JP6333806B2 - タイヤ - Google Patents
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Description
[先行技術文献]
[特許文献1]特開2003−104008号公報
[特許文献2]特開2012−46030号公報
特に、通常ゴム製の従来タイヤではカーカスやプライを用いることでタイヤに内圧をかけた際の形状保持を行っている。一方、上述のように高分子材料(樹脂)を用いたタイヤにおいては、カーカスやプライ等の補強部材を必須の構成要素とはせずに、例えば、タイヤ周方向にスチールコードで箍(たが)をかける態様が提案されている。このように、高分子材料を用いたタイヤにおいては、サイド部に補強部材を用いないことも想定されるため、高分子材料自体で耐圧性を確保できることが求められている。
更に、熱可塑性の高分子材料を用いたタイヤにおいてもリム組みが可能であるとともに、リム組みをした際に内部の空気が漏れないように、優れたリム組み性を確保することも求められる。
上述のように前記タイヤは、樹脂材料を用いたタイヤ骨格体を有する。前記樹脂材料は、少なくとも重量平均分子量が15,700〜75,000であるポリアミド系熱可塑性エラストマーを含む。前記樹脂材料は、ポリアミド系熱可塑性エラストマー以外の熱可塑性エラストマーや任意の成分を含んでいてもよいが、前記樹脂材料の総量に対する重量平均分子量15,700〜75,000のポリアミド系熱可塑性エラストマーの含有量が30質量%以上であることが好ましく、50質量%以上であることが更に好ましく、70質量%以上であることが特に好ましい。また、本明細書において「樹脂」とは、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂を含む概念であるが、天然ゴムは含まない。
本発明において、「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を、単に「TPA」(ThermoPlastic Amid elastomer)と称することもある。
前記ハードセグメントを形成するポリアミドとしては、例えば、下記一般式(1)又は一般式(2)で表されるモノマーを用いて合成されるポリアミドを挙げることができる。
前記一般式(1)又は一般式(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又は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2〜22の脂肪族ジカルボン酸を挙げることができる。
前記ポリアミド11は、例えば、{CO−(CH2)10−NH}n(nは任意の繰り返し単位数を表す)で表すことができ、例えば、nとしては2〜100が好ましく、3〜50が更に好ましい。
前記ポリアミド12は、例えば、{CO−(CH2)11−NH}n(nは任意の繰り返し単位数を表す)で表すことができ、例えば、nとしては2〜100が好ましく、3〜50が更に好ましい。
前記ポリアミド66は、例えば、{CO(CH2)4CONH(CH2)6NH}n(nは任意の繰り返し単位数を表す)で表すことができ、例えば、nとしては2〜100が好ましく、3〜50が更に好ましい。
前記ソフトセグメントを形成するポリマーとしては、例えば、ポリエステルや、ポリエーテルが挙げられ、更に、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(PTMG)、ABA型トリブロックポリエーテル等が挙げられ、これらを単独で又は2種以上を用いることができる。また、ポリエーテルの末端にアニモニア等を反応させることによって得られるポリエーテルジアミン等を用いることができ、例えば、ABA型トリブロックポリエーテルジアミンを用いることができる。
上述のジアミンは単独で使用してもよいし、2種類以上を適宜組合せて使用してもよい。
上述のように、ポリアミド系熱可塑性エラストマーはハードセグメント及びソフトセグメントの他に、ジカルボン酸等の鎖長延長剤を用いてもよい。前記ジカルボン酸としては、例えば、脂肪族、脂環式及び芳香族ジカルボン酸から選ばれる少なくとも一種又はこれらの誘導体を用いることができる。
本発明において、樹脂材料に含まれるポリアミド系熱可塑性エラストマーの重量平均分子量は、15,700〜75,000である。前記ポリアミド系熱可塑性エラストマーの重量平均分子量が15,700未満であると、粘度が低くなり、バリが出やすくなる。また、前記ポリアミド系熱可塑性エラストマーの重量平均分子量が75,000を超えると、溶融粘度が高くなり、タイヤ骨格体の際に充填不足が発生するおそれがあるため、成形温度、金型温度を高くする必要がある。このため、サイクルタイムが長くなる為、生産性が劣る。前記ポリアミド系熱可塑性エラストマーの重量平均分子量としては、20,000〜75,000が好ましい。前記ポリアミド系熱可塑性エラストマーの重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定することができ、例えば、東ソー株式会社製の「HLC−8320GPC EcoSEC」等のGPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)を用いることができる。
前記ポリアミド系熱可塑性エラストマー中のハードセグメントの含有量は、ポリアミド系熱可塑性エラストマー全量に対して、5〜95質量%が好ましく、10〜90質量%が更に好ましく、15〜90質量%が特に好ましい。
前記ポリアミド系熱可塑性エラストマー中のソフトセグメントの含有量は、ポリアミド系熱可塑性エラストマー全量に対して、10〜95質量%が好ましく、10〜90質量%が更に好ましく、10〜90質量%が特に好ましい。
前記鎖長延長剤を用いる場合、その含有量は前記ソフトセグメントを構成するモノマーの水酸基又はアミノ基と、鎖長延長剤のカルボキシル基とがほぼ等モルになるように設定されることが好ましい。
例えば、無機系リン化合物、有機チタン化合物、有機ジルコニウム化合物、有機スズ化合物等が挙げられる。
具体的には、無機系リン化合物としては、リン酸、ピロリン酸、ポリリン酸、亜リン酸、次亜リン酸等のリン含有酸、リン含有酸のアルカリ金属塩、リン含有酸のアルカリ土類金属塩等が挙げられる。
有機チタン化合物としては、チタンアルコキシド〔チタンテトラブトキシド、チタンテトライソプロポキシド等〕等が挙げられる。
有機ジルコニウム化合物としては、ジルコニウムアルコキシド〔ジルコニウムテトラブトキシド(「Zr(OBu)4」または「Zr(OC4H8)4」とも称される)等〕等が挙げられる。
有機スズ化合物としては、ジスタノキサン化合物〔1−ヒドロキシ−3−イソチオシアネート−1,1,3,3−テトラブチルジスタノキサン等〕、酢酸スズ、ジラウリン酸ジブチルスズ、ブチルチンヒドロキシドオキシドヒドレート等が挙げられる。
触媒添加量及び触媒添加時期は、目的物を速やかに得られる条件であれば特に制限されない。
次に、タイヤ骨格体を構成する樹脂材料の好ましい物性について説明する。本発明におけるタイヤ骨格体は、上述の樹脂材料を用いるものである。
このように、融点が120℃〜250℃の樹脂材料を用いることで、例えばタイヤの骨格体を、その分割体(骨格片)を融着して形成する場合に、120℃〜250℃の周辺温度範囲で融着された骨格体であってもタイヤ骨格片同士の接着強度が十分である。このため、本発明のタイヤは耐パンク性や耐摩耗性など走行時における耐久性に優れる。尚、前記加熱温度は、タイヤ骨格片を形成する樹脂材料の融点(又は軟化点)よりも10℃〜150℃高い温度が好ましく、10℃〜100℃高い温度が更に好ましい。
溶融混合して得られた樹脂材料は、必要に応じてペレット状にして用いることができる。
以下に、図面に従って本発明のタイヤの第1の実施形態に係るタイヤを説明する。
本実施形態のタイヤ10について説明する。図1Aは、本発明の一実施形態に係るタイヤの一部の断面を示す斜視図である。図1B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、本実施形態のタイヤ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。
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。
以下、本実施形態のタイヤの製造方法について説明する。
まず、上述のように前記ポリアミド系熱可塑性エラストマーを含む樹脂材料を用いて、タイヤケース半体を形成する。これらタイヤケースの形成は、射出成形で行うことが好ましい。次に、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17A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樹脂材料の融点(又は軟化点)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及び加圧されると、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。
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、補強コード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の補強コード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又は第2のローラ64の表面は、溶融又は軟化した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56は、第1のローラ60又は第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。
本実施形態のタイヤ10では、タイヤケース17が、重量平均分子量が17,500〜75,000であるポリアミド系熱可塑性エラストマーを含む樹脂材料によって形成されているため、耐圧性及びリム組み性を向上させることができる。また、タイヤ10は従来のゴム製のタイヤに比して構造が簡易であるため重量が軽い。このため、本実施形態のタイヤ10は、耐摩擦性及び耐久性が高い。更に、タイヤケース17を射出成形できることから生産性にも非常に優れる。
更に、補強コード26がスチールコードの場合に、タイヤ処分時に補強コード26を加熱によって樹脂材料から容易に分離乃至回収が可能であるため、タイヤ10のリサイクル性の点で有利である。また、樹脂材料は加硫ゴムに比して損失係数(tanδ)が低いため、補強コード層28が樹脂材料を多く含んでいると、タイヤの転がり性を向上させることができる。更には、樹脂材料は加硫ゴムに比して、面内せん断剛性が大きく、タイヤ走行時の操安性や耐摩耗性にも優れるといった利点がある。
さらに、ビード部12には、金属材料からなる環状のビードコア18が埋設されていることから、従来のゴム製の空気入りタイヤと同様に、リム20に対してタイヤケース17、すなわちタイヤ10が強固に保持される。
攪拌機、温度計、トルクメーター、圧力計、窒素ガス導入口、圧力調整装置及びポリマー取り出し口を備えた50リットルの圧力容器に12−アミノドデカン酸11.24kg、ABA型のトリブロックポリエーテルジアミン(HUNTSMAN社製の「XTJ−542」)5.64kg、アジピン酸1.12kgを仕込んだ。
次いで、容器内を十分窒素置換した後、窒素ガスを供給しながら、容器内の圧力を0.05MPaに調整し、室温から240℃まで昇温した。さらに容器内の圧力を0.05MPaに調整しながら240℃で2時間重合(重合反応A)を行った。
比較例1において、重合反応Bを240℃、2時間の条件で行った以外は比較例1と同様にしてポリアミド系熱可塑性エラストマーを得た。
比較例1において、重合反応Bを240℃、3時間の条件で行った以外は比較例1と同様にしてポリアミド系熱可塑性エラストマーを得た。
比較例1において、重合反応Bを240℃、4.2時間の条件で行った以外は比較例1と同様にしてポリアミド系熱可塑性エラストマーを得た。
比較例1において、重合反応Bを240℃、4.7時間の条件で行った以外は比較例1と同様にしてポリアミド系熱可塑性エラストマーを得た。
比較例1において、重合反応Bを240℃、5時間の条件で行った以外は比較例1と同様にしてポリアミド系熱可塑性エラストマーを得た。
攪拌機、温度計、トルクメーター、圧力計、窒素ガス導入口、圧力調整装置及びポリマー取り出し口を備えた50リットルの圧力容器にラウリロラクタム(ALDRICH社製)13.6kg、12−アミノドデカン酸(ALDRICH社製)0.99kg、デカンジカルボン酸(ALDRICH社製)3.43kgを仕込んだ。
次いで、容器内を280℃まで昇温し、2時間攪拌した。更に、窒素ガスを供給して280℃で2時間重合を行い、両末端カルボン酸のナイロン12(上述のポリアミド12)を得た(ナイロンは登録商標)。
比較例3において、重合反応Cを260℃、3時間の条件で行った以外は比較例3と同様にしてポリアミド系熱可塑性エラストマーを得た。
比較例3において、重合反応Cを260℃、5時間の条件で行った以外は比較例3と同様にしてポリアミド系熱可塑性エラストマーを得た。
得られたポリアミド系熱可塑性エラストマーの重量平均分子量を、ゲル浸透クロマトグラフィー(HLC−8320GPC EcoSEC(東ソー(株)製))を用い、流速:0.3mL/min、温度:40℃、溶離液:5mM TFA・Na in HFIP、分子量マーカー:AMERICAN POLYMER STANDARDS 社製 標準PMMA、濃度:0.4×10−3g/ml、注入量:20μLの条件で測定した。
各実施例及び比較例で得られた重合体を用いて、それぞれ上述の第1の実施形態を参照し、タイヤを形成した。次いで、タイヤをリムに装着し、タイヤ内に圧力を掛けて空気を充填し、タイヤが破裂された際の圧力を測定した。この際、実施例1におけるタイヤが破裂時の圧力を100する指数表示とし、数値が大きいほど、耐圧性に優れていることを表す。尚、比較例1及び比較例3においては、タイヤをリムに組むことができなかった。
各実施例及び比較例で得られた重合体を用いて、それぞれ上述の第1の実施形態を参照し、タイヤを形成した。次いで、タイヤをリムに装着し、リムに組めるか否か、及び、リムに組めたものについては空気抜けがあるか否かを測定した。リムに組めて空気抜けが認められなかったものを「A」、リムに組めなかったもの、又は、空気抜けが認められたものを「C」として評価した。
各実施例及び比較例で得られた重合体を用いて、50t射出成形機で、成形温度180℃、金型温度50℃とし、40mm×127mm、厚さ2.0mmの金型を用いて、射出を行い、試験片形状の確認を行った。なお、射出速度は20mm/sとした。また、0.5mm以上バリが出たものを、バリが出たとした。
Claims (8)
- 樹脂成分を含む樹脂材料で形成され且つ環状のタイヤ骨格体を有し、
重量平均分子量が34,500〜58,100であるポリアミド系熱可塑性エラストマーの含有量が前記樹脂材料の総量に対して50質量%以上であり、補強コードが前記タイヤ骨格体の外周部に周方向に巻回されているタイヤ。 - 前記ポリアミド系熱可塑性エラストマーが、ハードセグメントとして、下記一般式(1)又は下記一般式(2)で表されるモノマーを用いて合成されるポリアミドを含む請求項1に記載のタイヤ。
[一般式(1)中、R1は、炭素数2〜20の炭化水素の分子鎖、又は、炭素数2〜20のアルキレン基を表す。]
[一般式(2)中、R2は、炭素数3〜20の炭化水素の分子鎖、又は、炭素数3〜20のアルキレン基を表す。] - 前記ポリアミドが、−[CO−(CH2)11−NH]−で表される構成単位を有する請求項2に記載のタイヤ。
- 前記樹脂成分は、ポリアミド系熱可塑性エラストマーからなる請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のタイヤ。
- 前記タイヤ骨格体は前記樹脂材料で形成された一対のタイヤ骨格片同士を接合させてなる請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載のタイヤ。
- 前記補強コードの少なくとも一部が前記タイヤ骨格体の外周部に埋設されてなる請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載のタイヤ。
- 前記補強コードが前記タイヤ骨格体と同じ樹脂材料で被覆されてなる請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載のタイヤ。
- 前記タイヤ骨格体のビード部にスチールコードからなる円環状のビードコアが埋設されてなる請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載のタイヤ。
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