JP2008132951A - 非空気式タイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】スポーク構造体を有する非空気式タイヤにおいて、重量増加を伴うことなく荷重支持能力及び転がり抵抗を向上するようにした非空気式タイヤを提供する。
【解決手段】環状の外周部材４と内周部材５との間をスポーク６で連結し、少なくともスポーク６がゴム又は樹脂からなるスポーク構造体３を有する非空気式タイヤにおいて、少なくともスポーク６の径方向表面７に金属層８を貼り付けたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、非空気式タイヤに関し、さらに詳しくは、荷重支持能力及び転がり抵抗を向上させた非空気式タイヤに関する。

従来、非空気式タイヤは、中実ゴム構造のソリッドタイヤやクッションタイヤ等が主として産業車用に使用されている。しかし、従来の非空気式タイヤは、重量が大きい上に衝撃吸収性に欠けているため、乗り心地性能が重視される乗用車用には採用されていなかった。

このような非空気式タイヤの乗り心地性能を改善し、乗用車用にも適用可能になるようにするため、図５に示すように、トレッドリング１とホイール１１との間に、ゴム又は樹脂を構成材とする外周部材４と内周部材５とを径方向にスポーク６で連結したスポーク構造体３を介在させて構成し、軽量化と衝撃吸収性とを具備するようにした非空気式タイヤが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、この非空気式タイヤは、タイヤ径方向の荷重をゴム又は樹脂からなるスポーク６が支持しているため、スポーク構造体３の形状が著しく変形し、かつ変形が大きいことに伴って発熱が大きいため転がり抵抗が大きく、燃費が悪いという問題があった。

この対策としては、スポークの数を増やしたり、スポークの厚さを大きくしたりすれば、荷重支持能力は改善するが、乗り心地が低下すると共に、重量増加により転がり抵抗は依然として改善されるものではなかった。
特開２００５−５００９３２号公報

本発明の目的は、スポーク構造体を有する非空気式タイヤにおいて、重量増加を伴うことなく荷重支持能力及び転がり抵抗を向上するようにした非空気式タイヤを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の非空気式タイヤは、環状の外周部材と内周部材との間をスポークで連結し、少なくとも前記スポークがゴム又は樹脂からなるスポーク構造体を有する非空気式タイヤにおいて、少なくとも前記スポークの径方向表面に金属層を貼り付けたことを特徴とする。

本発明の非空気式タイヤは、少なくともスポークがゴム又は樹脂により形成されるスポーク構造体を有する構成において、少なくともスポークの径方向表面に金属層を貼り付けたので、金属層の複合作用によりスポークの径方向の剛性を増加して荷重支持能力を向上すると共に、荷重支持能力の向上に伴ってタイヤ回転時の変形を抑制するため、発熱を低減し、転がり抵抗を低減させることができる。しかも、金属層は薄肉でよいためタイヤ重量が増加することがない。

図１は、本発明の非空気式タイヤの実施形態を示す。非空気式タイヤは、トレッドリング１の内周側にスポーク構造体３を接合し、さらにその内周側にベース部２を接合して構成されている。スポーク構造体３は、環状の外周部材４と内周部材５との間を、多数本の径方向のスポーク６により連結して構成されている。このスポーク構造体３は、ゴム又は樹脂により一体に成形されており、かつスポーク６の径方向表面７のうちタイヤ周方向に向いた壁面（タイヤ幅方向に延長する表面）には、金属層８が接着剤などにより貼り付けられている。

上記非空気式タイヤは、スポーク６がゴム又は樹脂により形成されていても、スポーク６の径方向表面７を形成する壁面に、剛性に優れた金属層８を貼り付けているので、その金属層８の複合作用によりスポーク６の荷重支持能力を向上する。また、スポーク６の荷重支持能力の向上により、スポーク６の過大な変形が抑制されるため、発熱量を低減することにより転がり抵抗を低減することができる。

スポーク構造体は、環状の外周部材と内周部材との間を複数のスポークで径方向に連結する構成であって、少なくともスポークがゴム又は樹脂で形成されているものであれば、外周部材や内周部材は金属などの他の材料であってもよい。また、スポークは、環状の外周部材と内周部材との間を連結するものであれば、径方向に延長する方向は、法線方向であっても、法線に対して傾斜した方向であっても、或いは湾曲や屈折するものであってもよい。同様に、幅方向又は周方向に延長する方向は、幅方向又は周方向に平行であっても、これらの方向に対して傾斜していても、或いは湾曲や屈折するものであってもよい。

スポークの形態は、特に制限されるものではないが、例えば、フィン状、ブレード状、円筒状のものや、湾曲面若しくは屈曲面を有する板状の対、及びこれらを組み合わせたものなどを挙げることができる。また、円環状のスポーク構造体の幅方向端部側面に円形、楕円形、三角形状、四角形状又は他の多角形状をした複数の貫通孔を間隔をあけて形成し、その径方向の外周面を外周部材、内周面を内周部材とし、径方向の接続部をスポークとしてもよい。

スポークの径方向表面の向きは、タイヤ周方向に対面するものであっても、幅方向に対面するものであっても、或いはいずれの方向に向いていてもよい。すなわち、赤道面に平行であっても、垂直であってもよいし、これらの中間であってもよい。また、円筒状や湾曲若しくは屈曲した形状等のように、スポークの形態によっては、タイヤ径方向の位置により面の向きが変化するものであってもよい。

本発明において、金属層を貼り付ける径方向表面は、スポークの径方向表面のうち面積の広い側であることが好ましい。スポークの径方向のばね剛性を高める効果が得られやすいからである。図２（Ａ）〜（Ｃ）は、このように金属層が貼り付けられるスポークの他の例を示したものである。

図２（Ａ）では、スポーク６は、径方向表面のうち面積の広い側がタイヤ幅方向に延長するように円筒状に構成され、スポーク６の赤道面に略垂直な表面７に金属層８が貼り付けられている。図２（Ｂ）では、スポーク６は、広い面積の側の径方向表面がタイヤ幅方向に設けられた複数のひし形の貫通孔の内周面になるように構成されている。図２（Ｃ）では、広い面積の側がタイヤ幅方向の複数の台形の貫通孔の内周面になるように構成されている。図２（Ｂ）（Ｃ）のスポーク６についても、広い面積の側の径方向表面７に金属層８が貼り付けられている。

一方、図３（Ａ）（Ｂ）は、スポーク６の広い面積の側の径方向表面７が、タイヤ周方向に延長している場合であり、その表面に金属層８が貼り付けられている。図３（Ａ）では、スポーク６が、Ｈ型鋼のようにタイヤ周方向に延長し、また、図３（Ｂ）では、タイヤ幅方向の両端部に、タイヤ周方向に延長する２本のスポーク６が赤道面に略平行に形成されている。

本発明において、金属層は、スポークの径方向表面の広い面積側には、図１のように全面に貼り付けることが好ましいが、図２、図３や図４の例のように一部のみに限定して貼り付けてもよい。例えば、図２や図３は、スポーク６の径方向表面７の径方向のほぼ中央領域に金属層８を配置した場合であり、図４（Ａ）〜（Ｃ）は、スポーク６の径方向表面７のうち、外周部材及び内周部材に近い領域に分割するように金属層８を配置した場合である。また、外周部材及び内周部材のいずれかに近い領域のみに金属層を配置してもよい。図３の例においても、金属層を配置する領域を径方向の中央領域と外側領域及び／又は内側領域とで逆転させてもよい。また、スポークの表裏両面に配置してもよいし、いずれか一方のみに貼り付けてもよい。

さらに、金属層を、外周部材の内周面及び／又は内周部材の外周面に延長するように設けることも好ましい。外周部材の内周面及び内周部材の外周面に亘って金属層を貼り付けることにより、金属層の端部を変形の小さい領域に配置することにより、端部からの剥離を防止することができる。また、スポークの径方向表面から外周部材の内周面及び／又はスポークの径方向表面から内周部材の外周面にかけて連続的に金属層を貼り付けることにより、荷重支持能力をさらに向上し、たわみ量を低減し、転がり抵抗を低減することができる。

例えば、図２（Ｃ）のスポーク構造体において、隣接するスポーク６間で対面する径方向表面７及びこれらを接続する外周部材の内周面及び内周部材の外周面の全域に、すなわち、台形の貫通孔の内周面の全域に、連続的に金属層を貼り付けてもよいし、その一部分に、間欠的に、本発明の構成を満たすように金属層を貼り付けてもよい。金属層を台形の貫通孔の内周面の全域に貼り付ける場合、金属層は継目のないものであっても、衝き合せて接合されていても、或いは一部分が重ね合わせられるように接合されていてもよい。また、このような実施形態は、図２（Ｃ）以外の図２（Ａ）（Ｂ）又はそれ以外のスポーク形状に対しても適用することが可能であり、同様の効果を得ることができる。

本発明において、金属層を貼り付ける面積は、１本のスポークの径方向表面に対して、好ましくは１０％以上、さらに好ましくは３０％以上であるとよく、最大１００％である。また、スポークの径方向長さに占める比率も１０％以上であることが好ましく、より好ましくは３０％以上であり最大１００％である。金属層の面積がスポークの径方向表面に占める比率が１０％以上であったり、径方向長さが１０％以上であることにより、本発明の効果を達成することが可能になる。また、金属層をスポークの表裏両面に貼り付けるときや金属層を分離して配置するときは、金属層の径方向表面の面積及び径方向長さは、その合計とする。

ここで、スポークの径方向長さとは、外周部材の内周面及び内周部材の外周面と、法線との交点間の距離、即ち外周部材の内周面の半径と内周部材の外周面の半径との差とする。また、スポークの径方向表面の面積とは、このスポークの径方向長さを、タイヤ幅方向又はタイヤ周方向に、すなわち、径方向表面が延長する方向に、積分した面積とする。したがって、スポークの径方向表面が、タイヤ周方向に延長するときは、スポークの径方向表面の面積は、タイヤ赤道面上に投影した面積とし、一方、スポークの径方向表面が、タイヤ幅方向に延長するときは、スポークの径方向表面の面積は、タイヤ子午線方向断面上に投影した面積とする。

また、金属層の径方向長さとは、前記法線上の長さとし、法線上にないときは金属層をタイヤ回転軸を中心として回転移動し前記法線に投影させたときの法線上の長さとする。金属層の径方向表面の面積とは、この金属層の径方向長さを、タイヤ幅方向又はタイヤ周方向に、すなわち、その金属層が属するスポークの径方向表面と同じ延長方向に、積分した面積とする。

金属層の厚さは、特に制限されるものではないが、好ましくは０．００５〜１．０ｍｍであり、より好ましくは０．００５〜０．３０ｍｍである。金属層の厚さが０．００５ｍｍ未満であると、剛性の向上効果が十分に得られないことがあり、１．０ｍｍを超えると、重量増加が大きくなり好ましくない。また、上記の範囲内において、金属層の厚さが比較的薄いとき、ゴムや樹脂により構成されるスポークの剛性を補強する作用が主に得られ、金属層の厚さが比較的厚いとき、金属層自体の弾性効果、特に弾性回復作用が主に得られ、いずれの場合も好ましい。

スポークの径方向表面に金属層を貼り付ける方法は、特に制限されるものではないが、任意の方法が可能である。例えば、金属製の薄板を、スポークの径方向表面に接着剤を介して貼り付けてもよいし、スポークの成形時に、金属製の薄板をインサート成形してもよい。さらに、金属層をスポークの径方向表面に配置した後、その金属層の表面に防錆用の材料を塗布したり、ゴムや樹脂の薄層を積層してもよい。

本発明において、金属層を構成する金属材料は、鉄、銅、亜鉛及びアルミニウムから選ばれるいずれかを主成分とすることが好ましく、単一材料であっても、合金であってもよい。特に、鉄、又はステンレスがより好ましく、剛性向上効果が優れている。とりわけ、ステンレスは、剛性が高いと共に耐久性に優れるため好ましい。

外周部材及び内周部材は、弾性材であれば特に限定されるものではないが、ゴム又は樹脂、コード補強材を被覆したゴム又は樹脂等から構成するのが好ましく、なかでもゴム又は樹脂がより好ましい。外周部材及び内周部材を構成する材料は同じであってもよいし、異なっていてもよい。

タイヤサイズが空気入りタイヤの１９５／６５Ｒ１５に相当する外径、幅、内径を持つ非空気式タイヤを、スポークを図２（Ａ）のように円筒状にし、ポリウレタンにより外周部材と内周部材と共に一体成形することを共通条件にし、金属層の構成を表１のように異ならせた３種類（実施例１〜２、従来例）を作成した。なお、金属層の面積及び径方向長さの比率は、下記の方法により決定した。

得られた３種類の非空気式タイヤについて、下記の方法によりたわみ量及び転がり抵抗を測定し、その結果を表１に示した。

［金属層の面積及び径方向長さの比率］
金属層の面積の比率は、円筒状スポークのタイヤ幅方向に延長する内周面の面積を１００とし、これに対する金属層の面積の比率を百分率で表した。金属層の径方向長さの比率は、円筒状スポークの径方向表面をタイヤ赤道面に投影した長さを１００とし、これに対する金属層のタイヤ赤道面に投影した長さの比率を百分率で表した。

［たわみ量］
非空気式タイヤを、空気入りタイヤのリムサイズ１５インチに相当するリムにリム組みし、リムの車軸取付け部に荷重４ｋＮを負荷し、トレッド踏面のタイヤ径方向内方へのたわみ量を測定した。得られた結果を、従来例を１００とする指数にしてに示す。この値が小さいほどたわみ量が少なく優れていることを示す。

［転がり抵抗］
非空気式タイヤを、ドラム径１７００ｍｍのドラム試験機を用い、荷重４ｋＮ、速度８０ｋｍ／ｈの条件で抵抗力を測定し、これを転がり抵抗とした。評価結果は、従来例を１００とする指数にして示す。この値が小さいほど転がり抵抗が少なく優れていることを示す。

本発明の非空気式タイヤの一例を示す斜視図である。 （Ａ）〜（Ｃ）本発明の非空気式タイヤの他の例を部分断面として示す斜視図である。 （Ａ）（Ｂ）本発明の非空気式タイヤの他の例を部分断面として示す斜視図である。 （Ａ）〜（Ｃ）本発明の非空気式タイヤのさらに他の例を部分断面として示す斜視図である。 非空気式タイヤをホイールに装着した状態を示す斜視図である。

符号の説明

１ トレッドリング
３ スポーク構造体
４ 外周部材
５ 内周部材
６ スポーク
７ 径方向表面
８ 金属層

Claims (6)

1. 環状の外周部材と内周部材との間をスポークで連結し、少なくとも前記スポークがゴム又は樹脂からなるスポーク構造体を有する非空気式タイヤにおいて、
   少なくとも前記スポークの径方向表面に金属層を貼り付けた非空気式タイヤ。
2. 前記金属層が、前記スポークの径方向表面に占める比率が１０％以上である請求項１に記載の非空気式タイヤ。
3. 前記金属層が、前記スポークの径方向長さに占める比率が１０％以上である請求項２に記載の非空気式タイヤ。
4. 前記金属層を、前記外周部材の内周面及び／又は内周部材の外周面に延長するように設けた請求項１、２又は３に記載の非空気式タイヤ。
5. 前記金属層の厚さが、０．００５〜１．０ｍｍである請求項１〜４のいずれかに記載の非空気式タイヤ。
6. 前記金属層が、鉄、銅、亜鉛、アルミニウムのいずれかを主成分とする金属材料からなる請求項１〜５のいずれかに記載の非空気式タイヤ。

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