(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右一対のビードコアと該ビードコアの周りに両端を折り返して係止されるトロイド状カーカスと、そのクラウン部の外側に配置されるベルト層を有し、該ベルト層はスチールコードを１０〜２５本／インチの埋設密度で、２００％モジュラスが１１〜１５ＭＰａで動的弾性率（Ｅ’）が１３ＭＰａ以上であり、ゴム成分１００重量部に対して、長さが０．０５μｍ〜１．０μｍの範囲の短繊維を３〜１５重量部配合したスキムゴムで被覆したベルトプライで構成されていることを特徴とする空気入りタイヤ。
【請求項２】
スキムゴムはゴム成分１００重量部に対して、カーボンブラックを５０〜７０重量部、硫黄を３〜６重量部配合したことを特徴とする請求項１記載の空気入りタイヤ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気入りタイヤ、特に耐久性および操縦安定性を犠牲にすることなく軽量化を可能とした乗用車用タイヤおよびトラック、バス用タイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に空気入りタイヤは、図１にその断面図の右半分を示す如く、左右一対のビードコア１と、該ビードコア１の間に亘って両端が折り返して係止されるトロイド状のカーカス２と、該カーカス２のクラウン部外側に配置されるベルト層３と、更にその外側にトレッド部４を有している。
【０００３】
ここでベルト層３は、タイヤ周方向に通常３０度以下の角度でコードが配列され、スキムゴムで被覆されたプライが、乗用車用タイヤでは通常２枚、トラック、バス用タイヤでは通常４枚、プライ間でコード配列が反対になるように積層される。
【０００４】
そしてベルト層３は、タイヤ走行時の遠心力によるラジアル方向の拡張を拘束することにより、操縦安定性および耐久性を維持する機能を有し、その特性は極めて重要である。かかる特性を発揮するためベルト層は高い剛性であることが要求され、そこで従来はコードにはスチールコードが、一方コードを被覆するスキムゴムにはモジュラスの比較的高いゴム配合が用いられている。
【０００５】
近年、車両の低燃費化の要請が強く、その為タイヤの軽量化が重要課題となっている。タイヤの軽量化のためにベルト層のスチールコードを有機繊維コードに置き換えることが提案されている（特開平２−１７９５０４号公報、特開平２−１８５８０５号公報、特開平２−１９３７０１号公報、特開昭５８−４３８０２号公報、特開平９−２０２１１２号公報）。しかしこれらのタイヤではベルト層の剛性が不足し操縦安定性が犠牲になる。
【０００６】
また、タイヤの軽量化のためベルト層におけるスチールコードの埋め込み本数を少なくする方法、あるいはスチールコードの素線直径を小さくする方法も提案されている。これらの場合においてもベルト層の剛性が不足し、その結果タイヤの操縦安定性および耐久性が低下することとなる。
【０００７】
したがって、操縦安定性および耐久性を犠牲にすることなく、タイヤの軽量化を達成することは困難とされていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一般に車両が走行時、タイヤは接地部分でサイド部が大きく変形し、非接地部分で変形から開放される。タイヤの走行時の回転により、タイヤは繰り返し変形を受けるが、その際ベルト層の両端部とその周辺部分において剛性の段差により応力集中が生じ、ベルト層両端で周囲のゴムとの剥離が生じやすくなる。そこで本発明ではベルト層両端近傍におけるゴムの繰り返し変形に追随できるように、ベルト層のスチールコード被覆ゴム（スキムゴム）の２００％モジュラスを適度の数値範囲とし、更に通常の走行条件における変形周期におけるスキムゴムの剛性、即ち動的弾性率（Ｅ’）を高い値とすることにより、ベルト層のスチールコードの埋め込み密度を低くしても、操縦安定性と耐久性を維持することができることを発見した。本発明はかかる知見に基くものであり、操縦安定性および耐久性を維持しながら軽量化を達成した空気入りタイヤを提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は左右一対のビードコアと該ビードコアの周りに両端を折り返して係止されるトロイド状カーカスと、そのクラウン部の外側に配置されるベルト層を有し、該ベルト層はスチールコードを２００％モジュラスが１１〜１５ＭＰａで動的弾性率（Ｅ’）が１３ＭＰａ以上であり、ゴム成分１００重量部に対して短繊維を３〜１５重量部配合したスキムゴムで被覆したベルトプライで構成されていることを特徴とする空気入りタイヤである。また前記スキムゴムはゴム成分１００重量部に対して、カーボンブラックを５０〜７０重量部、硫黄を３〜６重量部配合したゴム組成物が好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の空気入りタイヤは、従来の空気入りタイヤの基本構造がそのまま適用できる。例えば、本発明の一実施例として、乗用車用タイヤの場合、図１に示す如く、左右一対のビードコア１と、該ビードコア１の間に亘って両端が折り返して係止されるトロイド状のカーカス２と、該カーカス２のクラウン部外側に配置されるベルト層３と、更にその外側にトレッド部４を有している。そしてベルト層３はタイヤ周方向に通常３０度以下の角度でコードが配列され、スキムゴムで被覆されたプライが通常２枚、プライ間でコード配列が反対になるように積層される。そしてカーカス２とその折り返し部２ａの間で、ビードコア１の上辺からサイドウオール方向に延びるビードエーペックス５が配置されている。
【００１１】
本発明において乗用車用ラジアルタイヤのベルト層は、図２にベルト層Ｂの拡大概略図で示す如くカーカスに隣接した側に配置される第一ベルトプライＢ１とトレッド部側に配置される第二ベルトプライＢ２で構成されている。そして第一ベルトプライＢ１、第二ベルトプライＢ２はスチールコードＳがスキムゴムＲで被覆されている。
【００１２】
スチールコードは１×Ｎ（Ｎは２〜１０）の単層撚り構造のほか、複層撚り構造のものが採用できる。そしてスチールコードの直径は０．５〜１．２ｍｍの範囲のもので、スチール素線の直径は０．２〜０．４ｍｍの範囲のものが使用される。なおスチールコードはスキムゴムに通常１０〜２５本／インチの範囲で埋設される。
【００１３】
次に前記スキムゴムの２００％モジュラスは１１〜１５ＭＰａの範囲に設定される。タイヤ走行時のサイドウオール部からショルダー部における繰り返し変形に伴い、ベルト層の両端部は応力集中を生じやすい。サイドウオール部は比較的柔軟なゴム材料で構成され、大きく変形するのに対してベルト層は剛性の高いスチールコードをスキムゴムで被覆しているため、その両端部は周辺のゴム変形に追随できず、この領域で破損が生じやすい。そこで本発明ではスキムゴムが一定の剛性を維持しながら、タイヤの変形に追随できるように２００％モジュラスを上記範囲に設定したものである。２００％モジュラスが１１ＭＰａより小さい場合はベルト層の剛性が維持できず、一方、１５ＭＰａを超えるとタイヤ変形時に周囲のゴムに追随できず、ベルト層の両端部に応力集中を生じやすくなる。
【００１４】
次にスキムゴムの動的弾性率（Ｅ’）は１３ＭＰａ以上である。従来スキムゴムはベルト層の剛性を高めるのに、静的特性である硬度で調整していた。発明者は静的状態での硬度と、繰り返し変形時の硬度、即ち動的弾性率（Ｅ’）は必ずしも対応しないことに着目した。つまりタイヤは通常時速４０〜１００ｋｍ／ｈで走行するが、かかる走行条件での変形の周波数は約１０Ｈｚである。したがって、かかる周波数条件で、ベルト層の剛性を高めるには周波数１０Ｈｚでの動的弾性率（Ｅ’）を高くする必要がある。そこで本発明は動的弾性率（Ｅ’）を１３ＭＰａ以上にすることにより、通常走行時においてのベルト層の動的な剛性を高め、操縦安定性を維持することができる。動的弾性率（Ｅ’）は好ましくは１４ＭＰａ以上で２０ＭＰａの範囲がより好ましい。
【００１５】
本発明でスキムゴムの動的弾性率（Ｅ’）を高めるため短繊維がゴム成分１００重量部に対して、３〜１５重量部配合される。短繊維の配合量が３重量部未満の場合は補強が充分でなく、一方１５重量部を超えるとスキムゴムの加工が困難となるとともに、その加硫ゴム組成物は硬くなりすぎて２００％モジュラスの値を１５ＭＰａ未満に調整することが困難となる。
【００１６】
ここで短繊維はガラス繊維、炭素繊維、繊維状ホウ酸アルミニウムウイスカーのような無機短繊維の他、ナイロン繊維、アクリル繊維、ポリエステル繊維、アラミド繊維またはポリプロピレン繊維等の有機短繊維が使用できる。本発明で短繊維とはパルプ状に細かく裁断した繊維を含む概念である。
【００１７】
短繊維の長さは、通常０．０５μｍ〜１．０μｍの範囲、好ましくは０．２〜０．５μｍの範囲のものが使用される。短繊維の長さが０．０５μｍ未満の場合、補強効果は小さく動的弾性率はあまり高くならない。一方短繊維の長さが１．０μｍを超えると、動的弾性率は高くなるが２００％モジュラスを１１〜１５ＭＰａの範囲に調整することが困難となる。
【００１８】
短繊維をゴム組成物に混合するには、短繊維による補強効果を高める為、短繊維表面を接着処理することが好ましい。例えばアラミド繊維を使用する場合、エポキシ樹脂、ホルマリン−レゾルシン樹脂等で表面処理して、ゴム成分と混合する。
【００１９】
本発明のスキムゴムは、ゴム成分として天然ゴム、ポリイソプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴムポリブタジエンゴム（ＢＲ）、好ましくはシス１，４結合を９０重量％以上含むいわゆるハイシスポリブタジエンゴムが使用される。これらのゴム成分を１種類または２種類以上混合できる。
【００２０】
本発明のスキムゴムは、上述のゴム成分１００重量部に対して、カーボンブラックを５０〜７０重量部配合されることが望ましい。カーボンブラックの配合量が５０重量部よりも少ないと引張り強度、動的弾性率が低下し、カーボンブラックの配合量が７０重量部を超えると、タイヤ走行時に発熱現象が激しくなる。ここでカーボンブラックは、窒素吸着比表面積が４０〜１２０ｍ2／ｇの範囲が好適である。窒素吸着比表面積が４０ｍ2／ｇよりも小さい場合、サイドウオールゴムの耐屈曲性、破壊強度が低下し、窒素吸着比表面積が１２０ｍ2／ｇよりも大きい場合、サイドウオールゴムの発熱が大きくなる。ここで窒素吸着比表面積はＪＩＳ  Ｋ６２１７にしたがって測定される。
【００２１】
本発明のゴム組成物の加硫剤としては、硫黄がゴム成分１００重量部に対して３〜６重量部配合されることが好ましい。硫黄の配合量をこの範囲とすることによりスキムゴムの２００％モジュラスを１１〜１５ＭＰａの範囲に調整しうる。なお、本発明では硫黄に加えて有機過酸化物も併用できる。ここで有機過酸化物はベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、ｔ−ブチルパーオキシベンゼンおよびジ−ｔ−ブチルパーオキシ−ジイソプロピルベンゼンが挙げられる。
【００２２】
また、本発明のスキムゴムには、酸化亜鉛、ステアリン酸、軟化剤、老化防止剤、ワックス、粘着剤、無機充填剤、可塑剤、加硫促進剤の配合剤を適宜、含有させることができる。
【００２３】
老化防止剤としては、アミン系、フェノール系、イミダゾール系、カルバミン酸金属塩、ワックスなどが使用できる。また粘着剤として、ロジン系、テルペン系、テルペンフェノール系、フェノール系、クマロンインデン系樹脂、石油樹脂などの粘着剤を使用することができる。また加硫促進剤として、スルフェンアミド系、チアゾール系、チウラム系、チオウレア系、グアニジン系、ジチオカルバミン酸系、アルデヒド−アミン系またはアルデヒド−アンモニア系、イミダゾリン系、もしくはキサンテート系加硫促進剤等を使用することができる。
【００２４】
本発明に係るスキムゴムは、空気入りタイヤ、例えば乗用車用タイヤのほか、トラック、バス用タイヤ等各種のベルト層のスチールコード被覆ゴムに好適に採用される。
【００２５】
【実施例】
図１に示す基本構造でサイズがＴＬ１８５／７０Ｒ１４の乗用車用ラジアルタイヤを製造した。タイヤの基本仕様は次の通りである。またベルト層のスキムゴム配合は表１、ベルト層の仕様は表２に記載するとおりである。
【００２６】
カーカス
材質          ：ポリエステル
デニール      ：１６７０ｄｔｅｘ／２
撚り数        ：４０回／１０ｃｍ
コード角度    ：タイヤ周方向に８８度
ベルト層
コード角度    ：タイヤ周方向に＋２８度、−２８度
材質          ：スチールコード
トレッドゴム
ＪＩＳ  Ａ硬度：６２
【００２７】
【表１】
0004698067.tif 000002
【００２８】
【表２】
0004698067.tif 000003
【００２９】
物性評価は次の方法で行なった。
（１）２００％モジュラス
スキムゴムを表１に基き配合して加硫ゴムサンプルを調製し、ＪＩＳ  ６２５１により引張り試験を行ない、２００％伸び時のモジュラスを測定した。
【００３０】
（２）動的弾性率（Ｅ’）
スキムゴムを表１に基き配合して加硫ゴムサンプルを調製し、岩本製作所製の粘弾性スペクトロメーターを用いて、温度２５℃、初期歪１０％、動的歪±１％、周波数１０Ｈｚの条件で測定した。
【００３１】
（３）接着性
表１、表２の仕様のベルト層を有する空気入りタイヤから、ベルト層を剥離し、その際のスチールコードへのゴムの被覆状態を観察した。標準例１のスチールコードへのゴムの被覆状態を１００として、その相対値で示している。数値が小さいほどスチールコード表面が露出し、スチールコードとスキムゴムの接着性が劣ることを示す。
【００３２】
（４）操縦安定性
タイヤを車両に装着し実車走行により操縦安定性をフィーリングで評価した。
評価は５点法で、点数が大きいほうが操縦安定性に優れていることを示す。
【００３３】
（５）耐久性
タイヤをドラム上で走行させ、ベルト層が発熱により破損するまでの走行距離を測定し、標準例１を１００として指数で表示した。数字が大きいほど耐久性に優れていることを示す。
【００３４】
標準例１のベルト層のスチールコード埋め込み密度を基準として、その埋め込み密度を小さくするとともに、スキムゴムの特性を変更したものを製造した。比較例１および比較例２はいずれも動的弾性率（Ｅ’）および２００％モジュラスは本発明の範囲内であるが短繊維を配合していない。比較例１はタイヤ重量は減少するが、スチールコード接着性および耐久性が劣っている。比較例２は硫黄の配合量が５重量部でありスチールコードの接着性は維持されている。本発明の実施例はタイヤ重量の減少とともに、操縦安定性、スチールコードの接着性および耐久性を維持することができた。
【００３５】
なお、今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００３６】
【発明の効果】
上述の如く、本発明はベルト層のスキムゴムは２００％モジュラスおよび動的弾性率を所定範囲に調整し、更に短繊維で補強したためスチールコード埋め込み本数を減らしてもタイヤ走行時のベルト層の剛性を高める一方、ベルト層両端において周囲のゴム変形に追随するのを可能としたため、ベルト層の両端における損傷を軽減しタイヤの耐久性を一層向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  乗用車用タイヤの断面図の右半分である。
【図２】  空気入りタイヤのベルト層の拡大概略図である。
【符号の説明】
１  ビードコア、２  カーカス、３，Ｂ  ベルト層、４  トレッド部、５  ビードエーペックス、Ｓ  スチールコード、Ｒ  スキムゴム、Ｂ１  第一ベルトプライ、Ｂ２  第二ベルトプライ。
【図１】
0004698067.tif 000004
【図２】
0004698067.tif 000005