JP4105328B2

JP4105328B2 - 空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP4105328B2
Application number: JP10262599A
Authority: JP
Inventors: 勇津森
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 1999-04-09
Filing date: 1999-04-09
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2019-04-09
Also published as: JP2000289411A; EP1043178B1; DE60004592T2; DE60004592D1; EP1043178A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トレッドゴムの充填剤としてシリカを用いたタイヤにおいて、その優れた低転がり抵抗性能とウエット性能とを発揮しつつ電気抵抗を低減した空気入りタイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、トレッドゴムの充填剤としてカーボンブラックからシリカへと置き換えることが提案されている。シリカは、カーボンブラックとは異なり、結合材を介してゴムと強固に化学的結合をなすため、シリカにより補強されたトレッドゴムは、転がり抵抗を減じるとともに、ゴムが動きやすくかつ粘着力に富むなどウエット性能にも優れるという利点を有している。
【０００３】
ところが、シリカは電気絶縁性が高いためゴムの電気抵抗が大となり、車両で発生した静電気が地上へアースされず車両に溜まりやすくなるという欠点がある。このような静電気の蓄積は、例えばガソリンスタンドで車両の燃料タンクの蓋を開けようとした際に、火花を発生させる危険があり、また車両の走行中にラジオノイズ等の電波障害を引き起こすなど電気的誤動作の原因ともなる。
【０００４】
そのために本出願人は、特開平９−７１１１２号公報において、トレッド部を、シリカ配合の絶縁性ゴムからなるキャップゴムと、その半径方向内側に配される導電性ゴムからなるベースゴムとの２層構造とするとともに、このベースゴムに、前記キャップゴムを貫通してのびトレッド接地面で露出する貫通端子部を形成することを提案した。従って、車両内の静電気を、ベースゴムから貫通端子部を経由して地上に放出でき、タイヤの電気抵抗を大巾に低減しうる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このものはカーボンブラックなどのカーボン系及び金属粉などをゴムに配合することにより、前記ベースゴムに導電性を付与するものであり、特に、ベースゴムに良導電性を付与するためには、自ずとカーボンブラックなどの配合量が増大してベースゴムのヒステリシスロスが高められ、ひいてはタイヤの転がり抵抗を効果的に低減しえない傾向がある。
【０００６】
そこで本発明は、以上のような問題点に鑑み案出されたもので、トレッド部をシリカ配合のキャップゴム体と貫通端子部を有する導電性のベースゴム体とで構成したタイヤにおいて、前記ベースゴムの充填剤としてカーボンブラックの表面の少なくとも一部をシリカで被覆したシリカ処理カーボンブラックを用いることを基本として、ウエット性能や低電気抵抗性を高く維持しながら、低転がり抵抗性能を一段と向上しうる空気入りタイヤを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本願の請求項１の空気入りタイヤの本発明は、トレッド部からサイドウオール部をへてビード部のビードコアに至るカーカス、このカーカスの半径方向外側かつ前記トレッド部の内方に配される補強コード部材、トレッド部の接地面側に配されるキャップゴム体、及びこのキャップゴム体のタイヤ半径方向内側に配されるベース部とこのベース部から前記キャップゴム体を貫通してのびかつ外端面が前記接地面の一部をなす貫通端子部とを具えるベースゴム体を具える一方、
前記キャップゴム体は、シリカにより補強される絶縁性ゴム材からなるとともに、前記ベースゴム体は、カーボンブラックの表面の少なくとも一部をシリカで被覆したシリカ処理カーボンブラックにより補強される導電性ゴム材からなることを特徴としている。
【０００８】
また請求項１の発明では、前記絶縁性ゴム材は、シリカ、カーボンブラックを含むことなく、しかもジエン系ゴムを用いたゴム基材の１００重量部に対して、３０〜１００重量部のシリカと３〜２０重量部のカーボンブラックとを含みかつ体積固有抵抗が１×１０⁸ Ωcmを越えるとともに、前記導電性ゴム材は、ジエン系ゴムを用いたゴム基材の１００重量部に対して、３５〜６０重量部のシリカ処理カーボンブラックを含みかつ体積固有抵抗が１×１０⁸Ωcm以下としたことを特徴としている。
【０００９】
また請求項１の発明では、前記シリカ処理カーボンブラックは、その全表面積に対するシリカの表面積が５〜２０％であることを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図示例とともに説明する。
図１は、本発明の空気入りタイヤ１が乗用車用ラジアルタイヤである場合の断面図を例示しており、トレッド部２からサイドウォール部３をへてビード部４のビードコア５の廻りで折返して係止されるトロイド状のカーカス６と、このカーカス６の半径方向外側かつトレッド部２の内方に配される補強コード部材７とを具えている。
【００１１】
前記カーカス６は、カーカスコードをタイヤ赤道Ｃに対して７５〜９０度の角度で配列した１枚以上、本例では１枚のカーカスプライから形成され、そのプライ本体部６ａとプライ折返し部分６ｂとの間には、硬質のビードエーペックスゴム８が配される。カーカスコードとしては、ナイロン、ポリエステル、レーヨン、芳香族ポリアミド等の有機繊維コードが採用されるが、スチールコードなども好適に使用できる。
【００１２】
前記補強コード部材７は、トレッド補強用のブレーカ層９を少なくとも含み、トレッド部２の略全巾をタガ効果を有して補強しかつトレッド剛性を高めている。
【００１３】
前記ブレーカ層９は、本例では、ブレーカコードをタイヤ赤道Ｃに対して１５〜４０度の角度で配列した２枚以上、本例では２枚のブレーカプライ９Ａ、９Ｂからなり、ブレーカプライ９Ａ、９Ｂは、ブレーカコードがプライ間で交差するように傾斜の向きを違えて配置している。なおベルトコードとしては、スチールコード及びこれに匹敵する芳香族ポリアミド等の高張力の有機繊維コードが好適に使用される。
【００１４】
又前記補強コード部材７として、本例では、前記ブレーカ層９の外側に重置されそのリフティングを防止し高速耐久性を高めるバンド層（図示せず）を含む。このバンド層は、例えばナイロン製のバンドコードをタイヤ赤道Ｃに対して０〜５゜の角度で螺旋状に巻回した所謂エンドレス状のバンドプライからなり、ブレーカ層９の少なくとも外端部を被覆する。
【００１５】
なお、前記カーカス６、ブレーカ層９、およびバンド層は、スチールコードを使用することによって導電性とすることができるが、本例では、従来の一般タイヤと同様、コードを被覆するプライ形成用のトッピングゴムにおいて、カーボンブラックを充填剤として使用することによって、良導電性を付与している。
【００１６】
次に、前記トレッド部２は、シリカにより補強された絶縁性ゴム材ｇ１からなり接地面２Ｓの側に配されるキャップゴム体１１と、導電性ゴム材ｇ２からなりかつ前記キャップゴム体１１のタイヤ半径方向内側に配されるベース部１０Ａを有するベースゴム体１０とを具える。
【００１７】
前記ベースゴム体１０は、ほぼ均一な厚さを有して前記補強コード部材７の外面に接してのびる前記ベース部１０Ａと、このベース部１０Ａから前記キャップゴム体１１を貫通してのびかつ外端面１２が前記接地面２Ｓの一部をなす貫通端子部１０Ｂとを具える。
【００１８】
先ず、キャップゴム体１１は、接地面２Ｓのうち前記貫通端子部１０Ｂを除く略全域で露出するように形成され、路面との接地性に最も重要な影響を与える。本発明では、このキャップゴム体１１は、充填剤としてシリカを主に配合することにより補強されたゴム材からなり、これによりドライ路面での転がり抵抗を低減する一方ウエット路でのグリップ性が向上される。
【００１９】
なお前記キャップゴム体１１は、本例では排水用のトレッド溝Ｇの溝深さ以上の厚さを有する。このため、タイヤの摩耗終期に至っても前記低転がり抵抗性能及びウエット性能を維持することができる。
【００２０】
前記キャップゴム体１１は、例えばゴム基材の１００重量部に対して、３０〜１００重量部のシリカを含み、これによって、キャップゴム体１１は、タイヤの転がり抵抗の低減とウエット性能とをより高いレベルで両立しうる。
【００２１】
前記ゴム基材としては、ジエン系ゴム、すなわち天然ゴム（ＮＲ）、ブタジエンの重合体であるブタジエンゴム（ＢＲ）、いわゆる乳化重合のスチレンブタジエンゴム（Ｅ−ＳＢＲ）、溶液重合のスチレンブタジエンゴム（Ｓ−ＳＢＲ）、イソプレンの重合体である合成ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンとアクリロニトリルとの共重合体であるニトリルゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンの重合体であるクロロプレンゴム（ＣＲ）などを挙げることができ、これらを単独で用いてもよく、また２種以上を互いにブレンドして使用してもよい。
【００２２】
また配合されるシリカとしては、窒素吸着比表面積（ＢＥＴ）が１００〜２５０ｍ²／ｇの範囲、かつフタル酸ジブチル（ＤＢＰ）吸油量が１５０ｍｌ／１００ｇ以上のコロイダル特性を示すものが、ゴムへの補強効果及びゴム加工性等の点で好ましい。
【００２３】
なお、キャップゴム体１１に要求される他のゴム物性、例えばゴム弾性、ゴム硬度、耐摩耗性等を得るために、前記ジエン系ゴム基材１００重量部に対して３〜２０重量部のカーボンブラックを補助的に配合するのが好ましい。
【００２４】
前記カーボンブラックの配合量が２０重量部を超えると、シリカによる低転がり抵抗性等の優れた効果が減少し、またゴムが硬くなる傾向にあるなどキャップゴム体１１として満足のゆくゴム物性が得られ難い。また前記シリカの配合量が１００重量部を超えると、前記他のゴム物性を得るためのカーボンブラックの３重量部以上の配合が困難となり、光酸化防止効果が下がり耐候性を著しく損ねるため好ましくない。
【００２５】
このようなキャップゴム体１１は、前記シリカの配合により、例えば体積固有抵抗が１×１０⁸Ωcmを越す絶縁性ゴム材ｇ１から構成される。
【００２６】
これに対して、前記ベースゴム体１０のベース部１０Ａび貫通端子部１０Ｂは、車両から生じる静電気を路面へ放出するために重要な役割を担う。本例ではベース部１０Ａ、貫通端子部１０Ｂはいずれも同じ導電性ゴム材ｇ２から形成されるものを示す。この導電性ゴム材ｇ２は、かかる役割を果たすために体積固有抵抗が１×１０⁸Ωcm以下に制限されなければならない。
【００２７】
また、前記ベース部１０Ａは、略均一な厚さで前記キャップゴム体１１の内面に接してのび、本例では前記ブレーカ層７の両端と略一致して終端しているものを示す。なおキャップゴム体１１、ベースゴム体１０のタイヤ軸方向両端には、ウイングゴム体１５が設けられるものを例示している。
【００２８】
前記貫通端子部１０Ａは、図２に拡大して示すように、前記ベース部１０Ｂにその内端部１６が連結しかつ半径方向外側にキャップゴム体１１を貫通してのびるとともに、その外端部１２が前記接地面２Ｓの一部をなす如く形成される。なお本明細書において、接地面２Ｓとは、トレッド部２が路面と接地する面部分を意味し、前記トレッド溝Ｇの溝壁面および溝底面は除外する。
【００２９】
このような空気入りタイヤ１は、車両で発生した静電気を、リムＪからタイヤのビード部４やサイドウォール部３の外面を形成する外皮ゴム、カーカス６、及びコード補強層７などを経由してベースゴム体１０の前記貫通端子部１０Ｂから路面へと放電する導電通路を形成しうる。なおトレッド部２よりもタイヤ半径方向内側に位置するサイドウォール部３、ビード部４には、従来の一般タイヤと同様、カーボンブラックが充填剤として使用されることによって、体積固有抵抗が１×１０⁸Ωcm以下の良導電性体として構成される。
【００３０】
本例の前記貫通端子部１０Ｂは、略タイヤ赤道Ｃの位置において図２、図３に示すように、タイヤ周方向に連続するリング状に形成される。このため、タイヤの１回転中に前記貫通端子部１０Ｂを常に路面に接地させることができるから、より確実に車両の静電気除去効果を発揮でき、しかも、直進時及び旋回時のいずれにおいても接地が可能でありかつ接地圧が比較的高いタイヤ赤道Ｃの位置に貫通端子部１０Ｂが設けられるため、静電気の路面への放出効果をさらに高めうる点で好ましいものとなる。
【００３１】
また貫通端子部１０Ｂは、図２に示すようにその内端部１６よりも巾の狭い狭小部１３を有するものを例示している。この貫通端子部１０Ｂの狭小部１３は、貫通端子部１０Ｂのタイヤ軸方向の巾を漸減しながら接地面２Ｓに向かってのびるテーパ状に形成され、接地面２Ｓで最小巾をなすものを示す。
【００３２】
このように貫通端子部１０Ｂが、その内端部１６よりも巾の狭い狭小部１３を有すると、剛性の低い狭小部１３に歪みを集中させることができ、貫通端子部１０Ｂの内端部１６でのゴム割れや、異種ゴムであるキャップゴム体１１との剛性段差を効果的に緩和することが可能となる。このような観点から、前記狭小部１３のタイヤ軸方向の最小巾（本例ではＷｂ）は、前記内端部１６の巾Ｗａの６０〜８０％とするのが好ましい。
【００３３】
また前記貫通端子部１０Ｂが接地面２Ｓに現れる外端部１２のタイヤ軸方向巾Ｗｂ（本例では狭小部の最小巾となる）は、例えば０．５〜２０．０mm、より好ましくは５〜２０mmの範囲から設定するのが好ましい。この外端部１２の巾Ｗｂが０．５mm未満では、路面への通電効果が低下しがちとなり、逆に２０mmを超えると、キャップゴム体１１の接地面積が減じて、特にウエット性能の向上効果を相対的に低下させる恐れがある。
【００３４】
次に、本発明では、前記ベースゴム体１０を形成する導電性ゴム材ｇ２の充填剤として、シリカ処理カーボンブラックを用いることに大きな特徴の一つを有している。
【００３５】
このシリカ処理カーボンブラックは、カーボンブラックの表面の少なくとも一部をシリカで被覆したものであり、例えば特許第２７８８２１２号公報で開示されるごとくカーボンブラック２０の外表面にのみシリカ２１が付着したタイプＡ（図４（Ａ）に模式的に示す）、及び例えばＷＯ９６／３７５４７号公報で開示されるごとく、カーボンブラック２０とシリカ２１とが１つの粒子内で３次元的に混ざり合っているタイプＢ（図４（Ｂ）に模式的に示す）が知られている。
【００３６】
これらはいずれもカーボンブラックとシリカの両者の特徴を併せ持つと考えられ、優れた低転がり抵抗性能と導電性とを発揮できる。特にタイプＢのものは、表面活性点が通常のカーボンブラックと同等あるいはそれ以上であり、補強性能の尺度となるバウンドラバーが多いため、より好ましく使用できる。
【００３７】
なおウエット性能に関しても、カーボンブラック配合のゴムに比して高性能ではあるが、シリカ配合のゴムよりは劣る傾向にある。従って、シリカ処理カーボンブラックを全トレッドゴムに配合することは性能及びコストの点で不利であり、本願の２層構造と合体して使用することによって、必要な導電性を確保しながら、低転がり抵抗性能とウエット性能とを最大限に発揮することが可能となるのである。
【００３８】
そのためには、前記シリカ処理カーボンブラックとして、その全表面積に対するシリカ２１の表面積が５〜２０％のものを用いるとともに、このシリカ処理カーボンブラックの配合量を、前記ジエン系ゴム基材１００重量部に対し、３５〜６０重量部の範囲としている。なお、シリカやカーボンブラックとは併用しない。
【００３９】
前記シリカ表面積が５％未満の時、転がり抵抗の向上効果が期待できず、逆に２０％を越えると、必要な導電性を得るためにその配合量が増し、例えばゴム弾性、伸び性、硬度、強度等の他のゴム物性を阻害することとなる。また前記配合量が３５重量部未満あるいは６０重量部を越えると、前記他のゴム物性が過小あるいは過大となるなどタイヤとしての性能が十分に確保できなくなる。
【００４０】
前記絶縁性ゴム材ｇ１、導電性ゴム材ｇ２には、必要に応じて、公知の加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、可塑剤、老化防止剤、およびシランカップリング剤等を適宜添加できることは勿論である。
【００４１】
図５には、貫通端子部１０Ｂの他の実施形態を示す。この例では、貫通端子部１０Ｂは、そのタイヤ半径方向長さの略中央部分に前記狭小部１３を有し、この狭小部１３の半径方向外側は、再び拡巾し、外端部１２は内端部１６とほぼ等しいタイヤ軸方向の巾を有している。この場合、接地面２Ｓにて貫通端子部１０Ｂの接地面積を大としうる点で好ましく、また貫通端子部１０Ｂは、その略中央部分の狭小部１３で剛性が小さくなるため、特に歪を狭小部１３に集中させることで、キャップゴム体１１との剛性段差を緩和することができる。
【００４２】
また貫通端子部１０Ｂは、複数列、例えばタイヤ赤道Ｃを挟んで両側に設けることや、リング状以外にも接地面２Ｓから見た外端面が例えば円形、矩形などをなす柱状体としてベース部１０Ａから立ち上げでき、しかもタイヤ周方向に疎らに分散配置することもできる。この場合、タイヤが１周する際にトレッド面が接地するフットプリント上で常に１つ以上の導電部が接地しているのが良い。なお貫通端子部１０Ｂは、内端部１６が前記ベース部１０Ａと例えば円弧によって滑らかに接することによって、内端部１６での応力集中の緩和を図ることも好ましく実施しうる。
【００４３】
【実施例】
先ず、キャップゴム体に用いたゴム材、ベースゴム体に用いたゴム材の配合例を表１に示す。
【００４４】
【表１】

【００４５】
なお表１の＊１〜９は次の通りである。
＊１日本合成ゴム製 SL574 (S-SBR :スチレン量15％、ビニル量57％、非油展）
＊２日本ゼオン製 BR1220 (ハイシスBR シス分98%)
＊３ Degusa製ウルトラシルVN-3 (シリカ:BET175m²/g、 DBP 吸油量210ml/100g）
＊４三菱化学製カーボン(1次粒子径16nm)
＊５昭和キャボット製 N351カーボン（１次粒子径28nm）
＊６昭和キャボット製 CRX2000
＊７ Degussa製シランカップリング剤 (Si69:ビス(トリエトキシシリルプロピル)テトラスフィド)
＊８ ADVANTESTER8340Aの電気抵抗測定器を用い、印加電圧(500V)、気温 (25℃) 、湿度(50%) の条件下で測定した値で、Log 表示（Ωcm）である。
＊９岩本製作所製の粘弾性スペクトロメータを用い、温度７０゜Ｃ、初期伸張１０．０％、動歪±１．０％、周波数１０Ｈｚの条件下で測定した値である。
【００４６】
次に、図１に示す構造の空気入りタイヤ（サイズ：１７５／７０Ｒ１３）を表１に示したゴムを適宜表２に示すように組み合わせて試作し、タイヤの転がり抵抗、ウエット性能、電気抵抗をそれぞれ測定して評価した。なおビード部、サイドウォール部のゴムの体積固有抵抗をそれぞれ略１×１０⁷Ωcmとしている。
テストの方法は次の通りである。
【００４７】
＜転がり抵抗性＞
転がり抵抗は、神戸機械（株）製の転がり抵抗試験機を用いて測定し、比較例２を１００とする指数で表示した。数値が大きいほど優れている。
【００４８】
＜ウエット性能＞
ウエット性能は、前記試供タイヤをＪＡＴＭＡ規格で定める標準リム、最高空気圧にて乗用車の前輪に装着し、半径５０ｍのアスファルト路面に水深約５mmの水たまりを設けたコース上を、速度を段階的に増加させながら実車走行した時に測定した最大横加速度（横Ｇ）をもってウエット性能とし、比較例２を１００とする指数で評価した。数値が大きいほど優れている。
【００４９】
＜電気抵抗＞
ドイツの WDK、 Blatt3で規定される「荷重下でのタイヤ電気抵抗の測定手順」に基づき測定しうるものであって、図６に示すように、台板３０に対して絶縁状態で取付く鋼板３１上に、タイヤ１を前記負荷状態で垂直に接地させ、リムＪと鋼板３１との間の電気抵抗を、印加電圧(500V)、気温 (25℃) 、湿度(50%) 、内圧(200Kpa)、縦荷重(450Kgf)の条件で測定した。Log 表示（Ω）である。
【００５０】
【表２】

【００５１】
実施例のタイヤは、キャップゴム体のゴム材を同じとした比較例のタイヤに比べ、ウエット性能を維持しながら電気抵抗及び転がり抵抗を両立して改善することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の空気入りタイヤは、トレッド部をシリカ配合のキャップゴム体と貫通端子部を有する導電性のベースゴム体とで構成したタイヤにおいて、前記ベースゴムの充填剤としてシリカ処理カーボンブラックを用いているため、ウエット性能や低電気抵抗性を高く維持しながら、低転がり抵抗性能を一段と向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す空気入りタイヤの断面図である。
【図２】貫通端子部を拡大して示す部分断面図である。
【図３】トレッドパターンの一例を示すトレッド部の平面図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）は、シリカ処理カーボンブラックを示す略図である。
【図５】貫通端子部の他の実施例を示す断面図である。
【図６】負荷状態におけるタイヤの電気抵抗の測定方法を説明する線図である。
【符号の説明】
２トレッド部
２Ｓ接地面
３サイドウオール部
４ビード部
５ビードコア
６カーカス
７補強コード部材
１０ベースゴム体
１０Ａベース部
１０Ｂ貫通端子部
１１キャップゴム体
ｇ１絶縁性ゴム材
ｇ２導電性ゴム材

Claims

トレッド部からサイドウオール部をへてビード部のビードコアに至るカーカス、このカーカスの半径方向外側かつ前記トレッド部の内方に配される補強コード部材、トレッド部の接地面側に配されるキャップゴム体、及びこのキャップゴム体のタイヤ半径方向内側に配されるベース部とこのベース部から前記キャップゴム体を貫通してのびかつ外端面が前記接地面の一部をなす貫通端子部とを具えるベースゴム体を具える一方、
前記キャップゴム体は、シリカにより補強される絶縁性ゴム材からなるとともに、前記ベースゴム体は、カーボンブラックの表面を、該カーボンブラックの全表面積に対して５〜２０％の表面積でシリカにより被覆したシリカ処理カーボンブラックにより補強される導電性ゴム材からなり、
かつ前記絶縁性ゴム材は、ジエン系ゴムを用いたゴム基材の１００重量部に対して、３０〜１００重量部のシリカと３〜２０重量部のカーボンブラックとを含みかつ体積固有抵抗が１×１０ ⁸ Ω cm を越えるとともに、
前記導電性ゴム材は、シリカ、カーボンブラックを含むことなく、しかもジエン系ゴムを用いたゴム基材の１００重量部に対して、３５〜６０重量部のシリカ処理カーボンブラックを含みかつ体積固有抵抗が１×１０ ⁸ Ω cm 以下であることを特徴とする空気入りタイヤ。