JPH1095211A

JPH1095211A - 自転車タイヤ用ビード材料

Info

Publication number: JPH1095211A
Application number: JP8251367A
Authority: JP
Inventors: Masanori Wada; 正典和田; Sadamitsu Murayama; 定光村山; Tadahiko Takada; 忠彦高田
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1996-09-24
Filing date: 1996-09-24
Publication date: 1998-04-14

Abstract

(57)【要約】【課題】タイヤ成形時には形態保持性に優れていてタ
イヤの生産性が著しく向上し、また得られるタイヤは耐
久性、取扱い性（折り畳み性、持運び性）及び廃棄焼却
性に優れる自転車タイヤ用ビード材を提供すること。【解決手段】補強用有機繊維束を樹脂で含浸、表面被
覆して、その横断面が、補強用有機繊維のみからなる
最内層、補強用有機繊維束の単繊維間に樹脂が含浸さ
れてなる中間層、及び被覆樹脂のみからなる最外層の
三層から形成されるようにした自転車タイヤ用ビード材
料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、補強用繊維束に熱
可塑性樹脂を含浸・被覆した線状複合材料からなる自転
車タイヤ用ビード材（単にビード材と称することがあ
る）に関するものであり、高強力、軽量で、且つ自転車
用タイヤの成形時にはその作業性が著しく向上し、また
得られるタイヤはその持ち運び性、耐久性及び取扱い性
が良好なものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に自転車用タイヤのビード材の果た
すべき役目は、カーカスプライを固定すると同時にリム
上にタイヤを固定することにある。したがって、ビード
材の具備すべき条件としては十分な引張強度を有するこ
と、タイヤの内圧で伸びないような低伸度、高弾性率の
特性を有すること、さらに、タイヤの加硫や走行時の熱
によって伸びや収縮が起こり難い熱的に安定な材料であ
ることが要求される。また、ビード材の周囲にはゴムが
接触し、ゴムとビード材との間では圧縮及び曲げ剛性が
著しく異なる為、一般にその境界面で剥離が生じ易くな
るので、界面接着性も重要な具備すべき因子である。

【０００３】このような要求を満足する材料として、従
来はコスト面を考慮し、スチールワイヤーが圧倒的に多
く用いられてきた。しかし、スチールワイヤーは剛性が
高いために保管の際や交換用の予備タイヤを自転車の上
などに携帯する際に折り畳みができず、また、交換の際
のリム組みにも大きな力が必要で交換の手間がかかると
いう欠点を有していた。特に、近年、自転車ツーリング
がレジャーや競技として普及してきており、タイヤ重量
の軽量化と共に折り畳んで持ち運びが可能で且つ交換の
容易なタイヤの開発が望まれている。

【０００４】このような問題を解決するために、従来ス
チールが主体であった自転車用ビードワイヤーを、それ
と同等あるいはそれ以上の物性を有する有機繊維材料で
置き換えることが検討されている。例えば、特公昭５６
−２２７２２公報には、弾性率及び強度が特定された有
機繊維をビードコアとするタイヤが開示されている。し
かしながら、上記公報に記載されたビード材は樹脂含浸
されておらず、曲げ剛性が不足して曲げ及び圧縮に対し
て殆ど抵抗力を生じないため、タイヤを装着して運転中
にタイヤに衝撃が加わった場合、ビード部がリムから外
れ易く、また、タイヤを成形する際、形態保持性が劣る
ために成形用フォーマーから外れ易く、スチールワイヤ
ーを用いた場合と比較して生産性が著しく低下するとい
う欠点があった。

【０００５】また、実開平１−１６９０１号公報には、
炭素繊維の繊維束を熱硬化性樹脂で充填してビード材と
する方法が開示されている。しかし、一般的に無機繊維
は脆い上に、それを剛性の高い熱硬化性樹脂で被覆して
いるため、タイヤを折り畳んで携帯しているうちにビー
ド材に部分的な破損が起こり易く、リムへの固定が困難
であったり、引張強力不足を生じたり、さらには、チュ
ーブレスタイヤの場合には気密性を保ち難いという問題
が生じていた。

【０００６】一方、最近の省資源、省エネルギー、地球
規模での環境保護等の観点から、自転車用タイヤには、
重量軽減化と廃棄焼却時に補強材などが残らないような
完全有機複合材料化、折り畳みが可能で取扱い性に優れ
ていることなどが望まれると共に、タイヤ成形時には形
態保持性に優れ、適度な曲げ剛性を有していて成形用フ
ォーマーから外れ難いビード材が望まれている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記を背景
になされたもので、その目的は、タイヤ成形時には形態
保持性に優れているためにタイヤ成形用のフォーマーか
ら外れにくくタイヤの生産性が著しく向上し、また得ら
れるタイヤはその耐久性、取扱い性（折り畳み性、持運
び性）及び廃棄焼却性に優れた自転車タイヤ用ビード材
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、
「補強用有機繊維束を樹脂で含浸、表面被覆した線状複
合材料であって、その横断面が、補強用有機繊維のみ
からなる最内層、補強用有機繊維の単繊維間に樹脂が
含浸されてなる中間層、及び被覆樹脂のみからなる最
外層の三層から形成されている線状複合材料からなる自
転車タイヤ用ビード材料。」により達成される。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明で用いられる補強用有機繊
維としては、ポリパラフェニレンテレフタルアミド（例
えばデュポン株式会社製：ケブラー）、もしくはコポリ
パラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレンテレフ
タルアミド（例えば帝人株式会社製：テクノーラ）等の
パラ系アラミド繊維（パラ系全芳香族ポリアミド繊
維）、全芳香族ポリエステル繊維、高強力ポリエチレン
繊維、高強力ビニロン繊維等の有機繊維があげられ、な
かでもパラ系アラミド繊維が好ましい。無機繊維は一般
に比重が大きいために軽量化が困難となり、また脆いた
めにタイヤ成形時の成形性や得られるタイヤの取扱い性
が悪くなるため好ましくない。

【００１０】上記有機繊維からなる補強用有機繊維束
（補強用繊維束）の総繊度は、４０００〜２００００デ
ニール、特に６０００〜１５０００デニールが好まし
い。この範囲未満の場合にはビード材自身の剛性が小さ
くなってタイヤ成形の際の作業性が低下する傾向にあ
り、逆にこの範囲を越える場合にはタイヤ成形後の耐折
畳み性が悪化する傾向にあって本発明の効果が小さくな
る。なお、本発明においては、前記有機繊維の表面に適
当なサイジング処理あるいはカップリング剤処理等の処
理を適宜施しておいても良い。

【００１１】次に、上記補強用繊維束を含浸、表面被覆
するのに用いる樹脂は、熱可塑性樹脂でも熱硬化性樹脂
のいずれでもよいが、得られるビード材がより柔軟で取
扱い性に優れるので熱可塑性樹脂の方が好ましく、例え
ばナイロン−６、ナイロン−６６、ナイロン−４６、ナ
イロン−８、ナイロン−１０、ナイロン−６１２、ナイ
ロン−１２、ナイロン系エラストマー等のナイロン（Ｎ
ｙ）系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、
ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレン
ナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエステル系エラストマー
等のポリエステル樹脂、オレフィン系エラストマー、ポ
リアセタール、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰ
Ｓ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリエーテ
ルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の樹脂を挙げることが
でき、なかでもナイロン系樹脂が好ましい。これらの樹
脂は単独で又は２種以上混合して用いられる。

【００１２】さらに、これらの熱可塑性樹脂は、その特
性を改善するために様々の添加剤、例えば耐熱剤、耐光
性向上剤、紫外線劣化防止剤、帯電防止剤、滑剤、離型
剤、染料、顔料等の着色剤、結晶化促進剤、難燃剤等
や、第三成分として炭酸カルシウム等の無機系、有機
系、金属系の粉末等を添加してもよい。

【００１３】本発明の自転車タイヤ用ビード材は、前述
の補強用有機繊維束を樹脂で含浸表面被覆してなる線状
複合材料で、その横断面が補強用繊維のみからなる最
内層、補強用繊維束を構成する単繊維間に樹脂が含浸
されてなる中間層、被覆樹脂のみからなる最外層の三
層から形成されていることが大切である。ビード材の中
心部まで樹脂が含浸されていて最内層部が存在しないビ
ード材では、その剛性が大きくなりすぎるため、タイヤ
成形時の成形フォーマー工程中に溝外れが起こりにくく
なって成形作業性が向上する反面、タイヤ成形工程にお
ける補強用繊維束の強力保持率が著しく低下するため、
得られるタイヤのリムフィット圧（タイヤに内圧をかけ
ていった場合、安定にリムに固定されている時の最大空
気圧）や耐水圧（空気の代わりに水を充填し、ビード部
が破壊して水が噴出する時の最大水圧）といった性能が
低下してしまうばかりでなく、タイヤの剛性が大きくな
りすぎて折り畳んで持ち運ぶことができなくなるので好
ましくない。

【００１４】また、補強用繊維束の単繊維間に樹脂が含
浸されている中間層部が存在せずに最表層部分のみに樹
脂が被覆されている場合には、補強用有機繊維束の持つ
力学的特性、例えば低伸度、高弾性率といった特性を生
かし易い反面、タイヤ成形時の成形用フォーマー工程に
おいて、ビード材の剛性が不足するためにリング状のビ
ード材捩れが発生し易く、タイヤの成形速度が極端に落
ちてしまい、成形作業性が著しく低下するので好ましく
ない。

【００１５】さらに、被覆樹脂のみからなる最外層部が
存在しない場合には、接着性向上ののために施すＲＦＬ
接着処理の際、処理剤を均一に付着させることが困難と
なるため、タイヤとの接着が不十分となるので好ましく
ない。

【００１６】最内層部の半径（非円形の場合には同一面
積の円の半径とする）、並びに中間層部及び最外層部の
厚みは、それぞれ線状複合材料の半径Ｒ（非円形の場合
には同一面積の円の半径とする）の０．２０〜０．９５
倍、０．０４〜０．５０倍、０．０１〜０．３０倍、特
に０．７０〜０．９０倍、０．０５〜０．２０倍、０．
０５〜０．１０倍の範囲であることが、本発明の目的を
達成する上でより好ましい。

【００１７】本発明のビード材においては、特定箇所で
折れずに円形を保持できる最小曲率半径Ｄとビード材半
径Ｒとの比Ｄ／Ｒが１５０以下、特に５０〜１２０であ
ることが好ましく、かくすることにより、リムフィット
圧、耐水圧といった性能を満足させつつ、且つ適度な剛
性のためにタイヤ成形性をさらに向上させることができ
る。

【００１８】以上に述べた本発明の自転車タイヤ用ビー
ド材の具体的な製造方法について、以下、図面に基づい
て説明する。図１は、本発明のビード材の製造工程を示
す概略図である。

【００１９】図１において、連続した補強用繊維束１
は、ボビン２から案内ガイド３を経由して、前側張力制
御装置４と後側張力制御装置１６とで一定の張力がかけ
られる。この状態で、予熱ヒーター５に導かれ、ここで
加熱されて補強用繊維束１の水分や余分な油剤分などが
分解、除去される。そして、案内ガイド６を経て、ダイ
ヘッド１２に取り付けられた導入側ニップル７からポリ
マー溜まり８に導入される。ここで、スクリュー１１に
よって溶融され、スロート１０を経て押し出された溶融
熱可塑性樹脂で含浸、表面被覆され、次いで導出側ダイ
９を経た後に熱可塑性樹脂の溶融温度以上に加熱された
再成形ノズル１３により成形される。引き続いて、案内
ガイドローラー１４を介して冷却バス１５で冷却されな
がら、引取りロール１７で引き取られる。このようにし
て、熱可塑性樹脂で含浸、被覆した補強用繊維束１を巻
き取り機１８で巻き取ってビード材とする。

【００２０】この際各層の厚さは、用いる樹脂の溶融粘
度、導出側ダイ９内の溶融樹脂圧力、及び成形速度をコ
ントロールすることにより調整する。通常、溶融樹脂粘
度が数千ポイズとなるように樹脂溶融温度を調節する
が、中間層の厚さを増す場合には溶融樹脂粘度を低めに
し、薄くする場合には溶融樹脂粘度を高めにする。また
導出側ダイ９内の溶融樹脂圧力は、高くすれば中間層の
厚さは増し、低くすれば中間層の厚さは薄くな、成形速
度は遅くすれば中間層の暑さは増し、速くすれば薄くな
る。

【００２１】最外層（樹脂層）の厚さは、補強用繊維束
１の外径と再成形ノズル１３の外径によりほぼ決定する
ことができる。

【００２２】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。なお、実施例中に示した各層の厚み、破断強力、曲
げ硬さ、補強用繊維の重量含有率Ｗｆ、捩れ、溝外れ率
などの評価は下記の方法に準じて実施した。

【００２３】＜各層の厚み測定＞ビード材を長さ方向に
対して垂直方向に切断し、その断面を光学顕微鏡にて観
察した。各層の厚みは、１つの断面について各４点測定
し、それぞれの平均値を求めて各層の厚みとした。繊維
層厚み（最内層）、繊維＋樹脂層厚み（中間層）、樹脂
層厚み（最外層）は、図２に模式図で示した通りであ
る。

【００２４】＜ビード材の破断強力測定＞Ｉｎｔｅｓｃ
ｏ社製引張試験機（型式ＩｎｔｅｓｃｏＭｏｄｅｌ
２００５）を用い、ＳＦチャックを使用して、試験長６
７０ｍｍ引張速度２６８ｍｍ／分の条件で測定を行っ
た。

【００２５】＜曲げ硬さ＞テスター産業社製ガーレー式
曲げ硬さ試験機を用い、各試料について５点測定してそ
の平均値を曲げ硬さとした。

【００２６】＜補強用繊維の重量含有率Ｗｆの測定＞樹
脂被覆する前の補強用繊維束の重量（Ｗ₀）と、樹脂被
覆後の補強用繊維束の重量（Ｗ_1:ビード材重量）を測定
し、次式より算出した。

【００２７】Ｗｆ＝（Ｗ₀／Ｗ₁）×１００＜自転車用タイヤ成形時の捩れと溝外れ率＞自転車タイ
ヤ成形時に使用する成形用フォーマーにリング状にした
ビード材サンプルをかけ、次いでリング状から楕円状に
両端を引き伸ばした際に発生する捩れについて、その幅
を測定して捩れ幅とした。また、その状態で成形用フォ
ーマーを広げ、成形用フォーマーの溝から外れる割合を
測定して溝外れ率とした。

【００２８】＜自転車用タイヤ成形時のリムフィット圧
と耐水圧＞２６インチサイズの自転車タイヤ６本を作成
し、そのタイヤを使用して、タイヤのビード部がリムに
密着しタイヤが安定にリムに固定されている最大空気圧
を測定し、その平均値をリムフィット圧とした。また、
空気の代わりに水を充填し、ビード部が破壊して水が噴
出する破壊耐水圧を測定し、その平均値を耐水圧とし
た。

【００２９】［実施例１］１５００デニール／１０００
フィラメントの「テクノーラ」糸（帝人株式会社製パラ
系アラミド繊維）９本を引き揃え、Ｓ撚２５回／ｍの撚
数で撚糸して一本の補強用繊維束となし、該補強用繊維
束を３５０℃に加熱した予熱ヒーターで６０秒間加熱し
た後、樹脂被覆用のニップルに導き、ここで溶融され３
００℃にコントロールされたナイロン６６樹脂を１２０
ｋｇ／ｃｍ²の加圧下で繊維束に含浸させ、且つ表面を
被覆した。次に内径１．５ｍｍ、長さ５ｍｍのダイより
引き抜き、ついで、３１０℃に加熱された内径１．６ｍ
ｍ、長さ５ｍｍの再成形ノズルにより成形を行った。そ
の後、直ちに循環水によって冷却し、樹脂で被覆された
繊維束を得た。なお、この時の成形速度は２ｍ／分であ
った。得られた樹脂被覆繊維束（ビード材）に、自転車
用タイヤのゴムとの界面接着性を強化させるための接着
用処理（以下、ＲＦＬ処理という）を行い、続いて１０
５℃で３０秒間と１９５℃で１分間の熱処理を行って接
着用処理剤が１重量％付着したビード材（３００ｍ）を
得た。得られたビード材の諸物性及びこのビード材を使
用して成形した２６インチタイヤの特性値は表１に示し
たとおりであり、自転車タイヤ用ビード材として好適で
あり、また得られたタイヤの取扱い性も良好なものであ
った。

【００３０】［実施例２］１５００デニール／１０００
フィラメントの「テクノーラ」糸（帝人株式会社製パラ
系アラミド繊維）４本を引き揃え、Ｓ撚３０回／ｍの撚
数で撚糸して一本の補強用繊維束として用いたこと、内
径１．１ｍｍ、長さ５ｍｍのダイより引き抜き、次いで
内径１．０ｍｍ、長さ５ｍｍの再成形ノズルにより最終
成形を行ったこと以外は実施例１と同様に実施して、表
１に記載した諸特性を有するビード材を得た。このビー
ド材も十分に実用に耐えるものであった。

【００３１】［実施例３］被覆樹脂としてＮｙ−１２を
使用したこと以外は、実施例１と同様に実施して表１に
記載した諸特性を有するビード材を得た。このビード材
も十分に実用に耐えうるものであった。

【００３２】［実施例４］被覆樹脂としてポリブチレン
テレフタレート樹脂（ＰＢＴ）を使用したこと以外は、
実施例１と同様に実施して表１に記載した諸特性を有す
るビード材を得た。このビード材も十分に実用に耐えう
るものであった。

【００３３】［実施例５］補強用繊維として、１５００
デニール／１０００フィラメントの「テクノーラ」糸
（帝人株式会社製パラ系アラミド繊維）９本を引き揃
え、Ｓ撚４０回／ｍの撚数で撚糸して一本の補強用繊維
束としたこと以外は、実施例１と同様に実施して表１に
記載した諸特性を有するビード材を得た。このビード材
も十分に実用に耐えうるものであった。

【００３４】［実施例６］被覆樹脂としてナイロンエラ
ストマー樹脂（ダイセルヒュルス社製：銘柄Ｅ−６２Ｍ
−Ｓ３）を使用し、樹脂押出し温度を変更した以外は、
実施例１と同様に実施して表１に記載した諸特性を有す
るビード材を得た。このビード材も十分に実用に耐えう
るものであった。

【００３５】［比較例１］補強用繊維束を２００℃に加
熱した予熱ヒーターで６０秒間加熱し、また２０ｋｇ／
ｃｍ²の加圧下でナイロン樹脂を含浸被覆したこと以外
は、実施例１と同様に実施して表２に記載した諸特性を
有するビード材を得た。なお比較のため、実施例１の結
果を表２に合わせて示す。得られたビード材は、単繊維
中への樹脂の含浸層が見られず、繊維束の表面部分にの
み樹脂が被覆されていた。このため、成形用フォーマー
にかけた際の捩れ幅は３２ｍｍと大きく、溝外れ率も３
５％と高かった。また、成形タイヤにもゆがみが生じて
直らなかった。このようにして得られたタイヤのリムフ
ィット性は低く、且つ破壊耐水圧も低いために、実用に
は供し得ない使えないものであった。

【００３６】［比較例２］１５００デニール／１０００
フィラメントの「テクノーラ」糸（帝人株式会社製パラ
系アラミド繊維）２本を引き揃え、Ｓ撚２０回／ｍの撚
数で撚糸して一本の補強用繊維束とした点以外は、実施
例１と同様に実施して、表２に記載した諸特性を有する
ビード材を得た。得られたビード材を詳細に調べてみる
と、繊維径が細すぎ、また、引張強力も弱く、自転車タ
イヤ成形工程に於いてゆがみが発生し、直らなかった。
このビードを使用してタイヤを成形しようとするとビー
ド材を１４ターンもさせなければならず、成形作業に非
常に時間を要するものになりコスト的に実用化できない
ものであった。

【００３７】［比較例３］１５００デニール／１０００
フィラメントの「テクノーラ」糸（帝人株式会社製パラ
系アラミド繊維）４本を引き揃え、Ｓ撚２０回／ｍの撚
数で撚糸して一本の補強用繊維束とし、エポキシ樹脂を
含浸、乾燥して一本の樹脂含浸繊維束とした点以外は、
実施例１と同様に実施して、表２に記載した諸物性のビ
ード材を得た。得られたビード材は繊維のみの層及び樹
脂のみの層が見られず、非常に硬いものであった。また
引張強力も弱く、自転車タイヤ成形工程において捩れが
発生し、直らなかった。さらに、これから得られたタイ
ヤは、折り畳んだ時にビード材が折れ曲がってしまい、
その後もとの円形状態に戻しても復元できなかった。こ
のようなタイヤはリムフィット性が低く、また破壊耐水
圧も低いために実用には供し得なかった。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】

【発明の効果】本発明の自転車タイヤ用ビード材は、補
強用有機繊維束に樹脂を含浸表面被覆したものなので軽
量であり、また前述のような３層構造にしているので折
り畳み性に優れており、これから得られるタイヤはその
取扱い性が著しく良好である。さらにタイヤ成形時に
は、成形フォーマーから外れ難く形態保持性に優れてい
るので、タイヤの生産性が著しく向上する。また、従来
使用されているスチールワイヤーと比較してはるかに軽
く、且つ錆びず、しかも同等以上の特性を有している。
また、廃棄時には完全に焼却することが可能で、ひいて
は地球環境保護に大きく寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自転車タイヤ用ビード材を製造するた
めの装置の一例を示す概略図である。

【図２】本発明の自転車タイヤ用ビード材を長さ方向に
対して垂直方向に切断した断面の模式図である。

【符号の説明】

１補強用繊維束２ボビン３案内ガイド４前側張力制御装置５予熱ヒーター６案内ガイド７導入側ニップル８樹脂溜まり９導出側ダイ１０スロート１１スクリュー１２ダイヘッド１３再成形ノズル１４案内ガイドローラー１５冷却バス１６後側張力制御装置１７引き取りロール１８巻き取り機２１最内層（繊維層）半径２２中間層（繊維＋樹脂層）厚み２３最外層（樹脂層）厚み

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】補強用有機繊維束を樹脂で含浸、表面被
覆した線状複合材料からなる自転車タイヤ用ビード材料
において、該線状複合材料の断面が、補強用有機繊維
のみからなる最内層、補強用有機繊維の単繊維間に樹
脂が含浸されてなる中間層、及び被覆樹脂のみからな
る最外層の三層から形成されていることを特徴とする自
転車タイヤ用ビード材料。
【請求項２】最内層の半径、ならびに中間層及び最外
層の厚みが、それぞれ線状複合材料の断面半径Ｒの０．
２０〜０．９５倍、０．０４〜０．５０倍、０．０１〜
０．３０倍である請求項１記載の自転車タイヤ用ビード
材料。
【請求項３】線状複合材料の最小曲率半径Ｄと線状複
合材料の断面半径Ｒとの比率Ｄ／Ｒが１５０以下である
請求項１又は２記載の自転車タイヤ用ビード材料。
【請求項４】補強用有機繊維の単繊維間に含浸、表面
被覆する樹脂が熱可塑性樹脂である請求項１記載の自転
車タイヤ用ビード材料。
【請求項５】補強用有機繊維束を構成する繊維がパラ
系アラミド繊維である請求項１記載の自転車タイヤ用ビ
ード材料。
【請求項６】補強用有機繊維束の総繊度が４０００〜
２００００デニールである請求項１記載の自転車タイヤ
用ビード材料。