JP2012057282A - タイヤ用コードおよびそれを用いた空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】高温時に高い熱収縮応力を発揮でき、かつ、加熱および冷却を繰り返した際にもその特性が失われることのないタイヤ用コードを提供する。また、これをタイヤに用いることで、タイヤ内部温度が高温状態であるランフラット走行時や高速走行時のみならず、市街地走行時などのタイヤ内部温度が低温状態である低速領域でも良好な操縦安定性が得られる空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】高剛性ポリマーを主成分とする単孔または多孔性の中空繊維フィラメントからなるタイヤ用コードである。中空繊維フィラメントの、０．０２Ｎ／ｄｔｅｘの荷重負荷時における伸び率が１．０〜１０．０％であり、かつ、２５℃から１５０℃まで加熱した際のフィラメント径の膨張率が１〜１０％である。
【選択図】図１

Description

本発明はタイヤ用コードおよびそれを用いた空気入りタイヤ（以下、単に「コード」および「タイヤ」とも称する）に関し、詳しくは、中空繊維フィラメントを用いたタイヤ用コードおよびそれを用いた空気入りタイヤに関する。

近年、乗用車の重量化やタイヤの高性能化に伴って、タイヤ使用環境下におけるタイヤの内部温度が高温化してきている。タイヤ形状は、タイヤの内圧と、それを支える有機繊維からなる補強材とにより保持されているが、一般に、タイヤの補強材を構成する有機繊維のほとんどは熱可塑性樹脂からなるため、タイヤの使用環境が高温になると、これら補強材の剛性は低下することになる。

かかる補強材がカーカスに適用されていると、補強材の剛性の低下に伴いタイヤの横剛性が大きく低下して、操縦安定性の大きな低下を招き、かかる補強材がベルト補強層に適用されていると、補強材の剛性の低下に伴いベルト振動が過大となって、ロードノイズの悪化に繋がり、いずれの場合も、タイヤに求められる性能の大幅な悪化を招くこととなる。また、近年普及が進んでいるランフラットタイヤにおいては、ランフラット走行中にサイド補強ゴムが発熱して、２００℃以上の高温に達するが、このときカーカスの補強材が熱可塑性繊維からなるものであると、タイヤの撓みが増大して、早期故障に繋がることとなる。

上記の問題を解決するための手法としては、有機繊維が加熱された際に、有機繊維を構成する樹脂中の非晶部の分子鎖が折り畳まれることに由来する熱収縮による応力を利用して、タイヤが高温となった際に高温部に発生する応力によって、繊維自体の剛性の軟化を補うことが考えられる。例えば、特許文献１等において、カーカスプライの補強材として、高温での熱収縮率が高いポリケトン繊維コードを用いることで、高温時の締付効果によってタイヤの横剛性を保持して、ランフラット走行時のランフラット耐久性を向上する技術が開示されている。

特開２００８−０２４１９０号公報（特許請求の範囲等）

しかしながら、高温時に発現する上記のような有機繊維の熱収縮は、基本的に非可逆的なものである。そのため、このような有機繊維を用いた場合、タイヤ用コードとして高い熱収縮応力を有していても、これをタイヤに適用すると、その特性がタイヤ生産時の加硫工程における加熱で失われてしまうおそれがあった。また、加硫工程で失われなかったとしても、上記特性は、タイヤが走行に伴う高温化と停車時における低温化とを繰り返す間に徐々に失われていくため、このような繰り返しの加熱および冷却によっても高温時における熱収縮特性が失われない補強材が求められていた。

そこで本発明の目的は、高温時に高い熱収縮応力を発揮でき、かつ、加熱および冷却を繰り返した際にもその特性が失われることのないタイヤ用コードを提供することにあり、また、これをタイヤに用いることで、タイヤ内部温度が高温状態であるランフラット走行時や高速走行時のみならず、市街地走行時などのタイヤ内部温度が低温状態である低速領域でも良好な操縦安定性が得られる空気入りタイヤを提供することにある。

本発明者は鋭意検討した結果、タイヤ用コードの材料として、高剛性ポリマーを主成分とする中空繊維フィラメントを用い、その伸び率（剛性）およびフィラメント径の膨張率を所定の範囲内とすることで、高温時に高い熱収縮応力を発揮でき、かつ、加熱および冷却を繰り返しても同じ特性を維持できるタイヤ用コードが得られることを見出した。すなわち、中空繊維フィラメントにおいては、加熱することによりその内部に存在する空気の体積が膨張するため、繊維自体も膨張する。ここで、高剛性ポリマーを主成分とする中空繊維フィラメントにおいては、繊維軸方向に分子鎖が配向しているために、この方向の弾性率は高いが、繊維径方向の弾性率は、繊維軸方向に比べて低い。そのため、中空繊維フィラメントの膨張する方向は、弾性率の低い繊維径方向のみになる。したがって、かかる中空繊維フィラメントにおいては、繊維軸方向については膨張が生じず、かつ、繊維径方向について膨張が促されることで、結果として繊維軸方向に収縮力が働くことになるので、これを熱収縮性を有する補強材としてタイヤ用コードに用いることが可能となるのである。

すなわち、本発明のタイヤ用コードは、高剛性ポリマーを主成分とする単孔または多孔性の中空繊維フィラメントからなるタイヤ用コードであって、
前記中空繊維フィラメントの、０．０２Ｎ／ｄｔｅｘの荷重負荷時における伸び率が１．０〜１０．０％であり、かつ、２５℃から１５０℃まで加熱した際のフィラメント径の膨張率が１〜１０％であることを特徴とするものである。

本発明のタイヤ用コードにおいては、前記高剛性ポリマーが、ポリエチレンテレフタレート、２，６−ポリエチレンナフタレート、芳香族ポリアミド、ポリビニルアルコールおよびアクリルからなる群から選ばれる１種以上であることが好ましい。また、前記中空繊維フィラメントの孔形状は、円形、三角形、四角形、五角形または六角形とすることができる。

さらに、前記中空繊維フィラメントは、前記高剛性ポリマーとポリメチルメタクリレート微粒子とを混合して紡糸し、延伸時における該高剛性ポリマーとポリメチルメタクリレート微粒子との延伸倍率の差により、繊維中に独立した空隙を形成した多孔質中空繊維フィラメントからなることが好ましく、この場合、好適には、前記空隙内に揮発性の有機液体が封入されてなる。

また、本発明の空気入りタイヤは、上記本発明のタイヤ用コードを補強材として用いたことを特徴とするものである。

本発明によれば、上記構成としたことにより、高温時に高い熱収縮応力を発揮でき、かつ、加熱および冷却を繰り返した際にもその特性が失われることのないタイヤ用コード、および、タイヤ内部温度が高温状態であるランフラット走行時や高速走行時のみならず、市街地走行時などのタイヤ内部温度が低温状態である低速領域でも良好な操縦安定性が得られる空気入りタイヤを実現することが可能となった。

本発明の空気入りタイヤの一例を示す幅方向断面図である。 中空繊維フィラメントの空隙率の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明のタイヤ用コードは、高剛性ポリマーを主成分とする単孔または多孔性の中空繊維フィラメントからなるものであり、かかる中空繊維フィラメントとして、０．０２Ｎ／ｄｔｅｘの荷重負荷時における伸び率が１．０〜１０．０％であって、かつ、２５℃から１５０℃まで加熱した際のフィラメント径の膨張率、すなわち、加熱の前後におけるフィラメント径の変化率が、１〜１０％であるものを用いる点に特徴を有する。

タイヤ用コードに上記特定の中空繊維フィラメントを用いたことで、前述したように、環境温度が高温となって中空繊維フィラメント周辺が加熱され、中空部分に存在するガスが膨張する際に、中空繊維フィラメントは、分子鎖の配向のために、繊維軸方向へは膨張せずに繊維径方向へ膨張することとなる。その結果、中空繊維フィラメントは繊維長としては縮む方向となって、高い熱収縮応力を発揮するものとなる。また、上記中空繊維フィラメントにおいて発現するかかる熱収縮応力は、温度変化に伴うガスの膨張および収縮に起因するものであるため、加熱および冷却の繰り返しによっても失われることがない。したがって、上記中空繊維フィラメントにおける熱収縮応力の発現機構は、走行による高温化と停車による冷却を繰り返すタイヤに適用されるタイヤ用コードにおいて、きわめて有効なものであるといえる。

本発明において、かかる中空繊維フィラメントの０．０２Ｎ／ｄｔｅｘの荷重負荷時における伸び率は、１．０〜１０．０％、好適には１〜４％である。上記伸び率が１．０％未満であると、剛性が過大となって、タイヤ生産時にコードが露出する等の不具合が発生し、１０．０％を超えると剛性不足となって車重を支えることができず、いずれにおいても本発明の所期の効果が得られない。

また、かかる中空繊維フィラメントの２５℃から１５０℃まで加熱した際のフィラメント径の膨張率は、１〜１０％、好適には５〜１０％である。上記膨張率が１％未満であると、タイヤに適用した際、高速走行時における繊維軸方向への収縮力が弱まるため、高速走行時の剛性が上昇せず、操縦安定性の向上に寄与できない。一方、上記膨張率が１０％を超えると、タイヤに適用した際、熱収縮により剛性が高くなりすぎて縦ばねの上昇を生じ、乗心地性能が悪化してしまい、また、膨張による応力集中により、コードの破断を招く可能性も生ずる。なお、ここで、２５℃から１５０℃まで加熱した際のフィラメント径の膨張率を問題とするのは、停車時のタイヤ内部温度が常温（２５℃）であるのに対し、高速走行時にはタイヤ内部温度が１５０℃程度まで達するためである。

本発明において、上記中空繊維フィラメントの主成分となる高剛性ポリマーとしては、中空繊維フィラメントとして上記物性が得られるものであれば、特に制限されるものではないが、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、２，６−ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、芳香族ポリアミド（ＰＡ）、ポリビニルアルコールおよびアクリルからなる群から選ばれる１種以上を好適に用いることができる。特には、２，６−ポリエチレンナフタレートを用いることが、高い剛性を発揮させる上で、最も好ましい。

また、本発明に係る中空繊維フィラメントの孔形状については、特に制限はなく、円形や三角形、四角形、五角形、六角形など、適宜形状とすることができる。

さらに、本発明においては、上記中空繊維フィラメントの孔を独立した空隙として、この空隙内に揮発性の有機液体を封入することが好ましい。具体的には例えば、中空繊維フィラメントの孔を閉鎖系として形成した後、この中空繊維フィラメントを低分子オレフィンなどの揮発性液体に浸漬して、高圧を掛けることにより孔の内部に揮発性液体を封入する。これにより、中空繊維フィラメントが高温となった際に、孔内部の揮発性液体が気化して急激に体積が膨張するため、本発明による上記熱収縮応力の発現効果がより効率よく、より高いレベルで得られるものとなる。

本発明に用いる中空繊維フィラメントは、例えば、紡糸吐出穴の形状を調整することにより、所望の孔形状を有するものとして得ることができる。また、紡糸前に、上記高剛性ポリマーとポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等の微粒子とを混合してから紡糸を行い、その後、延伸することで、延伸時における高剛性ポリマーとＰＭＭＡ微粒子との延伸倍率の差により、繊維中に独立した空隙を形成した多孔質中空繊維フィラメントが得られるが、これも、本発明に用いる中空繊維フィラメントとして好適である。この場合、延伸時において、高剛性ポリマーは長く引き伸ばされる一方、ＰＭＭＡ微粒子は形状がほぼ変わらないため、このＰＭＭＡ微粒子の部分から、独立した空隙が形成される。

さらに、本発明においては、上記多孔質中空繊維フィラメントの複数本を同時に紡糸して得られるマルチフィラメントを用いることで、膨張時にフィラメント同士が物理的に干渉して、ヤーンとしての収縮が増大するとの効果が得られ、好ましい。

さらにまた、本発明においては、上記のようにして得られた中空繊維フィラメントを撚り合わせて用いることで、繊維径の膨張に伴う螺旋半径の増大によって撚りコード長についても縮もうとする力が働くため、さらに高い熱収縮応力が発揮でき、好ましい。

本発明においては、上記構造の中空繊維フィラメントからなるヤーンを、１本ないし複数本にて撚り合わせてタイヤ用コードとすることができる。この場合、上記ヤーンを撚糸して得られたコードは、レゾルシン・ホルマリン・ラテックス（ＲＦＬ）からなる接着剤等で適宜処理して、タイヤ製造に供することができる。

図１に、本発明の空気入りタイヤの一例の幅方向断面図を示す。図示するように、本発明の空気入りタイヤは、一対のビード部１１と、それに連なる一対のサイドウォール部１２と、両サイドウォール部１２間に跨るトレッド部１３とからなり、これら各部をビード部１１内にそれぞれ埋設された一対のビードコア１相互間にわたって補強する１層以上のカーカス２を備えている。また、カーカス２のクラウン部タイヤ半径方向外側には順次、１層以上、図示例では２層のベルト層３ａ，３ｂと、１層以上のベルト補強層４，５とが配置されている。本発明のタイヤにおいては、上記本発明のタイヤ用コードを、カーカスまたはベルト補強層の補強材として用いる。

上記本発明のタイヤ用コードをカーカスの補強材として用いた空気入りタイヤにおいては、高速走行に伴ってタイヤ温度が高温化しても、カーカス材に高い熱収縮応力が発生することによりタイヤの横剛性が低下せず、良好な操縦安定性を維持することが可能となる。特に、上記本発明のタイヤ用コードをサイド補強タイプのランフラットタイヤのカーカス材として用いた場合には、ランフラット走行時にサイド補強ゴムが軟化しても、上記タイヤ用コードの熱収縮応力によってタイヤの撓みを抑制できるので、高いランフラット耐久性能を発揮することが可能となる。

また、上記本発明のタイヤ用コードをベルト補強層の補強材として用いた空気入りタイヤにおいては、高速走行によってタイヤトレッド部が高温となっても、上記タイヤ用コードの熱収縮応力によってベルト振動を抑えて、ロードノイズの悪化を抑制することが可能となる。

さらに、上記本発明のタイヤ用コードの熱収縮応力は高温時にのみ発現するものであるので、これを用いた本発明のタイヤにおいては、タイヤ内部温度が高温状態であるランフラット走行時や高速走行時のみならず、市街地走行時などのタイヤ内部温度が低温状態である低速領域でも、良好な操縦安定性が得られるものである。すなわち、上記タイヤ用コードをカーカス材として用いることで、タイヤ内部温度が上昇する高速走行時等においては、中空繊維フィラメント内部のガスが膨張して、繊維径が膨張することに伴って、その繊維軸方向に収縮力が働く。これにより、カーカス材がタイヤを締め付けることでタイヤの撓みを防止でき、高速走行時においても剛性を保持して、操縦安定性を向上できる。一方、市街地走行時などの低速走行時には、中空繊維フィラメント内部のガスが収縮して、繊維径が収縮することに伴って、繊維軸方向への収縮力が低下する。これにより、タイヤの剛性も低下するので、タイヤの接地面が大きくなって、右左折時における操縦安定性を保持することができる。

本発明のタイヤにおいては、上記本発明のタイヤ用コードをカーカスないしベルト補強層の補強材として用いる点のみが重要であり、それ以外のタイヤ構造の詳細や各部材の材質、配置条件等については、所望に応じ適宜決定することができ、特に制限されるものではない。

例えば、カーカス２は、図示例では１層であるが、２層以上で配置してもよく、通常は図示するように、ビードコア１の周りにタイヤ内側から外側に折り返して係止される。また、ベルト層３ａ，３ｂは、タイヤ周方向に対し所定の角度をもって平行に配列されたスチールコードをゴム引きしてなり、少なくとも１層にて設けることが必要であるが、通常は図示するように、２層にて交錯配置される。

さらに、ベルト補強層は、通常、ゴム被覆コードをタイヤ周方向にスパイラル状に巻回することで、連続コードからなる周方向ベルトとして形成することができる。かかるベルト補強層は、本発明のタイヤ用コードをカーカスに適用する場合には必ずしも必須ではなく、また、本発明のタイヤ用コードをベルト補強層に適用する場合にも、少なくとも１層にて配置すればよく、その配設幅にも特に制限はない。好適には、ベルト補強層４，５は、図示するように、ベルト層３の全幅以上にわたり配設されたキャップ層４、および／または、ベルト層３の両端領域に配置されたレイヤー層５からなるものとする。これらキャップ層４およびレイヤー層５は、いずれも１層で設けてもよく、２層以上で設けてもよい。より好適には、図示するように、キャップ層４およびレイヤー層５のそれぞれ１層からなるベルト補強層とする。

さらにまた、本発明のタイヤにおいて、トレッド部１３の表面には適宜トレッドパターンが形成されており、最内層にはインナーライナー（図示せず）が形成されている。さらにまた、本発明のタイヤにおいて、タイヤ内に充填する気体としては、通常の又は酸素分圧を変えた空気、もしく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、実施例を用いてより詳細に説明する。
下記表中に示す条件に従い、通常の有機繊維フィラメントまたは中空繊維フィラメントからなるタイヤ用コードを作製した。これら有機繊維フィラメントおよび中空繊維フィラメントとしては、すべてマルチフィラメントを用いた。得られた各タイヤ用コードを、常法に従いＲＦＬからなる接着剤で処理して、カーカスの補強材として適用し、タイヤサイズ２２５／４５Ｒ１７にて、各実施例および比較例の供試タイヤを作製した。

得られた各実施例および比較例の供試タイヤにつき、３０ｋｍ／ｈの低速走行時および１２０ｋｍ／ｈの高速走行時における操縦安定性について、ドライバーによるフィーリング評価を行った。結果は、比較例１の低速走行時の評価結果を１００とする指数にて示した。数値が大なるほど、操縦安定性に優れ、結果が良好である。その結果を、下記表中に併せて示す。

また、上記で得られた各タイヤ用コードを常法に従いＲＦＬからなる接着剤で処理して、図１に示すようなキャップ層４およびレイヤー層５からなるベルト補強層の補強材として適用し、タイヤサイズ２２５／４５Ｒ１７にて、各実施例および比較例の供試タイヤを作製した。得られた各実施例および比較例の供試タイヤにつき、３０ｋｍ／ｈの低速走行時および１２０ｋｍ／ｈの高速走行時におけるロードノイズを測定した。結果は、比較例１の低速走行時の評価結果を１００とする指数にて示した。数値が大なるほど、ロードノイズが低く、結果が良好である。その結果を、下記表中に併せて示す。

＊１）２，６−ポリエチレンナフタレート、帝人（株）製、品名テオネックス
＊２）ポリエチレンテレフタレート、帝人（株）製、品名テトロン
＊３）ポリブチレンテレフタレート、帝人（株）製、品名ファインセル
＊４）ポリトリメチレンテレフタレート、帝人（株）製、品名ソロテックス
＊５）繊維の断面写真を顕微鏡（倍率５００倍）で撮影後、各単繊維ごとに繊維部分の面積Ｓ_１および中空部分の面積Ｓ_２を求めて、繊維全体の面積（Ｓ_１＋Ｓ_２）から、空隙率＝Ｓ_２／（Ｓ_１＋Ｓ_２）×１００に従い算出した値である（図２参照）。
＊６）一般的なディップ処理を施した加硫前のコードの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る。

上記表中に示すように、本発明の条件を満足する中空繊維フィラメントからなるタイヤ用コードをカーカスの補強材として用いた各実施例の供試タイヤにおいては、従来一般的な有機繊維フィラメントからなるタイヤ用コードを用いた各比較例の供試タイヤと比較して、低速走行時および高速走行時の双方において、バランスよく良好な操縦安定性が得られていることが確かめられた。また、本発明の条件を満足する中空繊維フィラメントからなるタイヤ用コードをベルト補強層の補強材として用いた各実施例の供試タイヤにおいては、高速走行時においてもロードノイズの悪化を抑制できることが確かめられた。

１ ビードコア
２ カーカス
３ａ，３ｂ ベルト層
４ キャップ層
５ レイヤー層
１１ ビード部
１２ サイドウォール部
１３ トレッド部

Claims (6)

1. 高剛性ポリマーを主成分とする単孔または多孔性の中空繊維フィラメントからなるタイヤ用コードであって、
   前記中空繊維フィラメントの、０．０２Ｎ／ｄｔｅｘの荷重負荷時における伸び率が１．０〜１０．０％であり、かつ、２５℃から１５０℃まで加熱した際のフィラメント径の膨張率が１〜１０％であることを特徴とするタイヤ用コード。
2. 前記高剛性ポリマーが、ポリエチレンテレフタレート、２，６−ポリエチレンナフタレート、芳香族ポリアミド、ポリビニルアルコールおよびアクリルからなる群から選ばれる１種以上である請求項１記載のタイヤ用コード。
3. 前記中空繊維フィラメントの孔形状が、円形、三角形、四角形、五角形または六角形である請求項１または２記載のタイヤ用コード。
4. 前記中空繊維フィラメントが、前記高剛性ポリマーとポリメチルメタクリレート微粒子とを混合して紡糸し、延伸時における該高剛性ポリマーとポリメチルメタクリレート微粒子との延伸倍率の差により、繊維中に独立した空隙を形成した多孔質中空繊維フィラメントからなる請求項１〜３のうちいずれか一項記載のタイヤ用コード。
5. 前記空隙内に揮発性の有機液体が封入されてなる請求項４記載のタイヤ用コード。
6. 請求項１〜５のうちいずれか一項記載のタイヤ用コードを補強材として用いたことを特徴とする空気入りタイヤ。

Images