JP2009161033A - サイド部補強層及びランフラットタイヤ及びサイド部補強層の製造方法 - Google Patents

サイド部補強層及びランフラットタイヤ及びサイド部補強層の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】パンク時の耐久性を改善した走行距離および速度を向上したランフラットタイヤを提供する。
【解決手段】天然ゴムおよび/またはポリイソプレンゴムを20〜80質量%と、ポリブタジエンゴムを80〜20質量%を含むゴム成分100質量部に対して、ポリパラフェニレンテレフタラミドの補強材を0.1〜50質量部配合したゴム組成物よりなるランフラットタイヤ用のサイド部補強層及びそれを用いたランフラットタイヤ。
【選択図】図1

Description

本発明は、ランフラット性能に優れるサイド補強層およびそれを用いたランフラットタイヤに関する。
従来のランフラットタイヤは、サイドウォール部の内側に配置されている高硬度のサイド補強用ゴムを有する構造であり、パンクにより内圧が減少した状態においてもサービスステーションまで所定距離の走行が可能となる。このランフラットタイヤの装着により、スペアタイヤを常備する必要性がなくなり、車輌全体における質量の軽量化が期待できる。しかし、ランフラットタイヤのパンク時におけるランフラットタイヤの速度および走行距離は十分とはいえずランフラットタイヤの耐久性の向上が望まれている。
ランフラットタイヤの耐久性を向上させる有効な手段として、補強用ゴムを厚くすることにより変形を抑え、変形による破壊を防ぐ方法があげられる。しかし、タイヤの質量が大きくなるため、ランフラットタイヤの当初の目的である軽量化が達成できない。
また、ランフラットタイヤの耐久性を向上させる有効な手段として、カーボンブラックなどの補強用充填剤を増量し、それらを配合することによって補強用ゴムの硬度を上げ、変形を抑える方法がある。しかし、混練り、押出しなどの工程への負荷が大きく、また、加硫後物性において発熱性が高くなることから、ランフラット耐久性の向上はあまり期待できない。
またランフラットタイヤの耐久性を向上させるため、カーボンブラックを増量することなく加硫剤および加硫促進剤を多量に用いること試みられている。この技術で加硫密度を上げ、変形、発熱を抑えることはできるが、ゴムの伸びが小さくなり破壊強度が低下する傾向が生じる。一方、タイヤのサイドウォール用ゴムに、雲母類などの薄板状天然鉱石を配合する技術も提案されている。しかしゴム組成物は耐屈曲性能が必要とされるため、硬度が低いためサイド補強用ゴムとして用いても荷重を支持するには不充分である。
特許文献1には、カーカスの内側面かつサイドウォール領域に配された断面略三日月状をなすサイド補強ゴム層とを具えたランフラットタイヤであって、前記サイド補強ゴム層は、タイヤ軸方向内側に配されかつJISA硬さが70〜95゜である内側ゴム部と、そのタイヤ軸方向外側に配されかつJISA硬さが前記内側ゴム部よりも小さくしかも60〜75゜である外側ゴム部とを含むランフラットタイヤが開示されている。
また、特許文献2には、サイドウォール部かつカーカスの内側に配される断面三日月状のサイド補強ゴム層を具え、前記カーカスは、タイヤ周方向に対して70〜90°の角度で配列したカーカスコードをトッピングゴムで被覆したカーカスプライからなるとともに、前記カーカスコードに、アラミド繊維コード、又はポリエチレンナフタレート繊維コードを用いたランフラットタイヤが開示されている。
特開2005−280459号公報 特開2007−161071号公報
本発明は、低発熱性で高強度であるランフラットタイヤのサイド補強用ゴム組成物に関し、特に、該組成物をランフラットタイヤのサイド部に使用し、パンク時の耐久性を改善した、走行距離および速度を向上したランフラットタイヤを提供する。
さらに、近年のランフラット走行における高速化、長距離化の傾向から、ランフラット耐久性や操縦安定性のさらなる向上が強く望まれている。レーヨン繊維コードに比して耐熱性に優れ、かつ高弾性であるアラミド繊維コードをカーカスコードに使用することを基本として、ランフラットタイヤにおいては、軽量化を図りつつランフラット走行時における操縦安定性と耐久性とを高め、ランフラット走行における高速化、長距離化を達成するランフラットタイヤを提供することを目的とする。
本発明は、天然ゴムおよび/またはポリイソプレンゴムを20〜80質量%と、ポリブタジエンゴムを80〜20質量%を含むゴム成分100質量部に対して、ポリパラフェニレンテレフタラミド(PPTA)の補強材を0.1〜50質量部配合したゴム組成物よりなる、ランフラットタイヤ用のサイド部補強層である。
前記補強材は、ポリパラフェニレンテレフタラミド(PPTA)および/または該ポリパラフェニレンテレフタラミド(PPTA)とステアリン酸を含むマスターバッチであることが好ましい。また、前記ゴム組成物の複素弾性率(E)が10Mpa以上であることが好ましい。
また本発明はトレッド部からサイドウォール部をとおりビード部のビードコアに至るカーカスと、トレッド部の内方かつ前記カーカスの半径方向外側に配されるベルト層と、サイドウォール部かつ前記カーカスの内側に配され最大厚さを有する中央部分から半径方向内外に厚さを減じて延びる断面三日月状のサイド部補強層を備え、該サイド部補強層には前記ゴム組成物で形成されるランフラットタイヤである。
本発明のランフラットタイヤの前記カーカスは、タイヤ周方向に対して45〜90°の角度で配列したカーカスコードをトッピングゴムで被覆したカーカスプライからなるとともに、前記カーカスコードはアラミド繊維コードであることが好ましい。前記カーカスコードは、下撚りしたフィラメント束の2本を、上撚りにて互いに撚り合わせた2本撚り構造をなすことが好ましい。
更に、本発明の好ましい形態は、前記カーカスコードは、次式(1)で示す撚り係数Tを0.5〜0.8の範囲としたランフラットタイヤである。
T=N×√{(0.125×D/2)/ρ}×10−3 ・・・(1)
(ただし、Nは上撚り数(回/10cm)、Dはトータル表示デシテックス(繊度)、ρはコード材料の比重である。)
前記カーカスプライの前記トッピングゴムは、複素弾性率(E)が5〜13MPaの範囲とすることが好ましい。
本発明の他の好ましい形態は、正規リムに装着され、かつ正規内圧を充填した正規内圧状態におけるタイヤ子午断面において、タイヤ赤道面Cからタイヤ最大断面巾SWの45%の距離SPを隔てるタイヤ外面上の点をPとするとき、タイヤ外面の曲率半径RCが、前記タイヤ外面がタイヤ赤道面Cと交わる赤道点CPから前記点Pに至るまで徐々に減少するとともに、前記タイヤ赤道面Cから前記タイヤ最大断面巾SWの半巾(SW/2)の60%、75%、90%及び100%の距離X60、X75、X90およびX100 を夫々隔てるタイヤ外面上の各点と、前記赤道点CPにおけるタイヤ赤道面Cに対する垂線CXとの間の各半径方向距離をそれぞれY60、Y75、Y90及びY100 とし、かつタイヤ断面高さSHと以下の関係を満足するランフラットタイヤである。
0.05< Y60 /SH ≦0.1
0.1< Y75 /SH ≦0.2
0.2< Y90 /SH ≦0.4
0.4< Y100/SH ≦0.7
なお前記「正規リム」とは、タイヤ規格を含む規格体系において、当該規格がタイヤごとに定めるリムであり、例えばJATMAであれば標準リム、TRAであれば "Design Rim" 、或いはETRTOであれば "Measuring Rim"を意味する。また前記「正規内圧」とは、前記規格がタイヤごとに定めている空気圧であり、JATMAであれば最高空気圧、TRAであれば表 "TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES" に記載の最大値、ETRTOであれば "INFLATION PRESSURE" を意味するが、乗用車用タイヤの場合には180kPaとする。
本発明は、天然ゴムおよび/またはポリイソプレンゴムを20〜80質量%と、ポリブタジエンゴムを80〜20質量%を含むゴム成分100質量部に対して、ポリパラフェニレンテレフタラミド(PPTA)の補強材を0.1〜50質量部配合したゴム組成物よりなるサイド部補強層をランフラットタイヤに用いたため、パンク時の走行耐久性、即ち、ランフラット性に優れたランフラットタイヤを得ることができる。
特に耐熱性に優れるアラミド繊維コードをカーカスコードとして採用することで、ランフラット走行時の温度上昇によるコード損傷を抑制できる。またアラミド繊維コードは高弾性であり荷重支持能力を高めることができるため、プライ枚数の低減、即ちタイヤの軽量化を図りながら、ランフラット時のタイヤ変形を軽減でき、前述の耐熱性の向上と相俟ってランフラット耐久性を高めうる。又ランフラット走行時の操縦安定性も向上でき、ランフラット走行における高速化、長距離化を達成しうる。
本発明は、天然ゴムおよび/またはポリイソプレンゴムを20〜80質量%と、ポリブタジエンゴムを80〜20質量%を含むゴム成分100質量部に対して、ポリパラフェニレンテレフタラミド(PPTA)の補強材を0.1〜50質量部配合したゴム組成物よりなる、ランフラットタイヤのサイド部補強層である。
<ゴム成分>
前記サイド部補強層のゴム組成物において、ゴム成分中における天然ゴム(NR)および/またはポリイソプレンゴム(IR)の含有率は20質量%〜80質量%であることが好ましい。天然ゴム(NR)および/またはポリイソプレンゴム(IR)の含有率が、20質量%未満では、ゴム組成物の伸び率が低く、生産性が低下する傾向がある。また、該含有率はゴム成分中に80質量%を超えるとランフラット走行時の発熱により、ゴムが劣化しランフラット性能が低下する傾向がある。
次に前記ポリブタジエンゴムは、ゴム成分中に20〜80質量%、好ましくは30〜70重量%含有する。ポリブタジエンゴムが、20質量%未満では、ゴム組成物の剛性を向上することができず、一方、80質量%を超えると伸び率が低下し、ランフラット性が低下する。ここでポリブタジエンゴムは、シス結合量が80質量%以上の1,4−シスポリブタジエン、トランス結合量が30質量%以下のポリブタジエンゴム、1,2−ポリブタジエン(1,2BR)、1,2−シンジオタクチック結晶(以下「SPBd結晶」ともいう。)を含むポリブタジエンゴムを使用できる。ここでSPBd結晶を5〜60質量%、好ましくは10〜40質量%を含んでいる。SPBd結晶が5質量%未満の場合、強度、剛性が十分でなく、SPBd結晶が60質量%を超えると、加工性が低下する傾向にある。
本発明ではゴム成分として、スチレン−ブタジエン共重合ゴム(SBR)、シンジオタクチック結晶含有SBR、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム(NBR)、クロロプレンゴム(CR)、スチレン−イソプレン−ブタジエン共重合ゴム(SIBR)、スチレン−イソプレン共重合ゴム、イソプレン−ブタジエン共重合ゴムなどが使用できる。これらのゴム成分は、好ましくは1種類または2種類をゴム成分の20質量%以下の範囲で混合される。
<ポリパラフェニレンテレフタラミド(PPTA)の補強材>
前記サイド部補強層のゴム組成物は、ゴム成分100質量部に対して、ポリパラフェニレンテレフタラミド(PPTA)の補強材を0.1〜50質量部配合される。ここで補強材は、ポリパラフェニレンテレフタラミド(PPTA)自体、あるいはポリパラフェニレンテレフタラミド(PPTA)とステアリン酸を含むマスターバッチとして使用される。
ポリパラフェニレンテレフタラミド(PPTA)は、次の一般式(1)、又は一般式(2)を有する芳香族ポリアミドであり、パラ位、又はメタ位に分子単位が延長されている。そして、一般式(1)、一般式(2)における分子結合単位m、nは、通常10〜10,000の範囲である。なお、ポリパラフェニレンテレフタラミド(PPTA)は、パラ位およびメタ位に分子単位が延長されているものが混在する構造もとりうる。
Figure 2009161033
Figure 2009161033
本発明において、ポリパラフェニレンテレフタラミド(PPTA)単独で、好ましくはステアリン酸を含むマスターバッチとして用いられる。マスターバッチは、ポリパラフェニレンテレフタラミド(PPTA)を10〜80質量%、好ましくは30〜70質量%含み、ステアリン酸を10〜60質量%含む。またマスターバッチは、シランカップリング剤を0.5〜15質量%、加硫促進剤を0.1〜2質量%さらに硫黄を0.05〜2質量%含むことが好ましい。
前記シランカップリング剤としては、たとえば、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(3−トリメトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(2−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、2−メルカプトエチルトリメトキシシランなどが挙げられる。前記シランカップリング剤の配合量は、シリカ100質量部に対して2質量部〜20質量部の範囲で配合される。
前記加硫促進剤は、例えばスルフェンアミド系促進剤は、遅延系加硫促進剤として、製造過程において焼けが起こりにくく、加硫特性に優れているので、最も良く使用される。また、スルフェンアミド系促進剤を用いたゴム配合は、加硫後ゴム物性においても外力による変形に対して発熱性が低いため、ランフラットタイヤの耐久性が向上する。
スルフェンアミド系促進剤としては、たとえば、TBBS(N−tert−ブチル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド)、CBS(N-シクロヘキシル−2−ベンゾチア
ゾリルスルフェンアミド)、DZ(N,N’−ジシクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド)などが挙げられる。その他の加硫促進剤としては、たとえば、MBT(メルカプトベンゾチアゾール)、MBTS(ジベンゾチアジルジスルフィド)、DPG(ジフェニルグアニジン)などを用いることができる。
ポリパラフェニレンテレフタラミド(PPTA)は、加硫促進剤と硫黄の存在下で、シランカップリング剤と反応する。例えば、末端SH基を有するシランカップリング剤を用いた場合、SH基がカーボンブラック、シリカなどの表面のOH基とも反応し、ポリパラフェニレンテレフタラミド(PPTA)はシランカップリング剤を介してカーボンブラック、シリカと結合し、補強効果を一層高めることができる。
前記マスターバッチを用いて、ゴム組成物を調整するには、カーボンブラック、シリカなどのフィラーと同時に配合できる。但し、ゴム組成物に別途配合するシランカップリング剤の配合量は、マスターバッチに含まれるとの兼ね合いで調整が必要となる。ゴム組成物の混練後の排出温度は、通常130℃以上に設定され、混練後、72時間以内に加硫することが好ましい。
<カーボンブラック>
本発明に用いられるカーボンブラックは、特に限定されないが、ゴム組成物を低発熱に維持するため、FEF、FPFなどのソフトカーボンが好ましい。例えば、窒素吸着比表面積(N2SA)は、30m2/g以上であり、好ましくは35m2/g以上である。N2SAが30m2/g未満では補強性が不足し、充分な耐久性が得られない。また、該カーボンブラックのN2SAは、100m2/g以下であり、好ましくは80m2/g以下、より好
ましくは60m2/g以下である。N2SAが100m2/gをこえると、発熱性が高くなる。
前記カーボンブラックのジブチルフタレート吸油量(DBP吸油量)は、50ml/100g以上、好ましくは80ml/100g以上である。DBP吸油量が50ml/100g未満では、充分な補強性を得ることが困難になる。
前記カーボンブラックの含有量は、ゴム成分100質量部に対して10質量部以上であり、好ましくは20質量部以上、より好ましくは30質量部以上である。カーボンブラックが10質量部より少ないと、充分なゴム強度が得られない。また、カーボンブラックの含有量は80質量部以下であり、好ましくは70質量部以下、より好ましくは60質量部以下である。カーボンブラックが80質量部をこえると、配合粘度が上昇し、ゴムの混練り、押出しが困難になり、さらにランフラット走行時の発熱が大きくなる。
<配合剤>
本発明のゴム組成物に用いられる硫黄または硫黄化合物としては、硫黄の表面析出を抑えるという観点から不溶性硫黄が好ましい。不溶性硫黄は、平均分子量が10000以上、特には100000以上で、500000以下、特には300000以下が好ましい。平均分子量が10000未満では、低温での分解が起こりやすく表面析出しやすい傾向があり、500000をこえるとゴム中での分散性が低下する傾向がある。
硫黄または硫黄化合物の配合量は、2質量部以上、さらには3質量部以上であることが好ましく、10質量部以下、さらには8質量部以下であることが好ましい。硫黄または硫黄化合物が2質量部未満では、充分な硬さが得られない傾向があり、10質量部をこえると、未加硫ゴムの貯蔵安定性が損なわれる傾向がある。
さらに、本発明のサイド補強用ゴム組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、通常のゴム配合に用いられる酸化亜鉛、ワックス、ステアリン酸、オイル、老化防止剤などを含んでもよい。
<充填剤>
本発明のゴム組成物は、汎用ゴム一般に用いられているシリカを使用することができる。たとえば乾式法ホワイトカーボン、湿式法ホワイトカーボン、コロイダルシリカ等が挙げられる。なかでも含水ケイ酸を主成分とする湿式法ホワイトカーボンが好ましい。
さらに本発明は、薄板状天然鉱石、例えばカオリナイト、セリナイト、フロゴバイトおよびマスコバイト等の雲母類を配合することもできる。ここで薄板状天然鉱石のアスペクト比(厚さに対する最大径の比)は、3以上のものがゴム硬度を高める点で好ましい。前記薄板状天然鉱石の平均粒子径は、2μm以上であり30μm以下のものが好適に使用される。その配合量は、ゴム成分100質量部に対して5質量部〜120質量部の範囲で混合できる。
<ゴム組成物の粘弾性特性>
前記サイド部補強層のゴム組成物の複素弾性率(E*)は、10Mpa以上であり、さらに損失弾性率(E")および複素弾性率(E*)は、下記式を満たすことが好ましい。
E"/(E*2 ≦7.5×10-9Pa-1
特に、 E"/(E*2 ≦6.8×10-9Pa-1 であることが好ましい。
複素弾性率(E*)が10Mpa未満の場合、ランフラット時にサイド部補強層の変形が大きくなり、またE"/(E*2 が、7.5×10-9Pa-1より大きいと、ランフラット時のサイド部補強層の変形に伴う発熱が大きくなり、ゴムの熱劣化を促進し破壊に至る傾向がある。
<ランフラットタイヤ>
以下、本発明の実施の一形態を、図示例とともに説明する。図1は、本発明のランフラットタイヤ1示す正規内圧状態におけるタイヤ子午断面図である。
図1において、本実施形態のランフラット1は、トレッド部2からサイドウォール部3をへてビード部4のビードコア5に至るカーカス6と、トレッド部2の内方かつ前記カーカス6の半径方向外側に配されるトレッド補強コード層7とを具える。
前記カーカス6は、タイヤ周方向に対して45〜90°の角度で配列されるカーカスコードをトッピングゴムにより被覆した1枚以上のカーカスプライから形成される。本例では、カーカスコードを80〜90°の角度で配列した1枚のカーカスプライ6からなる場合が示されている。前記カーカスプライ6は、前記ビードコア5、5間に跨るプライ本体部6aの両側に、前記ビードコア5の周りをタイヤ軸方向内側から外側に折り返されるプライ折返し部6bを一連に具える。
そして前記プライ本体部6aとプライ折返し部6bとの間には、例えばゴム硬度が65〜98度の硬質のゴムからなり、前記ビードコア5から半径方向外側に先細状にのびるビード補強用のビードエーペックス8が配される。本明細書においては、「ゴム硬度」は、温度23℃で測定したデュロメータータイプAによる硬さを意味する。このビードエーペックス8のビードベースラインBLからのタイヤ半径方向の高さHaは、特に限定はされないが、小さすぎるとランフラット耐久性が不充分となり、逆に大きすぎるとタイヤ質量の過度の増加や乗り心地の悪化を招く恐れがある。このような観点より、ビードエーペックス8の前記高さHaは、タイヤ断面高さSHの10〜60%、より好ましくは20〜50%が望ましい。
本例では、前記カーカス6のプライ折返し部6bが、前記ビードエーペックス8を半径方向外側に超えて巻き上がり、その外端部6beが、プライ本体部6aと前記トレッド補強コード層7との間に挟まれて終端する所謂超ハイターンアップの折り返し構造を具える。これにより、1枚のカーカスプライ6を用いて、サイドウォール部3を効果的に補強しうる。また前記プライ折返し部6bの外端部6beが、ランフラット走行時に大きく撓むサイドウォール部3から離れるため、該外端部6beを起点とした損傷を好適に抑制しうる。前記プライ折返し部6bとトレッド補強コード層7との重なり部のタイヤ軸方向巾Weは、5mm以上、さらには10mm以上が好ましく、その上限は、軽量化の観点から40mm以下、さらには30mm以下が好ましい。なお前記カーカス6が複数枚のカーカスプライから形成される場合には、少なくとも1枚のカーカスプライがこの態様をなすのが好ましい。
次に、前記トレッド補強コード層7は、本例では、前記カーカス6に重置されるベルト9と、そのさらに外側に重置されるバンド10とから構成される。前記ベルト9は、タイヤ周方向に対して例えば10〜45°の角度で配列したベルトコードをトッピングゴムにて被覆した2枚以上、本例では2枚のベルトプライ9A、9Bから形成される。各ベルトコードは、プライ間相互で交差することによりベルト剛性を高め、トレッド部2の略全巾をタガ効果を有して強固に補強する。
又前記バンド10は、タイヤ周方向に対して5°以下の角度で螺旋状に巻回されるバンドコードをトッピングゴムにて被覆した1枚以上のバンドプライからなり、前記ベルト9を拘束し、操縦安定性、高速耐久性等を向上させる。前記バンドプライとしては、ベルト9のタイヤ軸方向外端部のみを被覆する左右一対のエッジバンドプライ、及びベルト9の略全巾を覆うフルバンドプライがあり、これらを単独で或いは組み合わせて使用される。本例では、バンド10が1枚のフルバンドプライからなるものを例示している。なお前記トレッド補強コード層7としては、ベルト9のみで形成することも、又バンド10のみで形成することもできる。
又前記サイドウォール部3には、ランフラット機能を確保するためのサイド部補強層11が配される。このサイド部補強層11は、最大厚さTmを有する中央部分から、タイヤ半径方向内端11a及び外端11bに向かってそれぞれ厚さを徐々に減じてのびる断面三日月状をなす。前記内端11aは、ビードエーペックス8の外端よりもタイヤ半径方向内側に位置し、前記外端11bは、トレッド補強コード層7の外端7eよりもタイヤ軸方向内側に位置する。このとき、サイド部補強層11とビードエーペックス8とのタイヤ半径方向の重なり巾Waを5〜50mm、かつサイド部補強層11とトレッド補強コード層7とのタイヤ軸方向の重なり巾Woを50mm以下とするのが好ましく、これにより前記外端11b及び内端11aでの剛性段差の発生を抑える。
前記サイド部補強層11は、本例では、カーカス6のプライ本体部6aの内側(タイヤ内腔側)に配される。そのため、サイドウォール部3の曲げ変形時には、サイド部補強層11には主として圧縮荷重が、またコード材を有するプライ本体6aには主として引張荷重が作用する。ゴムは圧縮荷重に強く、かつコード材は引張荷重に強いため、上記のようなサイド部補強層11の配設構造は、サイドウォール部3の曲げ剛性を効率良く高め、ランフラット走行時のタイヤの縦撓みを効果的に低減しうる。
なおサイド部補強層11は硬度の高いゴム配合と、硬度の低いゴム配合を用いることができる。硬度の高いゴム配合は、ランフラット走行時の圧縮歪を抑制し、ランフラット性能を維持する。この場合のゴム配合は、複素弾性率(E)が12〜18MPaの範囲で、tanδが0.06〜0.1の範囲が好適である。一方、硬度の低いゴム配合は、ランフラット走行時の発熱性を低減し、ランフラット性能を維持する。この場合のゴム配合は、複素弾性率(E)が5〜11MPaの範囲で、tanδが0.02〜0.06の範囲が好適である。
またサイド部補強層11の最大厚さTmは、タイヤサイズや、タイヤのカテゴリ等によって異なるが、乗用車用タイヤの場合は5〜20mmの範囲に設定される。
なお本例では、前記ビード部4には、リムプロテクトリブ12が凸設される場合が例示される。このリムプロテクトリブ12は、リムフランジJFを覆うように基準輪郭線jから突出するリブ体であり、前記リムフランジJFの先端を越えてタイヤ軸方向外側に最も突出する突出面部12cと、この突出面部12cからビード外側面に滑らかに連なる半径方向内側の斜面部と、前記突出面部12cからタイヤ最大巾点近傍位置で前記基準輪郭線jに滑らかに連なる半径方向外側の斜面部とで囲まれる断面台形状をなす。なお前記内側の斜面部は、リムフランジJFの円弧部よりも大きい曲率半径で形成された凹状の円弧面で形成され、走行時において縁石等からリムフランジJFを保護する。一方、ランフラット走行時には、内側の斜面部がリムフランジJFの円弧部に寄りかかって接触するため、ビード変形量を軽減でき、ランフラット時の操縦安定性及びランフラット耐久性の向上に役立つ。
そして本発明では、前記ランフラット操縦安定性及びランフラット耐久性を向上するために、前記カーカスコードに、アラミド繊維を使用することがこのましい。
前記アラミド繊維は、高弾性繊維として知られ、ランフラットタイヤ1のカーカスコードに使用することにより、タイヤの荷重支持能力を高めることができる。従って、例えばカーカスプライ枚数の低減、カーカスコードの細径化、及び/又はコード配列密度(コードエンド数)の低下などによるタイヤの軽量化を図りながら、ランフラット時のタイヤ変形を低減できる。しかも、アラミド繊維は、100〜150℃の高温下においても弾性率の低下が、他の有機繊維コード材料に比べて小さく、耐熱性に優れるという特性を有する。従って、ランフラット走行時のタイヤ温度上昇によっても、カーカスコードが強度低下して損傷を招いたり、又弾性率の低下によるタイヤ変形量の増加や、それに伴うさらなるタイヤ温度上昇を招くことを防止できる。その結果、ランフラット耐久性を向上できる。さらにタイヤ温度上昇によっても、高弾性率を維持してタイヤ剛性を高めうるため、ランフラット時の操縦安定性を向上することもできる。これによりランフラット走行における高速化、長距離化が達成される。
しかしながらアラミド繊維は、弾性率が高い分、耐疲労性に劣る傾向がある。そのため本例では、カーカスコード20に、図2に略示するように、下撚りしたアラミド繊維のストランド21の2本を、上撚りにて互いに撚り合わせた2本撚り構造を採用するとともに、このときの撚り合わせを、従来よりも高い撚り係数Tにて行っている。
ここで前記「撚り係数T」は、周知の如く、コードの上撚り数をN(単位:回/10cm)、コード1本のトータル表示デシテックス(繊度)をD(単位:dtex)、コード材料の比重をρとしたとき、次式(1)で示される。
T=N×√{(0.125×D/2)/ρ}×10−3 −−−(1)
そして、この撚り係数Tを0.5〜0.8の範囲まで高めることにより、アラミド繊維コードの欠点である耐疲労性を改善することができ、従来のレーヨンコードの場合に比して、ランフラット耐久性を大幅に向上することが可能となる。なお前記カーカスコード20の撚り係数Tが0.5を下回ると、耐疲労性の向上効果が少なく、ランフラット耐久性を充分に高めることができない。逆に、撚り係数Tが0.8を上回ると、コードの撚り加工が難しくなり生産性に不利となる。特に撚り係数Tの下限は0.6以上が好ましく、これによりコードの耐疲労性がさらに改善され、ランフラット耐久性をより向上しうる。
なおカーカスコード20では、アラミド繊維の重要な特性である高弾性を活かして優れた補強効果を発揮させるために、2本撚り構造が採用されている。そのとき、下撚り数と、上撚り数とが等しい所謂バランス撚りが好ましいが、撚り数の比(下撚り数/上撚り数)が0.2〜2.0の範囲内、好ましくは0.5〜1.5の範囲内で、下撚り数と上撚り数とを相違させても良い。
又前記トータル表示デシテックスD(繊度)は、特に限定されるものではないが、ランフラットタイヤの場合、1500〜5000dtexの範囲が好ましい。又カーカスプライ6におけるコードエンド数n(本/5cm)と前記トータル表示デシテックスDとの積は、70000〜150000の範囲が好ましく、70000未満では、アラミド繊維コードとはいえ、ランフラット耐久性や操縦安定性が不充分となり、逆に150000を越えると、カーカス剛性が過大となって乗り心地性を損ねるとともに、質量やコストの不必要な増加を招く。このような観点から前記積D×nの下限は100000以上がさらに好ましく、上限は120000以下がさらに好ましい。
又耐疲労性に原因するカーカスコード20の損傷は、タイヤ変形時に圧縮歪みを受ける部位、即ち、プライ折返し部6bのうちのビード側部分にて発生しやすい。しかしながら本例では、前述の如くビード部4にリムプロテクトリブ12を凸設しているいため、ランフラット走行時におけるビード変形が軽減され、カーカスコード20に圧縮歪みが作用しにくくなる。その結果、アラミド繊維を採用した場合のカーカスコード20の疲労損傷をさらに抑えることができ、ランフラット耐久性のいっそうの向上が図れる。言い換えると、アラミド繊維のカーカスコード20を用いたタイヤでは、リムプロテクトリブ12を用いることが、コードの疲労損傷抑制の観点から好ましい。
さらに本例では、前記カーカスプライ6のトッピングゴムとして、複素弾性率Eが、5〜13MPaの範囲と、従来のカーカストッピングゴムに比して高弾性のゴムを採用している。なお従来のカーカストッピングゴムの複素弾性率Eは3.8MPa程度である。このように高弾性のゴムをトッピングゴムに採用することで、タイヤ変形時、カーカスコード20に掛かる歪みを低減でき、ランフラット耐久性のさらなる向上を達成しうる。なお複素弾性率Eが5MPaを下回ると前記効果が期待できず、逆に13MPaを上回ると、ゴムが硬くなり過ぎ、乗り心地性が一気に悪化してしまう。このような観点から、複素弾性率Eの下限値は、5.5MPa以上、さらには6MPa以上が好ましく、又上限値は11MPa以下、さらに9MPa以下が好ましい。
次に、前記正規内圧状態のタイヤ子午断面において、タイヤ外面2Aのプロファイルは、曲率半径が異なる複数の円弧からなる曲面によって形成されている。前記タイヤ外面2Aとタイヤ赤道面Cとの交点である赤道点CPから、接地端側に向かって曲率半径Rが漸減する複数の円弧からなる曲面によって、前記プロファイルを形成する好ましい。これにより、前記サイド部補強層11のゴムボリュームを最小限に抑え、タイヤの軽量化、及び乗り心地性の向上を図ることができる。特に特許第2994989号公報で提案する如き特殊プロファイルを採用することで、前述の効果をさらに高く発揮させることができる。
詳しく説明すると、先ず図3に示すように、タイヤ赤道面Cから前記タイヤ最大断面巾SWの45%の距離SPを隔てるタイヤ外面2A上の点をPとするとき、タイヤ外面2Aの曲率半径RCは、前記タイヤ赤道点CPから前記点Pに至るまでの間で徐々に減少するように設定される。なお前記「タイヤ最大断面巾SW」とは、タイヤ外面2Aの基準輪郭線j(図1参照)における最大巾であり、この基準輪郭線jは、タイヤ外面2Aに局部的に形成される例えば文字、図形、記号等を示す装飾用、情報用等の微細なリブや溝、リム外れ防止用のリムプロテクトリブ12、カット傷防止用のサイドプロテクトリブなどの局部的凹凸部を除外した滑らかな輪郭線を意味する。
又前記タイヤ赤道面Cからタイヤ最大断面巾SWの半巾(SW/2)の60%、75%、90%及び100%の距離X60、X75、X90及びX100 を夫々隔てる各タイヤ外面2A上の点をP60、P75、P90及びP100 とする。又この各タイヤ外面2A上の点P60、P75、P90及びP100 と、前記タイヤ赤道点CPとの間の半径方向の距離をY60、Y75、Y90及びY100 とする。
そして、前記正規内圧状態においてビードベースラインBLから前記赤道点CPまでの半径方向高さであるタイヤ断面高さをSHとするとき、前記半径方向距離Y60、Y75、Y90及びY100 は、それぞれ以下の関係を満足することを特徴としている。
0.05< Y60 /SH ≦0.1
0.1< Y75 /SH ≦0.2
0.2< Y90 /SH ≦0.4
0.4< Y100 /SH ≦0.7
ここで、RY60=Y60/SH
RY75=Y75/SH
RY90=Y90/SH
RY100 =Y100 /SH
として前記関係を満足する範囲RYiを図4に例示する。図3、4のように前記関係を満足するプロファイルは、トレッドが非常に丸くなるため、フットプリントが、接地巾が小かつ接地長さを大とした縦長楕円形状となり、騒音性能とハイドロプレーニング性能とを向上しうることが、前記特許第2994989号公報で報告されている。なお前記RY60、RY75、RY90及びRY100 の値が、各下限値を下回ると、トレッド部2を中心としてタイヤ外面2Aが平坦化するため、従来タイヤとのプロファイルの差が少なくなる。逆に各上限値を上回ると、トレッド部2を中心としてタイヤ外面2Aが著しく凸状をなすため、接地巾が過小となり、通常走行において必要な走行性能を確保することができなくなる。
なおタイヤでは、予めタイヤサイズを定めることにより、JATMA、ETRTOなどのタイヤの規格から、タイヤ偏平率、タイヤ最大断面巾、タイヤ最大高さなどを概ね定め得るため、前記RY60、RY75、RY90及びRY100 の範囲を容易に算出できる。従って、前記タイヤ外面2Aは、前記各位置におけるRY60、RY75、RY90及びRY100 の範囲を満たすように、かつ曲率半径RCが徐々に減少するように、前記タイヤ赤道点CPから前記点Pまで滑らかな曲線で描くことにより適宜定めうる。
又前記タイヤは、前記正規内圧状態のタイヤに正規荷重の80%の荷重を負荷した状態において、前記タイヤ外面2Aが接地するタイヤ軸方向最外端間のタイヤ軸方向距離である接地巾を、前記タイヤ最大断面巾SWの50%〜65%の範囲とするのが好ましい。これは、前記接地巾が、前記タイヤ最大断面巾SWの50%未満の場合、通常走行において轍でふらつきやすくなるなどワンダリング性能が低下し、かつ接地圧の不均一化により偏摩耗しやすくなるからである。なお前記接地巾が、タイヤ最大断面巾SWの65%を超える場合には、接地巾が過大となって前述の通過騒音とハイドロプレーニング性能との両立が難しくなる。
このような特殊プロファイルでは、サイドウォール部の領域が短いという特徴を有するため、ランフラットタイヤに採用することにより、前記サイド部補強層のゴム組成物の特性と相俟って、ランフラット耐久性を一層向上することができ、更にサイド部補強層のゴム容積を低減でき、ランフラットタイヤにおける質量低下と乗り心地性の向上とを達成しうる。しかし、ゴム容積が大きいトレッド部2での変形量が通常プロファイルのタイヤに比して大きくなる。また耐熱性の高いアラミド繊維を用いたカーカスコードは、この特殊プロファイルのタイヤにとってもより有利となりうる。
実施例1〜2および比較例1〜2
<ポリパラフェニレンテレフタラミド(PPTA)マスターバッチの調整>
ポリパラフェニレンテレフタラミド(PPTA)とステアリン酸を含むマスターバッチを表1の配合に基づき調整した。
Figure 2009161033
(注1)ポリパラフェニレンテレフタラミド(PPTA):帝人社製の「Twaron」。
(注2)シランカップリング剤:デグッサ社製の「Si69」。
(注3)加硫促進剤:大内新興化学工業社製の「NS」。
(注4)硫黄:四国化成工業(株)社製の「シュークロンOT」。
(注5)ステアリン酸:日本油脂(株)社製の「椿」。
<ゴム組成物の製造>
表2に示す配合内容にしたがって、バンバリーミキサーを用いて、不溶性硫黄および加硫促進剤以外の成分を、150℃で4分間混練りした。次のオープンロールを用いて、得られた混練物に硫黄と加硫促進剤を加えて、80℃で3分間練り込んで未加硫ゴム組成物1〜4を得て、タイヤの試作に用いた。
得られた未加硫ゴム組成物を160℃で20分間プレス加硫し、加硫ゴム組成物を得て
、破断時強度、粘弾性特性の評価を行った。
<ランフラットタイヤの製造>
サイド部補強層として、表2に示すはゴム配合1〜4を用いて、ライニングストリップ層の形状に成形し、タイヤの他の部材と共に貼り合わせて、診加硫タイヤを成形した。この成形タイヤを160℃で120分間プレス加硫をし、サイズが215/45ZR17のランフラットタイヤを製造した。
実施例1、2および比較例1、2のランフラットタイヤは、図1に示される同じ基本構造を採用しサイド部補強層のゴム配合以外はすべて同じである。ここで、カーカスはレーヨンコードを用い、プライ枚数は1枚、コード角度はタイヤ周方向に90°である。また、ベルト層にスチールコードのベルトプライを2枚、コード角度は、タイヤ周方向に24°で、相互に反対方向に交差するように積層した。
Figure 2009161033
(注1)NR:RSS#3
(注2)SBR−1:JSR社製の商品名「SL574」(1,2−シンジオタクチックポリブタジエン結晶含量は0質量%)。
(注3)BR:宇部興産社製の「VCR412」
(注4)カーボンブラック(FEF):三菱化学(株)製のダイヤブラックE(N2SA41m2/g、DBP吸油量115ml/100g)。
(注5)ステアリン酸:日本油脂(株)製の「椿」。
(注6)酸化亜鉛:三井金属鉱業(株)製の「酸化亜鉛2種」。
(注7)老化防止剤:住友化学工業(株)製のアンチゲン6C、N−(1,3−ジメチルブチル)−N’−フェニル−p−フェニレンジアミン。
(注8)ポリパラフェニレンテレフタラミド(PPTA)マスターバッチ:表1の配合による。
(注9)硫黄:四国化成工業(株)製の不溶性硫黄「ミュークロンOT」。
(注10)加硫促進剤:大内新興化学工業(株)製のノクセラーNS(N−tert−ブチル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド)。
以下の各評価を行なった。評価結果を表2に示す。
<粘弾性特性>
前記配合1〜4によって調整されたサイド部補強層のゴム試験片を、(株)岩本製作所製の粘弾性スペクトロメータを用いて、測定温度70℃、初期歪み10%、動歪み±1%、周波数10HzにてE"(損失弾性率)、E*(複素弾性率)、tanδを測定し、E"/(E*2をもとめた。
またtanδ指数は、比較例1のtanδ値を100とした相対値を示す。
<破断時強度>
JIS−K6251「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−引張特性の求め方」に準じて、前記加硫ゴムシートからなる3号ダンベル型試験片を用いて、引張試験を実施し、23℃における破断時強度(TB)を測定した。
<ランフラット耐久性>
各供試タイヤを空気内圧0kPaにてドラム試験機上を、縦荷重(4.14kN)で、
速度80km/hで走行させ、タイヤが破壊するまでの走行距離を測定し、比較例1を100とする指数により、下記計算式により各実施例、比較例を評価した。数値が大きいほどランフラット耐久性は良好である。
(耐久性)=(各供試タイヤの走行距離)÷(比較例1の走行距離)×100
実施例3〜7、比較例3〜7
実施例1、比較例1に用いた配合1と配合3のサイド部補強層を使用し、カーカスプライの材料、構造を変更したランフラットタイヤを実施例1と同様にして製造した。
ここで、ランフラットタイヤの基本構造は図1に示すとおりであり、表3に示すカーカスの材料、構造以外は同じ仕様を採用した。基本仕様は次のとおりである。
カーカス:プライは1枚で、コード角度は周方向に90°。
ベルト層:スチールコードのベルトプライが2枚、コード角度はタイヤ周方向に24°で相互に反対方向に積層。
サイド部補強層:ゴムの最大厚さは10.0mm。
表3中、撚り係数Tは次式(1)で表される。
T=N×√{(0.125×D/2)/ρ}×10−3 −−−(1)
又レーヨン繊維コードの比重ρは1.51,アラミド繊維コードの比重ρは1.44である。
又トレッドプロファイルは、各タイヤとも、RY60=0.05〜0.1、RY75=0.1〜0.2、RY90=0.2〜0.4、RY100=0.4〜0.7の範囲で実質的に同じプロファイルのものを使用している。
Figure 2009161033
<ランフラット耐久性の評価>
ランフラット耐久性は、実施例1と同様な方法で評価した。
実施例3と比較例3、実施例4と比較例4、実施例5と比較例5を比較すると、同じアラミド繊維コードのカーカスを用いた場合において、サイド部補強層の配合1を配合3に代えて採用することで、ランフラット耐久性は大幅に改善する。
実施例6と比較例6、実施例7と比較例7を比較すると、同じレーヨン繊維コードのカーカスを用いた場合において、サイド部補強層の配合1を配合3に代えて採用することで、ランフラット耐久性は大幅に改善する。
実施例3〜5および実施例7の比較において、撚り係数Tは0.5〜0.8の範囲がより好ましいことが認められる。
本発明は、ランフラット性能に優れるサイド補強用ゴム組成物およびそれを用いたランフラットタイヤであり、乗用車用タイヤに限定されず、軽トラック用タイヤ、トラックバス用タイヤにも適用することが可能である。
本発明の空気入りタイヤがランフラットタイヤである場合の1実施例を示す子午断面である。 カーカスコードの概略図である。 タイヤ外面のプロファイルを示す線図である。 タイヤ外面の各位置におけるRYiの範囲を示す線図である。
符号の説明
1 ランフラットタイヤ、2 トレッド部、3 サイドウォール部、4 ビード部、5 ビードコア、6 カーカス、7 トレッド補強コード層、8 ビードエーペックス、9 ベルト、10 バンド、11 サイド部補強層、20 カーカスコード、21 ストランド。

Claims (9)

  1. 天然ゴムおよび/またはポリイソプレンゴムを20〜80質量%と、ポリブタジエンゴムを80〜20質量%を含むゴム成分100質量部に対して、ポリパラフェニレンテレフタラミドの補強材を0.1〜50質量部配合したゴム組成物よりなるランフラットタイヤ用のサイド部補強層。
  2. 補強材はポリパラフェニレンテレフタラミドおよび/または該ポリパラフェニレンテレフタラミドとステアリン酸を含むマスターバッチである請求項1記載のサイド部補強層。
  3. ゴム組成物の複素弾性率(E)が10Mpa以上である請求項1または2に記載のサイド部補強層。
  4. トレッド部からサイドウォール部をとおりビード部のビードコアに至るカーカスと、トレッド部の内方かつ前記カーカスの半径方向外側に配されるベルト層と、サイドウォール部かつ前記カーカスの内側に配され最大厚さを有する中央部分から半径方向内外に厚さを減じて延びる断面三日月状のサイド部補強層を備え、該サイド部補強層は請求項1〜3のいずれかであるランフラットタイヤ。
  5. 前記カーカスは、タイヤ周方向に対して45〜90°の角度で配列したカーカスコードをトッピングゴムで被覆したカーカスプライからなるとともに、前記カーカスコードは、アラミド繊維コードである請求項4記載のランフラットタイヤ。
  6. 前記カーカスコードは、下撚りしたフィラメント束の2本を、上撚りにて互いに撚り合わせた2本撚り構造をなすことを特徴とする請求項5記載のランフラットタイヤ。
  7. 前記カーカスコードは、次式(1)で示す撚り係数Tを0.5〜0.8の範囲としたことを特徴とする請求項5または6記載のランフラットタイヤ。
    T=N×√{(0.125×D/2)/ρ}×10−3 ・・・(1)
    (ただし、Nは上撚り数(回/10cm)、Dはトータル表示デシテックス(繊度)、ρはコード材料の比重である。)
  8. 前記カーカスプライの前記トッピングゴムは、複素弾性率(E)が5〜13MPaの範囲としたことを特徴とする請求項5〜7のいずれかに記載のランフラットタイヤ。
  9. 正規リムに装着され、かつ正規内圧を充填した正規内圧状態におけるタイヤ子午断面において、
    タイヤ赤道面Cからタイヤ最大断面巾SWの45%の距離SPを隔てるタイヤ外面上の点をPとするとき、タイヤ外面の曲率半径RCが、前記タイヤ外面がタイヤ赤道面Cと交わる赤道点CPから前記点Pに至るまで徐々に減少するとともに、
    前記タイヤ赤道面Cから前記タイヤ最大断面巾SWの半巾(SW/2)の60%、75%、90%及び100%の距離X60、X75、X90およびX100 を夫々隔てるタイヤ外面上の各点と、前記赤道点CPにおけるタイヤ赤道面Cに対する垂線CXとの間の各半径方向距離をそれぞれY60、Y75、Y90及びY100 とし、かつタイヤ断面高さSHと以下の関係満足することを特徴とする請求項4〜8のいずれかに記載のランフラットタイヤ。
    0.05< Y60 /SH ≦0.1
    0.1< Y75 /SH ≦0.2
    0.2< Y90 /SH ≦0.4
    0.4< Y100 /SH ≦0.7
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