JP2001253214A - タイヤ用スパイクピン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】氷雪路面走行時には制動性能に優れると共に一
般路面走行時には路面の損傷を防止できるタイヤ用スパ
イクピンの提供。 【解決手段】５％の圧縮変位をもたらす圧縮応力値が０
℃〜２０℃の温度領域で２．５ＭＰａ以上３０ＭＰａ以
下および０℃〜−２０℃の温度領域で２．５ＭＰａ以上
であり、かつ２０％の圧縮変位をもたらす圧縮応力値が
２０℃以上の温度領域で１．２ＭＰａ以上２０ＭＰａ以
下である組成物で、少なくとも一部を構成すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、氷雪路面走行時に
は制動性能（グリップ力）に優れ、一般路面（舗装路
面）走行時には路面の損傷を防止できるタイヤ用スパイ
クピンに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、積雪路面や凍結路面（氷結路面）
用のタイヤとして、トレッドに金属製のスパイクピンを
埋め込んだスパイクタイヤが使用されてきた。しかし、
このスパイクタイヤでは、氷雪路面の走行には適するが
一般路面の走行に際し硬い金属のスパイクが路面を削
り、粉塵公害をもたらすという問題があり、日本をはじ
め世界的にその使用が禁止される方向に進んでいる。

【０００３】そこで、走行時に一般路面を削ることな
く、かつ氷雪路面で滑ることのないゴム等からなる非金
属製スパイクピンを埋め込んだスパイクタイヤが提案さ
れている。

【０００４】しかしながら、非金属製スパイクピンは一
般に「常温で軟らかく、氷点下で硬化する」物性を有す
るものであるが、従来の非金属製スパイクピンでは氷点
下で徐々に硬化するため、図５に示すように、スパイク
ピン１と、タイヤのトレッド面２に設けたスパイクピン
用穴の内壁面との間に、積雪路面走行に際してスパイク
ピンを冷却するための雪が充填される隙間を設けている
ので、その隙間によってスパイクピン１が座屈し易くな
り、氷雪路面走行時の制動性能（グリップ力）が低下す
るという問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、氷雪
路面走行時には制動性能に優れると共に一般路面走行時
には路面の損傷を防止できるタイヤ用スパイクピンを提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のタイヤ用スパイ
クピンは、その少なくとも一部が、５％の圧縮変位をも
たらす圧縮応力値が０℃〜２０℃の温度領域で２．５Ｍ
Ｐａ以上３０ＭＰａ以下および０℃〜−２０℃の温度領
域で２．５ＭＰａ以上であり、かつ２０％の圧縮変位を
もたらす圧縮応力値が２０℃以上の温度領域で１．２Ｍ
Ｐａ以上２０ＭＰａ以下である組成物で構成されること
を特徴とする。

【０００７】このように５％の圧縮変位をもたらす圧縮
応力値を０℃〜−２０℃の温度領域で２．５ＭＰａ以上
にしたことにより、スパイクピンが０℃以下で一気に硬
くなり、かつ氷雪路面走行時にスパイクピンに氷層を破
壊するに足る硬さを与えることができるので、従来にお
けるようにスパイクピンとトレッドのスパイクピン用穴
の内壁面との間に隙間を設けなくてもよいから、氷雪路
面走行時の制動性能を向上させることが可能となる。

【０００８】また、５％の圧縮変位をもたらす圧縮応力
値を０℃〜２０℃の温度領域で２．５ＭＰａ以上３０Ｍ
Ｐａ以下にすると共に２０％の圧縮変位をもたらす圧縮
応力値を２０℃以上の温度領域で１．２ＭＰａ以上２０
ＭＰａ以下にしたことにより、スパイクピンが０℃超で
一気に軟らかくなるので、一般路面（舗装路面）走行時
にスパイクピンが路面を損傷することがない。

【０００９】ここで、５％の圧縮変位をもたらす圧縮応
力値および２０％の圧縮変位をもたらす圧縮応力値は、
それぞれ、ＪＩＳ Ｋ−６２５４（加硫ゴムの低変形に
おける応力・ひずみ試験方法）に準拠したものである。

【００１０】「５％の圧縮変位をもたらす圧縮応力値を
０℃〜−２０℃の温度領域で２．５ＭＰａ以上」にする
と、スパイクピンの０℃でのショアーＡ硬度が９８〜１
００となる。１００超では、計測限界点１００を超える
値となる。また、「５％の圧縮変位をもたらす圧縮応力
値を０℃〜２０℃の温度領域で２．５ＭＰａ以上３０Ｍ
Ｐａ以下にすると共に２０％の圧縮変位をもたらす圧縮
応力値を２０℃以上の温度領域で１．２ＭＰａ以上２０
ＭＰａ以下」にすると、スパイクピンの２０℃でのショ
アーＡ硬度が５５〜９５となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１に本発明のタイヤ用スパイク
ピンの一例を示す。図１において、スパイクピン１はタ
イヤのトレッド面２に設けたスパイクピン用穴の底部に
固定される鍔状のベース部４とこのベース部４からトレ
ッド面２側に突設されるピン部５からなる。

【００１２】ベース部４の底部には、少なくともピン部
５に対応する部分が反トレッド面側に突出する出っ張り
部６を設けることが好ましい。出っ張り部６を設けない
場合には、走行中にベース部４側根元７に応力が集中し
てベース部４が破壊されることがあるので、出っ張り部
６を設けてその応力を分散させるためである。出っ張り
部６の形状は、逆三角錐状であっても逆半球状であって
もいずれでもよい。出っ張り部６は、ベース部４および
ピン部５と同じ材料で構成される。

【００１３】ピン部５の形状は、いずれでもよく、例え
ば、図１に示されるようにベース部４からトレッド面２
方向に行くにつれて徐々に径が小さくなる円柱状でよ
く、また、図２に示されるように内部に長手方向に空洞
８を有する中空円筒体（いわゆるマカロニ円筒体）であ
ってもよい。

【００１４】本発明では、ベース部４とピン部５からな
るスパイクピン１の少なくとも一部を、５％の圧縮変位
をもたらす圧縮応力値を０℃〜２０℃の温度領域で２．
５ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下および０℃〜−２０℃の温
度領域で２．５ＭＰａ以上（好ましくは２．５ＭＰａ以
上５０ＭＰａ以下）に、かつ２０％の圧縮変位をもたら
す圧縮応力値を２０℃以上の温度領域で１．２ＭＰａ以
上２０ＭＰａ以下（より好ましくは３．５ＭＰａ以下）
に定めた組成物で構成している。

【００１５】２０％の圧縮変位をもたらす圧縮応力値を
２０℃以上の温度領域で２０ＭＰａ以下にすることによ
り、舗装路面走行時にスパイクピンの座屈が２０％以上
生じることになり、この弾性的変形は舗装路面とタイヤ
接地面間で発現されるのでスパイクピン１が路面を削ら
ない目安となる数値である。

【００１６】組成物をこのように定めるには、この組成
物を構成する成分の種類およびその量を適宜勘案するこ
とによればよい。なお、上記の圧縮応力値は、この組成
物の架橋後の値である。５％の圧縮変位をもたらす圧縮
応力値および２０％の圧縮変位をもたらす圧縮応力値を
上記のように定めることにより、組成物の硬さが０℃を
境として一気に変化するようになる。

【００１７】この組成物の構成成分としては、例えば、
エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリノルボーネン、ア
クリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）などのゴム
を挙げることができる。

【００１８】また、この組成物に繊維素材を配合した複
合物をスパイクピンの少なくとも一部に用いるようにし
てもよい。例えば、図３に示すように、この複合物を芯
棒材としてピン部５のトレッド面方向先端部にこの芯棒
材を部分的に埋め込んで突出部９を形成してもよい。突
出部９では繊維素材がピン部５の長手方向に沿って複合
化しているため、氷雪路面でいっそうグリップ力を高め
ることができる。突出部９を除くピン部５には、通常の
非金属製スパイクピンに用いるゴムを用いても上記の組
成物を用いてもいずれでもよい。大型タイヤやリフト用
タイヤなどの場合には、スパイクピンが荷重に耐えるよ
うにするために、その外形を太くして図４に示すように
ピン部５のトレッド面方向先端部からベース部４に亘っ
て芯棒材を埋め込むようにするのがよい。このように芯
棒材を埋め込まない場合には、砕氷効果を発現できない
からである。図４に示すように埋め込む場合の芯棒材の
太さは、１．５ｍｍ以上５ｍｍ以下とするのがよい。

【００１９】上記の繊維素材としては、例えば、ガラス
繊維、シリカ繊維、炭素繊維、ウイスカー、芳香族ポリ
アミド繊維、加工した金属線、無機質繊維、線状高分子
の不織布等、繊維構造を有するものであり、最も好まし
いものは、ヤング率、剛性率の極限強度が大であって、
耐磨耗性に優れた材質から選ばれる。

【００２０】つぎに、本発明のスパイクピンに用いる組
成物の配合例（エポキシ樹脂組成物）を表１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】この配合例の組成物を常法により硬化せし
め、ＪＩＳ Ｋ−６２５４に準拠してその圧縮応力値を
測定したところ、５％の圧縮変位をもたらす圧縮応力値
が０℃〜２０℃の温度領域で３０〜７ＭＰａおよび−１
℃〜−２０℃の温度領域で５０ＭＰａであり、かつ２０
％の圧縮変位をもたらす圧縮応力値が２０℃以上の温度
領域で７ＭＰａであった。また、この組成物についてエ
ポキシ基反応率６８％、８２％、８５％、９３％、９８
％の場合の温度と引張弾性率（ｄｙｎ／ｃｍ²）との関
係を図６に示す。

【００２３】図６から判るように、０℃を境として硬さ
（引張弾性率）が一気に変化している。すなわち、０℃
以下で一気に硬くなり、０℃超で一気に軟らかくなるこ
とが判る。このように、エポキシ樹脂組成物は、固有の
０℃を境に引張弾性率Ｅが急激に変化する性状を有する
が、特に反応率６８％では、常温時において、引張弾性
率Ｅは１０⁷ と低く弾性に富み、且つ，網目構造架橋率
も高く、高強度なゴム的性状を示す。すなわち，氷点０
℃を境に露出を破壊しない弾性と氷砕剛性に応答する。
また、配合添加物として、弁柄などの金属酸化物やセラ
ミックス類は、カップリング剤とマトリックス間で強固
に反応すると共に、無機質繊維および合成繊維とも結合
するので、耐磨耗を著しく改善する。また、金属（無機
質）類と高分子間との摩擦では、高分子は摩擦熱によっ
て高分子表面に焼き付き、しかも摩擦面に平行なせん断
力を受けることとなり、その破壊は高分子層内で行われ
る。このせん断破壊抵抗値は摩擦抵抗値として測定され
るが、氷上では，摩擦熱を発せず、表面の焼き付き凹凸
粒子は摩擦抵抗を生み、反対に舗装路面では摩擦熱で軟
化また融解された高分子層が表面に位置し、舗装面に存
在する石材粒子も焼付き高分子に内包されるので、摩擦
は著しく低減される一方、反対に氷上では摩擦材として
付加機能するので、氷に対する脆性破壊を呈し易くなり
砕氷効果が向上する。

【００２４】表１の配合例の組成物と前述の繊維素材と
混合する場合には、その組成物を撹拌機で混合すると粘
著な液状物が得られる。この混合物を繊維素材に含浸せ
しめ、任意の太さ及び形態に成形する。さらに、乾燥し
た成形品の硬化条件として、１次：８０℃×２時間およ
び２次：１８０℃×６時間の加熱処理を呈する。このエ
ポキシ基反応率は６８％に達する。このようにして得ら
れた芯棒材は、繊維と樹脂と弁柄粒子が互いに絡み合う
複合形態となり、常温では可撓性、屈曲性に富んだ棒状
物となるが、しかし、縦方向には繊維構造によって、伸
びは著しく制御される。この棒状物をスパイクピンの先
端部に用いるとその先端部における摩擦、磨耗（破壊）
作用に好都合なものとなる。すなわち、繊維が弾性物の
運動を制御する形となり、タイヤのスチールやプライ布
の役割を果たし、動的破壊を免れる構造体となる。

【００２５】

【実施例】 表２に示す配合の組成物を作製し、この
組成物につき、ＪＩＳ Ｋ−６２５４に準拠してその圧
縮応力値を測定したところ、５％の圧縮変位をもたらす
圧縮応力値が０℃〜２０℃の温度領域で２．５〜４．５
ＭＰａおよび０℃〜−２０℃の温度領域で２．５〜３
３．５ＭＰａであり、かつ２０％の圧縮変位をもたらす
圧縮応力値が２０℃以上の温度領域で１．２ＭＰａであ
った。

【００２６】また、この組成物の温度と引張弾性率Ｅと
の関係をみたところ、０℃以下で一気に硬くなり、０℃
〜−５℃で引張弾性率Ｅがほぼ１０¹⁰ｄｙｎ／ｃｍ² と
なり、０℃超で一気に軟らかくなる（引張弾性率Ｅが０
℃で１０⁹ ｄｙｎ／ｃｍ² 、５℃で１０⁸ ｄｙｎ／ｃｍ
² ）ことが判った。

【００２７】表２に示す配合の組成物の温度と引張弾性
率との関係を図７に示す。

【００２８】

【表２】

【００２９】 表３に示す配合の組成物を作製し、こ
の組成物につき、ＪＩＳ Ｋ−６２５４に準拠してその
圧縮応力値を測定したところ、５％の圧縮変位をもたら
す圧縮応力値が０℃〜２０℃の温度領域で２．５〜６．
６ＭＰａおよび０℃〜−２０℃の温度領域で６．６〜２
２．４ＭＰａであり、かつ２０％の圧縮変位をもたらす
圧縮応力値が２０℃以上の温度領域で１０．９ＭＰａで
あった。

【００３０】また、この組成物の温度と引張弾性率Ｅと
の関係をみたところ、０℃近辺で傾斜的に硬くなり、０
℃〜−５℃で引張弾性率Ｅが１０⁸ 〜１０⁹ ｄｙｎ／ｃ
ｍ²を示し、−２０℃でほぼ引張弾性率Ｅが１０¹⁰ｄｙ
ｎ／ｃｍ² を示す。０℃以上では１０⁸ ｄｙｎ／ｃｍ²
プラス台の半硬質の弾性性状を示す。

【００３１】表３に示す配合の組成物の温度と引張弾性
率との関係を図８に示す。

【００３２】

【表３】

【００３３】 表４に示す配合の組成物を作製し、こ
の組成物につき、ＪＩＳ Ｋ−６２５４に準拠してその
圧縮応力値を測定したところ、５％の圧縮変位をもたら
す圧縮応力値が０℃〜２０℃の温度領域で１３．９〜２
９ＭＰａおよび０℃〜−２０℃の温度領域で２９〜３４
ＭＰａであり、かつ２０％の圧縮変位をもたらす圧縮応
力値が２０℃以上の温度領域で２６．９ＭＰａであっ
た。

【００３４】また、この組成物の温度と引張弾性率Ｅと
の関係をみたところ、０℃近辺で傾斜的に硬くなり、０
℃〜−５℃で引張弾性率Ｅが１０⁹ ｄｙｎ／ｃｍ² を示
し、−２０℃で引張弾性率Ｅがほぼ５．５Ｅ＋０９ｄｙ
ｎ／ｃｍ² を示す。０℃以上では８．５Ｅ＋０８ｄｙｎ
／ｃｍ² 台の半硬質弾性性状を示す。

【００３５】表４に示す配合の組成物の温度と引張弾性
率との関係を図９に示す。

【００３６】

【表４】

【００３７】 上記〜における組成物でそれぞれ
図１に示すスパイクピンをつくり、これを各種タイヤサ
イズの空気入りラジアルタイヤ、ソリッドタイヤのトレ
ッド面に設けたスパイクピン用穴の内壁面との間に隙間
を形成しないように装着してスパイクタイヤとなし、こ
のスパイクタイヤで氷雪路面および一般路面をそれぞれ
走行したところ、氷雪路面走行時の制動性能に優れ、か
つ一般路面走行時の路面の損傷がないことが判った。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明のタイヤ用ス
パイクピンでは、その一部を、５％の圧縮変位をもたら
す圧縮応力値が０℃〜２０℃の温度領域で２．５ＭＰａ
以上３０ＭＰａ以下および０℃〜−２０℃の温度領域で
２．５ＭＰａ以上であり、かつ２０％の圧縮変位をもた
らす圧縮応力値が２０℃以上の温度領域で１．２ＭＰａ
以上２０ＭＰａ以下とした組成物で構成したために、そ
の組成物は０℃を境として硬さが一気に変化するため、
スパイクピンとトレッドのスパイクピン用穴の内壁面と
の間に隙間を設けなくてもよいから、一般路面（舗装路
面）走行時に路面を損傷することなしに、氷雪路面走行
時の制動性能を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のタイヤ用スパイクピンの一例の側面視
説明図である。

【図２】本発明のタイヤ用スパイクピンの別例の側面視
断面説明図である。

【図３】本発明のタイヤ用スパイクピンの他例の側面視
説明図である。

【図４】本発明のタイヤ用スパイクピンの他の一例の側
面視説明図である。

【図５】従来のタイヤ用スパイクピンの一例の側面視説
明図である。

【図６】表１の配合による組成物の一例の温度と引張弾
性率（ｄｙｎ／ｃｍ² ）との関係図である。

【図７】表２の配合による組成物の一例の温度と引張弾
性率（ｄｙｎ／ｃｍ² ）との関係図である。

【図８】表３の配合による組成物の一例の温度と引張弾
性率（ｄｙｎ／ｃｍ² ）との関係図である。

【図９】表４の配合による組成物の一例の温度と引張弾
性率（ｄｙｎ／ｃｍ² ）との関係図である。

【符号の説明】

１ スパイクピン ２ トレッド面 ４ ベース部 ５ ピン部 ６ 出っ張り部 ７ ベース部側根元 ８ 空洞 ９ 突出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 均 茨城県つくば市東１−１ 工業技術院物質 工学工業技術研究所複合材料部内 (72)発明者 鈴木 亘男 神奈川県平塚市追分２番１号 横浜ゴム株 式会社平塚製造所内 (72)発明者 加部 和幸 神奈川県平塚市追分２番１号 横浜ゴム株 式会社平塚製造所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ５％の圧縮変位をもたらす圧縮応力値が
   ０℃〜２０℃の温度領域で２．５ＭＰａ以上３０ＭＰａ
   以下および０℃〜−２０℃の温度領域で２．５ＭＰａ以
   上であり、かつ２０％の圧縮変位をもたらす圧縮応力値
   が２０℃以上の温度領域で１．２ＭＰａ以上２０ＭＰａ
   以下である組成物で、少なくとも一部を構成した、タイ
   ヤのトレッド面に設けたスパイクピン用穴に固定される
   タイヤ用スパイクピン。
2. 【請求項２】 ５％の圧縮変位をもたらす圧縮応力値が
   ０℃〜−２０℃の温度領域で２．５ＭＰａ以上５０ＭＰ
   ａ以下である請求項１記載のタイヤ用スパイクピン。
3. 【請求項３】 前記組成物がエポキシ樹脂に繊維素材を
   配合した複合物であり、この複合物を芯棒材として部分
   的に埋め込んでトレッド面方向に突出する突出部を形成
   した請求項１又は２記載のタイヤ用スパイクピン。