JP2006062547A

JP2006062547A - タイヤホイール組立体

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Publication number: JP2006062547A
Application number: JP2004248304A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hodaka; 武穂高; Makio Mori; 麻樹夫森
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2006-03-09
Also published as: CN101010208A; EP1787829A4; EP1787829A1; US20070267117A1; WO2006022167A1

Abstract

【課題】ランフラットタイヤホイール組立体の環状金属シェルとゴム状弾性体とを直接接着させる。
【解決手段】タイヤ／リムの内空洞部に、環状金属シェル及びゴム状弾性体によって形成されたランフラット用支持体を有する、ランフラットタイヤホイール組立体において、前記ゴム状弾性体を、少なくともその環状金属シェルとの接着部近傍とそれ以外の部位とで異なる、少なくとも２種のゴムで構成し、接着部近傍を直接接着性ゴム弾性体で形成するタイヤホイール組立体。
【選択図】図１

Description

本発明は、損傷又は空気抜け状態において、制限された運転ができる空気入りタイヤ（以下、ランフラットタイヤという）に用いるタイヤホイール組立体に関し、更に詳しくはタイヤ／リムの内空洞部に設けられる環状金属シェル及びゴム状弾性体からなるランフラット用支持体の環状金属シェルとゴム状弾性体との接触部分の接着性を、接着剤を用いることなく、改良したタイヤホイール組立体に関する。

空気入りタイヤが自動車などの走行中にパンクやバーストなどによって内圧が急激に低下した場合でも、一定距離を走行できる緊急走行可能性を有するランフラットタイヤに対するニーズがあり、かかるニーズに応えて多くの提案がなされている。かかる提案として、例えば特許文献１及び２などには、空気入りタイヤの内空洞部のリムの上にランフラット用支持体（中子体）を装着し、それによってパンク等をした空気入りタイヤを支持することによりランフラット走行を可能にする技術が提案されている。

前記ランフラット用支持体は、外周側を支持面にした環状部材を有し、その両脚部に弾性リングを取り付け、弾性リングを介して支持体がリム上に支持されるような構造をしている。このランフラット用支持体を用いる技術は、従来の一般的な空気入りタイヤのホイール／リムに特別の改造を加えることなく、ホイール／リムをそのまま使用できるため、従来の空気入りタイヤの製造、加工、取付設備をそのまま利用できるとういう利点を有している。

これに対し、古典的な方法としてサイドウォールを補強してランフラット走行を可能にする技術もあるが、これはタイヤ断面高さの高いタイヤサイズにおいては十分な性能を発揮できないという問題があり、また前述のようなタイヤの内空洞部にランフラット用支持体を設ける技術として、中子をソリッドとしたものもあるが、これは中子に柔軟性がなくなり、タイヤに組みつけにくいという問題があり、更に特殊なリム構造や特別のタイヤ構造を用いる提案もあるが、これはタイヤにもホイールにも汎用性がないので、ユーザーに過分な負担をしいるという問題を有する。

しかしながら、前記したランフラット用支持体を用いる技術は、汎用性、組みつけ性において優れるが、弾性リングと環状部材との接触面の接着力がランフラット用支持体の耐久性に大きな影響を及ぼし、その耐久性を大きく左右するという問題がある。従って、ランフラット用支持体を装着したタイヤホイール組立体におけるランフラット用支持体の耐久性を向上させ、かつランフラット走行距離を延長するには、支持体の金属シェル裏面とゴム弾性体との接着性及び耐久性を改良する必要がある。

かかる観点から金属シェルとゴム状弾性体との接着力を高めるいくつかの提案がなされている。例えば、特許文献３には接着剤による接着が、特許文献４には電解重合処理による接着が、特許文献５には電解重合及びパーオキサイド配合による接着が、そして特許文献６には高硫黄含量及びレゾール型アルキルフェノール樹脂配合による直接接着が提案されている。特許文献６の技術では環状金属シェル（スチール）とゴムとの接着を良好にするために、従来は間接接着剤を用いたり特殊な表面処理を施したりしていたのを、ゴムコンパウンド側を高硫黄配合及び樹脂配合系にすることによりゴム状弾性体と金属（スチール）を直接接着させることを可能とした。またそれ以後も金属とゴム状弾性体を直接接着させる方法として、アセチルアセトナートを配合したり、シリカを配合したり、ナフテン酸鉄を配合したりすることを開発した。しかしながら、これらのゴム／金属直接接着性のコンパウンドは、特殊配合剤を含むために、コストアップにつながったり、更に加硫成型時にモールド表面へゴムが密着・付着したりするなどの問題があり、実用化への障害となっている。

特開平１０−２９７２２６号公報特表２００１−５１９２７９号公報特開２００４−０７４８５７号公報特開２００４−０７４８５５号公報特開２００４−０７４８５４号公報特開２００４−１０６６９２号公報

従って、本発明の目的はランフラットタイヤホイール組立体のランフラット用支持体を構成する環状金属シェルとゴム状弾性体との直接接着性を改良してランフラット用支持体の耐久性及びランフラット走行性を改良することにある。

本発明に従えば、タイヤ／リムの内空洞部に、環状金属シェル及びゴム状弾性体によって形成されたランフラット用支持体を有する、ランフラットタイヤホイール組立体において、前記ゴム状弾性体を、少なくともその環状金属シェルとの接着部近傍とそれ以外の部位とで異なる、少なくとも２種のゴムで構成したタイヤホイール組立体が提供される。

本発明では、ランフラット支持体のゴム状弾性体を構成するゴムを２層以上の構造とし、ゴム状弾性体の環状金属シェルと接する部位（接着部）及びその近傍にはゴムと接着する高硫黄及びレゾール型アルキルフェノール樹脂配合のゴム組成物を配置し、それ以外には耐熱劣化性に優れたゴムを配置して、製造工程の簡便化とゴム状弾性体、ひいてはランフラット用支持体の耐久性とを両立させることができる。これにより接着特性の高い直接接着性のゴムの使用体積が減少するのでランフラット用支持体全体のコストダウンを図ることができるようになり更に加硫時のモールドへのゴムの密着、付着の問題も抑制することができる。

本発明によれば、高剛性の金属シェルとゴム状弾性体によって形成されるランフラット用支持体の金属シェルとゴム状弾性体との間に有機溶剤系などの接着剤を塗布することなく、金属シェルとゴム状弾性体とを直接接着性が改良されたタイヤホイール組立体を得ることができ、更に好ましくは、所定の接着面積を確保することによって、リム組立て時やランフラット走行時の負荷に十分耐える接着力をランフラット用支持体に付与することができる。

以下、本発明を添付図面に示す好ましい実施形態により具体的に説明する。図１、図２及び図３は本発明のタイヤホイール組立体（車輪）の代表的な実施態様の要部を示す子午線断面図である。

例えば、図１、図２及び図３に示すように、本発明に係るランフラット用支持体１は空気入りタイヤ２の空洞部３に挿入される環状金属シェル４，５又６と、ゴム状弾性体７とから形成される。このランフラット用支持体１は、外径が空気入りタイヤ２の空洞部３の内面と一定距離を保つように空洞部３の内径よりも小さな形状をし、かつその内径は空気入りタイヤのピード部の内径と略同一の寸法に形成されている。このランフラット用支持体１は、空気入りタイヤ２の内側に挿入された状態で空気入りタイヤ２と共にホイールのリム８に組み込まれ、タイヤホイール組立体が構成される。このタイヤホイール組立体が自動車などに装着されて走行中に空気入りタイヤがパンクなどすると、そのパンクして潰れたタイヤ２がランフラット用支持体１の外周面に支持された状態になって、ランフラット走行が可能になる。

以上の通り、本発明のタイヤホイール組立体のランフラット用支持体１は、環状金属シェル４，５又は６とゴム状弾性体７とから構成されており、環状金属シェル４，５又は６は、外側にパンクなどをしたタイヤを支えるため連続した支持面を形成し、内側は左右の側壁を脚部とした形状をしている。外側の支持面は、種々の形状をとることができ、例えば図１に示すような平坦なもの、図２に示すようにその周方向に直交する横断面の形状が外側に凸曲面になるような形状のもの（その凸曲面のタイヤ軸方向に並ぶ数は図２に示すように２つに限らず、又は３以上のもの、更には単一のものでもよい）、更に図３に示すように２以上の凸曲面から構成され、その凹部に断面が円状の弾性リング９を配してランフラット走行時の衝撃緩和能力を付与させたり、そして／又は環状金属シェルをゴム状弾性体で分離させて金属シェルの側壁が直接リム８と当接し、安定した係合状態を維持できるようにした形状などとすることができる。このように支持面を形成するような場合にも金属とゴム状弾性体との接着を本発明に従って高めればタイヤのランフラット走行持続距離を伸ばすことができる。

ゴム状弾性体７は、環状金属シェル４，５又は６の両脚部の端部（図１又は図２参照）又は両脚部中（図３参照）にそれぞれ取り付けられ、そのまま左右のリム８上に当接させることにより環状金属シェル４，５又は６を支持する。このゴム状弾性体７はゴムから構成され、パンクなどをしたタイヤから環状金属シェル４，５又は６が受ける衝撃や振動を緩和すると共に、リム８に対する滑り止めの作用をし、環状金属シェルをリム８上に安定支持する。

本発明に従った、タイヤホイール組立体のランフラット用支持体は、ゴム状弾性体７と環状金属シェル４，５又は６との接着性を良好にならしめると共に作業性を簡便にしかつコストの低減を図れるようにするために、例えば図４に示すように、ゴム状弾性体７のその環状金属シェル４，５又は６との接着面近傍１０を、好ましくはジエン系ゴム１００重量部、硫黄２〜１０重量部及びレゾール型アルキルフェノール樹脂１〜６重量部を含む直接接着性ゴム組成物で形成する。ここでジエン系ゴムとしては天然ゴム、ポリイソプレンゴム、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム、ポリブタジエンゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴムなどの汎用ゴムを単独又はブレンドして使用することができる。

本発明において使用する前記直接接着性ゴム組成物の必須成分である硫黄は従来よりタイヤその他用ゴム組成物に加硫剤として配合されている任意の硫黄を、ゴム１００重量部当り好ましくは２〜１０重量部、更に好ましくは３〜６重量部配合する。この配合量が少な過ぎると所望するゴム−金属間の接着力を得ることができないので好ましくなく、逆に多過ぎると、ゴムとしての老化物性が低下するので好ましくない。

本発明においては、環状金属シェルとゴム状弾性体を直接接着できるようにするために、更に、レゾール型フェノール樹脂を、ジエン系ゴム１００重量部当り、好ましくは１〜６重量部、更に好ましくは２〜５重量部配合する。この配合量が少な過ぎると所望の接着力が十分に得られないので好ましくなく、逆に多過ぎると、ゴムの加工時にスコーチが発生しやすくなるので好ましくない。

本発明において使用することができるレゾール型アルキルフェノール樹脂は公知の材料であり、具体的には日立化成工業（株）からヒタノール２５０１Ｙなどとして市販されている。

本発明の好ましい態様においては、前記直接接着性ゴム組成物として、接着界面の反応を更に促進する観点から、ジエン系ゴム１００重量部当り、有機酸コバルトをコバルト元素換算で好ましくは０．１〜１重量部、更に好ましくは０．２〜０．４重量部配合する。有機酸コバルトの配合量が少な過ぎると、所望の接着力の増大効果が十分得られず、逆に多過ぎるとコバルトがゴムの老化を促進するので好ましくない。そのような有機酸コバルトとしては、具体的にはナフテン酸コバルト、ホウ酸ネオデカン酸コバルト、ステアリン酸コバルト、ロジン酸コバルト、アセチルアセトナートコバルトなどがあげられ、中でもアセチルアセトナートコバルトの使用が好ましい。

本発明の好ましい態様によれば、また、耐熱老化性改善の観点から、前記直接接着性ゴム組成物は、ジエン系ゴム１００重量部に対し、補強性充填剤として、カーボンブラック／シリカを１０／１〜１／２の重量比で、合計４０〜９０重量部を配合し、更にシリカ配合の場合にはシリカとゴムとの十分な結合を確保するためにシリカ重量に対して１〜２０重量％、好ましくは５〜１５重量％のシランカップリング剤を配合するのが好ましい。カーボンブラックやシリカについては従来通りのものを使用でき、またシランカップリング剤も従来通りで、具体的にはビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィドなどをあげることができる。

本発明に従ったゴム状弾性体は、図４に模式的に示すように、ゴム状弾性体を２種以上（２層以上）のゴムから形成する構造を有する。なお、全体を前述の直接接着性ゴム組成物で構成してもよいが、これはコスト高となり実用的でない。そのため、図４にその一例を示すように、本発明では、サポートリングにおけるゴムを２層以上の構造とし、金属シェルと接する部位には、前述のゴムと接着する高硫黄／樹脂配合の直接接着性ゴムを配置し、それ以外には耐熱劣化性に優れた汎用ゴムを配置し、製造工程の簡便化と耐久性を両立させた。これにより接着特性の高いゴム体積が減少することからサポートリング全体のコストダウンが可能となり、更に加硫時のモールドへのゴムの密着も抑制できる。

図４に示すように直接接着性のゴム組成物はゴム状弾性体と環状金属シェルとの接着部位に設け、他は汎用ゴムで構成すればよい。接着部近傍の領域１０の体積には限定はなく、環状金属シェルとゴム状弾性体が所望通りの接着強度を示すものであれば十分である、好ましくは、シェル末端の上部と下部にそれぞれ直接接着性コンパウンドを配置し、シェル末端の上部は変形半円状の断面形状とし最も厚い部分の厚さが０．５mm〜１．５mmの範囲でゴムを配置し、シェル末端の下部は最も厚い部分の厚さが少なくとも０．５mm以上のゴムを配置（断面形は様々な形状にできる）する。
なお、汎用コンパウンドは従来通り耐熱劣化特性に優れたゴムを配置（高フィラー配合、低硫黄配合）すればよい。

本発明に従った直接接着性ゴムと汎用ゴムとからゴム状弾性体を作製する方法には特に限定はなく、例えば二色の押出機により直接接着性ゴムを汎用ゴムを同時に押し出すことによって作製することができる。このようなゴム状弾性体と環状金属シェルとの接着は例えばゴム状弾性体を金属シェルと成形し、その後モールド内で熱処理することでゴムの加硫と同時にゴム・金属間の直接接着が進行することによって実施することができる。

図５に示すように、本発明のランフラット用支持体１を構成する環状金属シェル５とゴム状弾性体７とは強固な接着力を有するのが好ましくそのためには所定の接着面積を確保するのが良い。リム作業時やランフラット走行時の負荷はリム径Ｒ（インチ）に影響され、接着面積をＳ（cm²）としたときに、その比Ｓ／Ｒが４．５cm²／インチ以上、好ましくは８〜２０cm²／インチであるのが好ましい。ここで接着面積とは環状金属シェル４，５又は６の片側端部における金属とゴム状弾性体との接着面積、即ちその周方向に直交する横断面における環状金属シェル４，５又は６の端部のゴム状弾性体７と接している金属シェルの表／裏面及び端部を周方向に一周させた全接着面積をいう。

さらに、環状金属シェル５とゴム状弾性体７との接着面は軸方向と、径方向とによって構成されることが良く、両者が略同等であると一層好ましい。かかることによってランフラット走行時に発生する軸方向、径方向の力の双方に耐える構造が形成される。

図１，２及び３において、ランフラット用支持体１、空気入りタイヤ２、リム８はホイールの回転軸（図示せず）を中心として共軸に環状に形成されている。なお、金属シェルの寸法には特に限定はないが、好ましくは厚さ０．５〜３．０mmであり、幅は左右タイヤヒードトウの間隔と略等しくする。

本発明のタイヤホイール組立体は、パンクなどをしたタイヤを介して自動車などの重量を支えるようにするため、環状体４，５又は６は金属材料から構成する。そのような金属としては、鉄、ステンレススチール、アルミニウム合金などを例示することができる。

前記ゴム状弾性体の環状金属シェルとの接着面近傍以外を構成するゴムとしては環状金属シェルを安定支持することができれば、任意の汎用ゴムから構成してもよく、例えば、ゴムとしては、天然ゴム、ポリイソプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム共重合体、ポリブタジエンゴム、ブチルゴムなどをあげることができる。

本発明に係るランフラット支持体を構成するゴム状弾性体のゴム組成物には、前記した必須成分に加えて、カーボンブラックやシリカなどのその他の補強剤（フィラー）、加硫又は架橋剤、加硫又は架橋促進剤、各種オイル、老化防止剤、可塑剤などのタイヤ用、その他一般ゴム用に一般的に配合されている各種添加剤を配合することができ、かかる添加剤は一般的な方法で混練、加硫して組成物とし、加硫又は架橋するのに使用することができる。これらの添加剤の配合量は本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量とすることができる。

以下、実施例によって本発明を更に説明するが、本発明の範囲をこれらの実施例に限定するものでないことはいうまでもない。

実施例１〜２及び比較例１〜３
ゴム状弾性体サンプルの調製
表Ｉに示す配合において、加硫促進剤と硫黄を除く成分を２リットルの密閉型ミキサーで５分間混練し、１５０℃に達するまで混合し、これに表Ｉに示す量の加硫促進剤と硫黄を加えて、８０℃×３分間混合し、ゴム状弾性体（寸法：５．５mm厚×２．５cm幅×８cm長）を作製した。

表Ｉ脚注
＊１：天然ゴム
＊２：東海カーボン（株）製ＨＡＦ級カーボンブラック（シーストＮ）
＊３：正同化学工業（株）製酸化亜鉛
＊４：ＦＬＥＸＳＹＳ製老化防止剤
＊５：日本シリカ工業（株）製シリカ（ニップシールＡＱ）
＊６：デグッサ製シランカップリング剤
＊７：キシダ化学（株）製アセチルアセトンコバルト（III）
＊８：日立化成工業（株）製アルキルフェノール樹脂（ヒタノール２５０１Ｙ）
＊９：日立化成工業（株）製不溶性イオウ
＊１０：大内新興化学（株）製加硫促進剤（ノクセラーＤＺ−Ｇ）

次に得られたゴム組成物Ａ，Ｂ及びＣからのゴム状弾性体を用いて表IIに示す組合せでゴム状弾性体を金属シェルに代る金属基板（鉄製）に接着させ（１５０℃で６０分間）、得られたランフラットタイヤホイール組立体の耐久性を以下に示す試験法で測定した。結果は表IIに示す。
なお、表IIに示したゴム組成物Ａ，Ｂ及びＣの使用量は使用ゴム組成物量の全量であり、また比較例１の接着剤の使用量は接着部分に対し、プライマー、バインダーをそれぞれ一度ずつ数十μｍの厚さに塗布し、更に実施例１及び２のシェル近傍のゴム組成物の使用量は使用ゴム組成物全量の５〜２０％であった。

耐久性試験法
２５００ｃｃ乗用車に試験用タイヤを装着し、前右側のタイヤ内空気圧を０kPaとし、他の３ヶ所のタイヤ内空気圧は２００kPaとして、９０km／hrで故障するまで走行させた。結果は比較例１の値を１００として指数表示した。数値が大きいほど耐久性が良いことを示す。

以上説明した通り、単独でゴムとの接着性に乏しい鉄やステンレスなどの金属とゴム状弾性体との接着は非常に困難であり、仮に接着させることができても強度的に不足したり、経時的耐久性に乏しかったりすることが多かったが、本発明によれば、ジエン系ゴム、硫黄及びレゾール型アルキルフェノール樹脂を用いることにより、金属シェルとゴム状弾性体との間に、有機溶剤系接着剤を塗布することなく、金属とゴムとを直接接着させることができ、ランフラット用支持体としての耐久性が大幅に向上する。

本発明のタイヤホイール組立体の一実施態様の要部を示す子午線断面図である。本発明のタイヤホイール組立体の他の実施態様の要部を示す子午線断面図である。本発明のタイヤホイール組立体の更に他の実施態様の要部を示す子午線断面図である。本発明のタイヤホイール組立体の環状金属シェルとゴム状弾性体の接着部近傍の状態を示す概念図である。本発明のタイヤホイール組立体の環状金属シェルとゴム状弾性体との接着面の一例を示す図である。

符号の説明

１ランフラット用支持体
２空気入りタイヤ
３空洞部
４環状金属シェル
５環状金属シェル
６環状金属シェル
７ゴム状弾性体
８リム
９弾性リング
１０金属との直接接着性ゴム組成物
１１汎用ゴム

Claims

タイヤ／リムの内空洞部に、環状金属シェル及びゴム状弾性体によって形成されたランフラット用支持体を有する、ランフラットタイヤホイール組立体において、前記ゴム状弾性体を、少なくともその環状金属シェルとの接着部近傍とそれ以外の部位とで異なる、少なくとも２種のゴムで構成し、接着部近傍を直接接着性ゴム弾性体で形成するタイヤホイール組立体。
前記直接接着性ゴム弾性体がジエン系ゴム１００重量部、硫黄２〜１０重量部及びレゾール型アルキルフェノール樹脂１〜６重量部を含むゴム組成物から構成される請求項１に記載のタイヤホイール組立体。
前記直接接着性ゴム弾性体が有機酸コバルトをコバルト元素換算で、ジエン系ゴム１００重量部に対し、０．１〜１重量部更に含むゴム組成物から構成される請求項２に記載のタイヤホイール組立体。
前記有機酸コバルトがアセチルアセトナートコバルトである請求項３に記載のタイヤホイール組立体。
前記直接接着性ゴム弾性体が、補強性充填剤として、カーボンブラック／シリカを１０／１〜１／２の重量比で、ジエン系ゴム１００重量部に対し、合計４０〜９０重量部含み、更にシリカ重量に対して１〜２０重量％のシランカップリング剤を含む請求項２〜４のいずれか１項に記載のタイヤホイール組立体。
前記ランフラット用支持体のゴム状弾性体を、環状金属シェルとリムとの間に、配置し、環状金属シェルを支持する構造とした請求項１〜５のいずれか１項に記載のタイヤホイール組立体。
前記環状金属シェルが鉄鋼又はステンレス製である請求項１〜６のいずれか１項に記載のタイヤホイール組立体。
タイヤの呼び径をＲ（インチ）、ゴム状弾性体／金属シェルの接着面の面積をＳ（cm²）としたときに、その比Ｓ／Ｒが４．５cm²／インチ以上である請求項１〜７のいずれか１項に記載のタイヤホイール組立体。
接着面が略軸方向面と略径方向面とによって構成されている請求項１〜８のいずれか１項に記載のタイヤホイール組立体。