JP2006192944A - コンフォート系安全タイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】コンフォート系タイヤの、定常走行時の静粛性等をより向上させるとともに、タイヤがカット傷その他によってパンクすることがあっても、安全な走行を継続することができるコンフォート系安全タイヤを提供する。
【解決手段】
適用リム２に組付けて、規定の内圧を充填した状態でのタイヤの上下剛性Ｋｖ（Ｎ／ｍｍ）を、タイヤ断面高さＳＨ（ｍｍ）に対して

Ｋｖ／ＳＨ≦２．０

としてなるタイヤ1と、適用リム２とで区画されるタイヤ空気３内に、樹脂よりなる連続相と、それに囲まれた独立気泡とからなる熱膨張可能な中空粒子１１の多数個を加圧下で封入してなる。
【選択図】図２

Description

この発明は、乗心地、静粛性等を重視した、いわゆるコンフォート系のタイヤを対象としてなる安全タイヤ、とくには、定常走行時にはコンフォート系タイヤに所要の性能を十分に発揮させるとともに、タイヤが外傷等を受けることによってそれがパンク状態となってなお、必要とされる距離の、安全な継続走行を担保するべく、タイヤとリムとで区画されるタイヤ空気内へ、熱膨張可能な中空粒子を加圧下で充填してなるコンフォート系安全タイヤに関するものである。

車両への乗心地、車室内の静粛性等の居住性を向上させることを目的に、適用リムに組付けて規定の空気圧を充填した状態でのタイヤの上下剛性Ｋｖ（Ｎ／ｍｍ）を、タイヤ断面高さＳＨ（ｍｍ）に対して

Ｋｖ／ＳＨ≦２．０（Ｎ／ｍｍ^２）

としてなるコンフォート系のタイヤとしては、カーカスを一枚のカーカスプライにて構成するとともに、サイドウォールゴムの薄肉化を図ったものがある。

この一方で、タイヤのリムへの装着姿勢の下で、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。

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て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こして自己発熱し、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超えると、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。
特開２００３−１１８３１２号公報

ところで、近年においては、コンフォート系のタイヤそれ自体に対し、居住性の一層の向上に加えて、安全性のさらなる向上が強く求められるに到っている。

そこでこの発明は、コンフォート系タイヤの、定常走行時の静粛性等をより向上させるとともに、タイヤがカット傷その他によってパンクすることがあっても、安全な走行を継続することができるコンフォート系安全タイヤを提供する。

この発明のコンフォート系安全タイヤは、適用リムに組付けて、規定の内圧を充填した状態でのタイヤの上下剛性Ｋｖ（Ｎ／ｍｍ）を、タイヤ断面高さＳＨ（ｍｍ）に対して、

Ｋｖ／ＳＨ≦２．０

としてなるタイヤと、適用リムとで区画されるタイヤ気室内に、樹脂よりなる、一もしくは複数の小部屋を含む連続相と、それに囲まれた、一もしくは複数の独立気泡とからなる熱膨張可能な中空粒子の多数個を加圧下で封入したものである。

なおここで、「適用リム」とは、タイヤサイズに応じて下記の規格に規定された推奨リムをいい、「規定の内圧」とは、下記の規格において、最大負荷能力に対応する空気圧の８３％内圧をいい、最大負荷能力とは、下記の規格でタイヤに負荷することが許される最大の質量(荷重)をいう。
なお、ここにおける空気は、窒素ガス等の不活性ガスその他に置換できることはもちろんである。
そして規格とは、タイヤが生産又は使用される地域に有効な産業規格によって決められたものであり、例えば、アメリカ合衆国では”THE TIRE AND RIM ASSOCIAITION INC. の YEAR BOOK” であり、欧州では、”THE European Tyre and Rim Technical OrganizationのSTANDARDAS MANUAL”であり、日本では日本自動車協会の”JATMA YEAR BOOK”である。

またここで、「タイヤの上下剛性」とは、平坦面上でタイヤに荷重をかけたときの、荷重と撓み曲線の関係から、荷重Ｌｓ(上記規定内圧に対応する負荷能力の８０％荷重)時の次式に示す勾配をいうものとする。

ただし、ｄＬは荷重の増分とし、ｄｖは撓みの増分とする。

さらに、「タイヤ断面高さ」とは、タイヤの外径とリム径の差の１／２の寸法をいう。
そしてまた、「加圧下で」とは、タイヤの使用内圧の作用状態にあることをいい、その使用内圧とは、自動車メーカーが車両毎に指定した、装着位置ごとのタイヤ気室内圧（ゲージ圧）を指すものとする。

かかる安全タイヤにおいて好ましくは、中空粒子の、タイヤ気室内への、下記式（Ｉ）に従う充填率を５Ｖｏｌ％以上８０Ｖｏｌ％以下、好適には１０Ｖｏｌ％以上とし、中空粒子の中空部圧力を、タイヤの使用内圧の７０％以上とするとともに、中空粒子の膨張開始温度（Ｔｓ２）を９０〜２００℃、より好ましくは、１１０℃〜２００℃の範囲とする。

記
中空粒子の充填率＝（粒子体積値／タイヤ気室容積値）×１００・・・・・・（Ｉ）
ここで、
粒子体積値：タイヤ気室に配置した全中空粒子の大気圧下での合計体積と粒子周囲の空隙体積との合計量（ｃｍ^３）
タイヤ気室容積値：タイヤとリムとの組立体に空気のみを充填して使用内圧（ｋＰａ）に調整した後、充填空気を内圧が大気圧になるまで排出した際の充填空気排出量（ｃｍ^３）を用いて、次式（ＩＩ）から求めた値（ｃｍ^３）
タイヤ気室容積値＝（充填空気排出量）／（使用内圧／大気圧)・・・・・・（ＩＩ）
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）を用いる。

ここにおいて、「中空部」とは、中空粒子の、一もしくは複数の独立気泡の内部をいうものとする。
そしてまた好ましくは、タイヤ気室内への充填気体の、３０℃の大気圧下での水蒸気含有率を７０％以下に調整する。

この発明に係るコンフォート系安全タイヤでは、タイヤそれ自体の上下剛性を、タイヤ断面高さに対して２．０倍以下、より好ましくは１．７倍以下として、上下剛性を低く抑えることにより、タイヤが故障等する前の定常走行状態においては、すぐれた振動乗心地をもたらすとともに、高い静粛性を実現することができる。

しかもここでは、タイヤ気室内に充填した中空粒子が、とくにはロードノイズの大きな路面上での定常走行時の、タイヤ気室内の空洞共鳴音を大きく低減させるべくも機能することから、定常走行時の静粛性が一段と向上することになる。

すなわち、タイヤは、それを、開放した気柱管と仮定すると、以下の式で表わされる固有周波数を有し、この場合、波長λは、（Ｄ−Ｒ）π／２で表わされることになり、

ｆ＝Ｖ／λ＝２Ｖ／（Ｄ−Ｒ）π
ｆ：タイヤ気室内固有周波数［Ｈｚ］
Ｖ：音速［ｍ／ｓ］
λ：波長［ｍ］
Ｄ：タイヤ外径［ｍ］
Ｒ：リム径［ｍ］

タイヤは、その固有周波数ｆ≒２５０Ｈｚ付近に固有の共鳴音（空洞共鳴音）があり、路面の荒れたロードノイズ路等を走行すると路面からの振動で空洞共鳴音が励起されピーク感を持ち、これが静粛性を損ねている。
しかしながら、中空粒子を封入したタイヤでは、中空粒子が封入される事により、空気の量そのものを減らす事が出来、また中空粒子によって、波長が分散され、周波数も分散される事から、ピークが出にくくなり空洞共鳴音が飛躍的に低減することになる。

この一方で、タイヤがカット傷等の外傷を受けてパンクした場合には、はじめに、タイヤ気室内の中空粒子が、その傷内へ入り込んで、傷口を閉塞して、空気内圧の急激な低下を抑制する。
その後は、空気内圧の低下に伴うタイヤの撓み変形量の増加の下で、中空粒子は、相互に摩擦して自己発熱し、これに基く、樹脂連続相の軟化および中空部圧力の増加によって体積膨張して、タイヤ気室内圧を、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復活させる。これがため、このタイヤを装着した車両は、必要とされる距離を十分安全に継続走行することができる。

かかるタイヤにおいて、タイヤ気室内への中空粒子の充填率を５Ｖｏｌ％以上８０Ｖｏｌ％以下とした場合には、中空粒子による受傷部の閉塞をより適正に行うとともに、パンク時の内圧復活機能を所期した通りに発揮させることができる。

またここで、中空粒子の中空部の圧力を、タイヤの使用内圧の７０％以上とした場合には、パンクによって、タイヤ気室内圧が大気圧まで低下してなお、中空粒子の、上述したような内圧復活機能の下で、そのタイヤ気室内圧を、タイヤのサイド部が接地しなくなる以上に高めることができる。

そしてさらに、タイヤ気室内への充填気体、たとえば、空気、窒素ガスその他の不活性ガス等の、３０℃の大気圧下での水蒸気含有率を７０％以下としたときは、中空粒子の、タイヤ気室内での円滑なる流動性を担保して、中空粒子に、所期したとおりの内圧復活機能をより十分に発揮させることができる。

図１はこの発明の対象としてなるコンフォート系のタイヤを例示する幅方向断面図であり、このタイヤ１は、それを適用リム２に組付けて、タイヤ１とリム２とで区画されるタイヤ気室３内に規定の内圧を充填した状態の下で、荷重と撓み曲線との関連の下で特定されるタイヤの上下剛性Ｋｖ（Ｎ／ｍｍ）を、タイヤ断面高さＳＨ（ｍｍ）に対して

Ｋｖ／ＳＨ≦２．０（Ｎ／ｍｍ^２）

としてなる。

また、図示のこのタイヤ１は、一対のビードコア４間でトロイド状に延びるカーカス５のクラウン部に、その半径方向外側へ順にベルト６およびトレッド７を配設したものである。
なお、図中８は、適用リム２のバルブ取付口に装着した給排気バルブを示し、９は、タイヤ１のインナーライナ層を、そして１０は、タイヤサイド部をそれぞれ示す。

ここで、この発明に係る安全タイヤでは、図２に幅方向断面図で示すように、タイヤ気室３内に、樹脂よりなる連続相と、独立気泡からなる熱膨張可能な中空粒子１１の多数個を加圧下で充填配置する。
図２中１２は、中空粒子１１の周囲に存在する空隙を示す。

この中空粒子１１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程度の範囲の粒径分布を持つ中空体、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よりなる。すなわち、中空粒子１１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、その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。なお、この明細書では、中空粒子の、一もしくは複数の独立気泡の内部を『中空部』と表現する。

また、中空粒子が独立気泡を有することは、その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する。

中空粒子１１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。

さて、一般的なコンフォート系のタイヤ１は、タイヤ気室圧力が大気圧まで低下した状態で走行すると、荷重によりタイヤ１が大きく撓み、そのサイド部１０が路面に接地してしまうため、路面との摩擦と、繰り返しの屈曲変形とに起因した発熱によって骨格のカーカス材が疲労し、サイド部１０の摩耗傷が最終的にタイヤ気室内まで貫通することで破壊に到る。

そこで、この発明に係る安全タイヤでは、外傷によってタイヤ気室内の気体が漏れ出た際に、傷口を閉塞した上で、その後の走行に必要な最低限のタイヤ気室圧力を適正に与え、失った圧力を回復させて、タイヤの、上述したような故障破壊を防ぐことを主目的とする。

すなわち、タイヤ気室圧力が大気圧にまで低下したとしても、早期に上述の機能を発揮させることによって、タイヤが上述したような破壊に至ることを回避することが重要であり、そのために、中空粒子１１を適正に充填して所期した通りに機能させることによって、タイヤ気室３内の圧力を『少なくともタイヤのサイド部１０が接地しなくなる圧力またはインナーライナ面同士が接触しなくなる圧力』まで復活させることが肝要である。

この場合、タイヤ気室３に配置する中空粒子１１は、下記式（Ｉ）に従う充填率を５Ｖｏｌ％以上８０Ｖｏｌ％以下とすることが好ましい。
記
中空粒子の充填率＝（粒子体積値／タイヤ気室容積値）×１００・・・・・・（Ｉ）
ここで、粒子体積値は、タイヤ気室３に配置した全中空粒子の大気圧下での合計体積と粒子周囲の空隙体積との合計量（ｃｍ^３）である。

また、タイヤ気室容積値は、タイヤ１とリム２との組立体に空気のみを充填して使用内圧（ｋＰａ）に調整した後、充填空気を内圧が大気圧になるまで排出した際の充填空気排出量（ｃｍ^３）を用いて、次式（ＩＩ）から求めた値（ｃｍ^３）である。
タイヤ気室容積値＝（充填空気排出量）／（使用内圧／大気圧）・・・・・・（ＩＩ）
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）を用いる。すなわち、大気圧はゲージ圧で０［ｋＰａ］で表されるが、大気圧値自体は日々刻々と変動するものであるため、その時点での気圧計から観測される絶対値を用いる。よって、例えばある時の大気圧が１０１３ｈＰａであった場合は、大気圧絶対値として１０１．３ｋＰａを式（ＩＩ）に用いる。ここで、『使用内圧』とは、前述したように、『自動車メーカーが各車両毎に指定した、装置位置ごとのタイヤ気室圧力値（ゲージ圧力値）』を指す。

さらに、中空粒子１１の中空部内の圧力は、タイヤ気室の圧力（通常は使用内圧）の少なくとも７０％とすることにより、粒子形状が略球形に保たれて粒子の耐久性が保証されるため、中空粒子の中空部内圧力を使用内圧の７０％以上とすることが好ましい。

このように、中空粒子１１の中空部内の圧力を所望のタイヤ気室内の圧力に対して７０％以上とした中空粒子を、タイヤ気室３内に所定の充填量で配置することにより、たとえば、タイヤ気室３の内圧が大気圧となった状態（つまりパンク状態）で走行した時に、少なくとも、タイヤのサイド部１０が接地しなくなる、またはインナーライナ面同士が接触しなくなるタイヤ気室圧力まで、タイヤ気室３の圧力を回復させることができる。
以下に、そのタイヤ内圧の復活機能を説明する。

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との組立体よりなる安全タイヤにあっては、タイヤ１が受傷すると、中空粒子相互間の空隙１２に存在するタイヤ気室内の高圧気体がタイヤの外側に漏れ出し、これに伴って、高圧気体の流出に共連れされた中空粒子１１の多数個が受傷部を閉塞し、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１１は、その流路内に『圧密』状態で入り込んで多数の中空粒子１１によって流路を詰まらせることができる。

そしてさらに、後述する内圧復活機能によって、タイヤ気室内の圧力が、たとえば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、タイヤ気室内の増圧により、タイヤ側から絞り込まれるように圧縮力が働く。この場合、中空粒子１１は、中空部圧力が高いため、その圧縮力に対して、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、瞬時にかつ確実に中空粒子１１によって塞がれることになる。

この一方で、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、タイヤが大きく撓み、タイヤ気室内に配置した中空粒子１１は、タイヤ内面とリム内面との間に挟まれながら、圧縮とせん断の入力を受けることになり、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、タイヤ気室内の中空粒子の温度が急上昇し、その温度が、中空粒子の殻部である連続相を形成する樹脂の熱膨張開始温度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。

このとき、中空粒子１１の中空内部の圧力が使用内圧に準じた高い圧力であるのに加え、中空粒子温度の急上昇によりさらに中空部内圧力が上昇するために、中空粒子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３の圧力を、少なくともタイヤのサイド部１０が接地しなくなるタイヤ気室圧力まで回復させる事ができ、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。

このように、中空粒子の中空部内の圧力を大気圧以上の高い圧力に設定すれば、内圧復活機能を発現させることができるも、サイド部１０が接地しないタイヤ内圧までタイヤ気室３の圧力を復活させるには、前述の中空部内の圧力が使用内圧の７０％以上である中空粒子を、５Ｖｏｌ％以上８０Ｖｏｌ％以下の充填率の下にタイヤ気室内に配置しておくことが好適である。

すなわち、中空粒子１１の充填率が５Ｖｏｌ％未満であると、受傷部の閉塞は問題なく行えるものの、中空粒子１１の絶対量が不足するために、サイド部１０が接地しない、またはインナーライナ面同士が接触しなくなる圧力レベルまでの充分な復活内圧を得る事が難しく、その充填率が８０Ｖｏｌ％を超えると、タイヤによっては常用時の高速走行での粒子摩擦による発熱のために、タイヤがパンクする前に、中空粒子１１が膨張開始温度Ｔｓ２を超えて膨張してしまうおそれが高く、これにより、タイヤのパンク時の内圧復活機能が失われることになる。この常用時の高速走行での粒子の発熱に関しては後述する。

ところで、このような内圧復活機能を確実に発現させるためには、その機能の発現に先だって、受傷部を確実に閉塞する事が必要になる。すなわち、受傷部の閉塞が不完全であると、復活したはずの圧力が受傷部から漏洩してしまう結果、内圧復活機能により得られた圧力がその後の安全走行に一時的にしか貢献できなくなって、受傷後の走行性能を保証できなくなるからである。

中空粒子１１は、中空構造による低比重かつ弾力性に富んだ粒子であるために、タイヤが受傷し受傷部から中空粒子周囲の空隙気体が漏洩し始めると、空隙気体の漏洩による流れに乗って即座に受傷部に密集し、受傷部の傷口を瞬時に閉塞する。従って、中空粒子１１による受傷部の閉塞機能は、安全タイヤの内圧復活機能を支える必須機能である。

以上に述べたように、中空粒子を充填した安全タイヤは、パンク後の内圧低下に伴うタイヤ気室容積の減少とタイヤの撓み量の増大により、中空粒子間の摩擦を引き起こすことで中空粒子１１の急激な温度上昇とともに中空粒子の膨張による内圧復活を果たし、パンク後の安全走行を実現できる。

ここで、中空粒子１１の中空部内圧を所望のタイヤ気室内圧に対して７０％以上とした中空粒子を、タイヤ気室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１１の多数を収容した耐圧容器から、タイヤ気室に中空粒子並びに高圧気体を充填することが有効である。

この場合、耐圧容器内に中空粒子１１および高圧気体を収容することの意義は以下の通りである。
中空粒子１１は耐圧容器の内部に高圧気体とともに収容されることになるが、耐圧容器内に高圧気体とともに収容した当初は、中空粒子１１の中空部内の圧力（独立気泡内の圧力）は大気圧とほぼ等しく、容器内の圧力より小さいために、粒子の体積は減少する。この時点での中空粒子１１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ままの状態で中空粒子１１をタイヤ気室に充填すると、それの中空部内の圧力（独立気泡内の圧力）が大気圧とほぼ等しい状態にあるために、タイヤ１が受傷することによって形成されて、中空粒子１１が入り込むことで閉塞される傷口の大きさが、小さいものだけに限定されることになり、また、中空粒子１１がタイヤ外部に噴出することはないにしても、中空粒子１１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。

加えて、その後の走行により中空粒子１１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１１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。

この一方で、扁平化して歪んだ中空粒子１１は、その中空部内の圧力と容器内の圧力との差により、当初は体積減少した状態にあるも、一定期間にわたって耐圧容器等の内圧に晒し続けることによって、中空粒子１１の中空部内の圧力、言い換えれば粒子内の独立気泡内の圧力を、耐圧容器の圧力程度に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が、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。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、その中空部内に浸透した分だけ、耐圧容器内の圧力が低下することとなる。よって、中空粒子１１の中空部内に浸透した分を補うために、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、所望の使用内圧に調整した内容物を有する耐圧容器を早期に得ることができる。

中空粒子１１の中空部内の圧力は、以上のようにして耐圧容器内（粒子周囲の空隙部）の圧力に近づくことになり、これにより、中空粒子１１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１１の中空部内圧が耐圧容器の内圧力に対して７０％以上まで増加することにより、粒子形状は扁平化した状態から略球形へ十分に回復することができ、これによって上述した中空粒子１１の耐久性を保障することが出来る。

従って、中空粒子１１をタイヤ１とは別の耐圧容器内に配置し、粒子周囲の空隙圧力を所望のタイヤ気室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１１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、中空粒子１１は粒子体積を回復して、粒子形状を略球状に回復しているため、中空粒子充填後のタイヤの、転動時の繰返し変形に伴って粒子に加わる疲労や破壊も大幅に低減でき、中空粒子の耐久性が損なわれることはない。
なお、中空粒子１１の耐久性が損なわれない好適範囲は、タイヤ気室内の圧力が、装着する車両指定内圧等の所望する高圧環境のなかで、中空粒子１１の中空部の圧力が所望のタイヤ気室内圧に対して少なくとも７０％であり、より好ましくは、８０％以上さらには９０％以上であり、そして、１００％以上と高く設定することがとくに推奨される。

ここで、中空粒子１１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、設定することができる。

以上に述べたような粒子形状および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し、調節することによって、中空粒子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。

耐圧容器内でこのようにして調整された中空粒子１１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内に存在することになる結果として、安全タイヤに所要の、上記の内圧復活機能を十分に発揮することができる。

なお、このような内圧復活機能を有する安全タイヤを得る手段は、上記手法に限定されるものではなく、耐圧容器を用いずに、タイヤとリムの組立体内のタイヤ気室を耐圧容器の代替とすることによっても同様の安全タイヤを得ることができる。

さらにまた、上述したような安全タイヤを得るにあたり、タイヤ気室内に充填する高圧気体は、３０℃の大気圧下での水蒸気含有率を７０％以下に調整することが好適である。

中空粒子１１を充填した安全タイヤの転動中、該タイヤ内の中空粒子１１は転動に伴う遠心力によりタイヤクラウン部の内面側で層を形成している。この中空粒子群の層内では、中空粒子同士の摩擦発熱により中空粒子温度が上昇するが、一方で活発な中空粒子１１の移動とリム内面側空隙に存在する気体の冷却効果とによって、その熱収支が保たれる結果、中空粒子１１の温度は、その膨張開始温度Ｔｓ２以下の範囲で安定している。

しかしながら、中空粒子群が存在するタイヤ気室内において、その雰囲気気体の湿度が高い場合は、中空粒子１１の特徴である優れた流動性が低下し、中空粒子１１が凝集することがある。
すると、定常走行でのタイヤ転動中に、中空粒子１１の相互移動が妨げられる結果、中空粒子同士の摩擦発熱が限定された領域で生じる一方、中空粒子１１の移動の抑制に伴って冷却能が低下するため、中空粒子群の層内に部分的な蓄熱領域が発生する。この部分的な蓄熱領域では、中空粒子１１の膨張開始温度Ｔｓ２を超えて膨張する粒子が散発し、中空粒子１１の総体積の増加をまねく。これは、空隙体積の減少を意味しており、中空粒子１１の相互移動はさらに制約されて冷却能の低下を加速することになり、最悪の場合は、上記蓄熱領域が発生する初期段階でタイヤ気室内の中空粒子温度が一気に上昇し、全中空粒子が膨張開始温度Ｔｓ２を超えてしまう結果、タイヤがパンク状態に到った後の内圧復活機能を喪失する場合もある。

かような事態を回避するには、定常走行中におけるタイヤ気室内温度が３０℃〜７０℃程度であることから、その温度域の下限である３０℃における水蒸気含有率を、７０％以下に調整することが重要である。

ところで、中空粒子１１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させ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Ｔｓｌが存在する。
このような加熱膨張によって得られた中空粒子１１を、室温から再度加熱すると、その中空粒子１１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、Ｔｓｌ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。

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１１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越えても、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できない。よって、Ｔｓｌは実際の殻部のガラス転移点よりも高い値を示す。

この一方で、中空粒子１１を加熱膨張させる場合には、中空粒子１１の殻部の厚さが薄く、中空体としての剛性が低い状態にある。したがって、中空粒子１１の加熱膨張の過程では、殻部の連続相がガラス転移点を越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。

そこで、この安全タイヤでは、膨張性樹脂粒子を一旦膨張させてなる中空粒子１１の更なる膨張特性を活用する。
この場合、中空粒子１１のＴｓ２は、９０℃以上２００℃以下、なかでも１１０℃以上２００℃以下、とくには１３０℃以上２００℃以下であることが好ましい。
すなわち、中空粒子１１のＴｓ２が９０℃未満では、定常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１１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。

次に、中空粒子１１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（III）

Ｒ^１−Ｏ−Ｒ^２・・・・（III）

（式中のＲ^１およびＲ^２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。

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。

なお、独立気泡を有する中空粒子１１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。

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。

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（IV）

Ｒ^１−Ｏ−Ｒ^２・・・・（IV）

（式中のＲ^１およびＲ^２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１１を得る事が出来る。

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って目的の中空粒子を得ることもできる。

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１１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１１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１１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、ガスバリア性の高い材質によること、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。

とりわけ、中空粒子１１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１１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。

さらに、中空粒子１１の連続相は、３０℃におけるガス透過係数が３００×１０^−１２（ｃｃ・ｃｍ／ｃｍ^２・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／ｃｍ^２・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／ｃｍ^２・ｓ・ｃｍＨｇ）以下であることが推奨される。
すなわち、通常の空気入りタイヤにおけるインナーライナ層のガス透過係数は３００×１０^−１２（ｃｃ・ｃｍ／ｃｍ^２・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／ｃｍ^２・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／ｃｍ^２・ｓ・ｃｍＨｇ）以下、さらに好ましくは２×１０^−１２（ｃｃ・ｃｍ／ｃｍ^２・ｓ・ｃｍＨｇ）以下とすることが推奨される。

サイズが２１５／６０ Ｒ１６のコンフォート系の空気入りタイヤそれ自体および、安全タイヤとしての実施例タイヤおよび比較例タイヤのそれぞれにつき、定常走行時の乗心地性および静粛性のフィーリング評価、ならびに、パンク状態の下でのランフラット走行距離の測定を行った。
その結果を、表１に、それぞれのタイヤの諸元とともに示す。
ここで、上下剛性Ｋｖ（Ｎ／ｍｍ）の測定条件および、フィーリング評価条件のそれぞれは以下の通りとした。
＜Ｋｖ測定条件＞
２１５／６０Ｒ１６の最大負荷能力時の内圧：２４０ｋＰａ
規定の内圧：２４０×０．８３＝２００ｋＰａ（一の位四捨五入）
２００ｋＰａ時の最大負荷能力：６．０８ｋＮ
荷重：６．０８×０．８０＝４．８６ｋＮ
＜実車フィーリング評価条件＞
・車両 本田オデッセィ
・使用リム ６．５ＪＪ×１６
・内圧 ２００ｋＰａ
・荷重 ２名乗車

表１に示すところによれば、中空粒子充填率が高いほど静粛性およびランフラット走行性に有利であることが解かる。

この発明の対象となるコンフォート系のタイヤを内圧の充填状態で例示する幅方向断面図である。 この発明に係る安全タイヤを例示する幅方向断面図である。

符号の説明

１ タイヤ
２ リム
３ タイヤ気室
４ ビードコア
５ カーカス
６ ベルト
７ トレッド
８ 給排気バルブ
９ インナーライナ層
１０ サイド部
１１ 中空粒子
１２ 空隙
ＳＨ タイヤ断面高さ

Claims (3)

1. 適用リムに組付けて、規定の内圧を充填した状態でのタイヤの上下剛性Ｋｖ（Ｎ／ｍｍ）を、タイヤ断面高さＳＨ（ｍｍ）に対して
   
   Ｋｖ／ＳＨ≦２．０
   
   としてなるタイヤと、適用リムとで区画されるタイヤ空気内に、樹脂よりなる連続相と、それに囲まれた独立気泡とからなる熱膨張可能な中空粒子の多数個を加圧下で封入してなるコンフォート系安全タイヤ。
2. 中空粒子の、タイヤ気室内への、下記式（Ｉ）に従う充填率を５Ｖｏｌ％以上８０Ｖｏｌ％以下とし、中空粒子の中空部圧力を、タイヤの使用内圧の７０％以上とするとともに、中空粒子の膨張開始温度（Ｔｓ２）を９０〜２００℃の範囲としてなる請求項１に記載のコンフォート系安全タイヤ。
   記
   中空粒子の充填率＝（粒子体積値／タイヤ気室容積値）×１００・・・・・・（Ｉ）
   ここで、
   粒子体積値：タイヤ気室に配置した全中空粒子の大気圧下での合計体積と粒子周囲の空隙体積との合計量（ｃｍ^３）
   タイヤ気室容積値：タイヤとリムとの組立体に空気のみを充填して使用内圧（ｋＰａ）に調整した後、充填空気を、内圧が大気圧になるまで排出した際の充填空気排出量（ｃｍ^３）を用いて、次式（ＩＩ）から求めた値（ｃｍ^３）
   タイヤ気室容積値＝（充填空気排出量）／（使用内圧／大気圧）・・・・・・（ＩＩ）
   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）を用いる。
3. タイヤ気室内への充填気体の、３０℃の大気圧下での水蒸気含有率を７０％以下に調整してなる請求項１もしくは２に記載のコンフォート系安全タイヤ。

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