JP4963389B2 - スチールコード、ゴム−スチールコード複合体およびタイヤ - Google Patents

Description

本発明はスチールコード、ゴム−スチールコード複合体（以下、それぞれ単に「コード」、「複合体」とも称する）およびタイヤに関し、詳しくは、タイヤやベルト、ホースなどの各種ゴム製品の補強に好適に適用されるスチールコード、それを用いたゴム−スチールコード複合体およびタイヤに関する。

スチールコードは、ゴムなどのマトリックス中に埋設されて複合体を補強する目的で種々用いられており、中でも、ゴムをスチールコードで補強したゴム−スチールコード複合体は、ゴム製品にゴム単体では不足する強度や剛性を持たせることができるため、タイヤやベルト、ホースなどの各種ゴム製品に広く適用されている。

通常、このような複合体を含む製品は、マトリックスが流動化若しくは軟化した状態で成型加工する工程を経て製品化されるが、このようなプロセスで、補強に使用されるスチールコードが剛直であるために、しばしばその成型加工時におけるフレキシビリティーが制約を受けてしまう。従って、従来のスチールコードでは、製品にした際の強度や剛性を高めることと、製造工程における自由度とは、背反することとなっていた。

特にタイヤは、形状が円形で曲面部が大半を占めることから、その製造工程においては柔軟性が要求され、特に、加硫工程では、モールドにフィットさせるために釜の中で拡張させるのが通常である。その一方で、製品となった後は、長時間の過酷な使用に耐え、安定した性能を発揮するために、高い強度および剛性と、寸法安定性が重要となる。特に、タイヤのクラウン部は、使用時において常に内圧により周方向に引っ張り入力を受け、使用によりクリープして周長が伸びることにより、歪が生じて耐久性を悪化させたり、タイヤの断面形状を変化させて摩耗特性を悪化させたりする場合がある。

これに対し、タイヤクラウン部の強化に係る技術として、例えば、特許文献１には、カーカスの周りのトレッド部に、２層の交錯ベルトと、その下層に位置する、少なくとも１層よりなり、波形若しくはジグザグ形をなす多数のコード（又はフィラメント）の補強要素を全体として赤道に沿う配向としたストリップによるクラウン強化層とを配することで、タイヤの重量増なしにセパレーションを有効に防止する技術が開示されている。

また、上記特許文献１では、波形若しくはジグザグ形のコードまたはフィラメントを全体として赤道に沿って配向させたストリップをクラウン強化層として用いることは、加硫時の伸びが容易に得られることから製造上簡便となることも開示されている。
特開平２−２０８１０１号公報（特許請求の範囲等）

しかしながら、上記特許文献１に開示された技術では、製品となった後にこのスチールコードが充分な剛性を発揮するためには、製品に内圧を負荷した状態で上記の波形またはジグザグ形が伸ばされてほぼ解消している必要がある。そのため、製品タイヤとしての物性を目標値に合致させるためには、成型加工工程において高い精度が必要となることから、生産効率の点で問題を有するものであった。

そこで本発明の目的は、特にタイヤクラウン部の補強用途に有用なスチールコードであって、従来におけるような製造上の問題を有することがなく、安定した品質で効率良く生産することが可能なスチールコード、これを用いたゴム−スチールコード複合体およびタイヤを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のスチールコードは、複数本の素線を撚り合わせた断面略楕円形状のストランドがＮ本（Ｎ＝２〜８）撚り合わされてなる複撚り構造を有し、前記Ｎ本のストランドの構造が２＋ｎ＋ｍ構造であって、かつ、２本のコア素線が実質的に撚り合わされずに平行に引き揃えられているか、または、１＋ｎ構造であって、かつ、１本のコア素線が波形に型付けされており、前記ストランドの長径をｄ１、短径をｄ２としたときｄ１／ｄ２＞１．０８であり、コードの外接円直径をＤ（ｍｍ）、コードの撚り合わせピッチをＰ（ｍｍ）としたとき、下記式、
ε_ｃ＝√（−ｂ／２＋√（ｂ^２／４−ｃ））−１
（式中、ｂは−１＋π^２（−４Ｒ^２＋ｄ^２）／Ｐ^２、ｃはπ^２ｄ^２ｋ（４π^２Ｒ^２＋Ｐ^２）／Ｐ^４、Ｒは（Ｄ−ｄ）／２、ｋはｔａｎ^２（π／２−π／Ｎ）、ｄは（ｄ１＋ｄ２）／２を表す）により定義されるε_ｃがε_ｃ＞０．００５、好適にはε_ｃ＞０．０１５を満足することを特徴とするものである。

本発明のスチールコードにおいては、前記Ｎ本のストランドの長軸の方向が、すべて略同一方向であってかつ、コード長手方向にわたっても同一方向であることが好ましく、コードが断面略楕円形状であって、コードの長径をＤ１、短径をＤ２としたとき、Ｄ１／Ｄ２＞１．０２であることも好ましい。

また、本発明のゴム−スチールコード複合体は、上記本発明のスチールコードがゴムに埋設されてなることを特徴とするものである。本発明の複合体においては、前記Ｎ本のストランド間に、少なくとも一箇所隙間が存在することが好ましい。

さらに、本発明のタイヤは、上記本発明のゴム−スチールコード複合体を補強材として用いた補強層を備えることを特徴とするものであり、好適には、前記補強層が、タイヤクラウン部に、前記補強材を少なくとも１周巻き付けて形成されてなる。

より具体的には、本発明のタイヤは、少なくとも一対のビードコア間に跨ってトロイド状に延在する少なくとも一対のカーカスを骨格とし、該カーカスの外周に、タイヤ赤道面に対し１０〜４０°の傾斜角をなす複数本のコードまたはフィラメントを補強要素とする少なくとも一層のベルトを有するタイヤにおいて、
前記ベルトの内周側であって前記カーカスの外周に、上記本発明のゴム−スチールコード複合体を全体としてタイヤ周方向に沿って配向させてなるストリップより形成された、少なくとも一層のクラウン強化層を備えることを特徴とするものである。

また、本発明の他のタイヤは、少なくとも一対のビードコア間に跨ってトロイド状に延在する少なくとも一対のカーカスを骨格とし、該カーカスの外周に、タイヤ赤道面に対し１０〜４０°の傾斜角をなし、層間で互いに赤道面を挟んで交差する複数本のコードまたはフィラメントを補強要素とする少なくとも二層の交錯ベルトを有するタイヤにおいて、
前記交錯ベルトの内周側であって前記カーカスの外周に、上記本発明のゴム−スチールコード複合体を全体としてタイヤ周方向に沿って配向させてなるストリップより形成された、少なくとも一層のクラウン強化層を備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、上記構成としたことにより、特にタイヤクラウン部の補強用途に有用であって、従来のような製造上の問題を有することなく、安定した品質で効率良く生産することが可能なスチールコード、これを用いたゴム−スチールコード複合体およびタイヤを実現することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図１に、本発明のスチールコードの一例の断面図を示す。図示するように、本発明のスチールコードは、複数本、好適には３〜２０本の素線１を撚り合わせたストランド２が、Ｎ本（Ｎ＝２〜８）、図示する例では５本撚り合わされてなる複撚り構造を有している。

また、図示するように、本発明のコードを構成するストランド２は断面略楕円形状を呈し、その長径をｄ１、短径をｄ２としたとき、これらの比ｄ１／ｄ２が、ｄ１／ｄ２＞１．０８を満足する。これにより、ストランド２間に隙間があっても、コードの外径が大きくなりにくくなり、製品のゲージを小さくすることができる。

また、本発明のコードは、コードの外接円直径をＤ（ｍｍ）、コードの撚り合わせピッチをＰ（ｍｍ）としたとき、下記式、
ε_c＝√（−ｂ／２＋√（ｂ²／４−ｃ））−１
（式中、ｂは−１＋π²（−４Ｒ²＋ｄ²）／Ｐ²、ｃはπ²ｄ²ｋ（４π²Ｒ²＋Ｐ²）／Ｐ⁴、Ｒは（Ｄ−ｄ）／２、ｋはｔａｎ²（π／２−π／Ｎ）、ｄは（ｄ１＋ｄ２）／２を表す）により定義されるε_cがε_c＞０．００５を満足するものである。

上記式により定義されたε_cがε_c＞０．００５、好適にはε_c＞０．０１５を満足するものとしたことで、図示するように、スチールコード内でＮ本のストランド２の間に少なくとも一箇所、図示する例では全てのストランド２間に、一定以上の隙間が形成され、これをゴム等のマトリックス中に埋設した際においてもストランド２間に隙間が存在することとなるため、マトリックスが柔らかい状態にあるときは、コードへの引っ張り歪に対してある程度の歪までは容易に伸びることができるものとなる。これにより、製品の成型加工が容易となるとともに、タイヤ製造時の加硫拡張時の猶予が大きくなるため、製造が容易であるというメリットが得られる。

一方、加硫後のゴムのようにマトリックスの流動性が小さくなると、上記のようにストランド２の間に隙間があっても、スチールコードはこの隙間を小さくするようなコイルバネ的変形ができなくなり、隙間がないときのようにスチールの持つ剛性が発揮されるようになる。このため、製品となった際の本発明のスチールコードの引っ張り剛性は、加工工程でスチールコードに加わる歪の大きさの影響を受けにくく、常に高剛性となる。

また、本発明のコードにおいては、Ｎ本のストランド２の長軸の方向が、すべて略同一方向であってかつ、コード長手方向にわたっても同一方向であることが好ましい。コードを構成する各ストランド２の長軸の方向が揃っており、かつ、それがコード長手方向にわたり同方向を向いているものとすることで、コード自体も扁平となり、製品のゲージをさらに薄くすることができる。

さらに、本発明においては、コードの断面形状が略楕円形状であって、コードの長径をＤ１、短径をＤ２としたとき、これらの比Ｄ１／Ｄ２がＤ１／Ｄ２＞１．０２を満足することも好ましく、これにより、さらに製品のゲージを薄くすることができる。なお、この場合のコードの外接円直径Ｄは、Ｄ＝（Ｄ１＋Ｄ２）／２である。

また、製品中ではストランド間に隙間が残った状態の方が疲労性の点で好ましいが、上記のように本発明のコードでは、このような状態であっても、ストランド２同士が密着した際に比較して引っ張り剛性が大きく低下することはない。

本発明におけるストランド２の構造としては、具体的には例えば、図１に示すストランド２のように、２＋ｎ＋ｍ構造であって、かつ、２本のコア素線１ａが実質的に撚り合わされずに平行に引き揃えられている構造や、図２に示すストランド１２のように、２＋ｎ構造であって、かつ、２本のコア素線１１ａが実質的に撚り合わされずに平行に引き揃えられている構造、また、図３に示すストランド２２のように、１＋ｎ構造であって、かつ、１本のコア素線２１ａが波形に型付けされている構造などを挙げることができ、この場合、ゴム中にコードを埋設した際に、コード内部までゴムが浸透し、製品となって外傷を受けてもそこから水分などが侵入拡散してサビが広がるなどしにくく、好適である。

以上より、本発明によれば、生産効率が良く、かつ、製品タイヤとなった後に補強材としての十分な剛性を発揮することのできるスチールコード、および、これをゴムに埋設してなるゴム−スチールコード複合体を実現することができる。

また、本発明のタイヤは、かかる本発明のゴム−スチールコード複合体を補強材として用いた補強層を備えるものであればよく、これにより、補強層において所望の高剛性を発揮させて、耐久性や耐摩耗性に優れたタイヤを実現することができる。特には、本発明は、高内圧で使用されクラウン部に高い周方向張力がかかるトラック・バス用（ＴＢＲ）タイヤに適用した際に有用である。本発明のタイヤは、好適には、タイヤクラウン部に、上記ゴム−スチールコード複合体からなる補強材が、少なくとも１周巻き付けられて形成されてなる補強層を備える。

図４に、本発明のゴム−スチールコード複合体を補強材として用いた本発明のタイヤの一例のトレッド部近傍の拡大断面図を示す。図示するタイヤ１００は、少なくとも一対のビードコア（図示せず）間に跨ってトロイド状に延在する少なくとも一対のカーカス１０１を骨格とし、その外周に、タイヤの中央円周を含む平面、即ち、タイヤ赤道面に対し１０〜４０°の傾斜角をなし、層間で互いに赤道面を挟んで交差する複数本のコードまたはフィラメントを補強要素とする少なくとも二層の交錯ベルト１０２を有し、この交錯ベルト１０２の内周側であってカーカス１０１の外周に、上記ゴム−スチールコード複合体を全体としてタイヤ周方向に沿って配向させてなるストリップより形成された、少なくとも一層のクラウン強化層１０３を備えている。

本発明の効果は、図示する例には限られず、いかなるタイヤにおいても得ることができるが、前述したように、特に、ＴＢＲタイヤにおいて有効であり、中でも、図４に示すような構造のタイヤ周方向に沿う配向としたストリップによるクラウン強化層１０３に本発明に係る複合体を適用することで、加硫時の伸びが容易に得られて製造上簡便となるとともに、この加硫時拡張の変動に対して製品の物性の変動が少なく、安定した品質が確保できる点で好適である。

また、図示はしないが、交錯ベルト１０２に代えて、タイヤ赤道面に対し１０〜４０°の傾斜角をなす複数本のコードまたはフィラメントを補強要素とする少なくとも一層のベルトを有するタイヤにおいて、かかるベルトの内周側であってカーカスの外周に、本発明の複合体を補強材として適用したクラウン強化層を設けることによっても、上記と同様の効果が得られることについては、言うまでもない。

なお、本発明のタイヤは、補強層、特にはクラウン強化層の補強材として、上記本発明のゴム−スチールコード複合体が適用されているものであればよく、これにより本発明の所期の効果を得ることができるものであり、具体的なコード径や撚りピッチ、補強層における補強材の打ち込み数の他、具体的なタイヤ構造や材質等については、常法に従い適宜設定することができ、特に制限されるものではない。

以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
（比較例）
従来一般的にＴＢＲタイヤの補強材として使用されている、下記表１に示す２＋６＋１１構造のコード２０を、図５の平面図に示すように、波型形状（波長：λ、振幅：２ａ）に型付けして平行に並べ、ゴムに埋設することで、比較例のゴム−スチールコード複合体を作製した。

（実施例１）
下記表１に示す２＋６＋１１構造（２本のコア素線は実質的に撚り合わされずに平行に引き揃えられている）を有する断面略楕円形状のストランドを、図１に示すように５本撚り合わせたものをゴムに埋設することで、実施例１のゴム−スチールコード複合体を作製した。

（参考例）
下記表１に示す２＋８構造（２本のコア素線は実質的に撚り合わされずに平行に引き揃えられている）を有する断面略楕円形状のストランドを、図２に示すように５本撚り合わせたものをゴムに埋設することで、参考例のゴム−スチールコード複合体を作製した。

（実施例２）
下記表１に示す１＋６構造（１本のコア素線は波形に型付けされている）を有する断面略楕円形状のストランドを、図３に示すように５本撚り合わせたものをゴムに埋設することで、実施例２のゴム−スチールコード複合体を作製した。

実施例１，２および参考例で得られた複合体のストランドの長径ｄ１および短径ｄ２、コードの長径Ｄ１および短径Ｄ２、コードの撚り合わせピッチＰおよびε_ｃの値を下記の表１中に示す。なお、実施例１，２および参考例の各複合体における各ストランドの長軸は、すべて略同一方向であってかつ、コード長手方向にわたっても同一方向である。

得られた各複合体について、歪と応力との関係を評価した結果を、図６のグラフに示す。図中、拡張０．５％加硫後および拡張１％加硫後の値は、各複合体をそれぞれ０．５％または１％拡張した状態で加硫した後に測定した値である。結果として、図示するように、実施例の複合体は、加硫前においては低剛性で加工性が良い一方、加硫後においては従来品である比較例の複合体よりも高剛性を示していることがわかる。また、加硫後の物性については、加硫時の拡張の影響も受けにくいことがわかる。

次に、比較例および実施例２については図７に示すタイヤ構造、実施例１および参考例については図４に示すタイヤ構造にて、作製した複合体をクラウン強化層１０３の補強材として適用して、タイヤサイズ２６５／６０Ｒ２２．５のタイヤをそれぞれ４本作製し、リム幅８．２５に組んで商業用トラックに装着し、９００ｋＰａの内圧を充填した。その後、平均２５４８０Ｎ（２６００ｋｇｆ）の荷重を作用させた状態で、舗装高速路３０％、舗装一般路７０％の走行路を１０万ｋｍ走行させて、走行終了時のセンター溝深さとショルダー溝深さを測定し、新品時からの磨耗量を比較した。その結果、比較例のタイヤでは２ｍｍ以上の差が生じていたが、各実施例および参考例のタイヤでは１ｍｍ以内であり、実施例において偏摩耗性が向上していることが確かめられた。

また、各タイヤにおいて周方向ベルト層に到達した外傷を受けた部分について、そのカット部からさびの進展した長さを測定し、３０ｍｍ以上のものがあった場合は腐食伝播性悪、それ以下なら良とした。
これらの結果を、下記の表１中に併せて示す。

上記表１に示すように、前記式により定義されるε_ｃがε_ｃ＞０．００５を満足する複撚りコードを補強材として用いた実施例１および２のタイヤは、生産性が良好であるとともに、偏摩耗性および腐食伝播性に優れたものであることが確かめられた。

本発明のスチールコードの一例を示す断面図である。 参考例のスチールコードを示す断面図である。 本発明のスチールコードのさらに他の例を示す断面図である。 本発明のタイヤの一例のトレッド部近傍を示す拡大断面図である。 比較例に係るゴム−スチールコード複合体を示す断面図である。 比較例および実施例のゴム−スチールコード複合体における歪と応力との関係を示すグラフである。 本発明のタイヤの他の例のトレッド部近傍を示す拡大断面図である。

符号の説明

１，１１，２１ 素線
１ａ，１１ａ，２１ａ コア素線
２，１２，２２ ストランド
１００ タイヤ
１０１ カーカス
１０２ 交錯ベルト
１０３ クラウン強化層

Claims (10)

1. 複数本の素線を撚り合わせた断面略楕円形状のストランドがＮ本（Ｎ＝２〜８）撚り合わされてなる複撚り構造を有し、前記Ｎ本のストランドの構造が２＋ｎ＋ｍ構造であって、かつ、２本のコア素線が実質的に撚り合わされずに平行に引き揃えられているか、または、１＋ｎ構造であって、かつ、１本のコア素線が波形に型付けされており、前記ストランドの長径をｄ１、短径をｄ２としたときｄ１／ｄ２＞１．０８であり、コードの外接円直径をＤ（ｍｍ）、コードの撚り合わせピッチをＰ（ｍｍ）としたとき、下記式、
   ε_ｃ＝√（−ｂ／２＋√（ｂ^２／４−ｃ））−１
   （式中、ｂは−１＋π^２（−４Ｒ^２＋ｄ^２）／Ｐ^２、ｃはπ^２ｄ^２ｋ（４π^２Ｒ^２＋Ｐ^２）／Ｐ^４、Ｒは（Ｄ−ｄ）／２、ｋはｔａｎ^２（π／２−π／Ｎ）、ｄは（ｄ１＋ｄ２）／２を表す）により定義されるε_ｃがε_ｃ＞０．００５を満足することを特徴とするスチールコード。
2. ε_ｃ＞０．０１５を満足する請求項１記載のスチールコード。
3. 前記Ｎ本のストランドの長軸の方向が、すべて略同一方向であってかつ、コード長手方向にわたっても同一方向である請求項１または２記載のスチールコード。
4. コードが断面略楕円形状であり、コードの長径をＤ１、短径をＤ２としたとき、Ｄ１／Ｄ２＞１．０２である請求項１〜３のうちいずれか一項記載のスチールコード。
5. 請求項１〜４のうちいずれか一項記載のスチールコードがゴムに埋設されてなることを特徴とするゴム−スチールコード複合体。
6. 前記Ｎ本のストランド間に、少なくとも一箇所隙間が存在する請求項５記載のゴム−スチールコード複合体。
7. 請求項５または６記載のゴム−スチールコード複合体を補強材として用いた補強層を備えることを特徴とするタイヤ。
8. 前記補強層が、タイヤクラウン部に、前記補強材を少なくとも１周巻き付けて形成されてなる請求項７記載のタイヤ。
9. 少なくとも一対のビードコア間に跨ってトロイド状に延在する少なくとも一層のカーカスを骨格とし、該カーカスの外周に、タイヤ赤道面に対し１０〜４０°の傾斜角をなす複数本のコードまたはフィラメントを補強要素とする少なくとも一層のベルトを有するタイヤにおいて、
   前記ベルトの内周側であって前記カーカスの外周に、請求項５または６記載のゴム−スチールコード複合体を全体としてタイヤ周方向に沿って配向させてなるストリップより形成された、少なくとも一層のクラウン強化層を備えることを特徴とするタイヤ。
10. 少なくとも一対のビードコア間に跨ってトロイド状に延在する少なくとも一層のカーカスを骨格とし、該カーカスの外周に、タイヤ赤道面に対し１０〜４０°の傾斜角をなし、層間で互いに赤道面を挟んで交差する複数本のコードまたはフィラメントを補強要素とする少なくとも二層の交錯ベルトを有するタイヤにおいて、
    前記交錯ベルトの内周側であって前記カーカスの外周に、請求項５または６記載のゴム−スチールコード複合体を全体としてタイヤ周方向に沿って配向させてなるストリップより形成された、少なくとも一層のクラウン強化層を備えることを特徴とするタイヤ。

Images