JP2564760B2

JP2564760B2 - 空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP2564760B2
Application number: JP5264276A
Authority: JP
Inventors: 盛一郎岩船; 敏朗岩田
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1993-09-27
Filing date: 1993-09-27
Publication date: 1996-12-18
Anticipated expiration: 2011-12-18
Also published as: JPH07242104A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は空気入りタイヤ、詳しく
は、夏季の操縦性能および発熱耐久性を損なうことな
く、耐摩耗性が実用に耐え、氷雪路面上における駆動
性、制動性および操縦性を改良した空気入りタイヤに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、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
もいう。）を確保するために、スパイクピンをトレッド
表部に打ち込んだスパイクタイヤ或いはスパイクピンを
用いない、所謂、スタッドレスタイヤ等の空気入りタイ
ヤが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スパイ
クタイヤの場合には、スパイクピンの摩耗や道路の摩耗
によるこれらの微粉末が飛散する粉塵公害およびスパイ
クピンによる道路の損傷が起こり、大きな社会問題にな
っている。これらの問題に対処するため、スパイクピン
の突出し量、打ち込み数の規制およびスパイクピンの材
質等の検討がなされているが、前記社会問題の根本的な
解決にはなっていない。

【０００４】一方、スパイクピンを用いない、所謂、ス
タッドレスタイヤにおいて、タイヤトレッドの模様、ト
レッドゴム質の検討がなされているが、スパイクタイヤ
と同等の氷雪性能は発揮できないという問題点がある。
特に、トレッドゴム質については、低温時のゴム弾性を
確保するために、ガラス転移点の低いポリマーを用い、
且つ、低温時の路面との摩擦係数を確保するために、低
融点の軟化剤を用いることも検討されているが、氷雪性
能が十分でないという問題点がある。

【０００５】また、独立気泡を有するゴムをトレッドに
用いたタイヤは、特公昭４０−４６４１号公報、米国特
許第４２４９５８８号明細書および特公昭５６−１５４
３０４号公報等において提案されている。しかしなが
ら、特公昭４０−４６４１号公報においては、トレッド
にヒステリシスロスの大きい合成ゴム、例えばハイスチ
レンゴムを使用しているので、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、従って、
氷雪性能を確保する上で好ましくない。また、米国特許
第４２４９５８８号明細書においては、トレッドゴムの
温度２５°Ｃ、圧縮歪５０％での圧縮特性（応力）が１
〜８００ｐｓｉと規定しているが、自動車用空気入りタ
イヤのトレッドゴムとしては、少なくとも４００ｐｓｉ
以上でないと操縦応答性の点で実用的でない。更に、特
開昭５６−１５４３０４号公報においては、発泡ゴムを
用いて無発泡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、これでは氷雪性能を向上させることは
できない。

【０００６】また、トレッドゴムに砂、金鋼砂、カーボ
ランダム、金属粒など粒状体を混入することにより氷雪
路面におけるすべり性を改良することも試みられている
が、粒状体を多量に混入しないとすべり性が改良され
ず、一方、多量に混入すると耐摩耗性が著しく悪化して
しまうという問題点がある。更に、氷上の制動性能を向
上するために、トレッドゴムの硬度を下げることも行わ
れている。即ち、補強剤の減量、ゴムの架橋密度の減
少、オイル軟化剤の増量等が行われているが、補強剤を
減量すると湿潤路面における制動性能が低下し、ゴムの
架橋密度の減少はゴムのヘタリ（永久変形）を発生さ
せ、オイルおよび軟化剤の増量は走行時、長期使用時の
ゴムの硬度変化を大きくする等の問題点がある。

【０００７】本発明の目的は、上述した従来のスパイク
タイヤ或いはスタッドレスタイヤ等が有する課題を解決
することにあり、タイヤの氷雪性能、耐摩耗性能、操縦
性能および発熱耐久性能を両立させるとともに、タイヤ
の氷上摩擦係数、特に温度０゜Ｃ付近の湿潤伏態にある
氷上の摩擦係数を向上させ実用上の使用に充分耐え得る
空気入りタイヤを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述した
問題を解決するため、種々検討した結果、トレッドのゴ
ム層にガラス転移点の低いポリマーを用い、ゴムの内部
に独立気泡を含有させることによりゴム自体の架橋密度
を減少させることなく、トレッドゴム全体、即ち、ゴム
と泡との複合体全体の硬度を減少させ得ることを見出し
た。また、この際、弾性率の高いゴムを発泡させること
により発泡ガスの軟化作用により適度のトレッドゴムの
硬度を得ることができることを見出した。更に、トレッ
ドゴムに、加硫により独立気泡を形成する発泡剤ととも
に少量の低温軟化剤を併用すると、トレッドの動的弾性
率および内部損失が調節でき、且つ、長期使用時のゴム
の硬度の変化を少なくでき、このために、湿潤氷面での
摩擦係数が増大し、湿潤氷面でのタイヤの制動性、駆動
性、コーナリング性が改良されることを見出した。これ
らの事実をもとに、更に、構造面からも検討を重ねた結
果、本発明に到達した。

【０００９】ここに、トレッドが含有するゴム成分のう
ちガラス転移温度−６０°Ｃ以下の重合物とは、例えば
天然ゴム、ポリイソプロピレンゴム、ポリプタジエンゴ
ム、ブチルゴム、低スチレン含有のスチレン・ブタジエ
ン共重合ゴムの単独、または、これらの重合物の２種以
上の混合物である。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
を有するからである。ただし、必要に応じ、ゴム成分の
一部にガラス転移温度−６０゜Ｃより高い重合部、例え
ば高スチレン含有のスチレン・ブタジエン共重合ゴムを
含有してもよい。

【００１０】また、発泡ゴム層は、トレッドの全体積の
少なくとも１０％以上の体積を有するのが望ましく、好
ましくは１０〜７０％、更に好ましくは４０〜６０％で
ある。発泡ゴム層をトレッド全体積の少なくとも１０％
以上の体積を有するとしたのは、１０％未満では氷雪性
能の改良効果が少ないためである。また、発泡ゴム層を
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（発泡ゴム層１００％）からなってもよい。

【００１１】また、発泡ゴムの発泡率Ｖｓは、次式Ｖｓ＝｛（ρ_０−ρ_９）／（ρ_１−ρ_９）−１｝×１００（％）・・（１）で表され、ρ_１は発泡ゴムの密度（ｇ／ｃｍ^３）、ρ
_０は発泡ゴムのゴム固相部の密度（ｇ／ｃｍ^３）、ρ_９
は発泡ゴムの気泡内のガス部の密度（ｇ／Ｃｍ^３）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）、即ち、気泡内のガス部とから
構成されている。ガス部の密度ρ_９は極めて小さく、ほ
ぼ零に近く、且つ、ゴム固相部の密度ρ_１に対して極め
て小さいので、式（１）は、次式Ｖｓ＝（ρ_０／ρ_１−１）×１００（％）・・・・・・・・・・・・（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、低温時の発泡ゴム
の柔軟性が得られず、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。

【００１２】また、発泡ゴムの独立気泡の平均気泡径は
５〜１５０μｍが望ましく、好ましくは１０〜１００μ
ｍである。発泡ゴムの独立気泡の平気気泡径を５〜１５
０μｍとしたのは、５μｍ未満では氷雪性能の改良効果
が少なく、また、平均気泡径が１５０μｍを超えると耐
摩耗性能が大幅に低下し、更に、発泡ゴムの歪み復元力
が低下し、所謂、耐ヘタリ性が低下し、走行時により、
タイヤブロックの変形、サイプの目づまり等を起こし、
雪上性能を低下させる。また、耐カット性も低下しブロ
ック欠けが多くなる。更に、製造時に安定した形状を得
ることが困難であるからである。

【００１３】また、発泡ゴムが気泡直径３０〜１２０μ
ｍの独立気泡を単位面積１ｍｍ^２当たり２０個以上を含
有することが望ましく、好ましくは３０個以上である。
ここに、独立気泡を単位面積１ｍｍ^２当たり２０個以上
としたのは、２０個未満では氷雪路面に接触するトレッ
ドゴムのゴム表面の独立気泡により生ずる凹凸状態が十
分でなく氷雪性能を十分に発揮できないためである。

【００１４】また、本発明に係る空気入りタイヤのトレ
ッドに用いる発泡ゴムは、通常のゴム配合物に発泡剤を
加えて通常のタイヤ製造方法にしたがって加熱加圧する
際形成される。発泡剤としては、例えば、アゾジカーボ
ンアミド、ジニトロソ・ペンタメチレン−テトラアミ
ン、アゾビスイソプチロニトリル、ベンゼンスルフォニ
ルヒドラジド、高沸点炭化水素化合物の樹脂ミクロカプ
セル等が用いられる。

【００１５】また、発泡ゴムがゴム成分１００重量部に
対し、低温軟化剤２〜２０重量部を含有することとした
のは、これにより発泡ゴムの動的弾性率と内部損失との
調節ができ氷上摩擦性能を改良できるからである。低温
軟化剤としては、凝固点が−４０゜Ｃ以下である低温可
塑剤、即ち、ジオクチルアジペート（ＤＯＡ）、ジオク
チルフタレート（ＤＯＰ）、ジオクチルセバケート（Ｄ
ＯＳ）、ジヘプチルフタレート（ＤＨＰ）、ジエチルフ
タレート（ＤＥＰ）、ジオクチルアビレート（ＤＯ
Ｚ）、ジブチルマレエート（ＤＢＭ），トリブチルホス
ヘート（ＴＢＰ）、トリオクチルホスヘート（ＴＯＰ）
等が用いられる。

【００１６】以下、実施例に基づいて、本発明をより詳
細に説明するが、発泡ゴムの性質および試験タイヤによ
るタイヤ性能の試験は下記の方法で行った。

【００１７】試験法（１）平均気泡径および発泡率Ｖｓ発泡ゴムの平均気泡径は、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の光学顕微鏡で撮影し、２
００個以上の独立気泡の気泡直径を測定し、算術平均値
として表わした。また、発泡ゴムの発泡率Ｖｓは、ブロ
ック状の前記試料の密度ρ_１（ｇ／ｃｍ^３）を測定し、
一方、無発泡ゴム（固相ゴム）のトレッドの密度ρ
_０（ｇ／ｃｍ^３）を測定し、前記式（２）を用いて求め
た。

【００１８】（２）独立気泡の気泡直径および気泡数発泡ゴムの独立気泡の気泡直径および気泡数は、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の光
学顕微鏡で撮影し、独立気泡の気泡直径を求める。次い
で、独立気泡の気泡直径が５μｍ以上の気泡数を延べ面
積４ｍｍ^２以上にわたって測定し、独立気泡の単位面積
１ｍｍ^２当たりの気泡数（個）を計算した。

【００１９】（３）発泡ゴムの表面粗さおよび氷上摩擦
係数発泡ゴムのゴム表面の微小な凹凸を特定化する表面粗さ
として、ＪＩＳ表面粗さ（ＢＯ６０１）に記載されてい
る自乗平均平方根粗さ（ＲＭＳ）を用いた。即ち、タイ
ヤのトレッドより発泡ゴムを切り出し、触針式表面粗さ
計（小坂研究所製）を用い、所定の試料寸法（長さ１０
ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ５ｍｍ）、触針先端の半径Ｒ＝
２μｍ、測定力＝０．７ｍＮ、測定スキャニング長２．
５ｍｍの測定条件により試料表面を試料の長さ方向に
０．５ｍｍ間隔で１０個所、計１０個測定して平均し
た。発泡ゴムの氷上摩擦係数、特に０゜Ｃ付近の湿潤状
態における氷上の摩擦係数は、表面温度が−０．５°Ｃ
の氷上に前記表面粗さを測定した試料表面（試料寸法、
長さ１０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ５ｍｍ）と氷とを接触
させ、協和界面化学（株）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／ｃｍ^２、滑り
速度１０ｍｍ／ｓｅｃ、雰囲気温度−２°Ｃ、表面状態
は鏡面に近似、により行った。

【００２０】（４）トレッド表面発熱温度試験タイヤに正規内圧を充填した後、ドラム外径１．７
ｍの通常の室内ドラム試験機に速度１００ｋｍ／Ｈ、正
規荷重で押しつけて３時間走行し、トレッドの中央部の
表面温度を測定した。

【００２１】（５）耐摩耗性能各試験タイヤ２本を排気量１５００ｃｃの乗用車のドラ
イブ軸に取り付け、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させた。溝深さの変化量を測定し、
比較タイヤを１００として指数表示した。数値は大きい
程耐摩耗性能が良好であることを示す。

【００２２】（６）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°Ｃの氷上で制動距離を測定した。比較
例タイヤを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。

【００２３】（７）一般路面上の操縦安定性能操縦安定性能は、試験車に試験タイヤを装着し、夏季の
一般舗装路面を所定の速度で走行し、走行中の操舵性、
安定性を１０段階評価法で試験し、平均し、表４中の比
較例３をコントロール（基準）として＋、−で示した。
＋は良好、−は不良を示す。

【００２４】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説
明する。（第１〜５実施例、比較例１、２）図１、２は本発明に係る空気入りタイヤの第１実施例を
示す図である。先ず、構成について説明する。図１にお
いて、空気入りタイヤ（タイヤサイズ１６５ＳＲ１３）
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のクラウン部にほぼタイヤ円周方向
に配置したベルト部７およびカーカス部のタイヤ軸方向
両側部を被覆するサイドウォールゴム８とから構成され
ている。

【００２５】トレッド３は、トレッド３の表部３ａ側で
両ショルダ部間に発泡ゴム層１０を有し、発泡ゴム層１
０はトレッド３の全体積Ｖの少なくとも１０％以上の体
積を有し、この実施例ではトレッドの全体積Ｖと同じ１
００％の体積である。発泡ゴム層１０は発泡ゴム１１か
らなり、発泡ゴム１１は、表１に示すようにトレッドの
ゴム組成物（組成物３）、即ち、ガラス転移温度−６０
゜Ｃ以下の重合物（天然ゴム（ガラス転移温度−７２°
Ｃ）およびポリブタジエンゴム（ガラス転移温度−１０
０゜Ｃ）からなるゴム成分を含有し、且つ、これに通常
の配合剤および発泡剤（ジニトロソ・ペンタメチレンポ
テトラミンおよび尿素）を加えたものであり、通常のタ
イヤ製造方法にしたがって成型し、加熱・加圧する際、
発泡し独立気泡（図には黒点にて示している。）１３を
形成する。

【００２６】

【表１】

【００２７】第１実施例に用いた発泡ゴム１１は、表２
（組成物３）に示すように、発泡率Ｖｓ１２％で、平均
気泡径２４μｍの独立気泡を有し、気泡直径３０〜２０
０μｍの独立気泡を単位面積１ｍｍ^２当たり５０個を有
している。また、発泡ゴム１１の氷上摩耗係数は０．０
３７（表面粗さ２．３ＲＭＳ（μｍ））であり、通常の
もの（０．０１〜０．０２）より大きい。トレッド３以
外の構成および製造方法は通常の空気入りラジアルタイ
ヤと同じであり、詳細な説明は省略する。タイヤの性能
は、トレッド発熱温度が５９°Ｃで耐摩耗性能が９０、
氷上制動性能が９５であり、良好な氷上制動性能を示し
ている。

【００２８】

【表２】

【００２９】次に、試験タイヤ（タイヤサイズ１６５Ｓ
Ｒ０３）を７種類（実施例５種、比較例２種）を準備
し、本発明の効果を確認した。詳細は表２に示す。第１
実施例は前述の図１に示すものである。第２〜５実施例
および比較例１、２は、トレッド３に、図１に示すよう
に、トレッド３の全体積の１００％の体積を有する発泡
ゴム層１０を用いた場合であり、第２〜第５実施例およ
び比較例１、２の発泡ゴム層の発泡ゴムには、それぞれ
表１の組成物４〜７および組成物１、２を用い、発泡剤
の配合量を変えて、発泡ゴムの物性を変えて製造した。
比較例１、２は気泡径３０〜２００μｍの独立気泡数が
単位面積１ｍｍ^２当たり２０個未満で表面粗さが十分で
ない場合である。これらの試験タイヤは、前述以外は第
１実施例と同じである。

【００３０】これらの試験タイヤの発泡ゴムの性質は、
平均気泡径、発泡率Ｖｓ、気泡径３０〜２００μｍの独
立気泡数および氷上摩擦係数（図２）について、上述し
た試験法により測定した。タイヤの氷上摩擦係数は、特
に、温度０゜Ｃ付近の湿潤状態において重要であるが、
図２に示すように（図中の番号は組成物の番号を示
す。）、第１〜５実施例に用いた発泡ゴムの組成物３〜
７の氷上摩擦係数は、比較例１、２に用いた組成物１、
２のものに比較して大幅に向上している。

【００３１】試験タイヤの性能はトレッド表面の発熱温
度、耐摩耗性能、氷上制動性能について上述した試験法
により試験した。試験結果は表２に示す。これらの結果
から明らかなように、本発明を適用した第１〜第５実施
例は、比較例１、２に比較して、トレッド表面の発熱温
度の上昇もわずかで、発熱耐久性も充分であり、且つ、
耐摩耗性能も充分実用に耐るように確保されている。更
に、氷上制動性能も大幅に向上している。また、氷雪路
面上での駆動性能および操縦性能も充分であった。

【００３２】（第６〜８実施例、比較例３〜８）次に、第６〜８実施例について説明する。第６〜８実施
例においては、発泡ゴムが本発明の前記発泡ゴムの特徴
（即ち、トレッドゴムの組成物）を有するとともに、ゴ
ム成分１００重量部に対し低温軟化剤２〜２０重量部を
含有する場合で、湿潤氷面において、タイヤの制動性、
駆動性、コーナリング性が改良されることを示す。先
ず、トレッドに加硫により独立気泡を形成する発泡剤と
ともに低温軟化剤を併用すると、トレッドの動的弾性率
および内部損失が調節でき、このため湿潤氷面の性能が
向上することを説明する。図３、図４は、それぞれ、ト
レッドゴムの動的弾性率および内部損夫の温度依存性を
示す。図４の実線は発泡剤および低温軟化剤を配合しな
い通常のトレッドゴムであり、少量の低温軟化剤を配合
したトレッドゴムはほぼこの実線と同じである。一点鎖
線は発泡剤を配合し独立気泡を有する発泡ゴムからなる
トレッドゴム（低温軟化剤を含まない）である。このこ
とから、発泡ゴムからなるトレッドゴムの動的弾性率は
下側にシフトする。

【００３３】図４の実線は通常のトレッドゴムであり、
発泡ゴムからなるトレッドゴムはほぼこの実線と同じで
ある。点線は低温軟化剤を配合したトレッドゴム（発泡
剤なし）である。このことから、低温軟化剤を配合した
トレッドゴムは左側（低温側）にシフトする。したがっ
て、矢印Ａを付した温度においては、発泡ゴムからなる
トレッドゴムは低温軟化剤配合のトレッドゴムに比較し
て動的弾性率を小さくでき、且つ、内部損失を大きくで
きる。このため、トレッドの湿潤氷面の性能（氷上摩擦
性能）は向上し有利になる。一方、低温軟化剤を配合し
たトレッドゴムは、発泡ゴムからなるトレッドゴムに比
較して動的弾性率が大きくでき、且つ、内部損失が小さ
くできるので、耐摩耗性能に有利になる。以上説明した
ことから、低温軟化剤と発泡剤を併用することにより耐
摩耗性を維持したまま湿潤氷面の性能を向上できる。

【００３４】次に、上述した点を発泡ゴムに用いた第６
〜８実施例につき説明する。第６〜８実施例および比較
例３〜８において、トレッドのゴム組成物は、それぞれ
表３に示す組成物８〜１６を用いた。組成物８、９は発
泡剤を配合せず、組成物１０〜１６は発泡剤の配合量を
順次変化させた場合である。また、組成物８、９、１
１、１３、１５は低温軟化剤の含有量を変化させた場合
であり、組成物１０、１２、１４、１６は比較のため
に、低温軟化剤を含有していない場合である。トレッド
以外の構成は第１実施例（図１）と同じである。

【００３５】

【表３】

【００３６】トレッドゴムの性質は、その発泡率Ｖｓ、
温度０°Ｃにおける硬度、硬度の変化および耐摩擦性に
ついて試験し、また、このトレッドゴムを用いた空気入
りタイヤの性能は温度０°Ｃ付近および−２０°Ｃ付近
の氷上制動性能について上述した試験法によって試験
し、試験結果を表４に示す。

【００３７】

【表４】

【００３８】試験結果は表４に示すように、低温軟化剤
を含有する第６〜８実施例は、比較例３〜８に対して硬
度の低下も少なく、また、長期使用時の硬度変化も僅か
であり、耐摩耗性能を実用上十分に維持したまま、氷上
制動性能が大幅に向上している。

【００３９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。耐
摩耗性能および発熱耐久性を損なうことなく、氷雪路面
上における制動性能、駆動性および操縦性等の氷雪性能
を大幅に向上することができるとともに、発泡ゴムに低
温軟化剤を含有させることにより氷上制動性能を更に大
幅に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明に係る空気入りタイヤの第１実施
例を示す一部断面図である。

【図２】図２は表面粗さと氷上摩擦係数との関係を示す
グラフである。

【図３】図３は温度と動的弾性率との関係を示すグラフ
である。

【図４】図４は温度と内部損失との関係を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１、２１・・・空気入りタイヤ２・・・・・・ケース２ａ・・・・・ケースのクラウン部３・・・・・・トレッド３ａ・・・・・トレッドの表部５・・・・・・ビード部６・・・・・・カーカス部７・・・・・・ベルト部８・・・・・・サイドウォールゴム９・・・・・・ショルダ部１０・・・・・発泡ゴム層１１・・・・・発泡ゴム１３・・・・・独立気泡

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】タイヤのケースと、ケースのクラウン部を
被覆するトレッドとを備えた空気入りタイヤにおいて、
トレッドの少なくとも表部側に発泡ゴム層が配置されて
おり、該発泡ゴム層がガラス転移温度−６０°Ｃ以下の
重合物を含有するゴム成分１００重量部に対して低温軟
化剤を２〜２０重量部含有する発泡ゴムからなり、該発
泡ゴムが発泡率Ｖｓ５〜５０％の範囲で平均気泡径５〜
１５０μｍの独立気泡を有することを特徴とする空気入
りタイヤ。