JP4963874B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

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Description

本発明は、空気入りタイヤ(以下単に「タイヤ」とも称する)に関し、詳しくは、走行時の速度変化、温度環境変化などに対する操縦安定性の変化を大幅に抑制した空気入りタイヤに関する。
従来の空気入りタイヤのカーカスには、補強コードとして、レーヨン、ナイロン、ポリエステル等の有機繊維コードが一般的に用いられている。しかしながら、これらの有機繊維コードは、初期引張抵抗度が低いため、該コードをカーカスに用いたタイヤは、タイヤの使用中にコードが伸びて、変形するおそれがあった。そのため、かかるタイヤは、走行性能が低下する可能性を有し、超高速等の厳しい条件下では使用が難しいという問題がある。
また、初期引張抵抗度が高いコードとして、ポリケトン繊維よりなるコードが知られており、該コードをカーカスに適用したタイヤは、高荷重耐久性及び操縦安定性がバランス良く改善されている(特許文献1及び2参照)。また、最近では高熱収縮応力を有するポリケトン繊維の開発がおこなわれている(特許文献3参照)。
特開2000−190705号公報 特開2002−307908号公報 特開2004−218189号公報
しかしながら、従来、高速走行時や低内圧走行時など、タイヤの温度が上昇する環境下においてはゴムの剛性低下に伴うタイヤケースの剛性低下が発生し、接地性や操縦安定性が変化することは不可避であった。
そこで本発明の目的は、走行時の速度変化、温度環境変化などに対する操縦安定性の変化を大幅に抑制した空気入りタイヤを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の空気入りタイヤは、トレッド部と、その両端からタイヤ半径方向内方に延びる一対のサイドウォール部と、該サイドウォール部の内方端に位置する一対のビード部とを備え、該ビード部に埋設された一対のビードコア間にトロイド状に延在する少なくとも1枚のカーカスプライからなるカーカス層と、前記ビードコアのタイヤ半径方向外方に配置されたビードフィラーと、該カーカスのクラウン部径方向外側に配置され、少なくとも1枚のベルトプライからなるベルト層とを有する空気入りタイヤにおいて、
前記カーカス層の少なくとも1枚のカーカスプライコードとして、30℃と80℃との間の熱収縮応力差が3.0×10-2cN/dtex以上あるコードを使用し、かつ、前記ビードフィラーのゴムの、30℃から80℃への動的貯蔵弾性率E’の低下率が5%以上であることを特徴とするものである。
本発明の空気入りタイヤにおいては、前記少なくとも1枚のカーカスプライコードがポリケトン繊維を少なくとも50質量%以上含むコードであることが好ましく、また前記ポリケトン繊維の引っ張り強度が10cN/dtex以上であること、弾性率が200cN/dtex以上であること、また、150℃×30分乾熱処理時熱収縮率が1%〜5%の範囲にあること、が夫々好ましい。また、前記カーカスプライの少なくとも1枚のコードとして、好ましくは30℃と80℃との間の熱収縮応力差が7.0×10-2cN/dtex以上あるコードを使用する。さらに、前記ビードフィラーゴムの、30℃から80℃への動的貯蔵弾性率E’の低下率は、好ましくは15%以上である。
本発明によれば、走行時の速度変化、温度環境変化などに対する操縦安定性の変化を大幅に抑制することができる。
以下、本発明の好適実施形態を図面を参照して具体的に説明する。
図1に、本発明の第1実施形態に係る空気入りタイヤの一例の概略断面図を示す。図示する本発明のタイヤ10は、トレッド部1と、その両端からタイヤ半径方向内方に延びる一対のサイドウォール部2と、その内方端に位置する一対のビード部3とを備え、少なくとも1枚のカーカスプライ(図示例では1枚)からなるカーカス層5をビード部3に埋設された一対のビードコア4間にトロイド状に延在させて有する。ここで、ビードフィラー8はビードコア4のタイヤ半径方向外方に配置されている。また、タイヤ10は、カーカス層5のクラウン部径方向外側に配置され、少なくとも1枚のベルトプライ(図示例では2枚の傾斜ベルト層)からなるベルト層6と、該ベルト層6のタイヤ半径方向外側に配置された少なくとも1枚(図示例では1枚)のベルト保護層7とを有する。ベルト保護層7は、コードがタイヤ赤道面Eと実質的に平行に配列され、ベルト層6のほぼ全幅を覆うように設けた場合を示してある。このベルト保護層7は、必要に応じて、ベルト端セパレーションに起因するタイヤ故障を防止するために設けられ、少なくともベルト層6の両端部に配設されていればよい。
尚、トレッド部1には、図示は省略したが、一般タイヤと同様、タイヤ周方向に沿って延びる複数本の周方向溝、及び/又は、該周方向溝を横断する方向に延びる複数本の横断溝等のトレッド溝や、複数本のサイプなどが用途に応じて適宜配設されている。
本発明においては、ビードフィラー8のゴムの、30℃から80℃への動的貯蔵弾性率E’の低下率が5%以上、好ましくは15%以上である。かかるコーティングゴムのゴム組成物の配合は特に制限されるべきものではなく、慣用に従い適宜選定することができる。
また、本発明においては、カーカス層5の少なくとも1枚のカーカスプライのコードとして、30℃と80℃との間の熱収縮応力差が3.0×10-2cN/dtex以上、好ましくは7.0×10-2cN/dtex以上あるコードを使用する。
尚、カーカスプライコードとして、ポリケトン繊維を少なくとも50質量%以上、好ましくは70質量%以上、より好ましくは100質量%含むコードを使用することが望ましい。ポリケトン繊維が50質量%以上だと、タイヤとしての強度、耐熱性、ゴムとの接着性のいずれの面でも良好となる。
本発明においてビードフィラー8のゴムとカーカスプライのコードとを夫々上述のように規定することにより、高速走行時や低内圧走行時などタイヤの温度が上昇したとき、ビードフィラー8のゴムの剛性が低下するのと同時にカーカスプライのコードの熱収縮によって該コードの張力が上昇し、これによりタイヤのバネを比較的安定に保ちつつ、接地性や操縦安定性の変化を抑制することが可能となる。
即ち、具体的には以下のように作用する。
(1)走行速度の上昇に伴う遠心力の増大による、タイヤの迫り出しが増大や、内圧低下時のたわみの増大に伴いタイヤの温度が上昇する。
(2)温度上昇に伴い、ビードフィラーゴムの剛性が低下する。即ち、タイヤケースの剛性が低下する。
(3)また、温度上昇に伴いカーカスプライコードの熱収縮応力が発生し、プライ張力が上昇する。即ち、張力剛性が向上する。
(4)上記(2)及び(3)によってタイヤの剛性変化が抑制され、接地性及び操縦安定性の変化が抑制されることとなる。
さらに、カーカスプライコードに含まれるポリケトン繊維として、引っ張り強度は、好ましくは10cN/dtex以上、より好ましくは15cN/dtex以上である。この引っ張り強度が10cN/dtex未満の場合、タイヤとしての強度が不十分となる。
さらにまた、カーカスプライコードに含まれるポリケトン繊維として、弾性率は、好ましくは200cN/dtex以上に、より好ましくは250cN/dtex以上である。この弾性率が200cN/dtex未満の場合、タイヤとして形状保持性が不十分となる。
さらにまた、カーカスプライコードに含まれるポリケトン繊維として、150℃×30分乾熱処理時熱収縮率が、好ましくは1%〜5%の範囲、より好ましくは2%〜4%の範囲である。150℃×30分乾熱処理時熱収縮率が1%未満の場合には、タイヤ製造時の加熱による引き揃え効率が著しく低下し、タイヤ強度及びケース剛性の均一性が不十分となる。一方、150℃×30分乾熱処理時熱収縮率が5%を超える場合には、タイヤ製造時の加熱によりコードが著しく収縮するため、出来上がりのタイヤ形状およびユニフォミティーが悪化する懸念がある。
次に、本発明に使用し得る、ポリケトン繊維(以下「PK繊維」と略記する)を少なくとも50質量%以上含む繊維について詳述する。
PK繊維以外の繊維は、ナイロン、エステル、レーヨン、ポリノジック、リヨセル、ビニロン等を挙げることができ、特に制限されるべきものではない。
なお、本発明におけるPK繊維の乾熱収縮率は、オーブン中で150℃、30分の乾熱処理を行ない、熱処理前後の繊維長を、1/30(cN/dtex)の荷重をかけて計測して下式により求められる値である。
乾熱収縮率(%)=(Lb−La)/Lb×100
但し、Lbは熱処理前の繊維長、Laは熱処理後の繊維長である。また、PK繊維における引張強度および引張弾性率は、JIS−L−1013に準じて測定することにより得られる値であり、引張弾性率は伸度0.1%における荷重と伸度0.2%における荷重から算出した初期弾性率の値である。
本発明に使用し得るカーカスプライコードは、具体的には、以下に詳述するPK繊維コードが好適である。即ち、コード1本あたりの総デシテックスが1000〜20000デシテックスであるマルチフィラメント撚りのPK繊維である。1本あたりの総デシテックスが1000〜20000デシテックスの範囲内であるコードであれば、高剛性で、かつ、有機繊維のメリットであるスチールコード対比の軽量化が達成できる。総デシテックスが1000デシテックス未満ではカーカスプライ3として十分な強度および高剛性を得ることができず、一方、20000デシテックスを超えると、プライのゲージが厚くなってしまい、タイヤ質量増加やタイヤ品質の劣化を招いてしまう。
また、かかるコードの最大熱収縮応力は、一般的な接着加工処理を施した加硫前のPK繊維コードの、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最大応力(単位:cN/dtex)である。
また、上記コードは、さらに、下記式(I)、
Figure 0004963874
(式中、Tは撚り数(回/100mm)、Dはコードの総繊度(dtex)、ρはコードに使用される繊維素材の密度(g/cm3)である)で定義される撚り係数αが0.25〜1.25の範囲であることが好ましい。PK繊維コードの撚り係数αが0.25未満では、熱収縮応力が十分に確保できず、一方、1.25を超えると、弾性率が十分に確保できず、補強能が小さくなる。
上記PK繊維の原料のポリケトンとしては、下記一般式(II)、
Figure 0004963874
(式中、Aは不飽和結合によって重合された不飽和化合物由来の部分であり、各繰り返し単位において同一であっても異なっていてもよい)で表される繰り返し単位から実質的になるものが好適であり、その中でも、繰り返し単位の97モル%以上が1−オキソトリメチレン[−CH2−CH2−CO−]であるポリケトンが好ましく、99モル%以上が1−オキソトリメチレンであるポリケトンが更に好ましく、100モル%が1−オキソトリメチレンであるポリケトンが最も好ましい。
かかるポリケトンは、部分的にケトン基同士、不飽和化合物由来の部分同士が結合していてもよいが、不飽和化合物由来の部分とケトン基とが交互に配列している部分の割合が90質量%以上であることが好ましく、97質量%以上であることが更に好ましく、100質量%であることが最も好ましい。
また、上記式(II)において、Aを形成する不飽和化合物としては、エチレンが最も好ましいが、プロピレン、ブテン、ペンテン、シクロペンテン、ヘキセン、シクロヘキセン、ヘプテン、オクテン、ノネン、デセン、ドデセン、スチレン、アセチレン、アレン等のエチレン以外の不飽和炭化水素や、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、ビニルアセテート、アクリルアミド、ヒドロキシエチルメタクリレート、ウンデセン酸、ウンデセノール、6−クロロヘキセン、N−ビニルピロリドン、スルニルホスホン酸のジエチルエステル、スチレンスルホン酸ナトリウム、アリルスルホン酸ナトリウム、ビニルピロリドンおよび塩化ビニル等の不飽和結合を含む化合物等であってもよい。
さらに、上記ポリケトンの重合度としては、下記式(III)、
Figure 0004963874
(上記式中、tおよびTは、純度98%以上のヘキサフルオロイソプロパノールおよび該ヘキサフルオロイソプロパノールに溶解したポリケトンの希釈溶液の25℃での粘度管の流過時間であり、cは、上記希釈溶液100mL中の溶質の質量(g)である)で定義される極限粘度[η]が、1〜20dL/gの範囲内にあることが好ましく、3〜8dL/gの範囲内にあることがより一層好ましい。極限粘度が1dL/g未満では、分子量が小さ過ぎて、高強度のポリケトン繊維コードを得ることが難しくなる上、紡糸時、乾燥時および延伸時に毛羽や糸切れ等の工程上のトラブルが多発することがあり、一方、極限粘度が20dL/gを超えると、ポリマーの合成に時間およびコストがかかる上、ポリマーを均一に溶解させることが難しくなり、紡糸性および物性に悪影響が出ることがある。
さらにまた、PK繊維は、結晶化度が50〜90%、結晶配向度が95%以上の結晶構造を有することが好ましい。結晶化度が50%未満の場合、繊維の構造形成が不十分であって十分な強度が得られないばかりか加熱時の収縮特性や寸法安定性も不安定となるおそれがある。このため、結晶化度としては50〜90%が好ましく、より好ましくは60〜85%である。
上記ポリケトンの繊維化方法としては、(1)未延伸糸の紡糸を行った後、多段熱延伸を行い、該多段熱延伸の最終延伸工程で特定の温度および倍率で延伸する方法や、(2)未延伸糸の紡糸を行った後、熱延伸を行い、該熱延伸終了後の繊維に高い張力をかけたまま急冷却する方法が好ましい。上記(1)または(2)の方法でポリケトンの繊維化を行うことで、上記ポリケトン繊維コードの作製に好適な所望のフィラメントを得ることができる。
ここで、上記ポリケトンの未延伸糸の紡糸方法としては、特に制限はなく、従来公知の方法を採用することができ、具体的には、特開平2−112413号、特開平4−228613号、特表平4−505344号に記載されているようなヘキサフルオロイソプロパノールやm−クレゾール等の有機溶剤を用いる湿式紡糸法、国際公開第99/18143号、国際公開第00/09611号、特開2001−164422号、特開2004−218189号、特開2004−285221号に記載されているような亜鉛塩、カルシウム塩、チオシアン酸塩、鉄塩等の水溶液を用いる湿式紡糸法が挙げられ、これらの中でも、上記塩の水溶液を用いる湿式紡糸法が好ましい。
例えば、有機溶剤を用いる湿式紡糸法では、ポリケトンポリマーをヘキサフルオロイソプロパノールやm−クレゾール等に0.25〜20質量%の濃度で溶解させ、紡糸ノズルより押し出して繊維化し、次いでトルエン、エタノール、イソプロパノール、n−ヘキサン、イソオクタン、アセトン、メチルエチルケトン等の非溶剤浴中で溶剤を除去、洗浄してポリケトンの未延伸糸を得ることができる。
一方、水溶液を用いる湿式紡糸法では、例えば、亜鉛塩、カルシウム塩、チオシアン酸塩、鉄塩等の水溶液に、ポリケトンポリマーを2〜30質量%の濃度で溶解させ、50〜130℃で紡糸ノズルから凝固浴に押し出してゲル紡糸を行い、さらに脱塩、乾燥等してポリケトンの未延伸を得ることができる。ここで、ポリケトンポリマーを溶解させる水溶液には、ハロゲン化亜鉛と、ハロゲン化アルカリ金属塩またはハロゲン化アルカリ土類金属塩とを混合して用いることが好ましく、凝固浴には、水、金属塩の水溶液、アセトン、メタノール等の有機溶媒等を用いることができる。
また、得られた未延伸糸の延伸法としては、未延伸糸を該未延伸糸のガラス転移温度よりも高い温度に加熱して引き伸ばす熱延伸法が好ましく、さらに、かかる未延伸糸の延伸は、上記(2)の方法では一段で行ってもよいが、多段で行うことが好ましい。熱延伸の方法としては、特に制限はなく、例えば、加熱ロール上や加熱プレート上に糸を走行させる方法等を採用することができる。ここで、熱延伸温度は、110℃〜(ポリケトンの融点)の範囲内が好ましく、総延伸倍率は、好適には10倍以上とする。
上記(1)の方法でポリケトンの繊維化を行う場合、上記多段熱延伸の最終延伸工程における温度は、110℃〜(最終延伸工程の一段前の延伸工程の延伸温度−3℃)の範囲が好ましく、また、多段熱延伸の最終延伸工程における延伸倍率は、1.01〜1.5倍の範囲が好ましい。一方、上記(2)の方法でポリケトンの繊維化を行う場合、熱延伸終了後の繊維にかける張力は、0.5〜4cN/dtexの範囲が好ましく、また、急冷却における冷却速度は、30℃/秒以上であることが好ましく、更に、急冷却における冷却終了温度は、50℃以下であることが好ましい。熱延伸されたポリケトン繊維の急冷却方法としては、特に制限はなく、従来公知の方法を採用することができ、具体的には、ロールを用いた冷却方法が好ましい。なお、こうして得られるポリケトン繊維は、弾性歪みの残留は大きいため、通常、緩和熱処理を施し、熱延伸後の繊維長よりも繊維長を短くすることが好ましい。ここで、緩和熱処理の温度は、50〜100℃の範囲が好ましく、また、緩和倍率は、0.980〜0.999倍の範囲が好ましい。
また、PK繊維コードの高い熱収縮特性を最も効果的に活用するには、加工時の処理温度や使用時の成型品の温度が、最大熱収縮応力を示す温度(最大熱収縮温度)と近い温度であることが望ましい。具体的には、必要に応じて行われる接着剤処理におけるRFL処理温度や加硫温度等の加工温度が100〜250℃であること、また、繰り返し使用や高速回転によってタイヤ材料が発熱した際の温度は100〜200℃にもなることなどから、最大熱収縮温度は、好ましくは100〜250℃の範囲内、より好ましくは150〜240℃範囲内である。
本発明に係るカーカスプライコードを被覆するコーティングゴムは、種々の形状からなることができる。代表的には、被膜、シート等である。また、コーティングゴムは、既知のゴム組成物を適宜採用することができ、特に制限されるべきものではない。
以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明する。
(PK繊維の調製例)
常法により調製したエチレンと一酸化炭素が完全交互共重合した極限粘度5.3のポリケトンポリマーを、塩化亜鉛65重量%/塩化ナトリウム10重量%含有する水溶液に添加し、80℃で2時間攪拌溶解し、ポリマー濃度8重量%のドープを得た。
このドープを80℃に加温し、20μm焼結フィルターでろ過した後に、80℃に保温した紡口径0.10mmφ、50ホールの紡口より10mmのエアーギャップを通した後に5重量%の塩化亜鉛を含有する18℃の水中に吐出量2.5cc/分の速度で押出し、速度3.2m/分で引きながら凝固糸条とした。
引き続き凝固糸条を濃度2重量%、温度25℃の硫酸水溶液で洗浄し、さらに30℃の水で洗浄した後に、速度3.2m/分で凝固糸を巻取った。
この凝固糸にIRGANOX1098(Ciba Specialty Chemicals社製)、IRGANOX1076(Ciba Specialty Chemicals社製)をそれぞれ0.05重量%ずつ(対ポリケトンポリマー)含浸せしめた後に、該凝固糸を240℃にて乾燥後、仕上剤を付与して未延伸糸を得た。
仕上剤は以下の組成のものを用いた。
オレイン酸ラウリルエステル/ビスオキシエチルビスフェノールA/ポリエーテル(プロピレンオキシド/エチレンオキシド=35/65:分子量20000)/ポリエチレンオキシド10モル付加オレイルエーテル/ポリエチレンオキシド10モル付加ひまし油エーテル/ステアリルスルホン酸ナトリウム/ジオクチルリン酸ナトリウム=30/30/10/5/23/1/1(重量%比)。
得られた未延伸糸を1段目を240℃で、引き続き258℃で2段目、268℃で3段目、272℃で4段目の延伸を行った後に、引き続き5段目に200℃で1.08倍(延伸張力1.8cN/dtex)の5段延伸を行い、巻取機にて巻取った。未延伸糸から5段延伸糸までの全延伸倍率は17.1倍であった。この繊維原糸は強度15.6cN/dtex、伸度4.2%、弾性率347cN/dtexと高物性を有していた。また、150℃×30分乾熱処理時熱収縮率は4.3%であった。このようして得られたPK繊維を下記の条件下でコードとして使用した。
(実施例1〜5、比較例1〜4)
供試タイヤは、タイヤサイズ225/45R17のタイヤであり、このビードフィラー8のゴムには、下記の表1に示す配合内容のゴム種AまたはBのいずれかを下記の表2に示す各種供試タイヤに使用した。また、カーカス層5のカーカスプライコードとしては、上記のPK繊維を下記の表2に示す条件下でコードとして使用した。また、比較例の繊維としては、レーヨン繊維を下記の表2に示す条件下でコードとして使用した。供試タイヤにおける動的貯蔵弾性率E ’並びに低速時および高速時操縦安定性を以下のようにして評価した。
(動的貯蔵弾性率E’)
下記の表1に示すゴム組成物の加硫後の試験片(厚み2mm)を、試験機としてスペクトロメータ(東洋精機(株)製)を用い、25℃、周波数52Hz、初期荷重160g、及び動歪み2.0%の条件下で測定した。
(低速時および高速時操縦安定性)
上記各供試タイヤをリム71/2Jに組み付けた後、内圧220kPaにて実車に装着し、平均速度60km/時(低速)および100km/時(高速)の各条件で直進安定性、レーンチェンジ性およびコーナリング性をドライバーのフィーリングにて評価した。この評価は、低速操縦性については比較例4を100として、また高速操縦性については比較例1を100として、夫々指数によって表示した。数値が大なる程結果が良好である。下記の表2に評価結果を示す。
Figure 0004963874
Figure 0004963874
本発明の一実施の形態に係る空気入りタイヤの幅方向断面図である。
符号の説明
1 トレッド部
2 サイドウォール部
3 ビード部
4 ビードコア
5 カーカス層
6 ベルト層
7 ベルト保護層
8 ビードフィラー
10 空気入りタイヤ

Claims (7)

  1. トレッド部と、その両端からタイヤ半径方向内方に延びる一対のサイドウォール部と、該サイドウォール部の内方端に位置する一対のビード部とを備え、該ビード部に埋設された一対のビードコア間にトロイド状に延在する少なくとも1枚のカーカスプライからなるカーカス層と、前記ビードコアのタイヤ半径方向外方に配置されたビードフィラーと、該カーカスのクラウン部径方向外側に配置され、少なくとも1枚のベルトプライからなるベルト層とを有する空気入りタイヤにおいて、
    前記カーカス層の少なくとも1枚のカーカスプライコードとして、30℃と80℃との間の熱収縮応力差が3.0×10−2cN/dtex以上あるコードを使用し、かつ、前記ビードフィラーのゴムの、30℃から80℃への動的貯蔵弾性率E’の低下率が5%以上であることを特徴とする空気入りタイヤ。
  2. 前記少なくとも1枚のカーカスプライコードがポリケトン繊維を少なくとも50質量%以上含むコードである請求項1記載の空気入りタイヤ。
  3. 前記ポリケトン繊維の引っ張り強度が10cN/dtex以上である請求項2記載の空気入りタイヤ。
  4. 前記ポリケトン繊維の弾性率が200cN/dtex以上である請求項2または3記載の空気入りタイヤ。
  5. 前記ポリケトン繊維の150℃×30分乾熱処理時熱収縮率が1%〜5%の範囲にある請求項2〜4のうちいずれか一項記載の空気入りタイヤ。
  6. 前記カーカスプライの少なくとも1枚のコードとして、30℃と80℃との間の熱収縮応力差が7.0×10−2cN/dtex以上あるコードを使用する請求項1〜5のうちいずれか一項記載の空気入りタイヤ。
  7. 前記ビードフィラーのゴムの、30℃から80℃への動的貯蔵弾性率E’の低下率が15%以上である請求項1〜6のうちいずれか一項記載の空気入りタイヤ。
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