JP6317633B2 - エアレスタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、軽量で操縦安定性能に優れたエアレスタイヤに関する。

エアレスタイヤとして、接地面を有する円筒状のトレッドリングと、車軸に固定されるハブとの間を、放射状に配列する複数のスポーク板部によって連結させた構造のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このようなエアレスタイヤにおいても、空気入りタイヤと同様に、軽量化を図りつつ、操縦安定性能を向上させることが望まれている。

特開２００８−２６０５１４号公報

上記特許文献１に記載されているエアレスタイヤトレッドリングは、トレッドゴムの最も近くに設けられた外側補強コード層と、外側補強コード層のタイヤ半径方向内側に設けられた内側補強コード層と、外側補強コード層と内側補強コード層との間に設けられた剪断ゴム層とを有する。しかしながら、上記トレッドリングは、外側補強コード層及び内側補強コード層のそれぞれが、タイヤ周方向に対して傾斜するタイヤコードが配列された一対のコード層によって構成される構造上、軽量化を図ることが困難である。

エアレスタイヤにおいても、空気入りタイヤと同様に、優れた操縦安定性能を得るためには、接地面の剛性を高めることが重要である。ところが、一般に、上記トレッドリングのタイヤ半径方向内側面は、スポークによって拘束されるため、比較的高い剛性が得られる一方で、トレッドリングのタイヤ半径方向外側に位置する接地面は、剛性を高めるのが困難である。従って、上記特許文献１に記載されているエアレスタイヤでは、軽量化を図りつつ、操縦安定性能を高めるのが困難である。

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、軽量化を図りつつ、優れた操縦安定性能を有するエアレスタイヤを提供することを主たる目的としている。

本発明は、接地面を有する円筒状のトレッドリングと、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と、前記トレッドリングと前記ハブとを連結するスポークとを備えたエアレスタイヤであって、前記トレッドリングは、接地面を構成するトレッドゴムと、前記トレッドゴムの最も近くに設けられた外側補強コード層と、前記外側補強コード層のタイヤ半径方向内側に設けられた内側補強コード層と、前記外側補強コード層と前記内側補強コード層との間に設けられた剪断ゴム層とを有し、前記外側補強コード層の層数は、前記内側補強コード層の層数よりも多いことを特徴とする。

本発明に係る前記エアレスタイヤにおいて、前記外側補強コード層は、タイヤ周方向に対して傾斜して配列された第１コードを有する第１コード層と、前記第１コード層のタイヤ半径方向外側に設けられ、かつ、タイヤ周方向に対して前記第１コードと逆向きに傾斜して配列された第２コードを有する第２コード層とを含み、前記内側補強コード層は、タイヤ周方向又はタイヤ軸方向に平行に配列された第３コードを有する第３コード層を含むことが望ましい。

本発明に係る前記エアレスタイヤにおいて、前記第１コードは、タイヤ周方向線に対して、前記第２コードと線対称に配列されていることが望ましい。

本発明に係る前記エアレスタイヤにおいて、前記外側補強コード層は、前記第２コード層のタイヤ半径方向外側に、第４コードが配列された第４コード層をさらに含むことが望ましい。

本発明に係る前記エアレスタイヤにおいて、前記第４コードは、タイヤ周方向と平行に配列され、前記第４コードの弾性率は、前記第１コード及び前記第２コードの弾性率以下であることが望ましい。

本発明に係る前記エアレスタイヤにおいて、前記外側補強コード層は、前記第１コード層のタイヤ半径方向内側に、第５コードが配列された第５コード層をさらに含むことが望ましい。

本発明に係る前記エアレスタイヤにおいて、前記第５コードは、タイヤ周方向と平行に配列されていることが望ましい。

本発明に係る前記エアレスタイヤにおいて、前記第３コードは、タイヤ周方向に平行に配列されていることが望ましい。

本発明に係る前記エアレスタイヤにおいて、前記第１コードのタイヤ周方向に対する角度は、５゜〜８５゜であることが望ましい。

本発明に係る前記エアレスタイヤにおいて、前記第１コードと前記第３コードとのタイヤ半径方向の距離は、３mm以上であることが望ましい。

本発明に係る前記エアレスタイヤにおいて、前記剪断ゴム層は、２ＭＰａ以上の複素弾性率を有することが望ましい。

本発明のエアレスタイヤは、トレッドリングに、接地面を構成するトレッドゴムと、トレッドゴムの最も近くに設けられた外側補強コード層と、外側補強コード層のタイヤ半径方向内側に設けられた内側補強コード層と、外側補強コード層と内側補強コード層との間に設けられた剪断ゴム層とを有する。外側補強コード層及び内側補強コード層によって、トレッドリングの形状が保持され、エアレスタイヤに作用する荷重が支持される。剪断ゴム層は、外側補強コード層と内側補強コード層との間の剪断歪みを緩和する。

本発明では、接地面を構成するトレッドゴムに最も近い外側補強コード層の層数が、剪断ゴム層より内側の内側補強コード層の層数よりも多いので、接地面の剛性を容易に高めることができる。また、内側補強コード層の層数を外側補強コード層よりも少なく構成することにより、容易に軽量化を図ることができる。なお、トレッドリングのタイヤ半径方向内側面は、スポークによって拘束されているので、十分な剛性が得られる。

本発明のエアレスタイヤの一実施形態を示す斜視図である。 図１のトレッドリングを示す斜視図である。 図２のトレッドリングの断面図である。 図２の内側補強コード層の変形例を示す斜視図である。 図２の外側補強コード層の変形例を示す斜視図である。 図２の外側補強コード層の別の変形例を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
図１は、本実施形態に係るエアレスタイヤ１の斜視図である。図１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２１を有する円筒状のトレッドリング２と、トレッドリング２の半径方向内側に配されかつ車軸に固定されるハブ３と、トレッドリング２とハブ３とを連結するスポーク４とを備えている。本例では、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。

図１に示されるように、ハブ３は、車軸に固定されるディスク部３１と、ディスク部３１の外周に形成された円筒部３２とを有している。円筒部３２の端縁には、側壁３３が形成されている。側壁３３は、ハブ軸Ａ３に垂直な平面にて構成されている。ハブ３は、従来のタイヤホイールと同様に、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できる。

スポーク４は、高分子材料による注型成形体によって形成される。スポーク４は、板状の形状をなし、タイヤ周方向に複数設けられている。

図２及び図３は、トレッドリング２を示している。トレッドリング２は、接地面２１を構成するトレッドゴム２２と、トレッドゴム２２の最も近くに設けられた外側補強コード層５と、外側補強コード層５のタイヤ半径方向内側に設けられた内側補強コード層６と、外側補強コード層５と内側補強コード層６との間に設けられた剪断ゴム層７とを有している。外側補強コード層５及び内側補強コード層６によって、トレッドリング２の形状が保持され、エアレスタイヤ１に作用する荷重が支持される。

トレッドリング２の外周面である接地面２１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。トレッドゴム２２には、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される。

本実施形態では、トレッドゴム２２に最も近い外側補強コード層５の層数が、剪断ゴム層７より内側の内側補強コード層６の層数よりも多い。従って、接地面２１の剛性を容易に高めることができる。また、内側補強コード層６の層数を外側補強コード層５よりも少なく構成することにより、容易に軽量化を図ることができる。なお、トレッドリング２のタイヤ半径方向内側面は、スポーク４によって拘束されているので、十分な剛性が得られる。

外側補強コード層５は、第１コード層５１と、第１コード層５１のタイヤ半径方向外側に設けられた第２コード層５２とを含んで構成されている。

本実施形態では、タイヤ軸方向において第１コード層５１の幅と、第２コード層５２の幅とは、互いに等しい。第１コード層５１の幅と第２コード層５２の幅とが異なっていてもよい。この場合、各コード層の幅の差は、数mm〜１０数mm程度が望ましい。

第１コード層５１は、複数本の第１コード５６を有する。第１コード５６は、タイヤ周方向に対して角度θ１で傾斜して配列されている。第１コード５６の周りには、トッピングゴムが配されている。

第２コード層５２は、複数本の第２コード５７を有する。第２コード５７は、タイヤ周方向に対して第１コード５６と逆向きに角度θ２で傾斜して配列されている。第２コード５７の周りには、トッピングゴムが配されている。

第１コード５６及び第２コード５７としては、空気入りタイヤのベルトコードと同等の材料、例えば、スチールコード及び有機繊維コードが適宜使用できる。有機繊維コードの場合、強度及び弾性率が高いアラミド、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の高モジュラス繊維が好適に採用しうる。上記スチールコード及び有機繊維コードは、エアレスタイヤ１の負荷時に各コードに働く圧縮応力及び引張応力によっても降伏することなく、十分な強度が得られる。

第１コード５６と第２コード５７とが、タイヤ周方向に対して互いに逆向きに傾斜して配列されることにより、外側補強コード層５の剛性が高められ、トレッドリング２を効果的に補強する。このような、外側補強コード層５は、エアレスタイヤ１にスリップ角が付与されたとき、空気入りタイヤのベルトコード補強層と同様に、面内ねじれに対して高い抵抗を示し、優れた旋回性能をもたらす。

内側補強コード層６は、複数本の第３コード層６１を含んで構成されている。第３コード層６１は、複数本の第３コード６６を有する。第３コード６６の周りには、トッピングゴムが配されている。

本実施形態の第３コード６６は、タイヤ周方向に平行に配列されている。ここでタイヤ周方向に平行とは、第３コード６６の配列が実質的にタイヤ周方向と平行であることを意味し、製造上の公差を考慮すると、第３コード６６のタイヤ周方向に対する角度θ３は、例えば、０゜±５゜程度である。第３コード６６には、例えば、上述したアラミド、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート等の有機繊維が好適に採用されうる。

内側補強コード層６に配列された第３コード６６によって、トレッドリング２のタイヤ周方向の剛性が高められる。これにより、減速時及び加速時における接地面２１の形状が安定し、ブレーキ性能やトラクション性能が向上する。また、タイヤ周方向に平行に配列された第３コード６６を有する第３コード層６１は、単一層でタイヤ周方向線に対する対称性を確保できる。従って、トレッドリング２の軽量化を図りつつ、エアレスタイヤ１の操縦安定性能を向上しうる。

図４は、第３コード層６１の別の実施形態を示している。図４に示されるように、第３コード６６は、タイヤ軸方向に平行に配列されていてもよい。ここでタイヤ軸方向に平行とは、第３コード６６の配列が実質的にタイヤ軸方向と平行であることを意味し、製造上の公差を考慮すると、第３コード６６のタイヤ周方向に対する角度θ３は、例えば、９０゜±５゜程度である。

タイヤ軸方向に平行に配列された第３コード６６によって、トレッドリング２のタイヤ軸方向の剛性が高められる。これにより、エアレスタイヤ１に大きなスリップ角が付与されたとき、接地面２１の形状が安定し、操縦安定性能が向上する。また、タイヤ軸方向に平行に配列された第３コード６６を有する第３コード層６１は、単一層でタイヤ周方向線に対する対称性を確保できる。従って、上記と同様に、トレッドリング２の軽量化を図りつつ、エアレスタイヤ１の操縦安定性能を向上しうる。

図２、４に示されるように、第１コード５６と第２コード５７とは、タイヤ周方向線に対して、互いに線対称に配列されているのが望ましい。このような第１コード５６及び第２コード５７によって、タイヤ周方向線に対する外側補強コード層５の対称性が確保される。従って、エアレスタイヤ１の操縦安定性能を向上しうる。

空気入りタイヤでは、内圧充填に伴うトレッド部の膨張を抑制するため、一般に、ベルトコードのタイヤ周方向に対する角度は、所要の範囲に制限されている。一方、本実施形態のエアレスタイヤ１では、内圧充填を考慮する必要がないため、第１コード５６のタイヤ周方向に対する角度θ１及び第２コード５７のタイヤ周方向に対する角度θ２は、広い範囲で定められる。

第１コード５６のタイヤ周方向に対する角度θ１は、例えば、５゜〜８５゜が望ましい。上記角度θ１が５゜未満の場合、トレッドリング２のタイヤ軸方向の剛性が不足し、旋回性能に影響を及ぼすおそれがある。一方、上記角度θ１が８５゜を超える場合、トレッドリング２のタイヤ周方向の剛性が不足し、直進性や微小なスリップ角での旋回性能に影響を及ぼすおそれがある。

同様に、第２コード５７のタイヤ周方向に対する角度θ２は、例えば、５゜〜８５゜が望ましい。上記角度θ２が５゜未満の場合、トレッドリング２のタイヤ軸方向の剛性が不足し、旋回性能に影響を及ぼすおそれがある。一方、上記角度θ２が８５゜を超える場合、トレッドリング２のタイヤ周方向の剛性が不足し、直進性や微小なスリップ角での旋回性能に影響を及ぼすおそれがある。本実施形態では、第１コード５６と第２コード５７とは、タイヤ周方向線に対して、互いに線対称に配列されているので、上記角度θ１と角度θ２とは、絶対値が実質的に等しい。

本実施形態では、外側補強コード層５のうち、最もタイヤ半径方向内側に第１コード層５１が形成されているが、第１コード層５１よりもさらにタイヤ半径方向内側に、複数又は単数のコード層（図示せず）が設けられていてもよい。このようなコード層は、トレッドリング２の変形を抑制し、エアレスタイヤ１の耐荷重を向上しうる。

複数のコード層が設けられる場合、各コード層に埋設されるコードは、タイヤ周方向線に対して、互いに線対称に配列されているのが望ましい。このようなコードによって、タイヤ周方向線に対する外側補強コード層５の対称性が確保される。従って、エアレスタイヤ１の操縦安定性能を向上しうる。

単数のコード層が設けられる場合、埋設されるコードは、タイヤ周方向に平行に配列されているのが望ましい。このようなコード層は、単一層でタイヤ周方向線に対する対称性を確保できる。従って、トレッドリング２の軽量化を図りつつ、エアレスタイヤ１の操縦安定性能を向上しうる。

剪断ゴム層７は、外側補強コード層５及び内側補強コード層６を構成する各コード層のうち、タイヤ半径方向に最も離れた距離にある二層のコード層の間に設けられている。本実施形態では、剪断ゴム層７は、第１コード層５１と第３コード層６１との間に設けられている。

剪断ゴム層７は、外側補強コード層５と内側補強コード層６との間の剪断歪みを緩和する。剪断ゴム層７は、例えば、エアレスタイヤ１に軸荷重が負荷されたとき、圧縮応力又は引張応力の影響を受けない中立軸を含む領域に設けられている。

剪断ゴム層７は、２ＭＰａ以上の複素弾性率Ｅ＊を有するゴムを含んで構成されているのが望ましい。上記ゴムの２ＭＰａ以上の複素弾性率Ｅ＊が２ＭＰａ未満の場合、剪断ゴム層７の剪断歪みが大きくなり、トレッドリング２の耐久性能に影響を及ぼすおそれがある。

剪断ゴム層７は、第１コード５６及び第３コード６６のトッピングゴムと同一配合のゴム材料にて、形成されていてもよい。この場合、第１コード層５１及び第３コード層６１の互いに隣り合うトッピングゴムを厚く形成することにより、外側補強コード層５と内側補強コード層６との間に独立したゴム層を設けることなく、剪断ゴム層７を形成できる。

図３に示されるように、所要の厚さの剪断ゴム層７が第１コード層５１と第３コード層６１との間に設けられることによって、第１コード５６と第３コード６６とのタイヤ半径方向の距離が離され、第１コード層５１と第３コード層６１との間の剪断歪みが緩和される。第１コード５６と第３コード６６とのタイヤ半径方向の距離Ｄは、３mm以上が望ましい。上記距離Ｄが３mm未満の場合、剪断ゴム層７の剪断歪みが大きくなり、トレッドリング２の耐久性能に影響を及ぼすおそれがある。

図２乃至４に示されるトレッドリング２は、例えば、予め、円筒状のドラム上で、第３コード層６１、剪断ゴム層７、第１コード層５１、第２コード層５２及びトレッドゴム２２等をそれぞれ形成するためのシート状部材を順次周方向に巻回して生のトレッドリングを形成し、しかる後、この生のトレッドリングを加硫金型内で加硫成形することにより形成される。

図５は、外側補強コード層５の別の実施形態を示している。ここで説明されていない他の構成は、先の実施形態と同様である。図５に示されるように、外側補強コード層５は、第２コード層５２のタイヤ半径方向外側に、第４コード５８が配列された第４コード層５３をさらに含んでいる。第４コード層５３は、第１コード層５１及び第２コード層５２と共に、トレッドリング２を補強する。図５に示される外側補強コード層５は、トレッドリング２の剛性が高いため、例えば、商用車タイヤなど高荷重が負荷されるタイヤに好適である。

第４コード５８は、タイヤ周方向と平行（すなわち、第３コード６６と同様に、タイヤ周方向に対する角度θ４が０゜±５゜）に配列されているのが望ましい。このような第４コード５８は、トレッドリング２のタイヤ周方向の剛性を高める。これにより、減速時及び加速時における接地面２１の形状が安定し、ブレーキ性能やトラクション性能が向上する。また、タイヤ周方向に平行に配列された第４コード５８を有する第４コード層５３は、単一層でタイヤ周方向線に対する対称性を確保できる。従って、トレッドリング２の軽量化を図りつつ、エアレスタイヤ１の操縦安定性能を向上しうる。

第４コード５８の弾性率Ｅ４は、第１コード５６の弾性率Ｅ１及び第２コード５７の弾性率Ｅ２以下であるのが望ましい。第４コード５８の弾性率Ｅ４が、第１コード５６の弾性率Ｅ１及び第２コード５７の弾性率Ｅ２を超える場合、トレッドリング２のタイヤ軸方向の剛性が、タイヤ周方向の剛性に対して相対的に低下し、旋回性能に影響を及ぼすおそれがある。第４コード５８には、例えば、ナイロン等の有機繊維が好適に採用されうる。

図６は、外側補強コード層５の別の実施形態を示している。ここで説明されていない他の構成は、先の実施形態と同様である。図６に示されるように、外側補強コード層５は、第１コード層５１のタイヤ半径方向内側に、第５コード５９が配列された第５コード層５４をさらに含んでいる。第５コード層５４は、第１コード層５１及び第２コード層５２と共に、トレッドリング２を補強する。図６に示される外側補強コード層５は、トレッドリング２の剛性が高いため、例えば、商用車タイヤなど高荷重が負荷されるタイヤに好適である。

第５コード５９は、タイヤ周方向と平行（すなわち、第３コード６６と同様に、タイヤ周方向に対する角度θ４が０゜±５゜）に配列されているのが望ましい。このような第５コード５９は、トレッドリング２のタイヤ周方向の剛性を高める。これにより、減速時及び加速時における接地面２１の形状が安定し、ブレーキ性能やトラクション性能が向上する。また、タイヤ周方向に平行に配列された第５コード５９を有する第５コード層５４は、単一層でタイヤ周方向線に対する対称性を確保できる。従って、トレッドリング２の軽量化を図りつつ、エアレスタイヤ１の操縦安定性能を向上しうる。

図５に示される形態の外側補強コード層５と図６に示される形態の外側補強コード層５とを組み合わせて、第２コード層５２のタイヤ半径方向外側に、第４コード５８が配列されると共に、第１コード層５１のタイヤ半径方向内側に、第５コード５９が配列されていてもよい。かかる構成によれば、トレッドリング２の剛性が、より一層高められる。

以上、本発明のエアレスタイヤ及びその製造方法が詳細に説明されたが、本発明は上記の具体的な実施形態に限定されることなく種々の態様に変更して実施される。

図１、２の基本構造をなすエアレスタイヤが、表１の仕様に基づいて試作され、外観性能、操縦安定性能、重量及び耐久性能が評価された。

＜外観性能＞
各エアレスタイヤのトレッドリングの歪が試験者の官能により評価された。

＜操縦安定性能＞
各エアレスタイヤを装着した小型ＥＶ車両が、テストコースに持ち込まれ、１名乗車で、ハンドル応答性、剛性感及びグリップ等に関する特性が試験者の官能評価により評価された。結果は、実施例１を１００とする評点で表示され、数値の大きい方が良好である。なお、外観性能の評価で「歪あり」と判断されたエアレスタイヤは、操縦安定性能及び耐久性能の評価は行なっていない。

＜重量＞
各トレッドリングの重量が測定された。結果は、実施例１を１００とする指数で表示され、数値の大きい方が軽量である。

＜耐久性能＞
各エアレスタイヤが、ドラム上で縦荷重：１．１７ｋＮ、速度：４０ｋｍ／ｈの条件で走行され、損傷が生じるまでの走行距離が測定された。結果は、実施例１を１００とした指数であり、数値が大きいほど耐久性が高いことを示す。

表１から明らかなように、実施例のエアレスタイヤは、比較例に比べて、外観性能、操縦安定性能、重量及び耐久性能が向上していることが確認できた。

１ エアレスタイヤ
２ トレッドリング
２ トレッドリング
３ ハブ
４ スポーク
５ 外側補強コード層
６ 内側補強コード層
７ 剪断ゴム層
２１ 接地面
２２ トレッドゴム
５１ 第１コード層
５２ 第２コード層
５３ 第４コード層
５４ 第５コード層
５６ 第１コード
５７ 第２コード
５８ 第４コード
５９ 第５コード
６１ 第３コード層
６６ 第３コード

Claims (10)

1. 接地面を有する円筒状のトレッドリングと、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と、前記トレッドリングと前記ハブとを連結するスポークとを備えたエアレスタイヤであって、
   前記トレッドリングは、
   接地面を構成するトレッドゴムと、
   前記トレッドゴムの最も近くに設けられた外側補強コード層と、
   前記外側補強コード層のタイヤ半径方向内側に設けられた内側補強コード層と、
   前記外側補強コード層と前記内側補強コード層との間に設けられた剪断ゴム層とを有し、
   前記外側補強コード層の層数は、前記内側補強コード層の層数よりも多く、
   前記内側補強コード層は、タイヤ周方向に配列されたコードを有することを特徴とするエアレスタイヤ。
2. 前記外側補強コード層は、
   タイヤ周方向に対して傾斜して配列された第１コードを有する第１コード層と、
   前記第１コード層のタイヤ半径方向外側に設けられ、かつ、タイヤ周方向に対して前記第１コードと逆向きに傾斜して配列された第２コードを有する第２コード層とを含み、
   前記内側補強コード層は、タイヤ周方向に配列された第３コードを有する第３コード層を含む請求項１記載のエアレスタイヤ。
3. 前記第１コードは、タイヤ周方向線に対して、前記第２コードと線対称に配列されている請求項２記載のエアレスタイヤ。
4. 前記外側補強コード層は、前記第２コード層のタイヤ半径方向外側に、第４コードが配列された第４コード層をさらに含む請求項２又は３記載のエアレスタイヤ。
5. 前記第４コードは、タイヤ周方向と平行に配列され、
   前記第４コードの弾性率は、前記第１コード及び前記第２コードの弾性率以下である請求項４記載のエアレスタイヤ。
6. 前記外側補強コード層は、前記第１コード層のタイヤ半径方向内側に、第５コードが配列された第５コード層をさらに含む請求項２乃至５のいずれかに記載のエアレスタイヤ。
7. 前記第５コードは、タイヤ周方向と平行に配列されている請求項６記載のエアレスタイヤ。
8. 前記第１コードのタイヤ周方向に対する角度は、５゜〜８５゜である請求項２乃至７のいずれかに記載のエアレスタイヤ。
9. 前記第１コードと前記第３コードとのタイヤ半径方向の距離は、３mm以上である請求項２乃至８のいずれかに記載のエアレスタイヤ。
10. 前記剪断ゴム層は、２ＭＰａ以上の複素弾性率を有するゴムを含む請求項１乃至９のいずれかに記載のエアレスタイヤ。

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