JP2010023833A - ポリケトンベルト構造を有する空気入りタイヤ - Google Patents

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Abstract

【課題】農業、工業、商業またはトラックサービス用途等向けの優れた空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】空気入りタイヤは回転軸を有する。この空気入りタイヤには、少なくとも1層の補強されたプライを有するカーカスと、このカーカスの半径方向外側に配置されたトレッドと、半径方向にみてこのカーカスとこのトレッドの間に配置されたベルト構造とが含まれる。このベルト構造には、撚りをかけたポリケトン糸の、少なくとも3本のストランドからなるコードが含まれる。この撚りをかけたポリケトン糸は、1570dtex〜1770dtexの線密度および3.0TPI〜8.0TPI(12〜31回/10cm)の撚り数レベルを有する。コードは、3.0TPI〜8.0TPI(12〜31回/10cm)の撚り数レベル、およびポリケトン糸の撚り方向と反対の撚り方向を有する。
【選択図】図4

Description

発明の分野
本発明は、空気入りタイヤ(pneumatic tire)を対象とする。より具体的には、本発明は、ポリケトン繊維を含むベルト構造を有する空気入りタイヤを対象とする。
発明の背景
従来の農業用、工業用、商業用、およびトラック用タイヤは、過酷な使用に耐え、かつ通例は高負荷を伴っている。タイヤを取り付けた車両は通例大量の有機堆積物(debris)、堅く押し固められた土壌条件、および高負荷使用条件にさらされる。例えば、バックホウバケット(back hoe backet)またはフロントスキッドローダー(front skid loader)を車両に取り付けることができる。タイヤは砂利、コンクリート破片、および/または堅く押し固められた泥とかみ合う(engage)ことが可能でなければならない。湿った土壌条件における良好な牽引力も望ましいことである。
従来の農業用、工業用、商業用、またはトラック用タイヤは、タイヤのセンターラインにおいておよそ1インチ(2.54cm)の滑り止め溝の深さ(nonskid depth)を有してよい。従来のタイヤは、ラジアル構成で生産される場合、2〜8層の合成補強物のプライまたは単層の鋼プライを有するカーカスを有し得る。合成プライは通例ナイロンまたはポリエステルとすることができる。従来のタイヤは、高屈曲性ポリエステル、レーヨン、ナイロン、アラミド、または鋼の6層までのプライ(またはベルト)を有するベルト構造をさらに含むことができる。農業用および工業用タイヤは、より良好な乗り心地および操縦性をもたらすため、従来は布で補強されている。
さらに、タイヤ補強物としてポリケトン繊維の一般的使用が提案されている。
発明の概要
本発明は、農業、工業、商業、またはトラックサービス(service)用途向けの空気入りタイヤなどの空気入りタイヤを対象とする。空気入りタイヤには、補強されたプライを少なくとも一つ有するカーカス、1対の環状ビードコア、カーカスおよび空気入りタイヤの回転軸の半径方向外側に配置されるトレッド、ならびに半径方向にみてカーカスとトレッドの間に配置されるベルト構造が含まれる。このベルト構造は、撚りをかけたポリケトン糸(yarn)のストランド(strands)を少なくとも3つ有するコード(cords)を含む。このポリケトン糸は、約1570dtex(デシテックス)〜約1770dtexの範囲にある線密度および約3TPI(「1インチ当り回数」)(12回/10cm)〜約8TPI(31回/10cm)の撚り数レベルを有する。コードは約3TPI(12回/10cm)〜約8TPI(31回/10cm)の撚り数レベルを有し、またコードの撚りは、糸の撚り方向と反対の方向にある。
本発明の一態様において、トレッドには2つまたは3つの円周方向のラグ(突起)(lug)列が含まれる。第1の円周方向ラグ列は、トレッドの第1ショルダー領域から軸方向内側に延びる。第2の円周方向ラグ列は、トレッドの第2ショルダー領域から軸方向内側に延びる。トレッドの第2ショルダー領域は、トレッドの第1ショルダー領域と軸方向に反対の向きである。
本発明の一態様により、付加的な中央の円周方向ラグ列は、軸方向に第1および第2の円周方向ラグ列の間に位置することができる。
本発明の他の態様において、ポリケトン糸は、主繰り返し単位として、−(CH2CH2−CO)−によって表されるケトン単位を含有する。ポリケトン糸は、約0.5dl/g以上の固有粘度(intrinsic viscosity)を有するポリケトン溶液から作製できる。
本発明のさらに他の態様において、ポリケトン糸の結晶配向は約90パーセント以上であり、また約1.29g/cm3以上の密度を有する。あるいは、密度は約1.29g/cm3〜約1.31g/cm3としてよい。ポリケトン糸は、さらに約200cN/dtex以上の弾性率(elastic modulus)、および約−1パーセント〜約3パーセントの熱収縮(heat shrinkage)を有することができる。あるいは、熱収縮は約0.1パーセント〜約1.5パーセントとしてよい。
本発明の一態様において、ポリケトン糸は、摂氏0〜150°の範囲にある相分離温度(phase separation temperature)を有するポリケトン溶液を湿式紡糸することにより生産される。
本発明のさらに他の態様において、コードの撚り数レベル、および糸の撚り数レベルは同一である。さらに、コードの撚り数レベルは約6.9TPI(27回/10cm)としてよく、糸の撚り数レベルは約6.9TPI(27回/10cm)としてよい。あるいは、コードの撚り数レベルは約3.0TPI(12回/cm)としてよく、糸の撚り数レベルは約3.0TPI(12回/cm)としてよい。他の代替策として、コードの撚り数レベルは約5.0TPI(20回/cm)としてよく、糸の撚り数レベルは約5.0TPI(20回/cm)としてよい。さらに他の代替策として、コードの撚り数レベルは約8.0TPI(31回/cm)としてよく、糸の撚り数レベルは約8.0TPI(31回/cm)としてよい。
本発明の一態様において、コードを含むベルト構造は、約16EPI(「1インチ当りエンド数」)(6.3エンド/cm)〜約26EPI(10エンド/cm)を有する。あるいは、コードは約16EPI(6.3エンド/cm)〜20EPI(7.9エンド/cm)を有してよい。
本発明のさらなる態様において、これらの糸は、約1670dtexなど、約1650dtex〜約1690dtexの範囲にある線密度を有してよい。
本発明の他の態様において、本発明で使用するためのトレッド例には、2つまたは3つの円周方向ラグ列が含まれてよい。
定義
下記の定義により、開示される本発明について統一している。
「軸方向の(Axial)」および「軸方向に(axially)」は、タイヤの回転軸に平行である線または方向を意味しており、「横の(lateral)」および「横に(laterally)」と同義である。
「ベルト構造(Belt structure)」は、トレッドの下側にある(underlying)、織物または不織物の、少なくとも1層、好ましくは少なくとも2層の平行コードのプライ(またはベルト)を意味する。平行コードの1つまたは複数のプライは、ビードに固定されないことが好ましく、タイヤの赤道面に対して16度〜67度の左および右コード角度を有することが好ましい。
「カーカス(Carcas)」は、ベルト構造、トレッド、アンダートレッド、およびプライ上のサイドウォールゴムを除くが、ビードを含むタイヤ構造を意味する。
「中心面(Center plane)」は、トレッドの回転軸に垂直な、そしてトレッドの軸中心を通る平面を意味する。
「円周方向(Circumferential)」は、赤道面(EP)に平行でかつ軸方向に垂直な環状タイヤの表面の周囲に沿って伸びる線もしくは方向を意味する。
「コード(Cord)」は、タイヤ内でプライが含む補強ストランドの1種を意味する。
「赤道面(Equatorial Plane)(EP)」は、タイヤの回転軸に垂直な、かつそのトレッドの中心を通過する平面を意味する。
「フィラメント(Filament)」は、単一の糸(ヤーン)を指す。
「プライ(Ply)」は、ゴム被覆された平行コードの連続層を意味する。
「空気入りタイヤ(Pneumatic tire)」は、ビードおよびトレッドを有し、ゴム、化学品、布および鋼または他の材料で作った、一般にトロイド(円錐曲線回転体)の(toroidal)形状(通常は開放トーラス(円環体)(torus))の積層された機械装置を意味する。自動車のホイールに取り付けられると、タイヤはそのトレッドを介して牽引力を提供し、また流体またはガス状物質、通常は空気が入っており、それにより車両の荷重を支える。
「半径方向の(Radial)」および「半径方向に(radially)」は、半径方向にみてタイヤの回転軸に向かう、もしくは離れる方向を意味する。
「アンダートレッド(Undetread)」は、タイヤにおいて補強物パッケージ(reinforcement package)とトレッドゴムの間に置かれたゴムの層を指す。
図面の簡単な説明
本発明は、例を用いて、また添付する図面を参照して記述されるであろう。
本発明による使用のための第1の例のタイヤの透視図である。 図1のタイヤの平面図である。 図1のタイヤのトレッドの一部分の拡大透視部分図である。 図2の線4−−4に沿って取り出した図1のタイヤの横断面図である。 本発明による使用のための第2の例のタイヤの平面図である。
本発明の実施形態例の詳細な説明
農業用、工業用、商業用、およびトラックサービス向けの第1の例のラジアルプライ空気入りタイヤ20を図1〜4に例示している。本発明による使用のため、タイヤ例20には、ゴム被覆されたコードにより補強された少なくとも1つのプライ22を有するカーカス21、1対の環状に延びるビードコア24が含まれる。プライ22は、それぞれのビードコア24の周囲に巻き付けられ、それらのビードコア間に伸びている。ベルト構造28(図4)は、プライ22の半径方向外側に配置され、またトレッド32は、このベルト構造およびカーカス21の半径方向外側に配置される。トレッド32は、トレッドベース34と、2つの横エッジ33A、33Bを有する。横エッジ33A、33B間の距離の中間点は、トレッドの赤道面EPを決める。複数のラグ40、50、60が、内側(inner)トレッドベース34から半径方向外側に伸びている。
トレッド例32は、3つの円周方向ラグ列40、50、60を特徴とする。第1列40は、トレッド32の第1ショルダー領域から軸方向内側に延びる。第2列50は、トレッド32の第2の、反対側のショルダー領域から軸方向内側に延びる。中央列60は、第1および第2列40、50の中間の位置にある。第1の円周方向列であるラグ40は、第2の円周方向列であるラグ50と形状が類似しているが、向きは反対である(図2)。第1の円周方向列のそれぞれのラグ40は、第1のトレッドハーフ(tread half)32A内に存在する(図4)。第2の円周方向列のそれぞれのラグ50は、第2のトレッドハーフ32B内に存在する(図4)。中央列のラグ60は、第1のトレッドハーフ32Aおよび第2のトレッドハーフ32Bの両者内に存在する。全てのラグ40、50、60は、それぞれ立上りエッジ(leading edge)41、51、61および立下りエッジ(trailing edge)42、52、62を有する。第1の円周方向列のラグ40の立上りエッジ41、および中央の円周方向列のラグ60の立上りエッジ61の大多数は、単一の一定曲率半径R1により画定される。第2の円周方向列のラグ50の立下りエッジ52、および中央の円周方向列のラグ60の立下りエッジ62の大多数は、単一の一定曲率半径R2により画定される。曲率半径R1、R2の中心は、背中合わせのトレッドハーフ32A、32B内に位置する(図2および3)。
図4に示すように、タイヤ20は、タイヤの回転軸の周りに円周方向に伸びている1つまたは複数のカーカスプライ22を有するカーカス21を有する。タイヤ例20は、通例、合成ナイロンもしくはポリエステルコードを有する3〜6つのコードで補強されたプライ22を有する。カーカスプライ22は、1対の実質的に非伸長性の(inextensible)環状ビード24の周囲に固定される。ベルト構造28は、カーカスプライ22から半径方向外側に配置される1つまたは複数のベルトプライを有する。ベルト構造28は、タイヤ例20のクラウン領域(すなわちトレッド28)のための補強を提供する。円周方向に延びるトレッド32は、ベルト構造28の半径方向外側の位置にある。
サイドウォール部分33は、トレッド32のそれぞれの軸方向または横方向トレッドエッジ33A、33Bから、ビード24がその中に位置する環状ビード部分35まで、半径方向内側に伸びている。カーカスプライ22は、通例、半径方向に向いたコードを有する。プライ22の数は、タイヤ20の荷重搭載要求条件(load carrying requirements)に応じて決まる。
本発明による使用のための第2の例のタイヤ120は、図5に例示される。このタイヤ例120のトレッドは、第2の例のタイヤ120のトレッドが2つだけの円周方向ラグ列140、150を有し、中央列を有しない点を除いて、一般に図1〜4の第1の例のタイヤ20のトレッドと類似している。
本発明に従って、図1〜4の第1の例のタイヤ、または図5の第2の例のタイヤ120のベルト構造28は、その全体が本出願に参照により組み込まれている、Katoらへの米国特許第6818728号に記載されているものなどのポリケトン繊維を含む。これらのポリケトン繊維は、糸のストランドを形成し、ストランドに一緒に撚りをかけてコードを形成するのに使用される。
ポリケトンは、いくつかの用途においてアラミドを有利に代替できる高テナシティー(tenacity)材料である。例えば、ポリケトンは、第1の例のタイヤ20などの、ラジアル農耕用タイヤ(Radial Farm Tires)のベルト材料として、アラミドを代替して使用できる。通例のポリケトンコードの破断強度(breaking strength)は、同一構造のアラミドコードの破断強度の約70パーセントである。しかし、ポリケトンコードの撚りを減らすと、他の性状に重度に影響せずに、いくらかのもしくは全てのこの強度差を補償できる。
以下の表は、一エンド浸漬された(single end dipped)6.9/6.9撚り構成(1インチ当りの撚り6.9回(27回/10cm)のコード撚り数/1インチ当りの撚り6.9回(27回/10cm)の糸撚り数)を有するアラミドの1670dtex/1/3コード、6.9/6.9撚り構成を有するポリケトン糸の1670dtex/1/3コード、5.0/5.0撚り構成(1インチ当りの撚り5.0回(20回/10cm)のコード撚り数/1インチ当りの撚り5.0回(20回/10cm)の糸撚り数)を有するポリケトン糸の1670dtex/1/3コード、および3.0(12回/10cm)/3.0(12回/10cm)撚り構造を有するポリケトン糸の1670dtex/1/3コードの性状を比較している。
Figure 2010023833
一エンド浸漬6.9/6.9撚りポリケトンコードの強度は、アラミドの強度の72パーセントである(612.3N/860.3N)。予想したように、撚り数レベルを下げると強度が増加し、3/3構造では、アラミドの強度に近い強度をもたらしている(836.5N/860.3N)。特定の伸びにおける浸漬コード荷重もしくはLase値の比較は、アラミドコードの1パーセントLaseがいずれのポリケトンコード構成のそれよりも高いことを示している。しかし、浸漬アラミドコードの3パーセントLaseは、3/3浸漬ポリケトンコードの値と5/5浸漬ポリケトンコードの値の間にある(318.8Nは、365.0Nと279.7Nの間)。
付着力(adhesion)試験用試料は、2.54mm幅試験片についての標準引きはがし付着力試験(standard peel adhesion test)により調製した。細片付着力用試料(strip adhesion samples)は、0.30mmゴムコート配合物(rubber coat compound)で両側を被覆した布の層を重ねて(plying up)、ゴム引き布を作り、続いて、窓付きマイラーシート(myler window sheet)により分離した2層のゴム引き布のサンドイッチを調製することにより作製した。このサンドイッチを150℃で20分間加硫し(cure)、マイラー中のそれぞれの窓を中心に置いて2.54mm試料にカットした。次いで、加硫した試料は、マイラーの窓により画定される領域について、試験装置上の180°引きによってゴム引き布間の付着力について試験した。示した加硫サイクルで平行試料(parallel samples)を加硫した。次いで加硫試料は、示した試験条件で付着力について試験した。試験のため標準生産配合物(standard production compound)を使用した。細片付着力値の比較により、全ての3種の検討したポリケトン構成は、アラミドと比較して明らかに優れた付着力挙動を示すことが見てとれる。
疲労試験用試料は、コードを統合したゴム配合物のパッド(pad)を加硫することにより調製した。次いで加硫試料を、コードに平行な2.54mm幅細片に切断した。試料は、355.9Nの荷重を掛けながら「シューシャイン(shoeshine)試験」として、2時間屈曲させた(flexed)。次いでゴム細片からコードを取り出した。屈曲させたコードの残存強度を、屈曲前のコードの元の強度と比較した。残存強度値は、屈曲前のコードの強度についてのパーセントとして報告した。疲労性状の解析により、同一構成のアラミドと比較して、ポリケトンコードが優れた疲労性能を発揮することが示される。
ポリケトンの撚り数レベルを下げることにより、疲労性能の低下を招く。しかし、5/5および3/3構成のポリケトンコードは、6.9/6.9構成のアラミドコードに匹敵しうる疲労性能を有する。したがって、ポリケトンの撚り数レベルを下げることによって、アラミドと比較してより低いポリケトンの強度を一部補償することが可能である。
さらに、ポリケトンコードは、標準レゾルシノール−ホルムアルデヒド−ラテックス(RFL)接着剤で処理することにより、十分な付着力レベルを確保するために接着剤中にエポキシ成分などの追加的な付着力増進剤の使用を要するアラミドコードと同等の付着力レベルに到達できる。したがって、より安価で、かつ環境により優しい浸漬配合(すなわちエポキシを含まないRFL)を使用できる。
本発明で使用するためのポリケトン繊維の一例は、主繰り返し単位として下式によって示されるケトン単位を含有する繊維である。ポリケトン繊維は、約0.5dl/g以上の固有粘度を有するポリケトン溶液から作製され、約90パーセント以上の結晶配向、1.29g/cm3以上(あるいは約1.29〜約1.31g/cm3)の密度、200cN/dtex以上の弾性率、および約−1パーセント〜3パーセント(あるいは約0.1パーセント〜約1.5パーセント)の熱収縮を示す。
Figure 2010023833
さらに、これらの例のポリケトン繊維は、摂氏0〜150°の範囲にある相分離温度を有するポリケトン溶液を湿式紡糸することにより生産できる。これらの例のポリケトン繊維は高強度、高弾性率、優れた耐疲労性、良好な加工性、良好な耐熱性、寸法安定性、および優れた付着力性状を有する。したがって、これらの例の繊維は、上記において考察した農業、工業および商業用タイヤ用途に適している。
本発明における変形形態は、本明細書において提供されるその説明に鑑みて可能である。本発明を例示する目的で、ある代表的実施形態および細部が示されているが、その中で本発明の範囲から逸脱せずに種々の変更および修正を行うことができることが当業者には明らかであろう。したがって、記述される特定の実施形態において変更を行うことができ、それらは、下記に添付される特許請求範囲によって定義される、本発明の完全に意図される範囲内にあるであろうことを理解されたい。
20 タイヤ
21 カーカス
22 プライ
24 ビードコア
28 ベルト構造
32 トレッド
32A、32B トレッドハーフ
33 サイドウォール部分
33A、33B 横エッジ
34 トレッドベース
35 ビード部分
40、50、60 ラグ
120 タイヤ
140、150 ラグ列
EP 赤道面

Claims (15)

  1. 回転軸を有する空気入りタイヤであって、
    補強されたプライを少なくとも1つ有するカーカスと、
    前記カーカスの半径方向外側に配置されるトレッドと、
    半径方向にみて前記カーカスと前記トレッドの間に配置されるベルト構造と
    を特徴とし、前記ベルト構造が、撚りをかけたポリケトン糸の少なくとも3つのストランドのコードを含み、前記撚りをかけたポリケトン糸が、1570dtex〜1770dtexの線密度および3.0TPI〜8.0TPI(12〜31回/10cm)の撚り数レベルを有し、前記コードが3.0TPI〜8.0TPI(12〜31回/10cm)の撚り数レベルを有しかつ前記ポリケトン糸の撚り方向と反対の撚り方向を有する空気入りタイヤ。
  2. 前記コードの撚り数レベルが、前記ポリケトン糸の撚り数レベルと同じで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。
  3. 前記コードが、前記ベルト構造のプライを形成することを特徴とし、前記プライの構成が、16EPI〜26EPI(6.3〜10エンド/cm)を有するコードを特徴とする、請求項1に記載の空気入りタイヤ。
  4. 前記トレッドが、2つまたは3つの、ラグの円周方向の列を含むことを特徴とする、請求項1に記載の空気入りタイヤ。
  5. 前記ポリケトン糸が、主繰り返し単位として、−(CH2CH2−CO)−によって表されるケトン単位を含むことを特徴とする、請求項1に記載の空気入りタイヤ。
  6. 前記ポリケトン糸が、1.29g/cm3以上の密度、200cN/dtex以上の弾性率、および−1パーセント〜3パーセントの熱収縮を有することを特徴とする、請求項1に記載の空気入りタイヤ。
  7. 前記ポリケトン糸が、1670dtexの線密度を有することを特徴とする、請求項1に記載の空気入りタイヤ。
  8. 前記コードが、前記ベルト構造のプライを形成することを特徴とし、前記プライの構成が、18EPIを有するコードを特徴とする、請求項1に記載の空気入りタイヤ。
  9. 前記コードの撚り数レベルが6.9TPI(27回/10cm)であり、また前記ポリケトン糸の撚り数レベルが6.9TPI(27回/10cm)で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。
  10. 前記コードの撚り数レベルが3.0TPI(12回/10cm)であり、また前記ポリケトン糸の撚り数レベルが3.0TPI(12回/10cm)で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。
  11. 前記コードの撚り数レベルが5.0TPI(20回/10cm)であり、また前記ポリケトン糸の撚り数レベルが5.0TPI(20回/10cm)で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。
  12. 前記コードの撚り数レベルが8.0TPI(31回/10cm)であり、また前記ポリケトン糸の撚り数レベルが8.0TPI(31回/10cm)で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。
  13. 前記コードのそれぞれが、撚りをかけたポリケトン糸のストランド3本からなることを特徴とする、請求項1に記載の空気入りタイヤ。
  14. 農業用タイヤで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。
  15. 工業サービスタイヤ(industrial service tire)で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。
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