JP3634103B2 - ゴム製品補強用スチールコード - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は自動車用タイヤ、コンベアベルト等のゴム製品の補強材として使用されるゴム製品の補強用スチールコードに関するものであり、スチールコードの内部空洞へのゴム材の浸入を促進し、上記内部空洞への水の浸入によってスチールコードの腐食が促進され、その機械的強度が低下することを可及的に低減できるものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、この種のスチールコードは複数本の素線を撚り合わせた構造であり、このスチールコードの複数本が平行に引き揃えられた状態でゴム材で以て被覆されてゴム製品の補強材として使用されている。したがって、スチールコードとして必要不可欠な条件は、機械的強度に優れることは勿論のこと、ゴム材との化学的接着が良好であること、およびスチールコード内部へのゴム材の浸入が良好であることである。すなわち、スチールコードがゴム製品の補強材としての役割を十分に果たすためには、ゴム材と完全な複合体となることが必要である。
これまでのスチールコードは４〜５本の素線を相互に密着して撚り合わせた、いわゆるクローズド撚り構造のものが一般的である。この種のスチールコードは、空洞がコード中央部に存在しているため、スチールコードと２枚のゴムシートとを用いて複合体シートを形成する場合、ゴム材が上記空洞部に浸入せず、単にコードの外周を被覆するだけで、ゴム材との完全な複合体が形成され難い。
したがって、上記スチールコードを使用したゴム製品、例えば自動車用タイヤでは、ゴム材とスチールコードとの接着が十分でなく、自動車の走行時にゴム材とスチールコードが剥離する、いわゆるセパレーツ現象を起こし、タイヤの機能を著しく阻害すると共に、ゴム材中の水分やタイヤの割れ目から浸入した水分がコード内部の前記空洞部に至り、コード内部をその長手方向に伝播してコードを腐食させて機械的強度を大幅に低下させ、ゴム製品の耐用寿命を著しく短くする。このために、ゴム材がスチールコードの内部まで浸入し、しかも各素線の全周に接着するようにすることが望まれる。この要請に応えることを目的としたものの一つが、素線間に隙間を介在させて撚り合わせたいわゆるオープン撚り構造の補強用スチールコードである。しかし、このオープン撚り構造の補強用スチールコードにおいてゴム材が内部空洞に十分に浸入して各素線の全周に接着するようにするには、各素線間の隙間をゴム材が浸入できる大きさ、すなわち０．０２ｍｍ以上とすることが必要である。しかしながらこのように隙間を各素線間に十分とると、スチールコードの製造時において撚り構造が不安定になりやすく、素線の片寄りが生じたり、撚りがスチールコードの長手方向に不均一になるという欠点がある。また、このスチールコードは極低荷重での伸びが大きいため、取扱作業性および複合体シート成形時の作業性が悪いばかりか、複合体シート成形時に加えられる低荷重の張力によって上記隙間が減少し、ゴム材が十分浸入せず、したがって、前記の如き弊害を招くこととなっていた。
そこで、図５に示すような、４本の同一線径の素線を密着して撚り合わせた１×４構造のスチールコードの少なくとも１本の素線に略スパイラル状のくせを有するスチールコードが公知である（実公平７−３０７１４号公報、以下、これを「従来技術」という）。このスチールコードにおいては、クローズド撚りのため、極低荷重時の伸びは小さく取扱作業性はクローズド撚りのものと変わりはなく撚りは安定し、しかもスパイラル状のくせを施した１本の素線と隣接する素線との間に、コード内部へのゴム浸入路ができるため、コード内部空洞へのゴム材の浸入が良好になる。
上記従来技術のスチールコードにおいては、内部空洞へのゴム材の浸入が相当に向上されたとは言えるも、必ずしも十分でない。その理由は次のとおりと推測される。
すなわち、スパイラル状のくせを施していない他の３本の素線Ａ、Ｂ、Ｃの中央の１本Ｂとその両側に接触する素線Ａの間の隙間Ｓ、素線ＢとＣの間の隙間Ｓまではゴム材が十分浸入し得ない。これはスパイラル状のくせを施していない３本の素線によって形作られる隙間の形がＬ形であるためにゴムの浸入口Ｅから浸入したゴム材が上記隙間Ｓまで達しないことに起因するものと推測される。
また、このものについては素線ＣまたはＡにもスパイラル状のくせを施せばこれと素線Ｂとの間にもゴム材の浸入路が形成されるので、この浸入路から隙間Ｓにゴム材を浸入させることができるが、スパイラル状のくせ付けを施す素線数が増えるので、その分、非常に高価である回転機構を有するくせ付装置を増設する必要がありそれだけコードの製作コストが増大する別の問題が残る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記従来のスチールコードについて上記問題を解消することを目的として、初期伸びを増大させることなく、また、製作コストの増加を招くことなく、内部空洞に十分なゴム材を浸入させるための浸入路が形成されるように、スチールコードの構造を工夫することをその課題とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題解決のために講じた手段は、同一線径の４本の素線を撚り合わせて構成され、そのうちの１本にスパイラル状のくせを施したスチールコードを前提として、次の要素（イ）〜（ハ）によって構成されるものである。
（イ）２本の芯素線をコードの中心において互いに撚り合わせ、これに他の２本の側素線を芯素線の撚りピッチと同一ピッチで同一方向に撚り合わせたこと、
（ロ）２本の芯素線の中心を通る中心平面に対してその片側に２本の側素線を互いに点接触するように配置したこと、
（ハ）２本の側素線のうちスパイラル状のくせが施されていない１本の素線に芯素線の波高さよりも大なる波高さを有する型付けを施したこと。
【０００５】
【作 用】
図１、図２、図３を参照しつつ作用を説明する。
芯素線２、３は互いに撚り合わされ、その両素線の中心を通る平面に対してその片側において、側素線４、５が芯素線２、３の撚りと同一ピッチ、同一方向に撚り合わされてスチールコード１を形成している。側素線４には略スパイラル状のくせが施され、側素線５には芯素線２、３の波高さよりも大なる波高さを有する型付け（なお、「過剰波高型付け」ともいう）が施されている。そして、側素線５は芯素線２、３の波高さよりも大なる波高さを有する型付けが施こされているために自由度が大きい（余裕がある）。したがって、スパイラル状のくせが施された側素線４によって側素線５が、芯素線２、３の共通接線Ｌから遠ざけられる方向に押し出された位置で安定する。そしてこの状態では芯素線２、３と側素線５との配置関係はくの字状であり、この３つの素線を結ぶ三角形は鈍角三角形になる。そして、側素線４にはスパイラル状のくせが施され、かつ側素線５には波高さが大なる型付けが施されているために、芯素線３と側素線４との間、および側素線５と側素線４との間にゴム浸入路Ｅ_１が形成されるほか、芯素線２と側素線５との間にもゴム浸入路Ｅ_２が形成される。
このようにスチールコードの芯素線２、３と側素線４、５との間の隙間には三方の浸入路Ｅ_１、Ｅ_１、Ｅ_２からゴム材が浸入できるので、スチールコードの内部空洞にはゴム材が十分に充填される。
なお、側素線５の波高さは芯素線の波高さよりも大でありこの側素線自体の自由度が大きいが、芯素線２、３は密に撚り合わされているので、コード全体の引張荷重に対する長手方向の遊びは無く、したがって、極低荷重時の伸び（初期伸び）はクローズド撚りと同等に小さい。また、側素線５に施す波高が大なる型付けは、側素線５を回転しないくせ付装置にとりつけられた複数本のピン間（即ち、回転しない複数本のピン間）を通すことで得ることが出来るので、非常に高価な回転機構は不要であり、ほんのわずかな製作コストの増加に抑えることができる。
【０００６】
【実施態様】
上記側素線４のスパイラル状のくせのくせピッチＰ_１＝６ｄ〜３０ｄ、くせ外径ｄ_１＝（ｄ＋２／１００ｍｍ）〜（ｄ＋２／１０ｍｍ）とし、芯素線の波高さを１００とするとき、側素線５の波高さを１１０〜１５０とすること（ただし、ｄは素線径）。
側素線４のスパイラル状の小さいくせ形状について、くせピッチＰ_１が素線ｄの６倍より小さいと、くせ付け時に素線に無理な塑性変形が加わるため、素線が折れ易くなり、一方３０倍よりも大きいと、ゴム製品成形時のゴムのフローによる引張力、あるいはコード表面に負荷されるしごき力によって素線間の隙間が減少し、ゴム材の浸入が阻害される。くせピッチＰ_１＝６ｄ〜３０ｄ（従来技術においても同様）が適当な範囲である。なお、芯素線２、３のコード撚りピッチＰは撚りの安定性、生産性の面から８〜１２ｍｍであることが好ましく、この範囲におけるスパイラル状のくせのＰ_１は上記理由と略同様の理由から０．３Ｐ〜０．７Ｐとするのが好ましい。
また、くせ外径ｄ_１がｄ＋２／１００ｍｍよりも小さいと、流動性のよいゴムを使用してもゴム材が加圧加硫時にコード内部へ十分浸入せず、一方ｄ＋２／１０ｍｍよりも大きいと、撚りの安定性が悪く、極低荷重時の伸びが大きくなり、取扱作業性が悪くなる。くせ外径ｄ_１＝（ｄ＋２／１００ｍｍ）〜（ｄ＋２／１０ｍｍ）とする（上記従来技術においても同様）ことによってこれらの問題を回避できる。
さらに、側素線５の波高さが１１０（芯素線の波高さを１００とする）よりも小さいと側素線５と芯素線との間の間隙が小さくて側素線５と芯素線２との間に十分な大きさのゴム浸入路を確保できず、１５０を越えると撚り構造が不安定になり易く、素線の片寄りが生じたり、撚りがスチールコードの長手方向に不均一になる。波高さを１１０〜１５０とすることによって以上の問題を回避できる。なお、本明細書における波高さは図６に示すように、所謂、振幅の２倍をいう。
【０００７】
【比較試験】
１×４×０．２７の従来のスチールコード４点、本発明の例６点を作成し、これについてゴム浸入性、コードの初期伸び、耐疲労性、フレッティング量、取扱作業性等について試験、評価した。その結果を表１に示す。
【表１】

この試験、評価、あるいは表１におけるゴム材の浸入性ＲＰ（％）は、各スチールコードに５Ｋｇの荷重をかけた状態で１００％モジュラスが３５Ｋｇ／ｃｍ^２のゴム材（スチールコードを埋設するタイヤのブレーカー用として使用される通常のゴム材）中に埋込み加硫した後スチールコードを取り出し、当該コードを分解して各素線間の一定長さを観察し、観察した長さに対してゴム材と接触した形跡のある長さを百分率で求め、その平均値を表示したものである。
また、５Ｋｇの荷重をかけた時の伸びＳＬ（％）は、各コードの伸びを示し、取扱作業性および撚りの安定性を確保するために０．４％以下であることが必要である。
さらに耐疲労性ＲＦは、スチールコードを複数本、１００％モジュラスが３５Ｋｇ／ｃｍ^２のゴム材中に埋め込んで複合体シートを形成し、このシートについて繰り返し曲げ疲労試験（３点プーリ曲げ試験機によるフレッティング磨耗、座屈試験等）を行い、コードが破断するに至るまでの繰り返し回数を求め、その繰り返し回数を従来例２のコードのそれを１００として指数で表示したものである。
フレッティング量ＱＦ（μ）は、上記３点プーリ曲げ試験機による疲労試験片のコードを分解して、各素線の破断面の顕微鏡写真を撮り、その破断面におけるフレッティング磨耗発生部の最大磨耗深さを測定し、各素線の平均値を算出して表示したものである。
さらに、取扱作業性ＨＷは、スチールコード製造時、複合体シート成形時の煩雑さならびにコードの取扱作業性の評価であり、また製造時の加工難易度も考慮して従来例１のコードと比較して非常に劣るものを×、差がないものを○とした評価である。
設備コストＣＴは、スチールコード製造設備にかかる設備コストの評価であり、従来例３のコードと比較して劣るものを×、差がないものを○とした評価である。
表１において、従来例１は１×４×０．２７のクローズド撚り構造のスチールコードであって撚りが安定しており、５Ｋｇ荷重時の伸び、取扱作業性は良好であるがゴム材の浸入性に問題があり、そのためにフレッティング磨耗が大きい。
従来例２は平均型付け率（各素線間に隙間を設けて撚り合わせたときのコード径／各素線を密着させて撚り合わせたときのコード径×１００）が１３０％のオープン撚りの１×４×０．２７のスチールコードであって、ゴム浸入性および耐疲労性に優れるが、５Ｋｇの荷重時の伸びが大きく取扱作業性に劣る。
従来例３は図５の従来例であり、４本の素線のうちの１本にスパイラル状の小さなくせを施した１×４×０．２７のスチールコードであり、ゴム浸入性はおおむね良好であるが、スパイラル状のくせを施していない素線間に発生する隙間にはゴムが浸入しておらず、全体でのゴム浸入性は不十分である。
従来例４は４本の素線のうちの２本にスパイラル状の小さなくせを施した１×４×０．２７のスチールコードであり、ゴム材の浸入性は１００％であるが、スパイラル状のくせを施す装置を別途必要になるので、設備コストが高くなる。
本発明例１〜６は本発明についての試験例であり、ゴム浸入性、５Ｋｇ荷重時の伸び、耐疲労性、フレッティング量、取扱作業性および設備コストも満足できるものである。なお、図４は図２における断面（１）〜（８）の各断面図である。
【０００８】
【効 果】
本発明のスチールコードは、コード長手方向の全域に亘ってコード内部に空洞が残らず、かつ極低荷重時のコードの初期伸びが小さく、スチールコードを構成する各素線間にゴム材が確実に行きわたる。これによって、スチールコードとゴム材との完全な複合体となり、コードの腐食を防止できると共にゴム材とコードとのセパレーツ現象を防止でき、ゴム製品の疲労寿命が延長される。しかも、繰り返し曲げ応力が加わっても、座屈が発生せず、またフレッティング現象による磨耗量も少ないために、耐疲労性に優れる。さらに、極低荷重時のコードの伸びが大きいと、スチールコードをリールに巻き取る際にリールがパンクしたり、複合体シート成形の際にシートが波打つ等の弊害があるが、これが解消される等の優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスチールコードの断面図である。
【図２】本発明のスチールコードの正面図である。
【図３】図２の一部拡大図である。
【図４】図２における断面（１）〜（８）の各断面図である。
【図５】従来技術のスチールコードの断面図である。
【図６】本発明の波高さの説明図である。
【符号の説明】
１・・・スチールコード
２、３・・・芯素線
４・・・略スパイラル状のくせを施した側素線
５・・・芯素線２、３の型付けよりも過剰に型付けした側素線
Ａ、Ｂ、Ｃ・・・スパイラル状のくせを施してない素線
Ｓ・・・隙間
Ｌ・・・芯素線２、３の共通接線
Ｅ・・・ゴムの浸入口
Ｅ_１、Ｅ_２・・・ゴム浸入路

Claims (2)

1. 同一線径の４本の素線を撚り合わせて構成され、そのうちの１本にスパイラル状のくせを施したスチールコードにおいて、
   ２本の芯素線をコードの中心において互いに撚り合わせ、これに他の２本の側素線を芯素線の撚りピッチと同一ピッチで同一方向に撚り合わせてあり、
   ２本の芯素線の中心を通る中心平面に対してその片側に２本の側素線を互いに点接触するように配置し、
   ２本の側素線のうちスパイラル状のくせが施されていない１本の素線に芯素線の波高さよりも大なる波高さを有する型付けを施したことを特徴とするゴム製品補強用スチールコード。
2. 上記スパイラル状のくせが施されている側素線の該くせを、素線径をｄとするとき、くせピッチＰ_１＝６ｄ〜３０ｄ、くせ外径ｄ_１＝（ｄ＋２／１００ｍｍ）〜（ｄ＋２／１０ｍｍ）とし、芯素線の波高さを１００とするとき、スパイラル状のくせが施されてない側素線の波高さを１１０〜１５０とした請求項１記載のゴム製品補強用スチールコード。

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