JP2001039104A - スタッドレスタイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 氷雪路面での粘着、凝着摩擦と掘り起こし摩
擦、ひっかき摩擦および耐摩耗性を同時に向上、あるい
はバランスさせた氷雪上性能に優れたタイヤを提供す
る。 【解決手段】 ジエン系ゴムに、平均繊維径が１〜１０
０μｍ、平均長さが０．１〜５ｍｍの非金属短繊維をト
レッド厚さ方向に配向するように分散させ、２５℃で測
定したそのトレッド厚さ方向の複素弾性率Ｅ１とタイヤ
周方向の弾性率Ｅ２の比が、１．１≦Ｅ１／Ｅ２≦４で
あり、かつ−１０℃で測定したときのトレッドゴム硬度
が４５〜７５度であるトレッドを使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、とくに雪上および
氷上性能に優れたタイヤに関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従
来、積雪寒冷地において冬時期に自動車が走行する場合
には、タイヤにスパイクを打ち込んだスパイクタイヤを
用いるか、またはタイヤの外周にタイヤチェーンを装着
して雪上・氷上路面での安全を確保していた。しかしな
がら、スパイクタイヤまたはタイヤチェーンを装着した
タイヤでは、道路の摩耗や損傷が発生しやすく、またそ
れが粉塵となって公害を引き起こし大きな環境問題とな
っていた。そこで、このような安全問題と環境問題を解
決するために、スタッドレスタイヤが広く普及してい
る。

【０００３】このスタッドレスタイヤの氷雪上性能を向
上させる技術としては、たとえば特開平４−１１０２１
１号公報にあるように、氷上での摩擦力向上のため、す
なわち低温での粘着、凝着摩擦力を向上させるために、
低温特性のよい、すなわち低温でもしなやかなゴム化合
物に、たとえばセルロース短繊維のような非金属短繊維
を配合し、トレッド部のブロック部表面に沿って短繊維
が配向することによるブロック部の表面、あるいは壁面
と内部のゴムの弾性率の違いによりタイヤブロック部の
剛性を制御して、路面との粘着、凝着摩擦力を上げる試
みがなされている。しかしながら、一般に短繊維をトレ
ッドゴムに配合し、押出方式にて成型した場合には、配
合された短繊維は押し出し方向、すなわちタイヤ周方向
にそって配向し、タイヤに成型加硫した場合には、路面
に接地するトレッドゴムの大部分は短繊維がタイヤ周方
向に配向し、これによりゴム表面は補強されて硬くな
り、路面の凹凸に接地する際には逆に接地性が悪くな
る。

【０００４】また、短繊維の大部分はタイヤ周方向に配
向しており、掘り起こし、ひっかき摩擦に対する効果は
充分ではなく、さらに多量に配合すると耐摩粍性が低下
するという問題が生じる。

【０００５】また、特開平２−２７４６０２号公報に
は、棒状の粒子形状を有する、比較的大きい粒子の粉体
または短繊維を、トレッドの周方向ではなく厚さ方向に
配向させたスタッドレスタイヤとその製造方法の技術が
開示されている。これは氷雪路面を粒子粉体、短繊維に
よるひっかき、掘り起こし摩擦を向上させる技術である
が、掘り起こし効果のために短繊維、粒子粉体をトレッ
ドゴム表面より突出させる必要がある。開示されている
実施例では鋼短繊維を使用しているが、金属のように硬
い短繊維を配合した場合には、ゴムが硬くなると同時に
耐摩耗性がゴムと金属で大幅に異なり、突出した金属短
繊維が路面とのゴムの接触を妨げることによる接触面積
の低下により、粘着、凝着摩擦力の減少を引き起こし、
氷雪路性能が劣ることになる。

【０００６】このように、氷雪路面での粘着、凝着摩擦
と掘り起こし摩擦、ひっかき摩擦および耐摩耗性を同時
に向上、あるいはバランスさせた氷雪上性能に優れたタ
イヤは未だ存在しないのが現状である。

【０００７】本発明は、このような問題点を解決するこ
とを目的として行われたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、ジ
エン系ゴムに、平均繊維径が１〜１００μｍ、平均長さ
が０．１〜５ｍｍの非金属短繊維をトレッド厚さ方向に
配向するように分散させ、２５℃で測定したそのトレッ
ド厚さ方向の複素弾性率Ｅ１とタイヤ周方向の弾性率Ｅ
２の比が、１．１≦Ｅ１／Ｅ２≦４であり、かつ−１０
℃で測定したときのトレッドゴム硬度が４５〜７５度で
あるトレッドを有するスタッドレスタイヤ（請求項
１）、前記非金属短繊維が非金属無機短繊維である請求
項１記載のスタッドレスタイヤ（請求項２）、および前
記非金属無機短繊維がグラスファイバーまたはカーボン
ファイバーである請求項２記載のスタッドレスタイヤ
（請求項３）に関する。

【０００９】

【発明の実施の形態】非金属短繊維をタイヤトレッドの
厚さ方向に配向させることにより、タイヤと路面との粘
着、凝着摩擦と掘り起こし、ひっかき摩擦を向上させ
て、またはバランスさせて氷雪上性能を大幅に改善する
ことが可能となった。

【００１０】非金属短繊維をトレッド厚さ方向に配向さ
せることにより、タイヤトレッドゴム表面は短繊維の配
向方向の影響はなくなり、路面の凹凸に追随する柔らか
さを保ち粘着、凝着摩擦を改善する。また、タイヤ表面
には厚さ方向に配向した非金属短繊維により、局部的に
接地圧が高い部分が作り出される。これにより、たとえ
ばタイヤ空転時に凍結路面とタイヤ表面の間に発生する
水膜を押しのけ、粘着、凝着摩擦を改善するとともに、
掘り起こし、ひっかき摩擦をも同時に向上させることを
見いだした。

【００１１】本発明では、特定の種類と形状の短繊維を
トレッドゴムに配合し、そのトレッドゴムを用いたタイ
ヤのトレッド厚さ方向と周方向の弾性率の比を特定する
ことで、粘着、凝着摩擦、掘り起こし摩擦を向上させ、
とくに、氷雪上走行性能が大幅に優れた空気入りタイヤ
が提供される。

【００１２】配合する短繊維の径は１〜１００μｍが好
ましく、３〜５０μｍがより好ましい。短繊維の径が１
μｍより小さい場合、トレッド厚さ方向に配向した短繊
維がトレッド表面に作り出す接地圧の高い部分を、短繊
維断面積が小さいことにより充分に作り出すことができ
ない。一方、１００μｍより大きい場合、凍結路面とタ
イヤトレッド表面の水膜を押しのける働きが劣るため、
粘着、凝着摩擦が充分に働かない。

【００１３】短繊維の長さは０．１〜５ｍｍであること
が好ましく、０．１〜３ｍｍであることがより好まし
い。短繊維の長さが０．１ｍｍより繊維長が短い場合、
走行により短繊維がトレッド面から脱落しやすくなり、
水膜を押しのける効果が低下する。一方、５ｍｍより長
い場合、短繊維を分散させ配向させにくくなり、ゴムの
加工性が低下する。

【００１４】本発明で使用するジエン系ゴムとしては、
たとえば天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエ
ンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、アクリロ
ニトリルブタジエンゴムなどがあげられる。

【００１５】トレッド厚さ方向の複素弾性率Ｅｌとトレ
ッドのタイヤ周方向の複素弾性率Ｅ２の比は１．１〜４
が好ましく、１．２〜３．５がより好ましい。１．１よ
り小さい場合、接地面に接地圧の高い部分を充分に形成
できない。その結果、トレッド面と接地面の間の水膜を
除去する効果が小さくなり、粘着、凝着摩擦、ひっか
き、掘り起こし摩擦は改善されない。また、Ｅｌ／Ｅ２
が４より大きい場合、タイヤのトレッドブロックの剛性
が高くなりすぎて、トレッドゴム表面を氷雪路面に追随
させることができなくなり、粘着、凝着摩擦が低下す
る。

【００１６】短繊維の材質としては、路面を傷つける恐
れがなく、ゴムと摩耗速度の差が小さい非金属短繊維が
トレッドと氷雪路面の接地を確保するのに適している。
また、非金属短繊維としては、非金属無機短繊維が好ま
しい。さらに、ゴムを混練りする過程で適度な長さに折
れて、短くなるグラスファイバーまたはカーボンファイ
バーが、分散および配向させやすく、複素弾性率の比が
適度なゴムが得られやすいので好ましい。

【００１７】−１０℃で測定したときのトレッドゴム硬
度は４５〜７５度が好ましく、４５〜６０度がより好ま
しい。−１０℃の硬度が４５度より小さい場合、常温に
おけるゴムが柔らかくなりすぎ、たとえば乾燥路面での
操縦安定性がわるくなる。一方、７５度より大きい場
合、ゴムそのものが硬くなりすぎ、トレッドゴム表面と
氷雪路面との接地性が劣り氷雪路性能が劣る。ここで、
トレッドゴム硬度とは、トレッド厚さ方向の硬度をい
う。

【００１８】非金属短繊維は、ジエン系ゴム１００重量
部に対して、２〜２８重量部であることが好ましく、３
〜２０重量部であることがより好ましい。２重量部より
小さい場合、トレッド表面に接地圧を形成する短繊維の
量が少なくなり、水膜を除去する効果が十分でなく、一
方、２８重量部より大きい場合、トレッドブロック剛性
が高くなりすぎて、トレッドゴム表面を氷雪路面に追随
させることができなくなり、粘着、凝着摩擦が低下す
る。

【００１９】トレッドの形成方法としては、通常用いら
れる押し出し方式が用いられる。単純に押し出してトレ
ッドを形成した場合には、図１（ａ）に示すように、短
繊維はトレッド周方向に配向する。一方、図２に示すよ
うに、カレンダーロールによって短繊維を含有するゴム
組成物を圧延加工し、得られたシートを折りたたむこと
によって、図１（ｂ）に示すような短繊維がトレッド周
方向に配向したタイヤを製造することができる。

【００２０】

【実施例】つぎに本発明を実施例に基づいてさらに詳し
く説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。

【００２１】実施例および比較例で使用した原料、およ
び得られたタイヤの評価方法を、以下にまとめて示す。

【００２２】 天然ゴム ：ＲＳＳ♯３グレード ハイシスポリブタジエン：宇部興産（株）製、ＵＢＥＰＯＬ ＢＲ１５０Ｂ ＳＢＲＮ９５２１ ：日本ゼオン（株）製、ニッポール９５２１ ＳＢＲ１５０２ ：住友化学（株）製、ＳＢＲ１５０１ Ｎ２２０ ：昭和キャポット（株）製、ショウブラックＮ２２０ シリカ ニプシルＶＮ３：日本シリカ（株）製、ニプシルＶＮ３ パラフィンオイル ：出光興産（株）製、ダイアナプロセスオイル ワックス ：大内新興化学（株）製、サンノックＮ 老化防止剤 ：大内新興化学（株）製、ノクラック６Ｃ ステアリン酸 ：日本油脂（株）製、ステアリン酸 亜鉛華 ：三井金属工業（株）製、酸化亜鉛２種 グラスファイバー ：平均繊維径１１μｍ、カット長さ３ｍｍ カーボンファイバー ：平均繊維径１４．５μｍ、カット長さ６ｍｍ シランカップリング剤 ：デグサ社製、Ｓｉ６９（ビス（３−トリエトキシシリ ルプロピル）テトラスルファイド） イオウ ：鶴見化学（株）製、粉未イオウ 加硫促進剤 ：大内新興化学（株）製、ノクセラーＣＺ

【００２３】（ゴム中の短繊維の平均長さ）未加硫の状
態のゴムをメチルエチルケトン、ナフサ、ヘキサンなど
の溶剤に溶解させた後の不溶物に含まれるの繊維の長さ
を２０本測定し、その平均値を平均長さとした。

【００２４】（複素弾性率）所定の測定条件（温度２５
℃、測定周波数１０Ｈｚ、初期歪み１０％、動歪み１
％）で、岩本製作所製粘弾性スペクトロメーターを用い
て測定した。なお、サンプルは厚さ１．０ｍｍ、幅４ｍ
ｍ 長さ５ｍｍの形状のゴム片を、タイヤトレッド部か
ら切り出して測定に使用した。

【００２５】（氷上制動性能） タイヤサイズ１９５／６５Ｒ１５ テスト車両は国産２０００ＣＣのＦＲ車にて氷板上で時
速３０ｋｍ／ｈからの制動停止距離を測定し、比較例１
をリフェレンスとして、下記式から計算した。 （比較例１の制動停止距離）÷（停止距離）×１００ 指数が大きいほど、氷上制動性能は良好である。なお、
テスト実施前にタイヤの表面のならし走行を、おのおの
２００ｋｍ実施した。

【００２６】（耐摩耗性）タイヤサイズ１９５／６５Ｒ
１５にて国産ＦＦ車に装着し走行距離４０００ｋｍ後の
タイヤトレッド部の溝深さを測定し、タイヤ溝深さが１
ｍｍ減るときの走行距離を算出し下記の式により指数化
した。 （１ｍｍ溝深さが減るときの走行距離）÷（比較例１の
タイヤ溝が１ｍｍ減るときの走行距離）×１００ 指数が大きいほど、耐摩耗性が良好である。

【００２７】（ゴム硬度）ＪＩＳ Ａに準じて−１０℃
の雰囲気下にて測定した。 実施例１〜２および比較例１〜５ 表１に示すゴム組成物を使用して、通常用いられる押し
出し方式で短繊維をトレッド周方向に配向させたもの、
または図２に示す方法で短繊維をトレッド厚さ方向に配
向させたものを作製した。なお、図２に示す方法では、
厚さ１ｍｍ、幅１．５ｍでカレンダーロールにて圧延加
工された短繊維が配合されたゴム組成物を用いて、折り
返しを繰り返し、図に示されるようなトレッドを形成し
た。

【００２８】得られたタイヤを用いて、前記評価を行っ
た。結果を表１に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】実施例１、２は特許請求範囲の短繊維を配
合し、トレッド厚さ方向に短繊維を配向させるために、
図２に示すトレッド作成方法に基づいて厚さ１ｍｍのゴ
ムシートを折り重ねて形成したタイヤトレッドを用いて
試作したタイヤのテスト結果である。

【００３１】短繊維を配合していないトレッドを用いた
比較例１、２、短繊維を用いているがトレッドの厚さ方
向に短繊維が配向しておらずタイヤ厚さ方向の複素弾性
率とタイヤ周方向の複素弾性率が特許請求の範囲からは
ずれる比較例３、短繊維はトレッド厚さ方向に配向して
いるが複素弾性率が特許請求範囲からはずれる比較例
４、−１０℃のトレッド硬度が特許請求範囲からはずれ
る比較例５は氷雪上性能、耐摩耗性が実施例より劣って
いることがわかる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、氷雪路面での粘着、凝
着摩擦と掘り起こし摩擦、ひっかき摩擦および耐摩耗性
を同時に向上させた、あるいはバランスさせた氷雪上性
能に優れたタイヤを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】タイヤトレッドの断面図である。

【図２】本発明のトレッドの作製方法を表す説明図であ
る。

【符号の説明】

１ タイヤトレッド ２ 非金属短繊維 ３ ゴム組成物 ４ ゴムシート ５ ロール Ａ 非金属短繊維の配向方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 武 大阪府豊中市千里園１−８−17 Ｆターム(参考） 4F071 AA11 AA12 AA13 AB03 AB28 AF20Y AH08 BC05 BC10 4J002 AC011 AC031 AC061 AC071 AC081 AC091 DA016 DL006 FA046 GN01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ジエン系ゴムに、平均繊維径が１〜１０
   ０μｍ、平均長さが０．１〜５ｍｍの非金属短繊維をト
   レッド厚さ方向に配向するように分散させ、２５℃で測
   定したそのトレッド厚さ方向の複素弾性率Ｅ１とタイヤ
   周方向の弾性率Ｅ２の比が、 １．１≦Ｅ１／Ｅ２≦４ であり、かつ−１０℃で測定したときのトレッドゴム硬
   度が４５〜７５度であるトレッドを有するスタッドレス
   タイヤ。
2. 【請求項２】 前記非金属短繊維が非金属無機短繊維で
   ある請求項１記載のスタッドレスタイヤ。
3. 【請求項３】 前記非金属無機短繊維がグラスファイバ
   ーまたはカーボンファイバーである請求項２記載のスタ
   ッドレスタイヤ。