JP2005120491A - ゴム物品補強用スチールコードおよびタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】 コード輪郭を扁平化した２＋６構造のコードにおけるゴムの浸入性を改善するための、コード構造について提案する。
【解決手段】 同径の２本のフィラメントを撚り合わせずに並置してなるコアと、このコアの周りに巻き付けたコアフィラメントと同径の６本のフィラメントからなるシースと、を有するスチールコードにおいて、シースフィラメントの相互間に隙間を有し、かついずれか少なくとも２つの隙間はフィラメント径ｄに関し１／３ｄ以上の間隔を有する、シースフィラメントの配置が、シースの１撚り長さ毎に少なくとも１度は現出する、構造とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、タイヤや工業用ベルト等のゴム物品の補強材として使用されるスチールコードおよびこのスチールコードからなるベルトをそなえるタイヤに関するものである。

近年、スチールコードを補強材とするゴム物品の典型例であるタイヤにおいて、その乗り心地性や操縦安定性などの面から、より剛性の高いスチールコードが要望されている。なお、ベルトにおけるコードの打ち込み数を増加することによって、ベルトの引張剛性を確保することが可能であるが、タイヤの重量増の原因となる上、ベルトでの隣接コード間隔が狭くなるため、ベルト幅方向端部のコード端を起点としたゴム剥離が容易に隣接コード間に伝播して、いわゆるベルトエッジセパレーションをまねくことになる。

ここに、高剛性コードとして、Ｎ＋Ｍ構造の、いわゆるコアのまわりにシースを配置した層撚りのスチールコードが提案されている。このスチールコードは、撚りにより柔軟さが生ずる１×Ｎ構造のスチールコードに比べて相対的に剛性は高いものとなる。しかし、このスチールコードは、コアを構成する複数のスチールフィラメントからなる束が相互に撚り合わされていないのが通例であるため、コアにいわゆる突っ張りが生じ、セパレーション現象が発生するという問題があるほか、コアのフィラメント束の中心をコード中心と整合させてその外周にシースのフィラメントを巻き付けるため、１×Ｎ構造のコードに比べてコード径が相対的に大きくなり、その結果、ゴムシート中に埋め込むときにゴム複合体、たとえばベルト層の厚さが厚くなり、軽量化やコスト低減を損なうという問題があった。

この問題に対して、高剛性のＮ＋Ｍ構造のコードを扁平化して、ゴムシート中に埋め込んだ際の厚みを低減し得る技術が、特許文献１にて提案されている。すなわち、２本の撚り合わせていないフィラメントを並置してなるコアと、６〜８本のフィラメントをコアの回りに巻き付けてなるシースとから構成された、扁平な輪郭を有するゴム物品補強用スチールコードである。

一方、タイヤにおいて、その耐久性を低下させる要因として、カット傷などを介してタイヤの外部から内部のベルト等に浸入する水分がベルトを補強するコード内に浸入してコード内の隙間を通り、この水分がコード内を伝播する過程でフィラメントを腐食し、この腐食域の拡大によってコードとゴムとが剥離して生じるセパレーションが知られている。このセパレーションを回避するには、コード内部ヘゴムを十分に浸入させてコードのフィラメント間に水分が伝播する隙間を形成させない構造、いわゆるゴムペネ構造が有効である。

上記の扁平化した２＋（６〜８）構造のコードにおいて、コード内部ヘゴムの浸入を十分とするには、２本のコアの周りに巻き付けたシースフィラメントの本数を減らして例えば２＋６構造とし、このフィラメントの削減によってシースフィラメント相互間に大きな隙間を設けて、この隙間からゴムを導入することが有効である。

かような方策によって、高剛性の扁平化Ｎ＋Ｍ構造のコードにおけるゴムの浸入性が改善されるが、それでもまだ、ゴムの浸入が完全ではない部分が発生することが問題として残っていた。
特開平１１−２７８０１２号公報

そこで、本発明は、コード輪郭を扁平化した２＋６構造のコードにおけるゴムの浸入性を改善するための、コード構造について提案することを目的とする。

さらに、本発明の目的は、スチールコードで補強したタイヤにおいて、該コード周辺でのセパレーションの発生による耐久性の低下をまねくことなしに、その剛性を高めて軽量化および転がり抵抗の低減を達成することにある。

シースフィラメントの削減によってシースフィラメント相互間に大きな隙間を設けてもなお、コード内部へのゴムの浸入が不十分となる理由について検討したところ、ゴムの浸透がコードの軸方向には進展しているものの、隙間からコード周方向への浸透が不十分であることが、新たに判明した。そこで、このコード周方向へのゴムの浸透を改善する手段を鋭意究明した結果、シースフィラメントの配置を工夫することが有効であることを見出し、本発明を完成するに到った。

すなわち、本発明の要旨構成は、次のとおりである。
（１）同径の２本のフィラメントを撚り合わせずに並置してなるコアと、このコアの周りに巻き付けたコアフィラメントと同径の６本のフィラメントからなるシースと、を有するスチールコードにおいて、
シースフィラメントの相互間に隙間を有し、かついずれか少なくとも２つの隙間はフィラメント径ｄに関し１／３ｄ以上の間隔を有する、シースフィラメントの配置が、シースの１撚り長さ毎に少なくとも１度は現出することを特徴とするスチールコード。

（２）シースフィラメント相互間の隙間が０．０２ｍｍ以上であることを特徴とする上記（１）に記載のスチールコード。

（３）フィラメント径が０．３３〜０．３６ｍｍである上記（１）または（２）に記載のスチールコード。

（４）フィラメントの引張強さが２９００〜３３００ＭＰａである上記（１）ないし（３）のいずれかに記載のスチールコード。

（５）シースフィラメントのコード軸方向の投影軌跡で定義されるコードの楕円状輪郭において、その長軸が４ｄ〜４．２ｄおよび短軸が３ｄ〜３．４５ｄである上記（１）ないし（４）のいずれかに記載のスチールコード。

（６）１対のビード部間でトロイド状に延びるカーカスを有し、このカーカスのタイヤ径方向外側に、少なくとも１層のベルトをそなえるタイヤであって、該ベルトに、上記（１）ないし（５）のいずれかに記載のスチールコードを、その輪郭における長軸のベルト幅方向に対する傾きが３０°以下の下に適用してなるタイヤ。

ここで、シースフィラメントの相互間の隙間における間隔とは、隣接シースフィラメントの軸中心間距離からシースフィラメント径を差し引いた値である。

この発明のスチールコードによれば、ゴム物品におけるコード周辺でのセパレーションの発生による耐久性の低下をまねくことなしに、ゴム物品の引張剛性を高めることができる。従って、このコードを特にタイヤに適用することによって、タイヤの軽量化、耐久性並びに転がり抵抗の低減を達成することが可能である。

次に、本発明のスチールコードについて、図面を参照して詳しく説明する。
図１に、本発明に従うスチールコードの軸と直交する向きの一断面を示すように、このスチールコードは、同径の２本のフィラメント１を撚り合わせずに並置してなるコアＣと、このコアＣの周りに巻き付けたコアフィラメント１と同径の６本のフィラメント２からなるシースＳとを有する。
かように横並びさせた２本のコアフィラメント１のまわりに、６本のシースフィラメント２を巻き付けたことによって、シースフィラメント２のコード軸方向の投影軌跡で定義されるコードの輪郭は、図において二点鎖線で示すように楕円状になる。

さて、図１に示したコード断面では、６本のシースフィラメント２が相互に接触して並んでいる。これは、コアＣのまわりに６本のシースフィラメント２を巻き付けた際の、通常のシースフィラメント配置であり、シースフィラメント２相互間には１つの大きな隙間Ｔが形成される。この隙間Ｔは、コードをゴム物品に埋設した際にコード内部ヘゴムを浸入させるための窓口となる。
ところが、この大きな隙間Ｔを介してもコード内部の全ての隙間に十分にゴムを行き渡らせるのが難しいことが判明した。

そこで、本発明では、シースの１撚り長さ毎に少なくとも１度は、図２に示すような、シースフィラメント２の相互間に隙間ｔ_１〜ｔ_６を有し、かついずれか少なくとも２つ、図示例で隙間ｔ_１およびｔ_２はフィラメント径ｄに関し１／３ｄ以上の間隔を有する、シースフィラメントの配置が現出することとした。
すなわち、図３にコードのシースＳの１撚り長さＬを等分した５箇所の各位置における、コードの軸と直交する向きの断面図を示すように、６本が相互に接触して並ぶ、図１のシースフィラメント２の配置と、６本がコード輪郭内に分散しかつ少なくとも２つの隙間が１／３ｄ以上の間隔を有する、図２に典型例を示したシースフィラメント２の配置と、をシースＳの１撚り長さ内に混在させることによって、コードの軸方向および周方向に等しくゴムの浸入を可能とする。

ここで、シースフィラメント２の配置において、１／３ｄ以上の間隔を有する隙間を少なくとも２つとしたのは、コード軸方向および周方向から効率良くゴムを浸透させるためである。

さらに、かようなシースフィラメント２の配置が現出する頻度を、シースの１撚り長さ毎に少なくとも１度としたのは、この頻度以上あれば、セパレーション発生による耐久性低下を招くことがないからである。

また、シースフィラメント２の相互間に設ける全ての隙間を０．０２ｍｍ以上とすることが好ましい。なぜなら、各シースフィラメント間からゴムを浸透させるためには少なくとも０．０２ｍｍの隙間を確保する必要があるためである。

なお、シースフィラメントの配置を、６本がコード輪郭内に分散しかつ少なくとも２つの隙間が１／３ｄ以上の間隔を有する形態とするには、コード状態にて千鳥状配置のローラー群を通してコードに繰り返し曲げ加工を与えればよい。

次に、コードの基本構造について、まず、コアを２本としたのは、３本以上では実質的に捩り無く平行に配置することが難しくなるからである。シースを６本としたのは、耐久性確保の上で必要となるコード中心部までのゴム浸透性を効率良く行うためである。５本以下ではゴム浸透性は良好であるが強度不足が発生する。一方、７本以上ではゴム浸透に十分な隙間が確保できなくなる。

また、フィラメントには、径が０．３３〜０．３６ｍｍのものを用いることが好ましい。なぜなら、０．３３ｍｍ未満ではゴム物品の補強材としての強度が不足し、一方０．３６ｍｍより太いと、タイヤに適用した際のベルト層の厚み方向ゲージが厚くなり、重量が増加するからである。

さらに、フィラメントには、引張強さが２９００〜３３００ＭＰａのものを用いることが好ましい。なぜなら、２９００ＭＰａ未満ではゴム物品の補強材としての強度が不足し、一方３３００ＭＰａより高いとコードの重量を軽減できて軽量化が達成できるが、コードの使用量が減ってしまい、タイヤに適用した際の周方向の引張剛性が低下し、ベルト本来のたが効果が失われ、走行によるベルト部変形が大きくなり転がり抵抗の悪化をもたらす。

さらにまた、コードの楕円状輪郭は、その長軸が４ｄ〜４．２ｄおよび短軸が３ｄ〜３．４５ｄであることが好ましい。すなわち、長軸および短軸ともに下限値未満とすることは不可能であり、一方長軸の上限値を超えると、タイヤのベルトに適用した際に隣接コード間の間隙を効率よく確保できなくなる。また、短軸の上限値を超えると、同様にタイヤのベルトに適用した際にベルト層の厚み方向のゲージが厚くなり、重量が増加する。

上記のコードは、その複数本を互いに並行に揃えてゴムシートに埋設してなるプライを、タイヤのベルトに適用してカーカスの補強に供するもので、タイヤの構造としては、在来のタイヤに則るものでよく、例えば、図４に示すタイヤ構造が有利に適合する。なお、同図において、符号３がビードコア、４がこのビードコア３にタイヤの内側から外側に巻き回したカーカス、５がこのカーカス４上に配置する少なくとも２層構造のベルトおよび６はカーカス４のクラウン部に配置するトレッドである。

ここで、上記コードをタイヤのベルトに適用するに当たり、コードの輪郭における長軸方向がベルトの幅方向に沿う配置、具体的にはコードの輪郭における長軸のベルト幅方向に対する傾きが３０°以下とすることが肝要である。かような配置とすることによって、ベルト面に沿う向きに生じる面内曲げ変形に対する剛性が高くなり、タイヤの操縦安定性が向上する。すなわち、コアフィラメント２本がほぼ横並び配列となっておりかつコアフィラメント同士がほぼ横並びで接触しているため、コードの横曲げ変形に対してコアフィラメント同士のフリクションが働いて横方向のコード曲げ剛性が高くなるから、本コードの長軸方向がベルト幅方向に略揃ったタイヤのベルトは、その面内曲げ剛性が高くなるのである。また、短軸方向の厚みは従来の円形のスチールコードに比べ薄くなるため、ゴム物品の厚さも薄くなり重量を軽くすることが可能となる。

ところで、ラジアルタイヤは、スチールコードをコーティングゴムで被覆したベルト層を、スチールコードがタイヤ赤道面に対して所定の角度となる配置の下に３層積層することが好ましい。従来、４層あったものを３層にすることによって、ベルト全体の厚みが薄くなり軽量化が可能となる。その際適用するスチールコードには、上記した本発明のコードが適している。

すなわち、２＋６構造の偏平形状のコードを使用する理由は、ベルト層の厚み方向のゲージが厚くなり、重量アップするのを回避するとともに、コード１本当たりの強力をアップしコード打込み本数を滅らしコード隣接間の間隙を保つためである。例えば、従来のコードではベルト強度をアップするためにコード強力をアップしようとすると必然的にコード径も大きくなる。また、打込み本数を増やして密に打込むと隣接コード間の間隙が狭くなってしまう。本発明のスチールコードを使うと耐久性に問題が生じないコード間隙である０．６ｍｍ以上になる。０．６ｍｍ以上としたのは、これ以下であるベルト端部でのセパレーション性が著しく低下するためである。

また、ベルト層のコード打込み角度は、カーカスプライ側の２層がタイヤ赤道面に対して２０°±１０°で、その２層を互いに交差させ、トレッド側の１層を５０°±１０にしたのは、前述２層は１０°以下の打込み角度であるとタイヤ幅方向の剛性が低下するためで、３０°以上であるとタイヤ周方向の剛性が低下するためである。所謂タイヤ周方向と幅方向の剛性を適正領域にするためである。後述の１層は４０°以下でも６０°以上でもタイヤ周方向の剛性が低下してしまう。

サイズ１１Ｒ２２．５のトラック・バス用ラジアルタイヤのベルトに、表１に示す仕様のコードを、該コードの長軸方向をベルト幅方向に沿う配置で、かつコード軸方向がタイヤ周方向に対して、径方向内側のベルト層から順に、右２０°、左２０°、左５２°の傾斜角度となる配置にて適用した。
かくして得られた各タイヤについて、転がり抵抗、耐ベルトエンドセパレーション性、ベルト重量およびベルトの引張剛性について調査した。また、コードにおけるゴムの浸透についても調査した。
これらの調査結果を、表１に併記する。いずれも従来例の結果を１００としたときの指数にて表示した。

なお、ベルトの引張剛性は、タイヤのクラウンセンター部分のベルト層から、幅５０ｍｍおよび長さ４００ｍｍのサンプルを切り出し、このサンプルを引張試験機に取付け、タイヤの周方向に相当する向きに１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で引張り、その際の伸びと荷重との関係から引張剛性を求めた。数値が大きいほど引張剛性が高いことを意味する。

転がり抵抗は、外径１７８０ｍｍのドラム試験機上に、内圧を７００ｋＰａに調整したタイヤを載置し、８０ｋｍ／ｈで３０分間予備走行してから内圧を所定値に再調整し、２００ｋｍ／ｈまで速度を上昇させたのちに惰性走行させ、１８５ｋｍ／ｈから２０ｋｍ／ｈまで速度を低下するのに要した時間を測定した。数値が小さいほど転がり抵抗が小さく良好なことを意味する。

耐ベルトエンドセパレーション性は、外径１７８０ｍｍのドラム試験機上に、内圧を７００ｋＰａに調整したタイヤを載置し、３．５°のスリップ角を断続的にかけながら１２時間走行させ、ベルト層の端部に発生した亀裂の長さを測定した。数値が小さいほど亀裂長さが短く良好を意味する。

コードにおけるゴムの浸透は、シースを解して現われるコアフィラメント表面のゴム付着割合を測定した。この数値が大きいほどゴムの浸透が良好であることを意味する。

通常のスチールコードの一断面図である。 本発明のスチールコードの一断面図である。 本発明のスチールコードにおける軸方向等分５箇所の断面図である。 本発明に好適のタイヤ構造を示す断面図である。

符号の説明

１ コアフィラメント
２ シースフィラメント
３ ビードコア
４ カーカス
５ ベルト
６ トレッド

Claims (6)

1. 同径の２本のフィラメントを撚り合わせずに並置してなるコアと、このコアの周りに巻き付けたコアフィラメントと同径の６本のフィラメントからなるシースと、を有するスチールコードにおいて、
   シースフィラメントの相互間に隙間を有し、かついずれか少なくとも２つの隙間はフィラメント径ｄに関し１／３ｄ以上の間隔を有する、シースフィラメントの配置が、シースの１撚り長さ毎に少なくとも１度は現出することを特徴とするスチールコード。
2. シースフィラメント相互間の隙間が０．０２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のスチールコード。
3. フィラメント径が０．３３〜０．３６ｍｍである請求項１または２に記載のスチールコード。
4. フィラメントの引張強さが２９００〜３３００ＭＰａである請求項１ないし３のいずれかに記載のスチールコード。
5. シースフィラメントのコード軸方向の投影軌跡で定義されるコードの楕円状輪郭において、その長軸が４ｄ〜４．２ｄおよび短軸が３ｄ〜３．４５ｄである請求項１ないし４のいずれかに記載のスチールコード。
6. １対のビード部間でトロイド状に延びるカーカスを有し、このカーカスのタイヤ径方向外側に、少なくとも１層のベルトをそなえるタイヤであって、該ベルトに、請求項１ないし５のいずれかに記載のスチールコードを、その輪郭における長軸のベルト幅方向に対する傾きが３０°以下の下に適用してなるタイヤ。

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