JPS645060B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は空気入りタイヤ、特に詳しくは転がり
抵抗が著しく小さい空気入りタイヤに関する。 タイヤは、走行中にその内部で自己発熱するこ
とはよく知られていることである。このような内
部発熱、特にタイヤのトレツドの下部すなわちト
レツドのベース部が発熱することによつて、タイ
ヤは故障を起す。特に大型タイヤにおいては、そ
の構造上トレツド部、特にシヨルダー部が肉厚と
なり、このためタイヤ走行時に繰返して応力や変
形を受けると、この部分の温度が100℃を越える
こともしばしばあり、例えば第１図Ａ，Ｂおよび
Ｃに示すような構造のトレツドベースゴムに低発
熱性のゴム、すなわち反撥弾性の高いゴムが使用
されている。 上記タイヤの内部発熱は単にタイヤの故障の原
因となるばかりでなく、タイヤの転がり抵抗をも
大きくすることが知られている。 最近、省資源省エネルギーを目指す社会的要請
のもと、ガソリン消費の少ない自動車の開発研究
はエンジンの改良以外にもタイヤに由来した動力
損失の軽減の面でいわゆる低燃費タイヤの検討が
急がれている。 従つて、トレツドベースゴムに低発熱性のゴム
を使用することは、タイヤの耐久性を向上するた
めばかりでなく、転がり抵抗を小さくするために
も極めて重要なことである。 ところで、従来低発熱性のゴムを得るためには
補強用充填剤であるカーボンブラツクの質と量を
変化させて行うのが一般的であつた。つまりカー
ボンブラツクはその表面でポリマー鎖をトラツプ
してポリマーの動きを束縛することによつてポリ
マーを高弾性化あるいは耐摩耗性を向上させてい
るが、これはポリマーが本来有しているエントロ
ピー弾性を妨げることになり、ヒステリシス・ロ
スが生じ、その結果、発熱が起こる。従つてゴム
を低発熱性にするためには比表面積の小さいカー
ボンブラツクを用いるかあるいはその使用量を減
じてやればよいことになる。しかしこのように比
表面積の小さいカーボンブラツクの使用やカーボ
ンブラツクの使用量を減じることはゴムの弾性率
をあるいは耐疲労性を低下させてしまい、このよ
うなゴムはもはやトレツドベースゴムとしては使
用に耐え得なくなつてしまう。 一方、カーボンブラツクに代る補強剤としてゴ
ムを高弾性率化する方法として、ゴムにナイロ
ン、ビニロン、ポリエステル等の短繊維を配合す
ることも良く知られた事実である。 しかしながらこのような短繊維補強ゴムは高い
補強性は有しているが、短繊維の末端に大きな剪
断応力がかかり、そこからゴムが破壊され、しか
もこの種の短繊維はゴムとの接着が十分でないた
め前記の破壊部分が短繊維の表面に沿つて成長し
易く、その結果接着面が破壊され大きなクリープ
を生じ、繰返し伸長が与えられた場合にはゴムの
破壊寿命が極めて短いといつた欠点を有してい
た。 このような欠点を解決するため、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
くしてクリープ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・ロスの極大が通常の使
用条件下で走行した場合のタイヤの発熱温度であ
る30℃〜120℃の範囲内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
耐亀裂成長性を改良することによつてクリープは
改善できたとしても低燃費タイヤにとつては、む
しろ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、トレツドベ
ースゴムとしての機能を発揮するのに充分な弾性
率を有しかつ低発熱性のゴムをトレツドベースに
用いることによつて、内部発熱が起因する故障が
皆無でしかも転がり抵抗が著しく小さい空気入り
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特定量
の硫黄および特定のミクロ有機短繊維を配合する
ことによつてなるゴム組成物をトレツドベースに
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、本発明はトレツドがキヤツプ／ベー
ス構造の空気入りタイヤにおいて、前記トレツド
ベースゴムが天然ゴム、合成ポリイソプレンゴ
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３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10〜100重量部、
硫黄0.5〜２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0.8μｍ、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を３〜30重量
部配合した組成物から成る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、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、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、か
つそのクリスタル部分の融点が160℃以上であつ
て、例えばポリ−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等か
ら成る短繊維である。こゝで、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
ーによる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
短繊維径の比が８未満では、短繊維補強本来の特
徴である高補強性、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直径が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
〜100Kg／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
ゴムの乾燥プロセス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10〜100重量部配合することが
必要である。配合量が10重量部未満では得られる
ゴム組成物の破断時強度が低下してしまい好まし
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
黄を0.5〜２重量部配合することが必要である。
配合量が0.5重量部未満では得られるゴム組成物
の弾性率が低下し、２重量部を越えると反撥弾性
が低下し、発熱性が悪化するため好ましくない。 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。 以上のように本発明の空気入りタイヤのトレツ
ドベースゴム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
プを生ずるという欠点が改良され、更に加えて高
い反撥弾性と補強性を有するものである。従つて
本発明は、このようなゴム組成物をタイヤのトレ
ツドベースゴムとして使用することによつて、発
熱性を著しく小さくし、結果として転がり抵抗を
改良した空気入りタイヤを提供することが可能と
なる利点を有する。 尚、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
ヤのいずれでも良く、補強用コードとしては、天
然又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良い。 以下本発明を実施例および比較例により詳細に
説明する。 実施例１〜９、比較例１〜28 合成ポリイソプレンゴム80重量部とポリブタジ
エンゴム20重量部とのブレンドゴム100重量部に
対し、45重量部のISAFカーボンブラツク、８重
量部のアロマオイル、２重量部のステアリン酸、
0.8重量部の２，２，４−トリメチル−１，２−
ジヒドロキノリン重合体および第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
3.5重量部の亜鉛華、0.3重量部のジ−２−ベンゾ
チアジルスルフイド、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
ミドおよび1.75重量部の硫黄を配合して37種のゴ
ム組成物を作製した。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
ゴム組成物をタイヤのトレツドベースゴムに使用
したタイヤの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プレンゴム80
重量部とポリブタジエンゴム20重量部とのブレン
ドゴム100重量部に対し、８重量部のアロマオイ
ル、２重量部のステアリン酸、0.8重量部の２，
２，４−トリメチル−１，２−ジヒドロキノリ
ン、3.5重量部の亜鉛華0.3重量部のジ−２−ベン
ゾチアジルジスルフイド、0.8重量部のＮ−オキ
シジエチレン−２−ベンゾチアゾールフエンアミ
ドおよび1.75重量部の硫黄ISAF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。 （転がり抵抗） 直径３ｍのドラム上にて、第１図Ａに示すよう
な構造のタイヤサイズ1000R20、14PRのタイヤ
にて、内圧7.25Kg／cm²、荷重2425Kgの条件で速度
50Km／hrにて一定時間走行させた後、ドラム駆動
のクラツチをフリーにして一定時間経過後の回転
数を、タイヤ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1000R20のタイヤのト
レツドベースに使用して検討し、弾性率を横軸
に、転がり抵抗ゆ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
イヤのトレツドベース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り
抵抗／ミクロ有機短繊維で補強したタイヤの転り抵抗×
100 尚、ミクロ有機短繊維の平均径、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
角方向と平均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、ガラン転移温度が
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
ム組成物は反撥弾性が著しく改善されるため、こ
のゴム組成物をトレツドベースゴムに用いた本発
明の空気入りタイヤは転がり抵抗が著しく改良さ
れることがわかる。 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。これらの組成物についてロール作
業性および実施例１と同様に短繊維の作業履歴、
反撥弾性、更にこれらゴム組成物をトレツドベー
スに用いたタイヤの転がり抵抗を評価した。結果
を第２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
有無を評価した。

【表】

【表】 第２表から明らかなように本発明の空気入りタ
イヤに使用するトレツドベースゴムは作業性が良
好でかつ反撥弾性が著しく改善されるため、これ
らのトレツドベースゴムを使用した本発明の空気
入りタイヤは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、
ロール作業性については実施例10と同様に、反撥
弾性と転がり抵抗については実施例１と同様に評
価した。結果を第３表に示す。 第３表から明らかなように、本発明の空気入り
タイヤに用いるトレツドベースゴムは作業性が良
好でかつ反撥弾性が著しく改善されるため、これ
らのトレツドベースゴムを使用した本発明の空気
入りタイヤは転がり抵抗が著しく改善されている
ことがわかる。

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，ＢおよびＣは本発明に従うキヤツ
プ／ベース構造のトレツドを有する空気入りタイ
ヤの横断面図である。 １……トレツドキヤツプ、２……トレツドベー
ス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ トレツドがキヤツプ／ベース構造の空気入り
   タイヤにおいて、前記トレツドベースゴムが天然
   ゴム、合成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３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10〜100重量部、硫黄0.5〜２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
   ミクロ有機短繊維を３〜30重量部配合したゴム組
   成物から成ることを特徴とする転がり抵抗の小さ
   い空気入りタイヤ。 ２ ミクロ有機短繊維がポリ−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
   エンである特許請求の範囲第１項記載の転がり抵
   抗の小さい空気入りタイヤ。