JP5168458B2 - ゴム組成物および空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明はスチールコード被覆用のゴム組成物、該ゴム組成物でスチールコードが被覆されたタイヤ補強ベルトおよび該タイヤ補強ベルトを用いた空気入りタイヤに関する。

空気入りタイヤは、その基本特性を向上させるためにスチールコードで構成されたタイヤ補強ベルトが多用されている。空気入りタイヤの安全性および操縦安定性の向上、さらに転がり抵抗の低減に対する要求は益々高まっている。タイヤ補強ベルトとして採用されているスチールコードとゴム組成物の接着界面は、高速走行における発熱および繰り返し変形により破壊されやすく重大なタイヤ損傷の原因となる。そこでスチールコードとゴムの接着強度をさらに向上させることが重要である。

一般にスチールコードは、ゴムとの接着強度を高めてベルトの補強効果を高めるため、ブラスメッキが施されている。一方、このスチールコードと接する被覆ゴム組成物には、有機酸のコバルト塩が接着促進剤として配合されることがある。この有機酸コバルト塩を多量に用いる場合には、加硫直後における接着強度、即ち初期接着性は優れるが、耐劣化接着性に劣り時間経過とともに接着強度が低下する。

また、ゴムとスチールコードの接着強度を高めるために、ゴム組成物にシリカを配合する技術も知られている。ここでシリカは、その表面における親水性のシラノール基によって水分を吸着してゴム組成物を安定化するものである。たとえば、シリカはゴム組成物に存在する水分や周囲の水分を吸着して、接着界面の劣化を抑制するものとされている。しかしこの技術は、ゴム組成物のムーニー粘度が高くなり加工性が損なわれる。

さらに特許文献１には、スチールコードコーティング用ゴム組成物として、層状粘土鉱物がゴム成分中に微分散して形成されたナノコンポジットを含有させることで、耐疲労性を向上、発熱性を低減、スチールコードに対する初期接着性、耐劣化接着性を向上させる技術が提案されている。
特開２００５−１１３０１５号公報

本発明は、発熱性を低減し、スチールコードとの接着性が改善されたゴム組成物、さらに該ゴム組成物を用いたタイヤ補強ベルトを提供する。また該タイヤ補強ベルトを用いることで転がり抵抗が低減され、操縦安定性が向上した空気入りタイヤを提供することを目的とする。

本発明は、ジエン系ゴム１００質量部に対して、有機酸金属塩を０．５〜５質量部、充填剤を３０〜１００質量部含有し、前記充填剤として粒子径が１０〜１００μｍのガラスビーズを３〜３０質量部含んでいるスチールコード被覆用のゴム組成物である。前記充填剤として、カーボンブラックを５〜９０質量部含んでいることが好ましい。

また、前記有機酸金属塩は、ステアリン酸コバルトまたはナフテン酸コバルトが好ましい。

また本発明は、実質的に平行に引き揃えたスチールコードを、前記ゴム組成物で被覆してなるタイヤ補強ベルトである。そして、さらに前記タイヤ補強ベルトの少なくとも２枚をスチールコードがタイヤ周方向に交差するように配置したベルト層を備えたた空気入りタイヤである。

本発明はスチールコード被覆用のゴム組成物に充填剤の一部として、ガラスビースを所定量配合したため、該ゴム組成物でスチールコードが被覆されたタイヤ補強ベルトの発熱性およびスチールコードとゴムの接着性などが改善される。その結果、前記タイヤ補強ベルトを用いた空気入りタイヤは転がり抵抗が低減され操縦安定性が向上する。

本発明は、ジエン系ゴム１００質量部に対して、有機酸金属塩を０．５〜５質量部、充填剤を３０〜１００質量部含有し、前記充填剤として粒子径が１０〜１００μｍのガラスビーズを３〜３０質量部含んでいるスチールコード被覆用のゴム組成物である。

＜ジエン系ゴム＞
本発明のゴム組成物に用いられるジエン系ゴムとしては、天然ゴムや合成ゴムが用いられる。ここで合成ゴムとしては、スチレン−ブタジエン共重合ゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、イソブチレンとｐ−ハロゲン化メチルスチレンとの共重合体，アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）などが挙げられる。

天然ゴムは、各種天然ゴムが使用でき、さらにエポキシ化天然ゴム、脱蛋白天然ゴムなどの変性天然ゴムも使用できる。なお、本発明の効果を阻害しない範囲でジエン系ゴム以外のゴム成分を配合することもできる。このゴム成分は、通常、ゴム成分全体の２０質量％以下である。

本発明におけるジエン系ゴムは、タイヤ補強ベルトの要求特性に応じて、天然ゴム及び前記合成ゴムの中から、適宜一種又は二種以上選択して用いられることができるが、特に接着強度及びゴム破壊強度を維持する観点から、天然ゴムをゴム成分中に５０質量部以上含むことが望ましい。

＜充填剤＞
本発明のゴム組成物には、ガラスビーズとともにカーボンブラック、シリカ、クレー、アルミナ、タルク、マイカ、カオリン、粘土、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、硫酸カルシュウム等の充填剤、を単独あるいは２種以上混合して用いることができる。ここで、充填剤はジエン系ゴム１００質量部に対して、３０〜１００質量部、好ましくは４０〜８０質量部配合される。これらの充填剤は加硫ゴム組成物の低発熱性、引張強度、破断強度、引張応力、硬度の向上に寄与する。

＜ガラスビーズ＞
ガラスビーズは、前記充填剤の一部として配合される。接着強度の向上および低発熱性の観点から、ガラスビーズの粒子径が１０〜１００μｍの範囲、好ましくは３０〜８０μｍのものが好ましい。なおガラスビーズは、ゴム成分または不飽和カルボン酸あるいはその無水物をグラフトしたポリプロピレンなどで予め表面処理して使用することもできる。

前記ガラスビーズはジエン系ゴム１００質量部に対して、３〜３０質量部配合される。３質量部未満の場合は、転がり抵抗は改善できない。一方、３０質量部を超えると転がり抵抗が改善されるが、操縦安定性が低下する。ガラスビーズをジエン系ゴム１００質量部に対して５〜２０質量部配合した場合に転がり抵抗性と操縦安定性のバランスがもっとも優れている。つまりガラスビーズを配合することでベルト被覆ゴムの剛性を高めて操縦安定性が改善され、ベルト層の動きが抑制されるので転がり抵抗も低減できる。一方、ガラスビーズの配合量が多すぎると、ベルト被覆ゴムが硬くなりすぎてトレッド部の柔軟性が失われる。

＜カーボンブラック＞
本発明の組成物に用いられるカーボンブラックは、平均粒子径３０ｎｍ以下のＨＡＦ、ＩＳＡＦ、ＳＡＦなどが好ましい。カーボンブラックの配合量は、ゴム成分成分１００質量部当たり、５〜９０質量部の範囲が好ましく、特に４０〜７０質量部が好ましい。カーボンブラックは加硫ゴム組成物の引張強度、破断強度、引張応力および硬度を改善する。

＜シリカ＞
本発明のゴム組成物には充填剤としてシリカを使用できる。シリカは粒子表面にシラノール基を有するものが好ましい。乾式法シリカまたは湿式法シリカ（含水ケイ酸）のいずれでも使用できるが、含水ケイ酸が好適である。シリカはシリカ粒子の表面のシラノール基の親水性により、水分を吸着するため該水分がスチールコードとゴムの界面に有効に作用し初期の接着性を向上させる。シリカは、窒素吸着比表面（ＢＥＴ）が１６０ｍ²／ｇ以下、好ましくは４０〜１４０ｍ² ／ｇが用いられる。

シリカを配合する場合は、ジエン系ゴム１００質量部に対し、５〜４０質量部の範囲で選定される。

＜有機酸金属塩＞
本発明のゴム組成物には、スチールコードとの接着性を向上させる目的で有機酸金属塩、特に有機酸コバルト塩等の接着促進剤を含有させることができる。上記の有機酸としては飽和／不飽和、直鎖状／分岐鎖状のいずれをも使用でき、好ましくは、ステアリン酸、オレイン酸、ナフテン酸、リノール酸、リノレン酸、ネオデカン酸、オクチル酸、ロジン等が挙げられる。これらの有機酸金属塩はジエン系ゴムとの親和性に優れ、スチールコードとの接着性が良好である。本発明では、ジエン系ゴム１００質量部に対して、有機酸金属塩が、０．５〜５質量部となるように有機酸金属塩を添加することが好ましい。有機酸金属塩の含有量が０．５質量部以上であれば、スチールコードとゴム組成物の初期接着性および耐劣化接着性が良好であり、５質量部以下であれば、有機酸金属塩と、ゴム組成物中の加硫促進剤または老化防止剤との反応によって、水の生成および熱劣化が生じる危険性が少なく、耐劣化接着性を十分確保できる。

＜硫黄＞
本発明のゴム組成物は硫黄が配合される。この硫黄の配合量はジエン系ゴム１００質量部に対し、１〜８質量部の範囲が好ましい。この配合量が１質量部未満ではスチールコード表面の黄銅メッキ中の銅と硫黄との反応により生成するＣｕ_x Ｓの生成が不充分となり、十分な硫黄を供給することができず、ジエン系ゴムと結合力が十分ではなく接着力が向上できない。一方、８質量部を超えるとＣｕ_xＳが過剰に生成するため、肥大化したＣｕ_x Ｓの凝集破壊が起こり、接着力が低下するとともに、ゴム物性としての耐熱老化性も低下する傾向が見られる。

＜その他の配合剤＞
本発明のゴム組成物には、ゴム業界で通常使用される配合剤を通常の配合量で適宜配合することができる。たとえば軟化剤としてプロセスオイル、アロマオイル等を使用できる。また、加硫促進剤として、ジフェニルグアニジン等のグアニジン類、メルカプトベンゾチアゾール等のチアゾール類，Ｎ，Ｎ’−ジシクロヘキシル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド等のスルフェンアミド類、テトラメチルチウラムジスルフィド等のチウラム類などを使用できる。さらに加硫促進助剤として酸化亜鉛が使用できる。酸化亜鉛は脂肪酸と錯化合物を形成し加硫促進効果を高める。さらに、老化防止剤として、ポリ（２，２，４−トリメチル−１，２−ジヒドロキノリン）、フェニル−α−ナフチルアミン等のアミン類などが使用される。

＜スチルコードメッキ＞
本発明のゴム組成物に使用されるスチールコードは、ゴムとの接着を良好にするために、黄銅，亜鉛、あるいはこれにニッケルやコバルトを含有する合金でメッキ処理されていることが好ましく、特に黄銅メッキ処理が施されているものが好適である。スチールコードの黄銅メッキ中のＣｕ含有率が７５質量％以下、好ましくは５５〜７０質量％で、良好で安定な接着が得られる。なお、スチールコードの撚り構造については特に制限はない。

＜ゴムとスチルコードの複合体＞
本発明において前記スチールコードを前記ゴム組成物で被覆することでタイヤ補強ベルトが構成される。タイヤ補強ベルトは平行に引き揃えたスチールコードにゴムを被覆したベルトとして形成される。該ベルトは、たとえば、スチールワイヤを撚り合わせてスチールコードを製造した後、ゴム成分、有機酸のコバルト塩、および硫黄を含有するゴム組成物をスチールコードに被覆する方法等が採用できる。このベルトは、１枚または複数枚積層することで、ベルト層、ビード部の補強層、サイド部補強層、カーカスなどのタイヤ補強材料として使用される。

＜タイヤの構造＞
本発明の空気入りタイヤの断面図の右半分を図１に示す。図１において、空気入りタイヤＴはトレッド部１、ベルト層２、サイドウォール部３及びビード部４を備え、さらにベルト層２の外側にジョイントレスのバンド５を配置している。そして一対のビードコア５に両端を折り返して係止されるカーカス７、ビードコア５の上辺からサイドウォール部３方向に延びるビードエーペックス６を有している。前記ビード部４には、リムフランジと隣接する領域にクリンチゴム８が配置されている。

本発明においては、２枚の補強ベルトをスチールコードがタイヤ周方向に交差するように配置した前記ベルト層を採用した構造のものを用いた。なお、本発明は乗用車用タイヤのほかトラック・バス用、重機用等、種々の車両のタイヤとして使用され得る。

以下に本発明を実施例に基づいて説明する。
（１） タイヤ補強ベルトの製造
表１に示す組成の配合成分のうち、硫黄、加硫促進剤を除き、神戸製鋼社製の１．７Ｌのバンバリーミキサを用いて混練し未加硫ゴム組成物を得た。その後、硫黄、加硫促進剤を加えて二軸ローラにて練りこみ混合物を得た。なお、ガラスビーズの配合量は変量として表２に示している。

（２） タイヤの製造
前記ゴム組成物を、スチールコード（構造：４本撚り／本、黄銅めっき組成：Ｃｕが６３質量％）を３５本／５ｃｍの密度で引き揃えて、前記ゴム組成物を被覆してベルトを成形した。該ベルトの２枚をスチールコードが相互にタイヤ周方向（角度２２度×−２２度）となるように積層しベルト層を構成してタイヤを成形した。そして前記成形タイヤを加硫機で１７０℃で１０分加硫することで図１に示す構造のタイヤ（サイズ：１９５／６５Ｒ１５）タイヤ製造した。

製造したタイヤの操縦安定性および転がり抵抗を測定し、その結果を表２に示す。タイヤの操縦安定性および転がり抵抗の測定方法は次のとおりである。

＜操縦安定性＞
試作タイヤ（１９５／６５Ｒ１５）を用いて、ドライアスファルト路面のテストコースにて実車走行を行い、この際における操縦安定性能（剛性感、レーンチェンジ性能）について、次の５段階のフィーリング評価を行った。

評価５：非常に良好
評価４：良好
評価３：普通
評価２：やや劣る
評価１：劣る
上記評価方法に基づく結果を表２に示す。

＜転がり抵抗＞
試作タイヤを正規リム（６ＪＪ×１５）に装着してＳＴＬ社製の転がり抵抗試験機を用いて内圧２３０ｋＰａ、時速８０ｋｍ／ｈ、荷重４９Ｎにて転がり抵抗を測定した。比較例１の値を１００として相対値で求めている。値が大きいほど転がり抵抗が小さく性能が優れていることを示す。評価結果を表２に示す。

（注１） 天然ゴム：ＴＳＲ２０グレード
（注２） カーボンブラック：Ｎ３２６（三菱化学社製）
（注３） ガラスビーズ：Ｔ２７−Ｌ０１７（東新理興社製）
ガラスビーズの粒子径は３７〜６３μｍである。
（注４） プロセスオイル：ダイアナプロセスＰＳ３２（出光興産社製）
（注５） 老化防止剤：サンフレックス１３（フレキシス社製）
（注６） ステアリン酸：桐（日本油脂社製）
（注７） 亜鉛華：酸化亜鉛１号（三井金属工業社製）
（注８） 有機酸コバルト：ステアリン酸コバルト、ＣＯＳＴ−Ｆ（大日本インキ社製）
（注９） 硫黄：クリステックスＨＳＯＴ２０（フレキシス社製）
（注１０）加硫促進剤：ノクセラーＮＳ（大内新興化学社製）

＜評価結果＞
表２の評価結果から、ジエン系ゴム１００質量部に対し、ガラスビーズを３〜３０質量部配合した実施例１〜３は、ガラスビーズを配合していない比較例１に比べて操縦安定性と転がり抵抗のバランスが優れている。またガラスビーズを４０質量部配合した比較例４は、転がり抵抗は優れるが、操縦安定性は低下する。

本発明のスチールコードの被覆用のゴム組成物は、スチールコードを被覆してタイヤ補強ベルトを構成でき、該タイヤ補強ベルトを空気入りタイヤに用いることで操縦安定性および転がり抵抗が改善される。

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 トレッド部、２ ベルト層、３ サイドウオール部、４ ビード部、５ バンド、６ ビードエーペックス、７ カーカス、８ クリンチゴム。

Claims (5)

1. ジエン系ゴム１００質量部に対して、有機酸金属塩を０．５〜５質量部、充填剤を３０〜１００質量部含有し、前記充填剤として粒子径が１０〜１００μｍのガラスビーズを３〜３０質量部含んでいるスチールコード被覆用のゴム組成物。
2. 充填剤として、カーボンブラックを５〜９０質量部含んでいる請求項１記載のゴム組成物。
3. 有機酸金属塩は、ステアリン酸コバルトまたはナフテン酸コバルトである請求項１記載のゴム組成物。
4. 平行に引き揃えたスチールコードを請求項１記載のゴム組成物で被覆してなるタイヤ補強ベルト。
5. 請求項４記載のタイヤ補強ベルトの少なくとも２枚をスチールコードがタイヤ周方向に交差するように配置したベルト層を備えた空気入りタイヤ。

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