JPWO2017122821A1 - 空気入りタイヤ - Google Patents

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Abstract

タイヤのゴム部材の低ロス化を図った場合でも、タイヤ耐久性等の他性能や製造工程に悪影響を及ぼすことなく、電気抵抗を低下させることができる空気入りタイヤを提供する。カーカス1のクラウン部タイヤ半径方向外側に配置されたベルト層2を備え、ビード部のタイヤ幅方向外表面にゴムチェーファー4が配設されている空気入りタイヤである。ベルト層のタイヤ半径方向外側に、クッションゴム13Cおよびトレッドゴム13Gが順次配設されており、少なくともビード部からクッションゴムに接する位置またはベルト層のタイヤ幅方向外端部に配設されたベルトアンダークッションに接する位置まで、カーカスの、タイヤ外側および内側のうちの少なくとも一方の表面に露出するように、導電性繊維と非導電性繊維とを含む複合繊維3が配設されるとともに、ゴムチェーファーが、窒素吸着比表面積30〜43m2/gのカーボンブラックを含有する。

Description

本発明は空気入りタイヤに関し、詳しくは、導電性を改良した空気入りタイヤ(以下、単に「タイヤ」とも称する)に関する。
近年、タイヤの低燃費性への要求の高まりに伴い、タイヤのゴム部材について、トレッドゴムのみならずサイドゴム等のケース部材についても、低ロス化による転がり抵抗の低下が進んできている。しかし、タイヤ用ゴムの低ロス化のために、カーボンブラックに代えてシリカを高部数で配合したり、カーボンブラックを大粒径化して配合量を低部数とすると、ゴムの電気抵抗値が上昇してしまう。よって、タイヤに使用するゴム組成物全体の低ロス化を進めると、タイヤの電気抵抗が上昇して、ラジオノイズや、車両のドアを開閉する際の静電気発生等につながるため、タイヤの電気抵抗を低下させる技術が必要となる。
タイヤの電気抵抗を下げるためには、一部の部材を高ロス部材にすることが考えられるが、その場合、転がり抵抗が悪化してしまうため、ゴムの低ロス化と電気抵抗とのバランスの改善が望まれている。これに対し、従来、導電性繊維を配置することによりタイヤの電気抵抗を下げる試みが種々なされてきている。例えば、特許文献1には、車体に発生する静電気を円滑に路面にアースできる導電タイヤとして、カーカスプライのうちブレーカに最も近い側のカーカスプライのカーカスコードとブレーカコードとを、それぞれ少なくとも1本の金属フィラメントと多数本の有機繊維フィラメントとの集合体で形成した導電タイヤが開示されている。
また、特許文献2には、優れた低発熱性および高い強度を有するチェーファーまたはクリンチ用ゴム組成物、および、これを用いた空気入りタイヤを提供することを目的として、所定の化合物により変性されたブタジエンゴムを含むゴム成分100質量部に対し、シリカ10〜150質量部を含有させる技術が開示されている。
特開平3−169711号公報(特許請求の範囲等) 特開2010−116447号公報(特許請求の範囲等)
上述のように、従来、タイヤの電気抵抗を低下させる試みは多数なされているが、十分なものではなかった。例えば、トレッドやサイドウォールなどのタイヤ外皮部材に導電性材料を配合することで電気抵抗を下げることはできるが、一般に、耐亀裂進展性が必要なゴムチェーファーの場合、HAF等の高級カーボンを配合した場合、電気抵抗は下がるが低ロス性が悪化してしまう。一方でカーボンナノチューブ(CNT)やケッチェンブラック等の導電性材料を配合すると、耐摩耗性が低下し、リムずれ性が悪化して、タイヤとしての耐久性が悪化してしまうという問題があった。また、シリカを高部数配合した場合、低ロス性と耐摩擦性との両立は図れるが、押出特性や成型特性(タック性)等に改善の余地があった。
また、例えば、上記特許文献1におけるように、カーカスコードに金属繊維を用いた場合、耐久性の低下や、伸びのない繊維を適用したことによる生産性の著しい悪化などの問題が生ずる。よって、タイヤに求められる各種性能や製造工程を大きく変えることなく、タイヤの電気抵抗を低下できる技術の確立が求められていた。また、特許文献2では、低ロス性と対リムの耐摩擦性とは両立できるものの、押出し特性や、タック等の成型性に改善の余地があった。
そこで本発明の目的は、上記問題を解消して、タイヤのゴム部材の低ロス化を図った場合でも、タイヤ耐久性等の他性能や製造工程に悪影響を及ぼすことなく、電気抵抗を低下させることができる空気入りタイヤを提供することにある。
本発明者らは鋭意検討した結果、タイヤ内部に、導電性繊維と非導電性繊維とを含む複合繊維を配設することで、タイヤの導電性を改善できることを見出した。また、本発明者らは、タイヤ内部における導電パスを確保するためには、この複合繊維を、カーカスプライの少なくとも一方の表面に露出させるとともに、ゴムチェーファーに所定のカーボンブラックを配合することが重要となることを見出して、本発明を完成するに至った。なお、本願における複合繊維とは、複数の異なる種類の繊維からなる繊維を指す。
すなわち、本発明は、一対のビード部間に跨ってトロイド状に延在する少なくとも1枚のカーカスプライからなるカーカスを骨格とし、該カーカスのクラウン部タイヤ半径方向外側に配置された少なくとも一枚のベルト層を備え、前記ビード部のタイヤ幅方向外表面にゴムチェーファーが配設されている空気入りタイヤにおいて、
前記ベルト層のタイヤ半径方向外側に、クッションゴム、および、踏面部を形成するトレッドゴムが順次配設されており、少なくとも前記ビード部から該クッションゴムまたは前記ベルト層のタイヤ幅方向外端部に配設されたベルトアンダークッションに接する位置まで、前記カーカスの、タイヤ外側および内側のうちの少なくとも一方の表面に露出するように、導電性繊維と非導電性繊維とを含む複合繊維が配設されるとともに、前記ゴムチェーファーが、窒素吸着比表面積30〜43m/gのカーボンブラックを含有することを特徴とするものである。
本発明においては、前記ゴムチェーファーが再生ゴムを含有することが好ましい。また、本発明においては、前記ゴムチェーファーが、ゴム成分100質量部に対し、前記カーボンブラックを64〜73質量部にて含有することが好ましく、前記ゴムチェーファーのゴム成分100質量部に対し、前記再生ゴムが3〜10質量部含まれていることも好ましい。さらに、好適には、前記複合繊維が、前記カーカスの、タイヤ外側および内側の両表面に露出するように配設されているものとする。さらにまた、本発明においては、前記複合繊維の、タイヤ外側に露出した部分と、タイヤ内側に露出した部分とが、少なくとも1箇所以上で導通していることが好ましい。
さらにまた、本発明においては、前記非導電性繊維が有機物であって、前記複合繊維が該非導電性繊維を50質量%以上含有することが好ましい。また、本発明において、前記複合繊維は、前記カーカスに縫い込まれていることが好ましく、この場合、前記複合繊維の縫込みピッチは、好適には2〜40mmである。なお、本願における縫込みピッチとは、カーカスに縫い込んだ際の一縫い分の距離を指し、後述する図2(f)におけるαに相当する。縫込みピッチは前記範囲内であればピッチが均等であっても、均等でなくても構わないが、均等であることが望ましい。また、特に断りのない限り、本願における縫込みピッチは個々のピッチの平均値を示す。さらに、本発明において、前記複合繊維は、前記カーカスに対し巻き付けられていることも好ましく、具体的には、前記複合繊維が、前記カーカスに対し、前記クッションゴムまたは前記ベルトアンダークッションのタイヤ幅方向の一方側の端部に接する位置から、前記ビード部を経由して、該カーカスのタイヤ内側を通り、該クッションゴムまたは該ベルトアンダークッションのタイヤ幅方向の他方側の端部まで巻き付けられていることが好ましい。また、前記ビード部のタイヤ幅方向外表面にゴムチェーファーが配設されており、前記カーカスが、前記一対のビード部間に延在する本体部と、該一対のビード部にそれぞれ埋設されたビードコアの周りに内側から外側に折り返され巻き上げられた折返し部とからなり、前記複合繊維が、該カーカスに対し、一方側の該折返し部のタイヤ幅方向外側であって前記ゴムチェーファーと接する位置から、該折返し部のタイヤ幅方向内側および該本体部のタイヤ幅方向外側を経由して、該カーカスのタイヤ外側を通り、他方側の該折返し部のタイヤ幅方向外側であって前記ゴムチェーファーと接する位置まで巻き付けられていることも好ましい。前記複合繊維は、前記カーカスに対し螺旋状に巻き付けられているものとすることもできる。この場合、前記複合繊維の巻付けピッチは、好適には1〜12回/mである。なお、本願における巻付けピッチとは、カーカスプライのタイヤ周方向に沿った単位長さあたりに、何本の前記複合繊維が巻き付けられているかを示している。巻付けピッチの測定は、前記複合繊維が前記カーカスのタイヤ幅方向端部にのみ巻き付けられている場合はプライ端部において行い、前記複合繊維がタイヤ幅方向全体に巻きつけられている場合は、タイヤ赤道線CL上におけるプライの表面上にて行う。また、測定の開始点は前記複合繊維上とする。さらにまた、本発明においては、前記複合繊維が、タイヤ周方向において打込み数0.04本/5cm以上で配置されていることが好ましい。なお、本願における打込み数とは、タイヤ周方向において単位長さあたりに何本の前記複合繊維が存在しているかを示している。打込み数の測定は、前記複合繊維が前記カーカスのタイヤ幅方向端部にのみ巻き付けられている場合はプライ端部において行い、前記複合繊維がタイヤ幅方向全体に巻きつけられている場合は、タイヤ赤道線CL上におけるプライの表面上にて行う。また、測定の開始点は前記複合繊維上とする。なお、前記複合繊維が、後述する図2(a)に示すようにプライに縫い込まれている場合は、前記複合繊維がプライ表面上に現れていても現れていなくても、測定線上に存在する場合には測定対象となる。
さらにまた、本発明のタイヤにおいては、少なくとも前記ビード部から前記クッションゴムまたは前記ベルトアンダークッションに接する位置まで、ブリーダーコードが配設されてなり、かつ、前記複合繊維が、該ブリーダーコードのうち3〜100質量%に代えて配設されているものとすることができる。
さらにまた、本発明において、前記複合繊維の繊度は、好適には20〜1000dtexである。さらにまた、前記複合繊維は、タイヤ周方向に対し30〜150°をなす角度で配設されていることが好ましく、より好ましくは、タイヤ周方向に対し50〜130°をなす角度で配設されているものとする。より好ましくは、タイヤ周方向に対し80〜100°をなす角度で配設されているものとする。
さらにまた、本発明においては、前記導電性繊維が、金属含有繊維、カーボン含有繊維および金属酸化物含有繊維のうちのいずれか1種以上を含むことが好ましく、前記非導電性繊維が、綿、ナイロン、ポリエステルおよびポリプロピレンのうちのいずれか1種以上を含むことも好ましい。さらにまた、本発明において、前記複合繊維の破断伸びEbは、好適には5%以上であり、前記複合繊維の抵抗値は、好適には1.0×10Ω/cm以下である。さらにまた、本発明においては、前記ゴムチェーファーが、ゴム成分100質量部に対し、カーボンナノチューブを0.5〜4質量部にて含有することが好ましい。
さらにまた、本発明においては、前記カーカスプライのプライコーティングゴム、前記ベルト層のベルトコーティングゴム、該カーカスプライ間のスキージーゴム、前記クッションゴム、前記ベルトアンダークッション、および、前記一対のビード部にそれぞれ埋設されたビードコアのタイヤ半径方向外側に配置されたビードフィラーゴムのうち、少なくとも一部材に、スチレンブタジエンゴムを20〜40質量部、天然ゴムを60〜80質量部含むゴム成分100質量部に対して、窒素吸着比表面積(NSA)30〜43m/gのカーボンブラックを35〜50質量部と、オイルを5質量部以下配合してなるタイヤ用ゴム組成物が用いられていることが好ましい。
さらにまた、本発明においては、前記タイヤ用ゴム組成物が、前記ゴム成分100質量部に対し、ケッチェンブラックおよびカーボンナノチューブのうち少なくとも1種を0.1〜6質量部含むことが好ましく、前記タイヤ用ゴム組成物が、充填材のうち2〜15質量%にて、ケッチェンブラックおよびカーボンナノチューブの少なくとも1種を含むことも好ましい。
さらにまた、本発明においては、前記タイヤ用ゴム組成物における、スチレンブタジエンゴムの配合量をA質量部、天然ゴムの配合量をB質量部としたとき、
スチレンブタジエンゴムA質量部に対し、前記タイヤ用ゴム組成物に含まれる窒素吸着比表面積(NSA)30〜43m/gのカーボンブラックをA*100/(A+B)(質量%)にて配合したゴム組成物をゴム組成物X、
天然ゴムB質量部に対し、前記タイヤ用ゴム組成物に含まれる窒素吸着比表面積(NSA)30〜43m/gのカーボンブラックをB*100/(A+B)(質量%)にて配合したゴム組成物をゴム組成物Y、
前記タイヤ用ゴム組成物をゴム組成物Zとした場合に、
前記ゴム組成物X、Y、Zの50%伸長時のモジュラスを各々Mdx,Mdy,Mdz(MPa)とすると、Mdx,Mdy,Mdzが下記式(I)を満たすことが好ましい。
0.9×{Mdx*A/(A+B)+Mdy*B/(A+B)}≧Mdz……(I)
本発明によれば、タイヤのゴム部材の低ロス化を図った場合でも、タイヤ耐久性等の他性能や製造工程に悪影響を及ぼすことなく、電気抵抗を低下できる空気入りタイヤを実現することが可能となった。
本発明の空気入りタイヤの一例を示す幅方向片側断面図である。 成形前のカーカストリートに対する複合繊維の配置状態の具体例を示す説明図である。 本発明の空気入りタイヤの他の例を示す幅方向片側断面図である。 本発明の空気入りタイヤのさらに他の例を示す幅方向片側断面図である。 ゴムの体積固有抵抗率の測定方法に係る説明図である。 タイヤの電気抵抗値の測定方法に係る説明図である。 本発明の空気入りタイヤのさらに他の例を示す幅方向片側断面図である。 クッションゴムおよびベルトアンダークッションのタイヤ幅方向端部の位置関係のバリエーションを示す説明図である。 クッションゴムおよびベルトアンダークッションのタイヤ幅方向端部の位置関係の他のバリエーションを示す説明図である。 クッションゴムおよびベルトアンダークッションのタイヤ幅方向端部の位置関係のさらに他のバリエーションを示す説明図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1,7に、本発明の空気入りタイヤの一例を示す幅方向片側断面図を示す。図示する空気入りタイヤは、一対のビード部11と、一対のビード部11からそれぞれタイヤ半径方向外側に連なる一対のサイドウォール部12と、一対のサイドウォール部12間に跨って延びて接地部を形成するトレッド部13とからなる。また、図示するタイヤは、一対のビード部11間に跨ってトロイド状に延在する少なくとも1枚、例えば1〜3枚、図示する例では1枚のカーカスプライからなるカーカス1を骨格とし、そのクラウン部タイヤ半径方向外側に配置された少なくとも1枚、例えば1〜4枚、特には2〜4枚、図示する例では2枚のベルト層2と、を備えている。さらに、ビード部のタイヤ幅方向外表面には、ゴムチェーファー4が配設されている。さらにまた、ベルト層2のタイヤ半径方向外側には、クッションゴム13C、および、踏面部を形成するトレッドゴム13Gが、順次配設されている。図1と図7とは、ベルト層2のタイヤ幅方向外端部に、ベルトアンダークッション14が配設されているかいないかという点を除き、同じ実施形態を示している。
本発明においては、少なくともビード部11からクッションゴム13Cまたはベルト層2のタイヤ幅方向外端部に配設されたベルトアンダークッション14に接する位置まで、導電性繊維と非導電性繊維とを含む複合繊維3が配設されている点が重要である。この複合繊維3は、カーカス1の、タイヤ外側および内側のうちの少なくとも一方の表面に露出するように配設されている。このように複合繊維3を配設したことで、タイヤ内部における導電パスを確保することができ、タイヤの電気抵抗を低下させることができる。
また、本発明においては、ゴムチェーファー4が、窒素吸着比表面積30〜43m/gのカーボンブラックを含有する点が重要である。すなわち、本発明においては、ゴムチェーファー4に上記範囲の窒素吸着比表面積を有するカーボンブラックを含有させたことで、タイヤの低ロス化を図った場合でも、ゴムチェーファー4の耐摩耗性を悪化させることなく、ゴムチェーファー4を介して、タイヤ内部からリム側への導電パスを確保することができる。さらに、本発明に用いるゴムチェーファー4は、耐摩耗性のみならず、成型性も良好である。上記カーボンブラックの窒素吸着比表面積は、30〜43m/gであることが必要であり、好適には33〜40m/gである。窒素吸着比表面積が小さすぎると、ヒステリシスロスが高くなり、大きすぎると耐摩耗性が悪化してしまい、いずれにしても本発明の所期の効果が得られない。このようなカーボンブラックとしては、例えば、FEF等を挙げることができる。
本発明において、ゴムチェーファー4中の上記カーボンブラックの配合量としては、ゴム成分100質量部に対し、好適には64〜73質量部、より好適には66〜70質量部である。カーボンブラックの配合量を上記範囲とすることで、タイヤの低ロス化と、電気抵抗の低下とを、良好に両立させることができる。
本発明において、ゴムチェーファー4は、上記カーボンブラックに加えて、カーボンナノチューブ(CNT)を含有することが、耐摩耗性と電気抵抗の低減とをより良好に両立できることから、好ましい。好適には、ゴムチェーファー4が、ゴム成分100質量部に対し、カーボンナノチューブを0.5〜4質量部、特には1〜3質量部にて含有するものとする。カーボンナノチューブは、カーボンブラックよりもゴムとの相互作用が小さく、応力歪曲線の高歪領域で弾性率が低下し、破断伸びEbが上がるという特性を有する。亀裂進展時にゴムのEbが大きいと、亀裂先端のエネルギーが緩和されて、耐摩耗性およびリムずれ性が向上するため、好ましい。ここで、カーボンナノチューブとは、グラフェンシートが丸まった棒状もしくは糸状の構造を有する導電性材料であり、市販品としては、例えば、Arkema社製のC100、Nanocyl社製のNC7000等が挙げられる。また、気相成長カーボンファイバーを用いることもできる。
また、本発明において、ゴムチェーファー4は、再生ゴムを含有することも、好ましい。好適には、ゴムチェーファー4のゴム成分100質量部に対し、再生ゴムが3〜10質量部、特には5〜10質量部含まれているものとする。ここで、再生ゴムとは、廃タイヤ等の加硫ゴムを再利用するために、これらを脱硫処理して得られるゴムをいう。ゴムチェーファー4中に再生ゴムを含有させることにより、リサイクル材料比率を上げられることで、環境に配慮した製品を提供することができるとの効果が得られるため、好ましい。
本発明においては、複合繊維3が、カーカス1の、タイヤ外側および内側の両表面に露出するように配設されていることが好ましい。これにより、カーカス1のタイヤ外側表面に露出する部分でタイヤ踏面部との導通を確保するとともに、カーカス1のタイヤ内側表面に露出する部分で、折返し部1Bにおいて、ゴムチェーファー4を介してリム20との導通を確保することができ、結果として、タイヤ内部における導電パスを確保することができるものとなる。
また、本発明において、複合繊維3は導電性繊維とともに非導電性繊維を含むので、従来の金属繊維やカーボンファイバーとは異なり、ある程度の伸びを確保することができることから、タイヤ製造工程における応力負荷時や車両走行時における歪入力時にも破断することがない。また、本発明において、複合繊維3はカーカスプライ等の骨格部材に代えて配置するものではないため、タイヤ耐久性を損なう等の問題も生じない。よって、本発明によれば、他性能や製造工程に悪影響を及ぼすことなく電気抵抗を低下させることができるので、タイヤゴム部材を低ロス化することにより低燃費化を図っても、電気抵抗の上昇による不具合を生じない空気入りタイヤを実現することができる。
本発明に用いる複合繊維3は、導電性繊維と非導電性繊維とを含むものであればよい。具体的には例えば、導電性繊維としては、金属含有繊維、カーボン含有繊維、および、金属酸化物含有繊維などを挙げることができ、これらのうちのいずれか1種以上を用いることができる。ここで、本発明において金属含有繊維とは、金属含有量が5〜100質量%である繊維をいい、金属および金属酸化物としては、例えば、ステンレス、スチール、アルミ、銅およびこれらの酸化物等が挙げられる。また、非導電性繊維としては、綿、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、および、ポリプロピレンなどの有機物を挙げることができ、これらのうちのいずれか1種以上を用いることができる。これらの導電性繊維と非導電性繊維とからなる複合繊維は、良好な伸びを有し、密着性にも優れることから、好ましい。
本発明に用いる複合繊維3における導電性繊維と非導電性繊維との比率としては、特に制限されないが、好適には、非導電性繊維を50質量%以上、例えば、80〜98質量%含有するものとする。非導電性繊維を上記比率で含むことで、複合繊維3の伸びを良好に確保することができ、好ましい。
本発明における複合繊維3としては、具体的には例えば、べカルトジャパン(株)製のベキノックス(Bekinox、登録商標)や、クラレトレーディング(株)製のクラカーボ(登録商標)KC−500R、KC−793R等を用いることができる。
また、複合繊維3の繊度としては、エア抜き性と導電性、耐久性を両立させる観点から、20〜1000dtexとすることが好ましく、より好ましくは150〜600dtexとする。
複合繊維3としては、破断伸びEbが、5%以上であれば製造時における破断を抑制することができるため好ましく、6%以上であれば、タイヤ使用時の異常入力時にも破断しにくいため、より好ましい。破断伸びEbは、例えば、5〜15%とすることができる。ここで、複合繊維3の破断伸びEbは、23℃において、JISK6251:2010に規定の「切断時伸び」の測定方法に準拠して測定することができる。
また、複合繊維3の抵抗値は、好適には1.0×10Ω/cm以下であり、より好適には1.0×10Ω/cm以下、さらに好適には10〜1.0×10Ω/cmである。導電パスを確実に確保する観点から、複合繊維3の抵抗値は上記範囲であることが好ましい。
本発明において複合繊維3は、少なくともビード部11からクッションゴム13Cまたはベルトアンダークッション14に接する位置まで配設することが必要であり、好ましくは、図示するように、ビード部11からトレッド部13までにわたって配設する。クッションゴム13Cおよびベルトアンダークッション14には、通常、導電性ゴムを使用するため、少なくともビード部11からクッションゴム13Cまたはベルトアンダークッション14に接する位置まで複合繊維3を配設すれば、導電パスを確保することができるが、クッションゴム13Cからトレッド踏面部までの導電パスは、通常タイヤ赤道線CLの近傍に設けられる、導電性ゴム部5により確保するため、導電パスを短くする観点からは、複合繊維3をビード部11からトレッド部13までにわたって配設することが好ましい。ここで、本発明においてクッションゴム13Cは、少なくともタイヤ赤道線CL上において、トレッドゴム13Gとベルト層2のコーティングゴム(キャップ層を設ける場合はキャップ層のコーティングゴム)との間に配置されるゴム部材であり、通常、タイヤショルダー部付近まで延在しており、トレッドゴム13G、および、配設形態によってはサイドウォールゴムにも覆われるため、タイヤ外表面には露出しないゴム部材である。また、ベルトアンダークッション14とは、ベルト層2のタイヤ幅方向外端部に配設された導電ゴム部材であり、図示するように、クッションゴム13Cに接して、そのタイヤ半径方向内側に位置する。ベルトアンダークッション14は、より詳しくは、複数層のベルト層およびベルトコードの被覆ゴムを含むベルト部材のタイヤ幅方向外端部周辺において、少なくとも1層のベルト層、特にはすべてのベルト層よりもタイヤ半径方向内側、かつ、カーカス1よりもタイヤ半径方向外側に配置される導電ゴム部材である。ベルトアンダークッション14を設けることで、配置した部位のクッション性を向上させることができる。
本発明において、クッションゴム13Cおよびベルトアンダークッション14のタイヤ幅方向端部の配置箇所は、他の部材との関係で適宜決定することができる。例えば、図7では、ベルト層2のタイヤ幅方向外端部を覆うようにして、タイヤ半径方向内側にベルトアンダークッション14が、タイヤ半径方向外側にクッションゴム13Cが、それぞれ配置されている。
図8〜10に、クッションゴム13Cおよびベルトアンダークッション14のタイヤ幅方向端部の位置関係のバリエーションを示す説明図を示す。図中の符号15はサイドゴムを示す。図8においては、最もタイヤ半径方向内側に位置するベルト層2のタイヤ半径方向内側に、ベルト層2のタイヤ幅方向外端部よりもタイヤ幅方向外側まで延在して、ベルトアンダークッション14が配置され、ベルト層2のタイヤ半径方向外側にクッションゴム13Cが配置されている。また、図9においては、最もタイヤ半径方向内側に位置するベルト層2のタイヤ半径方向内側に、ベルト層2のタイヤ幅方向外端部よりもタイヤ幅方向外側まで延在して、ベルトアンダークッション14が配置されている点は図8と同様であるが、ベルト層2およびベルトアンダークッション14のタイヤ半径方向外側に、サイドゴム15に接する位置まで、クッションゴム13Cが配置されている。さらに、図10においては、最もタイヤ半径方向内側に位置するベルト層2のタイヤ半径方向内側に、ベルト層2のタイヤ幅方向外端部よりもタイヤ幅方向外側まで延在して、ベルトアンダークッション14が配置されている点は図8,9と同様であるが、ベルト層2およびベルトアンダークッション14のタイヤ半径方向外側にクッションゴム13Cが配置されており、クッションゴム13Cのタイヤ幅方向端部は、サイドゴム15のタイヤ幅方向内側に潜り込むように配置されている。
図7〜9に示す実施形態では、複合繊維3を、ビード部11からベルトアンダークッション14に接する位置まで配設することで、最短の配設長さで導通を確保することができる。一方、図10に示す実施形態では、クッションゴム13Cがベルトアンダークッション14よりもタイヤ幅方向外側まで延在し、かつ、クッションゴム13Cのタイヤ幅方向端部がサイドゴム15のタイヤ幅方向内側に潜り込むように配置されているので、複合繊維3は、ビード部11からサイドゴム15下のクッションゴム13Cに接する位置まで配設することで、最短の配設長さで導通を確保することができる。
ここで、導電性ゴム部5は、図示するように、トレッド踏面部からクッションゴム13Cのタイヤ半径方向外側面までにわたり、タイヤ周方向の全周に設けることができる。すなわち、導電性ゴム部5は、トレッド踏面部から、トレッドゴム13Gを貫通するように設ける。
また、本発明において、複合繊維3は、カーカス1の、タイヤ外側および内側のうちの少なくとも一方の表面に露出するように配設することが必要であり、好適には、タイヤ外側および内側の両表面に露出するように配設する。図2は、成形前のカーカストリート21に対する複合繊維3の配置状態の具体例を示す説明図である。図2(a)〜(e),(g)については、カーカストリート21の長手方向(図中の上下方向)が、タイヤ周方向に相当する。複合繊維3は、具体的には例えば、図1および図2(a)に示すように、カーカス1に対し、いわゆるなみ縫いの形態で、縫い込まれているものとすることができる。縫い込む形態については、カーカス1の両表面のうちの少なくとも一方に複合繊維が露出するものであれば、特に制限はない。この場合、複合繊維3は、その延在方向に沿って、カーカス1を貫通して、カーカス1の外側および内側の両表面に配設される。これにより、カーカスの折返し部1Bにおいて、タイヤや部材のサイズにかかわらず、ゴムチェーファー4側に複合繊維3が確実に露出するものとなり、導電パスを確実に確保することができる。
この場合、複合繊維3の縫込みピッチは、複合繊維3の延在方向に沿って、通常2〜40mm、特には5〜25mmとすることができる。導電パスをより確実に確保する観点から、この範囲が好ましい。
また、複合繊維3は、図2(b)に示すように、カーカス1に対し巻き付けられているものとすることもできる。すなわち、この場合、成形前のカーカストリート21に対し複合繊維3を、その幅方向に沿って、つまり、カーカスプライコードと同じ方向に少なくとも一周分巻き付けて、その外周に配置する。これによっても、カーカスの折返し部1Bにおいて、タイヤや部材のサイズにかかわらず、ゴムチェーファー4側に複合繊維3が確実に露出するものとなり、導電パスを確実に確保することができる。
さらに、複合繊維3は、図2(c)に示すように、カーカス1に対し螺旋状に巻き付けられているものとすることもできる。この場合は、成形前のカーカストリート21に対し複合繊維3を、その幅方向に対し傾斜させて、つまり、カーカスプライコードに対して傾斜する方向に巻き付けてその外周に配置するが、螺旋状に連続して巻き付けることができるので、図2(b)の形態よりも製造効率が良くなるメリットがある。これによっても、カーカスの折返し部1Bにおいて、タイヤや部材のサイズにかかわらず、ゴムチェーファー4側に複合繊維3が確実に露出するものとなり、導電パスを確実に確保することができる。
なお、複合繊維3は、図2(d)に示すように、成形前のカーカストリート21に対し複合繊維3を、その幅方向に沿って、つまり、カーカスプライコードと同じ方向に、ビード部11からクッションゴム13Cまたはベルトアンダークッション14に接する位置までの範囲に位置するように、幅方向両端部について巻き付けて、その外周に配置するものとしてもよい。すなわちこの場合、タイヤ赤道線CL近傍には複合繊維3は配設されない。これによっても、カーカスの折返し部1Bにおいて、タイヤや部材のサイズにかかわらず、ゴムチェーファー4側に複合繊維3が確実に露出するものとなり、導電パスを確実に確保することができる。
さらにまた、複合繊維3は、図2(b)の変形例として、図2(e)に示すようにカーカスに対し巻き付けられているものとすることもできる。図3,4に、図2(e)に対応する、本発明の空気入りタイヤの他の例を示す幅方向片側断面図を示す。この場合、成形前のカーカストリート21に対し複合繊維3を、その幅方向に沿って、つまり、カーカスプライコードと同じ方向に、部分的に巻き付けている。図3に示す例では、複合繊維3が、カーカス1に対し、クッションゴム13Cまたはベルトアンダークッションのタイヤ幅方向の一方側の端部に接する位置から、ビード部11を経由して、カーカス1のタイヤ内側を通り、クッションゴム13Cまたはベルトアンダークッションのタイヤ幅方向の他方側の端部まで巻き付けられている。また、図4に示す例では、カーカス1を、一対のビード部11間に延在する本体部1Aと、一対のビード部11にそれぞれ埋設されたビードコア6の周りにタイヤ内側から外側に折り返され巻き上げられた折返し部1Bとからなるものとしたとき、複合繊維3が、カーカス1に対し、一方側の折返し部1Bのタイヤ幅方向外側であってゴムチェーファー4と接する位置から、折返し部1Bのタイヤ幅方向内側および本体部1Aのタイヤ幅方向外側を経由して、カーカス1のタイヤ外側を通り、さらに、他方側の本体部1Aのタイヤ幅方向外側および折返し部1Bのタイヤ幅方向内側を経由して、折返し部1Bのタイヤ幅方向外側であってゴムチェーファー4と接する位置まで、巻き付けられている。これによっても、カーカス1の折返し部1Bにおいて、タイヤや部材のサイズにかかわらず、ゴムチェーファー4側に複合繊維3が確実に露出するものとなり、導電パスを確実に確保することができる。
さらにまた、複合繊維3は、図2(a)の変形例として、図2(f)に示すように、カーカス1に対し、ミシン機構により、上糸3aと下糸3bとで編込むように縫い込まれているものとすることもできる。この場合も、複合繊維3は、その延在方向に沿って、カーカス1を貫通して、カーカス1の外側および内側の両表面に配設される。これにより、カーカスの折返し部1Bにおいて、タイヤや部材のサイズにかかわらず、ゴムチェーファー4側に複合繊維3が確実に露出するものとなり、導電パスを確実に確保することができる。さらにまた、複合繊維3は、図2(g)に示すように、カーカストリート21の片側表面に、タイヤ幅方向に平行に載せて配置するものであってもよい。
本発明においては、製造のしやすさの観点から、上記のうちでも、図2(a),(c)、(e)に示す配置形態が好ましい。特に、図2(a)、(e)がより好ましい。
この場合、複合繊維3の巻付けピッチは、カーカストリート21の長手方向、すなわち、カーカスプライコードの延在方向に対し直交する方向に沿って、通常1〜12回/m、特には2〜5回/mとすることができる。導電パスをより確実に確保する観点から、この範囲が好ましい。
本発明において、複合繊維3は、カーカス1の、タイヤ外側および内側のうちの少なくとも一方の表面に露出するように配設されているものであればよく、両表面に露出している場合には、複合繊維3の、タイヤ外側に露出した部分と、タイヤ内側に露出した部分とが、少なくとも1箇所以上で導通していることが好ましい。これにより、導電パスを確保することができる。ここで、導通しているとは、複合繊維3の、タイヤ外側に露出した部分と、タイヤ内側に露出した部分とが、物理的に接続されていなくても、電気的に接続されていればよいことを意味する。
また、複合繊維3の打込み数としては、複合繊維3の抵抗値にもよるが、導電パスをタイヤ周方向にわたり確実に確保する観点から、タイヤ周方向において、0.04本/5cm以上で配置されていることが好ましく、より好ましくは0.1本/5cm以上であり、例えば、0.1〜0.2本/5cmとすることができる。
さらに、複合繊維3の配設角度としては、タイヤ周方向に対し30〜150°をなす角度で配設されていることが好ましく、より好ましくは50〜130°、さらに好ましくは80〜100°をなす角度である。複合繊維3の延在方向がタイヤ周方向に近づきすぎると、導電パスが長くなるため好ましくない。なお、複合繊維3は、図2に示すように直線的に配設する場合に限られず、例えば、ジグザグ状または波状に配設してもよいが、この場合も、複合繊維3が全体として延在する方向を、複合繊維3の延在方向とする。
本発明において、複合繊維3は、従来より加硫時におけるカーカスプライのエア抜き目的で配置されているブリーダーコードに置換して設けることができる。ブリーダーコードは、タイヤの生産工程で発生するエア入り不良を低減することを目的として、カーカスやベルト層の片面または両面に配置されるコード部材であり、一般に、綿糸やポリエステル糸等からなる。ブリーダーコードは、タイヤ生産工程においてタイヤ内に包含された空気を吸着、透過させ、エア入り不良を低減できるものである。ブリーダーコードは、通常、少なくともビード部11からクッションゴム13Cまたはベルトアンダークッション14に接する位置まで配設されるため、このブリーダーコードのうちの一部または全部を複合繊維3に置換することで、新たな部材の追加なしで、複合繊維3の配置による効果を得ることができる。もちろん、ブリーダーコードはそのままで、複合繊維3を追加して配置するものであっても、本発明の所期の効果を得ることができる。
複合繊維3を、従来のブリーダーコードに代えて配置する場合、複合繊維3は、ブリーダーコードのうち3〜100質量%、好適には20〜50質量%に代えて配設することができる。この程度の本数を複合繊維3に置き換えれば、本発明の所期の効果を確実に得ることができる。
本発明に用いる複合繊維3は、紡績糸およびフィラメント糸のいずれであってもよいが、好適には、短繊維を紡績してなる紡績糸(混紡糸)とする。複合繊維3とゴムとの接着性を確保するためには、複合繊維3に対し、有機繊維とゴムとの間の接着を確保するための接着剤によるディップ処理を施すことが必要となるが、ディップ処理により複合繊維3に接着剤の表面被覆を設けると、複合繊維3を介してのエア抜き性が悪化する。そのため、複合繊維3をブリーダーコードに代えて配置する際には、ディップ処理を一部分のみ施すことが好ましく、ディップ処理を施さないことがより好ましい。しかし、接着剤の表面被覆がない場合、複合繊維3と未加硫ゴムとの密着力が小さくなって、製造時に抜け落ちてしまうことがある。この場合、紡績糸(混紡糸)を用いることで、短繊維のアンカー効果により、ディップ処理なしでもゴムとの密着性が確保でき、エア抜き性も維持される点で好ましい。なお、フィラメント糸を用いる場合には、エア抜き性を保持するために撚りを加えることが好ましく、この場合の撚り数は、好適には10回/10cm以上、例えば、30〜60回/10cmとすることができる。
一方、ブリーダーコードのうちの一部を複合繊維3に置き換えるような場合には、例えば綿糸からなる残りのブリーダーコードにより、エア抜き性を確保することができるので、複合繊維3がディップ処理されていても、ゴムとの密着性とエア抜き性とを両立することができる。よって、本発明においては、複合繊維3は、ディップ処理されていてもよいが、ブリーダーコードをすべて複合繊維3に置き換えるなど、設計の自由度を確保する観点からは、ディップ処理されていないことが好ましい。
本発明においては、上記複合繊維3を配設した点のみが重要であり、これにより、本発明の所期の効果を得ることができるものであって、タイヤ構造の他の部分については、上方に従い適宜構成することができ、特に制限されるものではない。
例えば、本発明においては、複合繊維3の配置により、タイヤの電気抵抗を低下させることができるので、カーカスプライのコーティングゴム等のタイヤケース部材に用いるゴム組成物として、従来のタイヤ構造よりも低ロス化したゴム組成物を用いることができ、これによりタイヤの低燃費性を向上することができる。
また、図示するタイヤにおいて、カーカス1はビードコア6の周りで折り返されタイヤ半径方向外側に巻き上げられて折返し部1Bを形成しており、ビードコア6のタイヤ半径方向外側には、断面先細り状のビードフィラー7が配置されている。さらに、図示はしないが、本発明のタイヤにおいては必要に応じ、ベルト層2のタイヤ半径方向外側に、ベルト層2の全体を覆うキャップ層や、ベルト層2の端部のみを覆うレイヤー層を、それぞれ1枚以上で配置することもできる。さらにまた、図示はしないが、タイヤの最内面には、通常、インナーライナーが配設されている。
なお、本発明において、カーカスプライのコーティングゴムには、窒素吸着比表面積が30〜43m/g、特には33〜40m/gであるカーボンブラックを含有させることが好ましい。これにより、より確実に導電パスを確保することができる。このようなカーボンブラックとしては、例えば、FEF、GPF等を挙げることができる。
また、本発明においては、特に、カーカスプライのプライコーティングゴム、ベルト層のベルトコーティングゴム、カーカスプライ間のスキージーゴム、クッションゴム、ベルトアンダークッション、および、ビードフィラーゴムのうち、少なくとも一部材に、以下に詳述するタイヤ用ゴム組成物が用いられていることが好ましい。これにより、補強性、耐久性能を損なうことなく、電気抵抗の上昇を抑制し、低い転がり抵抗と、優れた耐久性を備える空気入りタイヤを実現することができる。
<タイヤ用ゴム組成物>
本発明に係る上記タイヤ用ゴム組成物は、スチレンブタジエンゴムを20〜40質量部、天然ゴムを60〜80質量部含むゴム成分100質量部に対して、窒素吸着比表面積(NSA)30〜43m/gのカーボンブラックを35〜50質量部と、オイルを5質量部以下配合してなるものである。
本発明に用いるゴム成分としては、少なくともスチレンブタジエンゴム(SBR)、天然ゴム(NR)が挙げられる。
スチレンブタジエンゴムの含有量は、ゴム成分100質量部中、20〜40質量部とすることが好ましい。スチレンブタジエンゴムの含有量を20質量部以上とすることにより、低歪性の耐亀裂進展性を向上して、未加硫ゴムの加工性を改善することができ、一方、40質量部以下とすることにより、低ロス化を向上することができる。
用いることができるスチレンブタジエンゴムとしては、溶液重合スチレンブタジエンゴム、乳化重合スチレンブタジエンゴム、変性スチレンブタジエンゴムなどが挙げられる。
また、天然ゴムの含有量は、ゴム成分100質量部中、60〜80質量部とすることが好ましい。天然ゴムの含有量を60質量部以上とすることにより、高歪性の耐亀裂進展性を向上させることができ、一方、80質量部以下とすることにより、未加硫ゴムの加工性を改善したり、コスト削減効果を得ることができる。
天然ゴムとしては、RSS#3、TSR20、SIR20など、タイヤ工業において用いられるものが挙げられる。
上記天然ゴム(NR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)以外にも、必要に応じて、ブタジエンゴム(BR)、イソプレンゴム(IR)、ブチルゴム(IIR)、ハロゲン化ブチルゴム、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)、エチレンプロピレンジエン三元共重合体(EPDM)の少なくとも1種を用いることができる。
本発明に用いるカーボンブラックは、窒素吸着比表面積(NSA、JIS K 6217−2:2001に準拠して測定する)が30〜43m/gとなるものが用いられる。このカーボンブラックの窒素吸着比表面積(NSA)を上記範囲に限定したのは、粒径の大きいカーボンブラックを使用することで、カーボンブラックの分散性を向上させるためである。好ましくは、上記窒素吸着比表面積(NSA)を33〜40m/gとすることが望ましい。
このような物性を有するカーボンブラックとしてはFEF、GPF、SRFなどを用いることができる。
上記カーボンブラックの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、35〜50質量部とすることが好ましい。
上記カーボンブラックの含有量を35質量部以上とすることにより、ゴムの機械的強度を確保することができ、一方、この含有量を50質量部以下とすることにより、低ロス性のゴムを得ることができる。
本発明に用いるオイルとしては、例えば、パラフィン系オイル、ナフテン系オイル、アロマチック系オイルおよび芳香族系オイルから選択された少なくとも1種が挙げられ、これらは市販品を用いることができる。
例えば、パラフィン系オイルとしては、JX日鉱日石エネルギー株式会社製、商品名「スーパーオイル Y22」などの市販品を使用することができる。また、ナフテン系オイルは、水添されたものであってもよいし、未水添のものであってもよい。ナフテン系オイルとしては、「ストレートアスファルト含有ナフテン系オイル三共油化工業株式会社製」、商品名「A/O MIX」などの市販品を使用することができる。
上記オイルの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、5質量部以下(0質量部を含む)である。
上記オイルの含有量を5質量部以下とすることにより、ゴムの機械的強度を向上することができる。また、上記オイルを含まない(0質量部)場合にも、カーボンブラック等の配合剤は十分に分散され、必要なゴム物性を得ることができる。特には、オイルの含有量を0〜3質量部とすることが好ましい。
本発明に係る上記タイヤ用ゴム組成物は、さらに導電性を付与して電気抵抗をより低下せしめる点、および、耐久性能のさらなる向上の点から、さらに、ケッチェンブラックおよびカーボンナノチューブ(CNT)の少なくとも1種を含むことが好ましい。
用いることができるカーボンナノチューブ(CNT)としては、グラフェンシートが丸まった棒状、若しくは糸状のもの、気相成長カーボンファイバー(VGCF)などが挙げられ、これらの市販品であるC100(Arkemasya社製)、若しくはNC7000(Nanocyl社製)などを用いることができる。これらのカーボンナノチューブ(CNT)は、さらに導電性を付与するとともに、上記カーボンブラックとは異なり、ゴムとの相互作用が小さく、応力歪曲線の高歪曲線の高歪領域で弾性率が低下し、破断伸び(Eb)が上がり、亀裂進展時に、ゴムのEbが大きいと、亀裂先端のエネルギーが緩和されて耐亀裂進展性が向上することとなる。
ケッチェンブラックとしては、中空のシェル状粒子が存在し、高い導電性を有する種々のグレードのケッチェンブラックが使用可能である。用いることができるケッチェンブラックとしては、例えば、ライオン社製のケッチェンブラックEC300J〔顆粒状〕、ケッチェンブラックEC600JD〔顆粒状〕、カーボンECP〔ケッチェンブラックEC300Jの粉末品〕、カーボンECP600JD〔ケッチェンブラックEC600JDの粉末品〕、ライオナイト等の少なくとも1種が挙げられる。
これらのケッチェンブラックおよびカーボンナノチューブの合計配合量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは0.1〜6質量部、さらに好ましくは1.0〜5質量部である。
このケッチェンブラックおよびカーボンナノチューブの合計配合量を0.1質量部以上とすることにより、ゴム配合に導電性を付与することができ、一方、この含有量を6質量部以下とすることにより、ゴムの低ロス特性の低下を防止することができる。
本発明において、窒素吸着比表面積(NSA)が上記範囲を満足するカーボンブラック、ケッチェンブラックおよびカーボンナノチューブは充填材として用いられるものであるが、さらに良好な導電性を付与する点、および、耐亀裂進展性のさらなる向上により耐久性能をさらに良化する点から、充填材のうち2〜15質量%にて、ケッチェンブラックおよびカーボンナノチューブの少なくとも1種が配合されていることが好ましく、より好ましくは2.5〜12.5質量%である。
なお、本発明の効果を損なわない範囲で、上記カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ以外の充填材として、シリカ、クレー、タルク、炭酸カルシウムなどを用いることができる。
上記タイヤ用ゴム組成物には、前述した成分の他に、本発明の効果を損なわない範囲で、目的ないし必要に応じて、その他の成分を適宜に選択して配合することができる。その他の成分としては、例えば、硫黄等の加硫剤、チアゾール系やスルフェンアミド系等の加硫促進剤、加硫助剤、酸化亜鉛(亜鉛華)、ステアリン酸、老化防止剤、酸化防止剤、オゾン劣化防止剤、着色剤、滑剤、シランカップリング剤、発泡剤、発泡助剤等の添加剤の他、タイヤ業界で通常用いられる各種の公知配合薬品等が挙げられる。これらは、市販品を使用することができる。
上記タイヤ用ゴム組成物は、前述したゴム成分に、上記特性を有するカーボンブラック、オイルなどを配合し、さらに、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブの他、亜鉛華、ステアリン酸、老化防止剤、硫黄、加硫促進剤、その他、目的あるいは必要に応じて適宜に選択した添加剤を混練りすることなどにより調製することができる。
上記混練りの条件としては、特に制限はなく、混練り装置の投入体積やローターの回転速度、ラム圧等、および混練り温度や混練り時間、混練り装置の種類等の諸条件について目的に応じて適宜に選択することができる。このような混練り装置としては、通常、ゴム組成物の混練りに用いるバンバリーミキサーやインターミックス、ニーダー、ロール等が挙げられる。
また、好ましくは、上記タイヤ用ゴム組成物における、スチレンブタジエンゴムの配合量をA質量部、天然ゴムの配合量をB質量部とした場合において、スチレンブタジエンゴムA質量部に対し、上記タイヤ用ゴム組成物に含まれる窒素吸着比表面積(NSA)30〜43m/gのカーボンブラックをA*100/(A+B)(質量%)にて配合したゴム組成物をゴム組成物X、天然ゴムB質量部に対し、上記タイヤ用ゴム組成物に含まれる窒素吸着比表面積(NSA)30〜43m/gのカーボンブラックをB*100/(A+B)(質量%)にて配合したゴム組成物をゴム組成物Y、上記タイヤ用ゴム組成物をゴム組成物Zとした場合に、ゴム組成物X、Y、Zの50%伸長時のモジュラスを各々Mdx,Mdy,Mdz(MPa)とすると、Mdx,Mdy,Mdzが下記式(I)を満たすことが好ましい。
0.9×{Mdx*A/(A+B)+Mdy*B/(A+B)}≧Mdz……(I)
上記式(I)を満たすタイヤ用ゴム組成物とすることにより、補強性および耐久性能を損なうことなく、電気抵抗の上昇がさらに抑制され、転がり抵抗がより低減されるとともに、耐久性にさらに優れたものとなる。
前述したように、上記タイヤ用ゴム組成物は、カーカスプライのプライコーティングゴム、ベルト層のベルトコーティングゴム、カーカスプライ間のスキージーゴム、クッションゴム、ベルトアンダークッション、および、ビードフィラーゴムのうち、少なくとも一部材に適用されるものである。好ましくは、使用ゴム量が大きく、タイヤ全体へのロス特性への影響が大きいという点、および、リムからトレッドへの導電パスの中心に位置するという点から、プライコーティングゴムに適用されることが好ましい。これにより、低ロス化、耐亀裂性・補強性、導電性が両立される空気入りタイヤとすることができる。
このように構成される上記タイヤ用ゴム組成物によれば、天然ゴム(NR)量を特定範囲とすることにより、高歪領域の耐久性能を向上させるとともに、スチレンブタジエンゴム(SBR)量を特定範囲とすることにより、低ロス化を悪化させることなく、低歪性の耐久性能を向上させ、ゴムの低ロス化のため、カーボンブラックの窒素吸着比表面積(NSA)を上記範囲に限定したものを使用し、さらに補強性改善のためオイル量を所定量以下とすることにより、従来品と同等の補強性および耐久性能を有しつつ、電気抵抗の上昇を抑制して、低い転がり抵抗と優れた耐久性とを備えるタイヤの実現に寄与することができる。
また、ケッチェンブラックおよびカーボンナノチューブの少なくとも1種を0.1〜6質量部含むことにより、分散不良や低ロス性を悪化させることなく、導電性がさらに良好となるタイヤ用ゴム組成物が提供される。一般的に、導電性材料等は分散性が悪く、低ロス性を悪化させたり、ゴムとの相互作用が弱いことが知られているが、本発明では、導電性材料の種類や部数の検討の結果、ケッチェンブラックおよびカーボンナノチューブの少なくとも1種を特定部数配合することで、分散不良や低ロス化を悪化させることなく、導電性をさらに付与でき、また、上記導電性材料の補強性の低さを利用することで、さらに耐久性能に優れるタイヤ用ゴム組成物が提供される。
さらに、上記タイヤ用ゴム組成物において、充填材のうち2〜15質量%にて、ケッチェンブラックおよびカーボンナノチューブの少なくとも1種を配合したものでは、上記低ロス化・補強性を維持しつつ、さらなる導電性の付与と、耐久性能がさらに良好となる利点を有する。
ここで、本発明においては、上記タイヤ用ゴム組成物をプライコーティングゴムとして用いて作製したカーカスプライを用いたものにあっては、押し出し方向とタイヤ幅方向とが一致するように配置した構成とすることが好ましい。例えば、カーボンナノチューブ(CNT)を含む上記タイヤ用ゴム組成物を配合したものでは、一定方向に伸長させると強度に異方性が得られるので、一定の方向に押出すことでカーボンナノチューブなどを配向させたタイヤ部材を応力方向を考慮して配置することで、より耐久性能に優れた空気入りタイヤを得ることができるものとなる。
なお、上記タイヤ用ゴム組成物を上記タイヤ用ケース部材に適用した空気入りタイヤの製造方法については、特に制限はなく、従来より公知の製造方法に従って製造することができる。すなわち、上記タイヤ用ゴム組成物を混練りして所定の断面形状に押し出す、あるいは、繊維コード等を所定の厚みに被覆して、所望のタイヤ成型用ゴム部材に加工し、グリーンタイヤの所定箇所に貼り付けた後、所定のモールド内で所定の温度および圧力の下で加硫成型することにより、空気入りタイヤを製造することができる。
以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
タイヤサイズ195/65R15にて、一対のビード部間に跨ってトロイド状に延在する1枚のカーカスプライからなるカーカスを骨格とし、そのクラウン部タイヤ半径方向外側に配置された2枚のベルト層を備え、ビード部のタイヤ幅方向外表面にゴムチェーファーが配設されている空気入りタイヤを製造した。
このタイヤには、ビード部からトレッド部までにわたって、カーカスの、タイヤ外側および内側の両表面に露出するように、ベキノックス(Bekaert社製、Bekinox(登録商標))よりなるブリーダーコードを配設した。ブリーダーコードは、タイヤ周方向に対し90°をなす角度で、縫込みピッチ20mmにて、カーカスに縫い込むようにして配置した。また、ゴムチェーファーには、下記の表中に示す配合ゴムを適用した。
得られた各供試タイヤについて、電気抵抗値を評価した。その結果を、下記の表中に示す。
(損失正接tanδおよび動的貯蔵弾性率E’の測定)
上島製作所製スペクトロメーター(動的粘弾性測定試験機)を用いて、厚さ2mm、幅5mm、長さ20mmのゴム試験片に初期荷重160gを与え、周波数52Hz、初期歪10%、測定温度60℃、動歪1%で、損失正接tanδおよび動的貯蔵弾性率E’の測定を行った。
(ピコ摩耗試験)
JIS K6264−2:2005「ピコ摩耗試験」に準拠し、23℃でピコ摩耗試験機を用いて測定した。比較例1−1の加硫ゴム組成物の摩耗容積の逆数を100として、各サンプルの指数で表した。数値の大きい程、耐縁石こすれ性が良好であることを示す。
耐縁石こすれ性指数={(比較例1−1の加硫ゴム組成物の摩耗容積)/(供試加硫ゴム組成物の摩耗容積)}×100
(体積固有抵抗率の測定)
円盤形状のゴムサンプルを作製し、半径r=2.5cm、厚さt=0.2cmの部分の電気抵抗値Rを、図5に示すアドバンス社製絶縁抵抗試験箱を用いて測定し、次式により体積固有抵抗率ρを計算した。
ρ=(a/t)R
式中、aは断面積(=π×r)、tは厚さである。また、図中、Aは主電極、Bは対電極、Cはガード電極、tは試料の厚さを示す。
(BFドラム試験)
ドラム表面が平滑な鋼鉄製で直径が1.707mであるドラム試験機を使用して、周辺温度を30±3℃に制御し、JATMAで定める標準リムサイズのリムを用い、JATMA規格の最大内圧において、JATMA規格の最大負荷能力の2倍の荷重をかけて、故障に至るまで走行試験を行った。比較例1−1のタイヤの走行距離を100として各タイヤの走行距離を指数として表示した。数値が高い方が耐久性に優れたタイヤであることを示す。
(RRCドラム試験)
各タイヤをリムに装着して、タイヤを装着する車両毎に規定される最大荷重を負荷し、ドラム回転速度100km/hの条件にて、転がり抵抗を測定した。結果は、比較例1−1のタイヤの転がり抵抗値の逆数を100として、各タイヤの転がり抵抗値の逆数を指数で表した。数値の大きい程、転がり抵抗性に優れ燃費が良好であることを示す。
低転がり抵抗指数={(比較例1−1のタイヤの転がり抵抗値)/(供試加硫タイヤの転がり抵抗値)}×100
(タイヤの電気抵抗)
タイヤの電気抵抗は、GERMAN ASSOCIATION OF RUBBER INDUSTRYのWdK 110シート3に準拠して、ヒューレットパッカード(HEWLETT PACKARD)社製のモデルHP4394Aハイレジスタンスメーターを使用し、図6に示すようにして測定した。図中、符号111はタイヤ、112は鋼板、113は絶縁体、114はハイレジスタンスメーターであり、絶縁板113上の鋼板112とタイヤ111のリムとの間に1000Vの電流を流して測定した。
Figure 2017122821
*1−1)カーボンブラック(FEF),窒素吸着比表面積40m/g
*1−2)カーボンブラック(GPF),窒素吸着比表面積35m/g
*1−3)カーボンナノチューブ(CNT)
*1−4)カーボンブラック(ケッチェンブラック),窒素吸着比表面積800m/g、ケッチェンブラックEC300J、LION社製
*1−5)カーボンブラック(HAF),窒素吸着比表面積78m/g
上記表中に示すように、導電性繊維と非導電性繊維とを含む複合繊維を、ビード部からクッションゴムに接する位置まで、カーカスの少なくとも一方の表面に露出するように配設するとともに、ゴムチェーファーに、所定のカーボンブラックを含有させた各実施例の供試タイヤにおいては、低ロス化を図りつつ、かつ、タイヤ耐久性等の他性能に悪影響を及ぼすことなく、タイヤの電気抵抗が低下していることが確かめられた。
〔実施例2−1〜2−4および比較例2−1〜2−5:タイヤ用ゴム組成物の調製〕
下記表2に示す各配合処方をバンバリーミキサーで常法により混練して各タイヤ用ゴム組成物を調製した。
得られた各タイヤ用ゴム組成物について、下記各方法により、ロス特性(tanδ)、貯蔵弾性率(E’)について評価した。
得られた各タイヤ用ゴム組成物を下記カーカスプライコードを有するカーカスプライのコーティングゴムとして用いて、図1に示す構造を有するサイズ195/65R15の空気入りタイヤ(試験用タイヤ)を作製した。
(カーカスプライコード)
コード角度:90度(タイヤ周方向を0度とする。)、コード材料:PET
このタイヤには、ビード部からトレッド部までにわたって、カーカスの、タイヤ外側および内側の両表面に露出するように、ベキノックス(Bekaert社製、Bekinox(登録商標))よりなるブリーダーコードを配設した。ブリーダーコードは、タイヤ周方向に対し90°をなす角度で、縫込みピッチ20mmにて、カーカスに縫い込むようにして配置した。また、ゴムチェーファーには、上記表1に示す実施例1−3の配合ゴムを適用した。
得られた各試験用タイヤについて、実施例1−1等と同様にして、電気抵抗、耐久性能(BFドラム試験)、および、低ロス性能(RRCドラム)について測定評価した。耐久性能、および、低ロス性能については、いずれも比較例2−1を基準として評価した。
これらの結果を下記表2に示す。
〔ロス特性(tanδ)の評価方法〕
上島製作所製スペクトロメーター(動的粘弾性測定試験機)を用い、周波数52Hz、初期歪10%、測定温度60℃、動歪1%で測定し、tanδの数値を、比較例2−1のtanδを100として下記式にて指数表示した。tanδは、指数値が大きい程、低発熱性であり、ヒステリシスロスが小さいことを示す。
低発熱性指数={(比較例2−1の加硫ゴム組成物のtanδ)/(供試加硫ゴム組成物のtanδ)}×100
〔貯蔵弾性率(E’)の評価方法〕
上島製作所製スペクトロメーター(動的粘弾性測定試験機)を用い、周波数52Hz、初期歪10%、測定温度25℃、動歪1%で測定し、貯蔵弾性率(E’)の数値を、比較例2−1のE’を100として下記式にて指数表示した。E’は、指数値が大きい程、弾性率が高いことを示す。
貯蔵弾性率指数=〔(比較例2−1の加硫ゴム組成物のE’)/(供試加硫ゴム組成物のE’)〕×100

Figure 2017122821
上記表2中の*2−1〜*2−11は下記のとおりである。
*2−1:RSS#3
*2−2:SBR、JSR社製
*2−3:窒素吸着比表面積(NSA:35m/g)、N660、旭カーボン社製
*2−4:窒素吸着比表面積(NSA:78m/g)、N330、旭カーボン社製
*2−5:カーボンナノチューブ(CNT)
*2−6:窒素吸着比表面積(NSA:800m/g)ケッチェンブラックEC300J、LION社製
*2−7:シリカ:東ソー・シリカ(株)製「ニップシールAQ」(BET=200m/g)
*2−8:シランカップリング剤:デグッサ社製「Si69」
*2−9:プロセスオイル(TDAE)、新日本石油化学社製
*2−10:MBTS(ジ−2−ベンゾチアゾリルジスルフィド)
*2−11:BBS(N−tert−ブチル−2−ベンゾチアゾールスルフェンアミド)
上記表2の結果から明らかなように、実施例2−1〜2−4のタイヤ用ゴム組成物を用いた空気入りタイヤは、比較例2−1〜2−5のタイヤ用ゴム組成物を用いた空気入りタイヤに較べて、電気抵抗の上昇を抑制し、タイヤの転がり抵抗の低減と、耐久性に優れることが確認できた。
〔試験例1:タイヤ用ゴム組成物の調製〕
前記実施例2−4,比較例2−1の各タイヤ用ゴム組成物において、上述したゴム組成物X、Y、Zの50%伸長時のモジュラスを各々Mdx,Mdy,Mdz(MPa)とした場合、式(I)を満たすか否かについて、試験を行った。
すなわち、下記表3および表4に示すように、実施例2−4、実施例2−4のNR相の再現およびSBR相の再現、並びに、比較例2−1、比較例2−1のNR相の再現およびSBR相の再現における、下記測定方法により、50%伸長時のモジュラスを測定評価した。
表3および表4における実施例2−4,比較例2−1におけるNR相の再現およびSBR相の再現は、実施例2−4の配合および比較例2−1の配合が、それぞれポリマー質量比に基づいてカーボンブラック等の配合剤を均等に分配したと仮定し、各配合を再現配合として作成した。
これらの結果を下記表3および表4に示す。また、下記表5に、表3および表4の各測定値と、下記方法による配合全体の計算値、(計算値−実測値)の値(Δ)、その百分率(実測値/計算値)を示す。
(50%伸長時のモジュラスの測定方法、<S−S引っ張り試験>)
インストロン−1125を用いて、温度:20〜24℃、引っ張り速度:100mm/min、形状:Din3号、歪読み取り:自動計測の条件で、各加硫ゴムシートの50%伸長時の引張り応力:50%モジュラス(S−S Mod50%)を測定した。
(表5における配合全体の計算値の算出方法)
実施例および比較例におけるNR相やSBR相を再現した配合を混練し、その各々の50%モジュラスを測定した。配合内容は、NRやSBRの質量比に比例してCBや加硫促進剤等のゴム薬品が配合されているものと仮定して、再現配合を調製した。測定により得られた各々の50%モジュラスに、実施例2−4または比較例2−1におけるNRやSBRの配合割合(例えば、実施例2−4であればNRは0.7、SBRは0.3)を乗じて、配合全体の50%モジュラスの計算値(予測値)を算出した。
Figure 2017122821
Figure 2017122821
Figure 2017122821
上記表3〜表5の結果から明らかなように、従来の高級カーボンブラックやシリカ配合に比べ、大粒径カーボンを使用した実施例2−1〜2−4はロス特性に優れ、さらに導電性材料を添加すると優れたロス特性および導電性を両立できると言える。
1 カーカス
1A 本体部
1B 折返し部
2 ベルト層
3 複合繊維
3a 上糸
3b 下糸
4 ゴムチェーファー
5 導電性ゴム部
6 ビードコア
7 ビードフィラー
11 ビード部
12 サイドウォール部
13 トレッド部
13G トレッドゴム
13C クッションゴム
14 ベルトアンダークッション
15 サイドゴム
20 リム
21 カーカストリート
111 タイヤ
112 鋼板
113 絶縁体
114 ハイレジスタンスメーター

Claims (28)

  1. 一対のビード部間に跨ってトロイド状に延在する少なくとも1枚のカーカスプライからなるカーカスを骨格とし、該カーカスのクラウン部タイヤ半径方向外側に配置された少なくとも一枚のベルト層を備え、前記ビード部のタイヤ幅方向外表面にゴムチェーファーが配設されている空気入りタイヤにおいて、
    前記ベルト層のタイヤ半径方向外側に、クッションゴム、および、踏面部を形成するトレッドゴムが順次配設されており、少なくとも前記ビード部から該クッションゴムまたは前記ベルト層のタイヤ幅方向外端部に配設されたベルトアンダークッションに接する位置まで、前記カーカスの、タイヤ外側および内側のうちの少なくとも一方の表面に露出するように、導電性繊維と非導電性繊維とを含む複合繊維が配設されるとともに、前記ゴムチェーファーが、窒素吸着比表面積30〜43m/gのカーボンブラックを含有することを特徴とする空気入りタイヤ。
  2. 前記ゴムチェーファーが再生ゴムを含有する請求項1記載の空気入りタイヤ。
  3. 前記ゴムチェーファーが、ゴム成分100質量部に対し、前記カーボンブラックを64〜73質量部にて含有する請求項1記載の空気入りタイヤ。
  4. 前記ゴムチェーファーのゴム成分100質量部に対し、前記再生ゴムが3〜10質量部含まれている請求項2記載の空気入りタイヤ。
  5. 前記複合繊維が、前記カーカスの、タイヤ外側および内側の両表面に露出するように配設されている請求項1記載の空気入りタイヤ。
  6. 前記複合繊維の、タイヤ外側に露出した部分と、タイヤ内側に露出した部分とが、少なくとも1箇所以上で導通している請求項1記載の空気入りタイヤ。
  7. 前記非導電性繊維が有機物であって、前記複合繊維が該非導電性繊維を50質量%以上含有する請求項1記載の空気入りタイヤ。
  8. 前記複合繊維が、前記カーカスに縫い込まれている請求項1記載の空気入りタイヤ。
  9. 前記複合繊維の縫込みピッチが2〜40mmである請求項8記載の空気入りタイヤ。
  10. 前記複合繊維が、前記カーカスに対し巻き付けられている請求項1記載の空気入りタイヤ。
  11. 前記複合繊維が、前記カーカスに対し、前記クッションゴムまたは前記ベルトアンダークッションのタイヤ幅方向の一方側の端部に接する位置から、前記ビード部を経由して、該カーカスのタイヤ内側を通り、該クッションゴムまたは該ベルトアンダークッションのタイヤ幅方向の他方側の端部まで巻き付けられている請求項10記載の空気入りタイヤ。
  12. 前記ビード部のタイヤ幅方向外表面にゴムチェーファーが配設されており、前記カーカスが、前記一対のビード部間に延在する本体部と、該一対のビード部にそれぞれ埋設されたビードコアの周りにタイヤ内側から外側に折り返され巻き上げられた折返し部とからなり、前記複合繊維が、該カーカスに対し、一方側の該折返し部のタイヤ幅方向外側であって前記ゴムチェーファーと接する位置から、該折返し部のタイヤ幅方向内側および該本体部のタイヤ幅方向外側を経由して、該カーカスのタイヤ外側を通り、他方側の該折返し部のタイヤ幅方向外側であって前記ゴムチェーファーと接する位置まで巻き付けられている請求項10記載の空気入りタイヤ。
  13. 前記複合繊維が、前記カーカスに対し螺旋状に巻き付けられている請求項10記載の空気入りタイヤ。
  14. 前記複合繊維の巻付けピッチが1〜12回/mである請求項10記載の空気入りタイヤ。
  15. 前記複合繊維が、タイヤ周方向において打込み数0.04本/5cm以上で配置されている請求項1記載の空気入りタイヤ。
  16. 少なくとも前記ビード部から前記クッションゴムまたは前記ベルトアンダークッションに接する位置まで、ブリーダーコードが配設されてなり、かつ、前記複合繊維が、該ブリーダーコードのうち3〜100質量%に代えて配設されている請求項1記載の空気入りタイヤ。
  17. 前記複合繊維の繊度が20〜1000dtexである請求項1記載の空気入りタイヤ。
  18. 前記複合繊維が、タイヤ周方向に対し30〜150°をなす角度で配設されている請求項1記載の空気入りタイヤ。
  19. 前記複合繊維が、タイヤ周方向に対し50〜130°をなす角度で配設されている請求項18記載の空気入りタイヤ。
  20. 前記導電性繊維が、金属含有繊維、カーボン含有繊維および金属酸化物含有繊維のうちのいずれか1種以上を含む請求項1記載の空気入りタイヤ。
  21. 前記非導電性繊維が、綿、ナイロン、ポリエステルおよびポリプロピレンのうちのいずれか1種以上を含む請求項1記載の空気入りタイヤ。
  22. 前記複合繊維の破断伸びEbが、5%以上である請求項1記載の空気入りタイヤ。
  23. 前記複合繊維の抵抗値が、1.0×10Ω/cm以下である請求項1記載の空気入りタイヤ。
  24. 前記ゴムチェーファーが、ゴム成分100質量部に対し、カーボンナノチューブを0.5〜4質量部にて含有する請求項1記載の空気入りタイヤ。
  25. 前記カーカスプライのプライコーティングゴム、前記ベルト層のベルトコーティングゴム、該カーカスプライ間のスキージーゴム、前記クッションゴム、前記ベルトアンダークッション、および、前記一対のビード部にそれぞれ埋設されたビードコアのタイヤ半径方向外側に配置されたビードフィラーゴムのうち、少なくとも一部材に、スチレンブタジエンゴムを20〜40質量部、天然ゴムを60〜80質量部含むゴム成分100質量部に対して、窒素吸着比表面積(NSA)30〜43m/gのカーボンブラックを35〜50質量部と、オイルを5質量部以下配合してなるタイヤ用ゴム組成物が用いられている請求項1記載の空気入りタイヤ。
  26. 前記タイヤ用ゴム組成物が、前記ゴム成分100質量部に対し、ケッチェンブラックおよびカーボンナノチューブのうち少なくとも1種を0.1〜6質量部含む請求項25記載の空気入りタイヤ。
  27. 前記タイヤ用ゴム組成物が、充填材のうち2〜15質量%にて、ケッチェンブラックおよびカーボンナノチューブの少なくとも1種を含む請求項26記載の空気入りタイヤ。
  28. 前記タイヤ用ゴム組成物における、スチレンブタジエンゴムの配合量をA質量部、天然ゴムの配合量をB質量部としたとき、
    スチレンブタジエンゴムA質量部に対し、前記タイヤ用ゴム組成物に含まれる窒素吸着比表面積(NSA)30〜43m/gのカーボンブラックをA*100/(A+B)(質量%)にて配合したゴム組成物をゴム組成物X、
    天然ゴムB質量部に対し、前記タイヤ用ゴム組成物に含まれる窒素吸着比表面積(NSA)30〜43m/gのカーボンブラックをB*100/(A+B)(質量%)にて配合したゴム組成物をゴム組成物Y、
    前記タイヤ用ゴム組成物をゴム組成物Zとした場合に、
    前記ゴム組成物X、Y、Zの50%伸長時のモジュラスを各々Mdx,Mdy,Mdz(MPa)とすると、Mdx,Mdy,Mdzが下記式(I)を満たす請求項25記載の空気入りタイヤ。
    0.9×{Mdx*A/(A+B)+Mdy*B/(A+B)}≧Mdz……(I)
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