JP4621127B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、カーカスコードの粘弾性特性を特定することにより、操縦安定性と乗り心地性とを両立して高めた空気入りタイヤに関する。

従来より、乗用車用、自動二輪車用などの空気入りタイヤのカーカスコードとして、ナイロン、レーヨン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの有機繊維コードが広く使用されている。特に前記ＰＥＴ繊維コードは、タイヤ剛性、タイヤの寸法安定性、耐フラットスポット性などの観点から、主流となりつつある。しかしＰＥＴ繊維コードは、高温でのモジュラス低下が大きいため高速走行時の操縦安定性に問題がある。しかも、車両の高性能化、高速化に伴い、タイヤに要求される性能もますます厳しくなってきており、近年、高速走行時の操縦安定性のさらなる向上が強く求められている。

そこでカーカスコードに、ＰＥＴ繊維コードよりもさらに高弾性の繊維コードを使用することが近年提案されているが、しかし、カーカスコードを高弾性化した場合には、タイヤ剛性が高くなり、高速時の操縦安定性は向上するものの、乗り心地性を低下させるという問題が発生する。

そこで本発明は、カーカスコードに高弾性の繊維コードを使用するとともに、その高温時の粘弾性特性を特定することを基本として、高速時の操縦安定性を向上しながら優れた乗り心地性を確保しうる空気入りタイヤの提供を目的としている。

特開平１０−２９７２１１号公報 特開平２００３−２３７３０８号公報

前記目的を達成するために、本願請求項１の発明は、トレッド部からサイドウォール部をへてビード部のビードコアで係止されるカーカスコードを配列したカーカスプライからなるカーカスを具え、しかも前記カーカスコードは、ビニロン繊維、ポリエチレンナフタレート繊維、又はポリアリレート繊維からなり、かつ１２０℃におけるコード１本当りの粘弾性特性が、下記式（１）〜（３）を満足するとともに、前記カーカスコードを被覆する前記カーカスプライのトッピングゴムは、複素弾性率が４．５〜５．０ＭＰａ、かつ損失正接が０．１４以下であることを特徴としている。
Ｂ＞０ …（１）
Ｂ≦０．００００４３７×Ａ＋０．０４２８５７ …（２）
Ｂ≦−０．００００３６３６×Ａ＋０．１６３６３６ …（３）
（但し、Ａは複素弾性率Ｅ* （Ｎ／ｃｍ^２）とコードの断面積Ｓ（単位ｃｍ^２ ）との積）、Ｂは損失正接ｔａｎδ）

又請求項２の発明では、前記カーカスコードは、下記式（４）を満足することを特徴としている。
Ｂ≦０．００００４３７×Ａ＋０．０２２８５７ …（４）
又請求項３の発明では、前記カーカスコードは、ポリエチレンナフタレート繊維からなることを特徴としている。

なお前記複素弾性率Ｅ* 、及び損失正接ｔａｎδは、粘弾性スペクトロメータを用い、初期張力４５０ｇ／コード、周波数１０Ｈｚ、動的歪み±０．０３％の条件にて測定した値である。

本発明は叙上の如く、カーカスコードにビニロン繊維、ポリエチレンナフタレート繊維、又はポリアリレート繊維から選択される高弾性の有機繊維コードを使用するとともに、高温時（１２０℃時）の粘弾性特性を特定している。そのため、コードの伸びとその復元性とのバランスが適正化し、高速走行時の操縦安定性を向上しながらも優れた乗り心地性を確保することが可能となる。

以下、本発明の実施の一形態を、図示例とともに説明する。
図１は本発明の空気入りタイヤが乗用車用ラジアルタイヤである場合の断面図である。 図１において、空気入りタイヤ１は、トレッド部２からサイドウォール部３を経てビード部４のビードコア５に至るカーカス６と、このカーカス６の半径方向外側かつトレッド部２の内部に配されるベルト層７とを具える。

前記カーカス６は、カーカスコードをタイヤ周方向に対して例えば７５゜〜９０゜の角度で配列した１枚以上、本例では１枚のカーカスプライ６Ａから形成される。このカーカスプライ６Ａは、前記ビードコア５、５間を跨るプライ本体部６ａの両側に、前記ビードコア５の廻りをタイヤ軸方向内側から外側に折り返されて係止されるプライ折返し部６ｂを一連に具える。そして該プライ本体部６ａとプライ折返し部６ｂとの間には、ビードコア５からタイヤ半径方向外側にのびる断面三角形状の硬質ゴムからなるビードエーペックス８が配され、これによってビード部４からサイドウォール部３にかけて補強される。

なおビードエーペックス８のゴム硬度が低いとビード剛性やビード耐久性が不充分となり、逆に高すぎても乗り心地性や振動特性に悪影響を与える。このような観点から、前記ゴム硬度の下限値を７０°以上、さらには８０°以上とするのが好ましく、又上限値を９５°以下とするのが好ましい。なお前記「ゴム硬度」は、温度２５℃の雰囲気下で測定したデュロメータータイプＡによる硬さである。また同様の観点より、ビードエーペックス８の外端のビードベースラインＢＬからの半径方向高さＨａは、タイヤ断面高さＨ０の２５％以上さらには３０％以上が好ましく、又その上限は、４５％以下が好ましい。

又前記ベルト層７は、スチールコード等の高強力のベルトコードをタイヤ周方向に対して例えば１５゜〜４０゜の角度で配列した複数枚、本例では２枚のベルトプライ７Ａ、７Ｂから形成される。各ベルトプライ７Ａ、７Ｂは、ベルトコードがプライ間相互で交差することにより、ベルト剛性を高め、トレッド部２の略全巾をタガ効果を有して強固に補強する。

又本例では、前記ベルト層７の半径方向外側に、高速耐久性などを高める目的で、バンドコード９をタイヤ周方向に対して５°以下の角度で螺旋状に巻回させたバンドプライ９Ａからなるバンド層９を形成している。バンドプライ９Ａとしては、ベルト層７の外端部のみを覆う左右一対のエッジバンドプライ、或いはベルト層７の略全巾を覆うフルバンドプライが使用でき、これらを単独、或いは組み合わせて使用することができる。

次に、前記カーカスコードとして、ビニロン繊維、ポリエチレンナフタレート繊維（ポリエチレン２，６ナフタレート繊維）、又はポリアリレート繊維からなる高弾性の有機繊維コードが採用される。特にポリエチレンナフタレート繊維（ポリエチレン２，６ナフタレート繊維）は、高弾性の有機繊維コードの中では、適度な剛性を持ちタイヤの操縦性と乗心地性のバランスを取りやすいという観点から好ましく使用しうる。

これら高弾性の有機繊維コードは、周知の如く、引張り弾性率が大であるためタイヤ剛性を高め操縦安定性を向上させる効果がある。しかしその反面、サイドウォール部３の剛性も同時に高まるため乗り心地性を損ねるという問題がある。

そこで本発明者は、走行時、カーカスコードは、タイヤ内部で周期的に繰り返す引張力を受けるため、タイヤの走行性能は、カーカスコードの静的特性よりも、むしろ動的な粘弾性特性に大きく左右されるという見地に基づき研究を行った。具体的には、種々の有機繊維材料を用いて試作したカーカスコードを用いて乗用車用タイヤを作成し、カーカスコードの粘弾性特性と、走行性能との関係を調査した。

その結果、特に高速走行時の操縦安定性及び乗り心地性は、高温時における粘弾性特性、とりわけ１２０℃における複素弾性率Ｅ* （Ｎ／ｃｍ² ）及び損失正接ｔａｎδに強い相関があることを見出し得た。そして、カーカスコードの複素弾性率Ｅ* （Ｎ／ｃｍ² ）と、カーカスコードの断面積Ｓ（単位ｃｍ² ）との積（Ｅ* ×Ｓ）を変数Ａ、カーカスコードの損失正接ｔａｎδを変数Ｂとしたとき、下記式（１）〜（３）を満足するカーカスコードを用いることにより、高速走行時の操縦安定性を向上しながらも優れた乗り心地性を確保しうることを究明し得た。
Ｂ＞０ …（１）
Ｂ≦０．００００４３７×Ａ＋０．０４２８５７ …（２）
Ｂ≦−０．００００３６３６×Ａ＋０．１６３６３６ …（３）

図２は、試作タイヤに用いたカーカスコードおける変数Ａの値を横軸に、又変数Ｂの値を縦軸に取り、該試作タイヤの高速走行時の操縦安定性、及び乗り心地性を評価した実験結果の一部である。○は操縦安定性及び乗り心地性の双方に優れたタイヤ、●は操縦安定性又は乗り心地性の一方に劣るタイヤを示す。図２からもわかるように、
Ｂ＝０．００００４３７×Ａ＋０．０４２８５７
の直線ｆ１（Ａ）を境界として、この境界を超えたｆ１（Ａ）＞０の領域範囲、及び
Ｂ＝−０．００００３６３６×Ａ＋０．１６３６３６
の直線ｆ２（Ａ）を境界として、この境界を超えたｆ２（Ａ）＞０の領域範囲において
操縦安定性又は乗り心地性の少なくとも一方の性能に劣ることがわかる。

なお前記実験は、有機繊維材料として、ＰＥＴ繊維、ＰＥＮ繊維（ポリエチレンナフタレート繊維）、ナイロン、ビニロン繊維、ポリアリレート繊維、アラミド繊維、レーヨンを用い、コードの太さ（繊度）、撚り数などの仕様を違えて変数Ａ、Ｂが相違するカーカスコードを試作するとともに、このカーカスコードを用いてタイヤサイズ（１９５／６５Ｒ１５）の乗用車用タイヤを作成し、タイヤテストコースを実車走行した際のドライバーのフィーリングにより評価したものである。なお同じカーカスコードでも、その打ち込み本数を高めていくと、操縦安定性は上昇する（乗り心地性は低下する）。従って実際には、試作のカーカスコードにおいてその打ち込み数Ｎを調整し、操縦安定性を満足しうる基準レベルまで高めた試作タイヤについて、その乗り心地性を評価し、試作タイヤが操縦安定性及び乗り心地性の双方に優れるか否かについて評価している。そして、図２から、前記式（１）〜（３）を充足する粘弾性特性を有するカーカスコードは、高速時の操縦安定性を向上しながら優れた乗り心地性を発揮することができる。このことは、タイヤサイズが異なる他の乗用車用タイヤ、或いはカテゴリが異なるタイヤ（例えば自動二輪車用タイヤ）においても、同様の結果が得られることが発明者の研究から明らかとなっている。

これは、操縦安定性及び乗り心地性は、カーカスコードの伸び性及び伸びからの復元性にも影響されるためと推測される。即ち、例えば、複素弾性率が大な高弾性の有機繊維を用いたカーカスコードは、一般に、相対的に伸びにくく操縦安定性に優れると考えられる。しかし損失正接ｔａｎδが高い場合には、コ−ドが一旦伸びた状態から荷重が除去されて元に復元する際のヒステリシスロスが多いため、相対的に復元性が悪く、そのため応答性が減じて操縦安定性を阻害する結果を招く。逆に複素弾性率が低くく相対的に伸びやすいコードでも、損失正接ｔａｎδが低い場合、復元性が良く応答性が高まるため操縦安定性を向上することが可能となりる。そしてこの伸び性と復元性とを最適にバランスさせることで、乗り心地性を向上させる余地が生まれ、乗り心地性と操縦安定性との両立を達成させることが可能になるのである。

なお前記両立のためには、さらに下記式（４）を満足することが好ましい。
Ｂ≦０．００００４３７×Ａ＋０．０２２８５７ …（４）

前記変数Ｂである損失正接ｔａｎδは、コード繊維材料の材質によっておおむね決定される。又変数Ａである複素弾性率Ｅ* （Ｎ／ｃｍ² ）と、カーカスコードの断面積Ｓ（単位ｃｍ² ）との積（Ｅ* ×Ｓ）は、コードの太さ（繊度）、撚り数などの仕様を違えることで調整できる。

ここで、アラミド繊維は、損失正接ｔａｎδが大であり、かつ引張り弾性率が高すぎるため、コード太さを減じかつ撚り数を増やした場合にも、前記式（２）、（３）を満たすコードを得ることは難しくなる。

なおカーカスコードとして、双撚り構造のものが一般に使用されるが、そのときコード長さ１０ｃｍ当たりの撚り数Ｎ回（上撚り数と下撚り数とは同じ）が大きすぎると、伸縮に際してのフィラメント間の抵抗が過大となってコードの復元性に悪影響を与える。逆に少なすぎると、耐疲労性が高まり耐久性の低下を招く。従って、撚り数Ｎの上限は、７０（回／１０ｃｍ）以下、さらには６０（回／１０ｃｍ）以下が好ましく、又下限値は３０（回／１０ｃｍ）以上、さらには３５（回／１０ｃｍ）以上が好ましい。又同様の理由で、下記式（５）で定義されるコードの撚り係数Ｔを０．４５〜０．７５の範囲とするのも好ましい。なお式中、Ｎは撚り数（回／１０ｃｍ）、Ｄはコードのトータルの正量繊度（ｄｔｅｘ）、ρは繊維材料の比重である。
Ｔ＝Ｎ×√｛（０．１２５×Ｄ／２）×（１／ρ）｝×１０^-3 --- （５）

又前記複素弾性率Ｅ* （Ｎ／ｃｍ^２ ）と、カーカスコードの断面積Ｓ（単位ｃｍ^２ ）との積（Ｅ* ×Ｓ）である前記変数Ａが大きすぎると、コードが硬直化して乗り心地性の向上に不利であり、従って、前記変数Ａの上限は２０００Ｎ以下、さらには１９００Ｎ以下、さらには１８００Ｎ以下が好ましい。なお前記変数Ａの下限値は操縦安定性の観点から３４０Ｎ以上が好ましい。又損失正接ｔａｎδである前記変数Ｂの下限値は、０．０２以上、さらには０．０３以上が好ましく、これを下回ると、衝撃緩和効果が減じ、かつ外力に対する応答性が良すぎて逆に乗り心地性を損ねる傾向となる。

又前記カーカスコードでは、前記変数Ａと、コード打ち込み本数Ｍとの積（Ａ×Ｍ）であるカーカス抗力Ｋを２．０×１０⁴ 〜５．０×１０⁴ 、さらには２．５×１０⁴ 〜３．８×１０⁴ の範囲で使用するのが操縦安定性と乗り心地性との両立の観点から好ましい。

又前記カーカスコードを被覆するカーカスプライのトッピングゴムとして、７０℃での複素弾性率が４．５ＭＰａ以上、かつ損失正接が０．１４以下のゴムが好ましく採用される。これは、トッピングゴムの損失正接が小さいことにより、本発明で実施する比較的損失正接が小さいコードとの組み合わせで、タイヤのエネルギーロスが小さくなり、操縦安定性がより改善されるからである。又複素弾性率が高めな点も、操縦安定性の改善に寄与できる。なお従来的なトッピングゴムの複素弾性率は４．０ＭＰａ、損失正接は０．１５程度である。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

カーカスコードを表１に記載の仕様に基づき試作するとともに、このカーカスコードを用いて、タイヤサイズが１９５／６５Ｒ１５の乗用車用タイヤを作成した。そしてこの試供タイヤの高速走行時の操縦安定性、安定感、乗り心地性をテストした。なおカーカス以外は同仕様である。又カーカスのトッピングゴムの複素弾性率及び損失正接は７０℃、周波数１０Ｈｚ、初期歪１０％、動歪±１％にて測定した値である。

＜操縦安定性、安定感、乗り心地性＞
試供タイヤを、リム（１５インチ）、内圧（２００ＫＰａ）の条件にて乗用車（２５００ｃｃ、ＦＲ車）の全輪に装着し、ドライアスファルトのタイヤテストコースを高速走行し、ドライバーのフィーリングにより操縦安定性、安定感、及び乗り心地性を５点法で絶対評価した。

実施例のタイヤは、高速走行時の操縦安定性を向上しながらも優れた乗り心地性を発揮しうるのか確認できる。

本発明の実施の一形態を示す空気入りタイヤの断面図である。 カーカスコードの粘弾性特性と、操縦安定性及び乗り心地性との関係を説明するグラフである。

符号の説明

３ サイドウォール部
４ ビード部
５ ビードコア
６ カーカス
６Ａ カーカスプライ

Claims (3)

1. トレッド部からサイドウォール部をへてビード部のビードコアで係止されるカーカスコードを配列したカーカスプライからなるカーカスを具え、
   しかも前記カーカスコードは、ビニロン繊維、ポリエチレンナフタレート繊維、又はポリアリレート繊維からなり、かつ１２０℃におけるコード１本当りの粘弾性特性が、下記式（１）〜（３）を満足するとともに、
   前記カーカスコードを被覆する前記カーカスプライのトッピングゴムは、複素弾性率が４．５〜５．０ＭＰａ、かつ損失正接が０．１４以下であることを特徴とする空気入りタイヤ。
   Ｂ＞０ …（１）
   Ｂ≦０．００００４３７×Ａ＋０．０４２８５７ …（２）
   Ｂ≦−０．００００３６３６×Ａ＋０．１６３６３６ …（３）
   （但し、Ａは複素弾性率Ｅ* （Ｎ／ｃｍ^２ ）とコードの断面積Ｓ（単位ｃｍ^２ ）との積）、Ｂは損失正接ｔａｎδ）
   
2. 前記カーカスコードは、下記式（４）を満足することを特徴とする請求項１記載の空気入りタイヤ。
   Ｂ≦０．００００４３７×Ａ＋０．０２２８５７ …（４）
3. 前記カーカスコードは、ポリエチレンナフタレート繊維からなることを特徴とする請求項１又は２記載の空気入りタイヤ。

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