JPH04185511A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、タイヤの軽量化のためビード部に配置するビ
ード環状体として、繊維強化樹脂複合材料を使用しなが
ら、この種のビード環状体の欠点とされるリム脂性や耐
久性を向上した空気入りタイヤに関する。

〔従来の技術〕

近年の地球環境の温暖化の最大の要因としては、石油燃
料の消費がもたらす炭酸ガスの排出に依ることが明らか
になって来ている。中でも自動車の排出ガスの及ぼす影
響は、非常に大きなものがあり、排出ガスの削減、即ち
自動車の低燃費化が急務となってきている。

自動車における低燃費化を達成する場合、タイヤの軽量
化は有効な手段である。しかし、単純にタイヤの各部材
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
、操縦安定性やユニフォーミティ等のタイヤの基本性能
が低下してしまう。したがって、タイヤの基本性能を維
持して各部材を軽量化することは極めて困難である。

これらの困難な条件の中でタイヤの軽量化を図るため、
従来の部材に匹敵する基本性能を保有する軽量な新材料
を使用したタイヤが提案されている。たとえば、特開昭
５７−６６００７号公報には、ビード部材のスチールワ
イヤに代えて無機質の高モジユラス繊維束に、マトリッ
クスとして熱硬化樹脂又は液状ゴムを含浸し、所定の形
に成形した後加熱硬化したものをビード環状体として使
用した空気入りタイヤが提案されている。本発明者らが
鋭意研究した結果、このようなビードで耐久性を向上さ
せるには、マトリックスの剛性が高ければ高いほど良好
であることが判ったが、所定の形に成形後加熱硬化させ
るこのようなど一ドでマトリックスの剛性を大きくする
と、ビード環状体（ビード部）が剛直化するため、タイ
ヤのリム脂性が悪化し、現行のリムを適用し難くすると
いう問題があることが判った。

また、実開昭６４−１６９０１号明細書には、炭素繊維
と熱硬化性樹脂とからなる繊維強化樹脂複合材料を、比
較的太い、円形、長方形平板状又は多角形等の断面形状
の線状体に成形し、これを必要回数環状に巻回して所定
の強度を付与した後、ラフピングテープを巻回したビー
ド環状体が開示されている。しかし、このビード環状体
は、剛くて可撓性に乏しいためタイヤの製作工程で破損
し易く、また良好なリム脂性が得られなかった。しかも
繊維強化樹脂複合材料（以下、ＦＲＰと称す）からなる
線状体相互間の摩耗により強力が損なわれ、耐久性に劣
る欠点があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、非金属繊維フィラメントと熱硬化性樹脂とか
らなるＦＲＰから成形したビード環状体を使用しながら
耐久性を向上し、かつ操縦安定性等のタイヤの基本性能
とリム脂性を良好にした空気入りタイヤを提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

このような目的を達成する本発明は、比重３．０未満、
引張強さ１５０Ｋｇｆ／ｍｍ”以上、引張弾性率４，０
００Ｋｇｆ／ｌＩＩｍ”以上の多数本の非金属繊維フィ
ラメントからなるコード状繊維束に、マトリ７クスとし
て硬化後の引張弾性率１５０Ｋｇｆ／ｗＩ１１２以上の
熱硬化性樹脂が１５重量％以上含浸付着せしめられて線
径０．７ｍｍ〜２．０　ｍｍのＦＲＰからなる線状体（
以下、ＦＲＰ線状体と称す）を構成し、該ＦＲＰ線状体
の複数本が体積分率０．３から０．８の範囲でゴム中に
埋設されることによりビード環状体を構成したことを特
徴とするものである。

このようにＦＲＰ線状体をゴム中に埋設する構造とした
ことによって、ＦＲＰ線状体に基づく軽量化を可能にし
、しかも従来欠点とされていた耐久性やリム脂性の向上
を可能にする。

本発明において、コード状繊維束の引張強さと引張弾性
率はＪＴＳ　Ｒ７６０１に規定されている方法に準拠し
て測定した値をいう。また、熱硬化性樹脂の引張弾性率
はＡＳＴＭ　Ｄ６３８に規定されている方法に準拠して
測定した値をいう。

以下、図面を参照して本発明の構成について具体的に説
明する。

第１図は、本発明タイヤのビード環状体の１例を示す断
面図で、ｌはビード環状体、２はＦＲＰ線状体、３はゴ
ムである。ビード環状体１は複数本のＦＲＰｖＡ状体２
をゴム３中に埋設し、円形の断面形状に成形された構造
を有してし）る。

第２図は、第１図のビード環状体を構成するＦＲＰ線状
体２の断面図である。図に示す通り、ＦＲＰ線状体２は
、多数本の非金属繊維フィラメント４からなるコード状
繊維束に、熱硬化性樹脂５をマトリックスとして含浸付
着し一体化したＦＲＰを円形の断面形状を有する線状体
に成形したものである。

このＦＲＰ線状体２を構成するコード状繊維束は、その
比重が３．０未満で、引張強さ１５０Ｋｇｆ／ｍｍ”以
上、引張弾性率４，０００にｇｆ／ｎｕｎ”以上の物性
を有する非金属繊維フィラメント４からなっている。非
金属繊維フィラメント４の比重が３．０以上では軽量化
材料としてのメリットが発揮されず、タイヤを十分に軽
量化することができない。また、引張強度が１５０Ｋｇ
ｆ／ｍｍ”未満ではＦＲＰ線状体の使用量を多くしない
と、ビード環状体としての必要な強度が得られなくなり
、軽量化することができなくなる。また、引張弾性率が
４、ＯＯＯＫｇｆ／ｎｍ”未満ではタイヤのビード部剛
性が不足し操縦安定性が低下する。

このコード状繊維束の太さは、２０，０００デニール（
Ｄ）以下であるのが望ましい。その太さが２０．０ＯＯ
Ｄ以下であると内部への樹脂の含浸が容易になり、非金
属繊維フィラメントの収束効果が向上してコード状繊維
束の引張弾性率の利用効率が向上するため、その曲げ歪
みに対する抵抗性が増大し、操縦安定性を向上すること
ができる。また、このコード状繊維束は、通常無撚りで
用いられるが、収束性付与のためには樹脂の含浸性を阻
害しない程度の若干の撚りを付与することができる。

このような本発明のコード状繊維束を構成する非金属繊
維素材としては、例えば炭素繊維、アラミド繊維（ポリ
バラフェニレンテレフタルアミド繊維）、ガラス繊維、
全芳香族ポリエステル（“ヘクトラン”）、炭化珪素繊
維、ボロン繊維等を挙げることができる。

一方、本発明のＦＲＰ線状体のマトリックスとしては、
硬化後の引張弾性率が１５０Ｋｇｆ／ｍｍ２以上の熱硬
化性樹脂５が使用される。硬化後の引張弾性率が１５０
にｇｆ／ｍｍ”未満では、走行中にタイヤに加わる繰り
返し応力によりビード環状体が座屈し易くなるため、タ
イヤの耐久性が低下する。

また、タイヤの製作過程で短時間ではあるが、比較的高
温で加硫されるので、熱硬化性樹脂５は加硫中の熱履歴
により物性変化を起こさない程度の耐熱性を有すること
が望ましい。このような熱硬化性樹脂としては、たとえ
ば、耐熱エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂等を例示す
ることができる。

この熱硬化性樹脂５のコード状繊維束４に対する含浸付
着量は、コード状繊維東重量に対し１５重量％以上、好
ましくは３０重量％以上であるのがよい。１５重量％未
満では均一に含浸させることが不充分となり、多数本の
フィラメントに対する収束効果が低減し、コード状繊維
束の引張弾性率の利用効率が低下するため、その曲げ歪
みに対する抵抗性が悪化し、操縦安定性が低下する。

このＦＲＰ線状体は、その直径を０．７ｍｍ〜２．０ｍ
ｍの範囲内になるようにする。直径が０．７　ｍｍ以下
では加硫以前の工程におけるタイヤの形状安定性が低下
する。また、タイヤに成形した時のビード部剛性が不足
し、操縦安定性が悪化する。

直径が２．０　ｍｍ以上ではタイヤに成形した時のビー
ド部剛性が大きくなり過ぎてリム組性が悪化し、且つＦ
ＲＰ線状体の端末部での断面積変化が大きくなり、ユニ
フォーミティが低下する。

このＦＲＰ線状体の断面形状は、円形、並びに前記直径
０．７　ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲内の円形断面と同等の
断面積を有する三角形から実質的に円形と見做せるまで
の多角形、その他の異形形状の各種の断面形状にするこ
とができる。

このようなＦＲＰ線状体は、その体積分率が０．３〜０
．８の範囲内になるように、その複数本がゴム中に埋設
される。ＦＲＰ＆ｉ状体をゴムをマトリックスとして複
合一体化することにより、ビード環状体に要求される剛
性を満足しなから可撓性を付与することができる。しか
し、ＦＲＰ線状体の体積分率が０．３未満ではマトリッ
クスのゴムの量が多くなり過ぎてビード部剛性が小さく
なり、タイヤの操縦安定性が低下する。他方、上記容積
分率が０．８を越えると、ゴムの量が少なくなり過ぎて
ビード環状体（ビード部）の可撓性が低下するためリム
組性が低下し、甚だしい場合にはビード部が折損するに
至る。また、ＦＲＰ線状体とゴムとの間の接着性が弱く
なり、悪路走行時のように繰り返し衝撃を受けるとセパ
レーションを発生しＦＲＰ線状体が折損する。また、折
損に到らないとしてもＦＲＰＩ状体同志の磨耗によりＦ
ＲＰ線状体の強力が損なわれる等の問題がある。

このＦＲＰ線状体には接着剤を塗布し、ゴムとの接着性
を改良することができる。このような接着剤としては、
所謂レゾルシン・ホルマリン初期縮合物とラテックスの
混合液（ＲＦＬ）がある。ゴムに対する接着性をさらに
向上させるためには、塩化ゴム系接着剤を使用したり、
プラズマ処理や酸によるエツチング等により表面活性化
を行った後前記ＲＦＬで処理したりするのがよい。

〔実施例〕

次の４種類のＦＲＰ線状線状体口、ハ及び二を作製した
。

ＦＩ？Ｐ線状体線状 体重１．８、引張強さ３６０Ｋｇｆ／ｍｍ”、引［１ｔ
１２３、５００Ｋｇｆ／ｒ＊ｒａ２、太さ９，０００　
Ｄ（７）無撚りの炭素繊維に、第１表に示す熱硬化性樹
脂組成物Ａを３５重量％含含浸層せしめ１００℃で２時
間、さらに１５０℃で１５時間熱処理した後、ゴムとの
接着性を向上するため接着剤を塗布しＦＲＰ線状線状体
口製した。このＦＩ？Ｐ線状体線状体重付着した熱硬化
性樹脂の硬化後の引張弾性率は３２０Ｋｇｆ／ｍｍ”で
あった。

ＦＲＰ線状体口： 比重２．５２、引張強さ２８０Ｋｇｆ　１ｍｍ　”、引
張弾性率７、５００Ｋｇｆ／ｍｎ＋”、大すｌｏ、０Ｏ
ＯＤ（７）無撚す１７）ガラス繊維に、第１表に示す熱
硬化性樹脂組成物Ｃを３５重量％含含浸層せしめ１８０
’Ｃで２時間、さらに２４０℃で４時間熱処理した後、
ゴムとの接着性を向上するため接着剤を塗布してＦＲＰ
線状体口を作製した。

このＦＲＰ線状体口に含浸付着した熱硬化性樹脂Ｃの硬
化後の引張弾性率は４００ｈｆ／闘２であった。

ＦＲＰ線状線状体 比重１．８、引張強さ３６０ｋｇｆ／ｍｍ２、引張弾性
率２３５００Ｋｇｆ／ｍｎ＋”、太さ９，０００　Ｄの
無撚りの炭素繊維に、第１表に示す熱硬化性樹脂組成物
Ｂを３５重量％含含浸層せしめ１００℃で２時間、さら
に１５０℃で１５時間熱処理した後、さらにゴムとの接
着性を向上するため接着剤を塗布してＦＲＰ線状線状体
比製した。。

このＰＰＰＰＰ線状体台浸付着した熱硬化性樹脂Ｂの硬
化後の引張弾性率は５０Ｋｇｆ／ａｍ”であった。

ＦＲＰｖＡ状体二二 比重１．４４、引張強さ２８５Ｋｇｆノｍｍ２、引張弾
性率１２、　ＯＯＯＫｇｆ／ｍｍ”、８５２０　Ｄの無
撚りのアラミド繊維（ポリパラフェニレンテレフタルア
ミド繊維）に、第１表に示す熱硬化性樹脂樹脂組成物Ａ
を１０重量％含浸付着せしめ１００’Ｃで２時間、さら
に１５０℃で１５時間熱処理した後、さらにゴムとの接
着性を向上するため接着剤を塗布しＦＲＰ線状線状体台
製した。

このＦＲＰ線状線状体台浸付着した熱硬化性樹脂Ａの硬
化後の引張弾性率は３２０Ｋｇｆ／ｍｎ＋”であった。

〔本頁以下余白〕

第１表 ビード環状体として、上述したＦＲＰ線状線状体口、ハ
及び二並びにスチールワイヤーを使用して、下記の９種
類の本発明タイヤＩ、本発明タイヤ■、比較タイヤＩ〜
■を製作した。

これらのタイヤのサイズは、いずれも同一の１９５／７
０ＨＲ１４とした。

本発明タイヤＩ： 次のビード環状体、カーカス層及びベルト層から構成し
たタイヤである。

ビード環状体：直径１．、ｏｍｍのＦＲＰ線状体イを、
その体積分率が０．６となるようにゴム中に埋め込んだ カーカス層：　１０００ｄ／２のポリエステルコードを
２層積層した ベルト層：　Ｉ　Ｘ　５　Ｘｏ、２５のスチールコード
を５α当たり４０本の打ち込み数にて、タイヤ周方向に
２０°で互いに交差してなるように配置した。

本発明タイヤ■： 本発明タイヤ■において、ビード環状体として、直径の
１．２ｍｍのＦＲＰ線状体口を、その体積分率が０．６
となるようにゴム中に埋め込んだものを使用したタイヤ
である 比較タイヤ■： 本発明タイヤ■において、ビード環状体として、直径の
１．（ｂｎｍのＦＲＰ線状体イを、その体積分率が０．
２となるようにゴム中に埋め込んだものを使用したタイ
ヤである 比較タイヤ■： 本発明タイヤＩにおいて、ビード環状体として、直径の
１　、０ｍｍのＦＲＰ線状体イを、ゴム中に埋め込むこ
となく　（体積分率が１．Ｑ）、そのまま用いたタイヤ
である 比較タイヤ■： 本発明タイヤＩにおいて、ビード環状体として、直径の
１．０ｍｍのＦＲＰ線状体ハを、その体積分率が０．６
となるようにゴム中に埋め込んだものを使用したタイヤ
である 比較タイヤ■二 本発明タイヤＩにおいて、ビード環状体として、直径の
０．８ｍｍのＦＲＰｖＡ状体二を、その体積分率が０．
６となるようにゴム中に埋め込んだものを使用したタイ
ヤである 比較タイヤＶ： 本発明タイヤＩにおいて、ビード環状体として、直径０
．５１のＦＲＰ線状体イを、その体積分率が０．６とな
るようにゴム中に埋め込んだものを使用したタイヤであ
る 比較タイヤ■： 本発明タイヤ■において、ビード環状体として、直径３
．０　ｍｒｒｌのＦＲＰｇ状体イを、その体積分率が０
．６となるようにゴム中に埋め込んだものを使用したタ
イヤである 比較タイヤ■： 本発明タイヤＩにおいて、ビード環状体として、直径０
．９５ｍｍのスチールワイヤーを、その体積分率が０．
４となるようにゴム中に埋め込んだものを使用したタイ
ヤである。

これらの９種類のタイヤについて、操縦安定性テスト、
タイヤ転がり抵抗、タイヤ重量、リム損性、ユニフォー
ミティ、及び悪路走行後の複合線状体の強力保持率を評
価した。

操縦安定性テスト、タイヤ転がり抵抗、タイヤ重量の評
価結果は、それぞれ比較タイヤ■の評価結果を１００と
する指数で示した。この指数値が大きいほどこれらの性
能は優れている。

また、悪路走行後の強力保持率は、新品時の強力を１０
０とした場合の指数で示した。この値が大きい程強力保
持率が優れている。

操縦安定性テスト、タイヤ転がり抵抗及び悪路走行後の
強力保持率の評価方法は次の通りである。

則Ｉ口にむ腫ｊぢ（ト； 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。

Ｌ不ヱ耘が工延五： 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。

′−′の二： 悪路を２００００ｋｍ走行後にタイヤ中より複合線状体
を取り出し、その強力を引張試験機で測定し新品時の強
力と比較した。

評価結果を第２表に示した。

（本頁以下余白） 第２表に示したように、本発明タイヤＩ、　　ＩＩおよ
び比較タイヤ■〜■は、いずれもスチールワイヤーを用
いた比較タイヤ■に比べて著しく重量が軽くなっており
、タイヤ転がり抵抗が向上している。

しかし、比較タイヤＩのように、ＦＲＰ線状体のビード
環状体における体積分率（０，２）が極端に低いものは
軽量化が不十分となり、操縦安定性も低下している。

又、比較タイヤ■のようにＦＲＰ線状体をゴム中に埋め
込まない場合は、走行に伴う強力の低下を生じる。

さらに比較タイヤ■のように、ＦＲＰ線状体を形成する
樹脂の硬化後の引張弾性率（５０ｋｇｆ／ｍｍ”）が小
さい場合もまた、走行に伴う強力の低下が見られる。

比較タイヤ■の場合は、ＦＲＰ線状体を形成するマトリ
ックスの熱硬化性樹脂の含浸付着量（１０重量％）が少
なく、フィラメントの収束性が低下し大幅に操縦安定性
が低下している。

比較タイヤ■はＦＲＰ線状体の線径が小さい（０，５ｍ
ｍ　）場合であり、操縦安定性が低下していることが判
る。

逆に比較タイヤ■のように、ＦＲＰ線状体の線径が大き
い（３，０＋＋＋ｉ）とリム損性が悪く、ユニフォーミ
ティも低下する。

これに対して、本発明タイヤ■及び本発明タイヤ■は、
いずれもリム損性、耐久性、操縦安定性を害することな
く軽量化されている。

〔発明の効果〕

以上、説明したように本発明によれば、ＦＲＰ線状体か
らビード環状体を構成し、かつそのＦＲＰＩ＃！状体の
強化繊維として、比重の小さい、特定の引張強さと弾性
率を有する非金属繊維フィラメントからなるコード状繊
維束を使用したので、ビード環状体を大幅に軽量化しな
からビード環状体に要求される強度特性とビード部剛性
を付与することができる。さらにＦＲＰ線状体のマトリ
ックスとして硬化後一定値以上の引張弾性率を有する熱
硬化性樹脂を特定量含浸付着することにより、前記コー
ド繊維束に対する収束性を向上し、繰り返し応力に対す
る耐座屈性を大きくし、ビード環状体の耐久性を向上す
ることができる。

さらに前記ＦＲＰｍ状体を特定の線径とし、その体積分
率が特定の範囲内になるようにゴム中に埋設したから、
ビード環状体に要求される剛性を満足しなから可撓性を
付与し、タイヤの製作における成形安定性を向上し、良
好なリム損性を付与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明タイヤのビード環状体の１例を示す断面
図、第２図は第１図のビード環状体を構成する繊維強化
樹脂からなる線状体の１例を示す断面図である。 １・・・ビート環状体、２・・・ＦＲＰ線状体、３・・
・ゴム、４・・・非金属繊維フィラメント、５・・・熱
硬化性樹脂。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 比重３．０未満、引張強さ１５０Ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上
   、引張弾性率４，０００Ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上の多数本
   の非金属繊維フィラメントからなるコード状繊維束に、
   マトリックスとして硬化後の引張弾性率が１５０Ｋｇｆ
   ／ｍｍ＾２以上の熱硬化性樹脂が１５重量％以上含浸付
   着せしめられて線径０．７ｍｍ〜２．０ｍｍの繊維強化
   樹脂複合材料からなる線状体を構成し、該線状体の複数
   本が体積分率０．３から０．８の範囲でゴム中に埋設さ
   れることによりビード環状体を構成した空気入りタイヤ
   。