JP4266703B2 - タイヤホイール組立体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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高剛性の環状シェル及び弾性リングからなるランフラット用中子体の耐久性を向上させかつ軽量化をはかったタイヤホイール組立体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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。例えば特許文献１や特許文献２には、空気入りタイヤの内空洞部のリム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。その他特許文献３及び４などにもランフラットタイヤについての開示が認められる。
【０００３】
前記ランフラット用中子体は、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中子体がタイヤのリム上に支持されるような構造をしている。なお、このランフラット用中子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いう利点を有している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２９７２２６号公報
【特許文献２】
特表２００１−５１９２７９号公報
【特許文献３】
特開２００１−１６３０２０号公報
【特許文献４】
特開１９９８−２９７２２６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はランフラット用タイヤホイール組立体のランフラット用中子体を構成する弾性リングを高弾性率でかつ伸びの高い材料を用いてランフラット用中子の耐久性を向上させると共に軽量化を図ったタイヤホイール組立体を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に従えば、タイヤ／リムの内空洞部に、薄肉剛性の環状シェルが弾性リングによってリムに支持される様に構成されたランフラット用中子体を装着したタイヤホイール組立体において、弾性リング材の２５℃における１００％モジュラスＭ（ＭＰａ）が４〜２０で、２５℃における破断伸びＥｂ（％）との積Ｍ×Ｅｂが２０００より大きく、かつ、弾性リング材のｔａｎδ（６０℃）が０．２０以下であるタイヤホイール組立体が提供される。
【０００７】
本発明に従えば、また、前記弾性リング材が、共役ジエン単位の含有量が３０重量％以下であるエチレン性不飽和ニトリル−共役ジエン系高飽和ゴムを５０重量部以上含むゴム成分１００重量部に（メタ）アクリル酸の金属塩１０〜１２０重量部及び有機過酸化物を配合したゴム組成物から構成された前記タイヤホイール組立体が提供される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、高剛性の環状シェルと弾性リングとから形成されるランフラット用中子体において、ランフラット時の耐久性を向上させると共に軽量化をはかることを目的として、研究を進めた結果、弾性リングの材質を２５℃における１００％モジュラスＭ（ＭＰａ）が４〜２０、好ましくは８〜２０で、２５℃における破断伸びをＥｂ（％）としたときのＭ×Ｅｂの値が２０００超（Ｍ×Ｅｂ＞２０００）、好ましくは３０００超で、かつ、ｔａｎδ（６０℃）が０．２０以下、好ましくは０．１５以下の材料を用いることによって、前記目的を達成しうることを見出した。更にこれらの材質の弾性リングと剛性の環状シェルとの接着性を確保するために、環状シェルと弾性リングとの接触面積を工夫することにより、一層好ましい耐久性を得ることができることを見出した。なお、前記１００％モジュラスＭ（ＭＰａ）及び破断伸びＥｂ（％）はＪＩＳ Ｋ６２５１の方法で測定した値をいう。
【０００９】
本発明に従えば、前述の如く、弾性リング材の１００％モジュラスＭ（ＭＰａ）（２５℃）が高いほど変形が少なくランフラット耐久性が向上するので、この値が４〜２０ＭＰａであることが必要で８〜２０ＭＰａが好ましい。一方では弾性リング材の変形量に応じた必要最小限の伸びを確保する必要があり、この要件を考慮すれば、１００％モジュラスＭ（２５℃）とＥｂ（％）（２５℃）との積Ｍ×Ｅｂが２０００超、好ましくは３０００超で、はじめて耐久性が向上する。
【００１０】
また、本発明によれば、弾性リング材のｔａｎδ（６０℃）を小さくすれば、ランフラット走行時の発熱が小さく、弾性リング自身の耐久性が向上する。このｔａｎδ（６０℃）の値は１００km程度のランフラット寿命であれば０．２以下で十分であるが、好ましくは０．１５以下、更に好ましくは０．１０以下である。なお、このｔａｎδの値は、東洋精機製作所製レオログラフソリッドを用い、初期歪み１０％、動的歪み２％、周波数２０Hzの条件で試験サンプルは幅５mm、厚さ２mmのものを用いて測定したものである。
【００１１】
本発明の好ましい態様に従えば、タイヤ製造時のリム組み性を容易にすべく、弾性リング５の断面形状において、例えば図２Ａ及び２Ｂに示すように、窪み７や切り欠き８を加工することができる。一般的にはかかる加工をすると、局所的応力集中が発生しやすい。しかし、前記伸び特性が確保されていると、かかる問題が生ずることなく、リム組み時に、弾性リングの損傷がなくなり、実用上好ましく使用することができる。
【００１２】
以下、本発明を図に示す本発明のタイヤホイール組立体の一例により具体的に説明する。図１は本発明のタイヤホイール組立体（車輪）の代表的な実施例の要部を示す子午線断面図である。
【００１３】
例えば、図１に示すように、本発明に係るランフラット用中子体１は空気入りタイヤ２のタイヤ／リムの内空洞部３に挿入される高剛性の環状シェル４と弾性リング５とから形成される。このランフラット用中子体１は、外径が空気入りタイヤ２の内空洞部３の内面と一定の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、かつその内径は一般的には空気入りタイヤのビ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中子体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６に組み込み、タイヤホイール組立体を構成する。このタイヤホイール組立体を自動車などに装着し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がランフラット用中子体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となる。
【００１４】
本発明のタイヤホイール組立体のランフラット用中子体は、高剛性材料（例えば鉄、ステンレス、スチール、アルミ合金などの金属材料や繊維補強された合成樹脂等）製の環状シェル４と弾性リング５とから構成されており、環状シェル４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１に示すように２つのものに限らず、３以上のもの、更には単一のものでもよい）、更には平坦その他の形状のものとすることができる。
【００１５】
弾性リング５は、例えば環状シェル４の両脚部の端部にそれぞれ取り付け、そのまま左右のリム６上に当接することにより環状シェル４を支持する。この弾性リング５は通常ゴムから構成され、パンクなどをしたタイヤから環状シェル４が受ける衝撃や振動を緩和すると共に、リム６に対する滑り止めの作用をし、環状シェル４をリム６上に安定支持する働きをする。
【００１６】
ランフラット用中子体１を構成する高剛性の環状シェル４と弾性リング５とはその接着力を高めるために、好ましく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タイヤの呼び内径Ｒ（インチ）により無次元化され、接着面積をＳ（cm² ）としたときに、その比Ｓ／Ｒが４．５cm² ／インチ以上であるのが好ましく、８〜２０cm² ／インチであるのが更に好ましい。ここで接着面積とは環状シェルの片側端部における剛性材料と弾性リングとの接着面積、即ちその周方向に直交する横断面における環状シェル４の端部の弾性リング５と接しているシェルの表／裏面及び端面を周方向に一周させた全接着面積をいう。
【００１７】
さらに、環状シェル４と弾性リング５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において、ランフラット用中子体１、空気入りタイヤ２、リム６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する。なお、環状シェルの寸法には特に限定はないが、厚さ０．５〜３．０mmで、幅は左右タイヤビードトウの間隔と略等しくするのが好ましい。なお、本発明の好ましい態様では弾性リング５の断面の径方向の略中央部の軸方向外側に、図２Ａに示すような窪み（好ましいサイズは平均直径５０〜１００mm×最大深度全厚みの１／４〜１／３）及び／又は図２Ｂに示すような切欠き（好ましくは巾１〜３mm×深さ全厚みの１／２〜１／３）を設けて耐久性への悪影響を及ぼすことなく、リム組み時に、弾性リングが軸方向内側に変形しやすくなり、リム組み性を向上させることができる。とりわけ高弾性率の弾性リング材を用いる時に好ましく用いることができる。
【００１８】
本発明に係るタイヤホイール組立体の弾性リング材としては前記物性を満足する弾性体を用いることができ、具体的には共役ジエン単位の含有量が３０重量％以下、好ましくは０〜２０重量％のエチレン性不飽和ニトリル−共役ジエン系高飽和ゴムを５０重量部以上、好ましくは６０〜１００重量部含むゴム成分１００重量部に（メタ）アクリル酸の金属塩１０〜１２０重量部、好ましくは３０〜１２０重量部及び有機過酸化物を配合したゴム組成物を用いることができる。エチレン性不飽和ニトリル共役ジエン系高飽和ゴムの配合量が少な過ぎると必要なモジュラスと伸びが得られなくなるおそれがあり、またその共役ジエン単位の含有量が多過ぎると（メタ）アクリル酸の金属塩による補強の効果が少なくなり、必要なモジュラスが得られなくなるおそれがある。
【００１９】
本発明において好ましく使用できるエチレン性不飽和ニトリル−共役ジエン系高飽和ゴムは、例えば特開昭６３−２７０７５３号公報や特開平１−３０６４４０号公報に記載されている通り、公知の材料であり、具体的には日本ゼオン（株）製の水素化アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴム、Ｚｅｔｐｏｌ ００２０，Ｚｅｔｐｏｌ １０１０，Ｚｅｔｐｏｌ １０２０，Ｚｅｔｐｏｌ ２０００，Ｚｅｔｐｏｌ ２０００Ｌ，Ｚｅｔｐｏｌ ２０１０，Ｚｅｔｐｏｌ ２０１０Ｌ，Ｚｅｔｐｏｌ ２０１０Ｈ，Ｚｅｔｐｏｌ ２０１１，Ｚｅｔｐｏｌ２０２０，Ｚｅｔｐｏｌ ２０２０Ｌ，Ｚｅｔｐｏｌ ２０３０Ｌ，Ｚｅｔｐｏｌ ３１１０，Ｚｅｔｐｏｌ ３１２０，Ｚｅｔｐｏｌ ４１１０，Ｚｅｔｐｏｌ ４１２０などをあげることができる。なお、ここで「高飽和ゴム」とはジエン部分の二重結合を一部又はほぼ全部水添したものをいう。
【００２０】
本発明において使用する（メタ）アクリル酸の金属塩としては、例えばアクリル酸、メタクリル酸の金属塩であり、金属としては、これらと塩を形成するものであれば特に制限されないが、亜鉛、マグネシウム、カルシウム及びアルミニウムが適している。この組合せの中でも、アクリル酸亜鉛又はメタクリル酸亜鉛が特に好ましい。この（メタ）アクリル酸の金属塩の配合量が少な過ぎると、必要なモジュラス及び強度が得られなくなるおそれがあり、逆に多過ぎると硬くなり過ぎてリム組み性が悪化したり、必要な伸びが得られなくなるおそれがある。
【００２１】
本発明において使用する有機過酸化物としては、例えばジクミルパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、ｔ−ブチルクミルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３、２，５−ジメチル−２，５−モノ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、α，α′−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ−ｍ−イソプロピル）ベンゼンなどが挙げられる。これらの有機過酸化物の配合量には特に限定はないが、ゴム成分１００重量部に対して、好ましくは０．２〜１０重量部、更に好ましくは１〜８重量部使用する。
【００２２】
前記ゴム組成物にエチレン性不飽和ニトリル−共役ジエン系高飽和ゴムと共に配合されるゴム成分としては、例えば天然ゴム（ＮＲ）、エポキシ化天然ゴム、ジエン系ゴム（例えばポリイソプレンゴム（ＩＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、共役ジエン−芳香族ビニル共重合体（例えばＳＢＲ）、エチレン性不飽和ニトリル−共役ジエン共重合体（例えばＮＢＲ））及びその水添物、オレフィン系ゴム（エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ又はＥＰＭ）、マレイン酸変性エチレン−プロピレンゴム（Ｍ−ＥＰＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、イソブチレンと芳香族ビニル又はジエン系モノマー共重合体）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、アイオノマー、含ハロゲンゴム（例えばＣＩＩＲ、ＢＩＩＲ、イソブチレン−ｐ−メチルスチレン共重合体の臭素化物（Ｂｒ−ＩＰＭＳ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ヒドリンゴム（ＣＨＲ、ＣＨＣ）、クロロスルホン化ポリエチレン（ＣＳＭ）、塩素化ポリエチレン（ＣＭ）、マレイン酸変性塩素化ポリエチレン（Ｍ−ＣＭ））、含イオウゴム（例えばポリスルフィドゴム）フッ素ゴム（例えば、ビニリデンフルオライド系ゴム、含フッ素ビニルエーテル系ゴム、テトラフルオロエチレン−プロピレン系ゴム、含フッ素ホスファゼン系ゴム）などをあげることができる。これらのゴム成分には、カーボンブラック、シリカ、炭酸カルシウム、クレイなどのフィラー、老化防止剤、オイル又は可塑剤、加硫剤、加硫促進剤、加硫助剤などの汎用の添加剤を適宜配合して使用することができる。
【００２３】
本発明に従って、ゴム成分中に、エチレン性不飽和ニトリル−共役ジエン高飽和ゴム、を配合する方法、更にはこれに（メタ）アクリル酸の金属塩及び有機過酸化物の混合方法は以下の通りである。
即ち、容量１６リットルのバンバリーミキサーにまずアクリロニトリル−ブタジエン共重合体と残りのゴム成分を投入し、次いで（メタ）アクリル酸亜鉛を投入し均一に分散させた後、加硫剤以外の配合剤を投入して合計３〜５分間混合し放出した。次いでオープンロールにてゴムに有機過酸化物を混合し、ゴム組成物を得た。
【００２４】
本発明の弾性リング５を構成する材料には、さらに、カーボンブラックやシリカなどの補強用充填剤、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、充填剤、可塑化剤、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、これらの添加剤の配合量も、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。
【００２５】
【実施例】
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。
【００２６】
実施例１〜１３及び比較例１〜５
表Ｉ〜表IVに示す配合（重量部）で、従来方法で、タイヤサイズを２０５／５５Ｒ１６ ８９Ｖ、リムサイズを１６×６ １／２ＪＪとしてタイヤホイール組立体を作製し、以下の試験に供した。
【００２７】
これら各試験タイヤホイール組立体を以下に示す測定方法により、耐久性の評価試験を行った。結果は表Ｉ〜IVに示す。
【００２８】
１００％モジュラス（Ｍ)(２５℃)(MPa)：ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠して測定。破断伸び（Ｅｂ)(２５℃)(％）：ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠して測定。
ｔａｎδ：東洋精機製作所製、粘弾性スペクトロメーターを用いて、６０℃、初期歪１０％、振幅±２％、周波数２０ｚで測定。
【００２９】
リム組み性：リム組み後に解体して中子の損傷を確認する（実施例のケースによっては、繰り返しリム組み評価する）。時速９０kmで１００km以上ランフラット走行可能なものを合格とする。
【００３０】
ランフラット耐久性：２５００cc乗用車に前記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、故障するまで走行させ、その走行距離を計測した。結果は表Ｉ〜IVに示す。
【００３１】
【表１】

【００３２】
【表２】

【００３３】
【表３】

【００３４】
【表４】

【００３５】
【発明の効果】
以上の通り、本発明に従えば、高剛性の環状シェルと弾性リングとによって形成されたランフラット用中子において、弾性リングを高モジュラス、高伸び性で、かつ、低発熱性の材料で構成することにより耐久性が向上する。これらの物性は具体的には例えば水素化ＮＢＲなどのエチレン性不飽和ニトリル−共役ジエン高飽和ゴムと（メタ）アクリル酸亜鉛などの（メタ）アクリル酸金属塩との配合物から得ることができ、また、必要最小限の弾性リングと環状シェルとの接着面積を確保すると一層好ましい。更に、これらの物性を有する弾性リング材を用いると、弾性リングに窪みや切り欠きのあるものも、リム組み中の損傷を防止でき、好ましく利用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタイヤホイール組立体の一例の要部を示す子午線断面図である。
【図２】本発明の好ましい態様におけるタイヤホイール組立体の弾性リングの一例を示す断面構成図で図２Ａは窪み部、図２Ｂは切欠き部を有する例である。
【符号の説明】
１…ランフラット用中子体
２…空気入りタイヤ
３…タイヤ／リムの内空洞部
４…高剛性環状シェル
５…弾性リング
６…リム
７…窪み
８…切欠き

Claims (6)

1. タイヤ／リムの内空洞部に、薄肉剛性の環状シェルが弾性リングによってリムに支持される様に構成されたランフラット用中子体を装着したタイヤホイール組立体において、弾性リング材の２５℃における１００％モジュラスＭ（ＭＰａ）が４〜２０で、２５℃における破断伸びＥｂ（％）との積Ｍ×Ｅｂが２０００より大きく、かつ、弾性リング材のｔａｎδ（６０℃）が０．２０以下であることを特徴とするタイヤホイール組立体。
2. 前記弾性リング材が、共役ジエン単位の含有量が３０重量％以下であるエチレン性不飽和ニトリル−共役ジエン系高飽和ゴムを５０重量部以上含むゴム成分１００重量部に（メタ）アクリル酸の金属塩１０〜１２０重量部及び有機過酸化物を配合したゴム組成物から構成されたものである請求項１に記載のタイヤホイール組立体。
3. 共役ジエン単位の含有量が２０重量％以下で、（メタ）アクリル酸の金属塩の量が３０〜１００重量部である請求項２に記載のタイヤホイール組立体。
4. タイヤの呼び内径Ｒ（インチ）とゴム／金属の接着面積Ｓ（cm² ）との比Ｓ／Ｒが４．５cm² ／インチ以上である請求項１〜３のいずれか１項に記載のタイヤホイール組立体。
5. 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４に記載のタイヤホイール組立体。
6. 弾性リングの断面形状が径方向の略中央部に窪み及び／又は切欠きを有する請求項１〜５のいずれか１項に記載のタイヤホイール組立体。

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