JPH05318621A - 優れた氷上摩擦性能を有するゴム製品 - Google Patents

優れた氷上摩擦性能を有するゴム製品

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JPH05318621A
JPH05318621A JP4151167A JP15116792A JPH05318621A JP H05318621 A JPH05318621 A JP H05318621A JP 4151167 A JP4151167 A JP 4151167A JP 15116792 A JP15116792 A JP 15116792A JP H05318621 A JPH05318621 A JP H05318621A
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JP
Japan
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roughness
rubber product
ice
surface roughness
friction performance
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JP4151167A
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English (en)
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Shinichi Iwasaki
眞一 岩崎
Yukiko Tateno
由起子 立野
Koushirou Moji
浤四郎 門司
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Bridgestone Corp
Original Assignee
Bridgestone Corp
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  • Tires In General (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ゴム製品のような柔らかい製品の表面粗さを
正確に把握し、かつそれを定量的に測定して、優れた氷
上摩擦性能を発現する真の粗さを見出し、氷上摩擦性能
が顕著に改善されたゴム製品、特にはスパイクタイヤと
ほぼ同等の氷上摩擦性能を有すスタッドレスタイヤを提
供する。 【構成】 4方向から検出することのできる電子顕微鏡
反射電子型表面粗さ計でゴム製品の表面を測定し、得ら
れた各信号量を周波数解析することより実際の凹凸に対
応する表面粗さを求め、その粗さ波長が5〜90μmの
範囲における粗さの指標Pが2以上であるゴム製品であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、優れた氷上摩擦性能を
有するゴム製品、例えばスタッドレスタイヤ、靴底、ク
ローラ等に関するものである。また、本発明は、優れた
氷上摩擦性能を有するゴム製品の検出方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来より各種製品の表面の粗さの検出は
種々の分野および種々の方法で行われており、例えば、
エンジンのピストンの摩耗性や摩耗等により生ずる複合
粗さ、各種のエアーバルブ等の解析が種々の方法で行わ
れている。
【0003】ゴム製品の表面の粗さの解析法も従来より
幾つか知られており、例えば画像解析法や接触式解析法
等が採用されている。接触式解析法の例は、特開平2−
147411号公報に開示されており、この例では十点
平均粗さで表面の粗さを規定している。また、ゴム製品
の表面の粗さを、局部的な粗さ変化を規定するR
maxと、うねり的な粗さ変化のみを表すRa との2種類
の物理量で規定する手法も知られている。
【0004】一方、スタッドレスタイヤでは、その表面
の凹凸性と氷上摩擦係数(μ)との間に強い相関関係が
あるとされている。このために、氷上摩擦係数(μ)を
上げるためにそのトレッドゴムに発泡や異物の混入等が
行われ、トレッド表面への凹凸の付与が行われている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スタッ
ドレスタイヤの表面の粗さがこれまで正確に把握されて
いないために、氷上摩擦係数(μ)を上げるために真に
必要な粗さがゴム表面に十分に形成されていないのが実
状であり、従って現在までのところ、スパイクタイヤを
超える氷上摩擦係数(μ)を有するスタッドレスタイヤ
は存在していない。
【0006】スタッドレスタイヤの表面の粗さを正確に
把握することができないのは、ゴムが柔らかい弾性体で
あるために、従来から用いられている接触解析法では表
面の粗さを正確に測定することができず、また画像解析
法では走行後のゴム表面における不規則でかつ複雑な形
状を正確に測定することができず、さらに電子顕微鏡二
次電子型粗さ計では低倍率での電子線のゆがみのために
表面の粗さを正確に測定することができないためであ
る。また、上述のRmax およびRa の物理量は氷上摩擦
係数(μ)を制御する指標としてはふさわしくないこと
が確かめられている。
【0007】すなわち、図1に示すように、スタッドレ
スタイヤの実際の表面Aは、摩耗による摩耗パターンB
と発泡等による凹凸Cとが複雑に混ざり合った形となっ
ており、従って、従来より知られている表面解析法で
は、スタッドレスタイヤの走行前の粗さと走行後の粗さ
とは全く異なった粗さとなってしまい、かかる粗さと氷
上摩擦係数(μ)との関係を正確に把握することはでき
なかった。
【0008】本来、摩耗パターンBは走行条件により異
なる自然現象なので制御することはできず、よって氷上
摩擦係数(μ)を上げるためには摩耗パターン以外によ
る粗さを正確に制御する必要がある。このような粗さを
検討するためには、図1に示すような複雑な実際の表面
Aを摩耗パターンBと発泡等による凹凸Cとに分割し、
かつ定量化する必要がある。しかしながら、ゴム製品の
表面においてはこのような試みは未だ全くなされたこと
がなかった。
【0009】そこで本発明の目的は、ゴム製品のような
柔らかい製品の表面粗さを正確に把握し、かつそれを定
量的に測定して、優れた氷上摩擦性能を発揮することが
できる真の粗さを見出し、氷上摩擦性能が顕著に改善さ
れたゴム製品、特にはスパイクタイヤとほぼ同等の氷上
摩擦性能を有すスタッドレスタイヤを提供することにあ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく鋭意検討した結果、4方向から検出するこ
とのできる顕微鏡反射電子型表面粗さ計でゴム製品の表
面を測定し、得られた各信号量を周波数解析することよ
り実際の凹凸に対応する表面粗さを求め、その粗さを特
定範囲に制御することにより上記目的を達成することが
できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0011】すなわち、本発明は、4方向から検出する
ことのできる電子顕微鏡反射電子型表面粗さ計でゴム製
品の表面を測定し、得られた各信号量を周波数解析する
ことより実際の凹凸に対応する表面粗さを求め、その粗
さ波長5〜90μmの範囲における粗さの指標Pが2以
上である、優れた氷上摩擦性能を有するゴム製品に関す
るものである。
【0012】また、本発明は、上記の方法に基づく、優
れた氷上摩擦性能を有するゴム製品の検出方法に関する
ものである。以下、本発明を具体的に説明する。従来の
電子顕微鏡は一方向にしか電子検出器がないため、例え
ば図2に示す形状のサンプル1では、検出器Aが山の一
方の側であったとすると山の反対側の斜面の情報は実際
よりも少なく見積もられていた。しかし、本発明におい
て使用する電子顕微鏡反射電子型表面粗さ計は、A、
B、CおよびDの4つの検出器を備えているため、図2
に示すように、検出器Aにより検出される電子2と、検
出器Aと対向する検出器Bにより検出される反対側の散
乱電子3との各信号量を減算、積分することにより、実
際の凹凸に対応したものを計測することができる。な
お、図2では簡略化のためAおよびBの2つの検出器に
よる計測例を示しているが、検出器AおよびBと直交す
る方向にあるCおよびDについても同様である。
【0013】本発明においては、かかる粗さ計としてR
D500型反射電子型表面粗さ計(電子光学研究所製)
を使用することができる。ゴム製品表面の具体的粗さの
測定方法は以下のようにして行うことができる。先ず、
測定すべきゴム製品よりサンプリングしたゴム表面に金
属を蒸着し、然る後、このサンプルを任意倍率の上記粗
さ計に設置する。倍率としては視野を広くするために5
0〜100倍が好ましい。
【0014】本発明において規定する粗さ波長は、全長
3000〜1500μmの走査画像を1〜256Hzの
周波数の波として分割し、(全長/周波数×2)として
算出する。また、粗さの指標Pは、上記粗さ計で取り込
んだ三次元画像を波としてとらえ、それを各周波数にお
いてフーリエ変換した後得られる強度の積分値である。
例えば、x−y間の周波数領域内におけるPは図3に示
すような範囲となる。
【0015】本発明においては、上記粗さ波長が5〜9
0μm、好ましくは10〜75μmであり、この波長範
囲における粗さの指標Pが2以上、好ましくは5以上で
ある場合に、優れた氷上摩擦性能を有するゴム製品が得
られる。
【0016】従って、例えばスタッドレスタイヤにおい
て、従来より知られているトレッドゴムの発泡や樹脂等
の異物の混入の際、その発砲倍率や異物の粒径および添
加量を、上記粗さ波長および粗さの指標Pの値が本発明
の範囲内となるように厳格に制御することにより、スパ
イクタイヤとほぼ同等の優れた氷上摩擦性能を有するス
タッドレスタイヤを製造することができる。
【0017】例えば、これらの値が本発明の範囲内とな
るための異物の粒径あるいは発泡径は10〜400μ
m、好ましくは50〜250μmの範囲内であり、添加
量はゴムの配合により任意に決まるが、ならし走行後の
表面において5〜20%の面積を占めることが必要であ
る。
【0018】
【作用】スタッドレスタイヤが氷上で高い氷上摩擦係数
(μ)を示すのは、一般にゴム表面の凹凸によるミクロ
スパイク効果、排除水効果、ミクロソフティング効果等
によると考えられている。かかる効果を最大限に引き出
すために、本発明においては、図1のAに示すような複
雑な合成波をBとCに分割してとらえ、上記粗さ波長5
〜90μmの範囲における粗さの指標Pを2以上とす
る。
【0019】粗さ波長が5μm未満ではトレッドが氷に
接したとき、その波長が小さ過ぎるために平滑なゴムと
の違いがなくなってきてしまう。一方、粗さ波長が90
μmを超えると凹凸がうねり的になり、特に上記効果
中、ミクロスパイク効果が著しく低下してくる。
【0020】また、このPの値が2未満ではその波の高
さが小さ過ぎるために、上記の効果、特にミクロスパイ
ク効果および排除水効果が得られなくなってしまう。な
お、Pの値が500を超えるものは工業的には製造する
ことができない。
【0021】上述のように、本発明においては上記効果
と表面の粗さとを厳密に関係づけ、その中で氷上摩擦係
数(μ)が最大限に発揮される表面粗さを特定したので
ある。従来、各種のスタッドレスタイヤが数多く製造さ
れているが、本発明のように表面粗さが特定され、スパ
イクタイヤとほぼ同等の優れた氷上摩擦性能を発揮する
スタッドレスタイヤは存在しなかった。
【0022】
【実施例】次に本発明を実施例により具体的に説明す
る。下記の表1に示す配合系のベースゴムに、プラスチ
ック粒子としてナイロン(アラミン:東レ(株)製)を
添加し、その粒径を10から600μmの範囲で、また
添加量を5から100重量部の範囲で適宜選択してゴム
表面の粗さを変化させた。このようにして得られたゴム
組成物をサイズ185/70−R13のタイヤのトレッ
ドに使用し、各種試験タイヤを製造した。なお、これら
試験タイヤは走行中にナイロン粒子が欠落し、ゴム表面
に凹凸が形成される。
【0023】
【表1】配合剤 配合部(重量部) 天然ゴム 100 カーボンブラック 55 ステアリン酸 1 亜鉛化 3 老化防止剤1) 1.5 加硫促進剤2) 1.5硫黄 1.5 1)ノクラック810NA 2)DM.DPG
【0024】上記試験タイヤに対して、一般道300k
m走行後のタイヤ表面粗さの評価と、氷上ブレーキ性能
の測定とを以下に示す方法に従い行った。 表面粗さの評価 先ず、タイヤトレッド表面よりサンプリングしたゴム表
面に金属を蒸着し、然る後、このサンプルを50倍の倍
率のRD500型反射電子型表面粗さ計(電子光学研究
所製)に設置した。粗さ波長は、50倍の倍率の場合は
全視野横方向が3000μmになるため、3000/周
波数×2として算出した。また、粗さの指標Pを、各周
波数におけるフーリエ変換後の強度の積分値として求め
た。
【0025】氷上ブレーキ性能 時速20kmで低速走行し、ブレーキ制動によるタイヤ
ロックにて停止するまでの距離(制動距離)を測定し
た。比較例の氷上ブレーキ性能を100として、次式に
従い指数で表示した。数値が大きいほど結果が良好であ
る。 氷上ブレーキ指数=(比較例の制動距離/実施例の制動
距離)×100
【0026】また、参考のために、上述の局部的な粗さ
変化を規定するRmax と、うねり的な粗さ変化のみを規
定するRa との2種類の物理量によっても粗さを評価し
た。具体的には、Ra は、粗さをサイン波の如き波形と
してとらえたときに、その波形の中心線で波を折り返
し、中心線上に形成されたいくつもの山の総面積と等し
い面積の四角形を中心線上に形成したときの、その四角
形の高さを規定したものである。また、Rmax は、かか
る波形の一定範囲における上限値と下限値との差を規定
したものである。得られた結果を下記の表2に示す。な
お、表2には、比較例として、スタッドレスタイヤ(商
品名:ホロニックス、(株)ブリヂストン製)を用いて
得られた結果を併記する。
【0027】
【表2】
【0028】上記表2に示す試験結果に基づき、波長5
〜90μmにおけるPの値:P(5〜90)およびRa
と氷上ブレーキ指数との関係をそれぞれ図4に示す。図
4から明らかなように、波長が5〜90μmの範囲内に
おいてはPの値が大きくなるに従い氷上ブレーキ指数は
顕著に向上しており、Pの値と氷上ブレーキ性能との間
に極めて良好な相関関係がある。これに対し、従来用い
られていた粗さの指標であるRa とブレーキ指数との間
では相関関係は認められなかった。
【0029】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明のゴム
製品は、4方向から検出することのできる顕微鏡反射電
子型表面粗さ計でゴム製品の表面を測定し、得られた各
信号量を周波数解析することより実際の凹凸に対応する
表面粗さを求め、その粗さを特定範囲に制御したことに
より、優れた氷上摩擦性能を有するものである。従っ
て、本発明においては、スパイクタイヤとほぼ同等の氷
上摩擦性能を有するスタッドレスタイヤを製造すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】スタッドレスタイヤの表面粗さを示す説明図で
ある。
【図2】本発明において使用する顕微鏡反射電子型表面
粗さ計の測定原理を示す説明図である。
【図3】周波数とフーリエ変換後の強度との関係を示す
グラフである。
【図4】P(5〜90μm)とブレーキ指数との関係お
よびRa とブレーキ指数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 サンプル 2 電子 3 反対側の散乱電子 A 検出器 B Aと対向する検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // B60C 11/00 H 8408−3D B29K 21:00

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 4方向から検出することのできる電子顕
    微鏡反射電子型表面粗さ計でゴム製品の表面を測定し、
    得られた各信号量を周波数解析することより実際の凹凸
    に対応する表面粗さを求め、その粗さ波長5〜90μm
    の範囲における粗さの指標Pが2以上である、優れた氷
    上摩擦性能を有するゴム製品。
  2. 【請求項2】 上記ゴム製品がスタッドレスタイヤであ
    る請求項1記載のゴム製品。
  3. 【請求項3】 4方向から検出することのできる電子顕
    微鏡反射電子型表面粗さ計でゴム製品の表面を測定し、
    得られた各信号量を周波数解析することより実際の凹凸
    に対応する表面粗さを求め、その粗さ波長5〜90μm
    の範囲における粗さの指標Pが2以上である領域を検出
    する、優れた氷上摩擦性能を有するゴム製品の検出方
    法。
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