非空気式タイヤ
【課題】緩衝性および軽量化を向上したパンクレスの非空気式タイヤを提供する。
【解決手段】タイヤ本体部１１およびタイヤ本体部１１に一部または全部を囲まれたタイヤベース部１２を有し、タイヤベース部１２が発泡体である。タイヤベース部１２は、リム底部からリムフランジ部、さらにリムフランジ部よりもタイヤ径外側まで存在する。リムフランジ部よりもタイヤ径外側のタイヤの断面積において、タイヤベース部１２の面積はタイヤ全体の面積の0.1〜0.5である。さらに、リムフランジ部よりもタイヤ径内側のタイヤの断面積において、タイヤベース部１２の面積はタイヤ１０全体の面積の0.2〜0.8倍である。タイヤベース部１２の発泡体の発泡倍率は20〜400％である。組み付けリム１５のリム幅に対して、拘束力を発生しない状態でのタイヤ組み付け幅が１０３〜１３４％であり、本発明の非空気式タイヤ１０は、射出成形法を用いて作製される。
【解決手段】タイヤ本体部１１およびタイヤ本体部１１に一部または全部を囲まれたタイヤベース部１２を有し、タイヤベース部１２が発泡体である。タイヤベース部１２は、リム底部からリムフランジ部、さらにリムフランジ部よりもタイヤ径外側まで存在する。リムフランジ部よりもタイヤ径外側のタイヤの断面積において、タイヤベース部１２の面積はタイヤ全体の面積の0.1〜0.5である。さらに、リムフランジ部よりもタイヤ径内側のタイヤの断面積において、タイヤベース部１２の面積はタイヤ１０全体の面積の0.2〜0.8倍である。タイヤベース部１２の発泡体の発泡倍率は20〜400％である。組み付けリム１５のリム幅に対して、拘束力を発生しない状態でのタイヤ組み付け幅が１０３〜１３４％であり、本発明の非空気式タイヤ１０は、射出成形法を用いて作製される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非空気式タイヤの構造に関するもので、特に、自転車、車椅子、ゴルフカートなどの軽車両用の非空気式タイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車用、車椅子用、ゴルフカートなどの軽車両用タイヤは空気式タイヤが主に使用されているが、近年、特にパンクレスなどの利点があることから非空気式タイヤが提案され一部実用化がされてきている。
【０００３】
この非空気式タイヤは、通常、所謂ソリッドタイヤであり、図８は、従来の環状（チューブ状）の非空気式タイヤの断面構造の一例を示す図である。図８に示す非空気式タイヤ２０１は、タイヤ本体２０２およびそれを組み付けたリム２０５からなる。図８(a)において、タイヤ本体２０２はゴム材等から成る中実構造の環状体から構成されている。タイヤ本体２０２の両側面には溝部２０３がタイヤ一周にわたり形成される。タイヤ本体２０２の溝部２０３がリム２０５のフランジ凸部２０６に嵌合し、タイヤ本体２０２とリム２０５が固定されている。また、タイヤの接地面には必要に応じて、トレッド溝２０４が設けられる。ここで使用される材料は、天然ゴム、スチレンーブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）などの通常のゴムを使用するものである。図示していないが、リム２０５はタイヤを嵌めている車輪であるホイールと一体となっており、ホイールはリム２０５、スポーク、ハブ等から構成されている。
【０００４】
また、パンクしないタイヤ（パンクレスタイヤ）として、図８(b)に示すようなソリッドタイヤ本体２０２の一部２０７を中空構造にして、全体の軽量化と衝撃吸収効果を得るようにした自転車用、車椅子用、自動車用などの非空気式タイヤも提案されている。（特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１８４６８６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図８は、従来使用されている非発泡層の通常のゴムを使用した単層のソリッドタイヤを示す図である。図８（ａ）に示すソリッドタイヤは、タイヤ全体が天然ゴム、スチレンーブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）などの通常のゴムで作製されているため、クッション性ないしは緩衝性に劣り乗り心地が良くなく、軽量化という観点でも問題がある。さらに、タイヤ本体２０２がフリーの状態におけるタイヤ幅とリム２０５のリム幅とのサイズがほぼ同程度であるため、タイヤ本体２０２をリム２０５に組み付けたときにリム外れが生じやすい。すなわち耐リム外れ性に劣る。
【０００７】
緩衝性および軽量化を解決するために、図８(b)に示すように、タイヤ本体２０２の内部に中空部分（空洞）２０７を設けることが提案されている。タイヤ幅をリム幅と同程度（タイヤ幅≒リム幅）にした空洞入りソリッドタイヤで空洞２０７がリムフランジ部分の位置（一点鎖線２０８で示す）より上部に存在する場合（図８(b)に示す場合）、緩衝性および軽量化は改善されるものの耐リム外れ性は良くならない。すなわち、図８(c)に示すように、据え切りや旋回時にリム外れが発生する可能性がある。
【０００８】
タイヤ幅をリム幅より大きく（タイヤ幅＞リム幅）した空洞入りソリッドタイヤでも空洞２０７がリムフランジ部分の位置（一点鎖線２０８で示す）よりタイヤ径方向外側に存在しタイヤ径方向内側に存在しない場合は、やはり緩衝性および軽量化は改善されるものの、ソリッドタイヤをリムに組み付けた後においてソリッドタイヤからリムを押しつける反力が小さいため、耐リム外れ性は良くならない。しかもこの場合、リム２０５に組み付ける部分がリム幅より広すぎる（すなわち、不変領域が多い）とリム組み付けが不可能となり、狭すぎると反力効果が小さくなり耐リム外れ性が良くならない。
【０００９】
タイヤ幅をリム幅より大きく（タイヤ幅＞リム幅）した空洞入りソリッドタイヤで空洞２０７がリムフランジ部分の位置（一点鎖線２０８で示す）よりタイヤ径方向内側に存在する場合は、リムに組み付けるタイヤ本体は圧縮されてリムに組み付けられるため、反力が大きくなり耐リム外れ性は改良される。しかし、地面への接地側に空洞がなく弾力性が小さいため緩衝性は悪くなる。タイヤ幅をリム幅より広く（タイヤ幅＞リム幅）した空洞入りソリッドタイヤで空洞２０７がリムフランジ部分の位置（一点鎖線２０８で示す）よりタイヤ径方向内側にもタイヤ径方向外側にも２箇所に存在する場合は、緩衝性も軽量化も耐リム外れ性も改善されるが、上下に存在する中空部分により、タイヤ本体内部で大きな剛性差が発生し屈曲点が生じるため、耐屈曲疲労性の点で不利となる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、以上の問題を解決するために、タイヤ本体の内部から底部に発泡層からなるベース部を設ける。具体的には本発明の非空気式タイヤは下記（１）〜（５）の特徴を有する。
（１）本発明は、タイヤ本体部および前記タイヤ本体部に一部または全部を囲まれたタイヤベース部を有する非空気式タイヤにおいて、タイヤの踏面側はタイヤ本体部であり、タイヤベース部が発泡体であることを特徴とする非空気式タイヤである。
（２）本発明は、タイヤベース部は、リム底部からリムフランジ部、さらにリムフランジ部よりもタイヤ径方向外側まで存在することを特徴とする非空気式タイヤである。また、リムフランジ部よりもタイヤ径方向外側のタイヤの断面積において、タイヤベース部の面積はタイヤ全体の面積の0.1〜0.5倍である。さらに、リムフランジ部よりもタイヤ径内側のタイヤの断面積において、タイヤベース部の面積はタイヤ全体の面積の0.2〜0.8倍である。タイヤベース部の発泡体の発泡倍率は20〜400％である。
【００１１】
（３）本発明は、タイヤ本体部および／またはタイヤベース部の少なくとも一部は、少なくともカルボニル含有基及び含窒素複素環を有する水素結合性架橋部位を含有する側鎖もしくはその水素結合性架橋部位と共有結合性架橋部位とを併有する側鎖を有する熱可逆架橋エラストマー組成物であることを特徴とする非空気式タイヤである。ここで、前記熱可逆架橋エラストマー組成物が、マレイン酸変性オレフィン系エラストマー、含窒素複素環化合物、オレフィン系樹脂、スチレン系エラストマー、パラフィンオイルを含み、含窒素複素環化合物は、含窒素複素環多官能アルコールであり、および／または前記オレフィン系樹脂がポリプロピレンであり、および／または前記スチレン系エラストマーは水添スチレン・イソプレン・ブタジエンブロック共重合体である。
【００１２】
（４）本発明の非空気式タイヤは、軽車両用タイヤに使用され、組み付けリムのリム幅に対して、拘束力を発生しない状態でのタイヤ組み付け幅が１０３〜１３４％である。
（５）タイヤ本体部およびタイヤベース部を有する本発明の非空気式タイヤは、インジェクション（射出）成形法を用いて作製されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
タイヤ本体部に一部または全部を囲まれたタイヤベース部が発泡体であるため、タイヤの軽量化を実現でき、クッション性乃至は緩衝性が向上するので、本発明のタイヤを用いた自転車や車イス等の軽車両の乗り心地が良くなる。リムに組み付けるとき、タイヤ本体部を外側から締め付けるとタイヤベース部が圧縮するので、リムにタイヤを容易に組み付けることができる。リムにタイヤを組み付けた後は、タイヤベース部が元に戻ろうとする反力でリムを内側から外側へ押しつける。この結果、リムとタイヤの結合力が強固になり、耐リム外れ性が向上する。また、タイヤベース部を構成する発泡体は均一発泡するので、変曲点は無い。これにより、耐屈曲疲労性の悪化も引き起こす事が無いので、タイヤ寿命の低下を防ぐ事もできる。さらに、本発明は、熱可逆架橋エラストマー組成物を使用するので、加温により架橋を外すことが可能である。その結果、このエラストマーは物性を低下させずに繰り返し使用することができるので、エラストマー部分を回収すれば、マテリアルリサイクルが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の非空気式タイヤの構造を示す図である。
【図２】図２は、本発明の非空気式タイヤにおけるタイヤ本体部とタイヤベース部の位置関係を示す図である。
【図３】図３は、タイヤ１０をリム１５に組み付ける方法を模式的に説明する図である。
【図４】図４は、本発明の発泡層からなるタイヤベース部およびそのベース部の一部または全部を囲むタイヤ本体部を有するタイヤをインジェクション成形法により作製する方法を示す図である。
【図５】図５は、本発明の発泡層からなるタイヤベース部およびそのベース部の一部または全部を囲むタイヤ本体部を有するタイヤをインジェクション成形法により作製する方法を示す図である。
【図６】図６は、本発明の発泡層からなるタイヤベース部１２およびタイヤ本体部１１を有するタイヤ１０の別の形状を示す図である。
【図７】図７は、ピッカーバック型の２色押出機を用いて押出し物を作成する例を示す図である。
【図８】図８は、従来使用されている非発泡層の通常のゴムを使用した単層のソリッドタイヤを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明はパンクレスタイヤとしての非空気式タイヤの構造に関するものである。本発明のタイヤは、タイヤ径方向外側のタイヤ本体部のタイヤ径方向内側に発泡層からなるタイヤベース部を有する。図１は、本発明のタイヤの構造を示す図である。図１は、リムに組み付けられる前における環状のタイヤ１０の断面を示す図である。タイヤ１０は、タイヤ本体部１１のタイヤ径方向内側に発泡層からなるタイヤベース部１２が存在する。図１に示すタイヤベース部１２はリム側底部Ｂ側に露出しているが、露出せずにタイヤベース部が完全にタイヤ本体部１１に覆われていても良い。（図６に記載）タイヤ本体部１１における地面等への接地面Ａ側にはトレッドパターン（溝）１４が形成されている。また、タイヤ本体部１１にはリムフランジに嵌合するリム嵌合溝１３が形成されている。このように本発明の非空気式タイヤ１０は、タイヤ本体部およびタイヤ本体部に一部または全部を囲まれたタイヤベース部を有する非空気式タイヤであり、タイヤの踏面側はタイヤ本体部であり、タイヤベース部が発泡体であることを特徴とする。
【００１６】
図２は、本発明の非空気式タイヤ１０におけるタイヤ本体部１１とタイヤベース部１２の位置関係を示す図である。図２（ａ）はリム１５に組み付けられる前における環状のタイヤの断面を示す図で、図２（ｂ）はタイヤ１０を組み付けるリム１５を示す図である。タイヤベース部１２は、リム側底部Ｂ側に露出していて、タイヤベース部１２は、リム１５のリムフランジ１６と嵌合するタイヤ本体部１１のリム嵌合溝１３の上端（直線Ｒで示す）よりもタイヤ径方向外側にも存在する。すなわち、リム１５のリムフランジ１６と嵌合するタイヤ本体部１１のリム嵌合溝１３の上端Ｒからリム側底部Ｂの下端との距離をｈ1、タイヤベース部１２の上端とリム嵌合溝１３の上端Ｒとの距離をｈ2、タイヤベース部１２の上端とリム側底部Ｂ（の最下端）との距離をｈ3としたとき、ｈ3＞ｈ1、ｈ2＞0であり、ｈ3＝ｈ1＋ｈ2である。タイヤの高さｈ4は、接地面Ａ側の最上端とリム側底部Ｂ（の最下端）との距離であるが、当然ｈ4＞ｈ3である。また、接地面Ａ側の最上端とタイヤベース部１２の上端との距離をｈ5とする。当然h5＝h4−h3である。
【００１７】
タイヤ本体部１１およびタイヤベース部１２は、横方向に関してはほぼ左右対称に形成される。すなわち、タイヤ（の構造）はほぼ左右対称である。タイヤの中央線Ｏに対してリム嵌合溝１３の上端Ｒより下部におけるタイヤ本体部１１の左右幅をＷ1、Ｗ2とすれば、Ｗ1＝Ｗ2である。また、タイヤの中央線Ｏに対してリム嵌合溝１３の上端Ｒより下部におけるタイヤベース部１２の左右幅をＷ4、Ｗ5とすれば、Ｗ4＝Ｗ5である。タイヤ本体部１１のリム嵌合溝１３の上端Ｒより下部におけるタイヤ本体部１１の幅をＷ3、タイヤベース部１２の幅をＷ6とすれば、当然Ｗ3＝Ｗ1＋Ｗ2、Ｗ6＝Ｗ4＋Ｗ5である。
【００１８】
図２（ｂ）はタイヤ１０を組み付けるリム１５を示す図である。リム上部はフランジ１６になっていて、タイヤ本体部１１のリム嵌合溝１３と嵌合する。タイヤ本体部１１の幅Ｗ3を有する部分が嵌合するリム１５の部分の内側幅をＷ7としたとき、Ｗ7≦Ｗ3となる必要がある。何故ならＷ7＞Ｗ3となるとタイヤ１０をリム１５に組み付けたとき、隙間が生じタイヤ１０がリム１５から外れる危険性が高くなる。本発明においては、組み付けリムのリム幅Ｗ７に対して、拘束力を発生しない状態でのタイヤ組み付け幅Ｗ３が１０３〜１３４％である事を特徴とする。すなわち、1.03Ｗ7≦Ｗ3≦1.34Ｗ7である。
【００１９】
尚、リム側底部Ｂ（の最下端）からの距離ｈに関して、タイヤ本体部１１のリム嵌合溝１３の上端Ｒより下側部分における任意の位置において1.03Ｗ7≦Ｗ3≦1.34Ｗ7が成り立つ。Ｗ3＜1.03Ｗ7では、タイヤ１０をリム１５に組み付けたときのリム１５を押しつけるタイヤ１０の反力が弱く、タイヤ１０がリム１５から外れやすくなる。リム１５とタイヤ１０との結合力を増大させるために、リム１５とタイヤ１０との間に接合テープや接着層を挟んでも良い。接合テープや接着層が存在する場合は、タイヤ組み付け幅Ｗ３の部分には接合テープの厚みや接着層の厚さも含む。すなわち、接合テープの厚みや接着層の厚さをｔとしたとき、1.03Ｗ7≦Ｗ3＋２ｔ≦1.34Ｗ7となる。尚、リム１５とタイヤ１０との嵌合力をさらに高めるにはＷ3あるいはＷ3＋２ｔを１１０％以上とすることが望ましい。
【００２０】
タイヤ幅Ｗ3はリム幅Ｗ7より大きいので、このままではタイヤ１０をリム１５に組み付けることができない。しかし、本発明はタイヤベース部１２が発泡層で形成されているので、タイヤベース部は弾力性および圧縮性に優れる。図３は、タイヤ１０をリム１５に組み付ける方法を模式的に説明する図である。本発明のタイヤ１０は、タイヤベース部１２を内側層にしてその外側にタイヤ本体部１１を有するので、図３に示すように、タイヤ本体部１１のリム嵌合溝１３の上端Ｒより下側部分において、タイヤ本体部１１の左右から力Ｐ１をかけると、発泡層からなるベース部１２が圧縮されてタイヤ幅Ｗ3をリム幅Ｗ7より小さくすることができる。実際には、リムフランジ幅より小さくしてリム１５に（図３（ａ）に示すＶ方向へ）挿入する。
【００２１】
リム１５のリムフランジ１６にタイヤ本体部１１のリム嵌合溝１３を合わせて力Ｐ１を取り除くと、タイヤ１０が元の状態に戻ろうとして、タイヤ１０の反力によりリム１５を押しつけてタイヤ１０がリム１５に固定される。特に力Ｐ１による発泡層の変形が大きいので、発泡層からなるベース部１２からの復元力（反力）Ｐ２がタイヤ本体部１１を外側に押して、さらにタイヤ本体部１１が反力Ｐ3でリム１５を押しつけることにより、タイヤ１０がリム１５に固定される。更に、リム１５とタイヤ１０との接触部分に接着テープや接着層を介在することにより、リム１５とタイヤ１０との結合力が増大するので、リム１５とタイヤ１０とはより強固に固定される。
【００２２】
タイヤ本体部１１は、通常のソリッドタイヤに使用される天然ゴム、スチレンーブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）などの通常のゴムで作製されているため、ほとんど圧縮変形はしない。従って、タイヤ１０がタイヤ本体部だけで構成されている場合は、1.03Ｗ7≦Ｗ3となっているときは充分な圧縮変形ができないので、挿入が困難である。仮に挿入できても、その場合は変形率が小さく反力も弱いので、タイヤ１０はリム１５から外れやすくなる。
【００２３】
図２において、タイヤ本体部１１のリム嵌合溝１３の上端Ｒより上側部分について、タイヤベース部１２の領域が大きすぎるとタイヤ本体部１１の強度が小さくなり、軽車両用タイヤとして使用したときにタイヤ１０にかかる重量によって、タイヤ１０の変形度合が大きくなる。従って好適には、ｈ2は、0.1≦h2／（h2＋h5）≦0.7の範囲にあることが望ましい。ｈ5は、タイヤ１０の接地面Ａの上端からタイヤベース部１２の上端までの距離で、h5＝h4−h3である。0.1未満では緩衝性が弱く乗り心地が悪くなるし軽量化も達成できなくなる。0.7超では上述のようにタイヤ１０が変形しすぎて接地面が増大し、転がり抵抗が悪化する。
【００２４】
タイヤ１０におけるタイヤ本体部１１およびタイヤベース部１２の面積から規定することもできる。タイヤ本体部１１のリム嵌合溝１３の上端Ｒより上側部分におけるタイヤ本体部の面積（図２で示すタイヤの断面における）をS1、タイヤベース部の面積をS3、タイヤ１０の面積をS５（S5＝S1＋S3）とすれば、タイヤベース部の面積S3は、好適には0.1≦S3／S5≦0.5である。
【００２５】
また、タイヤ本体部１１のリム嵌合溝１３の上端Ｒより下側部分においても、タイヤベース部１２の領域が大きすぎるとタイヤ本体部１１の強度が小さくなる。タイヤベース部w4は、0.2≦w4／w1≦0.8を満たすことが望ましい。同様に、タイヤベース部w5は、0.2≦w5／w2≦0.8を満たすことが望ましい。タイヤベース部１２およびタイヤ１０は、タイヤ中心線Ｏに対してほぼ対称であるから、タイヤベース部w6は、0.2≦w6／w3≦0.8を満たすことが望ましい。これらの値が0.2未満の場合にはタイヤ下部の変形が小さくリムへの組み付けが難しくなるとともに、タイヤの軽量化も達成できなくなる。これらの値が0.8超の場合にはタイヤ下部の強度が小さくなり好ましくない。タイヤ１０におけるタイヤ本体部１１およびタイヤベース部１２の面積から規定することもできる。タイヤ本体部１１のリム嵌合溝１３の上端Ｒより下側部分におけるタイヤ本体部の面積（図２で示すタイヤの断面における）をS2、タイヤベース部の面積をS4、タイヤ１０の面積をS6（S6＝S2＋S4）とすれば、タイヤベース部の面積S4は、好適には0.1≦S4／S6≦0.5である。
【００２６】
本発明の発泡材料からなるタイヤベース部およびその少なくとも一部を囲むタイヤ本体部を有する非空気式タイヤは、発泡材料の使用により緩衝性、軽量化、耐リム外れ性、耐屈曲疲労性等の優れた特徴を有するので、軽荷重下での低速走行などが通常である自転車用、車椅子用、ゴルフカート用、リヤカー用など、各種の軽車両用のパンクレスタイヤとして使用することができる。本発明の非空気式タイヤにおいて、上述の使用目的や使用環境に合わせて、上述したようにタイヤベース部のサイズを適宜選択し、緩衝性、軽量化、耐リム外れ性、耐屈曲疲労性等の特性を適宜設定できる。この結果、使用者にとって最適な安全性と運転性能等を有する非空気式タイヤを提供することができる。
【００２７】
図４および図５は、本発明の発泡層からなるタイヤベース部およびそのベース部の一部または全部を囲むタイヤ本体部を有するタイヤをインジェクション成形により作製する方法を示す図である。図４（ａ）はインジェクション成形法でタイヤを作製するときに用いる金型を示す図であり、環状の金型の断面を示している。図４（ａ）は、タイヤ本体部を作製する金型を示す。タイヤ外形形状（タイヤ本体部形状）とほぼ同形の空洞を金型３２で形成し、タイヤベース部とほぼ同形の金型３３を入れることにより、タイヤ本体部とほぼ同形の空洞部３４を作製する。この空洞部３４へゴム材料を射出する。その際、適度な加圧・加熱処理等を行ない、図４（ｂ）に示すように、タイヤ本体部３５を作製できる。
【００２８】
次に、タイヤベース部とほぼ同形の金型３３を抜くと、図５（ａ）に示すように、タイヤ本体部３５の内側に空間３６が形成される。次に、図５（ｂ）に示すように、金型３２に合わせてこの空間３６に型３７を入れ、タイヤベース部の形状を有する空洞部３８を形成する。次に、図５（ｃ）に示すように、この空洞部３８に発泡材料を射出して、適度な加圧・加熱処理等を行ない、発泡層からなるタイヤベース部３９を作製する。金型３２および金型３７を取り外すことにより、タイヤベース部３９およびそれを取り囲むタイヤ本体部３５の2層構造からなるタイヤ１０を作製することができる。タイヤ本体部３５をタイヤベース部３９より先に作製することにより、タイヤ本体部３５の形状を確保することができる。尚、タイヤ本体部３５を作製した後に、金型３３以外に外金型３２も外して、再度別の金型で型合わせをしても良い。
【００２９】
空洞部３４および３８は環状に連続した構造になっているので、インジェクション成形法により形成されたタイヤ１０も環状に連続した接ぎ目のない、すなわち融着部のないタイヤとなる。射出する注入口や余分な発生ガスおよび余分な注入物を出す抽出口などを最適な部分に形成することにより均質なタイヤを形成できる。このようにインジェクション成形法は融着工程を必要とせず、また接続部分もないため、接続部への応力集中がないので、信頼性の高い長寿命のタイヤを作製できる。また、発泡層からなるベース部とゴム層からなるタイヤ本体部間に空洞等の欠陥を抑えることができ、かつこれらの層の密着性も非常に優れているため、これらの2層が分離しにくく長寿命のタイヤを実現できる。また、寸法精度も高いため品質が安定した製品を量産することが可能となる。
【００３０】
インジェクション成形法を用いてタイヤ本体部とタイヤベース部を別々に作製し、タイヤベース部をタイヤ本体部の空間部に押し込んで非空気式タイヤを作製することもできる。特にタイヤベース部の一部が外側に露出している図１〜図５に示すようなタイヤの場合には作製も簡単である。このときタイヤベース部は発泡して体積が増大しているので、タイヤベース部を圧縮して押し込む。また、タイヤベース部とタイヤ本体部の間に、接着剤や接着テープを用いて接着層を形成すればタイヤベース部とタイヤ本体部の結合も強力になる。
【００３１】
本発明のタイヤ１０は押出法を用いても作製できる。たとえば、図７に示したピッカーバック型の２色押出機を用いて、タイヤ本体部１１およびタイヤベース部１２のような２種類の異なるゴム層の２色押出ができる。図７に示す押出機は、２つの押出機３−１および３−２を有するピッカーバック型の２色押出機である。図７において、２７はプレフォームダイ、２８は口金を示す。また、押出機３（３−１、３−２）の口金２８の手前、或いはプレフォームダイがある場合はプレフォームダイ２７の手前にギヤポンプを設置することで、吐出量の精度を向上させることができて好ましい。
【００３２】
１つの押出機（３−１）でタイヤ本体部におけるソリッドタイヤに使用されるゴム用材料（たとえば、後述するTHCラバー）等を投入し、他方の押出機（３−２）にはタイヤベース部用の発泡剤（たとえば、熱膨張性中空弾性体微小球、無機発泡剤（炭酸水素ナトリウム、炭酸アンモニウム等）、ニトロソ系発泡剤、アゾ系発泡剤、スルホニルヒドラジド系発泡剤など）を含むゴム用材料（たとえば、後述するTHCラバー）等を投入し、プレフォームダイ２７および口金２８を通して、種々の形状を有するタイヤベース部およびその外側を構成するタイヤ本体部を一体物（押出成形品１）として押出成形する。この押出成形物１は細長い円柱状物であるから、一定長さに切断してリング状にまるめて両端部を融着接合してタイヤ１０とする。押出法は金型を必要とせず製造方法が簡単なため設備コストを低く押さえることができる。また、精密な金型は不要なため設計変更が容易で種々の形状のタイヤベース部やタイヤ本体部を簡単に作製できるという利点もある。
【００３３】
図６は、本発明の発泡層からなるタイヤベース部１２およびタイヤ本体部１１を有するタイヤ１０の別の形状を示す図である。図６（ａ）はタイヤ本体部１１に完全に囲まれているタイヤベース部１２を示す図である。図６（ａ）においては、タイヤベース部１２は略楕円形状をしていて、タイヤ本体部１１のリム嵌合溝１３の上端Ｒより上部および下部の両方の領域に存在するが、リム側底部Ｂ側には露出せず、リム側底部Ｂ側にはタイヤ本体部１１が存在する。この場合でもh2は、好適には0.1≦｛h2／(h4−h3)｝≦0.7の範囲にあることが望ましい。或いは、S3は、好適には0.1≦S3／S5≦0.5である。また、タイヤベース部の面積S4は、好適には0.1≦S4／S6≦0.5である。
【００３４】
図６（ｂ）は、図１〜図５に示すものと同様に、タイヤベース部１２は、タイヤ本体部１１のリム嵌合溝１３の上端Ｒより上部および下部の両方の領域に連続して存在するとともに、リム側底部Ｂ側に露出している。ただし、タイヤベース部１２の上部の幅は下部の幅よりも広く、略円形形状をしている。図６（ｂ）の場合は、図２において示した関係と同じ関係式を満足する。すなわち、h2は、好適には0.1≦｛h2／(h4−h3)｝≦0.7の範囲にあることが望ましい。或いは、S3は、好適には0.1≦S3／S5≦0.5である。また、タイヤベース部w4は、0.2≦w4／w1≦0.8を満たすことが望ましい。同様に、タイヤベース部w5は、0.2≦w5／w2≦0.8を満たすことが望ましい。タイヤベース部１２およびタイヤ１０は、タイヤ中心線Ｏに対してほぼ対称であるから、タイヤベース部w6は、0.2≦w6／w3≦0.8を満たすことが望ましい。また、タイヤベース部の面積S3は、好適には0.1≦S3／S5≦0.5である。タイヤベース部の面積S4は、好適には0.1≦S4／S6≦0.5である。
【００３５】
タイヤベース部の発泡材料の発泡倍率は２０〜４００％、好適には５０〜２００％が望ましい。ここで発泡倍率Ｑは、発泡前の発泡材料の比重をＤ0、発泡後の発泡材料の比重をＤ1としたとき、Ｑ＝｛（Ｄ0／Ｄ1）−１｝＊１００（％）で示される。２０％未満の場合緩衝効果が乏しく、４００％より大きい場合、破壊強度や耐摩耗性などの物性が低下し、リムとの接触面が摩滅して、リムとタイヤとの嵌合力が低下する。
【００３６】
本発明の非空気式タイヤのタイヤ本体部はエラストマー組成物であり、このエラストマー組成物として、非空気式タイヤの少なくとも一部において、水素結合を用いた熱可逆架橋エラストマー組成物であるＴＨＣラバー（Thermoreversible Hydrogen-bond Crosslinking Rubber）を用いることが好ましい。これにより、タイヤのリサイクル性を向上させることが可能となる。また、本発明の非空気式タイヤのタイヤベース部もＴＨＣラバーを用いることができる。すなわち、ＴＨＣラバーの作製材料に発泡剤（たとえば、低沸点炭化水素膨張剤を封入した熱膨張性マイクロカプセル（たとえば、松本油脂性のマツモトマイクロスフェアーＦシリーズ））を添加してＴＨＣラバーを発泡させる。
【００３７】
熱可逆架橋エラストマー組成物を含む樹脂やエラストマー組成物は、加温することで軟化し、容易に伸ばすことが可能なため、タイヤのリムへの脱着作業が簡単になる。そして、熱可逆架橋エラストマー組成物が樹脂やエラストマー組成物全体に占める割合は、必要に応じて決めることができる。また、熱可逆架橋エラストマー組成物は、溶融することが可能で、かつ、物性を低下させずに繰り返して使用することができる為、マテリアルリサイクルが可能である。
【００３８】
熱可逆架橋エラストマー組成物としては、カルボニル基・ヒドロキシ基・オキシ基・エポキシ基・フェニル基など種々の官能基またはこれらの官能基か含窒素複素環を含む架橋部位、或いはこれらを側鎖として含有することができるが、少なくともカルボニル含有基及び含窒素複素環を有する水素結合性架橋部位を含有する側鎖もしくはその水素結合性架橋部位と共有結合性架橋部位とを併有する側鎖を有する熱可逆架橋エラストマー組成物であることが、熱可逆架橋性を良好に発揮する上で好ましい。
【００３９】
カルボニル含有基及び含窒素複素環を有する水素結合性架橋部位は、カルボニル含有基が有するカルボニル基と、含窒素複素環が有するアミノ基とが水素結合を形成する。含窒素複素環は、架橋剤として含窒素複素環含有化合物を加えることにより配合してもよい。水素結合性架橋部位を構成するカルボニル化合物としては、例えば、カルボニル基、カルボキシル基、アミド基、エステル基、イミド基が挙げられる。
【００４０】
熱可逆架橋エラストマー組成物は、マレイン酸変性オレフィン系エラストマー、含窒素複素環化合物、オレフィン系樹脂、スチレン系エラストマー、パラフィンオイルを含むものであることが好ましい。このように熱可逆架橋エラストマー組成物を構成することにより、良好な物性を持つとともに、高流動性で成形性が良好になる。
【００４１】
熱可逆架橋エラストマー組成物の好ましい組成は、マレイン酸変性オレフィン系エラストマー１００重量部に対し、含窒素複素環化合物を０．１〜３重量部、オレフィン系樹脂を５０〜１５０重量部、スチレン系エラストマーを２０〜８０重量部、パラフィンオイルを５０〜１５０重量部配合するのがよい。また、ここにおいて、含窒素複素環化合物は、含窒素複素環多官能アルコールであり、前記オレフィン系樹脂がポリプロピレンであり、前記スチレン系エラストマーが水添スチレン・イソプレン・ブタジエンブロック共重合体であることが好ましい。
【００４２】
熱可逆架橋エラストマー組成物をタイヤに使用すると、環状に成形することが簡単であり、また、熱を加えることで架橋が外れるため、タイヤの成形性に加え、マテリアルリサイクルも容易である。すなわち、熱可逆架橋エラストマー組成物は、加温により架橋を外すことが可能であるため、このエラストマー部分を回収すれば、物性低下のない材料として、再度使用することができる。
【００４３】
尚、本発明はソリッドタイヤに通常使用されるゴム材料からなるタイヤ本体部と発泡材料からなるタイヤベース部の２層構造を有する非空気式タイヤであるが、これら以外に他の異なる層を含んでも良い。たとえば、地面等に接するトレッド部をさらに強化するために補強用コード等を含む強化ゴム層を付加することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の非空気式タイヤは、軽荷重下での低速走行などが通常である自転車用、車椅子用、ゴルフカート用、リヤカー用など、各種の軽車両用の非空気式タイヤとして使用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１・・・押出成形品、
３（３−１、３−２）・・・押出機
１０・・・（非空気式）タイヤ
１１・・・タイヤ本体部、
１２・・・タイヤベース部、
１３・・・リム嵌合溝、
１４・・・トレッドパターン
１５・・・リム
１６・・・リムフランジ
２７・・・プレフォームダイ、
２８・・・口金、
３２・・・金型、
３３・・・金型、
３４・・・空洞部、
３５・・・タイヤ本体部、
３６・・・空間、
３７・・・金型、
３９・・・タイヤベース部
２０４・・・トレッド溝、
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非空気式タイヤの構造に関するもので、特に、自転車、車椅子、ゴルフカートなどの軽車両用の非空気式タイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車用、車椅子用、ゴルフカートなどの軽車両用タイヤは空気式タイヤが主に使用されているが、近年、特にパンクレスなどの利点があることから非空気式タイヤが提案され一部実用化がされてきている。
【０００３】
この非空気式タイヤは、通常、所謂ソリッドタイヤであり、図８は、従来の環状（チューブ状）の非空気式タイヤの断面構造の一例を示す図である。図８に示す非空気式タイヤ２０１は、タイヤ本体２０２およびそれを組み付けたリム２０５からなる。図８(a)において、タイヤ本体２０２はゴム材等から成る中実構造の環状体から構成されている。タイヤ本体２０２の両側面には溝部２０３がタイヤ一周にわたり形成される。タイヤ本体２０２の溝部２０３がリム２０５のフランジ凸部２０６に嵌合し、タイヤ本体２０２とリム２０５が固定されている。また、タイヤの接地面には必要に応じて、トレッド溝２０４が設けられる。ここで使用される材料は、天然ゴム、スチレンーブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）などの通常のゴムを使用するものである。図示していないが、リム２０５はタイヤを嵌めている車輪であるホイールと一体となっており、ホイールはリム２０５、スポーク、ハブ等から構成されている。
【０００４】
また、パンクしないタイヤ（パンクレスタイヤ）として、図８(b)に示すようなソリッドタイヤ本体２０２の一部２０７を中空構造にして、全体の軽量化と衝撃吸収効果を得るようにした自転車用、車椅子用、自動車用などの非空気式タイヤも提案されている。（特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１８４６８６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図８は、従来使用されている非発泡層の通常のゴムを使用した単層のソリッドタイヤを示す図である。図８（ａ）に示すソリッドタイヤは、タイヤ全体が天然ゴム、スチレンーブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）などの通常のゴムで作製されているため、クッション性ないしは緩衝性に劣り乗り心地が良くなく、軽量化という観点でも問題がある。さらに、タイヤ本体２０２がフリーの状態におけるタイヤ幅とリム２０５のリム幅とのサイズがほぼ同程度であるため、タイヤ本体２０２をリム２０５に組み付けたときにリム外れが生じやすい。すなわち耐リム外れ性に劣る。
【０００７】
緩衝性および軽量化を解決するために、図８(b)に示すように、タイヤ本体２０２の内部に中空部分（空洞）２０７を設けることが提案されている。タイヤ幅をリム幅と同程度（タイヤ幅≒リム幅）にした空洞入りソリッドタイヤで空洞２０７がリムフランジ部分の位置（一点鎖線２０８で示す）より上部に存在する場合（図８(b)に示す場合）、緩衝性および軽量化は改善されるものの耐リム外れ性は良くならない。すなわち、図８(c)に示すように、据え切りや旋回時にリム外れが発生する可能性がある。
【０００８】
タイヤ幅をリム幅より大きく（タイヤ幅＞リム幅）した空洞入りソリッドタイヤでも空洞２０７がリムフランジ部分の位置（一点鎖線２０８で示す）よりタイヤ径方向外側に存在しタイヤ径方向内側に存在しない場合は、やはり緩衝性および軽量化は改善されるものの、ソリッドタイヤをリムに組み付けた後においてソリッドタイヤからリムを押しつける反力が小さいため、耐リム外れ性は良くならない。しかもこの場合、リム２０５に組み付ける部分がリム幅より広すぎる（すなわち、不変領域が多い）とリム組み付けが不可能となり、狭すぎると反力効果が小さくなり耐リム外れ性が良くならない。
【０００９】
タイヤ幅をリム幅より大きく（タイヤ幅＞リム幅）した空洞入りソリッドタイヤで空洞２０７がリムフランジ部分の位置（一点鎖線２０８で示す）よりタイヤ径方向内側に存在する場合は、リムに組み付けるタイヤ本体は圧縮されてリムに組み付けられるため、反力が大きくなり耐リム外れ性は改良される。しかし、地面への接地側に空洞がなく弾力性が小さいため緩衝性は悪くなる。タイヤ幅をリム幅より広く（タイヤ幅＞リム幅）した空洞入りソリッドタイヤで空洞２０７がリムフランジ部分の位置（一点鎖線２０８で示す）よりタイヤ径方向内側にもタイヤ径方向外側にも２箇所に存在する場合は、緩衝性も軽量化も耐リム外れ性も改善されるが、上下に存在する中空部分により、タイヤ本体内部で大きな剛性差が発生し屈曲点が生じるため、耐屈曲疲労性の点で不利となる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、以上の問題を解決するために、タイヤ本体の内部から底部に発泡層からなるベース部を設ける。具体的には本発明の非空気式タイヤは下記（１）〜（５）の特徴を有する。
（１）本発明は、タイヤ本体部および前記タイヤ本体部に一部または全部を囲まれたタイヤベース部を有する非空気式タイヤにおいて、タイヤの踏面側はタイヤ本体部であり、タイヤベース部が発泡体であることを特徴とする非空気式タイヤである。
（２）本発明は、タイヤベース部は、リム底部からリムフランジ部、さらにリムフランジ部よりもタイヤ径方向外側まで存在することを特徴とする非空気式タイヤである。また、リムフランジ部よりもタイヤ径方向外側のタイヤの断面積において、タイヤベース部の面積はタイヤ全体の面積の0.1〜0.5倍である。さらに、リムフランジ部よりもタイヤ径内側のタイヤの断面積において、タイヤベース部の面積はタイヤ全体の面積の0.2〜0.8倍である。タイヤベース部の発泡体の発泡倍率は20〜400％である。
【００１１】
（３）本発明は、タイヤ本体部および／またはタイヤベース部の少なくとも一部は、少なくともカルボニル含有基及び含窒素複素環を有する水素結合性架橋部位を含有する側鎖もしくはその水素結合性架橋部位と共有結合性架橋部位とを併有する側鎖を有する熱可逆架橋エラストマー組成物であることを特徴とする非空気式タイヤである。ここで、前記熱可逆架橋エラストマー組成物が、マレイン酸変性オレフィン系エラストマー、含窒素複素環化合物、オレフィン系樹脂、スチレン系エラストマー、パラフィンオイルを含み、含窒素複素環化合物は、含窒素複素環多官能アルコールであり、および／または前記オレフィン系樹脂がポリプロピレンであり、および／または前記スチレン系エラストマーは水添スチレン・イソプレン・ブタジエンブロック共重合体である。
【００１２】
（４）本発明の非空気式タイヤは、軽車両用タイヤに使用され、組み付けリムのリム幅に対して、拘束力を発生しない状態でのタイヤ組み付け幅が１０３〜１３４％である。
（５）タイヤ本体部およびタイヤベース部を有する本発明の非空気式タイヤは、インジェクション（射出）成形法を用いて作製されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
タイヤ本体部に一部または全部を囲まれたタイヤベース部が発泡体であるため、タイヤの軽量化を実現でき、クッション性乃至は緩衝性が向上するので、本発明のタイヤを用いた自転車や車イス等の軽車両の乗り心地が良くなる。リムに組み付けるとき、タイヤ本体部を外側から締め付けるとタイヤベース部が圧縮するので、リムにタイヤを容易に組み付けることができる。リムにタイヤを組み付けた後は、タイヤベース部が元に戻ろうとする反力でリムを内側から外側へ押しつける。この結果、リムとタイヤの結合力が強固になり、耐リム外れ性が向上する。また、タイヤベース部を構成する発泡体は均一発泡するので、変曲点は無い。これにより、耐屈曲疲労性の悪化も引き起こす事が無いので、タイヤ寿命の低下を防ぐ事もできる。さらに、本発明は、熱可逆架橋エラストマー組成物を使用するので、加温により架橋を外すことが可能である。その結果、このエラストマーは物性を低下させずに繰り返し使用することができるので、エラストマー部分を回収すれば、マテリアルリサイクルが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の非空気式タイヤの構造を示す図である。
【図２】図２は、本発明の非空気式タイヤにおけるタイヤ本体部とタイヤベース部の位置関係を示す図である。
【図３】図３は、タイヤ１０をリム１５に組み付ける方法を模式的に説明する図である。
【図４】図４は、本発明の発泡層からなるタイヤベース部およびそのベース部の一部または全部を囲むタイヤ本体部を有するタイヤをインジェクション成形法により作製する方法を示す図である。
【図５】図５は、本発明の発泡層からなるタイヤベース部およびそのベース部の一部または全部を囲むタイヤ本体部を有するタイヤをインジェクション成形法により作製する方法を示す図である。
【図６】図６は、本発明の発泡層からなるタイヤベース部１２およびタイヤ本体部１１を有するタイヤ１０の別の形状を示す図である。
【図７】図７は、ピッカーバック型の２色押出機を用いて押出し物を作成する例を示す図である。
【図８】図８は、従来使用されている非発泡層の通常のゴムを使用した単層のソリッドタイヤを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明はパンクレスタイヤとしての非空気式タイヤの構造に関するものである。本発明のタイヤは、タイヤ径方向外側のタイヤ本体部のタイヤ径方向内側に発泡層からなるタイヤベース部を有する。図１は、本発明のタイヤの構造を示す図である。図１は、リムに組み付けられる前における環状のタイヤ１０の断面を示す図である。タイヤ１０は、タイヤ本体部１１のタイヤ径方向内側に発泡層からなるタイヤベース部１２が存在する。図１に示すタイヤベース部１２はリム側底部Ｂ側に露出しているが、露出せずにタイヤベース部が完全にタイヤ本体部１１に覆われていても良い。（図６に記載）タイヤ本体部１１における地面等への接地面Ａ側にはトレッドパターン（溝）１４が形成されている。また、タイヤ本体部１１にはリムフランジに嵌合するリム嵌合溝１３が形成されている。このように本発明の非空気式タイヤ１０は、タイヤ本体部およびタイヤ本体部に一部または全部を囲まれたタイヤベース部を有する非空気式タイヤであり、タイヤの踏面側はタイヤ本体部であり、タイヤベース部が発泡体であることを特徴とする。
【００１６】
図２は、本発明の非空気式タイヤ１０におけるタイヤ本体部１１とタイヤベース部１２の位置関係を示す図である。図２（ａ）はリム１５に組み付けられる前における環状のタイヤの断面を示す図で、図２（ｂ）はタイヤ１０を組み付けるリム１５を示す図である。タイヤベース部１２は、リム側底部Ｂ側に露出していて、タイヤベース部１２は、リム１５のリムフランジ１６と嵌合するタイヤ本体部１１のリム嵌合溝１３の上端（直線Ｒで示す）よりもタイヤ径方向外側にも存在する。すなわち、リム１５のリムフランジ１６と嵌合するタイヤ本体部１１のリム嵌合溝１３の上端Ｒからリム側底部Ｂの下端との距離をｈ1、タイヤベース部１２の上端とリム嵌合溝１３の上端Ｒとの距離をｈ2、タイヤベース部１２の上端とリム側底部Ｂ（の最下端）との距離をｈ3としたとき、ｈ3＞ｈ1、ｈ2＞0であり、ｈ3＝ｈ1＋ｈ2である。タイヤの高さｈ4は、接地面Ａ側の最上端とリム側底部Ｂ（の最下端）との距離であるが、当然ｈ4＞ｈ3である。また、接地面Ａ側の最上端とタイヤベース部１２の上端との距離をｈ5とする。当然h5＝h4−h3である。
【００１７】
タイヤ本体部１１およびタイヤベース部１２は、横方向に関してはほぼ左右対称に形成される。すなわち、タイヤ（の構造）はほぼ左右対称である。タイヤの中央線Ｏに対してリム嵌合溝１３の上端Ｒより下部におけるタイヤ本体部１１の左右幅をＷ1、Ｗ2とすれば、Ｗ1＝Ｗ2である。また、タイヤの中央線Ｏに対してリム嵌合溝１３の上端Ｒより下部におけるタイヤベース部１２の左右幅をＷ4、Ｗ5とすれば、Ｗ4＝Ｗ5である。タイヤ本体部１１のリム嵌合溝１３の上端Ｒより下部におけるタイヤ本体部１１の幅をＷ3、タイヤベース部１２の幅をＷ6とすれば、当然Ｗ3＝Ｗ1＋Ｗ2、Ｗ6＝Ｗ4＋Ｗ5である。
【００１８】
図２（ｂ）はタイヤ１０を組み付けるリム１５を示す図である。リム上部はフランジ１６になっていて、タイヤ本体部１１のリム嵌合溝１３と嵌合する。タイヤ本体部１１の幅Ｗ3を有する部分が嵌合するリム１５の部分の内側幅をＷ7としたとき、Ｗ7≦Ｗ3となる必要がある。何故ならＷ7＞Ｗ3となるとタイヤ１０をリム１５に組み付けたとき、隙間が生じタイヤ１０がリム１５から外れる危険性が高くなる。本発明においては、組み付けリムのリム幅Ｗ７に対して、拘束力を発生しない状態でのタイヤ組み付け幅Ｗ３が１０３〜１３４％である事を特徴とする。すなわち、1.03Ｗ7≦Ｗ3≦1.34Ｗ7である。
【００１９】
尚、リム側底部Ｂ（の最下端）からの距離ｈに関して、タイヤ本体部１１のリム嵌合溝１３の上端Ｒより下側部分における任意の位置において1.03Ｗ7≦Ｗ3≦1.34Ｗ7が成り立つ。Ｗ3＜1.03Ｗ7では、タイヤ１０をリム１５に組み付けたときのリム１５を押しつけるタイヤ１０の反力が弱く、タイヤ１０がリム１５から外れやすくなる。リム１５とタイヤ１０との結合力を増大させるために、リム１５とタイヤ１０との間に接合テープや接着層を挟んでも良い。接合テープや接着層が存在する場合は、タイヤ組み付け幅Ｗ３の部分には接合テープの厚みや接着層の厚さも含む。すなわち、接合テープの厚みや接着層の厚さをｔとしたとき、1.03Ｗ7≦Ｗ3＋２ｔ≦1.34Ｗ7となる。尚、リム１５とタイヤ１０との嵌合力をさらに高めるにはＷ3あるいはＷ3＋２ｔを１１０％以上とすることが望ましい。
【００２０】
タイヤ幅Ｗ3はリム幅Ｗ7より大きいので、このままではタイヤ１０をリム１５に組み付けることができない。しかし、本発明はタイヤベース部１２が発泡層で形成されているので、タイヤベース部は弾力性および圧縮性に優れる。図３は、タイヤ１０をリム１５に組み付ける方法を模式的に説明する図である。本発明のタイヤ１０は、タイヤベース部１２を内側層にしてその外側にタイヤ本体部１１を有するので、図３に示すように、タイヤ本体部１１のリム嵌合溝１３の上端Ｒより下側部分において、タイヤ本体部１１の左右から力Ｐ１をかけると、発泡層からなるベース部１２が圧縮されてタイヤ幅Ｗ3をリム幅Ｗ7より小さくすることができる。実際には、リムフランジ幅より小さくしてリム１５に（図３（ａ）に示すＶ方向へ）挿入する。
【００２１】
リム１５のリムフランジ１６にタイヤ本体部１１のリム嵌合溝１３を合わせて力Ｐ１を取り除くと、タイヤ１０が元の状態に戻ろうとして、タイヤ１０の反力によりリム１５を押しつけてタイヤ１０がリム１５に固定される。特に力Ｐ１による発泡層の変形が大きいので、発泡層からなるベース部１２からの復元力（反力）Ｐ２がタイヤ本体部１１を外側に押して、さらにタイヤ本体部１１が反力Ｐ3でリム１５を押しつけることにより、タイヤ１０がリム１５に固定される。更に、リム１５とタイヤ１０との接触部分に接着テープや接着層を介在することにより、リム１５とタイヤ１０との結合力が増大するので、リム１５とタイヤ１０とはより強固に固定される。
【００２２】
タイヤ本体部１１は、通常のソリッドタイヤに使用される天然ゴム、スチレンーブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）などの通常のゴムで作製されているため、ほとんど圧縮変形はしない。従って、タイヤ１０がタイヤ本体部だけで構成されている場合は、1.03Ｗ7≦Ｗ3となっているときは充分な圧縮変形ができないので、挿入が困難である。仮に挿入できても、その場合は変形率が小さく反力も弱いので、タイヤ１０はリム１５から外れやすくなる。
【００２３】
図２において、タイヤ本体部１１のリム嵌合溝１３の上端Ｒより上側部分について、タイヤベース部１２の領域が大きすぎるとタイヤ本体部１１の強度が小さくなり、軽車両用タイヤとして使用したときにタイヤ１０にかかる重量によって、タイヤ１０の変形度合が大きくなる。従って好適には、ｈ2は、0.1≦h2／（h2＋h5）≦0.7の範囲にあることが望ましい。ｈ5は、タイヤ１０の接地面Ａの上端からタイヤベース部１２の上端までの距離で、h5＝h4−h3である。0.1未満では緩衝性が弱く乗り心地が悪くなるし軽量化も達成できなくなる。0.7超では上述のようにタイヤ１０が変形しすぎて接地面が増大し、転がり抵抗が悪化する。
【００２４】
タイヤ１０におけるタイヤ本体部１１およびタイヤベース部１２の面積から規定することもできる。タイヤ本体部１１のリム嵌合溝１３の上端Ｒより上側部分におけるタイヤ本体部の面積（図２で示すタイヤの断面における）をS1、タイヤベース部の面積をS3、タイヤ１０の面積をS５（S5＝S1＋S3）とすれば、タイヤベース部の面積S3は、好適には0.1≦S3／S5≦0.5である。
【００２５】
また、タイヤ本体部１１のリム嵌合溝１３の上端Ｒより下側部分においても、タイヤベース部１２の領域が大きすぎるとタイヤ本体部１１の強度が小さくなる。タイヤベース部w4は、0.2≦w4／w1≦0.8を満たすことが望ましい。同様に、タイヤベース部w5は、0.2≦w5／w2≦0.8を満たすことが望ましい。タイヤベース部１２およびタイヤ１０は、タイヤ中心線Ｏに対してほぼ対称であるから、タイヤベース部w6は、0.2≦w6／w3≦0.8を満たすことが望ましい。これらの値が0.2未満の場合にはタイヤ下部の変形が小さくリムへの組み付けが難しくなるとともに、タイヤの軽量化も達成できなくなる。これらの値が0.8超の場合にはタイヤ下部の強度が小さくなり好ましくない。タイヤ１０におけるタイヤ本体部１１およびタイヤベース部１２の面積から規定することもできる。タイヤ本体部１１のリム嵌合溝１３の上端Ｒより下側部分におけるタイヤ本体部の面積（図２で示すタイヤの断面における）をS2、タイヤベース部の面積をS4、タイヤ１０の面積をS6（S6＝S2＋S4）とすれば、タイヤベース部の面積S4は、好適には0.1≦S4／S6≦0.5である。
【００２６】
本発明の発泡材料からなるタイヤベース部およびその少なくとも一部を囲むタイヤ本体部を有する非空気式タイヤは、発泡材料の使用により緩衝性、軽量化、耐リム外れ性、耐屈曲疲労性等の優れた特徴を有するので、軽荷重下での低速走行などが通常である自転車用、車椅子用、ゴルフカート用、リヤカー用など、各種の軽車両用のパンクレスタイヤとして使用することができる。本発明の非空気式タイヤにおいて、上述の使用目的や使用環境に合わせて、上述したようにタイヤベース部のサイズを適宜選択し、緩衝性、軽量化、耐リム外れ性、耐屈曲疲労性等の特性を適宜設定できる。この結果、使用者にとって最適な安全性と運転性能等を有する非空気式タイヤを提供することができる。
【００２７】
図４および図５は、本発明の発泡層からなるタイヤベース部およびそのベース部の一部または全部を囲むタイヤ本体部を有するタイヤをインジェクション成形により作製する方法を示す図である。図４（ａ）はインジェクション成形法でタイヤを作製するときに用いる金型を示す図であり、環状の金型の断面を示している。図４（ａ）は、タイヤ本体部を作製する金型を示す。タイヤ外形形状（タイヤ本体部形状）とほぼ同形の空洞を金型３２で形成し、タイヤベース部とほぼ同形の金型３３を入れることにより、タイヤ本体部とほぼ同形の空洞部３４を作製する。この空洞部３４へゴム材料を射出する。その際、適度な加圧・加熱処理等を行ない、図４（ｂ）に示すように、タイヤ本体部３５を作製できる。
【００２８】
次に、タイヤベース部とほぼ同形の金型３３を抜くと、図５（ａ）に示すように、タイヤ本体部３５の内側に空間３６が形成される。次に、図５（ｂ）に示すように、金型３２に合わせてこの空間３６に型３７を入れ、タイヤベース部の形状を有する空洞部３８を形成する。次に、図５（ｃ）に示すように、この空洞部３８に発泡材料を射出して、適度な加圧・加熱処理等を行ない、発泡層からなるタイヤベース部３９を作製する。金型３２および金型３７を取り外すことにより、タイヤベース部３９およびそれを取り囲むタイヤ本体部３５の2層構造からなるタイヤ１０を作製することができる。タイヤ本体部３５をタイヤベース部３９より先に作製することにより、タイヤ本体部３５の形状を確保することができる。尚、タイヤ本体部３５を作製した後に、金型３３以外に外金型３２も外して、再度別の金型で型合わせをしても良い。
【００２９】
空洞部３４および３８は環状に連続した構造になっているので、インジェクション成形法により形成されたタイヤ１０も環状に連続した接ぎ目のない、すなわち融着部のないタイヤとなる。射出する注入口や余分な発生ガスおよび余分な注入物を出す抽出口などを最適な部分に形成することにより均質なタイヤを形成できる。このようにインジェクション成形法は融着工程を必要とせず、また接続部分もないため、接続部への応力集中がないので、信頼性の高い長寿命のタイヤを作製できる。また、発泡層からなるベース部とゴム層からなるタイヤ本体部間に空洞等の欠陥を抑えることができ、かつこれらの層の密着性も非常に優れているため、これらの2層が分離しにくく長寿命のタイヤを実現できる。また、寸法精度も高いため品質が安定した製品を量産することが可能となる。
【００３０】
インジェクション成形法を用いてタイヤ本体部とタイヤベース部を別々に作製し、タイヤベース部をタイヤ本体部の空間部に押し込んで非空気式タイヤを作製することもできる。特にタイヤベース部の一部が外側に露出している図１〜図５に示すようなタイヤの場合には作製も簡単である。このときタイヤベース部は発泡して体積が増大しているので、タイヤベース部を圧縮して押し込む。また、タイヤベース部とタイヤ本体部の間に、接着剤や接着テープを用いて接着層を形成すればタイヤベース部とタイヤ本体部の結合も強力になる。
【００３１】
本発明のタイヤ１０は押出法を用いても作製できる。たとえば、図７に示したピッカーバック型の２色押出機を用いて、タイヤ本体部１１およびタイヤベース部１２のような２種類の異なるゴム層の２色押出ができる。図７に示す押出機は、２つの押出機３−１および３−２を有するピッカーバック型の２色押出機である。図７において、２７はプレフォームダイ、２８は口金を示す。また、押出機３（３−１、３−２）の口金２８の手前、或いはプレフォームダイがある場合はプレフォームダイ２７の手前にギヤポンプを設置することで、吐出量の精度を向上させることができて好ましい。
【００３２】
１つの押出機（３−１）でタイヤ本体部におけるソリッドタイヤに使用されるゴム用材料（たとえば、後述するTHCラバー）等を投入し、他方の押出機（３−２）にはタイヤベース部用の発泡剤（たとえば、熱膨張性中空弾性体微小球、無機発泡剤（炭酸水素ナトリウム、炭酸アンモニウム等）、ニトロソ系発泡剤、アゾ系発泡剤、スルホニルヒドラジド系発泡剤など）を含むゴム用材料（たとえば、後述するTHCラバー）等を投入し、プレフォームダイ２７および口金２８を通して、種々の形状を有するタイヤベース部およびその外側を構成するタイヤ本体部を一体物（押出成形品１）として押出成形する。この押出成形物１は細長い円柱状物であるから、一定長さに切断してリング状にまるめて両端部を融着接合してタイヤ１０とする。押出法は金型を必要とせず製造方法が簡単なため設備コストを低く押さえることができる。また、精密な金型は不要なため設計変更が容易で種々の形状のタイヤベース部やタイヤ本体部を簡単に作製できるという利点もある。
【００３３】
図６は、本発明の発泡層からなるタイヤベース部１２およびタイヤ本体部１１を有するタイヤ１０の別の形状を示す図である。図６（ａ）はタイヤ本体部１１に完全に囲まれているタイヤベース部１２を示す図である。図６（ａ）においては、タイヤベース部１２は略楕円形状をしていて、タイヤ本体部１１のリム嵌合溝１３の上端Ｒより上部および下部の両方の領域に存在するが、リム側底部Ｂ側には露出せず、リム側底部Ｂ側にはタイヤ本体部１１が存在する。この場合でもh2は、好適には0.1≦｛h2／(h4−h3)｝≦0.7の範囲にあることが望ましい。或いは、S3は、好適には0.1≦S3／S5≦0.5である。また、タイヤベース部の面積S4は、好適には0.1≦S4／S6≦0.5である。
【００３４】
図６（ｂ）は、図１〜図５に示すものと同様に、タイヤベース部１２は、タイヤ本体部１１のリム嵌合溝１３の上端Ｒより上部および下部の両方の領域に連続して存在するとともに、リム側底部Ｂ側に露出している。ただし、タイヤベース部１２の上部の幅は下部の幅よりも広く、略円形形状をしている。図６（ｂ）の場合は、図２において示した関係と同じ関係式を満足する。すなわち、h2は、好適には0.1≦｛h2／(h4−h3)｝≦0.7の範囲にあることが望ましい。或いは、S3は、好適には0.1≦S3／S5≦0.5である。また、タイヤベース部w4は、0.2≦w4／w1≦0.8を満たすことが望ましい。同様に、タイヤベース部w5は、0.2≦w5／w2≦0.8を満たすことが望ましい。タイヤベース部１２およびタイヤ１０は、タイヤ中心線Ｏに対してほぼ対称であるから、タイヤベース部w6は、0.2≦w6／w3≦0.8を満たすことが望ましい。また、タイヤベース部の面積S3は、好適には0.1≦S3／S5≦0.5である。タイヤベース部の面積S4は、好適には0.1≦S4／S6≦0.5である。
【００３５】
タイヤベース部の発泡材料の発泡倍率は２０〜４００％、好適には５０〜２００％が望ましい。ここで発泡倍率Ｑは、発泡前の発泡材料の比重をＤ0、発泡後の発泡材料の比重をＤ1としたとき、Ｑ＝｛（Ｄ0／Ｄ1）−１｝＊１００（％）で示される。２０％未満の場合緩衝効果が乏しく、４００％より大きい場合、破壊強度や耐摩耗性などの物性が低下し、リムとの接触面が摩滅して、リムとタイヤとの嵌合力が低下する。
【００３６】
本発明の非空気式タイヤのタイヤ本体部はエラストマー組成物であり、このエラストマー組成物として、非空気式タイヤの少なくとも一部において、水素結合を用いた熱可逆架橋エラストマー組成物であるＴＨＣラバー（Thermoreversible Hydrogen-bond Crosslinking Rubber）を用いることが好ましい。これにより、タイヤのリサイクル性を向上させることが可能となる。また、本発明の非空気式タイヤのタイヤベース部もＴＨＣラバーを用いることができる。すなわち、ＴＨＣラバーの作製材料に発泡剤（たとえば、低沸点炭化水素膨張剤を封入した熱膨張性マイクロカプセル（たとえば、松本油脂性のマツモトマイクロスフェアーＦシリーズ））を添加してＴＨＣラバーを発泡させる。
【００３７】
熱可逆架橋エラストマー組成物を含む樹脂やエラストマー組成物は、加温することで軟化し、容易に伸ばすことが可能なため、タイヤのリムへの脱着作業が簡単になる。そして、熱可逆架橋エラストマー組成物が樹脂やエラストマー組成物全体に占める割合は、必要に応じて決めることができる。また、熱可逆架橋エラストマー組成物は、溶融することが可能で、かつ、物性を低下させずに繰り返して使用することができる為、マテリアルリサイクルが可能である。
【００３８】
熱可逆架橋エラストマー組成物としては、カルボニル基・ヒドロキシ基・オキシ基・エポキシ基・フェニル基など種々の官能基またはこれらの官能基か含窒素複素環を含む架橋部位、或いはこれらを側鎖として含有することができるが、少なくともカルボニル含有基及び含窒素複素環を有する水素結合性架橋部位を含有する側鎖もしくはその水素結合性架橋部位と共有結合性架橋部位とを併有する側鎖を有する熱可逆架橋エラストマー組成物であることが、熱可逆架橋性を良好に発揮する上で好ましい。
【００３９】
カルボニル含有基及び含窒素複素環を有する水素結合性架橋部位は、カルボニル含有基が有するカルボニル基と、含窒素複素環が有するアミノ基とが水素結合を形成する。含窒素複素環は、架橋剤として含窒素複素環含有化合物を加えることにより配合してもよい。水素結合性架橋部位を構成するカルボニル化合物としては、例えば、カルボニル基、カルボキシル基、アミド基、エステル基、イミド基が挙げられる。
【００４０】
熱可逆架橋エラストマー組成物は、マレイン酸変性オレフィン系エラストマー、含窒素複素環化合物、オレフィン系樹脂、スチレン系エラストマー、パラフィンオイルを含むものであることが好ましい。このように熱可逆架橋エラストマー組成物を構成することにより、良好な物性を持つとともに、高流動性で成形性が良好になる。
【００４１】
熱可逆架橋エラストマー組成物の好ましい組成は、マレイン酸変性オレフィン系エラストマー１００重量部に対し、含窒素複素環化合物を０．１〜３重量部、オレフィン系樹脂を５０〜１５０重量部、スチレン系エラストマーを２０〜８０重量部、パラフィンオイルを５０〜１５０重量部配合するのがよい。また、ここにおいて、含窒素複素環化合物は、含窒素複素環多官能アルコールであり、前記オレフィン系樹脂がポリプロピレンであり、前記スチレン系エラストマーが水添スチレン・イソプレン・ブタジエンブロック共重合体であることが好ましい。
【００４２】
熱可逆架橋エラストマー組成物をタイヤに使用すると、環状に成形することが簡単であり、また、熱を加えることで架橋が外れるため、タイヤの成形性に加え、マテリアルリサイクルも容易である。すなわち、熱可逆架橋エラストマー組成物は、加温により架橋を外すことが可能であるため、このエラストマー部分を回収すれば、物性低下のない材料として、再度使用することができる。
【００４３】
尚、本発明はソリッドタイヤに通常使用されるゴム材料からなるタイヤ本体部と発泡材料からなるタイヤベース部の２層構造を有する非空気式タイヤであるが、これら以外に他の異なる層を含んでも良い。たとえば、地面等に接するトレッド部をさらに強化するために補強用コード等を含む強化ゴム層を付加することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の非空気式タイヤは、軽荷重下での低速走行などが通常である自転車用、車椅子用、ゴルフカート用、リヤカー用など、各種の軽車両用の非空気式タイヤとして使用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１・・・押出成形品、
３（３−１、３−２）・・・押出機
１０・・・（非空気式）タイヤ
１１・・・タイヤ本体部、
１２・・・タイヤベース部、
１３・・・リム嵌合溝、
１４・・・トレッドパターン
１５・・・リム
１６・・・リムフランジ
２７・・・プレフォームダイ、
２８・・・口金、
３２・・・金型、
３３・・・金型、
３４・・・空洞部、
３５・・・タイヤ本体部、
３６・・・空間、
３７・・・金型、
３９・・・タイヤベース部
２０４・・・トレッド溝、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤ本体部および前記タイヤ本体部に一部または全部を囲まれたタイヤベース部を有する非空気式タイヤにおいて、タイヤの踏面側は前記タイヤ本体部であり、前記タイヤベース部が発泡体であることを特徴とする非空気式タイヤ。
【請求項２】
前記タイヤベース部は、リム底部からリムフランジ部よりもタイヤ径方向外側まで存在することを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の非空気式タイヤ。
【請求項３】
前記リムフランジ部よりもタイヤ径方向外側のタイヤの断面積において、前記タイヤベース部の面積はタイヤ全体の面積の0.1〜0.5倍であることを特徴とする、特許請求の範囲第２項に記載の非空気式タイヤ。
【請求項４】
前記リムフランジ部よりもタイヤ径方向内側のタイヤの断面積において、前記タイヤベース部の面積はタイヤ全体の面積の0.2〜0.8倍であることを特徴とする、特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれかの項に記載の非空気式タイヤ。
【請求項５】
前記タイヤベース部の発泡体の発泡倍率は20〜400％であることを特徴とする、特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれかの項に記載の非空気式タイヤ。
【請求項６】
前記タイヤ本体部および／またはタイヤベース部の少なくとも一部は、少なくともカルボニル含有基及び含窒素複素環を有する水素結合性架橋部位を含有する側鎖もしくはその水素結合性架橋部位と共有結合性架橋部位とを併有する側鎖を有する熱可逆架橋エラストマー組成物であることを特徴とする、特許請求の範囲第１項〜第５項のいずれかの項に記載の非空気式タイヤ。
【請求項７】
前記熱可逆架橋エラストマー組成物は、マレイン酸変性オレフィン系エラストマー、含窒素複素環化合物、オレフィン系樹脂、スチレン系エラストマー、パラフィンオイルを含むことを特徴とする、特許請求の範囲第６項に記載の非空気式タイヤ。
【請求項８】
前記含窒素複素環化合物は、含窒素複素環多官能アルコールであり、および／または前記オレフィン系樹脂がポリプロピレンであり、および／または前記スチレン系エラストマーは水添スチレン・イソプレン・ブタジエンブロック共重合体であることを特徴とする、特許請求の範囲第６項または第７項に記載の非空気式タイヤ。
【請求項９】
組み付けリムのリム幅に対して、拘束力を発生しない状態でのタイヤ組み付け幅が１０３〜１３４％である事を特徴とする、特許請求の範囲第１項〜第８項のいずれかの項に記載の非空気式タイヤ。
【請求項１０】
前記タイヤ本体部およびタイヤベース部はインジェクション成形法を用いて作製されることを特徴とする、特許請求の範囲第１項〜第９項のいずれかの項に記載の非空気式タイヤ。
【請求項１１】
軽車両用タイヤであることを特徴とする、特許請求の範囲第１項〜第１０項のいずれかの項に記載の非空気式タイヤ。
【請求項１】
タイヤ本体部および前記タイヤ本体部に一部または全部を囲まれたタイヤベース部を有する非空気式タイヤにおいて、タイヤの踏面側は前記タイヤ本体部であり、前記タイヤベース部が発泡体であることを特徴とする非空気式タイヤ。
【請求項２】
前記タイヤベース部は、リム底部からリムフランジ部よりもタイヤ径方向外側まで存在することを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の非空気式タイヤ。
【請求項３】
前記リムフランジ部よりもタイヤ径方向外側のタイヤの断面積において、前記タイヤベース部の面積はタイヤ全体の面積の0.1〜0.5倍であることを特徴とする、特許請求の範囲第２項に記載の非空気式タイヤ。
【請求項４】
前記リムフランジ部よりもタイヤ径方向内側のタイヤの断面積において、前記タイヤベース部の面積はタイヤ全体の面積の0.2〜0.8倍であることを特徴とする、特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれかの項に記載の非空気式タイヤ。
【請求項５】
前記タイヤベース部の発泡体の発泡倍率は20〜400％であることを特徴とする、特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれかの項に記載の非空気式タイヤ。
【請求項６】
前記タイヤ本体部および／またはタイヤベース部の少なくとも一部は、少なくともカルボニル含有基及び含窒素複素環を有する水素結合性架橋部位を含有する側鎖もしくはその水素結合性架橋部位と共有結合性架橋部位とを併有する側鎖を有する熱可逆架橋エラストマー組成物であることを特徴とする、特許請求の範囲第１項〜第５項のいずれかの項に記載の非空気式タイヤ。
【請求項７】
前記熱可逆架橋エラストマー組成物は、マレイン酸変性オレフィン系エラストマー、含窒素複素環化合物、オレフィン系樹脂、スチレン系エラストマー、パラフィンオイルを含むことを特徴とする、特許請求の範囲第６項に記載の非空気式タイヤ。
【請求項８】
前記含窒素複素環化合物は、含窒素複素環多官能アルコールであり、および／または前記オレフィン系樹脂がポリプロピレンであり、および／または前記スチレン系エラストマーは水添スチレン・イソプレン・ブタジエンブロック共重合体であることを特徴とする、特許請求の範囲第６項または第７項に記載の非空気式タイヤ。
【請求項９】
組み付けリムのリム幅に対して、拘束力を発生しない状態でのタイヤ組み付け幅が１０３〜１３４％である事を特徴とする、特許請求の範囲第１項〜第８項のいずれかの項に記載の非空気式タイヤ。
【請求項１０】
前記タイヤ本体部およびタイヤベース部はインジェクション成形法を用いて作製されることを特徴とする、特許請求の範囲第１項〜第９項のいずれかの項に記載の非空気式タイヤ。
【請求項１１】
軽車両用タイヤであることを特徴とする、特許請求の範囲第１項〜第１０項のいずれかの項に記載の非空気式タイヤ。
【図７】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２２４１３４（Ｐ２０１２−２２４１３４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９１６０３（Ｐ２０１１−９１６０３）
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【出願人】（０００００６７１４）横浜ゴム株式会社 (4,905)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【出願人】（０００００６７１４）横浜ゴム株式会社 (4,905)
【Ｆターム（参考）】
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