(57)【要約】【課題】  中空粒子型安全タイヤにおいて、中空粒子の内圧回復機能を発現に至るまでの、パンク状態での走行による耐久性の低下を抑えることができ、特に、タイヤのサイドウォールが接地する前に内圧回復機能を発現することのできる安全タイヤを提供する。【解決手段】  この安全タイヤ２０は、タイヤ１がパンクした場合に、中空粒子４を強制的に昇温させる粒子加熱装置３０を具える。【選択図】図１
2006290119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤをリムに装着し、タイヤとリムとで区画されたタイヤ気室に、熱膨張が可能な樹脂による連続相と独立気泡とからなる中空粒子の多数を配置して、パンク時の、中空粒子の摩擦熱に起因して発生する体積増加によりタイヤ気室の内圧を回復させるよう構成された安全タイヤにおいて、
タイヤがパンクした場合に、中空粒子を強制的に昇温させる粒子加熱装置を具えてなる安全タイヤ。
【請求項２】
前記粒子加熱装置を、パンクの発生を検知するパンク検知手段と、中空粒子を強制的に昇温させる粒子加熱手段と、パンク検知手段から入力したパンク状態検知信号に基づいて粒子加熱手段を作動させる制御手段とで構成してなる請求項１に記載の安全タイヤ。
【請求項３】
前記パンク検知手段を、タイヤ気室内に設けられタイヤ気室内の内圧を継続的に検知し、内圧が所定の値より低下した場合にタイヤがパンクした旨の信号を出力するよう構成してなる請求項２に記載の安全タイヤ。
【請求項４】
前記粒子加熱手段を、リムの周上を一周するように取り付けた電熱ヒータで構成してなる請求項２もしくは３に記載の安全タイヤ。
【請求項５】
前記タイヤ気室内に充填する気体を、空気もしくは酸素よりなるものとするとともに、前記粒子加熱装置を、タイヤ気室内でリムの周上を一周するように取り付けられ酸素透過性の低い材料よりなる薄肉の環状チューブと、この環状チューブ内に無酸素下で配置され酸素との接触により発熱反応を起こす混合物とで構成し、
前記環状チューブを、タイヤ気室内の圧力が正常である場合にはタイヤ内面と接触することがなく、走行中、パンク発生に伴ってタイヤ気室内の圧力が所定の値以下となった場合、タイヤ内面と接触し、タイヤ内面との摩擦により少なくとも一部の壁面が破壊してチューブ内外が連通し、タイヤ気室内の気体と前記混合物との接触が可能となるよう構成してなる請求項１に記載の安全タイヤ。
【請求項６】
前記、酸素との接触により発熱反応を起こす混合物として、鉄粉、活性炭、食塩、および水分を含むものを用いてなる請求項５に記載の安全タイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤをリムに装着し、タイヤとリムとで区画されたタイヤ気室に、熱膨張が可能な樹脂による連続相と独立気泡とからなる中空粒子の多数を配置して、パンク時の、中空粒子の摩擦熱に起因して発生する体積増加によりタイヤ気室の内圧を回復させるよう構成された安全タイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
空気入りタイヤ、例えば乗用車用タイヤにおいては、タイヤ内部にゲージ圧で１５０ｋＰａから２５０ｋＰａ程度の圧力下に空気を封じ込めて、タイヤのカーカスおよびベルト等のタイヤ骨格部に張力を発生させ、この張力によって、タイヤへの入力に対してタイヤの変形並びにその復元を可能としている。すなわち、タイヤの内圧が所定の範囲に保持されることによって、タイヤの骨格に一定の張力を発生させて、荷重支持機能を付与するとともに、剛性を高めて、駆動、制動および旋回性能などの、車両の走行に必要な基本性能を付与している。
【０００３】
ところで、所定の内圧に保持されたタイヤが外傷を受けると、この外傷を介して高圧の空気が外部に漏れ出してタイヤ内圧が大気圧まで減少する、いわゆるパンク状態となるため、タイヤ骨格部に発生させていた張力はほとんど失われることになる。すると、タイヤに所定の内圧が付与されることによって得られる、荷重支持機能や、駆動、制動および旋回性能も失われる結果、そのタイヤを装着した車両は走行不能に陥るのである。
【０００４】
そこで、パンク状態においても走行を可能とする、いわゆる安全タイヤについて多くの提案がなされている。例えば、自動車用の空気入り安全タイヤ及びリム組立体としては、二重壁構造を有するもの、タイヤ内に荷重支持装置を配設したもの、タイヤサイド部を補強したものなど種々のタイプのものが提案されており、さらには、タイヤとリムとで区画されたタイヤ気室に、熱膨張が可能な樹脂による連続相と独立気泡とからなる中空粒子の多数を配置して、パンク時の中空粒子の体積増加によりタイヤ気室の内圧を回復させるよう構成された安全タイヤ（以降、他の型の安全タイヤと区別するときは「中空粒子型安全タイヤ」という）も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この中空粒子型安全タイヤでは、タイヤが受傷してパンクし内圧が低下し始めると、前記中空粒子が受傷部を封止し、急激な内圧低下が抑制される一方で、タイヤ内圧の低下に伴いタイヤの撓み量が増加し、タイヤ内容積が減少することによって、中空粒子そのものが荷重を負担することとなり、その後の走行に必要な最低限のタイヤ内圧を保持することとなるとし、また、受傷前のタイヤ内圧下で存在していた中空粒子の独立気泡の気泡内圧力は、受傷後も上記タイヤ内圧に準じた圧力を保ったまま、言い換えれば、受傷前の中空粒子の総体積を保持したままタイヤ内に存在することになるので、タイヤがさらに転動することによって、中空粒子そのものが直接的に負荷を負担しつつ中空粒子同士が摩擦を引き起こして自己発熱し、これにより、タイヤ内の中空粒子温度が急上昇して、この温度が中空粒子の連続相を形成する樹脂の軟化温度を超えると、受傷前には中空粒子の独立気泡内圧力がタイヤ内圧に準じたものであったことに加え、前記中空粒子温度の急上昇によりさらに気泡内圧力が上昇するため、中空粒子が一気に体積増加し、タイヤ内圧は受傷前の状態に近い圧力まで回復することになるとする。
【０００６】
また、出願人の最近の提案に係る中空粒子型安全タイヤとしては、例えば、特願２００４−３２９３０１号にあるように、タイヤをリムに装着しタイヤとリムとで区画されるタイヤ気室内に熱膨張が可能な、樹脂による連続相と独立気泡とからなる中空粒子を、５vol%以上80vol%以下に調整した気体を充填したものがある。
【０００７】
この安全タイヤによってもまた、タイヤ受傷部の傷口を、中空粒子をもって塞ぐとともに、タイヤ気室内の中空粒子をタイヤの負荷転動に伴って熱膨張させて体積増加させ、これによって、そのタイヤ気室内圧を回復させることで、必要とされる距離の、継続した安全走行を担保することができる。
【特許文献１】特開２００３−１１８３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、中空粒子の挙動について先に説明したように、パンク時の内圧復活機能の基となる中空粒子の体積増加は、タイヤがパンクして変形が大きくなり、タイヤ気室内の中空粒子の動きが激化し、中空粒子同士、もしくは、中空粒子とタイヤやリムの内面とが摩擦接触する機会が急増することに起因している。このように、中空粒子の内圧回復機能は、パンク状態がある程度継続してタイヤの変形が大きくなることを前提にしている。
【０００９】
そもそも、タイヤは所定の内圧を充填してはじめて、所期した性能を発揮できるものであるが、同様に、低内圧下での走行は、変形が大きく、またそれに伴って発熱も大きくなり、タイヤの耐久性は著しく低下してしまう。したがって、中空粒子の内圧回復機能を発現させることは、多少なりともタイヤの耐久性を犠牲にすることを意味しており、特に、タイヤの変形が進行して、タイヤのサイドウォールが接地する状態で走行した場合には耐久性の低下は無視できなくなってしまう。このように、中空粒子の内圧回復機能の発現に至るまでの、パンク状態での走行による耐久性の低下を最小限に抑えることは、非常に重要である。
【００１０】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、中空粒子型安全タイヤにおいて、中空粒子の内圧回復機能を発現に至るまでの、パンク状態での走行による耐久性の低下を抑えることができ、特に、タイヤのサイドウォールが接地する前に内圧回復機能を発現することのできる安全タイヤを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
＜１＞は、タイヤをリムに装着し、タイヤとリムとで区画されたタイヤ気室に、熱膨張が可能な樹脂による連続相と独立気泡とからなる中空粒子の多数を配置して、パンク時の、中空粒子の摩擦熱に起因して発生する体積増加によりタイヤ気室の内圧を回復させるよう構成された安全タイヤにおいて、
タイヤがパンクした場合に、中空粒子を強制的に昇温させる粒子加熱装置を具えてなる安全タイヤである。
【００１２】
＜２＞は、＜１＞において、前記粒子加熱装置を、パンクの発生を検知するパンク検知手段と、中空粒子を強制的に昇温させる粒子加熱手段と、パンク検知手段から入力したパンク状態検知信号に基づいて粒子加熱手段を作動させる制御手段とで構成してなる安全タイヤである。
【００１３】
＜３＞は、＜２＞において、前記パンク検知手段を、タイヤ気室内に設けられタイヤ気室内の内圧を継続的に検知し、内圧が所定の値より低下した場合にタイヤがパンクした旨の信号を出力するよう構成してなる安全タイヤである。
【００１４】
＜４＞は、＜２＞もしくは＜３＞において、前記粒子加熱手段を、リムの周上を一周するように取り付けた電熱ヒータで構成してなる安全タイヤである。
【００１５】
＜５＞は、＜１＞において、前記タイヤ気室内に充填する気体を、空気もしくは酸素よりなるものとするとともに、前記粒子加熱装置を、タイヤ気室内でリムの周上を一周するように取り付けられ酸素透過性の低い材料よりなる薄肉の環状チューブと、この環状チューブ内に無酸素下で配置され、酸素との接触により発熱反応を起こす混合物とで構成し、
前記環状チューブを、タイヤ気室内の圧力が正常である場合にはタイヤ内面と接触することがなく、走行中、パンク発生に伴ってタイヤ気室内の圧力が所定の値以下となった場合、タイヤ内面と接触し、タイヤ内面との摩擦により少なくとも一部の壁面が破壊してチューブ内外が連通し、タイヤ気室内の気体と前記混合物との接触が可能となるよう構成してなる安全タイヤである。
【００１６】
＜６＞は、＜５＞において、前記、酸素との接触により発熱反応を起こす混合物として、鉄粉、活性炭、食塩、および水分を含むものを用いてなる請求項５に記載の安全タイヤである。
【発明の効果】
【００１７】
＜１＞によれば、タイヤがパンクした場合中空粒子を強制的に昇温させる粒子加熱装置を具えるので、中空粒子の摩擦熱による昇温効果に加えて、あるいは、この昇温効果に依存することなく、中空粒子の温度を、体積増加を開始する温度に到達させることができ、タイヤが耐久性に影響を与えるような変形をする前に、中空粒子の内圧復活機能を発現させることができる。
【００１８】
＜２＞によれば、前記粒子加熱装置を、パンクの発生を検知するパンク検知手段と、中空粒子を強制的に昇温させる粒子加熱手段と、パンク検知手段から入力したパンク状態検知信号に基づいて粒子加熱手段を作動させる制御手段とで構成したので、パンク状態を確実に検知して粒子加熱手段を作動させることができる。
【００１９】
＜３＞によれば、前記パンク検知手段を、タイヤ気室内に設けられタイヤ気室内の内圧を継続的に検知し、内圧が所定の値より低下した場合にタイヤがパンクした旨の信号を出力するよう構成したので、詳細を後述するように、パンク検知手段を簡易な装置で実現することができ、しかも、一層確実にパンク状態を検知することができる。
【００２０】
＜４＞によれば、粒子加熱手段を、電熱ヒータで構成したので、簡易な手段で粒子を加熱することができ、また、電熱ヒータはリム上を一周するように取り付けられているので、タイヤの接地位置付近に偏在する中空粒子を、連続的に加熱することができ短時間で中空粒子を昇温することができる。
【００２１】
＜５＞によれば、前記粒子加熱装置を、環状チューブと、この環状チューブ内に無酸素下で配置され、酸素との接触により発熱反応を起こす混合物とで構成したので、詳細を後述するように、特別なパンク検知手段を設けることなく、パンクの際中空粒子を昇温させることができ、しかも、効率的に昇温を行わせることができる。
【００２２】
＜６＞によれば、酸素との接触により発熱反応を起こす混合物として、鉄粉、活性炭、食塩、および水分を含むものを用いたので、酸素の接触により確実に発熱し、その結果中空粒子を確実に昇温することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明に係る安全タイヤについて説明する。図１は、この安全タイヤを例示する幅方向断面図であり、安全タイヤ２０は、タイヤ１をリム２に装着し、該タイヤ１とリム２とで区画されたタイヤ気室３内に、樹脂よりなる連続相と、独立気泡とからなる熱膨張可能な中空粒子４の多数を、加圧下で充填配置してなる。
【００２４】
なおここで、タイヤ１は、規格に従う各種自動車用タイヤ、たとえば、トラックやバス用タイヤ、乗用車用タイヤ等であれば、特に構造を特定されるものではない。すなわち、この発明はタイヤとリムとの組立体になるすべての安全タイヤに適用できる技術であり、図示のタイヤは、１対のビードコア５間でトロイド状に延びるカーカス６のクラウン部に、その半径方向外側へ順にベルト７およびトレッド８を配設してなる一般的な自動車用タイヤである。
【００２５】
この図において、符号１５は、リム２に取り付けられて、タイヤ気室３に対する加圧気体の給排を司る給排気バルブを、１０は、タイヤ１のインナーライナ層をそれぞれ示し、１１はサイド部を、そして１２は、中空粒子４の周囲に存在する空隙をそれぞれ示す。また、２１、１６、１７、１８は、詳細を後述する粒子加熱装置３０を構成するタイヤセンサユニット、電熱ヒータ、反射板、および電源線を、この順に示す。
【００２６】
上記中空粒子４は、略球形状の樹脂による連続相で囲まれた独立気泡を有する、たとえば粒径が１０μｍ〜５００μｍ程度の範囲での粒径分布を持つ中空体、あるいは、独立気泡による小部屋の多数を含む海綿状構造体よりなる。すなわち、該中空粒子４は、外部と連通せずに密閉された独立気泡を内包する粒子であり、該独立気泡の数は単数であってもよいし、複数であってもよい。この明細書では、この『中空粒子群の独立気泡内部』を総称して『中空部』と表現する。
【００２７】
また、この粒子が独立気泡を有することは、該粒子が独立気泡を密閉状態で内包するための『樹脂製の殻』を有することを指し、さらに、樹脂による連続相とは、この『樹脂製の殻を構成する成分組成上の連続相』を指す。なお、この樹脂製の殻の組成は後述する。
【００２８】
中空粒子４の多数個である中空粒子群は、高圧気体とともにタイヤ気室３の内側に充填配置することによって、通常の使用条件下ではタイヤの『使用内圧』を部分的に担うと共に、タイヤ１の受傷時には、タイヤ気室３内の失った圧力を復活させる機能を発現する源となる。この『内圧復活機能』については後述する。
ここで、『使用内圧』とは、『自動車メーカーが各車両毎に指定した、装着位置ごとのタイヤ気室圧力値（ゲージ圧力値）』を指す。
【００２９】
ところで、中空粒子はその原料である『膨張性樹脂粒子』、すなわちガス成分を液体状態の発泡剤として樹脂に封じ込めた粒子を加熱膨張させることにより得られ、この膨張性樹脂粒子には膨張開始温度Ｔｓ１が存在する。
【００３０】
このような加熱膨張によって得られた中空粒子を、室温から再度加熱すると、その中空粒子は更なる膨張を開始し、ここに中空粒子の膨張開始温度Ｔｓ２が存在する。発明者らは、これまで多くの膨張性樹脂粒子から中空粒子を製造し検討を重ねてきた結果、Ｔｓ１を膨張特性の指標としてきたが、中空粒子の膨張特性の指標としてはＴｓ２が適切であることを見出すに到った。
【００３１】
すなわち、膨張性樹脂粒子を加熱膨張させる場合における膨張挙動を観察したところ、膨張性樹脂粒子は膨張する前の段階にあるため、中空粒子の状態に比して粒径が極端に小さく、樹脂製の殻部の厚さが極端に厚いため、マイクロカプセルとしての剛性が高い状態にある。したがって、加熱膨張の過程で樹脂製の殻部の連続相がガラス転移点を越えても、更なる加熱により殻部がある程度柔らかくなるまでは、内部ガスの拡張力が殻部の剛性にうち勝つことができない。よって、Ｔｓ１は実際の殻部のガラス転移点よりも高い値を示す。
【００３２】
この一方で、中空粒子を加熱膨張させる場合には、中空粒子の殻部の厚さが薄く、中空体としての剛性が低い状態にある。したがって、中空粒子の加熱膨張の過程では、殻部の連続相がガラス転移点を越えると同時に膨張を開始するため、Ｔｓ２はＴｓ１より低い位置づけとなる。
【００３３】
そこで、図示の安全タイヤでは、膨張性樹脂粒子を一旦膨張させてなる中空粒子の更なる膨張特性を活用する。この場合、中空粒子のＴｓ２は、９０℃以上２００℃以下であることが好ましい。すなわち、中空粒子のＴｓ２が９０℃未満では、常用走行時のタイヤ気室内の温度環境下にて膨張するおそれがあるからであり、一方２００℃を超えると、パンク受傷後のランフラット走行において、中空粒子の摩擦発熱に起因する急激な温度上昇が起こっても、Ｔｓ２に達することが出来ない場合があり、よって目的とする『内圧復活機能』を十分に発現させることが出来なくなる場合がある。
【００３４】
次に、中空粒子の中空部（独立気泡）を構成する気体としては、窒素、空気、炭素数が２から８の直鎖状及び分岐状の脂肪族炭化水素およびそのフルオロ化物、炭素数が２から８の脂環式炭化水素およびそのフルオロ化物、そして次の一般式（I）：
Ｒｌ−Ｏ−Ｒ２                                  （I）
（式中のＲｌおよびＲ２は、それぞれ独立に炭素数が１から５の一価の炭化水素基であり、該炭化水素基の水素原子の一部をフッ素原子に置き換えても良い）にて表されるエーテル化合物、からなる群の中から選ばれた少なくとも１種が挙げられる。
【００３５】
ところで、タイヤ気室３内に充填する気体は空気でも良いが、上記粒子中の気体がフルオロ化物でない場合には、安全性の面から酸素を含まない気体、たとえば窒素や不活性ガス等が好ましい。
【００３６】
なお、独立気泡を有する中空粒子を得る方法は特に限定されないが、発泡剤を用いて『膨張性樹脂粒子』を作製し、これを加熱膨張させる方法が一般的である。
この発泡剤としては、高圧圧縮ガス及び液化ガスなどの蒸気圧を活用する手法、熱分解によって気体を発生する熱分解性発泡剤を活用する手法などを挙げることができる。
【００３７】
後者の熱分解性発泡剤には窒素を発生させる特徴のあるものが多く、これらによる発泡によって得られる膨張性樹脂粒子の反応を適宜制御することによって得た粒子は気泡内に主に窒素を有するものとなる。この熱分解性発泡剤としては特に限定されないが、ジニトロソペンタメチレンテトラミン、アゾジカルボンアミド、パラトルエンスルフォニルヒドラジンおよびその誘導体、そしてオキシビスベンゼンスルフォニルヒドラジンを好適に挙げることができる。
【００３８】
次に、前者の高圧圧縮ガス及び液化ガスなどの蒸気圧を活用して中空粒子となる『膨張性樹脂粒子』を得る手法を説明する。
中空粒子を形成する前記樹脂による連続相を重合する際、炭素数が２から８の直鎖状及び分岐状の脂肪族炭化水素およびそのフルオロ化物、炭素数が２から８の脂環式炭化水素およびそのフルオロ化物、そして次の一般式（II）：
Ｒｌ−Ｏ−Ｒ２                                  （II）
（式中のＲｌおよびＲ２は、それぞれ独立に炭素数が１から５の一価の炭化水素基であり、該炭化水素基の水素原子の一部をフッ素原子に置き換えても良い）にて表されるエーテル化合物からなる群の中から選ばれた少なくとも１種を発泡剤として高圧下で液化させ、反応溶媒中に分散させつつ、乳化重合させる手法である。これにより上記に示されるガス成分を液体状態の発泡剤として前述の樹脂連続相にて封じ込めた『膨張性樹脂粒子』を得ることができ、これを加熱膨張させる事によって、所望の中空粒子を得る事が出来る。
【００３９】
また、前記『膨張性樹脂粒子』の表面に、シリカ粒子等のアンチブロッキング剤、カーボンブラック微粉、帯電防止剤、界面活性剤等をコーティングした上で加熱膨張させることにより、目的の中空粒子を得ることができる。
【００４０】
ここで、受傷によりタイヤ気室圧力が低下した状態において、該中空粒子によって必要最低限の内圧を付与するためには、中空粒子の中空部内に所定圧力で封入された気体が、粒子外部へ漏れ出ないこと、換言すると、中空粒子の殻の部分に相当する、樹脂による連続相が気体を透過し難い性質を有することが重要である。
【００４１】
すなわち、連続相を構成する樹脂は、ガス透過性の低い材質によること、具体的には、アクリロニトリル系共重合体、アクリル系共重合体、塩化ビニリデン系共重合体のいずれか少なくとも１種からなることが好ましい。これらの材料は、タイヤ変形による入力に対して中空粒子としての柔軟性を有するため、安全タイヤに適用して特に有効である。
【００４２】
とりわけ、中空粒子の連続相には、アクリロニトリル系重合体、アクリル系重合体および塩化ビニリデン系重合体のいずれかを適用することが好ましい。さらに詳しくは、重合体を構成するモノマーが、アクリロニトリル、メタアクリロニトリル、メチルメタクリレート、メタクリル酸、塩化ビニリデンから選択される重合体であり、好ましくは、アクリロニトリル／メタアクリロニトリル／メチルメタクリレート３元共重合体、アクリロニトリル／メタアクリロニトリル／メタクリル酸３元共重合体から選ばれた少なくとも１種がそれぞれ有利に適合する。これらの材料は、いずれもガス透過係数が小さくて気体が透過し難いために、中空粒子の中空部内の気体が外部に漏れ難く、中空部内の圧力を適切に保持することができる。
【００４３】
さらに、中空粒子の連続相は、３０℃におけるガス透過係数が３００×１０−１２（ｃｃ・ｃｍ／ｃｍ２・ｓ・ｃｍＨｇ）以下、好ましくは３０℃におけるガス透過係数が２０×１０−１２（ｃｃ・ｃｍ／ｃｍ２・ｓ・ｃｍＨｇ）以下、さらに好ましくは３０℃におけるガス透過係数が２×１０−１２（ｃｃ・ｃｍ／ｃｍ２・ｓ・ｃｍＨｇ）以下であることが推奨される。
なぜなら、通常の空気入りタイヤにおけるインナーライナ層のガス透過係数は３００×１０−１２（ｃｃ・ｃｍ／ｃｍ２・ｓ・ｃｍＨｇ）以下のレベルにあって十分な内圧保持機能を有している実績を鑑み、粒子の連続相についても、３０℃におけるガス透過係数を３００×１０−１２（ｃｃ・ｃｍ／ｃｍ２・ｓ・ｃｍＨｇ）以下とした。ただし、このガス透過係数のレベルでは、３〜６カ月に１度程度の内圧補充が必要であるから、そのメンテナンス性の点からも、２０×１０−１２（ｃｃ・ｃｍ／ｃｍ２・ｓ・ｃｍＨｇ）以下、さらに好ましくは２×１０−１２（ｃｃ・ｃｍ／ｃｍ２・ｓ・ｃｍＨｇ）以下とすることが推奨される。
【００４４】
ところで、以上のようにして構成される中空粒子４の、タイヤ気室３内への充填下での、タイヤ気室内圧による圧潰変形を防止し、それを略球形状に維持するためには、中空粒子４に、以下のようにして熟成を施すことが好ましい。
すなわち、中空粒子４の中空部内の圧力を、所望のタイヤ気室３内の圧力に対して、例えば７０％以上とした中空粒子４を、タイヤ気室３内に所定の充填量で配置する。例えば、タイヤの使用内圧以上の高圧気体中に中空粒子４の多数を収容した耐圧容器から、タイヤ気室３へ中空粒子並びに高圧気体を充填することが好ましい。ここで、中空粒子４を、耐圧容器の内部に高圧気体とともに収容したその当初は、中空粒子４の中空部内の圧力（独立気泡内の圧力）が大気圧とほぼ等しく、容器内の圧力より小さいために、粒子は体積減少する。この時点での中空粒子４の形状は略球形状ではなく、球形状から扁平化して歪んだ形状となっている。
【００４５】
粒子形状が扁平化して歪んだ状態のままこの中空粒子４をタイヤ内に充填した場合、その後の常用走行により中空粒子４は、球形状の場合と比べて粒子同士の衝突やタイヤおよびリム内面との衝突により、破壊しやすくなる。すなわち、中空粒子が扁平化して歪んだ形状では、衝突による入力を均一に分散させることができず、耐久性の面で大きな不利をもたらすことになる。また、タイヤが受傷することによって形成された傷口に中空粒子４が入り込むことで閉塞される該傷口の大きさが、小さいものだけに限定されることになり、また、中空粒子４がタイヤ外部に噴出することはないにしても、中空粒子４が扁平化して歪んだ形状であるためにミクロな通路が多く発生し、よってタイヤ気室内の気体が漏洩することがある。
【００４６】
しかしこの一方で、扁平化して歪んだ中空粒子４は、その中空部内の圧力と容器内の圧力との差により体積減少した状態にあるも、一定期間にわたって耐圧容器等の内圧に晒すことによって、中空粒子の中空部内の圧力、言い換えれば該粒子内の独立気泡内の圧力を、耐圧容器等の内圧程度にまで高めることができる。
【００４７】
すなわち、扁平化した中空粒子の殻の部分には元の略球形状に戻ろうとする力が働いて、扁平化した中空粒子の中空部内の圧力は、耐圧容器内圧よりも低いことから、その圧力差を解消するために、耐圧容器内の気体の分子が樹脂による連続相の殻を通過して粒子の中空部内に浸透することになる。
【００４８】
また、中空粒子の中空部は独立気泡であり、その中の気体は発泡剤に起因するガスで満たされているため、耐圧容器内（粒子周囲の空隙部）の気体とは異なる場合があり、この場合は、上述したような単なる圧力差だけではなく気体の分圧差に従いながら、その分圧差を解消するまで耐圧容器内の高圧気体が粒子中空部内へ浸透していく。
【００４９】
このように、耐圧容器内の高圧気体は、時間と共に中空粒子の中空部内へ浸透していくため、この中空部内に浸透した分だけ、耐圧容器内の圧力は低下することとなる。よって、中空粒子の中空部内に浸透した分を補うために、耐圧容器内へ高圧気体を充填した上で所望の圧力をかけ続けることにより、中空粒子の中空部内圧を、所望の使用内圧に調整することができる。
【００５０】
この場合、中空粒子の中空部内の圧力は、耐圧容器内（粒子周囲の空隙部）の圧力に、次第に近づくことになり、これにより、中空粒子は、一旦減少した粒子体積を回復して、扁平化されて歪んだ粒子形状から元の略球形状へと回復することになる。この形状回復過程で、中空粒子の中空部内圧が耐圧容器の内圧に対して７０％以上にまで増加することにより、粒子形状は略球形へ十分に回復することが出来、これによって上述した中空粒子の耐久性を保証することが出来る。
【００５１】
かくして、中空粒子４を、タイヤとは別の耐圧容器内に配置し、粒子周囲の空隙圧力を少なくとも所望のタイヤ気室３内の使用圧力以上まで高めた状態に保持し、この圧力をかけ続けたまま該耐圧容器内にて適切な時間保管したうえで、中空部内の圧力が増加した状態の中空粒子４をその周囲の雰囲気と共にタイヤ気室内に供給することにより、その中空粒子４は、粒子体積を回復して粒子形状を略球形に回復しているため、中空粒子充填後のタイヤの、転動時の繰り返しの変形に伴って粒子に加わる疲労や破壊も大幅に低減させることができ、中空粒子４の耐久性が損なわれることはない。
【００５２】
なお、中空粒子４の、耐圧容器内への適切な保持時間は、中空粒子の殻の部分、すなわち粒子の連続相に対する空隙気体の透過性と、粒子中空部内の気体と空隙気体との分圧差とを考慮して設定すればよい。
【００５３】
以上の機構と粒子の形状、体積の変化過程に則り、耐圧容器内（粒子周囲の空隙部）に充填する気体の種類と圧力とを適宜に選択、そして調節することにより、中空粒子４の中空部内の圧力を所望の範囲に設定することができる。
【００５４】
かように耐圧容器内で熟成された中空粒子４は、タイヤ気室３内へ供給された段階で、その中空部内の圧力（独立気泡中の気泡内圧力）が、タイヤ気室３内の使用内圧に準じた高い圧力を保ったまま、言い換えれば、粒子体積と中空部圧力を保持したままタイヤ気室３内に存在する結果、安全タイヤに所要の内圧復活機能を十分に発揮することができる。
【００５５】
すなわち、上述した中空粒子群をタイヤ気室内に配置したタイヤ１とリム２との組立体である安全タイヤでは、タイヤ１が受傷すると、中空粒子４の相互間の空隙に存在するタイヤ気室３内の高圧気体がタイヤの外側に漏出し、これに伴って、高圧気体の流出に共連れされた中空粒子４の多数が受傷部を閉塞し、急激な気室圧力の低下を抑制する。
つまり、受傷部の傷口はタイヤ気室内の気体が漏れ出る流路となるが、中空粒子４は、その流路内に『圧密』状態で入り込んで多数の中空粒子４によって流路を詰まらせることができる。
【００５６】
この一方で、タイヤ気室圧力の低下に伴ってタイヤの撓み量が増加して、タイヤ気室容積が減少すると、その気室内に配置した中空粒子は、タイヤ１の内面とリム２の内面との間に挟まれながら、圧縮およびせん断入力を受けることとなり、これによれば、中空粒子同士が摩擦して、自己発熱するために、タイヤ気室３内の中空粒子４の温度が急上昇し、その温度が、中空粒子４の殻部である樹脂連続相の熱膨張開始温度Ｔｓ２（該樹脂のガラス転移温度に相当する）を超えると、該粒子の殻は軟化し始める。
【００５７】
このとき、中空粒子４の中空部内の圧力が、タイヤの使用内圧に準じた高い圧力にあることに加え、中空粒子温度の急上昇により中空部内圧力がさらに上昇しているために、中空粒子４が一気に体積膨張して粒子周囲の空隙気体を圧縮する事になり、タイヤ気室の圧力を、少なくともタイヤのサイド部が接地しなくなるタイヤ気室圧力まで回復させることができる。
【００５８】
そしてさらに、上述した内圧復活機構によりタイヤ気室３内の圧力が大気圧から増圧されると、タイヤ骨格に張力が与えられることにより、傷口の内径は絞り込まれるように減少していくので、傷口内に圧密状態で入り込んだ中空粒子群には、タイヤ気室３内の増圧により、タイヤ側から絞り込まれるような圧縮力が働く。この場合、中空粒子４は、中空部圧力が高いため、その圧縮力に対し、中空部圧力に基く反力を発生して、圧密の度合いを高めることができ、より大きな内径の傷口においても、タイヤ気室３内の気体がほとんど漏れ出さない程度まで傷口を閉塞することができる。したがって、パンクの原因となった傷口は、中空粒子４によって、瞬時にかつ確実に塞がれることになる。
【００５９】
この結果として、安全タイヤ、ひいては、それを装着した車両は、必要とされる距離を安全に継続走行することが可能となる。
【００６０】
以上に説明したことから分かるように、パンク時に、安全タイヤ２０の中空粒子４がその内圧復活機能の発現を開始するには、中空粒子４をＴｓ２より高い温度にまで昇温する必要があり、この昇温手段として、中空粒子４の摩擦熱だけに依存する場合には、摩擦熱を発生させるのに必要な分だけパンク状態での走行を継続しなければならず、場合によってはタイヤの耐久性を犠牲にしかねない懸念を生ずることとなる。本発明は、パンク時に中空粒子４を昇温する手段として、中空粒子４の摩擦熱によることに加えて、もしくは、中空粒子４の摩擦熱がなくても、中空粒子４を短時間でＴｓ２より高い温度にまで早期に昇温することのできる別途の手段を安全タイヤに設けることにより、中空粒子４の内圧復元機構を早期に発現させ、パンク状態すなわち極めて低内圧な状態での走行期間を短縮し、これによる耐久性の低下を防止するものであり、図２は、そのための粒子加熱装置の構成を示す概念図である。
【００６１】
粒子加熱装置３０は、車両に装着された安全タイヤ２０のそれぞれに取り付けられ、少なくともタイヤ気室３の内圧を含むデータを連続的に測定し測定したデータを外部に発信するタイヤセンサユニット２１と、同様に、それぞれの安全タイヤ２０のリム２に取り付けられた電熱ヒータ１６とを具えて構成される。
【００６２】
また、タイヤセンサユニット２１を、測定したデータを含む信号を外部に発信するようにするとともに、粒子加熱装置２０を、車体側１３に配置され、それらのタイヤセンサユニット２１からのデータを受信する受信機３１を含んで構成し、運転者に安全タイヤの状態を知らせるようにすることもできる。
【００６３】
電熱ヒータ１６は、図１に示すようにリム２の周上を一周するように取り付けられ、主として輻射熱により、中空粒子を加熱して昇温するものであり、昇温効率をあげるため、中空粒子の滞留領域である角度θの範囲に集中的に熱線が輻射されるよう反射板１７を設けるのが好ましく、また、加熱のための電源は、タイヤセンサユニット２１に設けられた電池から供給することができ、そのための配線として、電源線１８がタイヤセンサユニット２１と電熱ヒータ１６と接続する。
【００６４】
電熱ヒータ１６への電源は、タイヤセンサユニット２１内の電池から供給する代わりに、車体側のバッテリー電源を交流化し、電磁誘導によって車体側から車輪側に受け渡す既知の技術を用いることができ、あるいは、回転する車輪を発電機として、この発電機で発電された電気を用いることもでき、後者の例としては、例えば、特開２００４−２２４０６９に記載された発電機がある。
【００６５】
図３は、タイヤ１がパンクしたときの、電熱ヒータ１６の作動状態を説明する、安全タイヤの断面図である。図３（ａ）は、タイヤがパンクして、電熱ヒータ１６が作動を開始した直後の状態を示し、加熱開始直後においては、タイヤ１の変形量は小さく、電熱ヒータ１６と中空粒子４とは直接接触しないので、中空粒子４に対する加熱は、主として電熱ヒータ１６からの輻射によって行われる。その際、電熱ヒータ１６は、リム２の周上を一周するよう設けられていて、周方向には、中空粒子４の全面を連続的に加熱することができ、また、タイヤ幅方向には、図１に示したように、中空粒子４の滞留領域に集中させて輻射することができ、しかも、中空粒子４はタイヤ１の転動により攪拌されながら加熱されるので、高い昇温効果を得ることができる。
【００６６】
図３（ｂ）は、タイヤの内圧がさらに低下して、タイヤの変形量が大きくなった状態を示す図であり、この状態において、電熱ヒータ１６と中空粒子４とは面Ｓで直接接触するようになり、輻射による熱伝達に加え、中空粒子４を熱伝導によっても加熱することができるので、加熱効果をさらに高めることができる。
【００６７】
図４は、タイヤセンサユニット２１の構成を例示するブロック線図であり、タイヤセンサユニット２１は、タイヤ気室内の圧力を測定する圧力センサ２４、圧力センサ２４からの信号を入力するとともに、タイヤセンサユニット２１内の信号のタイミングを制御するＣＰＵ２７、ＣＰＵ２７からの出力を送信信号に変換するトランスミッタ２８、および、送信信号を発信するアンテナ２９を備えて構成される。
【００６８】
なお、タイヤセンサユニット２１は、タイヤセンサユニット２１自体、および、電熱ヒータ１６への電源として、電池２２、例えば、コイン型電池を内蔵する。
【００６９】
また、電池２２と電熱ヒータ１６との間にはスイッチ２５が設けられ、ＣＰＵ２７は、圧力センサ２４からの圧力データが所定の値より低くなった場合、スイッチ２５を閉じ電熱ヒータ１６を作動させるよう構成されている。
【００７０】
以上のような粒子加熱装置３０において、タイヤ気室３内の圧力を検知する圧力センサ２４と、ＣＰＵ３３の、圧力センサ２４からの信号に基づいてタイヤがパンクしたか否かを判定してパンクの発生を検知する部分とは、パンク検知手段を構成し、電熱ヒータ１６は、中空粒子４を強制的に昇温させる粒子加熱手段を構成し、また、ＣＰＵ３３の、パンクの発生の検知を受けて電熱ヒータ１６を作動させる部分は、粒子加熱手段を作動させる制御手段を構成する。
【００７１】
図５は、車体側の受信機３１の構成を例示するブロック線図であり、受信機３１は、タイヤセンサユニット２１からの信号を受信するアンテナ３６、ＣＰＵ３３、アンテナからの信号を変換してＣＰＵ３３に出力するトランスミッタ３２、および、警報装置３５を具える。
【００７２】
受信機３１は、タイヤ気室３の内圧が予め定められた値より低下した場合には、警報装置３５を介して、その旨を運転者に知らせることができるようになっている。さらに、タイヤセンサユニット２１のＣＰＵ２７がスイッチ２５を閉じて電熱ヒータ１６を作動させたとき、作動させた旨の信号を受信機３１に送信するようにタイヤセンサユニット２１を構成するとともに、受信機３１を、この信号をタイヤセンサユニット２１から受信した際、その旨を運転者に知らせるようなものにすることもできる。
【００７３】
図６は、タイヤ気室３内の圧力と、ＣＰＵ２７もしくは３３が行う処理のタイミングとの関係を説明するために例示した圧力変化チャートであり、縦軸に、圧力Ｐを、横軸に時間ｔをとって示した。タイヤ１がパンクして、圧力Ｐが低下し、予め定められた圧力Ｐ１になったタイミングｔ１で、受信機３１のＣＰＵ３３は、タイヤセンサユニット２１から入力した圧力データに基づいて、内圧の低下を、警報装置３５を介して運転者に知らせるよう作動する。ついで、内圧がさらに低下し、圧力Ｐ２を過ぎたタイミングｔ２において、タイヤセンサユニット２１のＣＰＵ２７は、スイッチ２５を閉じ、電熱ヒータ１６を作動させる。
【００７４】
ここで、圧力Ｐ２は、サイドウォールが接地する前に中空粒子４が内圧復元機能を発現するように設定する必要があるが、しかし、圧力Ｐ２が高すぎると、通常走行においても、電熱ヒータ１６が作動してしまうので、これらのことを考慮して圧力Ｐ２を設定しなければならない。
【００７５】
その後、中空粒子４の摩擦熱に加えて、電熱ヒータ１６によって加熱された中空粒子４は体積増加を開始し、タイヤ気室３内の圧力は上昇に転じ、設定圧力Ｐ３まで回復した時点で、タイヤセンサユニット２１のＣＰＵ２７は、中空粒子４がその内圧復活機能を発現できる温度に到達したと判定してスイッチ２５を開く制御を行い、電熱ヒータ１６の作動を停止する。電熱ヒータ１６を停止させないと、エネルギーが無駄になり、タイヤに余計な熱を加えてしまう上に、電池が早期に消耗してしまうからである。
【００７６】
次に、以上に説明したものとは異なる態様の粒子加熱装置を具えた安全タイヤについて図７を参照して説明する。図７（ａ）は、安全タイヤ２０Ａのタイヤ中心軸を含む面に対応する断面図であり、また、図７（ｂ）および（ｃ）は、走行中の安全タイヤ２０Ａの赤道面における断面図で、図７（ｂ）は、タイヤ１がパンクしていないとき、図７（ｃ）は、タイヤ１がパンクしたときの状態をそれぞれ表す。
【００７７】
安全タイヤ２０Ａは、そのタイヤ気室３が空気（もしくは酸素）よりなる気体で充填され、タイヤ気室３内においてリム２の周上を一周するように取り付けられた環状チューブ４１と、環状チューブ４１内に配置された混合物４２とを具える。環状チューブ４１は、薄肉のゴムや樹脂等の、柔らかくて、しかも、酸素透過性の低い材料、例えば好適例として、熱可塑性ウレタン材、アクリロニトリル系樹脂、塩化ビニリデン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂などで構成され、また、環状チューブ４１内には酸素が存在しないよう、酸素を含有しない気体、例えば窒素等が空気と置換されて充填されている。
【００７８】
環状チューブ４１内に配置された混合物４２は、酸素との反応により急激に発熱する特性を有する。このような混合物４２としては、例えば、鉄粉、活性炭、食塩、および水分よりなるものを挙げることができ、この混合物４２の、より具体的な配合材料名、配合割合は、所望の昇温速度、到達温度に応じて適宜調整すればよく、何ら限定されるものではないが、例えば、鉄粉：５４ｗｔ％、活性炭：１５ｗｔ％、食塩：３ｗｔ％、水分：２８ｗｔ％を、無酸素下にてブレンドしたものを推奨することができる。
【００７９】
そして、環状チューブ４１と、混合物４２とは、以下に説明する作用により、タイヤ１がパンクした場合、中空粒子４を昇温させる粒子加熱装置４０を構成する。
【００８０】
上記環状チューブ４１を配置した安全タイヤ２０Ａにおいて、パンク状態ではない通常走行中のタイヤ１では、図７（ｂ）に示すように、その内面１ａと、環状チューブ４１とは、互いに接触することなく、回転している。このようなタイヤ１が、受傷によりタイヤ気室３内の圧力が低下すると、タイヤ１の撓みが大きくなり、環状チューブ４１の表面がタイヤ内面１ａに、軸部分１ｂで接触するようになる。さらに走行を続けると、さらなるタイヤ気室３内圧力の低下とタイヤ１の撓みの増加とにより、この接触による摩擦発熱と、繰り返し入力とによって、環状チューブ４１が耐え切れなくなり、環状チューブ４１の一部が破壊して環状チューブ４１の内外が連通し、タイヤ気室３内の空気に上記混合物４２が曝されることとなる。このとき混合物４２は、タイヤ気室３内の空気中に存在する酸素と反応し急激に発熱する。そして、転動中のタイヤ気室３内に存在する中空粒子４は、発熱した混合物４２と接触しつつ混合されるため、中空粒子４の温度を早期に上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明に係る実施形態の安全タイヤを示す幅方向断面図である。
【図２】粒子加熱装置の構成を示す概念図である。
【図３】パンク時の電熱ヒータの作動状態を説明するタイヤの断面図である。
【図４】タイヤセンサユニットの構成を示すブロック線図である。
【図５】受信機の構成を示すブロック線図である。
【図６】内圧と、ＣＰＵの処理のタイミングとの関係を説明する、内圧変化を例示するグラフである。
【図７】他の実施形態の粒子加熱装置を有する安全タイヤを示す断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
１    タイヤ
１ａ    タイヤ内面
１ｂ    タイヤ内面の軸下部分
２    リム
３    タイヤ気室
４    中空粒子
５    ビードコア
６    カーカス
７    ベルト
８    トレッド
１０    インナーライナ層
１１    サイド部
１２    中空粒子の周囲の空隙
１３    車体側
１５    給排気バルブ
１６    電熱ヒータ
１７    反射板
１８    電源線
２０、２０Ａ    安全タイヤ
２１    タイヤセンサユニット
２２    電池
２４    圧力センサ
２５    スイッチ
２７    ＣＰＵ
２８    トランスミッタ
２９    アンテナ
３０    粒子加熱装置
３１    受信機
３２    トランスミッタ
３３    ＣＰＵ
３５    警報装置
３６    アンテナ
４０    粒子加熱装置
４１    環状チューブ
４２    混合物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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