JP2004203342A

JP2004203342A - タイヤ

Info

Publication number: JP2004203342A
Application number: JP2002377760A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Kusano; 智弘草野
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】ゴムの焼け性を損なうことなく、タイヤ加硫時間の短縮を可能とし、タイヤ性能とタイヤ生産性とを両立できるタイヤを提供することを目的とする。
【解決手段】ビード部にまたがるカーカスと、該カーカスのクラウン部の外側に位置するベルト層と、多層構造のトレッド部とを有するタイヤにおいて、▲１▼ベーストレッド及び▲２▼カーカスとベルト最内層端部との間に挟まれて配設されたベルトアンダークッションの少なくとも一方のゴム部材が、少なくとも炭素繊維を含有する補強性充填材を配合してなるゴム組成物から構成されていることを特徴とするタイヤである。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はタイヤに関するものであり、さらに詳しくは、タイヤのベーストレッド及び／又はベルトアンダークッションを構成するゴム組成物として、炭素繊維を配合したゴム組成物を適用したタイヤに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、乗用車の高性能化、高速化は著しく、また、トラック・バス、建設機械車両、航空機などに用いられる重荷重用タイヤにおいては車両の大型化に伴ない、タイヤにかかる過酷な負担は益々増加の一途にある。
このような状況の中で、タイヤの加硫条件がタイヤ性能に及ぼす影響は大きく、タイヤの性能及び生産性の両面から、いかに加硫時間を短縮していくかはタイヤ開発上の重要な課題となっている。
ところで、通常タイヤの加硫工程においては、タイヤのトレッド側及び内面側より、加熱されるので、特にタイヤ内部のベーストレッド部やベルトアンダークッション部の中心付近においては、加硫は最も遅くなる。
そこで、従来より、タイヤ加硫時間の短縮のために、ゴム配合の面からは、加硫最遅部分に相当するこれらゴム部材の加硫速度を増大することによる改良が試みられている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、また、単にゴムの加硫速度を早くするという手法では、ゴム焼けが発生し易くなるので、従来の方法では、ゴムの焼け性を損なうことなく、タイヤ加硫時間を短縮することは困難であった。
また、タイヤ製造技術の面からは、タイヤ加硫時のトレッド側及び内面側においての温度の見直しなどにより、タイヤ性能及び生産性の両立化が図られてきたが、大幅な改良は期待できず、その手法には限界があった。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３５６１０２号（第２頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような状況下で、本発明は、ゴムの焼け性を損なうことなく、タイヤ加硫時間の短縮を可能とし、タイヤ性能とタイヤ生産性とを両立させたタイヤを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、通常、熱伝導の遅れに伴い加硫が最も遅れるベーストレッド及び／又はベルトアンダークッションのゴム部材に着目し、この部材に炭素繊維を含有ゴム組成物を適用することにより、その熱伝導性を大幅に改良でき加硫時間の短縮に極めて効果的であることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち、本発明は、ビード部にまたがるカーカスと、該カーカスのクラウン部の外側に位置するベルト層と、多層構造のトレッド部とを有するタイヤにおいて、▲１▼ベーストレッド及び▲２▼カーカスとベルト最内層端部との間に挟まれて配設されたベルトアンダークッションの少なくとも一方のゴム部材が、少なくとも炭素繊維を含有する補強性充填材を配合してなるゴム組成物から構成されていることを特徴とするタイヤを提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明のタイヤにおいて、ベーストレッド及び／又はベルトアンダークッションには、炭素繊維を配合したゴム組成物が用いられる。ここで、ベーストレッドは、多層構造トレッドの内層、特に最内層に位置するトレッドであり、ベルトアンダークッションは、カーカスと最内層ベルト端部との間に挟まれて配設されたゴム部材である。
本発明のタイヤにおいては、加硫工程においては、加硫が最も遅れる部分であるベーストレッドやベルトアンダークッションのゴム部材に、炭素繊維を配合したゴム組成物を適用することで、これら部材の熱伝導性を効果的に高めることができる。
【０００７】
本発明において用いられる前記炭素繊維は、平均径が０．５ｎｍから５００ｎｍであり、かつ平均長が０.５μｍから５０μｍであるものが好ましい。炭素繊維の平均径が５００ｎｍを超える場合、或いは平均長が５０μｍを超える場合には、充分な補強効果が得られないことがある。補強効果及び製造上の観点からは、炭素繊維の平均径は、さらに１ｎｍから４００ｎｍが好ましい。また、炭素繊維の平均長は、さらに１μｍから４０μｍが好ましい。さらに、前記炭素繊維のアスペクト比は１０以上が好ましく、特に１５以上が好ましい。
このような炭素繊維を配合することにより、加硫最遅となる部材であるベーストレッド及び／又はベルトアンダークッションの熱伝導性を改良することができ、このことにより、タイヤ加硫に際しては、ゴムの焼け性を効果的に防止しながらタイヤの加硫時間を短縮することができる。
【０００８】
上記の特定性状を有する炭素繊維は、例えば、昭和電工（株）製の「ＶＧＣＦ−Ｇ」（商標）、ＭＴＲ社製の「多層カーボンナノチューブ」（商標）などとして入手できる。
本発明における炭素繊維の配合量は、ゴム成分１００質量部に対して２質量部以上になるように配合することが好ましい。ここで、２質量部未満の配合量では、放熱効果が充分に発揮されない。ゴム物性と放熱効果とを勘案すれば、炭素繊維の配合量は５質量部以上が好ましく、特に５質量部から２０質量部が好ましい。
本発明において、ベーストレッドやベルトアンダークッションのゴム組成物に用いられるゴム成分としては、天然ゴム及びジエン系合成ゴムが好適に挙げられ、これらを単独またはブレンドして使用することができる。ジエン系合成ゴムとしては、例えばスチレン−ブタジエン共重合体（ＳＢＲ）、ポリブタジエン（ＢＲ）、ポリイソプレン（ＩＲ）、ブタジエン−イソプレン共重合体、ブタジエン−スチレン−イソプレン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、クロロプレンゴム、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム、エチレン−プロピレン共重合体などが挙げられる。
【０００９】
前記ゴム組成物には、炭素繊維とともに、所望により、カーボンブラック、及びシリカなどの無機充填材を配合することができる。
ここで、カーボンブラックとしては、例えばＳＲＦ、ＧＰＦ、ＦＥＦ、ＨＡＦ、ＩＳＡＦ、ＳＡＦ等を挙げることができるが、ヨウ素吸着量（ＩＡ）が６０ｍｇ／ｇ以上、かつジブチルフタレート吸油量（ＤＢＰ）が８０ｍｌ／１００ｇ以上のカーボンブラック、特にＨＡＦ級以上が好ましい。
【００１０】
また、シリカとしては特に制限はなく、従来ゴムの補強用充填材として慣用されているものの中から任意に選択して用いることができる。例えば湿式シリカ(含水ケイ酸)，乾式シリカ(無水ケイ酸)，ケイ酸カルシウム，ケイ酸アルミニウム等が挙げられるが、中でも沈降法による合成シリカが好ましく使用される。具体的には、日本シリカ工業(株)製の「ＮｉｐｓｉｌｅＡＱ」(商標)，Ｄｅｇｕｓｓａ杜製の「ＵｌｔｒａｓｉｌＶＮ３」(商標)，ＰＰＧ社製の「Ｈｉｓｉｌ２３３」（商標）などが挙げられる。
【００１１】
また、その他の無機充填材としては、下記一般式（Ｉ）で表される化合物が好ましく用いられる。
ｍＭ₁ ・ｘＳｉＯ_ｙ・ｚＨ₂Ｏ・・・（Ｉ）
［式（Ｉ）中、Ｍ₁ は、アルミニウム、マグネシウム、チタン、カルシウムからなる群から選ばれる金属、これらの金属の酸化物又は水酸化物、及びそれらの水和から選ばれる少なくとも一種であり、ｍ、ｘ、ｙ及びｚは、それぞれ１〜５の整数、０〜１０の整数、２〜５の整数、及び０〜１０の整数である］
無機充填材は、さらに、カリウム、ナトリウム、鉄、マグネシウムなどの金属、フッ素などの元素、及び、ＮＨ_４−などの基を含有していても良い。
【００１２】
具体的には、アルミナ一水和物（Ａｌ₂ Ｏ₃・Ｈ₂Ｏ）、ギブサイト、バイヤライト等の水酸化アルミニウム［Ａｌ（ＯＨ）₃ ］、水酸化マグネシウム［Ｍｇ（ＯＨ）₂ ］、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、タルク（３ＭｇＯ・４ＳｉＯ₂ ・Ｈ₂Ｏ）、アタパルジャイト（５ＭｇＯ・８ＳｉＯ₂ ・９Ｈ₂ Ｏ）、チタン白（ＴｉＯ₂ ）、チタン黒（ＴｉＯ_2n-1）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、水酸化カルシウム［Ｃａ（ＯＨ）₂ ］、酸化アルミニウムマグネシウム（ＭｇＯ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、クレー（Ａｌ₂ Ｏ₃ ・２ＳｉＯ₂ ）、カオリン（Ａｌ₂ Ｏ₃ ・２ＳｉＯ₂ ・２Ｈ₂ Ｏ）、パイロフィライト（Ａｌ₂ Ｏ₃ ・４ＳｉＯ₂ ・Ｈ₂ Ｏ）、ベントナイト（Ａｌ₂ Ｏ₃ ・４ＳｉＯ₂ ・２Ｈ₂ Ｏ）、ケイ酸アルミニウム（Ａｌ₂ ＳｉＯ₅ 、Ａｌ₄ ・３ＳｉＯ₄ ・５Ｈ₂ Ｏ等）、ケイ酸マグネシウム（Ｍｇ₂ ＳｉＯ₄、ＭｇＳｉＯ₃ 等）、ケイ酸カルシウム（Ｃａ₂ ・ＳｉＯ₄ 等）、ケイ酸アルミニウムカルシウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ・ＣａＯ・２ＳｉＯ₂ 等）、ケイ酸マグネシウムカルシウム（ＣａＭｇＳｉＯ₄ ）、各種ゼオライト、長石、マイカ、モンモリロナイト等が例示でき、Ｍ₁がアルミニウムであることが好ましく、アルミナ類、クレー類であることが特に好ましい。
アルミナ類とは上記式（Ｉ）で表される物のうち、下記一般式（II）で表わされるものである。
Ａｌ_２Ｏ_３・ｎＨ_２Ｏ（ただし、式中ｎは０から３である。）・・・（II）
クレー類では、クレー（Ａｌ₂ Ｏ₃ ・２ＳｉＯ₂ ）、カオリン（Ａｌ₂ Ｏ₃ ・２ＳｉＯ₂ ・２Ｈ₂ Ｏ）、パイロフィライト（Ａｌ₂ Ｏ₃ ・４ＳｉＯ₂ ・Ｈ₂ Ｏ）、ベントナイト（Ａｌ₂ Ｏ₃ ・４ＳｉＯ₂ ・２Ｈ₂ Ｏ）、モンモリロナイト等が挙げられる。前記無機充填材の中では、シリカ、或いは窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）が１〜２０ｍ²/gの水酸化アルミニウムが好ましく、特にシリカが好ましい。
【００１３】
本発明における前記ゴム組成物は、本発明の効果を損なわない範囲において、通常ゴム工業界で用いられる前記以外の各種配合剤、例えば酸化亜鉛，ステアリン酸，老化防止剤，ワックス，加硫促進剤，加硫剤などを適宜配合することができ、バンバリーミキサー，インターミキサーなどの密閉式混練機やロール等の混練機を用いて混練りすることにより得られる。
次に、本発明のタイヤを図面に基づき説明する。図１は本発明の一例を示す重荷重用ラジアルタイヤである。このタイヤにおいて、トレッド１は、トレッドキャップゴム１ａと、トレッドベースゴム１ｂとの二層構造から構成されている。また、ベルト２の最内層とカーカス層３との間に挟まれてベルトアンダークッション４が配設されている。
本発明のタイヤにおいては、前記炭素繊維含有ゴム組成物をトレッドベース及びベルトアンダークッションのいずれか一方、又は両方に適用することができる。このような本発明のタイヤは、常法により成形後加硫を行い製造することにより得られる。
なお、タイヤ内に充填する気体としては、通常のあるいは酸素分圧を変えた空気、又は窒素などの不活性なガスを用いることができる。
【００１４】
【実施例】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
なお、ゴムの焼け性及びタイヤ試験は下記の方法により行なった。
（１）ゴムの焼け性
ムーニースコーチタイムを測定することにより評価した。ムーニースコーチタイムは、未加硫ゴム組成物を１３０℃で１分間予熱後、ローターの回転をスタートし、４分後の値をＭＬ₁₊₄を測定し、比較例１を１００とした指数で表わした。値が小さいほどゴムの焼け性は早くなり好ましくない。
（２）タイヤの加硫時間
タイヤ加硫に際し、生タイヤに温測用の電熱線を埋め込み温度の変化をモニターすることにより行った。すなわち、タイヤの最遅加硫部分は、予め分かっているので、その部分が一定の加硫度になる迄の時間を、タイヤの加硫時間として求め比較例1を１００とした指数で示した。数値は小さい程加硫時間の短縮効果は大きい。
【００１５】
（３）タイヤ温度
タイヤ温度は、ステップロード方式のドラム試験により評価した。すなわち、タイヤの正規荷重で所定時間走行後故障が発生しなければ、負荷を増加して次のステップで所定時間走行させるというステップ毎に負荷を増加させていく方法で行ない、故障発生直後のタイヤについて、トレッド内部の定位置の温度を測定し、比較例１のタイヤを基準とした温度差で示した。負の値は絶対値が大きいほどタイヤ温度は低く好ましい。
【００１６】
実施例１〜３及び比較例１，２
＜ゴム組成物の調製＞
第１表に示す配合１〜５によりトレッドベース用ゴム組成物Ａ〜Ｅを調製した。また、第２表に示す配合６〜８によりベルトアンダークッション用ゴム組成物Ｆ〜Ｈを調製した。また、各組成物についてゴムの焼け性を測定した。結果を第１表及び第２表に示す。
【００１７】
【表１】

【００１８】
【表２】

【００１９】
［注］
＊１炭素繊維Ａ：ＶＧＣＦ−Ｇ（商標）、昭和電工（株）製（繊維径；１００ｎｍ〜２００ｎｍ）
＊２炭素繊維Ｂ：多層カーボンナノチューブ（商標）、ＭＴＲ社製（繊維径：１ｎｍ〜１０ｎｍ）
＊３老化防止剤６Ｃ：Ｎ−（１，３−ジメチルブチル）−Ｎ−フェニル−ｐ−フェニレンジアミン
＊４加硫促進剤ＣＺ：Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド
＜タイヤの製造と評価＞
第３表によるゴム部材の組合わせにより、前記ゴム組成物をトレッドベース及びベルトアンダークッションに適用して、常法により、生タイヤを成形し、これを加硫して、図１の構造を有する重荷重用スチールラジアルタイヤ（サイズ１８００Ｒ２５）を製造した。この際、タイヤの加硫時間を前記方法により測定した。また、得られたタイヤ１〜５について、前記ステップロード方式のドラム試験により、タイヤの温度上昇の低減効果を評価した。結果を第３表に示す。
【００２０】
【表３】

【００２１】
上記において、比較例２のタイヤには、比較例１より焼け性（指数）が２０％小さく加硫速度が早い配合Ｅ及び配合Ｈのゴムを適用しているが、加硫時間の短縮効果は４％程度にすぎない（第２表）。
これに対して、炭素繊維を配合したゴム部材（Ｂ，Ｃ，Ｄ及びＧ）を適用した実施例１〜３のタイヤは、比較例１と比べて、ゴム焼け性には殆ど悪影響なく（第１表）、しかも加硫時間は８〜１２％短縮されており、また、タイヤ温度も低減されている（第２表）。このことは、タイヤ耐久性と加硫時間退縮の両立ができることを意味している。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、タイヤのベーストレッド及びベルトアンダークッションの少なくとも一方のゴム部材に、炭素繊維配合ゴム組成物を適用することにより、タイヤ生産性とタイヤ性能とを両立させたタイヤを得ることができる。
従って、本発明は、特に高性能自動車タイヤ及び重荷重用タイヤに有効に適用できる。
【００２３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタイヤの一例を示す部分断面図である。
【符号の簡単な説明】
１：トレッド
１ａ：トレッドキャップゴム
１ｂ：トレッドベースゴム
２：ベルト
３：カーカス層
４：ベルトアンダークッション

Claims

ビード部にまたがるカーカスと、該カーカスのクラウン部の外側に位置するベルト層と、積層構造のトレッド部とを有するタイヤにおいて、▲１▼ベーストレッド及び▲２▼カーカスとベルト最内層端部との間に挟まれて配設されたベルトアンダークッションの少なくとも一方のゴム部材が、少なくとも炭素繊維を含有する補強性充填材を配合してなるゴム組成物から構成されていることを特徴とするタイヤ。
炭素繊維以外の補強性充填材が、カーボンブラック及び無機充填材から選ばれた少なくとも一種である請求項１記載のタイヤ。
炭素繊維の配合量が、ゴム成分１００質量部当たり、２質量部以上である請求項１又は２に記載のタイヤ。
炭素繊維が、平均径０．５ｎｍ〜５００ｎｍで、かつ平均長０．５μｍ〜５０μｍである請求項１、２又は３に記載のタイヤ。
炭素繊維が、アスペクト比１０以上でである請求項４記載のタイヤ。
無機充填材がシリカである請求項２記載のタイヤ。
補強性充填材の総量が、ゴム成分１００質量部当たり、３０質量部から６０質量部である請求項１ないし６のいずれかに記載のタイヤ。