JP5189284B2 - 自己インフレーション型セルを有するランフラットシステム - Google Patents

Description

本発明は、自動車に装着されるよう設計された或る特定のタイプのランフラット（run-flat）組立体に関する。これら組立体は、弁を備えたホイールリム及びリムに取り付けられるタイヤを有する。かかる組立体の製造に関する先行技術によれば、タイヤの内壁とリムとの間の内部空間は、内容積部内の圧力が偶発的に低下したときに荷重を一時的に支えるよう設計された手段によって占められている。

本発明の詳細な技術背景では、この手段は、弾性であるにせよそうでないにせよいずれにせよ、必要ならば加圧下にあるのがよい所与の量の気体を収容した可撓性且つ気密性の壁を備えた複数個の独立気泡又はセルから成るのがよい。これら独立セル状要素は、同じ数の漏れ止めコンパートメントを形成し、かかる独立セル状要素は、互いに別個独立であるのがよく、或いは、これらの側部又は端部が互いに連結されて数個の独立セル状要素を有する所与の長さのストリップ又は組立体を形成するのがよい。

タイヤをインフレートさせると、セルは、圧縮され、セルが収容している気体又はガスの圧力は、インフレーション圧力と釣り合って、その結果、セルの容積がタイヤの内容積の一部だけを占めるようになる。

圧力が万が一低下した場合、セルが膨張し、タイヤのサグ（垂れ下がり）の増大という代償を払って荷重を平衡させる状態に向かうのに寄与する。恐らくは、トレッド内のパンク箇所と一致したセルだけが損傷し、この場合、荷重は、隣接のセル全体に分布される。

この種の用途の第１の例が、米国特許第３，２５６，１２３号明細書に記載されており、この場合、加圧下で気体を収容した弾性ボールが、タイヤの内部空間内に配置されている。

この種の別の例が、独国特許第１，９５３，８２４号明細書に開示されており、この場合、所与の非伸長性容積部を備えたフレキシブルチューブの部分が、非弾性材料の助けにより作られる。チューブの壁は、ポリ塩化ビニル又はポリウレタンの熱溶接可能であって非弾性の薄いシートで作られる。各セルの容積全体は、大気圧よりも高い所与の圧力状態で空気で満たされる。幾つかの列状に配置されたこれらチューブは、タイヤの内壁とホイールリムとの間の容積部の中に配置されている。

用いられる材料の性状に応じて、米国特許第３，５７４，３１７号明細書に記載されているような接着によるか米国特許第６，５３９，９９４号明細書に記載されているような熱溶接によるかのいずれかにより、プラスチック又は弾性材料のシート相互間に漏れ止め接合部を作ることも又知られている。

米国特許第３，２５６，１２３号明細書 独国特許第１，９５３，８２４号明細書 米国特許第３，５７４，３１７号明細書 米国特許第６，５３９，９９４号明細書

それにもかかわらず、上述の変形例の各々において、戸外及びセルの中に入っている気体の内圧の影響全体を受けると、セルは、これらの圧力と大気圧を平衡させる。すると、上述のセルは、インフレートされていない状態のタイヤの内部空間内に配置されたときにセルの占める容積に本質的に一致した容積を占めることになる。この結果、上述のセルをタイヤの内容積部内に配置することができるようにするためには特別な手段を用いなければならず、しかも、上述のセル内に導入できる気体の量が制限される。

本発明の目的は、これら欠点を解決する解決策を提案することにある。

この目的のため、薄手で可撓性の気密シートで形成された壁を備える独立セル状要素を作ることが提案され、各独立セル状要素は、周囲温度では固体又は液体であり、大気温度よりも高く、一般に４０℃〜８０℃の温度において、相変化又は化学平衡のシフトにより気体の状態に変化する所与の量の化学組成物又は配合物で満たされる。

周囲温度では、独立セル状要素は、僅かな容積を占め、タイヤをホイールリムに取り付ける作業を終える前に、所与の個数の上述のセルをタイヤの内部空間内に導入するのが容易である。

転動中、タイヤの内部の温度は、タイヤの運動に起因した熱の消散により増大する。或る特定のしきい値を超えると、この温度上昇は、化学反応を引き起こし、この化学反応により、セル状要素の容積を占める気体状化合物が生じる。

化学組成物又は配合物が気体の状態に変化する温度をどのように選択するか、その結果として、その成分の性状及び量をどのように決定するかは、反応を開始させることができる条件で決まる。温度が低すぎると、反応は、通常の工業用途の際に開始し、これに対し、温度が高すぎると、車両の通常の走行条件中に達成するのは困難な相当な量の熱入力が必要である。実際問題として、周囲温度よりも２０℃高い温度は、大抵の使用条件下においてレスポンスを可能にする。

化学反応は、可逆的であってもよく、不可逆であってもよい。実際には、組成物が気体の状態に変化すると、タイヤキャビティ内の圧力が増大することが注目されよう。したがって、タイヤの使用圧力に等しい平衡圧力を得るのに必要な空気の量を増大させることにより圧力を調節することが必要である。

これら条件下において、気体の状態への変化が不可逆反応の結果として生じる化学組成物が好ましい。事実、この場合、タイヤが先ず最初に使用されたときか、或いは、取り付け作業の最終段階中直接相変化を生じさせて安定した利用圧力が維持されるようにすることが可能である。

かくして、二酸化炭素気体の生成をもたらす炭酸水素ナトリウムとクエン酸の混合物の反応による分解は、本発明を実用に供することができる化学組成物の恰好の例である。

また、炭酸水素ナトリウムを主成分とする配合物を導入し、この配合物が所望の温度で二酸化炭素に分解するが、平衡状態が温度で変わる反応を生じさせることも可能である。

所望の温度範囲内で揮発する化合物、例えばアセトン、ヘキサン、エチルアセテート又は塩化メチレンのどれを選択するかも又、興味のあることであるが、漏れが万が一生じた場合、厳しい環境上の制約があるので欠点を有する。

導入しなければならない化合組成物の量は、化学組成物それ自体及びセル状要素の各々に得ることが望ましい気体のモル数で決まる。

第１の実施形態では、化学組成物の量は、所与のモル数の気体の形成を招く化学組成物の化学反応又は相変化後において、アレイ状の独立セル状要素内に入っている気体の総容積が、タイヤの使用圧力及び使用温度では、リム及びタイヤの内面により画定される総内容積の一部に等しくなるように調節される。

事実、通常の走行条件の際、外部に半径方向に設けられた胞状要素がタイヤの内壁と接触していることは望ましくない。ホイールが回転するたびにタイヤが受ける曲げ作用を胞状要素に伝達しないことが最善である。というのは、この結果、胞状要素の壁による弾性仕事が生じ、それにより、望ましくない加熱が生じると共にシステムの熱平衡の乱れが生じるからである。実際、容積の占有分は、タイヤの内部空間の総容積の４０％〜７０％のオーダであり、最も好ましくはこの総容積の５０％〜６０％である。

これら条件下において、インフレート状態のタイヤの使用中、セル状要素内に入っている気体の圧力は、タイヤの内部空間の残部内の圧力と平衡する。

セル状要素の壁を構成する材料の性状をどのように選択するかは、本発明の第１の実施形態のシステムに関するもう１つの決定要因である。

弾性材料をどのように選択するかにより、容積が原理的に制限無く増大してセル状要素内の内圧とキャビティの残部の圧力を平衡させるセル状要素を作ることができる。しかしながら、独立し且つ完全に漏れ止め状態のセル状要素をこの種の材料で作るには、一般に、相当多量の熱を発生させる手段を用いることが必要である。この熱源は、セル状要素の内部空間内に先に導入された化学組成物の気体状態への転移反応をトリガする場合がある。その結果、タイヤをリムに取り付ける作業の実施後に反応を引き起こすことを狙いとした利点が軽減され、極端な場合には無くなる。さらに、尖っていない物体がタイヤのキャビティ内に万が一入り込んだ場合、或る特定の条件下において且つ壁の伸長性により、仕切りが連続して圧子に接触する場合があり、その結果、多数のセルの壁に穴が開くことになる。

かくして、本発明のシステムを製造する場合に非弾性材料を選択することが好ましい。

各セル状要素の最大容積の合計により得られる容積が、ホイールリム及びタイヤの内面により画定される内容積よりも大きくなるように決定された個数のセル状要素が、タイヤの内部空間内に導入される。

この第１の実施形態では、セル状要素によって占められていない空間内の圧力が偶発的に下がった場合、かかるセル状要素内に入っている気体が膨張することになる。かくして、タイヤの内部空間の全体は、セル状要素によって占められ、これらセル状要素は、タイヤにより支持された荷重を支持するのに寄与する。平衡使用圧力は本質的に、通常の使用圧力の半分に等しい。

本発明の別の好ましい実施形態では、この場合も又、セル状要素の壁を本質的に非弾性材料で作ることが選択される。

各セル状要素の最大容積の合計により得られる容積が、ホイールリム及びタイヤの内面により画定される内容積の所望の部分に一致するように決定された個数のセル状要素が、タイヤの内部空間内に導入される。

このように構成するには、必然的にセル状要素を或る量の化学組成物で満たすことが必要であり、かかる化学組成物は、化学反応又は化学組成物の相変化後、セル状要素内の圧力がタイヤの通常の使用圧力よりも高くなるように或る量の気体を生じさせることになる。次に、セル状要素は、ホイールリム及びタイヤにより形成された内部空間内でこれらの最大容積まで膨張し、かかる内部空間の容積の所望の部分を占める。容積の占有部分は、タイヤの内部空間の総容積の５０％〜６０％のオーダのものであり、タイヤがフラットランの状態が万が一生じたときに生じる場合のある垂れ下がりの量の関数として決定される。

注目すべきこととして、この構成では、システムは、化学組成物の反応の平衡状態に関連した圧力のばらつきに対する感受性が低い。というのは、セル状要素により占められる容積は、本質的に一定だからである。

かくして、タイヤをリムに取り付けた後にのみセル状要素を充填する気体を生じさせることにより、僅かな容積を占める多数個のセル状要素を操作し、タイヤの内部空間内への独立セル状要素の導入に関する問題に対して有利な解決策を提供することが可能である。これらセル状要素は、熱源との相互作用を起こす前に、これらの壁を形成するために選択された材料の性状に起因する使用の融通性を備えている。

以下の説明は、本発明の好ましい実施形態の具体化の実例を示しており、図１〜図７を参照して行われる。

図１に示す気泡又はセル状要素１は、２枚のシート１１，１２で形成され、これらシートは、セル状要素の壁を構成する。シート１１，１２は、好ましくは熱溶接できる薄手であって可撓性であり、気密であって本質的に非弾性の材料で作られている。

ポリプロピレン／ＥＶＯＨ／ポリプロピレンタイプ又は更に、ポリプロピレン／ポリアミド／ＥＶＯＨ／ポリアミド／ポリプロピレンタイプの層のスタックで形成されたシートが、良好な結果をもたらした。これらシートは一般に、熱溶接可能であり、それにより、工業規模でセルの製造が容易になる。溶接は、局所的に実施され、セル状要素の内部上での化学組成物又は化合物の化学平衡を本質的に改変するには不十分な無視できるほどの量の熱を発生させる。

シートは、長手方向シームＳ_l及び横方向シームＳ_tによって互いに溶接され、長手方向及び横方向は、それぞれ矢印Ｌ，Ｔで示されている。所与の量の化学組成物Ｃが、これらの閉鎖の完了前に各セル内に配置される。これにより、互いに重なり合ったセル状要素の組立体が得られる。溶接中における熱の消散量が低いので、この作業中における化学組成物の化学反応又は相変化の開始の恐れが生じない。

直接的には溶接シームの間隔により定められるセルのサイズは、これらの単位容積がタイヤＰの内部空間の容積よりも非常に小さいものであるように選択される。この容積は、数立方センチメートル〜数十立方センチメートルであるのがよい。代表的には、セルの容積が約７５ｃｍ³の場合に良好な結果が得られ、長手方向シームは、互いに８ｃｍの間隔を置き、横方向シーム４は、これに関し４ｃｍの間隔を置いて位置している。これら値は、例示として与えられているに過ぎず、セル状要素を収納することが望ましいタイヤのサイズに応じて、これよりも小さな又はこれよりも大きな寸法を明らかに選択することができる。

セル状要素を単位セル状要素を得るために互いに取り外すことができる。しかしながら、横方向に所与の幅及び長手方向に大きな長さのストリップを作製することにより、セル状要素の組立体を形成することが有利であることが判明した。これら非常に薄いストリップは、容易に操作でき、容易に貯蔵したり流通させることができるスプールに丸く巻き付けるのに足るほど柔軟性がある。

ストリップを、ホイールリムＪ及びタイヤＰの周長の関数として所与の長さの部分に切断し、これら部分をタイヤ内に導入することになる。しかしながら、セル状要素が気体の生成の効果及びタイヤＰ内での偶発的な圧力の低下の効果を受けて膨張すると、各ターンのところで巻かれた長さが、ストリップの周長に一致し、これらセル状要素が、これらの占めるようになった最大容積を取ることができるようになることに留意した上で、この部分をタイヤ内部に１回又は２回以上のターンをなした状態でたたむ。かくして、セルの容積が増大すると、外部に半径方向に配置されたセル状要素の層は、トレッドの下に位置するタイヤＰの内側部分の周長に本質的に等しい周長に沿って延びるようになっており、他方、リムＪと接触状態にある層は本質的に同一の位置のままである。セル状要素をいったんリムＪの周りに配置すると、タイヤＰを図３に示すようにリムＪに取り付けることが可能である。

上述した具体化方法の代替例では、セル状要素がこれらの最大容積状態にあるとき、トレッドに対して半径方向最も近いところに位置する部分内に配置されたセルの層の最大周長に一致した長さの部分を連続ストリップから切断形成する。この部分を長手方向溶接シームＳ_lに沿ってアコーディオンのように折り畳んで１つ又は数個のセル状要素とほぼ同じほどの幅のものであり、図２に示すように互いに上下に配置された数枚の層から成る部分を得る。上述したのと同様な仕方で、この部分を全体として１回だけのターンでタイヤの内部に丸く巻く。この部分の２つの端部も又、互いに熱で突き合わせ溶接すると、タイヤＰを装着する前にリムＪ上に配置される所望の周長のリングが形成される。リムＪの幅及びリングの幅に応じて、この種の１つ又は２つ以上のリングを横方向に互いに隣接して巻くのがよい。

セル状要素で形成された層のこれらの組立体の結合性を維持するため、弾性メンブレンＭを最後の層の上に位置決めするのがよい。後で理解されるように、このメンブレンは、転動中、上述のセル状要素の保持具合を向上させるのに非常に有用な場合がある。

タイヤＰと、リムＪとを有し、更に、リムＪとタイヤＰとの間の内部空間内に配置されたセル状要素を有する組立体Ｅを次に、インフレーション弁Ｖを介してその使用圧力までインフレートさせるのがよい。タイヤが先ず最初に高温状態になると、セル中の化学組成物Ｃが、熱入力の作用を受けて気体に変換し、これは、セル内の圧力がインフレーション圧力と平衡状態になるまで又はセル状要素がこれらの最大容積を占めるまで、セル状要素を膨張させる。変形例として、化学組成物Ｃの化学反応又は相変化が活性化される温度まで組立体Ｅを加熱する措置を施してもよい。

図４、図５及び図６は、本発明の第１の実施形態のセル状要素の配置状態を示している。

図４は、セル内の圧力がインフレーション圧力と平衡状態にあるとき、内部空間を通常の使用圧力までいったん増大させた場合の組立体Ｅの状態を示している。このため、セル状要素の容積の増大を生じさせた後に、セルがタイヤＰの内部空間の一部だけを占めるような仕方でインフレーション圧力を調節することが必要である。

メンブレンＭを図５に示すようにセル状要素の組立体の半径方向外側層上に配置することにより、定位置へのセル状要素の保持が保証される。メンブレンの弾性を調節すると、組立体Ｅが回転するときの遠心力を打ち消すことができ、他方、セル状要素は、組立体Ｅが図６に示すように偶発的に圧力を失った場合でもこれらの最大容積まで膨張することができる。

インフレーション圧力の効果とメンブレンによりセル状要素に及ぼされる圧力の効果が組み合わされ、その結果、セル状要素内の圧力が僅かに増大する。したがって、化学組成物Ｃの量をセル状要素が通常の走行条件中、タイヤの内部容積の所望の部分に対応した空間を占めるような仕方で調節する必要がある。

図７は、本発明の別の好ましい実施形態のセル状要素の配置状態を示している。

この第２の例では、セル状要素内の圧力は、インフレーション圧力よりも高く、配合物Ｃの化学反応又は相変化がいったん生じると、セルは、これらの最大容積を取る。この容積増大の効果として、セル状要素の壁が引張状態になると共にこれまた壁の引張強度に対する壁の重量が低いので、遠心力の効果を打ち消すためにメンブレンＰを設けることを不要にするのに十分な半径方向及び遠心方向剛性が組立体にもたらされる。

内部空間内に圧力損失がある場合、タイヤが垂れ下がり、半径方向最も外側のセル状要素の表面に接触する。すると、セル状要素は、例えば欧州特許第７４８，２８７号明細書に記載されている剛性支持体に類似した支持体のように挙動する。

この説明で言及した図は、ビード受座が上述の特許出願明細書に記載されているように外方に傾斜した組立体Ｅを示している。しかしながら、本発明は、この種の組立体には限定されず、内方に傾斜したリムに取り付けられているタイヤを有する組立体においても同様に具体化できる。

セル状要素の組立体の実施形態を示す図である。 セル状要素の組立体の実施形態を示す図である。 タイヤ及びタイヤが収容しているセル状要素の加圧前における一群のセル状要素を有する組立体の断面図である。 本発明の第１の好ましい実施形態によるタイヤ及びタイヤが収納しているセル状要素の加圧後における一群のセル状要素を有する組立体の断面図である。 セル状要素が弾性メンブレンによって支持されている変形実施形態の断面図である。 使用圧力が減少した状態での第１の好ましい実施形態の組立体の断面図である。 本発明の第２の好ましい実施形態によるタイヤ及びタイヤが収容しているセル状要素を加圧した後の一群のセル状要素を有する組立体の断面図である。

符号の説明

１ 独立セル状要素
１１，１２ シート
Ｅ 組立体
Ｊ リム
Ｍ 弾性メンブレン
Ｓ_l 長手方向シーム
Ｓ_t 横方向シーム
Ｖ インフレーション弁

Claims (20)

1. インフレーション弁（Ｖ）を備えていて、タイヤ（Ｐ）が取り付けられたリム（Ｊ）を備えるホイールで形成された組立体（Ｅ）の内部に用いられるようになった独立セル状要素（１）であって、薄手の可撓性気密シート（１１，１２）で作られた壁を有する独立セル状要素（１）において、前記独立セル状要素は、４０℃と８０℃の間の所定の温度まで加熱されると気体の状態に変化し、前記所定の温度以下では固体又は液体である所与の量の化学組成物を包囲している独立セル状要素。
2. 前記化学組成物（Ｃ）は、相変化の結果として前記気体の状態に変化する請求項１に記載の独立セル状要素。
3. 前記化学組成物（Ｃ）は、化学平衡のシフトの結果として前記気体の状態に変化する請求項１に記載の独立セル状要素。
4. 前記気体状態への前記化学組成物（Ｃ）の前記変化は、本質的に不可逆である請求項３記載の独立セル状要素。
5. 前記化学組成物（Ｃ）は、炭酸水素ナトリウムとクエン酸の混合物を含む請求項１乃至４の何れか１項に記載の独立セル状要素。
6. 前記化学組成物（Ｃ）は、炭酸水素アンモニウムを含む請求項１乃至４の何れか１項に記載の独立セル状要素。
7. 前記化学組成物（Ｃ）は、アセトン、ヘキサン、エチルアセテート又は塩化メチレンから成る群から選択された１つ又は２つ以上の物質を含む請求項１乃至４の何れか１項に記載の独立セル状要素。
8. 前記独立セル状要素（１）の壁（１１，１２）は、熱溶接可能な材料で作られている請求項１乃至７の何れか１項に記載の独立セル状要素。
9. 長手方向（Ｓｌ）及び横方向（Ｓｔ）に配置された直線状溶接シームによって局所的に接合されていて、薄い厚さの可撓性ストリップを形成するようアレイ状に配置された漏れ止めコンパートメント（１）を画定する少なくとも２枚のシート（１１，１２）で形成されている請求項８記載の独立セル状要素。
10. 前記独立セル状要素（１）の壁（１１，１２）は、本質的に非弾性材料で作られている請求項１乃至９の何れか１項に記載の独立セル状要素。
11. 前記独立セル状要素（１）の壁（１１，１２）は、弾性材料で作られている請求項１乃至９の何れか１項に記載の独立セル状要素。
12. インフレーション弁（Ｖ）を備えていて、タイヤ（Ｐ）が取り付けられているホイールリム（Ｊ）で形成された組立体（Ｅ）において、前記組立体は、前記リム（Ｊ）及び前記タイヤ（Ｐ）によって画定された内部空間内に配置されている請求項１０記載の独立セル状要素（１）を有している組立体。
13. 各独立セル状要素（１）の最大容積の合計により得られる容積は、前記リム（Ｊ）及び前記タイヤ（Ｐ）の内面により画定される内容積よりも大きい請求項１２記載の組立体（Ｅ）。
14. 前記化学組成物（Ｃ）の量は、所与のモル数の気体の形成を招く前記化学組成物（Ｃ）の化学反応又は相変化後において、アレイ状の独立セル状要素（１）内に入っている気体の総容積が、前記タイヤ（Ｐ）の使用圧力及び使用温度では、前記リム（Ｊ）及び前記タイヤ（Ｐ）の内面により画定される総内容積の一部に等しくなるように決定されている請求項１３記載の組立体（Ｅ）。
15. 各独立セル状要素（１）の最大容積の合計により得られる容積は、前記リム（Ｊ）及び前記タイヤ（Ｐ）の内面により画定される内容積の一部に相当する、請求項１２記載の組立体（Ｅ）。
16. 前記化学組成物（Ｃ）の量は、所与のモル数の気体の形成を招く前記化学組成物（Ｃ）の化学反応又は相変化後において、アレイ状の独立セル状要素（１）内に入っている気体の圧力が、前記タイヤ（Ｐ）の使用圧力よりも高くなるように決定されている請求項１５記載の組立体（Ｅ）。
17. インフレーション弁（Ｖ）を備えていて、タイヤ（Ｐ）が取り付けられているホイールリム（Ｊ）で形成された組立体（Ｅ）において、前記組立体は、前記リム（Ｊ）及び前記タイヤ（Ｐ）によって画定された内部空間内に配置されている請求項１１記載の独立セル状要素（１）を有している組立体。
18. 前記化学組成物（Ｃ）の量は、所与のモル数の気体の形成を招く前記化学組成物（Ｃ）の化学反応又は相変化後において、アレイ状の独立セル状要素（１）内に入っている気体の総容積が、前記タイヤ（Ｐ）の使用圧力及び使用温度では、前記リム（Ｊ）及び前記タイヤ（Ｐ）の内面により画定される総内容積の一部に等しくなるように決定されている請求項１７記載の組立体（Ｅ）。
19. 前記独立セル状要素（１）は、弾性メンブレン（Ｍ）により保持され、前記弾性メンブレンは、前記リム（Ｊ）の方へ差し向けられた半径方向力を前記独立セル状要素に及ぼし、前記半径方向力は、前記組立体（Ｅ）が回転するときの遠心力の効果を打ち消すのに十分大きく、前記弾性メンブレンは、前記独立セル状要素の伸長の作用を受けて拡張する請求項１２乃至１８の何れか１項に記載の組立体（Ｅ）。
20. 前記独立セル状要素（１）は、前記リム（Ｊ）及び前記タイヤ（Ｐ）の内面により画定される内容積よりも小さな単位容積を有する請求項１２乃至１９の何れか１項に記載の組立体（Ｅ）。

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