JP2019051920A - 空気充填不要タイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】重量を軽量化し、快適性及び操縦の安定性を確保する空気充填不要タイヤ。【解決手段】トレッド部１、タイヤ中部２と、タイヤ内周部３とを有し、タイヤ中部の上端がトレッド部に接続され、下端がタイヤ内周部に接続され、タイヤ中部の断面の輪郭が「工」字形に設計され、タイヤ中部が上部の短い水平部２１と、下部の長い水平部２２と、中央垂直部２３とを有し、中央垂直部２３径方向の上下両端が上部の短い水平部２１と下部の長い水平部２２にそれぞれ接続され、中央垂直部２３の両側が内側方向に陥没する内側凹面であって、中央垂直部２３両側の内側凹面に埋め込みブロック４が設置される空気充填不要タイヤ。【選択図】図６

Description

本発明は、ゴムタイヤ技術分野、特に空気充填不要タイヤに関するものである。

ゴム材質の空気充填不要タイヤは、比較的良好な耐摩耗性、安全性及び耐用性等の優位性を有するが、中実構造であることから、タイヤが大きく重い、及びサイクリング時に多大な労力を要するといった事態が引き起こされる。従来技術において、大多数の空気充填不要タイヤは、カーカス１０内部に幾つかのリング状の円周方向の孔２０（図１に示す通り）が設置されるか、又はサイドウォール３０に幾つかの配列された軸方向の孔４０（図２に示す通り）が設置され、各部位に孔を設置することで、ゴムの使用量を減らし、タイヤの重量化、サイクリングに費やす労力等の問題を改善するものであった。確認の結果、開孔の方法は確かに重量を軽量化するものであり、開孔構造による空気充填不要タイヤは、自転車や電動自転車を含む、数多くの車種において広範に運用されている。しかし、載貨重量が小さく、速度が低速の自転車や電動自転車については言えば、自転車は人力のみによって漕がれ、電動自転車にもまた節電や高い走行継続力といったニーズがあり、両者の付属タイヤの重量に対する要求はその他車両よりもさらに厳格さを増すため、従来の開孔構造による空気充填不要タイヤの重量を更に軽量化する必要があり、かつ弾力性及び快適性についても、これらを向上させる余地がある。

図１及び図２に示す通り、サイクリングの安定性と快適性を確保するために、前記空気充填不要タイヤの断面の輪郭はいずれも従来の空気充填式タイヤの楕円形又はほぼ円形を維持しており、カーカス内に各種の孔を設置して重量を軽量化したとしても、楕円形又はほぼ円形の中身の詰まった断面の輪郭では、重量を軽量化する全体的な効果は限定的である。更に重量を軽量化するためには、例えば、孔の分布密度を高める、又は孔の体積を大きくする等、カーカス内において孔の占める割合を増やす必要があるものの、これらの方法は、いずれもカーカスの強度を低下させ、特に一定時間使用した後において、カーカスの軟化が出現し易く、（タイヤの）沈下量が増大することから、サイクリングの快適性、操縦の安定性に影響を及ぼす。

以上より、従来の空気充填不要タイヤは、その性能において、載貨重量が比較的小さく、速度が比較的低速の自転車や電動自転車に対する適性が有るとは言えず、新型の空気充填不要タイヤを研究開発し、前記欠陥を克服する必要があり、本発明はこれらの課題を解決するためのものである。

本発明の目的は、空気充填不要タイヤを提供し、タイヤの重量を軽量化し、サイクリングの快適性及び操縦の安定性を確保するとともに、タイヤを軽負荷、低速の自転車と電動自転車の使用上の要件に適合させることである。

上述の目的を達成するため、本発明の技術的解決手段は、
空気充填不要タイヤであって、トレッド部と、タイヤ中部と、タイヤ内周部とを有し、タイヤ中部上端がトレッド部に接続され、下端がタイヤ内周部に接続され、タイヤ中部の断面の輪郭が「工」字形に設計され、タイヤ中部が上部の短い水平部と、下部の長い水平部と、中央垂直部とを有し、中央垂直部径方向の上下両端が上部の短い水平部と下部の長い水平部にそれぞれ接続され、中央垂直部の両側が内側方向に陥没する内側凹面であって、中央垂直部両側の内側凹面に埋め込みブロックが設置される、空気充填不要タイヤを提供するものである。

更に、タイヤ中部の上部の短い水平部がトレッド部の底部に設置され、上部の短い水平部軸方向の両端が円弧状に滑らかに下向きに移行する。

更に、タイヤ中部の下部の長い水平部がタイヤ内周部の頂部に設置され、下部の長い水平部軸方向の両端に円弧状に滑らかな上向きのカールが設置される。

更に、中央垂直部がタイヤ中部の中心位置に設置される。

更に、中央垂直部径方向の上下両端がそれぞれ角を丸めて上部の短い水平部軸方向の両端及び下部の長い水平部軸方向の両端に接続される。

更に、下部の長い水平部軸方向の幅が上部の短い水平部軸方向の幅より広く、上部の短い水平部軸方向の幅が中央垂直部軸方向の幅より広く、中央垂直部軸方向の幅が下部の長い水平部軸方向の幅の３５％−５０％に設定される。

更に、タイヤ中部径方向の高さがタイヤ断面の全高の５５％−７０％に設定され、かつ中央垂直部径方向の高さがタイヤ中部径方向の高さの５５％−７０％に設定される。

更に、中央垂直部両側の内側凹面が円弧面である。

更に、埋め込みブロックの内側凸面と中央垂直部両側の円弧面が相互に嵌合し、埋め込みブロックの内側凸面の円弧半径と中央垂直部の円弧面の円弧半径が等しく、埋め込みブロックの外側凸面の円弧半径が内側凸面の円弧半径より大きい。

更に、埋め込みブロックの外側凸面の上下両端が上部の短い水平部軸方向の両端及び下部の長い水平部軸方向の両端にそれぞれ円弧状に接続される。

更に、埋め込みブロックが内側凹面の全周に沿って等間隔に設置される。

更に、中央垂直部両側の内側凹面に設置される埋め込みブロックの個数が等しく、かつ両側の埋め込みブロックの位置が相対的にずらして配置される。

更に、同側の内側凹面において隣接する埋め込みブロックの間の内側凹面底部に孔が設置される。

更に、孔の孔径が外側から内側に向かって徐々に狭くなる。

更に、孔の孔径が外側から内側に向かって連続的に狭くなる。

更に、孔の孔径が外側から内側に向かってステップ式に狭くなり、かつステップ付きの孔が設置される。

更に、埋め込みブロックが空気充填不要タイヤと一体成型されるか、又は埋め込みブロックと空気充填不要タイヤが単独で加工された後、更に組み合わせて組み立てられる。

上述の技術的解決手段を採用すれば、本発明のタイヤ中部の断面の輪郭が「工」字形に設計され、タイヤ中部が上部の短い水平部と、下部の長い水平部と、中央垂直部とを有し、中央垂直部径方向の上下両端が上部の短い水平部と下部の長い水平部にそれぞれ接続され、中央垂直部の両側が内側方向に陥没する内側凹面であって、タイヤ中部の断面の輪郭が「工」字形に設計されることから、重量を軽量化できることは元より、タイヤの弾力性及び快適性を向上させ、これによりサイクリングの快適性及び操縦の安定性を確保し、空気充填不要タイヤを軽負荷、低速の自転車と電動自転車の使用上の要件に適合させ、中央垂直部両側の内側凹面に埋め込みブロックが設置されることで、カーカスの強度を強化させる。

同側の内側凹面において隣接する埋め込みブロックの間の内側凹面底部に孔が設置されることで、重量が増加するという欠点を補い、タイヤ周方向の強度を均等にし、更にサイクリング時の快適性と操縦の安定性を向上させる。

従来技術における空気充填不要タイヤの断面の概要を示す図である。 従来技術における別の空気充填不要タイヤの断面の概要を示す図である。 本発明におけるタイヤの断面の概要を示す図である。 本発明におけるタイヤのタイヤ中部の拡大図である。 本発明におけるタイヤ正面図の一部分の概要を示す図である。 図５中のＡ−Ａ′の断面図である。 本発明におけるタイヤに埋め込みブロックを追加した後の立体図の一部分の概要を示す図である； 本発明におけるタイヤに埋め込みブロックを追加した後の正面図の一部分の概要を示す図である。 図８中のＢ−Ｂ′の断面図である。

以下、図面と具体的な実施例を参照しながら、本発明について詳細に説明する。
図３から図９は、本発明が開示する空気充填不要タイヤを示すものであって、該空気充填不要タイヤは、ゴム材質で製造される。図３に示す通り、垂直方向をタイヤ径方向と定義し、水平方向をタイヤ軸方向と定義する。図５に示す通り、ＣＬはトレッドの中心線を示し、トレッド中心線ＣＬの左側をタイヤの下型と定義し、トレッド中心線ＣＬ右側をタイヤ上型と定義する。

図３に示す通り、該空気充填不要タイヤは、トレッド部１と、タイヤ中部２と、タイヤ内周部３とを有し、トレッド部１にはパターンが配置され地面と接触し、タイヤ内周部３はリム上に取り付けられ、タイヤ中部２の上端がトレッド部１に接続され、下端がタイヤ内周部３に接続される。該空気充填不要タイヤがリムに取り付けられた後、そのトレッド部１とタイヤ中部２をリム受けの外側に取り付け、タイヤ内周部３をリム受けの内側に取り付ける。理解し易いよう、図３及び図４中では、点線Ｌをタイヤがリムに取り付けられた後のカーカスの境界線と仮定した。

図３及び図４に示す通り、タイヤ中部２の断面の輪郭は 「工」字形に設計され、該タイヤ中部２は、「工」字形の短い「一」部を形成する上部の短い水平部２１と、「工」字形の長い「一」部を形成する下部の長い水平部２２と、「工」字形の「Ｉ」部を形成する中央垂直部２３とを有する。中央垂直部２３径方向の上下両端は、上部の短い水平部２１及び下部の長い水平部２２にそれぞれ接続される。具体的には、タイヤ中部２の上部の短い水平部２１がトレッド部１の底部に設置され、上部の短い水平部２１軸方向の両端２１ａが円弧状に滑らかに下向きに移行するように設置され、タイヤ両側の弾力性を増加させ、外力緩衝及び振動防止の能力を向上させる。タイヤ中部２の下部の長い水平部２２がタイヤ内周部３の頂部に設置され、下部の長い水平部２２軸方向の両端２２ａに円弧状に滑らかな上向きのカールが設置され、これにより、タイヤ内周部３のリム上への取り付けが容易になり、タイヤ内周部３のリム外れの確率を減少し得る。

中央垂直部２３の両側が内側方向に陥没する内側凹面２３ａであって、該中央垂直部２３両側の内側凹面２３ａが好ましくは円弧面である。中央垂直部２３径方向の上下両端が上部の短い水平部２１軸方向の両端２１ａ及び下部の長い水平部２２軸方向の両端２２ａにそれぞれ接続され、かつ丸めた角Ｒ２を介して接続される。中央垂直部２３がタイヤ中部２の中心位置に設置され、主に荷重支持の作用を発揮する。

下部の長い水平部２２軸方向の幅Ｗ１がタイヤ断面の最大幅であって、下部の長い水平部２２軸方向の幅Ｗ１が上部の短い水平部２１軸方向の幅Ｗ２より広く、上部の短い水平部２１軸方向の幅Ｗ２が中央垂直部２３軸方向の幅Ｗ３より広い。充分なカーカス強度を確保し、かつ重量の上昇を制御するため、中央垂直部２３軸方向の幅Ｗ３が下部の長い水平部２２軸方向の幅Ｗ１の３５％−５０％に設定され、タイヤ中部２径方向の高さＨ２がタイヤ断面の全高Ｈ１の５５％−７０％に設定され、更に中央垂直部２３径方向の高さＨ３がタイヤ中部２径方向の高さＨ２の５５％−７０％に設定される。中央垂直部２３軸方向の幅Ｗ３と径方向の高さＨ３が過小に設定される場合は、タイヤ中部２の強度が不足し、カーカス全体の強度に影響を及ぼすため、充分な荷重支持作用を発揮できず、振動等、安定性不良の問題が出現し易い。中央垂直部２３軸方向の幅Ｗ３と径方向の高さＨ３が過大に設定される場合は、大幅にタイヤ中部２の体積が増加し、タイヤの重量を軽量化できないのみならず、タイヤ中部２が「工」字形に設計されることによって、弾力性及び振動防止等といった能力性能の優位性を脆弱化させるおそれがある。以上より、自転車と電動自転車の軽負荷及び低速度の特性に基づき、最適に設計された「工」字形のタイヤ中部２の断面の輪郭は、タイヤの重量を大幅に軽量化できるのみならず、カーカスの強度と耐荷重性能をも確保し、弾力性を増すことから、サイクリングの快適性を向上させる。

図３から図７に示す通り、カーカスの強度を強化し、特にサイクリング時の安定性と快適性を向上させるため、タイヤ中部２の中央垂直部２３両側の内側方向に陥没する内側凹面２３ａ内に埋め込みブロック４を配置し、埋め込みブロック４がタイヤ内側凹面２３ａの全周に沿って等間隔で配置され、タイヤ上型とタイヤ下型の内側方向に陥没する内側凹面２３ａ内に配置される埋め込みブロック４の個数が等しく、即ち、中央垂直部２３両側の内側凹面２３ａ内に設置される埋め込みブロック４の個数が等しく、かつ両側の埋め込みブロック４がトレッドの中心線ＣＬに対して相互にずらして配置される。以上は、タイヤ上型とタイヤ下型の周方向の強度を均等にし、全体の剛性を確保することで、サイクリングの快適性及び操縦の安定性を向上させることを目的とするものである。

タイヤの強度と重量に対する総合的な検討に基づき、各埋め込みブロック４の厚さＷ４を４ｍｍ−１２ｍｍに設定し、好ましくは、自転車のタイヤに使用する埋め込みブロック４の厚さＷ４を４ｍｍ−８ｍｍとし、電動自転車のタイヤに使用する埋め込みブロック４の厚さＷ４を６ｍｍ−１２ｍｍとする。埋め込みブロック４の厚さＷ４が４ｍｍ未満である場合は、埋め込みブロック４の厚さが薄過ぎ、タイヤを強化させる明らかな効果が得られない。埋め込みブロック４の厚さＷ４が厚過ぎる場合は、過度に重量が増加し、かつ過度にタイヤを硬化させるため、弾力性と快適性が低下する。

図６に示す通り、埋め込みブロック４は、中央垂直部２３両側の内側方向に陥没する内側凹面２３ａ内に挟まれ、上部の短い水平部２１と下部の長い水平部２２の間で支持され、埋め込みブロック４の内側凸面４ａと中央垂直部２３両側の内側方向に陥没する内側凹面２３ａが相互に勘合する。図４を参照するに、具体的には、埋め込みブロック４の内側凸面４ａの円弧半径Ｒ１’と中央垂直部２３の内側凹面２３ａの円弧半径Ｒ１は等しく、埋め込みブロック４の外側凸面４ｂの円弧半径Ｒ３は内側凸面４ａの円弧半径Ｒ１’より大きく、好ましくは、埋め込みブロック４の外側凸面４ｂの円弧が上部の短い水平部２１軸方向の両端２１ａ及び下部の長い水平部２２軸方向の両端２２ａに接続される。負荷を受ける状況下において、更に円滑に内側凸面４ａが弾力性を増すと同時に、よりスムーズに外側凸面４ｂが支持能力を高めることから、使用後の強度不足によるカーカスの軟化や（タイヤ）沈下量の増大等といった現象の出現を防止し、操縦の安定性を向上させ得る。

図６に示す通り、埋め込みブロック４が内側方向に陥没する内側凹面２３ａに配置された後、埋め込みブロック４の外側凸面４ｂ軸方向外側辺縁に下部の長い水平部２２が超出してもよいが、超出する軸方向の幅Ｓを３ｍｍ以内に制御し、タイヤ内周部３のリム上への取り付けに対する影響を防止する。

本実施例において、埋め込みブロック４の外側凸面４ｂは長方形であるが、長方形のみに限定されるものではなく、Ｓ型、及びその他トレッド部１上のパターン設計に適合する形状であればよい。図７はタイヤに埋め込みブロック４を追加した後の立体図であり、埋め込みブロック４は空気充填不要タイヤと一体成型してもよいし、単独で加工した後、更に組み合わせて組み立ててもよい。埋め込みブロック４と空気充填不要タイヤを一体成型する場合は、埋め込みブロック４と空気充填不要タイヤには一様にゴム材質を使用し、埋め込みブロック４の材質を、高い弾力性を有するゴムとする。好ましくは、埋め込みブロック４のゴム硬度が空気充填不要タイヤのゴム硬度より高い。埋め込みブロック４と空気充填不要タイヤをそれぞれ単独で加工して製造する場合は、埋め込みブロック４を、軽量かつ良好な弾力性を有するプラスチック部品とし、製造完了後に空気充填不要タイヤ本体の陥没する内側凹面２３ａ内に挿入する。

埋め込みブロック４の配置は重量の上昇を引き起こす。図８及び図９に示す通り、中央垂直部２３の同側の内側凹面２３ａ内の隣接する埋め込みブロック４の間の内側凹面２３ａ底部に孔５を設置し、タイヤ上型とタイヤ下型の埋め込みブロック４がトレッドの中心線ＣＬに対して相互にずらして配置されることから、タイヤ上型の孔５の中心軸方向の位置がタイヤ下型の埋め込みブロック４に正確に対応し、タイヤ下型の孔５の中心軸方向の位置がタイヤ上型の埋め込みブロック４に正確に対応する。このように設置することで、埋め込みブロック４によって引き起こされる全体重量の上昇という欠点を補うのみならず、タイヤ上型とタイヤ下型の周方向の強度を均等にし、サイクリング時の安定性と快適性を維持し得る。タイヤの強度を確保するため、孔５は、好ましくは内側に陥没する止まり孔であって、その孔径が外側から内側に向かって徐々に狭く変化し、本実施例において、孔５の孔径は外側から内側に向かって連続的に狭くなる。なお孔５は孔径がステップ式に狭くなるステップ付きの孔であってもよいことは言うまでもない。

以上をまとめると、本発明のトレッド部１とタイヤ内周部３が接続されるタイヤ中部２の断面の輪郭が「工」字形に設計され、かつ上部の短い水平部２１、下部の長い水平部２２及び中央垂直部２３とを有する。中央垂直部２３の両側が内側方向に陥没する円弧面であって、中央垂直部２３径方向の上下両端が上部の短い水平部２１及び下部の長い水平部２２にそれぞれ接続され、またタイヤ中部２の各パラメータの設計が最適化され、「工」字形の断面の輪郭によって、重量を軽量化するのみならず、タイヤの弾力性及び快適性を向上させ得る。

タイヤ上型と下型のタイヤの陥没する円弧面内に埋め込みブロック４が交互に設置され、カーカスの強度を強化し、埋め込みブロック４軸方向における対応する位置の円弧面底部に孔５が設置され、重量の上昇という欠点を補い、タイヤ上型とタイヤ下型の周方向の強度を均等にし、サイクリング時の快適性と操縦の安定性を向上させる。

以下は本発明における各実施例と従来技術の性能試験結果の比較についての説明である。
本発明の技術的解決手段に従い三種の構造のゴム材質空気充填不要タイヤを試作した。その規格は２４×１．５０であり、従来の二種の構造の空気充填不要タイヤと重量及び性能の比較を行った。従来の二種の構造を基準の１００点とし、重量が軽くなるに従い、点数が高くなるものとした。性能試験方法は、各比較対象のタイヤを２４インチの自転車の前、後輪に取り付け、サイクリングを行った者が官能評価を行うものとし、点数が高いほど快適性、安定性が良好であることを示す。

下表に示すのは従来の構造と三種の実施例につき試験を行って得られた結果である。本発明の技術的解決手段を採用した三種の実施例のタイヤ重量は全て従来の構造より明らかに軽量であり、かつ実施例二、実施例三において快適性と安定性が向上し、中でも実施例三の総合評価点数が最高であることが明らかになり、これは実施例三の総合性能が最も優れていることを意味するものであった。

以上は本発明における好適な実施例についてのみ説明したものであって、本発明の設計を限定するものではなく、本発明の設計の重要点に基づき同等な修正を加えたものは、全て本発明の保護の範囲に該当する。

カーカス１０ 円周方向の孔２０
サイドウォール３０ 軸方向の孔４０
トレッド部１ タイヤ中部２
上部の短い水平部２１ 下部の長い水平部２２
中央垂直部２３ タイヤ内周部３
埋め込みブロック４ 孔５

Claims (10)

1. トレッド部と、タイヤ中部と、タイヤ内周部とを有し、タイヤ中部上端がトレッド部に接続され、下端がタイヤ内周部に接続される空気充填不要タイヤであって、タイヤ中部の断面の輪郭が「工」字形に設計され、タイヤ中部が上部の短い水平部と、下部の長い水平部と、中央垂直部とを有し、中央垂直部径方向の上下両端が上部の短い水平部と下部の長い水平部にそれぞれ接続され、中央垂直部の両側が内側方向に陥没する内側凹面であって、中央垂直部両側の内側凹面に埋め込みブロックが設置される、
   ことを特徴とする空気充填不要タイヤ。
2. タイヤ中部の上部の短い水平部がトレッド部の底部に設置され、上部の短い水平部軸方向の両端が円弧状に滑らかに下向きに移行し、タイヤ中部の下部の長い水平部がタイヤ内周部の頂部に設置され、下部の長い水平部軸方向の両端に円弧状に滑らかな上向きのカールが設置される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気充填不要タイヤ。
3. 中央垂直部がタイヤ中部の中心位置に設置され、中央垂直部径方向の上下両端がそれぞれ角を丸めて上部の短い水平部軸方向の両端及び下部の長い水平部軸方向の両端に接続される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気充填不要タイヤ。
4. 下部の長い水平部軸方向の幅が上部の短い水平部軸方向の幅より広く、上部の短い水平部軸方向の幅が中央垂直部軸方向の幅より広く、中央垂直部軸方向の幅が下部の長い水平部軸方向の幅の３５％−５０％に設定され、タイヤ中部径方向の高さがタイヤ断面の全高の５５％−７０％に設定され、かつ中央垂直部径方向の高さがタイヤ中部径方向の高さの５５％−７０％に設定される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気充填不要タイヤ。
5. 中央垂直部両側の内側凹面が円弧面であり、埋め込みブロックの内側凸面と中央垂直部両側の円弧面が相互に嵌合し、埋め込みブロックの内側凸面の円弧半径と中央垂直部の円弧面の円弧半径が等しく、埋め込みブロックの外側凸面の円弧半径が内側凸面の円弧半径より大きく、埋め込みブロックの外側凸面の上下両端が上部の短い水平部軸方向の両端及び下部の長い水平部軸方向の両端にそれぞれ円弧状に接続される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気充填不要タイヤ。
6. 埋め込みブロックが内側凹面の全周に沿って等間隔に設置され、中央垂直部両側の内側凹面に設置される埋め込みブロックの個数が等しく、かつ両側の埋め込みブロックの位置が相対的にずらして配置される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気充填不要タイヤ。
7. 同側の内側凹面において隣接する埋め込みブロックの間の内側凹面底部に孔が設置される、
   ことを特徴とする請求項６に記載の空気充填不要タイヤ。
8. 孔の孔径が外側から内側に向かって徐々に狭くなる、
   ことを特徴とする請求項７に記載の空気充填不要タイヤ。
9. 孔の孔径が外側から内側に向かって連続的に狭くなるか、又は孔の孔径が外側から内側に向かってステップ式に狭くなり、かつステップ付きの孔が設置される、
   ことを特徴とする請求項８に記載の空気充填不要タイヤ。
10. 埋め込みブロックが空気充填不要タイヤと一体成型されるか、又は埋め込みブロックと空気充填不要タイヤが単独で加工された後、更に組み合わせて組み立てられる、
    ことを特徴とする請求項１に記載の空気充填不要タイヤ。
    

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