JP2007076453A - 安全タイヤ用空気のう及び安全タイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】内圧低下時の迅速で均一な拡径変形を妨げることなく軽量化を図った安全タイヤ用空気のう及びかかる空気のうを有する安全タイヤを提供する。
【解決手段】安全タイヤ１に用いられる空気のう３は、タイヤ２に収納され、このタイヤ２の所定の内圧で気体が充填される。タイヤ２の内圧が正常な状態では空間部Ｓ_１、Ｓ_２が形成され、タイヤの内圧が低下した状態では空気のう３が拡径変形して荷重の支持をタイヤ２から肩代わりする。この空気のう３は、中空円環状のケース部材４と、略タイヤ周方向に延びるコードをゴム被覆してなり、ケース部材４のクラウン部の外周側に配設されたフープ補強層５と、ケース部材４とフープ補強層の間５に配設され、ゴムとの間の最大摩擦係数がフープ補強層４とケース部材５との間の最大摩擦係数よりも小さい中間層６とを具える。
【選択図】図１

Description

この発明は、タイヤに収納され、該タイヤの所定の空気圧との関係で設定された内圧で気体が充填され、タイヤの内圧が正常な状態では少なくともタイヤ内面との間に空間部を形成し、タイヤの内圧が低下した状態では拡径変形して荷重の支持をタイヤから肩代わりする安全タイヤ用空気のうに関し、特にかかる空気のうの迅速で均一な拡径変形を妨げることなく軽量化を図る。

パンク等によってタイヤ内圧が急激に低下したランフラット状態においてもある程度の距離の走行が可能である安全タイヤとしては、補強チューブ、補強ゴム、補強ベルト等の補強部材、又は発泡体、弾性体、中子等にタイヤ負荷を肩代わり支持させるタイヤや、シーラント剤を塗布又は充填してタイヤに生じた孔等の損傷部を塞いで内圧低下を防止したタイヤ等が知られている。しかし、これら従来の安全タイヤは、製造方法が複雑なため、不良率が高くなったり、製造効率が低下したりする場合が多かった。

かかる問題を解消するため、例えば特許文献１には、安全タイヤの内部に収納されて、タイヤの内圧が低下するランフラット状態では、タイヤ内圧の低下に伴って拡張変形して荷重支持をタイヤから肩代わりするチューブ状の空気のうが記載されている。しかし、かかる空気のうでは、タイヤの負荷転動に伴い発生する熱や遠心力の作用により、空気のうが周方向外方に径成長してその外面がトレッド部の内周面等に接触して擦れ、最終的には空気のうが破損するおそれがあった。

かかる空気のうの径成長を抑制するため、例えば特許文献２には、かかる空気のうの少なくともクラウン部に補強層を配設することで正常内圧状態での径成長を抑制するとともに、その補強層に、引張力が漸増するにつれて、その拡張変形による伸びが実質的に増加する伸長率−引張力特性を示す物性を付与することによって、内圧低下状態に空気のうを均一にタイヤと接触させることが記載されている。また、特許文献３には、空気のうを構成するチューブのクラウン部の外周上に、それとは別体に形成するか、または小さなはく離強さで接合してなる補強層をその全周にわたって装着することで、正常内圧状態での空気のうの径成長を抑制するとともに、内圧低下状態での補強層の破断に伴う亀裂がチューブへ伝播するのを防止することが記載されている。

特開２００１−１０３１４号公報 国際公開第０２／４３９７５号パンフレット 国際公開第０２／９６６７８号パンフレット

しかし、特許文献２及び３に記載の空気のうはいずれも、補強層として不織布とゴムの複合体を用いており、空気のうに作用する張力を負担して径成長を抑制するためには、複数枚の複合体で補強層を構成しなければならず、これはタイヤの重量増加を招く上、製造コストの上昇も招くという問題があった。

この発明は、従来技術が抱えるこのような問題点を解決することを課題とするものであり、その目的は、内圧低下時の迅速で均一な拡径変形を妨げることなく軽量化を図った安全タイヤ用空気のう及びかかる空気のうを有する安全タイヤを提供することにある。

前記の目的を達成するため、この発明の安全タイヤ用空気のうは、タイヤに収納され、該タイヤの所定の空気圧との関係で設定された内圧で気体が充填され、タイヤの内圧が正常な状態では少なくともタイヤ内面との間に空間部を形成し、タイヤの内圧が低下した状態では拡径変形して荷重の支持をタイヤから肩代わりする安全タイヤ用空気のうにおいて、中空円環状をなし、内部空間に気体を保持するケース部材と、略タイヤ周方向に延びるコードをゴム被覆してなり、前記ケース部材のクラウン部の外周側に配設され、タイヤ内圧正常状態では空気のうに加わる張力を負担し、タイヤ内圧低下状態では破断する少なくとも１層のフープ補強層と、前記ケース部材と前記フープ補強層の間に配設され、ゴムとの間の最大摩擦係数がフープ補強層とケース部材との間の最大摩擦係数よりも小さい少なくとも１層の中間層とを具えることを特徴とする。

本明細書において「所定の空気圧」とは、補強空気のうを収納する安全タイヤに対して、ＪＡＴＭＡ、ＴＲＡ、ＥＴＲＴＯ等の、タイヤが製造、販売、又は使用される地域において有効な工業基準、規格等に規定され、負荷能力に応じて特定される空気圧をいうものとする。また、「所定の空気圧との関係で設定された内圧」とは、タイヤに所定の空気圧を適用した空気充填状態では、補強空気のうの外面とタイヤの内面との間に空間部を形成することができ、一方、タイヤの内圧が低下したランフラット状態では、タイヤ内圧の低下に伴って補強空気のうが拡張変形して荷重支持をタイヤから肩代わりすることができる内圧をいい、より具体的には所定の空気圧より大きい内圧を意味し、好適には所定の空気圧＋２０％以下の範囲をいうものとする。また、「略タイヤ周方向」とは、生産上不可避的に発生する微小な傾きも含むことを意味するものであり、より具体的にはタイヤ周方向とのなす角が±５°の範囲内にある方向を意味するものとする。

また、中間層は樹脂フィルムからなることが好ましく、そのガラス転移点が１３０℃以上であることがさらに好ましい。好適な樹脂の例は、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）であるが、これに限定されない。

中間層を１層とする場合には、ケース部材及びフープ補強層の少なくとも一方とのはく離強さが０〜４ｋＮ／ｍの範囲内にあることが好ましい。一方、中間層を２層以上とする場合には、少なくとも１組の隣接する中間層間のはく離強さが０〜４ｋＮ／ｍの範囲内にあることが好ましい。なお、ここでいう「はく離強さ」とは、ＪＩＳ Ｋ ６２５６に定める布と加硫ゴムのはく離試験に従い、試験温度２０℃の条件下で得られる結果をいうものとする。

さらに、中間層は、タイヤの所定の空気圧と同一の内圧を適用した空気のうに作用する張力と同一の張力条件下での伸張率が２０％以上であることが好ましい。なお、ここでいう「内圧を適用した空気のうに作用する張力」とは、適用した内圧により拡径変形する前の空気のうに作用する単位幅当たりの張力をいうものとし、具体的には、空気のうの初期半径をｒ、適用する内圧をＰとして、ｆ＝ｒＰで表される力ｆをいうものとする。

さらにまた、この発明の空気のうは、フープ補強層の外周上に、フープ補強層よりも広幅の保護層をさらに具えることが好ましい。

加えて、この発明の空気のうは、フープ補強層と保護層の間に、少なくとも１層の中間層をさらに具えることが好ましく、この中間層は上述したと同様の構成とすることがさらに好ましい。

そして、この発明に従う安全タイヤは、前記のいずれかの空気のうを有するものである。

この発明によれば、高強力材料でフープ補強層を構成することで、従来の不織布とゴムの複合体で補強層を構成した場合に比べて大幅な軽量化が図れる上、ケース部材とフープ補強層の間に配設された中間層がケース部材とフープ補強層の間の摩擦を防ぐので、内圧低下時の迅速で均一な拡径変形を妨げることがない。

以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の形態を説明する。図１はこの発明に従う代表的な安全タイヤ１をリムＲに装着した状態の幅方向断面を、正常内圧状態で示している。

図１に示す安全タイヤ１は、タイヤ２内に空気のう３を収納しており、タイヤ２には、所定の空気圧が、空気のう３にはこの空気圧との関係で設定された内圧で気体が充填されている。この正常内圧状態では、タイヤ２と空気のう３の間に空間部Ｓ_１が、空気のう３の内部には空間Ｓ_２がそれぞれ形成される。空気のう３は、中空円環状のケース部材４と、ケース部材４のクラウン部の外周側に配設された少なくとも１層（図１では１層）のフープ補強層５と、ケース部材４とフープ補強層５の間に配設された少なくとも１層（図１では１層）の中間層６を具える。

図示の実施態様において、ケース部材４は、例えばブチルゴムからなる気体不透過層７と、この気体不透過層７の外面上に貼り付けられた、例えば不織布とゴムの複合体からなる張力支持層８とで構成されており、図示しない充填バルブから内部空間Ｓ_２に気体が充填されると、気体不透過層７が気体の漏出を防ぐと共に、張力支持層８がケース部材４の拡張を抑制するので、空間Ｓ_２内を所定の内圧に維持することができる。しかし、張力支持層８のみでは、空気のう３のクラウン部が膨出した断面形状となるため、タイヤの転動に伴う遠心力の作用により、クラウン部がタイヤの内面にまで到達し、損傷するおそれがある。そこで、従来より、空気のうのクラウン部にフープ補強層を配設することで空気のうの周方向剛性を高め、内圧適用時にも断面形状を偏平に維持することが行われているが、従来の空気のうでは、このフープ補強層を不織布とゴムの複合体で構成することが一般的であり、かかる複合体を用いてクラウン部の膨出を抑制するのに十分な周方向剛性を得るためには、複数枚の複合体で補強層を構成しなければならず、これはタイヤの重量増加を招く上、製造コストの上昇も招くという問題があった。

これに対し、この発明の空気のう３では、平行配列した複数本のコードをゴム被覆したものを、コードの延在方向が略タイヤ周方向と一致するように配置することでフープ補強層５を構成している。このようなコードのゴム被覆体は、従来のフープ補強層に用いられている不織布とゴムの複合体に比べて、コードの延在方向に高い強力を発揮するため、少量でもフープ補強層に必要とされる周方向剛性を確保することができ、重量面及びコスト面で有利である。

タイヤの内圧が低下すると、フープ補強層５が破断してケース部材４が拡張変形する。この際、従来の不織布とゴムの複合体で構成したフープ補強層であれば、不織布の繊維相互のからみ合いがほどけて塑性変形するため、チューブの拡径変形を妨げることがなく、均一に拡張する。一方、コードのゴム被覆体で構成したフープ補強層では、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、フープ補強層５が破断した部分からケース部材４の拡張変形が始まるが、フープ補強層５とケース部材４との間には大きな摩擦力が発生することから、図５（ｃ）及び（ｄ）に示すように、フープ補強層５が破断した部分は大きく変形するものの、周上でその反対側に位置する部分は変形が小さい。この結果、空気のうの拡張が不均一となり、前記の摩擦力が内圧の一部を負担することから、安全タイヤの張力分布に偏りが生じて、ランフラット走行中に振動が発生する等の問題が生じる。そこで、この発明の空気のう３では、ケース部材４とフープ補強層５の間に、ゴムとの間の最大摩擦係数がケース部材４とフープ補強層５との間の最大摩擦係数よりも小さい中間層６を配設しているので、フープ補強層５が破断した場合には、従来の空気のうに比べて、フープ補強層５がケース部材４上を滑動しやすく、したがって空気のう３を均一に拡径変形させることができる。さらに、フープ補強層５をケース部材４に直接貼り付けた場合には、フープ補強層５の破断時に亀裂がケース部材４に伝播しランフラット走行耐久性を損ねることが懸念されるが、このように中間層６を介在させることで、フープ補強層５からケース部材４への亀裂の伝播を防ぐことができ、十分なランフラット走行耐久性を得ることもできる。

フープ補強層５はタイヤの内圧低下時に破断する必要があり、好ましくは破断強度がタイヤの所定の空気圧の５％の内圧を適用した空気のうに作用する張力よりも大きく、かつタイヤの所定の空気圧を適用した空気のうに作用する張力よりも小さい。このような破断強度を有するフープ補強層５を用いれば、正常内圧状態では空気のう３の断面形状を偏平に保ち、内圧低下状態ではケース部材４の迅速な拡径変形を妨げることがない。なお、ここでいう「破断強度」とは、ＪＩＳ Ｋ ７１６１に従って得られる結果をいうものとする。

また、中間層６を構成する材料は、前記の最大摩擦係数の条件を満たすものであれば特に限定されないが、樹脂フィルムとすることが好ましい。樹脂フィルムは未加硫ゴムとの付着性が低い上、重量及び加工性の点で有利だからである。特に好適な樹脂フィルムは、ゴムに対する付着性が低く、かつ樹脂フィルム相互の付着性も低いもの、例えばＪＩＳ Ｚ ０２３７に準拠して測定した粘着力が０．０５Ｎ／２５ｍｍ以下のものであり、例えばポリエチレン（ＰＥ）フィルム、ポリプロピレン（ＰＰ）フィルム、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＣ）フィルム、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム等が挙げられる。特にガラス転移点が１３０℃以上の樹脂を用いることが好ましい。これは、空気のうの製造工程において、ケース部材４に中間層６及びフープ補強層５を貼り付けた後、高温で加硫成型を行うが、ガラス転移点が１３０℃未満の樹脂を用いると、これが溶解してケース部材及び／又はフープ補強層に接着するため、内圧低下時のフープ補強層５の滑動が妨げられるおそれがあるからである。

ケース部材４とフープ補強層５との間に中間層６を１層のみ設ける場合には、ケース部材４及びフープ補強層６の少なくとも一方と中間層６とを非接着（はく離強さが０ｋＮ／ｍ）とするか、又は４ｋＮ／ｍ以下のはく離強さとなるように弱く接着することが好ましい。これによれば、タイヤの内圧が低下すると、中間層６とケース部材４及び／又はフープ補強層５との間に作用する張力が中間層６のはく離強さを上回るため、中間層６がケース部材４及び／又はフープ補強層５からはく離し、この結果、ケース部材４の拡径変形が妨げられることがなく、かつケース部材４へ亀裂が伝播することもない。

また、図２に示すように、ケース部材４とフープ補強層５との間に中間層を２層以上設ける場合には、少なくとも１組の隣接する中間層６ａ、６ｂ間のはく離強さが０〜４ｋＮ／ｍの範囲内にあることが好ましい。一般にゴムとの間の最大摩擦係数に比べて中間層同士の最大摩擦係数は小さいので、内圧低下時に隣接する中間層６ａ、６ｂの間で滑りを発生させることで、一層迅速かつ均一にケース部材４を拡径変形させることができる。

さらに、中間層は、ケース部材４の拡径変形を妨げないように、迅速かつ均一する高伸張性であることが好ましい。具体的には、タイヤの所定の空気圧と同一の内圧を適用した空気のうに作用する張力と同一の張力条件下での伸張率が２０％以上であることが好ましい。

図３は、この発明に従う安全タイヤの他の実施態様を示す。図示のように、フープ補強層５の外周上に、フープ補強層５よりも広幅の保護層９を設けてもよい。かかる保護層９を配設し、空気のう３を一体物とすることによって、空気のうの製造時にフープ補強層５が外れたり、ケース部材４、フープ補強層５及び中間層６の間に異物が侵入したり、あるいは安全タイヤの使用時にパンク孔等から侵入した異物によって補強層５が損傷したりするのを防止することができる。この場合には、図４に示すように、フープ補強層５と保護層９の間に、少なくとも１層の中間層６ｃを具えることがさらに好ましい。中間層６ｃによってフープ補強層５と保護層９が付着するのを防ぐことができるからであり、これによって保護層９を配設した場合にもケース部材４の迅速かつ均一な拡径変形が確保される。

なお、上述したところは、この発明の実施形態の一部を示したにすぎず、この発明の趣旨を逸脱しない限り、これらの構成を相互に組み合わせたり、種々の変更を加えたりすることができる。例えば、図示の実施態様では、ケース部材４は、気体不透過層７と、この気体不透過層７の外面の一部に貼り付けられた張力支持層８とで形成されているが、張力支持層８が気体不透過層７の外面全体を覆っていてもよい。また、気体不透過層７を気体不透化性樹脂フィルムとしたり、ケース部材４の全体に気体不透化性と張力支持性を付与したりすることもできる。

次に、この発明に従う安全タイヤ用空気のう及び安全タイヤを試作し性能評価を行ったので、以下に説明する。

実施例１〜５の空気のうは、タイヤサイズが４９５／４５Ｒ２２．５の安全タイヤに収納して用いられるものであり、ブチルゴムチューブの外面全体をＰＥＴ不織布とゴムの複合体で覆ってなるケース部材のクラウン部に、ＰＥＴコードをゴム被覆してなる１層のフープ補強層を具える。また、実施例２〜４の空気のうには、フープ補強層の外周上にゴムシートを保護層として配設した。中間層としてはＰＥＴフィルムを用い、実施例１及び２ではケース部材とフープ補強層の間に１層を、実施例３ではケース部材とフープ補強層の間に１層、フープ補強層と保護層の間に１層を、実施例４ではケース部材とフープ補強層の間に２層を、実施例５ではケース部材とフープ補強層の間に２層、フープ補強層と保護層の間に２層を、それぞれ配設した。

比較のため、実施例１〜５の空気のうと同様に、タイヤサイズが４９５／４５Ｒ２２．５の安全タイヤに収納して用いられるものであり、実施例１〜５の空気のうのケース部材と同じケース部材のクラウン部に、アラミド不織布とゴムの複合体からなるフープ補強層を５層積層した従来例の空気のうについても併せて試作した。

（質量）
前記各供試空気のうの質量を測定した。この評価結果を表１に示す。なお、表１中の評価結果は従来例の空気のうの質量を１００としたときの指数比で示してあり、数値が小さいほど軽量である。

（拡径変形性）
従来例及び実施例１〜５の空気のうを、タイヤサイズが４９５／４５Ｒ２２．５のタイヤに収納し、リムサイズが１７．００×２２．５のリムに装着してタイヤ車輪とし、これをテスト車両に取り付けた。次いで、空気のうを含むタイヤ（空間Ｓ_１）の内圧を９００ｋＰａ（相対圧）とし、空気のう（空間Ｓ_２）の内圧を９７０ｋＰａ（相対圧）とした後、空間Ｓ_１へ気体を供給するバルブのバルブコアを抜き取ってランフラット状態にした。次いで、タイヤ負荷荷重：５６．８８ｋＮ、走行速度：６０ｋｍ／ｈの条件下で２５ｋｍをランフラット走行させた。この際に発生する振動の大きさをプロのドライバーによるフィーリングによって評価した。その評価結果を表１に示す。なお、評価結果の評点１は運転に支障があるほど大きな振動が発生していることを表し、評点２は運転に支障はないが大きな振動が発生していることを表し、評点３は微小な振動が発生していることを表し、評点４は振動が発生していないことを表す。

表１に示す結果から、実施例１〜５の空気のうは、従来例の空気のうに比べて、格段の軽量化が図れたことを示している。また、実施例１及び５の安全タイヤは振動が全く発生しておらず、ケース部材が均一に拡張変形していることが分かる。実施例２〜４の安全タイヤは、多少の振動が発生していることから、ケース部材の拡張変形に偏りがあることが分かるが、その振動レベルは運転に支障があるほどのものではなかった。これらのことから、実施例１〜５の空気のう及びこれを用いた安全タイヤは総合的な性能に優れていることが分かる。

以上の説明から明らかなように、この発明によって、内圧低下時の迅速で均一な拡径変形を妨げることなく軽量化を図った安全タイヤ用空気のう及びかかる空気のうを有する安全タイヤを提供することが可能となった。

この発明に従う代表的な安全タイヤをリムに装着した状態の幅方向断面図であり、正常内圧状態で示す。 この発明に従う他の安全タイヤをリムに装着した状態の幅方向断面図であり、正常内圧状態で示す。 この発明に従う他の安全タイヤをリムに装着した状態の幅方向断面図であり、正常内圧状態で示す。 この発明に従う他の安全タイヤをリムに装着した状態の幅方向断面図であり、正常内圧状態で示す。 （ａ）〜（ｄ）は、フープ補強層の破断時における空気のうの拡張の様子を示している。

符号の説明

１ 安全タイヤ
２ タイヤ
３ 空気のう
４ ケース部材
５ フープ補強層
６、６ａ、６ｂ、６ｃ 中間層
７ 気体不透過層
８ 張力支持層
９ 保護層

Claims (9)

1. タイヤに収納され、該タイヤの所定の空気圧との関係で設定された内圧で気体が充填され、タイヤの内圧が正常な状態では少なくともタイヤ内面との間に空間部を形成し、タイヤの内圧が低下した状態では拡径変形して荷重の支持をタイヤから肩代わりする安全タイヤ用空気のうにおいて、
   中空円環状をなし、内部空間に気体を保持するケース部材と、
   略タイヤ周方向に延びるコードをゴム被覆してなり、前記ケース部材のクラウン部の外周側に配設され、タイヤ内圧正常状態では空気のうに加わる張力を負担し、タイヤ内圧低下状態では破断する少なくとも１層のフープ補強層と、
   前記ケース部材と前記フープ補強層の間に配設され、ゴムとの間の最大摩擦係数がフープ補強層とケース部材との間の最大摩擦係数よりも小さい少なくとも１層の中間層と
   を具えることを特徴とする安全タイヤ用空気のう。
2. 前記中間層は樹脂フィルムからなる、請求項１に記載の空気のう。
3. 前記中間層はガラス転移点が１３０℃以上の樹脂フィルムからなる、請求項２に記載の空気のう。
4. 前記中間層は１層であり、ケース部材及びフープ補強層の少なくとも一方とのはく離強さが０〜４ｋＮ／ｍの範囲内にある、請求項１〜３のいずれか一項に記載の空気のう。
5. 前記中間層は２層以上であり、少なくとも１組の隣接する中間層間のはく離強さが０〜４ｋＮ／ｍの範囲内にある、請求項１〜３のいずれか一項に記載の空気のう。
6. 前記中間層は、タイヤの所定の空気圧と同一の内圧を適用した空気のうに作用する張力と同一の張力条件下での伸張率が２０％以上である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の空気のう。
7. 前記空気のうは、前記フープ補強層の外周上に、フープ補強層よりも広幅の保護層をさらに具える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の空気のう。
8. 前記フープ補強層と前記保護層の間に、少なくとも１層の中間層をさらに具える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の空気のう。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の空気のうを有する安全タイヤ。

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