JP2003128845A - ゴム組成物及びこれを用いた空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ビードフィラーゴム組成物を改良して、耐久
性とタイヤ製造時の作業性を向上させると同時に、タイ
ヤの操縦安定性と乗り心地性を両立した空気入りタイヤ
を提供する。 【解決手段】 原料ゴム１００重量部に対して、芳香族
ポリアミド繊維を１〜６重量部とマレイン酸変性液状ポ
リブタジエンを０．２〜２重量部配合し、更にハードカ
ーボン３０〜７０重量部とソフトカーボン１０〜５０重
量部のカーボンブレンド系を配合したゴム組成物、及
び、一対の、ビードフィラーを配設したビード部を有
し、前記ビードフィラーが上記のゴムにより構成される
空気入りタイヤ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、短繊維の配合によ
り異方性を持たせたビードフィラーゴム組成物及びこれ
を用いた空気入りタイヤに関し、更に詳しくは、操縦安
定性を確保しながら乗り心地性能の向上を可能とした空
気入りタイヤに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、高速道路の発達に伴いタイヤには
益々シビアな要請がなされ、操縦安定性と共に乗り心地
性能が要求されている。高速走行時の一例としてタイヤ
のスタンディングウエーブ現象の発生があり、これはタ
イヤ破壊につながることは知られている。この現象を抑
制する手段の一つにビード部の剛性を向上させることが
考えられており、ビード部の高弾性化は転がり抵抗の低
減にも効果があることから、ビードフィラーゴム組成物
としては弾性率の高いものが好ましい。

【０００３】しかるに、一般に高弾性率のゴム組成物を
得る方法としては、カーボンブラックを多量に配合する
方法、硫黄を多量に配合する方法、熱硬化性樹脂の添
加、短繊維を配合する方法等が提案されており、夫々に
特徴はあるがタイヤ成型作業の面及びタイヤの寿命の面
から考えて前三者は好ましくない。一方、後者の短繊維
をゴムに配合する方法は、一般に短繊維とゴムとの結合
が不十分なのでクリープ性が大きくなったり、疲労寿命
が低下したりすることが指摘されている。

【０００４】さて、空気入りラジアルタイヤにおいて、
タイヤ性能を向上させるには操縦安定性と同時に乗り心
地性能を満足することが必要であるが、ビード部の構造
の面から見ると、操縦安定性と乗り心地性能との間には
相反する性能である。

【０００５】一般に、空気入りラジアルタイヤの操縦安
定性を向上させる目的でビードフィラーの剛性を高める
が、この剛性が不十分である場合にはスチール補強材等
をビードフィラーの周辺に配置しているケースがある。
しかるに、ビード部にスチール補強材等を配置した場合
には、タイヤ径方向の剛性が高くなり過ぎて乗り心地性
能が大幅に低下してしまう。一方、スチール補強材を使
用しないと、場合によってはビード部が柔らか過ぎるた
め操縦安定性が不十分となってしまう。従って、ビード
フィラーの周辺にスチール補強材を使用しない場合と同
等の操縦安定性を確保し、しかも乗り心地性能の改善と
更にはタイヤの軽量化を図ることは困難であった。

【０００６】このように、タイヤの乗り心地性能の面を
考慮すると、ビードフィラーゴム組成物における弾性率
を異方性とするのがよく、このため、短繊維をゴムに配
合し、これを配向する提案がなされている。

【０００７】ビードフィラーゴム組成物に短繊維を配合
して異方性、即ちタイヤの径方向とそれに直交する方向
の弾性率の比を異ならせて操縦安定性と乗り心地性能の
両立を目的とする技術は特開平１１−１２９７１１号公
報にて開示されている。かかる提案では、短繊維がポリ
ビニルアルコールのような水溶性繊維と熱可塑性ポリア
ミドとのブレンドで、これにより広い歪領域において弾
性率の増大を図っている。そして、繊維の収束性と分散
向上のためと、繊維表面にマトリックスのエラストマー
成分をグラフト化させる目的で、フェノール系樹脂また
はシランカップリング剤などが配合されている。このよ
うに、短繊維とマトリックスのエラストマーとの間に
は、結びつきを向上させるための処置がなされている
が、それでも短繊維の配合により、作業性と疲労性の悪
化は避けられない。

【０００８】又、特開平８−４８１０８号公報では、従
来の繊維では分子鎖が高度に配向して配向方向への破断
伸びが比較的小さいのに対して、特殊な分子構造を有す
る繊維を配合してなる提案されている。即ち、分子内部
に無秩序な冗長構造を持っていて配向方向の破断伸びが
比較的大きい部分配向繊維でゴムを補強するものであ
り、この繊維で補強したゴムでは外部力によるエラスト
マー・マトリックスの変形に繊維が追従して変形可能な
ため、界面破壊が回避でき耐亀裂成長性が向上するもの
で、更に、ケブラーパルプのようなフィブリル化された
短繊維を配合することで亀裂経路を蛇行させることによ
り更に耐亀裂成長性を向上させることができる。しかし
ながら、かかる提案にあっても作業性の低下が指摘さ
れ、特にロール熱入れ性が低下し、労力とコストが増大
してしまう。そして、ビードフィラーの場合は配合短繊
維量が大きくなると高い負荷条件において耐疲労性が極
端に低下する傾向があり、ケブラーパルプや部分配向繊
維のような緩和効果を施しても短繊維の多量配合では疲
労性の低下をまるがれない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ビー
ドフィラーゴム組成物を改良して、耐久性とタイヤ製造
時の作業性を向上させると同時に、タイヤの操縦安定性
と乗り心地性を両立した空気入りタイヤを提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は以上の課題を解
決するためになされたものであって、第１発明は、原料
ゴム１００重量部に対して、芳香族ポリアミド短繊維を
１〜６重量部とマレイン酸変性液状ポリブタジエンを
０．２〜２重量部配合し、更にハードカーボン３０〜７
０重量部とソフトカーボン１０〜５０重量部のカーボン
ブレンド系を配合したゴム組成物にかかるものである。

【００１１】そして、第２発明は、一対の、ビードフィ
ラーを配設したビード部を有し、前記ビードフィラーが
上記のゴムにより構成される空気入りタイヤであり、特
に、芳香族ポリアミド繊維がタイヤ径方向に直角方向に
配向し、タイヤ周方向の弾性率ａと径方向の弾性率ｂの
比（ａ／ｂ）が、４＞（ａ／ｂ）＞１．５である空気入
りタイヤにかかるものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明においては、ゴム組成物に
短繊維を配合し、これを押出し成形して押出し方向に繊
維を配向させ、これによって短繊維の配向方向と配向方
向に直角な方向とで弾性率に異方性を持つゴム組成物を
得ることを一つの目的としている。この弾性率の異方性
を有するゴム組成物をビードフィラーに用いることによ
り、タイヤの操縦安定性と乗り心地性の両立を図ったも
のであり、更に短繊維を配合することによりビードフィ
ラー全体の弾性率を上昇させて、タイヤの軽量化及び低
転がり性を図っている。

【００１３】本発明において用いられる芳香族ポリアミ
ド繊維は脂肪族ジアミンと芳香族ジカルボン酸との重縮
合体であり、その平均長さは１０ｍｍ以下である。

【００１４】本発明のゴム組成物には、マレイン酸変性
液状ポリブタジエン（ＰＢＤＭＡ）を配合することが必
要である。この液状ポリブタジエンは分子中の無水マレ
イン酸部位が短繊維のアミド基と反応して結合を形成す
る一方、ポリブタジエン部位はゴム成分との絡み合いを
形成するので短繊維とゴム成分との結びつきを強化する
機能を発揮させるものである。

【００１５】しかるに、短繊維を配合することによりロ
ール熱入れ性等の作業性の悪化と加硫ゴムにした時の疲
労特性の悪化は避けられない。特に剛直な芳香族ポリア
ミド短繊維の場合は、この配合量を６重量部以下に抑え
る措置を講じて許容できる作業性が得られるものであ
る。これにより繊維配向方向の弾性率ａと直交方向の弾
性率ｂの比は１．５＜ａ／ｂ＜４程度の範囲になる。

【００１６】本発明のゴム組成物は、充填剤として、い
わゆるハードカーボンブラックとソフトカーボンブラッ
クとを併用しなければならない。このカーボンブレンド
系の配合は全体的な弾性率の向上を狙ったものである。
この際、カーボンブラック系としてソフトカーボンとハ
ードカーボンのブレンド系を配合するのは、これにより
全体のカーボン充填量を増やして補強性のレベルを上
げ、また、ゴム組成物の弾性率を上げることを目的とし
ている。ここで、ハードカーボンブラックとは、ＳＡ
Ｆ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦを指し、好ましくは、窒素吸着比
表面積（Ｎ₂ ＳＡ）が６０ｍ² ／ｇ以上、更に好ましく
は、７０ｍ² ／ｇから２００ｍ² ／ｇ程度のカーボンブ
ラックを挙げることができる。

【００１７】更に、ハードカーボンブラックは、以下の
特性を有するものが好ましい。即ち、ヨウ素吸着量（Ｉ
Ａ）は６０ｍｇ／ｇから１７０ｍｇ／ｇ程度が好まし
く、７０ｍｇ／ｇから１５０ｍｇ／ｇ程度であれば更に
好ましく、７０ｍｇ／ｇから１２０ｍｇ／ｇ程度であれ
ば特に好ましい。ジブチルフタレート吸油量（ＤＢＰ）
は、４０ｍｌ／１００ｇから２００ｍｌ／１００ｇ程度
が好ましく、６０ｍｌ／１００ｇから１２０ｍｌ／１０
０ｇ程度であればより好ましい。

【００１８】また、ソフトカーボンブラックは、以下の
特性を有するものが好ましい。即ち、ＩＡは２０７０ｍ
ｇ／ｇから５０ｍｇ／ｇ程度のものが好ましく、１０７
０ｍｇ／ｇから６０ｍｇ／ｇ程度であればより好まし
い。ＤＢＰは、４０ｍｌ／１００ｇから１７０ｍｌ／１
００ｇ程度が好ましく、５０ｍｌ／１００ｇから１１０
ｍｌ／１００ｇ程度であればより好ましい。尚、上記の
ＩＡはＡＳＴＭ Ｄ１５１０−９５、ＤＢＰはＡＳＴＭ
Ｄ−２４１４−９７に従って夫々測定される値であ
る。

【００１９】タイヤの操縦安定性と乗り心地性の両立を
図る場合、前記したように周方向と径方向の弾性率比の
大きい方が条件的に望ましいが、乗り心地性に対するビ
ードフィラーの寄与が通常のタイヤ構造においてはサイ
ドウォールに比して小さいので、作業性や疲労性の悪化
を招いてまで短繊維配合を増やして弾性率を上昇させる
ことは得策ではない。このような理由から、短繊維の好
ましい配合量には上限があり、これに伴って全体的な弾
性率の上昇も抑えられることとなる。それを補うため
に、本発明ではハードカーボンをメインとしたカーボン
系にソフトカーボンを更に充填することにより補強と充
填効果のバランスを取ったもので、特に低歪領域の弾性
率を向上させることができ、それにより操縦安定性の向
上に寄与することができることとなったものである。ま
たこのカーボンブレンド系の利点としてカーボンブラッ
ク配合量の割りにムーニー粘度等が低く抑えられ、又破
断伸びの低下も抑えられる等、作業性及び耐疲労性の面
で優れている。

【００２０】ハードカーボンブラックの配合量は、ゴム
成分１００重量部に対し、例えば３０〜１００重量部程
度とすることができ、特に５０〜７０重量部程度が好ま
しい。一方、ソフトカーボンブラックの配合量は、ゴム
成分１００重量部に対し、例えば１０〜５０重量部程度
とすることができ、特に２０〜４０重量部程度が好まし
い。また、ハードカーボンブラックとソフトカーボンブ
ラックの合計配合量は、ゴム成分１００重量部に対し、
例えば７０〜１３０重量部程度とすることができ、特に
８０〜１００重量部程度が好ましい。これらのカーボン
ブラックの一方の配合量が少なすぎると、両者を混合す
る効果が十分得られなくなることがあり、一方を多量に
配合すると、カーボンブラック全体の配合量が多くな
り、ゴム組成物の作業性や、疲労性の低下をもたらすこ
とがある。更に、ハードカーボンブラックとソフトカー
ボンブラックの配合比は、例えば１０：１〜１：１程度
とすることができ、特に３：１〜１．５：１程度が好ま
しい。

【００２１】更に弾性率を上げる方法として、フェノー
ル系の熱可塑性樹脂を配合する方法があり、３〜２０部
程度配合することが望ましい。

【００２２】第２発明にあっては、上記した弾性率が異
方性に富むゴム組成物をビードフィラーに適用した空気
入りタイヤであって、これによってビードフィラーのタ
イヤ周方向の弾性率ａと径方向の弾性率ｂの比（ａ／
ｂ）が、４＞（ａ／ｂ）＞１．５の異方性を持つ空気入
りタイヤが得られたものであり、かかるビードフィラー
を採用したビード部の弾性率の異方性により、タイヤの
操縦安定性と乗り心地性の両立をもたらしたものであ
り、更にビードフィラー全体の弾性率を上昇させて、軽
量化及び低転がり性をも達成できたものである。

【００２３】ゴム成分としては、ジエン系のゴムが好ま
しく、例えば、天然ゴム、ポリイソプレン、ポリブタジ
エン、スチレン・ブタジエンゴム、ブチルゴム、エチレ
ン・プロピレン系ゴム等の単独又は併用が挙げられる
が、イソプレン系ゴムが好ましい。

【００２４】ビードフィラーゴム組成物中には通常の配
合剤、例えば、硫黄にて代表される加硫剤、熱硬化性樹
脂、ホワイトカーボン、活性化炭カル、リグニン等の補
強剤、クレー、亜鉛華等の充填剤、その他、加硫促進
剤、老化防止剤、プロセスオイル、シランカップリング
剤等の結合剤等、各種配合剤が任意に選択されて配合さ
れる。エラストマーの製法にあって、溶融、混練りは樹
脂やゴムの混練りに通常用いられてるバンバリーミキサ
ー、ニーダー、ニーダーエキストルーダー、オープンロ
ール、一軸混練り機、二軸混練り機等が挙げられる。

【００２５】又、上記ビードフィラー組成物を用いての
タイヤ製造は、例えば、押出し機、カレンダー等により
混練りしたゴム組成物を押出すことによってシート状の
ビードフィラー部材を作成し、これを成型ドラム上で他
の部材と貼り合わせてグリーンタイヤを作成し、これを
タイヤモールドに収め、内側から圧力を加えながら加硫
する方法等により行うことができる。

【００２６】

【実施例】以下に第１発明で言及したビードフィラーゴ
ム組成物の実施例と比較例をもって更に説明する。表１
はビードフィラーゴム組成物の組成及びこの加硫ゴム組
成物の加硫物性を示す。

【００２７】表１中の１）〜４）は以下の通りである。 １）：ハードカーボンブラックとしては、例えば、旭カ
ーボン（株）の旭＃５５（ＩＡ＝７０、ＤＢＰ＝１０
０）を用いることができる。 ２）：ソフトカーボンブラックとしては、例えば、旭カ
ーボン（株）の旭＃７０（ＩＡ＝３０、ＤＢＰ＝８０）
を用いることができる。 ３）：フェノール樹脂としては、例えば、住友ベークラ
イト（株）のスミライトレジンＰＲ５０２５３を用いる
ことができる。 ４）：フェノール樹脂硬化剤としては、例えば、大内新
興化学工業（株）のノクセラーＨを用いることができ
る。

【００２８】混練り条件はツーステージ練りであり、ノ
ンプロ（第１ステージ）練り条件はローター回転数７０
ｒｐｍ／ｍｉｎ、温度８０〜１７０℃、練り時間４ｍｉ
ｎであり、プロ（第２ステージ）練り条件は夫々５０ｒ
ｐｍ／ｍｉｎ、７０〜１１０℃、１ｍｉｎである。尚、
加硫条件は、加硫温度１６０℃、加硫圧力１０ｋｇｆ／
ｃｍ² 、加硫時間は１５ｍｉｎである。

【００２９】耐疲労性試験には油圧式の疲労試験、例え
ば島津製作所（株）のサーボパルサーＥＨＦーＥシリー
ズを用いて実施した。試験片としては幅６．０ｍｍ、長
さ７０ｍｍ、厚さ２．０ｍｍの短冊状試験片の中央に長
さ５ｍｍ程度の初亀裂を入れたものを用い、試験片の引
張り方向に最大応力１．０〜３．０Ｍｐａ程度、最小応
力０．１Ｍｐａ、周波数５Ｈｚの時間に対し正弦関数を
なす一定の繰り返し応力を負荷し、各々の最大応力に対
して試験片が破断するまでの回数を調べた。

【００３０】実施例１と２は、芳香族ポリアミド短繊維
を所定量配合したビードフィラーゴム組成物で、比較例
２の短繊維を配合していないものに比べ、短繊維配向方
向の弾性率が大きく上昇し、配向方向と垂直方向の弾性
率比（異方性）が２以上になるが、その時の破壊物性や
耐疲労性の低下は実用範囲内で収まっている。それに対
し、比較例１は実施例２と同部数の短繊維を配合してい
るものの、マレイン酸変性液状ポリブタジエンを配合し
ていないので、短繊維とエラストマー間の結びつきが弱
く、弾性率と耐疲労性が低下している。又、比較例３は
短繊維を所定以上に多く配合した事例で、この場合は破
壊物性や耐疲労性の低下が多くなり過ぎる。比較例４は
カーボンブレンド系の代わりにハードカーボンのみを配
合した例であり、カーボンブラックブレンド系に比べ弾
性率で２０％程度劣る。

【００３１】

【表１】

【００３２】図１は第１発明のビードフィラーゴム組成
物を用いたタイヤ（第２発明）の子午線半断面図であ
る。符号１はビード部、２はカーカス層、３はビードコ
ア、４はビードコア３の外周側に配置されたビードフィ
ラー、５はトレッド部、６はベルト層である。かかるタ
イヤの製造は、ベルト層６として３枚のスチールコード
層と、カーカス層２として１枚のＰＥＴ繊維からなるプ
ライ層を備えており、カーカスプライの折り返しはビー
ドフィラー４の外周側先端より更に３０ｍｍ程度外周側
の位置まで達している。

【００３３】作成したタイヤは、サイズ２１５／４５Ｚ
Ｒ１７であり、ビードコアの外周側にビードフィラーを
配置し、そのビードフィラーに部材として前述のゴム組
成物の実施例１〜２と比較例１〜３を用いたものであ
る。短繊維入りのビードフィラー部材を用いたタイヤを
作成する場合、短繊維の配向方向すなわちビードフィラ
ー部材の押出し方向がタイヤの周方向と一致するように
し、タイヤ周方向と径方向にビードフィラー部材の弾性
率比が２以上になるようにした。

【００３４】作成したタイヤに関して、実車タイヤ性能
評価試験を実施した。かかる評価試験はテストコースに
て作成したタイヤを装着した車を走行させ、乗り心地
性、ドライ操縦安定性をテストドライバーにより評価し
た。評価試験の結果は表２の通りである。

【００３５】

【表２】

【００３６】

【発明の効果】短繊維とカーボンブレンドを配合するこ
とでビードフィラーゴム組成物の高弾性率化が実現で
き、これを用いたタイヤにあっては、操縦安定性と転が
り抵抗が向上し、周方向弾性率を径方向弾性率に比べて
大きくすることで乗り心地性の悪化を低減することがで
きたものであり、更に、特に大きな負荷がかかるような
疲労（縁石への衝突や悪路走行）に対しての耐久性の悪
化を抑えたタイヤが得られることとなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は第２発明のタイヤの子午線半断面図であ
る。

【符号の説明】

１‥ビード部、 ２‥カーカス層、 ３‥ビードコア、 ４‥ビードコアの外周側に配置されたビードフィラー、 ５‥トレッド部、 ６‥ベルト層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０８Ｋ 7/02 Ｃ０８Ｋ 7/02 //(Ｃ０８Ｌ 21/00 Ｃ０８Ｌ 13:00 13:00） Ｂ２９Ｋ 21:00 Ｂ２９Ｋ 21:00 Ｂ２９Ｌ 30:00 Ｂ２９Ｌ 30:00 Ｆターム(参考） 4F207 AA45 AB18 AB25 AH20 KA01 KA17 4J002 AC001 AC011 AC031 AC061 AC081 AC103 BB151 BB181 CL062 DA036 DA037 FA042 FD010 FD016 FD017 GN01

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原料ゴム１００重量部に対して、芳香族
   ポリアミド繊維を１〜６重量部とマレイン酸変性液状ポ
   リブタジエンを０．２〜２重量部配合し、更にハードカ
   ーボン３０〜７０重量部とソフトカーボン１０〜５０重
   量部のカーボンブレンド系を配合したゴム組成物。
2. 【請求項２】 芳香族ポリアミド繊維の平均長さが１０
   ｍｍ以下である請求項１記載のゴム組成物。
3. 【請求項３】 芳香族ポリアミド繊維がケブラー繊維で
   ある請求項２記載のゴム組成物。
4. 【請求項４】 ハードカーボンブラックが、窒素吸着比
   表面積が６０ｍ² ／ｇ以上のカーボンブラックである請
   求項１記載のゴム組成物。
5. 【請求項５】 ソフトカーボンブラックが、窒素吸着比
   表面積が５０ｍ² ／ｇ以下のカーボンブラックである請
   求項１記載のゴム組成物。
6. 【請求項６】 ゴム組成物がタイヤの周方向に向けて押
   出し成形され、タイヤ周方向の弾性率ａと径方向の弾性
   率ｂの比（ａ／ｂ）が１．５以上である請求項１乃至５
   のいずれか１項記載のゴム組成物。
7. 【請求項７】 タイヤ周方向の弾性率ａと径方向の弾性
   率ｂの比（ａ／ｂ）が、４＞（ａ／ｂ）＞１．５である
   請求項６記載のゴム組成物。
8. 【請求項８】 ゴム組成物がタイヤのビードフィラー用
   であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項
   記載のゴム組成物。
9. 【請求項９】 一対の、ビードフィラーを配設したビー
   ド部を有し、前記ビードフィラーが請求項１乃至８のい
   ずれか１項記載のゴムにより構成されることを特徴とす
   る空気入りタイヤ。
10. 【請求項１０】 芳香族ポリアミド繊維がタイヤ径方向
    に直角方向に配向し、タイヤ周方向の弾性率ａと径方向
    の弾性率ｂの比（ａ／ｂ）が、４＞（ａ／ｂ）＞１．５
    である請求項９記載の空気入りタイヤ。