JP5455181B2 - ゴム物品補強用スチールコードおよびそれを用いた空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明はゴム物品補強用スチールコードおよびそれを用いた空気入りタイヤ（以下、単に「コード」および「タイヤ」とも称する）に関し、詳しくは、空気入りタイヤやコンベヤベルト等の各種ゴム物品の補強用に用いられるゴム物品補強用スチールコードおよびそれを用いた空気入りタイヤに関する。

一般に、建設車輌用タイヤにおけるカーカスプライおよびベルトプライの補強や、コンベアベルトの補強に使用されるスチールコードには、高い強力が必要とされる。そのため、これら用途には、複数本のスチールフィラメントを撚り合わせたストランドを、さらに撚り合わせてなる複撚り構造のスチールコードが広く使用されている。

一方で、タイヤについては、近年の環境問題やエネルギーの高効率化に関する要請に応えるべく、軽量化、低転がり抵抗化による低燃費化および輸送費の抑制が求められている。このため、スチールコードの強力を増加させる手段として、材質（特に、炭素含有量）や加工法（例えば、減面率）を変えることで、フィラメントの強力を高める工夫がなされている。

しかし、フィラメントの抗張力を高めることでコード強力を高める従来の方法は、単撚り構造や通常の層撚り構造のスチールコードには有効であるものの、複数本のスチールフィラメントを撚り合わせたストランドからなる複撚り構造のスチールコードにおいては、十分有効なものではなかった。これは、かかる複撚り構造のコードにおいては、ストランド同士またはフィラメント同士の接触状態の影響により、フィラメント強力の上昇分がそのままコード強力の上昇に繋がらないためである。そのため、この問題を解消する目的で、これまでに様々な改良がなされてきている。

複撚り構造のスチールコードの改良に関して、例えば、特許文献１には、（１＋６＋１２）＋６×（１＋６＋１２）からなる７×１９構造のゴム補強用スチールコードについて、シースストランドにおける最外層のフィラメントの抗張力と、隣接する内層のフィラメントの抗張力とを、特定の比率で規定することにより、高いコード強力を得る技術が開示されている。また、特許文献２には、複撚り構造のゴム物品補強用スチールコードにおいて、ストランドを構成する最外層シースフィラメントの抗張力を３，０４０Ｎ／ｍｍ^２以下とし、最外層シースフィラメントを除く全ての内側のフィラメントの抗張力を３，１４０Ｎ／ｍｍ^２以上とすることで、高いコード強力を得る技術が開示されている。

さらに、特許文献３には、ストランドを構成する最外層フィラメントをその内側のフィラメントよりも太径として、その先行破断を回避することにより高いコード強力を得る技術が開示されており、特許文献４には、ストランドを構成するフィラメントの抗張力に関して「ストランドの中心に近い層のフィラメント抗張力≧ストランドの中心から遠い層のフィラメント抗張力」と規定するとともに、ストランドの平均抗張力に関して「コードの中心に近い層のストランドの平均抗張力＜コードの中心から遠い層のストランドの平均抗張力」と規定することにより、フィラメントの先行破断を防止して、高いコード強力を得る技術が開示されている。
特許第３４３９３２９号公報（特許請求の範囲等） 特許第３７０９５５１号公報（特許請求の範囲等） 再表０１／０３４９００号公報（特許請求の範囲等） 特開２００５―２４８３７３号公報（特許請求の範囲等）

上記のうち、特許文献２に記載されたスチールコードでは、ストランドを構成する最外層シースフィラメントの抗張力を３，０４０Ｎ／ｍｍ^２以下、最外層シースフィラメントを除くすべての内側のフィラメント抗張力を３，１４０Ｎ／ｍｍ^２以上としているが、標準的なストランド構造である３＋９、３＋９＋１５、１＋６＋１２構造では、最外層のシースフィラメント本数が半数以上を占めている。したがって、これらストランド構造においては、さらなる強力の向上を狙って内層のフィラメントの強力を１０％上げたとしても、トータルのコード強力としては、その上げ分の半分の５％以下にしかならないことになる。

すなわち、フィラメントの抗張力を高めてコード強力を高める従来の方法は、単撚り構造や通常の層撚り構造のスチールコードには有効であり、また、複数本のスチールフィラメントを撚り合わせたストランドとした複撚り構造のスチールコードにおいても、フィラメントの抗張力が３，０４０Ｎ／ｍｍ^２以下では有効であるが、それ以上になると、フィラメントの抗張力の上昇の分だけコード強力が上昇しないという問題があった。

また、特許文献３に記載されたスチールコードも、実際のタイヤに適用されてきており、ストランドを構成する最外層フィラメントをその内側のフィラメントよりも太径とすることによって、製造直後ではその効果は十分発揮され、高強力のスチールコードを得ることができるものである。しかしその一方、長期にわたり保管された場合や、タイヤ製造時の熱履歴の影響によって、そのコード強力が製造直後対比大きく低下してしまうという問題も生じていた。

その他、特許文献１や特許文献４に記載されたスチールコードにおいても、高いコード強力が得られるようになってはいるものの、最外層フィラメントの先行破断の問題が十分に解消されているとはいえなかった。

即ち、従来の技術では、複撚り構造のスチールコードにおいて、コード強力の更なる向上を図るにあたって生ずる最外層フィラメントの先行破断の問題を十分に解消しうるものではなく、より優れた改良技術の実現が求められていた。

そこで本発明の目的は、上記従来技術におけるような問題を生じることなく、複撚り構造のスチールコードにおける最外層フィラメントの先行破断の発生を防止して、コード強力を向上したゴム物品補強用スチールコード、および、それを補強材として用いた空気入りタイヤを提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決すべく、複撚り構造のスチールコードの長期保管やタイヤ加硫時の熱履歴の影響も考慮して、そのコード強力の改善方法につき鋭意検討した結果、コアストランドの最外層シースを構成するフィラメントの径ｄｃと、シースストランドの最外層シースを構成するフィラメントの径ｄｓとの比ｄｃ／ｄｓを１．０５〜１．２５とすることで、先行破断の原因となるコアストランド最外層フィラメントへの接触荷重によるせん断応力を緩和し、その先行破断を抑制することができ、結果としてコード強力の向上を図れることが可能となることを見出して、本発明を完成するに至った。

本発明のゴム物品補強用スチールコードは、複数本のスチールフィラメントを撚り合わせた層撚り構造を有するストランドが、複数にて撚り合わされてなる複撚り構造のゴム物品補強用スチールコードにおいて、
コアストランドがコアと、第１シースと、第２シースとからなり、シースストランドがコアと第１シースとからなり、かつ、
コアストランドの最外層シースを構成する最外層シースフィラメントの径ｄｃと、シースストランドの最外層シースを構成する最外層シースフィラメントの径ｄｓとの比ｄｃ／ｄｓが、１．０５〜１．２５であることを特徴とするものである。

本発明においては、前記ストランドのうちシースストランドの撚り角が１．４ｒａｄ以上であることが好ましく、前記最外層シースフィラメントの撚り方向と、前記シースストランドの撚り方向とが同一であることが好ましい。また、好適には、前記ストランドを構成する全てのフィラメントの抗張力が３，０４０Ｎ／ｍｍ^２以上である。さらに、前記ストランドを構成するフィラメントの炭素含有量が０．８０重量％以上であることも好ましい。

また、本発明の空気入りタイヤは、上記本発明のゴム物品補強用スチールコードを、補強材として用いた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で、複撚り構造のスチールコードの最外層フィラメント同士の接触部における先行破断の発生を抑制することができ、従来に比しコード強力を向上したゴム物品補強用スチールコードを実現することが可能となった。よって、かかる本発明のゴム物品補強用スチールコードを空気入りタイヤの補強材として用いることにより、重量の軽減、低燃費化および輸送費の抑制をいずれも実現できる空気入りタイヤが得られるものである。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明のゴム物品補強用スチールコードは、複数本のスチールフィラメントを撚り合わせた層撚り構造を有するストランドが、複数本にて撚り合わされてなる複撚り構造を有する。

前述したように、単撚り構造や通常の層撚り構造等の比較的直径の小さなスチールコードは、コード強力が個々のフィラメントの抗張力で決まる。しかし、上記のように、ストランドを複数本撚り合わせた複撚り構造としたスチールコードの場合、個々のフィラメントの引張り強力の他に、コード引張りによってストランド同士が強く接触することが影響し、その接触点でそれぞれの最外層フィラメントに応力が集中することにより最外層フィラメントの先行的なせん断破壊が生じて、個々のフィラメントの引張り強力の上昇の分だけコード強力を向上できない場合がある。特に、かかる先行破断現象は、せん断破壊し易い抗張力の高いフィラメントにおいてよく現れ、殊に抗張力が３，０４０Ｎ／ｍｍ^２以上のフィラメントについては、フィラメントの抗張力の上昇に従いコード強力の向上は抑制され、長期にわたる保管やタイヤ製造時の熱履歴により、むしろ低下してしまう場合さえある。かかる観点から、本発明は、このような現象が従来生じていた上記複撚り構造のスチールコードを対象としている。

図１に、本発明の一例のゴム物品補強用スチールコードの断面図を示す。本発明の好適例としては、図示するような、３本のコアフィラメント１１からなるコアと、その周囲に順次配置された９本のシースフィラメント１２からなる第１シースおよび１５本のシースフィラメント１３からなる第２シースとからなる層撚り構造を有するコアストランドに、３本のコアフィラメント１４からなるコアと、その周囲に順次配置された９本のシースフィラメント１５からなる層撚り構造を有するシースストランド８本を撚り合わせ、さらに１本のスパイラルフィラメント１６を螺旋巻きに巻き付けた（３＋９＋１５）＋８×（３＋９）＋１構造のスチールコードを挙げることができる。なお、スパイラルフィラメント１６は、コードの束を強化するために巻き付けられるものであるが、本発明においては必須ではなく、省略することも可能である。

本発明においては、図示するように、上記複撚り構造のスチールコードにおいて、コアストランドの最外層シースを構成するフィラメント１３の径ｄｃと、シースストランドの最外層シースを構成するフィラメント１５の径ｄｓとの比ｄｃ／ｄｓが、１．０５〜１．２５であることが重要であり、好ましくは１．０５〜１．２０の範囲である。これは、先行破断の発生するコアストランドの最外層シースを構成するフィラメントの径ｄｃをシースストランドの最外層シースを構成するフィラメント径ｄｓ対比１．０５倍以上太くすることで、フィラメントの断面積が大きくなり接触荷重によりせん断応力が緩和され、その先行破断を抑制することができ、結果として、これらフィラメントの抗張力の上昇を、そのままコード強力の向上に反映させることが可能となる。但し、１．２５倍を超えるほど太くするとこんどはシースストランドの最外層シースを構成するフィラメントが先行破断するようになり、これらフィラメントの抗張力の上昇を、そのままコード強力の向上に反映させることができなくなる。

また、本発明においては、コードを構成するストランドのうち、シースストランド２の撚り角が、好ましくは１．４ｒａｄ以上、特に好ましくは１．４０〜１．５０ｒａｄである。これは、シースストランド２の撚り角が、１．４ｒａｄ未満では、引張荷重を受けたときのコアストランド１の荷重負担およびシースストランド２からの接触荷重が大きくなり、コード強力が著しく低下するためである。

さらに、本発明においては、各ストランド１、２における最外層シースフィラメント１３の撚り方向と、シースストランド２の撚り方向とが、同一であることが好ましい。これは、同一方向に撚り合わせることにより、コアストランドの最外層シースフィラメントと、シースストランドの最外層シースフィラメントとの接触角が小さくなり、接触面積が増大し、先行破断が抑制されるためである。

本発明において特には、上記複撚り構造のスチールコードにおいて、各ストランドを構成する全てのフィラメントの抗張力が３，０４０Ｎ／ｍｍ^２以上であることが好ましく、より好ましくは３，０４０〜４，２００Ｎ／ｍｍ^２である。フィラメントの抗張力が３，０４０Ｎ／ｍｍ^２未満では先行破断の発生はないので、本発明を適用する必要が生じない。なお、フィラメントの材質としては、炭素含有量が０．８０重量％以上であることが好ましい。

なお、本発明のコードにおいては、コアストランドの最外層シースを構成するフィラメントの径ｄｃとシースストランドの最外層シースを構成するフィラメントの径ｄｓとの関係について上記条件を満足するものであれば、それ以外の、各フィラメントの具体的な径や撚り方向、撚りピッチ等の条件については、特に制約されるものではなく、用途に応じて、常法に従い適宜構成することが可能である。

本発明のゴム物品補強用スチールコードにおいては、上述のように、従来の複撚り構造のスチールコードに比べコード強力が向上している。したがって例えば、従来の複撚り構造のスチールコードの代わりに本発明のコードを用い、その複数本を互いに平行に引き揃えてゴムシートに埋設してなるプライをベルトまたはカーカスに適用した建設車両用の空気入りラジアルタイヤにおいては、重量の軽減、低燃費化および輸送費の抑制のいずれも図ることが可能となる。

本発明の空気入りタイヤの好適例としては、例えば、図２に示すような、タイヤサイズ４０．００Ｒ５７程度の大型のオフロード用ラジアルタイヤを挙げることができる。図示するタイヤは、左右一対のビード部にそれぞれ埋設されたビードコア２１間にトロイド状に延在する１層のカーカスプライ２２と、そのトレッド部２３のタイヤ半径方向外側に配設された６層のベルト２４を備えており、本発明のスチールコードは、かかるタイヤにおいて、カーカスプライ２２の補強材等として好適に適用することができる。この場合のカーカスプライ２２へのコードの打込み数は、例えば８．０〜８．５本／５０ｍｍの範囲内、特に８．０本／５０ｍｍ程度とすることができる。

本発明の空気入りタイヤは、上記本発明のスチールコードをカーカスプライまたはベルトの補強材として用いるものであればよく、それ以外のタイヤ構造の詳細および各部材の材質等については慣用されているものを適宜採用することができ、特に制限されるべきものではない。

以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
（実施例１〜３、比較例１〜８）
下記表１、２に示す条件に従い、複数本のスチールフィラメントを撚り合わせた層撚り構造を有するストランドが、１＋６〜９本にて撚り合わされてなる複撚り構造のゴム物品補強用スチールコードを作製した。

図１に示すスチールコードは、空気入りタイヤの補強材用途に最適な実施例１のコードであり、コード構造は、（３＋９＋１５）＋８×（３＋９）＋１構造となっている。すなわち、図示する実施例１のスチールコードは、コアストランド１の回りにシースストランド２を８本撚り合わせて、１本のスパイラルフィラメント１６を螺旋巻きに巻き付けたものであり、コアストランドは、３本のコアフィラメント１１の周りに９本の第１シースフィラメント１２と１５本の第２シースフィラメント１３とを撚り合わせ、シースストランドは、３本のコアフィラメント１４の周りに９本の第１シースフィラメント１５を撚り合わせたものである。なお、各フィラメントとしては、炭素含有量が０．８２重量％のものを用いた。

各実施例および比較例のスチールコードについて、そのコード破断強力の製造直後のより減り率および加熱後のより減り率につき評価した。ここで、より減り率（％）とは、コードを構成するフィラメントの破断強力の総和に対する、コード破断強力の差を百分率で示したものである。また、製造直後―加熱後変化率（％）は、製造直後のコード破断強力に対する１４５℃×４０分での加熱後のコード破断強力の変化率で表示した。製造直後のより減り率が１０％以下であって、かつ、加熱後のより減り率が１５％以下であれば強力低下が少なく、良好であるといえる。

また、コードが全破断する直前に試験機を停止させ、コード内部の各フィラメント先行破断率をコアストランド最外層フィラメントとシースストランド最外層フィラメント、その他でまとめた結果も、下記の表１、２中に併せて示す。

上記表１、２中に示すように、所定の複撚り構造のゴム物品補強用スチールコードにおいて、コアストランドの最外層シースを構成するフィラメントの径ｄｃと、シースストランドの最外層シースを形成するフィラメントの径ｄｓとの比ｄｃ／ｄｓが、１．０５〜１．２５とした実施例１〜３においては、製造直後のより減り率が小さく、高いコード強力を実現することができ、また、加熱後のより減り率も小さいため、加熱後においてもコード強力の低下が少ないことが確かめられた。

また、図３に、実施例１〜３および比較例１〜８におけるｄｃ／ｄｓと先行破断率の関係を示す。図３に示すように、コードの全破断直前のコード内部のフィラメント先行破断率を見ると、ｄｃ／ｄｓが１．００以下ではコアストランド最外層フィラメントがほとんどであるが、１．３０以上では他のフィラメントが先行破断するようになる。高いコード強力を得るためには、先行破断が特定のフィラメントに集中しないことが重要であり、ｄｃ／ｄｓが１．０５〜１．２５の領域が良いことがこの調査からもわかる。

本発明の一好適例のゴム物品補強用スチールコードを示す断面図である。 本発明の一好適例の空気入りタイヤを示す拡大部分断面図である。 ｄｃ／ｄｓと先行破断率の関係を示すグラフである。

符号の説明

１ コアストランド
２ シースストランド
１１ コアストランド コアフィラメント
１２ コアストランド 第１シースフィラメント
１３ コアストランド 第２シースフィラメント
１４ シースストランド コアフィラメント
１５ シースストランド 第１シースフィラメント
１６ スパイラルフィラメント
２１ ビードコア
２２ カーカスプライ
２３ トレッド部
２４ ベルト
ｄｃ コアストランドの最外層シースフィラメント径
ｄｓ シースストランドの最外層シースフィラメント径

Claims (6)

1. 複数本のスチールフィラメントを撚り合わせた層撚り構造を有するストランドが、複数にて撚り合わされてなる複撚り構造のゴム物品補強用スチールコードにおいて、
   コアストランドがコアと、第１シースと、第２シースとからなり、シースストランドがコアと第１シースとからなり、かつ、
   コアストランドの最外層シースを構成する最外層シースフィラメントの径ｄｃと、シースストランドの最外層シースを構成する最外層シースフィラメントの径ｄｓとの比ｄｃ／ｄｓが、１．０５〜１．２５であることを特徴とするゴム物品補強用スチールコード。
2. 前記ストランドのうちシースストランドの撚り角が１．４ｒａｄ以上である請求項１記載のゴム物品補強用スチールコード。
3. 前記最外層シースフィラメントの撚り方向と、前記シースストランドの撚り方向とが同一である請求項１または２記載のゴム物品補強用スチールコード。
4. 前記ストランドを構成する全てのフィラメントの抗張力が３，０４０Ｎ／ｍｍ^２以上である請求項１〜３のうちいずれか１項記載のゴム物品補強用スチールコード。
5. 前記ストランドを構成するフィラメントの炭素含有量が０．８０重量％以上である請求項１〜４のうちいずれか１項記載のゴム物品補強用スチールコード。
6. 請求項１〜５のうちいずれか１項記載のゴム物品補強用スチールコードを、補強材として用いたことを特徴とする空気入りタイヤ。

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