対方向への撓みを抑える弾性材料からなる連結材が設けられていることを特徴とする非空気式タイヤ。

また、かかる本発明の非空気式タイヤにおいて、具体的により好ましくは、以下の(2) 〜(7) の構成からなるものである。
（２）対をなすスポーク材が、タイヤ幅方向と平行に中心軸方向を有する中空円柱状の形態を呈していることを特徴とする上記(1) 記載の非空気式タイヤ。
（３）対をなすスポーク材が、タイヤ幅方向と平行に中心軸方向を有する中空正多角形状の形態を構成していることを特徴とする上記(1) 記載の非空気式タイヤ。
（４）対をなすスポーク材が、そのスポーク材長さをＬとして、隣接する対のスポーク材との間の最小間隙Ｄが、Ｄ＝０．１Ｌ〜０．４８Ｌであるように設けられていることを特徴とする上記(2) 記載の非空気式タイヤ。
（５）１つのタイヤ全体において、対をなすスポーク材が１２対〜３６対形成されていることを特徴とする上記(1) 、(2) 、(3) または(4) 記載の非空気式タイヤ。
（６）弾性材料が、引張弾性率１０〜７０ＭＰａである熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂あるいはゴム組成物であることを特徴とする上記(1) 、(2) 、(3) 、(4) または(5) 記載の非空気式タイヤ。
（７）乗用車用タイヤであることを特徴とする上記(1) 、(2) 、(3) 、(4) 、(5) または(6) 記載の非空気式タイヤ。

本発明によれば、外周輪と内周輪とを有する非空気式タイヤにおいて、該外周輪と内周輪の間隙に存在させるべきスポーク材の機能を特別なものとすることにより、安定した接地面積・接地形状を維持することができ、ひいては、耐久性、乗り心地、操縦安定性などの改良された非空気式タイヤが提供される。

以下、更に詳しく本発明の非空気式タイヤについて説明する。
本発明の非空気式タイヤは、同心円状に配置された弾性材料からなる外周輪と内周輪とを有するとともに、それら両輪には、弾性材料からなるスポーク材が連結されていて、かつ、スポーク材は、外周輪と内周輪の間に空隙を形成するものであり、かつ該形成された空隙のタイヤ径方向外向き箇所に存在する外周輪の一部分にタイヤ径方向の圧縮力が加えられた際に、タイヤ周方向において互いに反対方向に撓む対をなすスポーク材として形成されているとともに、該対をなすスポーク材間には、前記反対方向への撓みを抑える弾性材料からなる連結材が設けられて構成されている。

図１は、かかる本発明の非空気式タイヤの構造を説明する一部拡大概略モデル側面図であり、非空気式タイヤ１は、外周輪２と内周輪３を有し、その両輪の間の空隙にスポーク材４、４′が対をなして設けられている。この対は、複数個構成されているのが通常である。

スポーク材４、４′のそれぞれは、その形状が特に限定されるものではないが、図１に例示しているような半円弧状などの曲線を呈して構成されており、図１で図示したスポーク材４と４′は、その半円弧状の向きによって、外周輪２と内周輪３の間の空隙のタイヤ径方向外向き箇所に存在する外周輪の一部分にタイヤ径方向の圧縮力Ｐが加えられた際には、スポーク材４、４′の向きに従い、Ｐ₁ とＰ₂ に分かれて力が伝わり、その結果、スポーク材４、４′は、タイヤ周方向において相互に反対方向に撓むものである。その撓み方向を図１で矢印Ａと矢印Ｂでそれぞれ示した。このような相互の撓み関係にあるスポーク材４、４′が一つの対をなしているものである。

このように、互いに反対方向に撓む対のスポーク材４、４′の間において、さらに、その反対方向への撓みを抑える部材として弾性材料からなる連結材５が設けられて構成されている。この連結材５がスポーク材４、４′間にまたがって形成されていることにより、スポーク材４、４′の撓みはある一定レベル以上には至らないようになるのである。

かかる本発明の非空気式タイヤの説明において、上述のスポーク材４とスポーク材４′および連結材５は、それぞれ独自の上述した機能を有する部材として説明をしたが、それぞれの部材の製造に当たっては、外周輪および内周輪も含め、それらが一体的に製造されていてもよいものである。

具体的には、例えば、図１に示したように、スポーク材４、４′が一つの中空円柱状の形態を呈していて、その内部に長方形板状の連結材５が渡されている構造が一体構造のものとして形成されていてもよい。この場合、該中空円柱状の中心軸方向は、タイヤ幅方向と平行になるようにして設けられるのがよい。

図２は、本発明の非空気式タイヤの全体構造を説明する概略モデル斜視図であり、この態様では、図１に示したスポーク材の対が全部で１６対設けられており、外周輪の外側にはトレッド部６が設けられ、タイヤ全体を構成しているものである。

図１や図２に示したような、例えば、中空円柱状の形態をなしているスポーク材の対は、タイヤのサイズにも応じて設ける個数が変わるべきものであるが、本発明者らの知見によれば、１２対〜３６対程度形成されているのがよい。

なお、本発明において、仮想の中空円柱状のものを図１、図２を用いて説明したが、円柱状でなく、多角形状などであっても良く、たとえば、図３（ａ）に示したように、正８角形状のものなどでもよいものである。多角形状は、正多角形状であってもよいが、必ずしも正多角形状でなくてもよい。本発明者らの知見によれば、正多角形状が好ましく、正６角形柱状から正１０角形柱状までのものなどが好ましい。また、連結材５は、図１や図２に示した如き１枚の長方形状の板状でなくとも良く、図３の（ｂ）に示したように、２枚の長方形状の板状が交差しているような形態のものでもよい。

また、図４に示したように、対のスポーク材４、４′が外周輪２と内周輪３とに接続するときには、一体的になされて接続がなされる構成にしてもよい。

また、隣接する対のスポーク材の最小間隙（背中合わせとなるスポーク材どおしの外壁間の最小間隔）は、それぞれがスポーク材として撓むことが可能なように、ある程度の長さの間隙（空間）を有していることが好ましい。

本発明者らの各種知見によれば、該仮想の中空円柱状のスポーク材が、そのスポーク材長さをＬとして、隣接する対のスポーク材との間の最小間隙Ｄが、Ｄ＝０．１Ｌ〜０．４８Ｌを満足するように構成されていることが好ましい。

スポーク材長さＬとは、図５（ａ）に概念モデルを示したように、スポーク材が外周輪と内周輪のそれぞれに交差する部分の距離をいい、スポーク材が曲率を持っている場合はその曲率に沿って距離を測るものである。多角形状の場合には、多角形状の外縁の長さを測るものである。Ｄは背中合わせに隣接するスポーク材どおしのの外壁と外壁の最小の間隙（距離）をいう。特に、より好ましいＤの範囲は、Ｄ＝０．１５Ｌ〜０．３５Ｌである。

上述のように、隣接する対のスポーク材との間の最小間隙Ｄを、Ｄ＝０．１Ｌ〜０．４８Ｌを満足するようにしたことにより、さらに好ましくは、Ｄ＝０．１５Ｌ〜０．３５Ｌを満足するようにしたことにより、スポーク材４、４′が圧縮力荷重Ｐを受けたとき、適度な撓みが生ずることを許容し、かつ、その撓みによって隣接する対のスポーク材どおしが接触し合って支え合い、外周輪、内周輪が潰れてしまいタイヤとしての機能を発揮できなくなることを良好に防止することができるものである。

図５は、上述したＤ、Ｌなどを説明する概略モデル図であり、図５（ａ）はスポーク材長さＬを説明する概略概念図であり、図５（ｂ）はスポーク材４、４′が、比較的小径の中空円柱状の形態を呈している場合の概略概念図であり、図５（ｃ）はスポーク材４、４′が、比較的大径の中空円柱状の円弧の一部をなして、かつ両円弧状スポーク材４、４′が近接して対をなして形成されている場合を示した概略概念図である。

本発明の非空気式タイヤは、特に限定されるものではないが、一般には、乗用車タイヤをなすものであることが好ましい。乗用車であれば、ある程度の付加荷重も予測でき、本発明に従った実際の非空気式タイヤを設計するのも行ないやすいからである。

本発明において、外周輪、内周輪については、ゴムや熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂などから構成され、また、スチールコードなどの金属コードやナイロンやポリエステル繊維コード、レーヨン繊維コードなどの補強材を含んでいてもよい。

一方、スポーク材や連結材を構成する弾性材料としては、ゴムや熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂などから構成されるのがよく、さらにまた、スチールコードなどの金属コードやナイロンやポリエステル繊維コード、レーヨン繊維コードなどの補強材を含んでいてもよい。本発明者らの各種知見によれば、スポーク材や連結材には、その材料としては例えばウレタンに代表される熱硬化性樹脂を用いることが好ましく、さらにこの熱硬化性樹脂を架橋させたものとして用いることが耐熱性の観点から好ましい。

本発明者らの各種検討によれば、架橋された熱硬化性樹脂を用いる場合は、引張弾性率で１０〜７０ＭＰａの範囲内にあるものを用いることが好ましい。

さらに、通常の乗用車用のタイヤである場合は、本発明の非空気式タイヤの寸法は、上述の引張弾性率で１０〜７０ＭＰａの範囲内にある熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂もしくはそれらに準ずるもの、あるいはゴム組成物を用いることを前提とすれば、本発明者らの知見によれば、外周輪の厚さは１．５ｃｍ〜４ｃｍ程度、内周輪の厚さは、外周輪よりも同等かもしくはそれよりも薄くても良く、０．３ｃｍ〜２ｃｍ程度とするのがよい。

また、上述したように、スポーク材の対を１２対〜３６対程度用いることを前提とすれば、本発明者らの知見によれば、スポーク材の厚さは、０．３ｃｍ〜２．５ｃｍ程度、連結材の厚さは、０．２ｃｍ〜１．５ｃｍ程度の範囲内とするのがよい。

本発明にかかる非空気式タイヤを製造するにあたっては、金型に未加硫ゴムや金属コードや有機繊維等からなる外周輪をはめ込み、そこに内周輪、スポーク材や連結材に相当する隙間の開いた金型をはめ込み、さらに、そこに樹脂材を圧力を掛けて流し込むと同時に加熱して一体的加硫成型をすることによってもよく、あるいは、外周輪と内周輪、連結材を含むスポーク材を別々に作製し接着して一体化させてもよいものである。

したがって、本発明の非空気式タイヤの製造方法は、特に限定されるものではなく、各種の製造法が考えられるものである。

図１は、本発明の非空気式タイヤの構造の１例を説明する一部拡大概略モデル側面図である。 図２は、本発明の非空気式タイヤの全体構造を説明する概略モデル斜視図である。 図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の非空気式タイヤの構造の他のを説明する一部拡大概略モデル側面図である。 図４は、本発明の非空気式タイヤの構造の他の１例を説明する一部拡大概略モデル側面図であり、対のスポーク材４、４′が外周輪２と内周輪３とに接続するときに一体的になされて接続がされているものを示している。 図５は、隣接する対のスポーク材との間の最小間隙Ｄ、スポーク材長さＬなどを説明する概略モデル図であり、図５（ａ）はスポーク材長さＬの概略説明概念図であり、図５（ｂ）はスポーク材４、４′が、比較的小径の中空円柱状の形態を呈している場合の概略概念図であり、図５（ｃ）はスポーク材４、４′が、比較的大径の中空円柱状の円弧の一部をなして、かつ両円弧状スポーク材４、４′が近接して対をなした場合の概略概念図である。

符号の説明

１：非空気式タイヤ
２：外周輪
３：内周輪
４、４′：スポーク材
５：連結材
６：トレッド部
Ｐ、Ｐ₁ 、Ｐ₂ ：圧縮力
Ａ：スポーク材４の撓み方向
Ｂ：スポーク材４′の撓み方向
Ｄ：隣接する対のスポーク材との間の最小間隙
Ｌ：スポーク材長さ

Claims (7)

1. 同心円状に配置された弾性材料からなる外周輪と内周輪とを有するとともに、それら両輪には、弾性材料からなるスポーク材が連結されていて、かつ、該スポーク材は、前記外周輪と前記内周輪の間に空隙を形成せしめて、かつ該空隙のタイヤ径方向外向き箇所に存在する外周輪の一部分にタイヤ径方向の圧縮力が加えられた際にタイヤ周方向において互いに反対方向に撓む対をなすスポーク材として形成されているとともに、該対をなすスポーク材間には、前記反対方向への撓みを抑える弾性材料からなる連結材が設けられていることを特徴とする非空気式タイヤ。
2. 対をなすスポーク材が、タイヤ幅方向と平行に中心軸方向を有する中空円柱状の形態を呈していることを特徴とする請求項１記載の非空気式タイヤ。
3. 対をなすスポーク材が、タイヤ幅方向と平行に中心軸方向を有する中空正多角形状の形態を構成していることを特徴とする請求項１記載の非空気式タイヤ。
4. 対をなすスポーク材が、そのスポーク材長さをＬとして、隣接する対のスポーク材との間の最小間隙Ｄが、Ｄ＝０．１Ｌ〜０．４８Ｌであるように設けられていることを特徴とする請求項２記載の非空気式タイヤ。
5. １つのタイヤ全体において、対をなすスポーク材が１２対〜３６対形成されていることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の非空気式タイヤ。
6. 弾性材料が、引張弾性率１０〜７０ＭＰａである熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂あるいはゴム組成物であることを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の非空気式タイヤ。
7. 乗用車用タイヤであることを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載の非空気式タイヤ。

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