JP2002508457A - ポリマー材入りスチールコード - Google Patents
ポリマー材入りスチールコードInfo
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Abstract
Description
フィラメント(繊維)の移動を避ける方法に関する。本発明は、更に、フィラメ
ント移動に対する抵抗を向上させたスチールコードに関する。本発明は、主にラ
ジアルタイヤのカーカス(骨組み)層に焦点を当てたものであるが、ラジアルタ
イヤのベルト層、チェーファー層、フリッパー層にも適用可能である。
野においては広く知られている。これらスチールコードの中では、コンパクトな
構成のものが多くの商業的成功を収めていることが知られている。この文脈内で
は、「コンパクトな構成」という表現は、飽和した層、すなわち同一層内の隣接
するフィラメント間に隙間が全く無い若しくはほんのわずかしかない層を少なく
とも一つ有するスチールコードを指している。この成功の理由は、コンパクトな
構成のスチールコードの単位横断面積あたりのスチール量が多いこと、及び、経
済的な方法、例えば一回ねじるだけの工程一つで製造可能であることが挙げられ
る。しかしながら、コンパクトな構成のスチールコードは、フィラメント移動、
例えば複数若しくは一つのコア・フィラメント(中心繊維)の移動、という問題
を抱える。フィラメント移動とは、一つ又は複数のフィラメントが隣接するフィ
ラメントと関連して縦方向に移動する現象であり、コードの一端に現れ、ラバー
に穴をあけ、タイヤを傷める。フィラメント移動は、スチールコード内の各フィ
ラメントがしっかりと固定されていないことが原因であると説明されてきた。レ
イヤー・フィラメント(層を形成する繊維)によって飽和した層に囲まれたコア
・フィラメントの固定不足は、コア・フィラメントとレイヤー・フィラメントと
の間の接触不足であると考えられる。実際、標準的なフィラメント径からの小さ
な偏差によって、及び/若しくは、フィラメントは層内で元々計算されていたの
よりも多くのスペースを占めるという事実(実際、各フィラメントはねじり工程
の結果として真円より楕円形をしており、結果として円である場合よりも多くの
スペースを占めることとなる)によって、各レイヤー・フィラメントは、コア・
フィラメントと接触せずに、むしろレイヤー・フィラメント同士で強く接触する
。
動の問題を、移動が起こりやすい問題のフィラメント、例えばコア・フィラメン
ト、の径を大きくし、これら問題のフィラメントとその周囲の層のフィラメント
との間に接触が生じるようにすることによって解決しようとするものである。し
かしながら、この解決方法は、2つの異なるフィラメント径、すなわちコア用の
太いフィラメント及びレイヤー用の細いフィラメント、を用いる必要があるとい
う不都合を生じる。又、径の違いの結果として、層がもはや飽和していない、す
なわち隣接するフィラメント間に隙間が生じ、横断面の構成がもはやコンパクト
でない、という別の問題も生じる。更に、コア・フィラメントの固定具合はスチ
ールコードの製造方法に大きく依存するという問題もある。レイヤー・フィラメ
ントをコア・フィラメント周りで比較的緩やかにねじると、コア・フィラメント
とレイヤー・フィラメントとの間に期待されるような接触圧は生まれず、コア・
フィラメントの移動は依然として起こり得る。又、レイヤー・フィラメントをコ
ア・フィラメント周りでより強くねじると、期待される強固な固定は実現するも
のの、強すぎる張力によってコア・フィラメントにかなりの侵食をもたらし得る
。
解決するための方法が提供されている。この解決方法は、スチールコードの各ス
チール・フィラメント間の隙間にシンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン
を組み込むものである。この方法によって、スチールコードは、金属疲労及び侵
食に対して強くなり、又、フィラメント移動しにくくなる。シンジオタクチック
−1,2−ポリブタジエンを選んだ理由は、同時に硬化しラバーへも結合する特
性を持った唯一の組み合わせであること、よくある典型的なタイヤ・ラバーに用
いることができること、従来の硬化剤が使えること、及び、他の熱可塑性材と同
様に溶解・加工できること、である。硬化段階において、溶解したシンジオタク
チック−1,2−ポリブタジエンは、スチールコード内のスチール・フィラメン
ト間の隙間中に広がる。シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエンとスチー
ルコードの真鍮皮膜との接着は、中程度又は低くめと言われている。US−A−
5,279,695はスチールコードの侵食への抵抗強化も目的としている。こ
の結果、スチールコードの各フィラメント間のあらゆる隙間に広がったシンジオ
タクチック−1,2−ポリブタジエンは、スチールコードの曲げ剛性をかなり向
上させてしまう。
ポリブタジエンを用いるのと同じ若しくは同様の利点を得ることが可能なシンジ
オタクチック−1,2−ポリブタジエンに代わる代替物を提供し、更に、スチー
ルコードの曲げ剛性を低下させることである。
ド内でのフィラメント移動を回避する方法を提供する。
つ又は複数のスチール・フィラメントを用意し、 (b) 前記コード内の前記コア・フィラメント周辺でレイヤー・フィラメント
として機能するために金属皮膜を施した3つ又はそれ以上のスチール・フィラメ
ントを用意し、 (c) ラバー層が硬化する温度で溶解しないポリマー材を選び、 (d) 最終的にねじられるコード内でのコーティングされるフィラメントとこ
のフィラメントに隣接するフィラメントとの間の隙間容積を超えないようにこの
ポリマー材の使用量を決定し、 (e) 一つ又は複数のコア・フィラメント及び/若しくはレイヤーフィラメン
トを前記決定された量のポリマー材で囲み、 (f) 前記コードを得るために囲まれたコア・フィラメント周りのレイヤー・
フィラメントをねじり、 (g) 前記ポリマー材が溶解しない温度である硬化温度下で得られたコードを
ラバー層内に埋め込む。
リマー材で囲まれている。ポリマー材は、コア・フィラメントと隣接するレイヤ
ー・フィラメントとの間の隙間のみに設けられることが好ましい。
全部はポリマー材によって囲まれている。
、3本から9本若しくはそれ以上が可能である。
を追加してねじることにより、コア構造周りの(中間)レイヤー・フィラメント
による(中間)層と、(中間)層周りのアウターレイヤー・フィラメントによる
外層と、から成る2層構造を採ることが可能である。
もよい。
ましい。
本数及びケースによってはアウターレイヤー・フィラメントの本数、及び、ねじ
り方法は、最終的なコードがコンパクトな構成になるように、すなわち、2つの
隣り合うレイヤー・フィラメント間(及び、2つの隣り合うアウターレイヤー・
フィラメント間)の平均スペースが、D1をすべてのレイヤー・フィラメント( 又は、アウターレイヤー・フィラメント)の平均径とした時の0.1×D1より も小さくなるように選ばれる。
×D+6×D+12×D構成の場合、単一のコア・フィラメント周りのポリマー
材の平均厚さは0.080×Dより小さい、例えば0.076×D、であること
が好ましい。これは、単に、コア・フィラメントとこれを囲む6本の中間レイヤ
ー・フィラメントとの間の隙間を満たすのに必要な量のことである。本発明の文
脈では、「ポリマーの平均厚さ」とはコア周りのレイヤーをねじる直前でのポリ
マー層の平均厚さを指す。
ルコードを提供する。本スチールコードは、コアとして機能する一つ又は複数の
スチール・コア・フィラメントと、レイヤーとして機能しコア周りでねじられる
3つ又はそれ以上のスチール・レイヤー・フィラメントと、レイヤー周りでねじ
られる複数のスチール・アウターレイヤー・フィラメントとを有する。本スチー
ルコードは、更に、硬化温度より高い融点を持つポリマー材を有する。このポリ
マー材の量は、一コア・フィラメントとレイヤー・フィラメントとの間の隙間容
積を超えない。
。スチールコード10は、一つのスチール・コア・フィラメント12を有するコ
ア構造と、このコア構造を囲む中間レイヤー・フィラメント14による中間層と
、この中間層を囲むアウターレイヤー・フィラメントによる外層とを有する。コ
ア構造は、更に、コア・フィラメント12及び中間レイヤー・フィラメント14
と接触するポリマー材18を有する。
イヤー・フィラメント14との間の隙間を満たすのにちょうど充分又はほぼ充分
あることによって、中間レイヤー・フィラメントは、飽和した層、すなわち、隣
り合う中間レイヤー・フィラメント間にスペースが無い若しくはごく僅かしかな
いという状態の層を依然として形成することができる。
ラメント12との間の継続的な圧力、及び、ねじり工程中に関連するフィラメン
トに掛かる張力、に関わらず、繰り返し曲げられてもコア・フィラメント12を
所定の位置に保ち、コア・フィラメントの移動を回避する。ポリマー材18は、
最終的なタイヤのラバー層と相互に作用する必要はなく、又、実際に作用するこ
とも無い。なぜなら、ポリマー材18の融点は硬化温度より高いはずであるから
である。
にすることが可能となり、各フィラメントを別々に保持する必要が回避され、全
てのフィラメントを同じ方向に同一のねじり工程でねじることによって中間層及
び外層を飽和状態にすることが可能となる。
ついても考えることが可能である。
ルコードは、全てのフィラメントの径を同じにし、ねじり工程中にフィラメント
に掛かる張力に関して特別な手段を講じることなく、それらを同じ方向に同一の
ねじり工程でねじることによって得られる。
これは、3+9+1構成である。コア構造は、3本のコア・フィラメント12を
有し、唯一の層は9本のスチール・レイヤー・フィラメント14を有する。ラッ
ピング・フィラメント20は層を囲む。図3及び図4に示すように、ポリマー材
18は、3本のコア・フィラメント12と9本のレイヤー・フィラメント14と
の間の接着結合させる。ここでも、ポリマー材18がコア・フィラメント12と
中間レイヤー・フィラメント14との間の隙間を満たすのにちょうど充分な量で
あれば、コア・フィラメント12とレイヤー・フィラメント14の両方について
同じフィラメント径Dを用いることによってコンパクトな構成となる。
本実施形態において、6本のレイヤー・フィラメント14のうち3本だけがポリ
マー材18によって囲まれている。囲まれているフィラメント14と囲まれてい
ないフィラメント14’は単一のコア・フィラメント12周りで交互になってい
る。ポリマー材18の量は、レイヤー・フィラメント14、レイヤー・フィラメ
ント14’、コア・フィラメント12、及び、アウターレイヤー・フィラメント
16の一部の間の隙間を満たすような量である。
14’の6本全てをポリマー材18で囲むことも可能である。
ント14、14’の6本全てをポリマー材18で囲むことも可能である。
一部の間を通ってはみ出すことがないことが好ましい。
リマー材18と共に押し出し、続いて押し出しコア・フィラメント12周りのレ
イヤー・フィラメントをねじることによって製造可能である。ポリマー材のタイ
プによっては、ポリマー材とスチール・フィラメントとの間の接着結合を許容可
能なものとするために下塗剤が必要になる場合もある。下塗剤は、溶剤又はホッ
トメルトを主成分とすることが可能であり、押し出し工程の前にフィラメントに
塗布される。下塗剤塗布工程、押し出し工程、及び、ねじり工程は、一連の連続
した動作で行われることが好ましい。
ト12の横断面を図示したものである。1+6又は1+6+12のコンパクトな
構成の場合、全てのフィラメント径が等しくDであると、ポリマー材の最適平均
厚さは下記式(数1)で与えられる。
等しくDであり、しかし、コア・フィラメント径dのみDより小さいものとする
と、ポリマー材の最適平均厚さは下記式(数2)で与えられる。
ポリマー材の最適平均厚さは、d≧Dの場合、下記式(数3)で与えられる。
。
メントが後述の標準的な試験においてレベル0〜3、好ましくは0〜2、を得ら
れれば、ポリマー材は囲まれたスチール・フィラメントと接着するといわれる。
合成皮膜と張力の掛かる部材との間の接着又は結合を評価するためのこの標準的
な試験は、以下のような行われる。
端からそれぞれ逆方向におよそ5cmずつポリマー材をナイフの鋭面によって縦
方向に除去し、鈍面によってポリマー材を少し持ち上げ、最後に、ポリマー材を
スチール・フィラメントから指で引っ張り抜こうとする。
たポリマー材は引っ張るとすぐに破れる。 1(非常に良い):ナイフによってごく一部は除去できるが指で引っ張っても更
なるポリマー材は取れない。 2(良い) :1cm以下の小さな断片が、強く引っ張ってようやく取れる
、又は、非常に慎重に引っ張ることによって取れる。 3(やや悪い) :2cm程度の断片が、やや強く引っ張れば取れる、又は、慎
重に引っ張れば取れる。 4(悪い) :2cmの断片が非常に容易に取れる。 5(悪い) :両端の皮膜を除去した後はポリマーの膜がゆるく掛かってい
るだけである。
構成と比較する。
が真鍮皮膜されている。
亜鉛皮膜され、中間レイヤー・フィラメント及びアウターレイヤー・フィラメン
トが真鍮皮膜されている。
5構成であり、同じく10mmごとにZ軸方向にねじられている。
する場合のほうが大きい。これは、本発明に掛かるコード内のコア構造の固定具
合の方が試験に用いた従来のコード内のコア構造の固定具合より強いことを意味
する。
ら引っ張り、本発明に掛かるコードに対しては、コア・フィラメント及び中間層
を引っ張る。これは、ポリマー材によって、コア・フィラメントのそれを囲む中
間レイヤー・フィラメントへの接着が、中間レイヤー・フィラメントのそれを囲
むアウターレイヤー・フィラメントへの接着より強いことを意味している。これ
は、コア・フィラメントと中間レイヤー・フィラメントとの間の表面積を顕著に
より小さくする。
・フィラメント又はレイヤー・ストランドの中から、コードの一ねじり分の長さ
の所定数倍の長さlに等しい長さ分、縦方向に移動させるのに必要な強さに定め
られる。
ルコード10のコードの一ねじり分の長さの所定数倍の長さlより長い所定のサ
ンプル長さADは両端A、Dを切り、長さl=BCは例えばプラスチックテープ
によってサンプル長さの中間にマークされる。
トを傷つけることなくすべてのレイヤー・フィラメント(若しくはレイヤー・ス
トランド)をBのところで切り離し、分解する。スチールコード10は、CD部
分について、同様に分解する。但し、こちらは一つ又は複数のコア・フィラメン
トもCのところで切り離す。分解されたレイヤー・フィラメント又はレイヤー・
ストランドは、点Dにおいて溶接され、再び一体に組み立てられる。
験機の移動端締め金に固定される。
過した時、に停止する。最高記録値がコアの引張り強さとなる。
コードのものと同等若しくは少し良いことも示している。
る一定の長さのラバーに埋め込まれたスチールコードは、両端が固定され、所定
径の試験用プーリー上に曲げられ、一定のストロークで所定の負荷を掛けるサイ
クルが破損するまで繰り返される。
ンドレスベルト試験も受けなければならない。エンドレスベルト試験は、リュッ
ク・ボルゴワ(Luc Bourgois)が1979年に材料試験協会(AS
TM;American Society for Testing and
Materials)で発表した「侵食疲労及びラバー内におけるスチールコー
ドの接着作用の評価のためのベルト試験、タイヤ強化、及び、タイヤ性能(Be
lt Test for the Evaluation of the Fr
etting Fatigue and Adhesion Behavior of Steel Cord in Rubber, Tire Reinf
orcement and Tire Performance, ASTM
STP 694, 1979, pp 103−109)」にすべて開示されて
いる。
(1/10m)あたり18端面の密度で、別々に3本のラバーベルトに埋め込ま
れる。そして、3本のベルトは、直径143mmの2つのプーリー間で、400
MPaの軸方向張力下で108サイクル実施される。下記表に得られた結果を示 す。
される。
ついての外観検査は、侵食作用に関し以下の結果を導いた。
いたコードでは全108サイクルを終えてもコア・フィラメントの移動は見受け られなかった。
チールコードは、以下の特徴を有する。各スチール・フィラメント又はスチール
・ワイヤの直径は0.04mmからおよそ0.40mmまでの範囲にあり、特に
0.04mmから0.25mmまでの範囲にある。
ガン含有量0.40〜0.70%、シリコン含有量0.10〜0.40%、硫黄
最大含有量0.03%、リン最大含有量0.03%。クロム、ニッケル、バナジ
ウム、ホウ素、コバルト、銅、モリブデンなどの特定の元素の含有は0.01〜
0.50%までの範囲の量であれば許容される。
い。スチール・フィラメントは、真鍮(銅:63.5〜67.5%、亜鉛:36
.5〜32.5%)などの金属層、又は、亜鉛合金(例えば、亜鉛1+12%ア
ルミニウム2+メッシュメタル)によって皮膜されているため、最終の引出工程
が容易にし、及び/若しくは、エラストマーと接着し、又は、耐腐食性を持たせ
るために都合がよい。
MPa=1ニュートン/mm2)から4000MPa以上の範囲にあり、主とし て、最終的な直径、正確な組成(炭素量+微量含有物の量)、及び、最終的に引
き出された量による。
+12構成のスチールコードの横断面を示す。
+1構成のスチールコードの横断面を示す。
本発明に掛かる1+6+12構成のスチールコードの横断面を示す。
す。
な試験を説明するための図である。
Claims (17)
- 【請求項1】 (a) コードのコア・フィラメントとして機能するために
金属皮膜を施した一つ又は複数のスチール・フィラメントを用意し、 (b) 前記コード内の前記コア・フィラメント周辺でレイヤー・フィラメント
として機能するために金属皮膜を施した3つ又はそれ以上のスチール・フィラメ
ントを用意し、 (c) ラバー層が硬化する温度で溶解しないポリマー材を選び、 (d) このポリマー材の使用量を決定し、 (e) 一つ又は複数のコア・フィラメント及び/若しくはレイヤーフィラメン
トを前記決定された量のポリマー材で囲み、 (f) 前記コードを得るために囲まれたコア・フィラメント周りのレイヤー・
フィラメントをねじり、 (g) 前記ポリマー材が溶解しない温度である硬化温度下で得られたコードを
ラバー層内に埋め込む、 工程を有することを特徴とするラバー・タイヤの層を強化するためのスチールコ
ード内でのフィラメント移動を回避する方法。 - 【請求項2】 最終的にねじられるコード内でのコーティングされるフィラ
メントとこのフィラメントに隣接するフィラメントとの間の隙間容積を超えない
ように前記ポリマー材の使用量を決定することを特徴とする請求項1記載の方法
。 - 【請求項3】 1つ又は複数のコア・フィラメントが前記ポリマー材で囲ま
れていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の方法。 - 【請求項4】 1つ又は複数のコア・フィラメントが前記決定された量のポ
リマー材で囲まれていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の方法。 - 【請求項5】 前記ポリマー材は、ポリブチレンテレフタレート又はポリエ
チレンテレフタレートを主成分とする熱可塑性ポリエステル、コポリエステル、
又は、ポリウレタン及びポリイミド、の中から選ばれることを特徴とする請求項
1から請求項4のいずれかに記載の方法。 - 【請求項6】 前記ポリマー材は、前記金属皮膜と接着するものが選ばれる
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の方法。 - 【請求項7】 すべてのレイヤー・フィラメントが同じ径Dlを有し、最終 的なコード内での各レイヤーフィラメント間の平均隙間が0.1×Dlとなるよ うにレイヤー・フィラメントの本数を選択する工程を有することを特徴とする請
求項1から請求項6のいずれかに記載の方法。 - 【請求項8】 前記レイヤー・フィラメント周りにアウターレーヤー・フィ
ラメントとして機能するスチール・フィラメントをいくつか設ける工程と、前記
ラバー層にコードを入れる前にレイヤー・フィラメント周りの前記アウターレイ
ヤー・フィラメントをねじる工程と、を有することを特徴とする請求項1から請
求項7のいずれかに記載の方法。 - 【請求項9】 ラッピング・フィラメントとして機能するフィラメントを設
ける工程と、前記ラバー層にコードを入れる前にコア周りの前記ラッピング・フ
ィラメントをねじる工程と、を有することを特徴とする請求項1から請求項8の
いずれかに記載の方法。 - 【請求項10】 すべてのコア・フィラメント、すべてのレイヤー・フィラ
メント、及び、すべてのアウターレイヤー・フィラメントはほぼ同じ径Dを有す
るように選ばれることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれかに記載の方
法。 - 【請求項11】 コア・フィラメントは1本、レイヤー・フィラメントは6
本、アウターレイヤー・フィラメントは12本、それぞれ設けられることを特徴
とする請求項10記載の方法。 - 【請求項12】 平均厚さが0.080×Dより小さくなるように選ばれた ポリマー材の量を決定することを特徴とする請求項11記載の方法。
- 【請求項13】 コア、及び、一つ又は複数の層、のすべてのフィラメント
は同じ強さで且つ同じピッチでねじられることを特徴とする請求項1から請求項
12のいずれかに記載の方法。 - 【請求項14】 コアとして機能する一つ又は複数のスチール・コア・フィ
ラメントと、層として機能し、コア周りでねじられる3つ又はそれ以上のレイヤ
ー・フィラメントと、層周りでねじられる複数のスチール・アウターレイヤー・
フィラメントと、硬化温度より高い融点を有する一定量のポリマー材と、を有し
、このポリマー材の量は一コア・フィラメントとレイヤー・フィラメントとの間
の隙間容積を超えないことを特徴とするフィラメント移動しにくいように改良さ
れたスチールコード。 - 【請求項15】 レイヤー・フィラメントとアウターレイヤー・フィラメン
トとの間にはポリマー材は存在しないことを特徴とする請求項14記載のスチー
ルコード。 - 【請求項16】 1本のコア・フィラメントと、6本のレイヤー・フィラメ
ントと、12本のアウターレイヤー・フィラメントと、が設けられることを特徴
とする請求項14又は請求項15記載のスチールコード。 - 【請求項17】 6本のレイヤー・フィラメント及び12本のアウターレイ
ヤー・フィラメントは同一のねじり工程で同じ強さでねじられることを特徴とす
る請求項16記載のスチールコード。
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