JP5045537B2 - 空気入りタイヤとリムとの組立体 - Google Patents

Description

本発明は空気入りタイヤとリムとの組立体に関し、さらに詳しくは、タイヤの質量を低減させながら、ランフラット耐久性を向上させるようにした空気入りタイヤとリムとの組立体に関する。

タイヤがパンクしてもそのまま継続して一定の距離を走行できるようにした空気入りタイヤには種々の形態がある。そのうち、タイヤの内側の空間に環状の支持部材を組み込んでパンクしたときのタイヤの内周面を支持するようにした形態のものとしては、タイヤの内側にランフラット支持体を組み込んだものや、タイヤの内側に円環状の膜体からなる空気嚢を挿入したもの、などが広く知られている。

これらのうち、タイヤの内側に円環状の膜体からなる空気嚢を挿入したものは、通例、空気嚢の内圧を空気入りタイヤの内圧以上にしておき、タイヤがパンクして内圧が低下したときには、空気嚢が拡径変形して負荷荷重を支持するように構成されている。したがって、空気嚢を構成する膜体には、空気透過性の低いブチルゴムなどの材料が使用されており、ランフラット走行時における耐久性を確保するための設計がなされている。従来、空気嚢の膜体の構成として、膜体の外周壁に補強コード層を配置したり（特許文献１参照）、膜体の外周面に剛性板などを配置する（特許文献２参照）ようにした提案がある。

しかし、これらの提案では、いずれも補強コード層や剛性板などの配置によってタイヤの質量を増加させるため、低燃費化の要請に応えられないという問題があり、さらには、空気嚢の内圧を長期にわたり保持することが難しいため、空気嚢の内圧の低下に伴いランフラット耐久性が低下するという問題があった。
特開２００２−５９７１８号公報 特開２００５−８１９２２号公報

本発明の目的は、上述する問題点を解消するもので、タイヤの質量を低減させながら、ランフラット耐久性を向上させるようにした空気入りタイヤとリムとの組立体を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の空気入りタイヤとリムとの組立体は、リムに装着した空気入りタイヤの内側に円環状の膜体からなる空気嚢を挿入すると共に、該空気嚢の内圧を前記空気入りタイヤの内圧と同一又はそれ以上にして、前記空気入りタイヤのトレッド内周面と前記空気嚢の外周面との間に空間を介在させるようにしたランフラット走行可能な空気入りタイヤとリムとの組立体において、前記膜体を６０℃におけるｔａｎδが０．０５〜０．３０で、かつ空気透過率が（０．５〜３．０）×１０^-11 ｃｃ・ｃｍ／ｃｍ² ・ｓｅｃ・ｃｍＨｇである熱可塑性樹脂または熱可塑性樹脂中にエラストマーをブレンドした熱可塑性エラストマー組成物からなる封止層とゴム層との積層体で構成し、前記封止層を前記膜体の外周面に配置すると共に、前記積層体における前記封止層の占める容積比率を少なくとも５０％にし、かつ前記封止層を前記空気入りタイヤの内周面に配置したことを特徴とする。

本発明によれば、空気嚢を構成する膜体を所定の空気透過率を有する熱可塑性樹脂または熱可塑性樹脂中にエラストマーをブレンドした熱可塑性エラストマー組成物からなる封止層とゴム層との積層体で構成し、封止層を膜体の外周面に配置すると共に、積層体における封止層の占める容積比率を少なくとも５０％にしたので、この封止層の空気不透過性により空気嚢の内圧を効率よく保持しながら、外周面に配置された摩擦係数の低い封止層がランフラット走行時におけるトレッド内周面との摩擦による損傷を防ぐと共に、積層体におけるゴム層の介在により異物の進入を極力制止させて、ランフラット走行時における耐久性を向上させることができる。しかも、空気嚢には特別の補強層などを配置する必要がないため、組立体としての質量を増加させることがない。また、空気嚢の一部をゴムより質量の小さい封止層に置き換えたことにより、タイヤの質量を低減させることができる。

さらに、封止層をゴムに比べてｔａｎδが低く発熱性の小さい熱可塑性樹脂または熱可塑性エラストマー組成物で構成することによって、ランフラット走行時における空気嚢の繰り返し撓みによる発熱を抑えることができるので、ランフラット耐久性を効率よく向上させることができる。
しかも、ゴムより摩擦係数の低い封止層を膜体の外周面及び空気入りタイヤの内周面に配置したので、ランフラット走行時における空気嚢の外周面とトレッド内周面との接触面での摩擦抵抗を低下させることが可能になり、接触面におけるゴムの損傷を効率よく抑制して、ランフラット耐久性を確実に向上させることができる。

以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態による空気入りタイヤとリムとの組立体を示すタイヤ子午線方向の半断面図である。

本発明の空気入りタイヤとリムとの組立体は、図１に示すように、リムＲに装着された空気入りタイヤ１の内側に円環状の膜体からなる空気嚢２が挿入され、空気嚢２の内圧ｐ２が空気入りタイヤ１の内圧ｐ１と同一又はそれ以上に保持されて、空気入りタイヤ１のトレッド内周面１ａと空気嚢２の外周面２ａとの間に空間Ｐが介在するように構成されている。

そして、本発明の空気入りタイヤ１とリムＲとの組立体では、図１のＱ部における空気嚢２を拡大して図２（ａ）〜（ｅ）に示すように、空気嚢２を構成する膜体の少なくとも一部を熱可塑性樹脂または熱可塑性樹脂中にエラストマーをブレンドした熱可塑性エラストマー組成物からなる封止層３で構成した形態の中から、後述する実施例における評価結果を通じて知見された技術事項を基準にして選ばれた構成からなる形態を採用することとした。なお。図中３は熱可塑性樹脂または熱可塑性樹脂中にエラストマーをブレンドした熱可塑性エラストマー組成物からなる封止層を示し、４はゴム層を示す。

このように空気嚢２を構成する膜体の少なくとも一部を熱可塑性樹脂または熱可塑性エラストマー組成物からなる封止層３で構成したので、この封止層３の空気不透過性により空気嚢２の内圧が保持されるため、ランフラット走行時における耐久性を向上させることができる。

しかも、空気嚢２の膜体には特別の補強層などを配置する必要がないため、組立体としての質量を増加させることがない。さらに、空気嚢の少なくとも一部をゴムより質量の小さい封止層に置き換えたことにより、タイヤの質量を低減させることができる。

封止層３を構成する熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド系樹脂〔例えば、ナイロン６（Ｎ６）、ナイロン６６（Ｎ６６）、ナイロン４６（Ｎ４６）、ナイロン１１（Ｎ１１）、ナイロン１２（Ｎ１２）、ナイロン６１０（Ｎ６１０）、ナイロン６１２（Ｎ６１２）、ナイロン６／６６共重合体（Ｎ６／６６）、ナイロン６／６６／６１０共重合体（Ｎ６／６６／６１０）、ナイロンＭＸＤ６（ＭＸＤ６）、ナイロン６Ｔ、ナイロン６／６Ｔ共重合体、ナイロン６６／ＰＰ共重合体、ナイロン６６／ＰＰＳ共重合体〕及びそれらのＮ−アルコキシアルキル化物、例えば、ナイロン６のメトキシメチル化物、ナイロン６／６１０共重合体のメトキシメチル化物、ナイロン６１２のメトキシメチル化物、ポリエステル系樹脂〔例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンイソフタレート（ＰＥＩ）、ＰＥＴ／ＰＥＩ共重合体、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）、液晶ポリエステル、ポリオキシアルキレンジイミドジ酸／ポリブチレンテレフタレート共重合体などの芳香族ポリエステル〕、ポリニトリル系樹脂〔例えば、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメタクリロニトリル、アクリロニトリル／スチレン共重合体（ＡＳ）、（メタ）アクリロニトリル／スチレン共重合体、（メタ）アクリロニトリル／スチレン／ブタジエン共重合体〕、ポリメタクリレート系樹脂〔例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリメタクリル酸エチル〕、ポリビニル系樹脂〔例えば、酢酸ビニル、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ビニルアルコール／エチレン共重合体（ＥＶＯＨ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＤＶＣ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、塩化ビニル／塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニリデン／メチルアクリレート共重合体、塩化ビニリデン／アクリロニトリル共重合体（ＥＴＦＥ）〕、セルロース系樹脂〔例えば、酢酸セルロース、酢酸酪酸セルロース〕、フッ素系樹脂〔例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリクロルフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、テトラフロロエチレン／エチレン共重合体〕、イミド系樹脂〔例えば、芳香族ポリイミド（ＰＩ）〕等を好ましく用いることができる。

また、本発明で使用する熱可塑性エラストマー組成物は、上述した熱可塑性樹脂とエラストマーとをブレンドして構成することができる。

熱可塑性エラストマー組成物を構成するエラストマーとしては、例えば、ジエン系ゴム及びその水添物〔例えば、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、エポキシ化天然ゴム、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ、高シスＢＲ及び低シスＢＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ＮＢＲ、水素化ＳＢＲ〕、オレフィン系ゴム〔例えば、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ、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、Ｂｒ−ＩＩＲ、ＣＩ−ＩＩＲ、イソブチレンパラ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）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、塩素化ポリエチレンゴム（ＣＭ）、マレイン酸変性塩素化ポリエチレンゴム（Ｍ−ＣＭ）〕、シリコンゴム〔例えば、メチルビニルシリコンゴム、ジメチルシリコンゴム、メチルフェニルビニルシリコンゴム〕、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、含フッ素シリコン系ゴム、含フッ素ホスファゼン系ゴム〕、熱可塑性エラストマー〔例えば、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、エステル系エラストマー、ウレタン系エラストマー、ボリアミド系エラストマー〕等を好ましく使用することができる。

前記した特定の熱可塑性樹脂とエラストマーとの相溶性が異なる場合は、第３成分として適当な相溶化剤を用いて両者を相溶化させることができる。ブレンド系に相溶化剤を混合することにより、熱可塑性樹脂とエラストマーとの界面張力が低下し、その結果、分散層を形成しているゴム粒子径が微細になることから両成分の特性はより有効に発現されることになる。そのような相溶化剤としては、一般的に熱可塑性樹脂及びエラストマーの両方又は片方の構造を有する共重合体、或いは熱可塑性樹脂又はエラストマーと反応可能なエポキシ基、カルボニル基、ハロゲン基、アミノ基、オキサゾリン基、水酸基等を有した共重合体の構造をとるものとすることができる。これらは混合される熱可塑性樹脂とエラストマーの種類によって選定すればよいが、通常使用されるものには、スチレン／エチレン・ブチレンブロック共重合体（ＳＥＢＳ）及びそのマレイン酸変性物、ＥＰＤＭ、ＥＰＭ、ＥＰＤＭ／スチレン又はＥＰＤＭ／アクリロニトリルグラフト共重合体及びそのマレイン酸変性物、スチレン／マレイン酸共重合体、反応性フェノキシン等を挙げることができる。かかる相溶化剤の配合量には特に限定はないが、好ましくは、ポリマー成分（熱可塑性樹脂とエラストマーとの合計）１００重量部に対して、０．５〜１０重量部がよい。

熱可塑性エラストマー組成物において、特定の熱可塑性樹脂とエラストマーとの組成比は、特に限定されるものではなく、熱可塑性樹脂のマトリクス中にエラストマーが不連続相として分散した構造をとるように適宜決めればよいが、好ましい範囲は重量比９０／１０〜３０／７０である。

本発明において、封止層３を構成する熱可塑性樹脂および熱可塑性エラストマー組成物には、封止層３としての必要特性を損なわない範囲で前記した相溶化剤などの他のポリマーを混合することができる。他のポリマーを混合する目的は、熱可塑性樹脂とエラストマーとの相溶性を改良するため、材料の成型加工性をよくするため、耐熱性向上のため、コストダウンのため等があり、これに用いられる材料としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ＡＢＳ、ＳＢＳ、ポリカーボネート（ＰＣ）等を例示することができる。また、一般的にポリマー配合物に配合される充填剤（炭酸カルシウム、酸化チタン、アルミナ等）、カーボンブラック、ホワイトカーボン等の補強剤、軟化剤、可塑剤、加工助剤、顔料、染料、老化防止剤等を封止層３としての必要特性を損なわない限り任意に配合することもできる。

このようにして得られた熱可塑性エラストマー組成物は、熱可塑性樹脂（Ａ）のマトリクス中にエラストマー成分（Ｂ）が不連続相として分散した構造からなる。かかる構造をとることにより、十分な柔軟性と連続相としての樹脂層の効果による十分な剛性とを併せ付与することができると共に、成形に際しては、エラストマー成分の多少によらず、熱可塑性樹脂と同等の成形加工性を得ることができる。

本発明における封止層３とゴム層４との接着は、通常のゴム系、フェノール樹脂系、アクリル共重合体系、イソシアネート系等のポリマーと架橋剤を溶剤に溶かした接着剤をゴム層４の表面に塗布しておき、空気嚢２の加硫時における熱と圧力により接着させるとよい。溶剤系接着剤としては、例えば、フェノール樹脂系（ケムロック２２０・ロード社）、塩化ゴム系（ケムロック２０５、ケムロック２３４Ｂ）、イソシアネート系（ケムロック４０２）等を例示することができる。

本発明において、封止層３を構成する熱可塑性樹脂または熱可塑性エラストマー組成物の６０℃におけるｔａｎδは０．０５〜０．３０、好ましくは０．１０〜０．２０となるように調整される。これにより、ランフラット走行時における空気嚢２の繰り返し撓みによる発熱を抑えることができるので、ランフラット耐久性を効率よく向上させることができる。

ここで、上述するｔａｎδは、粘弾性スペクトロメーター（岩本製作所製）を使用して、周波数２０Ｈｚ、初期歪み１０％、動歪み±２％、温度６０℃の条件で測定したときの値をいう。

さらに、本発明では、上述する熱可塑性樹脂または熱可塑性エラストマー組成物の空気透過率を（０．５〜３．０）×１０-11 ｃｃ・ｃｍ／ｃｍ2 ・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ、好ましくは（０．５〜１．０）×１０-11 ｃｃ・ｃｍ／ｃｍ2 ・ｓｅｃ・ｃｍＨｇに調整している。これにより、空気嚢２の内圧が適正に保持されるため、圧力容器としての機能を確保することができランフラット耐久性を確実に向上させることができる。

また、ランフラット走行時における空気嚢２の耐久性を維持する観点から、上述する熱可塑性樹脂または熱可塑性エラストマー組成物のＪＩＳ Ｋ７１００に規定するところの標準雰囲気中におけるヤング率を１〜５００ＭＰａ，好ましくは１０〜３００ＭＰａとなるように調整するとよい。

空気嚢２を構成する膜体における封止層３の配置は、図２（ａ）に示すように膜体の中間域に配置したり、図２（ｂ）のように膜体の外周面（空気入りタイヤ１のトレッド内周面１ａ側）に配置することが例示できる。図２（ａ）の形態は空気嚢２を外傷から保護する上で有益であり、図２（ｂ）の形態はランフラット走行時におけるトレッド内周面１ａと空気嚢２の外周面２ａとの接触面における損傷を抑制する上で有益である。

すなわち、ランフラット走行時においてトレッドの内周面１ａ側から空気嚢２に向けて異物が入り込んだ場合には、この異物を空気嚢２の外周面２ａで制止させる必要があるので、空気嚢２の外周面２ａには外傷性に脆い封止層３を配置せずに、図２（ａ）に示すようにゴム層４を配置するのがよく、ランフラット走行時におけるトレッドの内周面１ａと空気嚢２の外周面２ａとの摩擦による損傷を防ぐためには、空気嚢２の外周面２ａに図２（ｂ）に示すようにゴムより摩擦係数の低い封止層３を配置するのがよい。

さらに、図２（ｃ）及び（ｄ）に示すように、空気嚢２を構成する膜体を封止層３とゴム層４との積層体で構成することが例示できる。これにより、ランフラット走行時においてトレッドの内周面１ａ側から異物が入り込んだ場合であっても、この異物の侵入を複数のゴム層４により制止させることができるため、一層優れたランフラット耐久性を確保することができる。

また、上述する図２（ａ）〜（ｄ）に示す封止層３の配置に代えて、図２（ｅ）に示すように、空気嚢２を構成する膜体を封止層３のみで構成することも例示できる。このように空気嚢２を封止層３のみで構成することにより、耐外傷性が低下するものの、ランフラット耐久性を確実に向上させることができる。

上述するように、封止層３を図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、ゴム層４との積層体で構成する場合には、質量の増加や生産性の低下を防ぐ観点から、各層における封止層３の厚さを３０〜５００μｍ、好ましくは５０〜１５０μｍに設定するとよい。一方、図２（ｅ）に示すように膜体全体を封止層３で構成する場合には、ランフラット走行時における空気嚢２の耐久性を確保する観点から、封止層３の厚さを５００〜１５００μｍ、好ましくは６００〜１２００μｍに設定するとよい。

本発明の空気入りタイヤとリムとの組立体では、上述する封止層３を空気入りタイヤ１のトレッド内周面１ａにも配置する。これにより、ランフラット走行時でのトレッド内周面１ａと空気嚢２の外周面２ａとの接触面における摩擦抵抗をさらに低下させて、接触面におけるゴムの損傷を効率よく抑制し、ランフラット耐久性を一層確実に向上させることができる。

タイヤサイズを２９５／７５Ｒ２２．５、タイヤ構造を図１として、空気嚢における封止層の配置、封止層の占める容積比率（表１において単に「封止層の比率」という）及びトレッド内周面への封止層の配置の有無、をそれぞれ表１のように異ならせた従来組立体（従来例）と試験組立体（試験例１〜８）とを作製した。なお、各組立体において空気嚢の厚さを１．２ｍｍ、ゴム層の材料をブチル系ゴム組成物とし、本発明組立体における封止層の材料をナイロン６／６６共重合体とイソブチレンパラメチルスチレン共重合体の臭素化物（Ｂｒ−ＩＰＭＳ）とのブレンドと共通にした。

各組立体におけるタイヤをリム組みする前にそれぞれのタイヤ質量を測定し、その結果を従来例を１００とする指数により表１に併記した。

その後、各タイヤをリム（サイズ：２２．５×９．００）に組み込み、空気入りタイヤに空気圧７９０ｋＰａを、空気嚢に空気圧８６０ｋＰａをそれぞれ充填して組立体とした。次いで、各組立体における空気入りタイヤの内圧を大気圧まで低下させ、ドラム試験機を使用して、ドラム上を走行速度６０ｋｍ／ｈ、負荷荷重２７．４７ｋＮの条件下で走行させ、空気嚢による負荷の支持が不能となるまでの走行距離を測定した。その結果を以ってランフラット耐久性の評価として、従来例を１００とする指数により表１に併記した。そして、この実験を通じて、本発明の課題を達成するために最も相応しい形態からなる組立体を探し出して、本発明の空気入りタイヤとリムとの組立体とした。

表１における試験例１〜３の結果より、空気嚢における封止層の比率を大きくすることにより、タイヤの重量を軽減しながらランフラット耐久性を向上させることを確認した。また、空気嚢を構成する膜体の形態を図２（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）に示すように封止層とゴム層との積層体で構成したうえで、その外周面に封止層を配置すると共に、積層体における封止層の比率を５０％にし、かつこの封止層をトレッド内周面にも配置した試験例６〜８が、試験例１〜５に比較して優れた効果を奏するという知見を得ることができた。そして、このようにして得た知見を以って、本発明の空気入りタイヤとリムとの組立体の構成を請求項１に記載するように定めた。

本発明の実施形態による空気入りタイヤとリムとの組立体を示す半断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、それぞれ空気入りタイヤにおける空気嚢の想定される形態 を例示する一部断面図である。

符号の説明

１ 空気入りタイヤ
２ 空気嚢
３ 封止層
４ ゴム層
Ｐ 空間
Ｒ リム

Claims (1)

1. リムに装着した空気入りタイヤの内側に円環状の膜体からなる空気嚢を挿入すると共に、該空気嚢の内圧を前記空気入りタイヤの内圧と同一又はそれ以上にして、前記空気入りタイヤのトレッド内周面と前記空気嚢の外周面との間に空間を介在させるようにしたランフラット走行可能な空気入りタイヤとリムとの組立体において、
   前記膜体を６０℃におけるｔａｎδが０．０５〜０．３０で、かつ空気透過率が（０．５〜３．０）×１０^-11 ｃｃ・ｃｍ／ｃｍ² ・ｓｅｃ・ｃｍＨｇである熱可塑性樹脂または熱可塑性樹脂中にエラストマーをブレンドした熱可塑性エラストマー組成物からなる封止層とゴム層との積層体で構成し、前記封止層を前記膜体の外周面に配置すると共に、前記積層体における前記封止層の占める容積比率を少なくとも５０％にし、かつ前記封止層を前記空気入りタイヤの内周面に配置した空気入りタイヤとリムとの組立体。