(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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良好な乗り心地や操縦安定性を確保することが困難であった。
【0005】
下記特許文献1には、耐久性能を改善しながら、乗り心地、ノイズ性能等を向上させる目的で、内側環状部と、その外側の中間環状部と、更にその外側の外側環状部と、内側環状部と中間環状部とを連結する複数の内側連結部と、外側環状部と中間環状部とを連結する複数の外側連結部とを備え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、内側連結部及び外側連結部がタイヤ幅方向に連続する板状であり、また、内側連結部及び外側連結部が外側環状部から内側環状部まで略タイヤ径方向に沿って直線状に延びているため、路面からの入力が外側連結部と内側連結部を介して内側環状部に届きやすく、ロードノイズが悪化しやすい。
【0006】
また、下記特許文献2には、乗り心地を向上させる目的で、車軸に取り付けられる取り付け体と、その外側に設けられるリング状体と、前記取り付け体と前記リング状体との間にタイヤ周方向に沿って複数配設された連結部材とが備えられた非空気圧タイヤが記載されている。この非空気圧タイヤにおいて、タイヤ幅方向から見た連結部材は、タイヤ径方向に対して傾斜する方向に延びている。一方、タイヤ周方向から見た連結部材は、タイヤ径方向に直線状に延びている。このように、連結部材が、取付け体とリング状部材を最短距離で直線状に連結すると、路面からの入力が連結部材で十分に減衰されずに取付け体に届くため、ロードノイズが悪化するおそれがある。
【発明を実施するための形態】
【0015】
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。初めに、本発明の非空気圧タイヤTの構成を説明する。
図1は、非空気圧タイヤTの一例を示す正面図である。
図2は、
図1の非空気圧タイヤの一部を示す斜視図である。
図3は非空気圧タイヤの一部を三方向から見た図であり、(a)はタイヤ幅方向、(b)はタイヤ周方向、(c)はタイヤ径方向外側から見た第1連結部と第2連結部をそれぞれ模式的に示している。ここで、Oは軸芯を、Hはタイヤ断面高さを、それぞれ示している。
【0016】
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を備えるものである。本発明の非空気圧タイヤTは、このような支持構造体SSを備えるものであればよく、その支持構造体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、補強層、車軸やリムとの適合用部材などを備えていてもよい。
【0017】
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た外側環状部2と、内側環状部1と外側環状部2とを連結し、タイヤ周方向に各々独立して設けられた複数の連結部3とを備えている。
【0018】
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。
【0019】
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2〜7%が好ましく、3〜6%がより好ましい。
【0020】
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。
【0021】
内側環状部1のタイヤ幅方向の幅は、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。
【0022】
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、本発明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%伸び時の引張応力から算出した値である。
【0023】
本発明における支持構造体SSは、弾性材料で成形されるが、支持構造体SSを製造する際に、一体成形が可能となる観点から、内側環状部1、外側環状部2、及び連結部3は、補強構造を除いて基本的に同じ材質とすることが好ましい。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
弾性材料で一体成形された支持構造体SSは、内側環状部1、外側環状部2、及び連結部3が、補強繊維により補強されていることが好ましい。
【0029】
補強繊維としては、長繊維、短繊維、織布、不織布などの補強繊維が挙げられるが、長繊維を使用する形態として、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ネット状繊維集合体を使用するのが好ましい。
【0030】
補強繊維の種類としては、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。
【0031】
本発明では、補強繊維を用いる補強の他、粒状フィラーによる補強や、金属リング等による補強を行うことが可能である。粒状フィラーとしては、カーボンブラック、シリカ、アルミナ等のセラミックス、その他の無機フィラーなどが挙げられる。
【0032】
外側環状部2の形状は、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2〜7%が好ましく、2〜5%がより好ましい。
【0033】
外側環状部2の内径は、その用途等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。
【0034】
外側環状部2のタイヤ幅方向の幅は、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。
【0035】
外側環状部2の引張モジュラスは、
図1に示すように外側環状部2の外周に補強層7が設けられている場合には、内側環状部1と同程度に設定できる。このような補強層7を設けない場合には、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、5〜180000MPaが好ましく、7〜50000MPaがより好ましい。
【0036】
外側環状部2の引張モジュラスを高める場合、弾性材料を繊維等で補強した繊維補強材料が好ましい。外側環状部2を補強繊維により補強することで、外側環状部2とベルト層などとの接着も十分となる。
【0037】
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設けるなどして、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。
【0038】
複数の連結部3は、第1連結部31と第2連結部32とがタイヤ周方向CDに交互に配列されて構成されている。なお、
図2では、説明の便宜のため、2個の第1連結部31と2個の第2連結部32のみを示し、また、内側環状部1は外周面のみを2点鎖線で示している。また、
図3では、説明の便宜のため、第2連結部32にハッチングを付している。第1連結部31と第2連結部32との間のタイヤ周方向CDのピッチpは、ユニフォミティを向上させる観点から、一定とするのが好ましい。ピッチpは、0〜10mmが好ましく、0〜3mmがより好ましい。ここでのピッチpは、外側環状部2の内周面の位置での第1連結部31と第2連結部32の外表面同士の距離とする。
【0039】
図4は、第1連結部31と第2連結部32をタイヤ周方向CDから見た図である。第1連結部31は、内側環状部1のタイヤ幅方向一方側WD1から外側環状部2のタイヤ幅方向他方側WD2へ向かって延設されている。一方、第2連結部32は、内側環状部1のタイヤ幅方向他方側WD2から外側環状部2のタイヤ幅方向一方側WD1へ向かって延設されている。すなわち、隣り合う第1連結部31と第2連結部32は、
図3(b)、
図4に示すように、タイヤ周方向CDから見ると、タイヤ径方向RDに対してそれぞれ反対側に傾斜し、略X字状に配置されている。
【0040】
なお、本実施形態では、第1連結部31及び第2連結部32は、内側環状部1と外側環状部2をタイヤ幅方向WDの両端でそれぞれ連結しているが、これに限定されない。第1連結部31及び第2連結部32は、内側環状部1と外側環状部2をタイヤ幅方向WDの両端よりも内側部でそれぞれ連結するようにしてもよい。
【0041】
第1連結部31と第2連結部32は、
図3(a)に示すように、タイヤ幅方向WDから見て、タイヤ径方向RDに対して同じ側に傾斜している。このように、本発明の第1連結部31と第2連結部32は、タイヤ幅方向WDから見てタイヤ径方向RDに対して傾斜し、加えて、前述のように、タイヤ周方向CDから見てタイヤ径方向RDに対して傾斜しているため、タイヤ径方向RDに対して傾斜していない場合に比べて、外側環状部2から内側環状部1までの第1連結部31と第2連結部32に沿った距離を伸ばすことができる。その結果、本発明の非空気圧タイヤTは、路面からの入力を第1連結部31と第2連結部32で十分に減衰することができ、ノイズ性能を向上させることができる。
【0042】
第1連結部31のタイヤ径方向RDに対する傾斜角度θ1は、15〜85°が好ましく、45〜75°がより好ましい。θ1が15°よりも小さいと減衰効果が小さくなり、θ1が85°よりも大きいと、第1連結部31による荷重を支える効果が小さくなる。第2連結部32のタイヤ径方向RDに対する傾斜角度θ2についても、傾斜角度θ1と同様である。
【0043】
第1連結部31と第2連結部32は、
図2の斜視図のように、板状部材で形成されている。第1連結部31と第2連結部32は、細長の板状をしており、板幅方向がタイヤ周方向CDに沿っている。
図4に示すように、第1連結部31と第2連結部32の延設方向は、タイヤ幅方向WDに対して傾斜する方向であり、タイヤ幅方向WDに対する傾斜角度は、15〜50°が好ましい。
【0044】
本発明に係る非空気圧タイヤTにおいて、第1連結部31と第2連結部32は、タイヤ径方向RDから見て交差していることが好ましい。
図3(c)は、非空気圧タイヤをタイヤ径方向外側から見た模式図であり、本実施形態の第1連結部31と第2連結部32は、端部付近で交差している。第1連結部31と第2連結部32をタイヤ径方向RDから見て交差するようにすることで、第1連結部31と第2連結部32に沿ったタイヤ周方向CDの距離を更に伸ばすことができるため、路面からの入力を第1連結部31と第2連結部32で十分に減衰することができ、ノイズ性能を向上させることができる。
【0045】
本発明に係る非空気圧タイヤTにおいて、第1連結部31及び第2連結部32は、タイヤ周方向CD及びタイヤ幅方向WDから見て湾曲していることが好ましい。第1連結部31及び第2連結部32が湾曲していることで、直線の場合に比べて、第1連結部31と第2連結部32に沿った距離を一層伸ばすことができるため、路面からの入力を第1連結部31と第2連結部32で十分に減衰することができ、ノイズ性能を向上させることができる。
【0046】
タイヤ周方向CDから見た第1連結部31は、タイヤ径方向RDに湾曲する湾曲部31aが少なくとも1つ形成されていることが好ましく、タイヤ径方向RDに湾曲する湾曲部31aが延設方向に沿って複数形成されていることがより好ましい。湾曲部31aが複数形成される場合、タイヤ径方向内側へ凸となる湾曲部31aとタイヤ径方向外側へ凸となる湾曲部31aが交互に形成される。湾曲部31aの数は、1〜15個が好ましく、3〜10個がより好ましい。湾曲部31aは、第1連結部31のうち応力が高くなるトレッド側に少なくとも1つ形成されることで、第1連結部31の応力を効果的に分散することができる。本実施形態では、湾曲部31aを4個設けた例を示す。湾曲部31aの曲率半径は、5〜200mmが好ましく、20〜150mmがより好ましい。
【0047】
第1連結部31と同様、タイヤ周方向CDから見た第2連結部32には、タイヤ径方向RDに湾曲する湾曲部32aが少なくとも1つ形成されていることが好ましく、タイヤ径方向RDに湾曲する湾曲部32aが延設方向に沿って複数形成されていることがより好ましい。湾曲部32aの数、曲率半径等については、第1連結部31の湾曲部31aと同様とすることができる。
【0048】
本発明に係る非空気圧タイヤTにおいて、第1連結部31と第2連結部32は、タイヤ径方向RDから見て交差する部分で、互いに反対方向に湾曲していることが好ましい。これにより、第1連結部31と第2連結部32が、交差する部分で互いに接触しにくく、耐久性の悪化を抑えることができる。
【0049】
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、20〜200個が好ましく、30〜100個がより好ましい。
図1には、第1連結部31を20個、第2連結部32を20個設けた例を示す。
【0050】
第1連結部31のタイヤ径方向RDの板厚t1と第2連結部32のタイヤ径方向RDの板厚t2は、内側環状部1および外側環状部2からの力を十分伝達しつつ、軽量化や耐久性の向上を図る観点から、1〜10mmが好ましく、3〜7mmがより好ましい。また、第1連結部31のタイヤ径方向RDの板厚t1は、第1連結部31の板幅w1よりも小さく、第2連結部32のタイヤ径方向RDの板厚t2は、第2連結部32の板幅w2よりも小さい。なお、第1連結部31の板厚t1及び第2連結部32の板厚t2は、延設方向に沿って一定である必要はない。
【0051】
第1連結部31及び第2連結部32の引張モジュラスは、内側環状部1および外側環状部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、5〜180000MPaが好ましく、7〜50000MPaがより好ましい。連結部3の引張モジュラスを高める場合、弾性材料を繊維等で補強した繊維補強材料が好ましい。
【0052】
本実施形態では、
図1に示すように、支持構造体SSの外側環状部2の外側に、その外側環状部2の曲げ変形を補強する補強層7が設けられている例を示す。また、本実施形態では、
図1に示すように、補強層7の更に外側にトレッドゴム8が設けられている例を示す。補強層7、トレッドゴム8としては、従来の空気入りタイヤのベルト層と同様のものを設けることが可能である。また、トレッドパターンとして、従来の空気入りタイヤと同様のパターンを設けることが可能である。
【0053】
[他の実施形態]
(1)本発明の他の実施形態として、
図5に示すような、車両からの荷重を支持する支持構造体SSを備える非空気圧タイヤTにおいて、支持構造体SSは、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た中間環状部4と、その中間環状部4の外側に同心円状に設けられた外側環状部2と、内側環状部1と中間環状部4とを連結する複数の内側連結部5と、外側環状部2と中間環状部4とを連結し、タイヤ周方向CDに各々独立して設けられた複数の外側連結部6とを備え、複数の外側連結部6は、中間環状部4のタイヤ幅方向一方側WD1から外側環状部2のタイヤ幅方向他方側WD2へ向かって延設される第1外側連結部61と、中間環状部4のタイヤ幅方向他方側WD2から外側環状部2のタイヤ幅方向一方側WD1へ向かって延設される第2外側連結部62とがタイヤ周方向CDに交互に配列されて構成されており、タイヤ幅方向WDから見て、第1外側連結部61と第2外側連結部62は、タイヤ径方向RDに対して同じ側に傾斜しているものでもよい。このとき、内側連結部5の形状は特に限定されず、例えば、内側連結部5は、タイヤ幅方向WDに連続する板状体、すなわち板幅方向がタイヤ幅方向WDに一致するような板状体でもよい。
【0054】
中間環状部4の形状は、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。ただし、中間環状部4の形状は、円筒形状に限られず、多角形筒状などでもよい。
【0055】
中間環状部4の厚みは、内側連結部5と外側連結部6とを十分補強しつつ、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3〜10%が好ましく、4〜9%がより好ましい。
【0056】
中間環状部4の引張モジュラスは、内側連結部5と外側連結部6とを十分補強して、耐久性の向上、負荷能力の向上を図る観点から、8000〜180000MPaが好ましく、10000〜50000MPaがより好ましい。
【0057】
中間環状部4の引張モジュラスは、内側環状部1のそれより高いことが好ましいため、熱可塑性エラストマー、架橋ゴム、その他の樹脂を繊維等で補強した繊維補強材料が好ましい。
【0058】
(2)さらに、上記の複数の内側連結部5は、
図6に示すような、内側環状部1のタイヤ幅方向一方側WD1から中間環状部4のタイヤ幅方向他方側WD2へ向かって延設される第1内側連結部51と、内側環状部1のタイヤ幅方向他方側WD2から中間環状部4のタイヤ幅方向一方側WD1へ向かって延設される第2内側連結部52とがタイヤ周方向CDに交互に配列されて構成されており、タイヤ幅方向WDから見て、第1内側連結部51と第2内側連結部52は、タイヤ径方向RDに対して同じ側に傾斜しているものでもよい。
【0059】
(3)前述の実施形態では、第1連結部31及び第2連結部32が、タイヤ周方向CD及びタイヤ幅方向WDから見て湾曲している例を示したが、第1連結部31及び第2連結部32はタイヤ周方向CD及びタイヤ幅方向WDから見て直線状でもよい。
【実施例】
【0060】
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。実施例等においてノイズ性能を評価した。具体的には、各タイヤを車両に装着し、2名乗車でロードノイズ測定用コースを60km/hの速度で走行したときの音圧を測定した。比較例1を100としたときの指数で示し、この値が大きい方が優れる。
【0061】
比較例1
表1に示す寸法および物性等にて、
図7に示すような、内側環状部1、中間環状部4、外側環状部2、内側スポーク1(内側連結部5に相当)、外側スポーク1(外側連結部6に相当)を備える支持構造体、その外周に設けられた3層の補強層7、並びにトレッドゴム8を備える非空気圧タイヤを作製し、ノイズを計測した。内側連結部5及び外側連結部6は、タイヤ幅方向に連続する板状体とした。ノイズ性能の結果を表1に併せて示す。
【0062】
実施例1
表1に示す寸法および物性等にて、
図2に示すような、内側環状部1、外側環状部2、外側スポーク1,2(第1及び第2連結部31,32に相当)を備える支持構造体、その外周に設けられた3層の補強層7、並びにトレッドゴム8を備える非空気圧タイヤを作製し、ノイズを計測した。ノイズ性能の結果を表1に併せて示す。
【0063】
実施例2
表1に示す寸法および物性等にて、
図5に示すような、内側環状部1、中間環状部4、外側環状部2、内側スポーク1(内側連結部5に相当)、外側スポーク1,2(第1及び第2外側連結部61,62に相当)を備える支持構造体、その外周に設けられた3層の補強層7、並びにトレッドゴム8を備える非空気圧タイヤを作製し、ノイズを計測した。ノイズ性能の結果を表1に併せて示す。
【0064】
実施例3
表1に示す寸法および物性等にて、
図6に示すような、内側環状部1、中間環状部4、外側環状部2、内側スポーク1,2(第1及び第2内側連結部51,52に相当)、外側スポーク1,2(第1及び第2外側連結部61,62に相当)を備える支持構造体、その外周に設けられた3層の補強層7、並びにトレッドゴム8を備える非空気圧タイヤを作製し、ノイズを計測した。ノイズ性能の結果を表1に併せて示す。
【0065】
なお、何れの非空気圧タイヤも、タイヤの外径を535mm、タイヤ幅を140mm、リム径を14インチとした。
【0066】
【表1】
【0067】
表1に示すように、実施例1〜3の非空気圧タイヤは、比較例1と比較して、ノイズ性能が向上した。