JP6834450B2 - エアレスタイヤの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、耐久性を向上させたエアレスタイヤの製造方法に関する。

下記の特許文献１には、接地面を有する円筒状のトレッドリングと、車軸固定用のハブとの間を、熱硬化性樹脂からなるスポークにて連結したエアレスタイヤが提案されている。

この提案のエアレスタイヤでは、トレッドリングとスポークとの間の接着強度を高めるために、予め加硫成形したトレッドリングの内周面に、接着剤の塗布が行われる。その後、接着剤が塗布されたトレッドリングとハブとを注型金型内に装着し、かつスポーク形成用の熱硬化性樹脂の原料液を注入、硬化させることにより、スポークとトレッドリングとハブとを一体化させている。

しかし、本発明者の実験の結果、注型成形時の温度条件によっては、スポークと接着剤との間の接着が不充分となってタイヤの耐久性が低下することが判明した。

その理由として、以下のことが推測される。熱硬化性樹脂と接着剤とは、その界面で生じる接着反応により、強固な結合力が発揮される。しかしこの接着反応は、熱硬化性樹脂の硬化と同時に進行する。

従って、例えばトレッドリングの温度が、注型金型の温度よりも極端に低い場合、熱硬化性樹脂と接着剤との界面の温度が、トレッドリングによって下げられる。そのため、前記界面での接着反応の速度が、注型金型によって加熱される熱硬化性樹脂の硬化速度よりも遅くなってしまう。その結果、接着反応の進行が遅れて前記界面での結合力が不充分となり、タイヤの耐久性が低下すると推測される。

国際公開ＷＯ２０１４／１８８９１２号公報

そこで本発明は、接着層が塗布されたトレッドリングを予熱することを基本として、熱硬化性樹脂と接着剤との界面での接着反応の速度を早めることができ、界面での結合力を高めてタイヤの耐久性を向上しうるエアレスタイヤの製造方法を提供することを課題としている。

本発明は、接地面を有する円筒状のトレッドリング、前記トレッドリングの半径方向内側に配される車軸固定用のハブ、及び前記トレッドリングとハブとを連結する熱硬化性樹脂からなるスポークを具えるエアレスタイヤの製造方法であって、
加硫成型されたトレッドリングの内周面に、接着剤を塗布して接着層を形成する接着剤塗布工程と、
前記トレッドリングの内周面に、接着剤を塗布して接着層を形成する接着剤塗布工程と、
前記接着層が塗布されたトレッドリングと前記ハブとを注型金型内に装着する装着工程と、
前記注型金型内、かつトレッドリングとハブとの間の空間部内に、熱硬化性樹脂の原料液を注入しかつ硬化させることにより、スポークとトレッドリングとハブとを一体化させる注型成形工程とを含むとともに、
前記装着工程に先駆け、前記接着層が塗布されたトレッドリングを予熱する予熱工程を行うことを特徴としている。

本発明に係るエアレスタイヤの製造方法では、前記予熱工程によるトレッドリングの予熱温度Ｔｒ（℃）は、注型金型の金型温度Ｔ（℃）と、下記式（１）の関係にあることが好ましい。
Ｔ−１０≦Ｔｒ −−−（１）

本発明に係るエアレスタイヤの製造方法では、前記熱硬化性樹脂は、ウレタン樹脂であることが好ましい。

本発明に係るエアレスタイヤの製造方法では、前記予熱工程によるトレッドリングの予熱温度Ｔｒ（℃）は、１５０℃以下であることが好ましい。

本発明に係るエアレスタイヤの製造方法では、前記接着層の乾燥後の厚さは、５〜１００μmであることが好ましい。

本発明は叙上の如く、接着剤塗布工程と装着工程との間に、接着層が塗布されたトレッドリングを予熱する予熱工程を具える。従って、熱硬化性樹脂の硬化速度に対する、熱硬化性樹脂と接着剤との界面での接着反応速度の遅れを減じることができる。その結果、前記界面において、接着反応による結合力を十分に確保でき、タイヤの耐久性を向上させることができる。

本発明のエアレスタイヤの製造方法により形成されたエアレスタイヤの一実施例を示す斜視図である。 その子午断面図である。 トレッドリングとスポークとハブとの接合部分を誇張して示す断面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）はスポーク部が、スポーク板列からなる場合におけるスポーク板の配列状態を、平面に展開して示す概念図である。 （Ａ）〜（Ｄ）はスポーク部が、周方向に連続してのびるスポーク板からなる場合におけるスポーク板の状態を、平面に展開して示す概念図である。 エアレスタイヤの製造方法を示す概念図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１、２に示されるように、本実施形態のエアレスタイヤ１は、接地面Ｓを有する円筒状のトレッドリング２、前記トレッドリング２の半径方向内側に配される車軸固定用のハブ３、及び前記トレッドリング２とハブ３とを連結するスポーク４を具える。本例では、前記エアレスタイヤ１が乗用車用タイヤとして形成される場合が示される。

前記トレッドリング２は、空気入りタイヤにおけるトレッド部に相当する部位であり、トレッドゴム部２Ａと、その内部に埋設される補強コード層２Ｂとを含む。トレッドゴム部２Ａとしては、接地に対する摩擦力、耐摩耗性に優れるゴム組成物が好適に採用しうる。又トレッドリング２の外周面である接地面Ｓには、ウエット性能を付与するために、トレッド溝（図示しない）が種々なパターン形状にて形成される。

前記補強コード層２Ｂとして、本例では、ベルト層５と、その半径方向外側又は内側に配されるバンド層６とから形成される場合が示される。しかしベルト層５のみ、或いはバンド層６のみによって形成することもできる。前記ベルト層５は、タイヤコードをタイヤ周方向に対して例えば１０〜４５度の角度で配列した１枚以上、本例では２枚のベルトプライ５Ａ、５Ｂから形成される。各タイヤコードが、プライ間相互で交差することにより、トレッドリング２の剛性が高められる。又バンド層６は、タイヤコードをタイヤ周方向に螺旋状に巻回した１枚以上、本例では１枚のバンドプライから形成される。

ベルト層５のタイヤコード、及びバンド層６のタイヤコードとしては、それぞれスチールコード及び有機繊維コードが適宜使用できる。有機繊維コードの場合、強度及び弾性率が高いアラミド、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の高モジュラス繊維が好適に採用しうる。

前記ハブ３は、タイヤホイールに相当するもので、本例では、車軸Ｊに固定される円盤状のディスク部３Ａと、このディスク部３Ａの半径方向外端部に一体に形成される円筒状のスポーク取付け部３Ｂとを具える。前記ディスク部３Ａの中央には、車軸Ｊの前端部Ｊａが挿通するハブ孔３Ａ１が形成される。又ハブ孔３Ａ１の周囲には、車軸側に配されるボルト部Ｊｂをナット止めするための複数のボルト挿通孔３Ａ２が設けられる。このようなハブ３としては、従来のタイヤホイールと同様、例えば、スチール、アルミ合金、マグネシウム合金等の金属材料によって形成されるのが好ましい。

前記スポーク４は、熱硬化性樹脂から形成され、図３に拡大して示されるように、外側環状部４Ａと内側環状部４Ｂとスポーク部４Ｃとを一体に具える。熱硬化性樹脂として、例えばエポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコン系樹脂、ポリイミド系樹脂、メラミン系樹脂などが使用でき、特にウレタン系樹脂は弾性特性に優れるため、好適に採用しうる。

前記外側環状部４Ａは、車軸Ｊと同心な円筒状体であり、この外側環状部４Ａの外周面４ＡＳは、前記トレッドリング２の内周面２Ｓに、接着剤からなる第１の接着層２１を介して接合される。前記内側環状部４Ｂは、外側環状部４Ａの半径方向内側に同心に配される円筒状体であり、この内側環状部４Ｂの内周面４ＢＳは、前記ハブ３の外周面３Ｓに、接着剤からなる第２の接着層２２を介して接合される。又スポーク部４Ｃは、前記外側環状部４Ａと内側環状部４Ｂとを一体に連結する。

図１に示されるように、本例のスポーク部４Ｃは、周方向のスポーク板列１０Ｒから形成される。このスポーク板列１０Ｒは、前記外側環状部４Ａと内側環状部４Ｂとの間を継ぐフィン状の複数のスポーク板１０が周方向に配列することによって形成される。

特に本例では、前記スポーク板列１０Ｒとして、図４（Ａ）に示されるように、タイヤ軸方向に対する角度θが同一の同一傾斜のスポーク板１０を互いに平行に配列させた場合が示される。しかしスポーク板列１０Ｒとしては、図４（Ｂ）に示されるように、タイヤ軸方向に対して一方側に角度θで傾斜する第１のスポーク板１０ａと、他方側に角度θで傾斜する第２のスポーク板１０ｂとを、周方向に交互に配列させたものでも良い。又図４（Ｃ）に示されるように、第１のスポーク板１０ａを互いに平行に配列させた第１のスポーク板列１０Ｒａと、第２のスポーク板１０ｂを互いに平行に配列させた第２のスポーク板列１０Ｒｂとの２列によって形成することもできる。このようにスポーク板１０が角度θで傾斜する場合、１枚のスポーク板１０の接地時間が長くなるため、タイヤの振動性能を向上させることができる。なお前記角度θは、特に規制されないが例えば３０〜６０度が好ましい。なお図４（Ｄ）に示されるように、タイヤ軸方向に対して傾斜しない、角度θ≒０度のスポーク板１０によってスポーク板列１０Ｒを形成することもできる。

又図５（Ａ）〜（Ｄ）に示されるように、前記スポーク部４Ｃとして、周方向に連続してのびる周方向のスポーク板１２を具えるものでも良い。図５（Ａ）、（Ｂ）において、周方向のスポーク板１２は、周方向に直線状にのびる。又図５（Ｃ）、（Ｄ）において、周方向のスポーク板１２は、周方向にジグザグにのびる。又図５（Ｄ）に代表して示されるように、スポーク部４Ｃが周方向のスポーク板１２を具える場合、剛性を高めるために、スポーク板１２の側面からタイヤ軸方向外側にのびる側板部１２ｅを設けることもできる。特に周方向のスポーク板１２がジグザグ状をなす場合、前記側板部１２ｅをジグザグのコーナ部に設けるのが好ましい。

次に、前記エアレスタイヤ１の製造方法を説明する。この製造方法は、図６に概念的に示すように、接着剤塗布工程Ｐ１と、予熱工程Ｐ２と、装着工程Ｐ３と、注型成形工程Ｐ４とを含む。

接着剤塗布工程Ｐ１では、予め加硫成形されたトレッドリング２の内周面２Ｓに、接着剤を塗布することにより、前記接着層２１を形成する。なお前記トレッドリング２は、円筒状のドラム上で、各種のトレッド構成部材（例えばベルト層５形成用のシート状部材、バンド層６形成用のシート状部材、トレッドゴム部２Ａ形成用のシート状部材等）を、順次周方向に巻き重ねることにより形成された未加硫の生トレッドリングを、加硫金型内で加硫成形することにより形成される。

前記接着剤としては、例えばロードファーイースト社製の商品名「ケムロック」、及び株式会社東洋化学研究所社製の商品名「メタロック」等に代表される加硫接着剤が好適に使用され、被着体の材質に応じて適宜選択することができる。

接着剤の塗布方法としては、特に限定されることがなく、例えば刷毛、ローラー、スプレーなど種々な手段が採用しうるが、厚さを均一にすることが望ましい。なお接着層２１の乾燥後の厚さは、５〜１００μmの範囲が好ましく、５μmを下回ると、接着剤の効果が十分発生しない。また厚さが１００μmを越えると、接着剤自身の強度が問題となり、接着剤自身が破壊してしまう可能性が高まる。このような観点から、厚さの下限は７μm以上がより好ましく、又上限は５０μm以下がより好ましい。

なお本例の接着剤塗布工程Ｐ１では、前記ハブ３の外周面３Ｓにも、接着剤の塗布により接着層２２が形成される。接着層２２には、本例では接着層２１と同一の接着剤が使用されるが、異種の接着剤を使用することもできる。又接着剤の塗布に先駆け、前記内周面２Ｓ及び外周面３Ｓを粗面化するのが好ましい。

予熱工程Ｐ２では、接着層が塗布されたトレッドリング２を予熱する。予熱方法としては、特に限定されることがなく、例えばオーブン、接触式ヒーターなど種々な手段が採用しうるが、オーブンによる加熱が、より均一な加熱のために望ましい。又予熱時間としては、３０分以上が好ましい。

予熱工程Ｐ２によるトレッドリング２の予熱温度Ｔｒ（℃）は、注型金型３０の金型温度Ｔ（℃）と下記式（１）の関係を有することが好ましい。
Ｔ−１０≦Ｔｒ −−−（１）

この予熱温度Ｔｒは、金型温度Ｔより高くても良い。しかし、前記熱硬化性樹脂がウレタン樹脂である場合、前記予熱温度Ｔｒの上限は、１５０℃以下であることが好ましい。１５０℃を越えると、ウレタン樹脂が劣化し、所望の物性を発揮することができなくなる。

前記式（１）は、トレッドリング２を注型金型３０内に装着する直前において充足されるのが好ましい。直前とは５分前以下を意味する。又予熱温度Ｔｒ（℃）は、トレッドリング２の内周面２Ｓの表面温度であり、又金型温度Ｔ（℃）は注型金型３０の表面温度を意味する。この予熱温度Ｔｒ（℃）及び金型温度Ｔ（℃）は、接触型温度計、非接触型温度計など種々の温度計で測定しうる。

装着工程Ｐ３では、接着層２２が塗布されたトレッドリング２と、ハブ３とが、注型金型３０内に装着される。これにより、注型金型３０内かつトレッドリング２とハブ３との間に、スポーク４形成用の空間部３１が形成される。

注型成形工程Ｐ４では、前記空間部３１内に、熱硬化性樹脂の原料液を注入しかつ硬化させることにより、スポーク４とトレッドリング２とハブ３とを一体化させる。注型金型３０には、例えば電気ヒータ等の周知の加熱手段（図示省略）が設けられており、前記金型温度Ｔが一定に管理されるとともに、前記加熱手段からの熱により、熱硬化性樹脂が硬化される。図中の符号３０Ａは、注型金型３０の上型部分である。

ここで、熱硬化性樹脂が熱硬化する際、第１の接着層２１とスポーク４との界面Ｋ１、及び第２の接着層２２とスポーク４との界面Ｋ２において、熱硬化性樹脂と接着剤とが接着反応し、強固な結合力が発揮される。しかし、トレッドリング２の温度が、注型金型３０の金型温度Ｔよりも極端に低い場合、第１の接着層２１とスポーク４との界面Ｋ１の温度が、トレッドリング２によって下げられるため、前記界面Ｋ１での接着反応速度が、熱硬化性樹脂の硬化速度よりも遅くなる、その結果、界面Ｋ１において、接着反応の進行が遅れて結合力が不充分となる。

そこで本発明では、予熱工程Ｐ２により、トレッドリング２を予熱温度Ｔｒまで加熱している。これにより、界面Ｋ１での接着反応速度の遅れを防ぎ、結合力の向上を図っている。

なおハブ３は、金属材料から形成されるため、主にゴム材料からなるトレッドリング２に比して、比熱及び熱伝導率は非常に低い。従って、ハブ３の温度が極端に低い場合でも、注型金型３０への装着後、注型金型３０からの熱により、ハブ３は素早く温度上昇する。従って、前記界面Ｋ２での接着反応速度の遅れは少ない。そのため、本例では、ハブ３を予熱していないが、要求により、トレッドリング２と同様、予熱することができる。

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。

本発明の製造方法に準拠し、図１、２の基本構造をなすエアレスタイヤ（タイヤサイズ１４５／７０Ｒ１２に相当するタイヤ）が、表１の仕様に基づき試作された。又各試作タイヤの外観性、及び耐久性がテストされた。

各タイヤとも、予熱工程におけるトレッドリングの予熱温度Ｔｒ、及び接着剤塗布工程における接着層の厚さ以外は、実質的に同仕様である。

外側補強コード層及び内側補強コード層は、以下の通りであり、各タイヤとも同仕様である。
＜外側補強コード層＞
・プライ数：２枚
・補強コード：スチールコード
・コードの角度：＋２１度／−２１度
＜内側補強コード層＞
・プライ数：１枚
・補強コード：スチールコード
・コードの角度：０度（螺旋巻き）

各タイヤとも、スポークとしてウレタン系樹脂を用いるとともに、トレッドリング面の接着剤として、「ケムロック２１８Ｅ」（ロード・ファー・イーストコーポレーション社製の商品名）を使用した。

予熱工程では、トレッドリングをオーブン内で＊＊＊時間加熱し、注型金型に装着直前の予熱温度Ｔｒを測定した。なお比較例１では、予熱工程なしでトレッドリングを注型金型内に装着し、１時間後に注型成形工程を開始した。

（１）外観性：
注型金型から試供タイヤを取り出し、トレッドリングとスポークとの間の接合部分における接着状況を、目視によって３段階で評価した。
○-- 接合部分における接着には問題なく、走行可能なレベルである。
△-- 接合部分のスポークに、多少の剥離が発生しているが、走行可能なレベルである。
×-- 接合部分のスポークに、剥離が多発し、走行できない。

（２）耐久性：
上記の外観性の評価が○、△であったタイヤについて、ドラム試験機を用い、荷重（３kN）、速度（６０km/h）にてドラム上を１００００km走行させた。そして走行後の、トレッドリングとスポークとの間の接合部分の接着状況を、目視によって３段階で評価した。
○-- 剥離なし。
△-- 一部に剥離が発生しているが、走行できている。
×-- 試験途中に剥離が発生し、試験続行困難。

表の如く、実施例では、予熱工程を行うことにより、トレッドリングとスポークとの接合強度が高まり、耐久性を向上しうるのが確認できる。

１ エアレスタイヤ
２ トレッドリング
３ ハブ
４ スポーク
２１ 接着層
３０ 注型金型
３１ 空間部
Ｐ１ 接着剤塗布工程
Ｐ２ 予熱工程
Ｐ３ 装着工程
Ｐ４ 注型成形工程
Ｓ 接地面

Claims (4)

1. 接地面を有する円筒状のトレッドリング、前記トレッドリングの半径方向内側に配される車軸固定用のハブ、及び前記トレッドリングとハブとを連結する熱硬化性樹脂からなるスポークを具えるエアレスタイヤの製造方法であって、
   加硫成型されたトレッドリングの内周面に、接着剤を塗布して接着層を形成する接着剤塗布工程と、
   前記接着層が塗布されたトレッドリングと前記ハブとを注型金型内に装着する装着工程と、
   前記注型金型内、かつトレッドリングとハブとの間の空間部内に、熱硬化性樹脂の原料液を注入しかつ硬化させることにより、スポークとトレッドリングとハブとを一体化させる注型成形工程とを含むとともに、
   前記装着工程に先駆け、前記接着層が塗布されたトレッドリングを予熱する予熱工程を行い、
   前記予熱工程によるトレッドリングの予熱温度Ｔｒ（℃）は、注型金型の金型温度Ｔ（℃）と、下記式（１）の関係にあることを特徴とするエアレスタイヤの製造方法。
   Ｔ−１０≦Ｔｒ −−−（１）
2. 前記熱硬化性樹脂は、ウレタン樹脂であることを特徴とする請求項１記載のエアレスタイヤの製造方法。
3. 前記予熱工程によるトレッドリングの予熱温度Ｔｒ（℃）は、１５０℃以下であることを特徴とする請求項２記載のエアレスタイヤの製造方法。
4. 前記接着層の乾燥後の厚さは、５〜１００μmであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のエアレスタイヤの製造方法。

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