JP7047771B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、トレッド部の内面に制音体が配された空気入りタイヤに関する。

従来より、空気入りタイヤのロードノイズを抑制するために、多孔質材料からなる制音体を、トレッド部の内面に配した空気入りタイヤが提案されている。

一方、パンクした空気入りタイヤの修理方法として、タイヤ内にパンク修理液と圧縮空気とを順次注入するものが知られている。この修理方法では、注入後にタイヤを回転させた時、パンク修理液が空気圧の作用によってパンク穴に流れ込むことでパンク穴を塞ぐことができる。

しかし上述したように、制音体がトレッド部の内面に配されたタイヤにおいては、タイヤ内にパンク修理液を注入したとき、制音体が邪魔となってパンク修理液がパンク穴に流入し難くなる。そのため、パンク穴が塞がれるまでに時間が掛かってしまうという問題がある。

下記の特許文献１には、制音体を、吸音材と修理液透過層との複層構造とするとともに、修理液透過層を、吸音材よりも小さい流動抵抗を有する連続通孔の多孔質材料とすることが提案されている。

しかし上記提案の制音体は、複層構造をなすため生産性を損ねるとともに製造コストに不利を招く。

特開２００９－２９２４６１号公報

本発明は、制音体を単層構造としながらも、パンク修理液を用いたパンク修理を迅速かつ確実に行いうる空気入りタイヤを提供することを課題としている。

本発明は、トレッド部の内面に、連続気泡を有する多孔質材料からなる制音体が配された空気入りタイヤであって、
前記制音体は、気泡（セル）数が３０～６０個／２５mmの範囲、かつ制音体の任意の断面において、その断面の面積Ｓに占める各気泡の断面積の総和ΣＳａの割合が１０％～３０％の範囲である。

本発明に係る空気入りタイヤでは、前記制音体は、吸水率が８％～１５％の範囲であるのが好ましい。

本発明に係る空気入りタイヤでは、前記多孔質材料は、エーテル系ポリウレタンであるのが好ましい。

本発明は叙上の如く、連続気泡を有する多孔質材料からなる制音体において、その気泡（セル）数を３０個／２５mm以上とし、気泡（セル）を微細化している。そのため、毛細管現象の効果により、パンク修理液が、制音体の内部まで浸入し易くなる。これにより、パンク穴へのパンク修理液の流入を早めることができる。即ち、パンク修理を迅速かつ確実に行いうる。気泡（セル）数が６０個／２５mmを越えると、微細化し過ぎてパンク修理液の通過量が減り、パンク修理が遅くなる。

他方、ΣＳａ／Ｓを３０％以下として、空隙率を低く設定し、制音体全体が吸収可能なパンク修理液の量を制限している。そのため、パンク修理液が全体にいき渡らなくなって、パンク修理が確実に行えなくなるのを抑制しうる。又吸収量にムラが生じて重量アンバランスを招くなどの問題を抑制しうる。ΣＳａ／Ｓが１０％を下回ると、空隙率が過小となり、制音効果が不充分となる。又パンク修理液の吸収量も減じるため、パンク穴へのパンク修理液の流入も遅くなる。

本発明の空気入りタイヤの一実施形態を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の空気入りタイヤ（以下、単に「タイヤ」という場合がある）１は、カーカス６、ベルト層７、バンド層９、インナーライナ１０、及び、制音体２０を有する。

カーカス６は、一対のビード部４、４間を跨ってのびる。カーカス６は、少なくとも１枚、本実施形態では１枚のカーカスプライ６Ａにより構成される。カーカスプライ６Ａは、トレッド部２からサイドウォール部３を経てビード部４のビードコア５に至る本体部６ａと、この本体部６ａに連なりビードコア５の廻りをタイヤ軸方向内側から外側に折り返された折返し部６ｂとを含む。カーカスプライ６Ａの本体部６ａと折返し部６ｂとの間には、ビードコア５からタイヤ半径方向外側にのびるビードエーペックスゴム８が配される。

カーカスプライ６Ａは、例えば、タイヤ赤道Ｃに対して８０～９０度の角度で配列されたカーカスコード（図示省略）を具える。

ベルト層７は、カーカス６のタイヤ半径方向外側、かつ、トレッド部２の内部に配される。本実施形態のベルト層７は、２枚のベルトプライ７Ａ、７Ｂによって構成される。ベルトプライ７Ａ、７Ｂは、タイヤ周方向に対して、例えば１０～３５度の角度で配列するベルトコード（図示省略）を具える。ベルトプライ７Ａ、７Ｂは、ベルトコードが互いに交差する向きに重ね合わされる。

バンド層９は、ベルト層７のタイヤ半径方向の外側に配置される。本実施形態のバンド層９は、タイヤ周方向に螺旋状に巻回されたバンドコード（図示省略）を有するバンドプライ９Ａを具える。

インナーライナ１０は、カーカス６の内側に配され、タイヤ内腔面１６を形成する。インナーライナ１０は、例えば、空気非透過性を有するブチル系ゴムによって構成されている。

制音体２０は、前記タイヤ内腔面１６のうち、トレッド部２の内面（２Ｓ）に配される。本実施形態の制音体２０は、前記内面２Ｓに接着される底面を有する長尺帯状をなし、タイヤ周方向にのびる。本実施形態の制音体２０は、そのタイヤ周方向両端部が互いに突き合わされる。これにより、タイヤ周方向に連続する環状体として形成される。なお制音体２０の両端部間が、タイヤ周方向に離間されても良い。この場合、両端部間の離間距離は、８０mm以下が重量バランスの観点から好ましい。

制音体２０は、連続気泡を有する多孔質材料から形成される。多孔質材料として、ゴム及び合成樹脂を発泡させた発泡体（所謂スポンジ）が好適に採用しうる。例えばゴム発泡体として、クロロプレンゴムスポンジ（ＣＲスポンジ）、エチレンプロピレンゴムスポンジ（ＥＰＤＭスポンジ）、ニトリルゴムスポンジ（ＮＢＲスポンジ）などが挙げられる。又合成樹脂発泡体として、エーテル系ポリウレタンスポンジ、エステル系ポリウレタンスポンジ、ポリエチレンスポンジなどが挙げられる。なかでも、エーテル系ポリウレタンスポンジを含むポリウレタン系又はポリエチレン系等のスポンジが、制音性、軽量性、発泡の調節可能性、耐久性などの観点から好適である。

制音体２０は、タイヤ周方向の各位置において、実質的に同じ断面形状を有する。断面形状としては、走行時の倒れや変形を防止するために、タイヤ軸方向の巾に対して、タイヤ半径方向の高さを小とした偏平横長状のものが好ましい。特に、制音体２０のタイヤ半径方向内面側に、周方向に連続してのびる凹溝２１が配されることが好ましい。

このような制音体２０は、その表面や内部の気泡（セル）が、タイヤ内腔内で振動する空気の振動エネルギーを熱エネルギーに変換して消費させる。これにより空洞共鳴エネルギーが減少され、ロードノイズが低減される。

本実施形態では、制音体２０を単層構造としながらも、パンク修理液を用いたパンク修理を迅速かつ確実に行うために、以下の特徴を有する。
（ア）制音体２０において、その気泡（セル）数Ｎが、３０～６０個／２５mmの範囲である。
（イ）制音体２０の任意の断面において、その断面の面積Ｓに占める各気泡の断面積Ｓａの総和ΣＳａの割合、即ち、ΣＳａ／Ｓが、１０％～３０％の範囲である。

「気泡（セル）数Ｎ」は、ＪＩＳ Ｋ６４００－１の附属書１（参考）に準じて測定される。本実施形態では、セルを認識しうる倍率を有する目盛り付き拡大装置を用い、制音体２０から採取した試験片の表面を観察する。そして、直線上２５mmの長さ当たりのセルの数が目視によって測定される。なお「直線上２５mmの長さ当たりのセルの数」とは、長さ２５mmの直線上に、セルの少なくとも一部が位置するセルの数を意味する。目盛り付き拡大装置として、例えば、ライカ製のデジタルマイクロスコープが使用される。試験片は、厚さが１０mm以上、幅及び長さが１００mm以上である。測定箇所は３箇所であり、数Ｎとして、各測定箇所で得られた測定結果の平均値が採用される。気泡（セル）数Ｎが多いほど、気泡（セル）が小さい。

「ΣＳａ／Ｓ」は、走査電子顕微鏡(SEM)を用い、制音体２０の任意の位置にて断面画像を求める。そして、この断面画像を画像処理することにより、制音体２０の断面の面積Ｓ、断面中に現れる気泡の断面積Ｓａの総和ΣＳａ、及びその比ΣＳａ／Ｓが求められる。測定箇所（断面位置）は３箇所であり、ΣＳａ／Ｓとして、各測定箇所で得られた測定結果の平均値が採用差得れる。ΣＳａ／Ｓが小なほど、空隙率が低い。

制音体２０を有するタイヤ１に対してパンク修理液を用いたパンク修理を行った場合、以下のような問題が生じる。例えば、制音体２０が独立気泡を有する多孔質材料からなる場合、パンク修理液が、制音体２０の内部に浸入しない。そのため、パンク修理液がパンク穴まで到達せずに、パンク修理が行われない。又制音体２０が連続気泡を有する多孔質材料からなる場合であっても、気泡（セル）が大きい場合には、パンク修理液が制音体２０の内部まで流入し難くい。そのため、パンク穴が塞がれるまでに時間がかかってしまう。

これに対して本発明では、気泡（セル）数Ｎを３０個／２５mm以上として、気泡（セル）を微細化している。そのため、毛細管現象の効果により、パンク修理液が制音体２０の内部まで浸入し易くなる。これにより、パンク穴へのパンク修理液の流入が早められる。即ち、パンク修理が迅速かつ確実に行われる。しかし、気泡（セル）数が６０個／２５mmを越えると、微細化し過ぎてパンク修理液の通過量が減り、パンク修理が遅くなる傾向となる。このような観点から、気泡（セル）数Ｎの下限値は、３０個／２５mmより大、さらには３５個／２５mm以上が好ましい。又上限は、５５個／２５mm以下が好ましい。

他方、単層構造の制音体２０において、気泡（セル）が微細化され、パンク修理液の浸透性が高められた場合、注入したパンク修理液が、制音体２０の全体で吸収されることとなる。即ち、制音体２０におけるパンク修理液の吸収能力が、著しく増加する。そのため、制音体の無い通常タイヤのパンク修理キットを用いた場合、パンク修理液の注入量不足となる。そのため、パンク修理液が周方向の全体にいき渡らなくなって、パンク修理が確実に行えなくなる。又吸収量にムラが生じて重量アンバランスを招くという問題が生じる。

これに対して、本発明では、ΣＳａ／Ｓを３０％以下として、制音体２０全体が吸収可能なパンク修理液の量を制限している。そのため、パンク修理液を周方向全体にいき渡らせることができ、パンク修理を確実に行いうる。又吸収量のムラによる重量アンバランスの発生を抑制しうる。ΣＳａ／Ｓが１０％を下回ると、空隙率が過小となり、制音効果が不充分となる。又パンク修理液の吸収量も減じるため、パンク穴へのパンク修理液の流入も遅くなる。このような観点から、ΣＳａ／Ｓの下限値は、１５％以上が好ましく、上限は２０％以下が好ましい。なお気泡（セル）数Ｎ及び比ΣＳａ／Ｓは、例えば、多孔質材料に添加される整泡剤の種類及び使用量を調節することによって行うことができる。

制音体２０では、吸水率が８％～１５％の範囲であるのも好ましい。「吸水率」は、下記式（１）によって計算される。式（１）において、「浸漬前後の重量変化」は、縦５０mm、横５０mm、及び厚さ２０mmの試験片を、厚さ方向に圧縮率５０％で圧縮し、水温２０℃で、水面下１０cmの水中に２４時間浸漬したときの重量増加分である。
吸水率（％）＝ 浸漬前後の重量変化（ｇ）／５０％圧縮時の体積（cm^３）×１００ …（１）

吸水率が１５％を越えると、制音体２０におけるパンク修理液の吸収能力も増加してしまう。そのため、パンク修理液が周方向の全体にいき渡らなくなって、パンク修理が確実に行えなくなる。又吸収量にムラが生じて重量アンバランスを招く傾向となる。逆に８％を下回ると、パンク穴へのパンク修理液の流入が遅くなり、パンク修理が遅れる傾向となる。このような観点から、吸水率の下限は１０％以上が好ましく、上限は１３％が好ましい。なお吸水率は、例えば、多孔質材料に添加される撥水剤又は親水剤を調節することによって行うことができる。

又制音体２０では、－６０℃の雰囲気における２５％圧縮荷重時の硬さが１１０kPa以下であるのが好ましい。この２５％圧縮荷重時の硬さ（２５％ＣＬＤ）は、ＪＩＳ Ｋ６４００－２に準じて測定される。本実施形態では、制音体２０から採取した試験片を－６０℃の雰囲気に１０分間放置した後に、ＪＩＳ Ｋ６４００－２：２０１２の第６項「硬さ試験」のＤ法に準じ、試験機を用いて、２０秒の間、試験片を２５％定圧縮した後に測定される。言い換えると、試験片を厚さ２５％まで加圧し、この状態（２５％定圧縮）にて２０秒間保持した後の力を読み取りこれを硬さとする。試験片のサイズは、２４０mm（縦）×２４０mm（横）×４５mm（厚さ）である。試験機として、例えば、日本計測システム株式会社製のＵＦＴウレタン試験機（ＵＦＴ-５ＫＮ））が用いられる。

ここで、多孔質材料からなる制音体２０は、低温環境下において硬化し、ロードノイズの低減効果が低下する傾向がある。しかし、－６０℃の雰囲気における２５％圧縮荷重時の硬さを１１０kPa以下とした制音体２０は、低温環境下で硬化し難くい。そのため、タイヤ内腔内での空気振動を吸収でき、ロードノイズの低減効果の低下が抑制される。なお前記硬さは、例えば、制音体２０の原料の粘度などによって調整することができる。このような作用効果をより発揮させるために、２５％圧縮荷重時の硬さは、９０kPa以下がより好ましい。しかし２５％圧縮荷重時の硬さが小さ過ぎると、制音体２０の耐久性が低下するおそれがある。このような観点から、下限値は５０kPa以上、さらには６２kPa以上がより好ましい。

なお本実施形態のタイヤ１では、トレッド部２の内部、かつベルト層７のタイヤ半径方向内側又は外側に、制振ゴム体３０が配される。本実施形態の制振ゴム体３０は、カーカス６とベルト層７との間に配されている。制振ゴム体３０は、カーカスプライ６Ａ及びベルトプライ７Ａのトッピングゴムとは異なる組成のゴムによって構成される。

本実施形態において、制振ゴム体３０のゴム硬度Ｈ１は、トレッドゴム１１のゴム硬度Ｈ２よりも小である。前記「ゴム硬度」は、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠し、２３℃の環境下におけるデュロメータータイプＡによるゴム硬さで定義される。

このような制振ゴム体３０は、トレッド部２の振動を抑制し、例えば１６０Hz付近の走行ノイズを効果的に低減できる。しかも、本実施形態のタイヤ１は、制音体２０によって２５０Hz付近のノイズも低減できるため、タイヤ１のノイズ性能を効果的に高めることができる。

上記作用を効果的に発揮させるために、制振ゴム体３０のゴム硬度Ｈ１と、トレッドゴム１１のゴム硬度Ｈ２との比（Ｈ１／Ｈ２）は、０．５以上、１．０未満に設定されるのが望ましい。なお、比（Ｈ１／Ｈ２）が１．０以上であると、トレッド部２の振動が十分に抑制されないおそれがある。逆に、比（Ｈ１／Ｈ２）が０．５未満であると、制振ゴム体３０の剛性が小さくなり、操縦安定性が維持されないおそれがある。このような観点より、比（Ｈ１／Ｈ２）の上限は０．８以下が好ましく、下限は０．６以上が好ましい。

また、制振ゴム体３０のゴム硬度Ｈ１及びトレッドゴム１１のゴム硬度Ｈ２については、上記比（Ｈ１／Ｈ２）を満足すれば、適宜設定されうる。本実施形態のゴム硬度Ｈ１は、３０～７３度に設定されるのが望ましい。また、本実施形態のゴム硬度Ｈ２は、５５～７５度に設定されるのが望ましい。これにより、タイヤ１は、操縦安定性を維持しつつ、トレッド部２の振動を効果的に抑制することができる。

制振ゴム体３０の幅Ｗ１や最大厚さＴ１については、適宜設定することができる。本実施形態の制振ゴム体３０の幅Ｗ１は、ベルト層７のタイヤ軸方向の幅Ｗ２の６０％～１３０％に設定される。また、最大厚さＴ１は、トレッドゴム１１の最大厚さＴ２の４％～２０％に設定される。これにより、制振ゴム体３０は、タイヤ１の質量の増加を防ぎつつ、トレッド部２の振動を抑制することができる。

本実施形態では、カーカス６とベルト層７との間に配される制振ゴム体３０が例示されたが、このような態様に限定されない。制振ゴム体３０は、例えば、ベルト層７とバンド層９との間に配されていてもよい。又、バンド層９のタイヤ半径方向の外側に配されてもよい。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

図１に示す基本構造を有し、かつ表１の仕様の制音体を有するタイヤが製造された。比較のために、制音体を有しないタイヤ（比較例１）が製造され、それらの性能が評価された。制音体として、ポリイソシアネート成分（Ｘ）とポリオール含有成分（Ｙ）とを反応させたエーテル系ポリウレタンスポンジ（連続気泡）が使用される。ポリオール含有成分（Ｙ）は、ポリオール成分（ａ）、触媒（ｂ）、整泡剤（ｃ）、及び発泡剤としての水を含み、本例では、整泡剤の種類及び使用量により、気泡（セル）数Ｎ及び比ΣＳａ／Ｓが調節された。又吸水率は、撥水剤の種類及び使用量により調整された。

各実施例及び比較例に共通する仕様は、以下のとおりである。
タイヤサイズ：２４５／５０Ｒ１８
リムサイズ：１８×７．５Ｊ
内圧：２３０ｋＰａ
テスト車両：乗用車（国産ハイブリッド車のＦＲ車）
＜制音体＞
-- 材質：エーテル系ポリウレタンスポンジ（連続気泡）
-- 断面積；タイヤ内腔の断面積の１０％
-- －６０℃の雰囲気における２５％圧縮荷重時の硬さ９０kPa
＜制振ゴム体＞
--ゴム硬度Ｈ１：５８度
--最大厚さＴ１：１mm
＜トレッドゴム＞
--ゴム硬度Ｈ２：６４度（比Ｈ１／Ｈ２＝０．９）
--最大厚さＴ２：１０mm（比Ｔ１／Ｔ２＝０．１）

＜パンク修理性能＞
トレッド部の中央が釘（直径３．０mm）でパンクされた右側前輪のタイヤに対して、市販のパンク修理液（液量４００cc）を充填し、パンク修理を行った。そして５０ｍの旋回半径を有するＪターン試験路（３周で約１ｋｍ）を速度４０km/hで走行し、１ｋｍ走行毎に、タイヤの内圧（シール状態）を確認した。そして、内圧低下が止まった状態（パンク穴が完全にシールされた状態）に至るまでの時間を測定した。測定時間の逆数を、比較例１を１００とする指数で評価された。数値が大なほど、シールされるまでの時間が短く、パンク修理性能に優れている。

＜ロードノイズ＞
パンクさせる前のタイヤを用い、ノイズ計測用の荒れたアスファルト路面を速度５０km/hにて走行させた。その時、車内騒音を運転席窓側耳許位置に設置したマイクロホンにて採取し、２３０Hz付近の気柱共鳴音のピーク値の音圧レベルが測定された。結果は、比較例１を基準とする増減値で示された。マイナス（－）表示は、ロードノイズが低減していることを意味する。

表に示すように、実施例のタイヤは、空洞共鳴エネルギーを減少できロードノイズを低減させうるのが確認できる。又実施例のタイヤは、制音体を単層構造としながらも、パンク修理液を用いたパンク修理を迅速かつ確実に行いうる。

表中の※１では、制音体の吸収能力がパンク修理液の注入量を上回っている。そのため、パンク修理液が周方向の全体にいき渡らなくなり、パンク修理が確実に行えなくなった。又吸収量が偏って重量アンバランスが発生した。

１ 空気入りタイヤ
２Ｓ 内面
２ トレッド部
２０ 制音体

Claims (4)

1. トレッド部の内面に、連続気泡を有する多孔質材料からなる制音体が配された空気入りタイヤであって、
   前記制音体は、気泡（セル）数が３０～６０個／２５mmの範囲、かつ制音体の任意の断面において、その断面の面積Ｓに占める各気泡の断面積の総和ΣＳａの割合が１０％～３０％の範囲である空気入りタイヤ。
2. 前記制音体は、吸水率が８％～１５％の範囲である請求項１の空気入りタイヤ。
3. 前記多孔質材料は、エーテル系ポリウレタンである請求項１又は２記載の空気入りタイヤ。
4. 前記トレッド部は、ベルト層と、このベルト層のタイヤ半径方向内側又は外側に配される制振ゴム体とを具え、前記制振ゴム体のゴム硬度Ｈ１とトレッドゴムのゴム硬度Ｈ２との比Ｈ１／Ｈ２は、０．５以上１．０未満である請求項１～３の何れかに記載の空気入りタイヤ。

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