JP6743511B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents
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Description
現在、ハイパフォーマンスタイヤには一般的にレーヨン繊維が用いられる。レーヨン繊維は製造時に、二硫化炭素を用いるため、他の繊維を使用することが好ましい。レーヨン繊維の代替繊維として、強度が高く安価なPET繊維を用いることが好ましい。PET繊維では製造時に、二硫化炭素を用いることがなく、有害物質を抑制することができる。
また、省資源化については、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。
しかしながら、補強コードにPET繊維を用いた場合、高速走行時の発熱により、PET繊維が剛性低下し、高速操縦安定性の低下を招く虞がある。
また、省資源化のためにタイヤサイド部の厚さ(タイヤサイドゲージ)を低減した場合には、耐外傷性の低下を招く虞がある。
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、複数本の配列された補強コードが、コードコーティングゴムで被覆された構成である。コードコーティングゴムが後に説明するゴム層42を構成する。
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、軽量化の観点から、カーカス層20は1層構造(1プライ)であることが好ましいが、2層以上の構成でもよい。
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、補強コードとしてポリエチレンテレフタレートコードが用いられる。カーカス層20は、図2に示すように、複数本のポリエチレンテレフタレートコード40(以下、PETコード40ともいう)が配列方向xに配列されている。図示はしないが、PETコード40は緯糸ですだれ状に編まれている。複数本のPET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。PET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。
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、PET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PET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、PET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PET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、PETコードの長さを測定し、測定したPET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(%)
破断強度比Sr100/Srrが90%未満では、カーカス層20の補強コードにレーヨン繊維を用いた場合と同等の操縦安定性を得ることができない。
なお、破断強度比が大きいとは、温度100℃での破断強度Sr100が高いことをいう。
PETコード40について引張試験を行い、強伸度曲線を得る。得られた強伸度曲線から上述の差異δを求めることができる。
上述の差異δを11%〜22%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が改善される。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、上述の差異δが22%を越えるPETコード40は製造が困難である。
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PET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。
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
また、PETコード40は総繊度が、例えば、2000〜4500dtexである。
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、タイヤの荷重耐久性等の耐久性を低下させる虞がある。
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ある。
以上のことから、本実施形態のタイヤ10では、上述のPETコード40を用いることで環境負荷軽減を実現しつつ、高速操縦安定性を確保し、か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することができる。
なお、タイヤ10は、JATMA(日本自動車タイヤ協会)規定の速度記号が「W」以上のハイパフォーマンスタイヤに好適である。すなわち、タイヤ10は、速度記号W、Y、(Y)のハイパフォーマンスタイヤに好適である。
本実施例においては、下記表1、2に示す構成の補強コードを備えたカーカス層を有する実施例1〜実施例4及び基準例並びに比較例1〜比較例5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、高速操縦安定性、タイヤの室温及び高温での耐外傷性(タイヤサイド部の室温及び高温での耐外傷性)並びにタイヤの荷重耐久性を評価した。タイヤ質量、高速操縦安定性、タイヤの室温及び高温での耐外傷性(タイヤサイド部の耐外傷性)並びにタイヤの荷重耐久性の結果を下記表1、2に示す。なお、各タイヤのタイヤサイズは255/40ZR20である。
PETコードにおいて、中間伸度、寸法安定性指数、破断強度比(温度100℃での破断強度と室温での破壊強度の比Sr100/Srr)及び温度100℃での破断強度の70%の強度における伸び率と破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。
タイヤの質量は、実施例1〜実施例4及び基準例並びに比較例1〜比較例5の各タイヤをはかりで測定した。タイヤの質量は基準例のタイヤの質量を100として指数表示した。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及び基準例並びに比較例1〜比較例5の各タイヤを標準リムに組み付けて車両に装着し、平坦な周回路を有するテストコースを200km/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。高速操縦安定性は、基準例を100とする指数値にて評価した。なお、下記表1、2に示す「高速操縦安定性」の欄の数値は、数値が大きい程、高速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及び基準例並びに比較例1〜比較例5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及び基準例並びに比較例1〜比較例5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補強コードの本数を数えた。損傷を受けたカーカス層の補強コードの本数が少ない方が室温でのタイヤの耐外傷性が優れている。
室温でのタイヤの耐外傷性では、損傷を受けたカーカス層の補強コードの本数を、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「室温での耐外傷性」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。
実施例1〜実施例4及び基準例並びに比較例1〜比較例5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、各タイヤを温度100℃に暖めた後、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及び基準例並びに比較例1〜比較例5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補強コードの本数を数えた。損傷を受けたカーカス層の補強コードの本数が少ない方が高温でのタイヤの耐外傷性が優れている。
高温でのタイヤの耐外傷性では、損傷を受けたカーカス層の補強コードの本数を、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「高温での耐外傷性」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。
荷重耐久性には、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1700mmのドラム試験機を用いた。
実施例1〜実施例4及び基準例並びに比較例1〜比較例5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250kPa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36±3℃に制御し、走行速度を90km/h、負荷荷重をJATMA規定の最大荷重80%から5時間毎に10%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ターンアップ部の破断長さを測定した。タイヤの荷重耐久性は、カーカスターンアップ部の破断長さを基準例を100とする指数値で評価した。なお、下記表1、2に示す「荷重耐久性」の欄の数値は、数値が大きい程、破壊レベルが少なく、タイヤの荷重耐久性が優れていることを示す。
以下、実施例1〜4、基準例および比較例1〜5について説明する。
上記表1に示す実施例1は、補強コードにPETコードを用いたものであり、破断強度比を基準例と同等とし、温度100℃での破断強度の70%の強度における伸び率と破断時の伸び率の差異の特性値が基準例及び比較例1〜5よりも大きくすることで、高速操縦安定性、並びに室温及び高温でのタイヤの耐外傷性を改善することができた。しかも、実施例1では、タイヤサイドゲージ(タイヤサイド部の厚さ)を基準例よりも薄くしてもタイヤの耐外傷性を確保することができた。これにより、タイヤサイドゲージを薄くでき、タイヤを軽量化できた。
実施例3は、実施例1のPETコード(補強コード)と同じ特性値で、ゴム層の貯蔵弾性率を実施例2よりも更に高くしたものであり、高速操縦安定性が更に向上した。実施例3はカーカス層の剛性が高くなりすぎ、カーカスターンアップ部の圧縮疲労により、荷重耐久性が基準例程度であった。
実施例4は、実施例1のPETコード(補強コード)と同じ特性値で、撚り係数を小さくしたものである。実施例4は、高速操縦安定性が基準例程度であったが、それ以外の高温及び室温での耐外傷性並びに荷重耐久性は実施例1と同程度であった。
比較例2は、補強コードにPETコードを用いたものであるが、中間伸度が高く、破断強度比が小さいため、高速操縦安定性が低下した。また、比較例2は、温度100℃での破断強度の70%の強度における伸び率と破断時の伸び率の差異が小さく、室温及び高温でのタイヤの耐外傷性が低下した。
比較例3は、補強コードにPETコードを用いたものであり、中間伸度は適正であるが、温度100℃での破断強度の70%の強度における伸び率と破断時の伸び率の差異が小さく、破断強度比が小さいため、タイヤの剛性が低下し、高速操縦安定性が低下した。比較例3は、破断強度比が小さいため、荷重耐久性も低下した。
また、比較例3は、温度100℃での破断強度の70%の強度における伸び率と破断時の伸び率の差異が小さく、室温及び高温でのタイヤの耐外傷性が低下した。
比較例5は、補強コードにPETコードを用いたものであり、高速操縦安定性は良好であったが、温度100℃での破断強度の70%の強度における伸び率と破断時の伸び率の差異が小さいため、タイヤの耐外傷性が室温及び高温のいずれでも悪化し、特に高温でのタイヤの耐外傷性が悪い。
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 ポリエチレンテレフタレートコード(PETコード)
42 ゴム層
Claims (5)
- 左右一対のビード部間に装架されるカーカス層を有する空気入りタイヤであって、
前記カーカス層は、複数本の配列された補強コードがゴム層で被覆されており、
補強コードとしてポリエチレンテレフタレートコードが用いられ、
前記ポリエチレンテレフタレートコードは、
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、
温度100℃での破断強度Sr100と、室温での破断強度Srrとの比で表される破断強度比Sr100/Srrが90%以上であり、
かつ強伸度曲線において温度100℃での破断強度の70%の強度における伸び率と破断時の伸び率の差異が11%〜22%であることを特徴とする空気入りタイヤ。 - 前記ポリエチレンテレフタレートコードは、撚り係数が1700〜2200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7.0MPa〜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1.0mm〜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。
- JATMA規定の速度記号が「W」以上である請求項1〜4のいずれか1項に記載の空気入りタイヤ。
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