JPH0438206A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、−船路（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、トレンド部に独立気泡
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
号公報、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
泡によるエツ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、ゴムブロックのエツ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、エツジ効果を上げるた
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水面に対し
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６３−８
９５４７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
、トレン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、かつトレンド表面の平均気泡面積が５００〜６０
００μｍ２、トレッド表面の各気泡面積の変動係数が０
．５〜０．８、およびトレン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半
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オ
ール部１２．１２とこれらサイドウオール部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はトレンド表面
である。

（１）本発明では、トレンド部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ツジ効果
および排水効果を向上させ、特に０℃付近での疑（収液
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
エツ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、−船釣には
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。

このように気泡の水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ツ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、エツ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（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、エツ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ン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、トレンド部に
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
ラン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０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、永１１化成工業−のセルペー
ス）Ｍ３　　（尿素＋酸性物質）、セルペース）Ｋ５　
　（尿素＋酸性物質）、セルペース）　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１００重量部に対して０．５〜２
０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、キャップトレンドゴム／ペーストレッドゴム構造の
ような二層、三層のトレン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５００〜６０００
μｓｇ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
〜４０００μｉである。５００μＩｍ！未満では氷雪路
性能の改良効果が不十分であり、６０００μＣ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）トレン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／Ｘ ｙ：平均気泡面積（μＣ） Ｓ　：ｘの標準偏差（μ１１２） 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未満では気泡のエツ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％趙
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ンド部の平面
視説明図、第３図はそのに−に’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、トレンド
部１３のブロック１６の表面ａおよび側面すに沿ってタ
イヤ周方向ＥＥ’　に配向している。

この配向は、トレン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ンドゴムがモール
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
果的にタイヤトレンドブロックの側面すに沿って短繊維
が配向する。ただし、短繊維は、その長さが短かすぎる
と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１００μ麟以上であるとよく、詳しくは、平均
長さ１００〜５０００μｍ（好ましくは、１０００〜３
０００μｍｌ）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　Ｒ１３８５Ｑ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。

パ０′の　　　パ 圭： 各テストタイヤのトレンド部より試験片を切り出し、こ
れを平面とした後、相木研究所製ＮＥＸＵＳ６４００を
用いて１６５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。

上　　での　　　２： 氷盤上を初速３０１ｎ／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。

上　　での　　　Ｊ″： 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
登板試験を行い、ゼロ発進方法により３０ｍ区間の登板
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。

（）： 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。

： ＪＡＴＭ＾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。

ヤング　（および　　）　（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■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２０ｆｉ、幅５ｆｉ、厚さ２ｍ
の試料を周波数２０Ｈｚ、初期歪１０％、動的歪±２％
、温度Ｏ℃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。

（本頁以下余白） 注） 本１短繊維Ａ・・・セルロース系短繊維（三菱モンサン
ド化成■製サントウェブＤ）。

傘２短繊維Ｂ・・・カーボン短繊維、平均長５μ艶１、
径１μ麟。

＊３接着助荊・・・ヘキサメトキシメチルメラミン（三
菱モンサント化成■製レジメン３５２０）。

本４発泡剤Ａ・・・ジニトロソペンタメチレンテトラミ
ン（水和化成工業■製セルラーＤ）。

本５発泡＊ＩＪＢ・・・ベンゼンスルホニルヒドラジド
く水和化成工業■製ネオセルボンｌｌｌ１００Ｏ５Ｗ）
。

傘６尿素系助剤・・・尿素化合物（水和化成工業■製セ
ルペーストに５）。

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、発泡ゴム士短繊維
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、触性能が低下して
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、トレン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、−船路（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
トレンド部の平面視説明図、第３図はそのに−に’線断
面図である。 １０・・・トレッド表面、１１・・・ビード部、１２・
・・サイドウオール、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。 代理人　弁理士　小　川　信　−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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５００〜６０００μｍ＾２、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。