JP3816567B2 - Steel cord for rubber reinforcement and radial tire using the same - Google Patents

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    • D07B1/0606Reinforcing cords for rubber or plastic articles
    • D07B1/062Reinforcing cords for rubber or plastic articles the reinforcing cords being characterised by the strand configuration
    • D07B1/0633Reinforcing cords for rubber or plastic articles the reinforcing cords being characterised by the strand configuration having a multiple-layer configuration

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は特にコード強力を保ちながら、かつフィラメント破断を起こさない耐久性の向上したスチールコード及びそれを使用した重荷重用タイヤに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来一般的に、タイヤ走行中、スチールコードはコード内のフィラメント同士のフレッティング摩耗により、フィラメント断面積が減少し、コード強力が低下していく。その時コード内の一部のフィラメントだけ断面積の減少が激しければ、そのフィラメントは衝撃引張り、繰り返し曲げに対して破断を起こしやすくなる。一旦フィラメントが破断すると、他のフィラメントの引張り応力が増大し、コードの疲労破壊が促進されるという問題があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このようなコードの耐久性を増すためには、コード内の一部のフィラメントが先行的に早期破断することを避ける必要があり、コード内のフィラメント強力低下は一様であることが望ましい。
【0004】
ここで本発明者等はタイヤ走行によるカーカスプライフィラメントの強力低下を、層撚り構造を持ちスパイラルのラップフィラメントでコードをラッピングし安定化したコードにつき調査した結果、最外層同軸層のフィラメントの強力低下が極度に大きいこと、また強力低下の主要因がスパイラルのラップフィラメントとのフレッティング摩耗であることを見いだした。
【0005】
そこで強力低下の主要因であるスパイラルのラップフィラメントを除去し、これによるフレッティングが発生しないようにしたコードにつき調査した結果、スパイラルのラップフィラメントによるフレッティングは無くなり、最外層同軸層のフィラメントの強力低下は少なくなった。
【0006】
しかし、ラップフィラメントが無くなった為、コードの拘束性が悪く、コードを極端に曲げるとフィラメントがバラバラになり、一部のフィラメントに異常入力が入りフィラメントが破断する現象が2層撚りコードについて見られた。この場合コードの破断寿命がスパイラルのラップフィラメントでコードをラッピングし安定化したコードに比べ、大幅に低下した。この現象より、極端な曲げ入力によるコード寿命の低下を防止する為に、フィラメントがなんらかの形で拘束されている必要があることが明らかになった。
【0007】
上述のように層撚り構造のカーカスプライコードにおいて、フィラメントの拘束を維持し、コード大曲げ入力時のフィラメントへの異常入力を抑制しつつ、スパイラルのラップフィラメントと最外層同軸層のフィラメント間のフレッティング摩耗を軽減し、最外層同軸層フィラメントの強力低下を防止することが早急に解決すべき問題点として残されている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、(1)1本のスチールフィラメントから成る中心基本構造(コア)と、この基本構造のまわりに配列した6本のスチールフィラメントからなる同軸層(第1シース)と、そのまわりに配列した12本のスチールフィラメントからなる同軸層(第2シース)からなる3層撚りスチールコードにおいて、2つの同軸層のフィラメントの撚り方向が逆方向撚りになるように撚り合わせ、スパイラルのラップフィラメントが存在しない、いわゆるノンスパイラル構造を持ち、かつコアとシースのフィラメント径が以下の関係を満たすゴム補強用スチールコードに関するものである。
Ds < Dc ≦ 0.20 でかつ
Ds ×1.06 ≦ ((Dc +Ds )×π)/6 ≦ Ds ×1.10
Ds :シースのフィラメント径(mm) Dc :コアのフィラメント径(mm)
【0009】
(2)また上記(1)におけるゴム補強用スチールコードを好ましくはラジアルタイヤのカーカスプライに適用したことを特徴とする重荷重用ラジアルタイヤについて関するものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
層撚りコードのフィラメント強力低下の不均一性、特にタイヤ走行中の最外層同軸層フィラメントの極度の強力低下は、スパイラルのラップフィラメントが最外層同軸層フィラメントの撚り方向と異方向に撚られていることによるものである。この場合は最外層同軸層フィラメントとスパイラルのラップフィラメントの接触面積が小さいので単位面積当たりの接触圧は大きくなる。
【0011】
また、断面積が減少した部分(フレッティング部)は、フィラメントの表面処理(メッキ)が露出して、フィラメントが腐蝕しやすくなり、コードの腐蝕疲労性にも悪影響を与える。
【0012】
本発明はスパイラルのラップフィラメントを除去することにより、強力の低下を抑え耐疲労性を改善したものである。
【0013】
また、3層撚り以上の層撚りコードで、最外層同軸層の撚り方向と、最外層同軸層の1層内側の同軸層の撚り方向が異方向撚りの場合、最外層フィラメントがその内層に対し拘束力として働き、スパイラルと同等の効果を得られる。この最外層同軸層による拘束は、スパイラルによる拘束に比べ、本数が多くかつ撚りピッチ長いので接触圧が低く、フレッティングによるフィラメントの強力低下も問題にならない。
【0014】
更に、スチールコードの最外層フィラメントの振幅H2 /コード理想直径D2 で表されるところのフィラメント型付け率F2 が0.85〜0.95の範囲にあり、また、最外層の1層内層のフィラメントの振幅H1 /最外層フィラメントを除いたコードの理想直径D1 で表わされるところのフィラメント型付け率F1 が0.85〜0.95の範囲にあり、かつF2 >F1 の関係にあると、コードの拘束がより強固なものとなり、また、コード単体のねじれ安定性(ねじれにくさ・ほぐれにくさ)も良くなる方向にあり、スパイラル付きのコードと同等の効果が得られるので、工場作業性(製品不良率,生産性)の低下がなく、より効果的である。
【0015】
もし、コードの拘束が適正でない場合、コードがねじれ易くなるので、コードにゴムをコーティングしたトリートに反りやねじれが生じ、製品不良率の増加や生産性の低下を招く。
【0016】
以上の効果については、2層撚りコードでも存在するが、中心基本構造と最外層同軸層の素線数が大きく異なるので最外層同軸層の撚り開きを抑止する力が少なく、効果が小さい。以上の理由によって、3層以上の層撚りで最外層同軸層とその1層内層が異方向撚りコードは、大曲げ入力によるコードの極端な寿命低下も問題にならず、その構造は、1+6+12構造が好ましい。
【0017】
また、中心基本構造が1本のフィラメントでその回りに6本のフィラメントを撚って配置する場合、コアのフィラメント径を第1シースのフィラメント径より太くすることにより、第1シース間のフィラメントの接触圧を下げる事が疲労性の低下に対して有効であることが判った。しかしながら、コアと第1シースのフィラメント径の差を大きくしすぎると、今度は第1シースがコアの周りで動きやすくなり、コアのフレッティング磨耗が増えて、コアの疲労性が低下する。そこで、コアのフィラメント径と第1シースのフィラメント径の関係が以下のようにであることが必要である。
Ds < Dc ≦ 0.20 でかつ
Ds ×1.06 ≦ ((Dc +Ds )×π)/6 ≦ Ds ×1.1
Ds :シースのフィラメント径(mm) Dc :コアのフィラメント径(mm)
【0018】
また、上記の対策を施したコードでも、素線径が太くなると、コードに極端な曲げ入力が入った時、素線の破断が発生する。それを回避する為には、素線の表面歪みを低減する事が有効である。一般に素線の表面歪みεは、ε=D/2R(D:素線径,R:コードを曲げた時の曲率半径)で近似される。つまり、一定の曲げ入力Rの下で、素線の表面歪みεを低減する為には、素線径Dを出来るだけ細くする事が有効である。
【0019】
ここで、重荷重用ラジアルタイヤのカーカスプライに極端な曲げ入力が入った時、素線が破断しない素線径は、上記の効果を加味したコードにおいて、0.20mm以下であることが必要であるのが、出願者等の実験によって確認されている。すなわちフィラメント径は0.20mmより大きいと表面歪みが大きくなり好ましくない。
【0020】
また出来るだけ線径を細くして、必要なコード強力を確保する為には、中心基本構造の周りに2層以上の同軸層を有することが必要であるが、3層以上になると撚り構造が複雑化し、特に同方向撚りは製造上困難である。さらには素線の単位断面積当たりの強力(抗張力)を330kg/cm2 以上にした、いわゆる高強力鋼材を用いる事が好ましい。
【0021】
【実施例】
以下に実施例、比較例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこの実施例によってなんら限定されるものではない。

Figure 0003816567
の試験条件を共通にして実験を行った。
【0022】
この発明に従う3層同方向撚りノンスパイラルコードとして、1+6+12構造(実施例1)と対比して、新品時のそれぞれのコード強力を100とする指数表示により表す各コードの通常走行後のコード強力保持性、フレッティング深さ、及び大曲げ入力走行後のフィラメント破断率について実験を行った。
【0023】
また比較例として3層撚りスパイラルつきコードである撚り構造1+6+12+1(比較例1図2)、3層撚りノンスパイラル構造で同方向撚りである1+6+12構造(比較例2)、コアとシースのフィラメント径が本願の関係を満たさない1+6+12構造(比較例3、比較例4、比較例5)について実験を行った。その結果を表1表2にまとめて示す。
【0024】
コード強力保持率
コード強力保持率は、通常条件のドラム走行タイヤより取り出したカーカスコード10本をインストロン式引っ張り試験機にて破断破断強力を測定し、その平均値を、新品タイヤより引き抜いたコード10本の破断強力の平均値で除したものを百分率表示して、コード強力保持率とした。
【0025】
フレッティング深さ
通常条件のドラム走行タイヤより取り出したカーカスコード1本の各層の素線を2本づつ取り出し、そのコードにおけるタイヤの中心に配置されていた点から両側に13cm±2cmの範囲のフレッティング摩耗による素線径の減少量Df図3を測定し、その最大値を比較した。
【0026】
フィラメント破断率
大曲げ入力条件で1万kmドラム走行させたタイヤのカーカスコード10本分を取り出して、破断したフィラメントの本数を数え、コード10本分のフィラメント総数で除したものを百分率表示したものをフィラメント破断率とした。フィラメント破断率は低い方が良い。
【0027】
【表1】
Figure 0003816567
【0028】
【表2】
Figure 0003816567
【0029】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明のスチールコードによれば、最外層同軸層フィラメントのスパイラルのラップフィラメントによるフレッティング摩耗が低減され、かつコード内フィラメントの強力低下が抑制されるため、コードの寿命が向上し、かつ十分な弾性率を持つ。またそれを使用した空気入りタイヤも、タイヤの耐久性が向上するという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1図は、本発明の実施例である1+6+12構造の層撚りコードの断面図である。
【図2】第2図は、本発明の比較例である1+6+12+1構造の層撚りコードの断面図である。
【図3】第3図は、フレッティング深さを表す。
【符号の説明】
1 …コアフィラメント
2 …第1シースフィラメント
3 …第2シースフィラメント
4 …スパイラルのラップフィラメント
Df …フレッティング深さ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention particularly relates to a steel cord having improved durability while maintaining cord strength and not causing filament breakage, and a heavy duty tire using the steel cord.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, while a tire is running, the steel cord has a reduced filament cross-sectional area due to fretting wear between filaments in the cord, and the cord strength decreases. At that time, if the reduction of the cross-sectional area of only a part of the filaments in the cord is severe, the filaments are easily pulled by impact, and are liable to break upon repeated bending. Once the filament breaks, there is a problem that the tensile stress of other filaments increases and the fatigue failure of the cord is promoted.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In order to increase the durability of such a cord, it is necessary to prevent some filaments in the cord from breaking early in advance, and it is desirable that the filament strength drop in the cord is uniform.
[0004]
Here, as a result of investigating the decrease in the strength of the carcass ply filament due to running of the tire, the cord wrapping and stabilizing the cord with a spiral wrap filament having a layer twist structure, the strength decrease in the filament of the outermost coaxial layer Was found to be extremely large, and the main cause of the decrease in strength was fretting wear with spiral wrap filaments.
[0005]
Therefore, as a result of investigating the cord that removed the spiral wrap filament, which is the main cause of strength reduction, and prevented fretting due to this, the fretting by the spiral wrap filament disappeared, and the strength of the filament in the outermost coaxial layer was eliminated. The decline has decreased.
[0006]
However, since there is no wrap filament, the cord is not very restrained, and when the cord is bent excessively, the filament breaks down, and there is an abnormal input to some filaments and the filament breaks. It was. In this case, the rupture life of the cord was significantly reduced compared to a cord that was stabilized by wrapping the cord with a spiral wrap filament. From this phenomenon, it became clear that the filament needs to be constrained in some form in order to prevent a decrease in the cord life due to an extreme bending input.
[0007]
As described above, in the carcass ply cord having a layer twist structure, the filament is maintained and the abnormal input to the filament at the time of large bending input is suppressed, while the flare between the spiral wrap filament and the outermost coaxial layer filament is suppressed. The problem that should be solved urgently remains to reduce the ting wear and prevent the strength reduction of the outermost coaxial filament.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes (1) a central basic structure (core) consisting of one steel filament, a coaxial layer (first sheath) consisting of six steel filaments arranged around the basic structure, and an arrangement around the coaxial layer (first sheath). In a three-layer twisted steel cord consisting of 12 steel filament coaxial layers (second sheath), the two coaxial layers are twisted so that the twist directions of the filaments are opposite to each other, and there is a spiral wrap filament. The present invention relates to a steel cord for rubber reinforcement having a so-called non-spiral structure and a filament diameter of a core and a sheath satisfying the following relationship.
Ds <Dc ≦ 0.20 and Ds × 1.06 ≦ ((Dc + Ds) × π) /6≦Ds×1.10.
Ds: sheath filament diameter (mm) Dc: core filament diameter (mm)
[0009]
(2) Further, the present invention relates to a heavy duty radial tire characterized in that the rubber reinforcing steel cord in (1) is preferably applied to a carcass ply of a radial tire.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Non-uniformity of the filament strength drop of the layer twist cord, especially the extreme strength reduction of the outermost coaxial layer filament during tire running, the spiral wrap filament is twisted in a direction different from the twist direction of the outermost coaxial layer filament It is because. In this case, since the contact area between the outermost coaxial filament and the spiral wrap filament is small, the contact pressure per unit area increases.
[0011]
Further, in the portion where the cross-sectional area is reduced (fretting portion), the surface treatment (plating) of the filament is exposed, the filament is easily corroded, and the corrosion fatigue property of the cord is also adversely affected.
[0012]
In the present invention, the spiral wrap filament is removed to suppress the decrease in strength and improve the fatigue resistance.
[0013]
If the twist direction of the outermost layer coaxial layer and the twist direction of the innermost coaxial layer of the outermost layer coaxial layer are twisted in different directions, the outermost layer filament is Works as a binding force and can achieve the same effect as a spiral. The restraint by the outermost coaxial layer has a larger number of twists and a longer twist pitch than the restraint by the spiral, so that the contact pressure is low and the strength of the filament is not lowered by fretting.
[0014]
Further, the filament shaping rate F2 expressed by the amplitude H2 of the outermost filament of the steel cord / ideal diameter D2 of the cord is in the range of 0.85 to 0.95, and the filament innermost filament of the outermost layer is in the range of 0.85 to 0.95. If the filament shaping ratio F1 expressed by the amplitude H1 / ideal diameter D1 of the cord excluding the outermost filament is in the range of 0.85 to 0.95 and F2> F1, the cord is restrained. It is more robust, and the torsional stability (hardness to twist and looseness) of the cord itself is also improved, and the same effect as the cord with spiral can be obtained, so the factory workability (product defect rate) , Productivity) does not decrease and is more effective.
[0015]
If the cord is not properly restrained, the cord is likely to be twisted, so that the cord coated with rubber is warped or twisted, resulting in an increase in product defect rate and a decrease in productivity.
[0016]
Although the two-layer twisted cord exists for the above effect, the number of strands of the central basic structure and the outermost coaxial layer is greatly different, so that the effect of suppressing twisting of the outermost coaxial layer is small and the effect is small. For the reasons described above, the outermost coaxial layer and the inner layer of the outermost layer with three or more layers twisted have different direction twisted cords, and there is no problem of an extremely short life of the cord due to a large bending input. The structure is a 1 + 6 + 12 structure Is preferred.
[0017]
Further, when the central basic structure is one filament and six filaments are twisted around the filament, the filament diameter between the first sheaths can be increased by making the filament diameter of the core larger than the filament diameter of the first sheath. It has been found that lowering the contact pressure is effective for reducing fatigue. However, if the difference between the filament diameters of the core and the first sheath is made too large, the first sheath becomes easier to move around the core, the fretting wear of the core increases, and the fatigue property of the core decreases. Therefore, the relationship between the filament diameter of the core and the filament diameter of the first sheath needs to be as follows.
Ds <Dc ≦ 0.20 and Ds × 1.06 ≦ ((Dc + Ds) × π) /6≦Ds×1.1
Ds: sheath filament diameter (mm) Dc: core filament diameter (mm)
[0018]
In addition, even in a cord with the above countermeasures, if the strand diameter is large, the strand breaks when an extreme bending input is applied to the cord. In order to avoid this, it is effective to reduce the surface distortion of the strands. In general, the surface strain ε of the strand is approximated by ε = D / 2R (D: strand diameter, R: radius of curvature when the cord is bent). That is, in order to reduce the surface strain ε of the strand under a constant bending input R, it is effective to make the strand diameter D as thin as possible.
[0019]
Here, when an extreme bending input is applied to the carcass ply of the heavy duty radial tire, the strand diameter that does not break the strand needs to be 0.20 mm or less in the cord in consideration of the above effect. This has been confirmed by experiments by the applicants. That is, when the filament diameter is larger than 0.20 mm, the surface distortion increases, which is not preferable.
[0020]
In addition, in order to make the wire diameter as thin as possible and to secure the necessary cord strength, it is necessary to have two or more coaxial layers around the central basic structure. It is complicated, and in particular, twisting in the same direction is difficult to manufacture. Furthermore, it is preferable to use a so-called high-strength steel material having a strength (tensile strength) per unit cross-sectional area of the strand of 330 kg / cm 2 or more.
[0021]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the examples.
Figure 0003816567
The experiment was conducted under the same test conditions.
[0022]
As a three-layer unidirectional twisted non-spiral cord according to the present invention, the cord strength retention after normal running of each cord represented by an index display with each cord strength at the time of 100 being new as compared with the 1 + 6 + 12 structure (Example 1) Experiments were conducted on the properties, fretting depth, and filament breakage after running with large bending input.
[0023]
Further, as a comparative example, a twisted structure 1 + 6 + 12 + 1 which is a cord with a three-layer twisted spiral (Comparative Example 1 FIG. 2), a 1 + 6 + 12 structure which is a three-layer twisted non-spiral structure and is twisted in the same direction (Comparative Example 2), Experiments were conducted on 1 + 6 + 12 structures (Comparative Example 3, Comparative Example 4, and Comparative Example 5) that do not satisfy the relationship of the present application. The results are summarized in Table 1 and Table 2.
[0024]
Cord strength retention rate The cord strength retention rate was determined by measuring the breaking strength of ten carcass cords taken from a drum running tire under normal conditions with an Instron type tensile tester, and calculating the average value of the carcass cords. What was divided by the average value of the breaking strength of 10 cords that were further pulled out was displayed as a percentage to obtain the cord strength retention rate.
[0025]
Fretting depth Take out two strands of each layer of one carcass cord taken from a drum running tire under normal conditions, and 13 cm ± 2 cm on both sides from the point where it was placed at the center of the tire in the cord The amount Df of decrease in the wire diameter due to fretting wear in the range of Df was measured, and the maximum values were compared.
[0026]
Filament rupture rate Take 10 carcass cords of a tire running 10,000 km drum under large bending input conditions, count the number of broken filaments, and divide by the total number of filaments for 10 cords The percentage displayed is the filament breakage rate. A lower filament breaking rate is better.
[0027]
[Table 1]
Figure 0003816567
[0028]
[Table 2]
Figure 0003816567
[0029]
【The invention's effect】
As described above, according to the steel cord of the present invention, the fretting wear due to the spiral wrap filament of the outermost coaxial layer filament is reduced, and the strength reduction of the filament in the cord is suppressed, so the life of the cord And has a sufficient elastic modulus. Moreover, the effect that the durability of a tire improves also the pneumatic tire using it.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a layer twisted cord having a 1 + 6 + 12 structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a layer twisted cord having a 1 + 6 + 12 + 1 structure, which is a comparative example of the present invention.
FIG. 3 represents fretting depth.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Core filament 2 ... 1st sheath filament 3 ... 2nd sheath filament 4 ... Spiral wrap filament Df ... Fretting depth

Claims (2)

1本のスチールフィラメントから成る中心基本構造(コア)と、この基本構造のまわりに配列した6本のスチールフィラメントからなる同軸層(第1シース)と、そのまわりに配列した12本のスチールフィラメントからなる同軸層(第2シース)からなる3層撚りスチールコードにおいて、2つの同軸層のフィラメントの撚り方向が逆方向撚りになるように撚り合わせ、スパイラルのラップフィラメントが存在しない、いわゆるノンスパイラル構造を持ち、かつコアとシースのフィラメント径が以下の関係を満たすゴム補強用スチールコード。
Ds < Dc ≦ 0.20 でかつ
Ds ×1.06 ≦ ((Dc +Ds )×π)/6 ≦ Ds ×1.10
Ds :シースのフィラメント径(mm) Dc :コアのフィラメント径(mm)
From a central basic structure (core) consisting of one steel filament, a coaxial layer (first sheath) consisting of six steel filaments arranged around this basic structure, and twelve steel filaments arranged around it In a three-layer stranded steel cord consisting of a coaxial layer (second sheath), the two coaxial layers are twisted so that the filaments are twisted in opposite directions, so that a spiral wrap filament does not exist, so-called non-spiral structure Steel cord for rubber reinforcement that has a core and sheath filament diameter that satisfies the following relationship:
Ds <Dc ≦ 0.20 and Ds × 1.06 ≦ ((Dc + Ds) × π) /6≦Ds×1.10.
Ds: sheath filament diameter (mm) Dc: core filament diameter (mm)
上記請求項1におけるゴム補強用スチールコードをラジアルタイヤのカーカスプライに適用したことを特徴とする重荷重用ラジアルタイヤ。A heavy duty radial tire characterized in that the steel cord for rubber reinforcement in claim 1 is applied to a carcass ply of a radial tire.
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