(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右一対のビード部間にカーカス層を装架し、トレッド部におけるカーカス層の外側にベルト層を配置した空気入りラジアルタイヤにおいて、引張強度が５ｇ／ｄ以上で２．２５ｇ／ｄ負荷時の伸び率Ｅｌ2.25が２．０〜３．５％の範囲内であり、かつ下記式で定義される初期弾性率Ｅが６０ｇ／ｄ以上のアクリル系繊維コードを、前記カーカス層に用いた空気入りラジアルタイヤ。
Ｅ＝１００／（Ｅｌ1.5 −Ｅｌ0.5 ）
Ｅ：コード初期弾性率（ｇ／ｄ）
Ｅｌ1.5 : １．５ｇ／ｄ負荷時の伸び（％）
Ｅｌ0.5 : ０．５ｇ／ｄ負荷時の伸び（％）
【請求項２】
前記アクリル系繊維コードの下記式で表される撚り係数Ｋの値が１６５０〜２３５０である請求項１記載の空気入りラジアルタイヤ。
Ｋ＝Ｔ√Ｄ
Ｋ：撚り係数、Ｔ：コードの上撚り数（回/ １０ｃｍ）
Ｄ：コードの総デニール数
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操縦安定性、耐セパレーション性、高速耐久性、実車乗り心地性が改良された空気入りラジアルタイヤ、特に乗用車用空気入りラジアルタイヤに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空気入りラジアルタイヤの骨格構造をなすカーカス層の補強材（コード）に用いられる有機繊維としては、レーヨン繊維やナイロン繊維、ポリエステル繊維がよく知られている。しかし、レーヨン繊維は原料資源の問題、製造時の悪臭発生等の問題から生産規模が世界的に縮小の傾向にあり、また、ナイロン繊維は寸法安定性が悪く、特に熱収縮が大きく、タイヤにしたときフラットスポットが発生しやすい。これに対して、ポリエステル繊維は、紡糸技術の向上に伴い高強度化が進み、価格的にも他の合成繊維に比べて安価なことから、近年もっとも使用量が多く、空気入りラジアルタイヤのカーカス層の補強材の主流となっている。
【０００３】
しかしながら、従来、ポリエステル繊維コードには、ゴムとの接着性を高めるために、例えば、予めエポキシ樹脂処理した後にＲＦＬ処理を施すといったいわゆる二浴処理を適用しているにも関わらず、接着性はそれほど良好とは言えない。また、レーヨン、ナイロン繊維に用いられる、いわゆるＲＦＬ一浴処理に比べ生産性が悪く経済性も劣るといった問題もある。さらに、ポリエステル繊維コードはモジュラスが低いためカーカス層を構成してタイヤとしたときに、高速走行に際してタイヤ径方向成長が生じ易い。タイヤ径方向成長が生じるとタイヤ内部で部材間の接着界面の破壊が生じ、高速耐久性が低下してしまう。
【０００４】
そこで、ポリエステル繊維コードに代替し得る新らしい素材の開発が要望されていた。
一方、従来、アクリル系繊維は強度的に劣るため産業用資材としての利用は少なかったが、近年の高強度化技術の進歩により補強用繊維としての利用が期待されている。高強度アクリル系繊維の製造技術としては、例えば、特開平１−１０４８１６号公報、１−１０４８１７号公報、特開昭６２−３３８１７号公報、特開昭６２−２９９５０９号公報、特開昭６２−２９９５１０号公報、特開昭６１−１１９７１０号公報等に開示され、タイヤコード等の補強繊維への高強度アクリル系繊維の応用の可能性が指摘されているが、高強度アクリル系繊維のタイヤへの適用技術については示されておらず、これまで全く知見が得られていなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ポリエステル繊維コードに代わる新規な高強度アクリル系繊維コードをカーカス層の補強材、すなわちカーカスコードに用いることによって、ポリエステル繊維コードの長所である耐疲労性を劣化させることなく操縦安定性を向上させ、同時にポリエステル繊維コードの欠点であった耐セパレーション性、高速耐久性を改善した、実車乗り心地性に優れた空気入りラジアルタイヤを提供することである。
【０００６】
本発明者らは、新規な高強度アクリル系繊維がもつ高強度、高弾性率という特性に着目し、これを空気入りラジアルタイヤのカーカス層へ適用すべく鋭意検討した結果、従来用いられているポリエステル繊維コードの長所である耐疲労性を損なうことなく、操縦安定性を向上せしめ、しかもポリエステル繊維コードの欠点であった耐セパレーション性、高速耐久性を改善した、実車乗り心地性に優れた空気入りラジアルタイヤが得られることを知った。本発明はこの知見に基づきなされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、左右一対のビード部間にカーカス層を装架し、トレッド部におけるカーカス層の外側にベルト層を配置した空気入りラジアルタイヤにおいて、引張強度が５ｇ／ｄ以上で２．２５ｇ／ｄ負荷時の伸び率Ｅｌ2.25が２．０〜３．５％の範囲内であり、かつ下記式で定義される初期弾性率Ｅが６０ｇ／ｄ以上のアクリル系繊維コードを、前記カーカス層に用いたことを特徴とする。
【０００８】
Ｅ＝１００／（Ｅｌ1.5 −Ｅｌ0.5 ）
Ｅ：コード初期弾性率（ｇ／ｄ）
Ｅｌ1.5 : １．５ｇ／ｄ負荷時の伸び（％）
Ｅｌ0.5 : ０．５ｇ／ｄ負荷時の伸び（％）
このように、引張強度が５ｇ／ｄ以上で２．２５ｇ／ｄ負荷時の伸び率Ｅｌ2.25が２．０〜３．５％の範囲内であり、初期弾性率Ｅが６０ｇ／ｄ以上のアクリル系繊維コードを用いるために、操縦安定性、実車乗り心地性を高めることができる。また、このアクリル系繊維コードは、ＲＦＬ処理によりゴムとの接着性が良好となり、かつモジュラスも高いため、カーカス層を構成してタイヤとしたときに、高速走行に際してタイヤ径方向成長が生じ難いので、耐セパレーション性、および高速耐久性を向上させることが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の空気入りラジアルタイヤの一例を図１に示す。左右一対のビード部１およびサイドウォール部２と、両サイドウォール部に連なるトレッド部３からなり、ビード部１、１間にカーカス層４が装架され、カーカス層４の端部がビードコア５の廻りにタイヤ内側から外側に折り返されて巻き上げられている。トレッド部３においては、カーカス層４の外側に、ベルト層６がタイヤ１周に亘って配置されている。尚、本発明の空気入りラジアルタイヤは、図１に示す構造に限定されるものではなく、例えばカーカス層の枚数やビード部周辺のカーカス巻き上げ構造は公知の方法を用いることができる。
【００１０】
本発明では、カーカス層４を高強度アクリル系繊維コードで構成する。ここで用いるアクリル系繊維コードとは、重量割合でアクリロニトリルを４０〜１００％含む繊維よりなり、引張強度が５ｇ／ｄ以上、好ましくは６ｇ／ｄ以上で、かつ初期弾性率Ｅが６０ｇ／ｄ以上、好ましくは７０ｇ／ｄ以上のものである。
このような繊維は、例えば、アクリロニトリル系重合体紡糸原液を、吐出線速度比（＝紡糸原液吐出線速度／紡出ゲル糸巻き取り速度）を４以上に維持しながら紡糸し、得られた紡出ゲル糸を水洗、延伸した後、有効全延伸倍率１５倍以上に緊張乾熱処理するか又は乾熱延伸することで得られる。
【００１１】
コードの引張強度が５ｇ／ｄ未満の場合には、強度的に補強材料として不向きである。また、初期弾性率Ｅが６０ｇ／ｄ未満の場合には操縦安定性に劣るタイヤとなる。
コードは撚り数やデニール数によって、その機械特性も大きく変量するが、本発明においてカーカス層に用いられるアクリル系繊維コードの下記の撚り係数Ｋは、１６５０〜２３５０であることが好ましい。
【００１２】
Ｋ＝Ｔ√Ｄ
Ｋ：撚り係数、Ｔ：コードの上撚り数（回/ １０ｃｍ）、
Ｄ：コードの総デニール数
撚り係数Ｋが１６５０未満の場合には得られるコードの耐疲労性が劣り、荷重耐久性に不利になる。撚り係数Ｋが２３５０より大きい場合には、引張荷重負荷時のコードの伸びが大きくなり、タイヤ高速耐久試験時にはタイヤ径方向成長を誘発し不利である。
【００１３】
また、本発明で用いるアクリル系繊維コードは、２．２５ｇ／ｄ負荷時の伸び率Ｅｌ2.25が２．０〜３．５％の範囲内にある。２．０％未満のコードをタイヤに用いた場合、荷重耐久性の点で不利になる。３．５％を超えるコードをカーカスコードとしてタイヤに用いた場合、高速耐久性の点で不利になる。
このアクリル系繊維コードのゴムとの接着性を高めるためには、このコードをレゾルシン（Ｒ）・ホルムアルデヒド（Ｆ）の初期縮合物（ＲＦ）とゴムラテックス（Ｌ）の水系混合液（ＲＦＬ）で処理するのがよい。
【００１４】
ここで、ゴムラテックスとしてはビニルピリジン・スチレン・ブタジエンターポリマーラテックス、ＳＢＲラテックス、天然ゴラテックス等が用いられる。またＲＦＬは、上記のＲとＦ、Ｌを任意の割合で混合し用いることができるが、接着の観点からＲとＦのモル比としては、Ｒ／Ｆ＝０．２８〜０．６７であること、さらにＲＦとＬとの固形分重量比ＲＦ／ＬはＲＦ／Ｌ＝０．２５〜０．３５であることが好ましい。Ｒ／Ｆが０．２８未満の場合、および０．６７を超える場合ゴムとの接着性は劣る。同様にＲＦ／Ｌが０．２５未満、および０．３５を超える場合にもゴムとの接着性は著しく落ちる。
【００１５】
本発明の空気入りラジアルタイヤに用いられるカーカスコードを得るにあたって、上記ＲＦＬを上記の高強度アクリル系繊維コードに付着せしめたのち、熱処理を施す。熱処理としては、例えば、８０〜１５０℃で乾燥し、１５０〜２１５℃でヒートセット処理、さらに１５０〜２１５℃でノルマライズ処理を施すことが望ましい。ここで、処理コードの寸法安定性の観点から、ヒートセット処理時の張力（ＨＳ）をＨＳ≧０．２ｇ／ｄ、ノルマライズ時の張力（ＮＬ）をＮＬ≦０．２ｇ／ｄにすることが好ましい。タイヤカーカスコードの機械特性としては、強度、弾性率が高く、耐疲労性に優れ、かつ寸法安定性が良好であることが要求される。ＨＳが０．２ｇ／ｄ未満の場合には得られる処理コードの強度が低下し好ましくない。また、ＮＬが０．２ｇ／ｄより大きい場合には、得られる処理コードは剛直で耐疲労性に劣るものとなり、また熱を加えたときに収縮しやすく、寸法安定性の観点からも好ましくない。
【００１６】
ここで、ヒートセット処理とは、繊維を加熱しながら延伸する操作をいう（熱延伸処理）。ＲＦＬの反応を完了させるためとコードの寸法安定性、強度などを増すためである。ノルマライズ処理とは、ヒートセット処理による熱延伸時に生じた繊維の歪みを除去する等のための第２回目の熱処理をいう。
本発明の空気入りラジアルタイヤのカーカス層は、上記熱処理コードをコートゴムに埋設して形成される。
【００１７】
【実施例】
▲１▼  上記の方法に従って製造された９０重量％のアクリロニトリルと１０重量％のアクリル酸メチルからなるアクリロニトリル系重合体からなる高強度アクリル系繊維原糸１１００ｄ／１０００フィラメント原糸を用いて４６回／１０ｃｍの撚り数で下撚り後、次にこれを２本合糸して逆方向に４６回／１０ｃｍで上撚りを加えて１１００ｄ／２、撚り数４６×４６の撚りコードとした。
【００１８】
得られた高強度アクリル系繊維コードには、表１に示す接着液Ｄ１を含浸塗布後、１３０℃で２分間乾燥、０．５５ｇ／ｄの張力下で１８０℃、１分間のヒートセット処理を行った後、０．１４ｇ／ｄの張力下で１８０℃、１分間のノルマライズ処理を行った。
対比として用いたポリエステル繊維コードは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維コード１０００ｄ／２，下撚り×上撚り数（回／１０ｃｍ）４８×４８である。このＰＥＴ繊維コードに表１に示す接着液Ｄ２を含浸塗布、乾燥後、ヒートセット処理を行い、次いで接着液Ｄ１を含浸付着せしめた後乾燥、ノルマライズ処理を施す２浴処理を行った。ヒートセット、ノルマライズ処理の張力はそれぞれ０．２８ｇ／ｄで温度、処理時間は２３５℃、１分間とした。
【００１９】
また、同じく対比として用いた汎用アクリル繊維コードは、１１００ｄ／２、下撚り×上撚り数（回／１０ｃｍ）４６×４６であり、接着液Ｄ１を用いて上記の高強度アクリル系繊維コードの場合と同様の処理を行った。但し、ＨＳ、ＮＬはいずれも０．２８ｇ／ｄとした。
【００２０】
【表１】
0003688079.tif 000002
【００２１】
このようにして得られた処理コードを、エンド数６０本／５ｃｍの間隔で表２に示す未加硫ゴム組成物中に埋設し、カーカス層を構成して、タイヤサイズ２２５／５０ＶＲ１６の空気入りラジアルタイヤをそれぞれ作製した（従来例１、比較例１、実施例１）。
【００２２】
【表２】
0003688079.tif 000003
得られたコード、及びタイヤについて下記の要項で試験を行った。この結果を表３に示す。
【００２３】
コード引張試験：
得られたコードについて、ＪＩＳ  Ｌ１０１７の化学繊維タイヤコード試験法に準拠し、引張試験を行う。試験結果よりコードの強度、０．５、１．５、及び２．２５ｇ／ｄ負荷時の伸びＥｌ0.5 、 Ｅｌ1.5 、 Ｅｌ2.25、 を求め、さらに下記の式に従い初期弾性率Ｅを求める。
【００２４】
Ｅ＝１００／（Ｅｌ1.5 −Ｅｌ0.5 ）
Ｅ：コード初期弾性率（ｇ／ｄ）
Ｅｌ1.5:１．５ｇ／ｄ負荷時の伸び（％）
Ｅｌ0.5:０．５ｇ／ｄ負荷時の伸び（％）
コード・ゴム剥離試験：
得られたコードについて、ＪＩＳ  Ｋ６２５６に準拠し、剥離試験を行う。試験に際しては処理コードを６５本／５ｃｍの間隔で試験片長さ方向に平行に引きそろえ、表２に示した未加硫ゴム組成物中に埋設し、加硫条件１４８℃×３０分で加硫したものを試料とする。評価は剥離面のゴム付きによる５点法で行う（点数が高い方が接着性がよく、耐セパレーション性に優れる）。
【００２５】
タイヤ高速耐久性試験法：
ドラム表面が平滑な鋼製でかつ直径が１７０７ｍｍであるドラム試験機を用い、周辺温度を３８±３℃に制御し、リムサイズ７．５ＪＪ−１６、試験内圧２２０ｋＰａ、速度８１ｋｍ／ｈの条件にて，ＪＡＴＭＡで規定された空気圧条件に対応する荷重の８８％で１２０分間ならし走行し、次いで３時間以上放冷した後に試験空気圧に再調整して本走行を開始する。
【００２６】
本走行は、１２１ｋｍ／ｈの速度より開始し、３０分走行毎に速度を８ｋｍ／ｈずつ段階的に上昇させ、故障が発生するまで走行する。タイヤの故障が発生するまでの距離を、基準タイヤ（従来例１）の故障発生距離を１００として指数で表した値を高速耐久性とする（指数値は大きい方がよい）。
タイヤ荷重耐久性試験法：
ドラム表面が平滑な鋼製でかつ直径が１７０７ｍｍのドラム試験機を用い、周辺温度を３８±３℃に制御し、リムサイズ７．５ＪＪ−１６、試験内圧１８０ｋＰａ、速度８１ｋｍ／ｈの条件にて，ＪＡＴＭＡで規定された最大荷重の８５％で４時間、次いで最大荷重の９０％で６時間、次いで最大荷重で２４時間走行する。ここで一旦走行を停止し、外観に異常がなければ、更に最大荷重の１１５％で４時間、次いで最大荷重の１３０％で２時間走行する。このとき外観または内部に異常が生じた場合は不合格（×）、生じなかった場合は合格（○）とする。
【００２７】
合格の場合は、更に最大荷重の１３０％で２時間走行し、次いで最大荷重の１４５％で４時間、次いで最大荷重の１６０％で４時間走行する。このとき外観または内部に故障が生じなかった場合には合格（◎）とする。
操縦安定性試験法：
７．５ＪＪ×１６のリムに内圧２１０ｋＰａで組み込んだ試験タイヤを排気量３．０リッターのＦＲ乗用車に装着し、訓練された５名のドライバーにてテストコースを走行してフィーリング評価する。
【００２８】
結果は、基準タイヤ（従来例１）との相対比較にて、以下の判定基準をもとに５点法で採点し、最高点と最低点を除いた３名の平均点で表す。
判定基準
５：すばらしい、４：優れる、３．５：やや優れる、３：基準同等、２．５：やや劣る（実用下限）、２：劣る、１：大きく劣る。
【００２９】
実車乗り心地性試験法：
７．５ＪＪ×１６のリムに内圧２１０ｋＰａで組み込んだ試験タイヤを排気量３．０リッターのＦＲ乗用車に装着し、訓練された５名のドライバーにてテストコースを走行してフィーリング評価する。
結果は、基準タイヤ（従来例１）との相対比較にて、以下の判定基準をもとに５点法で採点し、最高点と最低点を除いた３名の平均点で表す。
【００３０】
判定基準
５：すばらしい、４：優れる、３．５：やや優れる、３：基準同等、２．５：やや劣る（実用下限）、２：劣る、１：大きく劣る。
【００３１】
【表３】
0003688079.tif 000004
【００３２】
表３から、カーカス層を高強度アクリル系繊維コードより構成した実施例１とＰＥＴ繊維コードよりなる従来例１とを比較すると、実施例１の方が高速耐久性、操縦安定性、実車乗り心地性に優れており、タイヤ荷重耐久性については同等であることが判る。このようなタイヤ特性は高強度アクリル系繊維コードが持つ特性、特にハイモジュラスであることに起因して発現されたものといえる。ＰＥＴ繊維コードでカーカス層を構成した場合の高速耐久性試験での破壊は、カーカスコードの延伸によるタイヤの径方向成長、コード・ゴム接着面の剥離により発生した。高強度アクリル系繊維コードでも同様の破壊が発生したが、高強度アクリル系繊維コードの初期弾性率ＥがＰＥＴ繊維コードに比べて大きいためにタイヤ径方向成長は抑制され、また耐セパレーション性の指標となる剥離試験結果も良好であることから、高速耐久性に優れたタイヤが得られたものと説明される。また、操縦安定性については、カーカス層にハイモジュラスなコードを用いることによってタイヤのケーシング剛性が上がり、その結果として、操縦安定性が良好になったと考えられる。実車乗り心地性については、アクリル系繊維コードのｔａｎδ（粘弾性特性において貯蔵弾性率に対する損失弾性率の比）が、ＰＥＴ繊維コードに比べて高いため振動減衰特性によい影響が得られたものと考えられる。なお、汎用アクリル繊維コードをカーカスコードに用いたタイヤについては、コードの強度及び弾性率不足から耐久試験結果が著しく劣るため、フィーリング試験は実施していない。
【００３３】
▲２▼  次に、コード撚り係数Ｋを変化させた高強度アクリル系繊維コードを用いてタイヤを作製し、上記▲１▼の場合と同様にコード及びタイヤの評価を行った。用いたコードの撚り数は、下撚り×上撚り数（回／１０ｃｍ）３０×３０、４０×４０、４６×４６、５２×５２の４種類で、デニール数はいずれも１１００ｄ／２である。ディップ条件、及びタイヤの製造方法は上記▲１▼に準ずる。評価結果を実施例１（撚り数４６×４６）対比で表４に示した（高速耐久性の評価については実施例１を１００とした）。
【００３４】
【表４】
0003688079.tif 000005
【００３５】
表４から、コード撚り係数が最も低い比較例２の場合、タイヤ荷重耐久性に劣ることが判る。一般にコードの屈曲疲労性はコード撚り数の低減とともに劣化する。コード撚り係数が最も高い比較例３の場合、タイヤ高速耐久性が不利になる。コード撚り数を高めることでコードの初期弾性率が低くなり、タイヤが径方向成長し易いためである。以上よりコード撚り係数Ｋとしては１６５０〜２３５０の範囲にあることが好ましい。
【００３６】
▲３▼  ディップ処理時の張力条件を変化させた高強度アクリル系繊維コードを用いてタイヤを作製し、前記▲１▼と同様にコード及びタイヤの評価を行った。ディップ処理時の張力条件は、ＨＳ／ＮＬ＝０．５５／０．２８、０．５５／０．１４（実施例１）、０．２８／０．１４、０．１４／０．１４の４種類で、温度はいずれも実施例１と同じである。また、コード、及びタイヤの製造方法は実施例１に準ずる。評価結果を実施例１（０．５５／０．１４）を対比に表５に示した（高速耐久性の評価については実施例１を１００とした）。
【００３７】
【表５】
0003688079.tif 000006
【００３８】
表５から、ＨＳ、ＮＬが共に最も高い比較例４ではタイヤ荷重耐久性に劣ることが判る。この処理により得られるコードのＥｌ2.25は１．９％と低く、非常に剛直なコードであり、屈曲疲労性が低下し、荷重耐久性に劣るものと思われる。ＨＳ、ＮＬが共に最も低い比較例５ではタイヤ高速耐久性に劣ったと考えられる。この張力での熱処理は、強度弾性率の観点から不利な処理条件であり、結果としてタイヤの高速耐久性が実験例１に比べて劣ったものと考えられる。以上より判断すると、ＨＳ≧０．２ｇ／ｄ、ＮＬ≦０．２ｇ／ｄを同時に満たす熱処理が好ましく、これによって得られるＥｌ2.25＝２．０〜３．５％を満たすコードがより好ましい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、高強度アクリル系繊維コードを空気入りラジアルタイヤのカーカス層に使用することで、従来のカーカス層に使用されているポリエステル繊維コードの長所である耐疲労性を劣化させることなく、操縦安定性の向上を達成し、同時にポリエステル繊維コードの欠点であった接着性を改良して、耐セパレーション性、高速耐久性、実車乗り心地性を改善することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空気入りラジアルタイヤの一例の子午線方向半断面図である。
【符号の説明】
１  ビード部    ２  サイドウォール部    ３  トレッド部
４  カーカス層    ５  ビードコア    ６  ベルト層
【図１】
0003688079.tif 000007