JPH06328915A - 空気入りタイヤのビードコア - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アラミド繊維コード及びこれを用いたビード
コアの構成に新たな工夫を施すことにより、鋼線ビード
を用いた従来タイヤに劣らぬ耐圧強度が得られ、かつ軽
量化も充分に達せられるタイヤ用ビードコアを提供す
る。 【構成】 撚り係数が０〜５００の範囲にあるアラミド
繊維コードに熱硬化性樹脂の初期重合体を含浸した後、
その複数本を並列して断面長方形の連続した帯状体に成
形し、該帯状体を所定の長さに切断して、左右の切断面
が厚さ方向に対しそれぞれ４５°以上の角度で傾斜して
なるバンド１となし、ついで該バンド１を芯金の周りに
複数回巻回して環状積層体４を成形し、しかる後、上記
熱硬化性樹脂の初期重合体を硬化してなる空気入りタイ
ヤのビードコア。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、乗用車用空気入りタイ
ヤのカーカスプライの端を係止する環状のビードコアに
関し、特にアラミド繊維コードよりなるビードコアを備
えた空気入りタイヤの耐圧強度の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、乗用車用空気入りタイヤのビード
コアとしては、直径０．５〜２mmの鋼線３〜８本を並列
してゴム被覆したバンドを３〜８回巻回して断面４角形
の環状体に形成したものが用いられてきた。ところが、
最近にいたり車両の軽量化と低燃費性の向上という目的
から、タイヤの重量を下げることが必要となり、その一
環としてビードコアを構成する鋼線に代えて、比重の小
さいアラミド繊維を用いてビードコアを構成する方法が
提案されるようになった。

【０００３】アラミド繊維は高強力、高モジュラスであ
り、伸びが小さく、優れた耐熱性とクリープ特性を有す
るため、鋼線に代わるビード部材として特に注目されて
いるものであるが、ビードコアを構成するに当っては、
通常多数のフィラメントを集束したヤーン又はストラン
ドの複数本を引き揃えて撚合わせてなるコードの形態と
して使用されている。

【０００４】アラミド繊維コードに限らず一般に、ヤー
ンが撚られると螺旋構造となるが、下式（１）で示され
る撚り係数（Ｋ）が大きいほどコード軸線に対するヤー
ンの傾斜角が大きくなって、小さい力で伸びやすくな
る。 Ｋ＝Ｎ・（Ｄ／ρ）^1/2 ‥‥‥‥（１） （但し、Ｎは上撚りと下撚りのコード１０cm当りの平均
撚り数、Ｄはコードのデニール数、ρは比重である。）

【０００５】撚り係数（Ｋ）が大きく伸びやすいコード
で形成されたビードコアは、リムを締め付ける圧力が小
さくてビード外れが生じ易く、実用に耐えるタイヤは得
られない。そこで、アラミド繊維コードを使用した場合
にも、従来のタイヤ成型方法が適用でき、しかも成型後
のタイヤとしてビード外れの心配がないビードコアの開
発が種々試みられている。例えば、特開昭５６−４３０
１０号公報及び特開昭５７−６６００７号公報において
は、撚り数の小さい又は無撚りのコードを使用して１％
伸長時の強力を向上させ、かつ液状の熱硬化性樹脂を含
浸し硬化させてビードコアを構成することにより、上記
のごとき問題が解消され、かつタイヤ重量を大幅に軽減
しうることが開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする問題点】一般にタイヤを設計
する場合には、コードの強力に最大の考慮が払われる。
このことはアラミド繊維コードを用いたビードコアにつ
いても同じであって、前記の公報記載の空気入りタイヤ
においては、樹脂を含浸した無撚りのアラミド繊維コー
ドのワインディングによってビードコアを形成すると共
に、ビードコアの破断荷重（繊維束一本当りの破断荷重
とビードコア断面の繊維束本数の積で計算される値）が
鋼線ビードコアのそれと同等の値になるように構成して
タイヤを試作し、各種のタイヤ性能が測定されている。

【０００７】これによると、このアラミド繊維コードよ
りなるビードコアを備えた空気入りタイヤは、鋼線ビー
ドコアを備える従来のタイヤとほぼ同等の走行性能を発
揮し得るとされているので、アラミド繊維コードよりな
るビードコアの実用化に向けて鋭意研究を行ったとこ
ろ、樹脂を含浸したコードのワインディングにより形成
したビードコアを備えるタイヤは、破断荷重がこれと同
等の鋼線ビードコアを備える従来のタイヤに比して、耐
圧強度が著しく小さくなることが判明した。ここで言う
耐圧強度とは、タイヤをリムに装着しその閉空間内に水
を導入し漸次水圧をあげてタイヤが破壊するまで加圧し
た時の破壊圧力であり、タイヤの安全性を保証する上で
重要な指標となるものである。

【０００８】上記のワインディング方式においては、一
本のコードをずらしながら巻回して下層を形成した後、
再び巻き始め位置に戻して巻回すようにして順次上層を
積層して行く方法と、先に形成した下層の終りからずら
し方向を逆にして巻回し順次上層を形成して行く方法の
２法がある。このいずれの方法においても上下層のコー
ドが相互に交差することになる。即ち、前者では巻き終
り端から再び巻き始め位置に戻されるコードが下層のコ
ードの上を横切ることになり、後者では上下層でずらし
方向が逆なので上下層のコードが相互に交差することに
なる。このようにコードが交差した部分を有するビード
コアに、カーカスプライの張力による径方向の応力とビ
ード部をリムに固定する圧縮応力が作用すると、交差部
の上下コード間に剪断歪みが発生する。

【０００９】鋼線からなるビード部材は、図６に示すよ
うに、降伏点を過ぎて大きく変形しても強度は保持され
るが、破断伸度の小さいアラミド繊維コードからなるビ
ード部材の場合は、交差部におけるコードの表面フィラ
メントが相互に食い込み合って剪断歪みを受けて切断
し、未切断フィラメントに応力が集中して順次フィラメ
ントが切れて全体としての強度か低下することになる。
前記のごとくワインディングにより形成されたアラミド
ビードコアに付いて認められる耐圧強度の低下は、以上
のごとき理由によるものと考えられる。

【０００１０】本発明はかかる事情に鑑みなされたもの
であって、その目的とするところは、ビードコア部材と
してのアラミド繊維コード及びこれを用いたビードコア
の構成に新たな工夫を施すことにより、鋼線ビードを用
いた従来タイヤに劣らぬ耐圧強度がえられ、かつ軽量化
も充分に達せられるタイヤ用ビードコアを提供すること
にある。

【００１１】

【問題を解決するための手段】しかして、上記の目的を
達成するため本発明は、撚り係数が０〜５００の範囲に
あるアラミド繊維コードに熱硬化性樹脂の初期重合体を
含浸した後、その複数本を並列して断面長方形の連続し
た帯状体に成形し、該帯状体を所定の長さに切断して、
左右の切断面が厚さ方向に対しそれぞれ４５°以上の角
度で傾斜してなるバンドとなし、ついで該バンドを芯金
の周りに複数回巻回して環状積層体を形成し、しかる
後、上記熱硬化性樹脂の初期重合体を硬化してなる空気
入りタイヤのビードコアをその要旨とするものである。

【００１２】乗用車タイヤの場合、一般にタイヤの内径
はリムの外径より１〜３mm小さく形成されており、タイ
ヤをリムに装着した際に、ビードコアより内径側にある
ゴム層をタイヤ内径とリム外径の差だけ圧縮し、その反
力（２０〜４０kg／cm² ）でタイヤをリムに締め付け固
定するようになっている。このような機能を課せられる
ビード部材は、鋼線に劣らない破断強度と高いモジュラ
スを有すると共に、伸びが小さくなければならない。

【００１３】したがって、本発明において使用されるコ
ードとしては、多数本のアラミドフィラメントからなる
ヤーン又はこれを集束可能な程度に撚り合わせたストラ
ンドの複数本を引き揃えて、前記（１）式で示される撚
り係数（Ｋ）が０〜５００の範囲にあるように撚り合わ
せてなるアラミド繊維コードであることが要件であり、
この限りにおいては無撚りコードであっても片撚りコー
ドであってもよく、また下撚りと上撚りの施されたコー
ドであっても構わない。図５は本発明に係わる代表的ア
ラミド繊維コードの撚り係数と伸び率の関係を示したグ
ラフであり、これより本発明のコードは撚り係数５００
までは一定荷重（2.25 g/D) の伸び率（中間伸度）が無
撚りコードの伸び率とほとんど変わらず、しかも他の有
機繊維コードでは得られない極めて低い伸び率を有する
ものであることが判る。

【００１４】かかる要件を満足するアラミド繊維として
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）繊維等を挙げることができるが、中でもデュポン
社製ケブラー繊維は、図５に示したように、撚り係数５
００までは０．５％の低い伸び率を有するコードが得ら
れるので特に推奨される。

【００１５】本発明において使用される熱硬化性樹脂と
しては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン変性不飽和ポリ
エステル樹脂等を例示することができる。これら熱硬化
性樹脂の初期重合体をアラミドコードに含浸させる方法
としては、押出機の後方よりインサートニップルを介し
て並列状態に供給されるコードの複数本を熱硬化性樹脂
の初期重合体と一緒に断面長方形のノズルから押出して
製造するか、或いは該初期重合体乃至はその溶媒溶液中
にコードを浸漬し、絞りロールを通過させて収束し、複
数本を並列して断面長方形の帯状体に賦形する等公知の
方法を適宜採用し得る。これにより、所定量のマトリッ
クス樹脂を含浸した複数本のアラミド繊維コードよりな
る帯状体が連続的に形成される。

【００１６】ついで、該帯状体を所定の長さに切断し
て、左右両切断面が厚さ方向に対してそけぞれ４５°以
上の角度で傾斜してなるバンドに成形する。得られたバ
ンドをビード成形機の芯金面に巻き付けるに当たって
は、該バンドの底面を芯金面に当接させて複数回巻回
し、図２に例示するごとき環状積層体を成形する。しか
る後、環状積層体を加熱して熱硬化性樹脂の初期重合体
を硬化させることにより目的とするビードコアが得られ
る。バンド両端の上記傾斜角が小さいと巻始め端と巻終
り端に大きな段差部が生ずる。そして、この段差部にビ
ードをリムに固定する圧縮応力が作用すると段差部のコ
ードの受ける歪みに極端な差異が生じ、応力が集中して
コードが切断されるという結果を招く。したがって、本
発明においては、バンドの巻始め端と巻終り端における
半径方向の厚さの差を連続してなだらかに変化させて応
力の分散を図るべく、帯状体の厚さ方向に対する切断角
度を４５°以上の可及的大きな値に設定する。

【００１７】また、本発明においては、コード一本当た
りの強力が現行タイヤのビード用鋼線（０．９６mmφ）
の強力より大きくなるように構成したアラミド繊維コー
ドを使用することが好ましい。具体的には総デニール数
９０００Ｄ（３０００Ｄのヤーン３本を引き揃えたも
の）又は総デニール数１２０００Ｄ（３０００Ｄのヤー
ン４本を引き揃えたもの）のコードが好適である。コー
ドとしての強力がこれより小さいと多数本のコードを用
いる必要があって巻回しに工数がかかるという難点が生
ずるからである。

【００１８】

【作用】本発明の自動車タイヤ用ビードコアは、撚り係
数が０〜５００の範囲にあるアラミド繊維コードから構
成されているので、伸びが小さくタイヤに用いてビード
外れの心配がない。また、樹脂を含浸した複数本のコー
ドからなるバンドを複数回巻回して構成されているの
で、上下層のコードが相互に交差することがないので、
かかる交差部に起因する剪断歪みの発生と、これによる
コードの破断が避けられる。又、巻始め端と巻終り端に
おける半径方向の厚さの差が連続してなだらかに変化す
るよう帯状体の切断角を設定したので、リムに装着した
時にみられる段差部への応力の集中が緩和されて、段差
部に基づくコード切れが解消される。しかして、かかる
構成のビードコアを備えるタイヤは、螺旋巻き構造の従
来型アラミド繊維ビードに比してタイヤの耐圧強度が向
上し、かつそれに劣らぬ軽量化が達せられる。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【実施例】以下、実施例及び比較例により本発明の特徴
を更に詳細に説明する。表１に示すアラミド繊維コード
及び鋼線よりなるビードコアについて、重量比と破断荷
重を測定し、これらのビードコアを備えるサイズ１７５
／７０Ｒ１３のラジアルタイヤを試作し、その耐圧強度
を測定した。なお、ビード破断荷重はビードを構成する
アラミド繊維コード或いは鋼線の一本当たりの破断荷重
にコア断面のコード本数をかけて求められる値であり、
いずれのアラミドコアについても現行鋼線ビードの破断
荷重（２２００kg）より高く設定された。耐圧強度はリ
ム組したタイヤ内に空気の代わりに水を圧入しタイヤが
破壊するまで加圧してゆき、タイヤが破壊した時の水圧
を測定することにより求めた値である。

【００２１】実施例１ デュポン社製アラミド繊維（商品名；ケブラー１４９）
よりなる３０００Ｄのヤーン４本を引き揃えて、１０cm
当たり４回の撚り数で撚り合わせてなるアラミド繊維コ
ード３（総デニール数１２０００Ｄ、撚り係数３６５）
にエポキシ樹脂の初期重合体をコード重量の１０％にな
るように含浸した後、その４本を並列して断面長方形の
連続した帯状体となし、図１に示すように該帯状体を所
定の長さに切断して、両切断面の厚さ方向に対する角度
（θ₁ 、θ₂ ）が共に同方向に６０°傾斜してなるバン
ド１とした。次いで、該バンド１の巻始め端５を図２に
示すように傾斜させてビード成形機の芯金上に重ねるよ
うに４回巻回して４列４段からなる環状積層体４を形成
し、しかる後、この環状積層体４をオーブン中で加熱し
てエポキシ樹脂を硬化させ、図３のごときビードコア２
を形成した。なお、この場合、バンド１の巻終り端末６
は巻始め端５より３０°の角度だけ余分に長く巻くよう
にして端末部に起因する締付力低下の防止が図られてい
る。図４はこのビードコア２を用いて成形されたタイヤ
ビード部の内部構造を示す部分側面図である。図におい
て５はカーカスコード、７は内層ゴムである。

【００２２】実施例２ ここでは実施例１と同じ３０００Ｄのアラミドヤーンの
３本を引き揃えて、１０cm当たり３回の撚り数で撚り合
わせてなるアラミド繊維コード（総デニール数９０００
Ｄ、撚り係数２３７）に同エポキシ樹脂の初期重合体を
コード重量の１０％になるように含浸した後、その４本
を並列して断面長方形の連続した帯状体となし、図１に
示すように該帯状体を所定の長さに切断して、両切断面
が厚さ方向に対しそれぞれ６０°の角度で傾斜してなる
バンドとした。次いで、バンドの巻始め端を実施例１と
同様に傾斜させてビード成形機の芯金上に重ねるように
５回巻回して５列５段からなる環状積層体となし、しか
る後、この環状積層体をオーブン中で加熱してエポキシ
樹脂を硬化させてビードコアを形成し、同様の試験を行
った。なお、この場合もバンドの巻終り端末は巻始め端
より３０°余分の位置まで長く巻かれている。

【００２３】比較例１ 実施例１のアラミド繊維コードに同エポキシ樹脂の初期
重合体をコード重量の１０％になるように含浸させた
後、その１本を横方向えずらしながら４回巻回して第１
層を形成し、次いでずらし方向を逆にして第１層の上に
４回巻回して第２層を形成し、順次これを繰り返して４
列４段からなる環状積層体となした以外は、実施例１と
同様にして形成したビードコアについての試験結果であ
る。

【００２４】比較例２ 実施例１において断面長方形の帯状体を所定の長さに切
断するに際し、両切断面の長さ方向に対する角度がとも
に９０°となるように切断したこと以外は、実施例１と
同様にして形成したビードコアについての試験結果であ
る。

【００２５】比較例３ 直径０．９６mmφの鋼線をビード押出機を介して４本並
列してバンド状にゴム被覆し、得られた被覆バンドをビ
ード成形機の芯金に４回積層巻回して４列４段に組んで
形成したビードコアであり、その巻終り端末は巻始め端
より３０°越えた位置まで長く巻かれている。

【００２６】表１より明らかなごとく、実施例１及び２
のアラミド繊維コードよりなるビードコアの重量は、と
もに比較例２の鋼線よりなるビードコアの重量の約１／
３であり、極めて軽量である。実施例１と比較例１の耐
圧強度を比較すると、アラミド繊維コードをバンド巻き
する方がコードを螺旋巻きするより耐圧強度が向上する
ことが判る。即ち、コードを螺旋巻きした場合には、耐
圧強度か鋼線ビードを用いた比較例３の６４％と小さい
が、コードをバンド巻きした場合には、この値が同鋼線
ビードの８２％に向上する。また、同じバンド巻きで
も、バンドの切断面の傾斜角を厚さ方向に対して０°に
した場合（比較例２）には、同傾斜角を６０°にした場
合（実施例１）に比して、タイヤの耐圧強度が低下す
る。実施例２の、総デニール数９０００Ｄ（３０００Ｄ
のヤーン３本を引き揃えたもの）、撚り係数２３７のア
ラミド繊維コードをバンド巻きした５列５段のビードコ
アでは、耐圧強度を比較例２の鋼線ビード並みに向上で
きる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の自動車タ
イヤ用ビードコアは、特定の要件を満足するアラミド繊
維コードに熱硬化性樹脂の初期重合体を含浸して、その
複数本を並列してなるバンドから構成され、かつ、バン
ドの巻始めと巻終り端の断面形状の傾きを接線方向に対
し４５°以下の鋭角に設定して巻回すことにより形成さ
れているので、軽量化と同時に耐圧強度の向上した乗用
車用ラジアルタイヤが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるバンドの一実施例を示す長さ方
向断面図である。

【図２】同バンドからなる環状積層体の巻始め端と巻終
わり端の状態を示す説明図である。

【図３】本発明に係わるビードコアの一実施例を示す斜
視図である。

【図４】同ビードコアを用いて形成したタイヤビード部
の内部構造を示す部分側面図である。

【図５】本発明に係わる代表的アラミド繊維コードの撚
り係数と中間伸度の関係を示すグラフである。

【図６】本発明に係わるアラミド繊維コードと従来の鋼
線ビード素材の応力−歪み曲線の一例である。

【符号の説明】

１： バンド ２： ビードコア ３： 熱硬化性樹脂を含浸したアラミド繊維コード ４： 環状積層体 ５： カーカスコード ６： 内層ゴム ７： 巻始め端 ８： 巻終り端

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撚り係数が０〜５００の範囲にあるアラ
   ミド繊維コードに熱硬化性樹脂の初期重合体を含浸した
   後、その複数本を並列して断面長方形の連続した帯状体
   に成形し、該帯状体を所定の長さに切断して、左右の切
   断面が厚さ方向に対してそれぞれ４５°以上の角度で傾
   斜してなるバンドとなし、ついで該バンドを芯金の周り
   に複数回巻回して環状積層体を成形し、しかる後、上記
   熱硬化性樹脂の初期重合体を硬化してなることを特徴と
   する空気入りタイヤのビードコア。
2. 【請求項２】 アラミド繊維コードが総デニール数９０
   ００Ｄ又は１２０００Ｄのコードである請求項１記載の
   自動車タイヤ用ビードコア。