JPS6389547A - 寒冷地用空気入りタイヤ - 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） 本発明は発泡ゴム組成物、例えば、タイヤのトレッドゴ
ムまたはサイドウオールゴム、ベルトのカバーゴム、靴
底等の加硫ゴム成型品のように、耐摩耗性能とともに高
い弾性率、低温で湿潤時の高い摩擦抵抗および氷上滑り
抵抗性が要求される発泡ゴム組成物に関する。

（従来の技術とその問題点） 従来、タイヤの氷雪路面、特に氷上の滑り抵抗性を改良
するために、トレッドゴムに砂、金鋼砂、カーボランダ
ム、金属粒などを混入することが試みられている。しか
しながら、多量に混入しないと氷上の滑り抵抗性が改良
されず、多量に混入すると耐摩耗性が著しく悪化し、ま
た、ゴムの硬度が増加して振動乗心地も悪化してしまう
という問題点がある。

また、ゴム成型品に短繊維を配合して、ゴム質の硬度を
上げずにゴムの耐亀裂成長性を向上したり、耐カット性
を向上させることが行われている。

しかしながら、このような短繊維を配合したゴム成型品
は、製造時にロールによりシート状にしたゴムにするか
、押出し機で押出して未加硫のゴム成型品をつ（るかの
加工工程（第３図、矢印Ｐは押出し方向）を有している
。このため、短繊維２０（図には線で示している）は、
第３図に示すように、はぼ一定の方向に並んで配向し、
ゴム成型品２１は力学特性に異方性を生じる。すなわち
、配向方向Ａには弾性率が大きく増加するが、配向方向
と直角方向Ｂには増加が小さい。このため、ランダム方
向のみの弾性率の増加が必要な場合には配向したゴムシ
ートを種々の方向に、積層しなければならず成型工数が
増加するという問題点がある。

従来の空気入りタイヤは、氷雪路面上を走行する際の駆
動性、制動性および操縦性（以下、単に氷雪性能という
）を確保し、かつスパイクビンによる粉塵公害や路面の
損傷をさけるために、スパイクビンを用いないスタッド
レスタイヤが広く用いられている。従来のスタッドレス
タイヤとしては、例えば、独立気泡を有するゴムをトレ
ッドに用いたタイヤがあり、特公昭４０−４６４１号公
報、米国特許Ｕ　Ｓ　Ｐ４，２４９．５８８および特公
昭５６−１５４３０４号公報に提案されている。しかし
ながら、特公昭４０−４６４１号公報においては、ヒス
テリシスロスの大きい合成ゴム、例えばハイスチレンゴ
ムを用いるのでゴムのガラス転移温度を上昇させ、低温
におけるゴムの硬度が増加し、氷雪性能を確保する上で
好ましくない。また、ＵＳ　Ｐ４，２４９．５８８にお
いては、ゴムを温度２５℃、５０％圧縮歪での圧縮特性
が１〜８００ｐｓ　ｉと規定しているが、自動車用空気
入りタイヤのトレンドゴムとしては少なくとも４００ｐ
ｓ　ｉ以上でないと操縦応答性の点で実用的でない。こ
の実施例においては、カーボンブラック９０重量部、プ
ロセスオイル４０重量部を配合しているので耐摩耗性の
点でも実用的でない。また、特開昭５６−１５４３０４
号公報においては、発泡ゴムを用いて無発砲ゴムと同じ
硬さを得ることにより軽量タイヤにしているが、これで
は氷雪性能が向上させることはできない。

そこで、本発明は、耐摩耗性能を十分に維持したまま、
高弾性率で低温、湿潤時の高い摩擦抵抗性、耐カット性
および氷上すべり抵抗性が優れ、かつ加工成型時の工数
が少なく、生産性が優れた発泡ゴム組成物を提供するこ
とを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、短繊維および発泡剤を配合した配合ゴム
について、加圧加硫時の気泡の成長、短繊維の配向、弾
性率の変化および低温時の摩擦係数等につき種々研究を
進めた。

まず、このような配合ゴムは、加圧加硫時に、発泡剤が
分解してゴム内に気泡を生ずる際に、短繊維の配向方向
が大きく乱れるということを見出した。すなわち、短繊
維および発泡剤を配合し、かつカーボンブランクのよう
な補強剤、老化防止剤、加硫剤、加硫促進剤などの通常
のゴム配合剤を配合したゴム配合は加圧加硫すると、熱
により発泡剤が分解してゴム中に気泡を生ずるとともに
ゴムが加硫される。この気泡が発生するとき、気泡の周
辺の短繊維は変位を起こし短繊維の配向が乱される。ま
た、ゴムの加硫が終了すると、ゴムは加圧加硫より開放
され減圧されるので、ゴム中の気泡径はさらに大きくな
り短繊維の配向乱れ、すなわち短繊維のランダムな配置
は更に促進される。また、この際ゴム中の気泡の径が大
きくなる時、気泡周辺のゴムは加硫後に歪を受けるので
、短繊維はゴムの歪方向に大きい張力を受はゴムは補強
され発泡ゴムの弾性率はさらに高くなることを見出した
。

また、短繊維入り発泡ゴムを空気入りタイヤのトレンド
に適用することによりトレッドゴムの弾性率が高くなる
ことから空気入リタイヤの操縦性能、特にコーナリング
パワーの増大がはかれ、かつ短繊維と気泡とにより、ト
レッドゴム表面は微細な凹凸形状を有するゴム表面にな
るので、湿潤な路面および氷上での摩擦係数が高くなり
、タイヤのグリップ性を向上することを見出した。

本発明者らは、さらに鋭意研究を重ね本発明に到達した
。

すなわち、本発明に係る発泡ゴム組成物は、独立気泡の
周辺に平均長さ１０〜５０００μｍでかつ平均直径の１
０〜１０００倍である繊維状物質をランダムに配置した
ことを特徴としている。

ここに、使用される原料ゴムは、発泡ゴム組成物の用途
によって選択されるもので、特に限定されるものではな
く加圧加硫（加熱）により架橋されるゴムなら何でもよ
く、例えば、天然ゴム、ポリイソプレンゴム、ポリブタ
ジェンゴム、ポリスチレンブタジェンゴム、エチレン・
プロピレンターポリマー、ポリブチルゴム等があげられ
る。

本発明の発泡ゴム組成物の配合ゴムに必須の配合成分は
２つの成分からなり、その一つの成分は繊維状物質であ
り、もう一つの成分は発泡剤である０発泡剤はゴム成型
物を製造する際の加熱により分解して独立気泡と繊維状
物質、がゴム中に混在する繊維発泡ゴム（以下、単に発
泡ゴムという）が形成される。

ここに、繊維状物質としては繊維状、棒状あるいは針状
の有機または無機物質でよく、例えば、芳香族ポリアミ
ド、ビニロン、ポリエステル、ナイロン、レーヨンなど
の有機繊維をカットしたもの、５ｙｎ１．２ポリブタジ
エンの針状結晶、ポリオキシメチレンのウィスカー等の
有機物質およびガラス、炭素、黒鉛、金属等の無機繊維
をカットしたもの、シリコンカーバイドウィスカー、タ
ングステンカーバイドウィスカー、アルミナウィスカー
等の無機物質があげられるがこれらに限定されるもので
はない。

また、発泡剤としては、例えば、二酸化炭素を発生する
重炭酸アンモニウム、重炭酸ナトリウム、および窒素を
発生するニトロンスルホニルアゾ化合物、例えば、ジニ
トロンベンタメチレンテトラミン、Ｎ、Ｎ’−ジメチル
−Ｎ、Ｎ’−ジニトロンフタルアミド、アゾシカ−ボン
アミド、Ｎ、　　Ｎ′−ジニトロンペンタメチレンテト
ラミン、ベンゼンスルホニルヒドラジド、トルエンスル
ホニルヒドラジド、Ｐ、Ｐ’−オキシ−ビス（ベンゼン
スルホニル）ヒドラジド、Ｐ−）ルエンスルホニルセミ
力ルバジド、Ｐ、Ｐ’−オキシ−ビス（ベンゼンスルホ
ニルセミカルバジド）等があげられ、加硫温度に応じて
これらの中から選択して使用する。

本発明の発泡ゴム組成物の配合ゴムには、上記の２つの
必須の配合成分の他に原料ゴム補強性の大きいカーボン
ブラック、補強性の小さいシリカ、炭酸カルシウム、ク
レーなどの充填剤は用途によって選択する。その他の配
合剤としては軟化剤、加硫剤、加硫促進剤、加硫助剤、
老化防止剤、場合により着色剤、帯電防止剤、あるいは
短繊維とゴムとの接着を増大させる接着成分、例えば、
レゾルシンのようなメチレンアクセプターとへキサメチ
レンテトラミン、ヘキサメチルメトキシメチロールメラ
ミンのようなメチレンドナーを配合するなど慣行に従い
適宜添加される。

また、本発明の発泡ゴム組成物を空気入りタイヤのトレ
ッドに用い、空気入りタイヤの振動乗心地性能および操
縦安定性能を損なうことなく氷雪路面における駆動性、
制動性を改良しようとする場合には、トレッドゴムはガ
ラス転移温度−６０℃以下の重合物のゴム成分を含有し
、トレッドの表部側にトレッドの全体積の少なくとも１
０％以上の発泡ゴム層を有し、発泡ゴム層の発泡ゴムが
発砲率Ｖｓ５〜５０％の範囲で平均気泡径１０〜３００
μｍの独立気泡を含有することが好ましい。

ここに、トレッドが含有するゴム成分はガラス転移温度
−６０℃以下の重合物、例えば天然ゴム、ポリイソプロ
ピレンゴム、ポリブタジェンゴム、ブチルゴム、低スチ
レン含有のスチレン、ブタジェン共重合ゴムの独立、ま
たは、これらの重合物の２種以上の混合物であるのが好
ましい。この理由は、これらの重合物を用いることによ
りトレッドは低温においても充分にゴム弾性を有してい
るからである。

また、発泡ゴムを有する発泡ゴム層は、トレッドの全体
積の少なくとも１０％以上が望ましく、好ましくは１０
〜７０％、さらに好ましくは４０〜６０％である０発泡
ゴム層をトレンド全体積の少なくとも１０％以上とした
のは、１０％未満では氷雪性能の改良効果が少なくため
である。

また、発泡ゴム層のトレッドに用いる方法としては、ト
レッド全体が発泡ゴム層（発砲ゴム層１００％）からな
ってもよい。

また、発泡率Ｖｓは、次式 ％式％） で表され、ρ、は発泡ゴムの密度（ｇ／ｃＩ１１）、ρ
。は発泡ゴムの固相部の密度（ｇ／ｃｆｆｌ）　、ρ、
は発泡ゴムの気泡内のガス部の密度（ｇ／ｃＪ）である
。発泡ゴムはゴム固相部と、ゴム固相部によって形成さ
れる空洞（独立気泡）すなわち気泡内のガス部とから構
成されている。ガス部の密度ρ。

は極めて小さく、はぼ零に近く、かつ、ゴム固相部の密
度ρ、に対して極めて小さいので、弐（１）は、次式 Ｖｓ＝　（ρ０／ρｌ　−１）　Ｘ１００（％）・・・
・・・（２）とほぼ同等となる。発泡率Ｖｓは５〜５０
％の範囲が望ましく、好ましくは５〜３０％である。発
泡率Ｖｓを５〜５０％としたのは、５％未満では、氷雪
性能の改良効果が少なく、また、５０％を超えると、耐
摩耗性能が低下して氷雪路面、湿潤路面以外の乾燥路面
での耐摩耗性が実用的に不十分であるからである。

また、発泡ゴムの独立気泡の平均気泡径は１０〜３００
　μｍが望ましく、好ましくは３０〜１５０　μｍ、で
ある。発泡ゴムの独立気泡径を１０〜３００μｍとした
のは、１０μｍ未満では短繊維の無配向化の効果が得ら
れず、また、３００μｍを超えると耐摩耗性能が低下し
、さらに、発泡ゴムの歪み復元力が低下し、いわゆる耐
ヘタリ性が低下し、製造時に安定した形状をえることか
困難であるからである。

以下、本発明の実施例および比較例を用いて本発明の詳
細な説明する。

（第１〜５実施例、比較例１〜４） 第１〜５実施例は本発明の発泡ゴム組成物を第１図に示
す空気入りタイヤ（タイヤサイズ１６５ＳＲ１３）　　
１のトレッド３に用いた場合である。

第１図において、空気入りタイヤ１はタイヤのケース２
と、発泡ゴムからなりケース２のクラウン部２ａを被覆
するトレッド３と、を有している。

ケース２は、一対のビード部５と、ビード部５間にほぼ
放射方向に配置したゴム引きのコードからなるカーカス
部６と、カーカス部６のクラウン部に円周方向に配置し
たベルト部７およびカーカス部の側部を被覆するサイド
ウオールゴム８とから構成されている。９はステイフナ
−ゴムである。

（本頁、以下余白） 表１ トレッド３は表１のトレッドの組成物（組成物１）すな
わち、ガラス転移温度−６０℃以下の重合物（天然ゴム
（ガラス転移温度−７２℃）おらびポリブタジェンゴム
（ガラス転移温度−１００℃）のゴム成分を含有し、か
つ、これに通常の配合剤、発泡剤、（ジニトロソ・ペン
タメチレンテトラミンおよび尿素）およびアラミド短繊
維（平均長さ５μｍ、平均直径０．２μｍ）を加えたも
ので、通常の製造方法によって製造した繊維含有の繊維
発泡ゴム（以下、単に発泡ゴムという）である。トレッ
ド３は、第２図に示すように、独立気泡１１（図には丸
印にて示している）の周辺にアラミド短繊維（繊維状物
質）１２がランダムに配置している。

また、トレッド３はこれらの発泡ゴムで前記クラウン部
２ａのトレンド表部側を被覆し、トレッド全体積が発泡
ゴムからなる発泡ゴム層１５を有している。発泡ゴムの
性質は、表２に示すように、発泡率ＶｓｌＯ％、硬度５
６°、５０％伸張時の引張応力１０．８ｋｇ／ｃｆａで
あり、後述の試験法により測定した、また、トレッド３
以外の構成は通常の空気入りラジアルタイヤと同じであ
る。この空気入りラジアルタイヤの製造方法は通常のタ
イヤと同じであり、この製造時に、前述したように、未
加硫の発泡ゴムは、加圧、加硫時に発泡剤が分解してゴ
ム内に気泡を生じ、短繊維の配向方向を乱し、さらに、
加硫終了後の減圧により短繊維のランダムな配置はさら
に促進され、発泡ゴムができる。

（重置、以下余白） 第２〜４実施例および比較例１〜４は第１実施例と同様
にそれぞれ表１に示す組成物２〜８によるゴム成型物を
空気入リタイヤのトレッド３に用いた場合である。発泡
ゴムの性質は表２に示している。

第１〜４実施例および比較例１〜４の空気入りタイヤの
性能を操縦安定性能、乗心地性能および氷上制動性能に
ついて、下記試験法を用いて試験した。試験結果は表２
に示す。

（試験法） （１）平均気泡径および発泡率Ｖｓ 平均気泡径は試験タイヤのトレッドの発泡ゴム層からブ
ロック状の試料を切り出し、その試料断面の写真を倍率
１００〜４００倍の光学顕微鏡で撮影し、２００個以上
の独立気泡の気泡直径を測定し、算術平均値として表し
た。また、発泡率Ｖｓはブロック状の前記試料の密度ρ
１　（ｇ／Ｃ１１１）を測定し、−力無発泡ゴム（固相
ゴム）のトレンドの密度ρ。を測定し、前記式（２）を
用いて求めた。

（２）硬度および５０％伸張時の引張応力試験タイヤの
トレッドの発泡ゴム層からブロック状の試料を切り出し
、硬さはＪＩＳ硬度計でまた５０％伸張時の引張応力は
万能引張試験機でＪ　Ｉ　Ｓ　　Ｋ６３０１に準じて行
った。

（３）発泡ゴムの氷上摩擦係数 発泡ゴムの氷上摩擦係数、特に０℃付近の湿潤状態にお
ける氷上の摩擦係数は、表面温度が一〇、５℃の氷上に
発泡ゴム層から切り出した試料の試料表面（試料寸法、
長さ１０鶴、幅１０ｍ、厚さ５ｍｍ）を接触させ、協和
界面科学■製の動・静摩擦係数計を用いて測定した。測
定条件として荷重２ｋｇ／ａｄ、滑り速度１０１１Ｉ／
５ｅＣ１雰囲気温度−２℃、氷表面状態はほぼ鏡面状態
で行った。

（４）操縦安定性能および乗心地性能 各実施例または比較例のタイヤは、排気量１５００ｃｃ
の乗用車に装着し、テストコースのコンクリート路面上
を所定の速度で走行し、フィーリング試験を行い平均し
た。評価は１０点評価法により比較例１をコントロール
（基準）として表示した。＋（プラス）印は良好なこと
、−（マイナス）印は不良なことを示す。

（５）氷上、制動性能 各試験タイヤ４本を排気量１５００ｃｃの乗用車に装着
し、外気温−５℃の氷上の時速２０ｋｎ＋／ｈｒでの制
動距離を測定した。無発泡タイヤ（比較例１）の場合を
１００として指数表示した。数値は小さい程制動が良好
であることを示す。

試験結果は、表２の比較例２に示すように、発泡率Ｖｓ
４．８％、ケブラー短繊維の含有量０．５重量部では、
氷上制動性能が十分でない。また、比較例３に示すよう
に、カーボンブラックの量を少なくしてトレンドを軟ら
かくしたものは、氷上制動性能は向上するが、操縦安定
性能が大きく低下する。比較例４に示すように、発泡率
Ｖｓを大きくしたものは氷上制動性能は大幅に向上する
が操縦安定性能および耐摩耗性能が十分でない。

第１〜５実施例に示すように、本発明のゴム成型物を用
いたものは、低い発泡率Ｖｓでも十分な氷上制動指数を
有している。また、発泡率Ｖｓが同じであれば、発泡剤
の種類によらず操縦安定性能および乗心地性能も十分に
満足なレベルを維持できるとともに、氷上制動性能を十
分に向上できる。

（第６実施例および比較例５） 第６実施例は、本発明に係る発泡ゴム組成物を空気入り
タイヤのトレンドに用い、氷上性能の向上を行った場合
である。

第６実施例においては、トレンドに、表３の組成物１０
に示すように、通常のトレッドゴムの配合成分に、発泡
剤とアラミド短繊維を配合したものを用いたこと以外は
第１実施例と同じである。

比較例５のものは、第６実施例において、アラミド短繊
維を除いた組成物９を用いて第６実施例と同様に調整し
た。

発泡ゴムの性質は、表４に示すように、硬度（”　Ａ）
　、５０％伸張時の引張応力（ｋｇ　／　ｃｄ　）耐摩
耗性能および氷上摩擦係数について、前記試験法および
表４の下部に示す試験法により実施し、試験結果を表４
に示す。

試験結果は、表４に示すように、第６実施例は比較例５
に比較して、耐摩耗性能および氷上摩擦係数は大幅に向
上しており、空気入りタイヤの氷雪性能が大幅に向上で
きる。

（重置、以下余白） 表３ 、Ｉ：アラミド短繊維（繊維径０．２μｍ、繊維長さ５
μｍ）、、：ナイロン短繊維（繊維径０．４μｍ、繊維
長さ１０μｍ）表４ 軸：試験法はＪＩＳＫ６園１　田包ハ支去によった。

（実施例７および比較例６） 第７実施例は本発明に係る発泡ゴム組成物を空気入りタ
イヤのトレッドに用い、湿潤コンクリート路面における
制動性能を向上した場合である。

第７実施例においては、トレッドに表３の組成物１２に
示すように、ポリスチレンブタジェンゴム（ガラス転移
温度−５０℃）を用いた通常のトレッドゴムの配合成分
に、発泡剤とナイロン短繊維とを配合したものを用いた
こと以外は通常の空気入りタイヤと同じである。比較例
６のものは、第７実施例において、ナイロン短繊維を除
いた組成物１１を用いて第７実施例と同様にして製造し
た。

発泡ゴムの性質およびコンクリート路面の摩擦係数は、
前記試験法および表４の下部に示す試験法により実施し
た。試験結果を表４に示す。

試験結果は表４に示すように、第７実施例は比較例６に
比較して湿潤コンクリート路面上のＦｇ擦係数が大幅に
向上しており、制動性能が大幅に向上できる。

（実施例８および比較例７） 第８実施例は本発明に係る発泡ゴム組成物を空気入りタ
イヤのサイドウオールに用い、振動乗心地性能および耐
カット性を向上した場合である。

第８実施例においては、サイドウオールに表３の組成物
１４に示すように、発泡剤とシンジオタクチック−１，
２ポリブタジエンとを配合したものを用いたこと以外は
通常の空気入りタイヤと同じである。比較例７のものは
、第８実施例において、シンジオタクチック−１，２ポ
リブタジエンを除き、カーボンブラックの量を１０重量
部下げた組成物１４を用いて、第８実施例と同様にして
製造した。

発泡ゴムの性質は前記試験法により実施し、試験結果を
表４に示す。

試験結果は表４に示すように、第８実施例は比較例７に
比較して、ゴムの硬さはほぼ同じであり、かつ振動乗心
地性能もほぼ同じであるが、乗用車に装着して走行時の
道路の縁石によるカプト故障は大幅に減少した。

（実施例９および比較例８） 第９実施例は本発明に係る発泡ゴム組成物を空気入りタ
イヤ（安全タイヤ）のサイドウオールの内側の内層補強
ゴムに用い、安全性を向上した場合である。

第９実施例においては、第７実施例に用いた組成物１４
のナイロン短繊維の量を２０重量部に大幅に増加し、圧
縮弾性率を大幅に向上し、内層補強ゴムに用いた。比較
例８のものは、第９実施例において、ナイロン短繊維を
除いた組成物１５を用いて、第９実施例と同様にして製
造した。発泡ゴムの性質は、前記試験法により実施し、
試験結果を表４に示す。

試験結果は、表４に示すように、第９実施例は比較例８
に比較して、圧縮剛性が大幅に大きいわりにレジリエン
スが低くないので、内圧が低下しても十分に長距離走行
が可能であり、安全性が大幅に向上できる。また、重量
当たりの剛性が大きいので、空気入りタイヤの重量が大
幅に低減できる。

なお、前述の実施例においては、本発明のゴム成型物を
空気入りタイヤの各部の部材に用いた場合について説明
したが、本発明はこの実施例に限らず、空気入りタイヤ
のトレンドベースゴム、ステイフナ−ゴム等高弾性率で
低発熱性を要求する部材に適用できる。

また、湿潤面における摩擦係数が大きいので、コンベア
ベルトの表部のカバーゴムに用いて、輸送物品のすべり
が防止でき、輸送物質を所定の場合に保持する移動防止
効果も大である。さらにまた、靴底に用いると、氷上で
のスリップを起こし難い靴を提供することができる。

（効果） 以上説明したように、本発明によれば、耐摩耗性能を十
分に維持したまま高弾性率で低温湿潤時の高い摩擦抵抗
性、耐カット性および氷上滑り抵抗性を大幅に向上でき
る。また、内部損失をほぼ同じ（レジリエニスがほぼ同
じ）に維持したまま、圧縮剛性を大幅に向上できる。ま
た、この加工成型時の工数は少なく、生産性が大幅に向
上できる。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は本発明に係る発泡ゴム組成物の第１実施例
を示す図であり、第１図はその空気入りタイヤのトレッ
ドに用いたその一部断面図、第２図はその要部概念図で
ある。第３図は従来のものの要部概念図である。 １・・・・・・空気入りタイヤ、 ２・・・・・・ケース、 ３・・・・・・トレッド（発泡ゴム組成物）、５・・・
・・・ビード部、 ６・・・・・・カーカス部・ ７・・・・・・ベルト部、 ８・・・・・・サイドウオールゴム、 ９・・・・・・スティフナ−− １１・・・・・・独立気泡、 １２・・・・・・アラミド短繊維（繊維状物質）、１５
・・・・・・発泡ゴム層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 独立気泡の周辺に平均長さ１０〜５０００μｍでかつ平
   均直径の１０〜１０００倍である繊維状物質をランダム
   に配置したことを特徴とする発泡ゴム組成物。