JP5294943B2

JP5294943B2 - ソリッドタイヤの荷重判定方法

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Publication number: JP5294943B2
Application number: JP2009082761A
Authority: JP
Inventors: 宏和酒向; 禎久高野
Original assignee: Shishiai KK
Current assignee: Shishiai KK
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2029-03-30
Also published as: JP2010234866A

Description

本発明は、ソリッドタイヤの荷重判定方法に係り、詳しくはポリウレタン樹脂からなるタイヤ部を有するソリッドタイヤのタイヤ部に生ずる荷重の偏りを検査するソリッドタイヤの荷重判定方法である。

従来、この種のソリッドタイヤは、無人搬送車、フォークリフト等の産業車両の車輪、自動倉庫、立体駐車場、各種製造設備等に備えられる搬送用ローラ、ジェットコースターの車輪等の用途に利用されている。ソリッドタイヤは、ホイール部とそのホイール部の外周面を被覆する中実のタイヤ部とを備えている。このタイヤ部の材質としては、タイヤ部の耐久性（耐摩耗性）が良好であるという点から、ポリウレタン樹脂が広く使用されている（特許文献１）。

特開２００６−２６４６３７号公報

ところで、ソリッドタイヤもその使用に伴ってトレッド面（接地面）が摩耗するが、例えばジェットコースター等の動きが複雑な設備に使用されているソリッドタイヤでは、タイヤ部に掛かる荷重の向きや大きさ等が一定ではなく変化に富むものとなる。このため、予めソリッドタイヤに掛かる荷重の向きや大きさを想定しにくくソリッドタイヤの摩耗を予測することは困難な場合がある。また、走行経路が単純な設備においても設備側、例えばレール側の形状等が起因となって走行時のソリッドタイヤに偏荷重が掛かり、意図しない摩耗が生じる場合もある。

本発明は、上記事情に鑑み、ソリッドタイヤのタイヤ部に掛かる荷重又はタイヤに生じる応力分布の状態を判断することができるソリッドタイヤの荷重判定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、ポリウレタン樹脂のタイヤ部を備えたソリッドタイヤを用いたソリッドタイヤの荷重判定方法であって、前記ポリウレタン樹脂はポリテトラメチレングリコールを主成分としてトリレンジイソシアネート末端を有するプレポリマーを含有させた組成物を硬化させてなるものであり、前記ポリウレタン樹脂は有機染料であるクロム錯塩染料を含有しており、前記ソリッドタイヤに荷重を負荷した状態で走行試験を行い、前記ソリッドタイヤにおける走行試験前と走行試験後のタイヤ部の色の変化に基づいてソリッドタイヤに掛かる荷重の状態を判定することを特徴とする。

請求項２の発明は、前記色の変化はソリッドタイヤのタイヤ部の径方向断面を観察する。

本発明によれば、ソリッドタイヤのタイヤ部に掛かる荷重又はタイヤ部に生じる応力分布の状態を判断することができるソリッドタイヤの荷重判定方法を提供することができる。

本実施形態に係るソリッドタイヤの側面図。図１のＡ−Ａ線断面図。実施例のソリッドタイヤの断面図。図３の走行試験後の断面図。

以下、本発明を具体化したソリッドタイヤの一実施形態を図１〜図２にしたがって説明する。図１に本実施形態に係るソリッドタイヤの側面図を、また図２には図１の径方向断面であるＡ−Ａ線断面（以下、単に「断面」という。）を示す。このソリッドタイヤは、円筒状のホイール部１と、そのホイール部１の外周面であるリム部２を被覆するタイヤ部３を備えて構成され、無人搬送車、フォークリフト等の産業車両の車輪、自動倉庫、立体駐車場、各種製造設備等に備えられる搬送用ローラ、ジェットコースターの車輪等の用途に利用される。

ソリッドタイヤのホイール部１は、円環状に形成されたリム部２とリム部２の内周側に形成されたディスク部４、及びディスク部４の中心に形成されたハブ穴５とから構成されている。ソリッドタイヤはこのハブ穴５に図示しない車軸が装着されて回転可能となっている。ホイール部１は剛性を確保するため、アルミニウムやＳＵＳステンレス等の金属材料により一体形成されている。

一方、タイヤ部３は、ホイール部１のリム部２に装着されており、走行時に地面に接地する転動面となるトレッド面６を有している。タイヤ部３として使用される原料は耐久性、耐摩耗性等の観点からポリウレタン樹脂が使用されている。本発明においてこのタイヤ部３の原料となるポリウレタン樹脂はポリウレタンプレポリマー及び着色剤である有機染料を含有する。

ポリウレタンプレポリマーは、ポリウレタン組成物の母材（マトリックス）となるものであり、ポリオールとイソシアネートとを主成分とし、ポリウレタン樹脂からなる成形体を成形する際の原料となるポリマーである。詳述すると、ポリウレタンプレポリマーは、ポリオールとイソシアネートとの重合反応が所定の段階まで進行したポリマーであり、成形金型への注入に適した粘度に設定されている。このポリウレタンプレポリマーは、加熱や別途配合される鎖延長剤（硬化剤）の作用によって硬化されることにより、ポリウレタン樹脂成形体となる。

ポリウレタンプレポリマーを構成するポリオールとしては、ポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）、ポリテトラメチレングリコール（ＰＴＭＧ）等のエーテル系ポリオール、アジペート系ポリオール、ポリカプロラクトン系ポリオール、ポリカーボネート系ポリオール等のエステル系ポリオール等が挙げられる。ポリウレタンプレポリマーを構成するイソシアネートとしては、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、４，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、１，５−ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、ｐ−フェニレンジイソシアネート（ＰＰＤＩ）等が挙げられる。これらポリオール及びイソシアネートから構成されるポリウレタンプレポリマーは、単独種を使用してもよく、複数種のポリウレタンプレポリマーをブレンドして使用してもよい。なお、得られるポリウレタン樹脂の耐久性が優れるという観点から、ポリウレタンプレポリマーのポリオールはエーテル系ポリオールであることが好ましく、ＰＴＭＧ及びＴＤＩから構成されるポリウレタンプレポリマー、特にＰＴＭＧベースのＴＤＩ末端を有するプレポリマーが好適である。

ポリウレタン組成物に使用する着色剤はタイヤ部３のポリウレタン樹脂内を移動することができる性質を要し、このような性質を有する染料としては具体的には有機染料がある。有機染料は有機染料の種類としてはアゾ系、アゾメチン系、メチン系、アントラキノン系、フタロシアニン系、ジオキサジン系、フラバントロン系、インダントロン系、アントラピリミジン系、金属錯体（金属レーキ）系の各染料を使用することができるが、これらのうち金属錯塩染料が好ましい。また、金属錯塩染料に使用することができる金属としては、亜鉛、クロム、コバルト、鉄、ニッケル、銅、アルミニウムがあり、特にクロムが好ましい。有機染料の含有量はポリウレタン樹脂の色の変化を識別できる量であればよく、ポリウレタンプレポリマー１００重量部に対して０．０１〜０．１重量部が好ましい。

また、ポリウレタンプレポリマーの重合反応を促進し、そのポリマー鎖を延長する役割を果たすための鎖延長剤（硬化剤）を含有させることが好ましい。鎖延長剤の種類及び配合量は、ポリウレタンプレポリマーの種類に応じて設定すればよい。鎖延長剤としては、ジオール類及びジアミン類から選ばれる少なくとも一種の鎖延長剤を含有させることが好ましい。ジオール類としては、例えば１，１，１−トリメチロールプロパン、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、１，４−ブタンジオール（１，４ＢＤ）、ヒドロキノンジオキシエチルエーテル（ＨＱＥＥ）等が挙げられる。ジアミン類としては、例えば２，２′，３，３′−テトラクロロ−４，４′−ジアミノジフェニルメタン、ジメチルチオトルエンジアミン、トリメチレングリコール−ジ−ｐ−アミノベンゾエート、１，４−ビス（２−アミノフェニルチオ）エタン、３，３′−ジクロロ−４，４′−ジアミノジフェニルメタン（ＭＯＣＡ）等が挙げられる。上述したポリウレタンプレポリマーとの反応性に優れるため、ジオール類としては１，４−ブタンジオール又はヒドロキノンジオキシエチルエーテルが好適であり、ジアミン類としては３，３′−ジクロロ−４，４′−ジアミノジフェニルメタンが好適である。これらの鎖延長剤の中でも、上述した理由から１，４−ブタンジオールが最適である。原料組成物中における鎖延長剤の含有量は、ｐ−フェニレンジイソシアネートが有するイソシアネート基（ＮＣＯ基）と、鎖延長剤が有するヒドロキシル基（ＯＨ基）又はアミノ基（ＮＨ２）との当量比（当量比＝［ＯＨ］／［ＮＣＯ］、又は［ＮＨ２］／［ＮＣＯ］）において、０．９〜１の範囲が好適である。

ポリウレタン組成物の製造に当たり、ポリウレタンプレポリマーと鎖延長剤と有機染料とを混合させる際には、先に鎖延長剤と有機染料とを混合攪拌してこれらの混合物を調整した上で、この混合物とポリウレタンプレポリマーとを混合させることが好ましい。これらの混合攪拌には、周知の攪拌機を用いることができる。

その他、必要に応じて各種安定剤、粘度調整剤、消泡剤、反応促進剤、反応遅延剤等の成分を別途含有させてもよい。例えば、ポリウレタン組成物を原料として成形されるタイヤ部３の表面を改質する目的でシリコーンオイル類を配合することもできる。なお、これら任意成分の含有量は特に限定されず、タイヤ部３の物性を阻害しない範囲で含有させればよい。

ソリッドタイヤを製造する方法は、所定形状のホイール部１を先ず成形し、リム部２の表面に接着剤を塗布した上で図示しないタイヤ部成型用金型に設置し、そのキャビティ内に加熱して液体状となったポリウレタン組成物を流し込んで形成する。続いて、その金型を所定時間加熱することによりポリウレタン組成物を硬化させる。すると、ポリウレタン組成物の硬化物であるポリウレタン樹脂が得られるとともに、そのポリウレタン樹脂からなるタイヤ部３が成形される。タイヤ部３はキャビティに挿入されていたホイール部１と一体に成形され、またホイール部１のリム部２とタイヤ部３との境界面は予めリム部２に塗布しておいた接着剤により固着される。最後に、キャビティから脱型することにより、タイヤ部３がホイール部１と一体となったソリッドタイヤが得られる。

なお、本実施形態のソリッドタイヤにおいては、トレッド面６を平坦とし凹凸等のトレッドパターンが形成されていない形態とすることが好ましい。すなわち、トレッドパターンを有しないソリッドタイヤとすることにより、トレッド面６に掛かる荷重又はタイヤ部３の内部に生じる応力がトレッドパターンの影響を受けなくなってタイヤ部３内の応力分布の状態を判定しやすくなる。なお、所定のトレッドパターンを形成したソリッドタイヤにおけるトレッド面６に掛かる荷重又はタイヤ部３の内部に生じる応力を判定したい場合など積極的理由がある場合にはトレッドパターンを形成することに問題はない。

上記実施形態のソリッドタイヤによれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、ポリウレタン樹脂に有機染料を混合させている。この有機染料はタイヤ部３に荷重が掛かった際にはタイヤ部３を構成するポリウレタン樹脂内を移動することにより荷重が大きな箇所へと移動する。このため、タイヤ部３に掛かる荷重が大きい（タイヤ部３に生ずる応力が大きい）部分の色が変色する。これにより、ソリッドタイヤのタイヤ部３に掛かる荷重又はタイヤ部３に生じる応力分布の状態を判断することができる。

（２）このため、ソリッドタイヤに偏荷重が掛かっている場合でも、その加重の分布を色の変化として把握することができる。
（３）ソリッドタイヤのタイヤ部３に掛かる荷重又はタイヤ部３に生じる応力分布の状態はソリッドタイヤの断面に生ずる色の変化として現れるため、視覚的に把握することができ判断が容易となる。

（４）本実施形態のソリッドタイヤは原料に有機染料を含有させるだけであり、製造方法は通常の方法を採用することができるため、ソリッドタイヤの製造が容易である。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。

○ 染料の種類や混合させる量を適宜変更してもよい。
○ ソリッドタイヤは、金型を用いて成型するものに限らずホイール部１とタイヤ部３とを別個に製造し、タイヤ部３をホイール部１に嵌めこんで形成するものでもよい。

次に、実施例を挙げて前記実施形態をさらに具体的に説明する。
ポリウレタンプレポリマー（ＰＴＭＧをベースとしてＴＤＩ末端としたもの）１００質量部に対して、予め０．０４重量部の有機染料をジアミン鎖延長剤（ＭＯＣＡ）１８重量部に分散させた混合液を調整し、この混合液をポリウレタンプレポリマーに攪拌してポリウレタン組成物を調整した。なお、有機染料は１：２クロム錯塩染料であり、オラゾールブラックＲＬ１、オラゾールイエロー２ＧＬＮ及びアイゼンスピロンブロンＢＨｃｏｎｃ（いずれも商品名）を混合して使用した。一方、金型にはその外周面に接着剤を塗布したホイール部１をセットし、先に調整したポリウレタン組成物を金型のキャビティ内に流し込み、ポリウレタン組成物を加熱硬化させてソリッドタイヤを製造した。製造したソリッドタイヤの寸法等は以下のとおりである。なお、以下の各部分に付してあるアルファベットは、図３中にアルファベットを付して示されている矢印部分に対応する。

ホイール部１の直径Ａ９９ｍｍ
ホイール部１の幅Ｂ８０ｍｍ
タイヤ部３の厚肉部の直径Ｃ１２５ｍｍ
タイヤ部３におけるショルダー部位の厚みＤ５ｍｍ
タイヤ部３のショルダー部位から側面への曲率半径Ｅ３ｍｍ
タイヤ部３の側面からトレッド面６への曲率半径Ｆ３ｍｍ
タイヤ部３のトレッド面６の幅Ｇ７１．６ｍｍ
タイヤ部３のトレッド面６の幅方向における傾斜角度α １°
タイヤ部３の側面の傾斜角度β １０°
ソリッドタイヤのタイヤ部３のトレッド面６は、通常は断面において接着面となるリム部２に対して平行となるように形成されるが、本実施例のソリッドタイヤでは、図３に示すように断面においてトレッド面６がリム部２に対し１°傾斜するように形成した。ただし、図３では傾斜していることを強調しているため、トレッド面６の角度を急なものとして表現している。すなわち、ソリッドタイヤのタイヤ部３のトレッド面６は断面において傾斜していることに伴い幅方向両端部の厚みが相違しており、幅方向両端部ではタイヤ部３の直径が異なっている。なお、上記タイヤ部３の直径として示した値は肉厚側（図中左側）の厚みである。このため、このソリッドタイヤを地面と平行な方向に伸びる車軸に取り付けて荷重を負荷した場合には、タイヤ部３の幅方向の一端側（図中左側）には他端側（図中右側）よりも大きな荷重が掛かる偏荷重の状態となる、つまり、タイヤ部３の幅方向の両端部には異なる応力が生じることとなる。

このソリッドタイヤを地面と平行な方向に伸びる車軸に取り付けて一輪当たり５５０ｋｇの荷重を負荷しソリッドタイヤの両端が偏荷重とした状態とした。そして、このソリッドタイヤに同荷重を負荷したまま、時速４ｋｍで１０００時間走行させる走行試験を実施した。なお、走行試験を行う前はソリッドタイヤのタイヤ部３内には染料が均一に分散されており、図３に示すようにタイヤ部３の断面も色ムラ等は生じていなかった。

走行試験後にソリッドタイヤを径方向に切断してその断面を観察したところ、図４に網掛けにて示すように図中の幅方向左側のタイヤ部３の厚みが大きい側ほど色が濃くなる一方、右側のタイヤ部３の厚みが小さい側ほど色が薄くなっており、タイヤ部３の左右にて色の濃さに変化が生じていた。なお、使用した有機染料は発熱により色（明度、彩度等）が変化する性質のものではない。

走行試験後のタイヤ部３の断面において濃色部分（図４中左側）と薄色部分（図４中右側）のＩＲスペクトルを測定して比較すると、薄色部分のＩＲはポリウレタン樹脂のピークは見られるが含有させた有機染料のピークは見られなかった。また、濃色部分のＩＲはポリウレタン樹脂のピークと有機染料のピークとが混在していた。このため、ソリッドタイヤに掛かる荷重（生じる応力）が大きい部分ほど変色の度合いが大きくなるのはポリウレタン樹脂内で有機染料の移動が生じることに起因するものと考えられる。したがって、タイヤ部３の断面に生ずる変色の状況に基づいてソリッドタイヤに掛かる荷重（生じる応力）の分布の状態を判断することができる。

１・・ホイール部、２・・リム部、３・・タイヤ部、６・・トレッド面。

Claims

ポリウレタン樹脂のタイヤ部を備えたソリッドタイヤを用いたソリッドタイヤの荷重判定方法であって、
前記ポリウレタン樹脂はポリテトラメチレングリコールを主成分としてトリレンジイソシアネート末端を有するプレポリマーを含有させた組成物を硬化させてなるものであり、前記ポリウレタン樹脂は有機染料であるクロム錯塩染料を含有しており、
前記ソリッドタイヤに荷重を負荷した状態で走行試験を行い、前記ソリッドタイヤにおける走行試験前と走行試験後のタイヤ部の色の変化に基づいてソリッドタイヤに掛かる荷重の状態を判定するソリッドタイヤの荷重判定方法。
前記色の変化はソリッドタイヤのタイヤ部の径方向断面を観察することを特徴とする請求項１に記載のソリッドタイヤの荷重判定方法。