JPH0585364B2

JPH0585364B2 -

Info

Publication number: JPH0585364B2
Application number: JP60130011A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Morikawa; Kazuyuki Kabe; Shuji Takahashi
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 1985-06-17
Filing date: 1985-06-17
Publication date: 1993-12-07
Also published as: JPS61287804A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は耐久性にすぐれ、かつ乗心地及び操操
縦安定性ならびに高速性に優れた主として乗用車
用の空気入りラジアルタイヤに関し、詳しくは炭
素繊維コードからなるビード部補強用の炭素繊維
補強層を適切に配置して、ビード部を補強するこ
とによつて、炭素繊維補強層に加わる力を比較的
引張り側にとどめることを可能とし、その耐久性
を著しく高め、しかも乗心地を損うことなく操安
性及び高速耐久性を良好たらしめるビード部構造
を有する空気入りラジアルタイヤに関するもので
ある。

〔従来技術〕

近年、高速道路網の完備や乗用車の高性能化等
と相まつてタイヤに対する要求性能の高度化、多
岐化はとどまるところを知らないものがある。

例えば、SRタイヤより高速走行可能なHRタ
イヤ化、更にはもつと高速走行可能なVRタイヤ
の要求とか、より操縦安定性に優れる偏平タイヤ
の要求などがあげられる。

ところが、車両側から見れば、タイヤハウスの
関係から、従来通りの偏平率で高速走行可能な、
しかも操縦安定性に優れるタイヤの要求もある。

そこで、従来タイヤ製造業者はビード部補強層
と称するナイロンなどの有機繊維コードからなる
補強シートをタイヤのビード部に追加することに
より、種々の改良要求に対処する試みを行なつて
いるが、上記のごとき従来のカーカス材と同様な
材質からなる補強層をタイヤのビード部に追加す
るだけではその剛性の低さ故に不十分であつた。

その後、カーカス材と同様な材質では剛性が不
十分であるとの反省から、十分な引張り剛性と曲
げ剛性を有するスチールコードからなるビード部
補強層が提案され、高速性能や操縦安定性の改良
等の効果が認められたが、スチールコードによる
曲げ剛性の強さに起因する乗心地の悪化は耐え難
いものであり、かつ重量的にも重くなることか
ら、更に改良が必要であつた。

以上の状況から、有機繊維より著しく高い引張
り剛性を有し、かつスチールコードの曲げ剛性よ
りも著しく低い曲げ剛性を有する炭素繊維コード
が脚光をあびてきている。

この炭素繊維は従来の有機繊維に比較して、十
分な引張り剛性を有すると共に、スチールコード
の剛性より著しく曲げ剛性が低いために乗心地性
を損うことなく、ビード部の補強効果をはたすこ
とができ、また重量的にも炭素繊維はスチールコ
ードに比べてはるかに軽く、有機繊維並であると
いう利点がある。

一方、ビード部廻りを補強することは、ビード
部の動きをおさえると共に、ビード部廻りの剛性
をアツプすることにあり、このことにより、たと
えば高速走行時のビード部付近の動きをおさえ
て、スタンデイングウエーブの発生をなくし、ま
た横剛性のアツプにより、車両の操縦安定性を向
上させることが可能となる。

そこで、第３図及び第４図は従来の空気入りラ
ジアルタイヤを示しており、これらのタイヤに
は、ビード部１のカーカス層４内の下ビードフイ
ラー６に沿つて炭素繊維補強層８が設けられてお
り、第３図ではこの炭素繊維補強層８が下ビード
フイラー６の内側に設けられ、また第４図では下
ビードフイラー６の外側にそれぞれ設けられてい
る場合を示している。

なお、上記の図中において、１Ａはビードワイ
ヤーであり、２はサイド部、そして９はリムフラ
ンジである。

以上のごとく、炭素繊維補強層８によりビード
部１を補強した場合でも、第３図及び第４図すの
ごとく従来の補強層と同様の配置では、炭素繊維
がその結晶構造上引張りには極めて強いが圧縮に
は弱いという特性から、著しくその耐久性が劣る
という欠点があつた。

従つて、第４図の様に従来のビード部補強層と
同様に炭素繊維補強層をタイヤに配置した場合、
リムフランジ９を支点としてビード部１が曲げ変
形を受けた場合は、圧縮が炭素繊維コードに加わ
り、耐久性を低下させてしまい好ましくない。

また、第３図の様に配置した場合、タイヤのサ
イド部２にあつては、タイヤの最大幅付近を支点
としてビード部１と逆の曲げ変形が加わり、ビー
ド部１同様の理由で耐久性を低下させてしまうと
いう欠点がある。

〔発明の目的〕

そこで本発明は、前記従来の欠点を解消するた
めになされたものであり、炭素繊維補強層でビー
ド部を補強した空気入りラジアルタイヤの耐久性
を向上し、しかも乗心地を損うことなく操縦安定
性と高速耐久性を向上させた空気入りラジアルタ
イヤを提供するものである。

〔発明の構成〕

即ち、本発明の空気入りラジアルタイヤは、ビ
ード部を構成するビードフイラーを上下に分割
し、このビード部に少なくとも上ビードフイラー
と下ビードフイラーとの間の挟撃領域を通るよう
に炭素繊維コードからなる炭素繊維補強層を設
け、その炭素繊維コードを引張強度100Kg／mm²以
上かつ引張弾性率5000Kg／mm²以上の炭素繊維から
構成し、そのコートゴムの100％モジユラスを30
〜70Kg／cm²とし、さらに前記挟撃領域のタイヤ断
面方向中央点をリムフランジ高さよりも高く、か
つリムフランジ高さの2.5倍以内に設定すると共
に、前記炭素繊維補強層を前記挟撃領域からビー
ド部側に延びる部分はタイヤ断面内側の最大引張
領域にカーカス層に沿わせるように配置し、また
反対のトレツド部側に延びる部分はタイヤ断面外
側の最大引張領域にカーカス層に沿わせるように
配置し、かつ該炭素繊維補強層のトレツド部側端
部の高さをタイヤ最大幅位置よりも低くしたこと
を特徴とするものである。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

第１図は本発明の一実施例における乗用車用の
空気入りラジアルタイヤの要部正断面図であり、
第２図は本発明の一実施例であつてカーカスが１
層の例の拡大正断面図である。

この乗用車用の空気入りラジアルタイヤは、一
対のビードワイヤー１Ａと一対のサイド部２と、
それに連結してトレツド部３とカーカス層４との
間にベルト層５を配設することにより構成されて
いる。

なお、このカーカス層４のコードの材質として
は乗用車用タイヤでは一般にナイロン、ポリエス
テル等の有機繊維が用いられている。

また、ベルト層５のコードとしては主にスチー
ルコードが用いられているが、他にアラミツドな
ども用いることができ、更に最近ではこのベルト
層５とトレツド部３との間にタイヤ周方向に沿つ
たナイロンカバーを挿入して高速性を向上させる
ことも行なわれている。

次に、この空気入りラジアルタイヤのビード部
１は炭素繊維コードからなる炭素繊維補強層８で
補強されており、この炭素繊維補強層８は上ビー
ドフイラー７及び下ビードフイラー６とに挟まれ
た図中Ｎで示す挟撃領域を有している。

上記のビード部１を補強している炭素繊維補強
層８に使用される炭素繊維コードとしては、引張
強度100Kg／mm²以上、引張弾性率5000Kg／mm²以上、
好ましくは引張強度200Kg／mm²以上、引張弾性率
15000Kg／mm²以上の特性を有する炭素繊維にその
繊維の単位長さ当りの重量の10％から50％の接着
剤を塗布した後、Ｋ＝Ｔ√の式で表わされる撚
り係数Ｋ値が、０≦Ｋ≦1800の範囲となるように
撚りを加えたものであり、その撚り構造は数本の
炭素繊維各々に先ず下撚りを加えた後、さらにそ
れら数本を合せ、上撚りを加える、所謂もろ撚り
構造でも良く、また一本の炭素繊維糸条に撚りを
加えるだけの片撚り構造でも良い。

なお、上記の撚り係数Ｋの式のＴはコードの撚
り数（回／10cm）であり、そしてＤはコードの総
デニール数である。

また、上記の炭素繊維コードの製造方法は、未
処理炭素繊維糸条を接着剤であるレゾルシン・ホ
ルマリン初期縮合物とゴムラテツクスとの混合液
（以下RFLと略称する）に含浸させ、乾燥処理し
た後、所定の撚りを加えて作成する。

接着剤であるRFLの炭素繊維への付着量が10
％以下であるとゴムとの接着が不十分であるだけ
でなく、炭素繊維の屈曲疲労性を改善することは
できず、一方50％を越えると、接着剤の乾燥熱処
理に際し、接着剤層が厚いために、乾燥不足とな
るだけでなく、接着剤層に気泡が生じ、均一なコ
ードが得られ難いので接着剤の付着量は20％から
40％が好ましい。

また、接着剤を塗布するに際しては、接着剤を
炭素繊維フイラメント内に充分含浸させることが
屈曲疲労の改善に対し重要であり、そのために炭
素繊維フイラメントを開いた状態で接着剤に含浸
させることが好ましい。

なお、上記接着剤処理済の炭素繊維糸条は、接
着剤が十分付着しているので無撚でも糸の集束性
は保持されるが、若干撚りを加えた方がより集束
性の面から好ましく、従つて、上記の撚り係数Ｋ
が、300≦Ｋ≦1500の範囲であることが好ましい。

次に、前記のごとく、炭素繊維補強層８が上ビ
ードフイラー７と下ビードフイラー６とで挟まれ
る挟撃領域Ｎのタイヤ断面方向の中央点高さＨを
リムフランジ９の高さＲよりも高く、かつリムフ
ランジ９の高さＲの2.5倍以内に設定しており、
更にこの炭素繊維補強層８を上記挟撃領域Ｎの中
央点高さＨよりビード部１側ではタイヤ断面内側
に、かつ中央点高さＨよりトレツド部３側ではタ
イヤ断面外側に配設しており、以上のごとく炭素
繊維補強層８を配置することにより、炭素繊維補
強層８を外力に対して最も良好な配置状態にする
ことが可能となる。

即ち、炭素繊維補強層８を、ビード部１では曲
げの支点となるリムフランジ９から離れて配置す
ることにより、曲げによつて生ずる引張領域に配
置し、他方トレツド部３側であるサイド部２では
曲げの外側になるタイヤ表面側、即ち曲げによつ
て生ずる引張領域に都合良く炭素繊維補強層８を
配置することが可能となる。

従つて、挟撃領域Ｎは下ビードフイラー６の高
さよりも小さいが、好ましくは下ビードフイラー
高さＦの80％以下が炭素繊維補強層８の配置を良
好にする上で望ましい。

また、挟撃領域Ｎのタイヤ断面方向の中央点高
さＨをリムフランジ９の高さＲより高く、かつリ
ムフランジ９の高さＲの2.5倍より低くすること
により、挟撃領域Ｎのタイヤ断面方向の中央点高
さＨをビード部１とサイド部２の曲げ変形の変曲
点付近に炭素繊維補強層８自体の変局点を配置す
ることが可能となる。

従つて、例え極端な過荷重が加わつても、十分
に耐えうる良好な荷重耐久性を発揮する。

なお、ここで1.5R≦Ｈ≦2Rに配置することが
耐久性を良好にする上で最も好ましい関係であ
る。

一方、上記炭素繊維補強層８に使用される炭素
繊維コードは、そのモジユラスが30Kg／cm²未満で
あるとビード部１の炭素繊維補強層８の弾性が低
下し、補強効果を発揮できず、操縦安定性の低下
を招いてしまい、また70Kg／cm²以上ではコートゴ
ムが固くなりすぎて生産性が悪化し、例えばコー
テイング時に発熱によりスコーチ現象、所謂、焼
けを生じてしまい好ましくないので、30Kg／cm²か
ら70Kg／cm²の100％モジユラスのものを用いるよ
うにする。

また、この炭素繊維コードの打ち込み本数は、
コード直角方向に測定して５cm当り60本を越える
と各コード間へのコートゴムの侵入が阻害され、
接着力の低下を招き好ましくなく、また20本以下
では補強効果が不十分になつてしまうので、５cm
当り20本から60本の炭素繊維コードが好ましい。

更に、この炭素繊維コードはカーカス層４のカ
ーカスコードと20°から70°の交角をもつて交差さ
せることにより、カーカスコード個々を強固に束
縛するため、ビード部１の炭素繊維補強層８の補
強効果が著しく発揮され、前記高速耐久性や操縦
安定性の向上が可能となる。

もし、上記の交角が70°以上では作業性が悪化
し、切断し難くなるばかりでなく、作業中に皺が
発生し易く好ましくなく、また20°以下ではカー
カスコード個々の束縛力が低下し好ましくない。

また、炭素繊維補強層８のタイヤ断面方向高さ
Ｃはタイヤ最大幅位置より低くする。このタイヤ
断面方向高さＣがタイヤ最大幅位置より高くなる
と、炭素繊維補強層８の端末で炭素繊維が破壊し
易くなり好ましくない。

その理由としては、高くすればする程タイヤシ
ヨルダー部、即ち、走行時の屈曲変形の大きい領
域にこの炭素繊維補強層８の端末が近ずくことと
なり、著しく耐久性を低下させてしまうからであ
る。

次に、以上の構成からなる第１図、第２図の本
発明の実施例ならびに第３図および第４図の従来
例、更に第５図及び第６図に示す対比例におい
て、タイヤサイズ185／70HR14の実際の空気入
りラジアルタイヤを用いて、これら各図面のタイ
ヤを対比しながら室内荷重耐久性能試験を行なつ
た結果を以下に説明する。

なお、この試験に使用した空気入りラジアルタ
イヤにおける炭素繊維補強層８のコードは、カー
カス層４のカーカスコードに対する交角を30°で
配置したものであり、その厚さは1.5mmであり、
100％モジユラスが45Kg／cm²のゴム中に５cm当り
40本の1800d／２構造で10^S×10^Z（回／10cm）の撚
りを有する、炭素繊維コードを配置し、更に接着
剤付着量は30％であつた。

また、カーカス層４には1000d／２ポリエステ
ルコード層をラジアルカーカス状に配置し、ベル
ト層としてスチールコード１×５（0.25）をタイ
ヤ周方向に対して20°で互いに交差している２層
構造のものを用いた。

一方、本発明の実施例の空気入りラジアルタイ
ヤでは、第１図に示す炭素繊維補強層８の高さＣ
をタイヤ断面高さＴの45％とし、挟撃領域Ｎを下
ビードフイラー６の高さＦの40％とし、タイヤ断
面方向の中点高さＨをリムフランジ９の高さＲの
1.5倍とし、また上記Ｈよりビード部１側ではタ
イヤ断面内側に、そしてＨよりトレツド部３側で
はタイヤ断面外側に炭素繊維補強層８を配置して
いる。第２図はカーカス１層1500d／２ポリエス
テルコード層をラジアルカーカス状に配置した例
でカーカス層４の末端が炭素繊維補強層８を抱き
込むように高くなつている。

次に、第３図の従来例の空気入りラジアルタイ
ヤでは炭素繊維補強層８をタイヤ断面内側に配置
し、その高さＣをタイヤ断面高さＴに対してＣ＝
0.45Tとし、また第４図の他の従来例のものでは
炭素繊維補強層８をタイヤ断面外側に配置し、そ
の高さＣを、Ｃ＝0.45Tとしている。

また上ビードフイラーはなしで下ビードフイラ
ーのみで本発明と同等のビードフイラー高さにし
ている。

更に、本実施例と対比する第５図の対比例にお
ける空気入りラジアルタイヤでは挟撃領域Ｎ＝
0.5Fとし、タイヤ断面方向の中央点高さＨ＝Ｒと
し、その他の配置は第１図の実施例と同様にＣ＝
0.45Tとしており、また他の対比例である第６図
のものは挟撃領域Ｎ＝0.4Fとし、タイヤ断面方向
の中央点高さＨ＝3Rとし、かつＣ＝0.7Tとした
以外の配置は第１図の実施例と同様である。

以上第１図と第３図から第６図までのタイヤを
用いて行なつた室内荷重耐久試験は、室内ドラム
試験機（直径1707mm）により実施され、その試験
条件は以下の通りであつた。

(1) リム：5J×14 (2) 速度：81Km／Hr一定 (3) 荷重：475Kgより４時間毎に60Kgずつ故障す
るまで荷重を増加した。

その試験結果は、第７図及び第８図の通りであ
り、それぞれ第１図の本発明の実施例を100とし
た指数で表示してあり、値が大きい方が性能が良
いことを示しており、第７図及び第８図より本発
明の実施例の構造のものが従来例及び対比例のタ
イヤより良好な荷重耐久性を示すことが判る。

なお、第７図において本実施例のタイヤの場合
は炭素繊維補強層８全体が破壊したのに対し、第
３図の従来例のタイヤは炭素繊維補強層８のトレ
ツド側端末が、そして第４図の従来例のタイヤは
リムフランジ９の端末部の炭素繊維補強層８が破
壊するのが特徴であつた。

更に、第８図にあつても、第５図の対比例のタ
イヤはリムフランジ９の端末部の炭素繊維補強層
８の破壊が大きく、これはＲ＝Ｈとしたことに起
因したことは明らかであり、また第６図の対比例
のタイヤでは比較的トレツド側端末の破壊が大き
く、これはＨ＝3Rとしたことに起因したもので
あり、中央点高さＨをリムフランジ９の高さＲよ
りも高くかつリムフランジ９の高さＲの2.5倍以
内、即ちＨ＜2.5Rにする必要のあることが実証
された。

即ち、上記試験結果からも、本発明の実施例に
あつては、炭素繊維補強層８全体が有効に機能
し、荷重耐久性を著しく向上していることが判
る。

〔発明の効果〕

本発明は上記のように、ビード部を構成するビ
ードフイラーを上下に分割し、このビード部に少
なくとも上ビードフイラーと下ビードフイラーと
の間の挟撃領域を通るように炭素繊維コードから
なる炭素繊維補強層を設け、その炭素繊維コード
を引張強度100Kg／mm²以上かつ引張弾性率5000
Kg／mm²以上の炭素繊維から構成し、そのコートゴ
ムの100％モジユラスを30〜70Kg／cm²とし、さら
に前記挟撃領域のタイヤ断面方向中央点をリムフ
ランジ高さよりも高く、かつリムフランジ高さの
2.5倍以内に設定すると共に、前記炭素繊維補強
層を前記挟撃領域からビード部側に延びる部分は
タイヤ断面内側の最大引張領域にカーカス層に沿
わせるように配置し、また反対のトレツド部側に
延びる部分はタイヤ断面外側の最大引張領域にカ
ーカス層に沿わせるように配置し、かつ該炭素繊
維補強層のトレツド部側端部の高さをタイヤ最大
幅位置よりも低くしたため、本発明の空気入りラ
ジアルタイヤでは、炭素繊維コードの弱点である
圧縮荷重を上手に避けるように炭素繊維補強層を
配置しているので荷重耐久性を著しく向上するこ
とができる。

その結果、従来のスチールコードによるビード
補強層よりも乗心地に優れ、かつ有機繊維補強層
よりも操縦安定性及び高速耐久性に優れた炭素繊
維補強層でビード部廻りを補強した乗用車用の空
気入りラジアルタイヤを提供できるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における乗用車用の
空気入りラジアルタイヤの要部縦断正面図、第２
図は本発明の一実施例であつてカーカスが１層の
例の拡大断面図、第３図及び第４図は従来例のビ
ード部の要部断面図、第５図及び第６図は第２図
野に対比する対比例のビード部の要部断面図、第
７図及び第８図は第２図、第３図、第４図、第５
図及び第６図の空気入りラジアルタイヤを対比し
て行なつた室内荷重耐久性能試験結果の各性能を
示す線図である。１……ビード部、３……トレツド部、６……下
ビードフイラー、７……上ビードフイラー、８…
…炭素繊維補強層、９……リムフランジ、Ｈ……
中央点高さ、Ｎ……挟撃領域、Ｒ……リムフラン
ジの高さ。

Claims

【特許請求の範囲】

１ビード部を構成するビードフイラーを上下に
分割し、このビード部に少なくとも上ビードフイ
ラーと下ビードフイラーとの間の挟撃領域を通る
ように炭素繊維コードからなる炭素繊維補強層を
設け、その炭素繊維コードを引張強度100Kg／mm²
以上かつ引張弾性率5000Kg／mm²以上の炭素繊維か
ら構成し、そのコートゴムの100％モジユラスを
30〜70Kg／cm²とし、さらに前記挟撃領域のタイヤ
断面方向中央点をリムフランジ高さよりも高く、
かつリムフランジ高さの2.5倍以内に設定すると
共に、前記炭素繊維補強層を前記挟撃領域からビ
ード部側に延びる部分はタイヤ断面内側の最大引
張領域にカーカス層に沿わせるように配置し、ま
た反対のトレツド部側に延びる部分はタイヤ断面
外側の最大引張領域にカーカス層に沿わせるよう
に配置し、かつ該炭素繊維補強層のトレツド部側
端部の高さをタイヤ最大幅位置よりも低くしたこ
とを特徴とする空気入りラジアルタイヤ。