JP2019038121A - 空気入りタイヤの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インナーライナー部材に熱可塑性樹脂や熱可塑性エラストマーのフィルムを用いた場合におけるタイヤ成形時のフィルム剥がれを抑制する。【解決手段】実施形態に係る空気入りタイヤの製造方法では、親水基を持つ熱可塑性樹脂又は熱可塑性エラストマーのフィルムを作製し、前記フィルムに対して当該フィルムの水分率を高める前処理を行い、水分率を高めたフィルムをインナーライナー部材として用いてグリーンタイヤを作製し、グリーンタイヤを加硫成形する。【選択図】図２

Description

本発明は、空気入りタイヤの製造方法に関するものである。

空気入りタイヤの内面には、タイヤの空気圧を一定に保持するために空気透過抑制層としてインナーライナーが設けられている。かかるインナーライナーは、一般に、ブチルゴムやハロゲン化ブチルゴムなどの気体が透過しにくいゴム層で構成されているが、タイヤの軽量化のため、薄肉化が可能な樹脂製のフィルムの使用が検討されている。

しかしながら、インナーライナー部材として剛性の高い樹脂製のフィルムを用いると、タイヤ成形時にグリーンタイヤ（未加硫タイヤ）からインナーライナー部材が剥がれる、いわゆるフィルム剥がれの問題が生じる。これは、グリーンタイヤの成形時に、成形ドラム径に合わせて作製された円筒状のインナーライナー部材がグリーンタイヤ径まで拡張されるためであり、剛性の高い材料に大きな張力がかかったままになるためである。一般に、低空気透過性（即ち、ガスバリア性）に優れる材料ほど剛性が高いので、上記の成形上の問題からガスバリア性に優れる材料の使用が制限されてしまう。

ところで、特許文献１には、このような樹脂製フィルムをインナーライナー部材に用いた空気入りタイヤにおいて、当該フィルムが吸水することでガスバリア性が低下すること、そのためサイドウォール部に吸湿性充填剤を配合することが記載されている。また、特許文献２には、熱可塑性樹脂フィルムの加水分解や酸化劣化を抑制するために、タイヤ成形時にグリーンタイヤ内部に導入する熱媒体として水分率１０％以下の加熱気体を用いることが記載されている。これらの文献には、インナーライナー部材に樹脂製フィルムを用いた場合におけるフィルムと水との関係について言及されているが、タイヤ成形時におけるフィルムの水分率と成形性との関係については言及されていない。

特開２０１６−１９６２１９号公報 特開２００２−２８３８０８号公報

本発明の実施形態は、以上の点に鑑み、インナーライナー部材に熱可塑性樹脂や熱可塑性エラストマーのフィルムを用いた場合におけるタイヤ成形時のフィルム剥がれを抑制することができる空気入りタイヤの製造方法を提供することを目的とする。

実施形態に係る空気入りタイヤの製造方法は、親水基を持つ熱可塑性樹脂又は熱可塑性エラストマーのフィルムを作製すること、前記フィルムに対して当該フィルムの水分率を高める前処理を行うこと、水分率を高めた前記フィルムをインナーライナー部材として用いてグリーンタイヤを作製すること、及び、前記グリーンタイヤを加硫成形すること、を含むものである。

本実施形態によれば、インナーライナー部材として用いるフィルムの水分率を高めることにより、当該フィルムの応力を一時的に低下させることができ、その状態でグリーンタイヤを成形することにより、タイヤ成形時のフィルム剥がれを抑制することができる。

一実施形態に係る空気入りタイヤの断面図 一実施形態に係る空気入りタイヤの製造工程を説明するための模式図

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、一実施形態に係る空気入りタイヤ１の断面図である。図示するように、空気入りタイヤ１は、リム組みされる左右一対のビード部２，２と、該ビード部２からタイヤ径方向外側に延びる一対のサイドウォール部３，３と、該一対のサイドウォール部３，３間に設けられた路面に接地するトレッド部４とから構成される。前記一対のビード部２，２には、それぞれリング状のビードコア５が埋設されている。有機繊維コードを用いたカーカスプライ６が、ビードコア５，５の周りを折り返して係止されて、左右のビード部２，２間にトロイダル状に架け渡して設けられている。また、カーカスプライ６のトレッド部４における外周側には、スチールコードやアラミド繊維などの剛直なタイヤコードを用いた２枚の交差ベルトプライからなるベルト７が設けられている。

カーカスプライ６の内側にはタイヤ内面の全体にわたってインナーライナー８が設けられている。本実施形態では、インナーライナー８を形成するインナーライナー部材として、熱可塑性樹脂又は熱可塑性エラストマーからなる低空気透過性フィルムが用いられている。インナーライナー８は、図１中の拡大図に示すように、タイヤ内面側のゴム層であるカーカスプライ６の内面に貼り合わされている。

一実施形態に係る空気入りタイヤ１を製造するに際し、本実施形態では、インナーライナー８を形成するインナーライナー部材として、親水基を持つ熱可塑性樹脂又は熱可塑性エラストマーのフィルムを作製する。

親水基としては、例えば、アミド基、ヒドロキシル基、アミノ基、カルボキシル基などが挙げられる。

親水基を持つ熱可塑性樹脂としては、例えば、アミド基を持つものとして、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン４６、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン６／６６共重合体、ナイロン６／６６／６１０共重合体、ナイロンＭＸＤ６、ナイロン６Ｔ、ナイロン６／６Ｔ共重合体などの脂肪族ポリアミド樹脂（ナイロン樹脂）が挙げられる。また、ヒドロキシル基を持つものとして、エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などが挙げられる。これらはそれぞれ単独又は２種以上組み合わせて用いることができる。

親水基を持つ熱可塑性エラストマーとしては、上記の親水基を持つ熱可塑性樹脂とゴムをブレンドしてなる、熱可塑性樹脂を連続相（マトリックス相）としゴムを分散相（ドメイン相）とした構造のものを用いてもよい。また、熱可塑性の凍結相あるいは結晶相を形成するハードセグメント（硬質セグメント）とゴム弾性を示すソフトセグメント（軟質セグメント）とからなり、かつ親水基を持つブロック共重合体を用いてもよい。あるいはまた、このような親水基を持つブロック共重合体に対してゴムや樹脂をブレンドしたものも、親水基を持つ熱可塑性エラストマーとして用いることができる。親水基を持つブロック共重合体としては、例えば、ポリアミドをハードセグメントとするポリアミド系エラストマーが挙げられる。

また、親水基を持つ熱可塑性樹脂又はブロック共重合体とブレンドするゴムとしては、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）などのジエン系ゴム及びその水素添加ゴム； エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、マレイン酸変性エチレンプロピレンゴム、マレイン酸変性エチレンブチレンゴム、ブチルゴム（ＩＩＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）などのオレフィン系ゴム； ハロゲン化ブチルゴム（例えば、臭素化ブチルゴム（Ｂｒ−ＩＩＲ）、塩素化ブチルゴム（Ｃｌ−ＩＩＲ））、クロロプレンゴム（ＣＲ）、クロロスルホン化ポリエチレンなどの含ハロゲンゴム等が挙げられる。これらはいずれか１種を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。

一実施形態において、親水基を持つ熱可塑性樹脂又は熱可塑性エラストマーのフィルムとしては、脂肪族ポリアミド樹脂を含むフィルムであることが好ましい。より好ましくは、脂肪族ポリアミド樹脂を連続相としゴムを分散相とした構造を持つものである。

一実施形態において、親水基を持つ熱可塑性樹脂（例えば脂肪族ポリアミド樹脂）とゴムを架橋剤とともに溶融混練して動的架橋物を作製し、該動的架橋物から上記フィルムを作製してもよい。該溶融混練により、ゴムが動的架橋（ＴＰＶ）されて、熱可塑性樹脂を連続相とし、ゴムの架橋物を分散相とする動的架橋物が得られる。なお、架橋剤としては、例えば、硫黄等の加硫剤、加硫促進剤、フェノール系樹脂等を用いることができる。

上記熱可塑性樹脂や熱可塑性エラストマーには、充填剤や相溶化剤、接着剤、可塑剤などの各種添加剤を配合することができる。熱可塑性エラストマーを構成するゴムについても同様である。これらを混合する際には、例えば、二軸押出機、スクリュー押出機、ニーダー、バンバリーミキサーなどの各種混練機を用いて行うことができる。

上記フィルムの空気透過係数は、特に限定しないが、タイヤの軽量化効果を高めるために、８０℃での空気透過係数が５×１０^１３ｆｍ^２／Ｐａ・ｓ以下であることが好ましい。空気透過係数は、より好ましくは４×１０^１３ｆｍ^２／Ｐａ・ｓ以下である。下限は特に限定されないが、事実上は０．５×１０^１３ｆｍ^２／Ｐａ・ｓ以上である。

一実施形態において、上記フィルムは、熱可塑性樹脂又は熱可塑性エラストマーを用いたインフレーション成形により、図２（Ａ）に示すように円筒状に成形してもよい。すなわち、上述した親水基を持つ熱可塑性樹脂又は熱可塑性エラストマー（好ましくは動的架橋物）を溶融し、得られた溶融物を、リングダイなどのインフレーション用ダイを取り付けた押出機を用いて円筒状に押出成形することにより、インナーライナー部材としての円筒状フィルム１０を作製してもよい。なお、Ｔダイ押出法により成形されたフィルムを用いて、押出成形後にフィルムの端部を接合して円筒状にすることで、円筒状フィルムを作製してもよい。これらのフィルムには、タイヤ本体のゴム層に接着するための接着層は必ずしも設けなくてもよい。

上記フィルムの厚みは、特に限定されず、例えば０．０２〜１．０ｍｍでもよく、０．０５〜１．０ｍｍでもよく、０．０５〜０．５ｍｍでもよい。

上記のようにしてフィルムを作製した後、本実施形態では、該フィルムに対してその水分率を高める前処理を行う。

フィルムの水分率を高めることにより、当該フィルムの応力を一時的に低下させることができる。その理由は、これにより限定されることを意図するものではないが、次のように考えられる。すなわち、フィルムを構成するポリマーの親水基に水分子が水素結合し、更に水分子を周辺に引きつけ、水分子−水分子の水素結合を形成する。これらの水分子は親水基を中心に周辺のポリマー鎖の間隔を押し広げる。これにより、新たに親水基−親水基間の水素結合が切断されて水分子との水素結合が形成される。このようにポリマー鎖間での水素結合消失により運動性が増加するので、可塑化効果が発現し、応力が低下すると考えられる。

水分率を高める前処理方法としては、フィルムを水に浸けるなどして液体としての水を直接付与する方法でもよく、あるいはフィルムを加湿雰囲気に曝す方法でもよい。好ましくは、後者の方法であり、フィルム表面に水滴が残存する可能性を抑えることができる。すなわち、好ましい一実施形態において、前処理は、図２（Ｂ）に示すように、フィルム１０を加湿雰囲気中に置いて当該フィルム１０の水分率を高める処理である。具体的には、温度及び相対湿度が管理された加湿雰囲気を有する恒温恒湿槽又は恒温恒湿室内に、フィルムを所定時間入れて加湿雰囲気に曝す。

加湿条件は、フィルムの水分率を上昇できるように湿度が高められた雰囲気であれば特に限定されない。フィルムの成形後からグリーンタイヤ成形時までの通常の環境である標準条件に対して加湿された条件であればよく、例えば、温度：２０〜９５℃、相対湿度：６０〜９８％ＲＨ、処理時間：５〜４８時間からフィルムの水分率を上昇可能な条件を適宜設定すればよい。

一実施形態において、前処理ではフィルムの水分率を１．０質量％以上にすることが好ましい。フィルムの応力は水分率が高いほど低くなるので、タイヤの成形性の観点からは水分率をできるだけ高くすることが好ましく、水分率はより好ましくは１．０５質量％以上であり、１．１質量％以上でもよい。水分率の上限は、特に限定されないが、前処理時間が長すぎると生産性が損なわれるため、水分率は３．０質量％以下であることが好ましい。ここで、水分率はカールフィッシャー水分測定装置を用いて計測される値である。

一実施形態において、前処理ではフィルムの水分率を高めて当該フィルムの１０％引張応力を３．５ＭＰａ以下にすることが好ましい。１０％引張応力が３．５ＭＰａ以下であることにより、タイヤ成形時のフィルム剥がれをより確実に抑制することができる。１０％引張応力の下限は特に限定されず、例えば２．０ＭＰａ以上でもよい。ここで、１０％モジュラスは、ＪＩＳ Ｋ６２５１の引張試験に準じて測定される、２３℃での１０％伸び時における引張応力である（ダンベル状３号形で打ち抜き）。

上記のようにしてフィルムの水分率を調整した後、その高い水分率のまま、フィルムをインナーライナー部材として用いてグリーンタイヤを作製する。グリーンタイヤの成形方法自体は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。

例えば、図２（Ｃ）に示すように、一次成形ドラム１２の周りに、インナーライナー部材として円筒状のフィルム１０をセットし、その周りにカーカスプライ１４を巻き付け、カーカスプライ１４の幅方向両端部の外周面にビード部材１６を装着するとともに、サイドウォールゴム１８を所定位置に配設し、またビード部材１６を巻き込むようにカーカスプライ１４の両端部を折り返して、グリーンケース２０を作製する。次いで、図２（Ｄ）に示すようにグリーンケース２０を二次成形ドラム２２に移載して、シェーピングを行う。シェーピングは、グリーンケース２０の径方向外側に、円筒状のベルト２４とその外周面に積層されたトレッドゴム２６とからなるトレッドリング２８を配置しておき、二次成形ドラム２２の左右一対のドラム部２２Ａ，２２Ａを互いに近づく方向に移動させながら、グリーンケース２０内に気体等の流体を供給してグリーンケース２０をトロイド状に膨張させて（即ち、軸方向中央部を径方向外側に拡張させて）、トレッドリング２８に接合一体化させる。これにより、図２（Ｅ）に示すような断面形状を持つグリーンタイヤ３０を成形することができる。

得られたグリーンタイヤは、常法に従い、モールド内で加硫成形することにより、空気入りタイヤを製造することができる。

本実施形態によれば、インナーライナー部材として用いるフィルムの水分率を高めることにより、当該フィルムの応力を一時的に低下させることができ、グリーンタイヤの成形時にトロイド状に拡張されるフィルムに柔軟性を付与することができる。そのため、成形時におけるフィルム剥がれを抑制することができる。

グリーンタイヤの成形時に高められた水分率は、その後の加硫成形工程での熱により元の水分率の低い状態に戻る。上記フィルムのガスバリア性は水分率の増加により低下（即ち、悪化）するが、このように加硫成形後には水分率の低い状態に戻るので、ガスバリア性も元の高い状態に戻る。そのため、インナーライナー部材としてフィルムの材料自体は同じものでありながら（つまりガスバリア性は同じ性能を持たせつつ）、成形時に水分率を調整して一時的に柔軟化させることで成形性を向上することができる。

本実施形態に係る空気入りタイヤは、乗用車用空気入りタイヤに限定されるものではなく、トラックやバスなどの重荷重用タイヤを含む各種の自動車用タイヤにも適用することができ、また、自転車を含む二輪車用タイヤなど、各種の空気入りタイヤに適用することができる。

以下に、本発明を実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。

［実施例１〜３、比較例１〜８］
下記表１に示す配合（質量部）に従い、２軸混練機（プラスチック工学研究所製）にて溶融混練することにより動的架橋物のペレットを得た。

表１中の詳細は以下の通りである。

・ナイロン樹脂：ナイロン６／６６共重合体、ＤＳＭ社製「ノバミッド２０２０」
・ブチルゴム：エクソンモービルケミカル製「ＩＩＲ２６８」
・相溶化剤：エチレン−グリシジルメタクリレート共重合体、住友化学（株）製「ボンドファーストＢＦ−Ｅ」
・可塑剤：大八化学工業（株）製「ＤＯＳ」
・架橋剤：アルキルフェノール−ホルムアルデヒド樹脂、田岡化学工業（株）製「タッキロール２０１」
・接着剤：レゾルシン系ホルムアルデヒド縮合体、田岡化学工業（株）製「スミカノール６２０」

得られたペレットを、インフレーション成型機を用いて、厚み０．２ｍｍ、直径３６０ｍｍの円筒状フィルムに押出成形した。インフレーション成形時の成形温度は２４０℃である。

得られた円筒状フィルムについて、空気透過係数を測定した。また、円筒状フィルムに対して表１に示す通りの前処理を実施し、前処理後のフィルムの水分率を測定し、また、前処理したフィルムについて引張試験を実施して１０％引張応力を測定した。表１中の前処理の条件は以下の通りである。
・標準：加湿させない標準条件、即ち通常の物性測定条件に相当するものとして、円筒状フィルムを２０℃、５０％ＲＨの雰囲気下に１５時間放置した。
・乾燥：円筒状フィルムを７０℃のオーブンにて１５時間乾燥させた。
・加湿：加湿雰囲気に相当するものとして、円筒状フィルムを２５℃、８０％ＲＨに設定した恒温恒湿槽内に１５時間放置した。

空気透過係数、水分率及び１０％引張応力の測定方法は以下の通りである。

・空気透過係数：ＪＩＳ Ｋ７１２６−１「プラスチック−フィルム及びシート−ガス透過度試験方法−第１部：差圧法」に準じて、試験気体：空気、試験温度：８０℃にて、空気透過係数を測定し、比較例４の値を１００とした指数で表示した。指数が小さいほど、ガスバリア性に優れる。

・水分率：ＪＩＳ Ｋ７２５１ Ｂ 法（水分気化法）に準じて、カールフィッシャー水分計（Metrohm社製「852Titrando」）を用いて計測した。設定温度は１７０℃とし、サンプル量は０．５ｇとした。

・１０％引張応力：ＪＩＳ Ｋ６２５１の引張試験に準じて測定した。ダンベル形状は３号形（但し、厚みは２００μｍ）とし、測定温度２３℃において、５００ｍｍ／分の速度でフィルムの押出方向に引っ張った際の１０％伸びた状態の応力の中央値を求めた。この値が小さいほど、柔軟性に優れる。

前処理後に得られた円筒状フィルムをインナーライナー部材として用いて空気入りタイヤを作製した。その際、グリーンタイヤ成形後におけるフィルム（即ち、インナーライナー部材）の剥がれ状態を観察し、フィルム剥がれがなく良好なものを「○」、部分的にフィルム剥がれが発生したものを「△」、大部分でフィルム剥がれが発生したものを「×」と表示した。

結果は、表１に示す通りである。比較例４がコントロールであり、前処理を標準条件としてタイヤを成形したところ、水分率が０．６５質量％と低いため、１０％引張応力が３．９ＭＰａと高く、部分的にフィルム剥がれが発生した。比較例１では、成形性を考慮してフィルム材料中のゴム比率を高くしたところ、フィルム剥がれは改善されたが、ガスバリア性が悪化した。比較例２では、成形性を考慮してフィルム材料に可塑剤を添加したところ、同様に、フィルム剥がれは改善されたが、ガスバリア性が悪化した。

比較例３，４及び実施例１は、フィルムの材料が共通し、前処理条件を変更したものであり、標準条件の比較例４に対し、比較例３では乾燥により水分率が低くなって１０％引張応力が上昇し、成形性が悪化した。これに対し、加湿条件の実施例１では、水分率が上昇して１０％引張応力が低下し、フィルム剥がれが改善された。

比較例５，６及び実施例２は、フィルムの材料が共通し、前処理条件を変更したものである。比較例７，８及び実施例３は、フィルムの材料が共通し、前処理条件を変更したものである。これらは、比較例４に対して樹脂比率を高めたものである。標準条件の比較例６，８では、比較例４に対して、ガスバリア性は向上したが、１０％引張応力が高くなり、成形性が悪化した。比較例５，７では乾燥により更に１０％応力が高くなった。これに対し、加湿条件の実施例２，３では、樹脂比率増加によりガスバリア性が高いものでありながら、水分率の上昇により１０％引張応力が低下し、フィルム剥がれが改善された。

なお、比較例３及び実施例１の空気透過係数は、タイヤとしては比較例４と同じ値であるため、測定は省略している。同様に、比較例５及び実施例２は比較例６と、比較例７及び実施例３は比較例８と、タイヤとしての空気透過係数はそれぞれ同じ値である。

実施例１〜３及び比較例３〜８の結果により、フィルムに対して加湿条件の前処理を行うことにより、水分率を１．０質量％以上かつ１０％引張応力を３．９ＭＰａ以下に調整することができ、ガスバリア性を損なうことなく、フィルム剥がれを改善することができた。

このように本実施形態であると、加湿条件の前処理を行うことにより、フィルム材料の変更を伴うことなく、一時的に応力を下げて成形性を向上することができ、ガスバリア性と成形性を両立することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…空気入りタイヤ、８…インナーライナー、１０…円筒状フィルム、３０…グリーンタイヤ

Claims (7)

1. 親水基を持つ熱可塑性樹脂又は熱可塑性エラストマーのフィルムを作製すること、
   前記フィルムに対して当該フィルムの水分率を高める前処理を行うこと、
   水分率を高めた前記フィルムをインナーライナー部材として用いてグリーンタイヤを作製すること、及び、
   前記グリーンタイヤを加硫成形すること、
   を含む空気入りタイヤの製造方法。
2. 前記前処理は、前記フィルムを加湿雰囲気中に置いて当該フィルムの水分率を高める処理である、請求項１に記載の空気入りタイヤの製造方法。
3. 前記フィルムが脂肪族ポリアミド樹脂を含むフィルムである、請求項１又は２に記載の空気入りタイヤの製造方法。
4. 熱可塑性樹脂とゴムを架橋剤とともに混練して動的架橋物を作製し、前記動的架橋物から前記フィルムを作製する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気入りタイヤの製造方法。
5. 前記前処理において前記フィルムの水分率を１．０質量％以上にする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気入りタイヤの製造方法。
6. 前記前処理において前記フィルムの水分率を高めて当該フィルムの１０％引張応力を３．５ＭＰａ以下にする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の空気入りタイヤの製造方法。
7. 前記フィルムを、前記熱可塑性樹脂又は前記熱可塑性エラストマーを用いたインフレーション成形により円筒状に成形する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の空気入りタイヤの製造方法。

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