JP2010235084A - ランフラットタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】これまで以上に応急走行寿命が向上したサイドウォール部強化型ランフラットタイヤを提供する。
【解決手段】左右一対のビード部１と、ビード部１から夫々タイヤ半径方向外側に連なる一対のサイドウォール部２と、両サイドウォール部２に連なるトレッド部３とを有し、一対のビード部１間にトロイド状に延在してこれら各部を補強する一枚以上のカーカスプライからなるカーカス４と、サイドウォール部２においてカーカス４の内側に配置された断面三日月状のサイド補強ゴム層５と、を備えたランフラットタイヤである。サイドウォール部２を構成するゴム中に炭素繊維からなる短繊維が存在し、かつ、カーカス４を形成する繊維コードがポリケトン繊維コードである。
【選択図】図１

Description

本発明はランフラットタイヤに関し、詳しくは、これまで以上に応急走行寿命が向上したサイドウォール部強化型ランフラットタイヤを提供するに関する。

近年、タイヤ内部の空気圧低下後も応急走行し得る空気入りタイヤとして、カーカスの内方のサイドウォール部に断面三日月状の補強ゴム層を配設してなるランフラットタイヤが広く実用に供せられている。

しかしながら、カーカスの補強コードとしてレーヨン等のセルロース系繊維コードを用いた一般的なサイド補強タイプのランフラットタイヤは、セルロース系繊維の弾性率が十分に高くないため、ランフラット走行時のタイヤの撓みが大きく、また、ランフラット走行によりタイヤが高温になるとカーカスプライの剛性が低下して、タイヤの撓みが更に大きくなる。そのため、ランフラット走行末期のタイヤの故障の主因は、上記断面三日月状のサイド補強ゴム層の割れによるものであり、従来のサイド補強タイプのランフラットタイヤには、ランフラット走行での耐久距離の向上が望まれていた。

この問題に対し、特許文献１にはカーカスの補強コードとして特定の熱収縮応力を有するポリケトン繊維コードを用いることで、タイヤ重量を増加させることなく、ランフラット走行時のタイヤの撓みを抑制する技術が開示されている。これによれば、通常走行時の乗り心地を悪化させること無く、タイヤのランフラット耐久性を大幅に改善できる。しかしながら、特許文献２によれば、ポリケトン繊維の熱収縮応力は温度上昇に従い連続的に上昇するものの、１００〜２５０℃付近でピークとなり、それ以上は温度が上昇するに従い熱収縮応力が低下するという報告もなされている。

特開２００６−２２４９５２ 特開２００１−２９５１３４

上記事実によれば、サイド補強ゴム温度がポリケトン繊維の熱収縮応力のピーク値付近の温度では、ポリケトン繊維からなるカーカスの熱収縮応力によりランフラット走行時の撓みが抑制される。しかし、更にランフラット走行を継続してサイド補強ゴムが発熱し、カーカス周辺温度がポリケトン繊維の熱収縮応力のピーク温度を超えると、ポリケトン繊維の熱収縮応力が低下し始め、ポリケトン繊維による撓み抑制効果が減少して撓みが増加することになる。その結果として、ランフラット耐久性向上効果が十分に得られない場合がある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、これまで以上に応急走行寿命が向上したサイドウォール部強化型ランフラットタイヤを提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、以下の知見を得るに至った。すなわち、ポリケトン繊維の特徴である熱収縮応力によるランフラット耐久向上効果を十分に得るためにはカーカス周辺温度をポリケトン繊維の熱収縮応力のピーク温度付近に保つ必要があり、その温度はタイヤコードとして望ましい物性のポリケトン繊維では１５０℃〜２００℃の範囲である。

本発明者は、得られた上記知見に基づきさらに鋭意検討した結果、ランフラットタイヤのサイドウォール部を構成するゴムを下記構成とすることにより、上記課題を解消することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明のランフラットタイヤは、左右一対のビード部と、該ビード部から夫々タイヤ半径方向外側に連なる一対のサイドウォール部と、両サイドウォール部に連なるトレッド部とを有し、前記一対のビード部間にトロイド状に延在してこれら各部を補強する一枚以上のカーカスプライからなるカーカスと、前記サイドウォール部において前記カーカスの内側に配置された断面三日月状のサイド補強ゴム層と、を備えたランフラットタイヤにおいて、
前記サイドウォール部を構成するゴム中に炭素繊維からなる短繊維が存在し、かつ、前記カーカスを形成する繊維コードがポリケトン繊維コードであることを特徴とするものである。上記構成とすることにより、これまで以上に応急走行寿命が向上したサイドウォール部強化型ランフラットタイヤを得ることができる。

本発明においては、前記ポリケトン繊維コードは、ポリケトン繊維を少なくとも５０質量％以上含むことが好ましい。これにより、タイヤとしての強度、耐熱性、ゴムとの接着性を十分に維持することができる。また、前記ポリケトン繊維コードのディップ処理済みコードとしての最大熱収縮応力は０．１〜１．８ｃＮ／ｄｔｅｘの範囲であることが好ましい。これにより、ランフラット耐久性を良好に向上させることができる。さらに、前記ポリケトン繊維コードのポリケトン繊維原糸の引張強度は１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが好ましい。これにより、繊維の使用量を減らすことができる。さらにまた、前記ポリケトン繊維コードのポリケトン繊維原糸の弾性率は２００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが好ましい。これにより、優れた形態安定性を得ることができる。また、前記ポリケトン繊維コードのディップ処理済みコードとしての１５０℃×３０分乾熱処理時熱収縮率は１％〜５％の範囲であることが好ましい。これにより、出来上がりのタイヤの形状の悪化を防止することができる。

本発明においては、前記サイドウォール部を構成するゴム中に含まれる短繊維はピッチ系炭素繊維からなることが好ましい。これにより、本発明の効果を良好に得ることができる。また、前記サイドウォール部を構成するゴム中に含まれる短繊維のアスペクト比は５〜１０００の範囲であることが好ましい。これにより、熱伝導率の確保と作業性の両立を図ることができる。さらに、サイドウォールに含まれる短繊維の含有率は１〜５０体積％の範囲内であることが好ましい。これにより、熱伝導率の確保と作業性の両立が良好なものとなる。さらにまた、前記サイドウォール部を構成するゴム中に含まれる短繊維の熱伝導率は１００Ｗｍ^−１Ｋ^−１以上であることが好ましく、これにより、本発明の効果を良好に得ることができる。また、前記サイドウォール部を構成するゴム中を構成する短繊維含有ゴムの熱伝導率は０．３５〜１．５Ｗｍ^−１Ｋ^−１の範囲であることが好ましい。熱伝導率が１．５Ｗｍ^−１Ｋ^−１を超えるほど炭素繊維からなる短繊維を含有させると、ゴムの成型性が悪化してしまう。

本発明によれば、これまで以上に応急走行寿命が向上したサイドウォール部強化型ランフラットタイヤを提供することができる。

本発明のランフラットタイヤの一例の片側断面図である。

以下、図を参照しながら本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明のランフラットタイヤの好適例の片側断面図であり、左右一対のビード部１及び一対のサイドウォール部２と、両サイドウォール部２に連なるトレッド部３とを有し、一対のビード部１間にトロイド状に延在して、これら各部１、２、３を補強する一枚以上のカーカスプライからなるカーカス４と、サイドウォール部２のカーカス４の内側に配置した一対の断面三日月状サイド補強ゴム層５とを備える。

また、図示例のタイヤにおいては、ビード部１内に夫々埋設したリング状のビードコア６のタイヤ半径方向外側にビードフィラー７が配置されており、更に、カーカス４のトレッド部のタイヤ半径方向外側には二枚のベルト層からなるベルト８が配置されている。さらに、このベルト８のタイヤ半径方向外側でベルト８の全体を覆うようにベルト補強層９Ａが配置され、更に、該ベルト補強層９Ａの両端部のみを覆うように一対のベルト補強層９Ｂが配置されている。ここで、ベルト層は、通常、タイヤ赤道面に対して傾斜して延びるコードのゴム引き層、好ましくは、スチールコードのゴム引き層からなり、２枚のベルト層は、該ベルト層を構成するコードが互いに赤道面を挟んで交差するように積層されてベルト８を構成する。また、ベルト補強層９Ａ，９Ｂは、通常、タイヤ周方向に対し実質的に平行に配列したコードのゴム引き層からなる。

なお、図示例のカーカス４は、平行に配列された複数の補強コードをコーティングゴムで被覆してなるカーカスプライ１枚から構成され、また、該カーカス４は、前記ビード部１内に夫々埋設した一対のビードコア６間にトロイド状に延在する本体部と、各ビードコア６の周りでタイヤ幅方向の内側から外側に向けて半径方向外方に巻上げた折り返し部とからなるが、本発明の空気入りタイヤにおいて、カーカス４のプライ数及び構造は、これに限られるものではない。カーカスプライの補強コードとしては、レーヨンやナイロン、ポリエステル、ポリケトンなど種々のものを好適に使用することができる。更に、図示例のベルト８は、二枚のベルト層からなるが、本発明の空気入りタイヤにおいては、ベルト８を構成するベルト層の枚数はこれに限られるものではない。更に、本発明の空気入りタイヤにおいては、ベルト補強層９Ａ，９Ｂの配設も必須ではなく、別の構造のベルト補強層を配設することもできる。

本発明においては、サイドウォール部２を構成するゴム中に炭素繊維からなる短繊維が存在し、かつ、カーカス４を形成する繊維コードがポリケトン繊維コードであることが肝要である。サイドウォール部２を構成するゴム中に炭素繊維からなる短繊維が存在することにより、サイドウォール部２の熱伝導率が大きくなり、サイド補強ゴム層５で発生した熱を効率よく放散させることができる。これにより、サイド補強ゴム層５の温度をポリケトンの熱収縮応力のピーク温度である１５０〜２００℃範囲に維持するこが可能となり、その結果、サイドウォール補強型のランフラットタイヤの応急相応寿命を向上させることが可能となる。

まず、サイドウォール部２を構成するゴム中に含まれる炭素繊維からなる短繊維について説明する。サイドウォール部２に含まれる炭素短繊維は、熱伝導率の高さからピッチ系炭素繊維であることが好ましい。ピッチ系の炭素繊維は、熱伝導率が高く、また高い剛性を有しているため本発明における炭素繊維として好適に用いることができるためである。

また、短繊維のアスペクト比は５〜１０００の範囲が好ましい。アスペクト比が５未満となるとゴム中に分散した際の繊維間の距離が長くなり、十分な熱伝導性が得られず、本発明の効果を良好に得ることができない。一方、アスペクト比が１０００を超えると、ゴム中への分散が悪化し、均一な熱伝導性を得られず、やはり、本発明の効果を良好に得ることができない。

さらに、サイドウォール部２を構成するゴム中に含まれる短繊維の含有率は１〜５０体積％の範囲内であることが好ましい。１％未満では十分な熱伝導性を得られず、本発明の効果を良好に得ることができない。一方、５０％を超えるとゴムの成形性が悪化してしまい、実用的に用いることが困難となってしまう。

さらにまた、サイドウォール部２を構成するゴムに含まれる短繊維の熱伝導率は１００Ｗｍ^−１Ｋ^−１以上であることが好ましい。短繊維の熱伝導率が１００Ｗｍ^−１Ｋ^−１未満ではサイドウォール部２を構成するゴムに含有させても、十分な熱伝導率が得られず、本発明の効果を良好に得ることができない。

なお、サイドウォール部２を構成する短繊維含有ゴムの熱伝導率としては、０．３５〜１．５Ｗｍ^−１Ｋ^−１の範囲であることが好ましい。０．３５Ｗｍ^−１Ｋ^−１未満では熱伝導率が不十分であり、１．５Ｗｍ^−１Ｋ^−１を超えるまで炭素繊維を混入するとゴムの成形性が悪化してしまうためである。

次に、カーカス４を形成するポリケトン繊維コードについて説明する。
本発明に係るポリケトン繊維コードは、ポリケトンからなるフィラメント束を複数本撚り合わせてなり、ポリケトン繊維を少なくとも５０質量％以上含まれることが好ましい。より好ましくは７０質量％以上、さらに好ましくは１００質量％含まれ、高温下で収縮し、室温に戻すと伸長する可逆性を有する。５０質量％未満だと、タイヤとしての強度、耐熱性、ゴムとの接着性のいずれかの性能が不十分となるおそれがあるためである。

また、ポリケトン繊維コードのディップ処理済みコードとしての最大熱収縮応力は、０．１〜１．８ｃＮ／ｄｔｅｘ、好ましくは０．４〜１．６ｃＮ／ｄｔｅｘ、より好ましくは０．６〜１．４ｃＮ／ｄｔｅｘの範囲である。これにより、ランフラット走行時のタイヤの撓みを抑制し、その結果として、タイヤのランフラット耐久性を良好に向上させることができる。最大熱収縮応力が０．１ｃＮ／ｄｔｅｘ未満の場合には、ランフラット走行耐久性を十分に向上させることができない。一方、最大熱収縮応力が１．８ｃＮ／ｄｔｅｘを超える場合には、タイヤ製造時の加熱によりコードが著しく収縮するため、出来上がりのタイヤ形状が悪化する懸念がある。

さらに、ポリケトン繊維コードのポリケトン繊維原糸の引張強度が１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが好ましく、より好ましくは１５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である。引張強度が１０ｃＮ／ｄｔｅｘ未満の場合、タイヤとしての強度が不十分となるおそれがある。また、引張強度が高いほど使用する繊維の重量を少なくすることができる。

さらにまた、引張弾性率は高いほど同一荷重下での寸法変化が小さく、形態安定性に優れていため、ポリケトン繊維コードのポリケトン繊維原糸の引張弾性率が２００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが好ましく、より好ましくは２５０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である。引張弾性率が２００ｃＮ／ｄｔｅｘ未満の場合、ランフラット走行耐久性を十分に向上させることができない。なお、引張強度および引張弾性率は、ＪＩＳ−Ｌ−１０１３に準じて測定することにより得られる値であり、引張弾性率は伸度０．１％における荷重と伸度０．２％における荷重から算出した初期弾性率の値である。

また、本発明においては、ポリケトン繊維コードのディップ処理済みコードとしての１５０℃×３０分乾熱処理時熱収縮率が１％〜５％の範囲であることが好ましい。ディップ処理済みコードとして、１５０℃×３０分乾熱処理時熱収縮率が１％未満の場合には、タイヤ製造時の加熱による引き揃え効率が著しく低下し、タイヤとしての強度が不十分となる。一方、１５０℃×３０分乾熱処理時熱収縮率が５％を超えると、タイヤ製造時の加熱によりコードが著しく収縮するため、出来上がりのタイヤ形状が悪化する懸念がある。なお、乾熱処理時熱収縮率とは、同様のディップ処理済みコードに対しオーブン中で１５０℃、３０分の乾熱処理を行ない、熱処理前後のコード長を、１／３０（ｃＮ／ｄｔｅｘ）の荷重をかけて計測して下式により求められる値である。
乾熱処理時熱収縮率（％）＝｛（Ｌｂ−Ｌａ）／Ｌｂ｝×１００
但し、Ｌｂは熱処理前のコード長、Ｌａは熱処理後のコード長である。また、ポリケトン繊維における引張強度および引張弾性率は、ＪＩＳ−Ｌ−１０１３に準じて測定することにより得られる値であり、引張弾性率は伸度０．１％における荷重と伸度０．２％における荷重から算出した初期弾性率の値である。

サイドウォール部２を構成するゴムによってカーカス４周辺温度をポリケトン繊維の最大熱収縮応力付近に維持し、ランフラットタイヤの撓み抑制効果を得るにあたり、
ポリケトン繊維コードが下記式（Ｉ）及び式（ＩＩ）：
σ≧−０．０１×Ｅ＋１．２・・・（Ｉ）
σ≧０．０２・・・（ＩＩ）
［式中、σは、１７７℃における熱収縮応力（ｃＮ／ｄｔｅｘ）であり、Ｅは、２５℃における４９Ｎ荷重時の弾性率（ｃＮ／ｄｔｅｘ）である］
の条件を満たすことが好ましい。ここで、上記ポリケトン繊維コードの１７７℃における熱収縮応力σは、一般的なディップ処理を施した加硫前のポリケトン繊維コードの２５ｃｍの長さ固定サンプルを５℃／分の昇温スピードで加熱して、１７７℃時にコードに発生する応力であり、また、上記ポリケトン繊維コードの２５℃における４９Ｎ荷重時の弾性率Ｅは、ＪＩＳのコード引張り試験による伸び−引張応力曲線の４９Ｎ時の接線から算出した単位ｃＮ／ｄｔｅｘでの弾性率である。

また、ポリケトン繊維コードは、下記式（ＩＩＩ）：
Ｎｔ＝ｔａｎθ＝０．００１×Ｎ×（０．１２５×Ｄ／ρ）^１／２・・・（ＩＩＩ）
［式中、Ｎは撚り数（回／１０ｃｍ）で、ρはコードの比重（ｇ／ｃｍ^３）で、Ｄはコードの総デシテックス数（ｄｔｅｘ）である］
で定義される撚り係数（Ｎｔ）が０．３４以上であることが好ましい。
ここで、撚り数Ｎは、上記フィラメント束を複数本撚り合わせる際の撚り数である。Ｎｔが０．３４未満であると、疲労性が著しく低下し、耐久性が不足するおそれがある。

さらに、本発明においては、カーカスプライにおけるポリケトン繊維コードの打ち込み数が３５〜６０（本／５０ｍｍ）であることが好ましい。カーカスプライにおけるポリケトン繊維コードの打ち込み数が３５（本／５０ｍｍ）未満では、カーカス強度が不足して、耐久性が不足する。なお、打ち込み数が６０（本／５０ｍｍ）を超えても、打ち込み可能であれば、特に制限されない。

さらにまた、ポリケトン繊維コードは、繊度が５００〜２０００ｄｔｅｘのポリケトンからなるフィラメント束を２本又は３本撚り合わせてなるものであることが好ましい。例えば、上記ポリケトンからなるフィラメント束に下撚りをかけ、次いでこれを複数本合わせて、逆方向に上撚りをかけることで、双撚り構造の撚糸コードとして得ることができる。ポリケトン繊維コードに用いるフィラメント束の繊度が５００ｄｔｅｘ未満では、弾性率・熱収縮応力共に不十分であり、２０００ｄｔｅｘを超えると、コード径が太くなり、打ち込みを密にできない。なお、ポリケトンからなるフィラメント束の本数が１本であっても、４本以上であっても、撚り係数（Ｎｔ）が０．３４以上であれば、特に制限されない。

さらにまた、ポリケトンは、下記一般式（ＩＶ）：

［式中、Ａは不飽和結合によって重合された不飽和化合物由来の部分であり、各繰り返し単位において同一でも異なっていてもよい］で表わされる繰り返し単位から実質的になることが好ましい。本発明においては、式（ＩＶ）中のＡがエチレン基であることが特に好ましい。

本発明のランフラットタイヤは、上記要件を満足することのみが重要であり、それ以外のタイヤ構造の詳細や材料などについては特に制限されるものではなく、常法により製造することができる。また、タイヤ内に充填する気体としては、通常の或いは酸素分圧を変えた空気、又は窒素等の不活性ガスを用いることができる。

以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明する。
（実施例１、２および比較例１〜４）
下記表１、２に示す材質、最大熱収縮応力、原糸引張強度、原糸弾性率、乾熱処理時熱収縮率を有する繊維コードをカーカスコードとして、図１に示すタイプのサイド補強タイプのランフラットタイヤを作製した。サイドウォール部には、同表に示すアスペクト比、熱伝導率を有する炭素繊維（日本グラフトファイバー社 ＧＲＡＮＯＣ ＸＮ１００）を用いて、同表に示す所定の炭素繊維含有量、熱伝導率を有するゴムを用いた。得られたランフラットタイヤのランフラット耐久性を下記の方法により評価し、結果を下記表１、２に併記した。なお、タイヤサイズは、２２５／６０Ｒ１７である。

（ランフラット耐久性）
ランフラット耐久性は供試タイヤに内圧を充填することなくドラム試験を行うことで評価した。ランフラット耐久性はタイヤが故障に至るまでの走行距離を測定し、比較例１のタイヤが故障に至るまでの走行距離を１００として指数表示した。指数値が大きいほど、故障に至るまでの走行距離が長く、ランフラット性に優れていることを示す。なお、ドラム試験条件は、荷重６．４７ｋＮ、速度８９ｋｍ、温度３８度とした。

※１ １５０℃×３０分における乾熱処理時熱収縮率

実施例１、２および比較例１〜４の結果より、サイドウォール部を構成するゴム中に炭素繊維からなる短繊維を含有させ、カーカス材としてポリケトン繊維を用いることによりランフラット耐久性が向上していることがわかる。

１ ビード部
２ サイドウォール部
３ トレッド部
４ カーカス
５ サイド補強ゴム層
６ ビードコア
７ ビードフィラー
８ ベルト
９Ａ，９Ｂ ベルト補強層

Claims (11)

1. 左右一対のビード部と、該ビード部から夫々タイヤ半径方向外側に連なる一対のサイドウォール部と、両サイドウォール部に連なるトレッド部とを有し、前記一対のビード部間にトロイド状に延在してこれら各部を補強する一枚以上のカーカスプライからなるカーカスと、前記サイドウォール部において前記カーカスの内側に配置された断面三日月状のサイド補強ゴム層と、を備えたランフラットタイヤにおいて、
   前記サイドウォール部を構成するゴム中に炭素繊維からなる短繊維が存在し、かつ、前記カーカスを形成する繊維コードがポリケトン繊維コードであることを特徴とするランフラットタイヤ。
2. 前記ポリケトン繊維コードが、ポリケトン繊維を少なくとも５０質量％以上含む請求項１記載のランフラットタイヤ。
3. 前記ポリケトン繊維コードのディップ処理済みコードとしての最大熱収縮応力が０．１〜１．８ｃＮ／ｄｔｅｘの範囲である請求項１または２記載のランフラットタイヤ。
4. 前記ポリケトン繊維コードのポリケトン繊維原糸の引張強度が１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である請求項１〜３のうちいずれか一項記載のランフラットタイヤ。
5. 前記ポリケトン繊維コードのポリケトン繊維原糸の弾性率が２００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である請求項１〜４のうちいずれか一項記載のランフラットタイヤ。
6. 前記ポリケトン繊維コードのディップ処理済みコードとしての１５０℃×３０分乾熱処理時熱収縮率が１％〜５％の範囲である請求項１〜５のうちいずれか一項記載のランフラットタイヤ。
7. 前記サイドウォール部を構成するゴム中に含まれる短繊維がピッチ系炭素繊維からなる請求項１〜６のうちいずれか一項記載のランフラットタイヤ。
8. 前記サイドウォール部を構成するゴム中に含まれる短繊維のアスペクト比が５〜１０００の範囲である請求項１〜７のうちいずれか一項記載のランフラットタイヤ。
9. 前記サイドウォール部を構成するゴム中に含まれる短繊維の含有率が１〜５０体積％の範囲内である請求項１〜８のうちいずれか一項記載のランフラットタイヤ。
10. 前記サイドウォール部を構成するゴム中に含まれる短繊維の熱伝導率が１００Ｗｍ^−１Ｋ^−１以上である請求項１〜９のうちいずれか一項記載のランフラットタイヤ。
11. 前記サイドウォール部を構成するゴム中を構成する短繊維含有ゴムの熱伝導率が０．３５〜１．５Ｗｍ^−１Ｋ^−１の範囲である請求項１〜１０のうちいずれか一項記載のランフラットタイヤ。
    

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