JP2004009768A

JP2004009768A - ソリッドタイヤ

Info

Publication number: JP2004009768A
Application number: JP2002161943A
Authority: JP
Inventors: Hideo Suzuki; 鈴木　英郎; Eisaku Sato; 佐藤　栄作
Original assignee: Inoue MTP KK; Inoac Corp; Inoac Technical Center Co Ltd
Current assignee: Inoac Corp; Inoac Technical Center Co Ltd
Priority date: 2002-06-03
Filing date: 2002-06-03
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】所要分子量以上のポリオールと、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）と、所要の架橋剤とを用いることで、中空ケーシング内に充填されるポリウレタンフォームの密度および反発弾性率を制御し、最終的に構造的な強度および転がり抵抗が好ましい値とされたソリッドタイヤを提供する。
【解決手段】ゴム製の中空ケーシング１４の中空部１４ａにポリウレタンフォーム原料を充填・発泡硬化させてポリウレタンフォーム１２としたソリッドタイヤにおいて、分子量５０００以上のポリオールと、ＭＤＩと、官能基数３以上の架橋剤とを使用することで、前記フォーム１２の充填時密度が３５０ｋｇ／ｍ^３以上で、所定測定法による転がり抵抗が２０００ｇ以下に設定される。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ゴム製の中空ケーシング内にポリウレタンフォームを充填してなるソリッドタイヤに関し、更に詳細には、重量物を載置し得る圧縮強度を有すると共に、その反発弾性率を制御することで任意の転がり抵抗を発現し得るようにしたソリッドタイヤに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に身体障害者や高齢者向けの電動車椅子、容器入り飲料等の重量物用の運搬カートおよびゴルフカート等に装着されるタイヤは、空気の漏出がなく、耐久性に優れると共に、メンテナンスが不要であることが要求される。そして前述の要求に応えるため、前記タイヤとしてその内部が中実構造となっている、所謂ソリッドタイヤが好適に採用されている。
【０００３】
前記ソリッドタイヤとしては、一般に前記中実部分に弾性ゴム等を主材料としてその外形と共に一体成形したものや、汎用のニューマチックタイヤ（以下、空気圧タイヤと云う）の中空部に別途成形した輪状の弾性ゴム等の弾性部材を嵌め合わせたものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記ソリッドタイヤの中実部素材である弾性ゴム等は、重量物等に対する耐荷重性を満足する強度を達成するために高比重とされ、この高比重故に該タイヤ重量が増大してしまう欠点が指摘される。この他、タイヤ重量の増加により、取り扱い性、乗り心地および転がり抵抗等の悪化も大きな問題となっている。また空気圧タイヤの場合、該タイヤの中空部に対して別途成形した弾性部材を嵌合して製造するため、該弾性部材を必要とされる該タイヤのサイズ毎に準備する必要等の問題があり、製造コストが増大する欠点があった。
【０００５】
【発明の目的】
この発明は、従来のソリッドタイヤが有する前記問題に鑑み、これを好適に解決するべく提案されたものであって、ポリオールとして分子量５０００以上の物質を使用すると共に、イソシアネートとしてジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）を使用し、かつ３つ以上の官能基を有する架橋剤を用いることで、中空ケーシング内に充填されるポリウレタンフォームの反発弾性率等の物性値を所望の値に制御することで、最終的に得られるソリッドタイヤの、例えば圧縮強度等の構造的な強度と、転がり抵抗とを任意の好ましい値とし得るソリッドタイヤを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を克服し、所期の目的を達成するため本願の発明に係るソリッドタイヤは、ゴム製の中空ケーシングと、その中空部に少なくとも１種類のポリオール、イソシアネートおよび各種添加物からなるポリウレタンフォーム原料を充填して発泡硬化させることでポリウレタンフォームとしたソリッドタイヤにおいて、前記ポリウレタンフォームは、ポリオールとして分子量５０００以上の物質を使用すると共に、イソシアネートとしてジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）を使用し、
前記添加物の１つである架橋剤として、官能基数が３以上の物質を全ポリオール１００重量部に対して、０．１〜１５重量部、好ましくは１〜１５重量部添加すること作製され、
これにより、前記中空ケーシングに充填されたポリウレタンフォームの密度が３５０ｋｇ／ｍ^３以上で、ＪＩＳＫ６３０２に規定される走行耐久試験機による楕行法で測定される転がり抵抗が２０００ｇ以下に設定されていることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るソリッドタイヤにつき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら以下説明する。本願の発明者は、タイヤケーシングの中空部に、ポリオールとして分子量５０００以上の物質を、イソシアネートとしてジフェニルメタンジイソシアネート（以下、ＭＤＩと云う）を夫々使用すると共に、添加物の１つである架橋剤として３官能基以上であり、該ポリオール１００重量部に対して０．１〜１５重量部、好ましくは１〜１５重量部となる物質とその他添加物とを添加して得られるポリウレタンフォーム原料を充填することで、ソリッドタイヤとして充分に機能する範囲の構造的な強度等を発現する密度とし得ると共に、好ましい転がり抵抗を発現し得る反発弾性率を達成し得るポリウレタンフォームを内部構造とするソリッドタイヤが得られることを知見したものである。
【０００８】
本発明の好適な実施例に係るソリッドタイヤは、図１に示す如く、身体障害者や高齢者向けの電動車椅子等に好適に使用される小型中実の、所謂ノンパンクタイヤであり、ゴムを材質とすると共に、該ソリッドタイヤの外形をなす環状の中空ケーシング１４と、該ケーシング１４内の中空部１４ａに所要のポリウレタンフォーム原料を所要のオーバーパック率で充填・発泡後にキュアさせることで、所要の密度および反発弾性率を発現するポリウレタンフォーム１２とから構成される。
【０００９】
前記中空ケーシング１４を構成する材質は、従来の空気圧タイヤと同様のゴム組成物からなり、その外形状が環状でかつ断面溝形であり、取り付けられるべきホイール１６のリム１６ａに密接するビード部１４ｂや、該ビート部内部に周方向に埋設されたビードフィラ（図示せず）等の構造を有している。
【００１０】
前記中空ケーシング１４内に充填されるポリウレタンフォーム原料は、所要のポリオールおよびイソシアネート等を重合反応させることで得られる反応生成物であり、該ポリオールおよびイソシアネートの種類等を換えることにより、様々な物性を発現するものである。そして前記ポリウレタンフォーム原料は、充填された前記中空ケーシング１４内で発泡硬化し、内部構造をなすポリウレタンフォーム１２となる。前記ポリウレタンとは、ウレタン結合を有するポリマーを指し、該ウレタン結合はイソシアネート基を有するイソシアネートと、水酸基などの活性水素を有するポリオール等との付加反応により生成される。
【００１１】
本発明に係るソリッドタイヤ１０は、該ソリッドタイヤ１０自体に掛かる荷重に抗するべく、前記中空ケーシング１４に充填されたポリウレタンフォーム１２が３５０ｋｇ／ｍ^３以上の密度を示すと共に、最終的に得られるソリッドタイヤ１０が従来のニューマチックタイヤと略同等の性能を示す２０００ｇ以下の任意の転がり抵抗を発現する反発弾性率を示すように構成される。
【００１２】
（密度について）
前記ポリウレタンフォーム１２が発現すべき密度については、該ポリウレタンフォーム１２が充填されたソリッドタイヤ１０が発現するべき、剛性および耐久性等に代表される構造的な強度によって決定される。この構造的な強度は、前記密度の他に、硬度および中空ケーシング１４に対するポリウレタンフォーム原料充填時のオーバーパック率等に大きく影響される。
【００１３】
前記中空ケーシング１４に対して、所要のオーバーパック率により充填された際のポリウレタンフォーム１２の密度は、前述の如く、ソリッドタイヤ１０の使用に際して要求される構造的な強度と大きく関連している。このため本発明においては、前記密度をソリッドタイヤ１０の構造的な強度を評価する指標として採用している。そして前記ソリッドタイヤ１０の構造的な強度は、前記密度が向上すればそれに伴って向上する物性値である。
【００１４】
前記オーバーパック率は、前記ポリウレタンフォーム１２をなすポリウレタンフォーム原料が中空ケーシング１４内に充填される度合いを示し、その値が１の時は通常のフリーライズ発泡と同じである。この値は、基本的にイソシアネートの種類により決定され、本発明が採用するＭＤＩの場合、２．４程度まで可能であると経験的に分かっている。そしてこのオーバーパックによって、ソリッドタイヤ１０が発現する密度は、前記ポリウレタンフォーム１２自体が発現する数値以上のものとなる。なお、前記オーバーパック率は、１．５程度に設定される。この程度の値が、製造上好適だからである。
【００１５】
前記ソリッドタイヤ１０に要求される構造的な強度は、使用用途や被載置物の重量等により変動するものであるが、本発明が目的とする、平均して１５０ｋｇ程度の重量を有する電動車椅子を支えるべく、使用される４本（すなわち荷重４０ｋｇ程度／１本）のソリッドタイヤ１０が必要とする充填されたポリウレタンフォーム１２の密度は、以下の理由から３５０ｋｇ／ｍ^３以上と設定した。なお、以下に記載されるソリッドタイヤ１０としては、図３に示す如く、リム幅３インチ（７６．２ｍｍ）、取付リム（ホイール）径４インチ（１００ｍｍ）の１６ａを有するホイール１６に対して、ポリウレタンフォーム１２が充填された中空ケーシング１４が取り付けられて、その外形が２６０ｍｍ、最大幅が８５ｍｍとなる寸法のものが使用される。
【００１６】
本発明においては、前記ソリッドタイヤ１０に要求される構造的な強度を、所定の荷重を掛けた際の静荷重たわみ量を測定することで評価する。具体的には、図４に示す如く、前記ソリッドタイヤ１０の回転心に３９２Ｎ（４０Ｋｇ（本実施例における１本当たりのソリッドタイヤに掛かると推定した荷重（［００１５］参照）））の荷重を掛け、その際の該軸心部分の下方へ対する変位量が静荷重たわみ量として測定される。従って、８０ｍｍ（（タイヤ外形２６０ｍｍ−ホイール径１００ｍｍ）／２）である前記ソリッドタイヤ１０が、どの程度たわむかが測定されるものである。
【００１７】
また、一般に前記電動車椅子用等のソリッドタイヤ１０を考えた場合、前述の荷重を支えて、結果として長距離を安定的に走行可能としなければならない。そこで前記長距離を、１０００ｋｍと定義し、該１０００ｋｍの耐久走行試験を行ない、該試験後において、その外観に異常がない、すなわち使用に耐え得る良好な結果を出したソリッドタイヤ１０について、その静荷重たわみ量を測定・関連付けを行なった。その結果、図３に示すソリッドタイヤ１０について、前記静荷重たわみ量が約８ｍｍ（８０ｍｍの１０％）以下であれば、前述の１０００ｋｍに亘る走行を充分になし得ると分かった。ここで実施した、１０００ｋｍ耐久走行試験の結果等については、後述（［００５１］）の実験例に記載する。
【００１８】
前記静荷重たわみ量は、基本的に中空ケーシング１４に充填された際のポリウレタンフォーム１２が発現する構造的な強度が、一定以上であれば達成されると考えられる。前記構造的な強度は、前述の如く、充填されたポリウレタンフォーム１２の密度、すなわちポリウレタンフォーム１２自体の密度および中空ケーシング１４へのオーバーパック率と、硬度とによって決定されるが、こで該硬度は、イソシアネートインデックスを通常に使用される１００〜１０５程度とすることで、特に問題ない数値となる。この他、前記ポリオールとして、後述（［００３０］）するサブポリオールを使用するようにしても、前記硬度の上昇が期待できる。
【００１９】
従って、前記静荷重たわみ量が約８ｍｍ以下で表せる構造的な強度は、本発明においては、充填されたポリウレタンフォーム１２の密度だけで決定されるものであり、その際の密度は３５０ｋｇ／ｍ^３であった（後述（［００５１］）の実験例参照）。
【００２０】
このソリッドタイヤ１０充填時のポリウレタンフォーム１２の密度は、前述の如く、該ポリウレタンフォーム１２自体の密度と該ソリッドタイヤ１０に充填する際のオーバーパック率とをかけた数値となる。前記オーバーパック率は、前述（［００１４］）の如く、２．４程度を最大としているので、該ポリウレタンフォーム１２自体に求められる密度は、少なくとも１４６ｋｇ／ｍ^３以上（３５０（ｋｇ／ｍ^３）／２．４）に設定されることになる。そしてこのこの数値は、本発明に係るポリウレタンフォーム１２により達成可能であり、具体的にはイソシアネートとしてＭＤＩを使用することでにより達成される。
【００２１】
なお、前記構造的な強度は、フォーム体の評価に多用される２５％圧縮強度で表した場合、７００ｋＰａ以上で本発明に係るソリッドタイヤ１０の構造的な強度が達成可能であることも分かっている。
【００２２】
（反発弾性率について）
前記ポリウレタンフォーム１２の反発弾性率と、ソリッドタイヤ１０の転がり抵抗との関係は、従来使用されている空気圧タイヤにおける空気圧（ｋＰａ）と転がり抵抗との関係と同じである。すなわち通常の空気圧タイヤは、その内部の中空部に充填されている空気圧により転がり抵抗が決定されている。前記空気圧タイヤの場合、一般に前記転がり抵抗は、前記空気圧が高いほど低い数値となり、従来の空気圧タイヤでの常用空気圧である１５０〜２５０ｋＰａにおいては、２０００ｇ以下の数値となるものであり、本発明に係るソリッドタイヤ１０についても同様の転がり抵抗とすることが１つの指標とされている（図２参照）。
【００２３】
本発明に係るソリッドタイヤ１０は、前記転がり抵抗の値を、内部に充填されるポリウレタンフォーム１２の反発弾性率を制御することにより、２０００ｇ以下の任意の数値とし得る。また空気圧についても、ソリッドタイヤ１０を使用すべき地理的状況、例えば砂地またはアスファルトによって好適な数値が存在するが、該空気圧は本発明のソリッドタイヤ１０においては、前記反発弾性率であるので、その制御は容易である。
【００２４】
そして本発明において前記転がり抵抗は、ＪＩＳＫ６３０２に規定される走行耐久試験機により、ソリッドタイヤ１０の走行速度が２５ｋｍ／ｈから５ｋｍ／ｈに低下するまでの楕行時間を用いる楕行法により測定される。そして本発明においては、図２に示す転がり抵抗−空気圧グラフに併記される反発弾性率により、その関係が明確化されている。すなわち、従来の空気圧タイヤの常用空気圧（１５０〜２５０ｋＰａ）の範囲内となる反発弾性率は、約６０〜８０％程度（転がり抵抗は２０００ｇ以下）であり、この数値は本発明に係るポリウレタンフォーム１２により達成可能である。具体的には、使用される分子量５０００以上のポリオールの使用、添加物の１つである架橋剤の官能基数を３以上とすると共に、その添加量を全ポリオール１００重量部に対して０．１〜１５重量部に設定することよって達成される。
【００２５】
また前記反発弾性率は、前記ポリウレタンフォーム原料からオーバーパックを行なわず得られるポリウレタンフォーム１２と、所定のオーバーパック率により該ポリウレタンフォーム１２が充填されたソリッドタイヤ１０とでは殆ど変化がない。従って、前記反発弾性率によって決定される転がり抵抗は、前記ソリッドタイヤ１０のトレッドパターン等の動摩擦抵抗等の副次的要因を除外すれば、前述のポリウレタンフォーム原料の組成だけによって決定されるものである。
【００２６】
前記イソシアネートとしては、その分子構造によりポリオールとの反応性が高く、かつ泡化反応に較べて樹脂化反応が優先的に起こるＭＤＩが使用される。一般にＭＤＩは、その分子構造が直鎖状であるため、ポリウレタンフォーム１２の原料として好適に使用されるＴＤＩのような一定角度をもって屈曲、すなわち立体的形状を有していない。このため反発弾性率の如き、３次元的な構造に起因する機械的強度には劣っている一方で、２次元的な構造に起因する機械的強度、例えば引張強度および引裂強度は向上する特徴を有している。またその分子構造上、ポリウレタン樹脂を得る主原料の１つであるポリオールとの反応性に富み、更に水との反応性が低いために樹脂化反応が泡化反応に較べて優勢である。このためミクロ構造的に細かい気泡が多く発生し、速やかに樹脂化するためその密度が高くなる特徴を有する。なお、この速やかな樹脂化により得られるポリウレタンフォーム１２は、ＴＤＩを原料として得られるフォームに較べて、その内部セルが細かくかつ破泡がなされて高通気性を有する、といった特徴的な構造も有している。
【００２７】
また前記ＭＤＩは、前述の如く、ポリオール等の他の原料と混合して得られるポリウレタンフォーム原料の粘性を高める作用や、発泡硬化、すなわち反応性を高める作用を与えるものである。この作用のため、前記ホイール１６に嵌め込まれた中空ケーシング１４内にポリウレタンフォーム原料を充填、殊に高いオーバーパック率をもって充填した際に、該原料の充填圧により該ホイール１６および中空ケーシング１４の間にできる僅かな隙間等から漏れ出すことはない。前記ＭＤＩを使用したポリウレタンフォーム原料が許容するオーバーパック率は、基本的に該ポリウレタンフォーム原料の反応性で決定され、前述の如く、最高で２．４程度まで設定可能である。従って、前記ポリウレタンフォーム１２自体がフリーライズ発泡で発現する密度の２．４倍までは向上させることが可能である。一方、この数値を超えたオーバーパック率を適用する場合には、前述の如く、前記ポリウレタンフォーム原料の充填圧により、該原料がホイール１６および中空ケーシング１４の間から漏れ出すので留意が必要である。
【００２８】
一方水酸基を２個以上有する化合物は一般にポリオールと呼ばれ、本発明において好適に使用可能なポリオールとしては、水酸基価５〜３５、不飽和度０．０７ｍｍｏｌ／ｇ以下のポリアルキレンポリオールが挙げられ、該ポリオールが１種類以上使用される。また本発明においては、前述の如く分子量が５０００以上の各ポリオールが使用される。一般に分子量が大きくなると、その分反応性が低下してイソシアネート成分との反応による発泡硬化に支障が出ることが考えられるが、本発明の場合、該イソシアネートとして反応性が高いＭＤＩが使用されるため問題とならない。
【００２９】
前記ポリオールの物性については、前述の如く、水酸基価が５〜３５の範囲内であり、かつ不飽和度が０．０７ｍｍｏｌ／ｇ以下と低いものが好適である。前記水酸基価は、ポリオール１ｇ当たりの反応に有効に作用する反応性水酸基の度合いであり、この値が５未満であると、粘度等の上昇により加工性等が低下し、また３５を越えると反発弾性率を悪化させるので好ましくない。前記不飽和度は、所謂重合反応等を起こし得る結合端部の度合いであり、この値が低いほど純度の高いポリウレタン樹脂からなるフォームが得られる。従って、この不飽和度が高いと、ＭＤＩとの反応より形成されるウレタン結合数が減少し、樹脂化による密度向上が阻害されて低密度化してしまう。
【００３０】
また、ポリウレタン樹脂の主原料であるメインポリオールとしては、前記ポリアルキレンポリオール以外に、例えばポリエステルポリオール、水酸基含有ポリジエン、付加重合ポリマーまたは縮重合ポリマー等の微粒子が分散したポリマーポリオール等のポリオールを、所謂サブポリオールを加えるようにしてもよい。殊に本発明に係るソリッドタイヤ１０に充填されるポリウレタンフォーム１２の場合、前記サブポリオールとしては、連泡化を進め、かつ硬度を向上させ得るグラフトポリオールが好適である。
【００３１】
前記添加物としては、通常のポリウレタン樹脂の製造に使用される重合開始剤としての触媒、架橋剤および発泡剤、更に必要に応じて鎖延長剤、難燃剤または紫外線吸収剤、酸化防止剤、老化防止剤、充填剤、可塑剤、着色剤、防黴剤または抗菌剤等が挙げられ、これら各副原料が必要に応じて添加される。例えば鎖延長剤としては、ジエチルトルエンジアミン、ジメチルチオトルエンジアミンなどの多価アミン等が、前記難燃剤としては、トリス−ジクロロプロピルホスフェート、トリス−クロロエチルホスフェート、ジブロモネオペンチルアルコール、トリブロモネオペンチルアルコール等が、前記紫外線吸収剤としては、２−（２−ヒドロキシ−５−ターシャリーブチルフェニル）ベンゾトリアゾール、２’−（２’ヒドロキシ−３’，５’−ジターシャリーブチルフェニル）５クロロベンゾトリアゾール、ビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジン）セパケート、４−ベンゾイロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン等が夫々挙げられる。
【００３２】
前記触媒としては、従来公知の物質を使用することが可能であり、例えばジメチルシクロヘキシルアミン、Ｎ−メチルジシクロヘキシルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、Ｎ−メチルモルフォリン、Ｎ−エチルモルフォリン、Ｎ−ジメチルベンジルアミン等の非反応型モノアミン、トリエチレンジアミン、テトラメチルヘキサメチレンジアミン、ビスジメチルアミノエチルエーテル、テトラメチルプロパンジアミン、ジメチルアミノエチルモルフォリン、テトラメチルエチレンジアミン、ジアゾビシクロウンデセン、２−メチル−１，４−ジアゾ（２，２，２）ビシクロオクタン等の非反応型ジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、ペンタメチルジプロピレントリアミン等の非反応型トリアミン、ジメチルエタノールアミン、Ｎ−トリオキシエチレン−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−ヘキサノールアミン等の反応型アミンまたはこれらの有機酸塩、１−メチルイミダゾール、２−メチルイミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾール、２，４−ジメチルイミダゾール、１−ブチル−２−メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物、スタナスオクトエート、スタナスオレエート、ジブチルチンジラウレート、ジブチルチンジマレエート、オクチル酸鉛等の有機金属化合物、２，４，６−トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール、２，４，６−トリス（ジメチルアミノアルキル）ヘキサヒドロ−Ｓ−トリアジン、酢酸カリウム、オクチル酸カリウム、２−エチルヘキサン酸カリウム等の３量化触媒が挙げられる。
【００３３】
前記触媒の添加量は、基本的には従来公知のポリウレタン樹脂からなるフォームの製造に準じるものであり、その量は全ポリオールを１００重量部とした際に該ポリオールに対して０．０１〜１０重量部に設定される。この添加量が１０重量部以上となると、ポリオールとＭＤＩとの反応性が過剰となり、最終的に得られるポリウレタンフォーム１２の硬度が高くなる等の悪影響を及ぼす。この他、前述のポリオールとＭＤＩとの反応が短時間に完了してしまい、原料系の混合・調整等が困難となり、実際の製造には適さなくなる点にも注意が必要である。
【００３４】
前記架橋剤としては、反応によりポリウレタンフォーム１２となるポリウレタン樹脂の一部となった際に、立体的、すなわち３次元的な構造をなす３以上の多官能基を有する、例えばジエタノールアミンまたはトリエタノールアミン等の物質が好適である。このような架橋剤の使用は、前記ポリオールと同様に、６０％以上の反発弾性率を達成するための重要な要素の一つである。この他、最終的に得られるソリッドタイヤ１０を、例えばＢＭＸ用等の高い衝撃を受ける用途に使用する場合には、該ソリッドタイヤ１０に機械的強度を与えるべくポリウレタンフォーム１２に対して、引張強度等の、所謂２次元的な機械的強度の向上を達成させる場合には、前述の３以上の多官能基を有する架橋剤に加えてエチレングリコールの如き、その分子構造が直線的、すなわち２次元的である架橋剤を使用するようにしてもよい。具体的には、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール等の多価アルコール類、ヘキサメチレンジアミン、ヒドラジン、ジエチルトルエンジアミン、ジエチレントリアミン等のアミン類、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアミノアルコール類か挙げられる。また、短分子量ポリエーテルポリオールは前記架橋剤類に、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイドを付加させた、水酸基価２００以上の物質が挙げられる。
【００３５】
前記架橋剤の添加量は、その量が少なくとも全ポリオールを１００重量部とした際に該ポリオールに対して０．１〜１５重量部、好ましくは１〜１５重量部の範囲に設定される。この添加量が０．１重量部未満であると、ポリオールの分子量を５０００以上とした場合であっても、６０％以上の反発弾性率の達成は困難となる。一方、前記架橋剤の添加量が１５重量部以上となると、本来向上させるべき反発弾性率を悪化させる作用を示すため、注意が必要である。これは発泡剤として使用される水の添加量過多の場合も同じであるが、得られるポリウレタンフォーム１２内のウレア基の濃度上昇に伴うハードセグメントおよびソフトセグメント間の良好な相分離が阻害され、これにより該ソフトセグメントの運動阻害が発生するためである。なお前記ポリオールとして、前記不飽和度が充分に低く、かつ分子量１２，０００と非常に高い物質を選択した場合には、前記架橋剤は必ずしも必要とされない。しかしこのような特殊なポリオールは、その製造が困難であるため実用的ではない。
【００３６】
前記発泡剤としては、水、ＨＣＦＣ−１４１ｂ、ＨＦＣ−１３４ａ、ＨＦＣ−２４５ｆａまたはＨＦＣ−３６５ｍｆｃ等のハロゲン化炭化水素、シクロペンタン、イソペンタン、ノルマルペンタン等の炭化水素類、ノナフロロブチルメチルエーテル、ノナフロロイソブチルメチルエーテル、ノナフロロブチルエチルエーテル、ノナフロロイソブチルエチルエーテル、ペンタフロロエチルメチルエーテルまたはヘプタフロロイソプロピルメチルエーテル等のハイドロフルオロカーボン類或いは液化炭酸ガス等が用いられる。これら発泡剤のうち、水が汎用性等の点で一番好ましい。
【００３７】
前記水については、前述の如く、その添加量に上限（［００３５］）がある。そしてその量は、経験的に全ポリオールを１００重量部とした際に、該ポリオールに対して１重量部程度であることが知られている。なお発泡剤としては、水の他、各種有機系発泡剤も使用可能である。また前記水の添加量は少ない程、良好な密度および反発弾性率を発現し得る。
【００３８】
前記整泡剤については、通常のポリウレタンフォームの製造にて通常使用されている物質が使用可能である。例えばジメチルシロキサン系、ポリエーテルジメチルシロキサン系またはフェニルメチルシロキサン系等の各種整泡剤が挙げられる。添加量は全ポリオールを１００重量部とした際に該ポリオールに対して３重量部が上限とされる。また発泡具合が良好である場合には、添加する必要はない。
【００３９】
本発明に係るソリッドタイヤ１０は、▲１▼前述した各成分を従来公知の方法で秤量・予備攪拌を施してポリオール成分とすると共に、イソシアネート成分を注入機または攪拌機を使用して急速に攪拌混合してポリウレタンフォーム原料を得る。▲２▼予め準備されホイール１６に取り付けられた中空ケーシング１４内にすばやく注入、所定の密度を発現させるべく所要のオーバーパック率で連続的に充填する。▲３▼ターンテーブル等の使用により充填された該ポリウレタンフォーム原料を該ケーシング１４の中空部１４ａ内で均一に発泡硬化させる。▲４▼最終的にこれに所要温度による加熱を行ないキュアを施すことで得られる。なお前記ポリウレタンフォーム原料の充填方法として、反応射出成形法、所謂ＲＩＭを用いてもよい。
【００４０】
【実験例】
以下に、本発明に係るソリッドタイヤの実験例を示す。このソリッドタイヤの各物性値測定用の試験用試料は、基本的に分子量５０００以上のポリオール、ＭＤＩおよび３以上の官能基を有する架橋剤、触媒および発泡剤としての水等の添加物を、下記の各表に示す所定割合等で混合して得たポリウレタンフォーム原料を用いて、以下の▲１▼完成品（ソリッドタイヤ）および▲２▼ソリッドタイヤ内部に充填されるポリウレタンフォーム、に係る２種類のとして得られるものである。本実験例における各試験片の作製時に使用した各原料を以下に記す。また各表における原料組成についての数字は、全ポリオールを１００重量部と設定し、これに対する重量部で記載した。
【００４１】
（試験用試料）
▲１▼前記ポリウレタンフォーム原料を、フリーライズで発泡させて得られるポリウレタンフォーム
▲２▼前記ポリウレタンフォーム原料を、別途予めホイールに取り付けられると共に、その一部に該原料を注入すべき注入孔が設けられた加熱済み中空ケーシング（市販品：サイズ３．００−４（図３参照））内に所定のオーバーパック率ですばやく注入する。そして注入後に前記ポリウレタンフォーム原料の注入が完了した中空ケーシングをターンテーブル上で横倒しの状態で載置してホイール軸を軸心として回転させつつ１分間放置し、最終的に温度８０℃、３０分の条件でキュア炉にてキュアさせて得られる完成品
【００４２】
そして得られた２種類の試験用試料につき、夫々以下に記す物性等を確認・測定した。
▲１▼ポリウレタンフォームの試験用試料から測定する各物性：
各実施例および比較例について、密度（ｋｇ／ｍ^３）および反発弾性率（％）を夫々測定した。
▲２▼ポリウレタンフォームを充填した完成品としてのソリッドタイヤから測定する各物性：
下記の方法により、転がり抵抗（ｇ）、静荷重たわみ量（ｍｍ）および１０００ｋｍ耐久走行試験（よい：○、悪い：×）を測定・観察すると共に、ソリッドタイヤとしての総合評価を、よい（○）、悪い（×）で表した。
【００４３】
（基本的な使用原料）
・ポリオールＡ（分子量３０００）：商品名ＧＬ−３０００；三洋化成工業製
・ポリオールＢ（分子量５０００）：商品名ＦＡ−７０３；三洋化成工業製
・ポリオールＣ（分子量６０００）：商品名ＰＭＬ−７００１Ｋ；旭硝子製
・ポリオールＤ（分子量１００００）：商品名ＰＭＬ−７０１２；旭硝子製
・サブポリオール（分子量６０００）：商品名ＰＯＰ３４−２８；三井武田ケミカル製
・ＭＤＩ：商品名ミリオネートＭＴＬ；日本ポリウレタン工業製
・架橋剤Ａ：汎用のジエタノールアミン；三井化学製
・架橋剤Ｂ：汎用のエチレングリコール；三井化学製
・触媒Ａ：商品名Ｍｅ−ＤＡＢＣＯ；三井エアプロダクツ製
・触媒Ｂ：商品名ＮＩＡＸＡ−１；ＯＳｉスペシャリティーズ製
【００４４】
（測定方法）
・密度：得られた各試験体の体積と重量とから算出する。
・反発弾性率：ＪＩＳＫ６４００に準拠して評価する。得られた各試験用試料から１００×１００×５０ｍｍのピースを切り出し、反発弾性測定機にて評価する。
・転がり抵抗：図５に示す如く、図示しない駆動源により駆動される直径７６０ｍｍのドラムに、各実施例および比較例に係るソリッドタイヤを９８０Ｎの荷重を掛けて押し付け、２５ｋｍ／ｈの速度を出すように回転させた後、該ドラムの駆動力を切り、所謂楕行状態で該速度が５ｋｍ／ｈになるまでの走行距離を測定して、これから転がり抵抗を算出した。
・静荷重たわみ量（ｍｍ）：図４および［００１６］参照。
・１０００ｋｍ耐久走行試験：９８０Ｎの荷重をソリッドタイヤの回転軸に掛けつつ、該タイヤの走行速度が８ｋｍ／ｈとなるように回転させ、１０００ｋｍ（１２５時間）の距離を走行させ、走行後の該ソリッドタイヤの外観等を目視により確認した。
【００４５】
（▲１▼に係る実験１）　ポリオールの分子量等について
実施例１−１としてポリオールＢを使用し、実施例１−２としてポリオールＣを使用し、実施例１−３としてポリオールＤを使用し、実施例１−４としてポリオールＤおよびサブポリオールを混合したものを使用し、比較例１−１としてポリオールＡを使用した。また実験１における全ての実施例および比較例について、イソシアネートとしてＭＤＩを、添加物として架橋剤Ａ、触媒および発泡剤としての水等を使用した。そして各組成から、実施例１−１〜１−４および比較例１−１に係る各試験用試料を作製し、前述の▲１▼ポリウレタンフォームの試験用試料から測定する各物性について、観察・測定を実施した。各物質の混合量は以下の表１に記す。なおイソシアネートの混合量は、イソシアネートインデックスが１０５となるように設定されている。
【００４６】
【表１】

【００４７】
（▲１▼に係る実験１の結果）
結果を上記の表１に併せて示す。この表１から、ポリオールの分子量が５０００未満であると、架橋剤の種類および量その他のその他の要素が充分であっても、反発弾性率が充分とならないことが確認された（比較例１−１）。またサブポリオールを混合した場合、しないものに較べて、密度がより向上することが確認された（実施例１−３および１−４）。なお反応性については、分子量が１００００と高いものを使用しても問題を生じなかった。
【００４８】
（▲１▼に係る実験２）　架橋剤の種類および量について
実施例２−１〜２−３および比較例２−１として架橋剤Ａを使用し、比較例２−２および２−３として架橋剤Ｂを使用し、比較例２−４として何れの架橋剤を加えない組成とした。また実験２における全ての実施例および比較例について、ポリオールとして分子量５０００のポリオールＢを使用し、イソシアネートとしてＭＤＩを使用し、添加物として触媒および発泡剤としての水等を使用した。そして各組成から、実施例２−１〜２−３並びに比較例２−１〜２−４に係る各試験用試料を作製し、前述の▲１▼ポリウレタンフォームの試験用試料から測定する各物性について、観察・測定を実施した。各物質の混合量は、以下の表２に記す。なおイソシアネートの混合量は、イソシアネートインデックスが１０５となるように設定されている。また架橋剤Ａの例として前記実験１に係る実施例１−１を併記した。
【００４９】
【表２】

【００５０】
（▲１▼に係る実験２の結果）
結果を上記の表２に併せて示す。この表２から、架橋剤無しの場合や、架橋剤Ｂ、すなわち２官能の架橋剤を使用の場合には、ポリオール分子量等の要素が充分であっても、反発弾性率が充分とならないことが確認された（比較例２−２および２−３）。また架橋剤Ａを使用した場合であっても、その添加量が全ポリオールを１００重量部として、該ポリオールに対して０．１〜１５重量部の範囲内になければ、充分な反発弾性率が得られないことが確認された（比較例２−１および２−４）。
【００５１】
（▲２▼に係る実験３）　ソリッドタイヤの密度（ポリウレタンフォーム密度×オーバーパック率）と、静荷重たわみ量および１０００ｋｍ耐久走行試験並びに反発弾性率と、転がり抵抗との関係について
前記実験１および実験２に係る全ての実施例および一部の比較例に使用された組成を、所定のオーバーパック率で中空ケーシングに充填して、実施例４−１〜４−１０並びに比較例４−１〜４−４として、ソリッドタイヤを製造した。そして、得られた各ソリッドタイヤについて、前述の▲２▼ポリウレタンフォームを充填した完成品としてのソリッドタイヤから測定する各物性について、観察・測定を実施した。各物質の混合量等は、以下の表３に記すと共に、実施例４−１〜４−１０並びに比較例４−１〜４−４に係る詳細な説明は、以下に記す。なおイソシアネートの混合量は、イソシアネートインデックスが１０５となるように設定されている。また中空ケーシングに充填されるポリウレタンフォーム原料から得られるポリウレタンフォームの密度（オープン密度）および反発弾性率を併記する。
【００５２】
実施例４−１：実験１に係る実施例１−３、オーバーパック率１．５
〃　４−２：実験１に係る実施例１−４、オーバーパック率１．５
〃　４−３：実験１に係る実施例２−１、オーバーパック率１．５
〃　４−４：実験２に係る実施例２−２、オーバーパック率１．５
〃　４−５：実験２に係る実施例２−３、オーバーパック率１．５
〃　４−６：実験１に係る実施例１−１、オーバーパック率２．０
〃　４−７：実験１に係る実施例１−２、オーバーパック率２．０
〃　４−８：実験１に係る実施例１−４、オーバーパック率１．８
〃　４−９：実験１に係る実施例１−２を基として最適化した組成、オーバーパック率１．４
〃　４−１０：実施例４−９と同様の組成を使用、オーバーパック率２．４
比較例４−１：実験１に係る実施例１−１、オーバーパック率１．５
〃　４−２：実験１に係る実施例１−２、オーバーパック率１．５
〃　４−３：実験１に係る比較例１−１、オーバーパック率１．５
〃　４−４：実施例４−９と同様の組成を使用、オーバーパック率２．５
【００５３】
前記実施例４−９は、基本的に実験１に係る実施例１−２を基として最適化した実施例であり、メインポリオールとして、製造的にも好適な分子量６０００の物質を使用し、かつ構造的な強度を向上させるサブポリオールを使用すると共に、架橋剤の添加量を好適な数値とした例である。前記実施例４−１０は、実施例４−９と同様の組成を使用し、オーバーパック率を２．４に上昇させたものである。また比較例４−４は、実施例４−９と同様の組成を使用し、オーバーパック率を２．５に上昇させたものである。
【００５４】
【表３】

【００５５】
（実験３の結果）
結果を上記の表３に合わせて示す。この表３から、ソリッドタイヤの外形をなす中空ケーシングに充填された際のポリウレタンフォームの密度が、３５０ｋｇ／ｍ^３であり、かつ反発弾性率が６０を上回る場合には、該ソリッドタイヤとして、優れた構造的な強度（静荷重たわみ量）を有すると共に、２０００ｇ以下の転がり抵抗値を達成することが確認された。また、オーバーパック率が２．４を越えた場合には、前記中空ケーシング内へ充填したポリウレタンフォーム原料が漏出してしまった（比較例４−４）。
【００５６】
【発明の効果】
以上に説明した如く、本発明に係るソリッドタイヤによれば、一定以上の分子量を有するポリオールを使用すると共に、３つ以上の官能基を有する架橋剤を用いて反発弾性率を６０％以上の数値を達成し得るポリウレタンフォームを得ることが可能となり、またこのポリウレタンフォームをソリッドタイヤ内に充填することで、該ポリウレタンフォームの反発弾性率により空気圧タイヤの常用空気圧によって発現される転がり抵抗と略同等な数値、具体的には２０００ｇ以下を達成し得るようになると共に、該反発弾性率の制御により転がり抵抗を任意に設定し得るソリッドタイヤを製造し得るようになった。
【００５７】
またイソシアネートとして、密度の向上と高いオーバーパック率とを達成し得るジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）を使用することで、重量物の輸送用途等に好適に使用し得る剛性等の構造的な強度を発現する、密度およびオーバーパック率からのソリッドタイヤとしての密度を達成し得るソリッドタイヤが得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例に係るソリッドタイヤの内部構造を一部切り欠いて示す斜視図である。
【図２】実施例に係るソリッドタイヤの反発弾性率と、従来の空気を充填した空気圧タイヤの空気圧および転がり抵抗の関係との相関を示すグラフ図である。
【図３】実施例および実験例に係るソリッドタイヤの静荷重たわみ量を測定する際に使用される該ソリッドタイヤの寸法を示した概略斜視図である。
【図４】図３に示したソリッドタイヤを使用して、静荷重たわみ量を測定する方法を示した概略図である。
【図５】実施例に係るソリッドタイヤの転がり抵抗を測定する装置の概略図である。
【符号の説明】
１０　ソリッドタイヤ
１２　ポリウレタンフォーム
１４　中空ケーシング
１４ａ　中空部

Claims

ゴム製の中空ケーシング（１４）と、その中空部（１４ａ）に少なくとも１種類のポリオール、イソシアネートおよび各種添加物からなるポリウレタンフォーム原料を充填して発泡硬化させることでポリウレタンフォーム（１２）としたソリッドタイヤにおいて、
前記ポリウレタンフォーム（１２）は、ポリオールとして分子量５０００以上の物質を使用すると共に、イソシアネートとしてジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）を使用し、
前記添加物の１つである架橋剤として、官能基数が３以上の物質を全ポリオール１００重量部に対して、０．１〜１５重量部、好ましくは１〜１５重量部添加すること作製され、
これにより、前記中空ケーシング（１４）に充填されたポリウレタンフォーム（１２）の密度が３５０ｋｇ／ｍ^３以上で、ＪＩＳＫ６３０２に規定される走行耐久試験機による楕行法で測定される転がり抵抗が２０００ｇ以下に設定されている
ことを特徴とするソリッドタイヤ。
前記中空ケーシング（１４）に対するポリウレタンフォーム原料の充填は、そのオーバーパック率が２．４以下に設定される請求項１記載のソリッドタイヤ。
前記ポリオールの不飽和度は、０．０７ｍｍｏｌ／ｇ以下に設定される請求項１または２記載のソリッドタイヤ。
前記ポリオールの１つとして、グラフトポリオールが使用される請求項１〜３の何れかに記載のソリッドタイヤ。