JPS59120503A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は空気入りタイヤに関し、訂しく（Ｊ乗用車ラジ
アルシライタイヤ！のベル１〜部ｄ３　Ｊ、びカーカス
部の：」−ドに炭素繊維４右ダノに利用することにより
、タイＡ７の転動抵抗の低減を図ると共に耐久性の而−
Ｃ従来の水準を保持することをｉ＋Ｊ能どした空気入り
タイ１７に閉覆る。

自動中の言及、高速通路の充実に伴ない乗用中タイヤの
ラジアル化が進み、新型中に鼓谷されでいるタイヤのラ
ジアル化率は７５％、補修用タイＮ７のラジアル化率は
６０　％にも達し−でいる。

このようにラジアルタイヤが活及し−Ｃきたのは、その
独特なラジアル構造により耐摩粍・１ｉ、（＜Ｉ高速性
、操縦安定性が従来のバイアスタイＡ７に比へて１つれ
ていることに起因している。

良く知られている重用中用ラジアルプライタイヤの描造
はトレッＩ〜部とそのｌ〜レッド部の両肩で、それに連
イ（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１へ部をＩｎえ、タイＡ７の半径方向に
コードを配列り、−ｃなるカーカス部およぴカーカス部
を取り咎くベル１へより構成されている。

このカーカス部、ベル１一部はピード部と共にタイヤの
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はタイヤの周方向に対し、コード
を１５〜３０度に配列した２層以上のブライから成り、
またカーカスは周方向に対しほぼ８０〜９０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Ａ２の特徴は前記ベルト、カーカスにある
。カーカスはタイヤに柔軟性を与え、一方ベル１〜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、
前述のような良好なタイヤ特性が得られる。

昭和４８年頃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、その低燃費性は自動車に要求
される大きな特性となり、タイヤ、特にラジアルプライ
タイヤにおいても従来のタイヤに比べ良好なタイヤ特性
をもたせるべく、様々な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な部品であるタイヤは走行抵抗に大
きく影響するもので、低燃費化の一翼を担うものである
。

この車両の走行抵抗は一般に、 ■各軸受摩擦などの機械的損失に起因する転勤抵抗、 ■空気抵抗、 ■勾配抵抗、 ■加速抵抗、 ■タイヤ転勤抵抗、 に大別することができる。この内、■タイヤ転勤抵抗の
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１１００Ｋ／ｈ以下の速度域では５０％以上に
達するといわれている。

タイヤの転勤抵抗は、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、この内（ａ　）ヒステリシスロスはタイヤ
の転勤抵抗の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タイヤの転勤抵
抗の低減化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勤抵抗
は次式によって表わされることは一般的に知られている
。

転勤抵抗＝Ｈ／２πｒ ここで、 Ｈ＝Σ１Ｊｉ−ｓｉｎδ−Ｖｉ、 １”−タイ）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
径を一定として考えると、ヒステリシスロスはＵｉ２、
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は
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５１１）δ、Ｖｉを
小さくする方法が取られている。

これまでにｓｉｎδについては低発熱トレッド用のゴム
配合の採用、またＶｉについては各部材の軽量化である
。トレッド用のゴム配合を低発熱化すると、湿潤路面で
の特性が低下し、湿潤路面における安全性が低下し、安
易にこの方法を採用することはできない。

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、現在にお
いては基本性能を維持しつつ各部材を軽量化することは
極めてむずかしいことである。

これらのむずかしい条件下で、タイヤの軽量化を図るに
は、従来の材料に匹敵する特性をもつ材料で、しかも軽
量な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
イヤの（苦造は周方向に対し、コードをほぼ８０〜９０
度に配列したカーカスプライと周方向に対しコードを１
５〜３０度に配列したベルト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１一部材どしてはスチー
ルが主とし−Ｃ用いられている。

ベルト部材として用いられるスチールは初期モジュラス
が有ｍｔａｕより大きく、このためベルト部の剛性が高
められるので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。このため埋
在、スチールはベルト材として広く使われている。しか
し、このような優れた特性があるもののスヂールベル１
〜はタイヤが走行中障害物に当りトレッド部に傷ができ
、その傷がベルトまで達すると錆るという欠点があり、
また重量当りの引張強さが極めて低いのでタイヤ重量は
タイヤ全体の重量の１５〜１７％を占めている。

このことから、ベルト部の重量を低減することがタイヤ
転勤抵抗を低減する上ｒ重要な課題となっている。

軽量化という面で考えれば、ベルト材として前記した有
機繊維があるが、これらは初期モジュラスがスチールよ
り低いため、ベルｉへ部の剛性か不足し、操縦安定性、
耐摩耗性が低下し、また高温時のモジュラス低下により
、高速走行時の耐久性が悪くなり、スチールの代用とし
て使用できない。

これに代るものとして、炭素Ｉ［を用いる技術が特公昭
５６−４００４３号に開示されているが、炭素繊維はゴ
ムとの接着性が悪く、また屈曲疲労等の特性が良くない
。そして、乗用車用ラジアルプライタイヤは平均６万Ｋ
　ｍの耐久寿命があるとすると、その回転数は１０とな
り、疲労型の故障の発生する領域までの耐久性はベルト
部に炭素繊維を用いたタイヤにはない。このため炭素繊
維とゴムとの接着性を改良する技術は特開昭５０−１０
１６８６号に提案されでいるが未だ充分な改善とは言い
難い。

本発明は好ましいタイヤ特性、特に転勤抵抗を低減する
と共に軽量化した空気入りタイヤを提供することを目的
とし、乗用車用ラジアルプライタイヤを始めとし小型ト
ラック用タイヤ、トラックおよびバス用ラジアルプライ
タイＡ７として利用される。

本発明省等はこに目的に沿って種々の検討の結果、炭素
繊維を有効に利用することにより、スチールベルトを使
用したものに比べてかなり重量を軽減できることがわか
った。

また、従来の炭素繊維はラジアルブライタイヤのように
可撓性を特徴とするタイヤにはその屈曲疲労性不足のた
め使用できなかったが、本発明においてはゴムとの接着
性、屈曲疲労性が有機繊維と同等レベルであるため、カ
ーカスコードとしても使用できることがわかった。本発
明は以上のような知見に基づいてなされたものである。

すなわら本発明は、 タイヤのトレッド部、ザイドウオール部Ｊ３よびビード
部にわたって埋設され、かつタイヤの周方向に対して、
８０〜９０度の角度をなし、両端部を一対のビードコア
の回りにタイヤの内側から外側に折り返したカーカスプ
ライをもち、そして前記カーカスの外周部に、タイヤ周
方向に対し１５〜３０度の角度をなす少数のベルト層を
有するラジアルタイヤにおいて、 ベルト材料Ｊ５よび／′またはカーカス材料として、炭
素繊維の外側に有ａ繊維糸を複数本、撚回しあるいは編
組みによりカバーリングした炭素繊維の複合糸を使うこ
とを特徴とした空気入りタイヤにある。

一般に乗用車用ラジアルプライタイヤはカーカス材とベ
ル１〜材をそれぞれの機能に合せて異種材料を使用して
いるが、本発明のタイヤにおいてはベルト材、カーカス
材にそれぞれ同一種類の材料を使用でき、生産性の面で
も有利となる。

本発明の空気入りタイヤに使われる改良炭素繊維は次の
ような飼料である。

タイヤの要求特性に合せるため、従来の炭素繊維の欠点
であるゴムとの接着性および屈曲疲労性を炭素繊維糸の
外側に有機繊維糸を撚回あるいは編組によりカバーリン
グしたものである。

芯部に使用する炭素繊維糸は強度１００ｋｇ／　ｍｍ２
以上、引張弾性率３０００ｋｇ　／　ｍｍ２以上がよい
。

撚糸あるいは撚合糸にする場合に加えられる撚数は（１
）式で与えられるに値が２０００以下であることが好ま
しい。それ以上の撚りを加えるとフィラメント切れを起
すだけでなく、炭素繊維糸の有する高強力、高弾性率を
著しくそこなう。

Ｋ＝ＴＪＤ・・・・・・・・・・・・・・・（１）ここ
で、 ■＝炭素繊維に加えられる撚数（Ｔ　／　１０Ｃ７１１
）、（撚合糸の場合、下撚り数および上撚り数）Ｄ；炭
素繊維のデニール数、 （撚合糸の場合、撚合糸１−−タルのデニール数）そし
て、芯部の炭素繊維糸は１本でもよく、複数本引きそろ
えたものでもよく、また無撚糸でも、撚糸、撚合糸でも
よい。

一方、炭素繊維糸の外側を覆う有機繊維糸は天然繊維糸
、再生繊維糸、合成繊維糸およびこれらの混合繊維糸か
らなり、モノフィラメント糸、マルチフィラメン糸、紡
績糸およびこれらの撚合糸をいうが、６ナイロンマルチ
フイラメント糸、６６ナイロンマルチフイラメント糸、
レーヨンマルチフィラメント糸、ポリエステルマルチフ
ィラメント糸あるいは芳香族ポリアミド繊維マルチフィ
ラメント糸がゴムとの接着性から好ましい。

炭素繊維糸の外側を有機繊維糸でカバーリングする方法
は、通帛複数本の有機繊維糸を用いてなし、撚回により
複数本の糸を炭素繊維糸のまわりに周方向に撚回するこ
とで行なってもよく、また複数本の糸が交叉するように
撚回することで行なってもよく、また縁組により複数本
の糸が交叉するようにカバーリングしてもよい。

また撚回しあるいは編組に用いられる有機繊維１本の太
さは芯部の炭素！！維のコード径と同程度のコード径を
有するか、それ以下の径であることがよく、好ましくは
炭素繊維糸のコード径の１／２以下刃くよい。

撚回しまたは編組の場合の撚回し数または粗目数は撚回
し、または縁組に用いられる有機繊維糸の本数によって
も異なるが繊維軸方向に対する有機４！維糸のなす角（
θ）が５〜６０度の範囲に入るように選ぶのがよく有（
幾繊維糸の本数は（２）式で表わされる範囲が実用上好
ましい。

２ｙｃ　　５ｕ）−’　　ｒ２／ｒ１＋ｌ’２）≧ｎ＞
１・・・・・・（２） ここで、 ｎ：外側に用いられる有機繊維糸の本数ｒ１　：芯部の
炭素繊維糸のコード径 ｒ２　：外側に用いられる有機繊維糸のコード径ゴムと
の接着性を（＝Ｊ与するためになされる炭素繊維糸と有
機繊維糸との接着処理は、一体化する前に炭素１ｉｌｆ
ｔ糸および有機繊維糸を個別に施してもよく、また一体
化した後に施してもよく、さらには処理済みの炭素繊維
糸を未処理の有ｍ繊維糸で被覆した後に再度、接着処理
を施してもよい。

接着剤としては、通常ゴムと繊維の接着剤として用いら
れるＲＦＬ　（レゾルシン、ホルマリン初期縮合物とゴ
ムラテックスの水分散液）を使用するが、エポキシ系接
着剤、イソシアネー１〜系接着剤等で前処理し、ざらに
ＲＦＬで処理する方法を用いてもよい。

以上のように、炭素繊維糸の外側に有機繊維糸を複数本
撚回、あるいは編組によりカバーリングすることにより
、炭素繊維糸の複合糸とゴムの接着力は炭素繊維糸とゴ
ムの接着力と比べると約３倍となり、従来のナイロン、
ポリエステル等の有渫繊帷糸とゴムとの接着力と同レベ
ルとなった。

また炭素繊維糸の外側に有機繊維糸を複数本、配置する
ことにより炭素繊維糸の屈曲疲労性は約２倍向上し、一
般乗用車用うシアルブライタイヤのカーカスに採用する
ことが可能になった。

以下、本発明を実施例および比較例に基づいて具体的に
説明する。

実施例１〜２および比較例１〜２ タイヤに使用する炭素繊維複合糸を下記に示す条件で作
成した。

（ａ　）芯：炭素繊維、デニール１８００Ｄ　／　２撚
数：１０回／　１０ＣＴＩＩ、　Ｋ＝　６００側：ナイ
ロン、デニール４２０［）　／　ｉ撚数：１０回／　１
０ＣＴＩＩ、　ｎ　＝３カバーリング方法：撚回 複合糸の強カニ５４に９ （ｂ　）芯；炭素繊維、デニール１８００Ｄ　／　１撚
数：５回／　１０ＣＴＩＩ、　Ｋ＝　２００側；ナイロ
ン、デニ一ル４２０Ｄ　／　１撚数：１０回／１０ｃＴ
ｎ、ｎ＝４ カバーリング方法：撚回 複合糸の強カニ２５ｋ（１ これら炭素繊維複合糸（ａ　＞、（ｂ）の接着方法は処
理済みの炭素繊維糸を未処理のナイロン（４２０Ｄ／１
　）で被覆した後に、再度接着処理を施したもので・あ
る。

炭素紙ｆｌＩｊ複合糸（ａ　）、（ｂ）、ポリニスデル
、スチールＩＸ　５（０，２２）をそれぞれベルトコー
ドおよびカーカスコードとして用いてタイＶサイズが１
５５　ＳＲ１３の乗用車用ラジアルタイＶ４種類を次の
ように製造した。なお、タイヤの構造において、カーカ
スは一層とし、カーカスコード角度はタイヤ半径方向に
対し０度であり、ベルトは二層タイヤの周方向に対し１
７度とした。

１゜ベル１〜コードとして炭素繊維複合糸」−ド（ａ　
）クラウン部の４０エンド７５０ｍｍを、そしてカーカ
スコードはポリエステルクラウン部の３６工ンド１５０
ｍｍを使用したタイヤ（実施例１）。第２図にそのＷｉ
面図を示す。

２、ベル１〜コードとして炭素繊維複合糸コード（ａ　
）クラｒンン部の４０エンド／　５０ｍｍ、カーカスコ
ードは炭素繊維複合糸コード（ｂ）クラウン部の３６エ
ント／　５０ｍｍを使用したタイ）７（実施例２）。

第３図にその断面図を示す。

３、ベル１〜コードとしてスチールｌＸ５（０，２２）
クラウン部の４６工ンド１５０ｍｍを、そしてカーカス
コードとしてはポリエステル　１５００　　’Ｄ　／　
２クラウン部の３６エンド５０　ｍ　ｍを使用したタイ
ヤ（比較例１）。第１図にその断面図を示す。

４、ベルトコードとして接着処理した炭素繊維糸　１８
００　　ｆ）　／　２クラウン部の４０１ンド１５０ｍ
＋＋＋、そしてカーカスコードはポリエステル　１５０
０　　［）７、′２、クラウン部の３６工ンド１５０ｍ
ｍを使用したタイヤ（比較例２）。

このようにして得られたタイＡ７の高速ドラム試験、耐
久試験、タイへ７転動抵抗を測定して、タイヤ重量と共
に第１表に示した。なお、測定方法は下記の通りである
。

〈高速ドラム試験〉 空気圧３００ｋｇ／’＋ｍ、荷重３２６　Ｋａでドラム
試験機」−を走行させ、速度は１３０Ｋ　ｍ／　ｂから
スターｌへし、段階的に上背させ、タイＡ７が破壊した
時の速度と特開を示した。

く耐久試験〉 タイヤ１本当りの荷重：　　３００ｋＧ］、空気圧：　
　１．７ｋｑ／ｃｍ。

平均速度：約８０Ｋｍ　／ｈ　、路面ニ一般国道以上の
条件で実車テストを行ない、全摩耗までの走行距離を測
定した。

くタイＡ７転勤抵抗〉 ドラム半径７０７ｍｕ＋　、タイヤ空気／ｆ２．００　
ｋｇ／ｃ＃、荷重３００題を負荷し、予備走行を１１０
０Ｋ／ｈで３０分実施、その後各走行速度における転勤
抵抗値を３回測定し、その平均値を取った。

第　　１　　表 第１表から明らかなように、乗用車用ラジアルプライタ
イヤのベル１〜および／またはカーカスに炭素ｕＡ維複
合糸を使うことによって次の効果があることが明確にな
った。

（１）高速性 タイヤは高速走行すると、タイヤの内部発熱によりタイ
ヤは破壊してしまう。このためタイヤの耐熱性を評価す
るためドラム試験を行なった。この結果、実施例１〜２
および比較例１〜２のタイＡ７は共に２２０Ｋｍ　／ｈ
まで故障せず速度範囲によるタイヤ分類でＳＲ表示とな
っている。供試タイヤは最高速度１８０Ｋ　ｍとなって
いるが、これらのタイヤは２２０Ｋｍ／ｈまで走行して
いるので、かなり余裕がある。従って実施例１〜２およ
び比較例１〜２のタイヤは耐熱性に関してはかなりのレ
ベルにあることがわかる。

（２）耐久性 比較例２のタイヤは実施例１〜２および比較例１のタイ
ヤに比べて約１／３のか命で故障している。この故障部
を調べてみると故障はベルト部で炭素繊維糸と被覆ゴム
との間で界面剥離を起し、それが初期現象となって、大
きく成長、破壊したものであった。

一般的にくり返しの疲労度をみる一つの方法としてその
くり返し数が１０６〜１０’が一つの目安となっている
。この考えを比較例２のタイヤに当てはめると、３×１
０回で破壊したことになり、このような早期に故障した
のは炭素繊維糸とゴムの接着力が充分でないため、くり
返し疲労により剥離したものと考える。

（３〉タイヤ転勤抵抗 比較例１のタイヤに比較して、実施例１〜２および比較
例２のタイヤはタイヤ重量が約１０％軽Ｗ化されている
ため、転勤抵抗値は約１０％低くなっており、その効果
は充分発揮されている。

以上のように高速性を評価するドラム試験では実施例１
〜２および比較例１〜２のタイヤは共にかなりのレベル
にあり、タイヤの耐熱性の上からみれば問題はない。し
かし、実車耐久試験では比較例２のタイヤは、実施例１
〜２および比較例１のタイヤに比べて、耐久寿命が１／
３となっている。

比較例２のタイヤがこのように実施例１〜２および比較
例１のタイヤに比べて寿命低下を起したのは炭素繊維と
ゴムとの接着が弱く、くり返しの疲労により破壊したも
のである。

タイヤ転勤抵抗を低減するため、種々の改良技術が試み
られているが、耐久性か大幅に低下する材料はタイヤの
安全性の面から使うことはできない。それに代るものと
して炭素繊維糸でも有機繊維との複合糸を使用した実施
例１〜２のタイヤはタイヤ転勤抵抗では比較例１のタイ
ヤよりも低く比較例２のタイヤと同じレベルであったが
、耐久性は比較例２のタイヤの３倍よく、比較例１のタ
イヤと同じレベルである。この炭素＃＆紐の複合糸を使
用することにより、乗用車用ラジアルフライタイヤの低
燃費化という社会的要求にも充分対応できることがわか
った。

以上説明したごとく、ベルト材料および／またはカーカ
ス材料として、炭素繊維複合糸を用いた本発明の空気入
りタイヤは、耐熱性、耐久性の上でスチールベル１−を
もつタイヤと同レベルにあるにも拘わらず、転勤抵抗の
低減が可能であり、しかもスチールベルトをもつタイヤ
のようにトレッド部に受けた傷が成長し、ベル１〜に達
しても雨水等がそこに入り、錆ることかないので、スチ
ールベル＋−ツイヤに比べて統合的耐久寿命の低下が少
なく、安全なタイヤを提供することができる。また、ベ
ルト材料として炭素繊維を用いたタイヤと比較すると耐
久性が大幅に（登れている。ざらにはベルト材料とカー
カス材料を同種の材料を使用することも可能なので生産
性の面からも有利である。

従って本発明の空気入りタイヤは乗用車用ラジアルブラ
イタイヤを始めとして小形トラック用タイＡ７、軽トラ
ツク用タイＡ７および比較的軽荷重で使用されるトラッ
クおよびバス用ラジアルブライタイヤにも使用可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は比較例１で用いたタイヤの断面図、第２図は実
施例１で用いたタイヤの断面図、および第３図は実施例
２で用いたタイヤの断面図。 １；スチールを用いたベルト部、１′：炭素繊維複合糸
を用いたベルト部、２：ポリエステルを用いたカーカス
部、２′：炭素繊維複合糸を用いたカーカス部、３ニド
レッド部、４：サイドウオール部、５：ビード部、６：
ビード　コア特許出願人　横　浜　ゴ　ム　株式会社代
理人　　弁理士　伊　東　氏　雄 代理人　　弁理士　伊　東　哲　也 第１図 第　２　囚 （ 第３　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、タイ゛（７０１〜１ノット部、サイ１〜つＡ−ル部
   およびビード部にわたって埋設され、かつタイヤの周方
   向に対して、８０〜９０度の角度をなし、両端部を一対
   のヒードニ」アの回りにタイ）７の内側から外側に折り
   返したカーカスプライをもち、そして前記カーカスの外
   周部に、タイ１７周方向に対し１５〜３０度の角度をな
   り゛複数のベル１一層を右俳るラジアルタイヤにおいて
   、 ベルト材料Ｊ３よひ２／′またはカーカス’ｆＡ　＋Ａ
   として、炭素繊維の外側に石（幾楡組糸を複数本、撚回
   しあるいは編組みに、Ｊ、リカバーリングした炭素繊維
   の複合糸を使うことを特徴とした空気入りタイヤ。