JPS63162304A

JPS63162304A - 空気入りラジアルタイヤ

Info

Publication number: JPS63162304A
Application number: JP61308678A
Authority: JP
Inventors: Shuji Takahashi; 修二高橋; Yasuo Suzuki; 康雄鈴木; Kiyohiro Yamaguchi; 山口　清大; Shigeo Omote; 表　重夫
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 1986-12-26
Filing date: 1986-12-26
Publication date: 1988-07-05
Anticipated expiration: 2012-08-27
Also published as: JP2646351B2

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】〔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
ことなくタイヤ転勤抵抗を減少せしめた空気入ラジアル
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
ヤのラジアル化率は、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ド部をそなえ、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勤抵抗、（２）空気抵抗、（３
）勾配抵抗、（４）加速抵抗、（５）タイヤ転勤抵抗、
と大別することができる。このうち（５）のタイヤ転勤
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１００　ｋｍ／ｈ以下の速度域では５
０％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、（ａｌヒステリシ
ス・ロス、（ｂ）摩擦抵抗、（Ｃ１空気抵抗に分けられ
、このうちヒステリシス・ロスは、タイヤ転勤抵抗の９
０％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、前記タイヤ転勤抵抗を低減化す
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　　　・よって生ずる転勤
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。

転勤抵抗−Ｈ／２πｒここで、Ｈ−ΣＵｉ−ｓｉｎδ・Ｖｉｒ−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
ヤ半径を一定として考えると、ヒステリシス・ロスはＵ
ｉ、　ｓｉｎδ、Ｖｉに影響を受けることがわかる。Ｕ
ｉ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ｓｉｎδ、Ｖｉを
小さ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、ｓｉ
ｎδについては低発熱トレッド・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がということが、タイヤ転勤抵
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、ポリオキシメチ
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１１５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金物とゴムラテックスの混合
液（ＲＦ　Ｌ）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１０
ｇ／ｄ以上、引張弾性率２００ｇ／ｄ以上のフィラメン
ト多数本からなる繊維から構成される織物に、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シート状繊維強化材を、ベ
ルト層に用い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。

上記ベルト層は、好ましくは、０．１Ｎ〜１．０頭の厚
さを有するシート状繊維強化材をゴムと貼り合わせ、こ
れを複数層積層させてなるものである。

以下、本発明の構成につき詳しく説明する。

本発明で用いる高強度・高弾性率を有する繊維からなる
織物とは、比重が、３．０未満で引張強度がＬｏｇ／ｄ
以上、引張弾性率が２００ｇ／ｄ以上の繊維フィラメン
ト多数本からなる太さが１０，０００Ｄ以下の繊維束を
タテ糸及びヨコ糸に用い、平織物、朱子織物、Ｍ織物等
の織物に織ったものであり、タテ糸、ヨコ糸に異種の繊
維を打ち込んだ所謂ハイブリッド状の織物も含まれる。

ここで、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Ｌｏｇ／ｄ未満
では強度が不足する結果、ベルト層に用いた場合、使用
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２００ｇ／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住する。好ま
しくは、３００ｇ／ｄ以上のものを用いるのがよい。

繊維束は、樹脂の含浸性の観点から１０，０ＯＯＤ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。

繊維束は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。

これらの繊維束を用いて構成される織物は、その厚さが
１ｆｉ以下であればその織構造は特に限定されるもので
はないが、タテ糸とヨコ糸が交叉することで生ずる空隙
はできる限り小さくすることが好ましい。空隙が多いと
空隙を埋めた樹脂に応力集中し、樹脂層の破壊を生じ易
い。

また、特にヨコ糸の打ち込み数は、タイヤベルト部へ用
いる場合には、加工性を阻害しない程度に減らすことも
可能であり、さら　にヨコ糸を全く使わずにタテ糸のみ
を引きそろえ、タテ糸間隙を樹脂で埋没し一体化したシ
ート状物も用いることができる。但し、このような場合
シート面内での曲げ歪を加えた場合、タテ糸間隙に埋没
される樹脂に応力集中し、破壊する場合があるので、耐
久性を考慮すればヨコ糸を用いるのがより好ましい。タ
テ糸、ヨコ糸に用いる繊維束は、前記引張強度、弾性率
を有するものであれば、同一の繊維でも又異種の繊維を
組み合わせても特に問題はない。

この織物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、　ポリカー冊ボネート、ポリアセクール、ポリエーテル、エーテルケ
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、ポリフェ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°Ｃ以上、また非品性の熱可塑性樹脂で
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／ｍｍ”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タイヤメントに充分歪が加わら
なくなり、従って発注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
性樹脂の織物への含浸付着量は、織物重量に対し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。

このようにして作成した熱可塑性樹脂をマトリックスと
したシート状の繊維強化材は、厚み力月、０１１以下、
０．１　ｍ以上であることが好ましい。厚みが薄すぎる
と曲げ剛性が不充分となり、タイヤのベルト補強層とし
て用いた場合、充分な操縦安定性を享受できない。一方
、厚みが１．０龍超であると、大きな変形が加えられた
場合、樹脂と織物の接着界面破壊や樹脂内部での破壊が
生じやすく、耐久性の観点から不味である。

また、厚すぎると剛性が高くなりすぎ、タイヤの乗心地
の低下を招く。該繊維強化材は、ゴムとの接着性を付与
するために接着剤を塗布して用いられる。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ツ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、シート状であるため、薄いゴムシートを片面
に貼り合わせた後、それをタイヤ周方向に平行に数回巻
きつけることでタイヤベルト層として用いられる。ここ
で用いるゴムシートは、厚さが０．１　ｎ以上、３鶴以
下のものである。０．１顛未満の場合、大きな変形が加
えられるとゴムシートと繊維強化材との接着界面に大き
な剪断応力が発生し、接着破壊を生じ易くなる。一方、
３．　Ｏｖａ超の場合、曲げ剛性が高くなりすぎ、タイ
ヤの乗心地の低下を招以下に実施例および比較例を示す
。

実施例、比較例シート状繊維強化材：（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、１５００　Ｄ　）の無撚りの繊維束を用い
、タテ、ヨコの打ち込み本数が各々２５本１５ωである
平織物を用いた。この繊維織物に、ナイロン６樹脂（東
し■製）を４５重量％溶融含浸付着せしめ、繊維強化シ
ートを作成した。該シートの厚さは０．２　ｍ＋ａであ
った。用いたナイロン６樹脂は、融点が２１５℃で引張
弾性率が２８０ｋｇｆ／ｍｍ２である。尚、繊維の引張
特性はＪＩＳ　Ｌ　１０１７に従い、ナイロン樹脂の引
張特性はＡＳＴＭ　Ｄ　６３８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１８００　Ｄの無撚り繊維束を
用い、実施例１と全く同じ織構造の平織物を作成した。

この繊維織物に実施例１と同様のナイロン６樹脂を４５
重量％溶融含浸付着させ、繊維強化シートを作成した。

該シートの厚さは０．２１であった。

（３）比較例１実施例１と同様のアラミド繊維織物を用い、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■製ハイトレル）を用い４５重景％溶融含浸付着
せしめた。この樹脂は、融点が２１３℃で、引張弾性率
は９　ｋｇｆ／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１５００　Ｄ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　／　２、撚り数上撚り３０×下撚り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。

水　　　　　　　　　　　　　　８５．０１０ＸＮａＯ
Ｈ水溶液　　　　　　　１．０２−ピロリドン　　　　
　　　　　　　　　　　　　　１０．０計　　　　　　
　　　　　　ｉｏｏ、。

（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。

（本頁以下余白）表２重量部水　　　　　　　　　　　　　　　５０゜９レゾルシン
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２．２
３７χホルマリン　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　３．２１０％Ｎａ０ｔ＋水溶液　　　　　　　０．
６２８χアンモニア水　　　　　　　　　　　　　　　
　　１．４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、操縦安定性の指標であるコーナリングパワー
とタイヤ転がり抵抗及びタイヤ重量である。コーナリン
グパワーは、周速１０ｋｍ／ｈｒでタイヤをドラム上で
回転させ、タイヤにスリップ角を与えた時に生ずる遠心
力に対抗するタイヤの回転軸に直角方向の力、即ちコー
ナリングフォースを測定する。コーナリングパワーは、
コーナリングフォースのスリップ角に対する変化量であ
るが、便宜的にスリップ角２度の時のコーナリングフォ
ースをスリップ角２度で除した値で表わす。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実施例１の繊維強化シートにゴムとの接着剤を塗布後、
０．５　ｗ厚のゴムシートを片面に貼り合わせた後、タ
イヤ周方向に該シートのタテ糸方向が平行となるように
して３回巻きつけ３層からなるベルト構造とした。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。

第１図にこのベルト構造を示す。第１図において、タイ
ヤ１では、左右一対のビードワイヤ２．２間にカーカス
層３が装架され、トレッド４においてはカーカス層３の
上に３ＮのベルトＮ５がタイヤ周方向に環状に配置され
ている。

第２図にベルト層５を拡大して示す。第２図に示すよう
に、ベルト層５は、繊維強化シートａの片面にゴムシー
トｂを貼り合わせたものである。

（７）実施例４実施例２の繊維強化シートを用いた以外は、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の繊維強化シートを用いた以外は、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の繊維強化シートを用いた以外は、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５　ｃｍ当たり
５０本の打ち込み数にで、タイヤ周方向に２０度で互い
に交差してなるように配置した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Ｉ　Ｘ　５　（０，２５）のスチー
ルコードを用い、５　ｃｍ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に配
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。

（来夏以下余白）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６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ベルト層に用いたので、
操縦安定性を損なうことなしにタイヤ転勤抵抗を減少せ
しめることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の空気入りラジアルタイヤの一例のベル
ト構造を示す断面説明図、第２図は第１図におけるベル
ト層の拡大説明図である。１・・・タイヤ、２・・・ビードワイヤ、３・・・カー
カス層、４・・・トレッド、５・・・ベルト層、ａ・・
・繊維強化シート、ｂ・・・ゴムシート。

Claims

【特許請求の範囲】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繊
維から構成される織物に、引張弾性率が１０ｋｇｆ／ｍ
ｍ＾２以上の熱可塑性樹脂を１５重量％以上含浸付着せ
しめてなるシート状繊維強化材を、ベルト層に用いたこ
とを特徴とする空気入りラジアルタイヤ。２、ベルト層が０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの厚さを有する
シート状繊維強化材をゴムと貼り合わせ、これを複数層
積層させてなる特許請求の範囲第１項記載の空気入りラ
ジアルタイヤ。