JP6701997B2 - 非空気式タイヤ - Google Patents

Description

本発明は、車両の静電気をスムーズに放電し得る非空気式タイヤに関する。

近年、パンクの発生を抑制することを目的とした非空気式タイヤが知られている。非空気式タイヤは、車両側の金属製ホイールと接続される環状の内周部、路面と接地するトレッド部、及び、内周部とトレッド部とを継ぐ複数本の連結部を含んでいる。

しかしながら、非空気式のタイヤの連結部は、成形性と高い剛性が求められるため、導電性が小さいウレタンなどの樹脂で形成されている場合がある。このため、このような非空気式タイヤは、車両の静電気を、スムーズに路面に放出できないという問題がある。

特開２０１４−１２５０８２号公報

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、車両の静電気をスムーズに放電し得る非空気式タイヤを提供することを主たる目的としている。

本発明は、路面に接地する環状のトレッド部と、前記トレッド部のタイヤ半径方向の内側に位置しかつ導電性を有するホイールに接続される環状の内周部と、前記トレッド部と前記内周部とを継ぐ複数本の連結部とを含む非空気式タイヤであって、前記トレッド部は、前記路面に接地しかつ導電性を有する第１部分と、前記第１部分のタイヤ半径方向内側の第２部分とを含み、前記第２部分、前記連結部、及び、前記内周部は、カーボンブラックを含有する樹脂で形成されており、前記カーボンブラックは、ＢＥＴ比表面積が３００〜１５００m²／gであり、かつ、前記樹脂成分１００質量％に対して０．５〜２０質量％配合されていることを特徴とする。

本発明に係る非空気式タイヤは、前記カーボンブラックが、ケッチェンブラックであるのが望ましい。

本発明に係る非空気式タイヤは、前記樹脂が熱硬化性樹脂であるのが望ましい。

本発明に係る非空気式タイヤは、前記連結部と前記トレッド部とが接続する位置における全ての前記連結部の断面積が、２０〜３００００cm²であるのが望ましい。

本発明は、路面に接地する環状のトレッド部と、トレッド部のタイヤ半径方向の内側に位置しかつ導電性を有するホイールに接続される環状の内周部と、トレッド部と内周部とを継ぐ複数本の連結部とを含む非空気式タイヤである。トレッド部は、路面に接地しかつ導電性を有する第１部分と、第１部分のタイヤ半径方向内側の第２部分とを含んでいる。第２部分、連結部、及び、内周部は、カーボンブラックを含有する樹脂で形成されている。従って、本発明の非空気式タイヤは、第２部分、連結部、及び、内周部の電気抵抗が小さくなり、車両の静電気を、ホイール、内周部、連結部、トレッド部を通してスムーズに路面に放出することができる。

また、カーボンブラックはＢＥＴ比表面積が３００〜１５００m²／gであり、かつ、樹脂成分１００質量％に対して０．５〜２０質量％配合されている。これにより、カーボンブロック同士が通電するので、樹脂内の電気抵抗が効果的に小さくなる。また、タイヤ製造時、樹脂の流動がカーボンブラックに妨げられないので、精度良く成形することができる。従って、本発明の非空気式タイヤは、車両の静電気をよりスムーズに路面に放出できるとともに、高い剛性が維持されるので優れた耐久性能を発揮する。

本発明の一実施形態を示す非空気式タイヤの斜視図である。 図１の非空気式タイヤをタイヤ周方向に切断した部分拡大断面図である。 図１の非空気式タイヤをホイールに装着した状態を示す斜視図である。 タイヤの電気抵抗測定装置を概念的に示す略断面図である。

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
図１は、本実施形態の非空気式タイヤ１の斜視図である。非空気式タイヤ１は、例えば、乗用車や重荷重用の車両に利用される。非空気式タイヤ（以下、単に「タイヤ」ということがある。）１は、タイヤの物理的な剛性によって荷重を支持することができる。従って、タイヤ１の内部に加圧された空気が充填される空気入りタイヤとは、構造が異なっている。

図１に示されるように、タイヤ１は、環状のトレッド部２、トレッド部２のタイヤ半径方向の内側に位置する内周部３、及び、トレッド部２と内周部３とを継ぐ連結部４とを含んでいる。

本実施形態のトレッド部２は、路面に接地するトレッド面２ａを有する第１部分５と、第１部分５よりも内周部３側に設けられかつトレッド面２ａとは反対向きの内周面２ｂを有する第２部分６とを含んでいる。トレッド部２は、例えば、一定の幅Ｗを有している。

第１部分５は、タイヤ周方向に連続する環状体であって、外側にトレッド面２ａをなす外面５ａと、内周部３を向く内面５ｂとを含んでいる。第１部分５の外面５ａには、例えば、排水用の溝（図示省略）等が設けられても良い。

第１部分５は、導電性を有している。これにより、電気が第１部分５に帯電することなく路面へ放出される。本実施形態の第１部分５は、例えば、カーボンを含んだ硬質のゴムで形成されている。このような第１部分５は、上述の作用とともに、走行時の振動を吸収し、優れた乗り心地性能を発揮する。なお、第１部分５は、例えば、金属又は有機繊維のコードを配列した補強コード層（図示省略）を有していてもよい。

本明細書において、「導電性」とは、物質が実質的に電気を通す性質を意味し、具体的には体積固有電気抵抗値が１００ （MΩ・cm）未満の材料が示す性質である。また、ゴム等を含む樹脂の体積固有電気抵抗値は、１５cm四方かつ厚さ２mmの樹脂試料に対し、印加電圧５００Ｖ、気温２５℃、湿度５０％の条件で電気抵抗測定器を用いて測定された値である。

第２部分６は、タイヤ周方向に連続する環状体であり、第１部分５に対して同心に配されている。本実施形態の第２部分６は、第１部分５側の外面６ａと、トレッド部２の内周面２ｂをなす内面６ｂとを含んでいる。第２部分６の外面６ａは、本実施形態では、第１部分５の内面５ｂの全部を覆っている。

図２は、図１のタイヤ１をタイヤ周方向に切断した部分拡大断面図である。図２に示されるように、第２部分６は、カーボンブラックを含有する樹脂で形成されている。このような第２部分６は、優れた導電性を有するとともに、小さな質量で大きな引張強度を発揮し得る。また、例えば、紫外線で変色しやすいウレタン樹脂などに、カーボンブラックが含有された場合、ウレタン樹脂の変色が緩和され、外観不良が抑制される。

樹脂としては、例えば、周知のシリコーン系、ウレタン系、又はエポキシ系をベースとするエラストマーを採用ことができる。なお、大きな強度を有してタイヤ１の耐久性能を向上させるとともに、走行時の振動を吸収し、乗り心地性能を向上させるために、とりわけ、熱硬化性のウレタン樹脂が望ましい。

第２部分６のタイヤ半径方向長さＨ２は、第１部分５のタイヤ半径方向長さＨ１よりも小さいのが望ましい。これにより、第１部分５のゴムによって、走行時の振動吸収効果が発揮され、乗り心地性能が向上する。このような観点より、第２部分６のタイヤ半径方向長さＨ２と第１部分５のタイヤ半径方向長さＨ１との比（Ｈ１／Ｈ２）は、好ましくは２以上であり、より好ましくは３以上である。

第１部分５のタイヤ半径方向長さＨ１が第２部分６のタイヤ半径方向長さＨ２よりも過度に大きい場合、走行時、第１部分５の圧縮及び引張変形の繰り返しにより、大きなヒステリシスロスを生じ、熱エネルギーとなって第１部分５が過度に発熱される。これにより、走行時の導電性が悪化するおそれがある。このため、前記比（Ｈ１／Ｈ２）は、好ましくは１０以下であり、より好ましくは６以下である。

なお、トレッド部２は、このような態様に限定されるものではなく、例えば、第１部分５と第２部分６との間に、これらの材料と異なる複数の樹脂部材（図示省略）が設けられた態様でも良い。この場合、各樹脂部材も、導電性を有している必要がある。

内周部３は、本実施形態では、タイヤ周方向に連続する環状体であって、トレッド部２と同心に配されている。内周部３は、例えば、タイヤ幅方向に一定の幅及び厚さを有している。

本実施形態の内周部３は、空気入りタイヤに使用されるようなリムではなく、例えば、図３に示されるようなホイールＨに接続される。このようなホイールＨとしては、例えば、スチールやアルミニウム等の導電性を有する金属製のものであれば良い。ホイールＨは、車両の車軸（図示省略）に取り付けられる。

内周部３は、カーボンブラックを含有する樹脂で形成されている。これにより、内周部３は、優れた導電性を有とともに、小さな質量で大きな引張強度を発揮し得る。内周部３の樹脂も、熱硬化性のウレタン樹脂が望ましい。

図１に示されるように、本実施形態の連結部４は、タイヤ半径方向にのびる板状をなし、タイヤ周方向に並んでいる。車軸に垂直荷重が作用した場合、その荷重は、車軸よりも上方に配されている連結部４の引張剛性と、車軸よりも下方に配されている連結部４の圧縮剛性とで、それぞれ支持される。

連結部４は、例えば、タイヤ放射方向に対して傾斜している。本実施形態のタイヤ周方向に隣り合う連結部４、４は、それぞれタイヤ放射方向に対して逆向きに傾けられている。

連結部４のタイヤ半径方向の外端４ａは第２部分６に固着されている。連結部４のタイヤ半径方向の内端４ｂは、内周部３に固着されている。連結部４は、例えば、内周部３と等しい幅Ｗａを有している。また、連結部４の幅Ｗａは、トレッド部２の幅Ｗと等しい。さらに、連結部４は、本実施形態では、内周部３から第２部分６まで同じ断面積Ｓ（長手に対する直角方向）でのびている。このような連結部４は、タイヤ半径方向の剛性段差が小さいので、優れた耐久性能を発揮する。

なお、連結部４の形状は、このような態様に限定されるものではなく、例えば、タイヤ半径方向又は周方向にジグザグにのびるものや、タイヤ１の側面視において、網目状にのびるもの等、種々の態様が採用される。

連結部４は、カーボンブラックを含有する樹脂で形成されている。これにより、連結部４は、優れた導電性を有とともに、小さな質量で大きな引張強度を発揮し得る。また、連結部４の樹脂も、熱硬化性のウレタン樹脂が望ましい。

連結部４とトレッド部２とが接続する位置における全ての連結部４の断面積は、２０〜３００００cm²であるのが望ましい。前記全ての連結部４の断面積が大きい場合、タイヤ質量が過度に増加するので耐久性能が悪化するおそれがある。前記全ての連結部４の断面積が小さい場合、連結部４の剛性が低下するので耐久性能が悪化するおそれがある。このような観点より、前記全ての連結部４の断面積は、３０〜２００００cm²であるのがさらに望ましく、５０〜１００００cm²であるのが一層望ましい。

このように、本実施形態のタイヤ１は、第２部分６、連結部４、及び、内周部３がカーボンブラックを含有する樹脂で形成されている。これにより、第２部分６、連結部４、及び、内周部３の電気抵抗が小さくなるため、車両の静電気が、車軸を介して、ホイールＨ、内周部３、連結部４、第２部分６、及び、第１部分５を通って路面に放出される。このため、例えば、静電気によるスパークやラジオノイズ等を防止することができる。

また、このようなカーボンブラックは、ＢＥＴ比表面積が３００〜１５００m²／gであり、かつ、樹脂成分１００質量％に対して０．５〜２０質量％配合されていることが必要である。カーボンブラックのＢＥＴ比表面積が３００m²／g未満の場合、又は、樹脂成分１００質量％に対してカーボンブラックが０．５質量％未満の場合、カーボンブラック同士の通電が阻害され、樹脂内の電気抵抗を小さくできない。逆に、樹脂成分１００質量％に対してカーボンブラックが２０質量％を超える場合、樹脂の流動性の悪化により、第２部分６、連結部４、及び、内周部３を精度良く成形できず、タイヤ１の耐久性を維持することができない。また、カーボンブラックのＢＥＴ比表面積が１５００m²／gを超える場合、タイヤ１の加工性が悪化する。このような観点より、カーボンブラックは、好ましくは、ＢＥＴ比表面積が５００〜１２００m²／gである。同様に、カーボンブラックは、好ましくは、樹脂成分１００質量％に対して１〜１０質量％である。カーボンブラックのＢＥＴ比表面積は、ＪＩＳ Ｋ６２１７−７：２００８に準拠して測定される。

また、カーボンブラックは、ケッチェンブラックであるのが望ましい。ケッチェンブラックは、導電性が高いので、その添加量が抑制されるため、ベースとなる樹脂の物性に与える影響が低減する。また、ケッチェンブラックは、混練による導電性の低下を抑制するため、タイヤ１の静電気をさらに、スムーズに路面に放出し得る。

このようなケッチェンブラックが、とりわけ大きな圧縮荷重及び引張り荷重が作用する非空気式タイヤ１の連結部４の樹脂に含有されるために、連結部４を構成する樹脂の物性が高く維持される。従って、タイヤ１は、一層、優れた耐久性能を有する。

さらに、ケッチェンブラックが、本実施形態の第２部分６、連結部４、及び、内周部３を構成する熱硬化性のウレタン樹脂に含有された場合、とりわけ、第２部分６、連結部４、及び、内周部３の各接合部分の剛性が高められるので、さらに、耐久性能が向上する。また、第２部分６、連結部４、及び、内周部３が同種材料で製造できるので、生産性が向上する。なお、第１部分５は、路面と接地する部分であるため、グリップ性が求められるので、ケッチェンブラックの採用が控えられる。

カーボンブラックは、本実施形態では、連結部４での配向が、連結部４の長手に沿って配されている。これにより、連結部４は、車軸に作用する垂直荷重に対し、大きな引張剛性や圧縮剛性を有するので、耐久性能が向上する。これに対し、内周部３及び第２部分６でのカーボンブラックの配向は、タイヤ周方向に対して傾斜している。これにより、内周部３及び第２部分６は、駆動力や制動力、及び、連結部４からの押圧力に対し高い剛性を有するので、耐久性能がさらに向上する。

以上、本発明の非空気式タイヤについて詳細に説明したが、本発明は上記の具体的な実施形態に限定されることなく種々の態様に変更して実施される。

図１に示した基本構造を有する非空気式タイヤが表１の仕様に基づき試作され、各試供用のタイヤの外観、導電性及び耐久性能がテストされた。なお、共通仕様は、以下の通りである。
試供タイヤ：１４５／７０Ｒ１２相当
トレッド部の幅Ｗ：１４５mm
第１部分の材料：天然ゴム＋スチレン・ブタジエンゴム＋スチールコード
第１部分のタイヤ半径方向長さＨ１：２４mm
第２部分の材料：樹脂（ケッチェンブラック含有）
第２部分のタイヤ半径方向長さＨ２：４mm
内周部の材料：樹脂（ケッチェンブラック含有）
連結部のタイヤ半径方向高さＨａ：７０mm
連結部の全断面積：１７４cm²
連結部の材料：樹脂（ケッチェンブラック含有）
ケッチェンブラック：ライオン株式会社製の商品名「ケッチェンブラック」

＜外観＞
表１の仕様に基づいて試作されたタイヤの連結部の表面に樹脂が十分に形成されているか否かが、テスターの目視によって確認された。結果は、樹脂の形成が不十分な連結部を有するタイヤが不合格、樹脂の形成が不十分な連結部を有さないタイヤが合格とされた。

＜導電性能＞
図４に示されるような測定装置を使用し、ＪＡＴＭＡ規定に準拠してタイヤ１とホイールＨとの組立体の電気抵抗値が測定された。測定装置は、絶縁板３０（電気抵抗値が１０¹²Ω以上）の上に設置された表面が研磨された金属板３１（電気抵抗値は１０Ω以下）と、タイヤ１を保持する導電性のタイヤ取付軸３２と、電気抵抗測定器３３とを含んでいる。各供試用のタイヤ１は、予め表面の離型剤や汚れが十分に除去されており、かつ、十分に乾燥した状態のものを用いた。また他の条件は、次の通りである。
ホイール材料：アルミニウム合金製
荷重：１kN
試験環境（室内）温度及び湿度：２５℃／５０％
試験電圧（印可電圧）：１０００V

試験の要領は、次の通りである。
（１）供試タイヤをホイールに装着しタイヤ・ホイール組立体を準備する。この際、両者の接触部に潤滑剤として石けん水が用いられる。
（２）タイヤ・ホイール組立体を試験室内で２時間放置させた後、タイヤ取付軸３２に取り付ける。
（３）タイヤ・ホイール組立体に前記荷重を０．５分間負荷し、解放後にさらに０．５分間、解放後にさらに２分間負荷する。
（４）試験電圧が印可され、５分経過した時点で、タイヤ取付軸３２と金属板３１との間の電気抵抗値を電気抵抗測定器３３によって測定する。測定は、タイヤ周方向に９０°間隔の４カ所で行われ、そのうちの最大値をタイヤの電気抵抗値（測定値）とする。１００MΩ以上のタイヤは不合格、１００MΩ未満のタイヤは合格である。

＜耐久性能＞
周知のドラム試験機を用い、各試供タイヤが、下記の条件で走行された。走行後、連結部の亀裂について観察された。結果は、亀裂の長さを基準とする下記の評価方法による３点法で表示している。数値が小さいほど良好である。
走行距離：２００km
荷重：１kN
速度：４０km/h
＜評価方法＞
１：亀裂の発生なし
２：亀裂の長さが２mm未満
３：亀裂の長さが２mm以上
テストの結果が表１に示される。

テストの結果、実施例のタイヤは、比較例のタイヤに比べて十分に樹脂が形成され、外観が優れていることが確認できた。また、実施例タイヤは、比較例のタイヤに比して、亀裂の発生もなく、導電性に優れている。連結部の全断面積が２０〜３００００cm²の異なるタイヤについてもテストを行ったが、同様の結果が得られた。カーボンブラックのＢＥＴ比表面積が１５００m²／gを越える場合、加工性が低下した。連結部の全断面積が２０cm²未満のタイヤは、剛性が不足して、タイヤとして不適であった。連結部の全断面積が３００００cm²を超えるタイヤは、質量が大きすぎて、タイヤとして不適であった。

１ 非空気式タイヤ
２ トレッド部
３ 内周部
４ 連結部
５ 第１部分
６ 第２部分

Claims (4)

1. 路面に接地する環状のトレッド部と、前記トレッド部のタイヤ半径方向の内側に位置しかつ導電性を有するホイールに接続される環状の内周部と、前記トレッド部と前記内周部とを継ぐ複数本の連結部とを含む非空気式タイヤであって、
   前記トレッド部は、前記路面に接地しかつ導電性を有する第１部分と、前記第１部分のタイヤ半径方向内側の第２部分とを含み、
   前記第２部分、前記連結部、及び、前記内周部は、カーボンブラックを含有する樹脂で形成されており、
   前記カーボンブラックは、ＢＥＴ比表面積が３００〜１５００m²／gであり、かつ、前記樹脂成分１００質量％に対して０．５〜２０質量％配合されていることを特徴とする非空気式タイヤ。
2. 前記カーボンブラックは、ケッチェンブラックである請求項１記載の非空気式タイヤ。
3. 前記樹脂が熱硬化性樹脂である請求項１又は２に記載の非空気式タイヤ。
4. 前記連結部と前記トレッド部とが接続する位置における全ての前記連結部の断面積は、２０〜３００００cm²である請求項１乃至３のいずれかに記載の非空気式タイヤ。

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