JP2018153932A - エアレスタイヤの製造方法、及びエアレスタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】 注型成形時の高分子材の熱収縮に起因するトレッドリングとスポークとの剥離を抑制する。【解決手段】 剛性中子１０のトレッド形成面１０ｓ上で形成した生トレッドリング２Ｒを、剛性中子１０ごと加硫金型１２内に投入して加熱加硫するトレッド加硫工程Ｋ２を有する。トレッド形成面１０ｓに、軸心方向の一側縁側から他側縁側にのびる複数本の条溝１１を具えることにより、既加硫トレッドリング２の内周面に、条溝１１が転写された凸条５を形成する。【選択図】図５

Description

本発明は、注型成形時、高分子材の熱収縮に起因するトレッドリングとスポークとの部分的な剥離を抑制するエアレスタイヤの製造方法、及びエアレスタイヤに関する。

下記の特許文献１には、乗用車用などにも適用可能なエアレスタイヤとして、トレッドリングとハブとの間を、放射状に配列する板状のスポーク本体を有するスポークによって連結させた構造のものが提案されている。

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、加硫成形されたトレッドリングの内周面に、粗面処理と接着剤の塗布とがそれぞれ行われる。その後、トレッドリングとハブとを注型金型内に投入し、かつスポーク形成用の高分子材の原料液を注入、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、図１０に誇張して示すように、高分子材が硬化する際、熱収縮が発生し、板状のスポーク本体ａ１が、その長さ方向に収縮する。このとき、スポークａの外側環状部ａ２とスポーク本体ａ１との交差部ｘにおいて、外側環状部ａ２を半径方向内側に引っ張る向きの力Ｆが作用する。その結果、トレッドリングｂからの外側環状部ａ２の部分的な剥離ｊが、交差部ｘにおいて発生する傾向となる。

国際公開ＷＯ２０１４／１８８９１２号公報

そこで発明は、注型成形時、高分子材の熱収縮に起因するトレッドリングとスポークとの部分的な剥離を抑制するエアレスタイヤの製造方法、及びエアレスタイヤを提供することを課題としている。

本願第１の発明は、接地面を有する円筒状のトレッドリング、このトレッドリングの半径方向内側に配されかつ車軸に固定されるハブ、及び前記トレッドリングと前記ハブとを連結する高分子材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、
外周面にトレッド形成面を有す円筒状の剛性中子の前記トレッド形成面上で、トレッドゴムを含むトレッド構成部材を順次巻き付けて生トレッドリングを形成する生トレッド形成工程、
前記生トレッドリングを、剛性中子ごと加硫金型内に投入して加熱加硫するトレッド加硫工程、
前記ハブと、前記剛性中子から取り外した既加硫トレッドリングとを注型金型内に装着し、この注型金型内かつ既加硫トレッドリングとハブとの間の空間部内に、高分子材の原料液を注入しかつ硬化させることにより、スポークと既加硫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具えるとともに、
前記剛性中子は、前記トレッド形成面に、このトレッド形成面の軸心方向の一側縁側から他側縁側にのびる複数本の条溝を具えることにより、前記トレッド加硫工程は、既加硫トレッドリングの内周面に、前記条溝が転写された凸条を形成したことを特徴としている。

本発明に係る前記エアレスタイヤの製造方法では、前記トレッド形成面における各前記条溝の開口部の面積の総和である全開口面積ＳＡは、条溝が形成されない時のトレッド形成面の表面積Ｓ０の３０〜７０％であることが好ましい。

本発明に係る前記エアレスタイヤの製造方法では、各前記条溝の表面積を含むトレッド形成面の全表面積ＳＢは、条溝が形成されない時のトレッド形成面の表面積Ｓ０の１３０％以上であることが好ましい。

本発明に係る前記エアレスタイヤの製造方法では、前記条溝は、タイヤ軸方向と平行に形成されることが好ましい。

本発明に係る前記エアレスタイヤの製造方法では、前記注型成形工程の前に、前記剛性中子から取り外した既加硫トレッドリングの内周面に、接着剤を塗布する接着剤塗布工程を具えることが好ましい。

本願第２の発明は、前記第１の発明の製造方法によって形成されたエアレスタイヤであって、前記トレッドリングの内周面に、この内周面の軸心方向の一側縁側から他側縁側にのびる複数本の凸条を具えることを特徴としている。

本第１の発明は叙上の如く、トレッド形成面に複数本の条溝を有する剛性中子を用いて生トレッドリングを形成するとともに、この生トレッドリングを、剛性中子ごと加硫金型内に投入して加熱加硫を行っている。そのため、既加硫トレッドリングの内周面には、前記条溝が転写された複数の凸条が形成される。

この凸条により、トレッドリングと高分子材との接触面積が増し、かつ凸条が高分子材内に食い込むことにより、接合強度を、粗面処理に比して高めることができる。その結果、注型成形時、高分子材の熱収縮に起因して、スポークとトレッドリングとの間に部分的な剥離が発生するのを抑制できる。また粗面処理工程が不要となり、生産性の向上にも貢献できる。

本発明の製造方法によって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。 エアレスタイヤを示すタイヤ軸方向の断面図である。 エアレスタイヤに用いられるトレッドリングを示す斜視図である。 トレッドリングとスポークとの接合部を拡大して示すタイヤ軸心と直角方向の部分断面図である、 生トレッド形成工程、トレッド加硫工程、及び接着剤塗布工程を示す概念図である。 （Ａ）、（Ｂ）は注型成形工程を示す概念図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、条溝及び凸条の断面形状を例示する断面図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、条溝及び凸条のパターン図である。 全表面積ＳＢを説明するトレッド形成面の部分断面図である。 トレッドリングからのスポークの部分的な剥離を誇張して示す部分拡大図である。

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、本発明の製造方法によって形成されたエアレスタイヤ１の一例が示される。前記エアレスタイヤ１は、接地面２ｓを有する円筒状のトレッドリング２、このトレッドリング２の半径方向内側に配されかつ車軸Ｊに固定されるハブ３、及び前記トレッドリング２とハブ３とを連結する高分子材からなるスポーク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２Ａを含むトレッド構成部材Ｔｇによって構成される。本例では、トレッド構成部材Ｔｇは、トレッドゴム２Ａと、その内部に埋設される補強コード層２Ｂとを具える。トレッドゴム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される。また前記補強コード層２Ｂとしては、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第１のコードプライ２Ｂ１、及びタイヤコードをタイヤ周方向に螺旋状に巻回した第２のコードプライ２Ｂ２が適宜組み合わせて使用されうる。

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別途形成される。

前記スポーク４は、高分子材からなる注型成形体であって、本例では、外側環状部４Ａ、内側環状部４Ｂ、及び放射状に配され前記外側環状部４Ａと内側環状部４Ｂとを連結する複数の板状のスポーク本体４Ｃから形成される。前記高分子材として、例えばエポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ポリウレタン系樹脂、メラミン系樹脂などの熱硬化樹脂が好適に採用されるが、特にポリウレタン系樹脂は弾性特性に優れるため、より好適に採用しうる。

前記外側環状部４Ａおよび内側環状部４Ｂは、それぞれ車軸Ｊと同心な円筒状体であり、前記トレッドリング２の内周面およびハブ３の外周面と、注型成形によって一体に接合される。また本例のスポーク本体４Ｃは、タイヤ軸方向に対して一方側に傾斜する第１のスポーク本体４Ｃ１と、他方側に傾斜する第２のスポーク本体４Ｃ２とから構成され、前記第１、第２のスポーク本体４Ｃ１、４Ｃ２はタイヤ周方向に交互に配される。本例では第１、第２のスポーク本体４Ｃ１、４Ｃ２がジグザグ状に連続する場合が示されるが、第１、第２のスポーク本体４Ｃ１、４Ｃ２が周方向に離間しても良い。

図３に示すように、前記トレッドリング２の内周面には、この内周面の軸心方向の一側縁２Ｅ１側から他側縁２Ｅ２側にのびる複数本の凸条５が突設される。本例では、凸条５が、一側縁２Ｅ１から他側縁２Ｅ２までのびる場合が示されるが、一側縁２Ｅ１及び他側縁２Ｅ２の手前で終端しても良い。

この凸条５は、図４に示すように、トレッドリング２と外側環状部４Ａ（スポーク４）との接触面積を増し、かつ凸条５が外側環状部４Ａ内に食い込むことにより、トレッドリング２と外側環状部４Ａとの接合強度を高めることができる。その結果、スポーク４を注型成形する際の高分子材の熱収縮に起因して、外側環状部４Ａ（スポーク４）とトレッドリング２との間に部分的な剥離が発生するのを抑制できる。

本例では、凸条５を含むトレッドリング２の内周面には、接着剤６ａからなる接着層６が形成され、前記接合強度がさらに形成される。

この凸条５は、後述するエアレスタイヤ１の製造方法において説明するように、トレッドリング２を加硫成形する際、図５に示すように、剛性中子１０のトレッド形成面１０ｓに設けられた条溝１１が、トレッドリング２の内周面に転写されることによって形成される。従って、凸条５は、条溝１１と実質的に同形状であって、その断面形状、サイズ、配列パターンについては、後述する条溝１１において説明する。

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５、６に示すように、生トレッド形成工程Ｋ１と、トレッド加硫工程Ｋ２と、注型成形工程Ｋ３とを含んで構成される。

図５に示すように、生トレッド形成工程Ｋ１では、外周面にトレッド形成面１０ｓを有する円筒状の剛性中子１０が使用される。そして回転する剛性中子１０のトレッド形成面１０ｓ上で、トレッドゴム２Ａを含む未加硫のトレッド構成部材Ｔｇを順次巻き付けることにより、生トレッドリング２Ｒが形成される。

本発明では、前記剛性中子１０は、トレッド形成面１０ｓに、このトレッド形成面１０ｓの軸心ｉ方向の一側縁１０Ｅ１側から他側縁１０Ｅ２側にのびる複数本の条溝１１が配される。本例では、各条溝１１が一側縁１０Ｅ１から他側縁１０Ｅ２までのびる場合が示されるが、一側縁１０Ｅ１及び他側縁１０Ｅ２の手前で終端しても良い。

条溝１１の断面形状としては、図７（Ａ）〜（Ｄ）に例示するように、例えば矩形形状１１ａ（図７（Ａ））、三角形状１１ｂ（図７（Ｂ））、半円形状１１ｃ（図７（Ｃ））、楔形形状１１ｄ（図７（Ｄ））など種々のものが採用可能である。特に、トレッドリング２（「既加硫トレッドリング２」と呼ぶ場合がある。）の剛性中子１０からの取り外し易さ（「トレッドリング取外し性」という場合がある。）の観点からは、１１ｂ＞１１ｃ＞１１ａ＞１１ｄの順で三角形状１１ｂが最も好ましい。また注型成形時のトレッドリング２とスポーク４との剥離抑制（以後「スポーク剥離抑制」という。）の観点からは、１１ｂ＜１１ｃ＜１１ａ＜１１ｄの順で楔形形状１１ｄが最も好ましい。

条溝１１のサイズについては、特に規制されないが、開口巾Ｗは２〜５mm、深さｈは０．５〜２．５mmが好適である。また深さｈは、前記外側環状部４Ａの厚さｔ（図４に示す）より小であって、厚さｔの１０〜５０％が好ましい。なお深さｈが２．５mmを超えると、外側環状部４Ａの強度が低下傾向となり、逆に０．５mmを下回ると、接触面積を充分増加できずスポーク剥離抑制の効果が低くなる。

また条溝１１の配列パターンについては、図８（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、
（１） 軸心ｉ方向と平行な条溝１１Ａから形成されるパターンＰａ（図８（Ａ））、
（２） 軸心ｉ方向に対して一定角度θで一方側に傾斜する条溝１１Ｂから形成されるパターンＰｂ（図８（Ｂ））、
（３） 一定角度θで一方側に傾斜する条溝１１Ｂと、一定角度θで他方側に傾斜する条溝１１Ｃとから形成されるパターンＰｃ（図８（Ｃ））、
（４） 剛性中子１０の巾中心ｗｉを対象軸として周方向一方側に凸となる放物線状の条溝１１Ｄから形成されるパターンＰｄ（図８（Ｄ））、
（５） 周方向一方側に凸となる放物線状の条溝１１Ｄと、周方向他方側に凸となる放物線状の条溝１１Ｅとから形成されるパターンＰｅ（図８（Ｅ））など種々のものが採用可能である。

図５に示すように、トレッド加硫工程Ｋ２では、生トレッドリング２Ｒを、剛性中子１０ごと加硫金型１２内に投入して加熱加硫する。本例の加硫金型１２は、トレッドリング２の側面を成形するサイドモールド１２ａと、外周面を成形するトレッドモールド１２ｂとを含み、前記トレッドモールド１２ｂは、周方向に分割されかつ半径方向内外に移動可能な複数のセグメント１２ｂ１により構成される。

そして剛性中子１０と加硫金型１２との間で、生トレッドリング２Ｒを加圧しながら加熱することで、既加硫トレッドリング２が精度良く加硫成形される。このとき、生トレッドリング２Ｒのゴムが前記条溝１１内に入り込むことで、既加硫トレッドリング２の内周面に、条溝１１が転写された凸条５が形成される。

また既加硫トレッドリング２は、剛性中子１０ごと加硫金型１２から取り出された後、トレッドリング取出しステップＫａにより、既加硫トレッドリング２が剛性中子１０から取り外される。

ここで、前記パターンＰａ、Ｐｂの場合、剛性中子１０を縮径させずに、トレッドリング２を軸心ｉ方向に押し出すことで取り外し可能である。そのため、剛性中子１０の構造を簡易化できるという利点があり、好ましく採用しうる。なおパターンＰｂにおいては、剛性中子１０を軸心ｉ回りに回転させながら軸心ｉ方向に押し出すことで、トレッドリング２を取り外しうる。これに対してパターンＰｃ〜Ｐｅの場合には、トレッドリング２の取り外しに際して、剛性中子１０を縮径させる必要があるため、剛性中子１０の構造を複雑化させるという点で不利がある。

図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、注型成形工程Ｋ３では、スポーク４を注型成形により形成する。具体的には、ハブ３と、既加硫トレッドリング２とを注型金型３０内に装着することにより、注型金型３０内かつ既加硫トレッドリング２とハブ３との間に、スポーク４に相当する空間部Ｈを形成する。そして、この空間部Ｈ内に、高分子材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と既加硫トレッドリング２とハブ３とが一体化したエアレスタイヤ１が形成される。

本例では、注型成形工程Ｋ３の前に、図５に示すように、剛性中子１０から取り外した既加硫トレッドリング２の内周面に、前記接着剤６ａを塗布する接着剤塗布工程Ｋ４が行われる。なお注型成形工程Ｋ３は、塗布した接着剤６ａが乾燥した後に行われる。

接着剤６ａとしては、ラテックス型、溶剤型、反応型等の種々な接着剤が、被着体の材質に応じて適宜選択することができる。例えばスポーク４がウレタン系樹脂の場合、例えばロードファーイースト社製の商品名「ケムロック２１８Ｅ」に代表される接着剤が好適に採用される。

ここで、高分子材の熱収縮に起因するトレッドリング２と外側環状部４Ａ（スポーク４）と剥離を抑制するために、トレッド形成面１０ｓにおける各前記条溝１１の開口部の面積ｓａの総和である全開口面積ＳＡは、条溝１１が形成されない時のトレッド形成面の表面積Ｓ０の３０〜７０％、より好ましくは５０〜７０％である。全開口面積ＳＡが表面積Ｓ０の３０％を下回ると、接触面積が減じて剥離抑制効果が低くなる。逆に７０％を超えても、凸条５、５間に高分子材の流れ込み不良が発生しやすく、同様に、スポーク剥離抑制の効果が低くなる。

また各条溝１１の表面積ｓｂを含むトレッド形成面１０ｓの全表面積ＳＢは、条溝１１が形成されない時のトレッド形成面１０ｓの表面積Ｓ０の１３０％以上であることも好ましい。これによって接触面積が確保され、充分な剥離抑制効果が発揮される。なお全表面積ＳＢは、図９に示すように、各条溝１１の表面積ｓｂの総和Σｓｂと、トレッド形成面１０ｓにおける条溝１１、１１間の部分における面積ｓｃの総和Σｓｃとの和として示される。又条溝１１の表面積ｓｂは、条溝１１の溝側面の面積及び溝底の面積を含む。

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５、６に示す本発明の製造方法に基づいて、図１に示す構造のエアレスタイヤ（タイヤサイズ１４５／７０Ｒ１２に相当するタイヤ）を、それぞれ１０本ずつ試作するとともに、そのときのトレッドリング取外し性、及びスポーク剥離抑制効果についてテストした。剛性中子のトレッド形成面には、条溝が表１の仕様に基づいて形成されている。

各タイヤとも、条溝以外は実質的に同仕様であり、スポークとしてウレタン系樹脂を用いるとともに、接着剤には、「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。比較例１として、条溝に代え、トレッド形成面に、表面粗さＲａ（算術平均粗さ）が１０μmの粗面処理を行っている。

（１）トレッドリング取外し性：
トレッド加硫工程後、剛性中子を縮径させずに、トレッドリングを軸心方向に押し出すことで、トレッドリングを剛性中子から取り外した。そのときの取り外し易さを、作業員の官能評価により１０点法で示した。数値が大なほど良好である。４点以上が合格である。

（２）スポーク剥離抑制効果：
注型成形工程後、ウレタン系樹脂の熱収縮に起因するトレッドリング２とスポーク４との剥離の状態を目視検査し、検査員の官能評価により１０点法で示した。数値が大なほど良好である。４点以上が合格である。

表１に示されるように、実施例では、比較例１に対して、スポーク剥離抑制効果が発揮されるのが確認できる。なお実施例３に示されるように、条溝の全開口面積ＳＡが少なすぎるとスポーク剥離抑制効果が低下する。又実施例２に示されるように、条溝の全開口面積ＳＡが大きすぎても、高分子材（ウレタン系樹脂）が十分に流れ込まずにスポーク剥離抑制効果が低下する。従って、条溝の全開口面積ＳＡは、表面積Ｓ０の３０〜７５％、さらには３０〜７０％が好ましい。又トレッド形成面の全表面積ＳＢとしては、実施例３から、表面積Ｓ０の１２５％以上、さらには１３０％以上が好ましい。

トレッドリング取外し性に関しては、実施例は、比較例に対して低下するものの、条溝の配列パターンがＰａ、Ｐｂの場合には、断面形状が三角形状、矩形状、半円形状、楔形状の何れも、軸心方向への押し出しが可能であるのが確認できる。

１ エアレスタイヤ
２ トレッドリング
２Ａ トレッドゴム
２Ｒ 生トレッドリング
２ｓ 接地面
３ ハブ
４ スポーク
５ 凸条
６ａ 接着剤
１０ 剛性中子
１０ｓ トレッド形成面
１１ 条溝
１２ 加硫金型
３０ 注型金型
Ｈ 空間部
Ｋ１ 生トレッド形成工程
Ｋ２ トレッド加硫工程
Ｋ３ 注型成形工程
Ｋ４ 接着剤塗布工程
Ｔｇ トレッド構成部材

Claims (6)

1. 接地面を有する円筒状のトレッドリング、このトレッドリングの半径方向内側に配されかつ車軸に固定されるハブ、及び前記トレッドリングと前記ハブとを連結する高分子材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、
   外周面にトレッド形成面を有す円筒状の剛性中子の前記トレッド形成面上で、トレッドゴムを含むトレッド構成部材を順次巻き付けて生トレッドリングを形成する生トレッド形成工程、
   前記生トレッドリングを、剛性中子ごと加硫金型内に投入して加熱加硫するトレッド加硫工程、
   前記ハブと、前記剛性中子から取り外した既加硫トレッドリングとを注型金型内に装着し、この注型金型内かつ既加硫トレッドリングとハブとの間の空間部内に、高分子材の原料液を注入しかつ硬化させることにより、スポークと既加硫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具えるとともに、
   前記剛性中子は、前記トレッド形成面に、このトレッド形成面の軸心方向の一側縁側から他側縁側にのびる複数本の条溝を具えることにより、前記トレッド加硫工程は、既加硫トレッドリングの内周面に、前記条溝が転写された凸条を形成したことを特徴とするエアレスタイヤの製造方法。
2. 前記トレッド形成面における各前記条溝の開口部の面積の総和である全開口面積ＳＡは、条溝が形成されない時のトレッド形成面の表面積Ｓ０の３０〜７０％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. 各前記条溝の表面積を含むトレッド形成面の全表面積ＳＢは、条溝が形成されない時のトレッド形成面の表面積Ｓ０の１３０％以上であることを特徴とする請求項１又は２記載のエアレスタイヤの製造方法。
4. 前記条溝は、タイヤ軸方向と平行に形成され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。
5. 前記注型成形工程の前に、前記剛性中子から取り外した既加硫トレッドリングの内周面に、接着剤を塗布する接着剤塗布工程を具えることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のエアレスタイヤの製造方法。
6. 請求項１〜５の何れかに記載の製造方法によって形成されたエアレスタイヤであって、 前記トレッドリングの内周面に、この内周面の軸心方向の一側縁側から他側縁側にのびる複数本の凸条を具えることを特徴とするエアレスタイヤ。

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