橡胶构件、轮胎以及橡胶构件的制造方法与流程

本发明涉及具有通过结构色进行显色的区域的橡胶构件、轮胎以及橡胶构件的制造方法。

背景技术：

以往，在以轮胎为首的橡胶制品的表面附加文字、标志等信息的情况下，通过喷墨打印机等使油墨附着于橡胶表面来进行印刷。

另一方面，已知通过光的波长或者其以下的尺寸的微观结构来产生显色的结构色，并被应用于各种领域。

例如，在下述专利文献1中，公开了使用了通过结构色进行显色的滤色器。此外，在下述专利文献2中，公开了通过测定结构色的显色的变化(波长变化)来计算物体的变形的技术。在专利文献1中，通过模压来形成产生结构色的微观结构，在专利文献2中，通过在弹性体材料表面周期性地排列微粒来产生结构色。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-192676号公报

专利文献2：日本专利第4925025号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

像上述的以往技术那样，在通过喷墨打印机对轮胎进行印刷的情况下，因行驶中的橡胶的伸缩(挠曲)会使油墨从橡胶表面脱落，因此，难以使印刷后的信息成为能长时间视觉确认的信息。

此外，如上所述，结构色被应用于各种领域，但是像专利文献1那样通过模压来形成产生结构色的微观结构的方法、层叠多个层来使结构色显色的方法等，应用于滤色器等具有薄膜构造的产品，此外所述方法几乎都是在透射光(衍射光)产生结构色的方法，不能直接应用于轮胎等透明度低的橡胶构件。

此外，像专利文献2那样通过微粒的排列来产生结构色的方法难以应用于像轮胎制造时的硫化处理那样需要进行伴随构件的变形的加热处理的构件。

本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于，在橡胶构件的表面附加能长时间视觉确认的信息。

技术方案

为了达成上述目的，权利要求1的发明的橡胶构件的特征在于，在表面的至少一部分具有微小凹凸构造，所述微小凹凸构造通过来自模具的转印形成并以固定的排列周期排列有微小凹凸部，设有所述微小凹凸构造的区域通过结构色以不同于其他区域的颜色被视觉确认。

权利要求2的发明的橡胶构件的特征在于，所述微小凹凸部的所述排列周期或者凹凸高度基于与作为所述结构色而被视觉确认的颜色对应的可视光的波长来决定。

权利要求3的发明的橡胶构件的特征在于，所述微小凹凸部的所述排列周期或者凹凸高度为650nm以下。

权利要求4的发明的轮胎的特征在于，由权利要求1至3中任一项所记载的橡胶构件形成。

权利要求5的发明的轮胎的特征在于，所述微小凹凸构造形成于侧壁部，设有所述微小凹凸构造的区域形成为表示规定的信息的形状。

权利要求6的发明的轮胎的特征在于，所述侧壁部含有二烯系橡胶、炭黑、以及二氧化硅，所述二烯系橡胶含有30～70质量％的天然橡胶以及/或者异戊二烯橡胶，所述炭黑的氮吸附比表面积为20～60m²/g，相对于所述二烯系橡胶100质量份所述炭黑的含量为5～45质量份，相对于所述二烯系橡胶100质量份所述二氧化硅的含量为15～55质量份，相对于所述二烯系橡胶100质量份所述炭黑与所述二氧化硅的合计含量为30～60质量份。

权利要求7的发明的橡胶构件的制造方法用于制造权利要求1至3中任一项所述的橡胶构件，其特征在于，所述橡胶构件的制造方法包含：形成以所述固定周期配置有图案构造的掩模的掩模形成工序；将所述掩模配置于由金属或者半导体材料形成的基片上并对所述基片进行刻蚀的刻蚀工序；以及在所述基片附接未硫化橡胶，对所述未硫化橡胶实施硫化而将所述微小凹凸构造转印至橡胶表面的转印工序。

权利要求8的发明的橡胶构件的制造方法的特征在于，还具备基于与作为所述结构色而被视觉确认的颜色对应的可视光的波长来决定所述微小凹凸部的所述排列周期的排列周期决定工序，在所述掩模形成工序中，基于所述排列周期决定工序中决定的所述排列周期来决定所述图案构造的周期。

权利要求9的发明的橡胶构件的制造方法的特征在于，还具备基于与作为所述结构色而被视觉确认的颜色对应的可视光的波长来决定所述微小凹凸部的所述凹凸高度的凹凸高度决定工序，在所述刻蚀工序中，通过控制所述基片的刻蚀时间使所述微小凹凸部的所述凹凸高度与所述凹凸高度决定工序中决定的所述凹凸高度一致。

有益效果

根据权利要求1的发明，通过结构色以不同于其他区域的颜色来显示橡胶构件的至少一部分，因此，与使用油墨等进行描绘相比，有利于提高橡胶表面的显示的耐久性。

根据权利要求2的发明，通过适当地变更微小凹凸部的排列周期或者凹凸高度，能在橡胶构件的表面通过任意的颜色进行显示。

根据权利要求3的发明，能通过红色为首的任意颜色进行显示。

根据权利要求4的发明，能通过结构色在轮胎表面显示信息，有利于进行相对于伴随轮胎的使用的磨耗具有高耐久性的显示。

根据权利要求5的发明，容易从轮胎的周边进行视觉确认，此外，有利于在从以往开始就显示有与轮胎有关的各种信息的侧壁部进行使用了结构色的高耐久性的显示。

根据权利要求6的发明，有利于在适合于侧壁部的高耐变形性的组分的橡胶表面形成基于结构色的显示。

根据权利要求7的发明，能在橡胶构件的至少一部分形成通过结构色以不同于其他区域的颜色进行表示的区域，因此，与使用油墨等进行描绘相比，有利于提高橡胶表面的显示的耐久性。

根据权利要求8的发明，有利于将微小凹凸部的排列周期形成为任意尺寸。

根据权利要求9的发明，有利于将微小凹凸部的凹凸高度形成为任意尺寸。

附图说明

图1是实施方式的车辆用轮胎10的侧视图。

图2是商标标志204部分的放大图。

图3是表示本发明和以往技术的耐久试验结果的表。

具体实施方式

以下参照附图，对本发明的橡胶构件、轮胎以及橡胶构件的制造方法的优选实施方式进行详细说明。

在本实施方式中，对将本发明的橡胶构件应用于车辆用轮胎的例子进行说明。

图1是实施方式的车辆用轮胎10的侧视图。

车辆用轮胎10构成为，包含：具有与路面接地的胎面表面的胎面部14，与未图示的车轮卡合的胎圈部16，以及将这些胎面部14和胎圈部16连接并成为轮胎侧面的侧壁部12。

胎面部14重视耐磨耗性，与此相对，侧壁部12重视耐受因行驶中的载荷产生的变形，并且其组分也与胎面部14不同。

更详细而言，在本实施方式中，侧壁部12含有二烯系橡胶、炭黑、二氧化硅，二烯系橡胶含有30～70质量％的天然橡胶以及/或者异戊二烯橡胶，炭黑的氮吸附比表面积为20～60m²/g，相对于二烯系橡胶100质量份炭黑的含量为5～45质量份，相对于二烯系橡胶100质量份二氧化硅的含量为15～55质量份，相对于二烯系橡胶100质量份炭黑和二氧化硅的合计含量为30～60质量份。

此外，在侧壁部12显示有各种信息。

作为显示于侧壁部12的信息的一例，例如可以举出制造车辆用轮胎10的制造商名称202、制造商的商标标志204、轮胎的品牌名称206、轮胎的尺寸208、均匀性标志214、轻点标志216等。此外，还记载了除此以外的轮胎的制造编号、旋转方向标识等。

其中，均匀性标志214以及轻点标志216是在轮胎完成后(硫化后)，在对各轮胎进行检查之后使用油墨等来附加的。

此外，制造商名称202、制造商的商标标志204、轮胎的品牌名称206、轮胎的尺寸208等是通过在硫化时转印形成于对车辆用轮胎10进行硫化时的模具(mould)的凹凸来附加的。

通过这些模具的凹凸来转印的信息中，除商标标志204以外为与车辆用轮胎10整体相同的颜色，通过相对于侧壁部12的表面的凹凸，能对各信息进行视觉确认。

另一方面，商标标志204形成为例如通过制造商的企业颜色等与车辆用轮胎10的颜色不同的颜色来视觉确认。

图2是商标标志204部分的放大图，图2a为立体图，图2b为a-a剖面图。

在商标标志204的整个区域设有微小凹凸构造30。

微小凹凸构造30构成为，微小凹凸部34以固定的排列周期排列于轮胎表面32。设有该微小凹凸构造30的区域通过结构色以不同于其他区域的颜色被视觉确认。

在此，微小凹凸部是指，用于获得结构色的突起、孔等以往公知的各种构造，在本实施方式中是从作为曲面(或者平面)的轮胎表面32突出的微小的突起。

此外，排列周期是指本实施方式中相邻的微小的突起的中心间的距离，即间距。如图2b的附图标记l所示，间距与沿着橡胶构件(轮胎)表面的突起和凹部的长度的合计长度相一致。

此外，固定的排列周期是指用于获得结构色的以往公知的各种周期(pitch)，既有在微小凹凸构造30的整体中为均匀的值的情况，也有连续或者阶段性地变化的情况。

微小凹凸部34的排列周期或者凹凸高度基于与作为结构色而被视觉确认的颜色对应的可视光的波长来决定。即，从被分类为可视光的波长带中选择与想要表现为结构色的颜色对应的波长，并根据共振光栅的原理决定微小凹凸部34的排列周期或者凹凸高度的具体的尺寸。

在本实施方式中，微小凹凸部34的排列周期或者凹凸高度例如构成为650nm以下。这是由于本申请发明人的实验结果为，在微小凹凸构造30的排列周期或者凹凸高度为650nm以下的范围内才能识别出结构色。

在本实施方式中，微小凹凸部34是沿与轮胎表面32正交的方向延伸的圆柱。圆柱的上表面3402为正圆形，其直径r大致为5μm。此外，相邻的圆柱间的距离s为1μm，排列周期l大致为6μm。需要说明的是，为了便于图示，在图2中以与实际尺寸不同的比例进行了图示。

在此，本申请发明人在微小凹凸部34的排列周期、圆柱状的微小凹凸部34的直径固定的状态下，变更微小凹凸部34的距轮胎表面32的高度(凹凸高度)h来制作多个橡胶构件。其结果，按照视觉确认的面积从大到小的顺序视觉确认到如下所示的结构色。视觉确认到多个颜色是因为结构色因观察角度不同而颜色不同。

凹凸高度650nm：红、红紫

凹凸高度607nm：红紫、红、橙

凹凸高度577nm：红紫、橙

凹凸高度536nm：橙、红紫

凹凸高度500nm：黄、绿、橙

以下，存在越减小凹凸高度蓝色变得越强的倾向。

如此，通过调整微小凹凸部34的排列周期或者凹凸高度，能在橡胶表面通过任意颜色显示信息。例如在想要用红色显示商标标志204部分的情况下，将凹凸高度设为650nm左右即可。

接着，对具有结构色的橡胶构件的制造方法进行说明。

以下说明的橡胶构件的制造方法由如下工序构成：形成具有微小的图案构造的铸模的工序(工序一以及工序二：铸模形成工序)，以及在铸模附接未硫化橡胶，对未硫化橡胶实施硫化而将微小凹凸构造转印至橡胶表面(工序三：转印工序)。

需要说明的是，在以下的工序之前，决定想要在橡胶构件上形成的结构色的颜色，预先基于与该颜色(在橡胶构件上作为结构色而被视觉确认的颜色)对应的可视光的波长决定微小凹凸部的排列周期或者凹凸高度(排列周期决定工序或者凹凸高度决定工序)。

(工序一)为了在橡胶表面形成微小凹凸构造30而形成以固定周期配置有图案构造的掩模(掩模形成工序)。

首先，使用溅射装置在掩模形成用基片(硅基片)形成约80nm的铬(cr)膜。接着，在铬膜上旋涂正型电子束抗蚀剂(以300rpm旋涂3秒，然后以4000rpm旋涂60秒)。之后，用150℃的加热板(hotplate)进行3分钟预烘烤，使用电子束描绘装置对涂布了电子束抗蚀剂的基片进行曝光、图案化后，在显影液中浸渍60秒进行显影。需要说明的是，在基于与作为结构色而被视觉确认的颜色对应的可视光的波长决定微小凹凸部的排列周期的情况下，就是说在将微小凹凸部的排列周期用作决定结构色的显色的参数的情况下，基于排列周期决定工序中决定的排列周期决定图案化时的图案构造的排列周期。显影后，在混酸铬蚀刻液浸泡约60秒，通过仅选择性地溶解露出的cr来制作掩模(光掩模)。

(工序二)将掩模配置于由金属或者半导体材料形成的基片上，对基片进行刻蚀(刻蚀工序)。

在本实施方式中，作为上述基片使用单晶硅基片。按照丙酮、甲醇的顺序用超声波将该基片清洗5分钟，在基片上旋涂正型光致抗蚀剂(以300rpm旋涂3秒，然后以5000rpm旋涂60秒)。接着，用95℃的加热板进行90秒预烘烤。由此，能使抗蚀剂所含的有机溶剂蒸发而提高与基片的粘附性。接着，使用掩模对准器和工序一中制作而成的光掩模对涂布了光致抗蚀剂的基片进行曝光，通过浸泡于显影液使曝光的部位溶出从而进行图案化。

图案化后，使用干式蚀刻装置(钝化气体：c4f8，80sccm，蚀刻气体：sf6，130sccm，博世工艺(boschprocess))对基片进行刻蚀，制作铸模(硅铸模)。需要说明的是，在基于与作为结构色而被视觉确认的颜色对应的可视光的波长决定微小凹凸部的凹凸高度的情况下，就是说在将微小凹凸部的凹凸高度用作决定结构色的显色的参数的情况下，通过适当地控制基片的刻蚀时间，能使微小凹凸部的凹凸高度与凹凸高度决定工序中决定的凹凸高度相一致。

此外，在上述工序一以及工序二(铸模形成工序)中，对使用光刻技术制作具有微小凹凸构造的铸模的情况进行了说明，但是本发明的橡胶构件的制造方法并不限于此，还能应用以往公知的各种方法。

(工序三)在刻蚀后的基片(铸模)附接未硫化橡胶，对未硫化橡胶实施硫化而将微小凹凸构造转印至橡胶表面(转印工序)。

在硅铸模载置未硫化的橡胶，在80℃下软化10分钟后进行压制(press)，在160℃下实施10分钟左右硫化。

硫化后，从硅铸模剥离，确认在橡胶表面转印有微小凹凸构造。形成有微小凹凸构造的区域是通过与橡胶表面上的其他区域(平坦面区域)不同的颜色、即通过由微小凹凸构造产生的结构色进行视觉确认的。

对这样由结构色形成的商标标志204和以往技术那样由喷墨打印机的印字形成的商标标志实施了耐久试验。具体而言，用棉布对通过各种方法形成的商标标志表面(橡胶表面)摩擦100次，目视观察其表面状态以及颜色的变化。

在图3示出了耐久试验结果。在图3的表中，从上到下依次示出了试样编号、显色方法、凹凸高度、视觉确认到的颜色(显色)、以及耐久试验结果。在耐久试验结果一栏，将表面状态以及颜色都没有变化的情况标记为○，将观察到颜色脱落的情况标记为×。

如图3所示，由喷墨打印机的印字形成的商标标志(比较例2)在耐久试验后油墨发生剥离而无法被视觉确认到，但是由结构色形成的商标标志(实施例1～3以及比较例1)即使在耐久试验后视觉确认状态也没有变化。

需要说明的是，对于由结构色形成的商标标志中的比较例1，其凹凸高度为680nm，偏离了产生上述的结构色的范围(650nm以下)，因此，未识别到显色。

像以上说明的那样，实施方式的车辆用轮胎10通过结构色以不同于其他区域的颜色对橡胶构件的至少一部分进行显示，因此与使用油墨等进行描绘相比，有利于提高橡胶表面的显示的耐久性。

此外，通过适当地变更微小凹凸部34的排列周期或者凹凸高度，能在橡胶构件的表面通过任意颜色进行显示。

需要说明的是，在本实施方式中，将微小凹凸部34的形状设为圆柱形的突起，但是并不限于此，作为用于显示结构色的构造还能应用已知的以往公知的各种形状。例如可以将微小凹凸部34的形状设为圆锥状的突起或格子状的突起。此外，还可以将微小凹凸构造30设为形成于橡胶表面的孔或格子状的槽。在该情况下，孔的形状例如可以是圆筒形或圆锥形等，还可以在形成为圆锥形的孔的底部(圆锥的顶点)配置微粒等。

此外，在本实施方式中，对将本发明的橡胶构件应用于车辆用轮胎的例子进行了说明，但并不限于此，还适用于以往公知的各种橡胶构件，特别是制造工序中实施硫化的构件。

此外，在本实施方式中，仅通过结构色显示商标标志204，但并不限于此，还可以通过结构色对在车辆用轮胎10的侧壁部12显示的其他信息进行显示。此外，还可以在橡胶构件的整体形成微小凹凸构造30，通过结构色来视觉确认橡胶构件整体。

此外，在本实施方式中，将本发明应用于显示在车辆用轮胎10的侧壁部12的信息，但并不限于此，还可以将本发明应用于显示在车辆用轮胎10的其他部位的信息。

符号说明

10车辆用轮胎

12侧壁部

14胎面部

16胎圈部

30微小凹凸构造

32轮胎表面

34微小凹凸部

202制造商名称

204商标标志

206品牌名称

208尺寸

214均匀性标志

216轻点标志