JP6510293B2

JP6510293B2 - 空気入りタイヤ

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Publication number: JP6510293B2
Application number: JP2015072854A
Authority: JP
Inventors: 加藤　学; 加藤　　学
Original assignee: Toyo Tire Corp
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2019-05-08
Anticipated expiration: 2035-03-31
Also published as: JP2016190611A

Description

本発明は、空気入りタイヤに関するものである。

タイヤの高速耐久性向上を目的として、ベルト層の外周側に、繊維コードをタイヤ周方向に実質的に平行に配列してなるベルト補強層を設けることが知られている。ベルト補強層を形成する有機繊維コードとしては、ナイロン６６やナイロン６などで代表される汎用のナイロン繊維（脂肪族ポリアミド繊維）が一般に用いられており、また、ポリエステル繊維の他、弾性率の高いポリオレフィンケトン繊維が用いられることもある（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００９−１９０７２７号公報特開２０１０−１４３３９０号公報

従来ベルト補強層に用いられているポリアミド繊維は、加熱時の収縮応力に対して乾熱収縮率が小さいものであり、すなわち、乾熱収縮率に対する収縮応力の比が大きいものであった。そのため、例えば、タイヤ加硫成型時に少し収縮したときでもベルト層を強い力で締め付けることになり、タガ効果が強すぎることによって、ベルト層に対する食い込みが発生し、有機繊維コードがベルト層に接触することで高速耐久性が低下する要因となっている。

本発明は、かかる問題点を解消して、高速耐久性を向上することができる空気入りタイヤを提供することを目的とする。

本発明に係る空気入りタイヤは、トレッド部におけるカーカス層の外周側にコードをタイヤ周方向に対して傾斜配列したベルト層と、前記ベルト層の外周側において有機繊維コードをタイヤ周方向に沿って配列したベルト補強層と、を備えた空気入りタイヤにおいて、前記ベルト補強層の有機繊維コードとして、脂肪族ポリアミド繊維からなるコードであって、上撚り数が１８〜３５回／１０ｃｍである双撚り構造を持ち、かつ、１５０℃における乾熱収縮率に対する１５０℃における収縮応力の比（収縮応力（ｃＮ／ｄｔｅｘ）／乾熱収縮率（％））が０．０３０〜０．０４０であるコードを用いたものである。

本発明によれば、乾熱収縮率に対する収縮応力の比が上記特定の範囲内にある脂肪族ポリアミド繊維コードをベルト補強層に用いたことにより、高速耐久性を向上することができる。

実施形態の空気入りタイヤの半断面図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

本実施形態に係る空気入りタイヤは、ベルト層の外周側に配設されるベルト補強層の構成に特徴がある。ベルト補強層は、ベルト層のタイヤ半径方向外側において、タイヤ周方向に沿って配列した有機繊維コードからなるものである。すなわち、ベルト補強層の有機繊維コードは、タイヤ周方向に実質的に平行に、すなわち略０°の角度（好ましくは５°以下の角度）で延びており、該コードがタイヤ幅方向に所定間隔で配列されている。このようなベルト補強層としては、ベルト層の幅方向全体を覆うキャッププライでもよく、あるいはベルト端部を覆うエッジプライでもよい。

図１は、空気入りタイヤの一例としての乗用車用空気入りラジアルタイヤの半断面図である。このタイヤは、左右一対のビード部（１）及びサイドウォール部（２）と、両サイドウォール部（２）間に設けられたトレッド部（３）とを備えて構成されており、一対のビード部（１）間にトロイダル状に延在するカーカス層（４）が設けられている。

カーカス層（４）は、トレッド部（３）からサイドウォール部（２）を通り、ビード部（１）においてビードコア（５）で内側から外側に折り返すことにより係止されている。カーカス層（４）は、有機繊維からなるカーカスコードをタイヤ周方向に対し実質上直角に配列してなる少なくとも１プライで構成されている。

トレッド部（３）におけるカーカス層（４）の外周側（即ち、タイヤ半径方向外側）にはベルト層（７）が配されている。ベルト層（７）は、カーカス層（４）のクラウン部の外周に重ねて設けられており、１枚又は複数枚のベルトで構成することができ、この例では内側の第１ベルト（７Ａ）と外側の第２ベルト（７Ｂ）との２枚で構成されている。ベルト層（７）は、スチールコードをタイヤ周方向に対して一定角度で傾斜させかつタイヤ幅方向に所定間隔にて配列させてなるものであり、２枚のベルト（７Ａ）（７Ｂ）間で、スチールコードが互いに交差するように配設されている。

ベルト層（７）の外周側（即ち、タイヤ半径方向外側）には、ベルト層（７）とトレッドゴム部（８）との間に、ベルト補強層（９）が設けられている。ベルト補強層（９）は、この例ではベルト層（７）をその全幅で覆うキャッププライであり、タイヤ周方向に実質的に平行に配列した有機繊維コードからなる。ベルト補強層（９）は、ベルト層（７）を周方向に締め付け、タイヤ周方向及び径方向の剛性やベルト拘束力を高めるタガ効果を得て、高速走行時の遠心力によるベルトのせり上がりや径成長、ベルト端部の歪みを抑制し、高速での耐久性能と操縦安定性を良好にする。

以下、該ベルト補強層を構成する有機繊維コードについて詳細に説明する。

本実施形態において、ベルト補強層に用いる有機繊維コードは、脂肪族ポリアミド繊維のヤーンからなる。脂肪族ポリアミドとは、脂肪族骨格を含むポリアミドであり、芳香族骨格のみからなるアラミドは含まれない。脂肪族ポリアミドは、脂肪族ジアミン及び／又は脂肪族ジカルボン酸を用いて重合されたものであり、ここでいう脂肪族には鎖式構造のものだけでなく環式構造を持つ脂環族も含まれる概念である。また、脂肪族ジアミン及び／又は脂肪族ジカルボン酸とともに、芳香族ジアミン及び／又は芳香族ジカルボン酸を併用して重合したものであってもよい。

該有機繊維コードは、ガラス転移温度（Ｔｇ）が９０〜１７０℃である脂肪族ポリアミド繊維からなることが好ましい。このようにガラス転移温度の高い脂肪族ポリアミド繊維を用いることにより、有機繊維コードの復元性が改善されるので、耐フラットスポット性を向上することができる。すなわち、汎用のナイロン繊維からなるコードを用いたベルト補強層では、そのガラス転移温度の低さから、高速走行時に発生する高熱による歪みがセットされてしまう特性があるため、再走行時にタイヤが振動する要因となる、所謂フラットスポット現象が生じやすい。これに対し、ガラス転移温度の高い脂肪族ポリアミド繊維からなるコードを用いることにより、耐フラットスポット性を改善することができる。また、ベルト補強層に耐熱性を付与することができるので、高速走行時の操縦安定性や高速耐久性に有利である。脂肪族ポリアミド繊維のガラス転移温度の下限は、より好ましくは１００℃以上であり、更に好ましくは１２０℃以上である。脂肪族ポリアミド繊維の延伸率を高めると配向が上がり結晶度が向上することでガラス転移温度が高くなる。しかし、配向を上げすぎると硬くなり、紡糸工程などの加工時に毛羽やフィラメント切れの要因となりやすい。そのため、ガラス転移温度は１７０℃以下であることが好ましく、より好ましくは１６０℃以下である。ここで、ガラス転移温度は、ＪＩＳＫ７１２１に準じて測定される。

好ましい実施形態に係る脂肪族ポリアミドとしては、国際公開第２００９／１１３５９０号に開示されたポリアミドが挙げられる。すなわち、（ａ）少なくとも５０モル％の脂環族ジカルボン酸を含むジカルボン酸と、（ｂ）少なくとも５０モル％の、主鎖から分岐した置換基を持つジアミンを含むジアミンと、を重合させた、ポリアミドである。

上記脂環族ジカルボン酸としては、例えば、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸、１，３−シクロヘキサンジカルボン酸、及び１，３−シクロペンタンジカルボン酸などの環式構造の炭素数が３〜１０である脂環族ジカルボン酸から選択される少なくとも一種が挙げられ、好ましくは１，４−シクロヘキサンジカルボン酸である。ジカルボン酸は、脂環族ジカルボン酸のみで構成してもよく、また、例えば、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、テトラデカン二酸、及びヘキサデカン二酸などの鎖式脂肪族ジカルボン酸、並びに、テレフタル酸、イソフタル酸、及びナフタレンジカルボン酸などの芳香族ジカルボン酸から選択される少なくとも一種を併用してもよい。脂環族ジカルボン酸以外のジカルボン酸として、より好ましくは炭素数が１０〜１８の鎖式脂肪族ジカルボン酸である。

上記ジアミンについて、主鎖から分岐した置換基としては、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、及びイソブチル基などの炭素数１〜４のアルキル基などが挙げられ、好ましくはメチル基である。主鎖から分岐した置換基を持つジアミンとしては、例えば、２−メチルペンタメチレンジアミン、２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジアミン、２，４，４−トリメチルヘキサメチレンジアミン、及び２−メチルオクタメチレンジアミンなどの炭素数３〜２０の分岐状飽和脂肪族ジアミンから選択される少なくとも一種が挙げられ、好ましくは２−メチルペンタメチレンジアミンである。ジアミンは、主鎖から分岐した置換基を持つジアミンのみで構成してもよく、また、例えば、直鎖飽和脂肪族ジアミン、脂環族ジアミン、及び芳香族ジアミンから選択される少なくとも一種を併用してもよい。

上記ジカルボン酸（ａ）とジアミン（ｂ）を重合させて脂肪族ポリアミドを製造する方法としては、特に限定されないが、熱溶融重合法を用いることが好ましい。熱溶融重合法は、ジカルボン酸及びジアミンの水溶液又は水の懸濁液、又はジカルボン酸及びジアミン塩と他の成分との混合物の水溶液又は水の懸濁液を、加熱し、溶融状態を維持したまま重合させる方法である。重合形態としては、バッチ式でも連続式でもよい。重合装置としては、例えば、オートクレーブ型反応器、タンブラー型反応器、及びニーダーなどの押出機型反応器などが挙げられる。

脂肪族ポリアミド繊維は、上記脂肪族ポリアミド、又は該脂肪族ポリアミドに種々の添加剤を添加した脂肪族ポリアミド組成物を用いて、常法に従い溶融紡糸することで作製することができる。得られた脂肪族ポリアミド繊維からなるヤーンに撚りを付与して生コードを作製し、該生コードに公知の接着処理液を用いたディップ処理を行うことにより、ディップ処理済みコードとしての有機繊維コードが得られる。

本実施形態に係るベルト補強層に用いる有機繊維コードにおいて、１５０℃における乾熱収縮率に対する１５０℃における収縮応力の比Ｓ（＝収縮応力（ｃＮ／ｄｔｅｘ）／乾熱収縮率（％））は、０．０３０〜０．０４０の範囲内に設定される。この比Ｓが０．０３０未満では、タガ効果を発揮する収縮応力に比べて乾熱収縮率が高く締め付けが有効に働かないため、高速耐久性が低下する。また、この比Ｓが０．０４０を超えると、タイヤの加硫成型時に締め付けが強くなりすぎてベルト層に食い込みが多発し、有機繊維コードがベルト層に接触することで高速耐久性が低下する。

ここで、乾熱収縮率は、ディップ処理済みコードとしての１５０℃における乾熱収縮率であり、ＪＩＳＬ１０１７に準じて１５０℃で３０分間乾熱処理したコードの処理前後のコード長から算出される加熱時乾熱収縮率である。また、収縮応力は、ディップ処理済みコードとしての１５０℃における収縮応力であり、ＪＩＳＬ１０１７に準じて１５０℃で５分間加熱後に測定される乾熱時収縮応力である。

該有機繊維コードの１５０℃における収縮応力は０．１１ｃＮ／ｄｔｅｘ以上０．２０ｃＮ／ｄｔｅｘ未満であることが好ましい。収縮応力が０．１１ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることにより、タガ効果を高めて高速耐久性を向上することができる。また、収縮応力が０．２０ｃＮ／ｄｔｅｘ未満であることにより、タイヤ加硫成型時にベルト補強層による締め付けが強くなりすぎるのを抑えて、ベルト層に対する食い込みを抑制することができる。収縮応力は、０．１１〜０．１８ｃＮ／ｄｔｅｘでもよく、０．１２〜０．１６ｃＮ／ｄｔｅｘでもよい。

該有機繊維コードの１５０℃における乾熱収縮率は３．５〜５．５％であることが好ましい。乾熱収縮率が３．５％以上であることにより、タガ効果を発揮するための十分な収縮を可能として、高速耐久性を向上することができる。また、乾熱収縮率が５．５％以下であることにより、加硫成型時におけるタイヤの拡張に追従可能としてユニフォミティの低下を抑えることができ、高速耐久性を向上することができる。乾熱収縮率は、より好ましくは３．８〜５．３％である。

乾熱収縮率に対する収縮応力の比Ｓの設定は、例えば、コードを構成する脂肪族ポリアミド繊維の延伸時における処理温度、張力、速度及び時間などの条件を調整すること、脂肪族ポリアミドの分子量や結晶化度を調整すること、紡糸後に適宜延伸や熱セットを行うこと、接着処理液を用いたディップ処理時における処理液配合、処理温度、張力、速度及び時間などの条件を調整すること、コードの繊度や撚り数を調整すること等により行うことができ、上記範囲内に設定することができる。例えば、コードの繊度を大きくすると、乾熱収縮率は略同等に維持しつつ、収縮応力が大きく傾向があるため、両者の比Ｓは大きくなる傾向となる。また、コードの撚り数を大きくすると、収縮応力は略同等に維持しつつ、乾熱収縮率が低下する傾向があるため、両者の比Ｓは大きくなる傾向となる。

本実施形態の有機繊維コードのコード構造としては、多数の脂肪族ポリアミドフィラメントを束ねてなるヤーンに一方向の撚りを付与した片撚り構造でもよく、あるいはまた、脂肪族ポリアミドフィラメントのヤーンをＺ方向に撚って下撚糸とし、得られた下撚糸を複数本引き揃えて下撚り方向と逆方向であるＳ方向に撚り合わせた構造でもよく、例えば２本の下撚糸を撚り合わせた双撚り構造でもよい。撚り数（上撚り数）Ｔとしては、特に限定されず、例えば１０〜５０回／１０ｃｍでもよく、１５〜４０回／１０ｃｍでもよく、１８〜３５回／１０ｃｍでもよい。なお、下撚り数については、通常は上撚り数と同じ値に設定することができる。

本実施形態において、有機繊維コードの繊度（公称繊度ないし表示繊度とも称される。）は、特に限定されず、例えば、９００〜５０００ｄｔｅｘでもよく、１５００〜４５００ｄｔｅｘでもよい。ここで、有機繊維コードの公称繊度は、複数のヤーンを撚り合わせる場合、全ヤーンの合計の公称繊度である。

以上よりなる有機繊維コードを用いて、ベルト補強層をベルト層の外周側に巻き付けた状態にて生タイヤ（グリーンタイヤ）を作製し、得られた生タイヤを加硫成型することで空気入りタイヤが得られる。ベルト層上にベルト補強層を形成する際には、上記有機繊維コードを１本又は複数本引き揃えてゴム被覆したものを、生タイヤのベルト層上に螺旋状に巻き付けるか、又は、有機繊維コードを引き揃えた幅広のゴム引きシートをベルト層上に一周巻きすればよい。好ましくは、前者の螺旋状に巻き付けることである。

ベルト補強層における上記有機繊維コードのエンド数（打込み本数）としては、コード強力等に応じて適宜に設定することができ、例えば、１０〜５０本／２５ｍｍでもよく、１５〜３０本／２５ｍｍでもよい。

以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

［測定方法・試験方法］
実施例における各測定方法及び試験方法は以下の通りである。

・ガラス転移温度：ＪＩＳＫ７１２１に準じて、ＰＥＲＫＩＮ−ＥＬＭＥＲ社製Ｄｉａｍｏｎｄ−ＤＳＣを用いて測定。測定条件は、試料をホットステージ（Ｍｅｔｔｌｅｒ社製ＥＰ８０）で溶融させて得られた溶融状態のサンプルを、液体窒素を用いて急冷し、固化させて測定サンプルとし、該測定サンプル１０ｍｇを用いて昇温スピード２０℃／分の条件下、３０〜３５０℃の範囲で昇温して、ガラス転移温度を測定。

・収縮応力：ＪＩＳＬ１０１７に準じて、有機繊維コードを、つかみ間隔２５０ｍｍ、初荷重を公称繊度×０．０４４１ｃＮとして、１５０℃の恒温槽に入れ、５分間加熱後に生じた力（収縮力）を測定し、公称繊度を用いて収縮応力を算出した。

・乾熱収縮率：ＪＩＳＬ１０１７の加熱時乾熱収縮率（Ａ法）に準じて、有機繊維コードの長さを３００ｍｍ以上とし、初荷重を公称繊度×０．０４４１ｃＮとして、原糸長を測定した。次いで、無荷重で１５０℃の乾燥機に入れ、３０分間加熱した後、加熱状態で初荷重をかけて糸長を測定して、収縮率を求めた。

・生産性：紡糸終了時、目視でヤーンを観測し、形状に問題ないものを○、毛羽、フィラメント切れ発生したものは×と評価。

・耐フラットスポット性：内圧２００ｋＰａで組み込んだ試験タイヤを排気量２０００ｃｃの試験車両に装着し、タイヤ１本当たりの荷重を４．３１ｋＮとして速度１００ｋｍ／ｈにて１時間走行させた後、１６時間静置させた。その後、テストドライバーによる官能評価を行った。評価は、走りはじめの上下方向及び前後方向の振動の大きさについて行い、比較例１の空気入りタイヤの振動の大きさを１０点とした０〜２０点の２０段階で評価した。点数が大きいほど振動が小さく、従って、耐フラットスポット性に優れることを意味する。

・高速耐久性：ＥＣＥ−Ｒ３０延長準拠。タイヤ内圧３２０ｋＰａで、荷重はＪＡＴＭＡ規定の最大荷重の８０％とした。０〜１５０ｋｍ／ｈで１０分走行後、１５０ｋｍ／ｈで１０分走行させた。その後、１０分毎に１０ｋｍ／ｈずつ段階的に速度を上昇させ、故障が発生するまで走行させた。故障が発生するまでの走行距離を、比較例１のタイヤを１００として指数表示した。指数が大きいほど高速耐久性が優れていることを示す。

［実施例・比較例］
タイヤサイズが１９５／６５Ｒ１５であって、図１に示すようにベルト補強層（９）を備える乗用車用空気入りラジアルタイヤを試作した。ベルト補強層（キャッププライ）を構成する有機繊維コードの構成は、実施例及び比較例の各タイヤについて、下記表１に示す通りであり、ベルト補強層以外の構成は、全ての共通の構成とした。

詳細には、ベルト層は、２＋１×０．２７ｍｍのスチールコードよりなるものを２枚とした（コード打ち込み本数は１８本／２５．４ｍｍ、コード角度は＋２５°／−２５°）。カーカス層は、ポリエステル繊維の１６７０ｄｔｅｘ／２コードを２３本／２５ｍｍで配列したものの１プライとした。

ベルト補強層を構成する有機繊維コードは、いずれも下撚りしたヤーンを２本撚り合わせて得られた双撚り構造とした（例えば、実施例１では、公称繊度９４０ｄｔｅｘのポリアミド繊維からなる下撚りしたヤーンを２本撚り合わせて得られた双撚り構造）。比較例１のポリアミドはナイロン６６である。その他の実施例及び比較例のポリアミドは、国際公開第２００９／１１３５９０号の［００５７］〜［００６２］に記載された熱溶融重合法により作製した脂肪族ポリアミドを、常法に従い溶融紡糸して作製したものである。なお、いずれのコードも下撚り数は、表１中の撚り数Ｔ（上撚り数）と同数に設定した。実施例２と実施例７と比較例３は、撚り数のみが異なる同材質かつ同繊度のコードを用いた例であり、撚り数を変更することで乾熱収縮率に対する収縮応力の比Ｓを調整した。

得られた各タイヤを用いて、耐フラットスポット性と高速耐久性を評価した。結果を表１に示す。

表１に示すように、ナイロン６６繊維を用いた比較例１では、乾熱収縮率に対する収縮応力の比Ｓが大きく、高速耐久性に劣っていた。なお、一般的なナイロン６６繊維コードの上記比Ｓは０．０６〜０．０７であり、比較例１のナイロン６６繊維コードはこれよりも比Ｓを小さく調整したものであったが、それでも比Ｓが０．０５４と大きいものであったため、高速耐久性に劣っていた。これに対し、実施例１〜７であると、使用したコードの比Ｓが０．０３０〜０．０４０の範囲内であり、かつ脂肪族ポリアミド繊維のガラス転移温度が比較例１よりも高かったため、耐フラットスポット性を向上しつつ、高速耐久性を向上することができた。一方、比較例２，３では、ガラス転移温度の高い脂肪族ポリアミド繊維を用いたため、比較例１に対して耐フラットスポット性については改善されていたものの、比較例２では、比Ｓが小さすぎて、タガ効果が弱く高速耐久性が低下した。また、比較例３では、比Ｓが大きく、タイヤ加硫時にベルト層に対するベルト補強層の食い込みが多発して高速耐久性に劣っていた。

本発明は、乗用車用タイヤを始めとする各種の空気入りタイヤに好適に用いることができる。

３…トレッド部、４…カーカス層、７…ベルト層、９…ベルト補強層

Claims

トレッド部におけるカーカス層の外周側にコードをタイヤ周方向に対して傾斜配列したベルト層と、前記ベルト層の外周側において有機繊維コードをタイヤ周方向に沿って配列したベルト補強層と、を備えた空気入りタイヤにおいて、
前記ベルト補強層の有機繊維コードとして、脂肪族ポリアミド繊維からなるコードであって、上撚り数が１８〜３５回／１０ｃｍである双撚り構造を持ち、かつ、１５０℃における乾熱収縮率に対する１５０℃における収縮応力の比（収縮応力（ｃＮ／ｄｔｅｘ）／乾熱収縮率（％））が０．０３０〜０．０４０であるコードを用いた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、ガラス転移温度が９０℃〜１７０℃である脂肪族ポリアミド繊維からなる、請求項１記載の空気入りタイヤ。
前記有機繊維コードの１５０℃における収縮応力が０．１１ｃＮ／ｄｔｅｘ以上０．２０ｃＮ／ｄｔｅｘ未満である、請求項１又は２記載の空気入りタイヤ。
前記有機繊維コードの１５０℃における乾熱収縮率が３．５〜５．５％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。