JPH0796709A

JPH0796709A - 空気入りラジアルタイヤ

Info

Publication number: JPH0796709A
Application number: JP5240011A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Unetaka; 武畝高; Toru Horikawa; 通堀川
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 1993-09-27
Filing date: 1993-09-27
Publication date: 1995-04-11
Anticipated expiration: 2018-03-17
Also published as: JP3387571B2

Abstract

(57)【要約】【目的】タイヤの一層の軽量化を図って転がり抵抗を
減少させると共に、耐摩耗性及び操縦安定性を一層向上
せしめた空気入りラジアルタイヤを提供する。【構成】トレッドのカーカス層外側にベルト層及びベ
ルト補強層を設けた空気入りラジアルタイヤにおいて、
ベルト層として芳香族ポリアミドを用い、ベルト補強層
として断面形状が長径ａと短径ｂとの比（ａ／ｂ）が
１．５以上でデニール数が２０００〜４０００の偏平有
機繊維モノフィラメントを用いてトレッド部を補強して
成る空気入りラジアルタイヤ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気入りラジアルタイ
ヤに関し、更に詳しくはタイヤの一層の軽量化を図って
転がり抵抗を更に改良すると共に、耐摩耗性及び操縦安
定性が一層向上した空気入りラジアルタイヤに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の普及、高速道路の充実と共に、
タイヤのラジアル化が進み、乗用車用のラジアル化率は
約９０％、トラック、バス用タイヤのラジアル化率は５
０％強にも達している。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。

【０００３】周知の通りラジアルタイヤは、トレッド部
とそのトレッド部の両層で、そ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
を備え、タイヤの半径方向にコードを配列して成るカー
カス層及びカーカス層を取り巻くベルト層より構成され
ている。これらのカーカス層及びベルト層はビード部と
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°〜３０°に配列した２層以上のプライから成
り、また、カーカス層はタイヤ周方向に対しほぼ９０°
に配列された１層又は２層のプライから形成されてい
る。

【０００４】ラジアルタイヤの特徴は、前記ベルト層及
びカーカス層にあり、カーカス層はタイヤに柔軟性を与
え、ベルト層はカーカス層を拘束し、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。

【０００５】第一次オイルショック以来の省エネルギー
化の流れに沿って、自動車においてもその低燃費性が大
きな車両特性となり、従来のタイヤに比べて良好なタイ
ヤ特性をもつラジアルタイヤについても様々な角度から
低燃費化のための改善が要求されてきた。

【０００６】自動車における低燃費性は、エンジンの熱
効率を向上させることと、いかに走行抵抗を低減化させ
ることができるかによる。自動車にとっての重要部品の
一つであるタイヤは、走行抵抗に大きく影響するもの
で、前記低燃費化の一翼を担うものである。

【０００７】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がり抵抗、
（２）空気抵抗、（３）勾配抵抗、（４）加速抵抗及び
（５）タイヤ転がり抵抗と大別することができる。この
うち前記（５）のタイヤ転がり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５０％以上に達すると言われて
いる。

【０００８】タイヤの転がり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、このうち前記ヒス
テリシス・ロスはタイヤ転がり抵抗の９０％以上を占め
ると言われている。このヒステリシス・ロスを低減させ
ることが、前記タイヤ転がり抵抗を低減化し、ひいては
自動車の低燃費化に極めて有効であることは言うまでも
ない。

【０００９】そして、このヒステリシス・ロスによって
生ずる転がり抵抗は、次式によって表されることが一般
的に知られている。転がり抵抗＝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。

【００１０】Ｕｉは、タイヤ形状、その他、外的要因に
よって影響を受け易く、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いてる。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ｓｉｎδについては低発熱トレッド、コンパ
ウンドの採用、また、タイヤのベルト層の剛性を高める
ことにより踏面の変形を小さくしエネルギー損失を小さ
くする方法、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、タイヤの
ベルト層の剛性を高くする方法は、乗心地が悪化する
為、限度がある。

【００１１】また、各部材の軽量化は効果があるが、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、現行の基本性能を維持しながら、各部材を軽量化す
ることがいかにむずかしいことであることはよく知られ
ている通りである。かかるむずかしい条件下に、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
新材料で、しかも、軽量な新材料が要求されていた。

【００１２】現在、一般に用いられている乗用車用ラジ
アルタイヤの構造は、タイヤ周方向に対し、コードをほ
ぼ９０°に配列したカーカス層とタイヤ周方向に対しコ
ードを１５°〜３０°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コードが用いられている。

【００１３】一方、ベルト層には、スチールコードが主
として用いられている。スチールコードは初期モジュラ
スが前記有機繊維コードより大きく、このため、ベルト
層の剛性が高められ、前記乗用車用ラジアル・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。しかし、スチールコードは重量当りの引張強さが
極めて低いので、タイヤ重量、特にベルト層の重量が大
きくなり、このためスチール・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、ベルト層
の重量を如何に低減するかということが、タイヤ転がり
抵抗を減らす上に重要となっている。

【００１４】軽量化という面で考えれば、ベルト材とし
て前記有機繊維コードがあるが、これらは引張弾性率が
スチールコードより低いため、ベルト層の剛性が不足
し、操縦安定性や耐摩耗性が低下し、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、
スチールコードの代用として使用できない。従って、ス
チールコードに代わりうる軽量かつ高強度、高弾性な繊
維素材の開発が望まれていた。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】然るに、近年、有機繊
維材料の中でも引張弾性率の非常に高い芳香族ポリアミ
ド繊維をタイヤベルト材に用いることでタイヤの軽量化
を図り、転がり抵抗を低減させるとともに、高速性、耐
久性及び操縦安定性の向上を図る試みがなされている。
かかる芳香族ポリアミド繊維として、引張強度が２５０
kg／mm²以上、引張弾性率が１００００kg／mm²以上の
高弾性アラミド繊維、例えばポリ−ｐ−フェニレンテレ
フタルアミド鎖を主成分とするデュポン製ケブラー（KE
VLAR）^Rやケブラー１４９^Rが挙げられる。これらの芳
香族ポリアミド繊維をベルト層に用いる提案がいくつか
なされているが（例えば特開昭６２−８５７０２号公報
及び特開平１−２３９１３４号公報）、これらのベルト
層はその面内剛性が低く、操縦安定性が必ずしも満足す
べきものではなかった。

【００１６】一方、空気入りラジアルタイヤのタイヤの
均一性を改善し、タイヤのユニフォーミティを悪化させ
ることなく、高速耐久性を向上させ、外傷に起因するベ
ルト部耐久性の低下を防止し、更に転がり抵抗を改良す
る目的でトレッドのカーカス層外側に設けるベルト補強
層に偏平モノフィラメントを用いることが提案されてい
る（例えば特開平２−１８５８０５号公報及び同３−７
９４０２号公報参照）。しかしながら、これらの空気入
りラジアルタイヤにもタイヤの軽量化を更に図り、かつ
転がり抵抗を一層低下させることが必要であった。

【００１７】従って、本発明は、タイヤの一層の軽量化
を図って転がり抵抗を減少させると共に、耐摩耗性及び
操縦安定性を一層向上せしめた空気入りラジアルタイヤ
を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明に従えば、トレッ
ドのカーカス層外側にベルト層及びベルト補強層を設け
た空気入りラジアルタイヤにおいて、ベルト層として芳
香族ポリアミドを用い、ベルト補強層として断面形状が
長径ａと短径ｂの比（ａ／ｂ）が１．５以上でデニール
数が２０００〜４０００の偏平有機繊維モノフィラメン
トを用いてトレッド部を補強して成る空気入りラジアル
タイヤが提供される。

【００１９】以下、本発明に係る空気入りラジアルタイ
ヤの構成及びその作用効果について詳しく説明する。本
発明に従えば、前述の如く、空気入りラジアルタイヤの
トレッドのカーカス層外側に設けられるベルト層を芳香
族ポリアミドで構成する。本発明において用いられる芳
香族ポリアミドからなるベルト層は、例えば引張弾性率
が１００００kg／mm²以上、引張強度２５０kg／mm²以
上の高弾性芳香族ポリアミド（アラミド）繊維に、例え
ば下記式で表わされる撚り係数Ｋが１０００〜２２００
の範囲の撚りを付与してコードとなし、これを少なくと
も０．８ｇ／ｄ以上の張力下で熱処理して動的弾性率が
７．０〜１３．０MPa のゴムに埋設し、厚さが前記コー
ドの径の１．５〜２．８倍のシート状物となし、このシ
ート状物を少なくとも１層のベルト層とすることによっ
て構成される。

【００２０】Ｋ＝Ｔ・√ＤＫ：撚り係数Ｔ：撚り数（Ｔ／１０cm）Ｄ：コードの総デニール数

【００２１】本発明において用いられる高弾性芳香族ポ
リアミド繊維は、基本的にｐ−フェニレンテレフタルア
ミドからなる繊維で、引張強度が２５０kg／mm²以上、
引張弾性率が１００００kg／mm²以上の特性を有するも
のが好ましく、高弾性アラミド繊維として現在市販され
ている、デュポン社製ケブラー４９^Rとケブラー１４９
^Rを用いることができる。ケブラー４９^Rは、引張強度
が約２８０kg／mm²、引張弾性率が約１３０００kg／mm
²である。ケブラー１４９^Rは、引張強度が約２７０kg
／mm²、引張弾性率が約１９０００kg／mm²の特性を有
している。これらは、従来のアラミド繊維、例えば、デ
ュポン社製ケブラー^Rの引張強度約２８０kg／mm²、引
張弾性率が約６０００kg／mm²に比較し、引張弾性率が
約２〜３倍高い。

【００２２】しかしながら、これら高弾性アラミド繊維
は、従来の低弾性アラミド繊維に比較し、前述のように
伸度が低く、また分子がより剛直なために耐屈曲疲労性
に劣るため、タイヤの補強に用いるには、適切な撚りを
付与するのが好ましい。即ち、前記式で表わされる撚り
係数Ｋが１０００〜２２００の範囲にある撚りを付与し
てコードとするのが好ましい。

【００２３】このようにして得られたコードは、例えば
適当な接着剤を付与した後に乾燥熱処理後、０．８ｇ／
ｄ以上の張力で熱処理を施す。ここで、接着剤の付与は
撚りコードによる前に施してもよいが０．８ｇ／ｄ以上
の張力下での熱処理はコードにしてから行なうのがよ
い。この熱処理温度は１８０〜２５０℃が好ましい。熱
処理時に与える張力が０．８ｇ／ｄ以上としたのは、張
力が０．８ｇ／ｄ未満の場合には撚りを付与した結果と
して生ずる撚りによる応力負荷時の構造伸びを充分に抑
えることができないために、高弾性アラミド繊維を用い
たといえどもその弾性を有効に利用することができない
からである。ここでの張力は、１．０〜２．０ｇ／ｄの
範囲がそのような観点でより好ましい。張力があまりに
も高いと処理時のコード切断や、繊維フィラメントの損
傷が生ずる。

【００２４】このようにして得られた接着処理済コード
は、動的弾性率が好ましくは７．０〜１３．０MPa の範
囲にあるゴムに埋設される。動的弾性率が７．０MPa 未
満の場合、高弾性アラミド繊維を用いても充分なベルト
層の剛性が得られない結果、操縦安定性や高速性の改善
がはかれないおそれがあり、一方、１３．０MPa 超の場
合、ゴムの発熱が大きくなり、発熱に起因するタイヤの
高速性の低下を招くおそれがある。このような観点か
ら、ゴムの動的弾性率としては９．０〜１１．０MPa が
より好ましい。なお、ここで用いるゴムには特に制限は
なく、一般的な天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合
体ゴム（ＳＢＲ）などの従来からベルト層として使用さ
れていたゴムにカーボンブラック等の添加剤を配合した
ゴム組成物とすることができる。

【００２５】ベルト層の製造にあたっては、前記のよう
にしてコードをゴムに埋設して、例えば好ましくは厚さ
が該コードの径の１．５〜２．８倍のシート状物とな
し、このシート状物を少なくとも１層のベルト層として
用いるのである。ここで、コード径の１．５倍未満の厚
さの場合、ベルト剛性は上昇するがベルトコードの耐疲
労性が低下し、タイヤの耐久性が悪化するおそれがあ
る。特に、本発明で用いる高弾性アラミド繊維は、低弾
性アラミド繊維に比較して分子がより剛直故に耐疲労性
に劣るので、ベルト層の厚さをコード径の１．５倍以上
にすることがタイヤ耐久性を確保する上で特に好まし
い。一方、厚さを２．８倍超にした場合、ベルト剛性が
大幅に低下し、高弾性アラミド繊維の利点を享受できな
いおそれがある。以上のような観点から、ベルト層１層
の厚さは、コード径の１．８〜２．４倍がより好まし
い。

【００２６】本発明に係る空気入りラジアルタイヤは前
記ベルト層の外側に設けられるベルト補強層を配して成
り、ベルト補強層は、断面形状が長径ａと短径ｂとの比
（ａ／ｂ）が１．５以上、好ましくは２〜４でデニール
数が２０００〜４０００、好ましくは２２００〜３８０
０の無撚の偏平有機繊維モノフィラメントを用い、これ
を長径方向をタイヤ幅方向に向けて並列に配置してトレ
ッド部を補強する。これによってモノフィラメントの偏
平面がタイヤ踏面方向に向くので、ベルト補強層の面内
曲げ剛性が向上し、操縦安定性を向上させることができ
る。

【００２７】ベルト補強層は複数本の偏平モノフィラメ
ントをゴムに埋設してシート状となしたもので、ゴムと
しては従来からベルト補強層用ゴムとして一般に使用さ
れている任意のゴム組成物とすることができる。本発明
のベルト補強層に用いる偏平有機繊維モノフィラメント
の素材としては、例えば繊維形成性を有するナイロン６
６（ポリヘキサメチレンアジパミド）、ナイロン６（ポ
リカプロラクタム）、ナイロン４６（ポリテトラメチレ
ンアジパミド）などのポリアミド繊維、更にはポリエチ
レンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維、ポリエチレンナフ
タレート繊維（ＰＥＮ）、ポリビニルアルコール（ＰＶ
Ａ）などを挙げることができる。

【００２８】本発明に従った空気入りラジアルタイヤの
ベルト補強層に用いる偏平モノフィラメントは無撚りに
して高いモジュラスを得ているため接着熱処理時に無理
な張力をかける必要がなく、従って熱収縮性は低い。こ
こで接着熱処理とはゴムとの接着性を高めるためにモノ
フィラメントを常法に従って熱処理することをいう。ま
た本発明では２０００〜４０００デニールの偏平モノフ
ィラメントを用いるが、デニール数が２０００未満では
耐摩耗性や操縦安定性が低下するので好ましくなく、逆
にデニール数が４０００を超えると、転がり抵抗が増大
すると共に、特に幅方向のコード間ゴムゲージに分離が
発生して耐久性に問題が生じるようになる。本発明では
また、偏平なモノフィラメントコードを用いてベルト補
強層を構成するので、コード内に発生する曲げ歪を小さ
くして耐久性や耐疲労性を向上させることができる。

【００２９】

【実施例】以下、実施例及び比較例に基づいて本発明を
更に詳しく説明するが、本発明の範囲をこれらの実施例
に限定するものでないことは言うまでもない。

【００３０】実施例１〜３、比較例１〜６及び対照例表１に示すような材質のコードを用いて製造したベルト
層及びベルト補強層を組み合わせて空気入りラジアルタ
イヤ（タイヤサイズ：１８５／６０Ｒ１４）を製造し、
得られたタイヤの転がり抵抗、耐摩耗性及び操縦安定性
を評価し、またタイヤ重量を測定した。

【００３１】ベルト層は表１に示すコード（スチール：
２＋２（０．２５）、アラミド：ポリ−ｐ−フェニレン
テレフタルアミドを主成分とするデュポン製ケブラー４
９）を５cm当り５０本の打ち込み本数で、下記配合のゴ
ム組成物に厚さ１．３mmとなるように埋設して製造し
た。ベルトの構造はコード角度がタイヤ周方向に対し２
０°となるようにカーカス層側にベルト層を配置した。
なおカーカス層は１５００ｄ／２ポリエステルコードを
５０本／５cmの打込み数で、コード角度がタイヤ周方向
に対し９０°となるようにし、これを一層配置した。配合成分配合量（重量部）天然ゴム（ＮＲ）１００カーボンブラック（ＨＡＦ）６０酸化亜鉛１０老化防止剤２ナフテン酸コバルト１ステアリン酸コバルト１メラミン樹脂４．５クレゾール樹脂１加硫促進剤０．５硫黄¹⁾ ７．５ 1) 20％オイル処理不溶性イオウ

【００３２】一方、ベルト補強層は表１に示すコード
（６６Ｎ：長径／短径比２のナイロン６６で、表１に示
すように、撚り数４２×４２の８４０デニール×２本の
マルチフィラメント及び各種デニール数の無撚モノフィ
ラメントから構成）を作製し、これをレゾルシン・ホル
マリン・ゴムラテックス（ＲＦＬ）接着剤で処理し、熱
処理して接着処理コードを作製した。この処理コードを
３２本／５cmの打込み本数で下記配合の未加硫ゴム中に
埋設し、ベルト補強層を形成し、加硫処理して表１に示
すタイヤを作製した。これらのタイヤに対し、ユニフォ
ーミティ（ＲＦＶ）と高速耐久性を評価するために、以
下に示す試験条件の下でユニフォーミティ測定試験と室
内耐久性試験（試験機のドラム径１７０７mm）を行っ
た。配合成分配合量（重量部）天然ゴム（ＮＲ）６５スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）２０ポリブタジエンゴム（ＢＲ）１５カーボンブラック（ＧＰＦ）６０プロセスオイル７ステアリン酸１酸化亜鉛５硫黄３加硫促進剤１

【００３３】図１に実施例及び比較例に示したタイヤ構
造を示す。図１において左右一対のビードワイヤ３，３
間にカーカス部４が装架されており、トレッド１におい
てはカーカス部４の上に二つのベルト層５及びベルト補
強層６がタイヤ周方向に環状に配置されている。２はサ
イドウォールである。

【００３４】タイヤ評価方法は以下の通りである。転がり抵抗：予備走行により空気圧を調整したタイヤを
外径１７０７mmのドラム上で周速１５０km／hrで回転さ
せ、その後ドラムを惰行運転させ、ドラムの回転速度の
減衰と時間と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算出
し、指数表示した。耐摩耗性：ＪＡＴＭＡに規定されている設計常用荷
重、空気圧の条件で４万km走行した後、各タイヤの摩耗
量を測定し、従来例のタイヤの摩耗量に対する指数で表
示した。操縦安定性：テストドライバーのフィーリングテスト
で、従来例のタイヤを１００点として指数で評価した。結果は表１に示す。なお、上記３特性は、いずれも数値
が大きいほど結果が良好であることを示す。タイヤ重量（指数表示）：対照例のタイヤ重量を基準
（１００）とした時の各タイヤの重量を指数で表示し
た。この数値が小さいほどタイヤが軽量であることを示
す。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
例えば、実施例１〜３に示すように、ベルト層をアラミ
ド繊維から構成し、ベルト補強層をデニール数が２００
０〜４０００のモノフィラメントから構成することによ
って、転がり抵抗、耐摩耗性及び操縦安定性が改良さ
れ、かつ一層のタイヤ軽量化が達成される。

【００３７】これに対し、ベルト層にスチールコードを
用い、ベルト補強層のない場合（比較例１）には、いず
れの特性も対照例に比較して劣り、本発明のタイヤにお
いてベルト層をスチールコードとした場合（比較例２）
には、転がり抵抗及び操縦安定性は改善されるが、タイ
ヤ重量は対照例と同等であり改善されない。またベルト
層にはアラミド繊維を使用したがベルト補強層のない場
合（比較例３）には、耐摩耗性及び操縦安定性に劣り、
ベルト補強層に８４０デニールのマルチフィラメントを
用いた場合（比較例４）には３特性のすべてに劣る。更
に、ベルト補強層のモノフィラメントのデニール数が２
０００未満（比較例５）では、耐摩耗性及び操縦安定性
に劣り、逆に４０００デニールを超えると転がり抵抗が
改良されない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る空気入りラジアルタイヤの一例の
構造を示す説明図である。

【符号の説明】

１…トレッド２…サイドウォール３…ビードワイヤ４…カーカス部５…ベルト層６…ベルト補強層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トレッドのカーカス層外側にベルト層及
びベルト補強層を設けた空気入りラジアルタイヤにおい
て、ベルト層として芳香族ポリアミドを用い、ベルト補
強層として断面形状が長径ａと短径ｂとの比（ａ／ｂ）
が１．５以上でデニール数が２０００〜４０００の偏平
有機繊維モノフィラメントを用いてトレッド部を補強し
て成る空気入りラジアルタイヤ。