JP2006256354A

JP2006256354A - 安全タイヤの重量バランス測定方法

Info

Publication number: JP2006256354A
Application number: JP2005072508A
Authority: JP
Inventors: Koji Otani; 光司大谷; Takeshi Watanabe; 剛渡邊
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2005-03-15
Filing date: 2005-03-15
Publication date: 2006-09-28

Abstract

【課題】タイヤ気室内に中空粒子を封入した安全タイヤに適正なバランス調整を行うために必須となる、正確なバランス測定を実現する方途について提案する。
【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加圧下で封入してなる安全タイヤの重量バランスを測定するに当り、該安全タイヤに２．０ｓ^-１以上の回転速度で４０回転以上の回転を与えてから、重量バランスの測定を行う。
【選択図】なし

Description

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について、その車両装着に際して必須となる重量バランスの測定方法に関するものである。

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。

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。

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２００４−２３９３６４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、車両指定内圧の７０％以上の中空部圧力を持つ樹脂による連続相と独立気泡とからなる中空粒子を充填したものがある。

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熱膨張させて、体積増加させ、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。
特開２００３−１１８３１２号公報

ところで、リム組みして車両指定内圧としたタイヤを車両に装着するに当っては、該タイヤの重量バランスを測定し、その測定結果に応じて適正なバランスに調整するのが一般的であり、この種の安全タイヤにおいても例外ではない。

この中空粒子を封入した安全タイヤに対する重量バランスの測定は、中空粒子の封入前または封入直後のいずれかの段階で行うことになる。しかしながら、かように測定した重量バランスに基づいてバランス調整を行っても、アンバランスの解消が所期したレベルに至らないことが、この種安全タイヤにおける問題となっていた。

そこで本発明は、タイヤ気室内に中空粒子を封入した安全タイヤに適正なバランス調整を行うために必須となる、正確なバランス測定を実現する方途について提案することを目的とする。

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加圧下で封入してなる安全タイヤの重量バランスを測定するに当り、該安全タイヤに２．０ｓ^-１以上１０．０ｓ^-１以下の回転速度で４０回転以上の回転を与えてから、重量バランスの測定を行うことを特徴とする安全タイヤの重量バランス測定方法。

（２）タイヤ気室内に、下記式（Ｉ）に従う充填率が５ｖｏｌ％以上の中空粒子を封入したことを特徴とする上記（１）に記載の安全タイヤの重量バランス測定方法。
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）中空粒子の充填率が１０ｖｏｌ％未満の場合に、４．０ｓ^-１の回転速度で４０回転の回転を与えることを基準として、中空粒子の充填率が１０ｖｏｌ％増加する毎に４０回転の回転を追加す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の重量バランス測定方法。

（４）安全タイヤの回転中に振動を与えることを特徴とする上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の安全タイヤの重量バランス測定方法。

本発明方法によれば、タイヤ気室内に中空粒子を封入した安全タイヤにおける重量バランスの測定を正確に行えるために、この測定結果に基づいて重量バランスを調整することによって、アンバランスが確実に解消された安全タイヤを提供することができる。

図１は、本発明に係る重量バランス測定の対象とすることができ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に対する加圧気体の給排気バルブを、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。

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。

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。

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。

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出来ない。よって、Ｔｓ１は実際の殻部のガラス点移転よりも高い値を示す。

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、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。

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）：
Ｒ^１−Ｏ−Ｒ^２・・・・（Ｉ）
（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（II）：
Ｒ^１−Ｏ−Ｒ^２・・・・（II）
（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り、目的の中空粒子を得ることができる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、中空部圧力に基づく反力を発生して、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。

この一方で、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。

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。

ここで、上記の内圧回復に際し、中空粒子を適正に充填して適正に機能させることによって、タイヤ気室内の圧力を『少なくともタイヤのサイド部が接地しなくなる圧力』まで復活させることが肝要である。ここで言うところの適正な充填とは、タイヤ毎に充填されるべき中空粒子の特性が異なる事を意味しており、充填率だけでなく、膨張開始温度（Ｔｓ２）においても、供されるタイヤに適した物を選定する必要が有る。

そのためには、タイヤ気室に配置する中空粒子について、下記式（Ｉ）に従う中空粒子の充填率を５ｖｏｌ％以上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）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、『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。

なお、充填量の上限は８０ｖｏｌ％以下とすることが好ましい。すなわち、中空粒子の充填率が８０ｖｏｌ％を超えると、タイヤによっては常用時、つまりパンクしていない状態での高速走行時に、粒子同士の摩擦による発熱が過剰となり、前述した中空粒子の膨張開始温度Ｔｓ２を超えて膨張してしまい、本発明の主たる機能である、パンク時の内圧復活機能が失われる可能性が有る。例えば、比較的低速走行でスタンディング・ウェーブを引き起こすタイヤなどにおいては、中空粒子同士の摩擦が促進されるため、充填率を低く設定する必要が有る。

なお、タイヤ気室内に中空粒子を充填するには、まず、リム２のバルブ取付口１４から気体と共に中空粒子を充填してから、このバルブ取付口１４に装着する給排気バルブ９を、図２に軸線方向の拡大断面図で例示するように、たとえば不織布とすることができるフィルタ１３を具える構造を有するものとする。かようなバルブ９を用いることによって、このバルブ９を介してタイヤ気室３内の気体を供給または排出してタイヤ気室３の内圧を車両指定内圧とするに際して、特に排気に共連れされる中空粒子４の流出ないしは噴出をそのフィルタ１３によって十分に阻止することができる。

以上のような安全タイヤに対し、その重量バランス（以下、単にバランスと示す）を測定するに当っては、予め安全タイヤに２．０ｓ^-１以上の回転速度で４０回転以上の回転を与えることが肝要である。
さて、タイヤのバランス調整は、新品タイヤあるいはタイヤのみを新品に交換したリプレイスタイヤに対して行われるのが通例である。本発明で対象とする安全タイヤにおいても、主に新品時、つまり内部に中空粒子を充填する前にバランス測定を行うのであれば、通常通りの調整が可能であり、本発明のバランス測定法の対象とはならない。
ただし、何らかの事情により、中空粒子を充填した後にバランス調整を行う際には、以下に示す理由によって、本発明によるバランス測定が必要となる。

ここに、中空粒子が封入された直後のタイヤでは、図３に示すように、中空粒子４が下方に滞留しているため、この状態のままバランス測定を行うと、現状の重量バランスが測定されることになる。しかしながら、安全タイヤを車両に装着して走行した際には、中空粒子がタイヤ気室内でほぼ均等に分散することになるため、図３に示した重量バランスとは異なるものとなる。タイヤのバランス調整はいわゆる走行時に最適化されている必要があるから、使用時の状態とは懸け離れた状態、つまり中空粒子が偏った状態で測定した重量バランスをもって、バランス調整を行ったのでは、走行時のアンバランスを解消するには至らない。

そこで、本発明では、安全タイヤのバランス測定に先立ち、当該タイヤに適正な回転を与えてタイヤ気室内の中空粒子を攪拌して、タイヤ気室内に均等に分散させることによって、常用使用状態に対応したバランス測定を可能とするものである。
ここに、発明者らが、タイヤに与える適正な回転について鋭意究明したところ、２．０ｓ^-１以上１０．０ｓ^-１以下の回転速度で４０回転以上の回転を与えることが有効であるとの結論を得るに至った。
すなわち、回転速度を２．０ｓ^-１以上とするのは、回転速度が２．０ｓ^-１未満では中空粒子の偏りが解消されず、タイヤ気室内で十分に均一分散させる事が出来ないからである。一方、１０．０ｓ^-１を超えると、設備的に大掛かりなバランス測定装置が必要になる事に加え、測定作業の安全性にも支障をきたすことになる。

ここで、タイヤ回転によって中空粒子に加わる力を考えてみると、タイヤが回転を始めても、タイヤ内空気が直ぐに追従することはなく、従って、回転開始直後は中空粒子が下に偏っていると考えられる。つまり、ここで中空粒子に作用する力として考慮すべきは、タイヤ内面が中空粒子を巻き上げてかき混ぜる効果である。よって、中空粒子がタイヤ気室内で、一旦、均一化してしまえば、回転を止めない限り、再度偏りを発生させる事は無く、必要以上に長時間、回転させ続ける必要は無い。

そこで、中空粒子の充填率が１０ｖｏｌ％未満の場合における４．０ｓ^-１の回転速度で４０回転の回転数を基準として、中空粒子の充填率が１０ｖｏｌ％増加する毎に４０回転の回転を追加することが、バランス測定を適正に行う上で有利である。これは、中空粒子の充填率が増えると、均一化に要するエネルギーが増える為、増量に対応した回転の追加が必要になる為であり、充填率が１０％増加する毎に、４０回転を追加することによって、良好な分散が可能となる事が判明した。

なお、安全タイヤのバランス測定に先立ち当該タイヤに適正な回転を与える工程は、通常のバランサーに安全タイヤをセットした段階で行うことができる。このバランサーとしては、特殊な構造が要求されるわけではなく、在来の装置例えば図４に示す装置を用いることができる。

図４に示すバランサー２０は、その躯体の片側に、リムに組み付けた安全タイヤ１の取り付け部２１を有し、また躯体上部の奥は操作パネル２２となっており、この操作パネル２２にはリム径を入力するダイヤル２２ａ、リム幅を入力するダイヤル２２ｂ、修正用ウェイトの重量及び張り付け位置（角度）を表示する表示装置２２ｃ、スタートスイッチ２２ｄが設けられている。

さらに、バランサー２０の内部には、図５に示すように、安全タイヤ１を回転させるモーター２３、安全タイヤ１の回転バランスを検出するセンサ２４、演算装置及び記憶装置を有する制御装置２５を備えている。
この制御装置２５には、上記のダイヤル２２ａ、ダイヤル２２ｂ、表示装置２２ｃ、スタートスイッチ２２ｄが接続されている。制御装置２５は、リム径及びリム幅が入力され、スタートスイッチ２２ｄが入ると、モーター４でタイヤ１を回転させ、センサ２４にて回転中に発生する軸力を測定し、その測定結果を信号として出力したものを演算して修正用ウェイトの重量及びウェイト張り付け位置を表示装置２５に表示させる。
かようにバランス測定並びにその後のウェイト張り付け（バランス調整）を行うバランサー２０において、バランス測定に先立ち、上述した適正な回転を与えればよい。

なお、上述した適性な回転を与えたのち、バランサー２０を用いてバランス測定を行い、その結果に基づいてウェイト張り付け（バランス調整）を行うが、このウェイト張り付け方法も特に限定されるものではなく、在来の手法に従って行うことができる。例えば、特開平１０−１４２０９４号公報に記載された手法などが採用できる。

図１に示した一般的構造を満たすサイズ２２５／４５Ｒ１７のタイヤに、サイズ７．５Ｊ１７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。

次に、荷重が負荷されていない状態下で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。
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_２に調整する。このとき、Ｐ_２下における目的のタイヤ気室容積をＶ_２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_１を測定する。なお積算流量計には、
品川精機（株）製ＤＣＤＲＹ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_２時のタイヤ気室容積Ｖ_２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。

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_２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_２の５０％に相当する圧力Ｐ_５０％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Ｖ_５０％を測定する。そして、次式
Ｐ_５０％下における粒子周囲空隙容積値Ｖ（ｃｍ^３）＝
〔空気排出量値Ｖ_５０％（ｃｍ^３）〕/〔内圧値Ｐ_５０％（kPa）/大気圧Ｐ₁（kPa ）〕
により、圧力Ｐ_５０％における粒子周囲空隙容積値Ｖを求める。同様に、Ｐ_３０％、Ｐ_７０％、Ｐ_８０％、Ｐ_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。

さらに、上記のタイヤとリムとの組立体のタイヤ気室に、中空粒子を表１に示す充填率の下に適用したタイヤおよびリムとの組立体を作製した。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。

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、得られた粒子群の平均粒径、平均真比重を測定した結果は表３に示した。

かくして得られる中空粒子を、表１に示す充填率の下でタイヤ気室に配置し、安全タイヤとする訳であるが、タイヤやホイールが変わると、同サイズであってもバランス状態は大きく異なることが知られている。更に言えば、同じタイヤと同じホイールであっても、組み直すと、そのバランス測定結果は変化してしまう。
従って、中空粒子が充填されていない状態でバランス測定を行い、そのタイヤおよびリム組立て体に、中空粒子を所定量充填して、再度、バランス測定を行う、という手法を用いた。ここで、空の状態での必要ウェイトを基準とし、充填による必要ウェイトの変化を、表１に示すバランス測定条件にて評価した。
測定は、図４に示したバランサー２０に装着して行った。その評価結果を、表１に併記する。

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。給排気バルブを例示する拡大断面図である。中空粒子を充填直後のタイヤの気室内における中空粒子の分布を示す図である。本発明で用いることのできるバランサーを示す図である。本発明で用いることのできるバランサーの構成図である

符号の説明

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フィルタ
１４バルブ取付口
２０バランサー

Claims

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加圧下で封入してなる安全タイヤの重量バランスを測定するに当り、
該安全タイヤに２．０ｓ^-１以上１０．０ｓ^-１以下の回転速度で４０回転以上の回転を与えてから、重量バランスの測定を行うことを特徴とする安全タイヤの重量バランス測定方法。
タイヤ気室内に、下記式（Ｉ）に従う充填率が５ｖｏｌ％以上の中空粒子を封入したことを特徴とする請求項１に記載の安全タイヤの重量バランス測定方法。
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。
中空粒子の充填率が１０ｖｏｌ％未満の場合に、４．０ｓ^-１の回転速度で４０回転の回転を与えることを基準として、中空粒子の充填率が１０ｖｏｌ％増加する毎に４０回転の回転を追加す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の重量バランス測定方法。
安全タイヤの回転中に振動を与えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の安全タイヤの重量バランス測定方法。