JP2614439B2

JP2614439B2 - 空気入りラジアルタイヤ

Info

Publication number: JP2614439B2
Application number: JP61298869A
Authority: JP
Inventors: 修二高橋; 康雄鈴木; 清大山口; 重夫表
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 1986-12-17
Filing date: 1986-12-17
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2012-05-28
Also published as: JPS63151505A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、ベルト層に熱可塑性樹脂をマトリックスと
する繊維強化材を用いることにより、操縦安定性を損な
うことなくタイヤ転動抵抗を減少せしめた空気入りラジ
アルタイヤに関する。

〔従来技術〕

従来、自動車の普及、高速道路の充実と共に乗用車用
タイヤのラジアル化が進み、新型車に装着されているタ
イヤのラジアル比率は、約80％にも達している。このよ
うにラジアルタイヤが普及してきたのは、その独特なラ
ジアル構造により耐摩耗性、耐高速性、操縦安定性が従
来のバイアスタイヤに比べて優れていることに起因して
いる。良く知られている乗用車用ラジアル・プライ・タ
イヤの構造は、トレッド部とそのトレッド部の両肩でこ
れに連なる一対のサイド部とサイド部の内周にそれぞれ
形成した一対のビート部をそなえ、タイヤの半径方向に
コードを配列してなるカーカス及びそのカーカスを取り
巻くベルト層より構成されている。このカーカス部、ベ
ルト部は、ビート部と共にタイヤの強度を保持する重要
な役割をもっている。そして、一般的にベルト層はタイ
ヤ周方向に対しコードを10度〜30度に配列した２層以上
のプライから成り、またカーカスは周方向に対しほぼ90
度に配列された１層または２層のプライから形成されて
いる。ラジアルタイヤの特徴は、このベルト層、カーカ
スにある。カーカスはタイヤに柔軟性を与え、ベルト層
はカーカスを拘束し、それはあたかも、桶の“タガ”の
ような役割をもっている。このベルト層により、トレッ
ド踏面部がかためられるためトレッド踏面部の動きが押
さえられ、前記良好なタイヤ特性が得られる。昭和48年
のオイルショック以来、省エネルギーが叫ばれ、自動車
においても、その低燃費性は大きな車両特性となり、従
来タイヤに比べ良好なタイヤ特性をもつ乗用車は、ラジ
アル・プライ・タイヤにおいても様々な角度から改善が
要求されている。自動車における低燃費性は、エンジン
の熱効率を向上することと、いかに走行抵抗を低減化す
ることができるかによる。自動車にとって重要部品の１
つであるタイヤは、走行抵抗に大きく影響するもので、
低燃費化の一翼をになうものである。

この車両の走行抵抗は一般に、（１）各軸受摩擦など
の機械的損失に起因する転動抵抗、（２）空気抵抗、
（３）勾配抵抗、（４）加速抵抗、（５）タイヤ転動抵
抗、と大別することができる。このうち（５）のタイヤ
転動抵抗の占める割合は、車両の速度によって変化する
が、空気抵抗の小さい100km/h以下の速度域では50％以
上に達するといわれている。タイヤの転動抵抗は更にそ
のメカニズムから分析すると、（ａ）ヒステリシス・ロ
ス、（ｂ）摩擦抵抗、（ｃ）空気抵抗に分けられ、この
うちヒステリシス・ロスは、タイヤ転動抵抗の90％以上
を占めるといわれている。このヒステリシス・ロスを低
減することが、前記タイヤ転動抵抗を低減化するのに極
めて有効であることは言うまでもない。そして、このヒ
ステリシス・ロスによって生ずる転動抵抗は次式によっ
て表されることは、一般的に知られている。

転動抵抗＝H/2πｒここで、Ｈ＝ΣUi・sinδ・Vi ｒ＝タイヤ半径 Ui:タイヤ各部の歪エネルギー sinδ：タイヤ各部のエネルギー損失量 Vi:タイヤ各部の体積これから、ヒステリシス・ロスを小さくする要因をタ
イヤ半径を一定して考えると、ヒステリシス・ロスUi、
sinδ、Viに影響を受けることがわかる。Uiは、タイヤ
形状、その他、外的要因によって影響を受け易く、また
それを定量的に把握することはむずかしい。このため、
ヒステリシス・ロスを小さくする手段として現在、一般
的に用いられているのはsinδ、Viを小すくする方法が
取られている。これまでに、sinδ、Viを小さくする方
法として取られてきたのは、sinδについて低発熱トレ
ッド・コンパウンドの採用、またViについては各部材の
軽量化である。トレッド・コンパウンドを低発熱化する
と、湿潤路特性が低下し、ウェット路面に於ける安全性
が低下し、安易にこの方法を取ることができない。ま
た、各部材の軽量化は効果があるが、しかし単純に各部
材の重量を軽減するだけでは耐久性が低下するだけでな
く、タイヤの基本性能が低下してしまうので、現行基本
性能を維持し、各部材を軽量化することはむずかしいこ
とは周知の事実である。これらのむずかしい条件の中で
タイヤの軽量化を計るには、従来の材料に匹敵する特性
をもつ新材料で、しかも軽量な新材料が要求されてい
た。

現在、一般に用いられている乗用車用ラジアル・プラ
イ・タイヤは、周方向に対しコードをほぼ90度に配列し
たカーカスプライと周方向に対しコードを15度〜30度に
配列したベルト層より構成されている。そして、カーカ
ス部材としては、ナイロン、ポリエステル等の有機繊維
が用いられている。ベルト層には、スチールが主として
用いられている。スチールは初期モジュラスが上記有機
繊維より大きく、このためベルト部の剛性が高められ、
乗用車用ラジアル・プライ・タイヤの優れた特性を保持
する上で重要な材料となっている。このような優れた特
性があるため、スチール・ベルトはタイヤが走行中障害
物に当たり、トレッド部に傷がつきその傷がベルトまで
達すると雨水等が入り、その水分によりベルト層がサビ
るという欠点があるが、現在、ベルト材として広く使わ
れている。しかし、一方スチールは重量当たりの引張強
さが極めて低いので、タイヤ重量、特にベルト部の重量
が大きくなり、スチール・ベルトの重量はタイヤ全体の
重量の15〜17％を占めている。即ち、ベルト部の重量を
如何に低減するかということが、タイヤ転動抵抗を減ら
す上に重要となっている。軽量化という面で考えれば、
ベルト材として前記有機繊維があるが、これらは初期モ
ジュラスがスチールより大幅に低いためベルト部の剛性
が不足し、操縦安定性の悪化を招く。

最近の繊維材料の研究開発はめざましいものがあり、
特に液晶紡糸、超延伸、ゲル紡糸、等の新しい紡糸技術
によりスチールコードに代わり得る軽量でかつ高強度、
高弾性な繊維材料が出現してきた。例えば炭素繊維、ア
ラミド繊維、超高強力ポリエチレン繊維、ポリオキシメ
イレン繊維、全芳香族ポリエステル繊維、等である。本
発明者らの検討によると、これら繊維は、スチールの約
1/5の軽さで、強度はスチール並、又弾性率もスチール
に匹敵する特性のものが得られている。

しかしながら、これら繊維は基本的に単糸デニールの
極めて細いフィラメント多数本から構成されているた
め、従来の有機繊維タイヤコードと同様に接着処理済撚
りコードとして用いた場合、繊維軸方向での引張歪に対
しては良好な強度と弾性率を示すものの曲げ歪に対して
は従来の有機繊維コードと何ら変わることがなく、特に
タイヤのベルト層に用いたときにベルト部剛性が低下
し、タイヤの操縦安定性の悪化を招くという欠点があ
る。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、これら軽量かつ高強度高弾性な繊維
材料を有効に利用することにより、該繊維材料をベルト
に用いた場合の剛性不足に起因する操縦安定性低下を解
決し、軽量かつ転がり抵抗の改良されたタイヤを提供す
ることにある。かかる目的に対し、上記の高強度高弾性
繊維の利用方法を鋭意検討する中で次の知見を得た。即
ち、該繊維を従来の有機繊維と同様に撚りコードとした
後、レゾルシンホルマリン縮合物とゴムラテックスの混
合液（RFL）等の通常の接着剤で処理した場合、接着剤
の含浸が不充分でかつ接着剤の凝集力も小さく、多数本
のフィラメントからなるコードを充分収束させる効果が
なく、その結果、曲げ歪が加えられた場合、コードを構
成する個々のフィラメント間のズレにより歪を吸収して
しまうと同時に撚り構造の変化で同様に歪を吸収するた
めに繊維束全体に引張張力が加わらない結果、高い弾性
率を有する繊維であるにもかかわらずコードとして充分
な曲げ剛性が発現しないことが確認された。本発明は、
かかる知見に基づきなされたものである。

〔発明の構成〕

したがって、本発明は、比重3.0未満、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に、引張弾性率が10kgf/mm²以上の
熱可塑性樹脂を15重量％以上含浸付着せしめてなるコー
ド状繊維強化材を、ゴムに埋設してベルト層を形成した
ことを特徴とする空気入りラジアルタイヤを要旨とする
ものである。

以下、本発明の構成につき詳しく説明する。

本発明では用いるコード状繊維束は、比重が3.0以上
では軽量化材料としてのメリットを享受できない。ま
た、引張強度が10g/d未満では強度量を多くする必要か
ら充分な軽量化が達成できない。その観点で、好ましく
は15g/d以上のものを用いるのがよい。引張弾性率が200
g/d未満であるとタイヤのベルト剛性が不足し操縦安定
性に問題を生ずる。好ましくは、300g/d以上のものを用
いるのがよい。この繊維束は、樹脂の含浸性の観点から
10000D以下が良い。繊維束が太すぎると樹脂の内部への
含浸が困難となり、フィラメントを収束させる効果が低
下し、曲げ歪が加わった場合に充分に繊維の引張弾性率
を生かすことができなくなる。繊維束な通常無撚りで用
いられるが、含浸性を阻害しない程度に収束性を与える
意味から若干の撚りを加えることも可能である。コード
状繊維束を構成するフィラメント（繊維）は、前記から
明らかなように、例えば、炭素繊維、アラミド繊維、超
高強力ポリエチレン繊維、ポリオキシメチレン繊維、全
芳香族ポリエステル繊維などである。

このコード状繊維束に含浸付着せしめる熱可塑性樹脂
は、例えば、ナイロン、ポリエステル、ポリカーボネー
ト、ポリアセタール、ポリエーテルエーケルケトン、ポ
リフェニレンオキサイド、ポリエーテルスルフォン、ポ
リファニレンスルファイド、ポリスルホン、ポリアクリ
レート、ポリエチレン、ポリエーテルイミド、ポリアミ
ドイミド、ポリオキシベンゾイル、ポリスチレン、ポリ
塩化ビニル、アクリル樹脂、ポリプロピレン、フッ素樹
脂、塩素化ポリエーテル等である。タイヤは短時間では
あるが、比較的高温で加硫されるので、加硫中に樹脂が
溶融したり、軟化流動するとベルト層とゴム層間での接
着不良が発生するので耐熱性の高い樹脂を用いる方がよ
い。即ち、結晶性の熱可塑性樹脂では融点が200℃以
上、また非結晶の熱可塑性樹脂ではガラス転移温度が20
℃以上の物を選択することがより好ましい。さらに、こ
れらの樹脂のうち、引張弾性率が10kgf/mm²以上のもの
を用いることが必要である。また、樹脂の引張弾性率が
10kgf/mm²未満であると曲げ歪が加わった場合、樹脂層
で歪を吸収する割合が大きくなり繊維フィラメントに充
分歪が加わらなくなり、従って発生応力が低下し強化材
として曲げ剛性が不足する。その結果、タイヤのベルト
層に用いた場合、ベルト剛性低下により操縦安定性が低
下する。従って、熱可塑性樹脂の中でも引張弾性率の低
いいわゆる熱可塑性エラストマーは、本発明の目的に合
致しない場合が多い。熱可塑性樹脂の繊維束への含浸付
着量は、繊維束重量に対し15重量％以上、好ましくは30
重量％以上である。15重量％未満であると含浸が不充分
となり、多数本のフィラメントを収束させる効果が低減
し、曲げ歪が加わった場合に充分に繊維の引張弾性率を
生かせなくなる。

このようにして、熱可塑性樹脂はマトリックスとした
コード状の繊維強化材は、ゴムとの接着性を付与するた
めに接着剤を塗布し用いられる。接着剤としてはいわゆ
るRFLでもよいが、接着をさらに上げるためには塩化ゴ
ム系の接着剤を用いるのがよい。あるいは、プラズマ処
理や酸によるエッチング等で表面活性化を行った後RFL
で処理してもよい。このようにして得られた材料は、コ
ード状であるため、通常の方法でゴム中に埋設し、タイ
ヤベルト層として用いられる。

以下に実施例および比較例を示す。

実施例、比較例コード状繊維強化材：（１）実施例１引張強度22g/d、引張弾性率560g/d、比重1.44のアラ
ミド繊維（ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維30
00D）の無撚りの繊維束を用いた。この繊維束に、ナイ
ロン６樹脂（東レ（株）製）を35重量％溶融含浸付着せ
しめた後、ダイスを通し、円形状のコードを作成した。
用いたナイロン６樹脂は、融点が215℃で引張弾性率280
kgf/mm²である。尚、繊維の引張特性はJIS L1017に従
い、ナイロン樹脂の引張特性はASTM D638に従って測定
した。

（２）実施例２引張強度21g/d、引張弾性率1500g/d、比重1.75の炭素
繊維3600Dの無撚り繊維束を用いた。この繊維束に実施
例１と同様のナイロン６樹脂を35重量％溶融含浸付着さ
せ、円形のコード状繊維強化材を作成した。

（３）比較例１実施例１と同様のアラミド繊維束を用い、熱可塑性樹
脂として熱可塑性ポリエステルエラストマー（東洋プロ
ダクツ（株）製ハイトレル）を用い35重量％溶融含浸付
着せしめた後、ダイスを通して円形状断面のコードを作
成した。この樹脂は、融点が213℃で引張弾性率は9kgf/
mm²である。

（４）比較例２実施例１と全く同様であるが、樹脂の溶融含浸付着量
が10重量％のものを作成した。

（５）比較例３実施例１と同様のアラミド繊維1500Dを用い、通常タ
イヤコードとして用いられる方法で撚りを付与し、1500
D/上撚り下撚り２撚り数30×30（回/10cm）のコードを
作成し、下記表１に示す水溶液エポキシ樹脂を１％付着
させ、熱処理後さらに下記表２に示すRFLを６％付着さ
せて熱処理し、接着処理コードを得た。これは通常、タ
イヤでアラミド繊維を用いる場合に使用される方法であ
る。

表１重量部水 85.0 10％NaOH水溶液 1.0 ２−ピロリドン 10.0 ５％ジオクチルスルホコハク酸ソーダ水溶液 2.0 Epone812（注） 2.0 計 100.0 （注）シェル社製エポキシグリセロールジグリシジル
エーテル表２重量部水 50.9 レゾルシン 2.2 37％ホルマリン 3.2 10％NaOH水溶液 0.6 40％ビニルピリジン・スチレン・ブタジエン共重合ラテックス 41.7 28％アンモニア水 1.4 計 100.0 タイヤ：実施例１〜２、比較例１〜３の材料及びスチールコー
ドをベルト層に用い、タイヤ評価を行った。タイヤサイ
ズは195/70HR14である。また評価項目は、操縦安定性テ
スト及び転がり抵抗とタイヤ重量である。操縦安定性テ
ストは、テストドライバーのフィーリングテストで基準
タイヤを100点として減点、加点で優劣を評価した。ま
た転がり抵抗は、周速150km/hrでタイヤをドラム上で回
転させ、その後、ドラムを随行運転させ、ドラムの減衰
速度と時間の関係からタイヤとドラムの転がり抵抗を算
出し、無負荷時のドラムの回転抵抗を差し引いてタイヤ
の転がり抵抗を求めた。

（６）実施例３ベルト層は２層用い、実施例１の繊維強化コードにゴ
ムとの接着剤を塗布後、5cm当たり50本の打ち込み数に
てタイヤ周方向に20度で互いに交差してなるよう配置し
た。尚、カーカスには1000d/2のポリエステルコードを
２層用いた。

（７）実施例４実施例２の繊維強化コードを用いた以外は、実施例３
と全く同様にタイヤを作った。

（８）比較例４比較例１の繊維強化コードを用いた以外は、実施例３
と全く同様にタイヤを作った。

（９）比較例５比較例２の繊維強化コードを用いた以外は、実施例３
と全く同様にタイヤを作った。

（10）比較例６比較例３の1500d/2のコードを5cm当たり50本の打ち込
み数にて、タイヤ周方向に20度で互いに交差してなるよ
う配置した２層ベルト構造とし、カーカスには実施例３
と同様に1000d/2ポリエステルコードを２層用いた。

（11）比較例７ベルトコードとして１×５（0.25）のスチールコード
を用い、5cm当たり40本の打ち込み数にてタイヤ周方向
に20度で互いに交差してなるよう配置した２層ベルト構
造とした。それ以外は比較例６と全く同様にした。

評価結果を下記表３に示す。

表３に示すように、比較例７に示すスチールベルトを
用いたタイヤに対し、軽量な繊維を用いた他の例は明ら
かに軽量となり、転がり抵抗も良くなっている。しか
し、比較例５に示したように樹脂含浸量が低いと比較例
に示す通常の方法でアラミド繊維を用いた場合よりは改
善されるもののスチールベルト品に比較し、操縦安定性
が低下する。また、比較例４に示すように、樹脂の引張
弾性率が低いと、比較例７のスチールベルトタイヤに比
較し操縦安定性が低下している。ところが、実施例３及
び４に示すように本発明の方法を用いれば操縦安定性を
損なうことなく、軽量でかつ転がり抵抗の低減が可能で
ある。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、熱可塑性樹脂を
マトリックスとする繊維強化材をゴムに埋設してベルト
層を形成したので、操縦安定性を損なうことなしにタイ
ヤ転動抵抗を減少せしめることが可能となる。また、本
発明によれば、熱可塑性樹脂をマトリックスとして用い
るために熱硬化性樹脂をマトリックスとして用いる場合
に比して下記のような利点がある。

熱可塑性樹脂では、樹脂の融解温度以上で加工すれば
よいので、加工に時間がかからず、生産性がよい。特
に、本発明ではコード状繊維束に樹脂を含浸させてロッ
ド状（コード状繊維強化材）とする加工を行うため、含
浸から樹脂硬化に至る作業が楽である（樹脂の融解温度
未満に温度を下げるだけでよい）。これに対し、熱硬化
性樹脂を用いる場合には、熱硬化性樹脂は硬化（三次元
化）に時間がかかり、熱可塑性樹脂に較べれば格段に生
産性が低くなる。

タイヤが使用寿命を終え、廃棄されるとき、ベルトコ
ード材を回収し、リサイクル使用することが可能であ
る。すなわち、ベルト層（コード状繊維強化材をゴムに
埋設してなる）を切り出して熱可塑性樹脂の融解温度以
上に加熱し、樹脂を液化するだけで樹脂コード状繊維束
と容易に分離できる。したがって、ベルトコード材を回
収できると共に熱可塑性樹脂をも回収して再使用するこ
とができる。これに対し、熱硬化性樹脂を用いる場合に
は、熱硬化性樹脂は硬化後には未硬化状態には戻らない
ので、このように再使用することはできない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭57−66007（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−119404（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−249805（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−209603（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−134310（ＪＰ，Ａ) 特公昭46−5262（ＪＰ，Ｂ１) 特公昭38−25201（ＪＰ，Ｂ１)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】比重3.0未満、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
繊維束に、引張弾性率が10kgf/mm²以上の熱可塑性樹脂
を15重量％以上含浸付着せしめてなるコード状繊維強化
材を、ゴムに埋設してベルト層を形成したことを特徴と
する空気入りラジアルタイヤ。