JP2004168315A

JP2004168315A - 空気入りタイヤ

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Publication number: JP2004168315A
Application number: JP2004087558A
Authority: JP
Inventors: Yasutsugu Ikeda; 育嗣池田
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2004-03-24
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2019-11-17
Also published as: JP4044532B2

Abstract

【課題】氷雪路での走行性能等を向上する。
【解決手段】
ゴム基材１００重量部中に底面積が１０^-4〜４．０ｍｍ²かつ長さが０．１〜１５ｍｍしかも路面に対してエッジ効果を発揮させる素材からなる柱状材を２〜４０重量部含む防滑用ゴム材を用いてトレッド面の少なくとも一部を形成するとともに、前記柱状材の長さ方向をトレッド面に対して４０〜９０゜の角度で配向する一方、前記トレッド面は、前記防滑用ゴム材を用いて形成される第１の接地部と、柱状材を含まないゴム材からなる第２の接地部とを含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、氷雪路での走行性能等を向上しうる空気入りタイヤに関する。

近年、氷雪路での走行性能を向上したタイヤ（例えばスタッドレスタイヤ）にあっては、路面と接地するトレッドゴムに有機又は無機の短繊維などを配合することが行われている。このような短繊維は、ランダムに配向されるものの他、例えばトレッドゴムの厚さ方向に沿ってほぼ配向するものが知られている。そして短繊維は、トレッドゴムから髭状に突出しかつ路面を引っ掻くこと（エッジ効果）を主たる作用効果として、氷雪路での摩擦係数を高めることができる。

また、この種のタイヤにあっては、通常、トレッド面にブロックを多数形成したブロックパターンが採用されるとともに、このブロックには、ほぼタイヤ軸方向にのびるサイピング（細溝）が多数形成されている。

ところで、前記サイピングは、通常１ブロック当たり複数本刻設されるが、このサイピングはタイヤ加硫金型に設けたナイフブレードにより加硫成形される。しかしながら、加硫成形時のゴム流れとともに前記ナイフブレードをゴム中へ押し込むことによって、前記短繊維などの配向が不規則に乱れ、短繊維等による路面掻き取り効果が十分に得られないという問題がある。このため、さらに摩擦力を向上するために、例えばゴムを柔軟化させることが行われるが、この手法ではトレッド面の摩耗が激しくタイヤライフが著しく短くなる。また、前記短繊維などを配合したトレッドゴムは、一般に氷雪路では効果的であるものの、通常のドライアスファルト路面ではゴムの接地面積が減少するため、むしろグリップ力が低下するという問題がある。

本発明にあっては、ゴム基材１００重量部中に所定形状の柱状材を配合した防滑用ゴム材を用いてトレッド面の少なくとも一部を形成するとともに、柱状材の長さ方向をトレッド面に対して４０〜９０゜の角度で配向し、かつトレッド面を、前記防滑用ゴム材からなる第１の接地部と、柱状材を含まないゴム材からなる第２の接地部とを含むことを基本として、氷雪路での走行性能を高めつつドライアスファルト路面でのグリップ低下を抑制しうる空気入りタイヤを提供することを目的としている。

本件請求項１に係る発明は、ゴム基材１００重量部中に底面積が１０^-4〜４．０ｍｍ²かつ長さが０．１〜１５ｍｍしかも路面に対してエッジ効果を発揮させる素材からなる柱状材を２〜４０重量部含む防滑用ゴム材を用いてトレッド面の少なくとも一部を形成するとともに、
前記柱状材の長さ方向をトレッド面に対して４０〜９０゜の角度で配向する一方、
前記トレッド面は、前記防滑用ゴム材を用いて形成される第１の接地部と、柱状材を含まないゴム材からなる第２の接地部とを含むことを特徴とする空気入りタイヤである。

本件請求項２に係る発明は、前記トレッド面が、該トレッド面の中央部に前記第１の接地部を具えかつその両側にトレッド端までのびる前記第２の接地部を具えるとともに、
前記第１の接地部のタイヤ軸方向の巾を、前記トレッド端間のタイヤ軸方向距離であるトレッド巾の０．２〜０．６倍としたことを特徴とし、かつ請求項３に係る発明は、前記トレッド面が、該トレッド面の中央部に前記第２の接地部を具えかつその両側に前記第１の接地部を有するとともに、前記第１の接地部のタイヤ軸方向の巾を、前記トレッド端間のタイヤ軸方向距離であるトレッド巾の０．１〜０．２５倍としたことを特徴としている。

また、請求項１の発明では、トレッド面に、柱状材を含む防滑用ゴム柱からなる第１の接地部と、柱状材を含まないゴム材からなる第２の接地部とを含むことにより、氷上走行性能とドライグリップ性能とを両立しうる。前記柱状材は、特に限定はされないが、円柱状又は角柱状をなすグラスファイバーを含むことがエッジ効果を高める上で好ましい。また前記トレッド面は、ブロックがタイヤ周方向に並ぶブロック列、又はタイヤ周方向に連続するリブ列が少なくとも１列形成されることにより、大きな駆動力を発生するのに役立つ。また前記防滑用ゴム材のデュロメータＡ硬さを４０〜６０゜とすることにより、路面との粘着力を増し、接地性をさらに向上して氷雪路での走行性能をさらに向上しうる。なお、「走行性能」とは、氷雪路での走行、制動性能を総称している。またトレッド面とは、タイヤをリム組みしてＪＡＴＭＡ等の規格で定まる内圧と荷重の下で路面と接地する面をいう。

請求項２に係る発明では、トレッド面の中央部に前記第１の接地部を設けかつその両側に第２の接地部を設けているので、氷雪路での発進、加速時などの駆動性能を向上するほか、ドライアスファルト路面での旋回走行時のグリップを高めうる。この場合、駆動時に大きな力が作用するトレッド面の中央部にて防滑作用が得られるため、特に駆動輪用とすることにより、氷雪路の走行時でもスリップの少ない発進、駆動作用が得られる。またこのとき、第１の接地部のタイヤ軸方向の巾を、例えばトレッド端間のタイヤ軸方向距離であるトレッド巾の０．２〜０．６倍とすることにより、ドライアスファルト路面でのグリップ力と氷雪路での駆動性能とをバランス良く向上させることができる。

また請求項３に係る発明では、トレッド面の中央部に第２の接地部を設けかつその両側に第１の接地部を設けているので、氷雪路での旋回性能を向上するほか、ドライアスファルト路面での発進時などのグリップ力を高めるのに役立つ。トレッド面は、該トレッド面の中央部に前記第２の接地部を具えかつその両側に前記第１の接地部を有することができる。この場合、旋回時に大きな力が作用するトレッド面の両側部にて防滑作用が得られるため、特に操舵輪用とすることにより、氷雪路の走行時でもスリップの少ない旋回動作が得られる。またこのとき、第１の接地部のタイヤ軸方向の巾を、前記トレッド端間のタイヤ軸方向距離であるトレッド巾の０．１〜０．２５倍とすることにより、ドライアスファルト路面でのグリップ力と氷雪路での旋回性能とをバランス良く向上しうる。

以下本発明の実施の一形態を図面に基づき説明する。
図１は本実施形態の空気入りタイヤの部分断面図、図２はそのトレッド面の展開図をそれぞれ示している。本実施形態の空気入りタイヤ１は、トレッド部２を具えかつ該トレッド部２の接地面となるトレッド面３の少なくとも一部を、防滑用ゴム材Ｇ１で形成しており、氷雪路の走行を向上させたいわゆるスタッドレスタイヤとして構成されている。即ちトレッド面３は、前記防滑用ゴム材Ｇ１を用いて形成される第１の接地部３ａと、柱状材５を含まないゴム材Ｇ２からなる第２の接地部３ｂとを含んでいる。

前記防滑用ゴム材Ｇ１は、ゴム基材１００重量部中に所定の形状を有する柱状材５を２〜４０重量部含んで構成される。前記ゴム基材としては、例えばジエン系ゴムが好ましく、より具体的には天然ゴム、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の１種又は２種以上をブレンドして用いることができる。

また前記柱状材５は、防滑用ゴム材Ｇ１に路面に対してエッジ効果を発揮させる素材から構成される。すなわち、柱状材５はゴム基材に混練されて分散するとともに加硫によっても消失しない素材からなることが先ず必要である。また柱状材５は、例えばゴム基材の表面から髭状に突出して該柱状材が直接路面を掻き削ることでエッジ効果を発揮させることができる。この場合、柱状材５は、容易に折れない程度の曲げ剛性が要求される。また柱状材５は、ゴム摩耗等の進行により、該ゴム表面から脱落した場合、その後に柱状材５が埋着されていたゴム表面に残る小孔によっても間接的にエッジ効果を発揮させることができ、また前記小孔を用いて氷上の水膜を吸着することもできる。

このような柱状材５の素材の一例としては、例えば、ナイロン、ポリエステル、アラミド、レーヨン、ビニロン、芳香族ポリアミド、コットン、セルロース樹脂、結晶性ポリブタジエンなどの有機物の他、金属繊維、ウイスカ、ボロン、グラスファイバ等の無機材質が挙げられ、これらは単独でも、又２種以上を組合わせて使用することもできる。なお特に好ましくは、ゴムとの摩耗速度の差が小さい非金属材料、とりわけグラスファイバーとするのが良い。また柱状材５はゴム基材との接着性を向上させるために必要な表面処理などを施すこともある。

また柱状材５の配合量は、前記ゴム基材１００重量部に対して、２〜４０重量部、より好ましくは１５〜３０重量部である。柱状材５が２重量部未満では、氷雪路での走行性能を十分に高めることができず、逆に４０重量部を越えるとゴムの耐クラック性などが低下する傾向がある。

また柱状材５は、本例ではグラスファイバーからなり、例えば図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、円柱状又は角柱状で構成するのが望ましい。角柱状とする際、特に三角柱状ないし六角柱状とすることにより、柱状材５自体のエッジがより一層増加し、これによりさらに高いエッジ効果を期待することができる。また柱状材５の底面積Ａは、１０^-4〜４．０ｍｍ²とし、その長さＬは０．１〜１５ｍｍとする。柱状材５の底面積Ａが１０−４ｍｍ²未満或いは柱状材５の長さＬが０．１ｍｍ未満であると、柱状材５自体による路面引っ掻き効果が低下し、逆に底面積Ａが４．０ｍｍ²よりも大或いは長さＬが１５ｍｍよりも大であると、柱状材５が大きくなりすぎてゴムとの接着性が低下し耐摩耗性や耐クラック性が低下する。かかる観点より、柱状材５の底面積Ａは、１０^-2〜４．０ｍｍ²、その長さＬは０．３〜１５ｍｍとすることが特に望ましい。なお前記底面積Ａ、長さＬはいずれも平均値である。

また防滑用ゴム材Ｇ１は、そのデュロメータＡ硬さを４０〜６０゜、より好ましくは−１０℃の雰囲気中で測定したときのデュロメータＡ硬さを４０〜６０゜、さらに好ましくは４５〜６０゜とするのが望ましい。これにより、低温時においても柔軟性を確保し路面との接地性をさらに向上して氷雪路での走行性能を高めるとともに、ドライアスファルト路面での操縦安定性も維持するのに役立つ。なお「デュロメータＡ硬さ」とは、ＪＩＳ−Ｋ６２５３に基づくデュロメータータイプＡによるゴム硬さとし、前記防滑用ゴム材Ｇ１の厚さ（タイヤ半径方向）の硬さとなるよう測定する。

またこの柱状材５は、その大部分（例えば９０％以上）が、その長さ方向をトレッド面３に対して４０〜９０゜の角度となるほぼ垂直の状態で配向されている。柱状材５をこのように配向したゴムを得る方法としては、例えば図４（ａ）に示すように、カレンダーロールｒを用いることができる。公知のように、ゴム基材、柱状材５の他、加硫成形に必要な所定の薬品などが必要に応じて配合された未加硫のゴム材料ｍをカレンダーロールｒ、ｒにて圧延加工した場合には、柱状材５の長さ方向は圧延方向Ｘに沿うものとなる。

そして、この圧延されたゴムシートｇを図４（ａ）のように折り畳んで積層し所定巾に形成することにより、柱状材５が圧延方向と直角なＺ方向に配向する。そして、このゴム積層体を、前記Ｚ方向がタイヤ半径方向となるように用いることにより、柱状材５がトレッド面３にほぼ垂直に配向された材料を得ることができる。

なお図４（ｂ）に示すように、柱状材５を圧延方向に配向したゴムシートｇを厚さ方向に積層するとともに、この積層体を柱状材５の配向方向と直角な面Ｊで切断して同様の材料をうることでも良い。

そして、これらの材料を第２の接地部３ｂ用の柱状材５を含まないゴム材Ｇ２、ウイングゴム４ｃなどと貼り合わせたトレッドゴム４として成型するとともに、これを用いて生タイヤカバーを成型する。またこの生タイヤカバーを加硫することにより空気入りタイヤ１を製造しうる。このようなトレッド面３を具える空気入りタイヤ１では、配向された柱状材５等が路面を効果的に引っ掻くこと、あるいは柱状材５がゴムから脱落することにより形成されたゴム表面の小孔により氷雪路との間の摩擦係数を高め、走行性能が大幅に向上しうる。

また本実施形態の空気入りタイヤ１は、トレッド面２に、タイヤ加硫成形後の切削により形成されたサイピングＳを設けており、本例では全てのサイピングＳをタイヤ加硫成形後の切削により形成したものを例示している。一般に、図５に示す如く、加硫時に金型ＭのナイフブレードＫ等を用いてサイピングＳを成形した場合、流動するゴム中に存在する柱状材５は、ナイフブレードＫの押圧によるゴム流れ等により配向が乱れやすくなるが本実施形態では柱状材５は加硫ゴムによって既に配向が固定されているため、切削によりサイピングＳを形成しても該柱状材５の配向が乱されることが防止される。従って、本実施形態の空気入りタイヤでは、加硫後の柱状材５の配向状態の乱れが非常に少ないため、氷雪路での走行性能向上効果がより一層期待できる。また、柱状材５の配向が従来に比して向上するため、例えば防滑用ゴム材Ｇ１のゴム硬さを増しても同程度の氷上性能を発揮することができ、この場合には防滑用ゴム材Ｇ１の耐摩耗性が向上してタイヤライフを延長させうる。

前記トレッド面３は、本例では図２に示したように、縦溝１０、横溝１１により区画されたブロックＢがタイヤ周方向に並ぶブロック列ＢＬを５列具えるブロックパターンで形成されたものが例示されており、各ブロックＢには、少なくとも１本、好ましくは複数本のサイピングＳが形成されている。なおブロック列ＢＬに代えて接地部分がタイヤ周方向に連続するリブ列としても良い。また前記サイピングＳは、例えばタイヤ軸方向に対して例えば０〜６０゜の傾き角度θで配され、ブロックＢのエッジ成分を効果的に増加させうる。

またサイピングＳは、本例の如く直線状をなすものの他、ジグザグ、波状或いはこれらの組み合わせなど種々の形状にて構成でき、本例のように両端が開口するオープンタイプの他、一端のみ開口するセミオープンタイプ、両端がブロック内で終端するクローズドタイプなど種々の態様にて加工しうる。なおサイピングＳのタイヤ周方向の配設ピッチは、例えば３〜２５mmとし、またサイピング深さは、縦溝１０の溝深さ例えば０．３〜１．０倍とするのが好ましい。

他方、柱状材５を配合した防滑用ゴム材Ｇ１は、氷雪路に対しては効果的な摩擦力を生じさせる反面、通常のドライアスファルト路面に対してはゴムの接地面積が減少してしまうためグリップ力が低下するという問題がある。そこで、本実施形態では、トレッド面３に、柱状材５を含まないゴム材Ｇ２からなる第２の接地部３ｂを含ませることにより、氷上走行性能とドライグリップ性能とを両立している。

また第１の接地部３ａをトレッド面３のどの部分に配するかによってタイヤの走行性能に違いが生じる。本例のトレッド面３は、該トレッド面３の中央部に前記第１の接地部３ａを具えかつその両側にトレッド端Ｅまでのびる第２の接地部３ｂを設けている。一般に、トレッド面３の中央部には発進時、加速時等に大きな力が作用するため、この部分に防滑用ゴム材Ｇ１を配することにより、氷雪路での発進、加速時などの駆動性能を向上するのに役立つ。つまり、駆動車輪に装着する駆動輪用タイヤとして好適である。反面、トレッド面３の軸方向の側部には、前記のように、柱状材５を含まないゴム材Ｇ２からなる第２の接地部３ｂを設けていることにより、ドライアスファルト路面での旋回走行時のグリップ力を高め、操縦安定性の低下が抑制される。

またこのとき、第１の接地部３ａのタイヤ軸方向の巾Ｗ１（接地しない溝巾を含める）を、例えばトレッド面３の軸方向外端であるトレッド端Ｅ、Ｅ間のタイヤ軸方向距離であるトレッド巾ＴＷの０．２〜０．６倍、より好ましくは０．３〜０．６倍とすることにより、ドライアスファルト路面でのグリップ力と氷雪路での駆動性能とをバランス良く向上しうる。なお第１の接地部３ａの巾Ｗ１が、トレッド巾ＴＷの０．２倍を下回ると、第１の接地部３ａの接地巾が少なくなるため氷雪路での高摩擦力が得られ難い傾向があり、逆に０．６倍を超えると、第２の接地部３ｂの接地巾が小さくなるためドライアスファルト路面でのグリップ力の低下代が相対的に大きくなる。なお第１の接地部３ａは、タイヤ赤道Ｃにほぼ中心を揃えて配されている。

図６には、他の実施形態を示している。本例のトレッド面３は、該トレッド面３の中央部に前記第２の接地部３ｂを具え、かつその両側に前記第１の接地部３ａを有している。一般に、トレッド面３の側部（いわゆるショルダ部）には旋回時に大きな横力が作用するため、この側部に防滑用ゴム材Ｇ１を配することにより、特に氷雪路での旋回性能を向上するのに役立つ。このようなタイヤは、旋回時に特に大きな横力が作用する操舵輪に装着されるのに好適な操舵輪用タイヤとして好適なものとなる。他方、トレッド面３の中央部には、柱状材５を含まないゴム材Ｇ２からなる第２の接地部３ｂを設けていることにより、ドライアスファルト路面でのグリップを高め、駆動性能などの低下が抑制される。

またこのようなゴム配置に際しては、各側での第１の接地部３ａのタイヤ軸方向の巾Ｗ２を、前記トレッド巾ＴＷの０．１〜０．２５倍、より好ましくは０．１５〜０．２５倍とすることが望ましい。旋回走行時には、この範囲が主として大きな横力を負担するためである。

また本例のトレッド面３は、トレッド端Ｅ、Ｅからタイヤ軸方向内側に小巾Ｗ３の範囲で柱状材５を含まないゴム材Ｇ２を露出させたものを例示している。この巾Ｗ３は、トレッド巾ＴＷの０．０５〜０．１５倍、より好ましくは０．１０〜０．１５とするのが望ましい。前記防滑用ゴム材Ｇ１は、柱状材５を含むため、耐摩耗性、耐クラック性、耐引き裂き性等に若干劣る傾向があるため、トレッド端Ｅの周辺に柱状材５を含まないゴム材Ｇ２を小巾で露出させることにより、トレッド端Ｅでのゴム欠け、クラックなどを効果的に防止し、タイヤの見映えを長期に亘って向上しうる。なおこのゴム材Ｇ２は、前記防滑用ゴム材Ｇ１に比して耐摩耗性の高いゴム材から構成する。

なお図１、図６に示す如く、サイピングＳは、前記第１の接地部３ａを含んでのびる第１のサイピングＳ１と、前記第２の接地部３ｂだけをのびる第２のサイピングＳ２とが含まれる。そして、例えば第２のサイピングＳ２だけは、防滑用ゴム材Ｇ２とは無関係であるため、金型ＭのナイフブレードＫによって加硫成形されたものが例示される。これによって、タイヤの生産性の低下を減じうる。また、図７に示すように、トレッド面３の中央部と側部の両方に前記防滑用ゴム材Ｇ１からなる第１の接地部３ａを設けてもよい。この場合には、ドライアスファルト路面でのグリップ力の向上はわずかになるものの、氷雪路での駆動、旋回といった両性能を同時に向上することが可能になる。

次に、図１、図６、図７に示すタイヤ（実施例１〜９）を試作し、氷上駆動性能、氷上旋回性能、ドライグリップ、ウエットグリップなどについてテストを行った。また比較のために、防滑用ゴム材からなる接地面を具えない夏用タイヤ（比較例１）、及びトレッド面の全面を防滑用ゴム材で形成したタイヤ（比較例２）についても併せて試作を行い性能を評価した。テストの方法は、次の通りである。

＜氷上駆動性能＞
氷上での路面摩擦係数を測定し、比較例３を１００とする指数によって評価した。数値が大きい程良好である。なお摩擦係数の測定にはインサイドドラムを用い、気温−１℃、ドラム速度５km／ｈの条件にて、スリップ率を１０％、６０％の２種設定して行った。

＜氷上旋回性能＞
気温−１℃において、氷路面を速度３０〜４０km／ｈで定常円旋回（約４０Ｒ）を行いそのタイムを計測する他、ドライバーの官能などを加えて指数評価した。数値が大きい程良好である。

＜ドライグリップ性能＞
半径１００ｍのアスファルト路面のコース上を、速度を段階的に増加させながら供試タイヤを装着した前記テスト車両を進入させ、横加速度（横Ｇ）を計測し、５０〜８０km／ｈの速度における前輪の平均横Ｇを算出した。結果は、比較例１を１００とする指数で表示し、数値が大きい程良好である。

＜ウエットグリップ性能＞
半径１００ｍのアスファルト路面に、水深５mm、長さ２０ｍの水たまりを設けたコース上を、速度を段階的に増加させながら供試タイヤを装着した前記テスト車両を進入させ、横加速度（横Ｇ）を計測し、５０〜８０km／ｈの速度における前輪の平均横Ｇを算出した。結果は、比較例１を１００とする指数で表示し、数値が大きい程良好である。
テストの結果を表１、表２に示す。

テストの結果、実施例のタイヤでは、氷上制動性能などを向上しつつ、比較例４に比してドライグリップ性能を向上していることが確認できた。特に図７に示したものでは、氷上駆動性能が、また図８に示したものでは氷上旋回性能がそれぞれドライグリップ性能とバランス良く向上されていることが確認できた。

本発明の一実施の形態であるトレッド部の部分断面図である。トレッド面の展開図である。（ａ）〜（ｄ）は、柱状材を例示する略図である。（ａ）、（ｂ）は、防滑用ゴム材の製造方法を説明する略図である。全型の周方向に沿った部分断面図である。他の実施形態であるトレッド部の部分断面図である。さらに他の実施形態であるトレッド部の部分断面図である。

符号の説明

２トレッド部
３トレッド面
３ａ第１の接地部
３ｂ第２の接地部
５柱状材
Ｓサイピング
Ｇ１防滑用ゴム材
Ｅトレッド端

Claims

ゴム基材１００重量部中に底面積が１０^-4〜４．０ｍｍ² かつ長さが０．１〜１５ｍｍしかも路面に対してエッジ効果を発揮させる素材からなる柱状材を２〜４０重量部含む防滑用ゴム材を用いてトレッド面の少なくとも一部を形成するとともに、
前記柱状材の長さ方向をトレッド面に対して４０〜９０゜の角度で配向する一方、
前記トレッド面は、前記防滑用ゴム材を用いて形成される第１の接地部と、柱状材を含まないゴム材からなる第２の接地部とを含むことを特徴とする空気入りタイヤ。
前記トレッド面は、該トレッド面の中央部に前記第１の接地部を具えかつその両側にトレッド端までのびる前記第２の接地部を具えるとともに、
前記第１の接地部のタイヤ軸方向の巾を、前記トレッド端間のタイヤ軸方向距離であるトレッド巾の０．２〜０．６倍としたことを特徴とする請求項１記載の空気入りタイヤ。
前記トレッド面は、該トレッド面の中央部に前記第２の接地部を具えかつその両側に前記第１の接地部を有するとともに、
前記第１の接地部のタイヤ軸方向の巾を、前記トレッド端間のタイヤ軸方向距離であるトレッド巾の０．１〜０．２５倍としたことを特徴とする請求項１記載の空気入りタイヤ。