無氣輪胎的製作方法

2023-10-23 05:34:32 1

本發明涉及不使用高壓空氣，能夠通過自身的構造支承載荷的無氣輪胎。

背景技術：

近年來，通過下述專利文獻1～4等提出了各種無氣輪胎的方案。無氣輪胎不使用高壓空氣而能夠通過自身的構造支承載荷。因此無氣輪胎具有不爆胎的優點。

在圖6中示出典型的無氣輪胎100的側視圖。無氣輪胎100具有：圓筒狀的胎面環102，其具有由彈性體構成的接地面；金屬制的輪轂部106，其配置於胎面環102的徑向內側並且固定於車軸104；多個輪輻108，它們用於將胎面環102與輪轂部106連結。各輪輻108例如由比較柔軟的彈性體材料構成，具有：固定於胎面環102側的外端108a、和固定於輪轂部106側的內端108b。在本例中，在對輪胎未加載載荷的狀態下，各輪輻108沿著輪胎放射面110(包括輪胎旋轉軸CL在內的平面)以直線狀延伸。

在上述那樣的無氣輪胎100中，胎面環102的剛性在輪胎周向上不均勻。例如，胎面環102中連接輪輻108的外端108a的部分具有比未連接輪輻108的部分高的剛性。換言之，這種無氣輪胎100的胎面環102的剛性大的部分以及剛性小的部分交替地接地，因此在行駛時產生振動，因此存在乘車舒適性差的缺點。

為了消除上述缺點，在下述專利文獻4中提出了圖7(a)、(b)所示的無氣輪胎200的方案。該無氣輪胎200如圖7(a)所示，用於將胎面環202與輪轂部206連結的輪輻208相對於輪胎放射面110以角度θ傾斜。與沿著輪胎放射面110的輪輻相比，這樣的輪輻208防止胎面環202的剛性在輪胎周向上急劇變化，防止如上所述的行駛中的振動，從而可期待提供優異的乘車舒適性的效果。

另外，圖7(b)是從內周面側觀察胎面環202的展開圖，上下方向對應於輪胎周向。從圖7(b)可以明確：在本例的無氣輪胎中，在胎面環202的圓周方向上，通常構成為輪輻208接地於路面(實質上是經由胎面環202接地)。因此該情況的無氣輪胎200更有效地防止上述那樣的行駛中的振動，從而可期待提供優異的乘車舒適性的效果。

專利文獻1：日本專利第4852767號公報

專利文獻2：日本專利第4914211號公報

專利文獻3：日本專利第4855646號公報

專利文獻4：日本專利第5539479號公報

在無氣輪胎的負載行駛中，各輪輻反覆進行伸長以及彎曲。例如，若返回圖6，可理解為：對位於胎面環102的接地面的正上方的輪輻108作用相對較大的彎曲，另一方面，位於輪轂部106的正上方的輪輻被承受垂直載荷的輪轂部106相對較大地拉伸。因此輪輻主要需要能夠承受彎曲以及拉伸的反覆變形的構造。

此外，在圖8(a)中示出無氣輪胎200的無負載時的局部側視圖，在圖8(b)中示出承受垂直載荷而接地的狀態。如圖8(a)所示，在無負載時，與胎面環202傾斜地連接的輪輻208的外端208a呈沿著胎面環202的圓弧狀內周面形狀的圓弧狀。另一方面，如圖8(b)所示，在承受載荷而胎面環202接地於路面的情況下，在該接地面的正上方的位置，輪輻208的外端208a以沿著平坦的胎面環202的內周面的方式以直線狀變化。此時，在輪輻208的外端208a側的部分產生彎曲變形，其變形量在周向的中央部附近最大，朝向兩端部逐漸減小。

另一方面，無氣輪胎200的輪轂部206實質上由不變形的金屬材料形成。因此固定於輪轂部206側的輪輻208的內端208b側的部分，僅僅是單純地向長度縮短的方向彎曲。

如以上那樣，為了提高乘車舒適性，在具有以相對於輪胎放射面傾斜的方式配置的輪輻的無氣輪胎中，存在形變容易集中於該輪輻的輪胎徑向的外端側，並以該部分為起點在早期產生損傷的問題。

技術實現要素：

本發明是鑑於以上那樣的實際情況所做出的，主要目的在於提供一種能夠提高輪輻的耐久性的無氣輪胎。

本發明為無氣輪胎，其具有：圓筒狀的胎面環，其具有由彈性體構成的接地面；輪轂部，其配置於所述胎面環的輪胎徑向內側並且固定於車軸且實質上由非拉伸性材料構成；以及多個輪輻，它們由彈性材料構成並且用於將所述胎面環與所述輪轂部連結，各所述輪輻具有：固定於所述胎面環側的外端、和固定於所述輪轂部側的內端，所述外端和所述內端均相對於輪胎軸向傾斜地延伸，所述輪輻的所述外端側的壓縮剛性Sr大於所述輪輻的所述內端側的壓縮剛性Sh。

在本發明的其他方式中優選為，所述壓縮剛性之比Sh/Sr為0.95以下。

在本發明的其他方式中優選為，所述壓縮剛性之比Sh/Sr為0.20～0.95。

在本發明的其他方式中優選為，在各所述輪輻中，從所述外端到所述內端的實際長度Ls為從所述外端到所述內端的最短距離Ld的1.01～1.10倍。

在本發明的其他方式中，所述輪輻的所述外端側的厚度tr大於所述輪輻的所述內端側的厚度th。在該情況下，優選為所述輪輻的所述外端側的厚度tr為所述輪輻的所述內端側的厚度th的1.2倍以下。

在本發明的其他方式中優選為，在所述輪輻的沿著輪胎徑向的橫截面中，所述輪輻的所述內端側的曲率半徑Rh小於所述輪輻的所述外端側的曲率半徑Rr。

在本發明的其他方式中優選為，各所述輪輻的所述外端以及所述內端設置於經過輪胎旋轉軸的同一放射方向線上。

在本發明的其他方式中優選為，各所述輪輻的所述外端側相對於所述放射方向線的傾斜角度，小於所述內端側相對於所述放射方向線的傾斜角度。

在具有相對於輪胎放射面傾斜的輪輻的無氣輪胎中，加載載荷時輪輻的主要變形是伴隨輪胎的撓曲量的變形。另外，對於輪輻的外端側在接地時進一步施加使圓弧狀的外端變為直線狀的變形。另一方面，輪轂部側亦即輪輻的內端側的變形基本上僅為基於上述撓曲量的變形。因此現有的無氣輪胎的輪輻所產生的形變，存在在外端側比內端側大的傾向。輪輻的耐久性由因其變形的反覆而產生的形變以及由其導致的發熱所支配。因此為了提高輪輻的耐久性，而使形變極力分散以使輪輻不產生局部較大的形變是很重要的。

本發明的無氣輪胎構成為輪輻的外端側的壓縮剛性Sr大於輪輻的內端側的壓縮剛性Sh。由此在輪胎行駛時，能夠使在輪輻的外端側產生的形變相對減少，另一方面，能夠使在輪輻的內端側產生的形變相對增加。由此在輪胎行駛中作用於各輪輻的形變被分散至均勻，進而提高輪輻的耐久性。

通過以上那樣的作用，具有傾斜輪輻的本發明的無氣輪胎能夠維持優異的乘車舒適性、並且大幅度地提高耐久性。

附圖說明

圖1是本發明的一個實施方式的無氣輪胎的整體側視圖。

圖2是圖1的無氣輪胎的局部立體圖。

圖3是輪輻的剖視圖。

圖4(a)是用於說明輪輻的外端側的壓縮剛性的剖視圖，(b)是用於說明輪輻的內端側的壓縮剛性的剖視圖。

圖5是表示輪輻的其他實施方式的剖視圖。

圖6是現有的無氣輪胎的側視圖。

圖7(a)是現有的無氣輪胎的立體圖，(b)是從內周面側觀察其胎面環的展開圖。

圖8(a)是圖7的無氣輪胎的無負載狀態的局部側視圖，(b)是其接地狀態的圖。

附圖標記說明：1…無氣輪胎；2…胎面環；3…輪轂部；4…輪輻。

具體實施方式

以下，基於附圖對本發明的一個實施方式進行詳細地說明。

圖1是本實施方式的無氣輪胎1的整體側視圖，圖2表示其局部立體圖。如圖1以及圖2所示，本實施方式的無氣輪胎1具有：由彈性體構成的圓筒狀的胎面環2、配置於胎面環2的輪胎徑向內側的輪轂部3、以及由彈性材料構成並且用於將胎面環2與輪轂部3連結的多個輪輻4。在本實施方式中，例如示出設計為轎車用的無氣輪胎，但本發明作為所謂的車輛用輪胎而應用。

胎面環2為連續的環狀體，具有：接地於路面的接地面2a、和作為其相反側的面的內周面2b。胎面環2例如能夠構成為包括：耐磨損性優異的橡膠、和配置於其內部的簾線加強層。關於這些部件的詳細情況，可按照慣例採用各種方式。如從圖1的側視圖觀察可理解的那樣，接地面2a以及內周面2b均形成為圓筒面。能夠在接地面2a設置溝、凹部進而貫通孔等用於將路面的水向輪胎的外部排出的各種圖案。

輪轂部3使相當於安裝於充氣輪胎的所謂輪輞的部分，並固定於未圖示的車軸。輪轂部3例如由鋼、鋁合金或者鎂合金等實質上非拉伸性的材料構成。

如圖1所示，輪輻4沿輪胎周向設置有多個。如從圖2中理解的那樣：各輪輻4具有板狀的形狀。在圖2中較淺地著色示出了輪輻4的沿著輪胎徑向的橫截面。在本實施方式中，輪輻4由基於熱固性樹脂更具體而言聚氨酯樹脂的澆鑄成型體形成。例如，在模具內預先配置胎面環2和輪轂部3，並向模具內填充熱固性樹脂以便將它們連結。通過加熱來固化高分子材料，由此使將胎面環2與輪轂部3連結的輪輻4成型。

如圖1所示，在本實施方式中，在胎面環2的內周面2b以及輪轂部3的外周面3a形成有沿輪胎周向以環狀連續的粘接層5。本實施方式的粘接層5例如由與各輪輻4實質上相同的材料形成。這樣的粘接層5能夠將各輪輻4的外端6以及內端7分別更穩固地連接於胎面環2以及輪轂部3。本實施方式的粘接層5例如以1～3mm左右的厚度形成。

各輪輻4具有：固定於胎面環2側的外端6、和固定於輪轂部3側的內端7。

如本實施方式那樣，在輪輻4經由粘接層5(圖1所示)固定於胎面環2的情況下，輪輻4的外端6被定義為除了粘接層5之外的端部(端面)。同樣，輪輻4的內端7被定義為除了粘接層5之外的端部(端面)。

如本實施方式那樣，在輪輻4與粘接層5一體地連結的情況下，通過將未設置輪輻4的粘接層5的表面假想並且順利地連結，從而能夠確認輪輻4的外端6以及內端7。

從圖2可明確的那樣，輪輻4的外端6以及內端7均從輪胎寬度方向的一端側向另一端側相對於輪胎軸向傾斜地延伸。輪輻4的外端6相對於包括輪胎旋轉軸CL在內的輪胎放射面110以角度θ1傾斜。同樣，輪輻4的內端7相對於包括輪胎旋轉軸CL在內的輪胎放射面110以與外端6相同的方向以角度θ2傾斜。這樣的傾斜的輪輻4能夠緩和胎面環2在輪胎周向上的剛性變化，抑制輪胎行駛中的振動，有利於提供優異的乘車舒適性。

為了維持無氣輪胎1的橫向剛性並且充分提高乘車舒適性，上述輪輻4的各角度θ1以及θ2優選為10～70度左右。在本實施方式中，上述角度θ1與角度θ2實質上相同，但並不限定於這樣的方式。

另外，在輪輻4的輪胎周向的配置間距例如為輪輻4的輪胎周向的長度以下的情況下，各輪輻4能夠經由胎面環2而不間斷地連續地接地於地面。這樣的無氣輪胎1能夠提供更優異的乘車舒適性。

輪輻4相對於輪胎放射面110傾斜地配置、並且胎面環2的內周面2b為圓筒面，由此輪輻4的外端6形成為向輪胎徑向外側凸出的圓弧狀面。另一方面，輪輻4相對於輪胎放射面110傾斜地配置、並且輪轂部3的外周面3a為圓筒面，由此輪輻4的內端7由凹圓弧面形成。

在本實施方式中，輪輻4的外端6側的壓縮剛性Sr設定為大於輪輻4的內端7側的壓縮剛性Sh。如背景技術所述的那樣，在輪輻4上產生基於自身的撓曲的彎曲，但對於輪輻4的外端6側進一步施加使圓弧狀面的外端6成為直線狀的變形。另一方面，輪轂部3側亦即輪輻4的內端7側的變形，基本上僅為基於上述撓曲量的變形。因此在輪輻4產生的形變存在在外端6側比內端7側大的傾向。另一方面，為了提高輪輻的耐久性，使形變極力分散，以使輪輻4不產生局部較大的形變是很重要的。

本實施方式的無氣輪胎1如上所述，構成為輪輻4的外端6側的壓縮剛性Sr大於輪輻4的內端7側的壓縮剛性Sh。在輪胎行駛時，在輪輻4的外端6側接地而平坦地撓曲時，通過使在輪輻4的內端7側產生的形變比以往增加，從而能夠相對地減少輪輻4的外端6側的撓曲。由此在輪胎行駛中作用於各輪輻4的形變被分散至均勻，進而提高輪輻4的耐久性。即，本實施方式的無氣輪胎1能夠維持基於傾斜輪輻4的優異的乘車舒適性、並且大幅度地提高耐久性。

在圖3中示出圖2所示的輪輻4的沿著輪胎徑向的橫剖視圖(在圖2中較淺地著色的部分)。在本實施方式中，輪輻4的外端6以及內端7設置於經過輪胎旋轉軸CL的同一放射方向線11上。這樣的輪輻4也有效防止輪胎行駛中的振動，特別是有效地提高切向力變化(TFV)、橫向力變化(LFV)。

各輪輻4的外端6側的壓縮剛性Sr被定義為：在無氣輪胎1的無負載狀態下，從輪輻4的外端6向輪胎放射方向內側直至距離A處的外端側部分8的壓縮剛性。同樣，輪輻4的內端7側的壓縮剛性Sh被定義為：從輪輻4的內端7向放射方向外側直至距離B處的內端側部分9的壓縮剛性。距離A以及B分別為輪輻4的放射方向的長度(在本例中與圖3的輪輻最短距離Ld一致)的20％。這是因為該部分特別有助於提高作為輪輻的端部側的剛性。

外端側部分8以及內端側部分9各自的壓縮剛性以如下方式測定。首先，如圖4(a)、(b)所示，從輪輻4切出外端側部分8以及內端側部分9。各外端側部分8以及內端側部分9的兩端以維持它們使用的形狀(無負載時的形狀)的狀態固定於夾具10、10。接著，使夾具10作用沿圖3的放射方向線11的方向的載荷W，並測定各部分8以及9的沿著放射方向線11的撓曲量δ。而且，通過載荷W與撓曲量δ之比W/δ來獲得外端側部分8以及內端側部分9各自的壓縮剛性。

輪輻4的上述壓縮剛性之比Sh/Sr不做特別限定，但優選為0.95以下，更優選為0.90以下。由此在能夠使輪胎行駛時作用於輪輻4的形變更有效地向內端7側分散方面是優選的。對於上述壓縮剛性之比Sh/Sr的下限值也不做特別限定，但若過小，則有可能使輪胎行駛時作用於輪輻4的形變集中於內端7側，因此優選為0.05以上，更優選為0.10以上，進一步優選為0.20以上。

作為調節輪輻4的外端6側的壓縮剛性Sr以及內端7側的壓縮剛性Sh的機構，可列舉出各種方式。

在圖3的實施方式中，作為一個例子，示出輪輻4的外端側部分8沿著放射方向配置，另一方面，輪輻4的內端側部分9以相對於放射方向更大地傾斜的方式配置的形態。由此能夠構成為在輪輻4作用有壓縮載荷時，外端側部分8難以撓曲，另一方面，內端側部分9容易撓曲。在圖3所示的實施方式中，作為整體形狀，輪輻4在從外端6沿著放射方向大致筆直地延伸之後，以向輪胎周向的一側平滑地凸出的方式彎曲至內端7。

如圖3所示，在各輪輻4中，從外端6到內端7的實際長度(沿著形狀測定的長度)Ls優選形成為大於從外端6到內端7的最短距離Ld。由此，例如在輪胎旋轉中，能夠向位於輪轂部3的正上方的輪輻4施加用於支承載荷的拉伸量。為了可靠地發揮這樣的作用，輪輻4的實際長度Ls優選為上述最短距離Ld的1.01倍以上。另一方面，若輪輻4的實際長度Ls過度增大，則在輪胎旋轉中，有可能使位於輪轂部3的正上方的輪輻4無法支承載荷。根據這樣的觀點，輪輻4的實際長度Ls優選為上述最短距離Ld的1.10倍以下。

在本實施方式中，輪輻4的外端6側的厚度tr被設定為與輪輻4的內端7側的厚度th實質上相等(0.8≤tr/th≤1.2)。但是作為調節輪輻4的外端6側的壓縮剛性Sr以及內端7側的壓縮剛性Sh的其他單元，輪輻4的外端6側的厚度tr也可以大於輪輻4的內端7側的厚度th。

改變輪輻4的厚度調整剛性的單元可以與上述方式並用，也可以分別獨立地採用。即使根據這樣的方式，也能夠將輪輻4的外端6側的壓縮剛性Sr設定為大於輪輻4的內端7側的壓縮剛性Sh。上述各厚度tr、th如圖4(a)以及圖4(b)所示，被定義為從輪輻4切出的各部分8以及9的平均厚度，在與胎面環2或輪轂部3的邊界部分設置有倒角等的情況下，被設定為除了這些倒角之外的厚度。

另一方面，在使輪輻4的厚度不同來調節壓縮剛性的情況下，因所設定的厚度不同，有可能在厚度th較小的內端7側產生耐久性變差。因此作為優選的方式，輪輻4的外端6側的厚度tr優選為輪輻4的內端7側的厚度th的1.2倍以下。

作為調節輪輻4的外端6側的壓縮剛性Sr以及內端7側的壓縮剛性Sh的又一其他單元，如圖4(a)以及(b)所示，在輪輻4的沿著輪胎徑向的橫截面中，輪輻4的內端7側(內端側部分9)的曲率半徑Rh被設定為小於輪輻4的外端6側(外端側部分8)的曲率半徑Rr。該單元可以與上述各方式並用，也可以分別獨立地採用。

在上述曲率半徑較大的情況下，提高該部分的耐壓縮剛性，另一方面，在上述曲率半徑較小的情況下，容易以該部分為起點進行撓曲。在圖4(a)中，外端側部分8的曲率半徑Rr幾乎無限大，內端側部分9具有僅向一側凸出的曲率，並且其曲率半徑Rh被設定為小於曲率半徑Rr。另外，在外端側部分8或內端側部分9中，在曲率半徑連續地變化的情況下，上述曲率半徑Rr或者Rh被特定為具有經過該部分的兩端20、20以及它們之間的中間部30這三點的單一圓弧。

在圖5中示出其他實施方式的輪輻4的沿著輪胎徑向的橫截面。在圖5所示的實施方式中，作為整體形狀，輪輻4在從外端6沿著放射方向大致筆直地延伸之後，具有：以向輪胎周向的一側平滑地凸出的方式彎曲的第1彎曲部13、和以向輪胎周向的另一側平滑地凸出的方式彎曲的第2彎曲部14，並達到內端7。這樣的實施方式的輪輻4，將外端6側的壓縮剛性Sr設定為大於內端7側的壓縮剛性Sh。

雖未詳細圖示，但例如可以採用在圖5的輪輻的橫截面形狀中，除去沿放射方向延伸的直線部分後的S字狀的橫截面形狀。在該情況下，用兩個彎曲部13、14改變曲率半徑或者厚度，由此能夠調整各自的壓縮剛性。

以上，雖然對本發明的特別優選的實施方式進行了詳述，但本發明不限定於圖示的實施方式，也可以變形為各種方式來實施。特別是對於輪輻4的具體形狀而言，包括滿足作為本發明的主旨的輪輻4的外端6側的壓縮剛性Sr大於內端7側的壓縮剛性Sh的任何方式。

實施例

試製了形成圖1～4的基本構造的無氣輪胎(相當於輪胎尺寸為125/80R13的輪胎)，並測試了耐久性、輪胎重量以及TFV。除輪輻以外的結構，各輪胎實質上均形成為同一規格。輪輻通過基於聚氨酯樹脂(熱固性樹脂)的澆鑄成型法，經由粘接層而與胎面環以及輪轂部一體地成型。主要的共用規格如下。

輪輻的最短距離Ld：80mm

輪輻的內端側的厚度th：3mm

輪輻的角度θ1、θ2：20度

測試方法如下。

＜耐久性＞

依照FMVSS109，使各測試輪胎在載荷1.5kN的條件下在轉鼓試驗機上行駛，並測定了直至輪胎發生故障為止的行駛時間。結果是以比較例1的行駛時間為100的指數，數值越大表示越良好。

＜輪胎重量＞

測定了一個無氣輪胎1的重量。結果是以比較例1的重量為100的指數，數值越小表示越良好。

＜TFV＞

使用均勻性試驗機，並按照以下的條件測定了切向力變化(TFV)。結果是以比較例2的TFV為100的指數，數值越小表示越良好。

測試的結果示於表1。另外，在表1中實施例1～3以輪輻的壓縮剛性比Sh/Sr不變的方式調節了輪輻的長度比。另外，在實施例4－5、6－7中，通過改變輪輻的內端側以及外端側的傾斜，使輪輻的壓縮剛性比Sh/Sr變化。

表1

如表1所示，能夠確認實施例的輪胎將TFV維持得較小、並且提高耐久性、不犧牲生產率，且降低滾動阻力。