JPH05195360A - ゴム補強材及びそれを含む空気入りラジアルタイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 引張り強度１５ｇ／ｄ以上の有機繊維を樹脂
含浸剤に包埋して形成した繊維−樹脂複合材素線で構成
されたコードよりなり、コード中心軸がコード長手方向
に螺旋を描き、この螺旋の１ピッチの軌跡の長さＬが１
ピッチ長λに対し、１．０１＜Ｌ／λ＜１．５０を満た
すゴム補強材及びベルト補強層の少なくとも１層に引張
り強度１５ｇ／ｄ以上の有機繊維を樹脂含浸剤に包埋し
て形成した繊維樹脂複合材素線で構成されたコードを含
み、コード長手方向にコード中心軸が螺旋を描くように
し、この螺旋の１ピッチの描く軌跡の長さＬが、１ピッ
チ長λに対して１．０１＜Ｌ／λ＜１．５０を満たして
なる空気入りラジアルタイヤ。 【効果】 タイヤを軽量化し、錆による腐食のおそれが
なく、転り抵抗に優れると共に、操縦安定性が優れ、サ
イドフォースを加えた転動条件でも耐座屈性に優れ、耐
久性が大きいベルトコードを備えたラジアルタイヤであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気入りラジアルタイ
ヤに関し、更に詳しくはベルト補強層に繊維‐樹脂複合
材素線を用いた、軽量で、操縦性及びベルトコードの耐
久性とに優れた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】現在、一般に用いられているスチールベ
ルトラジアルタイヤは、レーヨン、ポリエステル等の有
機繊維撚コードをベルトに用いた場合よりはるかに高い
ベルト剛性が得られるので、操縦安定性、耐摩耗性等の
点で極めて優れているが、一方でスチールの弱点、つま
り比重が大きいこと、そのため転り抵抗が劣ること、ま
た外部からの水の進入により錆が発生し、タイヤ故障の
懸念があると云った幾つかの問題を有していた。

【０００３】しかしながら、これらを解決するために引
張り弾性率の高いアラミド繊維や炭素繊維の撚りコード
をベルト材として使用した場合、レーヨン、ポリエステ
ルを用いた場合よりは操縦安定性や耐摩耗性が向上する
ものの、スチール対比ではまだ十分とは云えなかった。

【０００４】これはコード方向の引張歪に対しては、か
なり十分な弾性率を有するが、圧縮や曲げに対しては、
これら撚りコードが極めて細い多数のフィラメントによ
って構成された集合体であるために、非常にしなやかで
極めて低い圧縮及び曲げ弾性率しか示さなかったためで
ある。このため、コーナーリング時の接地面内のベルト
曲げ剛性が小さく、十分なコーナーリングフォースが発
生しないので、操縦性が劣っていた。

【０００５】これに対して、軽量で転り抵抗にすぐれ、
かつ十分な操縦安定性を備えたベルト材として、特開昭
６３−１３４３１０号公報、特開昭６３−１５１５０５
号公報、及び特開平３−１５１２２９号公報に高強度、
高弾性率の繊維状フィラメントに熱硬化性樹脂または熱
可塑性樹脂を含浸させた繊維強化材を用いることが提案
されているが、このコードはサイドフォースを加え転動
させると、比較的荷重の高くない場合でもコードが折
れ、耐座屈性が悪いことがわかった。

【０００６】また、この耐久性を改良すべく、同一出願
人によって、コード断面形状を偏平化するとか、また複
数本の素線を撚り合わせコードにかかる歪を低減させる
工夫が行なわれているが、ドラム上でスリップアングル
をかけ連続走行させる過酷な条件下で、耐久性評価をし
たところ、コードに圧縮入力が加わり、コードが座屈
し、更にはコード破断に到ることが判った。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、スチ
ールコードの比重が大きく、転り抵抗が大きく、水の進
入による錆発生、タイヤ破壊に到る欠点を改良し、軽量
で錆のおそれのない有機繊維を使用し、転り抵抗に優
れ、かつ十分な操縦安定性を備えると共に、スリップア
ングルを加え、サイドフォースを加え転動させた条件で
も、耐座屈性が大きく、耐久性の大きなベルトコードを
備えた空気入りラジアルタイヤを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記の問
題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、軽量で高強
力、高弾性の有機繊維を使用し、コードの中心軸が、コ
ード長手方向に対し螺旋を描くようにゴム中に埋設し、
この螺旋の１ピッチの描く軌跡の長さと１ピッチ長の比
率が、特定条件範囲を満たすことにより、前記課題を解
決しうることを知見し、本発明を完成した。

【０００９】すなわち本発明は、 １．引張り強度１５ｇ／ｄ以上の有機繊維を樹脂含浸剤
に包埋して形成された繊維−樹脂複合材素線の１本もし
くは複数本で構成されたコードよりなり、コード中心軸
がコード長手方向に螺旋を描き、この螺旋の１ピッチの
描く軌跡の長さ部分Ｌが１ピッチ長λに対して、１．０
１＜Ｌ／λ＜１．５０を満たすゴム補強材であり、 ２．左右１対のビード部と、このビード部にそれぞれ連
なる左右１対のサイドウォール部と、このサイドウォー
ル部の間に位置するトレッド部とを備え、前記１対のビ
ード部間にタイヤ周方向に対するコード角度が７５〜９
０゜であるカーカス層と、トレッド部における該カーカ
ス層上にタイヤ周方向に対するコード角度が１５〜３０
゜で互いに交差する複数層のベルト補強層とを有する空
気入りラジアルタイヤにおいて、前記ベルト補強層の少
なくとも１層に引張り強度１５ｇ／ｄ以上の有機繊維を
樹脂含浸剤に包埋して形成された繊維‐樹脂複合材素線
の１本もしくは複数本で構成されたコードを含み、コー
ド長手方向にコード中心軸が螺旋を描く、ゴム中に埋設
されたベルト補強層を有し、しかもこの螺旋の１ピッチ
の描く軌跡の長さ線分Ｌが、１ピッチ長λに対して１．
０１＜Ｌ／λ＜１．５０を満たしてなる空気入りラジア
ルタイヤである。

【００１０】前記コード中心軸とは、コード横断面で截
った時、素線が１本であれば、その素線の中心軸が、コ
ード長手方向に螺旋を描くようにし、また複数本の撚り
合わせでコードを形成したものは、素線各々の中心を想
定し、それら素線の中心を平均した位置をコードの中心
軸とし、この中心軸がコード長手方向に螺旋を描くよう
に、ゴム中に埋設する。

【００１１】ここで云う螺旋の描く軌跡Ｌは、図１に示
す通りであり、理論的には、螺旋ピッチ、螺旋半径によ
り決まる。実際上は、タイヤのベルト部を切り出し、図
２のように、ベルトトリートに沿って、表面を削ってゆ
き、素線を露出させ、螺旋ピッチλを求め、更にコード
横断面を１／４ピッチずつ観察することによって螺旋半
径を求め、これらの値より螺旋の描く軌跡Ｌを導き出
す。

【００１２】この発明に用いられる繊維樹脂複合材素線
の繊維材には、高強度、高弾性、かつ軽量の芳香族ポリ
アミド繊維、高強力、高弾性ポリビニルアルコール繊維
などが好適に用いられる。これは前述した繊維の比重が
１．３〜１．５位で、スチールコードの７．９に比べ、
非常に小さく、更に引張り強度も高いために使用する繊
維量が少なくてすみ、軽量化を図る上で必要不可欠であ
る。この比重が小さく、強度が高いという条件さえ満た
せば、繊維樹脂複合材素線の繊維材料に使えるので、繊
維種は前記の２種に限られるものではない。

【００１３】この発明で用いられる芳香族ポリアミド繊
維として、例えばポリ（１，４‐フェニレンテレフタル
アミド）繊維、ポリ１，４‐フェニレンテレフタルアミ
ド‐３，４′ジアミノジフェニルエーテル共重合体繊
維、ポリ（１，４‐ベンズアミド）繊維、ポリ（１，３
‐フェニレンイソフタルアミド）繊維等が挙げられ、高
強度高弾性ポリビニルアルコール繊維としては、ジメチ
ルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、エチレングリコール、グ
リセリン等の有機溶剤系紡糸原液から半乾半湿式紡糸方
法にて紡糸し、延伸して得られる高強度高弾性のポリビ
ニルアルコール繊維であって１５ｇ／ｄ以上の原糸強度
を有し、従来のビニロンと区別される繊維が挙げられ、
特にこのような繊維のポリビニルアルコール分子内の水
酸基の一部を脱水酸基又は水酸基封鎖処理したものが耐
疲労性にすぐれており好適に使用される。

【００１４】この発明で用いられる前記繊維のヤーン引
張強度Ｔ_Y が１５ｇ／ｄ以上であることが必要であり、
この値より小さいとコードを過度に太くしたり、ベルト
層数を増加しなければならないので、十分な軽量化を達
成することができない。

【００１５】前記繊維を包埋するのに用いられる樹脂含
浸剤としては、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂のいずれ
でも使用することができる。熱硬化性樹脂としては、エ
ポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹
脂、メラミン樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリイミド樹
脂、ビスマレイミド樹脂、フリーデルクラフツ樹脂、フ
ラン樹脂、シリコン樹脂、アリル樹脂などが挙げられ
る。前記熱可塑性樹脂としては、６６ナイロン、６ナイ
ロン、４，６ナイロン、ポリエステル、ポリエーテルエ
ーテルケトン、ポリカーボネート、ポリアセタールなど
が挙げられる。これら樹脂は、熱硬化性樹脂の２種以
上、熱可塑性樹脂の２種以上又は熱硬化性樹脂と熱可塑
性樹脂との適宜選択されたブレンドでもよい。

【００１６】前記のコード中心軸について、図３を用い
て、説明する。図３は複数本の撚り合わせられた時の中
心点の求め方を図示した断面図であって、 左から１）素線１本の場合、この場合は素線の中心線が
中心軸となる。 ２）素線２本の場合は、２本の素線の接点、即ち２本の
中心を結ぶ線の中点の軌跡が中心軸となる。 ３）素線３本の場合は、３本の素線の断面の円の中心の
なす三角形の重心の位置の点の軌跡が中心軸となる。

【００１７】本発明で用いられる繊維樹脂複合材素線
は、コードの横断面の前記中心軸がそのコード長手方向
に対し、螺旋を描き、コードに圧縮入力が加わった時
に、コード全体が歪み、入力を緩和するものであり、繊
維樹脂複合材素線が１本であれば、その素線の中心軸が
螺旋を描き、複数本の素線の撚り合わせでコードを形成
している場合は、コード横断面から複数本の繊維樹脂複
合材素線の夫々の中心を考え、それら素線の中心を平均
した位置をコードの中心と考えてその点の軌跡を中心軸
とする。この場合、このコードの中心軸の回りを各素線
が回転しても、しなくても構わない。このコードの中心
軸が螺旋を描くことにより、耐久性が向上する。

【００１８】この螺旋は、螺旋ピッチが長過ぎると、圧
縮入力が加わった時にコードの螺旋変形が起きず、全く
螺旋形状を施していないコードと同様にコードの座屈が
早期に生じてしまう。また螺旋ピッチが短か過ぎると、
圧縮入力を加えた時に、充分な圧縮剛性がなく、タイヤ
のベルト材としての機能を果さない。

【００１９】また螺旋ピッチと同様に、螺旋の描く螺旋
半径についても同じことが言え、螺旋半径が小さいと、
圧縮入力を加えてもコードが螺旋変形を生じないため、
コードの座屈がやはり早期に生じる。逆に螺旋半径が大
き過ぎると、圧縮入力を加えた場合、圧縮剛性が低く、
タイヤの性能上好ましくない。

【００２０】螺旋のモデルを図１に示し、螺旋の座標を
螺旋がまきついたと想定される円筒の中心軸をＺ軸と
し、この円筒の断面の円の中心からＸ軸、Ｙ軸をとり、
Ｘ軸上の点よりはじまる円筒面上の螺旋曲線上の点
（ｘ，ｙ，ｚ）とし、断面平面図上の投影図の円周上の
点（ｘ，ｙ）と円の中心を結ぶ半径のＸ軸となす角θを
とって、螺旋上の点の座標（ｘ，ｙ，ｚ）をθの関数で
表わすと、 ｘ＝ｆ（θ）＝ｒｃｏｓθ ｙ＝ｇ（θ）＝ｒｓｉｎθ ｚ＝ｈ（θ）＝λ・θ／２π （θ＝０の時、ｚ＝
０，θ＝２πの時ｚ＝λの条件）

【００２１】今、１ピッチの螺旋の描く、軌跡の長さを
線分Ｌとすると、

【数１】 これによってＬ＝（４π² ｒ² ＋λ² ）^1/2 と表わすこ
とができる。

【００２２】本発明者らの試験によれば、螺旋ピッチも
螺旋半径もこの螺旋の描く軌跡の長さに含まれるから、
１ピッチ当りの螺旋の描く軌跡の長さが１．０１＜Ｌ／
λ＜１．５０の範囲にあると、前述したタイヤの耐久性
と圧縮剛性の両方を満たし、タイヤのベルト材に好適に
用いられる。好ましくは１．０１＜Ｌ／λ＜１．３０で
ある。また、螺旋の中心軸と想定される軸に直角な平面
に螺旋の描く軌跡を投影した場合、円に限られる訳では
なく楕円であってもよい。

【００２３】また、繊維樹脂複合材素線は、その径が
１．０mm以下が好ましくベルト材のゲージから、径が
１．０mm超の太さがあると、ゲージ厚になり、タイヤ重
量増となり、軽量化の意図に反することになる。また繊
維樹脂複合材素線の径が１／１００mm以下であると、樹
脂による螺旋の型づけが難しく、これも好ましくない。
このような最終的な素線のコード径を考えると、１．０
mm＞２γ＞１／１００が好ましい。

【００２４】図２はタイヤのベルト部を切り出し、ベル
トトリートに沿って表面を削ってゆき、素線を露出させ
て、螺旋ピッチλを求め、更にコード横断面を１／４ピ
ッチずつ観察することによって螺旋半径ｒを求め、これ
らの値から螺旋の描く軌跡Ｌを実用上導き出し得ること
を示す断面図である。

【００２５】

【実施例】以下に、本発明を実施例によって、更に具体
的に説明するが、本発明はこの実施例によって何等限定
されるものではない。

【００２６】繊維樹脂複合材素線の繊維には、ＤｕＰｏ
ｎｔ社製のアラミド繊維ケブラー１５００デニールの無
撚りを用い、これにエポキシ樹脂を繊維：樹脂の重量比
率６０：４０になる様に付与し、ヒートゾーンにて熱処
理し、半硬化させた後、適宜複合材素線を束ね、更に２
００℃のヒートゾーン内で、径の中心を軸として回転し
ている金属棒に斜め方向から数回からんでいる間に熱硬
化し、螺旋を連続的に型付けした。

【００２７】またスチールコード製造の様に、適宜複合
材素線を束ね、型付けロールを通して熱処理し、熱硬化
させる螺旋の型付けも可能である。更に通常のレゾルシ
ン‐ホルムアルデヒド‐ラテックス（ＲＦＬ）処理のデ
ィップ液に浸漬し、乾燥熱処理したものを使用した。

【００２８】これらコードを平行に並べ、上下からコー
ティングゴムで挾み、ベルトトリートとし、２０５／６
０ Ｒ１５サイズのタイヤのベルト層に適用し、各種試
験を行った。 カーカスとしてはポリエステル１０００
ｄ／２の２プライを適用した。耐久性評価は、ドラムに
対し、タイヤのスリップアングル６度一定とし、時速５
０km／hrで荷重５１５kg、内圧２．０kg／cm² の条件
で、２０時間の連続走行させた後、ベルト部分の故障を
確認する為に、この部分を露出させ、コードの座屈及び
破断状況を確認し、座屈コード本数を数えた。

【００２９】操縦性評価は、内圧１．７kg／cm² 、荷重
３７５kg、時速３０km／hrの条件下で、ドラムに対する
タイヤのスリップアングルを１度ずつ１４度までかけて
いった時のコーナーリングフォースを測定し、ＣＦ（コ
ーナーリングフォース）−ＳＡ（スリップアングル）曲
線の立上りの直線の傾きつまり、操舵時における横力の
発生状況を表わす数値 コーナーリングパワー（ＣＰ）を求め指数表示を行う為
に実施例１を１００とし、他は実施例１で除した値に１
００をかけた値を記載した。

【００３０】その結果を表１に示す。

【表１】

【００３１】表１によって明らかな通り、実施例１に対
し、比較例１は螺旋ピッチλが長く、結果としてＬ／λ
が小さくなり、又比較例３では螺旋半径が小さく、Ｌが
小さくなるため、同様にＬ／λが小さくなっている。更
に実施例１の操縦性評価のＣＰ値を１００として、比較
例１と比較例３とを比べると、操縦性指数は夫々良好な
ものの、耐久ドラムを走行させると、どちらもコード座
屈を生じてしまう。このＬ／λを上げてゆくと、実施例
２，３と操縦性はやや下がり気味だが、コード座屈は起
らず、耐久性は問題がない。しかしＬ／λを１．５１０
まで上げた比較例２では、ＣＰ値指数が５５まで大きく
落ちてしまい、実用上問題となる。

【００３２】

【発明の効果】空気入りラジアルタイヤのベルト補強層
の少なくとも１層に有機繊維樹脂複合材素線の１本もし
くは複数本で構成されたベルトコードのコード中心軸が
特定された範囲内の螺旋を描くように構成すると、タイ
ヤを軽量化できると共に錆による腐食の問題もなく、操
縦性に優れ、スリップアングルを与えつづける連続走行
のドラム試験でもコードの耐久性が優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は螺旋の描く軌跡を求めるためのモデル図
である。

【図２】図２は、実際のタイヤのコードから、螺旋半
径、螺旋ピッチを求めるための模式図である。

【図３】図３は繊維樹脂複合材素線を複数本撚り合わせ
た時の中心軸の位置を示した説明図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｄ０７Ｂ 1/06 Ａ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 引張り強度１５ｇ／ｄ以上の有機繊維を
   樹脂含浸剤に包埋して形成された繊維−樹脂複合材素線
   の１本もしくは複数本で構成されたコードよりなり、コ
   ード中心軸がコード長手方向に螺旋を描き、この螺旋の
   １ピッチの描く軌跡の長さ部分Ｌが１ピッチ長λに対し
   て、１．０１＜Ｌ／λ＜１．５０を満たすゴム補強材。
2. 【請求項２】 左右１対のビード部と、このビード部に
   それぞれ連なる左右１対のサイドウォール部と、このサ
   イドウォール部の間に位置するトレッド部とを備え、前
   記１対のビード部間にタイヤ周方向に対するコード角度
   が７５〜９０゜であるカーカス層と、トレッド部におけ
   る該カーカス層上にタイヤ周方向に対するコード角度が
   １５〜３０゜で互いに交差する複数層のベルト補強層と
   を有する空気入りラジアルタイヤにおいて、前記ベルト
   補強層の少なくとも１層に引張り強度１５ｇ／ｄ以上の
   有機繊維を樹脂含浸剤に包埋して形成された繊維‐樹脂
   複合材素線の１本もしくは複数本で構成されたコードを
   含み、コード長手方向にコード中心軸が螺旋を描く、ゴ
   ム中に埋設されたベルト補強層を有し、しかもこの螺旋
   の１ピッチの描く軌跡の長さ線分Ｌが、１ピッチ長λに
   対して１．０１＜Ｌ／λ＜１．５０を満たしてなる空気
   入りラジアルタイヤ。