JP2007038745A - 空気入りタイヤとリムとの組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】 通常走行時の走行性能を損ねることなくパンク時の継続走行距離を増大させ得る空気入りタイヤとリムとの組立体を提供する。
【解決手段】 空気入りタイヤ２と、リム３と、それらが囲むタイヤ内腔ｉに配されるリング状の荷重支持体４とを含む組立体１である。荷重支持体４は、独立気泡を有しかつ比重が０．１〜０．５の弾性発泡体からなる主部４Ａと、空気不透過性を有しかつ該主部４Ａの表面全部を覆うことにより該主部４Ａを気密に保持する外皮部４Ｂとを含む。タイヤ内腔ｉに正規内圧が充填されかつ正規荷重が負荷された正規負荷状態において、荷重支持体４は内圧によって圧縮され、該荷重支持体４とトレッド部２ａの内周面との間に空気充填領域Ａが形成される。また荷重支持体４は、内圧の低下により実質的に前記タイヤ内腔ｉの全体に膨張し、トレッド部２ａの内周面２ａｉと接してその荷重を支持する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、通常走行時の走行性能を損ねることなくパンク時の走行を可能とする空気入りタイヤとリムとの組立体に関する。

従来、パンク時でも継続走行を可能とする空気入りタイヤとリムとの組立体が種々提案されている（下記特許文献１ないし２参照）。これらの組立体は、空気入りタイヤと、リムと、前記タイヤとリムとが囲むタイヤ内腔に配された弾性発泡体等からなる緩衝体とを含んで構成される。

しかしながら、上記特許文献１の組立体は、緩衝体が発泡材とチューブとを含むため、部品数が増し、コストが高いという欠点がある。またトレッド部の内周面は、パンク走行時のみならず通常走行時にも緩衝体と接触するため、タイヤが発熱しやすく、また乗り心地が悪化するという問題がある。

また、上記特許文献２の組立体は、通常走行時において、緩衝体とトレッド部の内周面との間に空気充填領域が形成されるため、乗り心地の悪化を抑制できる。しかし、内圧が低下した例えばパンク状態では、緩衝体はタイヤ内腔よりも小さい断面積を有するため、両者の間に比較的大きな隙間が生じ、タイヤがリムから外れやすくなる。また、タイヤの縦撓み量が大きくなるため、パンク継続走行距離の増大には、さらなる改善の余地があった。

特開平１１−２４５６３７号公報 特開平１１−５９１４４号公報

本発明は、以上のような実情に鑑み案出なされたもので、独立気泡を有しかつ比重が０．１〜０．５の弾性発泡体からなる主部と、空気不透過性を有しかつ該主部の表面全部を覆うことにより前記主部を気密に保持する外皮部とを含む荷重支持体を用いることを基本として、通常走行時の乗り心地を損ねることなくパンク継続走行距離を増大するのに役立つ空気入り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、空気入りタイヤと、該空気入りタイヤをリム組みするリムと、前記空気入りタイヤとリムとが囲むタイヤ内腔に配されるリング状の荷重支持体とを有する空気入りタイヤとリムとの組立体であって、前記荷重支持体は、独立気泡を有しかつ比重が０．１〜０．５の弾性発泡体からなる主部と、空気不透過性を有しかつ該主部の表面全部を覆うことにより前記主部を気密に保持する外皮部とを含み、かつ、前記タイヤ内腔に正規内圧が充填されかつ正規荷重が負荷された正規負荷状態において、前記荷重支持体は前記内圧によって圧縮されることにより、該荷重支持体とトレッド部の内周面との間にタイヤ周方向に連続する空気充填領域が形成されるとともに、前記荷重支持体は、内圧の低下により実質的に前記タイヤ内腔全体に膨張し前記トレッド部の荷重を支持することを特徴とする。

また請求項２記載の発明は、前記荷重支持体は、前記正規負荷状態において、タイヤ内腔の全断面積の３０〜７０％の断面積を有する請求項１に記載の空気入りタイヤとリムとの組立体である。

また請求項３記載の発明は、前記外皮部は、前記主部の表面に樹脂材料を溶射することにより形成された厚さが１．０mm以下の薄膜層からなる請求項１又は２に記載の空気入りタイヤとリムとの組立体である。

本発明では、空気入りタイヤとリムとが囲むタイヤ内腔に、独立気泡を有しかつ比重が０．１〜０．５の弾性発泡体からなる主部と、空気不透過性を有しかつ該主部の表面全部を覆うことにより前記主部を気密に保持する外皮部とを含む荷重支持体が配される。

このような荷重支持体は、外皮部によって主部への空気の透過が防止される。従って、タイヤ内腔に内圧が充填されることによって圧縮され、これにより、該荷重支持体とトレッド部の内周面との間に空気充填領域を形成しうる。このため、通常走行時では、トレッド部の衝撃吸収性が増し、良好な乗り心地性能が得られる。

また、前記荷重支持体は、内圧の低下により実質的に前記タイヤ内腔全体に膨張し前記トレッド部の荷重を支持しうる。従って、パンク走行時には、タイヤ内腔と荷重支持体との間の隙間を実質的に無くし、ひいてはタイヤの縦撓み量を低減しうる、従って、タイヤのリムからの離脱を減じ、またパンク継続走行距離を増大させるのに役立つ。

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には、本実施形態の空気入りタイヤとリムとの組立体（以下、単に「組立体」ということがある。）１の断面図が示されている。この組立体１は、正規内圧が充填されているが荷重は負荷されていない正規無負荷状態のものが示される。

ここで、正規内圧とは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、各規格がタイヤ毎に定めている空気圧であり、ＪＡＴＭＡであれば最高空気圧、ＴＲＡであれば表 "TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES" に記載の最大値、ＥＴＲＴＯであれば "INFLATION PRESSURE" とするが、タイヤが乗用車用である場合には一律に１８０ｋＰａとする。

前記組立体１は、空気入りタイヤ２と、この空気入りタイヤ２をリム組みするリム３と、このリム３と前記空気入りタイヤ２とが囲むタイヤ内腔ｉに配されるリング状の荷重支持体４とを含む。

前記空気入りタイヤ２は、路面に接地して走行するトレッド部２ａと、その両端からタイヤ半径方向内方に向けてのびるサイドウオール部２ｂ、２ｂと、該サイドウオール部２ｂ半径方向内方側に夫々設けられたビード部２ｃとを有する中空のトロイダル状をなす。また、本実施形態の空気入りタイヤ２は、例えば前記各ビード部２ｂに配されたビードコア２ｄ間をトロイド状に跨ってのびているカーカス２ｅと、そのタイヤ半径方向外側に配されたベルト層２ｆとを含むチューブレスタイプの乗用車用のラジアルタイヤが示される。

前記リム３は、前記ビード部２ｃの底面が夫々着座する一対のリムシート部３ａ、３ａと、その軸方向外側に連設されたフランジ部３ｂと、前記リムシート部３ａ、３ａ間を接続しかつリム組み時に前記ビード部２ｃを落とし込み可能なウエル部３ｃとを含む深底リムが示される。ただし、一方のフランジ部２ｃを取り外し可能な分割式リムを用いることもできる。なおウエル部３ｃの一部には、リムの外部からタイヤ内腔ｉに空気を充填するための空気バルブ３ｄが取り付けられる。

該リム３は、空気入りタイヤ２のサイズに合わせて適切なものが適宜選択され、通常は、正規リムが用いられる。ここで、正規リムとは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、当該規格がタイヤ毎に定めるリムであり、例えばＪＡＴＭＡであれば標準リム、ＴＲＡであれば "Design Rim" 、ＥＴＲＴＯであれば "Measuring Rim"とする。

前記荷重支持体４は、独立気泡を有しかつ比重が０．１〜０．５の弾性発泡体からなる主部４Ａと、空気不透過性を有しかつ前記主部４Ａの表面全部を覆うことにより前記主部４Ａを気密に保持する外皮部４Ｂとを含んで構成される。

前記主部４Ａは、独立気泡を有する弾性発泡体からなる。この気泡は、主部４Ａに満遍なく形成される。独立気泡は、各々の気泡が実質的に相互連通していないことを意味する。従って、独立気泡を有する発泡体は、各々の気泡がそれぞれ独立して荷重支持能力を発揮するため、連続気泡を有する発泡体に比べて、荷重支持、衝撃緩和能力に優れる点で好ましい。

また、荷重支持体４が空気入りタイヤ２からの荷重を効果的に支えるためには、主部４Ａの発泡倍率は好ましくは４００〜１５００％、さらに好ましくは４００〜１１００％であるのが望ましい。前記発泡倍率が４００％に満たないと、ショック吸収力が不足しがちとなるため、パンク走行時の乗り心地を損なう傾向があり、逆に１５００％を超える場合、荷重支持体４は著しく柔軟化しかつ剛性が低下して荷重支持能力が低下する。

前記発泡倍率Ｖ（％）は、
Ｖ＝（ρ０／ρ1 −１）×１００
により得られる。
但し、ρ０：発泡体の固相部の密度（ｇ／cm³ ）
ρ１：発泡体の密度（ｇ／cm³ ）である。

また主部４Ａを構成する弾性発泡体は、０．１〜０．５の比重を有する。この比重は見掛け比重であるが、該比重が０．１未満の場合、気泡が占める割合が多くなり荷重支持体４としての強度及び剛性が低下する傾向がある。逆に、前記比重が０．５を超える場合、荷重支持体４の重量が大きくなって燃費性能や転がり抵抗を過度に悪化させる傾向がある。特に好ましくは、主部４Ａの比重は０．１５以上が望ましく、また、上限については、好ましくは０．３以下が望ましい。

また、主部４ＡのＪＩＳ−Ｃ硬度は、好ましくは１０〜３５度、より好ましくは１０〜３０度であるのが望ましい。前記主部４ＡのＪＩＳ−Ｃ硬度が１０度未満の場合、トレッド部２ａの荷重を支持する能力が不足しやすく、逆に３５度を超える場合、リム組みするのが困難な傾向がある。特に好ましくは、主部４ＡのＪＩＳ−Ｃ硬度は、より好ましくは１５度以上が望ましい。

このような主部４Ａは、例えばブチルゴム又はハロゲン化ブチルゴムなどの空気不透過性を有するブチル系ゴムに、各種添加剤、補強剤、発泡剤などを配合して所定の金型で加硫成型することにより容易に得ることができる。また主部４Ａは、当初からリング状に形成される態様の他、直線状に成型されたものを湾曲させかつその両端部を接合することによりリング状をなすもの、さらには周方向に複数に分割されたリング片を接合することによりリング状として形成されるものなど、種々の方法で作ることができる。

前記外皮部４Ｂは、空気不透過性を有するものであれば、例えばゴム又は樹脂など種々のものが採用できる。ただし、主部４Ａに追随して該主部４Ａと一体に弾性変形可能な材料が望ましい。

外皮部４Ｂの材料は、実質的に空気を透過しない空気不透過性を有するものであれば特に限定されることなく種々のものが使用される。本実施形態の外皮部４Ｂは、予め発泡成型された主部４Ａの表面全部に、樹脂材料を溶射することにより形成されたものが示される。該溶射は、溶融した樹脂材料をガスジェット等で微細な粒子状で吹き飛ばしかつそれを基材（主部４Ａ）に付着させて表面皮膜を形成させる方法である。このような溶射は、基材が複雑な形状であっても均一かつ厚さが薄い表面皮膜を形成するのに役立つ。本実施形態では、上述の溶射によってナイロン樹脂を主部４Ａの表面全部に付着させることにより厚さｔが非常に薄い外皮部４Ｂが形成される。また、例えばナイロンフィルムなどを主部４Ａの外周面に溶着することにより、外皮部４Ｂを形成することもできる。

外皮部４Ｂの厚さｔは特に限定されないが、小さすぎると十分な空気不透過性が得られない傾向があり、逆に大きすぎると主部４Ａの柔軟な変形を阻害するおそれがある。このような観点より、前記厚さｔは、好ましくは１．０mm以下、より好ましくは０．３〜０．８mm程度が望ましい。

また、図１に示される正規無負荷状態においてタイヤ内腔ｉに配置される荷重支持体４は、前記内圧によって圧縮される。荷重支持体４の外皮部４Ｂは空気不透過性を有するため、タイヤ内腔ｉの内圧は主部４Ａに達することなく前記外皮部４Ｂを介して主部４Ａを圧縮変形させる。つまり、主部４Ａの各独立気泡の体積を縮める（言い換えると、主部の各独立気泡の圧力が高められる。）。これにより、本実施形態の組立体１では、荷重支持体４とトレッド部２ａの内周面２ａｉとの間に、タイヤ周方向に連続してのびる空気充填領域Ａが形成される。

図２には、タイヤ内腔ｉに正規内圧が充填されかつ正規荷重が負荷されて路面に接地させられた正規負荷状態の組立体１の断面図が示される。ここで、正規荷重とは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、各規格がタイヤ毎に定めている荷重であり、ＪＡＴＭＡであれば最大負荷能力、ＴＲＡであれば表 "TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES" に記載の最大値、ＥＴＲＴＯであれば "LOAD CAPACITY"であるが、タイヤが乗用車用の場合には一律に前記荷重の８８％に相当する荷重とする。

この正規負荷状態においても、本実施形態の組立体１は、荷重支持体４とトレッド部２ａの内周面２ａｉとの間に、タイヤ周方向にのびる空気充填領域Ａが形成される。従って、標準的な通常走行時においては、トレッド部２ａの内周面２ｉは、荷重支持体４と直接接触するとがなく、トレッド部２ａに加えられる荷重は、空気充填領域Ａに充填された内圧によるカーカスコード張力及びベルトコード張力によって支持することができる。従って、本実施形態の組立体１は、通常走行時に優れた乗り心地が得られる。また、外皮部４Ｂは、空気不透過性を有するため、時間が経過しても空気充填領域Ａの空気が主部４Ａの内部に拡散することがない。従って、長期に亘り、荷重支持体４を圧縮変形させた状態に維持でき、その結果、前記優れた乗り心地を持続させ得る。

他方、図３には、パンク状態の組立体１が示されている。本実施形態の組立体１の荷重支持体４は、タイヤ内腔ｉの空気充填領域Ａの圧力の低下により、その内部の各気泡が膨張変形し、荷重支持体４自体が実質的に前記タイヤ内腔ｉの全体に膨張する。これによって、前記空気充填領域Ａが実質的に無くなり、荷重支持体４は、トレッド部２ａ、サイドウォール部２ｂ及びビード部２ｃの各内周面２ａｉ、２ｂｉ及び２ｃｉに直接接触してトレッド部２の荷重を受け持つ。これにより、パンク走行時では、この荷重支持体４がタイヤ２からの荷重を受けかつ路面からの衝撃を吸収し、継続した走行を可能とする。また、ビード部２ｃは、荷重支持体４によってリム３のフランジ部３ｂに強く押し付けられることにより、空気入りタイヤ２のリム外れが防止できる。

また、前記正規負荷状態におけるタイヤ子午線断面において、荷重支持体４は、前記タイヤ内腔ｉの全断面積の３０〜７０％の断面積を有することが望ましい。前記荷重支持体４の断面積が、タイヤ内腔ｉの全断面積の３０％未満の場合、荷重支持体４をより大きな圧縮率でタイヤ内腔ｉに配する必要がある。言い換えると、荷重支持体４は、自由状態で大きな体積を持つことになるため、リム組み性が悪化しやすい。逆に前記荷重支持体４の断面積が、タイヤ内腔ｉの全断面積の７０％を超える場合、空気充填領域Ａのタイヤ半径方向の距離が小さくなり、凹凸路面を走行した場合や積載荷重の増大等によってトレッド部２ａの内周面２ａｉが荷重支持体４と接触し、乗り心地を悪化させるおそれがある。

また、組立体１において、正規負荷状態における乗り心地の向上及びリム組み性をバランス良く両立させるために、荷重支持体４の断面圧縮率を規定することが望ましい。ここで、前記断面圧縮率は、タイヤ内腔ｉに配されていない自由状態の荷重支持体４の断面積Ｓｆと、正規負荷状態での荷重支持体４の断面積Ｓｉとの比（Ｓｉ／Ｓｆ）として定義される。該断面圧縮率は、タイヤ内腔に充填される空気圧及び主部４Ａの比率でほぼ決まるが、好ましくは４０％以上、より好ましくは４５％以上が望ましく、また上限に関しては、好ましくは６０％以下、より好ましくは５５％以下が望ましい。

また、組立体１のタイヤ内腔ｉには、空気バルブ３ｄから空気が提供されるが、この際、例えば図４に示されるように、空気バルブ３ｄと空気充填領域Ａとの間を、空気連絡手段５によって連通させることが望ましい。図４に示される空気連絡手段５は、可撓性を有するチューブ体６からなり、本実施形態ではその内端５ｉが空気バルブ３ｄに接続されるとともに、他端５ｏが前記空気充填領域Ａに臨んで配されている。

このチューブ体６は、荷重支持体４によって押し潰されることがないよう、例えば荷重支持体４よりも高い耐圧縮剛性を有するゴム又はエラストマー材料から構成される一方、タイヤの実車走行性能を低下させることがないように、好ましくは、サイドウォール部よりも柔らかい曲げ剛性を有するものが望ましい。

また、空気連絡手段５は、このようなチューブ体６に代えて、例えば荷重支持体４に直接、空気バルブ３ｄと空気充填領域Ａとを連通しうる導孔や溝などを設けても良い。図５には、組立体１のタイヤ赤道Ｃ位置での断面図（ただし、荷重支持体４については断面としていない。）が示される。この荷重支持体４は、放射状にのびる複数本の溝７がタイヤ周方向に隔設されている。この実施形態では、溝７は、荷重支持体４の周りを連続してのびている。溝７の幅、深さ及び配設ピッチについては、任意に定めることができる。図６には、図５のＹ−Ｙ位置での断面図が示される。図６から明らかなように、荷重支持体４の溝７は、タイヤ２及びリム３とは接触しない部分を有する。従って、この部分を空気バルブ３ｄの空気孔３ｄ１に連通させることによって、空気充填領域Ａへの空気圧を作用させることができる。なお、空気バルブ３ｄは、例えばこの溝７に沿って空気を供給しうるように、例えば先端部３ｄ１をＴ字状としてその両側から空気を供給しうるように改良することができる。また、タイヤ周方向に隔設された各溝７は、例えばリム３、タイヤ２のビードトウ及び荷重支持体４とで囲まれる円周方向の隙間Ｅを介して空気が送給される。

以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は、乗用車用のタイヤとして特に好適であるが、パンクする頻度が高いラリー競技に使用されるラリー車用のタイヤ組立体としても好ましく実施しうる。

表１の仕様に基づいて、チューブレスの空気入りタイヤ（２１５／６０Ｒ１６）とリム（１６×６．５ＪＪ）との組立体を試作し、それらについて性能をテストした。なおタイヤとリムはいずれも同一のものが使用され、荷重支持体のみを変更した。荷重支持体は、いずれも主部がブチルゴムの発泡体からなる。各々の比重は発泡倍率を変えることにより調節した。また、外皮部を有する実施例については、これをナイロン樹脂の溶射層によって形成した。テストの方法は、次の通りである。

＜通常走行時の乗り心地＞
タイヤ内腔に２００ｋＰａの内圧を充填して排気量２０００ccの国産乗用車の四輪に装着し、ドライアスファルト路面の段差路、ベルジャン路（石畳の路面）、ビッツマン路（小石を敷き詰めた路面）等において、ゴツゴツ感、突き上げ、ダンピングに関して官能評価を行ない、比較例１を６点とする１０点法で評価を行った。数値が大きいほど良好である。

＜パンク時の継続走行距離＞
前記国産乗用車（ＦＦ車）の右前輪の組立体のバルブコアを取り外してパンク状態とし、ドライバー１名乗車にてオーバルテストコースを左回りで周回走行させるとともに、走行不能な状態に至るまでの走行距離を測定し指数化した。数値が大きいほど良好である。なおテストコースでは、直線を速度８０ｋｍ／ｈ、コーナを６０ｋｍ／ｈで走行した。

＜荷重支持体の空気非透過性＞
各空気入りタイヤ及び荷重支持体をリムに装着し、内圧２００ｋＰａを充填した直後と、１２ケ月後（常温、常圧下で放置）とにおいて、組立体の断面をＣＴスキャナーで撮像し、荷重支持体の断面の膨張率を調べた。膨張率（１００％は成長なしを示す。）が小さいほど、空気非透過性に優れる。
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、通常走行時の乗り心地を高く維持しつつパンク継続走行距離を増大していることが確認できた。また、主部にナイロン樹脂を溶射した外皮部は、荷重支持体に良好な空気不透過性を与えることも確認できた。

本実施形態の空気入りタイヤとリムとの組立体の断面図である その正規負荷状態を示す断面図である。 図１のパンク走行状態を示す断面図である。 空気連通手段の一実施例を示す断面図である。 組立体のタイヤ赤道での部分断面図である。 そのＹ−Ｙ位置での断面図である。

符号の説明

１ 組立体
２ 空気入りタイヤ
３ リム
４ 荷重支持体
４Ａ 主部
４Ｂ 外皮部
ｉ タイヤ内腔

Claims (3)

1. 空気入りタイヤと、該空気入りタイヤをリム組みするリムと、前記空気入りタイヤとリムとが囲むタイヤ内腔に配されるリング状の荷重支持体とを有する空気入りタイヤとリムとの組立体であって、
   前記荷重支持体は、独立気泡を有しかつ比重が０．１〜０．５の弾性発泡体からなる主部と、
   空気不透過性を有しかつ該主部の表面全部を覆うことにより前記主部を気密に保持する外皮部とを含み、
   かつ、前記タイヤ内腔に正規内圧が充填されかつ正規荷重が負荷された正規負荷状態において、前記荷重支持体は前記内圧によって圧縮されることにより、該荷重支持体とトレッド部の内周面との間にタイヤ周方向に連続する空気充填領域が形成されるとともに、
   前記荷重支持体は、内圧の低下により実質的に前記タイヤ内腔全体に膨張し前記トレッド部の荷重を支持することを特徴とする空気入りタイヤとリムとの組立体。
2. 前記荷重支持体は、前記正規負荷状態において、タイヤ内腔の全断面積の３０〜７０％の断面積を有する請求項１に記載の空気入りタイヤとリムとの組立体。
3. 前記外皮部は、前記主部の表面に樹脂材料を溶射することにより形成された厚さが１．０mm以下の薄膜層からなる請求項１又は２に記載の空気入りタイヤとリムとの組立体。

Images