JPH05229304A - 空気入りラジアルタイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 複数層のベルト補強層を有する空気入りラジ
アルタイヤにおいて、ベルト補強層の少なくとも１層が
引張強度１５ｇ／ｄ以上の有機繊維を樹脂中に包埋した
繊維−樹脂複合材素線で構成されたコードで補強され、
このコードの曲げ剛性が２００００mg以上、８００００
mg以下であり、コード長手方向にコード横断面の中心軸
が螺旋を描くようにゴム中に埋設されたベルト層であ
り、このベルト層の上層又は下層、あるいは間に挟み込
むように引張強度１５ｇ／ｄ以上の有機繊維を撚り合わ
せた曲げ剛性１００００mg以下のコードよりなるベルト
層を１層又は複数層配置したコンビネーションベルト構
造を含む空気入りラジアルタイヤ。 【効果】 全有機繊維コードを使ったベルトを使用して
いるにも拘らず、ベルト剛性を高く保持できると共に、
接地性も高くでき、軽量化、低転り抵抗性、易廃棄性を
満足させながら、全体として操縦安定性の高いタイヤと
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ベルト層に特異な有機
繊維を強化材とするベルト補強層を有する空気入りラジ
アルタイヤに関する。更に詳しくは、接地性が高く、操
縦安定性が高く、全有機繊維ベルトで軽量かつ転がり抵
抗が低く、易廃棄性を有するラジアルタイヤに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、一般に用いられているスチールラ
ジアルタイヤは、有機繊維撚りコードをベルトに用いた
タイヤよりも、はるかに高いベルト剛性が得られるの
で、操縦安定性、耐摩耗性などの点で極めて優れてい
る。しかし一方で、スチールコード故の欠点、つまり比
重が大きいためタイヤ重量が重くなり、転がり抵抗が劣
り、また外部から水が浸入した場合、錆が発生し、タイ
ヤ破壊の懸念がある。また廃タイヤを燃焼処理する場合
にスチールが残るという廃棄性が悪いといった問題も有
している。

【０００３】特にタイヤ軽量化による転がり抵抗の低
減、易廃棄性は社会的要求も非常に高く、これらの要件
を満たすベルト材としては、有機材料が最も適している
と考えられる。しかしながら、一般的な有機繊維撚りコ
ードでは、引張方向には十分な弾性率を有するものの、
圧縮や曲げに対しては、極めて低い弾性率しか示さな
い。このためコーナリング時の接地性は良好であるにも
かかわらず、ベルト曲げ剛性が小さいので、十分なコー
ナリングフォースが発生せず、操縦性が劣っていた。

【０００４】これに対し、軽量で、転り抵抗が小さく、
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、特開平３−１５１２２９号公報などが提案され
ている。

【０００５】特開昭６３−１３４３１０号公報では、引
張強度１０ｇ／ｄ以上、引張弾性率２００ｇ／ｄ以上の
フィラメント多数本からなるコード状繊維束又は織物に
硬化後の引張弾性率が１５０kgf ／mm² 以上の熱硬化性
樹脂を１５重量％以上含浸付着させた繊維強化剤をベル
ト補強層に用いた空気入りラジアルタイヤが開示されて
いる。

【０００６】特開昭６３−１５１５０５号公報では、こ
の熱硬化性樹脂の代りに熱可塑性樹脂を含浸させたベル
ト層を有する空気入りラジアルタイヤが開示されてい
る。

【０００７】特開平３−１５１２２９号公報には、ポリ
パラフェニレンテレフタルアミドの連続フィラメントに
対して、少なくとも１５重量％のエポキシ樹脂を含浸さ
せ、フィラメント束の線密度が３００〜２０００デシテ
ックスであり、合成物質の量がフィラメント束の２０〜
５０重量部であるラジアルタイヤの強化部材が開示され
ている。

【０００８】このように、高強度、高弾性の繊維状フィ
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は既に提案されているが、こ
のコードはドラム上でスリップアングルをかけ、連続走
行させる条件下で耐久性を評価したところ、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
至ることが判った。

【０００９】この耐久性を改良すべく、本出願人は先に
コード横断面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することによって操縦安定性を
損なうことなく耐久性を大幅に向上させたラジアルタイ
ヤを出願している。しかし、前記のコードは、スチール
コードに近い曲げ剛性を持っているためコーナリング時
もスチールベルトタイヤと同等のバックリング変形が発
生し、接地性が悪化して、その結果操縦性が十分なもの
でないことが判った。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は空気入
りラジアルタイヤにおいて、有機繊維コードを使用する
ことによるタイヤ軽量化により、転り抵抗の低減、易廃
棄性の要件を満たすと共に、有機繊維コードで問題とな
る圧縮や曲げ剛性を高く保つと共に、接地性を改良し
て、良好な操縦性を有する空気入りラジアルタイヤを提
供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決するため鋭意研究を重ねた結果、複数のベルト補強
層のうち少なくとも１層が、コード断面の中心軸が螺旋
を描く、繊維−樹脂複合コードからなるベルト層であ
り、この上層、又は下層又はこれに挟み込むように有機
繊維撚りコードよりなるベルト層を配したコンビネーシ
ョンベルト構造とすることにより解決し得ることを見い
出し本発明を完成した。

【００１２】すなわち、本発明は、（１） タイヤ周方
向に対するコード角度が１０〜３５°で互いに交差する
複数層のベルト補強層を有する空気入りラジアルタイヤ
において、該ベルト補強層の少なくとも１層が引張強度
１５ｇ／ｄ以上の有機繊維を樹脂含浸剤中に包埋して形
成した繊維−樹脂複合材素線１本もしくは複数本で構成
されたコードで補強され、このコードの曲げ剛性が２０
０００mg以上、８００００mg以下であり、コード長手方
向にコード横断面の中心軸が螺旋を描くようにゴム中に
埋設されたベルト層であり、該ベルト層の上層もしくは
下層または間に挟み込むように引張強度１５ｇ／ｄ以上
の有機繊維を撚り合わせた曲げ剛性１００００mg以下の
コードよりなるベルト層を一層もしくは複数層有するコ
ンビネーションベルト構造を含んでなる空気入りラジア
ルタイヤである。

【００１３】この発明に用いられる繊維樹脂複合材素線
の繊維材としては、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。これらの繊維の比重は
１．３〜１．５位であり、スチールコードの比重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、軽量化を考える上で必要不
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。

【００１４】この発明で用いられる芳香族ポリアミド繊
維としては、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）繊維等が挙げられる。

【００１５】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。

【００１６】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、十分な軽量化が
達成できない。

【００１７】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。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。

【００１８】この発明に用いられる繊維樹脂複合コード
は、コードの横断面の各素線の中心軸がそのコード長手
方向に対し、螺旋を描くようにゴム中に埋設され、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
緩和し、耐久性が向上する。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、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】一般に螺旋のモデルを図１に示した場合、
螺旋の座標をθの関数で表わすと ｘ＝ｆ（θ）＝γcos θ ｙ＝ｇ（θ）＝γsin θ ｚ＝ｈ（θ）＝λ×θ／２π （θ＝０の時、ｚ＝
０，θ＝２πの時、ｚ＝λの条件） いま１ピッチの螺旋の描く、軌跡の長さを線分Ｌとする
と

【００２１】

【数１】

【００２２】によってＬ＝（４π² γ² ＋λ² ）^1/2 と
表わせる。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。更に好まし
くは、１．０１＜Ｌ／λ＜１．３０である。また、コー
ド断面の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】この螺旋形状の繊維樹脂複合コードは曲げ
剛性が２００００mg以上、８００００mg以下の範囲であ
ると、スチールベルト並のベルト曲げ剛性を得ることが
でき、操縦安定性向上のために好適に用いられる。曲げ
剛性が２００００mg未満であると、ベルト曲げ剛性が小
さくなり、十分な操縦性が得られなくなる。また曲げ剛
性が８００００mg超であると、コードが剛直すぎて、疲
労性で問題が生じてくる。

【００２４】この発明に用いられる有機繊維撚りコード
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、これら繊維の比重が１．３〜
１．５位で、スチールコードの比重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、軽量化を考え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、有機繊維撚りコード用素線の繊維材料として使える
ので、繊維種は、前記２種に限られるものではない。

【００２５】この有機繊維撚りコードは、曲げ剛性で１
００００mg以下の範囲であればベルト曲げ剛性が小さく
なるので、接地性向上のため有効に用いられる。曲げ剛
性が１００００mg超であると、ベルトが剛くなるので、
接地性向上には効果がなくなる。

【００２６】この発明に用いられるベルト構造としては
図２のようなものが考えられる。接地性向上を目指す場
合には、トレッド側ベルトに撚りコードベルトを用いれ
ばよい。ただし、図２ののように撚りコードベルトが
２枚になると接地性も増し、ベルト剛性もあがり、操縦
性もよくなるが、タイヤ重量がスチールベルト並になっ
てしまい、オール有機繊維ベルトの軽量効果がなくなっ
てしまう。従っての構造が好適に用いられる。

【００２７】曲げ剛性の高い繊維樹脂複合コードベルト
と、曲げ剛性の低い有機繊維撚りコードベルトを組み合
わせることによって、ベルト剛性としては多少おちる
が、しかしながら接地性が高く、トータルとして操縦安
定性の高いタイヤを作ることができる。なおかつ、オー
ルテキスタイルベルトという事で軽量化、低転り抵抗、
易廃棄性を満たすことができる。

【００２８】

【実施例】以下に実施例によって、本発明を更に具体的
に説明するが、本発明は、この実施例によって限定され
るものでないことは勿論である。繊維樹脂複合材素線の
繊維には、アラミド繊維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になるように含浸し、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２００℃
のヒートゾーン内で、径の中心を軸として回転している
金属棒にななめ方向から数回からませ、連続的にからん
でいる間に熱硬化させ、螺旋を型付けした。更に通常の
レゾルシノール‐ホルムアルデヒド‐ラテックス（ＲＦ
Ｌ）のディップ液を塗布し、乾燥熱処理したものを使用
した。有機繊維撚りコードの繊維には、アラミド繊維
（１５００デニール２本撚）、ポリビニルアルコール繊
維（１５００デニール２本撚）を使用した。

【００２９】これらのコードの曲げ剛性はガーレー・ス
ティフネスの測定法で測定を行った。ガーレー・スティ
フネスの測定法は以下の通りである。処理コードを枠に
固定させ、繊維種に見合う温度で熱セットし、コードを
真直な状態に保たせる。これを規定の試料長さに切断
し、ガーレー・スティフネス・テスターでスティフネス
を測定する。図３にガーレー式試験機の斜視図を示す。
試料の取付け及び測定法は ア、チャック設定位置１．０インチ（駆動軸に任意設定
のチャックが取付けられている）にチャックを固定さ
せ、テストピースを取付ける。 イ、回転棒（軸より下部）に荷重任意設定孔が軸より１
インチ、２インチ、及び４インチの位置にあるので試料
の柔軟性に応じ荷重の重さ及び孔の位置を設定する。こ
の場合、目盛板に針が２〜４に指示する様、荷重及び孔
の位置を選ばなければならない。 ウ、テスト・ピースに見合う設定が出来たならば、駆動
ボタンを押し、駆動軸を左右に動かし、針が指す目盛板
の数値を０．１単位迄読取る。 エ、１つのテストピースにつき、左右１回、テストピー
ス１０本、計２０回の値を求め、１試料の平均値を求め
る。 計算法は次の通りである。各測定値の平均値を次式で計
算する。 スティフネス(mg)＝RG× ｛(W1 ×1)＋(W2 ×2)＋(W3
×4)｝／5 × L² ／W ×9.88 但し、ＲＧ：測定値の平均値 Ｗ１：１インチの荷重位置（孔）に掛ける荷重（単位
ｇ） Ｗ２：２インチの荷重位置（孔）に掛ける荷重（単位
ｇ） Ｗ３：４インチの荷重位置（孔）に掛ける荷重（単位
ｇ） Ｌ ：サンプル長−１／２インチ（インチ） Ｗ ：サンプルの幅（ｍｍ）

【００３０】実施例、比較例で使用した各コードの曲げ
剛性値を表１に示す。

【表１】 上記複合コードの曲げ剛性は、撚り本数でコントロール
したが、含浸樹脂の種類及び複合コード径でコントロー
ルすることもできる。これらのコードを平行に並べ、上
下からコーティングゴムで挟み、繊維樹脂複合コードベ
ルトトリート、アラミドもしくはＰＶＡ繊維撚りコード
ベルトトリートとし、これらを用いた２枚切り離しベル
ト構造で、１７５／７０Ｒ１３サイズのベルト層に適用
して、各種試験を行った。カーカスとしてはポリエステ
ル１５００デニール／２の１プライを適用した。ベルト
構造は図２ののタイプで下の１ベルトが繊維樹脂複合
コード、上の２ベルトがアラミド繊維又はＰＶＡ繊維撚
りコードである。

【００３１】ベルト剛性の測定は、タイヤからベルト交
錯層部を一定長さの板状に切り出し、３点曲げ治具を用
いて、サンプルに一定速度の歪みを加え、その時の応力
変化を記録し、その初期の傾きより求めた。（図４、
Ａ、Ｂ参照） スリップアングル（Ｓ．Ａ．）付加時の接地性の評価
は、タイヤをリム組後、内部に石膏を流し込み、内圧
１．８kg／cm² 、加重４４０kgをかけ、スリップアング
ル１０°を与えたままタイヤを半回転させ、そのまま固
定し、路面内部に発生した波うち（バックリング）の型
をとったものを取り出して、その波うちの深さを測定し
て接地性の評価とした。操縦性は３７５kgの負荷をかけ
た時のＣＰ（kgf ／deg.）で評価した。外径１，５００
ｍｍのドラム上に内圧１．７０ｋｇ／ｃｍ² に充填した
試験タイヤを設置し、荷重３７５ｋｇを負荷させた後３
０ｋｍ／ｈｒの速度で３０分間予備走行させ、無負荷状
態で、内圧を１．７０ｋｇ／ｃｍ² に再充填し、再度３
７５ｋｇの荷重を負荷し、同一直径の前記ドラム上でス
リップアングルを最大±１４°迄正負連続してつける。
正負各角度でのコーナリングフォース（ＣＦ）を測定
し、次式でコーナーリングパワー（ＣＰ）を決めた。 CP(kg/deg)＝｛CF(1°)(kg) ＋CF(2°)(kg) ／2 ＋CF(3
°)(kg)/3 ＋CF(4°)(kg) ／4 ｝／4 更にコーナリングの際の操縦性のフィーリング評点を１
０点満点評価した。即ち、各試作タイヤを乗用車に装着
し、専門のドライバーにより操縦安定性フィーリングテ
ストを行なった。 評価はコントロールとの対比で ０：「変らない」 ＋２：「やや良いと思われる」 ＋４：「やや良い」 ＋８：「良い」 ＋９：「かなり良い」 に区分した。測定結果を表２に示す。

【００３２】

【表２】

【００３３】実施例１に対し、比較例１は１ベルト、２
ベルト共にスチールコード並の高い曲げ剛性を持つ複合
コードを使用しているためベルト曲げ剛性が非常に高く
またＣＰ値も高い。しかし接地性が非常に悪いためコー
ナリング時のフィーリング評点では早期にスリップが発
生してしまい操縦性は悪い。また比較例２では１ベル
ト、２ベルト共に曲げ剛性の低いアラミド撚コードを使
用しているためベルト曲げ剛性は非常に低く、接地性は
良いにも拘らずＣＰ値が低くコーナリング時のフィーリ
ング評点では応答性が悪い。以上の事より曲げ剛性の高
い繊維樹脂複合コードと曲げ剛性の低い撚りコードを組
み合わせるコンビネーションベルト構造によって、ベル
ト剛性としては若干落ちるが全体として操縦安定性が高
くなるといえる。更に以下のような比較を行いコンビネ
ーションベルト構造が十分な操縦安定性を示すコード曲
げ剛性の範囲を定めた。実施例１に対し、比較例３は、
複合コードの曲げ剛性が低すぎて、十分なベルト剛性を
もつことができず、接地性は良いにも拘らず、ＣＰ値が
低く、ドライブフィーリング、特にコーナリング時の応
答性が遅い。また比較例４では、複合コードの曲げ剛性
が高すぎ、ベルト剛性が高くまたＣＰ値も高いにも拘ら
ず、接地性が極端に悪化し、コーナリング時のフィーリ
ング評点では早期にスリップが発生してしまい操縦性は
悪い。

【００３４】実施例２のように撚り本数を変えて、複合
コードの曲げ剛性を低くしていくと、接地性は良くなる
が、ＣＰ値は多少小さくなる。実施例３のように、複合
コードの曲げ剛性を高くしていくと、接地性は悪化する
ものの、ＣＰ値は高くなる。実施例２，３をフィーリン
グ評点で比較すると、トータルとして殆ど同じ結果とな
った。また実施例４のようにＰＶＡ繊維撚りコードを使
用すると、曲げ剛性が多少大きくなるが、ベルト剛性、
接地性共に実施例１のアラミド繊維撚りコードベルトと
殆ど変らず、フィーリング評点もほぼ同等である。すな
わち、複合コードの曲げ剛性が２００００mg以上、８０
０００以下の範囲であると、ベルト剛性と接地性のバラ
ンスがうまく取れて、フィーリング評価において十分な
操縦安定性を示す。

【００３５】

【発明の効果】曲げ剛性の高い繊維樹脂複合コードと曲
げ剛性の低い撚りコードベルトを組み合わせるコンビネ
ーションベルト構造によって、ベルト剛性としては若干
落ちるが、接地性が高くなり、全体として操縦安定性の
高いタイヤを作ることができる。またオールテキスタイ
ルベルトということで、軽量化、低転り抵抗性、易廃棄
性を満たすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は繊維−樹脂複合材のコードの螺旋形の説
明図である。

【図２】図２はベルト補強層中の繊維樹脂複合コードベ
ルト（螺旋コード）と繊維撚りコードベルトとの配置を
示した説明図である。

【図３】図３はガーレー・スティフネス試験機（Ａ）及
びその主要部（Ｂ）の説明図であり、コード曲げ剛性測
定法の説明用図である。

【図４】図４はベルト剛性の測定法（Ａ）とその概念の
説明図（Ｂ）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 // Ｂ２９Ｋ 21:00 105:10 Ｂ２９Ｌ 30:00 4Ｆ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タイヤ周方向に対するコード角度が１０
   〜３５°で互いに交差する複数層のベルト補強層を有す
   る空気入りラジアルタイヤにおいて、該ベルト補強層の
   少なくとも１層が引張強度１５ｇ／ｄ以上の有機繊維を
   樹脂含浸剤中に包埋して形成した繊維−樹脂複合材素線
   １本もしくは複数本で構成されたコードで補強され、こ
   のコードの曲げ剛性が２００００mg以上、８００００mg
   以下であり、コード長手方向にコード横断面の中心軸が
   螺旋を描くようにゴム中に埋設されたベルト層であり、
   該ベルト層の上層もしくは下層または間に挟み込むよう
   に引張強度１５ｇ／ｄ以上の有機繊維を撚り合わせた曲
   げ剛性１００００mg以下のコードよりなるベルト層を一
   層もしくは複数層有するコンビネーションベルト構造を
   含んでなる空気入りラジアルタイヤ。