JP2005212525A - 中子及びそれを用いたタイヤとリムとの組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】 タイヤ内腔内に配されパンク時のタイヤ荷重を支持しうる中子及びそれを用いたタイヤとリムとの組立体を提供する。
【解決手段】 タイヤと該タイヤをリム組みするリムとが囲むタイヤ内腔内に配され、かつ、タイヤの内圧低下時にのみトレッド部の内面と当接して荷重を支承する中子であって、発泡性材料からなる環状の中子本体と、この中子本体に固着され前記トレッド部の内面と当接する中実材料からなる外皮部とを含むことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、タイヤ内腔内に配されパンク時のタイヤ荷重を支持しうる中子及びそれを用いたタイヤとリムとの組立体に関する。

パンク時においても、一定距離をある程度の速度で継続走行可能なランフラットタイヤが知られている。該ランフラットタイヤは、例えば路肩でのタイヤ交換作業が不要となるため作業中の事故防止を図ることができ、かつ、スペアタイヤの廃止により車内スペースの有効活用が可能となる。

ランフラットタイヤの一例として、オフロードレース等で実用化されている、ムースタイヤが知られている。このタイヤは、タイヤ内腔のほぼ全域に発泡ゴムからなる充填物が配されている。タイヤに作用する荷重は、実質的に充填物によって支えられるので、ムースタイヤは、空気入りタイヤで言うパンクが生じ得ず、耐パンク性能という観点では、非常に有利なシステムと言える。しかしながら、ムースタイヤは、タイヤ部材のみならず充填物の変形に伴うエネルギーロスが生じるため、転がり抵抗が大きくなるという不具合がある。また、タイヤ内腔の容積とほぼ同程度の体積の充填物を必要とするため質量が大きくなったり、充填物の耐久性をタイヤライフと同等まで確保する必要があるといった欠点がある。このため、ムースタイヤは、優れた耐パンク性能を有するにも係わらず、ラリー等の競技走行用以外にはほとんど使われていない。

他方、乗用車用のランフラットタイヤとしては、例えばタイヤのサイドウォール部などに断面に三ケ月状の補強材を追加し、空気が抜けた場合でもサイドウォール部の剛性によって荷重を支持するセルフサポートタイプや、タイヤ自体は通常の構成を具えるがパンク時にはタイヤ内腔に配された中子がトレッド内面を支えタイヤ荷重を受け得るようにしたサポートリングタイプなどが主に実用化されている。後者の中子は、ゴム、ウレタン又は金属などで構成されているが、いずれも中実の材料で構成されている（例えば、下記特許文献参照。）。

特表２００３−５１２９６８号公報

従来の中子を用いたサポートリングタイプのランフラットタイヤでは、中子自体が硬いため、とりわけパンク時の走行（以下、このような走行を「ランフラット走行」と呼ぶことがある。）における段差乗り越し時などでは、非常に乗り心地が悪く改良の余地がある。また中子が中実であるため、重量が大きく、かつ、該中子自体に熱が蓄積されやすいためランフラット走行距離の増大にも限界がある。

本発明は、以上のような問題点に鑑み案出なされたもので、乗り心地及び熱の散逸性に優れることによりランフラット走行距離の増大に役立つ中子及びそれを用いたタイヤとリムとの組立体を提供することを目的としている。

本発明のうち請求項１記載の発明は、タイヤと該タイヤをリム組みするリムとが囲むタイヤ内腔内に配され、かつ、タイヤの内圧低下時にのみトレッド部の内面と当接して荷重を支承する中子であって、発泡性材料からなる環状の中子本体と、この中子本体に固着され前記トレッド部の内面と当接する中実材料からなる外皮部とを含むことを特徴とする中子である。

また請求項２記載の発明は、前記発泡性材料が発泡ゴムであり、かつ、前記中実材料が中実ゴムであることを特徴とする請求項１記載の中子である。

また請求項３記載の発明は、前記中子本体は、独立気泡の発泡性材料からなり、かつ前記リムに面する内側面に、空気バルブから注入された空気をタイヤ内腔内に導く空気通路が凹設されてなることを特徴とする請求項１又は２記載の中子である。

また請求項４記載の発明は、前記空気通路は、前記内側面をタイヤ軸方向にのびる主溝部と、該主溝部のタイヤ軸方向の少なくとも一端側に連なりかつタイヤ半径方向外側にのびる立上げ溝部とを含むことを特徴とする請求項３に記載の中子である。

また請求項５記載の発明は、タイヤと、該タイヤをリム組みするリムと、前記タイヤと前記リムとが囲むタイヤ内腔内に配され、かつ、タイヤの内圧低下時にトレッド部の内面と当接して荷重を支承する環状の中子とからなるタイヤとリムとの組立体であって、前記中子は、発泡性材料からなる中子本体と、この中子本体に固着され前記トレッド部の内面と当接する中実材料からなる外皮部をとを含むことを特徴とするタイヤとリムとの組立体である。

また請求項６記載の発明は、前記中子は、リム組みすることなくタイヤの中に組み入れられかつ互いの回転軸中心を合わせた自然状態において、タイヤのビード部との間でタイヤ軸方向に１３mm以上の空隙を有するとともに、リム組みしたリム組み状態では中子のタイヤ軸方向の外側面がビード部に接触することを特徴とする請求項５記載のタイヤとリムとの組立体である。

本発明の中子は、タイヤ内腔内に配され、かつ、タイヤの内圧低下時にのみトレッド部の内面と当接する。従って、通常走行時には空気が荷重を支え、中子とトレッド部の内面との接触が防止できるから、中子のエネルギーロスによる転がり抵抗の悪化を防止できる。また、中子の必要体積もムースタイヤに比べると小さくできるため、軽量化も可能となる。

さらに本発明の中子は、発泡性材料からなる環状の中子本体と、この中子本体に固着され前記トレッド部の内面と当接する中実材料からなる外皮部とを含んでいる。発泡性材料からなる中子本体は、熱の散逸に役立ち、熱破壊による耐久性の悪化を防止しうる。また、中子は、内圧低下時にトレッド部の内面と接触するが、この部分は中実材料からなる外皮部で覆われているため、滑り摩擦に対する耐久性を高める。これらの相乗作用により、中子全体の耐久性が大幅に向上でき、ランフラット継続走行距離の増大を図り得る。

また請求項２記載の発明のように、前記発泡性材料が発泡ゴムであり、かつ、前記中実材料が中実ゴムであるときには、中子本体と外皮部とを例えば同時に加硫して一体固着することもでき、生産性を向上するのに役立つ。

また請求項３記載の発明のように、中子本体は、独立気泡の発泡性材料からなり、かつ前記リムに面する内側面に、空気バルブから注入された空気をタイヤ内腔内に導く空気通路が凹設されているときには、中子に妨げられることなくタイヤ内腔への空気注入作業を容易に行うことができる。

また請求項６記載の発明のように、中子は、リム組みすることなくタイヤの中に組み入れられかつ互いの回転軸中心を合わせた自然状態において、タイヤのビード部との間でタイヤ軸方向に１３mm以上の空隙を有するときには、リム組み性の悪化を防止できる。またリム組み状態では中子のタイヤ軸方向の外側面がビード部に接触することによって、ランフラット走行時のリム外れを効果的に防止できる。

以下、本発明の実施の一形態を図面に基づき説明する。
図１は、本実施形態の中子を用いたタイヤとリムとの組立体１の断面図（推奨内圧が充填された状態）、図２はリム組みすることなくタイヤの中に組み入れられた自由状態における中子及びタイヤの断面図、図３は組立体のランフラット走行時の一例を示す断面図、図４は中子の斜視図をそれぞれ示している。

該組立体１は、タイヤ２と、該タイヤ２をリム組みするリム３と、前記タイヤ２と前記リム３とが囲むタイヤ内腔ｉ内に配された環状の中子４とから構成されている。

前記タイヤ２は、トレッド部２ａと、このトレッド部２ａの両端からタイヤ半径方向内方にのびる一対のサイドウォール部２ｂ、２ｂと、該サイドウォール部２ｂ、２ｂの内端に設けられたビード部２ｃ、２ｃとを有するトロイド状で構成された一般的な空気入りタイヤが用いられる。即ち、サイドウォール部２ｂ、２ｂには、セルフサポートタイプのような例えば断面三日月状の補強ゴムなどは設けられていない。またタイヤ２は、この例では、有機繊維コードからなるカーカスと、金属コードからなるベルト層とによって補強されたいわゆる乗用車用のラジアルタイヤが用いられている。

前記リム３は、例えば自動車用の５゜深底リムであって、一対のリムフランジ３ａ、３ａと、この各リムフランジ３ａに連なってタイヤ軸方向内側にのびタイヤ２のビード部２ｃ、２ｃがそれぞれ着座するリムシート３ｂ、３ｂと、該リムシート３ｂ、３ｂの間に設けられかつ前記リムシート３ｂよりも外径を減じることによりタイヤ周方向に連続してのびる凹溝状をなすウエル部３ｃとを含んでいる。リム組みを行う際には、タイヤ２のビード部２ｃがこのウエル部３ｃに落とし込まれる。またウエル部３ｃのタイヤ周方向の任意の位置に、空気バルブ３ｄが設けられる。該空気バルブ３ｄは、内部に逆止弁を有しており、タイヤ内腔ｉ内に高圧空気を送給する際に使用される。

前記中子４は、発泡性材料からなる環状の中子本体４ａと、この中子本体４ａに固着され前記トレッド部２ａの内面と当接する中実材料からなる外皮部４ｂとを含んで構成されている。なお中子４は、タイヤ２の内圧低下時にのみトレッド部２ａの内面と当接するよう、その大きさが設定されている。

前記中子本体４ａは、中子４の主要部を構成している。具体的には中子本体４ａの気泡部を含んだ見かけ上の体積は、中子４の全体積の８０％以上、より好ましくは８５％以上を占めている。このような大きな体積を占める中子本体４ａを発泡性材料により形成することで、タイヤ荷重を支持しうる荷重支持能力を維持させつつ段差乗り越え時等の衝撃吸収能力を発揮させ得る。また発泡性材料は、中子４の重量を軽減するのにも役立つ。

発泡性材料は、内部に多数の気泡を有する弾性体であって、その原材料は特に限定されるものではない。例えば、天然ゴム、ブチルゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、シリコーンゴム又はアクリロニトリルゴムなどのゴム材料の他、ポリウレタン系、ポリエチレン系又はポリエステル系のエラストマーなどを用いることができる。特に好ましくはゴム材料を発泡させた発泡ゴムが望ましい。また気泡は、独立気泡又は連続気泡のいずれでも良いが、好ましくは適度な弾性が得られやすい独立気泡が望ましい。本実施形態の中子本体４ａは、独立気泡の発泡ゴムからなるものが例示されている。

また特に限定はされないが、中子本体４ａを構成する発泡ゴムは、その独立気泡の平均気泡径が１〜１００μｍかつ発泡倍率が４００〜１５００％のものが好適である。平均気泡径が１μｍ未満又は発泡倍率が４００％未満では、急激な衝撃力に対する吸収能力が不足しがちとなる。逆に中子本体４ａの平均気泡径が１００μｍより大又は発泡倍率が１５００％より大きい場合、中子本体４ａが著しく柔軟化し、剛性感が不足してランフラット走行時の操縦安定性の低下を招きやすい。

また本実施形態の中子本体４ａは、前記断面において、タイヤ半径方向外側を向く外面部５と、該外側面５の両端部からタイヤ半径方向内方へとのびる側面部６と、該側面部６の下端を継ぐ内側面７とを有する。この実施形態では、外側面５及び内側面７は、実質的にタイヤ軸方向に沿ってのびている。中子本体４ａの内側面７は、リムシート３ｂ、３ｂ間に密着するとともにこれらの間に跨ってのびている。そして、ウエル部３ｃを覆うことにより該ウエル部３ｃを実質的に閉塞している。また中子本体４ａの側面部６は、タイヤ半径方向外側に位置しかつタイヤ半径方向内側に向かってタイヤ軸方向外側に傾く第１の斜面部６ａと、この第１の斜面部６ａに連なりタイヤ半径方向内側に向かってタイヤ軸方向内側に傾く第２の斜面部６ｂとで構成されたものが示される。

前記外皮部４ｂは、この例では中子本体４ａの外側面５に一体に固着され、かつ、タイヤ周方向に連続した小厚さで形成されている。また外皮部４ｂは、中子本体４ａの側面部６や内側面７には設けられていない。このため中子４は、外皮部４ｂで覆われていない前記中子本体４ａの側面部６や内側面７等から蓄積された熱をタイヤ内腔ｉに効率良く放出することができる。外皮部４ｂは、中実材料であれば、特に限定はされないが、好ましくは生産性を高めるべく中子本体４ａと一体加硫が容易な中実ゴム材からなることが望ましい。またゴム材料としては、中子本体４ａで例示した各種のゴム材料の１種又は２種以上を使用することができる。

また外皮部４ｂの厚さｔは、例えば２．０〜５．５mm、より好ましくは３．０〜４．５mmが望ましい。外皮部４ｂの厚さｔが小さすぎる場合、ランフラット走行時、トレッド部２ａの内面との繰り返し接触に伴い、早期の摩耗や剥離損傷などが生じやすくなる。逆に外皮部４ｂの厚さｔが大きすぎる場合、中子４の重量を大としたり、あるいは熱破壊などを招きやすくなるなど放熱性が低下しやすい。厚さｔは本例では一定をなすが、適宜変化させることもできる。

また中子４は、図２に示すように、リム組みすることなくタイヤ２の中に組み入れられかつ互いの回転軸中心を合わせた自然状態において、タイヤ２のビード部２ｃとの間にタイヤ軸方向で１３mm以上の空隙９を持つようにその形状が定められてることが望ましい。

図１に示すように、規格化されたリムフランジ３ａのタイヤ軸方向の幅Ｒは、乗用車用の場合では概ね１３．０〜１３．５mm程度である。タイヤ２と中子４とをリム３に組み入れる際には、先ずタイヤ２の一方のビード部２ｃをリムフランジ３ａを超えてリム３の中に挿入する必要がある。リム組み作業を損ねないためには、タイヤ２と中子４との間に、少なくともリムフランジ３ａが介在しうるよう、その幅Ｒと同等ないしそれ以上の空隙９が形成されていることが必要である。このため本実施形態では、前記自然状態において、中子４とタイヤ２のビード部２ｃとの間にタイヤ軸方向で１３mm以上の空隙９を持つようにその形状が定められる。空隙９の前記幅は、総計で１３mm以上を満たせば良く、図２では、左右の空隙の幅Ｌａ＋Ｌｂが１３mm以上であれば良い。実質的には、中子４を弾性変形させることにより、それ以上の空隙９を確保することが可能である。なお空隙９の幅は、該幅が最も狭い部分で測定されるものとする。また前記自由状態は、図２に示されるように、ビード部の外面巾ＢＷを、規格で定められた正規リムのリム巾に０．５インチを加えた巾とした状態とする。この巾は、金型内のタイヤ型状を擬似的に表現するのに役立ち、これによりタイヤの断面形状を一義的に定めることができる。

一方、タイヤ２と中子４とをリム組みしたリム組み状態では、中子４のタイヤ軸方向の外側面６、６がビード部２ｃの内側面２ｃｉに接触する。この例では、前記第２の斜面部６ｂがビード部２ｃの内面２ｃｉに接触し、第１の斜面部６ａはタイヤ内腔ｉとは接触しないものが例示される。

以上のように構成された組立体１は、図１に示すように、通常の推奨内圧が充填されている場合には、タイヤ２のトレッド部２ａの内面と中子４とが接触しない。この内圧が充填された状態において、中子４の高さｈは、例えばビードベースラインＢＬからタイヤ内腔ｉの最も外方の点Ｏまでの内腔高さＨｉの４０〜８０％、より好ましくは５０〜７０％であるのが望ましい。また、通常の荷重が作用した場合においても、中子４はトレッド部２ａの内面との接触が防止されるが、段差や突起等の乗り越し時には、中子４とトレッド部２ａの内面とが接触する場合がある。

図３に示すように、タイヤ内腔ｉの内圧が低下した場合、タイヤ２の縦たわみ量が増大し、トレッド部２ａの内面が中子４の外皮部４ｂと接触する。中子４は、タイヤ２の荷重を受けることによりタイヤ２の縦たわみ量を一定の範囲に制限しうる。これにより、組立体１は、例えば６０〜８０ｋｍ／ｈ程度の速度で継続してランフラット走行が可能となる。

ランフラット走行時、中子４は、タイヤ半径方向の圧縮力を受ける。中子本体４ａは、前記圧縮力により弾性変形して偏平化する。偏平化した中子４は、中子本体４ａの第２の斜面部６ｂが、タイヤのビード部２ｃをリムフランジ３ａへとより一層強く押し付ける。この作用により、ビード部２ｃは中子本体４ａとリム３とで強固に狭着されるため、リム外れが防止され、安定したランフラット走行を可能とする。

上記作用をより確実に発揮させるために、図２に示すように、中子本体４ａの断面形状は、前記第２の斜面部６ｂが、タイヤ２のビード部２ｃの内面２ｃｉの断面輪郭形状に沿った滑らかな凹円弧状をなすことが望ましい。これにより、ランフラット走行時、第２の斜面部６ｂがビード部２ｃの内面２ｃｉに均一に密着し、ひいてはビード部２ｃ全域を均一にかつ強固にリムフランジ３ａへ押しつけしうる。

なお本実施形態の中子本体４ａは、前述の如く独立気泡の発泡性材料からなり、かつ、その内側面７がリムシート３ｂに対して締まりばめにて密着することによりウエル部３ｃを実質的に閉塞する。このため、リム組み直後、空気バルブ３ｄから高圧空気をタイヤ内腔ｉに注入しようとしても、中子４が妨げとなって、ウエル部３ｄに空気が閉じこめられやすい。このため、空気の円滑な注入作業が中子４により妨げられるという問題がある。

この実施形態の中子４では、前記リム３に面する内側面７に、空気バルブ３ｄから注入された空気をタイヤ内腔ｉ内に導く空気通路９が凹設されている。本実施形態の空気通路９は、図１、図４に示すように、中子本体４ａの内側面７をタイヤ軸方向にのびる主溝部９ａと、該主溝部９ａのタイヤ軸方向の少なくとも一端側、本例では両端に連なりかつタイヤ半径方向外側にそれぞれのびる一対の立上げ溝部９ｂ、９ｂとを含むものが例示される。主溝部９ａは、空気バルブ３ｄに面して位置する。立ち上げ溝部９ｂ、９ｂは、中子本体４ａの側面部６をのびており、この例では、第２の斜面部６ｂに設けられ第１の斜面部６ａで開口している。

このような中子４は、空気バルブ３ｄから注入された高圧空気を、ウエル部３ｃから空気通路９を介してタイヤ内腔ｉの空間部分に充填することができる。従って、中子４が空気の注入作業を妨げることがない。特に限定はされないが、空気通路９の溝深さは大きすぎると、その部分で局部的な剛性低下をが生じやすく、小さすぎても空気注入時の抵抗が増す。かかる観点より、前記溝深さは５〜２０mm、より好ましくは１０〜１５mmとするのが良く、同様の観点より、溝幅Ｗは１０〜３０mm、より好ましくは１２〜２０mmとするのが特に望ましい。

図５には、本発明の他の実施形態を示す。
この例では、中子本体４ａの内側面７に中実材料（この例では中実ゴム）からなる内皮部１０が設けられたものが例示される。この実施形態では、中子４のリム３のリムシート３ｂとの接触面を中実材料で覆うことによって、中子４の耐久性を高めるのに役立つ。

表１の仕様に基づき中子を試作するとともに、これらを用いてタイヤ（サイズ：１９５／６５ Ｒ１５ ９１Ｓ）とリム（サイズ：１５×６Ｊ）との組立体を構成し、ランフラット走行時の段差乗り越し時の乗り心地と、ランフラット性能とについて評価を行った。また図６には、各中子単体のタイヤ半径方向の荷重に対するたわみ量の関係を示す。テストは、次の要領で行った。

＜段差乗り越し時の乗り心地性＞
タイヤ組立体を、内圧（２３０ｋＰａ）にて国産乗用車（２０００ｃｃ）の前輪に装着し、速度１０ｋｍ／ｈで高さ８０ｍｍの段差を有する路肩に乗り上げるテストを５回づつ行い、そのときの乗り心地性をドライバーの官能により１０点法で評価した。評価は平均値であり、数値が大きいほど衝撃が少なく乗り心地に優れることを示す。

＜ランフラット性能＞
ランフラット性能は、組立体を、内圧（２３０ｋＰａ）にて国産乗用車（２０００ｃｃ）の前輪に装着するとともに、右前輪だけ空気バルブを取り除いて内圧を０ｋＰａとし、速度８０ｋｍ／ｈで楕円形の周回テストコースを左旋回走行した。そして、組立体が破壊するまでの走行距離を計測した。結果は、従来例を１００とする指数で表示した。数値が大きいほど良好である。テストの結果などを表１に示す。

テストの結果、実施例の組立体は、従来例に比べて軽量化を図っており、かつ、段差乗り越し時の乗り心地やランフラット継続走行距離を向上しうる。

本実施形態の中子を用いたタイヤとリムとの組立体の断面図（推奨内圧が充填された状態）である。 リム組みすることなくタイヤの中に組み入れられた自由状態における中子及びタイヤの断面図である。 組立体のランフラット走行時の一例を示す断面図である。 中子の斜視図をそれぞれ示している。 本発明の他の実施形態を示す組立体の断面図である。 中子単体の荷重とたわみとの関係を示すグラフである。

符号の説明

１ タイヤとリムとの組立体
２ タイヤ
３ リム
４ 中子
４ａ 中子本体
４ｂ 外皮部
５ 中子の外面部
６ 中子の外面部
７ 中子の側面部
９ 空気通路
９ａ 主溝部
９ｂ 立ち上げ溝部

Claims (6)

1. タイヤと該タイヤをリム組みするリムとが囲むタイヤ内腔内に配され、かつ、タイヤの内圧低下時にのみトレッド部の内面と当接して荷重を支承する中子であって、
   発泡性材料からなる環状の中子本体と、この中子本体に固着され前記トレッド部の内面と当接する中実材料からなる外皮部とを含むことを特徴とする中子。
2. 前記発泡性材料が発泡ゴムであり、かつ、前記中実材料が中実ゴムであることを特徴とする請求項１記載の中子。
3. 前記中子本体は、独立気泡の発泡性材料からなり、かつ前記リムに面する内側面に、空気バルブから注入された空気をタイヤ内腔内に導く空気通路が凹設されてなることを特徴とする請求項１又は２記載の中子。
4. 前記空気通路は、前記内側面をタイヤ軸方向にのびる主溝部と、該主溝部のタイヤ軸方向の少なくとも一端側に連なりかつタイヤ半径方向外側にのびる立上げ溝部とを含むことを特徴とする請求項３に記載の中子。
5. タイヤと、該タイヤをリム組みするリムと、前記タイヤと前記リムとが囲むタイヤ内腔内に配され、かつ、タイヤの内圧低下時にトレッド部の内面と当接して荷重を支承する環状の中子とからなるタイヤとリムとの組立体であって、
   前記中子は、発泡性材料からなる環状の中子本体と、この中子本体に固着され、前記トレッド部の内面と当接する中実材料からなる外皮部とを含むことを特徴とするタイヤとリムとの組立体。
6. 前記中子は、リム組みすることなくタイヤの中に組み入れられかつ互いの回転軸中心を合わせた自然状態において、タイヤのビード部との間でタイヤ軸方向に１３mm以上の空隙を有するとともに、リム組みしたリム組み状態では中子のタイヤ軸方向の外側面がビード部に接触することを特徴とする請求項５記載のタイヤとリムとの組立体。

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