JP5893439B2 - タイヤの製造方法 - Google Patents
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近年では、軽量化や、成形の容易さ、リサイクルのしやすさから、樹脂材料、特に熱可塑性樹脂や熱可塑性エラストマーなどをタイヤ材料として用いることが検討されている。
例えば、特許文献1には、熱可塑性の高分子材料を用いて成形された空気入りタイヤが開示されている。
また、一般に、熱可塑性樹脂材料においては、成形体の耐熱性を向上させると、それに伴って成型体自体が硬くなり、タイヤの性能として重要な転がり摩擦抵抗を示す指標である動的粘弾性(tanδ)が適切な値からはずれてしまう傾向にあり、耐熱性と転がり摩擦抵抗のいずれも良好な値に維持されたタイヤの製造は困難であった。
前記熱可塑性樹脂材料を含む材料を用いて、環状のタイヤ骨格体を成形するタイヤ骨格体成形工程と、得られた前記タイヤ骨格体を、1価のアルコール、2価のアルコール、及び温度が80℃以上の熱水から選択される少なくとも1つの水系媒体に15分間以上24時間以下の時間で接触させる水系媒体接触工程と、を有する。
なお、本発明における熱可塑性樹脂材料は、熱可塑性を有する樹脂およびエラストマーの少なくとも一方を意味し、従来の天然ゴムや合成ゴム等の加硫ゴムは含まれない。
ポリアミド系熱可塑性エラストマーは、分子内に存在するアミド結合が、互いに水素結合を結ぶことにより、耐熱性や強靭な性質を有していると考えられている。本発明では、上記水系媒体接触工程の実施により、アミド結合−アミド結合間に水系媒体の分子を介入させることで、理由は定かではないが、タイヤ骨格体の引張弾性率を維持したまま、力学的損失係数(転がり係数:tanδ)を小さくすることができる。
すなわち、本発明によれば、タイヤ骨格体の強度を維持したまま、転がり摩擦抵抗を小さくすることができる。
タイヤ骨格体を水系媒体に接触させる手法としては、タイヤ骨格体を熱水に浸漬する手法、タイヤ骨格体を飽和蒸気下に曝す手法、及びその両方を行う手法が簡便であり、転がり摩擦抵抗が小さいタイヤの製造を効率よく行うことができる。特に、タイヤ骨格体を飽和蒸気下に曝す手法は、水分子の運動が活発になるため、水分子がアミド結合間に介入しやすい。
本発明のタイヤの製造方法は、環状のタイヤ骨格体を成形し後、得られた前記タイヤ骨格体を、熱水、1価のアルコール、及び2価のアルコールから選択される少なくとも1つの水系媒体に接触させる水系媒体接触工程を有することを特徴とする。
以下、本発明のタイヤの製造方法について、タイヤの製造に用いる材料とともに、工程順に説明する。
本発明の製造方法においては、まず、少なくともポリアミド系熱可塑性エラストマーを含有する熱可塑性樹脂材料を含む材料でタイヤ骨格体を形成する。
タイヤ骨格体の製造に用いる熱可塑性樹脂材料は、少なくともポリアミド系熱可塑性エラストマーを含有していれば特に制限はなく、種々の熱可塑性ポリマーや熱可塑性エラストマーから目的に応じて適宜選択して用いることができる。
ここで、ポリアミド系熱可塑性エラストマーとは、結晶性で融点の高いハードセグメントを構成するポリマーと非晶性でガラス転移温度の低いソフトセグメントを構成するポリマーとを有する共重合体からなる熱可塑性樹脂材料であって、ハードセグメントを構成するポリマーの主鎖にアミド結合(−CONH−)を有するものを意味する。
補強コート部材を設ける場合には、タイヤ骨格体形成工程の後に、後述する補強コード層形成工程を実施し、その後、加熱工程に付せばよい。
即ち、タイヤ骨格体を形成するに工程は、タイヤ骨格体の一部を構成するタイヤ骨格片を形成するタイヤ骨格片形成工程と、前記タイヤ骨格片の接合面に熱を付与し対となる2以上の前記タイヤ骨格片を融着させて前記タイヤ骨格体を形成するタイヤ骨格片接合工程とを含んでもよい。さらに、タイヤが補強コート部材を有する構成をとる場合には、さらに、前記タイヤ骨格体の外周部に補強コードを周方向に巻回して補強コード層を形成する補強コード巻回工程を行う。
まず、後述する熱可塑性樹脂材料を用いて、タイヤ骨格片を形成する。タイヤ骨格片の形成は、樹脂材料の成型方法として一般的な射出成形、真空成形、圧空成形、メルトキャスティングなどを適用すればよい。
前記の如き、2つの同一形状のタイヤ骨格片を2つ接合してタイヤ骨格体を形成する方法によれば、タイヤ骨格片を成形する金型が1種類で済むという利点をも有する。
本発明を適用しうるタイヤ骨格片の製造方法のより具体的な一態様について以下に説明する。
タイヤ骨格片を成形する金型としては、ファンゲートを有する金型を用い、一般的には射出成形により形成される。
射出成形時の加熱温度は熱可塑性材料の融点以上の温度、例えば、本実施形態に示されるようなポリアミド系熱可塑性エラストマーを用いる場合には、その融点が160℃〜230℃であるため、160℃以上250℃以下の温度で形成を行えばよい。
熱可塑性材料の溶融温度としては、融点以上の温度であればよく、金型内での流動性を促進し、成形金型の転写性を高めるため、適宜温度を高めて形成させるが、250℃を超える温度で溶融させた場合、熱可塑性材料の分解が促進され、材料そのものの劣化がおこり、成形品の物性に重大な悪影響を及ぼすため、250℃以下の温度で形成させる必要がある。
成形装置としては、一般的なプランジャ方式またはプリプラ方式の射出成形機が用いられる。
このように、前記分割体の接合面を、タイヤ骨格片を構成する熱可塑性樹脂材料の融点以上に加熱すると、タイヤ骨格片同士の融着を十分に行うことができるため、タイヤの耐久性を向上させつつ、タイヤの生産性を高めることができる。
タイヤ骨格片接合工程において、タイヤ骨格片を接合し、熱溶融接着することで、タイヤ骨格体を得る。
ここで、「ポリアミド系熱可塑性エラストマー」とは、結晶性で融点の高いハードセグメントを構成するポリマーと非晶性でガラス転移温度の低いソフトセグメントを構成するポリマーとを有する共重合体からなる熱可塑性樹脂材料であって、ハードセグメントを構成するポリマーの主鎖にアミド結合(−CONH−)を有するものを意味する。ポリアミド系熱可塑性エラストマーとしては、例えば、JIS K6418:2007に規定されるアミド系熱可塑性エラストマー(TPA)等や、特開2004−346273号公報に記載のポリアミド系エラストマー等を挙げることができる。
前記一般式(1)または一般式(2)で表されるモノマーとしては、ω−アミノカルボン酸やラクタムが挙げられる。また、前記ハードセグメントを形成するポリアミドとしては、これらω−アミノカルボン酸やラクタムの重縮合体や、ジアミンとジカルボン酸との共縮重合体等が挙げられる。
前記ジアミンとしては、例えば、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、ウンデカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジアミン、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジアミン、3−メチルペンタメチレンジアミン、メタキシレンジアミンなどの炭素数2〜20の脂肪族ジアミンなどのジアミン化合物を挙げることができる。また、ジカルボン酸は、HOOC−(R3)m−COOH(R3:炭素数3〜20の炭化水素の分子鎖、m:0または1)で表すことができ、例えば、シュウ酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸などの炭素数2〜20の脂肪族ジカルボン酸を挙げることができる。
前記ハードセグメントを形成するポリアミドとしては、ラウリルラクタム、ε−カプロラクタムまたはウデカンラクタムを開環重縮合したポリアミドを好ましく用いることができる。
ここで、「ABA型トリブロックポリエーテル」とは、下記一般式(3)に示されるポリエーテルを意味する。
前記ポリウレタン系熱可塑性樹脂組成物としては、例えば、市販品のBASF社製の「エラストラン」シリーズ(例えば、ET680、ET880、ET690、ET890、C80A、S80A)等を用いることができる。
前記ポリスチレン系熱可塑性エラストマーとしては、例えば、市販品の旭化成社製の「タフテック」シリーズ(例えば、H1031、H1041、H1043、H1051、H1052,H1053,H1082、H1141、H1221、H1272)等を用いることができる。
前記ポリオレフィン系熱可塑性エラストマーとしては、例えば、市販品の三井化学社製の「タフマー」シリーズ(例えば、A0550S、A1050S、A4050S、A1070S、A4070S,A35070S、A1085S、A4085S、A7090、A70090、MH7007、MH7010、P275)等を用いることができる。
前記ポリエステル系熱可塑性エラストマーとしては、例えば、市販品の東レ・デュポン製の「ハイトレル」シリーズ(例えば、3046,5557,6347,4047,4767等)、東洋紡社製「ベルプレン」シリーズ(P30B、P40B、P40H、P55B、P70B、P150B、P280B、P450B、P150M、S1001、S2001、S5001、S6001、S9001等)、三菱化学社製「プリマロイA」シリーズ(A1500N、A1600N、A1700N、A1800N、A1900N等)を用いることができる。
本工程では、上記タイヤ骨格体形成工程において得られた前記タイヤ骨格体を、熱水、1価のアルコール、及び2価のアルコールから選択される少なくとも1つの水系媒体に接触させる。
水系媒体接触工程は、少なくともポリアミド系熱可塑性エラストマーの分子内に含まれるアミド結合と、他のポリアミド系熱可塑性エラストマーの分子内に含まれるアミド結合との間で結ばれる水素結合、または、ポリアミド系熱可塑性エラストマーの同一分子内に含まれるアミド結合同士が結ぶ水素結合を水系媒体により切断する工程である。
ポリアミド系熱可塑性エラストマーの分子内に含まれるアミド結合間の水素結合が切断されることで、アミド結合−アミド結合間に水系媒体の分子が介入した形態をとると考えられる。
水系媒体は、液状であってもよいし、気体であってもよい。
また、熱水は、液状でも気体(蒸気)でもよいが、蒸気であることが好ましい。熱水が蒸気(例えば、飽和蒸気)であることで、水分子がアミド結合−アミド結合間に介入しやすい。
中でも、メタノール、及びエタノールが好ましい。
中でも、エチレングリコールが好ましい。
中でも、タイヤ骨格体を熱水に浸漬する手法および飽和蒸気下に置く手法が好ましく、飽和蒸気下に置く手法がより好ましい。
なお、tanδは、30℃,20Hz,せん断歪み1%における貯蔵剪断弾性率(G’)と損失剪断弾性率(G”)との比(G”/G‘)から算出される値であり、材料が変形する際にその材料がどの程度のエネルギーを吸収するか(熱に変わるか)を示す値である。Tanδは、値が大きい程エネルギーを吸収するため、タイヤとしての転がり抵抗が増大し、結果としてタイヤの燃費性能低下の要因となる。
熱可塑性樹脂材料およびタイヤ骨格体のtanδは、動的粘弾性測定装置(Dynamic−Mechanical Analysis:DMA)で測定することができる。
本発明の製造方法により得られるタイヤは、所望により補強コードを設けてもよい。タイヤ骨格体の外周部に補強コードを巻回し、補強コード層を形成することにより、タイヤの耐パンク性、耐カット性、及びタイヤ(タイヤ骨格体)の周方向剛性が向上する。なお、周方向剛性が向上することで、熱可塑性樹脂材料で形成されたタイヤ骨格体のクリープ(一定の応力下でタイヤ骨格体の塑性変形が時間とともに増加する現象)が抑制される。
ここでは、所望により設けられる補強コード層形成工程について説明する。
補強コードを設ける補強コード層形成工程は、タイヤ骨格体形成工程の後に実施される。前記加熱工程の前に行っても後に行ってもよいが、補強コード層の安定性、タイヤ骨格体との密着性を考慮すれば、前記加熱工程は、所望により実施される補強コード層形成工程の後に行われることが好ましい。
前記熱可塑性樹脂としては、例えば、ウレタン樹脂、オレフィン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリアミド樹脂等が挙げられる。
また、樹脂材料の同種とは、エステル系同士、スチレン系同士などの形態を指す。
本発明のタイヤの製造方法において、補強コード層に樹脂が含まれる場合には、前記加熱工程は、本工程即ち、補強コード層形成工程の後に行われることが、補強コード密着性の観点から好ましい。
以下に、図面に従って本発明のタイヤの製造方法の第1の実施形態に係るタイヤの製造方法について工程順に説明する。
本実施形態のタイヤ10について説明する。図1(A)は、本発明の製造方法により得られるタイヤの一実施形態の断面を示す斜視図である。図1(B)は、リムに装着したビード部の断面図である。図1に示すように、本実施形態に係るタイヤ10は、従来一般のゴム製の空気入りタイヤと略同様の断面形状を呈している。
なお、タイヤケース17は、2つの部材を接合して形成するものに限らず、3以上の部材を接合して形成してもよい。
また、本実施形態では、タイヤケース半体17Aは左右対称形状、即ち、一方のタイヤケース半体17Aと他方のタイヤケース半体17Aとが同一形状とされているので、タイヤケース半体17Aを成形する金型が1種類で済むメリットもある。
(タイヤケース(タイヤ骨格体)成形工程)
まず、射出成形装置などにより、タイヤ半体(タイヤ骨格片)を形成する。
その後、薄い金属の支持リングに支持されたタイヤケース半体同士を互いに向かい合わせる。次いで、タイヤケース半体の突き当て部分の外周面と接するように図を省略する接合金型を設置する。ここで、前記接合金型はタイヤケース半体Aの接合部(突き当て部分)周辺を所定の圧力で押圧するように構成されている。次いで、タイヤケース半体の接合部周辺を、タイヤケースを構成する熱可塑性樹脂材料の融点以上で押圧する。タイヤケース半体の接合部が接合金型によって加熱・加圧されると、前記接合部が溶融しタイヤケース半体同士が融着しこれら部材が一体となってタイヤケース17が形成される。尚、本実施形態においては接合金型を用いてタイヤケース半体の接合部を加熱したが、本発明はこれに限定されず、例えば、別に設けた高周波加熱機等によって前記接合部を加熱したり、予め熱風、赤外線の照射等によって軟化又は溶融させ、接合金型によって加圧して、タイヤケース半体を接合させてもよい。
なお、本実施形態では、タイヤケース17を形成している熱可塑性樹脂材料であるポリアミド系エラストマー(宇部興産製 「ウベスタXPA9048X1」:Tg−20℃)を溶接用熱可塑性樹脂材料として用いている。
次に、補強コード巻回工程について図3を用いて説明する。図3は、コード加熱装置、及びローラ類を用いてタイヤケースのクラウン部に補強コードを埋設する動作を説明するための説明図である。図3において、コード供給装置56は、補強コード26を巻き付けたリール58と、リール58のコード搬送方向下流側に配置されたコード加熱装置59と、コード26の搬送方向下流側に配置された第1のローラ60と、第1のローラ60をタイヤ外周面に対して接離する方向に移動する第1のシリンダ装置62と、第1のローラ60のコード26の搬送方向下流側に配置される第2のローラ64と、及び第2のローラ64をタイヤ外周面に対して接離する方向に移動する第2のシリンダ装置66と、を備えている。第2のローラ64は、金属製の冷却用ローラとして利用することができる。また、本実施形態において、第1のローラ60または第2のローラ64の表面は、溶融又は軟化した熱可塑性樹脂材料の付着を抑制するためにフッ素樹脂(本実施形態では、テフロン(登録商標))でコーティングされている。なお、本実施形態では、コード供給装置59は、第1のローラ60または第2のローラ64の2つのローラを有する構成としているが、本発明はこの構成に限定されず、何れか一方のローラのみ(即ち、ローラ1個)を有している構成でもよい。
次に、補強コード層が形成されたタイヤ骨格体を熱水、1価のアルコール、及び2価のアルコールから選択される少なくとも1つの水系媒体に接触させる。
タイヤ骨格体を水系媒体に接触させることで、ポリアミド系熱可塑性エラストマーのアミド結合が結ぶ水素結合を切断し、タイヤ骨格体の強度を維持したまま、tanδを小さくし、転がり摩擦抵抗を小さくすることができる。
これを、図4及び図5を用いて説明する。
具体的には、図4は、水系媒体接触工程として、ポリアミド系エラストマー(宇部興産製 「ウベスタXPA9048X1」:Tg−20℃)を含む熱可塑性樹脂材料で形成したタイヤ骨格体を、80℃の熱水に180分間浸漬したときのグラフである。
曲線(1)における曲線Aおよび曲線B、ならびに、曲線(2)における曲線Aおよび曲線Bは、いずれも、横軸は、共通する。
−30℃〜0℃に極大を有する曲線(2)は、右側の縦軸(tanδ)を適用する。つまり、曲線(2)は、タイヤの転がり摩擦抵抗の指標となる力学的損失係数(転がり係数:tanδ)の温度変化を表すグラフである。
つまり、図5から、タイヤ骨格体の熱水への浸漬時間とタイヤ骨格体のtanδの大きさとの関係がわかる。
次に、加熱工程を施したタイヤケース17の外周面に加硫済みの帯状のトレッド30を1周分巻き付けてタイヤケース17の外周面にトレッド30を、接着剤などを用いて接着する。なお、トレッド30は、例えば、従来知られている更生タイヤに用いられるプレキュアトレッドを用いることができる。本工程は、更生タイヤの台タイヤの外周面にプレキュアトレッドを接着する工程と同様の工程である。
また、本実施形態のタイヤ10では、熱可塑性樹脂材料で形成されたタイヤケース17のクラウン部16の外周面に熱可塑性樹脂材料よりも剛性が高い補強コード26が周方向へ螺旋状に巻回されていることから耐パンク性、耐カット性、及びタイヤ10の周方向剛性が向上する。なお、タイヤ10の周方向剛性が向上することで、熱可塑性樹脂材料で形成されたタイヤケース17のクリープが防止されるという利点をも有する。
本発明の製造方法により得られるタイヤは、タイヤ骨格体の軸方向に沿った断面視で、熱可塑性樹脂材料で形成されたタイヤ骨格体の外周部に補強コードの少なくとも一部が埋設されるように構成することができる。
また、前記補強コード層の径方向外側に前記熱可塑性樹脂材料よりも耐摩耗性を有する材料から形成されるトレッドを設けてもよい。
きる。
本発明の製造方法により得られた本実施形態のタイヤ10は、熱可塑性樹脂材料によって形成されたタイヤケース17が、成形後に適切な接触条件で水系媒体に接触され、ポリアミド系熱可塑性エラストマー分子に含まれるアミド結合の水素結合が切断されるため、タイヤ骨格体の強度を維持したまま、転がり摩擦抵抗を小さくすることができる。このため、本実施形態の製造方法により得られたタイヤ10は、転がり摩擦抵抗が低く、耐久性に優れ、広範な温度範囲において高い操縦安定性が達成される。
まず、上述の第1実施形態に従って、実施例および比較例のタイヤを成形した。この際、タイヤケースを形成する材料については下記の材料を用いた。また、各実施例および比較例について、材料の物性評価およびタイヤ性能の評価を下記に従っておこなった。
〔ポリアミド系熱可塑性エラストマー〕
宇部興産社製、「ウベスタXPA9048X1」(下記表1中、「PA」と記載)
〔ポリオレフィン系熱可塑性樹脂〕
日本ポリプロ社製「ノバテックBC3H」(下記表1中、「PP」と記載)
ウベスタXPA9048X1またはノバテックBC3Hを用いて、住友重工社製、SE30Dを用い、射出成形を行い、成形温度180℃〜260℃、金型温度50℃〜70℃とし、100mm×30mm、厚さ2.0mmのサンプルを得た。
各サンプルを打ち抜き、JISK6251:1993に規定されるダンベル状試料片(5号形試料片)を作製した。
なお、表1の「接触形態」において「浸漬」とは、試料片を表1に示す水系媒体10リットルに、表1に示す接触時間だけ浸しておいたことを意味する。「飽和蒸気下静置」は、試料片を、飽和蒸気(100℃の水蒸気)で満たされた容積10リットルの容器の中に静置したことを意味する。
また、本発明における分子内にアミド結合を有していない熱可塑性樹脂材料を用いた試料片について本発明における水系媒体接触工程を実施しても、tanδに変化は見られなかった(比較例3)。
12 ビード部
16 クラウン部(外周部)
18 ビードコア
20 リム
21 ビードシート
22 リムフランジ
17 タイヤケース(タイヤ骨格体)
24 シール層(シール部)
26 補強コード(補強コード部材)
28 補強コード層
30 トレッド
D 補強コードの直径(補強コード部材の直径)
L 補強コードの埋設量(補強コード部材の埋設量)
Claims (2)
- 少なくともポリアミド系熱可塑性エラストマーを含有する熱可塑性樹脂材料を含む材料で形成されたタイヤの製造方法であって、
前記熱可塑性樹脂材料を含む材料を用いて、環状のタイヤ骨格体を成形するタイヤ骨格体成形工程と、得られた前記タイヤ骨格体を、1価のアルコール、2価のアルコール、及び温度が80℃以上の熱水から選択される少なくとも1つの水系媒体に15分間以上24時間以下の時間で接触させる水系媒体接触工程と、を有するタイヤの製造方法。 - 前記水系媒体接触工程が、前記タイヤ骨格体を、熱水に浸漬する工程および前記タイヤ骨格体を、飽和蒸気に接触する工程の少なくとも一方を有する請求項1に記載のタイヤの製造方法。
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