JP2652261B2

JP2652261B2 - 空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP2652261B2
Application number: JP2140016A
Authority: JP
Inventors: 真吾緑川; 伸二河上
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 1990-05-31
Filing date: 1990-05-31
Publication date: 1997-09-10
Anticipated expiration: 2012-09-10
Also published as: JPH0438206A; CA2043262A1; DE4117621A1; KR910019806A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、一般路（乾燥路、湿潤路）における走行性
能を損なうことなく氷雪路における摩擦力（制動性、駆
動性）、特に氷上摩擦力を向上させたスタッドレスの空
気入りタイヤに関する。

〔従来の技術〕

従来、積雪寒冷地において、冬期時に自動車が走行す
る場合には、タイヤにスパイクを打ち込んだスパイクタ
イヤを用いるか又はタイヤの外周にタイヤチェーンを装
着して雪上・氷上路での安全を確保している。しかしな
がら、スパイクタイヤ又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易く、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る。

このような安全問題と環境問題とを解決するために、
スパイクやチェーンを使用せずに雪上路および氷上路に
おける制動性、駆動性を有したスタッドレスタイヤが現
在急速に普及しつつある。

このスタッドレスタイヤとして、トレッド部に独立気
泡を有する発泡ゴムを用いたものがある。かかる発泡ゴ
ムを用いたタイヤは、例えば、特開昭62−283001号、特
開昭63−90402号公報に開示されている。しかし、これ
らのタイヤでは、氷雪路における摩擦力は良好である
が、発泡ゴムの硬度が低いため、独立気泡によるエッジ
効果と排水効果とが十分でなく、このため耐摩耗性や一
般路（乾燥路、湿潤路）における走行性能が低下すると
いう問題点がある。

このような問題点の解決に向けて鋭意検討した結果、
本発明者は氷雪路におけるゴムの摩擦力の発現について
次のような知見を得た。すなわち、氷雪路のゴムの摩擦
力は、ゴムブロックのエッジによる掘り起こし摩擦力と
ゴムが氷表面に接触して発生する凝着摩擦力がその主要
因である。したがって、この２つの摩擦力を共に最大限
に利用するゴム配合が望ましいが、エッジ効果を上げる
ためにはゴムブロックのタイヤ周方向の剛性がある程度
高い方がよく、一方、凝着力を上げるためには氷面に対
して直角方向であるゴムブロックの径方向の剛性を低く
する必要がある。

そこで、この問題点を改良するために、特開昭63−89
547号公報に記載されているように、発泡ゴムに短繊維
を加えてトレッド部の硬度を上げて一般路での走行性能
を改善させようとしている。しかしながら、この場合短
繊維が発泡ゴム中にランダムに混入されているため、ト
レッド部のブロック剛性が均一に高まり、タイヤ周方向
のブロック剛性がタイヤ径方向（ラジアル方向）のブロ
ック剛性よりも大きくはならないので、凝着効果が生じ
ない。このため、氷上摩擦力が向上しないという欠点が
ある。

このように、氷雪性能（氷雪路における摩擦力）と共
に耐摩耗性や一般路における走行性能をも満足する性能
を有したスタッドレスタイヤが得られていないのが現状
である。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、乾燥・湿潤路面における走行性能を損なう
ことなく氷雪路における摩擦力を向上させたスタッドレ
スの空気入りタイヤを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の空気入りタイヤは、トレッド部が独立気泡を
有する発泡ゴムと短繊維とから構成され、前記発泡ゴム
は発泡剤配合量に対して同量未満の尿素系助剤を配合し
てなり、かつトレッド表面の平均気泡面積が500〜6000
μm²、トレッド表面の各気泡面積の変動係数が0.5〜0.
8、およびトレッド表面の気泡占有面積率が５％〜40％
であり、さらに前記短繊維の殆んどが前記発泡ゴム中で
トレッド部のブロック表面および側面に沿って配向した
ことを特徴とする。

以下、図を参照してこの手段につき詳しく説明する。

第１図は本発明の空気入りタイヤの一例の子午線方向
判断面説明図である。この第１図において、本発明の空
気入りタイヤＡは、左右一対のビード部11,11とこれら
ビード部11,11に連結する左右一対のサイドウォール部1
2,12とこれらサイトウォール部12,12間に配されるトレ
ッド部13からなる。左右一対のビード部11,11間にはカ
ーカス層14が装架されており、トレッド部13において
は、この外周を取り囲むようにベルト層15が配置されて
いる。10はトレッド表面である。

（１）本発明では、トレッド部13を独立気泡を有する
発泡ゴムと短繊維とで構成している。この発泡ゴムは発
泡剤配合量に対して同量未満の尿素系助剤を配合してな
る。

本発明者らは、従来技術では達成することが困難であ
った氷雪路面での摩擦力を改良するために鋭意研究を行
った結果、トレッド部13に比較的硬度の高い発泡ゴムを
用いることで上記目標を達成できることを見い出し、本
発明に至った。

すなわち、発泡ゴムに含有される独立気泡がエッジ効
果および排水効果を向上させ、特に０℃付近での疑似液
体層が存在する氷上で驚くべき効果があることを見い出
した。また、低温時低硬度で氷雪摩擦を改良するという
従来よりの考え方は発泡ゴムには当てはまらず、むしろ
ある程度硬くした方が路面に接する独立気泡がもたらす
エッジ効果と排水効果とを著しく向上させる事実を見い
出した。しかも、比較的高硬度にしたことでブロック剛
性が向上し、従来の冬用タイヤの弱点であった一般路
（乾燥路、湿潤路）における走行性能を高レベルに保持
させることにもつながった。

ただし、発泡ゴムは非発泡ゴムに比べて硬度が大幅に
低下するため、通常、発泡ゴムの硬度を高くするにはマ
トリックスゴムの硬度を大幅に高くしておく。一般的に
はカーボンブラックなどの補強剤を大幅に増量するか、
又はオイルなどの軟化剤を大幅に減量するなどの調節を
行うが、加工性や発熱性などが悪化してしまうので好ま
しくない。そこで、本発明者らは、発泡剤の分解温度を
低下させるために、発泡剤と併用することの多い尿素系
助剤が架橋密度を増加させることに着目して種々の検討
を行った。この結果、ゴム組成物に尿素系助剤を単独で
配合しても硬度は上がるが、発泡剤と併用することで更
にその効果が大となることがわかった。すなわち、発泡
剤に対して尿素系助剤を特定量配合することで、発泡に
よる硬度低下が抑えられ、非発泡ゴムと同程度の硬度に
できることが見い出され、また加工性や発熱性などに悪
影響を及ぼさないことも確認された。さらに、発泡剤と
しては例えばニトロソ化合物を選択すると分解反応の途
中でホルムアルデヒドが生成され、強い刺激臭を与える
ので、この場合にもアルデヒドの受体となる尿素系助剤
を配合することは作業性の面から大変有効である。

このように気泡の氷路面への摩擦力を高めると共にタ
イヤトレッドブロックのエッジ効果を上げるべく検討し
たが、内部の均一なゴムでは両者を共に高くするのは困
難であった。すなわち、エッジ効果を上げるためにはブ
ロックの周方向剛性はある程度高くなければならず、い
わゆる凝着摩擦力のためには路面と直角な方向であるブ
ロックの径方向剛性は低くしなければならないからであ
る。

このために、本発明者は、短繊維配合ゴムの異方性を
利用することを想起した。すなわち、ゴム中に配合され
た短繊維を一方向に配列すると、配列方向と平行な方向
の弾性率は上昇し、配列方向と直角な方向の弾性率は殆
ど変わらないことが知られている。そこで、ゴムブロッ
クの表面に平行に繊維を配列するとブロック表面に直角
な方向には剛性を低くし、一方、表面に平行な方向に対
しては剛性を高くすることができる。すなわち、短繊維
配合ゴムの短繊維配向方向を制御することによって、始
めて、エッジ効果と凝着摩擦力を最大にすることができ
るのである。

本発明者らは、かかる知見を得たうえで、気泡の分布
状態、トレッドパターンなどの研究を重ね、本発発明に
到達したのである。

本発明において、この発泡ゴムは、通常のゴム組成物
に発泡剤を加え、さらに発泡剤配合量に対して同量未満
の尿素系助剤を配合してなる。好ましくは、発泡剤配合
量に対して30〜90重量％の尿素系助剤を配合するのがよ
い。尿素系助剤を配合しないと、発泡ゴムの硬度が非発
泡ゴムより大幅に低下するためにカーボンブラックなど
の補強剤を大幅に増量するか、又はオイルなどの軟化剤
を大幅に減量するなどの調節が必要となり、加工性や発
熱性などが悪化し、しかも分解温度の高い発泡剤を用い
た場合には通常の加硫温度によりタイヤを製造するのが
困難になる。また、発泡剤配合量に対して同量以上の尿
素系助剤を配合すると、発泡による硬度低下を抑える効
果が飽和して不経済であり、しかも発泡剤によっては分
解温度が低下し過ぎて、混合、押出工程で未加硫ゴムが
発泡する恐れがある。

本発明において空気入りタイヤのトレッド部を独立気
泡を有する発泡ゴムで構成するには、通常、トレッド部
に用いられるゴム組成物に発泡剤および尿素系助剤を加
え、通常のタイヤ製造方法により加硫を行なうことによ
ればよい。この場合の発泡ゴムのガラス転移温度は、冬
期使用でクラックが発生しないように脆化温度が−30℃
以下であればよい。発泡剤は、有機又は無機の発泡剤を
任意に選択できる。例えば、有機発泡剤としてはベンゼ
ンスルホニルヒドラジド、ジニトロソペンタメチレンテ
トラミン、アゾジカルボンアミド等であり、無機発泡剤
としては、重炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウム、亜硝
酸アンモニウムであり、特に限定されない。尿素系助剤
としては、凝集防止剤、吸湿防止のための酸性物質等と
尿素との化合物あるいは尿素単独物が用いられる。具体
的には例えば、氷和化成工業（株）のセルペーストM3
（尿素＋酸性物質）、セルペーストK5（尿素＋酸性物
質）、セルペースト101（尿素＋凝集防止剤）が挙げら
れる。その他、カーボンブラック、軟化剤、加工助剤、
老化防止剤、ワックス、加硫剤、加硫促進剤等の配合剤
を当業界の慣行に従い適宜に適量配合してもよい。ただ
し、発泡剤は特に本発明タイヤを得るために原料ゴム10
0重量部に対して0.5〜20重量部配合するのが好ましい。
さらに、氷雪路性能、一般路性能を向上させる手法とし
て、キャップトレッドゴム／ベーストレッドゴム構造の
ような二層、三層のトレッド構造を導入すれば、いっそ
うこれらの性能を向上できるようになるので好ましい。

（２）トレッド表面の平均気泡面積が500〜6000μm²
であること。

発泡ゴムの平均気泡面積は、500〜6000μm²の独立気
泡であることが必要であり、好ましくは1000〜4000μm²
である。500μm²未満では氷雪路性能の改良効果が不十
分であり、6000μm²を超えると耐摩耗性や一般路面での
走行性能が大幅に低下するからである。

（３）トレッド表面の各気泡面積の変動係数が0.5〜
0.8であること。

気泡の形状および分布状態について調べた結果、気泡
の分布は分布幅が狭く、気泡の形状および占有面積比率
を最適化することにより雪氷路性能、一般路性能を同時
に満足することを見出したことによる。

ここで、独立気泡の変動係数（Ｋ）とは下式に従って
求められる。

Ｋ＝S/ ：平均気泡面積（μm²） S:の標準偏差（μm²）この独立気泡の変動係数（Ｋ）は、0.5〜0.8の分布状
態であることが必要である。この変動係数（Ｋ）が0.5
未満では気泡のエッジ効果の低下により氷雪路性能およ
び一般路性能が低下し、0.8超では気泡の排水効果の低
下により氷雪性能が低下する。

（４）トレッド表面の気泡占有面積率が５％〜40％で
あること。

５％未満では氷雪路性能の改良効果が少なく、40％超
では氷雪路性能は改良されるものの、耐摩耗性や一般路
性能が大幅に低下するからである。気泡占有面積率は、
発泡ゴムの単位面積当りに占める気泡の面積比率で示さ
れる。

（５）短繊維の殆んどが発泡ゴム中でトレッド部13の
ブロック表面および側面に沿って配向していること。

短繊維の配向の様子を第２図および第３図に示す。第
２図は本発明の空気入りタイヤの一例のトレッド部の平
面視説明図、第３図はそのＫ−Ｋ′線断面図である。第
２図および第３図に示すように、短繊維17は、トレッド
部13のブロック16の表面ａおよび側面ｂに沿ってタイヤ
周方向EE′に配向している。

この配向は、トレッド部の押出成形に際して行えばよ
い。すなわち、ある程度の長さ／径比を持った繊維はゴ
ムに配合されるとゴムの流れ方向に並ぶ傾向があること
を利用する。このような傾向は、タイヤが加硫される
際、モールドの突起部によって未加硫トレッドゴムがモ
ールドに沿って流れる場合にも観察され、したがって、
モールドの突起部に沿って短繊維が配向することにな
り、結果的にタイヤトレットブロックの側面ｂに沿って
短繊維が配向する。ただし、短繊維は、その長さが短か
すぎる発泡ゴム中でランダムに配列し、配向が行われな
いことになる。このため、短繊維は、平均直径１μｍ以
上で平均長さ100μｍ以上であるとよく、詳しくは、平
均長さ100〜5000μｍ（好ましくは、1000〜3000μｍ）
で長さ／径の比が10〜1000であるのがよい。この短繊維
としては、例えば、綿、絹などの天然繊維、セルロース
繊維、ポリアミド繊維などの化学繊維等を用いることが
できる。このように、短繊維をトレッドブロック表面お
よび側面に沿って配向させることにより、トレッドブロ
ックのタイヤ周方向剛性をタイヤ径方向剛性よりも大き
くすることができる。このため、凝着効果が生じ、氷上
摩擦力が向上する。

以下に実施例および比較例を示す。

実施例、比較例第１表に示す配合内容（重量部）でトレッド部を構成
したタイヤサイズが185/70 R13 85Qのタイヤを各種作製
し、これらタイヤ（従来例、実施例１〜２、比較例１〜
５）について次の評価を行った。この結果を第１表に示
す。なお、テスト車は1600ccのFF車を使用した。

平均気泡面積、気泡の変動係数、気泡占有面積率：各テストタイヤのトレッド部より試験片を切り出し、
これを平面とした後、柏木研究所製NEXUS6400を用いて1
65倍にて画像処理を行ない、10個のサンプルの平均値で
評価した。

氷上路面での制動性能：氷盤上を初速30km/hで走行し、制動した時の制動距離
を測定し、従来タイヤ（従来例）を100として指数表示
した。数値は大なる程、制動が良好であることを示す。

雪上路面での駆動性能：圧雪路面を乗用車で制動を繰返して、路面をツルツル
にしたツルツル圧雪路面において５％（2.9゜）勾配の
登録の登板試験を行い、ゼロ発進方法により30m区間の
登坂加速タイムを計測し、従来タイヤに対する指数で示
した。数値は大なる程、駆動性が良好であることを示
す。

操縦安定性（乾燥路面）：５人のテストドライバーによる各タイヤのフィーリン
グを10点法で採点した結果（平均値）を従来タイヤに対
する指数で示した。数値は大なる程、操縦安定性が良好
であることを示す。

耐摩耗性（乾燥路面）： JATMAに規定されている設計常用荷重、空気圧の条件
で乾燥路面を20,000km走行した後、各タイヤの摩耗量を
従来タイヤの摩耗量に対する指数で示した。数値は大な
る程、耐摩耗性が良好であることを示す。

動的ヤング率（表面および内部）〔MPa〕：各テストタイヤのトレッドブロックの表面および内部
よりタイヤ回転軸に対して周方向（タイヤ周方向に同
じ）にサンプルを切り出し、東洋精機（株）製の粘弾性
スペクトロメーターを用いて、チャック間長さ20mm、幅
5mm、厚さ2mmの試料を周波数20Hz、初期歪10％、動的歪
±２％、温度０℃の条件で測定した。数値は大なる程、
剛性が大きいことを示す。

第１表において、従来例は従来のスタッドレスタイヤ
であって、発泡ゴムおよび短繊維を含まない。実施例1,
2は、本発明の発泡ゴム＋短繊維配合のタイヤで、氷雪
性能と一般性能が両立できる。比較例１は、発泡ゴムを
有するが短繊維のないタイヤで、氷雪性能はよいが一般
性能が劣る。比較例２は、発泡ゴム＋短繊維配合のタイ
ヤであるが、短繊維の長さが短かすぎるため、発泡ゴム
中で短繊維がランダムに配列し、トレッド部のタイヤ周
方向剛性とタイヤ径方向剛性とがほぼ同じとなるので氷
雪性能が改善されない。比較例３は、発泡ゴム＋短繊維
配合のタイヤであるが、尿素系助剤が配合されていない
ため動的ヤング率（剛性）が低下し、一般性能が低下し
てしまう。比較例４は、発泡ゴム＋短繊維配合のタイヤ
であるが、平均気泡面積が小さすぎるため氷雪性能が改
善されない。比較例５は、発泡ゴム＋短繊維配合のタイ
ヤであるが、気泡占有面積率が大きすぎるため一般性能
が低下してしまう。

〔発明の効果〕以上説明したように本発明によれば路面に接触するト
レッド部を、発泡剤と尿素系助剤とを特定割合だけ配合
して作製した独立気泡を有する発泡ゴムと短繊維とから
構成し、トレッド表面の平均気泡面積、気泡の変動係数
および気泡占有面積率を特定範囲とし、さらに短繊維を
発泡ゴム中でトレッド部のブロック表面および側面に沿
って配向させたため、一般路（乾燥路、湿潤路）におけ
る走行性能を損なうことなく氷雪路における摩擦力を著
しく改良させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の空気入りタイヤの一例の子午線方向半
断面説明図、第２図は本発明の空気入りタイヤの一例の
トレッド部の平面視説明図、第３図はそのＫ−Ｋ′線断
面図である。 10……トレッド表面、11……ビード部、12……サイドウ
ォール、13……トレッド部、14……カーカス層、15……
ベルト層、16……ブロック、17……短繊維。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】トレッド部が独立気泡を有する発泡ゴムと
短繊維とから構成され、前記発泡ゴムは発泡剤配合量に
対して同量未満の尿素系助剤を配合してなり、かつトレ
ッド表面の平均気泡面積が500〜6000μm²、トレッド表
面の各気泡面積の変動係数が0.5〜0.8、およびトレッド
表面の気泡占有面積率が５％〜40％であり、さらに前記
短繊維の殆んどが前記発泡ゴム中でトレッド部のブロッ
ク表面および側面に沿って配向した空気入りタイヤ。