(57)【要約】【課題】タイヤビード部に求められる剛性などのゴム物性に悪影響を及ぼすことなく、ビード部の温度上昇を抑制することによりビード部耐久性が著しく向上したタイヤを提供することを目的とするものである。【解決手段】左右一対のリング状のビードコアのタイヤ半径方向外側に配設されたビードフィラーと、並列された複数のコードが被覆ゴム中に埋設されてなるプライを一枚以上有するカーカス層と、該カーカス層のタイヤ半径方向外側に配置されたベルト層と、該ベルト層のタイヤ半径方向外側に配設されたトレッド部と、該トレッド部の左右に配置された一対のサイドウォール部とを具備してなるタイヤにおいて、前記ビードフィラーが、少なくとも炭素繊維を含有する補強性充填材を配合してなるゴム組成物から構成されていることを特徴とするタイヤである。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右一対のビードコアのタイヤ半径方向外側に配設されたビードフィラーと、並列された複数のコードが被覆ゴム中に埋設されてなるプライを一枚以上有するカーカス層と、該カーカス層のタイヤ半径方向外側に配置されたベルト層と、該ベルト層のタイヤ半径方向外側に配設されたトレッド部と、該トレッド部の左右に配置された一対のサイドウォール部とを具備してなるタイヤにおいて、前記ビードフィラーが、少なくとも炭素繊維を含有する補強性充填材を配合してなるゴム組成物から構成されていることを特徴とするタイヤ。
【請求項２】
さらに、ビードフィラーのタイヤ幅方向外側でカーカス層の折り返し部分に隣接して配設されたパッドゴムが、炭素繊維を含有するゴム組成物から構成されている請求項１記載のタイヤ。
【請求項３】
炭素繊維以外の補強性充填材が、カーボンブラック及び無機充填材から選ばれた少なくとも一種である請求項１又は２に記載のタイヤ。
【請求項４】
炭素繊維の配合量が、ゴム成分１００質量部当たり、２質量部以上である請求項１，２又は３に記載のタイヤ。
【請求項５】
炭素繊維が、平均径０．５ｎｍから５００ｎｍ、かつ平均長０．５μｍから５０μｍである請求項１ないし４のいずれかに記載のタイヤ。
【請求項６】
炭素繊維が、アスペクト比１０以上である請求項５記載のタイヤ。
【請求項７】
無機充填材がシリカである請求項３記載のタイヤ。
【請求項８】
補強性充填材の総量が、ゴム成分１００質量部当たり、３０質量部から１００質量部である請求項１ないし７のいずれかに記載のタイヤ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タイヤに関し、さらに詳しくは、ビードフィラーに炭素繊維を配合したゴム組成物を適用したビード部の耐久性が改良されたタイヤに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、乗用車の高性能化、高速化は著しく、また、トラック・バス、建設車両、航空機などに用いられる重荷重用タイヤについては大型化の傾向があり、いずれの場合もタイヤにかかる負荷は益々増加の一途にある。特にタイヤビード部にかかる負荷は過酷でありビード部耐久性の一層の向上が望まれている。
一方、ビード部耐久性を向上させるためには、ビード部の剛性を高めることが望ましく、このため構造面からのアプローチは勿論のこと、ゴム配合面でも、充填材を増量したり、特定樹脂を配合するなど様々な試みがなされている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、さらに大幅なビード部耐久性の改良は期待し難いのが実状である。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−８０６３５号公報（第２頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような状況下で、タイヤビード部に求められる剛性などのゴム物性に悪影響を及ぼすことなく、ビード部の温度上昇を抑制することによりビード部耐久性を著しく向上させたタイヤを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、ビードフィラーに、炭素繊維を配合してゴムの放熱効果を利用することが極めて有効であることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち、本発明は、左右一対のビードコアのタイヤ半径方向外側に配設されたビードフィラーと、並列された複数のコードが被覆ゴム中に埋設されてなるプライを一枚以上有するカーカス層と、該カーカス層のタイヤ半径方向外側に配置されたベルト層と、該ベルト層のタイヤ半径方向外側に配設されたトレッド部と、該トレッド部の左右に配置された一対のサイドウォール部とを具備してなるタイヤにおいて、前記ビードフィラーが、少なくとも炭素繊維を含有する補強性充填材を配合してなるゴム組成物から構成されていることを特徴とするタイヤを提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明のタイヤにおいて、ビードフィラーに用いられるゴム組成物は、少なくとも炭素繊維を含む補強性充填材を配合したものである。この炭素繊維を配合したゴム組成物は、ゴム補強性を有するとともに、熱伝導性が大きいために、タイヤ走行によりゴム部材内部に蓄積された熱の放熱性を高めることができる。従って、炭素繊維を含有するビードフィラーは、弾性率（モジュラス）や耐破壊特性などの物性には悪影響を及ぼすことなく、タイヤ走行時のビード部の温度上昇を効果的に抑制することができる。
【０００７】
本発明において用いられる前記炭素繊維は、平均径が０．５ｎｍから５００ｎｍであり、かつ平均長が０.５μｍから５０μｍであるものが好ましい。炭素繊維の平均径が５００ｎｍを超える場合、或いは炭素繊維の平均長５０μｍを超える場合には充分な補強効果が得られないことがある。補強効果及び製造上の観点からは、さらに、炭素繊維の平均径は１ｎｍから４００ｎｍ、平均長は１μｍから４０μｍが好ましい。また、前記炭素繊維のアスペクト比は、１０以上が好ましく、特に１５以上がより好ましい。
このような炭素繊維を配合することによりビードフィラーの高い弾性率を維持するとともに、その大きい放熱効果によりタイヤビード部の温度上昇を著しく抑制することができる。
【０００８】
上記の特定性状を有する炭素繊維は、例えば、昭和電工（株）製の「ＶＧＣＦ−Ｇ」（商標）、ＭＴＲ社製の「多層カーボンナノチューブ」（商標）などとして入手できる。
本発明における炭素繊維の配合量は、ゴム成分１００質量部に対して２質量部以上になるように配合することが好ましい。ここで、２質量部未満の配合量では、放熱効果が充分に発揮されない。ビードフィラーとしてのゴム物性と放熱効果とを勘案すれば、炭素繊維の配合量は５質量部以上が好ましく、特に５質量部から２０質量部が好ましい。
【０００９】
本発明におけるビードフィラーゴム組成物に用いられるゴム成分としては、天然ゴム及びジエン系合成ゴムが好適に挙げられ、これらを単独またはブレンドして使用することができる。ジエン系合成ゴムとしては、例えばスチレン−ブタジエン共重合体（ＳＢＲ）、ポリブタジエン（ＢＲ）、ポリイソプレン（ＩＲ）、ブタジエン−イソプレン共重合体、ブタジエン−スチレン−イソプレン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、クロロプレンゴム、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム、エチレン−プロピレン共重合体などが挙げられる。
【００１０】
前記ビードフィラーのゴム組成物には、前記炭素繊維とともに、所望により、カーボンブラック、或いはシリカや後述の一般式（Ｉ）で表される無機充填材を配合することができる。
ここで、カーボンブラックとしては、例えばＳＲＦ、ＧＰＦ、ＦＥＦ、ＨＡＦ、ＩＳＡＦ、ＳＡＦ等を挙げることができるが、ヨウ素吸着量（ＩＡ）が６０ｍｇ／ｇ以上、かつジブチルフタレート吸油量（ＤＢＰ）が８０ｍｌ／１００ｇ以上のカーボンブラック、特にＨＡＦ級以上が好ましい。
【００１１】
また、シリカとしては特に制限はなく、従来ゴムの補強用充填材として慣用されているものの中から任意に選択して用いることができる。例えば湿式シリカ(含水ケイ酸)，乾式シリカ(無水ケイ酸)，ケイ酸カルシウム，ケイ酸アルミニウム等が挙げられるが、中でも沈降法による合成シリカが好ましく使用される。具体的には、日本シリカ工業(株)製の「Ｎｉｐｓｉｌｅ  ＡＱ」(商標)，Ｄｅｇｕｓｓａ杜製の「Ｕｌｔｒａｓｉｌ  ＶＮ３」(商標)，ＰＰＧ社製の「Ｈｉｓｉｌ
２３３」（商標）などが挙げられる。
【００１２】
また、その他の無機充填材としては、下記一般式（Ｉ）で表される化合物が好ましく用いられる。
ｍＭ1 ・ｘＳｉＯｙ・ｚＨ2 Ｏ        ・・・（Ｉ）
［式（Ｉ）中、Ｍ1 は、アルミニウム、マグネシウム、チタン、カルシウムからなる群から選ばれる金属、これらの金属の酸化物又は水酸化物、及びそれらの水和から選ばれる少なくとも一種であり、ｍ、ｘ、ｙ及びｚは、それぞれ１〜５の整数、０〜１０の整数、２〜５の整数、及び０〜１０の整数である］
無機充填材は、さらに、カリウム、ナトリウム、鉄、マグネシウムなどの金属、フッ素などの元素、及び、ＮＨ４−などの基を含有していても良い。
【００１３】
具体的には、アルミナ一水和物（Ａｌ2 Ｏ3・Ｈ2Ｏ）、ギブサイト、バイヤライト等の水酸化アルミニウム［Ａｌ（ＯＨ）3 ］、水酸化マグネシウム［Ｍｇ（ＯＨ）2 ］、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、タルク（３ＭｇＯ・４ＳｉＯ2 ・Ｈ2Ｏ）、アタパルジャイト（５ＭｇＯ・８ＳｉＯ2 ・９Ｈ2 Ｏ）、チタン白（ＴｉＯ2 ）、チタン黒（ＴｉＯ2n-1）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、水酸化カルシウム［Ｃａ（ＯＨ）2 ］、酸化アルミニウムマグネシウム（ＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ）、クレー（Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ）、カオリン（Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ・２Ｈ2 Ｏ）、パイロフィライト（Ａｌ2 Ｏ3 ・４ＳｉＯ2 ・Ｈ2 Ｏ）、ベントナイト（Ａｌ2 Ｏ3 ・４ＳｉＯ2 ・２Ｈ2 Ｏ）、ケイ酸アルミニウム（Ａｌ2 ＳｉＯ5 、Ａｌ4 ・３ＳｉＯ4 ・５Ｈ2 Ｏ等）、ケイ酸マグネシウム（Ｍｇ2 ＳｉＯ4、ＭｇＳｉＯ3 等）、ケイ酸カルシウム（Ｃａ2 ・ＳｉＯ4 等）、ケイ酸アルミニウムカルシウム（Ａｌ2 Ｏ3 ・ＣａＯ・２ＳｉＯ2 等）、ケイ酸マグネシウムカルシウム（ＣａＭｇＳｉＯ4 ）、各種ゼオライト、長石、マイカ、モンモリロナイト等が例示でき、Ｍ1がアルミニウムであることが好ましく、アルミナ類、クレー類であることが特に好ましい。
アルミナ類とは上記式（Ｉ）で表される物のうち、下記一般式（ＩＩ）で表わされるものである。
Ａｌ２Ｏ３・ｎＨ２Ｏ（ただし、式中ｎは０から３である。）・・・（ＩＩ）
クレー類では、クレー（Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ）、カオリン（Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ・２Ｈ2 Ｏ）、パイロフィライト（Ａｌ2 Ｏ3 ・４ＳｉＯ2 ・Ｈ2 Ｏ）、ベントナイト（Ａｌ2 Ｏ3 ・４ＳｉＯ2 ・２Ｈ2 Ｏ）、モンモリロナイト等が挙げられる。  前記無機充填材の中では、シリカ、或いは窒素吸着比表面積（Ｎ2ＳＡ）が１〜２０ｍ2/gの水酸化アルミニウムが好ましく、特にシリカが好ましい。
【００１４】
本発明における前記ゴム組成物には、本発明の効果を損なわない範囲において、通常ゴム工業界で用いられる前記以外の各種配合剤、例えば酸化亜鉛，ステアリン酸，老化防止剤，ワックス，加硫促進剤，加硫剤などを適宜配合することができ、バンバリーミキサー，インターミキサーなどの密閉式混練機やロール等の混練機を用いて混練りすることにより得られる。
次に、本発明のタイヤを図面により説明する。図１は、本発明の一例としての重荷重用ラジアルタイヤの左半断面図である。このタイヤは、トレッド部１の両側で連なる一対のサイドウォール部２の内周に各々位置する一対のビード部３と、該ビード部３で両端部が折り返され係止されたカーカス４を備え、ビード部３は、ビードコア５とその半径方向外側に位置するビードフィラー６とを有しており、このビードフィラー６に、前記炭素繊維含有ゴム組成物が適用される。
さらに、本発明においては、図１に示す如く、ビードフィラー６のタイヤ幅方向外側でカーカス４の折り返し部分に隣接して配設されたパッドゴム７を有するタイヤにおいては、該パッドゴムにも、炭素繊維含有ゴム組成物を適用することが好ましい。
なお、タイヤ内に充填する気体としては、通常のあるいは酸素分圧を変えた空気、又は窒素などの不活性なガスを用いることができる。
【００１５】
【実施例】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
なお、加硫ゴムについてモジュラス測定、タイヤについての耐久性試験、及びビード部の温度測定は下記方法により行なった。
（１）  モジュラス
ＪＩＳ  Ｋ６３０１に準拠し、加硫ゴムシートの５０％伸長時の応力を測定し、比較例１を１００とした指数で示して指数表示した。数値が大きいほど弾性率は大きい。
（２）タイヤ耐久性試験
タイヤ耐久性は、ステップロード方式のドラム試験により評価した。すなわち、タイヤの正規内圧、２０ｋｍ／時間の速度で走行させながら、所定時間走行後故障が発生しなければ、負荷を増加して次のステップで所定時間走行させるというステップ毎に負荷を増加させていく方法で行ない、比較例１のタイヤの走行距離を１００として指数表示した。値が大きいほど耐久性は大きい。
（３）ビード部の温度測定
リムフランジ付近で、折り返しプライ上の温度を測定し、比較例１のタイヤを基準とする温度差で示した。負の値は絶対値が大きいほどタイヤ温度は低く好ましい。
【００１６】
実施例１，２及び比較例１，２
＜ゴム組成物の調製＞
第１表に示す配合１〜４によりビードフィラー用ゴム組成物Ａ〜Ｄを調製した。また、第２表に示す配合５，６によりビード部パッドゴム用ゴム組成物Ｅ，Ｆを調製した。また、これらのゴム組成物について加硫ゴムのモジュラス測定した。結果を第１，２表に示す。
【００１７】
【表１】
2004203332.tif 000002
【００１８】
【表２】
2004203332.tif 000003
【００１９】
［注］
＊１  炭素繊維：ＶＧＣＦ−Ｇ（商標）、昭和電工（株）製（繊維径；１００ｎｍ〜２００ｎｍ）
＊２  炭素繊維：多層カーボンナノチューブ（商標）、ＭＴＲ社製（繊維径；１ｎｍ〜１０ｎｍ）
＊３  老化防止剤６Ｃ：Ｎ−（１，３−ジメチルブチル）−Ｎ−フェニル−ｐ−フェニレンジアミン
＊４  加硫促進剤ＣＺ：Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド
＜タイヤの製造と評価＞
上記第１，２表により得られたゴム組成物を、第３表による部材の組合わせで、ビードフィラー及びビード部パッドゴムに適用して、図１に示す構造の重荷重用スチールラジアルタイヤ（サイズ１８００Ｒ２５）を常法により製造した。
このタイヤについて、前記の方法により、タイヤ耐久性の評価とビード部の温度の測定を行なった。その結果を第３表に示す。
【００２０】
【表３】
2004203332.tif 000004
【００２１】
第３表より、本発明に係る実施例１，２は、比較例１に比べて、ビード部の温度が４〜５℃も減少しており、しかもタイヤ耐久性は著しく向上していることが認められる。なお、ビード部材に炭素繊維配合ゴムを用いていない比較例２のタイヤは、ビードフィラー（Ｂ）のモジュラス（補強性）が、カーボンブラックの増量により実施例１，２のビードフィラー（Ｃ，Ｄ）と殆ど同程度であるにも拘らず、タイヤ耐久性は著しく劣っている。一方、本発明にかかる実施例１，２のタイヤは、ビード部の温度低減とビード部剛性の向上の双方について著しい改良効果が認められた。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、タイヤのビードフィラーに、炭素繊維配合ゴム組成物を適用することにより、ビード部の剛性の増大と、ビード部の温度低減の双方を改良することができ、そのため、ビード部耐久性を著しく向上させることができる。
従って、本発明は、特に高性能自動車タイヤ、レース用タイヤ及び重荷重用タイヤに有効に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタイヤの一例を示す部分断面図である。
【符号の簡単な説明】
１：トレッド部
２：サイドウォール部
３：ビード部
４：カーカス
５：ビードコア
６：ビードフィラー
７：パッドゴム
【図１】
2004203332.tif 000005