JPS6366856B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は空気入りタイヤ、特に詳しくはビード
部を改善することによつて高速耐久性と転がり抵
抗性を改善した空気入りタイヤに関する。 近年、高速道路の発達や車輛の高速化に伴な
い、タイヤの高速安定性が要求されてきた。 一方、省資源省エネルギーの見地から、転がり
抵抗のより小さい、いわゆる低燃費タイヤの必要
性が叫けばれるようになつてきた。 すなわち、これらの要求性能を満足させるよう
なタイヤの開発は極めて重要なことであり、その
ための方法としてタイヤのビード部を高弾性率化
することが知られており、その中でもビードフイ
ラーゴムを高弾性率化することについて多くの検
討がなされている。 ゴムを高弾性率化する方法として、カーボンブ
ラツク等の補強剤や硫黄等の加硫剤を多量に配合
する方法が知られているが、このような方法でゴ
ムを高弾性率化すると、ゴム自体が脆くなり、強
度や耐疲労性が悪化する傾向を示し、このような
ゴムをタイヤのビードフイラーゴムとして使用す
ることは実用的に極めて好ましくないことであ
る。また特開昭55−54337号公報に見られるよう
に、タイヤのビードフイラーゴムとして、フエノ
ール樹脂等の熱硬化性樹脂とカーボンブラツクを
特定の併用比で配合したゴムを使用するとタイヤ
の耐久性が向上することは知られているが、転が
り抵抗についてはほとんど考慮されていない。更
にゴムを高弾性率化する他の方法としてナイロ
ン、ビニロン、ポリエステル等の短繊維を配合す
る方法があるが、このような短繊維補強ゴムにお
いては、加硫後のゴムと短繊維との接着が充分で
ないため、大きなクリープを生じ、繰り返し伸長
を与えた時、ゴムの破壊寿命が極めて短いといつ
た次点を宿命的に有している。従つてこのような
ゴムをビードフイラーゴムとしてタイヤに使用し
高速で走行すると、ビード部においてバーストを
起こし易く、タイヤの耐久寿命を著しく悪化させ
る傾向があつた。 上記の短繊維補強ゴムの欠点である破壊寿命が
極めて短いという欠点を解決するために、特開昭
55−23150号公報に記載されているように、短繊
維をミクロ化して短繊維１本当りにかかる応力を
小さくしてクリーブを防ぎ、ゴムの破壊寿命を改
良した技術が提案されている。 しかしながら上記の短繊維はシンジオタクチツ
ク−１、２−ポリブタジエン短繊維であるので、
そのアモルフアス部分のガラス転移温度（30〜40
℃）に伴うヒステリシス・ロスの極大が、過常の
使用条件下で走行した場合のタイヤの発熱温度で
ある30〜20℃の範囲にあるためヒステリシス・ロ
スを軽減することが困難で、前述のようにクリー
プは改善できたとしても、このようなゴムをビー
ドフイラーに用いた場合、ビード部の温度を更に
高める結果になつてしまう。この傾向は乗用者用
タイヤよりもトラツク、バス用の大型タイヤにお
いて顕著で、この発熱のためにビードフイラーゴ
ムの近傍にあるカーカスプライの折返し端部のゴ
ムの耐亀裂成長性が急激に低下し、この部分から
亀裂が進行し、ついにはバーストを起こしタイヤ
が破壊されてしまうようになる。 また上記発熱はタイヤの転がり抵抗を大きくす
る原因となり、低燃費タイヤにとつてもマイナス
面が大きかつた。 かかる現況に鑑み、本発明者らは高速耐久性と
転がり抵抗の両者が共に著しく改善された空気入
りタイヤを提供することを目的として鋭意研究し
た結果、ゴムに特定量のカーボンブラツクと硫黄
および特性のミクロ有機短繊維を配合してなるゴ
ム組成物をビードフイラーゴムとして使用すれば
目的とする空気入りタイヤが得られることを見出
し本発明を達成するに至つた。 すなわち、本発明は、多数のコードが平行に配
列されたゴム引きコード層からなるカーカスプラ
イと、このカーカスプライの両端部をビード部で
折返し係止した空気入りタイヤにおいて、上記カ
ーカスプライと上記カーカスプライの折返しの間
に、タイヤのサイドウオール方向へ向つて延びる
ビードフイラーゴムとして、天然ゴム、合性ポリ
イソプレンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチル
ゴム、ポリブタジエンゴム、スチレン−ブタジエ
ン共重合体ゴム、エチレン−プロピレン−ジエン
三元共重合体ゴムおよびアクリロニトリル−ブタ
ジエン共重合体ゴムから選ばれた少なくとも１種
のゴム100重量部に対し、カーボンブラツク40〜
100重量部、硫黄３〜15重量部およびアモルフア
ス部分のガラス転移温度が30℃よりも低いかまた
は120℃より高く、そのクリスタル部分の融点が
160℃以上であり平均短繊維長0.8〜30μｍ、平均
短繊維径0.02〜0.8μｍでかつ平均短繊維長と平均
短繊維径との比が８〜400であるミクロ有機短繊
維３〜30重量部を配合した組成物であつて、加硫
後のJIS硬度が75℃以上のゴム組成物を用いた、
高速耐久性と転がり抵抗性を改善した空気入りタ
イヤに関する。 本発明において、ミクロ有機短繊維とは結晶性
の高分子であるが、100％結晶部分だけで成り立
つているわけではなく、クリスタル部、即ち分子
鎖が規則正しく並んでいる結晶領域とアモルフア
ス部、即ち分子鎖が不規則な状態で存在する非晶
領域とが存在する。従つて、かかるミクロ有機短
繊維のガラス転移温度はアモルフアス部に特性的
であり、また融点はクリスタル部に特性的であ
る。本発明においては、このアモルフアス部分の
ガラス転移温度が30℃よりも低いかまたは120℃
より高く、かつクリスタル部分の融点が160℃以
上であつて、平均短繊維長が0.8〜30μｍ、平均短
繊維径が0.02〜0.8μｍでかつ平均短繊維長と平均
短繊維径との比が８〜400で、ポリ−塩化ビニリ
デン、ポリ−弗化ビニリデン、ポリ−ｐ−tert−
ブチルスチレン、ｐ−クロロスチレン、ジクロロ
スチレン、ポリ−α−メチルスチレン、ポリ−２
−メチルスチレン、ポリ−２，５−ジメチルスチ
レン、ポリ−トリメチルスチレン、ポリ−ｐ−フ
エニルスチレン、ポリ−ｏ−ビニルベンジルアル
コール、ポリ−ｐ−ビニルベンジルアルコール、
アイソタクチツク−ポリプロピレン、ポリ−４−
メチル−１−ペンテン、ポリ−ビニルナフタレ
ン、ポリ−オキシメチレン、ポリ−ビスフエノー
ルＡ−カーボネート、１，４−ポリ−２，３−ジ
メチルブタジエンからなる群から選ばれた短繊維
である。ここで、アモルフアス部分のガラス転移
温度が30℃よりも低いかまたは120℃より高くす
る理由は、通常の使用条件下で走行した場合のタ
イヤの発熱温度は30℃〜120℃位の範囲内にある
ため、この範囲内にアモルフアス部分のガラス転
移温度を持つ短繊維では、通常の場合、ヒステリ
シス・ロスが大きくなつてしまうからである。ま
たゴムのガラス転移温度は約−50℃前後であるた
め、ゴムとの親和性を考慮するならば、ガラス転
移温度が30℃よりも低いミクロ有機短繊維がより
好ましい。 また上記ミクロ有機短繊維の平均短繊維長を
0.8〜30μｍ、平均短繊維径を0.02〜0.8μｍ、平均
短繊維長と平均短繊維径との比を８〜400とする
理由は次の通りである。平均短繊維長が0.8μｍ未
満では得られるゴム組成物の耐亀裂成長性が充分
改善されず、30μｍを越えるとバンバリーミキサ
ーにより混練り等の作業性が著しく低下するので
好ましくない。平均短繊維径が0.02μｍ未満では
混練りあるいはロールによるシーテイングなどの
作業工程で、ミクロ短繊維が切断され短くなりす
ぎてしまい、0.8μｍを越えると短繊維の表面積当
りの応力が大きくなり、ゴムとの接着面が破壊さ
れる危険が生じ、その結果得られるゴム組成物が
大きくクリープしたり、耐屈曲性が低下してしま
うので好ましくない。そして平均短繊維長と平均
短繊維径との比が８未満では、短繊維捕強本来の
特長である高補強性、耐カツト性、耐亀裂成長性
が著しく低下し、400を越えると短繊維の強度に
対して作業時にかかる応力の方が大きくなつてし
まうため短繊維が切断されてしまうため好ましく
ない。また、ミクロ有機短繊維のクリスタル部分
の融点が160℃以上であることが必要で、これは
タイヤ走行中は勿論のこと、タイヤ製造時の温度
は百数十度に達することがあり、この時にミクロ
短繊維が溶解して再び硬化するとその形態が変化
して所望する補強効果が期待できなくなる危険が
あるからである。またミクロ有機短繊維の最大径
は10μｍ以下であれば更に好適で、径が10μｍを
越えるミクロ有機短繊維が存在すると、これが破
壊核となつてゴムが破壊され易くなる。 ミクロ有機短繊維はゴム100重量部に対して３
〜30重量部配合されるが、この際には、前述のミ
クロ有機短繊維を２種以上配合してもかまわな
い。配合量が３重量部未満では効果がほとんど期
待できず好ましくなく30重量部を越えると作業性
が著しく低下するので好ましくない。 またミクロ有機短繊維は例えば次のようにして
作ることができる。アイソタクチツク−ポリプロ
ピレンを例にとると、重合した粉末状のアイソタ
クチツク−ポリプロピレンを60℃のｎ−ヘキサン
で膨潤させクラツシユしスラリー状にした後、90
〜110Kg／cm²の圧力でノズルから噴出させミクロ
短繊維とする。これを再度、ｎ−ヘキサン中に分
散させポリマーセメントにまぜて撹拌後、通常の
ゴムの乾燥プロピルを通してマスターバツチとす
る。この際に、膨潤に用いる溶剤、その時の温
度、ノズルルから噴出させる時の圧力等をコント
ロールすることによつて得られるミクロ有機短繊
維の長さ、径、長さ／径の比を変化させることが
可能である。またミクロ有機短繊維をマスターバ
ツチにするのは、短繊維をゴム中に均一分散させ
るのが比較的容易であるためであるが、カーボン
ブラツク等の通常用いられる配合剤と共に短繊維
をゴムに直接混合することも可能である。ここで
はアイソタクチツク−ポリプロピレンの場合につ
いて述べたが、その他のミクロ有機短繊維も同様
に比較的にプアーな溶剤で膨潤させて破砕しスラ
リー状にして同様な方法で得ることが可能で、溶
剤としては良溶剤（good solvent）と貧溶剤
（poor solvent）を混合して適当な組成に調節し
て使用することももちろん可能である。 本発明においては、ゴム100重量部に対してカ
ーボンブラツクを40〜100重量部配合することが
必要である。配合量が40重量部未満では充分な補
強効果が得られず好ましくなく、100重量部を越
えると作業性が著しく低下するため好ましくな
い。 本発明においては、ゴム100重量部に対して硫
黄３〜15重量部配合することが必要である。配合
量が３重量部未満では得られるゴム組成物に充分
な硬度を与えることができず好ましくなく、15重
量部を越えると耐疲労性が悪化してしまい好まし
くない。 本発明においては、前述のミクロ有機短繊維、
カーボンブラツクおよび硫黄以外に、促進剤、促
進助剤、シリカ等の充填剤、軟化剤等の配合剤を
通常の配合量の範囲内であれば配合することがで
きる。 本発明において、上記ビードフイラーゴムは加
硫後のJIS硬度が75゜以上である。75゜未満の場合
は、タイヤが高速で回転すると、ビード部の動き
が大きくなり、その結果タイヤが破壊されてしま
い好ましくない。 本発明において対象となる空気入りタイヤはバ
イアス、ベルテツドバイアス、ラジアルタイヤの
いずれでもよく、また補強コードとしては天然ま
たは合成の有機繊維コード、ガラスコード、金属
コード等のいずれであつてもよい。 以上のように本発明の空気入りタイヤのビード
フイラーに用いるゴム組成物は、新規なミクロ有
機短繊維と一緒にカーボンブラツクおよび硫黄を
各特定量ゴムに配合したもので、特にミクロ有機
短繊維にゴムが強固に接着するため、従来の短繊
維補強ゴムの最大の欠点であつた大きいクリーブ
を生ずるという欠点が改良され、更に高い反撥弾
性を有するため発熱が小さいので、このようなゴ
ム組成物をビードフイラーゴムとして用いた本発
明の空気入りタイヤは、高速耐久性と転がり抵抗
が著しく改善される利点を有する。 以下実施例、比較例により本発明を詳細に説明
する。 実施例１〜９、比較例１〜28 合成ポリイソブレンゴム100重量部に対し、50
重量部のＮ−339カーボンブラツク、３重量部の
アロマオイル、2.5重量部のステアリン酸および
第１表に示す37種のミクロ有機短繊維を各々10重
量部の割合で配合したゴム組成物をゴム温度155
℃でバンバリーミキサー（50rpm）で５分間混練
りした後、更に2.5重量部の亜鉛華、0.8重量部の
Ｎ−オキシジエチレン−２−ベンゾチアゾールス
ルフエンアミド、0.3重量部のジ−２−ベンゾチ
アジルジスルフイドおよび5.5重量部の硫黄を配
合して37種のゴム組成物を作成した。これらのゴ
ム組成物について平均反撥弾性と短繊維の作業履
歴、更にこれらのゴム組成物をタイヤのビードフ
イラーゴムに使用し、高速耐久性と転がり抵抗に
ついて評価し、結果を第１表に示した。評価方法
は次の通りである。 （平均反撥弾性） BS903パート19に従つて30℃、60℃、90℃およ
び120℃における反撥弾性を評価し、これらを平
均した値である。ただしミクロ短繊維の材質が異
なれば配合量が同様であつても弾性率が一致する
とは限らないので、単に各々のゴム組成物間にお
ける比較では本発明の効果を明確に表現すること
は困難である。従つて合成ポリイソブレンゴム
100重量部に対し、３重量部のアロマオイル、2.5
重量部のステアリン酸、５重量部の亜鉛華、0.8
重量部のＮ−オキシジエチレン−２−ベンゾチア
ゾールスルフエンアミド、0.3重量部のジ−２−
ベンゾチアジルジスルフイドおよび5.5重量部の
硫黄にＮ−339カーボンブラツクを変量して配合
した数種のゴム組成物を準備し、30℃、60℃、90
℃および120℃における弾性率と反撥弾性を測定
し、各々の温度において、横軸に弾性率、縦軸に
反撥弾性をとり、マスターカーブを作成した。こ
れらのマスターカーブから、評価すべきミクロ短
繊維補強ゴム組成物の弾性率に相当するカーボン
ブラツクのみで補強したゴム組成物の反撥弾性を
読み取り、この反撥弾性を100として、ある温度
における評価すべきミクロ短繊維補強ゴム組成物
の反撥弾性とした。値が大なる程良好。 （短繊維の作業履歴） 素ゴム中のミクロ有機短繊維の平均長と平均径
を予め測定しておき、次に前述の如くゴム組成物
を作成した後、ミクロ有機短繊維の平均長と平均
径を求め、これらの値が素ゴムの平均長および平
均径の85％以上であれば〇、85％に達しない場合
は×として示した。 （高速耐久性） タイヤサイズ1000R20、14PRのタイヤのトレ
ツドを残溝が0.5mmとなるようにバフした後、内
圧9.0Kg／cm²、荷重4773Kg（200％荷重）、速度100
Km／hrで、内径３ｍのドラム上を走行させ、35Km
走行後、タイヤを解剖して、カーカスプライの折
返し端部に発生した傷の長さを測定した。この
際、ミクロ有機短繊維を含有せずにカーボンブラ
ツクのみを変量した弾性率の異なる何種類かのゴ
ム組成物を同様の1000R20のタイヤのビードフイ
ラーゴムに使用して検討して、弾性率を横軸に傷
の長さを縦軸にとつてマスターカーブを作成し
た。このマスターカーブから評価すべきタイヤの
ビードフイラーゴムに使用したミクロ有機短繊維
で補強したゴム組成物の弾性率に相当するカーボ
ンブラツクのみで補強したゴム組成物を用いたタ
イヤの傷の長さを読みとり、次のようにして指数
で示した。値が大なる程良好。 カーボンブラツクのみで補強した
タイヤの傷の長さ／ミクロ有機短繊維で補強したタイヤ
の傷の長さ×100 （転がり抵抗） 直径３ｍのドラム上にて、タイヤサイズ
1000R20、14PRのタイヤにて、内圧7.25Kg／cm²、
荷重2425Kg、速度50Km／hrにて一定時間走行させ
た後、ドラム駆動のクツチをフリーにして一定時
間経過後の回転数を、タイヤをセツトせずにドラ
ムのみの回転数との比較から、タイヤの転がり抵
抗として力の単位で表わした。この際、ミクロ有
機短繊維を含有せずにカーボンブラツクのみを変
量した弾性率の異なる何種類かのゴム組成物を同
様の1000R20のタイヤのビードフイラーゴムに使
用して検討し、弾性率を横軸に、転がり抵抗を縦
軸にとつてマスターカーブを作成した。このマス
ターカーブから評価すべきタイヤのビードフイラ
ーゴムに使用したミクロ有機短繊維で補強したゴ
ム組成物の弾性率に相当するカーボンブラツクの
みで補強したゴム組成物を用いたタイヤの転がり
抵抗値を読みとり、次のようにして指数で示し
た。値が大なる程良好。 カーボンブラツクのみで補強したタ
イヤの転がり抵抗／ミクロ有機短繊維で補強したタイヤ
の転がり抵抗×100 尚、ミクロ有機短繊維の平均、平均長は次のよ
うにして求めた。ミクロ有機短繊維を含有する素
ゴム（又はゴム組成物）をキヤピラリーレオメー
ターにてＬ／Ｄ＝４、100℃、20sec^-1の条件で押
出した後、加硫罐にて４Kg／cm²、150℃で１時間
加硫する。この加硫物を押出し方向に対して直角
方向と平行方向に超薄切片を切り出し、電子顕微
鏡でミクロ短繊維の径、長さを測定した。平均径
及び平均長は次式により求めた。 ＝Σniri／Σni ＝Σnili／Σni ただし ：平均径 ：平均長 ri：短繊維の径 li：短繊維の長 ni：riの径又はliの長を有する短繊維の数 Σni：300

【表】

【表】

【表】 第１表から明らかなように、ガラス転移温度が
30℃より低いかまたは120℃より高く、かつ融点
が160℃以上のミクロ有機短繊維が配合されたゴ
ム組成物をビードフイラーゴムに用いた本発明の
空気入りタイヤは高速耐久性と転がり抵抗、特に
高速耐久性が著しく改良されていることがわか
る。 実施例10〜12、比較例29〜34 ミクロ有機短繊維として第２表に示すような
種々形態の異なるアイソタクチツク−ポリプロピ
レンを実施例１と同様に配合した９種のゴム組成
物を作成した。これらのゴム組成物について実施
例１と同様に作業履歴、高速耐久性、転がり抵抗
を評価した。結果を第２表に示す。

【表】 ＊ ロール作業性が悪く、タイヤ作成不能
第２表から明らかなように、本発明の空気入り
タイヤは高速耐久性と転がり抵抗が著しく改善さ
れていることがわかる。 実施例13〜15、比較例35〜37 第３表に示す配合内容のゴム組成物を作成し、
ロール作業性、高速耐久性および転がり抵抗を評
価した。結果を第３表に示す。 尚、ロール作業性については、10インチロール
にて混練りする際のロールバギの有無を評価し、
高速耐久性と転がり抵抗については実施例１と同
様に評価した。

【表】

【表】 第３表から明らかなように本発明の空気入りタ
イヤは高速耐久性と転がり抵抗が著しく改善され
ていることがわかる。 実施例16、比較例38 第４表に示す配合内容のゴム組成物について、
実施例１と同様に高速耐久性、転がり抵抗を評価
した。

【表】

【表】 ゴム組成物
＊２ 実施例11のミクロ有機短繊維。
第４表から明らかなように、本発明の空気入り
タイヤは、従来タイヤに比較して高速耐久性およ
び転がり抵抗について著しく優れていることがわ
かる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 多数のコードが平行に配列されたゴム引きコ
   ード層からなるカーカスプライと、このカーカス
   プライの両端部をビード部で折返し係止した空気
   入りタイヤにおいて、上記カーカスプライと上記
   カーカスプライの折返しの間に、タイヤのサイド
   ウオール方向へ向つて延びるビードフイラーゴム
   として、天然ゴム、剛性ポリイソプレンゴム、ブ
   チルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、ポリブタジエ
   ンゴム、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム、エ
   チレン−プロピレン−ジエン三元共重合体ゴムお
   よびアクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴム
   から選ばれた少なくとも１種のゴム100重量部に
   対し、カーボンブラツク40〜100重量部、硫黄３
   〜15重量部およびアモルフアス部分のガラス転移
   温度が30℃よりも低いかまたは120℃より高く、
   そのクリスタル部分の融点が160℃以上であり平
   均短繊維長0.8〜30μｍ、平均短繊維径0.02〜0.8μ
   ｍでかつ平均短繊維長と平均短繊維径との比が８
   〜400であるポリ−塩化ビニリデン、ポリ弗化ビ
   ニリデン、ポリ−ｐ−tert−ブチルスチレン、ｐ
   −クロロスチレン、ジクロロスチレン、ポリ−α
   −メチルスチレン、ポリ−２−メチルスチレン、
   ポリ−２，５−ジメチルスチレン、ポリトリメチ
   ルスチレン、ポリ−ｐ−フエニルスチレン、ポリ
   −ｏ−ビニルベンジルアルコール、ポリ−ｐ−ビ
   ニルベンジルアルコール、アイソタチチツク−ポ
   リプロピレン、ポリ−４−メチル−１−ペンテ
   ン、ポリ−ビニルナフタレン、ポリ−オキシメチ
   レン、ポリ−ビスフエノールＡカーボネートおよ
   び１，４−ポリ−２，３−ジメチルブタジエンか
   ら選ばれた少なくとも１種のミクロ有機短繊維３
   〜30重量部を配合した組成物であつて、加硫後の
   JIS硬度が75℃以上のゴム組成物を用いたことを
   特徴とする高速耐久性と転がり抵抗を改善した空
   気入りタイヤ。