JP5406706B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、石油資源の使用量削減、さらには転がり抵抗の低減を図りながら、バンド層の耐久性を改善した空気入りタイヤに関する。

例えば特許文献１に示すように、タイヤの高速耐久性能を向上させる目的で、ベルト層の半径方向外側に、互いに平行に引き揃えられた複数本の有機繊維コード（バンドコード）をトッピングゴムによって被覆した小巾長尺の帯状コードプライを螺旋状に巻回させたバンド層を形成したタイヤ構造が多用されている。そしてこのバンド層のバンドコードとして、従来、破断強度や耐久性に優れるナイロン繊維コードが広く使用されている。

また近年、地球環境改善のために、例えば特許文献２に示すように、石油外資源由来の原材料を主成分して形成されたタイヤ（以下、「エコタイヤ」ということがある。）が注目されており、前記バンドコードに関しても、石油外資源由来のナイロン繊維コードの代替として、天然素材を原材料とする石油外資源由来のレーヨン繊維コードの使用が検討されている。

特開平０８−４００１３号公報 特開平２００３−６３２０６号公報

しかし、レーヨン繊維コードは吸水性が高く、例えば水分率が４％を越えた時にゴムとの接着性が低下する傾向がある。又破断強度が低く脆いため、高速走行等においてコードが破断する恐れがある。

又前記エコタイヤのために、さらにはタイヤの転がり抵抗低減のために、前記バンド層において、トッピングゴムの補強剤としてのカーボンブラックを、石油外資源由来のシリカに置きかえることも検討されている。

そこで本発明は、前記帯状コードプライのトッピングゴムに、天然素材の短繊維とシリカとを配合した短繊維・シリカ配合ゴムを用いることを基本として、石油資源の使用量削減、さらには転がり抵抗の低減を図りながら、タイヤの耐久性を改良した空気入りタイヤを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、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経てビード部のビードコアに至るトロイド状のカーカスの半径方向外側かつトレッド部の内部に配されるベルト層と、このベルト層の半径方向外側に配されかつ該ベルト層の少なくともタイヤ軸方向外端部を覆うバンド層とを具えるとともに、
前記バンド層は、１本のレーヨン繊維コード或いは複数本のレーヨン繊維コードを互いに平行に引き揃えたコード配列体をトッピングゴムによって被覆した本体部を有する小巾長尺の帯状コードプライを、螺旋状に巻回することにより形成されるとともに、
前記トッピングゴムは、ゴム成分中に天然素材の短繊維とシリカとを配合した短繊維・シリカ配合ゴムからなり、
前記帯状コードプライは、前記本体部の少なくとも上面及び下面を被覆する被覆層を有し、
前記被覆層は、短繊維が配合されていない短繊維非配合ゴムからなることを特徴としている。

又請求項２の発明では、前記短繊維・シリカ配合ゴムの短繊維は、その表面の少なくとも一部に、ラテックスにレゾルシノールとホルムアルデヒドとの縮合物を分散させたＲＦＬ溶液に浸漬することによって形成される接着層を具えることを特徴としている。

又請求項３の発明では、前記短繊維・シリカ配合ゴムは、ゴム成分１００質量部に対して、短繊維を１０〜５０質量部、シリカを２０〜６０質量部配合したことを特徴としている。

又請求項４の発明では、前記バンド層は、ベルト層のタイヤ軸方向外端から、ベルト層のタイヤ軸方向巾ＷＢの１０％以上かつ２０％以下の範囲を被覆するエッジバンドプライであることを特徴としている。又請求項５の発明では、前記被覆層は、前記本体部の外周面の全部を被覆することを特徴としている。

本発明は叙上の如く、バンド層形成用の帯状コードプライにおいて、バンドコードに石油外資源由来のレーヨン繊維コードを用いるとともに、そのトッピングゴムに、天然素材の短繊維とシリカとを配合した短繊維・シリカ配合ゴムを用いている。そのため、ナイロン繊維コードをバンドコードとして使用した従来的なバンド層に比して、石油資源の使用量を削減しうる。又シリカ配合によるタイヤの転がり抵抗低減によって低燃費性能を向上できるため、二酸化炭素の排出量低減にも貢献しうる。

又前記トッピングゴムに配合される短繊維は、バンド層の周方向剛性を相対的に高める。そのため、レーヨン繊維コードに作用する引張り応力を軽減しうるなどレーヨン繊維コードへの負担が減じられ、該コードの破断損傷が抑制される。又短繊維による周方向剛性の向上により、レーヨン繊維コードとトッピングゴムとの間の剪断歪も軽減されるため、バンドコードにナイロン繊維コードを用いた場合とほぼ同等の高速耐久性、及び一般耐久性を確保することができる。

本発明の空気入りタイヤの一実施例を示す断面図である。 バンド層の一例を示す概略図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、バンド層の他の例を示す概略図である。 バンド層に用いる帯状コードプライの一例を示す斜視図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、帯状コードプライの他の例を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は、本発明の空気入りタイヤ１が乗用車用ラジアルタイヤである場合の断面図であり、トレッド部２からサイドウォール部３をへてビード部４のビードコア５に至るトロイド状のカーカス６と、該カーカス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、このベルト層７のさらに半径方向外側に配されるバンド層９とを少なくとも具える。

前記カーカス６は、タイヤ周方向に対して例えば７５゜〜９０゜の角度で配列されるカーカスコードの配列体をトッピングゴムにて被覆した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間に跨るトロイド状のプライ本体部６ａの両端に、前記ビードコア５の廻りでタイヤ軸方向内側から外側に折り返されるプライ折返し部６ｂを一連に具える。又該プライ本体部６ａとプライ折返し部６ｂとの間には、前記ビードコア５からタイヤ半径方向外側に先細状にのびるビード補強用のビードエーペックスゴム８が配置されている。

前記ベルト層７は、タイヤ周方向に対して例えば１０゜〜３５゜の角度で配列されるベルトコードの配列体をトッピングゴムにて被覆した２枚以上、本例では２枚のベルトプライ７Ａ、７Ｂから形成される。このベルト層７では、各ベルトコードがプライ７Ａ、７Ｂ間で互いに交差し、これによりベルト剛性が高まり、トレッド部２の略全巾を強固に補強している。

本発明のタイヤでは、カーカスコード及びベルトコードについては特に規制されないが、石油資源の使用量削減化の観点から石油外資源由来のコードが好ましく、カーカスコードにおいては、天然素材を原材料とした天然繊維コードが好適に使用できる。

この天然繊維コードとしては、植物繊維の繊維素であるセルロースを加工した再生セルロース繊維および精製セルロース繊維のコードが好適に使用しうる。前記再生セルロース繊維は、セルロースを溶剤を用いていったん化学分解し、しかる後それを凝固再生したもので、レーヨン、アセテート、キュプラなどが知られている。又精製セルロース繊維は、セルロースを化学分解せずに物理的に精製したもので、セルロースの分子を生かしたまま溶解、連続紡糸することで形成される。この精製セルロース繊維としては、例えばリヨセル（レンチング社の商標）や、テンセル（コートルズ社の商標）が知られている。そして本例では、これら再生セルロース繊維、及び精製セルロース繊維をカーカスコードとして使用している。なお要求により、ナイロン、ポリエステル等の石油資源由来の合成繊維コードを使用することもできるが、この場合には、再生ポリエステル繊維などの再生繊維を用いることが、石油資源の使用量削減の観点から好ましい。

又前記ベルトコードには、従来的な石油外資源由来の金属コード、例えばスチールコードが好適に採用しうる。

次に、前記バンド層９は、前記ベルト層７の半径方向外側に配され、このベルト層７の少なくともタイヤ軸方向外端部７Ｅを覆ってこの外端部７Ｅを拘束する。これにより、高速走行による遠心力に起因した前記外端部７Ｅを起点としたリフティングや外径成長を抑制し、高速耐久性を向上させる。

本例では、前記バンド層９として、図２に示すように、前記外端部７Ｅを含むベルト層７の略全巾を覆うフルバンドプライ９Ａから形成された場合が示される。しかし、例えば図３（Ａ）に示すように、前記外端部７Ｅのみを被覆する左右一対のエッジバンドプライ９Ｂ、９Ｂから形成されるもの、或いは図３（Ｂ）に示すように、前記フルバンドプライ９Ａとエッジバンドプライ９Ｂ、９Ｂとを組合せたものなども適宜採用しうる。

又前記フルバンドプライ９Ａ、及びエッジバンドプライ９Ｂは、図４に示すように、１本のレーヨン繊維コード１１或いは複数本のレーヨン繊維コード１１を互いに平行に引き揃えたコード配列体１１Ａをトッピングゴム１２によって被覆した小巾長尺の帯状コードプライ１０を、螺旋状に巻回することにより形成される。なお前記帯状コードプライ１０の巾Ｗ、及び厚さｔについては特に規制されないが、従来のバンド層に用いる帯状コードプライの場合と同様、５〜１０ｍｍの巾、０．７〜３．０ｍｍの厚さのものが、従来の巻回装置を利用しうる等の観点から好ましい。

そして前記トッピングゴム１２は、ゴム成分中に天然素材の短繊維とシリカとを配合した短繊維・シリカ配合ゴムＧ０から形成される。

この短繊維・シリカ配合ゴムＧ０のゴム成分としては、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム等のジエン系ゴムが単独或いは組み合わせて使用されるが、石油資源の使用量削減や接着性の観点から、ゴム成分中に天然ゴムを６５質量％以上、さらには７５質量％以上含むものが特に好適である。なお前記天然ゴムとしては、天然ゴムの一部を例えばクロルヒドリン法、直接酸化法、過酸化水素法、アルキルヒドロペルオキシド法、過酸法等の方法によってエポキシ化したエポキシ化天然ゴムも含まれる。

又前記短繊維・シリカ配合ゴムＧ０に用いる短繊維としては、天然素材のものが使用される。この天然素材の短繊維として、植物繊維、動物繊維、前記再生セルロース繊維、及び前記精製セルロース繊維の短繊維が挙げられるが、前記再生セルロース繊維、精製セルロース繊維は、補強効果の観点から好適である。なお短繊維が細かすぎると補強効果が減じる傾向があり、又粗すぎると帯状コードプライ１０にクラックが生じやすくなるなど耐久性が減じる傾向となる。従って短繊維を篩にて分級したとき、タイラーメッシュで２０メッシュを通り６０メッシュを通らない粗さのものが好適に採用しうる。なお短繊維としてその平均直径Ｄが１〜５０μｍ、平均長さＬが１００〜３０００μｍ、又平均長さＬと平均直径Ｄとの比であるアスペクト比Ｌ／Ｄが１０〜５００のものが好適に採用しうる。

又前記短繊維では、ゴム成分との接着性を高めるために、その表面の少なくとも一部に、ＲＦＬ溶液に浸漬することによって形成される接着層を具えることが好ましい。このような短繊維は、例えば下記の方法にて得ることができる。まず前記短繊維の材料となる繊維コード或いは繊維糸（以下総称して繊維コード等と呼ぶ。）を、ＲＦＬ溶液に浸漬する。しかる後、この繊維コード等を温度１００〜１６０℃（例えば約１２０℃）にて加熱して乾燥させるとともに、この乾燥させた繊維コード等を、さらに温度２１５〜２６０℃で１〜４分間加熱処理し、繊維コード等とそれに付着するＲＦＬ溶液の固形分との結合力を高める。その後、この繊維コード等を粉砕機にて粉砕することにより、前記ＲＦＬ溶液の固形分からなる接着層を表面の少なくとも一部に有する短繊維を形成することができる。なお前記ＲＦＬ溶液は、ゴムラテックス（Ｌ）に、レゾルシノール（Ｒ）とホルムアルデヒド（Ｆ）との縮合物を分散させた周知の接着用の処理溶液である。

又前記短繊維・シリカ配合ゴムＧ０には、ゴム補強剤としてシリカが配合されている。シリカとしては、特に限定はされないが、窒素吸着比表面積（ＢＥＴ）が１５０〜２５０ｍ^２／ｇの範囲、かつフタル酸ジブチル（ＤＢＰ）吸油量が１８０ｍｌ／１００ｇ以上のコロイダル特性を示すものが、ゴムへの補強効果及びゴム加工性等の点で好ましい。このようなシリカは、カーボンブラックの使用量を減じて石油資源の使用量を削減しうるとともに、タイヤの転がり抵抗を低減して低燃費性能を向上できるため、二酸化炭素の排出量低減にも貢献しうる。

又前記帯状コードプライ１０は、周知のトッピング装置を用いて形成されるが、このとき配合される短繊維は、押し出し方向である帯状コードプライ１０の長さ方向に沿って配向する。従って、前記帯状コードプライ１０を螺旋状に巻回してバンド層９を形成することにより、前記短繊維はタイヤ周方向に配向し、バンド層９の周方向剛性を相対的に高める。これによりレーヨン繊維コード１１に作用する引張り応力が軽減され、レーヨン繊維コード１１への負担が減じられることにより該コードの破断損傷が抑制される。

又短繊維による周方向剛性の向上により、レーヨン繊維コード１１とトッピングゴム１２との間の剪断歪も軽減される。そのため、レーヨン繊維コード１１の吸湿性に起因するコードとゴムとの接着性低下、さらにはシリカ配合に起因するコードとゴムとの接着性低下に基づくコード剥離を抑制することができ、バンドコードにナイロン繊維コードを用いた場合とほぼ同等の優れた高速耐久性、及び一般耐久性を確保することが可能となる。

前記短繊維・シリカ配合ゴムＧ０では、ゴム成分１００質量部に対して、短繊維を１０〜５０質量部、シリカを２０〜６０質量部配合するのが好ましい。前記短繊維の配合量が１０質量部未満の場合には、レーヨン繊維コード１１への負担の軽減、及びレーヨン繊維コード１１とトッピングゴム１２との間の剪断歪の軽減が不充分となるとともに、ベルト層７に対するリフティングや外径成長の抑制が充分に達成できず、高速耐久性及び一般耐久性の確保が難しくなる。又シリカの配合量が２０質量部未満の場合には、石油資源の使用量削減、および転がり抵抗の低減が充分達成されない。逆に、前記短繊維の配合量が５０質量部を越える、及びシリカの配合量が６０質量部を越える場合には、バンド層９が硬質化し過ぎて脆くなり、一般耐久性を損ねる傾向となる。従って、前記短繊維の配合量の下限は１５質量部以上がより好ましく、上限は３５質量部以下がより好ましい。又シリカの配合量の下限は２５質量部以上がより好ましく、上限は５５質量部以下がより好ましい。又シリカとカーボンブラックとを混用する場合、それぞれの配合量の合計が４０質量部より大であるのも高速耐久性の点で好ましい。

なお帯状コードプライ１０では、短繊維の配合により表面に微少な凹凸が発生するため、この帯状コードプライ１０をベルト層７上で巻き付ける際にベルト層７との密着性が減じて、バンド層９の形成効率に不利となる。従って、帯状コードプライ１０では、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、前記短繊維・シリカ配合ゴムＧ０を用いた本体部１０Ａに、短繊維を配合しない短繊維非配合ゴムＧ１からなりかつ前記本体部１０Ａの少なくとも上面Ｓ１及び下面Ｓ２を被覆する被覆層１０Ｂを設けることが好ましい。この場合、短繊維非配合ゴムＧ１では、補強剤としてカーボンブラックを使用することができるが、シリカを使用することが好ましい。又被覆層１０Ｂの厚さＴは、０．２〜１．０ｍｍの範囲が好ましく、０．２ｍｍ未満では、被覆層１０Ｂによる密着性向上効果が期待できず、逆に１．０ｍｍを越えると、バンド層９に占める短繊維・シリカ配合ゴムＧ０の割合が減じるため、耐久性の向上に不利となる。

又バンド層９は、前記図３（Ａ）に示すように、エッジバンドプライ９Ｂ、９Ｂによって形成することができ、この場合、前記エッジバンドプライ９Ｂを、ベルト層７のタイヤ軸方向外端から、ベルト層７のタイヤ軸方向巾ＷＢの１０％以上かつ２０％以下の範囲Ｙを被覆するように形成するのが好ましい。なお前記被覆の範囲Ｙが１０％未満では、高速耐久性の向上効果が充分に達成されない。又２０％を越えても、高速耐久性向上効果のさらなる上昇が見込まれないため、コストの不必要な増加を招く。

しかし前記高速耐久性に加えて、操縦安定性やロードノイズ性能の向上のために、前記２０％を越えてエッジバンドプライ９Ｂを形成することができ、さらには、エッジバンドプライ９Ｂ、９Ｂ間であるタイヤ赤道側に、補助コードをトッピングゴムによって被覆した小巾長尺の帯状コードプライを螺旋状に巻回させたバンド補助層１３（図３（Ａ）に一点鎖線で示す。）を形成することもできる。このタイヤ赤道側では、前記リフティングや外径成長が発生し難いため、前記補助コードとして、前記天然繊維コード、例えばレーヨン繊維コードを用いることができ、又トッピングゴムには、短繊維を配合しない短繊維非配合ゴムを用いることができる。なおバンド補助層１３を形成する場合、バンド補助層１３の側縁部とエッジバンドプライ９Ｂの側縁部とを互いに突き合わせる以外に、両者を重ね合わせることも、又離間させることもできる。

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。

本発明の作用効果を確認するため、図１に示す内部構造を有するタイヤサイズ１９５／６５Ｒ１５の乗用車用ラジアルタイヤを表１の仕様で試作するとともに、各試供タイヤの、高速耐久性、及び一般耐久性をテストし互いに比較した。又バンド層形成用の帯状コードプライのサンプルを試作して、帯状コードプライ間の加硫後における接着性をテストした。なお各タイヤとも、表１に記載のバンド層の仕様以外は実質的に同仕様である。

なお比較例及び実施例では、帯状コードプライは、被覆層なしで形成されている。又短繊維として４０メッシュを通り５０メッシュを通らない粗さのものを使用した。又バンド補助層は、比較例と同様レーヨン繊維コード（1260d/2)を配列した帯状コードプライを用いて形成している。

（１）高速耐久性：
ドラム試験機を用い、リム（１５ｘ６）、内圧（２８０ｋＰａ）、荷重（４．８３ｋＮ）の条件にて、ＪＩＳＤ４２３０の６．４「高速性能試験Ａ」に準拠し、初期速度（１７０ ｋｍ／ｈ）から１９０ｋｍ／ｈまでは１０分毎に１０ｋｍ／ｈづつステップアップさせ、
かつ２００ｋｍ／ｈ以上は２０分毎に１０ｋｍ／ｈづつステップアップさせ、トレッド部に損傷が生じた時の速度と時間を測定した。又トレッド部に損傷が生じた時の速度が２１０ｋｍ／ｈ以上の場合を合格とした。

（２）一般耐久性：
ドラム試験機を用い、リム（１５ｘ６）、内圧（１９０ｋＰａ）、荷重（６．９６ｋＮ）の条件にて、速度８０ｋｍ／ｈで３万ｋｍ走行した後、バンド層の周辺を解体し、バンド層に損傷が発生しているかどうかを目視によって判定した。損傷がないものを合格とした。

（３）接着性：
等間隔に並べたバンドコード（水分率６％）を、帯状コードプライ形成用の配合ゴムからなる厚さ０．７ｍｍの２枚の未加硫のゴムシートにて挟み込んでコード入りゴムシートを形成するとともに、このコード入りゴムシートの２枚を貼り合わせ、１７０℃で１５分間プレス加硫して接着性試験用のサンプルを試作した。このサンプルを、２５ｃｍ巾にてバンドコードの長さ方向に沿って切断し、ＪＩＳＫ６２５６−１に準拠して、２枚のコード入りゴムシート間を引張試験機により５０ｍｍ／分の引張速度で引っ張ることにより、コード入りゴムシート間の接着力（単位Ｎ／２５ｃｍ）を測定した。

表１に示すように、実施例のタイヤは、短繊維の配合量を調整することにより、石油資源の使用量を削減しながら、コードの破断損傷、及びコードの吸湿性に起因するコードとゴムとの接着性低下、さらにはシリカ配合に起因するコードとゴムとの接着性低下を回避でき、バンドコードにナイロン繊維コードを用いた場合とほぼ同等の高速耐久性、及び一般耐久性を確保することができるのが確認できる。

１ 空気入りタイヤ
２ トレッド部
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
７ ベルト層
９ バンド層
１０ 帯状コードプライ
Ｇ０ 短繊維・シリカ配合ゴム

Claims (5)

1. トレッド部からサイドウォール部を経てビード部のビードコアに至るトロイド状のカーカスの半径方向外側かつトレッド部の内部に配されるベルト層と、このベルト層の半径方向外側に配されかつ該ベルト層の少なくともタイヤ軸方向外端部を覆うバンド層とを具えるとともに、
   前記バンド層は、１本のレーヨン繊維コード或いは複数本のレーヨン繊維コードを互いに平行に引き揃えたコード配列体をトッピングゴムによって被覆した本体部を有する小巾長尺の帯状コードプライを、螺旋状に巻回することにより形成されるとともに、
   前記トッピングゴムは、ゴム成分中に天然素材の短繊維とシリカとを配合した短繊維・シリカ配合ゴムからなり、
   前記帯状コードプライは、前記本体部の少なくとも上面及び下面を被覆する被覆層を有し、
   前記被覆層は、短繊維が配合されていない短繊維非配合ゴムからなることを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記短繊維・シリカ配合ゴムの短繊維は、その表面の少なくとも一部に、ラテックスにレゾルシノールとホルムアルデヒドとの縮合物を分散させたＲＦＬ溶液に浸漬することによって形成される接着層を具えることを特徴とする請求項１記載の空気入りタイヤ。
3. 前記短繊維・シリカ配合ゴムは、ゴム成分１００質量部に対して、短繊維を１０〜５０質量部、シリカを２０〜６０質量部配合した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。
4. 前記バンド層は、ベルト層のタイヤ軸方向外端から、ベルト層のタイヤ軸方向巾ＷＢの１０％以上かつ２０％以下の範囲を被覆するエッジバンドプライであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の空気入りタイヤ。
5. 前記被覆層は、前記本体部の外周面の全部を被覆することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の空気入りタイヤ。

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