(57)【要約】【課題】  好適な耐久性を発揮することが可能なソリッドタイヤを提供する。【解決手段】  ソリッドタイヤは、ホイール１１と、トレッド部１２とから構成されている。トレッド部１２の両サイドウォール２１はソリッドタイヤの軸心から離れるにつれ互いに近接するテーパ状をなし、各サイドウォール２１の内周端にはソリッドタイヤの外側方へ向かって延びるベースショルダ２２が設けられている。ベースショルダ２２は接触面２３と、この接触面２３に対向するショルダ面２４とを備えている。ショルダ面２４は、サイドウォール２１に繋がる基部２４ａの断面形状がトレッド部１２の内側へ膨らむ円弧となるように形成されている。基部２４ａの円弧の曲率半径をｒ１、ベースショルダ２２の厚みをｓ１、ベースショルダ２２の幅をｓ２で表したとき、曲率半径ｒ１、厚みｓ１及び幅ｓ２の間に、ｒ１≧２×（ｓ１＋ｓ２）の関係が成立する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のホイールと、同ホイールの外周面を被覆するトレッド部とから構成されるソリッドタイヤであって、
前記トレッド部は、両サイドウォールがソリッドタイヤの軸心から離れるにつれ互いに近接するテーパ状に形成されるとともに、各サイドウォールの内周端にソリッドタイヤの外側方へ向かって延びるベースショルダを有しており、
当該ベースショルダはホイールの外周面に接触する接触面と、この接触面に対向するショルダ面とを備えており、
当該ショルダ面は、前記サイドウォールに繋がる基部の断面形状が前記トレッド部の内側へ膨らむ円弧となるように形成されており、
この基部の円弧の曲率半径をｒ１で表し、前記ベースショルダの厚みをｓ１で表し、前記ベースショルダの幅をｓ２で表したとき、
曲率半径ｒ１、ベースショルダ厚みｓ１及びベースショルダ幅ｓ２の間に、ｒ１≧２×（ｓ１＋ｓ２）の関係が成立する
ことを特徴とするソリッドタイヤ。
【請求項２】
前記トレッド部の厚みをｔで表し、ソリッドタイヤの外径をＤで表したとき、
トレッド部厚みｔ及び外径Ｄの間に、０．０８×Ｄ≦ｔ≦０．１×Ｄの関係が成立する
ことを特徴とする請求項１に記載のソリッドタイヤ。
【請求項３】
前記トレッド部はそのサイドウォールの外周端にトレッドショルダが設けられるとともに、
当該トレッドショルダはその断面形状がトレッド部の外側へ膨らむ円弧となるように形成されており、
このトレッドショルダの円弧の曲率半径をｒ２で表し、トレッド部の厚みをｔで表したとき、
曲率半径ｒ２及びトレッド部厚みｔの間に、ｒ２≧ｔ／４の関係が成立する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のソリッドタイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動倉庫、立体駐車場、工場等の搬送用ローラ、無人搬送車、遊戯施設のジェットコースター、フォークリフト等の車輪等として使用されるソリッドタイヤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、上記のようなソリッドタイヤは、ホイールの外周面にトレッド部を装着して構成されている。当該トレッド部は、熱硬化性エラストマー、合成ゴム等の弾性材料を用い、中実で、且つその断面形状が長方形或いは等脚台形となるように形成されていた。このトレッド部に外力が加わった際、同外力による応力は該トレッド部とホイールとの境界に集中しやすい。そして、応力の集中を考慮せずにトレッド部の断面形状を単に長方形或いは等脚台形とした場合、同応力に起因してトレッド部の内周部にひび割れ（クラック）等が生じやすくなる。
【０００３】
そこで、クラックの発生しにくい構造のソリッドタイヤを提供すべく、特許文献１には、トレッド部（エラストマー）のホイール（芯金）に対する装着角度θ（°）を規定したソリッドタイヤが開示されている。具体的には、タイヤ外径（エラストマーの外径）、トレッド部の幅及びトレッド部の厚さから角度θBを算出し、装着角度θ（°）を、θB−３≦θ≦θB＋３としている。
【特許文献１】特開平８−２０２０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記従来のソリッドタイヤは、トレッド部とホイールとの境界に集中する応力のみを考慮しており、当該境界以外の箇所に集中する応力については十分に考慮されていない。即ち、トレッド部に外力が加わると、同トレッド部はホイールの外周面と接地面との間で潰れるように変形する。このとき、変形による応力は、前記境界以外で、特にトレッド部の側面（サイドウォール）に集中しており、同サイドウォールにクラックが発生しやすくなる。従って、上記従来のソリッドタイヤにおいては、装着角度θ（°）を規定するのみではサイドウォールにおけるクラックの発生を十分に抑制することができず、好適な耐久性を発揮するに至らないという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、好適な耐久性を発揮することが可能なソリッド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】
【０００６】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載のソリッドタイヤの発明は、円筒状のホイールと、同ホイールの外周面を被覆するトレッド部とから構成されるソリッドタイヤであって、前記トレッド部は、両サイドウォールがソリッドタイヤの軸心から離れるにつれ互いに近接するテーパ状に形成されるとともに、各サイドウォールの内周端にソリッドタイヤの外側方へ向かって延びるベースショルダを有しており、当該ベースショルダはホイールの外周面に接触する接触面と、この接触面に対向するショルダ面とを備えており、当該ショルダ面は、前記サイドウォールに繋がる基部の断面形状が前記トレッド部の内側へ膨らむ円弧となるように形成されており、この基部の円弧の曲率半径をｒ１で表し、前記ベースショルダの厚みをｓ１で表し、前記ベースショルダの幅をｓ２で表したとき、曲率半径ｒ１、ベースショルダ厚みｓ１及びベースショルダ幅ｓ２の間に、ｒ１≧２×（ｓ１＋ｓ２）の関係が成立することを要旨とする。
【０００７】
上記構成において、テーパ状に形成されたサイドウォールは、加わる応力の一部をソリッドタイヤの軸方向で外側へ向かうように受け流す。そして、ベースショルダを設けることにより、サイドウォールに加わる応力はソリッドタイヤの軸方向で外側へ向かうように好適に導かれる。また、ベースショルダにおいて、ショルダ面の基部の断面形状を円弧としたことにより、サイドウォールから応力が加わるとき、この基部は略全体で湾曲する。このため、例えば同基部の断面形状を鈍角形状等とした場合に比べ、基部に応力が局所的に集中して加わることが抑制される。特に、基部の円弧の曲率半径ｒ１、ベースショルダ厚みｓ１及びベースショルダ幅ｓ２の間で、ｒ１≧２×（ｓ１＋ｓ２）の関係が成立することから、当該基部は、応力の集中等によるクラックの発生を好適に抑制可能な形状となる。その結果、使用時等においてトレッド部にクラックが発生しにくく、ソリッドタイヤは好適な耐久性を発揮することとなる。
【０００８】
請求項２に記載のソリッドタイヤの発明は、請求項１に記載の発明において、前記トレッド部の厚みをｔで表し、ソリッドタイヤの外径をＤで表したとき、トレッド部厚みｔ及び外径Ｄの間に、０．０８×Ｄ≦ｔ≦０．１×Ｄの関係が成立することを要旨とする。
【０００９】
上記構成において、トレッド部厚みｔ及び外径Ｄの間に、０．０８×Ｄ≦ｔ≦０．１×Ｄの関係が成立する場合、ソリッドタイヤは、加わる応力をトレッド部で好適に吸収又は低減し、ホイールからのトレッド部の剥離を抑制される。
【００１０】
請求項３に記載のソリッドタイヤの発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記トレッド部はそのサイドウォールの外周端にトレッドショルダが設けられるとともに、当該トレッドショルダはその断面形状がトレッド部の外側へ膨らむ円弧となるように形成されており、このトレッドショルダの円弧の曲率半径をｒ２で表し、前記トレッド部の厚みをｔで表したとき、曲率半径ｒ２及びトレッド部厚みｔの間に、ｒ２≧ｔ／４の関係が成立することを要旨とする。
【００１１】
上記構成において、トレッドショルダの断面形状を円弧としたことにより、サイドウォールに応力が加わるとき、このトレッドショルダは略全体で湾曲する。このため、例えば同トレッドショルダの断面形状を鈍角形状等とした場合に比べ、トレッドショルダの略一点に応力が集中して加わることが抑制される。特に、トレッドショルダの曲率半径ｒ２及びトレッド部厚みｔの間に、ｒ２≧ｔ／４、つまりｒ２がｔの４分の１以上の関係が成立することから、当該トレッドショルダは、応力の集中等によるクラックの発生を好適に抑制可能な形状となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、好適な耐久性を発揮することが可能なソリッドタイヤを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明のソリッドタイヤを具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１、図２（ａ），（ｂ）及び図３に示すように、本実施形態のソリッドタイヤは、ホイール１１と、トレッド部１２とから構成されている。当該ホイール１１は、金属、合成樹脂等を材料として横向きの円筒状に形成されている。このホイール１１の内部は軸孔１３とされており、軸孔１３の内周面上には複数のベアリング１４が設けられている。そして、このホイール１１の軸孔１３に図示しない軸体が嵌挿されることにより、ソリッドタイヤは当該軸体を軸心として回転自在とされる。トレッド部１２は、合成ゴム、天然ゴム、熱硬化性エラストマー、熱可塑性エラストマー等の弾性材料を用いて円環状に形成されており、前記ホイール１１の外周面を被覆している。また、このトレッド部１２は、その内部に空間を有さない中実のものである。
【００１４】
当該トレッド部１２は、その厚みをｔで表し、ソリッドタイヤの外径をＤで表したとき、トレッド部厚みｔ及び外径Ｄの間に、０．０８×Ｄ≦ｔ≦０．１×Ｄの関係が成立することが好ましい。即ち、ソリッドタイヤの使用時において、トレッド部１２は、車体からの重量による地面からの反力、地面からの衝撃等といった応力に対し、潰れる等して弾性変形することにより、同応力を吸収又は低減する。なお、トレッド部１２による同応力の吸収又は低減能力が十分でない場合、当該応力によりホイール１１が変形する等して走行不能になる等の不具合が生じる。そして、応力を吸収又は低減する能力を向上させるには、トレッド部１２の厚みを増すことが好適である。一方、トレッド部１２はその厚みを増すにつれて弾性変形しやすくなることから、過剰に厚みを増した場合、その弾性変形量も大きくなり、同トレッド部１２がホイール１１から剥がれやすくなってしまう。従って、応力を吸収又は低減する能力を向上させつつ、ホイール１１からのトレッド部１２の剥離を抑制するため、トレッド部厚みｔ及び外径Ｄの間に、０．０８×Ｄ≦ｔ≦０．１×Ｄの関係が成立することが好ましい。
【００１５】
当該トレッド部１２は、その両側面である両サイドウォール２１がソリッドタイヤの軸心から離れるにつれ互いに近接するテーパ状に形成されている。このサイドウォール２１の内周端には、ベースショルダ２２がソリッドタイヤの外側方へ向かって延びるように形成されている。当該ベースショルダ２２は、ホイール１１の外周面に接触する接触面２３と、この接触面２３に対向するショルダ面２４とを備えている。そして、このショルダ面２４は、その基部２４ａで前記サイドウォール２１に繋がっている。
【００１６】
当該基部２４ａは、その断面形状が前記トレッド部１２の内側へ膨らむ円弧となるように形成されている。この基部２４ａは、円弧の曲率半径をｒ１で表し、前記ベースショルダ２２の厚みをｓ１で表し、前記ベースショルダ２２の幅をｓ２で表したとき、曲率半径ｒ１、ベースショルダ厚みｓ１及びベースショルダ幅ｓ２の間に、ｒ１≧２×（ｓ１＋ｓ２）の関係が成立している。即ち、図４（ａ）に示すように、サイドウォール２１からベースショルダ２２へ応力が加わる際、当該基部２４ａは、その全体で湾曲することにより、同基部２４ａ全体で分散して応力を受ける。そして、前記関係が成立する場合、基部２４ａは、その全体で湾曲しつつ応力を受けるに十分な円弧の形状に保持されることとなる。なお、図６に示すように、従来のソリッドタイヤではこの関係が成立しておらず（ｒ１＜２×（ｓ１＋ｓ２））、基部２４ａの断面形状は略角形状（略鈍角状）となっている。このような場合、同基部２４ａは応力が加わると局所的に屈曲してしまうため、この屈曲部位２６ｃに応力が集中することとなり、同屈曲部位２６ｃにクラックが発生しやすくなる。
【００１７】
前記トレッド部１２は、地面３１へ接地されるトレッド面２５の断面形状がトレッド部１２の外側へ膨らむ円弧となるように形成されている。このようにトレッド面２５の断面形状を円弧とした場合、地面３１に対する接地面積が小さくなって摩擦等といった抵抗の軽減を図ることが可能となる。但し、接地面積が過剰に小さくなればトレッド面２５の略一部に応力が局所的に加わることにより、該トレッド面２５にクラックが発生しやすくなる。そして、抵抗の軽減を図りつつクラックの発生を抑制するには、トレッド面２５の円弧の曲率半径をＲで表し、ソリッドタイヤの外径をＤで表したとき、曲率半径Ｒ及び外径Ｄの間に、Ｒ≧Ｄの関係が成立することが好ましい。なお、この関係が成立しない（Ｒ＜Ｄ）の場合、トレッド部１２の外周面上でトレッド面２５が局所的に突出してしまい、接地面積が過剰に小さくなってしまう。
【００１８】
前記トレッド部１２は、そのサイドウォール２１の外周端にトレッドショルダ２６が設けられている。このトレッドショルダ２６は、その断面形状がトレッド部１２の外側へ膨らむ円弧となるように形成されている。このトレッドショルダ２６の円弧の曲率半径をｒ２で表したとき、曲率半径ｒ２及びトレッド部厚みｔの間には、ｒ２≧ｔ／４の関係が成立することが好ましい。即ち、図４（ｂ）に示すように、トレッド面２５からサイドウォール２１に応力が加わる際、当該トレッドショルダ２６は、その全体で湾曲することにより、同トレッドショルダ２６全体で分散して応力を受ける。そして、前記関係が成立し、ｒ２がｔの４分の１以上である場合、トレッドショルダ２６は、その全体で湾曲しつつ応力を受けるに十分な円弧の形状に保持されることとなる。
【００１９】
次に、前記ソリッドタイヤの作用について以下に記載する。
さて、図３に示したように、ソリッドタイヤが接地されたとき、トレッド部１２は、縦方向へ潰れるように弾性変形することによってソリッドタイヤに加わる応力を吸収する。即ち、応力は、トレッド部１２に対してソリッドタイヤの軸心方向へ加わる。この応力が加わると、まずトレッド面２５がトレッド部１２の内側へ押し込まれるように変形する。この後、サイドウォール２１は、ソリッドタイヤの軸心から離れるにつれ互いに近接するテーパ状に形成されていることから、応力の一部をソリッドタイヤの軸方向で外側へ向かうように受け流すべく、外側方へ拡がるように変形する。
【００２０】
サイドウォール２１が外側方へ拡がるとき、図４（ｂ）に示したように、トレッドショルダ２６は、その全体を湾曲させて弾性変形することにより、この弾性変形による応力がトレッドショルダ２６の局所に集中することを抑制する。また、図４（ａ）に示したように、ベースショルダ２２は、そのショルダ面２４の基部２４ａ全体を湾曲させて弾性変形することにより、この弾性変形による応力が基部２４ａの局所に集中することを抑制する。そして、サイドウォール２１へ加わる応力は、ベースショルダ２２へと伝わり、ソリッドタイヤの軸方向で外側へ好適に受け流される。
【００２１】
前記の実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
・  実施形態のソリッドタイヤによれば、サイドウォール２１をテーパ状とし、さらにベースショルダ２２を設けたことにより、サイドウォール２１に加わる応力の一部がベースショルダ２２に伝わり、ソリッドタイヤの軸方向で外側へ向かうように受け流される。従って、サイドウォール２１に加わる応力が緩和され、サイドウォール２１上におけるクラックの発生を抑制することができる。
【００２２】
・  また、サイドウォール２１からベースショルダ２２へ応力が伝わる際、同応力はサイドウォール２１とベースショルダ２２との境界で局所的に集中して加わろうとする。当該ソリッドタイヤは、この境界となるショルダ面２４の基部２４ａの断面形状を円弧とし、さらに円弧の曲率半径ｒ１をベースショルダ厚みｓ１及びベースショルダ幅ｓ２の間でｒ１≧２×（ｓ１＋ｓ２）の関係が成立するように設定している。このため、ショルダ面２４の基部２４ａで応力を局所的に集中させることなく、同基部２４ａ全体で分散して応力を受けることができ、基部２４ａにおけるクラックの発生を抑制することができる。
【００２３】
・  また、トレッド部１２は、その厚みが、トレッド部厚みｔ及び外径Ｄの間で０．０８×Ｄ≦ｔ≦０．１×Ｄの関係が成立するように設定されている。このため、トレッド部１２による応力の吸収又は低減能力を好適に維持しつつ、ホイール１１からのトレッド部１２の剥離を抑制することができる。
【００２４】
・  また、サイドウォール２１の外周端には、断面形状が円弧のトレッドショルダ２６が設けられている。このトレッドショルダ２６は、その円弧の曲率半径ｒ２が、トレッド部厚みｔとの間で、ｒ２≧ｔ／４の関係が成立する、つまりｒ２がｔの４分の１以上となるように設定されている。このため、加わる応力を当該トレッドショルダ２６の全体で湾曲して受けることができ、トレッドショルダ２６におけるクラックの発生を抑制することができる。
【実施例】
【００２５】
次に、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。
＜実施例１＞
ポリウレタン製のトレッド部を有するソリッドタイヤを形成した。このとき、ソリッドタイヤの外径Ｄを１９０ｍｍ、ソリッドタイヤの幅を６１ｍｍとした。そして、実施例１のソリッドタイヤにおいては、ベースショルダ厚みｓ１を０．５ｍｍ、ベースショルダ幅ｓ２を０．５ｍｍ、ベースショルダの基部の曲率半径ｒ１を２ｍｍとした。さらに、トレッド部厚みｔを２０ｍｍ、トレッドショルダ２６の曲率半径ｒ２を６ｍｍとした。なお、実施例１のソリッドタイヤは、ｒ１≧２×（ｓ１＋ｓ２）の関係を満たしている。また、実施例１のソリッドタイヤは、０．０８×Ｄ≦ｔ≦０．１×Ｄの関係を満たしている。さらに、実施例１のソリッドタイヤは、ｒ２≧ｔ／４の関係を満たしている。その後、実施例１のソリッドタイヤについて耐久試験を行い、トレッド部にクラックが発生するまでの時間を測定した。この耐久試験は、走行速度を時速３ｋｍ、ソリッドタイヤに対する負荷加重を１８６３３Ｎ（１９００ｋｇｆ）、スラスト方向を３°として測定した。耐久試験の結果、クラックが発生するまでの時間は１２８時間２６分であった。
【００２６】
＜比較例１＞
実施例１のソリッドタイヤと、トレッド部の材料、外径Ｄ、幅及びトレッド部厚みｔを同一としたソリッドタイヤを形成した。そして、比較例１のソリッドタイヤにおいては、ベースショルダ厚みｓ１を３ｍｍ、ベースショルダ幅ｓ２を３ｍｍ、ベースショルダの基部の曲率半径ｒ１を５ｍｍ、トレッドショルダ２６の曲率半径ｒ２を３ｍｍとした。なお、比較例１のソリッドタイヤは、０．０８×Ｄ≦ｔ≦０．１×Ｄの関係を満たすものの、ｒ１≧２×（ｓ１＋ｓ２）の関係を満たさず、ｒ２≧ｔ／４の関係を満たしていない。その後、比較例１のソリッドタイヤについて実施例１と同様の耐久試験を行い、トレッド部にクラックが発生するまでの時間を測定した。耐久試験の結果、クラックが発生するまでの時間は２３時間１２分であった。
【００２７】
＜実施例１及び比較例１の考察＞
クラックが発生するまでの時間は、比較例１に比べて実施例１は明らかに長くなっていた。また、実施例１及び比較例１について、トレッド部の内部に発生する内部応力について検討した。なお、内部応力は、非線形有限要素法によりシミュレーションで算出した。その結果、１ｍｍ2当たりの内部応力の最大値が実施例１については９．６１Ｎ（０．９８ｋｇｆ）であったのに対し、比較例１については３４．０３Ｎ（３．４７ｋｇｆ）であった。従って、実施例１のソリッドタイヤについては、内部応力が局所的に集中せず、トレッド部の全体に分散することで、比較例１に比べて耐久性が向上したと考えられる。
【００２８】
（変更例）
なお、本実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・  実施形態のサイドウォール２１は、その断面形状でショルダ面２４の基部２４ａとトレッドショルダ２６との間に直線状をなす部分が設けられている。一方、サイドウォール２１には、このような直線状をなす部分を必ずしも設ける必要はなく、例えば図５（ａ）に示すように、サイドウォール２１の断面形状を、ショルダ面２４の基部２４ａの円弧とトレッドショルダ２６の円弧とが直接的に繋がる形状としてもよい。
【００２９】
・  トレッド面２５は、その断面形状を必ずしも円弧とする必要はなく、図５（ｂ）に示すように、トレッド面２５を平面状としてもよい。
・  応力が集中しやすいショルダ面２４の基部２４ａの断面形状が円弧であれば、トレッドショルダ２６の断面形状は必ずしも円弧とする必要はなく、角形状等としてもよい。
【００３０】
さらに、前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
（１）前記トレッド部は、そのトレッド面の断面形状がトレッド部の外側へ膨らむ円弧となるように形成されており、トレッド面の円弧の曲率半径をＲで表し、ソリッドタイヤの外径をＤで表したとき、曲率半径Ｒ及び外径Ｄの間に、Ｒ≧Ｄの関係が成立することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のソリッドタイヤ。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施形態のソリッドタイヤを示す一部を拡大した断面図。
【図２】（ａ）は実施形態のソリッドタイヤを示す断面図、（ｂ）は実施形態のソリッドタイヤを示す側面図。
【図３】実施形態のソリッドタイヤの使用状態を示す一部を拡大した断面図。
【図４】（ａ）は実施形態のソリッドタイヤの使用状態におけるショルダ面の変形を示す概念図、（ｂ）は実施形態のソリッドタイヤの使用状態におけるトレッドショルダの変形を示す概念図。
【図５】（ａ）は別形態のサイドウォールを示す正面図、（ｂ）は別形態のトレッド面を示す正面図。
【図６】従来のソリッドタイヤを示す正面図。
【符号の説明】
【００３２】
Ｄ…外径、ｒ１…基部の円弧の曲率半径、ｒ２…トレッドショルダの円弧の曲率半径、１１…ホイール、１２…トレッド部、２１…サイドウォール、２２…ベースショルダ、２３…接触面、２４…ショルダ面、２４ａ…基部、２６…トレッドショルダ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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