(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スチールのベルトコードを有するベルト層の半径方向外側に、半径方向外表面がトレッド面をなすトレッド基体ゴムと、前記ベルト層から半径方向外方に前記トレッド基体ゴム中をのびかつ前記トレッド面で露出する導電ゴム組成体からなる導電部とからなるトレッドゴム部を配するとともに、
前記導電ゴム組成体は、ジエン系ゴム１００重量部に対し、補強短繊維を導電材料で被覆してなる導電短繊維を２〜３０重量部を配合するとともに、前記トレッドゴム部の全体積に対する前記導電ゴム組成体の体積の割合を２％以上かつ２０％以下とし、
かつ前記補強繊維は、合成繊維、又は植物繊維であるパルプとし、
しかも前記導電材料は導電性ポリマーであることを特徴とするタイヤ。
【請求項２】
前記導電材料は、ポリピロール骨格又はポリアニリン骨格を有する化合物からなり、かつ前記補強短繊維は、ナイロン繊維又はパルプからなることを特徴とする請求項１記載の空気入りタイヤ。
【請求項３】
前記補強短繊維は、その繊維長Ｌと繊維径Ｄとの比であるアスペクト比Ｌ／Ｄを１０以上かつ２０００以下としたことを特徴とする請求項１又は２記載の空気入りタイヤ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タイヤの電気抵抗を損ねることなく耐摩耗性、低転がり抵抗性、ウェット性能をバランス良く向上させうる空気入りタイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術、及び発明が解決しようとする課題】
近年の自動車の低燃費化に対応して、転がり抵抗を減じた低燃費タイヤの開発が進められており、従来、このタイヤの転がり抵抗を低減するため、ゴム組成物中に配合される補強剤としてのカーボンブラックをシリカに置き換えることにより、ヒステリシスロスを低下させることが一般に行われている。
【０００３】
しかしカーボンブラックの配合量の減少は、タイヤの電気抵抗の増加を招き、静電気が車に蓄積されることによりラジオノイズ等の電波障害を引き起こすなど、多くの電気的誤動作の発生原因となっている。
【０００４】
このように、従来のタイヤ用ゴム組成物の導電性は、配合されるカーボンブラックと密接な関係があり、カーボンブラックの配合量を増やしたり、粒子径の小さいカーボンブラックを用いることは電気抵抗を低減するために効果的ではあるが、逆にヒステリシスロスが増加してしまうなど、低燃費化との両立を困難なものとしていた。
【０００５】
他方、ゴム組成物に導電性を付与するものとして、例えば帯電防止剤、導電性可塑剤、金属塩等の導電剤の使用が提案されているが、このものはその性能が使用環境に大きく依存する他、シリカ等の補強剤による補強性を低下させるという問題がある。
【０００６】
そこで本発明者は、特願平９−１２１０２７号において、補強短繊維を導電ポリマーで被覆してなる導電短繊維を、補強剤として使用した新規な導電ゴム組成体をトレッド部用ゴム組成物として提案した。この導電短繊維は、導電材料の使用量を最低限に抑えつつ導電性を最大限に発揮しうるため、補強性の過度の低下を招くことがなく、しかもカーボンブラックの配合量を低減しうるためヒステリシスロスの上昇を抑制し転がり抵抗を改善しながら電気抵抗を大巾に低減しうる等の利点がある。
【０００７】
しかしながら、前記導電短繊維は、シリカに比べ耐摩耗性、低転がり抵抗性、及びウエット性能を若干悪化する傾向にあり、従って、より高次元において、耐摩耗性、低転がり抵抗性、低電気抵抗性、及びウエット性能をバランス良く向上させ高性能のタイヤを提供するためには、導電ゴム組成体をトレッド部の一部に使用し、かつその使用量を必要な導電性を得るための最小限に止めることが必要となる。
【０００８】
すなわち本発明は、トレッドゴム部に、前記導電短繊維を用いた導電ゴム組成体からなりかつベルト層から立ち上がってトレッド面で露出する導電部を設け、しかもこのトレッドゴム部の全体積に対する導電ゴム組成体の体積の割合を２〜２０％とすることを基本として、より高いレベルにおいて、耐摩耗性、低転がり抵抗性、低電気抵抗性、及びウエット性能をバランス良く向上させうる空気入りタイヤの提供を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の空気入りタイヤは、スチールのベルトコードを有するベルト層の半径方向外側に、半径方向外表面がトレッド面をなすトレッド基体ゴムと、前記ベルト層から半径方向外方に前記トレッド基体ゴム中をのびかつ前記トレッド面で露出する導電ゴム組成体からなる導電部とからなるトレッドゴム部を配するとともに、
前記導電ゴム組成体は、ジエン系ゴム１００重量部に対し、補強短繊維を導電材料で被覆してなる導電短繊維を２〜３０重量部を配合するとともに、前記トレッドゴム部の全体積に対する前記導電ゴム組成体の体積の割合を２％以上かつ２０％以下とし、
かつ前記補強繊維は、合成繊維、又は植物繊維であるパルプとし、
しかも前記導電材料は導電性ポリマーであることを特徴としている。
【００１０】
なお前記導電材料としては、ポリピロール骨格又はポリアニリン骨格を有する化合物を用い、かつ補強短繊維としてナイロン繊維又はパルプを用いることが好ましい。
【００１１】
又前記補強短繊維は、その繊維長Ｌと繊維径Ｄとの比であるアスペクト比Ｌ／Ｄを１０〜２０００とするのが良い。
【００１２】
【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において、空気入りタイヤ１（以下タイヤ１という）は、本例では、乗用車用の空気入りタイヤであって、路面と接地するトレッド面２Ｓを有するトレッドゴム部２と、その両端からタイヤ半径方向内方にのびる一対のサイドウオール部３と、各サイドウオール部３のタイヤ半径方向内方端に位置するビード部４とを具える。又タイヤ１は、前記ビード部４、４間に架け渡されるカーカス６、及びこのカーカス６の半径方向外側かつトレッドゴム部２の内方に巻装される強靱なベルト層７によって補強されかつ必要なタイヤ剛性が付与される。
【００１３】
なお前記カーカス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、本例では内外２枚のカーカスプライからなり、前記トレッドゴム部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の廻りで折返されて係止される。
【００１４】
又前記ベルト層７は、スチールのベルトコードをタイヤ赤道Ｃに対して３０度以下、本例では例えば２４度の角度で配列した２枚以上のベルトプライ７Ａ、７Ｂからなり、ベルトコードがプライ間相互で交差することによってトラス構造を形成し、タガ効果を有してトレッド部２を補強している。
【００１５】
又前記トレッドゴム部２は、このベルト層７の外側に配され半径方向外表面がトレッド面２Ｓの主部をなすトレッド基体ゴム９と、下端がベルト層７に接しかつ前記トレッド基体ゴム９を貫通して半径方向外方にのびるとともに上端が前記トレッド面２Ｓと整一して露出する導電部１０とから形成される。
【００１６】
ここでトレッド基体ゴム９は、電気抵抗以外の特性である、耐摩耗性、低転がり抵抗性、ウエット性能を重視して設定された高性能ゴムであって、本例では、ゴム基材１００重量部中に、シリカを主補強剤として３０〜１００重量部、好ましくは４０〜７０重量部、さらに好ましくは４０〜６０重量部配合し、カーボンブラックを３０重量部以下、好ましくは１０重量以下、さらに好ましくは実質的に含まない絶縁性ゴムが採用される。なおゴム基材としては、例えば、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）、イソプレインゴム（ＩＲ）等のジエン系ゴムの一種若しくは複数種を組み合わせたものが使用でき、又要求により、硫黄、加硫促進剤、老化防止剤等の公知の添加剤が添加される。
【００１７】
他方、前記導電部１０は、図２に拡大して示すように、本例では、前記下端Ｐｄから上端Ｐｕまで略一定巾Ｗ１でのびる主部１１を有し、例えば接地圧が高いトレッド中央域、本例では、タイヤ赤道面上を円周方向に連続してのびる１本の円環状に形成される。又本例では、主部１１下端には、前記ベルト層７と例えば円弧等の曲線によって滑らかに接する巾広の根本部分１２が連なり、これによって、応力集中の緩和が図られるとともにベルト層７との接触面積を高め、静電気の流れが円滑化される。この時、根元部分１２の高さＨ２は、導電部１０の高さＨ１の２０％以下であり、又その最大巾Ｗ１ａは、主部１１の巾Ｗ１の１．２〜５倍程度が良い。
【００１８】
なおトレッドゴム部２には、前記導電部１０を避けた位置に円周方向の縦溝Ｇを有するトレッドパターンが形成されるが、横溝Ｙが導電部１０を横切ることによって、トレッド面２Ｓにおいて前記導電部１０が不連続となっても良い。
【００１９】
又２本以上複数本の円環状の導電部１０を形成しても良く、断面形状において、前記主部１１は、図３(A) 、(B) に示すように、トレッド面２Ｓに向かって巾を漸減又は漸増しながら立ち上がる先細又は先太のテーパー状とする他、図３(C) の如く中央にくびれ部１３Ａ又は膨出部１３Ｂを形成することもできる。この時、主部１１の最小巾Ｗ１ｂは、主部１１の下端巾Ｗ１ｅの１．０〜０．４倍の範囲が好ましい。なお導電部１０としては、前記根本部分１２を排除した主部１１のみで形成しても良い。
【００２０】
又この導電部１０は、ゴム基材１００重量部中に、補強短繊維を導電材料で被覆してなる導電短繊維の２〜３０重量部を配合した導電ゴム組成体１５で形成している。ゴム基材としては、前記トレッド基体ゴム９のゴム基材と同様、ジエン系ゴムの一種若しくは複数種を組み合わせたものが使用される。
【００２１】
又前記補強短繊維としては、ナイロン、レーヨン、ビニロン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、芳香族ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン等の合成繊維、セルロース等の植物繊維であるパルプを用いることができる。又繊維長Ｌは、１０〜６０００μｍの範囲とすることが、補強効果の点で望ましく、この範囲を外れると短繊維としての配向が妨げられ、分散も低下するため所望の性能が得られにくくなる。又繊維径Ｄは、細い方が導電性のために有利であるが、細すぎると、繊維が過度に絡み合って分散不良を発生させ、均一なゴム組成が得られ難くなる傾向となる。従って、繊維径Ｄに対する繊維長Ｌの比であるポアソン比Ｌ／Ｄは、１０〜２０００であることが好ましく、１０より小さいと配向や均一分散が難しく電気抵抗の低減が期待できない。又２０００を越えると、この補強短繊維が破壊核となって耐摩耗性を悪化させる。
【００２２】
又ゴム弾性を維持するために、有機繊維を用いることが望ましく、特にナイロン繊維及びパルプは、柔軟性に優れるとともに、強度が大であるため好ましい。
【００２３】
前記導電材料としては、ポリピロール、ポリアニリン、アルキレンオキサイドなど主鎖にπ電子共役を有する導電性ポリマー及び各種金属塩が使用できる。導電性ポリマーを用いる時には、ヨウ素、五フッ化砒素等の電子受容性物質あるいはカリウム、ナトリウム等の電子供与性物質を少量添加（ドーピング）して導電性をさらに高めたることが望ましい。なお補強短繊維との付着性を考慮したとき、導電性ポリマーを用いるのが好ましく、特にポリピロール骨格又はポリアニリン骨格を有する化合物は、導電性状態における総合的安定性に優れているため好適である。ここで「ポリピロール骨格有する化合物」及び「ポリアニリン骨格を有する化合物」とは、図４(A) 、(B) に示すように、ポリマー中の主鎖がピロール基１７Ａを結合してなるピロール鎖１７で形成された化合物、及びアニリノ基１８Ａを結合してなるアニリン鎖１８で形成された化合物を意味する。
【００２４】
又被覆方法は、特に限定されないが、導電性ポリマーの場合には、補強短繊維の存在下でモノマーを重合させて導電性ポリマーを形成する。より詳しくは、導電性ポリマーとしてポリピロールを使用するときには、塩化第二鉄六水和物（ＦｅＣｌ3 ・６Ｈ2 Ｏ）の水溶液中に、例えばナイロンである補強短繊維を入れ、撹拌分散させる。これに、ピロール水溶液を添加し、数時間撹拌して共役重合させた後、濾別する。次に、水及びメタノールで洗浄を充分繰り返した後、真空乾燥させポリピロールで被覆したナイロン繊維が得られる。
【００２５】
なお導電材料が仮に金属塩である場合の例として、電気メッキ、蒸着等の種々のメッキ処理技術を採用できる。
【００２６】
又導電材料の被覆量は、補強短繊維１００重量部に対して１重量部以下で充分な導電性を発揮させることができ、その時の被覆厚さは、０．０２〜０．１ｍｍ程度である。
【００２７】
このように、前記導電ゴム組成体１５は、導電材料を補強短繊維にコーティングしてなる導電短繊維をゴム基材に配合しているため、導電短繊維が適度に絡み合って網の目状の電気導通路が導電ゴム組成体１５中に確実かつ均一に形成される。その結果、導電材料を直接にゴム基材に配合するものに比して、遥かに低い導電材料の使用量で導電性を最大限に発揮でき、電気抵抗を大巾に低減しうる。
【００２８】
しかも導電材料は補強短繊維と一体化しているため、前記補強性低下の弊害に対する導電材料の寄与率自体も低減され、前記導電材料の使用量の削減と相俟って、補強性低下の弊害を抑制しうる。又この導電ゴム組成体１５は、カーボンブラックに比してヒステリシスロスを増加させることがなく、しかも補強短繊維による補強効果を有しているため、従来のカーボンブラックの添加を必要としない。
【００２９】
しかしながら、前記導電短繊維を３０重量部を越えて過度に配合した場合には、ゴムと導電短繊維との間のエネルギーロスが急増し、低転がり抵抗性を低下させるとともに、導電ゴム組成体１５における複素弾性率を高めて路面追従性を悪化するなどウエット性能を低下させる。従って、導電短繊維の配合量を３０重量部以下とするが必要であり、他方２重量部未満では、必要な導電性が得られ難い。なお前記導電短繊維のアスペクト比Ｌ／Ｄが２０００より大となる時にも、前述した耐摩耗性低下に加えて、導電短繊維相互の接触が増えてエネルギーロスを増加させる等の弊害が発生する。
【００３０】
前記導電ゴム組成体１５には、硫黄、加硫促進剤、老化防止剤等、カーボンブラック以外の公知の添加剤が配合でき、又シリカは、実質的に絶縁体でありかつヒステリシスロスを減じるため、前記導電短繊維と併用しうる。この時のシリカ配合量は、０〜７０重量部の範囲である。なお、導電ゴム組成体１５は、導電短繊維以外はトレッド基体ゴム９と同配合としても良い。
【００３１】
又前記トレッドゴム部２においては、前記トレッドゴム部２の全体積Ｖ０に対する前記導電ゴム組成体１５の体積Ｖ１の割合Ｖ１／Ｖ０は、２％以上かつ２０％以下であることが必要である。これにより、シリカを主配合としたトレッド基体ゴム９が有する優れた耐摩耗性、低転がり抵抗性、及びウエット性能を発揮しながら、必要な導電性を付与することができ、より高いレベルにおいてタイヤ性能をバランス化した高性能タイヤの提供が可能となる。
【００３２】
なお、前記体積割合Ｖ１／Ｖ０が２０％を越えると、トレッド基体ゴム９の性能に悪影響を及ぼし、耐摩耗性、低転がり抵抗性、及びウエット性能をそれぞれ低下させ、逆に２％未満の時、低電気抵抗性が不充分となる。
【００３３】
【実施例】
表１に示す配合ゴムをバンバリーミキサーを用いて約１５０℃で４分間混練りした後、得られた混練り物に、硫黄１．０重量部と加硫促進剤１．５重量部とを加えて二軸ロールにて８０℃で約４分間練り込んだ混合物をトレッド基体ゴムとして、又この混合物に導電短繊維を表２に示す仕様でさらに配合したものを導電ゴム組成体としてそれぞれ作成し、これらを用いたトレッドゴム部を有するタイヤサイズ１７５／７０Ｒ１３のタイヤを試作した。この時の加硫条件は、１７０゜Ｃ−１０分である。
【００３４】
この試供タイヤを用いて、低転がり抵抗性、耐摩耗性、ウエット性能及びタイヤ電気抵抗値を測定するとともに、前記導電ゴム組成体を加硫してなる試験片を用いて体積固有抵抗値を測定した。
【００３５】
この時、スチレン・ブタジエンゴムとしては住友化学（株）製のＳＢＲ１５００、シリカとしては日本シリカ製のニプシルＶＮ３、シランカップリング剤としてはデグッサ（株）製のＳｉ６９ (ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフェン)、プロセスオイルとしては出光興産（株）製のダイアナプロセスＰＳ３２、ワックスとしては大内新興化学社製のサンノックワックス、老化防止剤としては精工化学社製のオゾノン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)、ステアリン酸としては日本油脂（株）製の桐、亜鉛華としては東邦亜鉛製の銀嶺Ｒ、硫黄としては鶴見化学（株）製の硫黄、加硫促進剤としては大内新興化学社製のノクセラーＮＳを用いた。
【００３６】
導電短繊維Ａとしては導電材料がポリピロール樹脂、補強短繊維がナイロン繊維（繊維長５０μｍ、繊維径１６μｍ）の日本カーリット製のＪＣＰ１１３用い、導電短繊維Ｂとしては導電材料がポリアニリン樹脂、補強短繊維がパルプを用いた。
【００３７】
１．体積固有抵抗値：
前記既加硫の導電ゴム組成体を用いて１５ｃｍ四方、厚さ２ｍｍの試料片を作成し、ADVANTESTR8340A の電気抵抗測定器を用いて体積固有抵抗値を測定した。印加電圧は５００Ｖ、気温２５℃、湿度は５０％で測定した。結果を表１に示す。Log σＶが１２以下が好ましい。
【００３８】
２．低転がり抵抗性：
神戸機械( 株) 製の転がり抵抗試験機を用い、前記試供タイヤを、標準リムＲにリム組しかつ空気圧２００ｋｐａ、時速８０km／ｈ、荷重３４５kgで走行させて転がり抵抗を測定し、比較例１を１００とした指数で表示した。指数の大きい方が転がり抵抗が小さく良好である。
【００３９】
３．耐摩耗性：
前記試供タイヤを、標準リムＲ、空気圧２００ｋｐａで、乗用車両に装着し高速道路と一般道路とをミックスして、後継３万ｋｍ走行した時点で、トレッド溝の残高を測定し、比較例１を１００とした指数で表示した。指数の大きい方が耐摩耗性に優れ良好である。
【００４０】
４．ウエット性能：
試供タイヤを装着した前記乗用車両を用い、低摩擦係数のタイルを敷き詰めたテストコースにて、水を散布した後、円旋回してスリップする時の最高速度を測定し、比較例１を１００とした指数で表示した。指数の大きい方がウエット性能に優れ良好である。
【００４１】
５．タイヤ電気抵抗：
前記試供タイヤを、標準リムＲに空気圧２００ｋｐａでリム組した状態で、ドイツの WDK、 Blatt ３で規定される「荷重下でのタイヤ電気抵抗の測定手順」に基づき測定された。すなわち、図５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、前記リム組みタイヤ１を、荷重４５０ｋｇで垂直に接地させ、標準リムＲの中央部と鋼板３１との間の電気抵抗を、印可電圧５００ボルトの抵抗測定器３２を用いて測定する。測定時の気温２５℃、湿度は５０％であった。Log Ωが８以下が好ましい。
【００４２】
【表１】
0003706461.tif 000002
【００４３】
【表２】
0003706461.tif 000003
【００４４】
表２に示すように、導電短繊維の配合量が２重量部未満では、導電ゴム組成体自体の電気抵抗が改善されず、又３０重量部を越えると、低転がり抵抗性及びウエット性能の悪化が著しくなるのがわかる。又導電短繊維を２〜３０重量部配合した導電ゴム組成体では、その体積比Ｖ１／Ｖ０が２〜２０％の範囲において、必要な導電性（低電気抵抗性）を発揮しながら、低転がり抵抗性、耐摩耗性、ウエット性能を高いレベルで維持することができるのがわかる。なお２％未満では、タイヤ全体としての導電性改善効果が見込まれず、２０％を越えると、導電ゴム組成体の影響がでて低転がり抵抗性、耐摩耗性、ウエット性能をそれぞれ悪化する。
【００４５】
【発明の効果】
叙上の如く本発明は、導電短繊維を配合した導電ゴム組成体からなる導電部をベルト層からトレッド面まで立ち上げ、しかも導電ゴム組成体の体積をトレッドゴム部の全体積の２〜２０％に制限しているため、トレッド基体ゴムが有する導電性以外の特性を損ねることなく、トレッドゴム部に必要な導電性を付与できる。その結果、より高いレベルにおいて、耐摩耗性、低転がり抵抗性、低電気抵抗性、及びウエット性能をバランス良く向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のタイヤの断面図である。
【図２】導電部を拡大して示す断面図である。
【図３】  (A) 、(B) 、(C) は、導電部の他の例を示す断面図である。
【図４】  (A) は、ピロール鎖を示す化学式であり、(B) はアニリン鎖を示す化学式である。
【図５】タイヤ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  トレッドゴム部
２Ｓ  トレッド面
７  ベルト層
９  トレッド基体ゴム
１０  導電部
１５  導電ゴム組成体
【図１】
0003706461.tif 000004
【図２】
0003706461.tif 000005
【図３】
0003706461.tif 000006
【図４】
0003706461.tif 000007
【図５】
0003706461.tif 000008