JP2011011594A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】カーカス層を片撚りコードで構成したタイヤにおいて、タイヤの耐久性を悪化させることなく、片撚りコードに基づく利点であるタイヤの軽量化を可能にした空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】カーカス層４を構成するカーカスコードに片撚りコードを用いた空気入りタイヤにおいて、カーカスコードが、少なくとも強度が８ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、下記式で表わされるタフネス指数Ｇが２５以上、単糸繊度が４．５〜８．５ｄｔｅｘ、交絡度が５個／ｍ以下であるポリエステル繊維マルチフィラメントヤーンに一方向の撚りを付与した片撚りコードからなる空気入りタイヤ。
Ｇ＝Ｔ×Ｅ^１／２
但し、Ｔは強度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）、Ｅは破断伸び（％）
【選択図】図１

Description

本発明は、空気入りタイヤに関し、更に詳しくは、カーカス層を片撚りコードで構成した場合において、タイヤの耐久性を悪化させることなく、タイヤの軽量化を可能にし、特に乗用車用に適した空気入りタイヤに関する。

カーカス層に使用されるタイヤコードには、マルチフィラメントに一方向の下撚りを与えたヤーンを２本又はそれ以上引き揃え、更に下撚りと反対方向の上撚りを与えて撚り合わせるようにした諸撚りコードと、マルチフィラメントに一方向の下撚りだけを与えるようにした片撚りコードとがある。このうち、片撚りコードは諸撚りコードに比べてコード径が細いため、プライの厚みを低減することが出来、タイヤの軽量化が図れるという利点がある。しかし、その一方で、片撚りコードは諸撚りコードに比べて撚りが少なく収束性が低いため、圧縮や曲げ変形に対してコードを構成するフィラメントが局所的に挫屈を起し易く、屈曲・伸張圧縮疲労性に劣るという問題がある。

このように片撚りコードをカーカス層に用いる場合の対策として、例えば、特許文献１は、撚り係数が１４００〜２２００の比較的高い撚りを付与したポリエステル繊維コードを使用することを提案している。しかし、比較的高い撚りを付与したコードの使用により、コードの収束性が高まり耐疲労性は向上するものの、強度が低下するため、コードの打ち込み本数を増やして強度を補うようにしている。その結果として、コード間隔が狭くなるため、コード間のゴムに対する剪断歪が増大し、タイヤの耐久性が低下するという問題がある。

また、特許文献２は、撚り係数が４００〜１７２０の比較的撚りが低いポリエステル繊維コードを隣接するコード間で撚り方向を互いに異ならせて、カーカス層の折り返し端部をベルト層下まで延長するように配置することを提案している。このように、比較的低い撚りを付与した場合、強度が高くなるので打ち込み本数を低減することは出来るものの、耐疲労性が低下するため耐久性が悪化する。そのため、カーカス層の折り返し端部をベルト層下まで延在して耐久性を補うように対策しているが、結果的にカーカスの使用量が増大することによって、タイヤを軽量化することが出来なくなる。

また、一般に、マルチフィラメント繊維を製造する紡糸延伸プロセスでは、マルチフィラメントヤーンに空気ノズルにより圧縮空気を吹き付けて、フィラメントを互いに交絡させるインターレース処理を施し、後加工工程を円滑に行えるようにしている。しかし、この交絡点のフィラメントには応力集中が生じ易く、その応力集中が、特に片撚りコードのように収束性に劣るコードにおいては疲労の起点になり易いという問題があった。

特開２００３−８９３０３号公報 特開２００８−３０２８７５号公報

本発明の目的は、上述する問題点を解決するもので、カーカス層を片撚りコードで構成したタイヤにおいて、タイヤの耐久性を悪化させることなく、片撚りコードに基づく利点であるタイヤの軽量化を可能にした空気入りタイヤ、特に乗用車用に適した空気入りタイヤを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の空気入りタイヤは、カーカス層を構成するカーカスコードに片撚りコードを用いた空気入りタイヤにおいて、前記カーカスコードが、少なくとも強度が８ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、下記式で表わされるタフネス指数Ｇが２５以上、単糸繊度が４．５〜８．５ｄｔｅｘ、交絡度が５個／ｍ以下であるポリエステル繊維マルチフィラメントヤーンに一方向の撚りを付与した片撚りコードからなることを特徴とする。
Ｇ＝Ｔ×Ｅ^１／２
但し、Ｔは強度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）、Ｅは破断伸び（％）

また、上述する構成において、更に、以下（１）〜（５）に記載するように構成することが好ましい。

（１）前記カーカスコードのコートゴムの動的貯蔵弾性率を６ＭＰａ以上にする。

（２）前記ポリエステル繊維マルチフィラメントヤーンの強度を１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、タフネス指数Ｇを３０以上にする。

（３）前記ポリエステル繊維マルチフィラメントヤーンの交絡度を２以下にし、実質的に０にする。

（４）前記カーカスコードの下記式で表わされる撚り係数Ｋを９００〜１４００にする。
Ｋ＝Ｎ×Ｄ^１／２
但し、Ｎは撚り数（回／１０ｃｍ）、Ｄは総繊度（ｄｔｅｘ）

（５）前記カーカス層のビード部での折り返し部において、カーカス層本体部のカーカスコードに対して折り返し部のカーカスコードを５〜４０°の範囲で傾斜させると共に、該折り返し部のカーカスコードの傾斜方向を該折り返し部のカーカスコードの撚り方向と同一方向にする。

本発明によれば、カーカス層を構成するカーカスコードにポリエステル繊維マルチフィラメントヤーンに一方向の撚りを付与した片撚りコードを使用し、そのポリエステル繊維マルチフィラメントヤーンの特性として、少なくとも強度を８ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、タフネス指数Ｇを２５以上にしたので、コードの打ち込み本数を増やすことなくコード間隔を適度に維持することで、コード間の剪断歪を低く抑えるため、タイヤの耐久性を向上することが出来る。更に、単糸繊度を４．５〜８．５ｄｔｅｘにすると共に、交絡度を５個／ｍ以下にしたので、フィラメント切れを防止するとともに表面歪を抑制するため、タイヤの軽量化を可能にしながら耐久性を向上することが出来る。

本発明の空気入りタイヤの一例を示すタイヤ子午線方向断面図である。 本発明の空気入りタイヤのカーカス層の折り返し部におけるカーカスコードを示す説明図である。

図１は、乗用車用の本発明の空気入りタイヤの実施形態を示す。

図１の空気入りタイヤにおいて、１はトレッド部、２はサイドウォール部、３はビード部である。カーカス層４は、左右一対のビード部３に埋め込まれたビードコア５間に装架され、両端部がビードコア５の周りに、タイヤ幅方向内側から外側に向けて折り返されている。トレッド部１における、カーカス層４の外周にはスチールコードからなる２層のベルト層６が層間でコードが交差するように配置されている。更に、このベルト層６の外周にはナイロン繊維などの熱収縮性コードがタイヤ周方向に螺旋状に巻き付けられたベルト補強層７が配置されている。

カーカス層４はカーカスコードがタイヤ周方向に対して８０〜９０°の角度で配列した１枚以上のプライからなり、図１においては１枚のカーカス層４が設けられた構成になっている。カーカス層４がビードコア５を折り返した折り返し部では、カーカス層本体部のカーカスコードに対して折り返し部のカーカスコードが同一方向であってもよいが、図２のように折り返し部のカーカスコード４ｂをカーカス層本体部のカーカスコード４ａに対して斜めに傾斜させるようにすることが好ましい。カーカスコードに対する圧縮・曲げ変形の歪を軽減し、耐久性を向上することが出来る。

上述した空気入りタイヤにおいて、カーカス層４はカーカスコードが片撚りコードからなる。その片撚りコードは、少なくとも強度が８ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、下記式で表わされるタフネス指数Ｇが２５以上、単糸繊度が４．５〜８．５ｄｔｅｘ、交絡度が５（個／ｍ）以下であるポリエステル繊維マルチフィラメントヤーンを一方向に撚りを付与した構成からなる。
Ｇ＝Ｔ×Ｅ^１／２
但し、Ｔは強度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）、Ｅは破断伸び（％）

上述の構成のポリエステル繊維マルチフィラメントヤーンを使用することで、耐久性を悪化させることなく、片撚りコードを使用する場合の利点であるタイヤの軽量化を可能にすることが出来る。ポリエステル繊維マルチフィラメントヤーンの強度が８ｃＮ／ｄｔｅｘ未満であったり、タフネス指数Ｇが２５未満であると、強度や弾性率が不充分となり、空気圧容器としての形態安定性や耐久性が低下する。この強度を補うために片撚りコードの打ち込み本数を増加するとコード間隔が狭まり、コード間のコートゴムの剪断歪が増大するため、耐久性が低下することになる。また、タフネス指数Ｇが２５未満であると、コードの破断エネルギーが低くなるので、コードの耐疲労性が低下し、タイヤの耐久性を充分に確保することが出来なくなる。好ましくは、ポリエステル繊維マルチフィラメントヤーンの強度は１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、タフネス指数Ｇは３０以上であるとよい。

このような高強度・高タフネスのポリエステル繊維は、特開２００６−３２８６１３号公報、特開２００７−２１７８１４号公報等に開示された方法により製造することが出来る。

また、上述したタイヤの耐久性の確保のため、カーカスコードの打ち込み数は３５〜６０本／５０ｍｍとし、コード間隔（コード側面間の距離）は０．２５〜０．８５ｍｍにすることが好ましい。

ポリエステル繊維マルチフィラメントヤーンの交絡度は出来るだけ小さいことが好ましく、交絡度が５より大きいと、応力が集中し易い交絡点が増加するので耐疲労性が低下する。好ましくは、交絡度が２以下であるようにするとよい。ここで、交絡度とは、ＪＩＳ Ｌ１０１３規定の化学繊維フィラメント試験法８．１５項に基づいて測定した値をいう。

即ち、ポリエステル繊維マルチフィラメントヤーンの一端を垂下装置の上部つかみに取り付け、つかみ部から１ｍ下方の位置に総繊度の１／２０相当の重量（１６７０ｄｔｅｘの場合は８２ｍＮである。）の錘を釣り下げて、試料を垂直に垂らした後、試料の上部つかみ位置から、１ｃｍ下部の点に糸束を２分割するようにフックを挿入し、フックの他端に４０ｍＮの荷重を取り付け、２ｃｍ／ｓの速度でフックを下降させ、フックが糸の絡みによって停止した点までのフックの下降距離Ｌを求め、次式により交絡度を算出する。
交絡度＝１０００／Ｌ
但し、Ｌはフックが下降した距離（ｍｍ）

ポリエステル繊維マルチフィラメントヤーンの単糸繊度が４．５ｄｔｅｘ未満であると、耐疲労性維持のために交絡度を少なくしているため、撚織加工でのフィラメント切れが起こり易くなる。逆に、単糸繊度が８．５ｄｔｅｘより大きいと、コードの曲げ圧縮変形時にフィラメントの表面歪が増大し、耐久性が低下する。

また、カーカスコードに使用する為、ポリエステル繊維マルチフィラメントヤーンに一方向に与えられる撚りは、下記式で表わされる撚り係数Ｋが９００〜１４００の範囲であることが好ましい。
Ｋ＝Ｎ×Ｄ^１／２
但し、Ｎは撚り数（回／１０ｃｍ）、Ｄは総繊度（ｄｔｅｘ）

マルチフィラメント繊維に撚りを付与すると、繊維の外側に配置されたフィラメントも長手方向に掛けてコード中心へ移動するというコード内でのマイグレーションが発生するため、撚り数を高めると、このマイグレーションの不均一性が増大する。特に、本発明のように、高い強度を有する繊維フィラメントにおいては、マイグレーションの不均一性は強度の低下に加えて、曲げ圧縮変形における局所的な応力集中点となる。

本発明では、マルチフィラメントの交絡度を少なくしているため、撚り係数が９００より小さいと、コードとしての収束性が低下し、局所変形を与えた場合、個々のフィラメントが独立して動き易くなり、結果として一部のフィラメントに応力集中し易くなり耐久性が低下する。逆に、撚り係数Ｋが１４００より大きいと、このフィラメントのマイグレーションが増加し、応力集中点として作用し、耐久性が低下する。また、強度も低下するので、更なる耐久性の低下を招く。

本発明において、カーカスコードのコートゴムは、その動的貯蔵弾性率が６ＭＰａ以上であるものを使用することが好ましい。コードが曲げ圧縮変形を受けた場合に、高温時に高い動的貯蔵弾性率を有するゴムによってコードの収束性を補強することで、微小なフィラメントの挫屈を外側から抑制し、タイヤの耐久性を高めることが出来る。動的貯蔵弾性率が６ＭＰａ未満では、ゴムによるコードの拘束力が低下するため、コードに曲げ圧縮変形が加えられた場合、フィラメントが局所的に動き易くなり、耐久性の低下を招き易くなる。ここで動的貯蔵弾性率とは、周波数２０Ｈｚ、静歪み１０％、動歪み±２％の条件で測定した温度６０℃における値をいう。

図２に示すように、カーカス層４のビード部３での折り返し部において、カーカス層本体部のカーカスコード４ａに対して折り返し部のカーカスコード４ｂを斜めに傾斜させるように折り返し、その傾斜角度θを５〜４０°の範囲にすると共に、この折り返し部のカーカスコード４ｂの傾斜方向を折り返し部のカーカスコード４ｂの撚りの傾斜方向と同一方向にすることが好ましい。

このようにすることで、タイヤのビード部で繰り返し圧縮・曲げ変形が生ずることによるカーカス層の折り返し部におけるカーカスコードの疲労が、カーカスコードの圧縮・曲げ変形の歪の曲率半径が大きくなることで軽減され、耐久性を更に向上することが出来る。更に、この傾斜方向を折り返し部のコード４ｂの撚り方向と同一方向にすることにより、個々のフィラメントの曲げの曲率は更に軽減されるので、耐久性がより高くなる。この傾斜角度が５°より小さいと上述の効果が得られず、４０°より大きいとカーカス層本体部と折り返し部との積層領域が減少するため、剛性が低下し操縦性能が低下する。

また、更にカーカスコードのビード部での折り返し部の外側において、動的貯蔵弾性率が少なくとも１０ＭＰａ以上、厚さ１ｍｍ以上のゴムシート層を、少なくともビードヒールから１０ｍｍ以内の位置から少なくともビードヒールから２５ｍｍ以上の位置の範囲を跨ぐように配置するとよい。こうすることで、特に、リムフランジ頂点部分を支点とした圧縮・曲げ変形を抑制することができるため、耐久性をより向上することができる。

タイヤサイズを１７５／６５Ｒ１４、１プライカーカスで、カーカスコードの折り返し部高さを５６ｍｍ、ビードフィラー高さを４０ｍｍで共通にし、表１、２のようにカーカスコード及びカーカス層の仕様を異ならせた従来例、比較例１〜５、実施例１〜８の１４種類の空気入りタイヤを製作した。

尚、カーカスコードはそれぞれポリエステルマルチフィラメント繊維コードを使用し、カーカス層におけるコードの打ち込み本数及びコード間隔は、全ての例においてカーカス強度指数が同一になるように調節した。ここで、カーカス強度指数とは、カーカスコード１本の強度と打ち込み本数の積を、従来例を１００として指数化した値である。

従来例は、コード構造が諸撚りで、強度及びタフネス指数Ｇが本発明の規定する範囲より低く、交絡度が本発明の規定する範囲より高い例である。比較例１〜５は、コード構造が片撚りで共通である。比較例１は、強度及びタフネス指数Ｇが本発明の範囲より低い例であり、比較例２は、強度のみが本発明の範囲より低い例である。比較例３は、交絡度が本発明の範囲より高い例である。比較例４は、単糸繊度が本発明の範囲より低い例であり、比較例５は、本発明の範囲より高い例である。

実施例１〜４は、本発明の請求項１〜４にそれぞれ対応し、実施例２は、動的貯蔵弾性率が６ＭＰａ以上、実施例３は、強度が１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、タフネス指数Ｇが３０以上、実施例４は、交絡度が２以下である例である。実施例６は、本発明の請求項５に対応し、撚り係数Ｋが９００〜１４００の範囲内である。実施例５及び７は、実施例６に対して、撚り係数Ｋが請求項５の規定する範囲から僅かに外れた例であり、実施例５がこの範囲より低く、実施例７がこの範囲より高くなっている。実施例８は、本発明の請求項６に対応し、カーカス折り返し部のカーカスコードをカーカス層本体部のカーカスコードに対して傾斜させた例である。

これら１４種類のタイヤについて、それぞれ以下の方法で耐久性とカーカスプライ質量とを測定した。

耐久性
タイヤをリム（１４×５Ｊ）に嵌合し、空気圧２４０ｋＰａを充填し、ドラム径１７０７ｍｍのドラム試験機により、走行速度８１ｋｍ／ｈ、負荷荷重をＪＡＴＭＡ規定の最大荷重の８８％から２時間毎に１３％ずつ荷重を増加させながら、タイヤが破壊するまでの総走行距離を測定した。従来例を１００として指数で示した。指数値が大きいほど耐久性が優れている。

カーカスプライ質量
タイヤを成形する前に、カーカスプライの質量を測定した。ここで、カーカスプライの質量とは、タイヤに用いるカーカス層の総質量であり、カーカスコードとそれを被覆するカーカスコートゴムの質量の和である。従来例を１００として指数で示した。指数値が小さいほどカーカスプライ質量が小さい。

１ トレッド部
２ サイドウォール部
３ ビード部
４ カーカス層
５ ビードコア
６ ベルト層
７ ベルト補強層

Claims (6)

1. カーカス層を構成するカーカスコードに片撚りコードを用いた空気入りタイヤにおいて、
   前記カーカスコードが、少なくとも強度が８ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、下記式で表わされるタフネス指数Ｇが２５以上、単糸繊度が４．５〜８．５ｄｔｅｘ、交絡度が５個／ｍ以下であるポリエステル繊維マルチフィラメントヤーンに一方向の撚りを付与した片撚りコードからなる空気入りタイヤ。
   Ｇ＝Ｔ×Ｅ^１／２
   但し、Ｔは強度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）、Ｅは破断伸び（％）
2. 前記カーカスコードのコートゴムの動的貯蔵弾性率が６ＭＰａ以上である請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記ポリエステル繊維マルチフィラメントヤーンの強度が１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、タフネス指数Ｇが３０以上である請求項１又は２に記載の空気入りタイヤ。
4. 前記ポリエステル繊維マルチフィラメントヤーンの交絡度が２以下である請求項１、２又は３に記載の空気入りタイヤ。
5. 前記カーカスコードの下記式で表わされる撚り係数Ｋが９００〜１４００である請求項１〜４のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
   Ｋ＝Ｎ×Ｄ^１／２
   但し、Ｎは撚り数（回／１０ｃｍ）、Ｄは総繊度（ｄｔｅｘ）
6. 前記カーカス層のビード部での折り返し部において、カーカス層本体部のカーカスコードに対して折り返し部のカーカスコードを５〜４０°の範囲で傾斜させると共に、該折り返し部のカーカスコードの傾斜方向を該折り返し部のカーカスコードの撚り方向と同一方向にした請求項１〜５のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

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