WO2016067434A1 - 振動抑制タイヤ - Google Patents

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WO2016067434A1
WO2016067434A1 PCT/JP2014/078991 JP2014078991W WO2016067434A1 WO 2016067434 A1 WO2016067434 A1 WO 2016067434A1 JP 2014078991 W JP2014078991 W JP 2014078991W WO 2016067434 A1 WO2016067434 A1 WO 2016067434A1
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tire
layer
dilatant
particles
layer structure
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PCT/JP2014/078991
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サンフォード・エリオット・ファーラー―ホーキンス
一平 相馬
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株式会社アコースティックイノベーションズ
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60C5/12—Inflatable pneumatic tyres or inner tubes without separate inflatable inserts, e.g. tubeless tyres with transverse section open to the rim
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C1/00—Tyres characterised by the chemical composition or the physical arrangement or mixture of the composition

Definitions

  • the present invention relates to a tire having a vibration suppression structure for improving ride comfort performance and a method for manufacturing the tire.
  • Vehicle tires vibrate when traveling on the ground.
  • the vibration of the vehicle body is generated when the structure from the tire to the vehicle body vibrates due to the deformation of the tire when the tire and the ground contact. Since the vibration of the vehicle body greatly affects the ride comfort of the vehicle, the vehicle and tire manufacturers are working on research and development to suppress the vibration with the tire and prevent the vibration from being transmitted to the vehicle body.
  • FIG. 1 is a conceptual cross-sectional view of a conventional tire.
  • the mechanism for transmitting vibration from the tire to the vehicle body is that the tire material itself is vibrated and transmitted to the vehicle body through the wheel 12, shaft and suspension.
  • the deformation of the tire due to the contact between the tire and the ground starts with the contact surface of the tread 13 first, deforms and vibrates the “side wall” 14 (the side surface portion of the tire), and then the wheel 12 and the air chamber 11 inside the tire. Communicated.
  • Patent Document 1 a thin-layer structure portion composed of a layer in which particles and a binding material thereof are arranged to behave as a dilatant is arranged on a tire inner surface, which is a property of a dilatant “behaves like a liquid in a small shear stress”. It is a device that efficiently suppresses deformation due to contact between the tire and the ground by utilizing the property of acting like a solid for large shear stress.
  • Patent Document 1 requires a very difficult operation in the manufacturing process of uniformly bonding thin layers of sheets evenly when the thin layer structure is very thin (within 2 mm). It was not possible to meet the development requirements to improve the effect with thinner and lighter sheets. In addition, only the thin layer structure portion composed of a single dilatant layer may adversely affect the motion characteristics of the tire.
  • the cause of the invention in Patent Document 1 is that the dilatant layer is in the cross-sectional direction in the thin layer structure portion. Since there is no feature for causing a difference in the reaction rate, the reaction rate of the dilatant layer during vibration due to contact between the tire and the ground and separation becomes uniform in the cross-sectional direction of the thin layer structure part, As a result, the smooth deformation of the tire is hindered.
  • the present invention has a dilatant layer having a characteristic for causing a difference in reaction rate in the cross-sectional direction in the thin layer structure portion, so that even a very thin single layer or a small number of layers can be used for the tire.
  • An object of the present invention is to provide a vibration-suppressing tire that has a thin-layer structure portion that functions without impairing motion characteristics, is easy to manufacture, and is low-cost.
  • the present invention provides a dilatant layer, which is a layer in which particles and a binding material thereof are arranged so as to act as a dilatant.
  • a tire having a thin layer structure including a dilatant layer in which the particles are arranged so that the distribution density of the particles decreases toward the lower side has been developed.
  • the vibration suppression tire which has the characteristic for producing the difference in the reaction speed in a cross-sectional direction within a thin layer structure part can be provided.
  • the present invention provides an elastic binder layer in which the thin layer structure is a layer for joining the dilatant layer to another member and protecting the dilatant layer. Has been further developed in the upper layer and / or lower layer of the dilatant layer itself. Thereby, the dilatant layer can be protected and the vibration absorption effect can be enhanced.
  • ditant refers to a mixture that exhibits the property of acting like a liquid in a small shear stress and acting like a solid in a large shear stress. It is classified as a kind of non-Newtonian fluid.
  • the present invention having the above-described configuration, it is possible to provide a vibration suppression tire having characteristics for causing a difference in reaction rate in the cross-sectional direction within the thin-layer structure, and thus having a single layer or a small number of layers. It is possible to provide a tire that absorbs vibration without hindering smooth deformation of the tire with only a thinner and lighter thin-layer structure.
  • the tire of the present embodiment is a dilatant layer that is a layer in which particles and a binding material thereof are arranged to behave as a dilatant, and the distribution of the particles from the center of the layer toward the upper side of the layer and the lower side of the layer It has a thin layer structure part including a dilatant layer in which the particles are arranged so that the density is lowered.
  • FIG. 1 is a conceptual cross-sectional view of a conventional general tire
  • FIG. 2 is a conceptual cross-sectional view of a tire in the first embodiment.
  • the difference between the two figures is the presence or absence of the thin layer structure (0200).
  • FIG. 3 shows an example of the simplest configuration of the thin layer structure.
  • the thin layer structure (0200) in FIG. 2 is disposed on the tire inner surface (18). Further, as shown in FIG. 3, the thin layer structure (0200) is composed of one dilatant layer, and the distribution density of the particles from the central part of the layer toward the upper side of the layer and the lower side of the layer. The particles are arranged so as to be lowered.
  • the “dilatant layer” (0310) is a layer in which particles and a binding material thereof are arranged to behave as a dilatant. Further, “behaving as a dilatant” means that it behaves like a liquid for a small shear stress and behaves like a solid for a large shear stress.
  • inorganic oxide particles such as alumina particles and silica particles can be used.
  • alumina particles those having a particle size ranging from 1 ⁇ m to 100 ⁇ m are commercially available.
  • the particle size of the particles dispersed in the binder if the particle size is too large, the surface of the stirrer or the roller may be damaged during the kneading of the binder in the production. Therefore, the particle size should be relatively small from 1 ⁇ m to 10 ⁇ m. Is desirable.
  • the binder constituting the dilatant layer has the property of retaining particles, and has elasticity so that the thin layer structure portion will not be irreversibly deformed and damaged even when subjected to deformation during tire rotation. It is necessary that the molecular size and the surface tension be small enough to enter between the two.
  • the binder having these properties include polymer compounds such as rubber, paints, pressure-sensitive adhesives, and adhesives.
  • the distribution density in the cross-sectional direction of the particles in the dilatant layer may be characterized by having the characteristic of absorbing vibration without inhibiting the smooth deformation of the tire only by the dilatant layer. desirable.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the particle density and the reaction rate of Dunlatancy. When the particle density is high, the dilatancy reaction rate is high, while when the particle density is low, the dilatancy reaction rate is low. Therefore, if the particle density of the dilatant layer is constant, the entire dilatant layer reacts at the same time, suddenly increases in hardness and generates a repulsive force. The vibration cannot be absorbed without hindering the smooth deformation of the tire.
  • the dilatant layer of the tire according to the present invention is “the particles are arranged so that the distribution density of the particles decreases from the center of the layer toward the upper side of the layer and the lower side of the layer”. From the center of the layer toward the upper side of the layer and the lower side of the layer, there are portions of varying particle density. Therefore, in the tire according to the present invention, the reaction rate of the dilatancy decreases from the central part of the layer toward the upper side of the layer and the lower side of the layer, and gradually increases in hardness as the distance from the central part increases. Absorbing does not impair the softness required for large tire deformation in road contact and separation, so that the effect of absorbing vibration can be exhibited without inhibiting smooth deformation of the tire.
  • the degree to which the distribution density decreases is This includes not only the case where the vehicle is even on the lower side but also the case where the vehicle is arranged with a distribution density that takes into account the influence of centrifugal force during travel.
  • the centrifugal force here becomes larger on the tire outer side than on the tire center side.
  • the distribution density during the stop is closer to the center of the tire as shown in FIG.
  • the distribution density of the particles decreases “evenly” from the center of the dilatant layer toward the upper side of the layer and the lower side of the layer due to the influence of centrifugal force during traveling. Therefore, it is possible to effectively absorb vibrations caused by contact with the running ground (a manufacturing method will be described later).
  • the specific gravity of the alumina particles when the standard material used as a reference is rubber is desirably within a range in which dilatancy can be efficiently exhibited while maintaining the strength of the layer.
  • alumina particles having a particle diameter of 4 ⁇ m to 5 ⁇ m are used, if the alumina particles are dispersed so that the specific gravity of the alumina particles is 1.5 to 3.0 with respect to rubber as a reference standard material, Dilatancy can be efficiently exhibited while maintaining the strength of the.
  • the alumina particles having a particle diameter of 4 ⁇ m to 5 ⁇ m are used, the alumina particles are dispersed so that the specific gravity of the alumina particles is 2.0 to 2.5 with respect to rubber as a reference standard material.
  • the specific gravity of the alumina particles when the standard material used as a reference is rubber is preferably in the range of 1.5 to 3.0, and more preferably in the range of 2.0 to 2.5. Is desirable.
  • the thickness of the thin-layer structure portion should be 1 / 100th to 1 / 10th the thickness of the tread portion of the tire from the viewpoint of achieving a vibration reduction effect and realizing weight reduction. desirable.
  • this suitable thickness depends on various conditions, such as tire size (from ordinary car size to heavy truck, mining heavy truck, jumbo jet tire, etc.), rotational speed (regular car level or F1 machine). Or a monorail tire), an impact received by a tire (for an ordinary car, an off-road car, an aircraft tire), and the like.
  • the degree of exhibiting dilatancy can vary depending on the type / mass / particle size / shape / density of the particles used, the binding material used, and the elasticity / density of the particles.
  • the dilatant layer is subjected to a load of centrifugal force due to air pressure inside the tire and rotation of the tire in the tire, so that the thickness of the layer is compressed when the tire is rotating compared to when it is not rotating. . This also changes the relative arrangement of the particles and their binders and can change the degree of dilatancy.
  • the shape and structure of the particles are not particularly limited.
  • the particles may have a hollow structure, and the inside of the hollow structure may contain a polymer compound, a polar solvent, or a non-Newtonian fluid. These contents can enhance the vibration reduction effect by absorbing kinetic energy when subjected to stress.
  • the particles can be geometric shapes with larger packing density, such as round or spherical with facets, and the dilatancy can be adjusted by selecting particles with a specific shape or structure. Is possible.
  • the “thin layer structure part” is composed of a dilatant layer in which particles and a binding material thereof are arranged so as to behave as a dilatant.
  • the thin layer structure part needs to be composed only of a dilatant layer. Instead, another layer may be disposed above or below the dilatant layer, or between the dilatant layers.
  • the thin-layer structure unit includes an elastic binder layer that is a layer for protecting the dilatant layer by bonding the dilatant layer to another member (including another dilatant layer), and an upper layer of the dilatant layer itself. It can also be further included in the lower layer (details will be described in Example 2). Adhesion between the dilatant layer and the binder layer and between the inside of the tire and the thin layer structure is made by using the bonding material and the binder layer as the adhesive itself, an adhesive paint or elastic material, or heat generated by vulcanization. Although it can carry out by selecting the material which adheres by reaction, it is not limited to this.
  • One of the binder layers used for layer formation can also include a material that prevents air leakage during puncture.
  • the thin layer structure is formed on the outer surface of the tire (the bottom surface portion or / and the side surface portion of the groove formed by the tread pattern), the inside of the tire, or the inner surface of the tire (the tread surface inside the tire, which is in contact with the air chamber). Either can be provided. When provided on the inner surface of the tire, it becomes easier to suppress vibration.
  • the thin layer structure portion is composed of a single dilatant layer, it exhibits a sufficient vibration suppressing function.
  • the thin layer structure portion acts as a vibration damping member against abrupt deformation caused by contact or separation between the tire and the ground.
  • the air pressure inside the tire and the centrifugal force from the inside of the tire are applied to the dilatant layer, which causes the particles in the dilatant layer to interact with each other. It is easy to rub against each other.
  • direct contact including the case of indirect contact via a bonding material sandwiched between them
  • the dilatant layer behaves like a liquid and deforms, and the particles rub against each other at that time, thereby converting the kinetic energy of the particles into thermal energy. This conversion to thermal energy attenuates the vibration propagating through the entire tire.
  • the tread undergoes a rapid deformation, and exerts a force opposite to the air pressure and centrifugal force received so far on the thin layer structure.
  • the dilatant layer thus released from the load suddenly behaves like a solid with respect to a large shear stress, that is, exhibits a dilatancy and tries to suppress deformation and vibration.
  • suppressing the deformation of the tire in contact with the ground and the separation itself will inhibit the smooth deformation of the tire and impair its motion characteristics. It is controlled so as to be performed gradually with a time lag by giving such features as.
  • the thin layer structure portion has a function of locally and intensively suppressing the vibration of the tire caused by the deformation impact without inhibiting the smooth deformation of the tire.
  • the thin layer structure has the same effect as a local mass damper for shape stabilization.
  • the mass damper generally refers to a weight member provided in the tire in order to suppress the vibration of the tire. That is, the thin layer structure can suppress the vibration of the tire without deteriorating the tire performance.
  • the laminar structure is immediately subjected to only steady air pressure and centrifugal force in the tire.
  • the properties of the liquid immediately return to the properties of the original liquid, and vibration is continuously suppressed by the friction of the particles.
  • the tread rapidly recovers from the deformation, and at that time, a force opposite to the air pressure and the centrifugal force is suddenly exerted on the thin layer structure portion.
  • the thin layer structure portion suppresses the vibration of the tire due to the effect of dilatancy without inhibiting the smooth deformation of the tire due to the feature of the cross-sectional direction.
  • the particles in the thin layer structure are pressed and separated from each other in the vertical and horizontal directions. Due to this force, the bonding material in the gaps between the particles repeatedly compresses and restores, and the hysteresis loss that occurs at that time causes the bonding material to convert kinetic energy into thermal energy, so that the vibration of the entire tire is attenuated.
  • FIG. 7 is an experimental result showing the relationship between the tire according to the present invention and temperature suppression.
  • the internal temperature of the tire tester was set to 25 ° C., and the surface temperature at the bottom of the second groove from the outside of the tire when the tire temperature was saturated under various conditions described in the table was compared. Is.
  • the thin layer structure portion installed on the inner surface of the tire is a single layer sheet made of rubber and alumina particles having a thickness of 0.6 mm, and the specific gravity is 2.6.
  • the tire size was 215/50 / R17.
  • the temperature of the tire tread surface is about 1.8 degrees compared to a tire with a rubber with the same weight attached thereto or a normal tire. I understand that it is decreasing. Further, it can be seen that when the speed is 72 km / h, the temperature of the tire tread surface is reduced by about 2.7 degrees as compared with a tire attached with rubber of the same weight or a normal tire. Further, it can be seen that when the speed is 108 km / h, the temperature of the tire tread surface is about 3.5 degrees lower than that of a tire with a rubber of the same weight and a normal tire. In addition, when the load is 5254 N and the speed is 80 km / h, the temperature on the tire tread surface is about 4.3 degrees lower than that of a tire with a rubber of the same weight or a normal tire. I understand.
  • the thin layer structure portion is effective in reducing vibration and suppressing temperature.
  • the thin layer structure itself can be manufactured with a material that is light and inexpensive relative to the weight of the tire, it is possible to suppress an increase in the total weight and manufacturing cost of the entire tire by adding it. It is. *
  • the method for manufacturing a tire according to the present invention includes (1) a method of producing a sheet having a thin layer structure by kneading a binder such as rubber and alumina particles and then cooling the resultant, and placing the sheet on the tire. And (2) a method of generating a thin layer structure by injecting heated particles onto the tire inner surface or tire tread surface after vulcanization. Since the former is a basic manufacturing method, the former will be described as a “basic manufacturing method”, and the latter will be described as an “applied manufacturing method”.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of a tire manufacturing method according to this embodiment.
  • a thin layer structure part including a dilatant layer that is a layer in which particles and a binding material thereof are arranged to behave as a dilatant is generated (thin layer structure part generation step, S0810).
  • the thin layer structure portion is disposed in the tire or near the tire inner surface by heat treatment and pressure treatment (thin layer structure portion pressure treatment step, S0820).
  • the thin layer structure generation step (S0810) specifically includes the following steps.
  • FIG. 9 is a diagram showing a state of kneading using a stirring device (0903) when rubber (0901) is used as a binder and alumina particles (0902) are used as particles.
  • a stirring device (0903) when rubber (0901) is used as a binder and alumina particles (0902) are used as particles.
  • stirrer is used, but it is sufficient if it is suitable for kneading, and a roller may be used instead of the stirrer.
  • FIG. 10 is a diagram showing a state in which the rubber in which the alumina particles are uniformly dispersed by kneading is cooled.
  • the cooling method may be natural cooling or forced cooling. For example, if it is desired to equalize the degree of “the distribution density of the particles decreases from the center of the layer toward the upper side of the layer and the lower side of the layer”, it is realized by sandwiching the material with the same thermal conductivity from above and below. be able to. Further, if it is desired to arrange such that the distribution density during the stop is closer to the center of the tire, it can be realized by cooling the surface on the outer side of the tire using a material having higher thermal conductivity.
  • FIG. 10 shows the distribution density of alumina particles before cooling, while (b) shows the distribution density of alumina particles after cooling.
  • cooling it is desirable to form a sheet of rubber in which alumina particles are uniformly dispersed in order to facilitate placement on a later tire.
  • the distribution density of the alumina particles before cooling is uniform as a whole.
  • cured is hardened in an order from the part away from the center part of the layer by being cooled from both ends. By solidifying sequentially from the end, the alumina particles that were initially uniformly dispersed are pushed out to the softer central side. Then, at the time after the entire cooling is completed, the distribution density of the alumina particles decreases from the center of the layer toward the upper side of the layer and the lower side of the layer. In this way, a “thin layer structure including a dilatant layer in which the particles are arranged so that the distribution density of the particles decreases from the center of the layer toward the upper side of the layer and the lower side of the layer” is manufactured. .
  • the thin layer structure pressurizing step (S0820) is the following process.
  • this thin-layer structure part is a sheet form, it can be arrange
  • the thin layer structure generated in the thin layer structure generation step is disposed inside the tire intermediate structure to form a green tire including the thin layer structure. The green tire is put in a mold and a vulcanization process is performed.
  • a heat and pressure treatment is performed to vulcanize, and a tire in which the thin layer structure portion is disposed (fixed) inside the tire is completed. Thereby, it is possible to manufacture a tire having a vibration suppressing structure.
  • FIG. 11 is a flowchart showing an applied manufacturing method.
  • a vulcanized tire is prepared (post-vulcanized tire preparation step, S1110). This point is different from the basic manufacturing method.
  • alumina particles heated to 300 to 400 degrees Celsius are jetted at a high speed at a high speed onto the inner surface of the vulcanized tire or the tire tread surface (particle jetting step, S1120).
  • particle jetting step, S1120 the surface rubber is melted by high-temperature heat to form a hole, and after the alumina particles have plunged into the inside, the formed hole is closed again by the melted rubber. Since the tire surface is mainly composed of the original rubber and the rubber with the holes closed, the particle density of the alumina particles is reduced.
  • the particles are discharged from the nozzle to the rotated tire.
  • the amount, angle, and speed of spraying particles from the nozzle, installing multiple nozzles, and finally spraying heated gas it is possible to adjust the particle arrangement and control it to an appropriate layer It is.
  • FIG. 12 shows a tire manufactured according to the present invention by an applied manufacturing method.
  • the time series shifts in the order of (a), (b), and (c).
  • the alumina particles heated to 300 to 400 degrees Celsius are injected at high speed onto the inner surface of the tire, the density of the alumina particles on the tire center side is the highest.
  • the part with a high density of alumina particles moves to the outside of the tire.
  • a thin layer structure including a dilatant layer in which alumina particles are dispersed in an appropriate density distribution so as to exert an effect by the influence of centrifugal force is completed.
  • the portion up to which the injected alumina particles have reached can be regarded as the thin layer structure portion.
  • ⁇ Effect> it is possible to provide a vibration-suppressing tire having a characteristic for causing a difference in reaction speed in the thin layer structure portion, and therefore, the thin layer structure portion including only the dilatant layer inhibits smooth deformation of the tire.
  • the tire of the present embodiment can be manufactured by simply installing a member using a lighter and cheaper material as compared with the conventional technique.
  • the tire of this example is basically the same as that of Example 1, but the dilatant layer is bonded to another member and an elastic binder layer, which is a layer for protecting the dilatant layer, is used as the dilatant layer. Further included in the upper layer and / or the lower layer of itself. By having the said structure, it becomes possible to protect the structure of a dilatant layer more. In addition, the vibration suppressing effect can be further enhanced.
  • FIG. 13 is a conceptual diagram showing a configuration example of the thin layer structure portion in the present embodiment.
  • the thin layer structure is composed of one dilatant layer (1310) and two binder layers (1320).
  • the dilatant layer is the same as in Example 1.
  • the binder layer will be described.
  • the “binder layer” (1320) is a layer for joining the dilatant layer (1310) to other members at the upper part and / or the lower part in the thin layer structure.
  • the other member may include another dilatant layer. This makes it possible to further protect the dilatant layer as compared with the case where there is no binder layer, so that the structure can be maintained even when subjected to deformation of the tire, and there is an effect that damage is reduced. .
  • the binder layer in order to suppress vibration, it is desirable to use a material having elasticity similar to the binder constituting the dilatant layer. Also, stickiness and adhesiveness are required to hold the dilatant layer, so use paint, rubber, adhesive, adhesive, tape (base material and adhesive or adhesive composite material), etc. It is also possible to do.
  • the same material as the binder may be used, but is not limited to this.
  • the surface of the binder of the dilatant layer was exposed to the air after forming the dilatant layer using the binder and before forming the binder layer.
  • the vibration suppressing effect due to friction can be enhanced as in the case of different materials.
  • the dilatant layer in which the tire is not deformed by contact with the ground while traveling on the road behaves like a liquid under the influence of centrifugal force due to the rotation of the tire, so that the particles in the dilatant layer Rub against each other and convert the kinetic energy of the particles into thermal energy.
  • the binder layer is further disposed, the dilatant layer and the binder layer are rubbed with each other to be converted into thermal energy. Therefore, the vibration transmitted through the entire tire and the resonance of the air chamber are attenuated.
  • FIG. 14 is a flowchart showing an example of a tire manufacturing method according to the present embodiment.
  • a thin layer structure part including a dilatant layer which is a layer in which particles and a binding material thereof are arranged so as to behave as a dilatant, is generated (thin layer structure part generation step, S1410).
  • the thin layer structure portion is disposed in the tire or near the tire inner surface by heat treatment and pressure treatment (thin layer structure portion pressure treatment step, S1420).
  • the thin layer structure generation step (S1410) in the present embodiment is a step of forming a dilatant layer (dilatant layer formation step, S1411) similar to that of the first embodiment, and forming a binder layer in an overlapping manner (binder).
  • a layer forming step, S1412) is added.
  • binder layer using the same material as the binder of the dilatant layer and the material of the binder layer, or to modify the outermost surface of the dilatant layer without forming the binder layer additionally. It is also possible to form the binder layer by actively changing the binding state of the molecules (for example, a change by spraying some material, a change by irradiating light, for example, ultraviolet rays, etc.).
  • the dilatant layer is protected and covered with the binder layer, so that in the intermediate process of completing the dilatant layer, the integrity of the particles of the dilatant layer and the binder, Alternatively, the integrity of the particles in the dilatant layer may be weak.
  • particles coated with a polymer compound that becomes a binder only after reacting with heat and pressure can be used. Particles having such a coating can be sandwiched between thin sheet-like raw rubbers serving as a binder layer in the tire manufacturing process, and a dilatant layer satisfying the function as a dilatant material can be formed in the tire after the vulcanization process.
  • the thin layer structure may be a part of the structure of the inner liner 17 that is one of the components of the tire.
  • the thin layer structure pressurizing step (S1420) is basically the same as the thin layer structure pressurizing step of the first embodiment. However, since a binder layer is newly added in the present embodiment, this portion will be described below.
  • the thin layer structure portion generated in the thin layer structure portion generation step is disposed inside the tire intermediate structure to form a green tire including the thin layer structure portion.
  • the green tire is put in a mold and a vulcanization process is performed. In this vulcanization process, a heat and pressure treatment is performed, and the tire is vulcanized and the thin layer structure portion is disposed (fixed) inside the tire.
  • the thin layer structure is in a state in which particles are dispersed in the binder in the dilatant layer, and the dilatant layer and the binder layer form a layer that satisfies the above-described conditions by reacting to heat and pressure. It becomes such a structure.
  • an elastic binder layer which is a layer for joining the dilatant layer to another member or protecting the dilatant layer, is formed on an upper layer and / or a lower layer of the dilatant layer itself. Further inclusion makes it possible to further protect the dilatant layer. In addition, the vibration suppressing effect can be enhanced. Furthermore, it leads to further reduction of noise.
  • Air chamber 11 Wheel 12 Tread 13 Side wall 14 Inner liner 17 Tire inner surface 18 Particle 19 Binder 20 Thin layer structure 0200, 1300 Dilatant layer 0310, 1310 Binder layer 1320 Rubber 0901 Alumina particles 0902 Stirring equipment 0903

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Abstract

本発明は、薄層構造部内に断面方向に反応速度の違いを生じさせるための特徴を有するダイラタント層（０３１０）をもつことで、ごく薄い単層もしくは少数の層のみでもタイヤの運動特性を損ねずに機能する薄層構造部をもち、もって製造しやすく、低コストで振動抑制タイヤを提供する。タイヤは、ダイラタントとして振る舞うように粒子とその結合材が配置された層であるダイラタント層（０３１０）であって、層の央部から層の上側及び層の下側に向かって前記粒子の分布密度が下がるように前記粒子が配置されたダイラタント層（０３１０）を含む薄層構造部を有する。

Description

振動抑制タイヤ
本発明は、乗り心地性能を高めるための振動抑制構造を有するタイヤおよびその製造方法に関する。
車両のタイヤは、地面を走行するときに振動する。そして、車体の振動は、タイヤと地面の接触の際、タイヤの変形による振動がタイヤから車体までの構造体を加振することによって生ずる。この車体の振動は、車両の乗り心地を大きく左右するため、車両及びタイヤの製造者は、タイヤで振動を抑えて車体に振動が伝わらなくするための研究開発に取り組んでいる。
図１は、従来のタイヤの断面概念図である。タイヤから車体に振動が伝わる仕組みは、タイヤの素材そのものが加振され、それがホイール１２、シャフト、サスペンションを通じて車体に伝わるというものである。
タイヤと地面の接触によるタイヤの変形は、まずトレッド１３の接触面からはじまり、「サイドウォール」１４（タイヤの側面部分）を変形し、振動させ、その後ホイール１２や、タイヤ内部の空気室１１に伝達される。
このような振動を抑えるための工夫としては、タイヤに、タイヤと地面の接触による変形を効率的に抑える構造を備えさせるという工夫が考えられる。そのような技術として、特許文献１が挙げられる。
特開２０１３－５２８５８号公報
特許文献１は、ダイラタントとして振る舞うように粒子とその結合材が配置された層からなる薄層構造部をタイヤ内部表面に配置し、ダイラタントの性質である「小さいせん断応力には液体のように振る舞い、大きいせん断応力には固体のように振る舞う性質」を利用して、タイヤと地面の接触による変形を効率的に抑えるという工夫である。
しかし、特許文献１は、薄層構造部が大変薄い場合（2mm以内）においては、幾層もの薄層シートをむらなく均一に接着するという製造工程上大変難しい作業を要求することになるため、より薄く軽いシートで効果を上げようとする開発上の要求に応えることができなかった。また、単層のダイラタント層からなる薄層構造部だけでは、タイヤの運動特性に悪影響を与えることがあり、その原因は、特許文献１の発明は、薄層構造部内でダイラタント層が断面方向に反応速度の違いを生じさせるための特徴を有していないため、タイヤと地面の接触、分離による加振の際のダイラタント層の反応速度が薄層構造部の断面方向で一律となってしまい、それによってタイヤのスムーズな変形を阻害してしまうということが挙げられる。
以上のような理由から、本発明は、薄層構造部内に断面方向に反応速度の違いを生じさせるための特徴を有するダイラタント層をもつことで、ごく薄い単層もしくは少数の層のみでもタイヤの運動特性を損ねずに機能する薄層構造部をもち、もって製造しやすく、低コストで振動抑制タイヤを提供することを課題とするものである。
上記課題を解決するために、本発明は、第一に、ダイラタントとして振る舞うように粒子とその結合材が配置された層であるダイラタント層であって、層の央部から層の上側及び層の下側に向かって前記粒子の分布密度が下がるように前記粒子が配置されたダイラタント層を含む薄層構造部を有するタイヤを開発した。これにより、薄層構造部内で断面方向に反応速度の違いを生じさせるための特徴を有する振動抑制タイヤを提供することができる。
第二に、本発明は、そのような特徴に加えて、前記薄層構造部が、前記ダイラタント層を他の部材と接合し、前記ダイラタント層を保護するための層である弾性を有するバインダー層を、ダイラタント層自身の上層又は／及び下層にさらに含むタイヤを開発した。これにより、ダイラタント層を保護し、かつ、振動吸収効果も高めることができる。
ここで、「ダイラタント」とは、小さいせん断応力には液体のように振る舞い、大きいせん断応力には固体のように振る舞う性質を示す混合物のことである。非ニュートン流体の一種に分類される。
以上の構成からなる本発明により、薄層構造部内で断面方向に反応速度の違いを生じさせるための特徴を有する振動抑制タイヤを提供することができ、もって、単層もしくは少数の層をもつ、より薄く軽い薄層構造部だけでタイヤのスムーズな変形を阻害することなく振動を吸収するタイヤを提供することができる。
一般的なタイヤの断面を示す概念図 実施例１のタイヤの断面を示す概念図 実施例１の薄層構造部の構成の最も単純な一例を示す概念図 粒子密度とダンラタンシーの反応速度の関係を示す図 より望ましい分布密度を示す図１ より望ましい分布密度を示す図２ 本発明に係るタイヤと温度抑制の関係を示す実験結果 実施例１の製造方法のフローチャート 製造過程における混錬の様子を示す図 製造過程における冷却の様子を示す図 応用的な製造方法のフローチャート 応用的な製造方法により製造したタイヤの冷却過程を示す図 実施例２の薄層構造部の構成の一例を示す概念図 実施例２の製造方法のフローチャート
以下、本発明の実施例について説明する。実施例と請求項の相互の関係は以下の通りである。実施例１は主に請求項１に関し、実施例２は主に請求項２に関する。なお、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、様々な態様で実施しうる。
＜発明の概要＞
本実施例のタイヤは、ダイラタントとして振る舞うように粒子とその結合材が配置された層であるダイラタント層であって、層の央部から層の上側及び層の下側に向かって前記粒子の分布密度が下がるように前記粒子が配置されたダイラタント層を含む薄層構造部を有することを特徴とする。
＜発明の構成＞
図１は、従来の一般的なタイヤの断面概念図であり、図２は、実施例１におけるタイヤの断面概念図である。両図の違いは、薄層構造部（０２００）の有無にある。さらに、図３は、薄層構造部の最も単純な構成の一例を示すものである。
図２における薄層構造部（０２００）は、タイヤ内部表面（１８）に配置されている。また、図３にあるように、薄層構造部（０２００）は、一つのダイラタント層から構成されており、層の央部から層の上側及び層の下側に向かって前記粒子の分布密度が下がるように前記粒子が配置されている。
以下、ダイラタント層における粒子とその結合材の構成及び材料例について説明する。
「ダイラタント層」（０３１０）とは、ダイラタントとして振る舞うように粒子とその結合材が配置された層である。また、「ダイラタントとして振る舞う」とは、小さいせん断応力には液体のように振る舞い、大きいせん断応力には固体のように振る舞うことをいう。
ダイラタント層を構成する粒子の材料としては、アルミナ粒子やシリカ粒子等の無機酸化物粒子を用いることが可能である。アルミナ粒子を例にとると、粒径の範囲が１μｍから１００μｍに及ぶものが市販されている。結合材に分散させる粒子の粒径としては、粒径が大きすぎると、製造において結合材の混錬の際に攪拌機やローラー表面を傷つけることがあるため、比較的小さめの１μｍから１０μｍとすることが望ましい。
ダイラタント層を構成する結合材は、粒子を保持する性質を有すること、タイヤ回転時の変形を受けても薄層構造部が不可逆的に変形し破損することのないように弾性を有すること、粒子の間に十分入り込む程度に分子サイズや表面張力が小さいことが必要である。これらの性質を有する結合材の例としては、ゴムなどの高分子化合物や、塗料、粘着剤、接着剤などが挙げられる。
ダイラタント層における粒子の断面方向の分布密度は、特徴をもたせることによって、ダイラタント層だけでタイヤのスムーズな変形を阻害することなく振動を吸収する効果を生じさせるための特徴を有するものであることが望ましい。この点、図４は、粒子密度とダンラタンシーの反応速度の関係を示す図である。粒子密度は、高ければダイラタンシーの反応速度が速く、他方、低ければダイラタンシーの反応速度が遅い。そのため、ダイラタント層の粒子密度が一定であれば、ダイラタント層全体が同時に反応してしまい、急激に硬さを増してしまって反発力を生むため、振動を適切に抑制できず、薄層構造部だけでタイヤのスムーズな変形を阻害することなく振動を吸収することができない。これに対して、本発明にかかるタイヤのダイラタント層は、「層の央部から層の上側及び層の下側に向かって前記粒子の分布密度が下がるように前記粒子が配置」されているので、層の央部から層の上側及び層の下側に向かっていくにつれて、様々な粒子密度の部分が存在する。そのため、本発明にかかるタイヤは、層の央部から層の上側及び層の下側に向かってダイラタンシーの反応速度が遅くなり、央部から離れれば離れるほど漸次的に硬さを増して振動を吸収するため、路面接触および分離における大きなタイヤ変形の際に必要なやわらかさを損なうことがないので、タイヤのスムーズな変形を阻害することなく振動を吸収する効果を発揮できる。
また、本実施における「層の央部から層の上側及び層の下側に向かって前記粒子の分布密度が下がるように前記粒子が配置」されている例としては、分布密度が下がる程度を上側下側で均等な場合だけではなく、車両が走行中の遠心力の影響を考慮した分布密度で配置されている場合を含むものである。なお、ここでいう遠心力は、タイヤ外側の方がタイヤ中心部側よりも大きくなる。
後者の場合の具体例としては、例えば、走行中、遠心力の影響でアルミナ粒子がタイヤ外側に寄ることを考慮し、図５のように、停止中の分布密度がタイヤの中心部側に寄っている配置である場合が挙げられる。このような配置にすれば、走行中、遠心力の影響によって、ダイラタント層の央部から層の上側及び層の下側に向かって「均等に」前記粒子の分布密度が下がるようになる。そのため、走行中の地面との接触による振動などを有効に吸収することができる（製造方法は後述する。）。
さらに、具体例として、走行中の遠心力の影響で圧縮したことによって分布密度が変わることを想定し、図６のように、最も振動抑制の効果を発揮させたい走行速度を特定した上で、その走行速度における遠心力の影響下で最も効果を発揮する分布密度となるように停止時の分布密度を構成しても良い。図６のうち、（ａ）は停止時の分布密度を示しており、（ｂ）は最も振動抑制の効果を発揮させたい速度で走行時の分布密度を示している。（ｂ）の分布密度が適切であれば、停止時の分布密度は、（ａ）のように緩やかにするという具合である。このように構成すれば、最も振動抑制の効果を発揮させたい走行速度において、最も振動抑制の効果を発揮する分布密度となる。
基準となる標準物質をゴムとした場合のアルミナ粒子の比重は、層の強度を保ちながらダイラタンシーを効率的に発揮させる範囲であることが望ましい。この点、粒径４μｍ～５μｍのアルミナ粒子を用いた場合、基準となる標準物質であるゴムに対して、アルミナ粒子の比重が１．５～３．０となるように分散させれば、層の強度を保ちながらダイラタンシーを効率的に発揮させることができる。さらに、同様に粒径４μｍ～５μｍのアルミナ粒子を用いた場合であって、基準となる標準物質であるゴムに対して、アルミナ粒子の比重が２．０～２．５となるように分散させれば、層の強度を保ちながらダイラタンシーをより効率的に発揮させることができる。そのため、基準となる標準物質をゴムとした場合のアルミナ粒子の比重は、１．５～３．０の範囲内であることが望ましく、さらには２．０～２．５の範囲内であることが望ましい。
薄層構造部の厚さは、振動低減効果を発揮し、かつ、軽量化を実現する観点において、タイヤのトレッド部の厚みに対して１００分の１から１０分の１の厚さとすることが望ましい。もっとも、この適当な厚さは、いろいろな条件、例えば、タイヤのサイズ（普通自動車用のサイズから大型トラック、鉱山用大型トラック、ジャンボジェット機のタイヤなど）、回転速度（普通自動車程度か、Ｆ１マシーンのタイヤか、モノレールのタイヤかなど）、タイヤの受ける衝撃（普通自動車用か、オフロードカー用か、航空機のタイヤか）などにも応じて適宜選択されるものである。
ダイラタンシーを発揮する度合いは、使用する粒子の種類・質量・粒径・形状・密度、使用する結合材や粒子の弾性・密度などによって変わりうるものである。また、上記ダイラタント層は、タイヤ内においてタイヤ内部の空気圧やタイヤの回転による遠心力の負荷を受けるため、タイヤが回転しているときは回転していないときに比べて層の厚みが圧縮される。これによっても粒子とその結合材の相対的な配置が変化することになり、ダイラタンシーを発揮する度合いは変わりうる。
また、粒子の形状や構造については、特に限定されるものではない。例えば粒子が中空構造を有し、その中空構造の内部には、高分子化合物、極性溶媒又は非ニュートン流体を含んでいてもよい。これらの内容物は、応力を受けた際に運動エネルギーを吸収することで、振動低減効果を高めることができる。さらに粒子は丸型もしくは切子面を持つ球形など、より大きな充填密度を持つような幾何学的形状とすることができ、特定の形状や構造を有する粒子を選択することによってダイラタンシーを調整することも可能である。
上記のように、「薄層構造部」は、ダイラタントとして振る舞うように粒子とその結合材が配置された層であるダイラタント層からなるが、薄層構造部はダイラタント層のみで構成される必要はなく、他の層がダイラタント層の上部や下部、またはダイラタント層の間に配置されていてもよい。
前記薄層構造部は、前記ダイラタント層を他の部材（他のダイラタント層を含む。）と接合し、前記ダイラタント層を保護するための層である弾性を有するバインダー層を、ダイラタント層自身の上層又は／及び下層にさらに含むこともできる（詳しくは実施例２で説明する）。ダイラタント層とバインダー層との接着、およびタイヤ内部と薄層構造部との接着は結合材およびバインダー層の素材を接着剤そのものとしたり、接着力のある塗料や弾性素材としたり、加硫による熱反応によって接着するような素材を選定することで行うことができるが、これに限定されるものではない。層形成に使用されるバインダー層の一つはパンク時に空気漏れを防ぐ素材を含むこともできる。
前記薄層構造部は、タイヤ外部表面（トレッドパターンによって作られる溝の底面部分又は／及び側面部分）やタイヤ内部、タイヤ内部表面（タイヤ内部のトレッド表面であって、空気室と接する面）のいずれに設けることも可能である。タイヤ内部表面に設けた場合には、より振動を抑制しやすくなる。
前記薄層構造部は、単数のダイラタント層から構成しても、十分な振動抑制機能を発揮する。
上記薄層構造部は、タイヤと地面との接触または分離による急激な変形に対しては振動減衰部材として働く。
＜ダイラタント層の作用の説明＞
以下路面走行中のダイラタント層の作用を説明する。
トレッド面が地面との接触又は分離による急激な加振を受けていない時、ダイラタント層には、タイヤ内部の空気圧とタイヤ内側からの遠心力が加わり、その力によって、ダイラタント層内の粒子同士が互いに擦れあいやすい状態となっている。（直接的に接触する場合のほか、間に挟む結合材を介して間接的に押し合いへし合いするような場合も含む）この際には地面とのコンタクトによる衝撃波に起因してタイヤ全体に伝搬している振動によってダイラタント層は液体のようにふるまって変形し、その際に粒子同士が擦れ合うことにより粒子の運動エネルギーを熱エネルギーに変換する。この熱エネルギーへの変換によって、タイヤ全体を伝搬している振動が減衰される。
次に、タイヤが地面との接触による急激な加振を受ける時、トレッドは急激な変形を起こし、それまでに受けていた空気圧および遠心力と逆向きの力を薄層構造部に及ぼす。このように急激に負荷から解放されたダイラタント層は、大きな剪断応力に対して固体のように振る舞い、すなわちダイラタンシーを発現し、変形及び振動を抑制しようとする。ただし、タイヤの地面接触および分離における変形そのものを抑制することはタイヤのスムーズな変形を阻害し、その運動特性を損ねることに繋がるため、このダイラタンシーの発現を断面方向の粒度分布の違いや多層構造などの特徴を持たせることにより漸次的に時間的なずれをもって行われるようにコントロールする。これにより、薄層構造部は変形の衝撃で生じるタイヤの加振をタイヤのスムーズな変形を阻害することなく局地的かつ重点的に抑制する作用をもつ。このような作用を有することにより、薄層構造部は、形状安定のための局所的なマスダンパーと同じ効果をもつ。ここで、マスダンパーとは、一般的にタイヤの振動を抑制するためにタイヤに備えつけられる重量部材のことをいう。すなわち、上記薄層構造部は、タイヤの運動性能を悪化させずにタイヤの振動を抑制することが可能である。
タイヤが地面との接触による急激な加振を受けた後、タイヤが地面から分離するまでの間、薄層構造部はすぐにまた定常的なタイヤ内の空気圧力と遠心力のみを受けることになるので、固体の性状からすぐに元の液体の性状に戻り、粒子の擦れ合いによって持続的に振動を抑制する。そして、タイヤが地面と分離する時、トレッドは変形から急激に回復し、その際に空気圧および遠心力と逆向きの力が急激に薄層構造部に及ぼされる。そこでは、地面との接触による時と同様に、薄層構造部は、その断面方向の特徴により、タイヤのスムーズな変形を阻害せずにダイラタンシー発現の効果によりタイヤの振動を抑制する。
また、上述のような過程を繰り返すことによって、薄層構造部内の粒子同士は、縦横方向に互いに押し付け合ったり離れたりする。この力によって、粒子の隙間にある結合材は、圧縮と復元を繰り返すので、その際に生じるヒステリシス・ロスによって、結合材が運動エネルギーを熱エネルギーに変換するため、タイヤ全体の振動は、減衰される。
さらに、図７は、本発明に係るタイヤと温度抑制の関係を示す実験結果である。タイヤテスターの内部温度を２５℃に設定し、表に記載の各種条件において、タイヤの温度が飽和状態になった際のタイヤの外側から二本目の溝の底の表面温度を測定し、比較したものである。タイヤ内面に設置された薄層構造部は厚み０．６ｍｍのゴムとアルミナ粒子による単一層シートであり、比重は２．６である。タイヤのサイズは２１５／５０／Ｒ１７であった。
このうち、荷重が２６００Ｎという条件の実験結果によると、スピードが３６ｋｍ／ｈの場合において、タイヤトレッド面の温度が同重量のラバーを張り付けたタイヤやノーマルのタイヤと比較して約１．８度低下しているが分かる。また、スピードが７２ｋｍ／ｈの場合において、タイヤトレッド面の温度が同重量のラバーを張り付けたタイヤやノーマルのタイヤと比較して約２．７度低下しているが分かる。さらに、スピードが１０８ｋｍ／ｈの場合において、タイヤトレッド面の温度が同重量のラバーを張り付けたタイヤやノーマルのタイヤと比較して約３．５度低下しているが分かる。加えて、荷重が５２５４Ｎという条件でスピードが８０ｋｍ／ｈの場合において、タイヤトレッド面の温度が同重量のラバーを張り付けたタイヤやノーマルのタイヤと比較して約４．３度低下しているが分かる。
これは、タイヤトレッド面の振動が抑制されていることによってヒステリシス・ロスが低減され、タイヤの温度上昇が抑制されているからであると考えられる。また、タイヤの転がり抵抗測定時のような大きな荷重を受けてタイヤの変形が大きいときでも、この温度抑制効果があることが分かる。
以上のように、路面走行中のタイヤが地面との接触、分離を繰り返し行うなかで、薄層構造部が振動の低減及び温度抑制に効果をあらわす。また、上記薄層構造部自体はタイヤの重量に対して軽量で、かつ安価な材料で製造することができるため、それを加えることによるタイヤ全体の総重量や製造コストの増加を抑えることが可能である。　
＜製造方法＞
本発明に係るタイヤの製造方法は、（１）ゴムなどの結合材とアルミナ粒子を混錬して、その後に冷却することにより薄層構造部のシートを生成し、それをタイヤに配置する方法と、（２）加硫の終わったタイヤ内表面もしくはタイヤトレッド表面に熱した粒子を噴射することにより薄層構造部を生成する方法がある。前者が基本的な製造方法なので、前者を「基本的な製造方法」として説明し、後者を「応用的な製造方法」として説明する。
≪基本的な製造方法≫
図８は、本実施例のタイヤの製造方法の一例を示すフローチャートである。まず、ダイラタントとして振る舞うように粒子とその結合材が配置された層であるダイラタント層を含む薄層構造部を生成する（薄層構造部生成ステップ、Ｓ０８１０）。次に、薄層構造部を加熱処理と加圧処理によってタイヤ内部またはタイヤ内部表面付近に配置する（薄層構造部加圧処理ステップ、Ｓ０８２０）。
そして、薄層構造部生成ステップ（Ｓ０８１０）は、具体的には、以下の工程を経る。
図９は、結合材としてゴム（０９０１）を使用し、粒子としてアルミナ粒子（０９０２）を使用した場合の攪拌器具（０９０３）を用いての混錬の様子を示す図である。攪拌器具を用いてゴムとアルミナ粒子を混ぜることにより、アルミナ粒子は、ゴム全体に均一に分散する。
ここでは攪拌器具を用いているが、混錬に適したものであれば足り、攪拌器具の代わりにローラーを用いても良い。
図１０は、混錬したことによってアルミナ粒子が均一に分散したゴムを冷却させる様子を示した図である。冷却の方法は、自然冷却でも強制冷却でも良い。例えば、「層の央部から層の上側及び層の下側に向かって前記粒子の分布密度が下がる」程度を均等にしたいならば、熱伝導率が同じ物質で上下から挟むことにより、実現することができる。また、停止中の分布密度がタイヤの中心部側に寄っている配置にしたいならば、タイヤ外側になる面について熱伝導率がより高い物質を用いて冷却することにより、実現することができる。
図１０のうち、（ａ）は、冷却前のアルミナ粒子の分布密度を示しており、他方、（ｂ）は、冷却後のアルミナ粒子の分布密度を示している。なお、冷却をさせる際には、後のタイヤへの配置を容易にするために、アルミナ粒子が均一に分散したゴムをシート状にするのが望ましい。
冷却前のアルミナ粒子の分布密度は、全体で均一である。そして、アルミナ粒子が分散したゴムは、両端から冷却されることによって、層の央部から離れた部分から順に固まっていく。端から順に固まっていくことにより、当初は均一に分散されていたアルミナ粒子がより柔らかい央部側に押し出される。そして、全体の冷却完了後の時点では、アルミナ粒子の分布密度は、層の央部から層の上側及び層の下側に向かって低くなる。このようにして、「層の央部から層の上側及び層の下側に向かって前記粒子の分布密度が下がるように前記粒子が配置されたダイラタント層を含む薄層構造部」が製造される。
次に、薄層構造部加圧処理ステップ（Ｓ０８２０）は、以下のような工程である。
この薄層構造部は、シート状であるため、タイヤの製造工程において加硫前のタイヤ素材と合わせてタイヤ内部に配置することができる。また、このシートは、タイヤの構成要素の一つであるインナーライナー１７の構造の一部分とすることも可能である。薄層構造部加圧処理ステップにおいて、前記薄層構造部生成ステップで生成した薄層構造部をタイヤ中間構造体の内部に配置して薄層構造部を含むグリーンタイヤを形成する。このグリーンタイヤを金型に入れ、加硫工程を実施する。この加硫工程において加熱加圧処理を行い、加硫され、薄層構造部がタイヤ内部に配置（固定）されたタイヤができあがる。これによって、振動抑制構造を有するタイヤを製造することが可能である。
≪応用的な製造方法≫
応用的な製造方法について、アルミナ粒子を用いる場合を例として説明する。図１１は、応用的な製造方法を示すフローチャートである。
まず、加硫後のタイヤを用意する（加硫後タイヤ準備ステップ。Ｓ１１１０）。この点が基本的な製造方法と異なる点である。
その後、加硫後のタイヤの内表面若しくはタイヤトレッド表面に対して、摂氏３００～４００度に熱したアルミナ粒子を高圧により高速で噴射する（粒子噴射ステップ。Ｓ１１２０）。この工程により、高温の熱により表面のゴムが溶けて穴が形成され、内部にアルミナ粒子が突入した後、形成された穴は、溶けたゴムによって再度塞がれる。タイヤ表面は、主にもともとのゴムと穴を塞いだゴムによって構成されるため、アルミナ粒子の粒密度が少なくなる。
均一に粒子を吹き付けるために、回転させたタイヤに対してノズルから粒子を放出する。ノズルからの粒子の噴射の量・角度・速度を調整したり、ノズルを複数設けたり、最後に熱した気体を噴射することによって、粒子の配置を調整し、適切な層状にコントロールすることが可能である。
図１２は、応用的な製造方法によって本発明に係るタイヤを製造したものである。（ａ）（ｂ）（ｃ）の順に時系列が移行していく。摂氏３００～４００度に熱したアルミナ粒子をタイヤ内表面に高速で噴射した直後には、タイヤ中心部側のアルミナ粒子の密度が最も高い。そして、時間が経過するごとに、アルミナ粒子の密度が濃い部分がタイヤ外側に移行していく。そして、最終的には、遠心力の影響によって効果を発揮するよう適切な密度分布にアルミナ粒子が分散したダイラタント層を含む薄層構造部が完成する。また、この場合は噴射されたアルミナ粒子が到達した部分までを薄層構造部とみなすことができる。
＜効果＞
本実施例により、薄層構造部内で反応速度の違いを生じさせるための特徴を有する振動抑制タイヤを提供することができ、もって、ダイラタント層のみの薄層構造部でタイヤのスムーズな変形を阻害せずに振動を吸収するタイヤを提供することができる。また、振動による騒音の低減にもつながる。さらに、本実施例のタイヤは従来の技術と比較して、より軽量かつ安価な材料を用いた部材を簡易な方法で設置するだけで製造することが可能となる。
＜概要＞
本実施例のタイヤは、基本的に実施例１と同様であるが、前記ダイラタント層を他の部材と接合し、前記ダイラタント層を保護するための層である弾性を有するバインダー層を、ダイラタント層自身の上層又は／及び下層にさらに含むことを特徴とする。当該構成を有することにより、ダイラタント層の構造をより保護することが可能となる。また、振動抑制効果をさらに高めることが可能となる。　
＜構成＞
図１３は、本実施例における薄層構造部の構成例を示す概念図である。本実施例では薄層構造部は１つのダイラタント層（１３１０）と２つのバインダー層（１３２０）から構成されている。ダイラタント層については、実施例１と同様である。以下、バインダー層について説明する。
「バインダー層」（１３２０）とは、前記薄層構造部において、前記ダイラタント層（１３１０）をその上部又は／及び下部にある他の部材と接合させるための層である。ここで、他の部材とは、他のダイラタント層を含むことも可能である。これによって、バインダー層がない場合と比べて、ダイラタント層をより保護することが可能となるため、タイヤの変形を受けても構造を保つことができ、破損するようなことが少なくなる効果がある。
バインダー層の材料としては、振動を抑制するため、ダイラタント層を構成する結合材と同様に弾性を有するものを使用することが望ましい。また、ダイラタント層を保持するためには粘着性や接着性などが必要となるので、塗料、ゴム、粘着剤、接着剤、テープ（ベース材料と接着剤あるいは粘着剤との複合材料）などを使用することも可能である。結合材と同じ材料を用いることも可能であるが、これに限定されるものではない。
材料の異同は問わず、ダイラタント層とバインダー層との間に何らかの境界（その他の例としては平均密度の違いや、変形のしやすさの違いなどによって）が生じるようであれば、摩擦による振動抑制効果を高めることができる。
例えば、結合材と異なる材料からなるバインダー層を配置する場合には、変形や振動を受ける際に異なる材料からなる隣接した層の間で摩擦が生じ、結果として振動抑制効果を高めることが可能である。
また、結合材とバインダー層の材料とが同じである場合でも、例えば結合材を用いてダイラタント層を形成後、バインダー層形成前に、ダイラタント層の結合材の表面が空気中にさらされたことで起こる空気分子との作用による結合材表面の性質の変化などにより、その後に形成されるバインダー層との間に実質的に境界が生じていると見ることができる場合もある。この場合には、結合材とバインダー層の材料とが同じ材料であっても、異なる材料である場合と同様に、摩擦による振動抑制効果を高めることができる。
実施例１と同様に、路面走行中、タイヤが地面との接触による変形を受けていないダイラタント層は、タイヤの回転による遠心力の影響によって液体のように振る舞うことで、ダイラタント層内の粒子同士が互いに擦れあって粒子の運動エネルギーを熱エネルギーに変換する。ここで、さらにバインダー層が配置されることによって、ダイラタント層とバインダー層が互いに擦れあって熱エネルギーへの変換が生じる。したがって、タイヤ全体を伝わる振動と空気室の共振が減衰される。
＜製造方法＞
本実施例のタイヤの製造方法は基本的に実施例１と同様であり、相違点はバインダー層の形成の有無である。図１４は、本実施例のタイヤの製造方法の一例を示すフローチャートである。まず、ダイラタントとして振る舞うように粒子とその結合材が配置された層であるダイラタント層を含む薄層構造部を生成する（薄層構造部生成ステップ、Ｓ１４１０）。次に、薄層構造部を加熱処理と加圧処理によってタイヤ内部またはタイヤ内部表面付近に配置する（薄層構造部加圧処理ステップ、Ｓ１４２０）。そして、本実施例における薄層構造部生成ステップ（Ｓ１４１０）は、実施例１と同様のダイラタント層の形成ステップ（ダイラタント層形成ステップ、Ｓ１４１１）に加えて、バインダー層を重ねて形成するステップ（バインダー層形成ステップ、Ｓ１４１２）を追加したものである。
ただし、ダイラタント層の結合材とバインダー層の材料とを同じ材料としてバインダー層を追加で形成することも可能であるし、バインダー層を追加的に形成しないで、ダイラタント層の最表面を改質する（積極的に分子の結合状態を変化させる、例えば何かの材料の吹きつけによる変化、光、例えば紫外線を照射することによる変化など）ことでバインダー層を形成することも可能である。
なお、本実施例の場合には、バインダー層によってダイラタント層が保護され、また、被覆される構成となるので、ダイラタント層を完成する中間工程においてはダイラタント層の粒子と結合材との一体性、あるいはダイラタント層の粒子同士の一体性はぜい弱なものであってもよい。例えば、熱と圧力に反応して初めて結合材となるような高分子化合物で被覆された粒子を用いることもできる。このような被覆を持つ粒子はタイヤの製造工程においてバインダー層となる薄いシート状の生ゴムによって挟まれ、加硫工程後にタイヤ内でダイラタント材料としての機能を満たすダイラタント層を形成することができる。
薄層構造部は、タイヤの構成要素の１つであるインナーライナー１７の構造の一部分とすることも可能である。
本実施例にかかる薄層構造部加圧処理ステップ（Ｓ１４２０）は、基本的に実施例１の薄層構造部加圧処理ステップと同様である。ただし、本実施例においてはバインダー層が新たに加えられたので、その部分に関して以下に説明する。前述のとおり、前記薄層構造部生成ステップで生成した薄層構造部をタイヤ中間構造体の内部に配置して薄層構造部を含むグリーンタイヤを形成する。このグリーンタイヤを金型に入れ、加硫工程を実施する。この加硫工程において加熱加圧処理を行い、加硫され、薄層構造部がタイヤ内部に配置（固定）されたタイヤが出来上がる。この時、薄層構造部は、ダイラタント層内にて粒子が結合材中に分散された状態となるとともに、ダイラタント層およびバインダー層は熱と圧力に反応して上述の条件を満たす層を形成するような構造となる。
＜効果＞
本実施例のタイヤは、前記ダイラタント層を他の部材と接合したり、あるいは前記ダイラタント層を保護したりするための層である弾性を有するバインダー層を、ダイラタント層自身の上層又は／及び下層にさらに含むことで、ダイラタント層をより保護することが可能となる。また、振動抑制効果も高めることが可能となる。さらに、騒音のより一層の低減にもつながる。
空気室　１１
ホイール　１２
トレッド　１３
サイドウォール　１４
インナーライナー　１７
タイヤ内部表面　１８
粒子　１９
結合材　２０
薄層構造部　０２００、１３００
ダイラタント層　０３１０、１３１０
バインダー層　１３２０
ゴム　０９０１
アルミナ粒子　０９０２
攪拌機器　０９０３

Claims (2)

  1. ダイラタントとして振る舞うように粒子とその結合材が配置された層であるダイラタント層であって、
    層の央部から層の上側及び層の下側に向かって前記粒子の分布密度が下がるように前記粒子が配置されたダイラタント層を含む薄層構造部を有するタイヤ。
  2. 前記薄層構造部は、
    前記ダイラタント層を他の部材と接合し、前記ダイラタント層を保護するための層である弾性を有するバインダー層を、ダイラタント層自身の上層又は／及び下層にさらに含む請求項１に記載のタイヤ。
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