JP2016222010A - 空気入りタイヤ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】空気入りタイヤは複数本の配列された補強コードがゴム層で被覆されたタイヤ骨格部を有する。補強コードは、ポリエチレンテレフタレートで形成された有機繊維コードである。有機繊維コードは、中間伸度(2.0cN/dtex)が3.0〜4.0%であり、寸法安定性指数が5.0%〜6.5%であり、かつ強伸度曲線において切断時の強度の70%の強度における伸び率と切断時の伸び率の差異が11〜16%である。
【選択図】図1
Description
現在、空気入りタイヤを製造する上で、環境負荷軽減が技術課題とされており、中でも再生資源の利用及び省資源化が挙げられる。再生資源の利用については、セルロース繊維、例えば、レーヨンが挙げられるが、素原料の製造プロセスにおける環境負荷という点では、レーヨンは二硫化炭素を用いるため、PETの方がより好ましい。
また、省資源化については、タイヤの軽量化が挙げられる。現状タイヤには補強コードとしてレーヨンが使用されているが、補強コードとして、より強度の高いPETを使うことが好ましい。それに加え、空気入りタイヤのタイヤサイド部の厚さ(タイヤサイドゲージ)を低減することが効果的である。
また、特許文献2には、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が記載されている。特許文献2の空気入りタイヤでは、カーカスコードが、少なくとも強度が8cN/dtex以上であり、式G=T×E1/2(Tは強度(cN/dtex)、Eは破断伸び(%))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。この場合、耐久性を悪化させることなく、軽量化は達成できるものの、操縦安定性及びタイヤサイド部の耐外傷性については言及されていない。現状、補強コードにPETを用いた場合、操縦安定性及びタイヤサイド部の耐外傷性の両立を図ったものがないのが現状である。
また、ゴム層は、貯蔵弾性率が7.0〜9.0MPaであることが好ましい。例えば、タイヤサイドの最大幅位置におけるサイドトレッドのゴム厚さが1.0〜2.5mmである。
図1は、本発明の実施形態の空気入りタイヤの断面形状を示す断面図である。
なお、以下の説明において、図1中に矢印で示すように、タイヤ幅方向とは、タイヤの回転軸(図示せず)と平行な方向をいい、タイヤ径方向とは、回転軸と直交する方向をいう。また、タイヤ周方向とは、回転軸を回転の中心となる軸として回転する方向をいう。
更に、タイヤ内側とは、タイヤ径方向において図1中タイヤの下側、すなわちタイヤに所定の内圧を与える空洞領域Rに面するタイヤ内面側をいい、タイヤ外側とは、図1中タイヤの上側、すなわち、タイヤ内周面と反対側の、ユーザが視認できるタイヤ外面側をいう。
カーカス層20は、後に詳細に説明するが補強コードが配列され、コードコーティングゴムで被覆された構成である。カーカス層20は、後述する左右一対のビードコア28にタイヤ内側からタイヤ外側に折り返され、サイドウォール部16の領域で端部Aを成しており、ビードコア28を境とする本体部20aと折り返し部20bとから構成されている。すなわち、本実施形態においては、カーカス層20が1層、左右一対のビード部18間に装架されている。カーカス層20の数は1層に限定されるものではなく、構造及び用途に応じて複数層あってもよい。本実施形態のタイヤ10においては、カーカス層20は、2層以上では軽量化の効果が少ないため、軽量化の観点から、1層構造(1プライ)であることが好ましい。
また、カーカス層20は、1つのシート材で構成されても、複数のシート材で構成されてもよい。複数のシート材で構成する場合、カーカス層20は継部(スプライス部)を有することになる。
これらゴムに配合するカーボンブラックとしては、例えば、ヨウ素吸着量が20〜100(g/kg)、好ましくは20〜50(g/kg)であり、DBP吸収量が50〜135(cm3/100g)、好ましくは50〜100(cm3/100g)であり、かつCTAB吸着比表面積が30〜90(m2/g)、好ましくは30〜45(m2/g)であるものが用いられる。
また、使用する硫黄の量は、例えば、ゴム100質量部に対して1.5〜4.0質量部であり、好ましくは2.0〜3.0質量部である。
なお、カーカス層20については、後に更に詳細に説明する。
本実施形態においては、内側ベルト層22a及び外側ベルト層22bは、タイヤ周方向に対して傾斜する複数本の補強コードを含み、その補強コードが層間で互いに交差するように配置されている。内側ベルト層22a及び外側ベルト層22bは、補強コードが、例えば、スチールコードであり、上述のコードコーティングゴム等で被覆して構成されている。
内側ベルト層22a及び外側ベルト層22bは、補強コードのタイヤ周方向に対するコード角度が、例えば、24〜35°であり、好ましくは27〜33°である。これにより、高速耐久性を向上させることができる。
このベルト補助補強層24は、補強コードとして、例えば、有機繊維コードが、タイヤ周方向に螺旋状に配置されており、これらの有機繊維コードが上述のコードコーティングゴム等で被覆して構成されている。
また、ビード部18には、タイヤ周方向に対して傾斜する補強コードを含むサイド補強層26が埋設されている。
なお、サイド補強層26の他端部Cは、カーカス層20の本体部20aとビードフィラー6との間の、ビードコア28近傍に存在する。なお、サイド補強層26は、ビード部18では、カーカス層20の折り返し部20bとビードコア28及び/又はビードフィラー30との間に、サイドウォール部16では、本体部20aと折り返し部20bとの間に配置されていても良いし、ビード部18では、折り返し部20bのタイヤ幅方向外側に、サイドウォール部16では、本体部20aの外側に配置されていても良い。更に、これらを組み合わせて配置しても良い。
更に、サイド補強層26を設ける領域を補強コードの種類に応じて変えても良い。例えば、サイド補強層26の補強コードとして、従来公知のスチールコードを用いる場合には、ビードフィラー30とカーカス層20の折り返し部20bとの間にサイド補強層26を配置するのが好ましく、有機繊維コードを用いる場合には、ビードコア28及びビードフィラー30を包み込むようにサイド補強層26を配置するのが好ましい。
カーカス層20は、図2に示すように、補強コードとして、複数本の有機繊維コード40が配列方向xに配列されている。有機繊維コード40は、PET(ポリエチレンテレフタレート)で形成されている。図示はしないが、有機繊維コード40は緯糸ですだれ状に編まれている。複数本の有機繊維コード40が緯糸で編まれた状態でゴム層42に被覆されている。ゴム層42は上述のコードコーティングゴムで構成される。有機繊維コード40の構成は、特に限定されるものではなく、例えば、1本(単糸)でも複数本を撚ったものでもよい。
有機繊維コード40は、中間伸度(2.0cN/dtex)が3.0〜4.0%である。中間伸度(2.0cN/dtex)が3.0〜4.0%であると、カーカス層20について高い剛性を確保でき、かつ操縦安定性を改善することができる。
中間伸度(2.0cN/dtex)が4.0%を超えると、タイヤの剛性が低下し、操縦安定性が悪化する。一方、中間伸度(2.0cN/dtex)が3.0%未満では、有機繊維コード40の製造が困難である。
まず、10cm長さの試験長(チャック間距離)での引張試験に供し得る長さの有機繊維コードの試料コード片を用意する。試料コード片については、試験長(チャック間距離)に対応した位置2箇所を着色して、試験前の元長及び試験後の長さがわかるようにする。
試料コード片を、チャック間距離10cmで着色位置を合わせて引張試験機に取り付け、試料コードの繊度(dtex)に応じて定まる2.0cN/dtex相当の引張力を速度300±20mm/分で加えて引張試験を行う。引張試験は、温度20℃±2℃、相対湿度65±2%の一定雰囲気内で行う。引張力を解除した後、試料コード片を取り外し、着色位置間の距離を求める。その測定値と以下の計算式を用いて中間伸度(%)を求める。中間伸度(%)は、以下の計算式から小数点1桁まで求める。
伸度(%)=(引張り試験後のコード長さ/元のコード長)×100
n数は5として試験を行い、その平均値を求めて、更にその値を四捨五入して、小数点1桁までの値にしてその試料の伸度(%)とする。
寸法安定性指数が6.5%を超えるとタイヤ幅寸法が大きくなる。一方、寸法安定性指数が5.0%未満では、有機繊維コード40の製造が困難である。
寸法安定性指数の中間伸度(2.0cN/dtex)(%)の求め方は上述の通りであるため、詳細な説明は省略する。乾熱収縮率(%)は、以下のようにして測定することができる。
一定長さ(L0)の有機繊維コードをオーブン中に150℃、30分無荷重の状態で放置し、その後、有機繊維コードの長さを測定し、測定した有機繊維コードの長さ(L)から、以下の式を用いて乾熱収縮率(%)を求める。
(乾熱収縮率)=(L0−L)/L0×100(%)
上述の差異δを11〜16%とすることで、高いタフネスを確保し、タイヤサイド部の耐外傷性を改善することが可能である。上述の差異δが11%未満の場合、十分なタフネスが得られず、タイヤサイド部の耐外傷性の改善効果が得られない。一方、差異δが16%を越える有機繊維コード40の製造が困難である。
引張試験では、まず、10cm長さの試験長(チャック間距離)での引張試験に供し得る長さの有機繊維コード40の試料コード片を用意する。試料コード片については、試験長(チャック間距離)に対応した位置2箇所を着色して、試験前の元長及び試験後の長さがわかるようにする。試料コード片を、チャック間距離10cmで着色位置を合わせて引張試験機に取り付け、温度20℃±2℃、相対湿度65±2%の一定雰囲気内で、速度300±20mm/分の条件で引張試験を行う。試料コード片では、上述のように試験前の元長及び試験後の長さがわかるようにしているため、試料コード片の伸びを求めることもできる。
有機繊維コード40は、撚り係数Kが1700〜2100であることが好ましい。撚り係数Kを1700〜2200とすることで、高い剛性とすることができ、かつ操縦安定性を確保することができる。
本発明において撚り係数Kは下記式で表されるものである。下記式においてNは撚り数(回/10cm)、Dは総繊度(dtex)である。
K=N×D1/2
なお、ゴム層42の貯蔵弾性率が7.0Mpa未満では、カーカス層20として高い剛性が得られにくく、改善効果が小さい。一方、ゴム層42の貯蔵弾性率が9.0Mpaを超える場合、カーカス層20の剛性が高くなり過ぎ、タイヤの耐久性が低下する虞がある。
上述のタイヤサイド39の最大幅位置39a(図1参照)とは、タイヤ幅方向における最大長さを示す位置のことである。図1では、タイヤ幅方向における最大幅は符号Wmで示される。タイヤの最大幅位置39aを中心としてタイヤ径方向にタイヤ断面高さSHの±30(%)の範囲内にある領域をサイドトレッドという。
上述のサイドトレッドのゴム厚さtsとは、最大幅位置39aとタイヤ幅方向におけるカーカス層20の表面20c迄の距離のことである。
上述のゴム厚さtsが2.5mmを超えるとタイヤ質量低減の利点が低下する。一方、上述のゴム厚さtsが1mm未満の場合、タイヤ側面の擦れによる摩耗で、カーカス層20が露出する可能性が生じる。
この場合も、有機繊維コード40を覆うゴム層は上述のように貯蔵弾性率が7.0〜9.0MPaであることが好ましい。
また、上述のPETの有機繊維コード40を有するカーカス層20を用いることにより、補強コードにレーヨンを用いた場合に比してタイヤサイド部を薄くしても、耐外傷性を確保することができるため、タイヤサイド部の厚さを低減でき、ひいてはタイヤを軽量化できる。しかも、PETでは製造に二硫化炭素を用いることがないため、レーヨンに比して製造プロセスにおける環境負荷も低減することができる。
このように、本実施形態のタイヤ10では、操縦安定性を維持しつつ、タイヤサイド部の耐外傷性を確保することができ、更にはタイヤを軽量化しつつ、環境負荷も低減することができる。
本実施例においては、下記表1、2に示す構成のカーカス層を有する実施例1〜実施例4並びに比較例1〜比較例4及び基準例の空気入りタイヤ(以下、単にタイヤという)を作製し、各タイヤについて、タイヤ質量を測定し、操縦安定性、タイヤの耐外傷性(タイヤサイド部の耐外傷性)及びタイヤの耐久性能を評価した。タイヤ質量、操縦安定性、タイヤの耐外傷性及びタイヤの耐久性能の結果を下記表1、2に示す。なお、各タイヤのタイヤサイズは205/55R16である。
実施例1〜実施例4並びに比較例1〜比較例4及び基準例のカーカス層では、有機繊維コードの配置は全て同じにし、緯糸に20番手の綿糸を用いた。
有機繊維コードがPETの場合、中間伸度、寸法安定性指数及び切断時の強度の70%の強度における伸び率と切断時の伸び率の差異の特性値については、PET繊維の紡糸速度を速くする等して調整した。
下記表1、2の「コード構造」の欄において、「1670dtex/2」は、繊度が1670dtexの糸を2本撚ったものであることを示す。「1840dtex/2」は、繊度が1840dtexの糸を2本撚ったものであることを示す。
なお、下記表1、2に示す「タイヤ質量指数」の欄の数値は、数値が小さい方が軽いことを示す。
実施例1〜実施例4並びに比較例1〜比較例4及び基準例の各タイヤを用いて、平坦な周回路を有するテストコースを60〜100km/hで実車走行させ、レーンチェンジ時及びコーナリング時の操舵性と直進時の安定性について、専門パネラー3名による感応評価を行った。評価結果は、基準例を100とする指数にて示した。
なお、下記表1、2に示す「操縦安定性」の欄の数値は、数値が大きい程、操縦安定性が優れていることを意味する。
実施例1〜実施例4並びに比較例1〜比較例4及び基準例の各タイヤを標準リムに組み付けて車両に装着し、空気圧200kPaとして、速度10km/hにて高さ15cmの縁石に30°の角度で乗り上げ、これを5回繰り返した。そして、実施例1〜実施例4並びに比較例1〜比較例4及び基準例の各タイヤについて、サイドウォール部で損傷を受けたカーカス層の有機繊維コードの本数を数えた。損傷を受けたカーカス層の有機繊維コードの本数を、基準例を100とする指数にて示した。
なお、下記表1、2に示す「耐外傷性」の欄の数値は、数値が大きい程、タイヤの耐外傷性が優れていることを意味する。
タイヤの耐久性能には、JIS D4230耐久性能試験に準拠し、ドラム表面が平滑な鋼製でかつ直径1707mmのドラム試験機を用いた。
実施例1〜実施例4並びに比較例1〜比較例4及び基準例の各タイヤを、リムサイズが18×8Jのリムに組み込み、試験内圧230kPaでインフレートさせた。その後、各タイヤについて、周辺温度を38±3℃に制御し、走行速度を81km/h、負荷荷重をJATMA規定の最大荷重85%から4時間毎に15%ずつ荷重を増加させながらタイヤが破壊する迄走行した(最終荷重は280%として故障まで走行)。走行後のタイヤサイド部のカーカスセパレーション長さを、基準例を100とする指数値で評価した。なお、下記表1、2に示す「耐久性能」の欄の数値は、数値が大きい程、耐カーカスセパレーション性が優れ、タイヤの耐久性能が優れていることを示す。
実施例3は、実施例1の有機繊維コードと同じ特性値で、ゴム層の貯蔵弾性率を更に高くしたものであり、実施例2よりもゴム層の貯蔵弾性率が高い。実施例3では、カーカス層の剛性が更に高くなり、操縦安定性は向上するものの、ゴム層の貯蔵弾性率が高すぎる。このため、カーカス層の剛性が高くなり過ぎ、圧縮疲労により、タイヤの耐久性は基準例よりも高いものの実施例2よりも低かった。また、タイヤサイドゲージを基準例よりも薄くしてもタイヤの耐外傷性が確保できたため、タイヤサイドゲージを薄くできた。これにより、タイヤを軽量化できた。
実施例4は、実施例1の有機繊維コードと同じ素材で、繊度が1840dtexのものを2本用い、総繊度を高くしたものである。実施例4は総繊度が高く、操縦安定性が向上した。タイヤの耐久性は基準例と同程度であった。また、タイヤサイドゲージを基準例よりも薄くしてもタイヤの耐外傷性が確保できたため、タイヤサイドゲージを薄くできた。
これにより、タイヤを軽量化できた。
比較例2、3、4では、補強コードにPETを用いているが、中間伸度が高く、寸法安定性指数も高い。これにより、操縦安定性が悪化した。また、切断時の強度の70%の強度における伸び率と切断時の伸び率の差異も小さくタイヤの耐外傷性が悪化した。
比較例4は、貯蔵弾性率が比較例2、3よりも大きく、カーカス層としてより高い剛性が得られ、比較例2、3よりも操縦安定性が高かった。
12 トレッド部
14 ショルダー部
16 サイドウォール部
18 ビード部
20 カーカス層
22 ベルト層
22a 内側ベルト層
22b 外側ベルト層
24 ベルト補助補強層
26 サイド補強層
28 ビードコア
30 ビードフィラー
32 トレッドゴム層
34 サイドウォールゴム層
36 リムクッションゴム層
38 インナーライナゴム層
40 有機繊維コード
42 ゴム層
Claims (4)
- 複数本の配列された補強コードがゴム層で被覆されたタイヤ骨格部を有する空気入りタイヤであって、
前記補強コードは、ポリエチレンテレフタレートで形成された有機繊維コードであり、
前記有機繊維コードは、中間伸度(2.0cN/dtex)が3.0〜4.0%であり、
150℃における乾熱収縮率(%)と中間伸度(2.0cN/dtex)(%)の和で表される寸法安定性指数が5.0%〜6.5%であり、
かつ強伸度曲線において切断時の強度の70%の強度における伸び率と切断時の伸び率の差異が11〜16%であることを特徴とする空気入りタイヤ。 - 前記有機繊維コードは、撚り係数が1700〜2100である請求項1に記載の空気入りタイヤ。
- 前記ゴム層は、貯蔵弾性率が7.0〜9.0MPaである請求項1又は2に記載の空気入りタイヤ。
- タイヤサイドの最大幅位置におけるサイドトレッドのゴム厚さが1.0〜2.5mmである請求項1〜3のいずれか1項に記載の空気入りタイヤ。
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