JP2525821B2

JP2525821B2 - タイヤビ−ドフィラ−用ゴム組成物

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Publication number: JP2525821B2
Application number: JP62174775A
Authority: JP
Inventors: 卓雄安田
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1986-11-18
Filing date: 1987-07-15
Publication date: 1996-08-21
Anticipated expiration: 2011-08-21
Also published as: JPS63241045A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、空気入タイヤのビードフィラー用ゴム組成
物に関するものであり、更に詳しくは耐久性、振動乗心
地性、操縦安定性及び加工性に優れたタイヤビードフィ
ラーに好適なゴム組成物に関するものである。

（従来の技術）空気入れタイヤ、特にラジアルタイヤのビードフィラ
ーゴムはタイヤの耐久性、操縦安定性、乗心地性等に大
きな影響を与えるため、これまで種々の検討がなされて
きた。例えば実公昭47−16084号公報、フランス国特許
第126013号明細書及び米国特許第4067373号明細書等に
は、超硬質のゴムをビードフィラーに適用することによ
り運動性能等を改善することが開示されている。

しかし、これらの従来技術は耐久性について殆ど考慮
がなされていない。このため、耐久性を考慮した技術と
して、例えば特開昭55−54337号公報には天然ゴム等の
ジエンゴムにノボラック型フェノール樹脂と、樹脂用硬
化剤と、カーボンブラックを配合したゴム組成物をビー
ドフィラーに使用することが開示されている。

また特開昭55−151053号には、耐久性と運動性能の双
方を改善するために、短繊維状シンジオタクチック−1,
2−ポリブタジエンをシス−1,4−ポリブタジエンにブロ
ック重合あるいはグラフト重合したポリマーと、熱硬化
性樹脂と、硬化剤とを主成分とするビードフィラー用ゴ
ム組成物が提案されている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、ゴムの弾性率を高めるためにビードフ
ィラー用ゴム組成物に熱硬化性樹脂と樹脂硬化剤とを配
合する上記従来技術においては、樹脂硬化剤としてヘキ
サメチレンテトラミンを使用しているために、ラバー
ケミストリーアンドテクノロジー、第49巻、第４
号、1976年、第1040〜1059頁に記載されている如く、ア
ミンによるポリエチレンテレフタレート繊維コードの強
力低下を来たし、タイヤの耐久性に悪影響を及ぼすとい
う問題点があった。一方、かかる熱硬化性フェノール樹
脂の硬化剤としてヘキサメチレテトラミンの代わりにヘ
キサメトキシメチロールメラミンを使用した場合には、
ポリエチレンテレフタレートのアミン分解による強力低
下は防止できるものの、混練り、押出し等の加工時に樹
脂の硬化反応が伴うために均一な品質を得ることや加工
性に問題があった。

また、弾性率を高める他の方法としてカーボンブラッ
クを大量に配合する方法もあるが、この方法によるとゴ
ムの流動特性が著しく悪化し、通常のゴム工業加工設備
ではバンバリー・ロール、押出し等で加工上の制約が多
く、所望の高弾性率ゴムを得ることは困難であった。

更に、ゴムポリマーの架橋剤として、例えば硫黄を多
量に配合することにより高弾性率ゴムを得ることができ
るが、この場合、ビードフィラーに要求される屈曲耐久
性を著しく低下させるために実用性は殆どない。

以上説明したように、従来技術においては運動性能、
耐久性及び加工性等の全ての面で満足のいくタイヤビー
ドフィラー用ゴム組成物を得ることは不可能であった。

そこで本発明の目的は上記問題点を解消し、耐久性、
振動乗心地性、操縦安定性及び加工性の全ての面で優れ
た効果を発揮し得るタイヤビードフィラー用ゴム組成物
を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）本発明者らは上記問題点を解消すべく鋭意検討した結
果、タイヤビードフィラー用ゴム組成物において天然ゴ
ム単独又は合成ジエンゴムとのブレンドゴムに対し充填
剤として所定量の補強性カーボンブラックと硫黄の他
に、アクリル酸の金属塩を所定量配合することにより高
弾性、高伸長及び高耐久疲労性の加硫ゴムが得られるこ
とを見い出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、天然ゴム単独又はこれに合成ジエ
ンゴムを50％迄含むブレンドゴム100重量部に対し、補
強性カーボンブラック50〜100重量部と、硫黄１〜10重
量部と、アクリル酸金属塩１〜15重量部とを配合してな
るタイヤビードフィラー用ゴム組成物に関するものであ
る。

本発明で使用するゴム分は天然ゴム単独又は合成ジエ
ンゴムとのブレンドゴムであるが、かかる合成ジエンゴ
ムとしてはポリイソプレンゴム、高シス−ポリブタジエ
ンゴム、ビニル含有率35〜55％の中ビニル含有率ポリブ
タジエンゴム、ビニル含有率70％以上の高ビニル含有率
ポリブタジエンゴム、シンジオタクチック−1,2−ポリ
ブタジエンを含むポリブタジエンゴム、乳化重合スチレ
ン−ブタジエンゴム、溶液重合スチレン−ブタジエンゴ
ム、及びこれらジエンゴムの変性ゴム、例えばカルボキ
シル化スチレン−ブタジエンゴム、エポキシ化天然ゴム
等を挙げることができる。

次に、本発明で使用する補強性カーボンブラックは、
ヨウ素吸着量が40〜150mg/gでかつジブチルフタレート
吸収量が0.5〜1.3cc/gのものが好ましい。また、アクリ
ル酸の金属塩としては金属がアルミニウム又は亜鉛のも
のが特に好ましい。

尚、本発明のゴム組成物においては加硫促進剤、加硫
促進助剤、老化防止剤あるいは軟化剤等が適宜配合され
る。

（作用）アクリル酸金属塩をゴム成分に配合することは米国特
許第4,191,671号明細書及び英国特許第2,042,553号明細
書に夫々開示されているが、いずれも過酸化物により加
硫するものであり、用途もタイヤのビードフィラーゴム
を目的とするものではなく、よって本発明の作用効果を
奏するものではなかった。一方、特開昭60−147451号公
報には、カーボンブラックを多量に含む硫黄硬化性天然
ゴム組成物の弾性率と同等の弾性率を、当該ゴム組成物
にジメタクリル酸亜鉛を配合することによりカーボンブ
ラックの配合量を減らして得ることができることによ
り、かかるゴム組成物においては破断伸び、レジリエン
スが改良できタイヤへの使用に適していると述べられて
いる。しかし、ジメタクリル酸亜鉛の単純な添加は高弾
性とはなるが破断伸びの低下を来たし、また耐久疲労性
も劣るものであった。

これに対し、本発明の目的はタイヤの運動性能、振動
乗心地性を損なわずに耐久疲労性能を改善することにあ
るため、ゴム組成物の物性としては高い弾性率を有して
いながら疲労寿命の長いことが望ましく、このような観
点から先ず動的損失係数（tan δ）が0.19以上であるこ
とが要求される。かかる要求を満足するには本発明で使
用するアクリル酸金属塩を、例えばアクリル酸アルミニ
ウム、アクリル酸亜鉛、アクリル酸ニッケル、アクリル
酸コバルト、アクリル酸鉛、アクリル酸鉄、アクリル酸
マンガン、アクリル酸バリウム、アクリル酸カルシウム
又はアクリル酸マグネシウムとする。また加硫ゴムの破
断伸び及び弾性率の温度による変化は小さい方が望まし
いので、かかる観点からはアクリル酸アルミニウム、ア
クリル酸亜鉛、アクリル酸カルシウム又はアクリル酸マ
グネシウムが好ましく、更に好ましいのはアクリル酸ア
ルミニウム及びアクリル酸亜鉛である。更に、疲労寿命
を長くするという観点からアクリル酸アルミニウムが特
に好ましい。

アクリル酸金属塩を配合することにより高弾性率であ
りながら疲労寿命が長くなる機構は不明であるが、アク
リル酸金属塩が微視的な応力集中の緩和作用をしている
ものと推定される。

次に、具体的に添加剤としてアクリル酸アルミニウム
を添加量を加えて添加した場合の温度と動的損質係数ta
nδ及び動的弾性Ｅ′との関係について第１図に示す。

この第１図によると、添加量を変えてもtan δは変化
しないのに対しＥ′は添加量の増加と共に上昇し、高弾
性化硬化が見られる。また、これに伴い破断時伸び及び
モジュラスも上昇する。しかし、高弾性化効果は、添加
重量部数が15重量部で限界に達し、それ以上添加しても
高弾性化効果は少ない。そればかりか、アクリル酸金属
塩の配合量が15重量部を超えると、ゴム破壊強度の低下
及び熱入れの時のタッキネス上昇による作業性の低下を
来すことになる。従って、本発明においてはアクリル酸
金属塩の配合量を、高弾性化効果が発揮され始める１重
量部から15重量部までの範囲内とする。

尚、ここで、損失係数tan δ及び動的弾性率Ｅ′は、
岩本製作所製の粘弾性スペクトロメーター（VES−Ｆタ
イプ）を用い、試料片厚さ2mm、幅4.7mm、長さ20mm、温
度25℃、動歪１％、周波数50Hz及び初期歪１％の条件に
て測定したものである。

次に、本発明で使用する補強性カーボンブラックはヨ
ウ素吸着量が40〜150mg/gでかつジブチルフタレート吸
収量が0.5〜1.3cc/gのものが有効であるが、この理由は
これら範囲未満では弾性率の向上効果に劣り、一方これ
ら範囲を超えるとカーボンブラックの分散性が低下して
疲労寿命が悪化したり、未加硫ゴムのムニー粘度が高く
なり過ぎて加工性に劣る結果となるからである。

かかる補強性カーボンブラックの本発明で規定する配
合量は、硫黄の配合量と共にタイヤビードフィラーの弾
性を確保すべき範囲を規定しており、カーボンブラック
においては配合量が50重量部未満であれば弾性が不足
し、一方100重量部を超えると耐久性が不足することに
なる。

次に第２図に、天然ゴム単独又はスチレン−ブタジエ
ン共重合体ゴムとのブレンドゴムにおけるアクリル酸ア
ルミニウム添加による耐久疲労性能、すなわち破断繰返
し数の改良効果を示す。この第２図より、スチレン−ブ
タジエン共重合体ゴムをブレンドすることは耐久疲労性
能を低下させる方向にあり、スチレン−ブタジエン共重
合体ゴムの配合量は50重量部までが限界であることが分
かる。すなわち、これ以上のブレンドはゴム組成物とし
ての耐久疲労性能の改良効果が少なく、好ましくない。

尚、この破断繰返し数は、サム電子機械製の繰返し疲
労試験機を用い、試料片厚さ2mm、形状JIS−３、初期静
的荷重30kg/cm²、動的繰り返し荷重20kg/cm²及び雰囲気
温度27℃の条件にて測定したものである。

以上説明したきた如く本発明のゴム組成物において
は、ビードフィラーゴムの高弾性率化が達成され、発熱
性が小さく耐疲労性が改良でき、またポリエチレンテレ
フタレート繊維のカーカスコードに対する劣化性が小さ
く、更には均一な品質を得るための加工性に優れ経済的
にも有利に作用する。従って、タイヤの耐久性能、操縦
安定性及び操縦乗心地の改善に十分寄与し得るものであ
る。

（実施例）本発明を実施例に基づいている説明する。

下記の第１表は実施例及び比較例のビードフィラー用
ゴム組成物の配合割合（重量部）並びにこれらゴム組成
物の破断時伸び、モジュラス、動的弾性率（Ｅ′）、動
的損失係数（tan δ）及び前記破断繰り返し数を示した
ものである。これら物性の測定方法は、動的弾性率
（Ｅ′）、動的損失係数（tan δ）及び破断繰り返し数
は前述と同様の方法に従い、また破断時伸び及びモジュ
ラスはJIS K6301に準拠して行った。

配合方法は、例えば実施例１では天然ゴム100重量部
をバンバリーミキサーに入れ、次いでステアリン酸、亜
鉛華、カーボンブラック及びアクリル酸アルミニウムを
入れて混合し、最後に通常の加硫促進剤及び硫黄を入れ
て混合した。

その他の実施例及び比較例においても同様の配合方法
に従った。

次に、タイヤとして前記ビードフィラー用ゴム組成物
の効果を評価した。具体的には、第３図に示すような、
ベルト層２として２プライのスチールコード層とカーカ
ス層３として１プライの1500デニール/2のポリエチレン
テレフタレート繊維コード層とを具えたタイヤサイズ18
5/70SR14のタイヤ１において、ビードフィラー５のゴム
として前記第１表に示す配合割合のゴム組成物を用いて
高速走行性、操縦安定性、乗心地振動性及び耐久性を評
価した。

尚、評価試験方法は次の通りである。

（イ）高速走行性試験タイヤを5Jリムに組み、2.1kg/cm²の内圧を充填し、
直径1.7mの金属ドラム上に390kgの荷重で圧着し、80km/
時の速度で２時間の予備走行を行った後、３時間放置し
た。次いで、121km/時の速度で30分間走行させ異常なく
完走したら以下8km/時、30分の刻みで速度を増加し、故
障発生時の速度及びその速度での走行時間を測定した。

（ロ）操縦安定性試験 JIS D 4230による正規内圧及び正規荷重を与えたタイ
ヤを直径2.5mのドラム上で走行させ、スリップ角を変え
てコーナリングフォースを測定し、スリップ角度あたり
のコーナリングフォースをコーナリングパワーとし、比
較例１をコントロールとして指数で表示した。指数が大
きいほど舵角に対してタイヤの応答が良いことを示す。

また、最大コーナリングフォースはスリップ角を大き
くしていったときにコーナリングフォースが最大を示し
た時の値を比較例１をコントロールとして指数で示し
た。指数が大きいほど大舵角でのタイヤの路面把握性が
良いことを示す。

（ハ）乗心地振動性試験直径1.7mのドラム表面の１ケ所に鉄製突起（高さ9.5m
m）を設けたドラム上に正規内圧、正規荷重を与えたタ
イヤを走行させ、突起乗越し時のタイヤ固定軸荷重変動
力を求め、比較例１のコントロールとして指数で表示し
た。指数の大きいほど突起乗越し時の軸力が小さく、乗
心地の良いことを示す。

（ニ）特殊耐久性ドラム試験カーカスの折返し端部に集中する歪エネルギーが実車
通常走行時の約４倍となるような過荷重、過内圧の条件
で、直径1.7mのドラム上にタイヤを圧着して60km/時の
速度で走行させ、カーカスプライ折返し端部に故障が発
生するまでの走行距離で耐久性を評価した。尚、30,000
kmまで走行すれば合格とした。

また、この条件で20,000km走行させたタイヤからカー
カスプライコードを採取し、ビードフィラーに隣接する
部分のコード強力を測定し、比較例１をコントロールと
して指数で示した。指数の大きいほど耐久テストによる
コードの劣化が小さいことを示す。

上記各試験につき、特に比較例1,2及び実施例２にお
いて得られた結果を下記の第２表に併記する。また、上
記試験の結果、動的損失係数（tan δ）及び動的弾性率
（Ｅ′）とtan δとの比（Ｅ′/tan δ）と、操縦安定
性、振動乗心地性及び耐久性との関係を第１表に示す全
てのゴム組成物について調べてみたところ、第４図に示
す関係を得た。

第２表に示す試験結果から明らかな如く、実施例２の
本発明のゴム組成物は比較例１及び２のゴム組成物に比
し高速走行性、操縦安定性、耐久性及びコード強力の全
ての面で優れていた。

また第４図から、操縦安定性、振動乗心地性及び耐久
性の面で優れた効果が発揮されるにはtan δとＥ′/tan
δとが所定の範囲内にある必要があることが分かっ
た。すなわちtan δは0.19〜0.35の範囲内が好ましく、
tan δが0.19よりも小さくなると振動の減衰性に劣り、
乗心地振動性を悪化させることになり、一方、0.35を超
えるとビード部の発熱性が大きくなって耐久性を低下さ
せることになることが確かめられた。また、Ｅ′/tan
δは13×10⁸〜21×10⁸dyn/cm²の範囲内が好ましく、
Ｅ′/tan δが13×10⁸dyn/cm²未満では舵角に対するタ
イヤの応答が小さく、一方21×10⁸dyn/cm²を超えると大
舵角時のタイヤと路面との摩擦力が減少して危険を伴う
ことがあることが分かった。

（発明の効果）以上説明してきたように本発明のタイヤビードフィラ
ー用ゴム組成物においては、耐久性、振動乗心地性及び
操縦安定性の全ての面で優れた効果を発揮し、また従来
のゴム組成物の如く熱硬化性樹脂や硬化剤若しくは大過
剰のカーボンブラックや硫黄が配合されていないために
加工性の面でも優れた効果を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るアクリル酸アルミニウムを添加
量を変えて添加した場合の温度と動的損失係数tan δ及
び動的弾性率Ｅ′との関係を示すグラフ、第２図は、本発明に係るアクリル酸アルミニウムを添加
量を変えて添加した場合の、天然ゴムとスチレン−ブタ
ジエンゴムのブレンド比（NR/SBR）と破断繰り返し数
（Ｎ）との関係を示すグラフ、第３図は、実施例で用いたタイヤの側方部分断面図、及
び第４図は、tan δとＥ′/tan δとの関係で操縦安定
性、振動乗心地性及び耐久性の優れた範囲を示すグラフ
である。１……タイヤ、２……ベルト層３……カーカス層、４……サイドウォール部５……ビードフィラー６……ビードワイヤ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】天然ゴム単独又はこれに合成ジエンゴムを
50％迄含むブレンドゴム100重量部に対し、補強性カー
ボンブラック50〜100重量部と、硫黄１〜10重量部と、
アクリル酸金属塩１〜15重量部とを配合してなるタイヤ
ビードフィラー用ゴム組成物。
【請求項２】前記補強性カーボンブラックが40〜150mg/
gのヨウ素吸着量及び0.5〜1.3cc/gのジブチルフタレー
ト吸収量を有し、かつ前記アクリル酸金属塩における金
属がアルミニウム又は亜鉛である特許請求の範囲第１項
記載のタイヤビードフィラー用ゴム組成物。