JP7282297B2 - タイヤ寿命延長剤 - Google Patents

Description

本発明は、主に貨物トラックやダンプトラックなどの大型車両に装着されるタイヤの寿命延長を目的としたタイヤ寿命延長剤に関するものである。

車両に装着されるタイヤは、不適正空気圧、過剰熱、パンク及び老化などの様々な要因により、寿命が短命化されていた。不適正空気圧に関しては、過剰空気圧の状態ではトレッド中央部の摩耗が進み、空気圧不足の状態ではトレッド両端部の摩耗が進み、タイヤ変形による短命化の原因となっていた。また過剰熱に関しては、走行時における路面とトレッド部との動摩擦や、ショルダー部とそれに繋がるサイドウォール部のゴム材と内部カーカスの伸縮に伴うヒステリシスロスにより摩擦熱が発生し、該摩擦熱が蓄積して過剰熱状態となり、該過剰熱が短命化の原因となっていた。またパンクに関しては、外部からクギなどの鋭利な異物が刺さるとそこから空気が抜け、前記空気圧不足の状態と同様の現象が生じると共に最終的には走行不能状態となる。また老化に関しては、タイヤの強度や弾力性を増加させるべく処理された加硫ゴムが、空気中の酸素や紫外線及び熱により加硫状態が進んで過加硫状態となり、更には解重合や酸化などの化学反応により前記加硫ゴムが老化して強度や弾力性の劣化を招き、該劣化が短命化の原因となっていた。

上記各種要因において、過剰熱に関しては、該過剰熱がタイヤを構成するゴム材や補強部材の劣化を促進し、タイヤの強度や弾力性を低減して短命化されることが周知されている。該問題点を解決すべく、例えば特許文献１に記載の公報（発明の名称：空気入りタイヤ）では、ゴム成分及び高熱伝導性材料を含んでなる棒状体を互いに平行に並べ、コーティングゴムで被覆してなる放熱性部材を、前記を棒状体の一端がタイヤ外表面に露出し他端がタイヤ内部に位置するように配置したタイヤを提案し、特許文献２に記載の公報（発明の名称：空気入りタイヤ）では、熱放射率の高いコーティング剤をトレッド部又はトレッド部内の溝又はサイドウォール部のタイヤ表面の少なくとも一部に塗布したタイヤを提案し、特許文献３に記載の公報（発明の名称：タイヤ冷却システムと方法）では、タイヤ内部にエチレングリコールと水とを均等に混合した液体を入れ、リム内部に配設された伝熱装置と、リム外部に配設された前記伝熱装置に接続された前記液体の出入口及び回転ホイールシールと、車両に設置された熱交換器とを接続してなる液体経路を構成してタイヤを能動的に冷却するシステムが提案されている。

またパンクに関しては、樹脂微粒子や短繊維を加えたケミカル水溶液を予めタイヤ内に注入しておき、クギなどの鋭利な異物が刺さるとそのパンク穴から空気と共に前記ケミカル水溶液が流出し、該ケミカル水溶液に含まれる樹脂微粒子や短繊維がパンク穴をシールしてパンクを防止する所謂パンク防止剤があり、例えば特許文献４に記載の公報（発明の名称：タイヤパンク防止剤）では、水１００重量部に対し、ポリビニルアルコール５～３０重量部、平均繊維長０．１ｍｍ以上の短繊維１～２０重量部、及び炭素数２～４のグリコール２０～１００重量部よりなる組成物であることを特徴としたタイヤパンク防止剤が提案されている。

特開２００４－１３０８８５ 特開２００５－１９９７８６ 特表昭５８－５００１１４ 特開平１０－０１７８５１

しかしながら、過剰熱を放熱すべく特許文献１に記載のタイヤは、放熱性部材にカーボンナノチューブなど高価な材料を使用すると共に製造時において当該放熱性部材を配置して構成するため、製造コスト及び製品コストが高くなるという欠点がある。また特許文献２に記載のタイヤは、放熱性コーティング剤を塗布するだけなので簡単且つ安価に使用できるが、長距離を走行する貨物トラックや悪路を走行するダンプトラックなどではすぐに摩耗して使用に耐えないという欠点がある。また特許文献３に記載の冷却システムは、タイヤ内に入れたエチレングリコールと水を混合してなる液体を車両に設置された熱交換器を経由して循環させる装置であるため、リムとホイール及び車両に特別な改造が必要となり容易に実現できないという問題点がある。

またパンクを防止すべく特許文献４に記載のパンク防止剤は、組成物の短繊維が麻及び／又はポリエチレン繊維が好ましいとあるが、ポリエチレン繊維は熱膨張係数が非常に高いため、パンク穴に入った当該繊維が過剰熱で膨張し、カーカスとゴム材との層を剥離させてしまうという問題点があった。

本発明は、上記欠点や問題点を解決するために成されたものであり、タイヤに特殊な加工を施したり車両に特別な改造を行うことなくタイヤに蓄積した過剰熱を効果的に放熱することができると共にカーカスとゴム材との層が剥離することなくパンクを防止することができ、しかも簡単且つ安価にタイヤ寿命を延長させることができるタイヤ寿命延長剤を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明のタイヤ寿命延長剤は、組成物が水とエチレングリコールとベントナイト及びアラミド繊維であり、水４６．７５～４４、エチレングリコール４６．７５～４４、ベントナイト５～９、アラミド繊維がアラミド１００％繊維を摩砕した微細繊維であり当該アラミド微細繊維１．５～３の構成比（重量％濃度）からなる溶液とする。

本発明のタイヤ寿命延長剤をタイヤ内に適量を注入して使用すれば、走行時においてタイヤ内の底部に溜まっていた当該タイヤ寿命延長剤は遠心力によりトレッド部とショルダー部及びサイドウォール部のタイヤ内面で均一に広がり、トレッド部やショルダー部で発生した摩擦熱を効率的にサイドウォール部に誘導させ、タイヤ外面のトレッド部とショルダー部及びサイドウォール部にてタイヤの回転による外気での強制空冷により前記摩擦熱を放熱して過剰熱を効果的に放熱させることができるという効果を奏する。また停車時においても停車直後から暫くの間はサイドウォール部のタイヤ内面にタイヤ寿命延長剤が残留しているため、自然空冷による放熱が効率的に持続できるという効果を奏する。またアラミド微細繊維の熱膨張係数が非常に低いために熱膨張することがなく、カーカスとゴム材との層が剥離することがない優れたパンク防止機能を持つことができるという効果を奏する。更にはベントナイトがタイヤ内面の気孔を塞ぐと共にアラミド微細繊維がリムやビード漏れを防止し、空気圧の自然減少を防止することができるという効果も奏する。

本発明のタイヤ寿命延長剤を注入した停車中のタイヤ断面図である。 本発明のタイヤ寿命延長剤を注入した走行中のタイヤ断面図である。 本発明のタイヤ寿命延長剤の注入なしのタイヤ各部の温度計測データとそれをグラフ化した図である。 本発明のタイヤ寿命延長剤の注入ありのタイヤ各部の温度計測データとそれをグラフ化した図である。

本発明のタイヤ寿命延長剤の製造方法について説明する。まず水にベントナイトとアラミド微細繊維を混合して十分に撹拌し、ベントナイトを膨潤させてプレゲルを作る。該ベントナイトは溶液の粘度を３０００～５０００Ｐａ．ｓに調整するためのものであり、水系用のベントナイトを使用する。前記プレゲルを暫く放置して粘度を安定させた後、更にエチレングリコールを混合して十分に撹拌し、製造完了とする。

各組成物の構成比（重量％濃度）は、水４６．７５～４４、エチレングリコール４６．７５～４４、ベントナイト５～９、アラミド１００％繊維を摩砕したアラミド微細繊維１．５～３からなる溶液とする。なお上記製造時において、防腐剤や消泡剤を僅かに混合しても構わない。

上記アラミド微細繊維は、アラミド１００％繊維を６ｍｍ程にカットし、これを摩砕機で摩砕してパルプ状にしたものが好適である。

図１は本発明のタイヤ寿命延長剤を注入した停車中のタイヤ断面図であり、タイヤ１のエアバルブ（図示せず）より注入具を用いて各タイヤ１に適量のタイヤ寿命延長剤６を注入した状態を示している。該状態では、トレッド部２とショルダー部３の内側底部にタイヤ寿命延長剤６が溜まった状態である。

図２は本発明のタイヤ寿命延長剤を注入した走行中のタイヤ断面図であり、走行時においてタイヤ１内の底部に溜まっていた当該タイヤ寿命延長剤６は遠心力によりトレッド部２とショルダー部３及びサイドウォール部４のタイヤ１内面で均一に広がり、トレッド部２やショルダー部３で発生した摩擦熱を効率的にサイドウォール部４に誘導させ、タイヤ１外面のトレッド部２とショルダー部３及びサイドウォール部４にてタイヤ１の回転による外気での強制空冷により前記摩擦熱を放熱して過剰熱を効果的に放熱させる。また停車時においても停車直後から暫くの間はトレッド部２とショルダー部３及びサイドウォール部４のタイヤ１内面にタイヤ寿命延長剤６が残留しているため、自然空冷による放熱効果が効率的に持続できる。

上記方法にて製造した本発明のタイヤ寿命延長剤の効果を実証すべく、走行実験を行った。屋外温度２７℃、天候曇りの条件で、チューブレスタイヤ（１２Ｒ２２．５）を装着した２０トンダンプトラック（フル荷重）の前輪右タイヤにはタイヤ寿命延長剤６を注入し、比較のため前輪左タイヤには注入なしで、時速５０Ｋｍで１時間走行した。走行中のタイヤ１の温度は計測できないため、１時間走行した後の停車時間３０分間に渡りの各タイヤ１のトレッド部２とサイドウォール部４及びホイール５の温度計測を１分毎に行った。

図３は本発明のタイヤ寿命延長剤の注入なしのタイヤ各部の温度計測データとそれをグラフ化した図である。該図より走行停止直後における温度は、サイドウォール部４が５２．５℃、ホイール５が５２．５℃、トレッド部２が５６．７℃であり、路面との動摩擦により摩擦熱が発生するトレッド部２の温度が一番高くなっている。時間の経過と共にホイール５の温度は自然空冷により徐々に低下しているが、トレッド部２とサイドウォール部４の温度は１５～１６分まで上昇し、その後急激に低下している。前記上昇原因としては、走行中においてトレッド部２とショルダー部３及びサイドウォール部４で発生した摩擦熱が、タイヤ１外面のトレッド部２とショルダー部３及びサイドウォール部４にてタイヤ１の回転による外気での強制空冷では十分に放熱できずに蓄積熱となり、停車して自然空冷になった途端に前記蓄積熱が過剰熱となって温度を上昇させていることが分かる。

図４は本発明のタイヤ寿命延長剤の注入ありのタイヤ各部の温度計測データとそれをグラフ化した図である。該図より走行停止直後における温度は、サイドウォール部４が４６．０℃、ホイール５が５４．０℃、トレッド部２が５６．０℃であり、ここでもトレッド部２の温度が一番高くなっている。しかしながら、サイドウォール部４の温度がタイヤ寿命延長剤６の注入なしのタイヤ１に比べかなり低くなっており、更には時間経過と共にトレッド部２とサイドウォール部４の温度が急激に低下し、３０分ではタイヤ寿命延長剤６の注入なしのタイヤ１の温度よりも１０℃程度も低くなっている。該低下原因としては、タイヤ寿命延長剤６が遠心力によりトレッド部２とショルダー部３及びサイドウォール部４のタイヤ１内面で均一に広がり、トレッド部２やショルダー部３で発生した摩擦熱を効率的にサイドウォール部４に誘導させ、タイヤ１外面のトレッド部２とショルダー部３及びサイドウォール部４にてタイヤ１の回転による外気での強制空冷により前記摩擦熱を効果的に放熱して過剰熱を効果的に放熱させているため、停車して自然空冷になっても過剰熱が既にないことにより上昇することなしに低下させていることが分かる。

表１はタイヤ寿命延長剤６による放熱効果を比較するため、タイヤ寿命延長剤の注入なしのタイヤとタイヤ寿命延長剤の注入ありのタイヤの温度計測データの積分値と比率及び放熱量差の一覧表である。

トレッド部２とサイドウォール部４及びホイール５の各部において、図３のタイヤ寿命延長剤の注入なしのタイヤの温度計測データと、図４のタイヤ寿命延長剤の注入ありのタイヤの温度計測データより、１分毎にサンプリング計測した実測温から外気温を差し引いた温度の３０分間の積分値を求め、タイヤ寿命延長剤６の注入なしのタイヤの温度を基準にタイヤ寿命延長剤の注入ありのタイヤの温度の比率を算出した。

その結果、本発明のタイヤ寿命延長剤６を注入することにより、トレッド部２では４３．８％もの大きな放熱効果が得られ、サイドウォール部４では更に高い４４．９％もの放熱効果が得られた。またホイール５ではタイヤ寿命延長剤６の直接的な影響は少ないものの、前記トレッド部２とサイドウォール部４での間接的な影響により１１．６％の放熱効果が得られた。

パンク防止機能に関しては、下記の実験を行い良好な結果を得た。パンクすると空気が直ぐに抜けてしまうフォークリフトのチューブタイヤに本発明のタイヤ寿命延長剤６を注入し、数分間走行後タイヤ１にクギ（長さ４５ｍｍ、径２．４５ｍｍ）を刺し、該クギを刺したままパンク穴を上にした状態で放置したが、僅かな空気漏れはあったものの１年間に渡り適正空気圧を保持することができた。条件の悪いチューブタイヤと、タイヤ寿命延長剤６が垂れてしまうタイヤ上部にパンク穴を配置したにも関わらず、長期間に渡り良好な結果が得られたことにより、チューブレレスタイヤにおいては更に良い結果が得られるものと思われる。

またタイヤ１の素材である加硫ゴムは多数の微細な気孔を持つ多孔性物質であり、該気孔より僅かずつ空気が漏れたりリムやビード漏れでもタイヤ空気圧は自然に減少していくが、ベントナイトがタイヤ１内面の気孔を塞ぎ、更にはアラミド微細繊維によるリムやビード漏れ防止も加わり空気圧の自然減少を防止するという効果も得られた。実験内容としては、トラックのチューブレスタイヤ（１２Ｒ２２．５）に本発明のタイヤ寿命延長剤６を注入して４月から９月の６ヶ月間使用した際において、注入時においては９００ＫＰａであった空気圧が、検査終了時では８７０ＫＰａと僅か３．３％の減少であったが、タイヤ寿命延長剤６を注入していないタイヤ１では７９０ＫＰａと１２．３％もの減少となっていた。なお、上述の各説明において、タイヤ１の状態は現在使用中のタイヤを想定しているが、タイヤ交換時における新品タイヤや更生タイヤであっても得られる効果は同等であり、どのような状態のタイヤであっても構わないものである。

１ タイヤ
２ トレッド部
３ ショルダー部
４ サイドウォール部
５ ホイール
６ タイヤ寿命延長剤

Claims (1)

1. 組成物が水とエチレングリコールとベントナイト及びアラミド繊維であり、水４６．７５～４４、エチレングリコール４６．７５～４４、ベントナイト５～９、アラミド繊維がアラミド１００％繊維を摩砕した微細繊維であり当該アラミド微細繊維１．５～３の構成比（重量％濃度）からなる溶液としたことを特徴としたタイヤ寿命延長剤。

Images