JPH05131803A - 難燃ゴムタイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 難燃性ゴムの使用量を最小限に抑え、他の諸
特性を損なわずに高度な難燃性を有する外皮ゴム部を備
えたゴムタイヤを提案することである。 【構成】 酸素指数の値を１９、８以上２７、５以下の
範囲とした難燃ゴム組成物層を、トレッドゴム層のうち
重量にして少なくも２０％を占めて、トレッドゴム層外
側に配置してなる外皮ゴム部を備えた難燃ゴムタイヤ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、地下鉄、モノ
レール及び新都市交通用車両等の電気車両や航空機、一
般自動車、建設車両、及び産業車両用ゴムタイヤに関
し、耐摩耗性や耐ヒートセパレーション性、耐クラック
性等の性能を保持しつつ、燃焼し難い安全なゴムタイヤ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、ゴムタイヤは高温の火炎にさ
らされたり、高電圧、高電流の短絡により生じるスパー
クに遭うと燃焼し易い性質を有している。また、一旦着
火し燃焼状態になれば、容易に消火し得ないばかりでな
く燃焼温度が高く他への延焼を促し、更にカーボンを含
んだ有毒ガスを発生する危険がある。

【０００３】特に多くの人員を輸送するゴムタイヤ式電
気車両の場合、ゴムタイヤが燃えることは多くの人命に
拘わり、特に地下鉄車両の場合は密閉空間内であること
から問題は一層深刻である。

【０００４】また、航空機にあっては特にランディング
の際ゴムタイヤに苛酷な制動力を加えざるを得ない緊急
時、トレッドが局部的に高温になり発火することが想定
される。一般自動車では、引火、爆発の恐れがある危険
物輸送の場合に、ゴムタイヤが異常高温になり、発火の
恐れなしとは言えない。これらの諸点から、発火、燃焼
し難いゴムタイヤの出現が強く望まれるようになった。

【０００５】この要望に対し、特開平１−２７３７０３
で難燃性ゴムタイヤ、即ち、少なくとも一方のサイドウ
ォール部のゴム露出面に厚さが０．３ｍｍから３．０ｍ
ｍの難燃ゴム組成物層を形成するゴムタイヤが提案され
ている。これは特にモノレール等に使用されるゴムタイ
ヤにあっては、装着箇所が電気火花を発生する電動モー
ターの集電装置近傍に位置することから、サイドウォー
ル部に限定し難燃ゴム組成物を適用せんとしたものであ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】然るに、電気車両用の
ゴムタイヤ炎焼を論じるにあたって最も留意すべき点
は、漏電の際、接地しているゴムタイヤトレッド面を通
じて電流が軌道上にアースされることである。この際、
一般に大電流である為トレッドと軌道面の間で爆発音を
伴う激しいスパーク現象が生じることになる。このスパ
ークが短時間であるにせよ時によってはゴムタイヤトレ
ッドを発火に至らしめ、これがゴムタイヤの火災、炎上
をもたらす危険がある。この危険を回避すべく、一時期
ゴムタイヤの電気抵抗値を極端に、例えば数メグオーム
から数十メグオーム以上とすることが試みられたが、反
って人体への感電の危険、他の部品への悪影響等の問題
が提起され、現在の低電気抵抗値のゴムタイヤが好適と
された。難燃ゴム組成物をサイドウォール部のみに形成
する前記従来技術におけるゴムタイヤは上記した諸点が
全く考慮されていないという問題があった。

【０００７】更に、航空機用ゴムタイヤにあっても上記
同様な問題が存在するのは明白であり、一般車両用ゴム
タイヤにおいてもトレッドが何らかの原因、例えば、ト
レッド補強のベルト層にスチールコードを配したゴムタ
イヤでセパレーションが生じ、スチールコード同士が互
いに擦れ合って高温になり、トレッドに裂け目が生じる
などの原因でトレッドに着火することが考えられる。ま
た、ゴムタイヤ内部からの着火のみならず、外部からの
高温、火炎を受ける際も前記の従来技術で開示されたサ
イドウォール部への難燃ゴム組成物形成では不完全であ
り実用性に難点があった。

【０００８】更にまた、発明者等の実験によれば、例え
サイドウオール部のみに局所的火炎を与えても、火源の
熱容量いかんによっては、難燃ゴム組成物層の重量ない
しゲージ次第でゴムタイヤは容易に着火、燃焼するとの
結果に至り、この点においても前記の従来技術は実用性
に問題があった。

【０００９】これら諸点を考察するに、ゴムタイヤとし
て最も基本的かつ重要特性である耐摩耗性、耐発熱性、
耐セパレーション性等が先行重視され、難燃ゴム組成物
をトレッド層に用いるにあたり、これら諸特性を大きく
損ねることの危惧から、燃焼を促す多種の環境条件に対
処し得る難燃ゴムタイヤが従来の技術に存在していない
と思考される。

【００１０】本発明は、前記した諸問題を解決すべくな
されたもである。本発明の目的は、難燃ゴムタイヤに関
し、トレッドの耐摩耗性、耐発熱性、耐セパレーション
性、耐クラック性等のゴムタイヤに要求される基本特性
を損ねることなく、かつ、難燃剤の使用量を最小限に抑
えつつ、効率的にゴムタイヤを着火し難く（遅燃性付
与）、燃焼し難いもの（自己消火性付与）とすることで
ある。

【００１１】

【問題点を解決するための手段】本発明は、トレッドゴ
ム層と、該ゴム層の両側に連なり径方向内側に向かって
ビード部近傍まで延在するサイドゴム層とからなる外皮
ゴム部と、該ゴム部の内側に補強部とを備えたゴムタイ
ヤにして、酸素指数の値を１９．８以上２７．５以下の
範囲とした難燃ゴム組成物層を、トレッドゴム層のうち
重量にして少なくも２０％を占めて、該ゴム層外側に配
置してなる外皮ゴム部を備えた難燃ゴムタイヤである。

【００１２】以下に図を用いて本発明を更に詳細に説明
する。図１に、本発明になるゴムタイヤの幅方向断面を
タイヤ赤道面Ｘ−Ｘより左半分について例示する。図の
１はゴムタイヤ、２はトレッドゴム層、３はトレッドゴ
ム層に連なりビードコアー８近傍まで延在するサイドゴ
ム層であり、これ等トレッドゴム層、サイドゴム層で外
皮ゴム部を構成する。

【００１３】この外皮ゴム部の内側には、一対のビード
コアー８（一方側のみ示す）にトロイド状に跨がるカー
カス本体部分とこれに連なる折り返し部分より成るカー
カス４とベルト５とで主骨格が形成され、ベルト端部に
接する内方にはクッションゴム６、カーカス本体部分と
折り返し部分に挟まれ径方向外側に延在するスティフナ
ーゴム７及びビード部補強層９とで副骨格が形成されて
いて、これら両骨格でゴムタイヤの補強部を構成する。

【００１４】また、１０はトレッドゴム層に設けられた
周方向溝である。尚、本発明におけるトレッドゴム層と
は、図１に示すように、タイヤの幅方向断面において、
ベルトの最外層の径方向外側にあって、トレッド接地面
の弧の延長とサイドウォール外側面の曲線もしくは直線
の延長との交点Ｐから、カーカスないしベルトの外側層
への法線で区分された内側部分である。

【００１５】ここに、トレッドゴム層のうち重量にして
少なくも２０％を占めて外側に配置される難燃ゴム組成
物層を、例えば、図１の斜線部分Ｌで示す。サイドゴム
層３は従来ゴム組成物層よりなる。

【００１６】本発明にあっては、ゴムタイヤが外部から
高温の火炎にさらされたり、或は、前記したような自己
原因による高温化等、火源の種類の多様性、及び火源の
熱容量等、多種類のタイヤ火災の要因に対処すべく、ト
レッドゴム層の少なくも外側部分を占める一部分を図１
に示した難燃ゴム組成物層Ｌ（斜線部分）とし、該層Ｌ
の重量をトレッドゴム層全重量の２０％以上とする点に
特徴を有す。一方、サイドゴム層には従来ゴム組成物を
用い、難燃剤の使用量を最小限に抑えている。

【００１７】更に、本発明では、難燃ゴム組成物の酸素
指数の値を１９．８以上２７．５以下とすることが望ま
しく、２０．６以上２４．５以下の範囲とすれば更に好
ましい。尚、酸素指数はＪＩＳ Ｋ７２０１に準拠す
る。

【００１８】本発明における難燃ゴム組成物は、エラス
トマーとして、天然ゴム、スチレンーブタジエン共重合
体ゴム、ポリブタジエンゴム、アクリロニトリルーブタ
ジエン共重合体ゴム、エチレンープロピレンー共役ジエ
ン三元共重合体ゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴ
ム、フッ素ゴム、エピクロロヒドリンゴム等を用いる事
が可能であり、これ等エラストマーに下記するゴム配合
薬品と難燃剤を混合する事により調製される。

【００１９】しかし、ゴムタイヤの諸性能を考慮すれ
ば、上記の諸エラストマーのうち、天然ゴム、スチレン
ーブタジエン共重合体ゴム、ポリブタジエンゴム、アク
リロニトリルーブタジエン共重合体ゴム、エチレンープ
ロピレンー共役ジエン三元共重合体ゴム、ブチルゴム、
ハロゲン化ブチルゴム等を単独ないしブレンドして用い
るのが特に好ましい。

【００２０】本発明の難燃ゴム組成物に配合する薬品と
して、カーボン等の補強剤、充填剤、軟化剤、加硫剤、
加硫促進剤、加硫促進助剤、軟化剤、老化防止剤等の従
来のゴムタイヤに使用する全ての配合剤を用いることが
できる。

【００２１】また、難燃ゴム組成物の上記エラストマー
に配合する難燃剤として、塩素化パラフィン、三酸化ア
ンチモン、水酸化アルミニュウム、水酸化マグネシュウ
ム、ヘキサブロモベンゼン、テトラブロモビスフェノー
ルＡ、トリフェニルフォスフェート、トリクレジルフォ
スフェート、赤燐等の諸剤から選ばれる少なくも一の難
燃剤を用いる事ができる。なかでも本発明においては、
高度な難燃性効果及びゴムとの好ましい相溶性の点か
ら、塩素化パラフィン、三酸化アンチモン、水酸化アル
ミニュウム、水酸化マグネシュウム、赤燐等の諸剤を好
適な難燃剤として組み合わせ用いるを可とする。

【００２２】

【作用】発明者等は、各種実験の結果、多種の火源に対
して難燃ゴムタイヤを成立させる為には、外皮ゴム部に
用いられる難燃ゴム組成物の難燃性の度合にのみ支配さ
れることはなく、該組成物の使用量と使用部位に大きく
依存するとの知見に基ずき以下の結論に到達した。

【００２３】即ち、ゴム組成物の使用量に関して発明者
等は、前記した従来技術の難燃ゴム組成物の単体試験片
のみの燃焼実験を行ったところ、難燃性は認められたも
のの、該ゴムをゴムタイヤのサイドウォール部（総厚さ
７ｍｍ）の表面に３ｍｍ厚さで設け、実際の火災を想定
した燃焼実験を実施したところ約６９０℃で燃焼し、難
撚性は殆ど認められず、使用量不足との結論に至った。

【００２４】更に、酸素指数の値が１９．２である比較
的可燃性を有する従来ゴムタイヤのゴム組成物の燃焼実
験では、外皮ゴム部の容積（重量）が火源の熱容量に対
し十分に大きい値を有していれば、ゴムタイヤとして難
撚性を有するとの結果を得た。

【００２５】これらの結果を解析、総合すれば、単に難
燃ゴム組成物を外皮ゴム部に形成しさえすれば難燃ゴム
タイヤが得られるとは言えず、火源の熱容量に対し難燃
ゴム組成物層の外皮ゴム部に占める重量（容積）が必要
最小限確保されて、最も燃焼の危険度合が高い部位にの
み難燃ゴム組成物層を形成し、他の部位には比較的高い
難燃性を有する従来ゴム組成物を適用する事で本発明の
目的が達成し得るとの示唆が得られる。

【００２６】かくして発明者等は、実際の火災や着火源
及び前記した高電圧、大電流のスパーク等の火源の熱容
量、火源の位置に十分対処し得る難燃ゴムタイヤを成立
させるため、好適な酸素指数の値と、最も燃焼の危険度
が高いトレッドゴム層に難燃ゴム組成物を形成すること
と、トレッドゴム層の全重量に対する難燃ゴム組成物層
の重量の比とを必須な三要素として取り入れる必要があ
るとの結論に至った。

【００２７】即ち、トレッドゴム層のうち少なくも２０
％の重量を占めて該層外側に難燃ゴム組成物層を形成し
たのは、実際上ゴムタイヤの燃焼を招く火源がトレッド
ゴム層に集中する頻度が最も高いことによる。

【００２８】ここで、酸素指数の値を１９．８以上とし
たのは、１９．８未満では前記高温環境条件の下で望ま
しいゴムタイヤとしての十分な難燃性が得られない不具
合が生じるからである。また、酸素指数の値を２７．５
以下としたのは、２７．５を越えるとゴムタイヤとして
の十分な力学特性、例えば、引張り強度、亀裂成長性及
び所望の反発弾性等の特性が得られず、この結果、ゴム
タイヤの耐摩耗性、耐クラック性並びに低発熱性、耐カ
ット性等の諸性能が大きく低下するからである。

【００２９】次いで、難燃ゴム組成物に特に好ましい難
燃剤として塩素化パラフィン、三酸化アンチモン、水酸
化アルミニュウム、水酸化マグネシュウム、赤燐等の諸
剤を配合したのは、難燃ゴムとの相溶性が良好であるこ
と及びゴムタイヤのゴムとしての物理特性、例えば、耐
摩耗性や耐カット性等の性能に悪影響を及ぼす恐れが少
ないことによる。

【００３０】更にこれに加え、好ましい難燃効果が得ら
れることによる。即ち、約６５０℃から１２００℃の燃
焼温度にさらされた際、不燃性ガス発生による空気中酸
素の希釈、結晶水の放出による吸熱反応、ポリリン酸皮
膜形成による酸素遮断と炭化層形成等の複合効果が得ら
れるからである。

【００３１】

【実施例】

実施例１、実施例２共にサイズが１３／８０Ｒ２０で、
図１の基本構成になるゴムタイヤである。また、各実施
例及び従来例、比較例を含め外皮ゴム部内側の補強部は
全て同一とした。サイズも全て同一である。

【００３２】即ち、前記補強部は、一対のビードコアー
８にトロイド状に跨がるスチールコード補強になる一プ
ライのラジアルカーカス４と、ラジアルカーカスの径方
向外側にスチールコード補強になる二層のベルト５を備
え、ベルトの両側端部の径方向内側にはクッションゴム
６を備え、ラジアルカーカス本体部と折り返し部の間に
はスティフナーゴム７を配し、更に、ラジアルカーカス
４の折り返し部の外側に沿ってビード補強層９を以てな
る。

【００３３】実施例１ 図１に従う外皮ゴム部であり、トレッドゴム層２の全重
量の８５％を難燃ゴム組成物層Ｌとし、サイドゴム層３
は全量を従来ゴム組成物層とした。尚、Ｌの重量は１
４．５ｋｇであり、トレッドゴム層全重量は１７ｋｇ、
サイドゴム層は４ｋｇであった。ちなみにゴムタイヤ１
の重量は６５ｋｇであり、以下、全てのゴムタイヤの重
量を同一重量とした。

【００３４】実施例２ 同じく図１に従う外皮ゴム部を備え、トレッドゴム層２
の全重量の８５％を実施例１とは異なる配合になる難燃
ゴム組成物層Ｌとし、同じく、サイドゴム層３は従来ゴ
ム組成物層とした。Ｌの重量は１４．５ｋｇであり、そ
の他の外皮ゴム部重量は実施例１と同一重量とした。

【００３５】各実施例の難燃性及びその他の性能を確か
めるべく従来例及び比較例の各ゴムタイヤを準備した。
これ等は外皮ゴム部を除く補強部が各実施例と同一であ
る。比較例はサイドゴム層の外側にのみ重量３．５ｋｇ
の難燃ゴム組成物層を形成したものである。従来例、比
較例ともにトレッドゴム、サイドゴム両層の重量を各実
施例と同一とした。

【００３６】実施例１、実施例２及び従来例、比較例の
各層のゴム配合例を表１に示す。配合剤の数値は通例に
従い、ゴム部分を１００とした重量部を表す。表２に外
皮ゴム部に適用した配合例Ｎｏ．を酸素指数値とともに
難燃ゴム組成物と従来ゴム組成物に分けて示した。尚、
表２の中段に試験片の実験室データーを指数で示した。
数値は大なる程良い。

【００３７】前記各実施例、従来例及び比較例のゴムタ
イヤそれぞれを標準リム８．５０Ｖ−２０に装着し、一
旦標準空気圧を充填しゴムタイヤをリムに十分定着させ
た後大気圧に戻し、車両に装着したのと同様状態に軸を
水平として、まず難燃性の程度を以下の評価方法により
テストした。即ち、ブタンガスバーナーを用い、バーナ
ーの火口をゴムタイヤトレッドの下方約５ｃｍの位置に
固定し、火炎温度約１０００℃、火炎の高さ約１０ｃ
ｍ、幅約１０ｃｍ、厚さ約１ｃｍの炎で１５分間加熱し
た。

【００３８】この燃焼実験の結果を表２に示す。本発明
になる実施例は約０．５分後に一旦着火したものの、ガ
スバーナーの火炎を止めた後、瞬時に又は約３分後に燃
焼を停止する優れた難燃性を示した。一方、従来例、比
較例とも火炎を止めても燃焼を継続し焼失した。

【００３９】また、前記各ゴムタイヤを実際の車両に装
着、走行させ、耐摩耗性並びに耐クラック性を、更に、
ドラム試験機により一定時間走行させて発熱性と耐セパ
レーション性とを評価した。これらの結果を同じく表２
の下段に示す。数値は耐摩耗性のみにつき、従来例を１
００とした指数で表し大なる程良い。尚、耐久性は耐摩
耗性を除く上記の試験項目である。各実施例とも従来例
対比全く遜色ないか、実用上無視し得る程度の数値を示
し、本発明の目的を達成している。

【００４０】

【表１】

【００４１】

【表２】

【００４２】尚、前記した実施例のスチールコード補強
のゴムタイヤ以外に、本発明は、有機または無機繊維コ
ードを用いたラジアルゴムタイヤに適用し得るのは勿論
の事、該繊維コード補強になるバイアスゴムタイヤ、及
び、ゴムタイヤ内部にウレタンゴム、その他のゴム等を
充填、挿入したパンク防止ゴムタイヤにも用いる事が出
来るのは勿論である。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、電気車両その他各種車
両や航空機に使用されるゴムタイヤとして要求される耐
摩耗性、耐セパレーション性、耐クラック性等の基本性
能を損なうことなく、高温度で大きな熱容量を有する火
源に遭遇しても、自己消火性と遅延性に優れる極めて高
度な難燃性を有するゴムタイヤを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う第一実施例、第二実施例のゴムタ
イヤの基本構成を示す左半分の幅方向断面の説明図であ
る。

【符号の説明】

１ ゴムタイヤ ２ トレッドゴム層 ３ サイドゴム層 ４ カーカス ５ ベルト ６ クッションゴム ７ スティフナーゴム ８ ビードコアー ９ ビード部補強層 １０ 溝 Ｌ 難燃ゴム組成物層 Ｐ トレッドとサイドの延長の交点

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【手続補正書】

【提出日】平成３年１１月２０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４１】

【表２】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トレッドゴム層と、該ゴム層の両側に連
   なり径方向内側に向かってビード部近傍まで延在するサ
   イドゴム層とからなる外皮ゴム部と、該ゴム部の内側に
   補強部とを備えたゴムタイヤにして、 酸素指数の値を１９．８以上２７．５以下の範囲とした
   難燃ゴム組成物層を、トレッドゴム層のうち重量にして
   少なくも２０％を占めて、該ゴム層外側に配置してなる
   外皮ゴム部を備えた難燃ゴムタイヤ。