非空気圧タイヤ
【課題】車両からの荷重を支持する支持構造体と、支持構造体の外周側に隣接して設けられるトレッド層との界面における歪を抑制し、耐久性を向上させるとともに、転がり抵抗を低減させた非空気圧タイヤを提供する。
【解決手段】車両からの荷重を支持する支持構造体と、支持構造体の外周側に隣接して設けられるトレッド層６とを備える非空気圧タイヤにおいて、支持構造体は、内側環状部と、内側環状部の外側に同心円状に設けられた外側環状部３と、内側環状部１と外側環状部３とに結合されて両者を連結する複数の連結部５とを備え、外側環状部３は、第１環状層３１と、第１環状層３１の外周側に積層され、第１環状層３１よりもモジュラスの低い第２環状層３２とで構成され、トレッド層６は、第１トレッド層６１と、第１トレッド層６１の内周側に積層され、第１トレッド層６１よりもモジュラスの高い第２トレッド層６２とで構成されている。
【解決手段】車両からの荷重を支持する支持構造体と、支持構造体の外周側に隣接して設けられるトレッド層６とを備える非空気圧タイヤにおいて、支持構造体は、内側環状部と、内側環状部の外側に同心円状に設けられた外側環状部３と、内側環状部１と外側環状部３とに結合されて両者を連結する複数の連結部５とを備え、外側環状部３は、第１環状層３１と、第１環状層３１の外周側に積層され、第１環状層３１よりもモジュラスの低い第２環状層３２とで構成され、トレッド層６は、第１トレッド層６１と、第１トレッド層６１の内周側に積層され、第１トレッド層６１よりもモジュラスの高い第２トレッド層６２とで構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両からの荷重を支持する支持構造体と、この支持構造体の外周側に隣接して設けられるトレッド層とを備える非空気圧タイヤ（ｎｏｎ−ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｔｉｒｅ）に関するものである。
【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。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。
【０００３】
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。
【０００４】
そこで、下記の特許文献１には、空気入りタイヤと同様な動作特性を有する非空気圧タイヤを開発する目的で、タイヤに加わる荷重を支持する補強された環状バンドと、この補強された環状バンドとホイールまたはハブとの間で張力によって荷重力を伝達する複数のウェブスポークとを有する非空気圧タイヤが提案されている。また、環状バンドの外周側にはトレッド層が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００５−５００９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
補強された環状バンドは、エラストマー剪断層と、エラストマー剪断層のタイヤ径方向の内側と外側にそれぞれ接着した第１メンブレンと第２メンブレンとを有している。この第１メンブレンと第２メンブレンは、空気入りタイヤのベルト層と同様に、エラストマー被覆層中にコードが埋め込まれた構成であり、重量が重く、燃費性能の悪化に繋がる。そのため、燃費性能の観点からは、第１メンブレン及び第２メンブレンを省略することが好ましい。しかし、第１メンブレン及び第２メンブレンを省略すると、環状バンドとトレッド層との界面に、両者のモジュラス差に起因した歪が生じ、界面で剥離が起こりやすくなり、耐久性が悪化する。また、トレッド層での歪は、エネルギーの損失が大きくなり、転がり抵抗の増大に繋がる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、車両からの荷重を支持する支持構造体と、この支持構造体の外周側に隣接して設けられるトレッド層との界面における歪を抑制し、耐久性を向上させるとともに、転がり抵抗を低減させた非空気圧タイヤを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため本発明に係る非空気圧タイヤは、車両からの荷重を支持する支持構造体と、この支持構造体の外周側に隣接して設けられるトレッド層と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外側環状部と、前記内側環状部と前記外側環状部とに結合されて両者を連結する複数の連結部とを備え、前記外側環状部は、第１環状層と、前記第１環状層の外周側に積層され、前記第１環状層よりもモジュラスの低い第２環状層とで構成され、前記トレッド層は、第１トレッド層と、前記第１トレッド層の内周側に積層され、前記第１トレッド層よりもモジュラスの高い第２トレッド層とで構成されていることを特徴とする。
【０００９】
この構成による非空気圧タイヤの作用効果を説明する。本発明の非空気圧タイヤは、車両からの荷重を支持する支持構造体と、この支持構造体の外周側に隣接して設けられるトレッド層とを備えている。支持構造体は、車両からの荷重を支持可能とするためモジュラスの比較的高い材料で構成され、トレッド層は、グリップ性能等の観点からモジュラスの比較的低い材料で構成されるため、支持構造体とトレッド層との界面では、モジュラス差が大きくなりやすい。本発明によれば、支持構造体の外側環状部において、トレッド層に隣接する第２環状層のモジュラスを第１環状層よりも低くし、トレッド層において、外側環状部に隣接する第２トレッド層のモジュラスを第１トレッド層よりも高くしているため、支持構造体とトレッド層のモジュラス差を抑えることができ、界面におけるモジュラス差に起因した歪を抑制して、界面での剥離を防ぐことができる。さらに、トレッド層と外側環状部をそれぞれ２層化し、かつモジュラスが低から高に順に変化するように配置することで、歪の集中が分散化され、歪の集中に起因するエネルギー損失を抑制でき、その結果転がり抵抗を低減できる。なお、本発明におけるモジュラスは、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。
【００１０】
本発明にかかる非空気圧タイヤにおいて、前記第２環状層と前記第２トレッド層のモジュラス差が１００ＭＰａ以下であることが好ましい。外側環状部の第２環状層とトレッド層の第２トレッド層のモジュラス差を上記の範囲にすることで、界面におけるモジュラス差に起因した歪を効果的に抑制することできる。
【００１１】
本発明にかかる非空気圧タイヤにおいて、前記第２環状層と前記第２トレッド層との界面の形状は、山部と谷部がタイヤ周方向に交互に繰り返される波形であることが好ましい。支持構造体とトレッド層の界面の形状を波形とすることで、界面の表面積が大きくなるため、界面における歪が分散し、界面での剥離を抑え、耐久性が向上する。
【００１２】
本発明にかかる非空気圧タイヤにおいて、前記第２トレッド層の前記山部が、前記連結部と前記外側環状部との結合部のタイヤ径方向外側に配置されることが好ましい。連結部と外側環状部との結合部のタイヤ径方向外側では、接地の際に剛性が高くなる傾向にあるが、本発明によれば、この結合部のタイヤ径方向外側において、モジュラスの比較的低いトレッド層の厚みが大きくなるため、転動時のタイヤ剛性変動を抑制することができる。
【００１３】
本発明にかかる非空気圧タイヤにおいて、前記波形の山部と谷部の高低差は、０．５ｍｍ以上かつ７ｍｍ以下であることが好ましい。この形状の界面とすることで、山部と谷部の高低差によるタイヤ周方向の剛性変動を抑えつつ、界面における歪が効果的に分散する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の非空気圧タイヤの一例を示す正面図
【図２】図１の要部を示す部分拡大図
【図３】非空気圧タイヤの別実施形態を示す正面図
【図４Ａ】比較例１の非空気圧タイヤを示す正面図
【図４Ｂ】実施例１の非空気圧タイヤを示す正面図
【図４Ｃ】実施例２の非空気圧タイヤを示す正面図
【図４Ｄ】実施例３の非空気圧タイヤを示す正面図
【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の要部を示す部分拡大図である。ここで、Ｏは軸芯を、Ｈ１はタイヤ断面高さを、それぞれ示している。
【００１６】
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と、この支持構造体ＳＳの外周側に隣接して設けられるトレッド層６とを備えるものである。本発明のトレッド層６は、いわゆるベルト層を有さない。
【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中間環状部２と、その外側に同心円状に設けられた外側環状部３と、内側環状部１と中間環状部２とに結合されて両者を連結する複数の内側連結部４と、中間環状部２と外側環状部３とに結合されて両者を連結する複数の外側連結部５とを備えている。ただし、この実施形態では支持構造体ＳＳが中間環状部２を備えているが、中間環状部２は必ずしも必要ではなく、後述のように、中間環状部２を設けず、内側連結部４と外側連結部５とが連続して１本の連結部４５を構成してもよい。
【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、内側連結部４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Ｈ１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が、本実施形態では中間環状部２を備えるために、内側環状部１の内径を従来より大幅に小さくすることが可能である。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のタイヤ軸方向の幅は、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のモジュラスは、内側連結部４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り、以下、引張モジュラスと称することもある。
【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、中間環状部２、外側環状部３、内側連結部４、及び外側連結部５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、上記引張モジュラスが、１５０００ＭＰａ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５〜１００００ＭＰａであり、より好ましくは７〜５０００ＭＰａ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が使用可能である。
【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、中間環状部２、外側環状部３、内側連結部４、及び外側連結部５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、タイヤ軸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】
中間環状部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。ただし、中間環状部２の形状は、円筒形状に限られず、多角形筒状、などでもよい。
【００３３】
中間環状部２の厚みは、内側連結部４と外側連結部５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Ｈ１の３〜１０％が好ましく、４〜９％がより好ましい。
【００３４】
中間環状部２の内径は、内側環状部１の内径を超えて、外側環状部３の内径未満となる。外側環状部３の内径から内側環状部１の内径を差し引いた長さをｄ１とし、中間環状部２の内径から内側環状部１の内径を差し引いた長さをｄ２とすると、ｄ１とｄ２が、（１／３）×ｄ１≦ｄ２≦（２／３）×ｄ１の関係を満たすように、中間環状部２の内径を設定することが好ましい。
【００３５】
中間環状部２のタイヤ軸方向の幅は、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。
【００３６】
中間環状部２のモジュラスは、内側連結部４と外側連結部５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。
【００３７】
中間環状部２のモジュラスは、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。
【００３８】
外側環状部３は、第１環状層３１と、第１環状層３１の外周側に積層され、第１環状層３１よりもモジュラスの低い第２環状層３２とで構成されている。第１環状層３１は、厚みが一定の円筒形状である。第２環状層３２は、第１環状層３１のタイヤ径方向外側に設けられ、円筒形状である。ただし、第２環状層３２の厚みは一定ではなく、タイヤ周方向に沿って変化しているものが好ましい。また、第１環状層３１と第２環状層３２は、モジュラスを向上させるために繊維等で補強されていてもよい。
【００３９】
正面視断面において、第２環状層３２の内周面は円形であり、第２環状層３２の外周面は山部と谷部がタイヤ周方向に交互に繰り返される波形である。波形としては、正弦波、三角波、矩形波などが挙げられる。ただし、波形に角部があると応力が集中しやすくなるため、正弦波が好ましく、本実施形態では正弦波の例を示す。第２環状層３２の外周面は、後述する第２トレッド層６２の内周面との界面３６となる。
【００４０】
第１環状層３１は、例えば第１のウレタン樹脂ｕ１で構成され、第２環状層３２は、例えば第２のウレタン樹脂ｕ２で構成される。同種のウレタン樹脂で第１環状層３１と第２環状層３２を構成することで、両者の界面では化学結合をして結合力が高く、剥離は非常に起こりにくい。第２のウレタン樹脂ｕ２のモジュラスＭｕ２は、第１のウレタン樹脂ｕ１のモジュラスＭｕ１よりも低い。具体的には、Ｍｕ１は５〜１８００００ＭＰａが好ましく、７〜５００００ＭＰａがより好ましい。Ｍｕ２は５〜１００００ＭＰａが好ましく、５〜５００ＭＰａがより好ましい。
【００４１】
外側環状部３の厚みは、外側連結部５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Ｈ１の１〜７％が好ましく、２〜５％がより好ましい。さらに、第１環状層３１の厚みＴｕ１は、タイヤ断面高さＨ１の０．３〜７％が好ましく、０．５〜５％がより好ましい。また、第２環状層３２の厚みＴｕ２は、タイヤ断面高さＨ１の０．３〜７％が好ましく、０．５〜２％がより好ましい。
【００４２】
外側環状部３の内径は、その用途等応じて適宜決定されるが、本実施形態では中間環状部２を備えるために、外側環状部３の内径を従来より大きくすることが可能である。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。
【００４３】
外側環状部３のタイヤ軸方向の幅は、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。
【００４４】
外側環状部３全体のモジュラスは、外側連結部５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。
【００４５】
外側環状部３のモジュラスを高める場合、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。外側環状部３を補強繊維により補強することで、外側環状部３とトレッド層６との接着も十分となる。
【００４６】
内側連結部４は、内側環状部１と中間環状部２とを連結するものであり、両者の間に適当な間隔を開けるなどして、タイヤ周方向に各々が独立するように複数設けられる。内側連結部４は、ユニフォミティを向上させる観点から、一定の間隔を置いて設けることが好ましい。
【００４７】
内側連結部４を全周に渡って設ける際の数（タイヤ軸方向に複数設ける場合は１個として数える）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、内側連結部４を４０個設けた例を示す。
【００４８】
個々の内側連結部４の形状としては、板状体、柱状体などが挙げられるが、本実施形態ではタイヤ径方向及びタイヤ軸方向に延設される板状体の例を示す。これらの内側連結部４は、正面視断面において、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、ブレークポイントを高くして剛性変動を生じにくくすると共に、耐久性を向上させる観点から、正面視断面において、内側連結部４の延設方向が、タイヤ径方向±２５°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には、内側連結部４をタイヤ径方向に沿って配置した例を示す。
【００４９】
内側連結部４のタイヤ周方向の厚みは、内側環状部１および中間環状部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Ｈ１の２〜１２％が好ましく、３〜１０％がより好ましい。
【００５０】
内側連結部４のモジュラスは、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、５〜１８００００ＭＰａが好ましく、７〜５００００ＭＰａがより好ましい。
【００５１】
内側連結部４のモジュラスを高める場合、上記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】
外側連結部５は、中間環状部２と外側環状部３とを連結するものであり、両者の間に適当な間隔を開けるなどして、タイヤ周方向に各々が独立するように複数設けられる。外側連結部５は、ユニフォミティを向上させる観点から、一定の間隔を置いて設けることが好ましい。
【００５３】
外側連結部５を全周に渡って設ける際の数（タイヤ軸方向に複数設ける場合は１個として数える）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、３０〜１５０個が好ましく、４０〜１２０個がより好ましい。図１には、外側連結部５を４０個設けた例を示す。
【００５４】
個々の外側連結部５の形状としては、板状体、柱状体などが挙げられるが、本実施形態ではタイヤ径方向及びタイヤ軸方向に延設される板状体の例を示す。本発明では、外側連結部５のたわみを中間環状部２により負担させ、支持構造体ＳＳの変形を均一化する観点から、正面視断面において、外側連結部５は、タイヤ径方向に対して傾斜していることが好ましい。ただし、外側連結部５は、必ずしもタイヤ径方向に対して傾斜している必要は無く、図１のようにタイヤ径方向と同じ方向に配置しても構わない。
【００５５】
外側連結部５のタイヤ周方向の厚みは、外側環状部３および中間環状部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Ｈ１の１〜１０％が好ましく、２〜８％がより好ましい。
【００５６】
外側連結部５のモジュラスは、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、５〜１８００００ＭＰａが好ましく、７〜５００００ＭＰａがより好ましい。
【００５７】
外側連結部５のモジュラスを高める場合、上記弾性材料を繊維等で補強した繊維補強材料が好ましい。
【００５８】
支持構造体ＳＳの外周側に隣接してトレッド層６が設けられる。トレッド層６の表面には、従来の空気入りタイヤと同様のトレッドパターンを設けることが可能である。トレッド層６は、第１トレッド層６１と、第１トレッド層６１の内周側に積層され、第１トレッド層６１よりもモジュラスの高い第２トレッド層６２とで構成されている。第１トレッド層６１は、厚みが一定の円筒形状である。第２トレッド層６２は、第１トレッド層６１のタイヤ径方向内側に設けられ、円筒形状である。ただし、第２トレッド層６２の厚みは一定ではなく、タイヤ周方向に沿って変化しているものが好ましい。
【００５９】
正面視断面において、第２トレッド層６２の外周面は円形であり、第２トレッド層６２の内周面は山部と谷部がタイヤ周方向に交互に繰り返される波形である。第２トレッド層６２の内周面と第２環状層３２の外周面は同一形状であり、外側環状部３とトレッド層６の界面３６を構成している。
【００６０】
第１トレッド層６１は、例えば第１のゴムｒ１で構成され、第２トレッド層６２は、例えば第２のゴムｒ２で構成される。同種のゴムで第１トレッド層６１と第２トレッド層６２を構成することで、両者の界面では化学結合をして結合力が高く、剥離は非常に起こりにくい。第２のゴムｒ２のモジュラスＭｒ２は、第１のゴムｒ１のモジュラスＭｒ１よりも高い。具体的には、Ｍｒ２は１〜１００００ＭＰａが好ましく、２〜５００ＭＰａがより好ましい。Ｍｒ１は１〜５００ＭＰａが好ましく、１〜５０ＭＰａがより好ましい。また、トレッド層６全体のモジュラスは、１〜１００００ＭＰａが好ましい。さらに、第２環状層３２のモジュラスＭｕ２と第２トレッド層６２のモジュラスＭｒ２は、両者のモジュラス差が１０００ＭＰａ以下であることが好ましく、１００ＭＰａ以下であることがより好ましい。第２環状層３２と第２トレッド層６２のモジュラス差がゼロ、すなわち、第２環状層３２のモジュラスＭｕ２と第２トレッド層６２のモジュラスＭｒ２が等しいことが特に好ましい。第２トレッド層６２は、モジュラスを向上させるために繊維等で補強されていてもよい。
【００６１】
トレッド層６の厚みは、クッション性能やグリップ性能の向上を図る観点から、タイヤ断面高さＨ１の１〜１０％が好ましく、２〜５％がより好ましい。さらに、第１トレッド層６１の厚みＴｒ１は、タイヤ断面高さＨ１の０．３〜７％が好ましく、０．５〜３％がより好ましい。また、第２トレッド層６２の厚みＴｒ２は、タイヤ断面高さＨ１の０．３〜７％が好ましく、０．５〜３％がより好ましい。
【００６２】
第２環状層３２と第２トレッド層６２との界面３６の形状は、山部と谷部がタイヤ周方向に交互に繰り返される波形となっている。界面３６の波形は、第２トレッド層６２の山部３６ａが、外側連結部５と外側環状部３の結合部５３のタイヤ径方向外側に配置されるように、形成することが好ましい。
【００６３】
界面３６の山部３６ａと谷部３６ｂの高低差Ｗは、０．５ｍｍ≦Ｗ≦７ｍｍであることが好ましく、１ｍｍ≦Ｗ≦５ｍｍであることがより好ましい。高低差Ｗが０．５ｍｍより小さいと、接着表面積の増大と剛性変動の抑制効果が十分に得られなくなってしまい、７ｍｍよりも大きいと、ゴム流動性の問題から接着性が低下してしまう傾向がある。また、高低差Ｗは、タイヤ断面高さＨ１の０．２〜５％が好ましく、０．５〜２％がより好ましい。なお、高低差Ｗは、軸芯Ｏから山部３６ａまでの距離と軸芯Ｏから谷部３６ｂまでの距離との差から求められる。
【００６４】
また、隣り合う山部３６ａどうしの距離λは、１ｍｍ＜λ＜１００ｍｍであることが好ましく、５ｍｍ＜λ＜２０ｍｍであることがより好ましい。距離λが１ｍｍ以下だと、製造工程面で困難となってしまう。距離λが１００ｍｍ以上だと、波形が直線に近くなり、界面３６の表面積増大の効果が得られにくい。なお、距離λは、タイヤ周方向に沿った長さである。
【００６５】
本発明の非空気圧タイヤＴの製造方法の一例を簡単に説明する。支持構造体ＳＳは、支持構造体ＳＳに対応する空間部を有する金型を用いて、その空間部にポリウレタン樹脂の原料液を充填し、固化させることで成型する。この際、初めに外側環状部３の第２環状層３２以外を第１のウレタン樹脂ｕ１で成型し、その後、第２環状層３２を第２のウレタン樹脂で成型する。そして、支持構造体ＳＳの外周側に第２のゴムからなるゴムリボンを巻き付けて第２トレッド層６２を成形する。最後に、第２トレッド層６２の外周側に第１トレッド層６１を成形する。第１トレッド層６１は、第１のゴムからなるトレッドゴムを所定長さに切断して貼り付けることで成形することができる。なお、外側環状部３の第１環状層３１と外側連結部５をそれぞれ別の材料で成型する場合、製法上、第１環状層３１の内周側に、外側連結部５を構成する材料による薄皮層が形成されることもある。
【００６６】
［他の実施形態］
上記の実施形態では、支持構造体ＳＳが中間環状部２を備えているが、中間環状部２は必ずしも必要ではなく、図３の正面図に示すように、中間環状部２を設けず、内側連結部４と外側連結部５とが連続して１本の連結部４５を構成してもよい。
【実施例】
【００６７】
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。なお、実施例等における評価項目は下記のようにして測定を行った。
【００６８】
（１）耐久性
直径１．７ｍ、走行速度６０ｋｍ／ｈのドラムに、２．５ｋＮの荷重で非空気圧タイヤを回転自在に押し付けて荷重を０．１ｋＮずつ上げていき、非空気圧タイヤが故障するまでの走行距離を測定して耐久性を評価した。比較例１の結果を１００として指数評価し、当該指数が大きいほど耐久性に優れていることを示す。評価結果を表１に示す。
【００６９】
（２）転がり抵抗
ドラム走行試験により転がり抵抗値を測定し、その逆数を算出した。走行条件は、ドラム径を１．７ｍ、キャンバー角を０°、走行速度を６０ｋｍ／ｈ、荷重を２５００Ｎとした。比較例１の結果を１００として指数評価し、当該指数が大きいほど転がり抵抗が低減されていることを示す。評価結果を表１に示す。
【００７０】
（３）圧力変動
２５００Ｎの荷重を負荷した状態にて、非空気圧タイヤを徐々に転動（回転）させながら、接地面での最大接地圧を測定した。タイヤを１周させたときの最大接地圧の最大値と最小値の差の逆数を求めて圧力変動を評価した。比較例１の結果を１００として指数評価し、当該指数が大きいほど圧力変動が少ないことを示す。評価結果を表１に示す。
【００７１】
【表１】
【００７２】
比較例１
図４Ａに示す非空気圧タイヤを作製し、上記性能を評価した。比較例１の非空気圧タイヤは、内側環状部１、中間環状部２、外側環状部３、内側連結部４、外側連結部５を備える支持構造体、その外周側に隣接して設けられたトレッド層６を備える。また、トレッド層６にはベルト層７が埋設されている。外側環状部３、トレッド層６のいずれも１層構造となっており、外側環状部３のモジュラスを５００ＭＰａ、トレッド層６のモジュラスを２．６ＭＰａとした。また、比較例１では、内側連結部４と外側連結部５を図４Ａに示すようにＹ字状に配置した。タイヤサイズは、最大幅１４０ｍｍ、最外径５４０ｍｍ、リム径１４インチとした。
【００７３】
比較例２
トレッド層６にベルト層７を設けないこと以外は、比較例１と同じとした。
【００７４】
実施例１
比較例２の外側環状部３を第１環状層３１と第２環状層３２の２層構造とし、トレッド層６を第１トレッド層６１と第２トレッド層６２の２層構造とした。界面３６の形状は、円形とした（図４Ｂ参照）。第１環状層３１のモジュラスＭｕ１を５００ＭＰａ、第２環状層３２のモジュラスＭｕ２を４６ＭＰａ、第１トレッド層６１のモジュラスＭｒ１を２．６ＭＰａ、第２トレッド層６２のモジュラスＭｒ２を５ＭＰａとした。
【００７５】
実施例２
界面３６の形状は、山部と谷部がタイヤ周方向に交互に繰り返される波形としたこと以外は実施例１と同じとした。波形は、正弦波とした（図４Ｃ参照）。波形の高低差Ｗは２ｍｍ、距離λは２０ｍｍとした。
【００７６】
実施例３
波形を三角波としたこと以外は実施例２と同じとした（図４Ｄ参照）。
【００７７】
表１の結果から以下のことが分かる。比較例２は、ベルト層７がないためにトレッド層６の変形が大きくなり、外側環状部３との界面で剥離が生じやすく、比較例１に比べて耐久性が悪化している。一方で、比較例２は、ベルト層を無くしたことにより軽量化されたため、比較例１に比べて転がり抵抗が小さくなっている。
【００７８】
実施例１〜３は、外側環状部３とトレッド層６との界面における歪が抑制され、耐久性が向上し、転がり抵抗も小さくなっている。また、実施例２，３のように界面の形状を波形とすることで、耐久性はより向上し、転がり抵抗もより小さくなっている。
【符号の説明】
【００７９】
１ 内側環状部
２ 中間環状部
３ 外側環状部
４ 内側連結部
５ 外側連結部
６ トレッド層
３１ 第１環状層
３２ 第２環状層
３６ 界面
３６ａ 山部
３６ｂ 谷部
４５ 連結部
６１ 第１トレッド層
６２ 第２トレッド層
ＳＳ 支持構造体
Ｔ 非空気圧タイヤ
Ｗ 高低差
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両からの荷重を支持する支持構造体と、この支持構造体の外周側に隣接して設けられるトレッド層とを備える非空気圧タイヤ（ｎｏｎ−ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｔｉｒｅ）に関するものである。
【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。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。
【０００３】
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。
【０００４】
そこで、下記の特許文献１には、空気入りタイヤと同様な動作特性を有する非空気圧タイヤを開発する目的で、タイヤに加わる荷重を支持する補強された環状バンドと、この補強された環状バンドとホイールまたはハブとの間で張力によって荷重力を伝達する複数のウェブスポークとを有する非空気圧タイヤが提案されている。また、環状バンドの外周側にはトレッド層が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００５−５００９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
補強された環状バンドは、エラストマー剪断層と、エラストマー剪断層のタイヤ径方向の内側と外側にそれぞれ接着した第１メンブレンと第２メンブレンとを有している。この第１メンブレンと第２メンブレンは、空気入りタイヤのベルト層と同様に、エラストマー被覆層中にコードが埋め込まれた構成であり、重量が重く、燃費性能の悪化に繋がる。そのため、燃費性能の観点からは、第１メンブレン及び第２メンブレンを省略することが好ましい。しかし、第１メンブレン及び第２メンブレンを省略すると、環状バンドとトレッド層との界面に、両者のモジュラス差に起因した歪が生じ、界面で剥離が起こりやすくなり、耐久性が悪化する。また、トレッド層での歪は、エネルギーの損失が大きくなり、転がり抵抗の増大に繋がる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、車両からの荷重を支持する支持構造体と、この支持構造体の外周側に隣接して設けられるトレッド層との界面における歪を抑制し、耐久性を向上させるとともに、転がり抵抗を低減させた非空気圧タイヤを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため本発明に係る非空気圧タイヤは、車両からの荷重を支持する支持構造体と、この支持構造体の外周側に隣接して設けられるトレッド層と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外側環状部と、前記内側環状部と前記外側環状部とに結合されて両者を連結する複数の連結部とを備え、前記外側環状部は、第１環状層と、前記第１環状層の外周側に積層され、前記第１環状層よりもモジュラスの低い第２環状層とで構成され、前記トレッド層は、第１トレッド層と、前記第１トレッド層の内周側に積層され、前記第１トレッド層よりもモジュラスの高い第２トレッド層とで構成されていることを特徴とする。
【０００９】
この構成による非空気圧タイヤの作用効果を説明する。本発明の非空気圧タイヤは、車両からの荷重を支持する支持構造体と、この支持構造体の外周側に隣接して設けられるトレッド層とを備えている。支持構造体は、車両からの荷重を支持可能とするためモジュラスの比較的高い材料で構成され、トレッド層は、グリップ性能等の観点からモジュラスの比較的低い材料で構成されるため、支持構造体とトレッド層との界面では、モジュラス差が大きくなりやすい。本発明によれば、支持構造体の外側環状部において、トレッド層に隣接する第２環状層のモジュラスを第１環状層よりも低くし、トレッド層において、外側環状部に隣接する第２トレッド層のモジュラスを第１トレッド層よりも高くしているため、支持構造体とトレッド層のモジュラス差を抑えることができ、界面におけるモジュラス差に起因した歪を抑制して、界面での剥離を防ぐことができる。さらに、トレッド層と外側環状部をそれぞれ２層化し、かつモジュラスが低から高に順に変化するように配置することで、歪の集中が分散化され、歪の集中に起因するエネルギー損失を抑制でき、その結果転がり抵抗を低減できる。なお、本発明におけるモジュラスは、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。
【００１０】
本発明にかかる非空気圧タイヤにおいて、前記第２環状層と前記第２トレッド層のモジュラス差が１００ＭＰａ以下であることが好ましい。外側環状部の第２環状層とトレッド層の第２トレッド層のモジュラス差を上記の範囲にすることで、界面におけるモジュラス差に起因した歪を効果的に抑制することできる。
【００１１】
本発明にかかる非空気圧タイヤにおいて、前記第２環状層と前記第２トレッド層との界面の形状は、山部と谷部がタイヤ周方向に交互に繰り返される波形であることが好ましい。支持構造体とトレッド層の界面の形状を波形とすることで、界面の表面積が大きくなるため、界面における歪が分散し、界面での剥離を抑え、耐久性が向上する。
【００１２】
本発明にかかる非空気圧タイヤにおいて、前記第２トレッド層の前記山部が、前記連結部と前記外側環状部との結合部のタイヤ径方向外側に配置されることが好ましい。連結部と外側環状部との結合部のタイヤ径方向外側では、接地の際に剛性が高くなる傾向にあるが、本発明によれば、この結合部のタイヤ径方向外側において、モジュラスの比較的低いトレッド層の厚みが大きくなるため、転動時のタイヤ剛性変動を抑制することができる。
【００１３】
本発明にかかる非空気圧タイヤにおいて、前記波形の山部と谷部の高低差は、０．５ｍｍ以上かつ７ｍｍ以下であることが好ましい。この形状の界面とすることで、山部と谷部の高低差によるタイヤ周方向の剛性変動を抑えつつ、界面における歪が効果的に分散する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の非空気圧タイヤの一例を示す正面図
【図２】図１の要部を示す部分拡大図
【図３】非空気圧タイヤの別実施形態を示す正面図
【図４Ａ】比較例１の非空気圧タイヤを示す正面図
【図４Ｂ】実施例１の非空気圧タイヤを示す正面図
【図４Ｃ】実施例２の非空気圧タイヤを示す正面図
【図４Ｄ】実施例３の非空気圧タイヤを示す正面図
【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の要部を示す部分拡大図である。ここで、Ｏは軸芯を、Ｈ１はタイヤ断面高さを、それぞれ示している。
【００１６】
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と、この支持構造体ＳＳの外周側に隣接して設けられるトレッド層６とを備えるものである。本発明のトレッド層６は、いわゆるベルト層を有さない。
【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中間環状部２と、その外側に同心円状に設けられた外側環状部３と、内側環状部１と中間環状部２とに結合されて両者を連結する複数の内側連結部４と、中間環状部２と外側環状部３とに結合されて両者を連結する複数の外側連結部５とを備えている。ただし、この実施形態では支持構造体ＳＳが中間環状部２を備えているが、中間環状部２は必ずしも必要ではなく、後述のように、中間環状部２を設けず、内側連結部４と外側連結部５とが連続して１本の連結部４５を構成してもよい。
【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、内側連結部４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Ｈ１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が、本実施形態では中間環状部２を備えるために、内側環状部１の内径を従来より大幅に小さくすることが可能である。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のタイヤ軸方向の幅は、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のモジュラスは、内側連結部４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り、以下、引張モジュラスと称することもある。
【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、中間環状部２、外側環状部３、内側連結部４、及び外側連結部５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、上記引張モジュラスが、１５０００ＭＰａ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５〜１００００ＭＰａであり、より好ましくは７〜５０００ＭＰａ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が使用可能である。
【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、中間環状部２、外側環状部３、内側連結部４、及び外側連結部５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、タイヤ軸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】
中間環状部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。ただし、中間環状部２の形状は、円筒形状に限られず、多角形筒状、などでもよい。
【００３３】
中間環状部２の厚みは、内側連結部４と外側連結部５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Ｈ１の３〜１０％が好ましく、４〜９％がより好ましい。
【００３４】
中間環状部２の内径は、内側環状部１の内径を超えて、外側環状部３の内径未満となる。外側環状部３の内径から内側環状部１の内径を差し引いた長さをｄ１とし、中間環状部２の内径から内側環状部１の内径を差し引いた長さをｄ２とすると、ｄ１とｄ２が、（１／３）×ｄ１≦ｄ２≦（２／３）×ｄ１の関係を満たすように、中間環状部２の内径を設定することが好ましい。
【００３５】
中間環状部２のタイヤ軸方向の幅は、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。
【００３６】
中間環状部２のモジュラスは、内側連結部４と外側連結部５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。
【００３７】
中間環状部２のモジュラスは、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。
【００３８】
外側環状部３は、第１環状層３１と、第１環状層３１の外周側に積層され、第１環状層３１よりもモジュラスの低い第２環状層３２とで構成されている。第１環状層３１は、厚みが一定の円筒形状である。第２環状層３２は、第１環状層３１のタイヤ径方向外側に設けられ、円筒形状である。ただし、第２環状層３２の厚みは一定ではなく、タイヤ周方向に沿って変化しているものが好ましい。また、第１環状層３１と第２環状層３２は、モジュラスを向上させるために繊維等で補強されていてもよい。
【００３９】
正面視断面において、第２環状層３２の内周面は円形であり、第２環状層３２の外周面は山部と谷部がタイヤ周方向に交互に繰り返される波形である。波形としては、正弦波、三角波、矩形波などが挙げられる。ただし、波形に角部があると応力が集中しやすくなるため、正弦波が好ましく、本実施形態では正弦波の例を示す。第２環状層３２の外周面は、後述する第２トレッド層６２の内周面との界面３６となる。
【００４０】
第１環状層３１は、例えば第１のウレタン樹脂ｕ１で構成され、第２環状層３２は、例えば第２のウレタン樹脂ｕ２で構成される。同種のウレタン樹脂で第１環状層３１と第２環状層３２を構成することで、両者の界面では化学結合をして結合力が高く、剥離は非常に起こりにくい。第２のウレタン樹脂ｕ２のモジュラスＭｕ２は、第１のウレタン樹脂ｕ１のモジュラスＭｕ１よりも低い。具体的には、Ｍｕ１は５〜１８００００ＭＰａが好ましく、７〜５００００ＭＰａがより好ましい。Ｍｕ２は５〜１００００ＭＰａが好ましく、５〜５００ＭＰａがより好ましい。
【００４１】
外側環状部３の厚みは、外側連結部５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Ｈ１の１〜７％が好ましく、２〜５％がより好ましい。さらに、第１環状層３１の厚みＴｕ１は、タイヤ断面高さＨ１の０．３〜７％が好ましく、０．５〜５％がより好ましい。また、第２環状層３２の厚みＴｕ２は、タイヤ断面高さＨ１の０．３〜７％が好ましく、０．５〜２％がより好ましい。
【００４２】
外側環状部３の内径は、その用途等応じて適宜決定されるが、本実施形態では中間環状部２を備えるために、外側環状部３の内径を従来より大きくすることが可能である。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。
【００４３】
外側環状部３のタイヤ軸方向の幅は、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。
【００４４】
外側環状部３全体のモジュラスは、外側連結部５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。
【００４５】
外側環状部３のモジュラスを高める場合、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。外側環状部３を補強繊維により補強することで、外側環状部３とトレッド層６との接着も十分となる。
【００４６】
内側連結部４は、内側環状部１と中間環状部２とを連結するものであり、両者の間に適当な間隔を開けるなどして、タイヤ周方向に各々が独立するように複数設けられる。内側連結部４は、ユニフォミティを向上させる観点から、一定の間隔を置いて設けることが好ましい。
【００４７】
内側連結部４を全周に渡って設ける際の数（タイヤ軸方向に複数設ける場合は１個として数える）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、内側連結部４を４０個設けた例を示す。
【００４８】
個々の内側連結部４の形状としては、板状体、柱状体などが挙げられるが、本実施形態ではタイヤ径方向及びタイヤ軸方向に延設される板状体の例を示す。これらの内側連結部４は、正面視断面において、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、ブレークポイントを高くして剛性変動を生じにくくすると共に、耐久性を向上させる観点から、正面視断面において、内側連結部４の延設方向が、タイヤ径方向±２５°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には、内側連結部４をタイヤ径方向に沿って配置した例を示す。
【００４９】
内側連結部４のタイヤ周方向の厚みは、内側環状部１および中間環状部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Ｈ１の２〜１２％が好ましく、３〜１０％がより好ましい。
【００５０】
内側連結部４のモジュラスは、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、５〜１８００００ＭＰａが好ましく、７〜５００００ＭＰａがより好ましい。
【００５１】
内側連結部４のモジュラスを高める場合、上記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】
外側連結部５は、中間環状部２と外側環状部３とを連結するものであり、両者の間に適当な間隔を開けるなどして、タイヤ周方向に各々が独立するように複数設けられる。外側連結部５は、ユニフォミティを向上させる観点から、一定の間隔を置いて設けることが好ましい。
【００５３】
外側連結部５を全周に渡って設ける際の数（タイヤ軸方向に複数設ける場合は１個として数える）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、３０〜１５０個が好ましく、４０〜１２０個がより好ましい。図１には、外側連結部５を４０個設けた例を示す。
【００５４】
個々の外側連結部５の形状としては、板状体、柱状体などが挙げられるが、本実施形態ではタイヤ径方向及びタイヤ軸方向に延設される板状体の例を示す。本発明では、外側連結部５のたわみを中間環状部２により負担させ、支持構造体ＳＳの変形を均一化する観点から、正面視断面において、外側連結部５は、タイヤ径方向に対して傾斜していることが好ましい。ただし、外側連結部５は、必ずしもタイヤ径方向に対して傾斜している必要は無く、図１のようにタイヤ径方向と同じ方向に配置しても構わない。
【００５５】
外側連結部５のタイヤ周方向の厚みは、外側環状部３および中間環状部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Ｈ１の１〜１０％が好ましく、２〜８％がより好ましい。
【００５６】
外側連結部５のモジュラスは、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、５〜１８００００ＭＰａが好ましく、７〜５００００ＭＰａがより好ましい。
【００５７】
外側連結部５のモジュラスを高める場合、上記弾性材料を繊維等で補強した繊維補強材料が好ましい。
【００５８】
支持構造体ＳＳの外周側に隣接してトレッド層６が設けられる。トレッド層６の表面には、従来の空気入りタイヤと同様のトレッドパターンを設けることが可能である。トレッド層６は、第１トレッド層６１と、第１トレッド層６１の内周側に積層され、第１トレッド層６１よりもモジュラスの高い第２トレッド層６２とで構成されている。第１トレッド層６１は、厚みが一定の円筒形状である。第２トレッド層６２は、第１トレッド層６１のタイヤ径方向内側に設けられ、円筒形状である。ただし、第２トレッド層６２の厚みは一定ではなく、タイヤ周方向に沿って変化しているものが好ましい。
【００５９】
正面視断面において、第２トレッド層６２の外周面は円形であり、第２トレッド層６２の内周面は山部と谷部がタイヤ周方向に交互に繰り返される波形である。第２トレッド層６２の内周面と第２環状層３２の外周面は同一形状であり、外側環状部３とトレッド層６の界面３６を構成している。
【００６０】
第１トレッド層６１は、例えば第１のゴムｒ１で構成され、第２トレッド層６２は、例えば第２のゴムｒ２で構成される。同種のゴムで第１トレッド層６１と第２トレッド層６２を構成することで、両者の界面では化学結合をして結合力が高く、剥離は非常に起こりにくい。第２のゴムｒ２のモジュラスＭｒ２は、第１のゴムｒ１のモジュラスＭｒ１よりも高い。具体的には、Ｍｒ２は１〜１００００ＭＰａが好ましく、２〜５００ＭＰａがより好ましい。Ｍｒ１は１〜５００ＭＰａが好ましく、１〜５０ＭＰａがより好ましい。また、トレッド層６全体のモジュラスは、１〜１００００ＭＰａが好ましい。さらに、第２環状層３２のモジュラスＭｕ２と第２トレッド層６２のモジュラスＭｒ２は、両者のモジュラス差が１０００ＭＰａ以下であることが好ましく、１００ＭＰａ以下であることがより好ましい。第２環状層３２と第２トレッド層６２のモジュラス差がゼロ、すなわち、第２環状層３２のモジュラスＭｕ２と第２トレッド層６２のモジュラスＭｒ２が等しいことが特に好ましい。第２トレッド層６２は、モジュラスを向上させるために繊維等で補強されていてもよい。
【００６１】
トレッド層６の厚みは、クッション性能やグリップ性能の向上を図る観点から、タイヤ断面高さＨ１の１〜１０％が好ましく、２〜５％がより好ましい。さらに、第１トレッド層６１の厚みＴｒ１は、タイヤ断面高さＨ１の０．３〜７％が好ましく、０．５〜３％がより好ましい。また、第２トレッド層６２の厚みＴｒ２は、タイヤ断面高さＨ１の０．３〜７％が好ましく、０．５〜３％がより好ましい。
【００６２】
第２環状層３２と第２トレッド層６２との界面３６の形状は、山部と谷部がタイヤ周方向に交互に繰り返される波形となっている。界面３６の波形は、第２トレッド層６２の山部３６ａが、外側連結部５と外側環状部３の結合部５３のタイヤ径方向外側に配置されるように、形成することが好ましい。
【００６３】
界面３６の山部３６ａと谷部３６ｂの高低差Ｗは、０．５ｍｍ≦Ｗ≦７ｍｍであることが好ましく、１ｍｍ≦Ｗ≦５ｍｍであることがより好ましい。高低差Ｗが０．５ｍｍより小さいと、接着表面積の増大と剛性変動の抑制効果が十分に得られなくなってしまい、７ｍｍよりも大きいと、ゴム流動性の問題から接着性が低下してしまう傾向がある。また、高低差Ｗは、タイヤ断面高さＨ１の０．２〜５％が好ましく、０．５〜２％がより好ましい。なお、高低差Ｗは、軸芯Ｏから山部３６ａまでの距離と軸芯Ｏから谷部３６ｂまでの距離との差から求められる。
【００６４】
また、隣り合う山部３６ａどうしの距離λは、１ｍｍ＜λ＜１００ｍｍであることが好ましく、５ｍｍ＜λ＜２０ｍｍであることがより好ましい。距離λが１ｍｍ以下だと、製造工程面で困難となってしまう。距離λが１００ｍｍ以上だと、波形が直線に近くなり、界面３６の表面積増大の効果が得られにくい。なお、距離λは、タイヤ周方向に沿った長さである。
【００６５】
本発明の非空気圧タイヤＴの製造方法の一例を簡単に説明する。支持構造体ＳＳは、支持構造体ＳＳに対応する空間部を有する金型を用いて、その空間部にポリウレタン樹脂の原料液を充填し、固化させることで成型する。この際、初めに外側環状部３の第２環状層３２以外を第１のウレタン樹脂ｕ１で成型し、その後、第２環状層３２を第２のウレタン樹脂で成型する。そして、支持構造体ＳＳの外周側に第２のゴムからなるゴムリボンを巻き付けて第２トレッド層６２を成形する。最後に、第２トレッド層６２の外周側に第１トレッド層６１を成形する。第１トレッド層６１は、第１のゴムからなるトレッドゴムを所定長さに切断して貼り付けることで成形することができる。なお、外側環状部３の第１環状層３１と外側連結部５をそれぞれ別の材料で成型する場合、製法上、第１環状層３１の内周側に、外側連結部５を構成する材料による薄皮層が形成されることもある。
【００６６】
［他の実施形態］
上記の実施形態では、支持構造体ＳＳが中間環状部２を備えているが、中間環状部２は必ずしも必要ではなく、図３の正面図に示すように、中間環状部２を設けず、内側連結部４と外側連結部５とが連続して１本の連結部４５を構成してもよい。
【実施例】
【００６７】
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。なお、実施例等における評価項目は下記のようにして測定を行った。
【００６８】
（１）耐久性
直径１．７ｍ、走行速度６０ｋｍ／ｈのドラムに、２．５ｋＮの荷重で非空気圧タイヤを回転自在に押し付けて荷重を０．１ｋＮずつ上げていき、非空気圧タイヤが故障するまでの走行距離を測定して耐久性を評価した。比較例１の結果を１００として指数評価し、当該指数が大きいほど耐久性に優れていることを示す。評価結果を表１に示す。
【００６９】
（２）転がり抵抗
ドラム走行試験により転がり抵抗値を測定し、その逆数を算出した。走行条件は、ドラム径を１．７ｍ、キャンバー角を０°、走行速度を６０ｋｍ／ｈ、荷重を２５００Ｎとした。比較例１の結果を１００として指数評価し、当該指数が大きいほど転がり抵抗が低減されていることを示す。評価結果を表１に示す。
【００７０】
（３）圧力変動
２５００Ｎの荷重を負荷した状態にて、非空気圧タイヤを徐々に転動（回転）させながら、接地面での最大接地圧を測定した。タイヤを１周させたときの最大接地圧の最大値と最小値の差の逆数を求めて圧力変動を評価した。比較例１の結果を１００として指数評価し、当該指数が大きいほど圧力変動が少ないことを示す。評価結果を表１に示す。
【００７１】
【表１】
【００７２】
比較例１
図４Ａに示す非空気圧タイヤを作製し、上記性能を評価した。比較例１の非空気圧タイヤは、内側環状部１、中間環状部２、外側環状部３、内側連結部４、外側連結部５を備える支持構造体、その外周側に隣接して設けられたトレッド層６を備える。また、トレッド層６にはベルト層７が埋設されている。外側環状部３、トレッド層６のいずれも１層構造となっており、外側環状部３のモジュラスを５００ＭＰａ、トレッド層６のモジュラスを２．６ＭＰａとした。また、比較例１では、内側連結部４と外側連結部５を図４Ａに示すようにＹ字状に配置した。タイヤサイズは、最大幅１４０ｍｍ、最外径５４０ｍｍ、リム径１４インチとした。
【００７３】
比較例２
トレッド層６にベルト層７を設けないこと以外は、比較例１と同じとした。
【００７４】
実施例１
比較例２の外側環状部３を第１環状層３１と第２環状層３２の２層構造とし、トレッド層６を第１トレッド層６１と第２トレッド層６２の２層構造とした。界面３６の形状は、円形とした（図４Ｂ参照）。第１環状層３１のモジュラスＭｕ１を５００ＭＰａ、第２環状層３２のモジュラスＭｕ２を４６ＭＰａ、第１トレッド層６１のモジュラスＭｒ１を２．６ＭＰａ、第２トレッド層６２のモジュラスＭｒ２を５ＭＰａとした。
【００７５】
実施例２
界面３６の形状は、山部と谷部がタイヤ周方向に交互に繰り返される波形としたこと以外は実施例１と同じとした。波形は、正弦波とした（図４Ｃ参照）。波形の高低差Ｗは２ｍｍ、距離λは２０ｍｍとした。
【００７６】
実施例３
波形を三角波としたこと以外は実施例２と同じとした（図４Ｄ参照）。
【００７７】
表１の結果から以下のことが分かる。比較例２は、ベルト層７がないためにトレッド層６の変形が大きくなり、外側環状部３との界面で剥離が生じやすく、比較例１に比べて耐久性が悪化している。一方で、比較例２は、ベルト層を無くしたことにより軽量化されたため、比較例１に比べて転がり抵抗が小さくなっている。
【００７８】
実施例１〜３は、外側環状部３とトレッド層６との界面における歪が抑制され、耐久性が向上し、転がり抵抗も小さくなっている。また、実施例２，３のように界面の形状を波形とすることで、耐久性はより向上し、転がり抵抗もより小さくなっている。
【符号の説明】
【００７９】
１ 内側環状部
２ 中間環状部
３ 外側環状部
４ 内側連結部
５ 外側連結部
６ トレッド層
３１ 第１環状層
３２ 第２環状層
３６ 界面
３６ａ 山部
３６ｂ 谷部
４５ 連結部
６１ 第１トレッド層
６２ 第２トレッド層
ＳＳ 支持構造体
Ｔ 非空気圧タイヤ
Ｗ 高低差
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両からの荷重を支持する支持構造体と、この支持構造体の外周側に隣接して設けられるトレッド層と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外側環状部と、前記内側環状部と前記外側環状部とに結合されて両者を連結する複数の連結部とを備え、
前記外側環状部は、第１環状層と、前記第１環状層の外周側に積層され、前記第１環状層よりもモジュラスの低い第２環状層とで構成され、
前記トレッド層は、第１トレッド層と、前記第１トレッド層の内周側に積層され、前記第１トレッド層よりもモジュラスの高い第２トレッド層とで構成されていることを特徴とする非空気圧タイヤ。
【請求項２】
前記第２環状層と前記第２トレッド層のモジュラス差が１００ＭＰａ以下である請求項１に記載の非空気圧タイヤ。
【請求項３】
前記第２環状層と前記第２トレッド層との界面の形状は、山部と谷部がタイヤ周方向に交互に繰り返される波形である請求項１又は２に記載の非空気圧タイヤ。
【請求項４】
前記第２トレッド層の前記山部が、前記連結部と前記外側環状部との結合部のタイヤ径方向外側に配置される請求項３に記載の非空気圧タイヤ。
【請求項５】
前記波形の山部と谷部の高低差は、０．５ｍｍ以上かつ７ｍｍ以下である請求項３又は４に記載の非空気圧タイヤ。
【請求項１】
車両からの荷重を支持する支持構造体と、この支持構造体の外周側に隣接して設けられるトレッド層と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外側環状部と、前記内側環状部と前記外側環状部とに結合されて両者を連結する複数の連結部とを備え、
前記外側環状部は、第１環状層と、前記第１環状層の外周側に積層され、前記第１環状層よりもモジュラスの低い第２環状層とで構成され、
前記トレッド層は、第１トレッド層と、前記第１トレッド層の内周側に積層され、前記第１トレッド層よりもモジュラスの高い第２トレッド層とで構成されていることを特徴とする非空気圧タイヤ。
【請求項２】
前記第２環状層と前記第２トレッド層のモジュラス差が１００ＭＰａ以下である請求項１に記載の非空気圧タイヤ。
【請求項３】
前記第２環状層と前記第２トレッド層との界面の形状は、山部と谷部がタイヤ周方向に交互に繰り返される波形である請求項１又は２に記載の非空気圧タイヤ。
【請求項４】
前記第２トレッド層の前記山部が、前記連結部と前記外側環状部との結合部のタイヤ径方向外側に配置される請求項３に記載の非空気圧タイヤ。
【請求項５】
前記波形の山部と谷部の高低差は、０．５ｍｍ以上かつ７ｍｍ以下である請求項３又は４に記載の非空気圧タイヤ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【公開番号】特開２０１３−３２０７２（Ｐ２０１３−３２０７２Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６８４８８（Ｐ２０１１−１６８４８８）
【出願日】平成２３年８月１日（２０１１．８．１）
【出願人】（０００００３１４８）東洋ゴム工業株式会社 (2,711)
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１日（２０１１．８．１）
【出願人】（０００００３１４８）東洋ゴム工業株式会社 (2,711)
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