JP2002180388A - タイヤ補強用スチールフィラメント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】繰り返し引張荷重が作用しても塑性変形の度合
いが小さく、よってゴムの変形を可及的に減少でき、こ
れを補強材としてタイヤに用いた場合に、タイヤの変形
がなく操縦安定性の低下が防止できるとともに、タイヤ
の寿命を著しく向上できるタイヤ補強用スチールフィラ
メントを提供する。 【解決手段】線径ｄが０．２８〜０．５０mmで、長手に
亘り、略螺旋状あるいは略平面上の波形くせを有する単
一のスチールフィラメント１において、このフィラメン
ト１は、４９Ｎの引張荷重を繰り返し５回負荷したと
き、その１回目の伸び率が０．１０〜１．００％であ
り、かつ５回目の伸び低下率が０〜７％である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用タイヤの
補強材である単一のスチールフィラメントに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の補強材には、細径スチー
ル素線を複数本稠密に撚り合わせた、所謂スチールコー
ドと称する撚鋼線が用いられている。上記スチールコー
ドは一般に、スチール線材に鉛パテンチング等の熱処理
と伸線加工とを繰り返し行った後、ブラスメッキを施
し、所定の線径まで伸線加工を行って素線とし、次いで
この素線を複数本撚り合わせることにより製造されてい
る。

【０００３】ところで、タイヤ補強材としての不可欠な
要件は、必要な強度を有し、しかも優れた柔軟性を具備
することである。上記スチールコードにあっては、その
素線がナイロン、ポリエステル等の繊維素線に比べ強度
面で優れるが、柔軟性に劣るため、複数本の素線を撚り
合わせて柔軟性を向上しようとするものである。このた
め、撚り工程を要し、容易かつ安価に製造できないとい
う問題がある。

【０００４】また、上記スチールコードは、各素線が密
着して撚り合わされているため、タイヤ成形時にゴムが
コード中央部の空洞部まで浸入せず、コード長手方向に
連続してこの空洞部が存在することとなる。したがっ
て、上記スチールコードを使用したタイヤでは、ゴムと
コードとの接着がコードの外周部でのみなされることと
なり、ゴムとコードとが剥離する、所謂セパレーツ現象
を起こし易く、また素線相互間のフレッティング摩耗も
生じ易い。しかも空洞部が存在するため、外部より浸透
した水分が上記空洞部内に至り、コード長手方向に伝播
して錆を発生させることとなる。このため、タイヤの寿
命を短命化させる問題がある。

【０００５】さらに、小石、縁石等に乗り上げた際、補
強材であるスチールコードが破断することがあるため、
この種の補強材としては、高い伸度を有し、耐衝撃吸収
性に優れた補強材が望まれている。

【０００６】上記事情に鑑み、現在撚り工程を要せず安
価に製造でき、かつゴムとの接着性が良好で、しかも高
い伸度を有し、柔軟性に優れる単一フィラメント構造の
タイヤ補強材を実用化することが考えられている。

【０００７】単一フィラメント構造のタイヤ補強材（以
下、「フィラメント」という）として、例えば特開昭４
８−６３９６１号公報にフィラメントを波状に加工成形
したものが、また特開昭５０−４３５９号公報にフィラ
メントを螺旋状に加工成形したものが、夫々開示されて
いる。

【０００８】先に提案された上記各公報に開示された補
強材にあっては、単一フィラメント構造とすることによ
り撚り工程を省略し、かつゴムとの接着性を良好にな
し、また波状あるいは螺旋状の波形くせを加工成形する
ことにより破断時伸びを繊維に相当する程度まで大きく
して柔軟性を向上することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記フィラメ
ントに施す波状あるいは螺旋状の波形くせ（以下、「波
形くせ」という）の波高およびピッチを種々変化させて
製造したフィラメントを複数本、ゴムに埋め込んで３点
曲げ疲労試験を試みたところ、波形くせの形状によって
耐疲労性が高いものと低いものとが混在することが確認
された。

【００１０】この原因を突き止めるべく鋭意研究を行っ
た結果、耐疲労性を低下させる原因がゴムの変形にある
ことを見出し、そして、そのゴムの変形が埋め込んだフ
ィラメントの塑性変形に起因すること、さらにフィラメ
ントの伸び特性が大きく影響することを知見して本発明
を完成した。

【００１１】すなわち、３点曲げ疲労試験ではフィラメ
ントに引張荷重が繰り返し作用し、波形くせを有するフ
ィラメントは伸び縮みを繰り返すが、波形くせの波高や
ピッチにより、荷重が除去されても伸びた状態で元には
戻らない、所謂塑性変形をおこす領域が存在することを
見い出したのである。このフィラメントの塑性変形によ
り被覆したゴム自体が変形し、引張荷重が均等にかから
ず、偏って作用するために耐疲労性が低下するのであ
る。

【００１２】本研究は試験片でのテストであるが、この
フィラメントを補強材としてタイヤに用いた場合、路面
の凹凸等による繰り返し引張荷重の作用でフィラメント
の波形くせが伸びて塑性変形を起こし、これに起因する
タイヤの変形で、タイヤの操縦安定性および寿命が著し
く低下することは充分推定される。

【００１３】本発明は、波形くせを有するフィラメント
における上記問題を解決するためになされたものであ
り、その課題は、フィラメントに繰り返し引張荷重が作
用しても塑性変形の度合いが小さく、よってゴムの変形
を可及的に減少でき、これを補強材としてタイヤに用い
た場合に、タイヤの変形がなく操縦安定性の低下が防止
できるとともに、タイヤの寿命を著しく向上できるタイ
ヤ補強材を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のフィラメントは、線径ｄが０．２８〜０．
５０mmで、長手に亘り、略螺旋状あるいは略平面状の波
形くせを有する単一のスチールフィラメントにおいて、
ＪＩＳ Ｂ ７７２１によって、このスチールフィラメ
ントに４９Ｎの引張荷重を繰り返し５回負荷したとき、
１回目の伸び率が０．１０〜１．００％であり、かつ５
回目の伸び低下率が０〜７．０％であることを特徴とす
る。

【００１５】ここで、伸び率（％）とは、引張荷重をフ
ィラメントに負荷したときにフィラメントが伸びた割合
を意味し、荷重負荷時の伸び量を、荷重負荷前の標点距
離で除した値を百分率で表した値である。

【００１６】また、伸び低下率（％）とは、フィラメン
トに引張荷重を繰り返し５回負荷したときの、伸び率が
減少した割合を意味し、１回目の伸び率（％）から、引
張荷重を繰り返し５回負荷したときの伸び率（％）を引
いて、それを１回目の伸び率（％）で除した値を百分率
で表した値である。

【００１７】フィラメントに繰り返し負荷する引張荷重
４９Ｎは、前記耐疲労性低下の原因究明時において、フ
ィラメントの塑性変形有無を評価するのに最適な荷重を
各種実験から見出した値である。

【００１８】ところで、上記構成における数値限定は、
実験の結果から導き出したものであり、線径ｄを０．２
８〜０．５０mmとしたのは、あまり細いと充分な強力が
得られないからであり、逆に太いと充分な柔軟性が得ら
れないことによる。

【００１９】また、４９Ｎの引張荷重を繰り返し５回負
荷したときの、１回目の伸び率を０．１０〜１．００％
としたのは、０．１０％未満ではフィラメントの弾性が
不足し、１．００％を越えると伸び低下率が大きくな
り、耐疲労性が低下することによる。

【００２０】さらに、伸び低下率を０〜７．０％とした
のは、７．０％を越えるとフィラメントの塑性変形量が
大きくなりすぎ、フィラメントを被覆したゴムが大きく
変形して耐疲労性が低下することによる。引張荷重を繰
り返し負荷しても伸び率の低下がない、伸び低下率０％
が最も好ましい。

【００２１】ところで、上記構成において、波形くせの
波高Ｈを０．０２〜０．２０mm、ピッチＰを６ｄ〜１８
ｄmm（ｄ：フィラメント径）、かつＨ／Ｐを０．０１〜
０．０３とすることが好ましい。

【００２２】波高Ｈを０．０２〜０．２０mmとしたの
は、０．０２mm未満ではコードが真直ぐな状態と実質的
に変わらなくなり、伸び率が低下するからであり、ま
た、０．２０mmを越えると１回目の伸び率が大きくなっ
て、伸び低下率が大きくなるためである。

【００２３】また、ピッチＰを６ｄ〜１８ｄmmとしたの
は、６ｄmm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、素線が折れやすくなり、一方、１８
ｄmmより大きいと、波高Ｈとの兼ね合いもあるが、素線
が真直ぐな状態と実質的に変わらなくなり、伸び率が低
下することによる。

【００２４】さらに、波高ＨとピッチＰとの比、Ｈ／Ｐ
を０．０１〜０．０３としたのは、０．０１未満では波
高が小さすぎて適当な伸び率が得られないためであり、
０．０３を越えるとピッチに比べて波高が高くなりす
ぎ、１回目の伸び率が大きくなり、伸び低下率も大きく
なるためである。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。

【００２６】図１は、本発明の実施の一形態を示すフィ
ラメントの概略平面図である。

【００２７】図１に示すフィラメント１は、線径ｄが
０．２８〜０．５０mmで、長手方向に略螺旋状の波形く
せを有するものである。このフィラメント１は、４９Ｎ
の引張荷重を繰り返し５回負荷したとき、その１回目の
伸び率が０．１０〜１．００％であり、かつ５回目の伸
び低下率が０〜７％である。また、波形くせの波高Ｈは
０．０２〜０．２０mmで、ピッチＰが６ｄ〜１８ｄmmで
あり、Ｈ／Ｐが０．０１〜０．０３である。

【００２８】ここで、波高Ｈとは、図１に示すように、
波形くせの谷から山までの高さｈから線径ｄを引いた高
さのことで、ピッチＰとは谷から谷または山から山の直
線長さである。

【００２９】繰り返し引張荷重負荷による伸び低下率
は、ＪＩＳ Ｂ ７７２１による引張試験機を用いて求
めることができる。ここで、その方法を図２を参照して
説明する。図２は引張試験機にフィラメントをセットし
て繰り返し引張荷重負荷試験を行っている状態で、チャ
ック部のみを示す概略説明図である。

【００３０】引張試験機（図示省略）の、標点距離Ｌを
有して離間する固定チャック１１と可動チャック１２と
でフィラメントＷを固定する（実線で示すＳ位置）。次
に可動チャック１２を上昇させてフィラメントＷに引張
荷重を負荷し、荷重が４９Ｎに達したところで可動チャ
ック１２を停止させる（仮想線で示すＴ位置）。このと
きの可動チャック１２の移動距離ａがフィラメントの伸
びた量である。次に可動チャック１２を元の位置（Ｓ位
置）まで降下させる。続いて固定チャック１１，可動チ
ャック１２からフィラメントＷを開放することなく上記
手順を繰り返す。そして、このときの荷重と伸びとを、
引張試験機に併設した記録計（図示省略）の記録紙に記
録し、記録紙上の曲線から各繰り返し時の伸び率および
伸び低下率を算出する。

【００３１】次に、記録紙上の曲線からフィラメントの
伸び率および伸び低下率を算出する方法を、図３を参照
して説明する。

【００３２】図３は、上記繰り返し引張荷重負荷試験の
結果を記録した記録紙上の荷重−伸び曲線の一例を示し
たものである。図３に示すグラフの横軸は伸び量を示
し、縦軸は荷重を示す。ピークが５回あるのは繰り返し
回数が５回であることを意味する。

【００３３】図３に示すグラフの横軸に示した長さｂが
フィラメントの伸び量を示すが、真の伸び量（図２中の
移動距離ａ）は小さい値なので、通常これを拡大して記
録する。このときの拡大倍率は、測定前に予め設定され
る、可動チャック１２の上昇スピードＸおよび記録紙の
送りスピードＹからＹ／Ｘで計算される。よって、ｎ回
目の真の伸び量ａ_ｎは下記式（１）にて算出される値で
ある。そして、ｎ回目の伸び率Ａ_ｎ（％）は、下記式
（２）に示す、式（１）で計算された真の伸び量ａ_ｎを
上記標点距離Ｌで除し、これを百分率で表した値であ
る。 ａ_ｎ＝ｂ_ｎ／（Ｙ／Ｘ） ―――（１） Ａ_ｎ＝（ａ_ｎ／Ｌ）×１００ ―――（２）

【００３４】さらに、伸び低下率Ｂ（％）は、下記式
（３）で計算される値である。 Ｂ＝｛（Ａ_１−Ａ_ｎ）／Ａ_１｝×１００ ―――（３）

【００３５】

【実施例】次に本発明の実施例を比較例と比較し具体的
に説明する。

【００３６】鋼種がＪＩＳにおけるＳＷＲＳ８２Ａ相当
である線径５．５mmの線材に、パテンチング、伸線加工
を繰り返して、表面にブラスメッキを施した後、伸線加
工して線径０．２８〜０．４８ mmに仕上げた後、螺旋
状の波形くせを施した数種類のフィラメントを製造し
た。フィラメント製造に当たっては、螺旋状の波形くせ
の波高およびピッチを変化させ、本発明の条件を満たす
実施例のフィラメントと本発明の条件から外れた比較例
のフィラメントとを製造した。そして、それぞれのフィ
ラメントにおいて耐疲労性を比較した。その結果を表１
に示す。

【００３７】

【表１】

【００３８】表中のピッチおよび伸び低下率の値は小数
点以下第２位を、素線径、波高、波高とピッチとの比
（Ｈ／Ｐ）および繰り返し引張荷重負荷時の伸び率の値
は小数点以下第３位を四捨五入して表した。

【００３９】また、フィラメントに負荷する引張荷重は
４９Ｎで、繰り返し回数は５回である。このときの引張
試験機の可動チャックスピードは１０mm／分で、記録紙
の送りスピードは５００mm／分（倍率５０倍）である。

【００４０】耐疲労性は、各フィラメントを複数本ゴム
シートに埋め込み、このシートで３点曲げ疲労試験によ
り評価し、疲労値５０００回を１００として指数表示し
た。数値が大きいほど耐疲労性に優れている。

【００４１】なお、フィラメントに略螺旋状の波形くせ
を施す手段としては、特公昭６３−６３２９３号公報に
示されるように、供給されるフィラメントを軸芯として
回転するくせ付け装置で以て一定の螺旋状のくせ付けを
する仕方がある。また、略平面状の波形くせを施す手段
としては、上記螺旋状の波形くせを施した後、これをロ
ーラ等で押圧して得る仕方や、歯車等に噛み込ませる仕
方がある。

【００４２】本発明および比較例のフィラメントの波付
けは、高速回転するくせ付け装置上に設けた３本のピン
間にフィラメントを通して行った。波形くせの波高およ
びピッチの調整は、くせ付けピンの径や間隔、押し込み
程度やフィラメントの張力並びにくせ付け装置の回転数
を種々選択して決定した。

【００４３】表１から明らかなように、本発明のフィラ
メントは、耐疲労性に優れていることが判明した。ま
た、他の鋼種および略平面状の波形くせにおいても同様
の効果が得られることも確認した。

【００４４】

【発明の効果】本発明のフィラメントは、フィラメント
に繰り返し引張荷重が作用してもフィラメントの塑性変
形の度合いが小さい。よって、これを補強材としてタイ
ヤに用いた場合、タイヤの変形に起因する操縦安定性の
低下を防止することができる。さらに、路面の凹凸等に
よる引張荷重が繰り返し作用しても、その引張荷重が全
体に均等にかかるのでタイヤ寿命を著しく向上すること
ができるといった優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態を示すフィラメントの概
略平面図である。

【図２】引張試験機にフィラメントをセットして繰り返
し荷重負荷試験を行っている状態を示す概略説明図であ
る。

【図３】繰り返し試験の結果を記録した荷重−伸び曲線
の一例を示すグラフである。

【符号の説明】

１、Ｗ フィラメント １１ 固定チャック １２ 可動チャック

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 線径ｄが０．２８〜０．５０mmで、長手
   に亘り、略螺旋状あるいは略平面状の波形くせを有する
   単一のスチールフィラメントにおいて、ＪＩＳＢ ７７
   ２１によって、このスチールフィラメントに４９Ｎの引
   張荷重を繰り返し５回負荷したとき、１回目の伸び率が
   ０．１０〜１．００％であり、かつ５回目の伸び低下率
   が０〜７．０％であることを特徴とするタイヤ補強用ス
   チールフィラメント。
2. 【請求項２】 上記波形くせの波高Ｈが０．０２〜０．
   ２０mmで、ピッチＰが６ｄ〜１８ｄmmであり、かつＨ／
   Ｐが０．０１〜０．０３である請求項１に記載のタイヤ
   補強用スチールフィラメント。