JP2011168111A - 複合ソリッドタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】ゴム材質からなる内側層とポリウレタンエラストマー材料からなる外側層にて構成される複合ソリッドタイヤにおいて、それら２つの層の接合強度が効果的に高められた、耐久性に優れた複合ソリッドタイヤを提供すること。
【解決手段】ゴム材質からなる内側層１４の外周面１６上に、所定深さの周溝２２，２２を形成し、外側層１８と同一のポリウレタンエラストマー材料にて一体的に形成されたアンカー部２４，２４を、かかる周溝２２，２２の周溝内を埋めるように位置せしめるようにして、内側層１４の外周面上に外側層１８を一体的に形成して、複合ソリッドタイヤ１０を構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、複合ソリッドタイヤに係り、特に、ゴム材質からなる内側層とポリウレタンエラストマー材料からなる外側層とから構成される複合ソリッドタイヤに関するものである。

従来から、自動車や産業車両等の車両には、その荷重を負担し、車両と路面との間で円滑な力の伝達の機能を持つタイヤとして、中空部内に空気が封入されてなる構造の空気入りタイヤの他、中実構造のゴム円環体からなるソリッドタイヤが、よく知られている。そして、このソリッドタイヤは、タイヤの機能としての負荷能力、緩衝能力及びゴムの弾性を利用したものであって、主として低速、重荷重車両、例えばフォークリフトトラック、産業用トラクタ、蓄電池運搬車、トレーラ等に広く用いられてきており、その構成には、多くの場合、単一のトレッドゴムをホイールに直接に焼き付けたもの、ベースバンドにゴム材料を加硫接着し、ホイールに圧入するもの、円環状のトレッドゴムをホイールの外周部に嵌め込むもの等が知られている。

ところで、かかるソリッドタイヤは、一般に、ＮＲやＳＢＲ等のゴム材料にてトレッドゴムが構成されてなるソリッドラバータイヤとして用いられているが、そのようなタイヤは、路面と接触して、その摩擦力によって車両の移動を許容するものであるところから、長期間の使用により、路面との接触面の磨耗が進み、耐用寿命となれば、廃棄されることとなるが、近年、その廃タイヤの処理が大きな社会問題となってきている。特に、ソリッドラバータイヤは、乗用車等に用いられている空気入りタイヤに比較して重いために、その取扱が困難であり、また、焼却し難く、更に他の用途への利用が難しい等の問題があるために、その処分に大きな困難を伴なっている。

そこで、本発明者は、先に、特開２００４−３５９２１９号公報（特許文献１）や特許第４３９１２７４号公報（特許文献２）等において、所定のラバー層を残存させた磨耗ソリッドラバータイヤの周面に、所定厚さのポリウレタンエラストマー層を被装せしめてなる、複合ソリッドタイヤの構成を明らかにした。このような構成とされた複合ソリッドタイヤによれば、ホイールの外周部に取り付けられる円環状のトレッド部が、ソリッドタイヤの内層部を構成する円環形状の所定厚さのラバー層と、その上に一体的に形成されたポリウレタンエラストマー層とから構成されているところから、そのようなトレッド部の接地面から受ける衝撃は、内側のラバー層にて、効果的に吸収・緩和され得ることとなると共に、そのようなトレッド部の接地面を与える外側のポリウレタンエラストマー層は、ポリウレタンエラストマー材料の有する良好な耐磨耗特性によって、その耐久性が著しく高められ、以て、得られる複合ソリッドタイヤの耐用寿命が格段に向上せしめられ得ることとなる。

しかしながら、このようにして耐用寿命が向上せしめられた複合ソリッドタイヤにあっても、ある使用条件下においては、長期間使用しているうちに、内周側のラバー層と外周側のポリウレタンエラストマー層の接合が外れて、ポリウレタンエラストマー層が剥がれてしまう恐れがあることが、新たに確認されたのである。例えば、かかる複合ソリッドタイヤが好適に採用されるフォークリフトトラックにおいては、一般に、ステアリング操作によって操舵される後輪側には、大きなバランスウェイトが取り付けられているところから、後側のタイヤには、常に大きな荷重がかかるようになっている。このため、ステアリング操作によってタイヤのトレッド面が路面に対して捻られるような動作をすると、タイヤにはスラスト方向（軸方向）に大きな応力がかかり、そしてこのような力が長期間に亘って何度も繰返し作用することによって、ラバー層とポリウレタンエラストマー層の接合（接着）が外れてしまう恐れがあるのである。

また、そのような複合ソリッドタイヤが、長期間使用されている間に、内周側のラバー層から原料のゴム材料に混ぜられている可塑剤、柔軟剤、老化防止剤等の各種配合剤がブリードして出てくると、それがラバー層とポリウレタンエラストマー層とを接着している接着剤の作用を悪化させてしまう恐れがある他、使用時におけるタイヤと路面との間の摩擦により発生する走行熱によっても、そのような接着剤の効果を低下させてしまう恐れがあるのであり、その結果、タイヤにかかる横方向（軸方向）の力によって、ラバー層とポリウレタンエラストマー層とが、その接着面から剥離してしまい易くなって、タイヤの耐久性を低下させてしまうこととなるのである。

特開２００４−３５９２１９号公報 特許第４３９１２７４号公報

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、ゴム材質からなる内側層とポリウレタンエラストマー材料からなる外側層にて構成される複合ソリッドタイヤにおいて、それら２つの層の接合強度を効果的に高め、より耐久性に優れた複合ソリッドタイヤを提供することにある。

そして、本発明にあっては、かかる課題の解決のために、ゴム材質からなる所定厚さの内側層と、該内側層の外周面上にポリウレタンエラストマー材料にて一体的に形成された外側層とからなる複合ソリッドタイヤにして、該内側層の外周面に形成された少なくとも１条の周溝を有すると共に、該周溝内を埋めるように位置せしめた、前記外側層と同一のポリウレタンエラストマー材料からなるアンカー部を、該外側層に一体に形成せしめたことを特徴とする複合ソリッドタイヤを、その要旨とするものである。

なお、かかる本発明に従う複合ソリッドタイヤの望ましい態様の一つによれば、前記内側層の外周面上に、ポリウレタンエラストマー材料からなる複数本の接続ピンが、周方向に所定の距離を隔てて立設せしめられると共に、それら接続ピンの先端側部位が前記外側層内に埋入されて、それら外側層と内側層とが該接続ピンによって接続せしめられることとなる。

また、このような本発明に従う複合ソリッドタイヤの他の好ましい態様の一つにあっては、前記周溝の２条は、前記内側層の外周面上に周方向に互いに平行に延びるようにして形成されると共に、それら周溝間の前記内側層外周面部位に、前記複数本の接続ピンが周方向に配設されることとなる。

さらに、そのような本発明に従う複合ソリッドタイヤの別の望ましい態様の一つによれば、前記接続ピンは、１０〜３０ｍｍφに相当する断面直径を有していると共に、前記内側層及び前記外側層に、それぞれ、１０〜３０ｍｍの長さにおいて突入せしめられることとなり、また、別の好ましい態様の一つによれば、前記周溝は、矩形の横断面形状を有している。

更にまた、本発明に従う複合ソリッドタイヤにあっては、有利には、前記内側層には、摩耗したソリッドラバータイヤにおける摩耗残にて与えられる所定厚さのラバー層が用いられることとなる。

このように、本発明に従う構造とされた複合ソリッドタイヤによれば、外側層と一体に形成せしめられたポリウレタンエラストマー材料からなるアンカー部が、ゴム材質の内側層の外周面に形成された周溝内を埋めるように設けられているところから、換言すれば、内側層に設けられた所定深さの周溝内に、外側層と一体に形成されたアンカー部が嵌め込まれているところから、タイヤのスラスト方向（軸方向）にかかる荷重を、内側層の外周面と外側層の内周面との間の接合力に加えて、かかるアンカー部の側面と周溝の側壁面との間の当接によって受け止めることとなるため、接合部分にかかる応力が効果的に分散せしめられ、以て、それら内側層と外側層とが剥離してしまう恐れを、有利に低減乃至は解消することが可能となるのである。このように、複合ソリッドタイヤの内側層と外側層とをより強固に接合することが可能となることにより、複合ソリッドタイヤの耐久性を、更に効果的に高めることが出来るのである。

また、本発明の望ましい態様の一つに従って、複数本の接続ピンを周方向の複数箇所に埋設してなる構造とされた複合ソリッドタイヤによれば、内側層と外側層とが、前記した周溝とアンカー部との間の連結構造に加えて、それら２層の間に埋め込まれたポリウレタンエラストマー材料からなる複数本の接続ピンによって接続されているところから、タイヤの軸方向にかかる荷重による内側層と外側層の接続部分にかかる応力を、さらに効果的に分散して受け止めることが可能となるのである。その結果、それら内側層と外側層とを更に強固に接合して、より耐久性に優れた複合ソリッドタイヤを構成することが出来るのである。

本発明に従う複合ソリッドタイヤの一例を示す側面説明図である。 図１におけるＡ−Ａ断面となる径方向断面図を示す断面説明図である。 図２におけるＢ部分を拡大して示す部分断面説明図である。 本発明に従う複合ソリッドタイヤの別の一例を示す、図２に相当する断面の説明図である。 図４におけるＣ−Ｃ断面を示す断面説明図である。

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。

先ず、図１には、本発明に従う構造とされた複合ソリッドタイヤの一実施形態が、側面図の形態において示されている。そこにおいて、複合ソリッドタイヤ１０は、全体としてドーナツ形状を呈し、そのドーナツ形状の内周部に対してホイール１２が取り付けられている一方、かかるドーナツ形状の内周側に位置するように、所定厚さのゴム材質からなる内側層１４が設けられている。また、この内側層１４の外周面１６上には、ポリウレタンエラストマー材料からなる外側層１８が、所定厚さにおいて一体的に形成されて、トレッド面２０を形成している。即ち、かかる複合ソリッドタイヤ１０は、それぞれ所定厚さに形成された内側層１４と外側層１８とからなる二層構造とされているのである。

より詳細には、内側層１４は、従来のソリッドラバータイヤと同様に、ＮＲ、ＩＲ、ＳＢＲ、ＢＲ、ＥＰＭ、ＥＰＤＭ、ＩＩＲ等のゴム材料を用い、その一種又は二種以上をブレンドして、成形されており、一般的には、ＮＲやＩＲを主体としたブレンドゴムを用いて、円環形状（ドーナツ形状）に加硫成形されたものである。そして、この内側層１４の外周面１６上には、図２の断面図に示されるように、所定深さの周溝の複数条、ここでは２条の周溝２２，２２が、外周面１６の幅方向に所定間隔を隔てて、互いに平行に、且つ周方向に延びるようにして形成されている。また、かかる周溝２２は、図２及び図３に示される如く、ここでは、矩形の横断面形状を呈し、一般に、溝幅：１０〜３０ｍｍ程度、溝深さ：１０〜３０ｍｍ程度の大きさにおいて、形成されている。

一方、外側層１８は、従来からよく知られているポリウレタンエラストマー材料を用いて、それを内側層１４の外周面上において注型成形することにより、目的とする複合ソリッドタイヤ１０の外径を与える厚さにおいて、内側層１４の外周面上に一体的に形成されている。更に、かかる外側層１８の内側層１４との界面部分には、内側層１４の外周面１６に形成されている周溝２２，２２に対応する形状を呈するアンカー部２４，２４が、周方向に互いに平行に連続して延びる２つの突条として、外側層１８と同一のポリウレタンエラストマー材料にて一体的に形成されている。

そして、このような外側層１８のアンカー部２４，２４が、内側層１４の周溝２２，２２の溝内を埋めるように位置せしめられた状態、即ち、内側層１４の外周面１６上に形成された周溝２２の溝内に、外側層１８の内周面から突出するように設けられたアンカー部２４が嵌め込まれた形態において、内側層１４と外側層１８とが一体化されて、全体として円環形状（ドーナツ形状）を呈する複合ソリッドタイヤ１０として形成されているのである。

なお、かかる内側層１４と外側層１８の一体化は、例えば、それら２つの接合面に接着剤を塗布して接着する等、公知の各種の手法が適宜に選択されて、行われることとなる。また、かかる複合ソリッドタイヤ１０のホイール１２に対する取り付けは、そのドーナツ形状の内周部、即ち、内側層１４の内周部に対して、車両の車軸に取り付けられるホイール１２の外周面が、よく知られているように、焼付式、圧入式、嵌め込み式等の方式において、取り付けられるようになっている。

ところで、この複合ソリッドタイヤ１０における外側層１８を形成するポリウレタンエラストマー材料には、熱硬化型のものや常温硬化型のもの等、公知の各種のものが、適宜に選択されて、採用されることとなる。ここで、例えば、常温硬化型のポリウレタン原料とは、一般に、ポリイソシアネート成分として、変性ジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネート等のＭＤＩ系イソシアネートを用い、またポリオール成分として、ポリエーテルポリオール等を用い、そして、それらポリイソシアネート成分とポリオール成分とを低温下において迅速に反応硬化せしめる触媒として、芳香族１級アミン等の芳香族アミンを用いてなるものであって、それらは、各種の市販品の中から適宜に選択され、例えば、独国：バイエル社から「バイテック（Ｂａｙｔｅｃ）」の名称にて市販されているものを用いて、１０〜５０℃の温度下において、反応硬化せしめられる。なお、その反応は、各成分の混合後、約１分程度経過すれば、ある程度の固化状態が実現され、そして、室温にて３日程度経過すれば、実質的な反応は終了し、最終物性が実現されるようになるものである。

また、このようにポリウレタンエラストマー材料の外側層１８によって構成された複合ソリッドタイヤ１０において、そのトレッド面２０の幅方向の両側の角部は、図３にも示されているように、所定の曲率半径をもった湾曲部２６，２６として、形成されている。なお、このような湾曲部２６は、複合ソリッドタイヤ１０を車両に取り付けた際に、車両外側となる側の角部に形成されている側の湾曲部２６の曲率半径が、他方の側の角部に形成されている湾曲部２６の曲率半径よりも大きな曲率半径となるようにされることが好ましい。このようにすることによって、路面と接するトレッド面２０のうち、車両の走行において大きな応力のかかり易い車両外側に位置するトレッド面２０の角部（外側層１８の角部）における応力の集中を効果的に緩和することが出来るため、外側層１８の角部が欠けてしまうような恐れを、有利に回避乃至は抑制することが可能となるのである。

このように、本発明に従う構成とされた複合ソリッドタイヤ１０によれば、内側層１４の外周面に形成された溝部２２の溝内に、外側層１８と一体に形成されたアンカー部２４が嵌め込まれているところから、タイヤのスラスト方向（軸方向）にかかる荷重に対し、内側層の外周面と外側層の内周面との間の接合に加えて、かかるアンカー部２４と周溝２２との間の嵌合によって対抗することが可能となるのである。そして、その結果、内側層１４と外側層１８との連結が、より強固に実現され得ることとなるため、外側層１８が内側層１４から外れてしまう恐れが、有利に低減され得るところとなり、以て、複合ソリッドタイヤの耐久性を、より一層効果的に高めることが出来るのである。

勿論、かかる複合ソリッドタイヤ１０においては、所定厚さのゴム材質からなる内側層１４と、その上に一体的に形成されたポリウレタンエラストマー材料からなる外側層１８とから構成されているところから、接地面から受ける衝撃が、内側層１４にて効果的に吸収・緩和され、衝撃に対するクッション性乃至は緩衝性を有利に発現せしめ得ると共に、接地面となる外側層１８は、ポリウレタンエラストマー材料の有する良好な耐磨耗特性によって、耐久性が著しく高められるため、複合ソリッドタイヤ１０の耐用寿命を、有利に向上せしめることが可能となる特徴が発揮されるものである。

加えて、そのようなポリウレタンエラストマー材料からなる外側層１８には、ゴム材質の内側層１４とは異なり、補強剤としてのカーボンブラックは、何等、配合されてはいないために、路面上を複合ソリッドタイヤ１０が転動させられても、黒色のタイヤ跡が付くようなことは全くなく、それ故に、環境美化に寄与し、また作業環境を悪化せしめる恐れも惹起されることはないのである。

なお、かくの如き本発明に従う構成の複合ソリッドタイヤ１０は、公知の各種の手法を用いて製造することが可能であって、例えば、前述した特許文献１（特開２００４−３５９２１９号公報）において明らかにされているような、注型成形法を用いて製造することが出来る。そして、そのような注型成形法にて複合ソリッドタイヤ１０を製造するに際して、内側層１４を与える円環状のゴム部材の外周面に所定条数の周溝２２を形成しておき、それを、注型装置において外側層１８を形成する外型内にセットし、そしてかかるゴム部材の外周面と外型の内周面との間の間隙に所定のポリウレタンエラストマー材料を充填することで、内側層１４の周溝２２内を埋めるようにされたアンカー部２４が、外側層１８と一体的に形成され得るのである。

また、本発明にあっては、上記した実施の形態に加えて、図４及び図５に示される如き構成の複合ソリッドタイヤが、更に有利に採用されることとなる。そこにおいては、前述した複合ソリッドタイヤ１０と同様にして、内側層１４の外周面１６上には、互いに所定間隔を隔てて、周方向に平行に延びるように形成された２条の周溝２２，２２が形成されている。そして、それら周溝２２，２２の間となる部位に、所定のポリウレタンエラストマー材料から形成されてなる複数本（ここでは６本）の接続ピン２８が、周方向に所定間隔を隔てて（ここでは６０°の位相差をもって）、且つそれら接続ピン２８の一方の端部が内側層１４に所定深さにおいて埋設されるようにして、配設されている。

具体的には、かかる接続ピン２８は、その他方の端部が内側層１４の外周面１６から所定高さ突出するようにして、立設されており、そしてそのような接続ピン２８の内側層１４からの突出部分が、外側層１８内に埋入するように、構成されている。即ち、所定長さをもつ複数本の接続ピン２８が、外側層１８と内側層１４との間に埋め込まれるように、配設されていることによって、それら２つの層を複数本の接続ピン２８によって接続した状態となるように構成されているのである。

なお、そのような接続ピン２８を形成するポリウレタンエラストマー材料としては、公知の各種のものが適宜に選択されて、使用することが可能であるが、中でも、外側層１８の形成材料と同一のものが、好適に採用されることとなる。即ち、外側層１８と接続ピン２８とを同一のポリウレタンエラストマー材料にて形成することによって、それらの接続性をより良好に高めることが可能となることに加えて、外側層１８を注型成形法を用いて形成する際に発生する端材等を使用して、低いコストで、接続ピン２８を形成することが出来る利点も享受されるのである。

また、かかる接続ピン２８は、角柱形状や円柱形状等、種々なる形状のものが採用可能であるが、好ましくは、１０〜３０ｍｍφに相当する断面直径を有している円柱形状のものとされることとなる。また、接続ピン２８の内側層１４及び外側層１８への埋入（突入）深さとしては、それぞれ、１０〜３０ｍｍ程度とされることが好ましい。

さらに、ここで例示した複合ソリッドタイヤ３０においては、６本の接続ピン２８が、周方向に一定間隔を隔てて配設されていたが、それよりも少ない５本以下の本数、或いは７本以上の本数において配設することも、勿論可能である。但し、必要とされる接続ピン２８による接合強度の増加や製造時のコスト等を考慮すると、４〜８本程度とされることが好ましい。

このような構成とされた複合ソリッドタイヤ３０によれば、内側層１４に設けられた周溝２２と外側層１８に設けられたアンカー部２４との嵌合に加えて、更に、かかる接続ピン２８によって内側層１４と外側層１８とが接続されて、一体化されているところから、内側層１４と外側層１８との接合強度を、より一層効果的に高めることが可能となるのである。つまり、タイヤの軸方向（横方向）にかかる荷重が、内側層１４と外側層１８との間の接合力やアンカー部２４の側面と周溝２２の側壁面との間の当接によって受け止められることに加えて、その両端部が内側層１４と外側層１８にそれぞれ埋め込まれている接続ピン２８によって支えられることとなり、これによって、２つの層の接合部分にかかる応力をより効果的に分散することが可能となるのである。その結果、外側層１８が内側層１４から外れてしまう恐れを有利に低減し、以て、より一層高い耐久性を発揮する複合ソリッドタイヤ３０を提供することが出来るのである。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述してきたが、それは文字通りの例示であって、本発明は、そのような実施形態の記載によって、何等、限定的に解釈されるものでないことが、理解されるべきである。

例えば、前記した実施形態においては、内側層１４の外周面１６に形成された周溝２２の条数を２条としていたが、周溝２２は少なくとも１条形成されていればよく、或いは、３条以上の周溝２２を形成することも可能である。そして、そのような周溝２２の条数に応じて、外側層１８と一体的に形成されるアンカー部２４が、それぞれ対応する位置に、対応する数だけ形成され、それぞれの周溝２２の周溝内を、対応する位置に形成されたアンカー部２４が埋めるようにされて、複合ソリッドタイヤが形成されることとなる。

さらに、前述した何れの実施の形態においても、内側層１４の外周面１６に形成された周溝２２は、矩形の横断面形状を呈するようにされていたが、アリ溝形状、台形形状や多角形形状等の横断面形状を呈する周溝２２とすることも可能である。

加えて、かかる例示した複合ソリッドタイヤ１０，３０の内側層１４としては、新規に所定のゴム材料にて作成したものが用いられる他にも、一般にソリッドラバータイヤとして市販されているもののトレッド面が磨耗によって磨り減り、ホイール１２の全周に亘って所要厚さにて残っている状態のものを用い、その外周面（トレッド面）に対して、公知の切削加工等を施すことによって周溝２２が形成されたものとすることも、可能である。このように、磨耗したソリッドラバータイヤの磨耗残となるラバー層を内側層として再利用して、複合ソリッドタイヤ１０（３０）を形成することによって、複合ソリッドタイヤの生産コストの低減が効果的に図られ得ると共に、摩耗したソリッドラバータイヤの廃棄によって発生するコスト増加や環境への悪影響を、有利に低減することが可能となる。

その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて種々なる変形、修正、改良等を加えた態様において、実施され得るものであり、また、そのような実施の態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属するものであることが、理解されるべきである。

１０ 複合ソリッドタイヤ
１２ ホイール
１４ 内側層
１６ 外周面
１８ 外側層
２０ トレッド面
２２ 周溝
２４ アンカー部
２６ 湾曲部
２８ 接続ピン

Claims (6)

1. ゴム材質からなる所定厚さの内側層と、該内側層の外周面上にポリウレタンエラストマー材料にて一体的に形成された外側層とからなる複合ソリッドタイヤにして、
   該内側層の外周面に形成された少なくとも１条の周溝を有すると共に、該周溝内を埋めるように位置せしめた、前記外側層と同一のポリウレタンエラストマー材料からなるアンカー部を、該外側層に一体に形成せしめたことを特徴とする複合ソリッドタイヤ。
2. 前記内側層の外周面上に、ポリウレタンエラストマー材料からなる複数本の接続ピンが、周方向に所定の距離を隔てて立設せしめられると共に、それら接続ピンの先端側部位が前記外側層内に埋入されて、それら外側層と内側層とが該接続ピンによって接続せしめられている請求項１に記載の複合ソリッドタイヤ。
3. 前記周溝の２条が、前記内側層の外周面上に周方向に互いに平行に延びるようにして形成されると共に、それら周溝間の前記内側層外周面部位に、前記複数本の接続ピンが周方向に配設されている請求項２に記載の複合ソリッドタイヤ。
4. 前記接続ピンが、１０〜３０ｍｍφに相当する断面直径を有していると共に、前記内側層及び前記外側層に、それぞれ、１０〜３０ｍｍの長さにおいて突入せしめられている請求項２または請求項３に記載の複合ソリッドタイヤ。
5. 前記周溝が、矩形の横断面形状を有している請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載の複合ソリッドタイヤ。
6. 前記内側層が、摩耗したソリッドラバータイヤにおける摩耗残にて与えられる所定厚さのラバー層である請求項１乃至請求項５の何れか一つに記載の複合ソリッドタイヤ。
   

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