JP3583464B2 - 空気タイヤ用のコードおよびその製造方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は空気タイヤを強化するために使用する未加工コードのプライを浸漬する方法およびそのようなコード製のラジアルカーカスプライから成る空気タイヤに関する。
【0002】
【従来の技術】
ベルトアセンブリーから外側向きに半径方向に配列されている強化メンバーを有し、タイヤの中間の円周平面に対して小さい角度で配置されている繊維コードから成るラジアルカーカスタイヤが高い回転スピードに遭遇すると、特に耐久力があることが見出された。
【0003】
オーバーレイプライと呼ばれているそのような強化メンバーは、強化エラストマー性の素材製であって、ベルトプライの外側に半径方向に配置されているスパイラルに巻いた細片から成り立っていてもよい。タイヤの製造中の型取りおよび加硫工程中にベルトの膨張に適応するためには、一般的には強化コードの素材、例えばナイロンは低いモジュラスを持っている。コードのモジュラスは中でもコードに使用されている異なった糸の撚り、コードの撚り、コードに浸漬操作を行う方法の関数である。
【0004】
高いモジュラスの素材、例えばアラミドはその寸法安定性の面からみて高速タイヤには大きな利点を持っているが、その寸法安定性ゆえにそのコードを撚らせ、その結果最終コードはタイヤが型取りおよび加硫の間に通過する膨張にマッチするのに必要な膨張能力を持っている。
【0005】
ヨーロッパ特許−A−412 928はアラミド製のコードで強化した繊維オーバーレイ構造を開示しており、そのコードは6ないし14間の撚り乗数(以下で定義する)を有し、コード中に含まれる少なくとも1本の糸は1インチあたり少なくとも14回(TPI)(1メートルあたり540回(TPM))の撚りを持っている。しかしながら、そのようなオーバーレイ構造から成るタイヤは騒音の発生を増大させる。その理由は、高モジュラスアラミドコードはタイヤ中でバイオリンの弦の様に振動するからである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的はコードの物理特性を実質的に変更することなく、空気タイヤ強化のために使用する未加工コードのプライを接着剤でコーティングするための方法を提供することにある。
【0007】
さらに本発明の目的は低いゲージを有し、騒音の発生が少なく、しかも良好な高速特性を有するアラミドコードで強化したオーバーレイ構造をもつ空気タイヤを提供することにある。
【0008】
本発明のその他の目的は以下の記載および特許請求の範囲から明らかである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
未加工コードから成る繊維素材に接着剤を利用することによって複合プライを作製する方法が提供されており、その方法においては繊維が縦糸コードおよび横糸コードからできている。コードおよびエラストマーマトリックス間に好ましい結合を得るために接着剤を適当に選択する。この方法は(a)繊維素材中の縦糸コードのデニールあたりの引っ張り強度が横糸コードよりも少なくとも3倍大きく、5ないし9のより乗数を持つ縦糸コードを作製し、(b)糸巻きから未加工の繊維素材のロールを巻き戻し、(c)プライを作るように接着剤で繊維素材を含浸し、(d)乾燥した、コーティング済みの素材を得るためにプライを予備乾燥し、(e) プライの縦糸コードには実質的な張力を掛けない手段を用いてプライをヒートセッティングオーブンを通過して移動させ、そして(f)処理済みの繊維素材のプライをロール上に巻き上げる工程から成っている。
【0010】
【実施例】
図示した実施態様では、繊維素材の縦糸コードに実質的な張力を掛けない手段が布張り枠である。同じように、横糸コードは充填素材であって、縦糸コードはアラミドからできている。アラミドの単糸から成るコードも提供されている。このコードはコードとエラストマーマトリックス間に好ましい結合を達成する接着剤でコーティングされている。好ましい実施態様では、コードは1200ないし1800デニールの線密度を有し、5ないし9の範囲の撚り乗数、1%の伸長で10Nより小さい応力を持っている。
【0011】
プライのコードとエラストマーマトリックス間に好ましい結合を達成する接着剤でコーティングされている縦糸および横糸コードから成るプライも提供される。
【0012】
ラジアルプライカーカス、カーカスの頂部領域から外に向って半径方向に配置されたトレッド、トレッド部分およびカーカスに対して円周上に囲んでいる関係にあるカーカスの頂部領域間にある頂部強化構造から成る硬化済みの空気タイヤも提供される。頂部強化構造は少なくとも第1の半径方向の最も内部のベルトプライを有し、かつ第2の半径方向の最も外側のベルトプライを有するベルトアセンブリーを包含し、各ベルトプライはそれぞれのベルトプライ中でたがいに平行に伸びている高いモジュラスの素材から成っている。第1のベルトプライ中のコードはタイヤの赤道面に関しては第2のベルトプライ中のコードとは反対方向の角度にある。強化構造はまたベルトアセンブリーから外側向きに半径方向に重ねられたコード強化エラストマー性の素材から成る繊維のオーバーレイ構造を包含している。オーバーレイはタイヤの赤道面には0°と5°の間の角度を成す螺旋状に巻いた細片から成り、ベルトアセンブリーを超えて横方向に伸びている。
【0013】
図1に関しては、1対の実質的には伸長不可能なビードコア11および12を有するラジアルカーカス空気タイヤ10が示されており、これらのコアはビードコア間に伸びたラジアルカーカスプライ13で軸方向に離れている。カーカスプライはビードコアの周りに軸方向におよび半径方向に外側向きに折り重なっており、実質的にたがいに平行であって、かつタイヤの赤道面(EP)とは角度をなしているコードで強化されている。ここと特許請求の範囲で使用しているように、タイヤの「赤道面」はタイヤの回転軸に直角でありかつタイヤトレッドの中心を通過するる平面であり、「ラジアル」および「半径方向に」と言う用語はタイヤの回転軸の方向にあるいは回転軸からから外側に向う方向を示している。カーカスプライ13のコードはレーヨン、ポリエステル、ポリアミド芳香族ポリアミドのようないかなる適当な繊維素材からでも作製することができる。タイヤ10の頂部領域14はタイヤトレッド16の内側に半径方向に位置しているベルトアセンブリー15で強化されている。そのベルトアセンブリーは基本的には剛直であって、かつ2枚の同心円のベルトプライから出来ており、それぞれはスチールコードあるいは例えば芳香族ポリアミド、グラスファイバー、炭素繊維あるいはレーヨンのような他の適当な素材のコードで強化されている。それぞれのプライの中では、コードは実質的にはたがいに平行である。半径方向の最も内側のベルトプライ17のコードは(硬化済み)タイヤの赤道面(EP)とは12°ないし30°の角度を成しており、一方では半径方向の最も外側のベルトプライ18のコードは半径方向の最も内側のベルトプライのコードには対角線的に反対方向に伸びている、すなわちタイヤの赤道面(EP)とは−12°ないし−30°間の角度を成している。好ましい角度はそれぞれ21°ないし25°および−21°ないし−25°である。
【0014】
螺旋状に巻いた細片19は最外側のベルトプライ18の半径方向に外側に重なっており、かつベルトプライ18の最も広い範囲で横方向に伸びている。図示した実施態様では、螺旋状に巻いた細片はアラミドコード強化エラストマー製の素材である。ここで使用している「アラミド」および「芳香族ポリアミド」はいずれも繊維を形成する物質が一般的に長い分子鎖の芳香族の合成ポリアミドであって、アミド結合の少なくとも85%が2個の芳香族リングに接している合成ポリアミドであることを意味すると理解すべきである。アラミドあるいは芳香族ポリアミドの代表例はポリ(p−フェニレンテレフタルイミド)である。
【0015】
細片の螺旋回旋は赤道面(EP)とは0ないし5°の角度を成しており、かつ軸方向に隣接した回旋とはつき合わせ状態にある。細片は好ましくは0.4ないし1.2mmの厚さおよび8ないし25mmの幅を有し、かつ1インチあたり少なくとも15末端(EPI)(1メートルあたり600末端(EPM))のコード分布密度,好ましくは20ないし50EPI(800ないし2,000EPM)を有している。
【0016】
螺旋状に巻いたオーバーレイ構造は半径方向の最外側のベルトプライの横方向の末端とは数mmだけ重なっており、円周方向には優れた剛直性を与えており、トレッド表面上での一様な圧力分布を得ることに貢献している。
【0017】
図1に示すようなオーバーレイ構造は1層だけを有しているが、当業者は1層以上を使用することができることを認めるであろう。例えばオーバーレイ構造は第1層に近接し、かつ第1層の半径方向の外側に位置している第2の層をも含むことが可能であろう。好ましくは、第2の層は第1の層とは反対方向に巻いた螺旋回旋を有しており、その結果各層のコードは極めて小さい角度で交差するであろう。そのような構造では、2層は連続的に細片の内部で破断無しに巻くことができる。螺旋状に巻いた細片の各螺旋回旋は隣接した回旋とはつき合せ状態にあってもよく、あるいは軸方向に隣接した回旋とは重なりあった関係になっていてもよい。このような重なり合いはベルト強化構造の幅を超えて一定であっても、あるいは可変であってもよい。螺旋細片の巻上げについてのその他の変更も当業者には明らかであろう。
【0018】
平板な円筒形ドラム上に作製したタイヤ中の個々の螺旋回旋がタイヤ製造方法の型作りおよび加硫工程の間に異なった伸びを受けることはタイヤ産業では公知のことである。その理由はタイヤの伸びはベルト強化構造の肩の部分よりも中心部分で大きいからである。細片にかかる応力における、結果として生ずる差異を極小にするためには、タイヤの肩部分を製造するときに使用した巻上げ張力に比較して、極めて小さい巻上げ張力を使ってベルト中心に細片を巻くことが好ましい。あるいは、細片を螺旋状に巻くその円筒形のドラムの表面をやや凸面の形態にすることも可能である。タイヤの型作りおよび硬化中にオーバーレイ細片の中心部分と肩部分との間で極小の伸び差を得るためには、この凸面形はオーバーレイプライが完成したタイヤで使用している断面ラジアル形に出来るだけよく一致していなければならない。
【0019】
図2を参照して、アラミド製の縦糸コード21および綿糸のような充填素材の横糸22からなる繊維の織物20の一部を示すことができる。図面による実施例では、縦糸コード21は糸の長さ単位当たり所定の回数の撚り(通常は1インチあたりの撚回数、TPIで示す)で成分フィラメントを撚ったアラミド製の単糸である。横糸コードは精々10EPI、好ましくは約5EPI、500デニール未満の線密度、好ましくは約200の線密度のコード分布密度を有している。横糸コードはタイヤ中では強化機能を持たないが、プライの加工中および型作りおよび加硫工程までの他のタイヤ製造操作中の縦糸コードの正しい位置および間隔を決めることを主に保証している。この操作中には、そのような繊維織物は数百メートルの長さおよび1.5mの幅を持っている。浸漬およびカレンダリングの後に、プライ20を8ないし25mmの幅を有する細片に長さ方向に切断し、タイヤの最外側のベルトプライ18の外側に半径方向に重ねあわせる。
【0020】
ここで使用しているように、繊維織物は接着剤および/またはラバーでコーティングした後にはプライ(複合)に成る。
【0021】
本発明による縦糸コードは少なくとも6TPI、しかも好ましくは少なくとも10TPIの撚りを持っている。そのような撚りを有するコードは硬化鋳型中で未硬化のタイヤの膨張を可能とする、必要とする膨張特性を持っている。撚りの方向、すなわち糸を垂直に保持した場合に、糸の螺旋のスロープの方向は糸の特性に測定可能な影響を持っていない。
【0022】
本発明によるコードは4および10の間、好ましくは6ないし8の撚り乗数を有している。「撚り乗数」とはコードの長さ軸に関してコード中の糸が成しているヘリックス角度の指標である数を意味している。発明の詳細な説明中および特許請求の範囲内で示しているように、コードの撚り乗数は繊維産業では公知の下記の式によって求めることができる。
【0023】
TM=0.0137CT×(CD)1/2
ただしこの式においては
TM 撚り乗数
CT コードの1インチ(2.54cm)あたり撚り回数
CD 何らかの撚りを糸あるいはそのサブグループに与える前のコードの糸および/またはコードの糸のサブグループのデニールの合計
撚り乗数は引っ張り強度、モジュラス、伸長、疲労のようなコードの物理特性を特徴づけているので、コードの重要な特性である。5より大きな撚り乗数は適度な伸びおよび優れた引っ張り強さを示すコードを特徴づけている。
【0024】
螺旋状に巻きあげたオーバーレイを強化するために使用しているアラミド製の単糸の例:
Figure 0003583464
デュポン(DuPont)社のケブラー(Kevlar)(登録商標)に関する製品冊子、例えば「タイプ950(タイヤ)およびタイプ956(機械的なラバー商品)用のケブラーサブコートおよびトップコート」ジュネーブ、1983年1月に記載されているように、繊維素材の未加工のコードに接着剤を適用することはコード間に好ましい結合を作ってエラストマー性のマトリックスに仕上げるために必要である。デュポン社の教示するところによると、本発明における使用には、エポキシ予備処理なしに使用した場合には、アラミド糸は2回の浸漬を使用して製造することができる。第1の浸漬はIPD31、IPD34またはIPD38(IPD番号とはデュポン社の認識番号である)、第2の浸漬はIPD39を使用する。エポキシ予備処理をしたアラミド製の糸を使用する場合には、IPD31から成る浸漬を使用することが可能である。
【0025】
そのような浸漬処方はフランス特許出願2,671,113−A1が示すように当業者には公知である。
【0026】
勿論、2回の浸漬を使用するときには、装置は2個の飽和器、2個のセットの絞り出しローラーおよび2個の予備乾燥器から成っている。
【0027】
図3はコードあるいは糸に接着剤を適用するときに使用可能な装置30の概観図を示している。装置29は未加工の繊維素材のロールを解くための供給側のロール31、多くのガイディングロール36、繊維を接着剤で含浸するための飽和器32、繊維から余分な浸漬液を絞りとるための絞り器ローラー35および繊維素材のコーティング済みのプライを乾燥するために使用する予備乾燥器を包含している。最終的には繊維素材のプライはヒートセッティング炉34を通過する。この炉は接着剤を繊維素材に反応させる温度で、好ましくは180℃と250℃との間の温度で作動する。炉には巻き取りユニット39がさらに続いている。絞り出しローラー35および巻き取りユニット39はモーター駆動である。
【0028】
本発明によると、炉34には布張り枠37が備えつけられている(図4も参照のこと)。このような布張り枠は基本的には約1.5m離れた2本の平行なチェイン40と41とから成っている。各チェインはレールに添って動き、炉の1端にある鎖回転入口から炉の他端にある回転出口にまわり、再び入口に戻る。鎖のつながりは約10cmの長さを持ち、ピン板、クリップ、ピン抜け予防装置付きである。回転入口42では、繊維プライ30は、もっと正確に言えば木綿の横糸コード22およびプライの外側の2本の縁近くにあるアラミド製の縦糸21の一部を(図2参照)ピン板が握り、さらにクリップでその上に保持している。横糸コードの助けで、ピン板は縦糸コードに実質的な張力を掛けることなく炉34を通過してアラミド縦糸コードを運ぶ。回転出口43に達する前に、ピン抜け予防装置がピン板から浸漬した織物を離す。回転入口および出口両者は電動モーター付きである。そのような布張り枠は例えばH.クランツ(Krantz)有限会社、マシーネンバウ(Maschinenbau)、5100アーヘン(Aachen)ドイツから市販されている。
【0029】
先行技術では、プライは供給ロール31から飽和器32、予備乾燥器33、炉34を通過して長さ方向に引っ張られ、それによってこれらすべての工程中で縦糸21に実質的な張力を掛けている。この引っ張り張力がコードを伸長させ、それによってコードのモジュラスを変更している。本発明によると、プライは単に飽和器および予備乾燥器を通じて引っ張られるのみであり、ここでコードは一度伸長力が休止すると、撚り操作中に得られたコードのモジュラスを十分に回復するのになお十分な弾性を持っている。しかしながら、炉34の中では、熱および接着剤とアラミドコードとの化学反応の共同作用によってモジュラスに不可逆変化を起させる。言換えれば、コードは炉中に存在している間に受けたモジュラスを実質的に保持している(温度変化による通常の変動を別にして)。炉中で縦糸コードに最少の張力だけを加えることによって、本発明が教えるように、処理したアラミドコードのモジュラスは、従って先行技術によって処理したコードのモジュラスより遥かに低いのである。
【0030】
図5は接着剤で処理した後の種々の繊維コードの歪−応力のグラフを示している。横軸に伸びの%を示し、縦軸にはニュートン単位の加えた力を、ナイロンコード840/2、12/12TPI(グラフA)、アラミドコード1500/1、13TPI(グラフB)、アラミドコード1000/2、16/16TPI(グラフC)およびアラミドコード1500/1、13TPI(グラフD)について示している。
【0031】
ナイロンコード 840/2、12/12TPI(グラフA)、アラミドコード 1000、16/16TPI(グラフC)、およびアラミドコード1500/1 13TPI(グラフD)を慣用の技術によって処理し、他方アラミドコード1500/1 13TPI(グラフB)布張り枠を使用して熱処理した。
【0032】
単糸のアラミドコードは1500/1(グラフB)は2%迄の伸びを示し、歪−応力特性は慣用の処理済みナイロン840/2の歪−応力特性に類似している。そのようなナイロンコードは螺旋状に巻きあげたオーバーレイを強化するために一般に使用されている。このことは本発明によって処理されたアラミドコードはタイヤの容易な型づくりを許すような高い膨張能力を有していることを証明している。グラフBのより高い伸びでは(2%より多い)、グラフAに比較して、アラミドコードはナイロンコードよりも大きな束縛特性があり、このことはタイヤのより高いスピード性能に結び付いている。
【0033】
アラミドコード1000/2(グラフC)は好ましい膨張能力を持っており、アラミドコード1500/1(グラフB)よりも良い束縛特性を持っている。しかしながらテスト結果はそのようなコードで強化した螺旋状に巻きあげたオーバーレイから成るタイヤは騒音の発生が大きくなりやすくなるかもしれないことを示した。
【0034】
グラフEは膨張してない硬化済みのタイヤにおいて、アラミドコード1500/1 13TPIの歪−応力応答を示している。このグラフは本発明による方法を使って処理したコードについて測定した。なおそのコードをタイヤから取り出し、しかもエラストマー性の素材を注意深く除いたものである。グラフEは約1.5%だけX軸にそってシフトさせたグラフBに一致している。このシフトは主にコードがタイヤの型づくりおよび硬化工程中にうけた伸びに帰することができる。この伸びはタイヤ硬化によって不可逆である。ASTM D−885M−85を使ってこれらのデータを得た。
【0035】
騒音問題、膨張能力および硬化工程中のコードの歪−応力カーブのシフト、並びにアラミドコードの強化特性に基づいて、次の1500/1のアラミドコードおよびアラミド織物の歪−応力値が求められた。括弧内にアラミド織物についての値を示した。これらの値はコードの線密度およびコード中の糸の数に関係なく織物幅単位当たりの必要とする強化特性の代表例を示している。
タイヤの硬化前の浸漬した特性
1%の伸び
アラミドコードの応力は10N(インチあたり300N)未満でなくてはならない、ただし約5Nの値(インチあたり150N)が好ましい。
2%の伸び
アラミドコードの応力は20N(インチあたり600N)未満でなくてはならない、ただし約15Nの値(インチあたり450N)が好ましい。
3%の伸び
アラミドコードの応力は50N(インチあたり1500N)より大きくなくてはならない、ただし約60Nの値(インチあたり1800N)が好ましい。
タイヤ中の特性
1%の伸び
アラミドコードの応力は25N(インチあたり750N)未満でなくてはならない、ただし約15Nの値(インチあたり450N)が好ましい。
2%の伸び
アラミドコードの応力は30N未満(インチあたり900N)大きくなくてはならない、ただし約40Nの値(インチあたり1200N)が好ましい。
3%の伸び
アラミドコードの応力は60N未満(インチあたり1800N)大きくなくてはならない、ただし約75Nの値(インチあたり2250N)が好ましい。
最大の重量および費用利益を単糸製のコードを使って本発明から導くことができるが、1本より多い糸を含むコードを布張り枠の中で処理し、またタイヤのなかに組み入れることが可能である。この場合、変更した(通常はより高い)線密度を考慮に入れるために、プライ中のコードの横方向の密度を変更する(通常は減少する)。
【0036】
そのプライは好ましくは空気タイヤの一部に強化プライとして使用できるように適合させられる。そのプライは好ましくは1%の伸びでは1インチあたり300N未満の応力、2%の伸びではインチあたり600N未満の応力、3%の伸びではインチあたり1500Nより大きな応力を持っているアラミドから成る縦糸コードを持っている。
【0037】
図示した実施態様では、アラミドコードは1%の伸びでは1インチあたり75ないし300Nの応力、好ましくは100ないし200Nの応力、2%の伸びではインチあたり300ないし600Nの応力、好ましくは400ないし500Nの応力、3%の伸びではインチあたり1400ないし2500N、好ましくは1600ないし2000Nのの応力を持っている。
【0038】
図示した実施態様では、タイヤ中でオーバーレイとして使用したときには、繊維オーバーレイ構造を1%の伸びでは1インチあたり750N未満の応力、2%の伸びではインチあたり900Nより大きい応力、3%の伸びではインチあたり1800Nより大きい応力を持っているアラミドコードで補強する。
【0039】
好ましい実施態様では、オーバーレイのコードは1%の伸びでは1インチあたり225ないし750N、好ましくは350ないし550Nの応力、2%の伸びでは1インチあたり900ないし1500N、好ましくは1000ないし1400Nの応力、3%の伸びでは1インチあたり1800ないし2700N、好ましくは2000ないし2500Nの応力を持っているアラミドコードである。また各コードは1200ないし1800デニール間の線密度を有する単糸から成っている。
【0040】
空気タイヤのその他の実施態様では、コードは各800ないし1200デニール間の線密度を有する2本の単糸から出来ている。
【0041】
単糸はコードより小さい断面幅を持っている。そのようなカレンダー化したコード(単糸から成る)を含有するプライは当然のこととして低いゲージを持っている。この結果、強化力を維持しているが、少ない素材を使用して、より軽量なタイヤが得られるのである。
【0042】
発明を説明する目的のために、いくつかの代表的な実施態様および詳細事項を示したが、特許請求の範囲に定義した本発明の精神あるいは範囲から逸脱することなく、当業者は種々の変更、改善をすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に即して作製した空気タイヤの断面図である。
【図2】コードのプライの側面図である。
【図3】本発明による方法を使用した装置の概観図てある。
【図4】布張り枠の上部からの概観図てある。
【図5】先行技術のコード及び本発明のコードを比較した応力−歪関係を示すグラフである。

Claims (2)

  1. (a)縦糸コ−ドがデニ−ルあたり少なくとも横糸コ−ドよりも3倍高い引っ張り強度をもち、上記縦糸コ−ドが撚り乗数5ないし9を持つように上記縦糸コ−ドを撚る撚り操作を含む未加工の繊維織物素材を製造する工程、
    (b)供給ロ−ルから未加工繊維織物素材のロ−ルを解く工程、
    (c)少なくとも1種の接着剤で繊維素材を含浸する工程、
    (d)繊維素材を予備乾燥して、繊維素材の乾燥した、コ−ティング済みのプライを得る工程、
    (e)プライの縦糸コ−ドにごくわずかの張力を掛けて繊維素材のエッジを固く握ることによって織物を炉中を通過させて輸送するため布張り枠を用いて、ヒ−トセッティング炉中プライを通過させ、それによって、その撚り操作中に達成されたコ−ドのモジュラスが保持される工程、及び
    (f)ロ−ル上に処理された繊維素材のプライを巻き上げる工程
    を包含することを特徴とする複合素材プライの製造方法。
  2. 横糸コードが充填素材であり、縦糸コードがアラミドであるように選択する追加の工程を包含する請求項1に記載の複合素材の製造方法。
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