タイヤ製造

空気入りタイヤは、比較的標準化された工程と機械に従って、世界中の約455のタイヤ工場で製造されています。世界中で年間10億本以上のタイヤが製造されており、タイヤ業界は天然ゴムの主要消費者です。^{[1]タイヤ工場は、}合成ゴム（タイヤ業界の総ゴムの60％～70％ ） ^{[2] [3]}、カーボンブラック、化学薬品などのバルク原材料から始めて、組み立てられ硬化される多数の特殊部品を生産します。

タイヤは、ドラム上に組み立てられ、熱と圧力をかけられたプレス機で硬化される多数の部品の集合体です。熱によって重合反応が促進され、ゴムモノマーが架橋されて長い弾性分子が生成されます。

インナーライナーは、空気透過性が低い添加剤を配合したカレンダー加工された[4]ハロブチルゴムシートです^。 インナーライナーにより、インナーチューブなしでタイヤ内部に高圧空気が保持され、ゴム構造を通じた拡散が最小限に抑えられます。^[5]

ボディプライは、1層のゴム、1層の補強布、および2層目のゴムからなるカレンダー加工された^{[6]シートです。最も初期に使用された繊維は}綿でしたが、その後の素材にはレーヨン、ナイロン、ポリエステル、ケブラーなどがあります。乗用車用タイヤには通常、1つまたは2つのボディプライがあります。ボディプライはタイヤ構造に強度を与えます。トラックタイヤ、オフロードタイヤ、航空機タイヤでは、プライの数は徐々に増えていきます。ファブリックコードは非常に柔軟ですが、比較的非弾性です。

サイドウォール

サイドウォールは、タイヤの側面に優れた耐摩耗性と耐環境性を与える添加剤が配合された非強化押し出しプロファイルです。サイドウォール化合物に使用される添加剤には、酸化防止剤やオゾン劣化防止剤などがあります。サイドウォールの押し出しは非対称で、浮き彫りの文字を成形できるように厚いゴム領域を提供します。

サイドウォールはタイヤに環境に対する耐性を与えます。サイドウォールはタイヤの強化に重要な役割を果たします。

ビードは、ゴム化合物で覆われた高張力鋼線の帯です。ビード線は、青銅または真鍮の特殊合金でコーティングされています。コーティングは鋼を腐食から保護します。合金内の銅とゴム内の硫黄が架橋して硫化銅を生成し、ビードとゴムの接着性を高めます。ビードは柔軟性と弾力性がなく、タイヤをホイールにフィットさせる機械的強度を提供します。ビードゴムには、タイヤの強度と靭性を最大限に高める添加剤が含まれています。

頂点は、ビードにかみ合う三角形の押し出しプロファイルです。頂点は、剛性ビードと柔軟な内側ライナーおよびボディプライアセンブリの間にクッションを提供します。または、「フィラー」とも呼ばれます (上の図を参照)。

ベルトは、ゴム層、間隔の狭いスチールコード層、および 2 番目のゴム層で構成されるカレンダー加工されたシートです。ベルトは、柔軟性を保ちながら、タイヤに強度とへこみ抵抗を与えます。乗用車のタイヤは通常、2 つまたは 3 つのベルトで作られています。

トレッドは、タイヤのカーカスを囲む厚い押し出し成形品です。トレッド コンパウンドには、耐環境性に加えて、耐摩耗性とトラクションを付与する添加剤が含まれています。トレッド コンパウンドの開発は妥協の連続です。硬いコンパウンドは摩耗特性が長いもののトラクションが劣り、柔らかいコンパウンドはトラクションは良好ですが摩耗特性が劣ります。

高性能タイヤの多くには、ベルト パッケージとトレッドの間に押し出し部品が組み込まれており、スチール ベルトによる機械的摩耗からトレッドを隔離します。

タイヤの製造方法は、タイヤの用途や価格帯に応じて、部品の数や種類、各部品の配合が多少異なります。タイヤメーカーは、低コストでより高い性能を実現するために、新しい材料や製造方法を継続的に導入しています。

• 天然ゴム、またはポリイソプレンは、タイヤ製造に使用される基本的なエラストマーです。
• スチレンブタジエン共重合体（SBR）は、原材料コストの比較に基づいて天然ゴムの一部に代用されることが多い合成ゴムです。
• ポリブタジエンは発熱性が低いため、他のゴムと組み合わせて使用​​されます。
• ハロブチルゴムは、空気透過性が低いため、チューブレスインナーライナーコンパウンドに使用されます。ハロゲン原子は、主に天然ゴムであるカーカスコンパウンドとの結合を提供します。ブロモブチルはクロロブチルよりも優れていますが、より高価です。
• カーボンブラック（すす）はゴム化合物の高割合を占め、補強と耐摩耗性を与えます。
• シリカは、高性能タイヤにカーボンブラックと一緒に使用され、低発熱強化剤として使用されます。
• 硫黄は加硫プロセスでゴム分子を架橋する
• 加硫促進剤は加硫を加速させる複雑な有機化合物である。
• 活性剤は加硫を補助する。主なものは酸化亜鉛である。
• 酸化防止剤とオゾン劣化防止剤は、太陽光とオゾンの作用によるサイドウォールのひび割れを防ぎます。
• 繊維織物がタイヤのカーカスを補強する

タイヤ工場は、伝統的に、特別な業務を行う 5 つの部門に分かれています。これらの部門は通常、工場内の独立した工場として機能します。大手タイヤメーカーは、単一の敷地内に独立した工場を設立したり、地域全体に工場を集中させたりします。

SBRゴム化合物と化学配合

1. SBラバー100kg
2. 炭素 220 150 kg
3. 酸化亜鉛 20.5 kg
4. ステアリン酸 13.5 kg
5. 加速器 11.2 kg
6. オイル 33.5 kg
7. アルミニウム₂酸化₃ 10.23 kg

配合とは、ゴム配合物のバッチを混合するために必要なすべての成分をまとめる作業です。各コンポーネントには、そのコンポーネントに必要な特性に応じて異なる成分の配合があります。

混合とは、成分に機械的な作業を加えて均質な物質に混ぜ合わせるプロセスです。内部ミキサーには、多くの場合、大きなハウジング内に 2 つの逆回転ローターが装備されており、ゴムの充填物と添加剤をせん断します。混合は 3 段階または 4 段階で行われ、成分が希望の順序で混ざり合います。せん断作用によってかなりの熱が発生するため、ローターとハウジングの両方が水冷され、加硫が始まらないように温度を低く保ちます。

混合後、ゴムの充填物はシュートに落とされ、押し出しスクリューによってローラー ダイに送り込まれます。または、バッチをオープン ゴム ミル バッチオフ システムに落とすこともできます。ミルは、1 つは鋸歯状の 2 つの逆回転ロールで構成されており、ゴムにさらなる機械的作用を与えて厚いゴム シートを生成します。シートはローラーからストリップの形で引き出されます。ストリップは冷却され、場合によっては粘着防止剤が散布され、パレット ビンに置かれます。

この時点での理想的なコンパウンドは、材料の分散が非常に均一であるはずですが、実際には分散にかなりの不均一性があります。これは、ミキサー ハウジングとローターのホット スポットとコールド スポット、ローターのクリアランスが大きすぎる、ローターの摩耗、循環の悪いフロー パスなど、いくつかの原因によるものです。その結果、ここではカーボン ブラックが少し多く、あちらでは少し少なくなり、他の場所ではゴムや添加剤とよく混ざっていないカーボン ブラックの塊がいくつか存在することがあります。

ミキサーは多くの場合、電力積分法に従って制御されます。この方法では、ミキサー モーターへの電流が測定され、バッチに与えられた混合エネルギーの指定された総量に達すると混合が終了します。

コンポーネントは製造プロセスに基づいて 3 つのクラスに分類されます。カレンダー加工、押し出し、ビード形成はタイヤと同じです。

押し出し機は、スクリューとバレル、スクリュー ドライブ、ヒーター、およびダイで構成されています。押し出し機は 2 条件の圧力をかけます。押し出し機のスクリューは、スクリューのせん断作用によってコンパウンドをさらに混合する役割も果たします。コンパウンドはダイに押し出され、その後、押し出されたプロファイルは連続オーブンで加硫され、冷却されて加硫プロセスが終了し、スプールに巻き取られるか、長さに合わせて切断されます。タイヤのトレッドは、多くの場合、4 つのコンポーネントが 4 重押出機で押し出されます。4 重押出機には 4 つのスクリューがあり、通常はベース コンパウンド、コア コンパウンド、トレッド コンパウンド、およびウィング コンパウンドという 4 つの異なるコンパウンドを処理します。押し出しは、サイドウォール プロファイルやインナー ライナーにも使用されます。

カレンダーは、ゴム化合物を通常 2 メートル幅程度の薄いシートに押し込む、複数の大口径ロールのセットです。ファブリック カレンダーは、間にファブリック層を挟んだ上部と下部のゴムシートを製造します。スチール カレンダーは、スチール コードを使用して製造します。カレンダーは、ボディ プライとベルトの製造に使用されます。クリール ルームは、カレンダーに送り込まれる何百ものファブリックまたはワイヤ スプールを収容する施設です。カレンダーは、下流の機器を使用して、カレンダー処理されたコンポーネントをせん断および接合します。

タイヤ製造とは、すべての部品をタイヤ製造ドラムに組み立てるプロセスです。タイヤ製造機械 (TBM) は、手動で操作することも、完全に自動で操作することもできます。一般的な TBM 操作には、インナー ライナー、ボディ プライ、サイドウォールをドラムに巻き付け、ビードを配置し、組み立て品をビードの上に折り返す第 1 段階の操作が含まれます。操作の第 2 段階では、タイヤのカーカスに空気を入れ、ベルト パッケージとトレッドを適用します。

すべてのコンポーネントは接合が必要です。インナー ライナーとボディ プライは、角張った端が重なるように接合されます。トレッドとサイドウォールは、接合端が斜めにカットされたスカイブ スプライスで接合されます。ベルトは、重なり合うことなく端から端まで接合されます。接合が重すぎたり非対称だったりすると、力の変動、バランス、または膨らみのパラメータに欠陥が生じます。接合が軽すぎたり開いたりすると、外観上の欠陥が生じ、場合によってはタイヤが破損することもあります。TBM プロセスの最終製品はグリーン タイヤと呼ばれ、グリーンは未硬化の状態を指します。

ピレリタイヤは、MIRS と呼ばれる特別なプロセスを開発しました。これは、ロボットを使用して、通常は押し出しとストリップ巻き取り方式でさまざまなコンポーネントを適用するステーションの下で構築ドラムを配置および回転させるプロセスです。これにより、ツールやセットアップを変更することなく、連続した操作でさまざまなサイズのタイヤを構築できます。このプロセスは、サイズを頻繁に変更する少量生産に適しています。

大手タイヤメーカーは、タイヤ製造の精度、生産量の増加、労働力の削減といった面で競争上の優位性を生み出すために、自動化タイヤ組立機を自社開発してきました。しかし、タイヤ組立機を製造する機械メーカーは数多く存在します。

硬化とは、金型内のグリーンタイヤに圧力をかけて最終的な形状にし、熱エネルギーを加えてゴムと他の材料の化学反応を促進するプロセスです。このプロセスでは、グリーンタイヤが自動的に下部金型ビードシートに移され、ゴム製のブラダーがグリーンタイヤに挿入され、ブラダーが膨張する間に金型が閉じます。金型が閉じてロックされると、ブラダーの圧力が上昇し、グリーンタイヤが金型に流れ込み、金型に刻まれたトレッドパターンとサイドウォールの文字が描かれます。ブラダーには、蒸気、お湯、不活性ガスなどの循環熱伝達媒体が充填されています。温度は華氏350度程度、圧力は350 PSI前後です。乗用車用タイヤは約16分で硬化します。硬化の最後に圧力が下げられ、金型が開き、タイヤが金型から取り出されます。タイヤは PCI (ポストキュア インフレーター) の上に置かれ、冷却中にタイヤが完全に膨らんだ状態を保ちます。一般的なキュアリング プレスには、機械式と油圧式の 2 種類があります。機械式プレスはトグル リンクを介して金型を閉じた状態に保持しますが、油圧プレスは油圧オイルを機械動作の原動力として使用し、ブリーチ ロック機構で金型をロックします。油圧プレスは、プレス構造が金型開放圧力に耐える必要がないため、比較的軽量にできるため、最もコスト効率に優れています。一般的な金型には、ツーピース モールドとセグメント モールドの 2 種類があります。

大型のオフロードタイヤは、多くの場合オーブンで硬化され、硬化時間は 24 時間近くかかります。

タイヤが硬化した後、さらにいくつかの操作が行われます。タイヤの均一性測定は、タイヤをホイールの半分に自動的に取り付け、空気を入れ、模擬路面を走行させて、力の変化を測定するテストです。タイヤのバランス測定は、タイヤをホイールの半分に自動的に取り付け、高速で回転させて、アンバランスを測定するテストです。

大型商用トラック/バスのタイヤ、および一部の乗用車や小型トラックのタイヤは、ゴムを貫通してスチールコードの構造を分析できる X 線または磁気誘導ベースの検査機で検査されます。

最終段階では、タイヤは、不完全なモールド充填、露出したコード、水ぶくれ、傷など、多数の視覚的欠陥がないか人間の目で検査されます。

タイヤ会社の一覧については、タイヤ会社の一覧を参照してください。また、最大手のタイヤメーカーのランキングについては、最大手のタイヤメーカーの一覧を参照してください。

ゴムタイヤの製造過程では、ニトロソアミン^[7]やジベンゾピレン^[8]など、いくつかの発がん性物質が生成されます。

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• タイヤ協会