JP2009120739A - チェーファーゴム組成物および空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】耐リムずれ性、耐クリープ性および耐トウ欠け性等の基本特性を維持しながら、リム組み作業性を改善したタイヤ用チェーファーゴム組成物、該チェーファーゴム組成物を用いた空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】ジエン系ゴム成分１００質量部に対し、高級脂肪酸金属塩を２〜１２質量部含むタイヤ用チェーファーゴム組成物。ここで高級脂肪酸金属塩は、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、オレイン酸亜鉛、オレイン酸マグネシウム、オレイン酸カルシウム、ラウリン酸亜鉛、ラウリン酸マグネシウム、ラウリン酸カルシウムである。
【選択図】なし

Description

本発明はチェーファーゴム組成物および該チェーファーゴム組成物を備えた空気入りタイヤに関する。

タイヤ用のチェーファーゴムは、タイヤのビード部のトウ（先端）からヒールを経てリムフランジの上端近傍に至る領域でリムと当接する側に配置される。そしてタイヤがリムと係合し接触するビード部領域の摩損によるタイヤ補強材の露出を防止するとともにタイヤとリムの係合を強固に保持する。さらにチューブレスタイヤにおいては充填空気圧を一定に維持し走行安全性を確保する。特に高内圧でかつ高荷重下で過激な繰返し変形と高発熱条件におかれる重荷重用空気入りタイヤのチェーファーゴムはより厳しい性能が要求される。ここでチェーファーゴムとして要求される特性として次のものがある。

リム組み作業性：タイヤをリムに装着する際の作業の容易性である。自動マウンタでタイヤをリム組みするが、この際ビード部に一定の柔軟性とリムと接するビード部のゴムにすべり性が要求される。

耐リムずれ性：タイヤ走行時にタイヤビード部は繰返し変形を受けるが、この際タイヤビード部に形成されたチェーファーゴムは、当接するビードベースおよびリムフランジの間の摩擦で損傷が生ずる。特に重車両用空気入りタイヤは高荷重で昇温が激しいため、摩損に対する耐久性は重要となる。

耐クリープ性：タイヤは高内圧で高荷重条件の下でビードベースおよびリムフランジとチェーファーゴムの当接領域で高圧縮力を受けてクリープ歪が生じやすい。かかるクリープ歪はビード部の補強材の応力歪を招来し、ビード部の破損を生じる。したがって耐クリープ性のゴム組成物が要求される。

耐トウ欠け性：重荷重用空気入りタイヤ、特にチューブレスタイヤをリム組みし、リムから外す場合、チェーファーゴムのトウ部が局部的に変形し、トウ部が欠損する場合がある。トウ部の欠損が生ずるとタイや耐久性およびチューブレスタイヤの内圧保持性能が著しく損なわれる。通常、前記耐クリープ性を改善したゴム組成物は破断時伸びが小さくなる傾向にあり、一般的に耐トウ欠け性が低下する。

特許文献１（特開平７−１１８４４４号公報）には、産業用トラクッシュタイヤに用いる高硬度ゴム組成物に関して、シンジオ結晶成分を含有するポリブタジエンゴムに充填剤および硫黄を配合する技術が開示されている。この技術は空気入りタイヤの上記チェーファーゴム組成物に関するものではなく、上記要求特性をすべて満足するものではない。

また特許文献２（特開２００５−２７２５０８号公報）には、タイヤトレッド用ゴム組成物の耐摩耗性および耐熱性を改善するため、エポキシ化天然ゴムを５〜１００質量％含むゴム成分１００質量部に対して、窒素吸着比表面積が１００〜３００ｍ²／ｇのシリカを５〜１５０質量部、ステアリン酸金属塩を１〜１０質量部、ならびに特定のシランカップリング剤を配合する技術が開示されている。
特開平７−１１８４４４号公報 特開２００５−２７２５０８号公報

本発明は耐リムずれ性、耐クリープ性および耐トウ欠け性等の基本特性を維持しながら、リム組み作業性を改善したタイヤ用チェーファーゴム組成物、特に該チェーファーゴム組成物を用いた空気入りタイヤを提供する。

本発明は、ジエン系ゴム成分１００質量部に対し、高級脂肪酸金属塩を２〜１２質量部含むタイヤ用のチェーファーゴム組成物に関する。ここで高級脂肪酸金属塩は、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、オレイン酸亜鉛、オレイン酸マグネシウム、オレイン酸カルシウム、ラウリン酸亜鉛、ラウリン酸マグネシウム、ラウリン酸カルシウムが好ましい。これらの高級脂肪酸金属塩は、ジエン系ゴム成分１００質量部に対し、５〜１０質量部含むことが好ましい。

また、本発明では、カーボンブラックはジエン系ゴム成分１００質量部に対して２０〜１００質量部含み、前記ジエン系ゴムは、天然ゴムおよびポリブタジエンゴムのいずれかを含むことが望ましい。本発明は前記チェーファーゴム組成物よりなるチェーファーゴムを備えた空気入りタイヤに関する。

本発明は、チェーファーゴム組成物に特定の高級脂肪酸金属塩を配合したため、タイヤをリムに装着する際に、チェーファーゴム表面に析出する適量の高級脂肪酸金属塩が、リムとの滑りを高めるためリム組み作業が容易に実施できる。

本発明は、ジエン系ゴム成分１００質量部に対し、高級脂肪酸金属塩を２〜３０質量部含むタイヤ用チェーファーゴム組成物である。

＜ジエン系ゴム成分＞
本発明のチェーファーゴム組成物において、ジエン系ゴムとしては、天然ゴム（ＮＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）などがあげられる。これらのゴムは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

本発明においてジエン系ゴム成分１００質量部のうち、天然ゴムの４０〜８０質量部、さらに５０〜７０質量部と、ポリブタジエンゴムの６０〜２０質量部、さらに５０〜３０質量部を含む混合物で構成されることが好ましい。

チェーファーゴムは高内圧、高荷重下で激しい繰返し変形を受けリムとの摩擦で昇温しやすい。したがって発熱を抑制するとともに引張強度および伸度を高めることにより耐トウ欠け性および耐リムずれ性を維持する必要がある。そのため天然ゴムの４０質量部以上混合することが好ましい。しかし８０質量部を超えるとチェーファーゴムの硬度が低下する傾向がある。なお、天然ゴムに換えて、ポリイソプレンゴムを使用することも可能である。

前記ポリブタジエンゴムはシス含量が６０質量％以上の高シスポリブタジエンゴム、シス含量が６０質量％未満の低シスポリブタジエンゴム、ビニル含量が２０質量％以上のビニルポリブタジエンゴムも使用できる。特にシンジオタクティック１，２ポリブタジエン結晶（以下シンジオ結晶という）を５質量％以上含むポリブタジエンゴムを用いることで硬度を高くすることができる。ポリブタジエンゴムが２０質量部より少ないとゴム硬度が低く耐リムずれ性が悪くなり、一方６０質量部を超えるとビード部の内層ゴムとの接着性に劣り、しかもロール加工性も低下し発熱性も高くなる。

＜高級脂肪酸金属塩＞
高級脂肪酸金属塩とは、炭素数６以上、好ましくは炭素数１０以上の脂肪酸のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、亜鉛塩、ニッケル塩、及びモリブデン塩などである。なお、脂肪酸は飽和脂肪酸であってもよく、不飽和脂肪酸でもよい。高級脂肪酸の具体例は、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、及びステアリン酸などの飽和脂肪酸、オレイン酸、リノール酸、及びリノレン酸などの不飽和脂肪酸などがある。

前記アルカリ金属としては、カリウム、ナトリウムなどがある。前記アルカリ土類金属としては、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、及びバリウムなどがある。これらの高級脂肪酸金属塩は単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

前記高級脂肪酸金属塩の具体例として、ステアリン酸金属塩としては、ステアリン酸マグネシウム、１２−ヒドロキシステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、１２−ヒドロキシステアリン酸カルシウム、ステアリン酸バリウム、１２−ヒドロキシステアリン酸バリウム、ステアリン酸亜鉛、１２−ヒドロキシステアリン酸亜鉛などが挙げられる。

特に、耐リムずれ性を高めるとともに、リムとの滑り性を高めリム組み作業性を改善するには、高級脂肪酸金属塩は、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、オレイン酸亜鉛、オレイン酸マグネシウム、オレイン酸カルシウム、ラウリン酸亜鉛、ラウリン酸マグネシウム、ラウリン酸カルシウムが好ましい。

高級脂肪酸金属塩の含有量は、ジエン系ゴム成分１００質量部に対して２質量部以上、好ましくは５質量部以上である。高級脂肪酸金属塩の含有量が２質量部未満では、高級脂肪酸金属塩がチェーファーゴムの表面に適度に析出せず、リムとの滑り性を改善することはできない。また、高級脂肪酸金属塩の含有量は１２質量部以下、好ましくは１０質量部以下である。高級脂肪酸金属塩の含有量が１２質量部を超えると未加硫ゴム組成物を用いてタイヤを成形する際に他のタイヤ構成部材との接着性が低下し、また加硫ゴムの硬度やモジュラスの低下がおこり耐摩損性が低下する。

＜カーボンブラック＞
本発明のチェーファーゴム組成物には、カーボンブラックを配合することが好ましい。カーボンブラックは窒素吸着比表面積が４０〜１２０ｍ²／ｇの範囲のものである。窒素吸着比表面積が４０ｍ²／ｇ未満の場合には補強効果が十分でなく、ゴム組成物の強度、硬度および剛性が得られない。一方、１２０ｍ²／ｇを超えるとゴム組成物の発熱が高くなり耐リムずれ性が低下する。ここで窒素吸着比表面積はＡＳＴＭＤ３０３７−８１に準じてＢＥＴ法で測定される。そしてカーボンブラックの配合量はゴム成分１００質量部に対して２０〜１００質量部、好ましくは４０〜７５質量部である。２０質量部未満では補強効果が不十分で、硬度、剛性が低く、一方１００質量部を超えると発熱性が大きくなりさらに破断時伸びが低下して耐トウ欠け性が悪くなる。

＜充填剤＞
チェーファーゴム組成物は、シリカ、クレイ、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム等の充填剤を配合することができる。シリカは湿式法、乾式法により製造されたシリカが使用でき、例えば、シリカの窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）は１００ｍ²／ｇ以上で３００ｍ²／ｇ以下のものが使用される。ゴム組成物の補強効果と分散性、発熱性をバランスするためである。なおシリカを配合する場合は、シランカップリング剤を含有することが好ましい。

これらの充填剤は、ジエン系ゴム成分１００質量部に対して５質量部以上で、１５０質量部以下配合して、ゴム組成物の補強効果を高めると共に、加工性および作業性の低下を軽減する必要がある。

＜硫黄／加硫促進剤＞
次に本発明では硫黄の配合量Ｓと加硫促進剤の配合量Ａの比Ｓ／Ａが１．２〜１．７の範囲であることが望ましい。一般に硫黄と加硫促進剤とから構成される硫黄加硫系による加硫ゴムでは、ポリスルフィド結合が主体となるため熱安定性に劣る。したがって本発明は硫黄の配合量を加硫促進剤の配合量に比べて少なくし単位架橋あたりの硫黄の数を少なくしポリスルフィド結合の形成が少なくなるようにすることが望ましい。一方、ポリスルフィッド結合が少なくなるとゴム組成物の柔軟性が損なわれる。したがって適度のポリスルフィッド結合を形成することが好ましい。本発明は両者の配合量の比Ｓ／Ａが１．２未満の場合、架橋密度が小さくなり強度および硬度が十分でなく、一方１．７を超えると熱安定性が低下する傾向にある。そして硫黄の配合量は、ジエン系ゴム成分１００質量部に対して１．０〜２．０質量部とすることが望ましい。１．０質量部未満では架橋密度が低くなりすぎ、２．０質量部を超えると加硫ゴムが硬くなりすぎるからである。

加硫促進剤は、チオウレア系、グアニジン系、チアゾール系、スルフェンアミド系、チウラム系、ジチオカルバミン酸塩系等の加硫促進剤を用いることができる。たとえばメルカプトベンゾチアゾール、ジベンゾチアジルジスルフィド、Ｎ−シクロヘキシルベンゾチアジルスルフェンアミド、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミドを使用し得る。加硫促進剤の配合量は硫黄の配合量にもよるが、ジエン系ゴム成分１００質量部あたり０．７〜１．４質量部である。

＜その他の配合剤＞
本発明のチェーファーゴム組成物は、必要に応じて、オイルなどの軟化剤、老化防止剤、硫黄などの加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤などの通常のゴム工業で使用される配合剤を適宜配合することができる。

＜空気入りタイヤ＞
図１は、チェファーゴム組成物を備えた空気入りタイヤの断面図の右半分を示す。図１において、タイヤ１は、トレッド部７と、その両端からタイヤ半径方向内方にのびる一対のサイドウォール部８と、各サイドウォール部８の内方端に位置するビード部３とを具える。また両側のビード部３の間にはカーカス１０がトロイド状に形成されるとともに、このカーカス１０の外側かつトレッド部７の内側にはタガ効果を有してトレッド部７を補強するベルト層９が配される。前記カーカス１０は、カーカスコードをタイヤ赤道に対して例えば７０〜９０°の角度で配列する１枚以上のカーカスプライから形成され、このカーカスプライは、前記トレッド部７からサイドウォール部８をへてビード部３のビードコア１１の廻りをタイヤ軸方向の内側から外側に折返されて係止される。前記ベルト層９は、ベルトコードをタイヤ赤道に対して例えば３０°以下の角度で配列した２枚以上のベルトプライからなり、各ベルトコードがプライ間で交差するよう向きを違えて重置される。

なお、必要に応じてベルト層９のリフティングを防止するためのバンド層５を、ベルト層９の外側に設けても良く、このときバンド層は、低モジュラスの有機繊維コードを、タイヤ赤道とほぼ平行に螺旋巻きした連続プライで形成する。またビード部３には、前記ビードコア１１から半径方向外方にのびるビードエーペックス６が配されるとともに、カーカス１０の内側には、タイヤ内腔面をなすインナーライナゴム（図示せず）を形成できる。

前記ビード部３のタイヤ内腔面からタイヤ外側面に亘り、ビードベース及びリムフランジに当接する領域にチェファーゴム２が配置されている。該チェーファーゴム２はシート状ゴムをタイヤビード部の輪郭形状に沿って貼り付けて成形し、リムフランジ上端近傍には、クリンチゴム４で補強されている。なお、本発明においては、チェーファーゴムとクリンチゴムを一体として、本発明のチェーファーゴム組成物で構成することもできる。本発明のチェーファーゴムの形状は、適用されるタイヤのカテゴリー、サイズ、要求特性に応じて適宜変更し得る。

実施例１〜３、比較例１
表１に示す基本配合から硫黄、加硫促進剤を除いた配合剤をバンバリー型ミキサーで１５０℃で３分間混練した。その後得られたゴム組成物に硫黄、加硫促進剤を加えてオープンロールで１４０℃で５分間練り込んだ。

各配合のチェーファーゴム組成物を用いて１５０℃で３０分間１９６Ｎの条件にて加硫を行ない、２５５／３５Ｒ１８の補修用タイヤを製造した。なお表１に用いた配合成分の詳細は次のとおりである。

（注１） 天然ゴム：「ＲＳＳ＃３グレード」を使用した。
（注２） ポリブタジエン：宇部興産（株）製の「ＢＲ１５０Ｂ」を使用した。
（注３） カーボンブラック：昭和キャボット社製の「Ｎ５５０」を用いた（窒素吸着比表面積が４２ｍ²／ｇ）。
（注４） プロセスオイル：出光興産（株）製の「ダイアナプロセスＡＨ−２４」を使用した。
（注５） ワックス：大内新興化学の「サンノックワックス」を使用した。
（注６） 老化防止剤：住友化学社製の「アンチゲン６Ｃ」を用いた。
（注７） ステアリン酸：日本油脂（株）製の「椿」を使用した。
（注８） 酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製を使用した。
（注９） 硫黄：軽井沢硫黄（株）製の粉末硫黄を使用した。
（注１０） 加硫促進剤：大内新興化学社製の「ノクセラーＣＺ」を使用した。
（注１１） 高級脂肪酸金属塩：Schill-Seilacher社製の「Structol WB16」（高級脂肪酸のカルシウム塩と飽和脂肪酸アミドの混合物）を使用した。

本発明のチェーファーゴム組成物およびそれを用いたタイヤの性能評価方法は次のとおりである。

＜損失正接（粘弾性試験）＞
新品タイヤのチェーファーゴム組成物から試験片を作製し、岩本製作所製の粘弾性スペクトロメータで周波数１０Ｈｚ、動歪１．０％の条件下で６０℃の損失正接（ｔａｎδ）の測定を行なった。数値が小さいほどｔａｎδが低く発熱性が低く性能が良好であることを示している。

＜硬度（ＪＩＳ−Ａ）＞
新品のチェーファーゴム組成物の硬度を２５℃でＪＩＳ−Ａ硬度計で測定した。硬度の値が５０〜６０の範囲が適している。

＜引張試験＞
チェーファーゴム組成物でＪＩＳ−Ｋ６２５１に準じて３号ダンベル作製し引張試験を実施し、破断時強度（ＴＢ）および破断時伸び（ＥＢ）を測定した。破断強度はＭＰａの値を示し、破断時伸び（ＥＢ）は％で示す。

＜リム組み作業性＞
試作タイヤ（サイズ：２５５／３５Ｒ１８）の補修用タイヤを用いて、自動マウンター機でリム組み作業を行った。実施例、比較例について各３本の試験を行い以下の評価をした。

Ａ：３本のタイヤともチェーファに損傷が発生しなかった。
Ｂ：１本〜２本のタイヤにチェーファに損傷が発生した。

Ｃ：３本のタイヤともチェーファに損傷が発生した。
＜評価結果＞
表１に評価結果を示す。実施例１〜３は、チェーファーゴムとしての基本的特性に優れ、またリム組作業性が改善されていることが認められる。なお、実施例１は、高級脂肪酸金属塩の配合量が３質量部と少なく、実施例２，３に比べてリム組作業性が若干劣っている。

本発明のチェーファーゴム組成物は、乗用車タイヤ、トラックバス用タイヤ、軽トラック用タイヤ、二輪車用タイヤのカテゴリーに適用され、該チェーファーゴム組成物を有する空気入りタイヤは優れたリム組み作業性を有する。

本発明の空気入りタイヤの断面図の右半分を示す。

符号の説明

１ タイヤ、２ チェーファーゴム、３ ビード部、４ クリンチゴム。

Claims (6)

1. ジエン系ゴム成分１００質量部に対し、高級脂肪酸金属塩を２〜１２質量部含むチェーファーゴム組成物。
2. 高級脂肪酸金属塩は、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、オレイン酸亜鉛、オレイン酸マグネシウム、オレイン酸カルシウム、ラウリン酸亜鉛、ラウリン酸マグネシウムおよびラウリン酸カルシウムの群から選択される少なくとも１種類を含む請求項１記載のチェーファーゴム組成物。
3. ジエン系ゴム成分１００質量部に対し、高級脂肪酸金属塩を５〜１０質量部含む請求項１記載のチェーファーゴム組成物。
4. ジエン系ゴム成分１００質量部に対しカーボンブラックを２０〜１００質量部含む請求項１記載のチェーファーゴム組成物。
5. ジエン系ゴム成分は、天然ゴムおよびポリブタジエンゴムのいずれかを含む請求項１記載のチェーファーゴム組成物。
6. 請求項１に記載のチェーファーゴム組成物よりなるチェーファーゴムを備えた空気入りタイヤ。

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