JP5242645B2 - タイヤ - Google Patents

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Description

本発明は、タイヤに関し、とくに電気導電性および転がり抵抗性能を向上させたタイヤに関する。
車輌走行をおこなうと、走行時などにより発生した静電気が車輌に装着されているタイヤに蓄積し、例えば、マンホールなどの金属部上を走行したときに放電現象が発生する、あるいは給油の際に放電して引火するなどの問題があり、電気導電性に優れたタイヤが要求されてきた。
タイヤの電気導電性を向上させるため、特許文献1および2には、タイヤのトレッド部からサイドウォール部のタイヤ表面に、電気導電性を有する薄膜を作製することが開示されている。しかし、タイヤ走行によりリムフランジ部と接触することで薄膜が摩滅し、結果としてタイヤの電気導電性が失われるという問題があった。
また、タイヤの電気導電性を向上させるため、カーボンブラックなどの電気導電性を有する補強用充填剤を添加することがおこなわれているが、そうすると、タイヤの転がり抵抗が増大する(転がり抵抗性能が低減する)という問題があった。
一般的にタイヤの転がり抵抗を低減させる(転がり抵抗性能を向上させる)技術としては、タイヤ中の補強用充填剤としてシリカを多く使用することが知られており、例えば、特許文献3には、タイヤのトレッド部、ブレーカー部、サイドウォール部、プライ部、クリンチエイペックスおよびビードエイペックスに、シリカを配合することが開示されている。しかし、得られたタイヤは充分な電気導電性を有するものではなかった。
このように、電気導電性および転がり抵抗性能を両方向上させたタイヤは、現在まで得られていなかった。
特開平8−230407号公報 特許第3101557号明細書 特開2003−64222号公報
本発明は、電気導電性および転がり抵抗性能を向上させたタイヤを提供することを目的とする。
本発明は、トレッド部、サイドウォール部、ブレーカー部またはプライ部において、固有抵抗値が109Ω・cm以上で、補強用充填剤中のシリカの含有率が70重量%以上であり、前記タイヤ部材とともに、さらに、導電性ゴム層を有するタイヤであって、該導電性ゴム層が、(a)ビード部に接し、サイドウォール部とプライ部との間を経て、トレッド部の接地面まで連続して配置され、固有抵抗値が108Ω・cm以下、および厚さ0.1〜5mmである導電性ゴム層、または(b)ビード部に接し、サイドウォール部とプライ部との間、ならびにトレッド部とブレーカー部との間またはトレッド部内に連続して配置され、固有抵抗値が108Ω・cm以下、および厚さ0.1〜5mmである導電性ゴム層であるタイヤに関する。
また、前記タイヤにおいて、前記導電性ゴム層は、さらに、チッ素吸着比表面積が40〜1500m2/gおよびジブチルフタレート吸油量が100〜700ml/100gであるカーボンブラックを含有することが好ましい。
本発明によれば、トレッド部、サイドウォール部、ブレーカー部またはプライ部が、特定の固有抵抗値を示し、特定量のシリカを含有し、特定の導電性ゴム層を有するので、電気導電性および転がり抵抗性能を向上させたタイヤを提供することができる。
導電性ゴム層を有しないタイヤの部分断面図である。 実施例1のタイヤの部分断面図である。 実施例2のタイヤの部分断面図である。 実施例3〜5のタイヤの部分断面図である。 比較1のタイヤの部分断面図である。 比較4のタイヤの部分断面図である。
本発明のタイヤは、特定の固有抵抗値を有するトレッド部、サイドウォール部、ブレーカー部またはプライ部を有する。なお、トレッド部1、サイドウォール部2、ブレーカー部3およびプライ部4は図1に示す部位をいう。
トレッド部、サイドウォール部、ブレーカー部またはプライ部の固有抵抗値は109Ω・cm以上、好ましくは1010Ω・cm以上、より好ましくは1011Ω・cm以上、さらに好ましくは1012Ω・cm以上である。該固有抵抗値が109Ω・cm未満では、固有抵抗値を下げるために、例えば、カーボンブラックを添加する必要があり、タイヤの転がり抵抗が増大するので好ましくない。なお、固有抵抗値とは、温度23℃および相対湿度55%の恒温恒湿条件下で、印加電圧1000Vとし、それ以外についてはJIS K 6271に従い測定した体積抵抗率をいう。
トレッド部、サイドウォール部、ブレーカー部またはプライ部のなかでも、ブレーカー部およびプライ部の固有抵抗値が109Ω・cm以上であることが好ましく、トレッド部、サイドウォール部、ブレーカー部およびプライ部全ての固有抵抗値が109Ω・cm以上であることがもっとも好ましい。
トレッド部、サイドウォール部、ブレーカー部およびプライ部は、ゴム成分および補強用充填剤からなる。
トレッド部、サイドウォール部、ブレーカー部またはプライ部におけるゴム成分としては、天然ゴム(NR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)などのジエン系ゴム、ブチルゴム、塩素化ブチルゴムなどのブチル系ゴムなどが挙げられるが、硫黄加硫が可能であり、既存のタイヤ生産設備を使用できることから、ゴム成分としてはジエン系ゴムが好ましい。ジエン系ゴムのなかでも、とくにトレッド部のゴム成分としては、SBRであることが好ましく、サイドウォール部、ブレーカー部およびプライ部のゴム成分としては、天然ゴムであることが好ましい。
トレッド部、サイドウォール部、ブレーカー部またはプライ部に配合する補強用充填剤としては、シリカ、カーボンブラック、クレー、タルク、炭酸カルシウムなどが挙げられるが、耐摩耗性、ウェットグリップ性能および転がり抵抗性能を充分に向上させることができることから、なかでも、シリカとカーボンブラックを併用することが好ましい。
トレッド部、サイドウォール部、ブレーカー部またはプライ部において、補強用充填剤中のシリカの含有率は70重量%以上、好ましくは80重量%以上、より好ましくは90重量%以上である。シリカの含有率が70重量%未満では、ゴムの補強性とヒステリシスロスの低減効果の両立が困難になり、タイヤの転がり抵抗または耐久性が低下する。
トレッド部、サイドウォール部、ブレーカー部およびプライ部は、ゴム成分および補強用充填剤のほかに、タイヤ工業において一般的に使用されているワックス、老化防止剤、ステアリン酸、酸化亜鉛などの添加剤、シランカップリング剤、硫黄などの加硫剤、加硫促進剤などを適宜含有することができ、さらに、タイヤ工業において一般的に行なわれている混練工程を経ることにより作製される。
本発明のタイヤの部材としては、前記トレッド部、サイドウォール部、ブレーカー部およびプライ部のほかに、ビード部、チェーファー部などがあげられる。なお、本発明においてビード部とは、図1に示すようにビードエイペックス5、ビードコア6、補強フィラー7およびクリンチ9からなる。
クリンチの固有抵抗値は109Ω・cm以上であることが好ましい。なお、固有抵抗値とは、前記と同様に温度23℃および相対湿度55%の恒温恒湿条件下で、印加電圧1000Vとし、それ以外についてはJIS K 6271に従い測定した体積抵抗率をいう。
クリンチは、ゴム成分および補強用充填剤からなることが好ましい。
クリンチにおけるゴム成分としては、天然ゴム(NR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)などのジエン系ゴム、ブチルゴム、塩素化ブチルゴムなどのブチル系ゴムなどが挙げられるが、ジエン系ゴムを使用すれば、硫黄加硫が可能であり、さらにコストが安価であることから、ゴム成分としてはジエン系ゴムであることが好ましい。ジエン系ゴムのなかでも、とくにクリンチのゴム成分としては、天然ゴムであることが好ましい。
クリンチに配合する補強用充填剤としては、シリカ、カーボンブラック、クレー、タルク、炭酸カルシウムなどが挙げられるが、電気導電性および転がり抵抗性能を向上させることができることから、なかでも、シリカとカーボンブラックを併用することが好ましい。
クリンチにおいて、補強用充填剤中のシリカの含有率は70重量%以上であることが好ましい。シリカの含有率が70重量%未満では、クリンチのゴムのヒステリシスロスが小さくならず、転がり抵抗が低下する傾向がある。
クリンチには、ゴム成分および補強用充填剤のほかに、タイヤ工業において一般的に使用されているワックス、老化防止剤、ステアリン酸、酸化亜鉛などの添加剤、シランカップリング剤、硫黄などの加硫剤、加硫促進剤などを適宜配合することができ、さらに、タイヤ工業において一般的に行なわれている混練工程を経ることにより作製される。
本発明のタイヤが有する導電性ゴム層は、(a)ビード部に接し、サイドウォール部とプライ部との間を経て、トレッド部の接地面まで連続して配置された導電性ゴム層(以下、導電性ゴム層(a)とする)、または(b)ビード部に接し、サイドウォール部とプライ部との間、ならびにトレッド部とブレーカー部との間またはトレッド部内に連続して配置された導電性ゴム層(以下、導電性ゴム層(b)とする)である。
導電性ゴム層(a)または(b)はそれぞれ、ビード部のなかでもビードエイペックスと接していることが好ましく、なかでもビードエイペックスと接したうえで、リムに接していることが好ましい。導電性ゴム層(a)または(b)がリムに接していることにより、走行時において、少しずつ電気を放出して、電気の蓄積を抑止するという効果が得られる。
本発明のタイヤにおける導電性ゴム層(a)または(b)はそれぞれ、サイドウォール部とプライ部との間に配置されるものである。
導電性ゴム層(a)は、トレッド部の接地面まで配置される。そうすることにより、導電性ゴム層(a)の端部がトレッド面に露出し、走行時において、少しずつ電気を放出して、電気の蓄積を抑止するという効果が得られる。
導電性ゴム層(a)または(b)の厚さはそれぞれ0.1mm以上、好ましくは0.3mm以上である。厚さが0.1mm未満では、導電性ゴム層の電気導電性が充分ではない。また、導電性ゴム層(a)または(b)の厚さはそれぞれ5mm以下、好ましくは2mm以下、さらに好ましくは1.5mm以下である。厚さが5mmをこえると、導電性ゴム層を含むタイヤの横部分の厚さが大きくなり、タイヤ重量が増えるので、タイヤの転がり抵抗が増大する。
導電性ゴム層(a)または(b)の固有抵抗値はそれぞれ108Ω・cm以下、好ましくは107Ω・cm以下である。該固有抵抗値が108Ω・cmをこえると、タイヤの抵抗値が増大し、静電気が車輌に蓄積され、静電気の放電現象により種々の問題が発生する。なお、固有抵抗値とは、前記の場合と同様に23℃および相対湿度55%の恒温恒湿条件下で、印加電圧1000Vとし、それ以外についてはJIS K 6271に従い測定したタイヤ部材の体積抵抗率をいう。
導電性ゴム層(a)または(b)は、ゴム成分および補強用充填剤からなる。
導電性ゴム層(a)または(b)におけるゴム成分としては、天然ゴム(NR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)などのジエン系ゴム、ブチルゴム、塩素化ブチルゴムなどのブチル系ゴムなどが挙げられるが、とくにゴム成分としては、ジエン系ゴムであることが好ましく、SBRであることがより好ましく、溶液重合スチレンブタジエンゴム(S−SBR)であることがさらに好ましい。
導電性ゴム層(a)または(b)における補強用充填剤としては、シリカ、カーボンブラック、クレー、タルク、炭酸カルシウムなどが挙げられるが、なかでも、ゴムの加工性とゴムの補強性とを両立させることができることから、補強用充填剤としてはシリカおよび/またはカーボンブラックであることが好ましい。
導電性ゴム層(a)または(b)におけるカーボンブラックの含有量は、導電性ゴム層(a)または(b)中のゴム成分100重量部に対して3重量部以上であることが好ましく、6重量部以上であることがより好ましく、7重量部以上であることがさらに好ましい。含有量が3重量部未満では、導電性ゴム層の電気導電性が充分ではない傾向がある。また、導電性ゴム層のカーボンブラックの含有量は、導電性ゴム層(a)または(b)中のゴム成分100重量部に対して150重量部以下であることが好ましく、100重量部以下であることがより好ましく、50重量部以下であることがさらに好ましい。含有量が150重量部をこえると、タイヤの転がり抵抗が増加し、導電性ゴム層の加工性が低下するとともに、導電性ゴム層が硬くなり、他のゴム層との剛性に差が生じてタイヤの耐久性が低下する傾向がある。
導電性ゴム層(a)または(b)におけるカーボンブラックのチッ素吸着比表面積(N2SA)は40m2g以上であることが好ましい。また、導電性ゴム層におけるカーボンブラックのN2SAは1500m2/g以下であることが好ましい。
導電性ゴム層(a)または(b)におけるカーボンブラックのジブチルフタレート吸油量(DBP吸油量)は100ml/100g以上であることが好ましい。また、導電性ゴム層におけるカーボンブラックのDBP吸油量は700ml/100g以下であることが好ましい。
2SAが40m2/g未満、またはDBP吸油量が100ml/100g未満では、カーボンブラックを使用する場合、導電性ゴム層の電気導電性を確保するために、多量のカーボンブラックが必要となり、タイヤ製造時の加工性が低下する傾向がある。また、N2SAが1500m2/gより大きい、またはDBP吸油量が700ml/100gをこえると、カーボンブラックの粒子が細かく、ストラクチャーの発達したカーボンブラックを用いるため、タイヤ製造時の加工性が低下する傾向がある。
導電性ゴム層(a)または(b)には、前記ゴム成分、補強用充填剤のほかにタイヤ工業において一般的に使用されているワックス、老化防止剤、ステアリン酸、酸化亜鉛などの添加剤、シランカップリング剤、硫黄などの加硫剤、加硫促進剤などを適宜配合することができる。
導電性ゴム層(a)または(b)は、ゴム成分、補強用充填剤、前記添加剤およびシランカップリング剤を混練りする工程(工程(1)とする)、および、前記工程で得られた混練り物に、加硫剤および加硫促進剤を添加して混練りする工程(工程(2)とする)から作製されることが好ましい。工程(1)における混練り温度130〜160℃とすることが好ましく、混練り時間は2〜5分とすることが好ましい。また、工程(2)における混練り時間130〜160℃とすることが好ましく、混練り時間は2〜5分とすることが好ましい。
本発明のタイヤにおいて、導電性ゴム層(a)または(b)がトレッド部、ブレーカー部、プライ部、サイドウォール部などのタイヤ部材の境界面に配置される場合、タイヤ工業において一般的におこなわれている前記トレッド部、ブレーカー部、プライ部、サイドウォール部などを貼りあわせる工程により、導電性ゴム層(a)または(b)を前記部材と貼りあわせ、加硫することによりタイヤを製造することができる。
また、導電性ゴム層(a)または(b)が前記部材の境界面だけでなく、例えば、トレッド部内、サイドウォール部内に配置される場合、細いストリップを積層して、タイヤの各部材を形成するタイヤ製造方法を用いる場合、この導電性ゴム層をこの積層ゴム層の間にはさみこんでタイヤを製造することができる。
本発明のタイヤは、具体的にチューブ入りタイヤまたは空気入りタイヤとすることが可能であるが、空気入りタイヤとすることが好ましい。
実施例にもとづいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。
実施例において使用した各種薬品を以下に記載する。
天然ゴム:TSR 20
S−SBR:日本ゼオン(株)製のNS116
カーボンブラック1:昭和キャボット(株)製のN220(N2SA:111m2/g、DBP吸油量:115ml/100g)
カーボンブラック2:三菱化学(株)製のN330(N2SA:79m2/g、DBP吸油量:105ml/100g)
カーボンブラック3:東海カーボン(株)製のシースト9R(N2SA:140m2/g、DBP吸油量:115ml/100g)
カーボンブラック4:ケッチェンブラックインターナショナル(株)製のケッチェンブラックEC600KD(N2SA:1270m2/g、DBP吸油量:495ml/100g)
カーボンブラック5:昭和キャボット(株)製のショウブラックN550(N2SA:42m2/g、DBP吸油量:115ml/100g)
シリカ:ローディアジャパン(株)製のシリカ115GR
オイル:出光興産(株)製のダイアナプロセスAH40
ワックス:大内新興化学工業(株)製のサンノックN
老化防止剤:住友化学工業(株)製のアンチゲン6C
ステアリン酸:日本油脂(株)製のステアリン酸「椿」
亜鉛華:三井金属鉱業(株)製の酸化亜鉛
シランカップリング剤:デグサジャパン(株)製のSi69
不溶性硫黄:四国化成工業(株)製のミュークロンOT20
加硫促進剤1:大内新興化学工業(株)製のノクセラーNS−P
加硫促進剤2:住友化学工業(株)製のソクシノールD
加硫促進剤3:大内新興化学工業(株)製のノクセラーDZ−G
(導電性ゴム層配合F、LおよびMの作製)
表1にしたがって、硫黄および加硫促進剤以外の前記各種薬品を(株)神戸製鋼所製の1.7Lバンバリーにて150℃で3分間混練りした後、さらに硫黄および加硫促進剤を配合して、オープンロールにて95℃で3分間混練りし、押出すことにより、シート状であり、未加硫の導電性ゴム配合F、LおよびMを作製した。
Figure 0005242645
(トレッド部配合AおよびGの作製)
表2にしたがって、硫黄および加硫促進剤以外の前記各種薬品を(株)神戸製鋼所製の1.7Lバンバリーにて150℃で3分間混練りした後、さらに硫黄および加硫促進剤を配合して、オープンロールにて95℃で3分間混練りし、押出すことにより、シート状であり、未加硫のトレッド部配合AおよびGを作製した。
(ブレーカー部配合BおよびHの作製)
表2にしたがって、硫黄および加硫促進剤以外の前記各種薬品を(株)神戸製鋼所製の1.7Lバンバリーにて150℃で3分間混練りした後、さらに硫黄および加硫促進剤を配合して、オープンロールにて95℃で3分間混練りし、押出すことにより、シート状であり、未加硫のブレーカー部配合BおよびHを作製した。
(プライ部配合CおよびIの作製)
表2にしたがって、硫黄および加硫促進剤以外の前記各種薬品を(株)神戸製鋼所製の1.7Lバンバリーにて150℃で3分間混練りした後、さらに硫黄および加硫促進剤を配合して、オープンロールにて95℃で3分間混練りし、押出すことにより、シート状であり、未加硫のプライ部配合CおよびIを作製した。
Figure 0005242645
(サイドウォール部配合DおよびJの作製)
表3にしたがって、硫黄および加硫促進剤以外の前記各種薬品を(株)神戸製鋼所製の1.7Lバンバリーにて150℃で3分間混練りした後、さらに硫黄および加硫促進剤を配合して、オープンロールにて95℃で3分間混練りし、押出すことにより、シート状であり、未加硫のサイドウォール部配合DおよびJを作製した。
(クリンチ配合EおよびKの作製)
表3にしたがって、硫黄および加硫促進剤以外の前記各種薬品を(株)神戸製鋼所製の1.7Lバンバリーにて150℃で3分間混練りした後、さらに硫黄および加硫促進剤を配合して、オープンロールにて95℃で3分間混練りし、押出すことにより、シート状であり、未加硫のクリンチ配合EおよびKを作製した。
Figure 0005242645
実施例1〜5および比較例1〜4
(実施例1〜5および比較例1〜4のタイヤの作製)
表4に記載されたタイヤ部材および導電性ゴム層、ならびにその他のタイヤ部材を常法にそって、密閉式混合機で混練し、押出カレンダー工程により各部材を準備して未加硫タイヤを作製し、それを圧力18kgf、温度150℃および加硫時間30分間の条件で加硫することにより、実施例1のタイヤ(図2に示す)、実施例2のタイヤ(図3に示す)、実施例3〜5のタイヤ(図4に示す)、比較例1のタイヤ(図5に示す)、比較例2〜3のタイヤ(図1に示す)および比較例4のタイヤ(図6に示す)を作製した(タイヤサイズ195/65R15)。
実施例1〜5、比較例1および比較例4の導電性ゴムの厚さは全て0.7mmであり、また、比較例2および3は導電性ゴム層を有していない。
得られたタイヤを用いて以下に示す測定試験をおこなった。
<転がり抵抗性能>
STI社製の転がり抵抗試験機を用い、荷重4.7kN、タイヤの内圧2.0MPaおよび速度80km/hの条件でタイヤを走行させて、それぞれ転がり抵抗を測定した。転がり抵抗の測定値について、以下の式により、比較例3の測定値を100(基準)としてそれぞれ指数(転がり抵抗指数)で示した。転がり抵抗指数が大きいほど、タイヤの転がり抵抗が低減され、転がり抵抗性能に優れることを示す。結果を表4に示す。
(転がり抵抗指数)=
(比較例3における転がり抵抗)/(各配合における転がり抵抗)×100
<走行後のタイヤの固有抵抗値>
内圧2.0MPa、荷重5.5kNおよび速度80km/hの条件において、ドラム上にてタイヤを3万km走行させたのち、内圧2.0MPaおよび荷重4.7kNの条件において鉄板にトレッド部を設置させ、リム部と鉄板間の固有抵抗値(体積抵抗率)を印加電圧100Vで測定した。結果を表4に示す。
Figure 0005242645
<導電性ゴム層およびタイヤ部材の固有抵抗値>
アドバンテストコーポレーション社製のデジタル超高抵抗微小電流計(R−8340A)を用いて、23℃および相対湿度55%の恒温恒湿条件下で、印加電圧1000Vとし、それ以外についてはJIS K 6271に従い測定することにより、固有抵抗値(体積抵抗率)を測定した。測定結果を表1〜3に示す。
1 トレッド部
2 サイドウォール部
3 ブレーカー部
4 プライ部
5 ビードエイペックス
6 ビードコア
7 補強フィラー
8 チェーファー
9 クリンチ
10 導電性ゴム層
R リム

Claims (2)

  1. トレッド部、サイドウォール部、ブレーカー部およびプライ部において、固有抵抗値が10 11 Ω・cm以上で、補強用充填剤中のシリカの含有率が70重量%以上であり、前記タイヤ部材とともに、
    さらに、導電性ゴム層を有するタイヤであって、
    該導電性ゴム層が、
    (a)ビード部に接し、サイドウォール部とプライ部との間を経て、トレッド部の接地面まで連続して配置され、固有抵抗値が108Ω・cm以下、および厚さ0.1〜5mmである導電性ゴム層であるタイヤ。
  2. トレッド部、サイドウォール部、ブレーカー部およびプライ部において、固有抵抗値が10 11 Ω・cm以上で、補強用充填剤中のシリカの含有率が70重量%以上であり、前記タイヤ部材とともに、
    さらに、導電性ゴム層を有するタイヤであって、
    該導電性ゴム層が、
    (b)ビード部に接し、サイドウォール部とプライ部との間、ならびにトレッド部とブレーカー部との間またはトレッド部内に連続して配置され、さらに、トレッド部の接地面まで配置され、固有抵抗値が108Ω・cm以下、および厚さ0.1〜5mmである導電性ゴム層であるタイヤ。
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