JP2004224277A

JP2004224277A - 空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP2004224277A
Application number: JP2003016678A
Authority: JP
Inventors: Takamichi Sunakawa; 敬倫砂川
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2003-01-24
Filing date: 2003-01-24
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2023-01-24
Also published as: JP4237510B2

Abstract

【課題】高速耐久性を高め、操縦安定性に優れた軽量な空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】トレッド部２におけるカーカス層３の外周側に少なくとも２層のベルト層６を有し、前記ベルト層６のタイヤ半径方向外側に、少なくとも１層よりなるベルト補強層７，８を該ベルト層６幅方向の少なくとも両端部を覆うように配設された空気入りタイヤ１であって、前記ベルト補強層７，８が、ポリエチレンナフタレートからなるテープ１０をタイヤ周方向に実質的に平行になるように螺旋状に巻回し形成される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気入りタイヤに関し、さらに詳しくは軽量であり、高速耐久性を高め、操縦安定性に優れ、かつロードノイズや転がり抵抗を低減することのできる空気入りタイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
乗用車用空気入りラジアルタイヤでは、ベルト層のタイヤ半径方向外周側に有機繊維コードをタイヤ周方向に実質的に平行になるように巻き付けたベルト補強層を配したタイヤが使用されている。このベルト補強層は、前記ベルト層外周を締め付けることによりベルト層の所謂「たが効果」を補強してベルト部周方向の張力、剛性を向上させることにより高速耐久性や操縦安定性を向上し転がり抵抗を低減し、また路面からの振動伝達を抑えロードノイズ（車内騒音）を低減するものである。
【０００３】
近年では、自動車の高速化、高出力化、高級高質化に従いタイヤの偏平化が急速に普及し、これに伴ってトレッド部の重量増加によるタイヤ重量増やトレッド部にかかる遠心力の増大が高速耐久性を始めとする転がり抵抗やロードノイズ等のタイヤ性能に影響し、従来からのタイヤの軽量化要求に加え、高速耐久性や操縦安定性等のタイヤ諸性能も同時に高いレベルで維持することが要求されている。
【０００４】
従来、このベルト補強層にはナイロン６６等のナイロン繊維コードがゴムとの接着性や熱収縮特性等の点で一般に使用されてきたが、ナイロン繊維コードは比較的引張弾性率（モジュラス）が低いために、上記のタイヤ軽量化と高度な要求性能を両立して満たすことが困難な状況となっている。
【０００５】
そこで、ベルト補強層におけるコードとして、従来のナイロン繊維コードよりも高モジュラスのコードを使用することが種々検討されている。例えば、特定条件下で測定した伸度を規定したポリエチレン−２，６−ナフタレート繊維を主構成材とする繊維コードによってベルト補強層とし、かつベルト層の拡張率を大きくしたラジアルタイヤ（特許文献１参照。）や、ベルト補強層がポリエステル繊維コードからなり、そのベルト補強層のタイヤ幅方向最端部を第１ベルト層外側端部と第２ベルト層外側端部の間に配した空気入りタイヤがある（特許文献２参照。）。
【０００６】
また、ベルト層に埋設されたコードがポリエステル系モノフィラメントコードからなり、ベルト補強層に埋設されたコードがポリエステル系撚りコードからなるタイヤが提案されている（特許文献３参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１６３００９号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開２００２−７９８０６号公報
【０００９】
【特許文献３】
特開２００２−９６６０６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１〜３に記載のタイヤは、高速耐久性やユニフォミティーの向上、ロードノイズの低減、操縦安定性や乗り心地の改善を図ることはできるが、いずれもタイヤの軽量化とを同時に満足するものではない。
【００１１】
本発明は、上記問題に鑑みてなしたもので、タイヤ軽量化を実現し、かつ高速耐久性を高め、操縦安定性に優れ、さらにロードノイズや転がり抵抗を低減することのできる空気入りタイヤを提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の空気入りタイヤは、トレッド部におけるカーカス層の外周側に少なくとも２層のベルト層を有し、前記ベルト層のタイヤ半径方向外側に、少なくとも１層よりなるベルト補強層を該ベルト層幅方向の少なくとも両端部を覆うように配設した空気入りタイヤであって、前記ベルト補強層が、ポリエチレンナフタレートからなるテープをタイヤ周方向に実質的に平行になるように螺旋状に巻回し形成されたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の空気入りタイヤによれば、ベルト補強層をポリエチレンナフタレート（以下、ＰＥＮという）からなるテープにより形成することにより、ベルト補強層の厚みを確実に減少しトレッド部を薄肉化してタイヤの軽量化を実現することができる。
【００１４】
また、ＰＥＮが備える優れた引張弾性率（モジュラス）、高強度、熱安定性等の特性はポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴという）やナイロンよりも優れ、そのＰＥＮからなるテープをベルト補強層に用いることにより、高速走行時の高発熱下においてもタイヤ周方向の張力、剛性を高度に維持してベルト層の締め付け効果を低下させることなく十分に確保し、遠心力によるベルト端部のせり上がりやベルト層間の剪断歪みを抑えて高速耐久性を向上し、操縦安定性に優れ、転がり抵抗を低減し、また路面凹凸からの振動伝達を抑えロードノイズを低減することができる。
【００１５】
前記テープの断面寸法は、厚みが０．０５〜０．５ｍｍ、幅が１〜１０ｍｍの範囲にあり、かつ前記幅と前記厚みの比（幅／厚み）が５〜５０の範囲にあることが好ましく、これにより上記軽量化とタイヤ性能が得やすくなると共に、テープを螺旋状に巻回しやすくしてベルト補強層の形成が行いやすくなりタイヤ生産性を向上することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、実施形態の空気入りタイヤ１を示すタイヤ右半断面図である。図において、２はトレッド部、３はサイドウォール部、４はビード部である。
【００１８】
カーカス層５はビード部４に埋設された左右一対のビードコア４１間に装架され、その端部５１がビードコア４１の廻りにビードフィラー４２を挟み込むようにして内側から外側に折り返して巻き上げ係止されている。トレッド部２のカーカス層５の外周側には互いに交差する２層のベルト層６ａ，６ｂからなるベルト層６が配設され、さらに前記ベルト層６のタイヤ半径方向外側にベルト補強層７，８がベルト層６を覆うように周方向に配設されている。
【００１９】
カーカス層５は、ポリエステル等の繊維コードをタイヤ周方向とほぼ直交する方向に配列された、少なくとも１枚のカーカスプライから構成されている。
【００２０】
ベルト層６は、スチールコードをタイヤ周方向に対して１５〜３５°の傾斜角度で配列した２層のベルト層６ａ，６ｂから構成され、２層のスチールコードが互いに交差する方向に配設されている。
【００２１】
ベルト補強層７，８は、ベルト層６のタイヤ半径方向外側に配され、ベルト層６の幅方向の全幅に渡って覆う第１ベルト補強層７と、第１ベルト補強層７の外側に設けられたベルト層６の両端部域を覆う幅狭の第２ベルト補強層８とから構成されている。
【００２２】
ベルト補強層７，８は、ポリエチレンナフタレートからなるテープ１０により形成され、テープ１０がタイヤ周方向に実質的に平行に（タイヤ周方向に対して０〜５°の角度）なるように螺旋状（スパイラル状）に巻き付けられ形成されている。
【００２３】
ベルト補強層７，８は、図２に示すように、テープ１０の幅方向がベルト層６と平行に配されてトレッドゴム内に埋設されている。
【００２４】
テープ１０を形成するＰＥＮは、エチレン−２，６−ナフタレートを８５モル％以上、好ましくは９０モル％以上含む重合体からなり、この重合体は公知の方法、例えば特開平５−１６３６１２号公報に記載の方法に従い合成することができる。
【００２５】
上記テープ１０は、例えば、ＰＥＮの溶融樹脂を押出成形して得られる通常のフィルムキャスティング法により、または２軸延伸法等により作成した所定厚みのフィルムをテープ状の細幅に裁断して作成することもでき、テープの形成方法は特に限定されるものではない。
【００２６】
上記テープ１０は、厚みが０．０５〜０．５ｍｍ、好ましくは０．０５〜０．３ｍｍであり、厚みが０．０５ｍｍ未満であると薄すぎるためにＰＥＮの素材特性、特に強度やモジュラスをテープに十分活用することができず、ベルト層の補強効果を発揮できず所望のタイヤ性能が得難く、また均一な厚みのテープ製造も難しくなる。また、厚みが０．５ｍｍを超えると、ベルト補強層の厚みを減少することができないためトレッド部の薄肉化が不可能となりタイヤ軽量化が実現できず、またタイヤ走行中の発熱が高くなり熱故障の原因になりやすくなる共に、テープ端部でのゴムとの接着破壊が生じやすくゴムとの剥離故障（セパレーション）のイニシエーションとなり好ましくない。また、加硫成形時に金型内でトレッド部の適度な伸びが得にくくなり、トレッド部変形等の製品不良が発生しやすくなる。
【００２７】
また、テープ幅は１〜１０ｍｍ、好ましくは２〜５ｍｍであり、幅が１ｍｍ未満では、タイヤ製造時の巻き付け等の製造工程でテープの取り扱い性が悪く、しかもテープを螺旋状に巻回する工数も増し、テープ自体の生産性も低下し好ましくない。テープ幅が１０ｍｍを超えると、ベルト層外周に対してその曲面に沿ってテープを密着させ貼り付けるのが難しく、特に曲率変化の大きいベルト端部では密着性が悪くなりタイヤ内にボイドを生じたり、ベルト補強層の成形精度が低下し、耐久性低下の原因となり本発明の目的を達成できなくなる。
【００２８】
また、テープの幅／厚みの比が５〜５０の範囲であることが好ましく、より好ましくは５〜４０の範囲である。この５〜５０の範囲においてテープの素材特性と形状特性とを両立し、ベルト層の補強効果と耐屈曲疲労性を良好に維持し上記タイヤ性能を得ることができると共に、ベルト補強層の螺旋巻き工程を容易なものとして成形精度を向上し、また成型効率を高めることができる。
【００２９】
また、引張弾性率（モジュラス）は１０ＧＰａ〜２００ＧＰａの範囲にあることが好ましく、３０ＧＰａ〜１００ＧＰａであることがより好ましい。さらには、高温下においても前記モジュラスの低下が小さいことが好ましい。なお、引張弾性率とはＪＩＳＫ７１２７に規定されている方法に準じて室温で測定した値である。
【００３０】
上記テープ１０のモジュラスが１０ＧＰａ未満ではタイヤ周方向の張力、剛性が十分に得難く、高速耐久性や操縦安定性が満足できず、剛性を確保するには使用量が増加しタイヤ重量が増し、コストの上昇を来し、２００ＧＰａを超えるとテープが剛直になりすぎてゴムとのモジュラス差に起因するセパレーションを生じやすくなる。
【００３１】
また、上記テープ１０は、ゴムとの接着性を向上するために、通常のタイヤコード用接着処理に用いられる、例えばレゾルシン−ホルマリン−ゴムラテックス（ＲＦＬ）を主成分とする処理剤、或いはエポキシ系接着剤を含む処理剤を用いて表面処理することが好ましい。
【００３２】
さらにテープ１０は、少なくとも片面、好ましくは両面がゴム被覆されていることが好ましく、テープ１０と周辺ゴムとの接着性を良好にしタイヤ耐久性を向上することができる。特に、この被覆ゴムは前記ＲＦＬ等の処理剤を介してテープ１０との接着性を良好にする接着系ゴム配合を使用することで、より高度な耐久性の向上を図ることができるようになる。
【００３３】
このテープ１０をベルト層６の外周上にタイヤ周方向に実質的に平行に（タイヤ周方向に対して０〜５°の角度で）螺旋状に巻き付ける方法としては、１本のテープ１０をベルト層６の周面に対して、ベルト層６の一端側から幅方向に所定間隔を置いて平行にずらしながらスパイラル状に巻き付けるもの、また複数のテープ１０を平行に引き揃えてゴム被覆しリボン状とし、このリボンをベルト層６の外周面に螺旋状に巻き付ける方法でもよい。
【００３４】
なお、ベルト補強層７，８は、ベルト層６の幅方向外側にはみ出し、ベルト層６端部を覆うように設けるのがよい。
【００３５】
ベルト補強層７，８におけるテープ１０間の間隔は特に限定されず、テープ１０の端部同士を重ね合わせた状態、或いはテープ１０間に隙間を設けて螺旋状に巻き付けてもよい。しかし、ベルト補強層内でのテープ１０と周辺ゴムとの接着性を高度なものとするには、平行するテープ１０間に適度な間隔を設けてテープ１０の上下ゴム同士の架橋部を設けておくことが好ましい。この場合のテープ間隔はテープ幅の１０〜１００％程度であり、テープ間隔が狭いと前記架橋部でのゴム同士の投錨効果が小さくなり、また広すぎるとテープによる補強効果が十分に発揮されなくなる。
【００３６】
ベルト補強層７，８にＰＥＮのテープ１０を用いることにより、従来のナイロンやＰＥＴ製の繊維コードよりもコード径（厚み）が細くなることで、ベルト補強層の厚みを確実に減少させトレッド部を薄肉化しタイヤの軽量化を実現することができる。
【００３７】
また、テープ１０が備える高温での安定した高モジュラス特性、寸法安定性によりタイヤ周方向の張力、剛性を確保し、高速走行時の高発熱下においてもベルト層締め付け効果を従来のナイロンコードのように低下させることなく十分に発揮し、走行中の遠心力によるタイヤ径方向の成長を抑え、ベルト層端部のベルトコードのせり上がり現象や層間の剪断歪みの発生を抑制し高速耐久性を向上することができる。
【００３８】
また、テープ１０を螺旋状に巻回しベルト補強層を形成することにより、ベルト層を締め付け「たが効果」の補強効果が高度に発揮され、操縦安定性や転がり抵抗性を向上し、またトレッド部の周方向の張力が大きくなって路面からの振動をひろいにくくしロードノイズを低減することができ、さらにジョイント部の減少によりユニフォミティーを良好にし、従来のナイロンコードを使用するタイヤと同等以上の性能を維持することができる。
【００３９】
なお、このベルト補強層の構成は、図１に示す構造以外に、ベルト層６の全幅に渡り１層の補強層９ａでなるもの（図３（ａ）参照）、また全幅で２層の補強層９ｂ，９ｃ（図３（ｂ）参照）に設けたもの、またベルト層の両端部域のみに２層の補強層９ｄ，９ｅを設けたもの（図３（ｃ）参照）、等であってもよい。
【００４０】
（実施例）
以下、実施例によって本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
【００４１】
実施例及び比較例の各空気入りタイヤは、タイヤサイズが２２５／５０Ｒ１６のラジアルタイヤであり、カーカスは１１００ｄｔｅｘ／２、撚り数４７×４７回／１０ｃｍのＰＥＴ製コードの打ち込み数５５本／５ｃｍのものを２枚、ベルト層は２＋２×０．２５構造のスチールコードの打ち込み数が４０本／５ｃｍのものを用い、タイヤ周方向に対して２５°の角度で２枚を交差させて配置した、通常の空気入りラジアルタイヤの内部構造とトレッドパターンを有する一般的なラジアルタイヤである。
【００４２】
ベルト補強層は図１に示すように、第１ベルト補強層７はベルト層６の全幅を覆うように両端部でベルト層６よりも５ｍｍ幅広く設け、第２ベルト補強層８はベルト層６の両端部域のみを覆うように幅３０ｍｍで、やはり両端部で５ｍｍ幅広くなるように設け、タイヤ周方向に対してテープ角度がほぼ０°になるように配されている。
【００４３】
ベルト補強層に用いたテープ、コードは下記の通りであり、テープの場合はいずれも表面をＲＦＬ系接着剤で接着処理を施した後、両面に０．１ｍｍ厚の接着系ゴムを被覆し、ベルト層６の外周に沿って通常の方法により下記の所定密度で１本のテープ又はコードを螺旋状に巻き付けベルト補強層７，８を形成し、常法に従い各タイヤを成型、加硫し試験用ラジアルタイヤを製造した。
【００４４】
［テープ及びコードの構造］
・実施例：ＰＥＮの厚み０．１ｍｍ、幅３ｍｍのテープ、打ち込み密度は７本／２５ｍｍである。
【００４５】
・比較例１：ＰＥＮの１１００ｄｔｅｘ／２の撚りコード、撚り数は４８×４８回／１０ｃｍである。打ち込み密度は１９本／２５ｍｍである。
【００４６】
・比較例２：ＰＥＮの厚み０．７ｍｍ、幅３ｍｍのテープ、打ち込み密度は７本／２５ｍｍである。
【００４７】
・比較例３：ＰＥＮの厚み０．１ｍｍ、幅１１ｍｍのテープ、打ち込み密度は２本／２５ｍｍである。
【００４８】
・比較例４：ＰＥＮの厚み０．０３ｍｍ、幅３ｍｍのテープ、打ち込み密度は７本／２５ｍｍである。
【００４９】
・比較例５：ＰＥＴの厚み０．１ｍｍ、幅３ｍｍのテープ、打ち込み密度は７本／２５ｍｍである。
【００５０】
・比較例６：ナイロン６６の厚み０．１ｍｍ、幅３ｍｍのテープ、打ち込み密度は７本／２５ｍｍである。
【００５１】
上記実施例及び各比較例のタイヤを下記試験方法によりタイヤ重量、耐久性能、高速耐久性能を評価し、結果を表１及び表２に示す。なお、比較例５，６については、耐久性能の評価を省略した。
【００５２】
タイヤ重量：各試験タイヤの重量を測定し、測定数１０の平均値を求めた。
【００５３】
耐久性評価：各タイヤを２５±２℃の室内でＪＩＳ規格の最大空気圧に調整した後２４時間放置後、空気圧の再調整を行い、ＪＩＳ規格の最大荷重の２倍をタイヤに負荷し、直径１．７０７ｍのドラム上で速度６０Ｋｍ／ｈで走行させ、故障発生までの走行距離とセパレーション故障発生位置を観察した（耐久性１）。また、１７，０００Ｋｍ走行時点で走行を中止したタイヤを解体し、ベルト部のセパレーション発生状況を観察し、ベルト補強層のテープ又はコードを採取しその強力保持率を求めた（耐久性２）。
【００５４】
高速耐久性評価：米国規格ＦＭＶＳＳＮｏ１０９に規定の方法に準じたステップスピード方式にて行い、即ち規定速度で規定時間の走行試験を行った後に故障の発生が認められず合格したものは、更に３０分毎に速度を８Ｋｍ／ｈずつ増分して故障するまでドラム走行を続けた。故障発生時の速度（Ｋｍ／ｈ）とその速度での経過時間（分）を測定し、その故障状態を観察した。また、速度２６０Ｋｍ／ｈ時点でのトレッド部の最高温度（℃）とタイヤ外径の成長量（ｍｍ）を測定した。
【００５５】
【表１】

【００５６】
【表２】

【００５７】
表１において、実施例のタイヤは耐久性、高速耐久性を良好に維持し、軽量化を実現することができる。比較例１のＰＥＮの撚りコードを用いたタイヤは、耐久性能は実施例と同等であるが、コード径が従来通り大きくタイヤ軽量化が達成されない。比較例２はＰＥＮテープの厚みが大であるため、トレッド部の薄肉化が実施できず軽量化が未達であり、またテープ側部の接着破壊に起因するセパレーションがベルト部とベルト補強層間に発生して耐久性が劣り、またテープにクラックが生じ強力保持率が低下している。比較例３は、テープ幅が広くベルト層との密着性が悪く、ベルト層とベルト補強層との間にボイドが発生し耐久性の低下が著しい。また比較例４はテープが薄すぎるため素材のモジュラスが活用されずに締め付けによる補強効果が十分に得られず、高速耐久性が劣り、操縦安定性や転がり抵抗にも影響を及ぼしている。
【００５８】
また、表２に示す通り、実施例と素材が異なる同一形状のテープを用いた比較例５，６は、タイヤ径の成長が大きく高速耐久性に悪影響し、故障状態もベルト補強層に起因するものとなり、素材特性の差が顕著に表れてタイヤ性能への影響が明確であることが分かる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の空気入りタイヤは上記構成としたので、タイヤの軽量化を実現し、かつ高速耐久性を高め、操縦安定性に優れ、さらにロードノイズや転がり抵抗を低減する空気入りタイヤを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の空気入りタイヤの右半断面図である。
【図２】トレッド部の部分拡大図である。
【図３】ベルト補強層の構造例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１……空気入りタイヤ
２……トレッド部
３……サイドウォール部
４……ビード部
５……カーカス層
６……ベルト層
７……第１ベルト補強層
８……第２ベルト補強層
１０……テープ

Claims

トレッド部におけるカーカス層の外周側に少なくとも２層のベルト層を有し、前記ベルト層のタイヤ半径方向外側に、少なくとも１層よりなるベルト補強層を該ベルト層幅方向の少なくとも両端部を覆うように配設した空気入りタイヤであって、
前記ベルト補強層が、ポリエチレンナフタレートからなるテープをタイヤ周方向に実質的に平行になるように螺旋状に巻回し形成された
ことを特徴とする空気入りタイヤ。
前記テープの断面寸法が、厚みが０．０５〜０．５ｍｍ、幅が１〜１０ｍｍの範囲にあり、かつ前記幅と厚みの比（幅／厚み）が５〜５０の範囲にある
ことを特徴とする請求項１に記載の空気入りタイヤ。