JP6097265B2

JP6097265B2 - エアレスタイヤ

Info

Publication number: JP6097265B2
Application number: JP2014204193A
Authority: JP
Inventors: 聖二野村; 和光岩村; 杉谷　信; 信杉谷
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2014-10-02
Filing date: 2014-10-02
Publication date: 2017-03-15
Anticipated expiration: 2034-10-02
Also published as: US20160096400A1; EP3009273B1; JP2016074249A; EP3009273A1; US10252572B2

Description

本発明は、乗り心地性能を向上させたエアレスタイヤに関する。

充填内圧によって荷重を支える空気入りタイヤでは、パンクの発生は構造上不可避である。このような問題を解決するため、近年、例えば図６（Ａ）、（Ｂ）に略示されるように、トレッドリングａとハブｂとの間を、放射状に配列する複数の板状のスポーク片ｃ１からなるスポークｃによって連結させた構造のエアレスタイヤが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。なお図６（Ａ）にはタイヤの無負荷状態、図６（Ｂ）にはタイヤの荷重負荷状態が示される。

前記構造のタイヤは、ハブｂや車軸ｄが、その上部側に位置するスポーク片ｃ１により釣り下げるように保持されており、車軸ｄに加わる荷重Ｆは、スポーク片ｃ１の長さ方向の引っ張りによって支持される。

そのため、凹凸路面を走行する際、路面の凹凸をスポーク片ｃ１の長さ変化によって十分吸収することができず、車軸ｄに大きな上下動を招くとともに、路面からの衝撃が車軸ｄに強く伝わるなど乗り心地性能を低下させるという問題がある。なおトレッドリングａの剛性を減じて、トレッドリングａ自体の変形により路面の凹凸を吸収させる場合には、タイヤの真円性が悪化し円滑な転動が難しくなるなど転動性能を損ねる結果を招く。

特開２００８−２６０５１４号公報

そこで本発明は、トレッドリングの剛性を高く維持してタイヤの転動性能を確保しながら、乗り心地性能を向上させたエアレスタイヤを提供することを課題としている。

本発明は、接地面を有する円筒状のトレッドリング、前記トレッドリングの半径方向内側に配されかつ車軸に固定されるハブ、及び前記トレッドリングとハブとを連結する高分子材料からなるスポークを具えるエアレスタイヤであって、
前記スポークは、周方向に配列する複数のスポーク片を具え、
かつ各前記スポーク片は、タイヤ軸心から放射線状にのびる基準線上に、前記トレッドリングの内周面に連結するトレッド連結部と、前記ハブの外周面に連結するハブ連結部とを有し、しかも前記トレッド連結部とハブ連結部との間に、前記基準線から周方向に逸れて曲線状にのびるスポーク曲線部を含むとともに、
タイヤ軸心から垂直に立ち上がる垂線を０°としたタイヤ軸心廻りの座標系において、
０°におけるスポーク片は、タイヤに正規荷重の６０％を負荷した基準荷重負荷状態において前記基準線に沿って測定したスポーク片の半径方向の直線長さＬＳｂが、無負荷状態において前記基準線に沿って測定したスポーク片の半径方向の直線長さＬＳａの１．０５倍以上であり、
しかも０°におけるスポーク片は、基準荷重負荷状態においてスポーク片の曲線に沿って測定した半径方向の曲線長さＬＬｂが、前記直線長さＬＳｂの１．０３倍以上であることを特徴としている。

本発明に係る前記エアレスタイヤでは、０°におけるスポーク片は、前記半径方向の曲線長さＬＬｂが、無負荷状態においてスポーク片の曲線に沿って測定した半径方向の曲線長さＬＬａの１．００５倍以下であることが好ましい。

本発明に係る前記エアレスタイヤでは、前記スポーク曲線部は、前記基準線から周方向一方側に逸れて曲線状にのびる第１のスポーク曲線部と、基準線から周方向他方側に逸れて曲線状にのびる第２のスポーク曲線部とからなることが好ましい。

本発明に係る前記エアレスタイヤでは、前記スポークは、周方向で隣り合う一方のスポーク片における第１のスポーク曲線部と、他方のスポーク片における第２のスポーク曲線部とを継ぐ継ぎ部を具えることが好ましい。

本発明に係る前記エアレスタイヤでは、前記第１、第２のスポーク曲線部の複素弾性率Ｅ＊_１は、前記継ぎ部の複素弾性率Ｅ＊_２の１．５倍以上、或いは、前記第１、第２のスポーク曲線部の厚さは、前記継ぎ部の厚さの１．５倍以上であることが好ましい。

本発明に係る前記エアレスタイヤでは、前記スポーク片は、前記スポーク曲線部の半径方向外端部と前記トレッド連結部との間を基準線に沿ってのびる外のスポーク基部、及びスポーク曲線部の半径方向内端部と前記ハブ連結部との間を基準線に沿ってのびる内のスポーク基部を含むことができる。

本発明に係る前記エアレスタイヤでは、前記スポーク片は、前記スポーク曲線部の半径方向外端部が前記トレッド連結部をなし、かつスポーク曲線部の半径方向内端部が前記ハブ連結部をなすこともできる。

本発明は叙上の如く、各スポーク片が、タイヤ軸心から放射状にのびる基準線上に、トレッド連結部とハブ連結部とを有し、しかもトレッド連結部とハブ連結部との間に、基準線から周方向に逸れるスポーク曲線部を含む。

従って、凹凸路面を走行する際、路面の凹凸をスポーク曲線部の曲げ変形によって吸収でき、車軸の上下動を減じるとともに路面からの衝撃を緩和して乗り心地性能を向上させることができる。特に、０°におけるスポーク片において、基準荷重負荷状態におけるスポーク片の直線長さＬＳｂを、無負荷状態におけるスポーク片の直線長さＬＳａの１．０５倍以上としている。これにより、凹凸路面を走行する際の車軸の上下動を減じることができる。また基準荷重負荷状態におけるスポーク片の曲線長さＬＬｂを、基準荷重負荷状態におけるスポーク片の直線長さＬＳｂの１．０３倍以上としている。これにより、スポーク片が直線状に伸びきるまでに３％以上の余裕が生まれる。従って、例えば大きな突起物を乗り上げる際の衝撃に対しても、その衝撃を緩和吸収する効果を高く発揮することができ、これらの相乗効果によって、乗り心地性能を向上することができる。

またトレッド連結部及びハブ連結部は、基準線上に位置する。そのため、スポーク曲線部が曲げ変形する際、及び曲げ変形から復帰する際、それに起因する前後力の発生を防止できる。

無負荷状態における本発明のエアレスタイヤを示す正面図である。その断面図である。基準荷重負荷状態におけるエアレスタイヤを示す正面図である。（Ａ）は無負荷状態のタイヤの０°におけるスポーク片を、タイヤ半径方向を縦軸方向、タイヤ周方向を横軸方向に展開して示す概念図、（Ｂ）は基準荷重負荷状態のタイヤの０°におけるスポーク片を、タイヤ半径方向を縦軸方向、タイヤ周方向を横軸方向に展開して示す概念図である。スポークの他の実施例を、タイヤ半径方向を縦軸方向、タイヤ周方向を横軸方向に展開して示す概念図である。（Ａ）、（Ｂ）は、無負荷状態、及び荷重負荷状態における従来のエアレスタイヤを概念的に示す正面図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

図１、２に示されるように、本実施形態のエアレスタイヤ１は、接地面Ｓを有する円筒状のトレッドリング２、前記トレッドリング２の半径方向内側に配されかつ車軸Ｊに固定されるハブ３、及び前記トレッドリング２とハブ３とを連結する高分子材料からなるスポーク４を具える。本例では、前記エアレスタイヤ１が乗用車用タイヤとして形成される場合が示される。

前記トレッドリング２は、空気入りタイヤにおけるトレッド部に相当する部位であり、接地面Ｓをなすトレッドゴム部２Ａと、その半径方向内側に配される補強コード層２Ｂとを具える。

トレッドゴム部２Ａとしては、接地に対する摩擦力、耐摩耗性に優れるゴム組成物が好適に採用しうる。又接地面Ｓには、ウエット性能を付与するために、トレッド溝（図示しない）が種々なパターン形状にて形成される。

補強コード層２Ｂは、本例では、半径方向外側のアウターブレーカ５と、半径方向内側のインナーブレーカ６とを含むとともに、その間に高弾性ゴムからなる剪断ゴム層７が配される。

前記アウターブレーカ５は、例えばスチールコード等の高弾性の補強コードを、タイヤ周方向に対して例えば５〜８５°、好ましくは１０〜３５°の角度で傾斜配列させた複数枚、本例では２枚のアウタープライ５Ａ、５Ｂから形成される。このアウターブレーカ５は、各補強コードがプライ間相互で交差するように、傾斜の向きを違えて重置される。また前記インナーブレーカ６は、例えばスチールコード等の高弾性の補強コードを、タイヤ周方向に螺旋状に巻回した１枚以上、本例では１枚のインナープライから形成される。

前記剪断ゴム層７は、初期歪１０％、動歪２％、７０℃における複素弾性率Ｅ*_７０が好ましくは７０MPa以上、さらに好ましくは９０MPa以上の高弾性ゴムから形成される。このような高弾性ゴムの両側を、アウターブレーカ５及びインナーブレーカ６により挟み込んだサンドウィッチ構造とすることにより、トレッドリング２の剛性を大幅に高めることができ、タイヤの転動性能を高く確保することが可能になる。

前記ハブ３は、タイヤホイールに相当するもので、本例では、車軸Ｊに固定される円盤状のディスク部３Ａと、このディスク部３Ａの半径方向外端部に一体に形成される円筒状のスポーク取付け部３Ｂとを具える。前記ディスク部３Ａの中央には、車軸Ｊの前端部Ｊａが挿通するハブ孔３Ａ１が形成される。又ハブ孔３Ａ１の周囲には、車軸側に配されるボルト部Ｊｂをナット止めするための複数のボルト挿通孔３Ａ２が設けられる。このようなハブ３としては、タイヤホイールと同様、例えば、スチール、アルミ合金、マグネシウム合金等の金属材料によって形成されるのが好ましい。

次に、前記スポーク４は、高分子材料による注型成形により、トレッドリング２及びハブ３と一体成形される。高分子材料としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂が採用しうるが、安全性の観点から、熱硬化性樹脂、例えばエポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコン系樹脂、ポリイミド系樹脂、メラミン系樹脂などが好適であり、特にウレタン系樹脂は弾性特性に優れるため、より好適に採用しうる。

前記スポーク４は、タイヤ周方向に等間隔で配列する複数の板状のスポーク片１０を具える。図１に示されるように、各スポーク片１０は、そのタイヤ半径方向外端部に、トレッドリング２の内周面と連結するトレッド連結部１１を有し、またタイヤ半径方向内端部に、ハブ３の外周面と連結するハブ連結部１２を有する。そして、前記トレッド連結部１１、及びハブ連結部１２は、タイヤ軸心ｉから放射線状にのびる基準線Ｘ上に位置する。

また前記スポーク片１０は、前記トレッド連結部１１とハブ連結部１２との間に、基準線Ｘからタイヤ周方向に逸れて曲線状にのびるスポーク曲線部１３を具える。

本例のスポーク曲線部１３は、基準線Ｘからタイヤ周方向一方側に逸れて曲線状にのびる第１のスポーク曲線部１３Ａと、基準線Ｘからタイヤ周方向他方側に逸れて曲線状にのびる第２のスポーク曲線部１３Ｂとから形成される。第１、第２のスポーク曲線部１３Ａ、１３Ｂは、基準線Ｘを中心とした線対称形状をなす。本例では、第１、第２のスポーク曲線部１３Ａ、１３Ｂが略円弧状に湾曲する場合が示されるが、例えば、く字状に屈曲しても良い。

また本例では、スポーク片１０が、スポーク曲線部１３の半径方向外端部とトレッド連結部１１との間を基準線Ｘに沿ってのびる外のスポーク基部１４ｏ、及びスポーク曲線部１３の半径方向内端部と前記ハブ連結部１２との間を基準線Ｘに沿ってのびる内のスポーク基部１４ｉを含む場合が示される。

そして、エアレスタイヤ１は、タイヤ軸心ｉから垂直に立ち上がる垂線を０°としたタイヤ軸心廻りの座標系において、０°におけるスポーク片１０_０は、無負荷状態Ｙａ（図２に示す）、及び基準荷重負荷状態Ｙｂ（図３に示す）において下記のように規制される。

図４（Ａ）は、無負荷状態Ｙａのエアレスタイヤ１の０°におけるスポーク片１０_０を、タイヤ半径方向を縦軸方向、タイヤ周方向を横軸方向に展開して示し、図４（Ｂ）は、基準荷重負荷状態Ｙｂのエアレスタイヤ１の０°におけるスポーク片１０_０を、タイヤ半径方向を縦軸方向、タイヤ周方向を横軸方向に展開して示している。

同図に示されるように、０°におけるスポーク片１０_０は、基準荷重負荷状態Ｙｂにおいて前記基準線Ｘに沿って測定したスポーク片１０_０の半径方向の直線長さＬＳｂが、無負荷状態Ｙａにおいて前記基準線Ｘに沿って測定したスポーク片１０_０の半径方向の直線長さＬＳａの１．０５倍以上である。また０°におけるスポーク片１０_０は、基準荷重負荷状態Ｙｂにおいてスポーク片１０_０の曲線に沿って測定した半径方向の曲線長さＬＬｂが、前記直線長さＬＳｂの１．０３倍以上である。

ここで、前記基準荷重負荷状態Ｙｂ（図３に示す）とは、エアレスタイヤ１に正規荷重の６０％の荷重Ｆを負荷した状態を意味し、無負荷状態Ｙａ（図２に示す）とは、エアレスタイヤ１に荷重を負荷しない状態を意味する。また正規荷重とは、前記エアレスタイヤ１のタイヤサイズに置換される空気入りタイヤの正規荷重であって、空気入りタイヤが基づいている規格を含む規格体系において、当該規格がタイヤ毎に定める荷重を意味する。例えば、ＪＡＴＭＡであれば最大負荷能力、ＴＲＡであれば表 "TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES" に記載の最大値、ＥＴＲＴＯであれば "LOAD CAPACITY"を意味する。

前記直線長さＬＳｂが、直線長さＬＳａの１．０５倍以上とすることで、凹凸路面を走行する際の車軸の上下動を減じることができる。また前記曲線長さＬＬｂが直線長さＬＳｂの１．０３倍以上とすることで、スポーク片１０が直線状に伸びきるまでに３％以上の余裕が生まれる。従って、例えば大きな突起物に乗り上げる際の衝撃を緩和吸収する効果を高く発揮することができる。そしてこれらの相乗効果によって、乗り心地性能を向上することができる。このような観点から、直線長さＬＳｂは直線長さＬＳａの１．０７倍以上がより好ましく、曲線長さＬＬｂは直線長さＬＳｂの１．０５倍以上がより好ましい。

前記直線長さＬＳｂの上限は特に規制されないが、操縦安定性の観点から、直線長さＬＳａの１．３倍以下、さらには１．２倍以下が好ましい。また曲線長さＬＬｂの上限も特に規制されないが、操縦安定性の観点から、直線長さＬＳｂの１．２倍以下、さらには１．１倍以下が好ましい。

またスポーク片１０では、トレッド連結部１１とハブ連結部１２とが基準線Ｘ上に位置するため、スポーク曲線部１３が曲げ変形する際、及び曲げ変形から復帰する際、それに起因する前後力の発生を防止でき、操縦安定性の維持を図ることができる。

なおスポーク片１０のうち、スポーク曲線部１３が占める割合が小さすぎると、スポーク曲線部１３の変形度合いが大きくなって耐久性に不利を招く。従って、無負荷状態Ｙａにおいて基準線Ｘに沿って測定したスポーク曲線部１３の半径方向の直線長さＬａは、前記スポーク片１０全体の前記直線長さＬＳａの７０％以上であるのが好ましい。

本例では、０°におけるスポーク片１０_０は、前記曲線長さＬＬｂが、無負荷状態においてスポーク片１０_０の曲線に沿って測定した半径方向の曲線長さＬＬａの１．００５倍以下である。即ち、基準荷重負荷状態Ｙｂと無負荷状態Ｙａとで、スポーク片１０_０自体の長さ方向の伸び及び圧縮はほとんど発生していない。これによりスポーク片１０_０の耐久性を高めることができる。

なおスポーク曲線部１３が、第１、第２のスポーク曲線部１３Ａ、１３Ｂを有する場合には、前記曲線長さＬＬａ、ＬＬｂは、第１、第２のスポーク曲線部１３Ａ、１３Ｂのうちの一方の曲線に沿って測定される。

図５に概念的に示すように、スポーク片１０では、内外のスポーク基部１４ｉ、１４ｏを削除し、スポーク曲線部１３のみでスポーク片１０を形成することができる。係る場合、スポーク曲線部１３の半径方向外端部がトレッド連結部１１を形成し、スポーク曲線部１３の半径方向内端部がハブ連結部１２を形成する。

また同図に示すように、スポーク４は、周方向で隣り合う一方のスポーク片１０における第１のスポーク曲線部１３Ａと、他方のスポーク片１０における第２のスポーク曲線部１３Ｂとを継ぐ継ぎ部１５を具えることが好ましい。これにより、スポーク４に作用する荷重を、スポーク片１０と継ぎ部１５とに分散して支持させることができ、耐久性を向上させうる。なお継ぎ部１５は、図１、３のスポーク４（スポーク片１０が、内外のスポーク基部１４ｉ、１４ｏとスポーク曲線部１３とで形成される。）にも、形成することができる。

継ぎ部１５を設ける場合、第１、第２のスポーク曲線部１３Ａ、１３Ｂの複素弾性率Ｅ＊_１を、前記継ぎ部１５の複素弾性率Ｅ＊_２の１．５倍以上とする、或いは、前記第１、第２のスポーク曲線部１３Ａ、１３Ｂの厚さを、前記継ぎ部１５の厚さの１．５倍以上とすることが、スポーク曲線部１３の曲げ変形による好ましい。

またスポーク曲線部１３としては、例えば第１のスポーク曲線部１３Ａのみで形成することもでき、またＳ字状に湾曲させた形状のものも採用しうる。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

図１、２の基本構造をなすエアレスタイヤ（タイヤサイズ１４５／７０Ｒ１２に相当するタイヤ）が、表１の仕様に基づいて試作され、実車走行により乗り心地性がテストされた。各タイヤとも、スポーク以外は実質的に同仕様であり、スポークはウレタン樹脂（熱硬化性樹脂）による注型成形法により、トレッドリング及びハブと一体成形された。

（１）乗り心地性能：
試供タイヤを、車両（超小型ＥＶ：商品名ＣＯＭＳ）の４輪に装着し、ドライバー１名乗車にて、ドライアスファルト路面の段差路、ベルジャン路（石畳の路面）、ビッツマン路（小石を敷き詰めた路面）等において、ゴツゴツ感、突き上げ、ダンピングに関して官能評価した。結果は、１０点法にて表示した。数値が大きいほど良好である。

表１に示すように、実施例のタイヤは、乗り心地性能に優れているのが確認できる。

１エアレスタイヤ
２トレッドリング
３ハブ
４スポーク
１０、１０_０スポーク片
１１トレッド連結部
１２ハブ連結部
１３スポーク曲線部
１３Ａ第１のスポーク曲線部
１３Ｂ第２のスポーク曲線部
１４ｉ内のスポーク基部
１４ｏ外のスポーク基部
１５継ぎ部
ｉタイヤ軸心
Ｓ接地面
Ｘ基準線
Ｙａ無負荷状態
Ｙｂ基準荷重負荷状態

Claims

接地面を有する円筒状のトレッドリング、前記トレッドリングの半径方向内側に配されかつ車軸に固定されるハブ、及び前記トレッドリングとハブとを連結する高分子材料からなるスポークを具えるエアレスタイヤであって、
前記スポークは、周方向に配列する複数のスポーク片を具え、
かつ各前記スポーク片は、タイヤ軸心から放射線状にのびる基準線上に、前記トレッドリングの内周面に連結するトレッド連結部と、前記ハブの外周面に連結するハブ連結部とを有し、しかも前記トレッド連結部とハブ連結部との間に、前記基準線から周方向に逸れて曲線状にのびるスポーク曲線部を含むとともに、
タイヤ軸心から垂直に立ち上がる垂線を０°としたタイヤ軸心廻りの座標系において、
０°におけるスポーク片は、タイヤに正規荷重の６０％を負荷した基準荷重負荷状態において前記基準線に沿って測定したスポーク片の半径方向の直線長さＬＳｂが、無負荷状態において前記基準線に沿って測定したスポーク片の半径方向の直線長さＬＳａの１．０５倍以上であり、
しかも０°におけるスポーク片は、基準荷重負荷状態においてスポーク片の曲線に沿って測定した半径方向の曲線長さＬＬｂが、前記直線長さＬＳｂの１．０３倍以上であることを特徴とするエアレスタイヤ。
０°におけるスポーク片は、前記半径方向の曲線長さＬＬｂが、無負荷状態においてスポーク片の曲線に沿って測定した半径方向の曲線長さＬＬａの１．００５倍以下であることを特徴とする請求項１記載のエアレスタイヤ。
前記スポーク曲線部は、前記基準線から周方向一方側に逸れて曲線状にのびる第１のスポーク曲線部と、基準線から周方向他方側に逸れて曲線状にのびる第２のスポーク曲線部とからなることを特徴とする請求項１又は２記載のエアレスタイヤ。
前記スポークは、周方向で隣り合う一方のスポーク片における第１のスポーク曲線部と、他方のスポーク片における第２のスポーク曲線部とを継ぐ継ぎ部を具えることを特徴とする請求項３記載のエアレスタイヤ。
前記第１、第２のスポーク曲線部の複素弾性率Ｅ＊_１は、前記継ぎ部の複素弾性率Ｅ＊_２の１．５倍以上、或いは、前記第１、第２のスポーク曲線部の厚さは、前記継ぎ部の厚さの１．５倍以上であることを特徴とする請求項４記載のエアレスタイヤ。
前記スポーク片は、前記スポーク曲線部の半径方向外端部と前記トレッド連結部との間を基準線に沿ってのびる外のスポーク基部、及びスポーク曲線部の半径方向内端部と前記ハブ連結部との間を基準線に沿ってのびる内のスポーク基部を含むことを特徴とする請求項１〜５の記載のエアレスタイヤ。
前記スポーク片は、前記スポーク曲線部の半径方向外端部が前記トレッド連結部をなし、かつスポーク曲線部の半径方向内端部が前記ハブ連結部をなすことを特徴とする請求項１〜５の記載のエアレスタイヤ。