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発明の名称 安全タイヤ
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−1414(P2007−1414A)
公開日 平成19年1月11日(2007.1.11)
出願番号 特願2005−183450(P2005−183450)
出願日 平成17年6月23日(2005.6.23)
代理人 【識別番号】100072051
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 興作
発明者 藤田 己思人
要約 課題
タイヤ気室内に中空粒子を充填した安全タイヤにおける、通常走行時に中空粒子が過熱する問題を解消する方途を確立して、該安全タイヤの常用速度の限界値を高める。

解決手段
タイヤをリムに装着し、該タイヤとリムとで区画されたタイヤ気室内に、樹脂による連続相と独立気泡とからなる熱膨張可能な中空粒子の多数個を気体による加圧下で封入してなる安全タイヤにおいて、前記タイヤの少なくともトレッド部に対応する内周面部分に緩衝層を設ける。
特許請求の範囲
【請求項1】
タイヤをリムに装着し、該タイヤとリムとで区画されたタイヤ気室内に、樹脂による連続相と独立気泡とからなる熱膨張可能な中空粒子の多数個を気体による加圧下で封入してなる安全タイヤにおいて、前記タイヤの少なくともトレッド部に対応する内周面部分に緩衝層を有することを特徴とする安全タイヤ。
【請求項2】
前記タイヤの全内周面に緩衝層を有することを特徴とする請求項1に記載の安全タイヤ。
【請求項3】
前記緩衝層が発泡材からなることを特徴とする請求項1または2に記載の安全タイヤ。
【請求項4】
前記緩衝層は1mmないし20cmの厚さを有することを特徴とする請求項1、2または3に記載の安全タイヤ。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、タイヤが外傷等を受けることによってパンク状態となってなお、必要とされる距離を安全に継続走行することができる他、受傷前の定常走行時における耐久性、乗心地性等にすぐれ、しかも、タイヤの生産性を損ねることなく、汎用のリムに装着して使用に供される安全タイヤであって、特に該安全タイヤに適用した中空粒子の無用な発熱を抑制した安全タイヤに関するものである。
【背景技術】
【0002】
タイヤをリムに装着し、該タイヤとリムとで区画された空間内へ、樹脂による連続相と、大気圧より高圧に保持された独立気泡とからなる気泡含有粒子を多数個封入してなる安全タイヤは、たとえば、出願人の先の提案に係る特許文献1に記載されている。
【0003】
この安全タイヤでは、タイヤが受傷して内圧が低下し始めると、気泡含有粒子が受傷部を封止し、急激な内圧低下が抑制される一方で、タイヤ内圧の低下に伴いタイヤの撓み量が増加し、タイヤ内容積が減少することによって、気泡含有粒子そのものが直接的に荷重を負担することとなり、その後の走行に必要な最低限のタイヤ内圧を保持することとなるとし、また、受傷前のタイヤ内圧下で存在していた気泡含有粒子の独立気泡中の気泡内圧力は、受傷後も上記のタイヤ内圧に準じた圧力を保ったまま、言い換えれば、受傷前の気泡含有粒子総体積を保持したままタイヤ内に存在することになるので、タイヤがさらに転動することによって、気泡含有粒子そのものが直接的に荷重を負担しつつ気泡含有粒子同士が摩擦を引き起して自己発熱し、これにより、タイヤ内の気泡含有粒子温度が急上昇して、該温度が気泡含有粒子の連続相を形成する樹脂の軟化温度を越えると、気泡含有粒子の独立気泡中の気泡内圧力が受傷前のタイヤ内圧に準じた圧力であるのに加え、前記気泡含有粒子温度の急上昇によりさらに気泡内圧力が上昇するため、気泡含有粒子が一気に体積膨張し、タイヤ内圧は受傷前の状態に近い圧力まで復活することになるとする。
【0004】
また、出願人の最近の提案に係る安全タイヤとしては、たとえば特願2004−329301号にあるように、タイヤをリムに装着し、タイヤとリムとで区画されたタイヤ気室内に熱膨張が可能な樹脂による連続相と独立気泡とからなる中空粒子を、5vol%以上80vol%以下の充填率で充填するとともに、大気圧下での30℃における湿度を70%以下に調整した気体を充填したものがある。
【0005】
この安全タイヤによってもまた、タイヤ受傷部の傷口を、中空粒子をもって塞ぐとともに、タイヤ気室内の中空粒子をタイヤの負荷転動に伴って発熱そして熱膨張させて体積の増加をはかり、これによって、そのタイヤ気室内圧を回復させることで、必要とされる距離の、継続した安全走行を担保することができる。
【特許文献1】特開2003−118312号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記した安全タイヤでは、樹脂による連続相と独立気泡とからなる熱膨張可能な中空粒子を内部に充填し、パンク発生時の低内圧走行において中空粒子を発熱させて、その温度が樹脂のガラス転移温度Tgを超えた際に、中空粒子を膨張させるとともに内包ガスを放出させて、タイヤ気室内圧の上昇がはかられる結果、パンク発生後も継続した安全走行が可能になる。
【0007】
ところが、この中空粒子を充填したタイヤを使用内圧下で通常走行とりわけ高速走行に供すると、中空粒子が発熱して中空粒子が膨張してしまい、かような中空粒子が多くなると、いざパンクしたときに中空粒子が所期した性能を発揮しない場合も想定され、この種安全タイヤの重要な課題となっていた。
【0008】
従って、本発明は、タイヤ気室内に中空粒子を充填した安全タイヤにおける、通常走行時に中空粒子が過熱する問題を解消する方途を確立して、該安全タイヤの常用速度の限界値を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
発明者らは、タイヤ気室内に中空粒子を充填した安全タイヤについて、通常走行時に中空粒子が発熱するメカニズムを検討した。まず、タイヤおよびリム組立体のタイヤインナーライナー面のタイヤ軸方向中心部の1点に加速度センサーを取り付けて、走行中の加速度の変化を調査した。その調査結果を、経過時間Tごとの加速度Gの変化として、図1に示す。図1に踏み込み部、接地面部および蹴り出し部とセンサー位置を記入したように、時間の経過、つまりセンサーがタイヤ周上を移動するに伴って加速度が変化することがわかる。
【0010】
すなわち、タイヤは高速で回転することにより、速度に応じた遠心力を発生している。タイヤの気室内に配置した中空粒子群も同様の遠心力を受けている。この遠心力は、粒子の重量に比例かつ速度の2乗に比例し、タイヤの半径に反比例する。さらに、タイヤに荷重を負担させることにより、図2に示すように一定の撓みを生じており、接地している領域は、路面と平行の面となるため、この接地面部は曲率を持たずに、遠心力がほぼゼロとなる。よって、荷重を負担しつつ回転するタイヤとリムとの組立体内における中空粒子は、非接地領域、特に踏み込み部および蹴り出し部では上述のように大きな遠心力を受け、その一方で接地面に入った瞬間に遠心力が抜けるといった『遠心力の繰り返し変動入力下』に置かれるのである。
この『遠心力の繰り返し変動入力』を中空粒子が受ける結果、通常走行において予期せぬ発熱が生じるのである。
【0011】
そこで、タイヤ気室内に配置した中空粒子群が遠心力の繰り返し変動入力に晒されないための方途を鋭意究明したところ、遠心力の変動を抑制すること並びに中空粒子がタイヤ内面と衝突するのを防止することが有効であるのを見出し、本発明を完成するに到った。
【0012】
すなわち、本発明の要旨は、次の通りである。
(1)タイヤをリムに装着し、該タイヤとリムとで区画されたタイヤ気室内に、樹脂による連続相と独立気泡とからなる熱膨張可能な中空粒子の多数個を気体による加圧下で封入してなる安全タイヤにおいて、前記タイヤの少なくともトレッド部に対応する内周面部分に緩衝層を有することを特徴とする安全タイヤ。
【0013】
(2)前記タイヤの全内周面に緩衝層を有することを特徴とする上記(1)に記載の安全タイヤ。
【0014】
(3)前記緩衝層が発泡材からなることを特徴とする上記(1)または(2)に記載の安全タイヤ。
【0015】
(4)前記緩衝層は1mmないし20cmの厚さを有することを特徴とする上記(1)、(2)または(3)に記載の安全タイヤ。
【発明の効果】
【0016】
本発明に係る安全タイヤでは、通常走行時に中空粒子が過熱する問題が解消されるため、中空粒子の機能を損なうことなしに、より高速度での通常走行を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
図3は、本発明で対象とする安全タイヤを例示する幅方向断面図である。
図示の安全タイヤは、タイヤ1をリム2に装着し、該タイヤ1とリム2とで区画されたタイヤ気室3内に、樹脂よりなる連続相と独立気泡とからなる熱膨張可能な中空粒子4の多数を、加圧下で充填配置してなる。
なお、タイヤ1は、規格に従う各種自動車用タイヤ、たとえば、トラックやバス用タイヤ、乗用車用タイヤ等であれば、特に構造を限定する必要はない。すなわち、この発明はタイヤとリムとの組立体になるすべての安全タイヤに適用できる技術であり、図示のタイヤは、1対のビードコア5間でトロイド状に延びるカーカス6のクラウン部に、その半径方向外側へ順にベルト7およびトレッド8を配設してなる一般的な自動車用タイヤである。
図において、符号9は、タイヤ気室3に対して気体を給排するバルブを、10はインナーライナー層をそれぞれ示し、11はサイド部を、そして12は、中空粒子4の周囲の空隙をそれぞれ示す。
【0018】
上記中空粒子4は、略球形状の樹脂による連続相で囲まれた独立気泡を有する、たとえば粒径が10μm〜500μm程度の範囲で粒径分布を持った中空体、あるいは、独立気泡による小部屋の多数を含む海綿状構造体である。すなわち、該中空粒子4は、外部と連通せずに密閉された独立気泡を内包する粒子であり、該独立気泡の数は単数であってもよいし、複数であってもよい。この明細書では、この『中空粒子群の独立気泡内部』を総称して『中空部』と表現する。
また、この粒子が独立気泡を有することは、該粒子が独立気泡を密閉状態で内包するための『樹脂製の殻』を有することを指し、さらに、樹脂による連続相とは、この『樹脂製の殻を構成する成分組成上の連続相』を指す。なお、この樹脂製の殻の組成は後述のとおりである。
【0019】
この中空粒子4の多数個である中空粒子群は、高圧気体とともにタイヤ気室3の内側に充填配置することによって、通常の使用条件下ではタイヤの『使用内圧』を部分的に担うと共に、タイヤ1の受傷時には、タイヤ気室3内の失った圧力を復活させる機能を発現する源となる。この『内圧復活機能』については後述する。
ここで、『使用内圧』とは、『自動車メーカーが各車両毎に指定した、装着位置ごとのタイヤ気室圧力値(ゲージ圧力値)』を指す。
【0020】
ところで、中空粒子はその原料である『膨張性樹脂粒子』、すなわちガス成分を液体状態の発泡剤として樹脂に封じ込めた粒子を加熱膨張することにより得られ、この膨張性樹脂粒子には膨張開始温度Ts1が存在する。
更に、この加熱膨張によって得られた中空粒子を室温から再度加熱すると、中空粒子は更なる膨張を開始し、ここに中空粒子の膨張開始温度Ts2が存在する。発明者らは、これまで多くの膨張性樹脂粒子から中空粒子を製造し検討を重ねてきた結果、Ts1を膨張特性の指標としてきたが、中空粒子の膨張特性の指標としてはTs2が適切であることを見出すに到った。
【0021】
すなわち、膨張性樹脂粒子を加熱膨張させる場合における膨張挙動を観察したところ、膨張性樹脂粒子は膨張する前の段階にあるため、中空粒子の状態に比して粒径が極端に小さく、樹脂製の殻部の厚さが極端に厚いため、マイクロカプセルとしての剛性が高い状態にある。したがって、加熱膨張の過程で樹脂製の殻部の連続相がガラス転移点を超えても、更なる加熱により殻部がある程度柔らかくなるまでは、内部ガスの拡張力が殻部の剛性にうち勝つことが出来ない。よって、Ts1は実際の殻部のガラス転移点よりも高い値を示す。
【0022】
この一方で、中空粒子を再度加熱膨張させる場合には、中空粒子の殻部の厚さが極端に薄く、中空体としての剛性が低い状態にある。したがって、加熱膨張の過程で殻部の連続相がガラス転移点を超えると同時に膨張を開始するため、Ts2はTs1より低い位置づけとなる。
【0023】
そこで、図示の安全タイヤでは、一旦膨張させて得た中空粒子の更なる膨張特性を活用する。この場合、中空粒子のTs2は、90℃以上200℃以下であることが好ましい。
すなわち、中空粒子のTs2が90℃未満では、常用走行時のタイヤ気室内の温度環境下にて膨張するおそれがあるからであり、一方200℃を超えると、パンク受傷後のランフラット走行において、中空粒子の摩擦発熱に起因する急激な温度上昇が起こっても、Ts2に達することが出来ない場合があり、よって目的とする『内圧復活機能』を十分に発現させることが出来なくなる場合がある。
【0024】
次に、中空粒子の中空部(独立気泡)を構成する気体としては、窒素、空気、炭素数が2から8の直鎖状及び分岐状の脂肪族炭化水素およびそのフルオロ化物、炭素数が2から8の脂環式炭化水素およびそのフルオロ化物、そして次の一般式(I):
−O−R・・・・ (I)
(式中のRおよびRは、それぞれ独立に炭素数が1から5の一価の炭化水素基であり、該炭化水素基の水素原子の一部をフッ素原子に置き換えても良い)にて表されるエーテル化合物、からなる群の中から選ばれた少なくとも1種が挙げられる。
【0025】
ところで、タイヤ気室3内に充填する気体は空気でも良いが、上記粒子中の気体がフルオロ化物でない場合には、安全性の面から酸素を含まない気体、たとえば窒素や不活性ガス等が好ましい。
【0026】
なお、独立気泡を有する中空粒子を得る方法は特に限定されないが、発泡剤を用いて『膨張性樹脂粒子』を作製し、これを加熱膨張させる方法が一般的である。
この発泡剤としては、高圧圧縮ガス及び液化ガスなどの蒸気圧を活用する手法、熱分解によって気体を発生する熱分解性発泡剤を活用する手法などを挙げることができる。
【0027】
後者の熱分解性発泡剤には窒素を発生させる特徴のあるものが多く、これらによる発泡によって得られる膨張性樹脂粒子の反応を適宜制御することによって得た粒子は気泡内に主に窒素を有するものとなる。この熱分解性発泡剤としては特に限定されないが、ジニトロソペンタメチレンテトラミン、アゾジカルボンアミド、パラトルエンスルフォニルヒドラジンおよびその誘導体、そしてオキシビスベンゼンスルフォニルヒドラジンを好適に挙げることができる。
【0028】
次に、前者の高圧圧縮ガス及び液化ガスなどの蒸気圧を活用して中空粒子となる『膨張性樹脂粒子』を得る手法を説明する。
中空粒子を形成する前記樹脂による連続相を重合する際、炭素数が2から8の直鎖状及び分岐状の脂肪族炭化水素およびそのフルオロ化物、炭素数が2から8の脂環式炭化水素およびそのフルオロ化物、そして次の一般式(II):
−O−R・・・・ (II)
(式中のRおよびRは、それぞれ独立に炭素数が1から5の一価の炭化水素基であり、該炭化水素基の水素原子の一部をフッ素原子に置き換えても良い)にて表されるエーテル化合物からなる群の中から選ばれた少なくとも1種を発泡剤として高圧下で液化させ、反応溶媒中に分散させつつ、乳化重合させる手法である。これにより上記に示されるガス成分を液体状態の発泡剤として前述の樹脂連続相にて封じ込めた『膨張性樹脂粒子』を得ることができ、これを加熱膨張させる事によって、所望の中空粒子を得る事が出来る。
【0029】
また、前記『膨張性樹脂粒子』の表面に、シリカ粒子等のアンチブロッキング剤、カーボンブラック微粉、帯電防止剤、界面活性剤等をコーティングした上で加熱膨張させることにより、目的の中空粒子を得ることができる。
【0030】
ここで、受傷によりタイヤ気室圧力が低下した状態において、該中空粒子によって必要最低限の内圧を付与するためには、中空粒子の中空部内に所定圧力で封入された気体が、粒子外部へ漏れ出ないこと、換言すると、中空粒子の殻の部分に相当する、樹脂による連続相が気体を透過し難い性質を有することが重要である。
すなわち、連続相を構成する樹脂は、ガス透過性の低い材質によること、具体的には、アクリロニトリル系共重合体、アクリル系共重合体、塩化ビニリデン系共重合体のいずれか少なくとも1種からなることが好ましい。これらの材料は、タイヤ変形による入力に対して中空粒子としての柔軟性を有するため、安全タイヤに適用して特に有効である。
【0031】
とりわけ、中空粒子の連続相には、アクリロニトリル系重合体、アクリル系重合体および塩化ビニリデン系重合体のいずれかを適用することが好ましい。さらに詳しくは、重合体を構成するモノマーが、アクリロニトリル、メタアクリロニトリル、メチルメタクリレート、メタクリル酸、塩化ビニリデンから選択される重合体であり、好ましくは、アクリロニトリル/メタアクリロニトリル/メチルメタクリレート3元共重合体、アクリロニトリル/メタアクリロニトリル/メタクリル酸3元共重合体から選ばれた少なくとも1種がそれぞれ有利に適合する。これらの材料は、いずれもガス透過係数が小さくて気体が透過し難いために、中空粒子の中空部内の気体が外部に漏れ難く、中空部内の圧力を適切に保持することができる。
【0032】
さらに、中空粒子の連続相は、30℃におけるガス透過係数が300×10-12 (cc・cm/cm2 ・s・cmHg)以下、好ましくは30℃におけるガス透過係数が20×10-12(cc・cm/cm2・s・cmHg)以下、さらに好ましくは30℃におけるガス透過係数が2×10-12(cc・cm/cm2・s・cmHg)以下であることが推奨される。
なぜなら、通常の空気入りタイヤにおけるインナーライナー層のガス透過係数は300×10-12(cc・cm/cm2・s・cmHg)以下のレベルにあって十分な内圧保持機能を有している実績を鑑み、粒子の連続相についても、30℃におけるガス透過係数を300×10-12(cc・cm/cm2 ・s・cmHg)以下とした。ただし、このガス透過係数のレベルでは、3〜6カ月に1度程度の内圧補充が必要であるから、そのメンテナンス性の点からも、20×10-12 (cc・cm/cm2 ・s・cmHg)以下、さらに好ましくは2×10-12(cc・cm/cm2・s・cmHg)以下とすることが推奨される。
【0033】
ところで、以上のようにして構成される中空粒子4の、タイヤ気室3内への充填下での、タイヤ気室内圧による圧潰変形を防止し、それを略球形状に維持するためには、中空粒子4の中空部内の圧力を、以下のようにして調整することが好ましい。
すなわち、中空粒子4の中空部内の圧力を、所望のタイヤ気室3内の圧力に対してたとえば70%以上とした中空粒子4を、タイヤ気室3内に所定の充填量で配置するには、タイヤの使用内圧以上の高圧気体中に中空粒子4の多数を収容した耐圧容器から、タイヤ気室3に中空粒子並びに高圧気体を充填することが好ましい。
【0034】
なぜなら、中空粒子4を、耐圧容器の内部に高圧気体とともに収容した当初は、中空粒子4の中空部内の圧力(独立気泡内の圧力)が大気圧とほぼ等しく、容器内の圧力より小さいために、粒子は体積減少する。この時点での中空粒子4の形状は略球形状ではなく、球形状から扁平化して歪んだ形状となっている。
粒子形状が扁平化して歪んだ状態のままこの中空粒子4をタイヤ内に充填すると、タイヤが受傷して形成され、中空粒子4が入り込んで閉塞できる傷口の大きさが小さいものだけに限定されることになり、また、中空粒子4がタイヤ外部に噴出することはないにしても、中空粒子4が扁平化して歪んだ形状であるためにミクロな通路が多く発生し、よってタイヤ気室内の気体が漏洩することがある。
【0035】
加えて、その後の走行により中空粒子4は、球形状の場合と比べて粒子同士の衝突やタイヤおよびリム内面との衝突により、破壊しやすくなる。すなわち、中空粒子が扁平化して歪んだ形状では、衝突による入力を均一に分散させることができず、耐久性の面で大きな不利をもたらすことになる。
【0036】
この一方で、扁平化して歪んだ中空粒子4は、その中空部内の圧力と容器内の圧力との差により体積減少した状態にあるが、一定期間にわたって耐圧容器内圧に晒すことによって、中空粒子の中空部内の圧力、言い換えれば該粒子内の独立気泡内の圧力を、耐圧容器の圧力程度にまで高めることができる。
すなわち、扁平化した中空粒子の殻の部分には元の略球形状に戻ろうとする力が働いて、扁平化した中空粒子の中空部内の圧力は、耐圧容器内圧力よりも低くなる傾向にあることから、その圧力差を解消するために、耐圧容器内の気体の分子が樹脂による連続相の殻を通過して粒子の中空部内に浸透することになる。
【0037】
また、中空粒子の中空部は独立気泡であり、その中の気体は発泡剤に起因するガスで満たされているため、耐圧容器内(粒子周囲の空隙部)の気体とは異なる場合があり、この場合は、上述したような単なる圧力差だけではなく気体の分圧差に従いながら、その分圧差を解消するまで耐圧容器内の高圧気体が粒子中空部内へ浸透していく。
このように、耐圧容器内の高圧気体は、時間と共に中空粒子の中空部内へ浸透していくため、この中空部内に浸透した分だけ、耐圧容器内の圧力は低下することとなる。よって、中空粒子の中空部内に浸透した分を補うために、耐圧容器内へ高圧気体を充填した上で所望の圧力をかけ続けることにより、中空粒子の中空部内圧を、所望の使用内圧に調整することができる。
【0038】
この場合、中空粒子の中空部内の圧力は、耐圧容器内(粒子周囲の空隙部)の圧力に、次第に近づくことになり、これにより、中空粒子は、一旦減少した粒子体積を回復して、扁平化されて歪んだ粒子形状から元の略球形状へと回復することになる。この形状回復過程で、中空粒子の中空部内圧が耐圧容器の内圧に対して70%以上にまで増加することにより、粒子形状は略球形へ十分に回復することが出来、これによって上述した中空粒子の耐久性を保証することが出来る。
【0039】
かくして、中空粒子4を、タイヤとは別の耐圧容器内に配置し、粒子周囲の空隙圧力を少なくとも所望のタイヤ気室3内の使用圧力以上まで高めた状態に保持し、この圧力をかけ続けたまま該耐圧容器内にて適切な時間保管したうえで、中空部内の圧力が増加した状態の中空粒子4をその周囲の雰囲気と共にタイヤ気室内に供給することにより、その中空粒子4は、粒子体積を回復して、粒子形状を略球形に回復しているため、中空粒子充填後のタイヤの、転動時の繰り返しの変形に伴って粒子に加わる疲労や破壊も大幅に低減させることができ、中空粒子4の耐久性が損なわれることはない。
【0040】
なお、中空粒子4の、耐圧容器内への適切な保持時間は、中空粒子の殻の部分、すなわち粒子の連続相に対する空隙気体の透過性と、粒子中空部内の気体と空隙気体との分圧差とを考慮して設定すればよい。
以上の機構と粒子の形状、体積の変化過程に則り、耐圧容器内(粒子周囲の空隙部)に充填する気体の種類と圧力とを適宜に選択、そして調節することにより、中空粒子4の中空部内の圧力を所望の範囲に設定することができる。
【0041】
かように耐圧容器内で調整された中空粒子4は、タイヤ気室3内へ供給された段階で、その中空部内の圧力(独立気泡中の気泡内圧力)が、タイヤ気室3内の使用内圧に準じた高い圧力を保ったまま、言い換えれば、粒子体積と中空部圧力を保持したままタイヤ気室3内に存在する結果、安全タイヤに所要の内圧復活機能を十分に発揮することができる。
【0042】
すなわち、上述した中空粒子群をタイヤ気室内に配置したタイヤ1とリム2との組立体である安全タイヤでは、タイヤ1が受傷すると、中空粒子4の相互間の空隙に存在するタイヤ気室3内の高圧気体がタイヤの外側に漏出し、これに伴って、高圧気体の流出に共連れされた中空粒子4の多数が受傷部を閉塞し、急激な気室圧力の低下を抑制する。
つまり、受傷部の傷口はタイヤ気室内の気体が漏れ出る流路となるが、中空粒子4は、その流路内に『圧密』状態で入り込んで多数の中空粒子4によって流路を詰まらせることができる。
【0043】
さらに、後述する内圧復活機構によりタイヤ気室3内の圧力が大気圧から増圧されると、タイヤ骨格に張力が与えられることにより、傷口の内径は絞り込まれるように減少していくので、傷口内に圧密状態で入り込んだ中空粒子群には、タイヤ気室3内の増圧により、タイヤ側から絞り込まれるような圧縮力が働く。この場合、中空粒子4は、中空部圧力が高いため、その圧縮力に対し、中空部圧力に基く反力を発生して、圧密の度合いを高めることができ、より大きな内径の傷口においても、タイヤ気室3内の気体がほとんど漏れ出さない程度まで傷口を閉塞することができる。
したがって、パンクの原因となった傷口は、中空粒子4によって、瞬時にかつ確実に塞がれることになる。
【0044】
一方で、タイヤ気室圧力の低下に伴ってタイヤの撓み量が増加して、タイヤ気室容積が減少すると、その気室内に配置した中空粒子は、タイヤ1の内面とリム2の内面との間に挟まれながら、圧縮およびせん断入力を受けることとなり、これによれば、中空粒子同士が摩擦して、自己発熱するために、タイヤ気室3内の中空粒子4の温度が急上昇し、その温度が、中空粒子4の殻部である樹脂連続相の熱膨張開始温度Ts2(該樹脂のガラス転移温度に相当する)を超えると、該粒子の殻は軟化し始める。
【0045】
このとき、中空粒子4の中空部内の圧力が、タイヤの使用内圧に準じた高い圧力にあることに加え、中空粒子温度の急上昇により中空部内圧力がさらに上昇しているために、中空粒子4が一気に体積膨張して粒子周囲の空隙気体を圧縮する事になり、タイヤ気室の圧力を、少なくともタイヤのサイド部が接地しなくなるタイヤ気室圧力まで回復させることができ、この結果として、安全タイヤ、ひいては、それを装着した車両は、必要とされる距離を安全に継続走行することが可能となる。
【0046】
以上の安全タイヤは、タイヤ気室圧力の低下に伴って中空粒子が自己発熱してタイヤ気室3内の中空粒子4の温度が急上昇し、その温度が中空粒子4の殻部である樹脂連続相の熱膨張開始温度Ts2を超えたときに、中空粒子が熱膨張する結果内圧の復活がはかられるのであるが、かような中空粒子の働きはタイヤ気室圧力が低下した場合つまりタイヤ受傷時に限る必要がある。なぜなら、通常走行時に中空粒子が熱膨張するのを回避することが、安全タイヤとしての機能を維持するのに不可欠である。そのために、本発明では、図3に示したように、タイヤ1の少なくともトレッド部8に対応する内周面部分に緩衝層13を設けることによって、通常走行中の中空粒子がその熱膨張開始温度Ts2を超えて過熱することを回避した。
【0047】
上述したように、通常走行中の中空粒子の過熱は、『遠心力の繰り返し変動入力』が主因であり、この『遠心力の変動入力』を抑制することが中空粒子の過熱を防ぐ上で極めて重要になる。さて、図4に走行中の安全タイヤの径方向断面を示すように、トレッド8の踏面部8aは円弧状ではなく路面と平行の平面となるために『遠心力の変動入力』を招いていた。ところが、タイヤ1の少なくともトレッド部8に対応する内周面部分に緩衝層13を設けると、図4に示すように、緩衝層13が形成するタイヤ内周面はトレッド8の踏面部8aにおいてもほぼ円弧状の連なりが維持されるために、『遠心力の変動』は小さくなる結果、中空粒子の過熱を防ぐことが可能になる。
【0048】
ここで、トレッド8の踏面部8aにおける緩衝層13の形状は、その他の内周部分に比較すると、厳密には同じ円弧で連続するわけではない。すなわち、当該部分を拡大して図5に示すように、踏面部8aにおける緩衝層13部分には円弧の曲率が小さくなる変化点Pおよび同曲率が大きくなる変化点Pが存在する。中空粒子4は、この変化点Pでの通過時に踏面部8a部分に衝突して衝撃を受ける結果、自己発熱する可能性がある。しかし、衝突対象が緩衝層13であるところから、中空粒子4が衝突した際の衝撃は緩衝層13によって吸収されるため、中空粒子4の発熱は抑制される。同様に、変化点Pにおいても、中空粒子4は急激にトレッド8側へ押し付けられるが、ここでも緩衝層13が撓むことで衝撃を吸収でき、中空粒子4の発熱は抑制される。
【0049】
さらに、タイヤのインナーライナー層10と中空粒子4との間に緩衝層13を介在させることは、次の利点を有する。
すなわち、従来の安全タイヤではインナーライナー層10に中空粒子4が接しているため、中空粒子4の発熱と共にインナーライナー層10面もかなりの高温になり、それがために、インナーライナー層10の劣化による気体漏れ等が懸念される。この点、インナーライナー層10と中空粒子4との間に緩衝層13が存在すれば、インナーライナー層10の熱劣化を回避でき、ひいてはタイヤの寿命を高めることができる。
【0050】
ここで、緩衝層13は、発泡材または軟質のゴムからなることが、上記した緩衝層13としての機能を満足する上で好ましい。とりわけ、高密度ミクロセルウレタンフォームや気泡を有する発泡材は、衝撃吸収能に優れている点において好適である。すなわち、遠心力変動は、短い周期で繰り返されるので、すばやく衝撃を吸収する必要がある。また、へたり(劣化)が少ないことも必要になる。なぜなら、タイヤは大変長期にわたって使用されることを考えると劣化に対して優秀な素材が望ましい。かような要求に対しては、高密度ミクロセルウレタンフォームが適している。
また、中空粒子は高温となるため、緩衝層の発泡材は高温に晒されるため、耐熱性に優れることが好ましい。さらに、安全タイヤは、極寒冷地での使用も考えられるため、耐寒性にも優れることが望ましい。かような要求に対しては、気泡を有する発泡材が適している。
【0051】
一方、経済性を優先すると、ポリウレタンおよびゴムスポンジが適している上、ポリウレタンは衝撃吸収性に優れ、ゴムスポンジは引っ張りに強く、しかも断熱性に優れることからインナーライナーを中空粒子の発熱による劣化から守れる点で有利である。
より具体的には、密度:30〜200kg/mおよび硬さ:N/mの条件を満足する発泡材を用いることが好ましい。
【0052】
また、緩衝層13の厚みは、タイヤサイズにもよるが、1mmないし20cm、好ましくは3mmないし3cmとすることが好ましい。なぜなら、緩衝層13の厚みが20cmを超えると、図5に示したPが滑らかな曲線を描かずに、折れ曲がったような変形をしやすくなるからである。こうなると、緩衝層の耐久性悪化にもつながる。一方、1mm未満では、上記した緩衝効果が極端に落ちるからである。
【0053】
なお、図3に示した例では、緩衝層13をタイヤ1のトレッド部8に対応する内周面部分に設けたが、本発明では少なくともトレッド部8に対応する内周面部分に緩衝層13を設けてあれば、必要に応じて緩衝層13の設置領域を拡大してもよい。従って、図6に示すように、緩衝層13をタイヤ1の全内周面を対象としてインナーライナー層10上に設けることも可能である。かような構成では、特に中空粒子4のタイヤ内壁との衝突による衝撃の緩和をより充実することができる。
【実施例】
【0054】
図3または図6に示した一般的構造を満たすサイズ245/45R18 S−03のタイヤに、8JJ サイズのリムを組み込み、乗用車用タイヤとリムとの組立体を準備した。次に、タイヤサイズ毎に対象となる車両を選定し4名乗車相当の荷重を搭載した上で、高圧の空気を充填しタイヤ気室の圧力を200kPaに調整した。それぞれのタイヤとリムとの組立体を前軸左側に装着した。ここで、荷重が負荷された状態を保ちながらタイヤ気室圧力を徐々に抜いていき、タイヤのサイド部が路面に接地するタイヤ気室圧力値をもとめた。
【0055】
次に、荷重が負荷されていない状態下で各タイヤの気室圧力を使用内圧である200kPaに調整し、気室内の高圧空気を排出させることで気体の排出量を求め、各タイヤの気室容積を算出した。その算出結果を、表1に示した。
ここで、タイヤとリムによる組立体の気室容積の測定は、以下に示す手順によって行っ行った。
〔タイヤ気室容積の測定方法〕
手順1:タイヤとリムの組立体に荷重がかからない状態を保持したまま、常温の空気を充填し、所定内圧(使用内圧)Pに調整する。このとき、P下における目的のタイヤ気室容積をVとする。
手順2:タイヤバルブを開放し、タイヤ気室内の空気を大気圧P1に放出させつつ積算流量計に流し、充填空気排出量Vを測定する。なお積算流量計には、
品川精機(株)製 DC DRYガスメーター DC−2C、
インテリジェントカウンターSSF を用いた。
以上の各測定値を用いて、
タイヤ気室容積値=(充填空気排出量)/(使用内圧/大気圧)---(II)
に従って、使用内圧P時のタイヤ気室容積Vを求めることができる。
なお、式(II)において使用内圧はゲージ圧値(kPa)を、大気圧値は気圧計による絶対値(kPa)を用いた。
【0056】
また、表1に示したタイヤ気室に配置した中空粒子の中空部内の圧力は、次のように測定した。
〔中空部内の圧力レベル確認方法〕
タイヤ気室内に中空粒子を配置し所望の使用内圧Pに一定期間保った、目的のタイヤを準備する。バルブにはフィルターを配置することで、バルブを開放した時、中空粒子がタイヤ気室内に留まり、高圧の気体だけが排出される状態を得られる。次に、一旦タイヤ気室の圧力を大気圧とし、再度気体を充填したうえでPの50%に相当する圧力P50に調整し、タイヤバルブを開放してタイヤ気室内の空気を大気圧P1に放出させつつ積算流量計に流し、空気排出量V50%を測定する。そして、次式
50%下における粒子周囲空隙容積値V(cm)=
〔空気排出量値V50%(cm)〕/〔内圧値P50%(kPa)/大気圧P1(kPa )〕
により、圧力P50%における粒子周囲空隙容積値Vを求める。同様に、P30%、0%、80%、90%等の各圧力水準における粒子周囲空隙容積を算出する。もし、中空部内圧力がタイヤ気室内の圧力に満たない場合は、中空粒子体積が減少するためその分粒子周囲空隙容積が増加した状態となる。よって、充分に低い圧力水準から上記測定を開始し、粒子周囲空隙容積が増加し始めた水準の圧力をもって、中空粒子の中空部内の圧力レベルとした。
【0057】
さらに、上記のタイヤとリムとの組立体のタイヤ気室に、種々の仕様の中空粒子を表1に示すように適用し、表1に示すタイヤおよびリムとの組立体を得た。ここで、タイヤ1は、当該タイヤ種およびサイズの一般的構造に従うものであるが、タイヤの内周面に種々の仕様の緩衝層を表1に示すように配置した。
【0058】
なお、表1における、中空粒子の連続相を構成する組成物の種類は表2に示すとおりである。この表2に示す膨張性樹脂粒子を加熱して膨張させることによって中空粒子とした。また、緩衝層に用いた発泡材は、表3に示す通りである。
【0059】
かくして得られた安全タイヤについて、高速ドラム走行試験を実施して発泡開始直前速度を求めた。すなわち、試験環境温度38℃に設定したドラム試験機に、内圧200kPaに調整した上記評価組立体を取り付け、4名乗車相当の荷重の負荷荷重を与えながら速度50km/hにて走行を開始し、5分ごとに速度を10km/hずつ上昇させ、タイヤ気室圧力の変化を計測した。なお、評価を行うリムの内面には、タイヤ気室圧力をモニターする圧力センサーを、インナーライナー内面のタイヤ幅方向中央部には中空粒子の温度を計測する熱電対を配置し、測定した圧力データおよび温度データの信号を、一般に使用されているテレメータを用いて電波伝送し、試験室内に設置した受信機にて受信しながらタイヤ気室圧力を計測した。この圧力は速度上昇に伴って僅かに上昇する傾向にあるが、タイヤ気室内の中空粒子が発泡を開始すると、この圧力上昇が急激に起こることから、圧力−速度の関係を示す線図における変曲点をもって発泡開始時点を特定できる。この変曲点手前の速度を発泡開始直前速度とした。
この調査結果を表1に併記する。
【0060】
【表1】


【0061】
【表2】


【0062】
【表3】


【図面の簡単な説明】
【0063】
【図1】タイヤの転動中にトレッド部内側にかかる加速度分布を示す図である。
【図2】タイヤの転動中のトレッド形状を示す図である。
【図3】本発明が対象とする安全タイヤを例示する幅方向断面図である。
【図4】安全タイヤの転動中のトレッドの形状を示す図である。
【図5】安全タイヤの転動中のトレッド踏面部の形状を示す図である。
【図6】本発明が対象とする安全タイヤの別の例を示す幅方向断面図である。
【符号の説明】
【0064】
1 タイヤ
2 リム
3 タイヤ気室
4 中空粒子
5 ビードコア
6 カーカス
7 ベルト
8 トレッド
9 給排気バルブ
10 インナーライナー層
11 サイド部
12 空隙
13 緩衝層




 

 


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