JP2005248375A - ゴム物品補強用スチールコード及びそれを用いた空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】 フィラメントの先行破断を防止し、スチールコード全体の破断強度を向上させつつ、生産性及び経済性に優れたゴム物品補強用スチールコード及びそれを用いた空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】 金属製のコアフィラメントと、少なくとも１層の金属製のシースフィラメントとを層撚り構造に撚り合わせて１本のストランドとし、さらに、複数本のストランドを撚り合わせて１本のコアケーブル１とし、このコアケーブル１と、少なくとも１層のシースストランド２とを層撚り構造に撚り合わせて１本のスチールコードとした複撚り構造のスチールコードであって、１本以上の非金属製のフィラメント３をコアケーブル１の周囲にスパイラル状に巻き付けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空気入り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に関するものであり、特に、複撚り構造のスチールコードにおける強力発揮率を改善し、破断強度を向上することができるゴム物品補強用スチールコード、及び、それを用いて軽量かつ高強度とした空気入りタイヤに関するものである。

スチールコードで補強されたゴム物品には空気入りタイヤや工業用ベルト等がある。ここで、例えば建設車両用のスチールラジアルタイヤの場合、特に凹凸の激しい不整地で、しかも重い荷重の下に走行する。そのため、建設車両用タイヤの骨格部材として使用されるスチールコードは、タイヤに作用する大荷重を安全に支えるべく、非常に高い破断強度が必要とされる。

このようなスチールコードの基本構造は、１本又は複数本の金属製のフィラメントからなるコアフィラメントの周囲に、複数本の金属製のフィラメントからなるシースフィラメントを撚り合わせて層撚り構造のストランドとし、さらに、このストランドを複数本使用して、単撚り構造又は層撚り構造に撚り合わせた複撚り構造となっている。

この従来のスチールコードにおいて、破断強度を向上させるためには、スチールコードの断面積を大きくする必要がある。ところが、スチールの使用量を多くするとそれだけ重量が重くなり、空気入りタイヤに適用した場合、製品重量の増加という不具合が生ずる。そのため、フィラメントのカーボン組成や、加工率を調整等することにより、フィラメントの抗張力を大きくし、断面積を増やすことなく高い破断強度のスチールコードとすることが行われている。

しかし、複撚り構造のスチールコードでは、内部のフィラメントがスチールコード全体の破断荷重よりも低い荷重で先行的に切れてしまい、破断強度に寄与するフィラメントの有効断面積が減少してしまう。そのため、フィラメントの抗張力を大きくして破断強度を高めようとしても、抗張力の上昇分だけの破断強度の向上が得られない。

このような問題に対処するため、コアフィラメントとシースフィラメントとを撚り合わせたコアストランドの周囲に熱可塑性樹脂を押し出し、熱可塑性樹脂でコアストランドを被覆することにより、コアストランドとシースストランドとが直接接触することを避け、シースフィラメントの先行破断を防止することで、スチールコード全体の破断強度を向上させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
国際公開第０２／０４４４６４号パンフレット

しかしながら、特許文献１に記載のスチールコードを製造するには、コアフィラメントとシースフィラメントとを撚り合わせてコアストランドとすることの他に、撚り合わせとは全く無関係の工程として、別途、熱可塑性樹脂の押し出しという工程が必要となる。そのため、生産性及び経済性に問題が生ずる。

そこで本発明は、フィラメントの先行破断を防止し、スチールコード全体の破断強度を向上させつつ、生産性及び経済性に優れたゴム物品補強用スチールコード及びそれを用いた空気入りタイヤを提供することを目的とするものである。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたものであって、その第１の要旨は、金属製のコアフィラメントと、少なくとも１層の金属製のシースフィラメントとを層撚り構造に撚り合わせて１本のストランドとし、さらに、複数本のストランドを撚り合わせて１本のコアケーブルとし、このコアケーブルと、少なくとも１層のシースストランドとを層撚り構造に撚り合わせて１本のスチールコードとした複撚り構造のスチールコードであって、１本以上の非金属製のフィラメントをコアケーブルの周囲にスパイラル状に巻き付けたゴム物品補強用スチールコードに係るものである。

そして、好ましくは、スチールコードの断面形状において、非金属製のフィラメントを巻き付けたコアケーブルにおける最外層のシースフィラメントと、隣接するシースストランドにおける最外層のシースフィラメントとの間隔Ｌが、０．０２〜０．５ｍｍであるゴム物品補強用スチールコードに係るものである。

なお、コアフィラメント及びシースフィラメントを構成するフィラメントの径Ｄは、０．１５〜０．４０ｍｍであることが好ましく、コアフィラメント及びシースフィラメントを構成するフィラメントの抗張力は、２７００〜４２００Ｎ／ｍｍ² であることが好ましい。

また、本発明の第２の要旨は、金属製のコアフィラメントと、少なくとも１層の金属製のシースフィラメントとを層撚り構造に撚り合わせて１本のストランドとし、さらに、複数本のストランドを撚り合わせて１本のコアケーブルとし、このコアケーブルと、少なくとも１層のシースストランドとを層撚り構造に撚り合わせて１本のスチールコードとした複撚り構造のスチールコードを補強材とする空気入りタイヤであって、１本以上の非金属製のフィラメントをコアケーブルの周囲にスパイラル状に巻き付けたスチールコードを補強材とする空気入りタイヤに係るものである。

そして、好ましくは、スチールコードの断面形状において、非金属製のフィラメントを巻き付けたコアケーブルにおける最外層のシースフィラメントと、隣接するシースストランドにおける最外層のシースフィラメントとの間が、ゴムで埋まっている空気入りタイヤに係るものである。

本発明のゴム物品補強用スチールコード及びそれを用いた空気入りタイヤによれば、スパイラル状に巻き付けられた非金属製のフィラメントが介在することにより、金属製のフィラメントの先行破断が防止され、スチールコード全体の破断強度が向上する。また、非金属製のフィラメントを巻き付けるだけなので、生産性及び経済性に優れたものとなっている。

本発明のゴム物品補強用スチールコード及びそれを用いた空気入りタイヤは、スチールコードを構成するコアケーブルの周囲に、１本以上の非金属製のフィラメントをスパイラル状に巻き付けてある。そして、非金属製のフィラメントにより、金属製のフィラメントの先行破断が防止される。

この点に関し詳述すると、非金属製のフィラメントを巻き付けていない場合、金属製のフィラメントの抗張力を高くすると延性が低下するため、スチールコードを構成するストランドの締付け力が集中するフィラメント同士の接触部分で、せん断応力に起因するフィラメントの破断がスチールコードの破断よりも先行して生じやすくなる。すなわち、スチールコードが引張り破断する前に、内部のフィラメントの一部が先行して破断してしまうため、有効断面積が減少してしまう結果、スチールコードの破断力が低下する。

そのため、金属製のフィラメント同士を直接接触させないようにすれば、フィラメントが先行破断しにくくなり、スチールコードの破断力に対する有効断面積の減少を抑制することができ、スチールコードの破断力を改善することができるようになる。

そこで、１本以上の非金属製のフィラメントをコアケーブルの周囲にスパイラル状に巻き付けるようにする。すると、金属製のフィラメントの破断が起こりやすいストランド同士のシースフィラメントの接触を物理的に制限することができ、金属製のフィラメントの先行的な破断が抑制され、結果として、スチールコード全体の破断力レベルを高い方向に改善することができる。すなわち、金属製のフィラメントの先行的な破断を抑制すべく、金属製のフィラメント同士が直接接触しないように、接触点においてクッションを設けるのである。

したがって、非金属製のフィラメントは一種のクッションであり、金属製のフィラメント同士が接触することのないよう、コアストランドとシースストランドとの間に隙間を形成するために巻き付ける。そのため、隙間が形成できれば、非金属製のフィラメントは何本巻き付けられていても良く、フィラメントの断面形状も真円である必要はない。また、巻き付け方向は、巻き付けの芯となる金属製のフィラメントと同じ方向であっても、異なる方向であっても良い。

そして、非金属製のフィラメントの介在によって形成される金属製のフィラメント同士の隙間、すなわち、非金属製のフィラメントを巻き付けたコアケーブルにおける最外層のシースフィラメントと、隣接するシースストランドにおける最外層のシースフィラメントとの間隔Ｌは、０．０２ｍｍ以上であることが好ましい。これは、間隔Ｌが０．０２ｍｍより小さくなると、非金属製のフィラメントを介した接触点の直下では、上述したクッション効果が小さくなり、その他の空隙部分において、スチールコード全体に引張り荷重が与えられた際に、ストランドの締付け作用で金属製のフィラメント同士が接触する傾向が強くなり、フィラメントの先行破断を抑制する効果が得られにくくなるからである。

ここで、特に、スチールコードに引張り荷重が作用してストランド同士に締付け力が発生した際に、金属製のフィラメント同士の接触を確実に防止するには、間隔Ｌが０．０５ｍｍ以上であることが好ましい。一方、スチールコードの外径が不必要に大きくならないように、間隔Ｌの上限は、０．５ｍｍ以下が好ましい。

なお、上記の間隔Ｌは、形状が崩れないように切り出したスチールコードの断面において、非金属製のフィラメントを巻き付けてあるコアケーブルと、隣接するシースストランド間で、最も近接している金属製のフィラメント間隔を選び、異なる５断面以上の平均値をとるようにする。

また、非金属製のフィラメントは、ゴム等の弾性体や、ポリアミド系（ナイロン）、ポリエステル（ＰＥＴ等）、アラミド等の合成繊維が好ましい。ここで、合成繊維は、吸湿性のなるべく少ないものが良く、水分の毛管現象によるスチールコードの腐食伝播を極力抑える意味で、モノフィラメントが好ましい。そして、ゴム物品補強用スチールコードであることから、合成繊維には、ゴムとの強固な接着を可能とする表面処理を施すことが好ましい。

さらに、スチールコードを空気入りタイヤの補強材として用いた場合のように、ゴム物品にスチールコードを埋設した後は、ゴムの加硫圧によってゴムがスチールコードの内部まで侵入するようにし、上記の間隔Ｌが完全に埋まる状態で使用するようにすることが好ましい。

なお、コアフィラメント及びシースフィラメントを構成する金属製のフィラメントの径Ｄは、０．１５〜０．４０ｍｍであることが好ましい。これは、フィラメントの径Ｄが０．１５ｍｍより細くなると、強度の点で、特にタイヤの補強材としては問題が生ずるからであり、０．４０ｍｍより太くなると、剛性や耐疲労性等の強度以外の点で、特にタイヤの補強材としては問題が生ずるからである。

また、コアフィラメント及びシースフィラメントを構成する金属製のフィラメントの抗張力は、２７００〜４２００Ｎ／ｍｍ² であることが好ましい。これは、フィラメントの抗張力が２７００Ｎ／ｍｍ² より低いと、スチールコード全体の平均抗張力レベルが低くなるため、高い強度が要求されるタイヤの補強材としては問題が生ずるからであり、４２００Ｎ／ｍｍ² より高いと、延性が低下し、特にタイヤの補強材としては問題が生ずるからである。

以下、本発明の実施例を図面により説明する。図１に断面図で示すスチールコードは、空気入りタイヤに用いて最適な実施例１のスチールコードであり、コード構造は、１９×（３＋９＋１５）構造となっている。すなわち、実施例１のスチールコードは、コアケーブル１の周りにシースストランド２を１２本撚り合わせたものであり、非金属製のフィラメント３は、部分的に拡大した斜視図に示すように、コアケーブル１の周囲にスパイラル状に巻き付けられている。

そして、表１に示すように、非金属製のフィラメント３の直径を２種類（実施例１−１及び実施例１−２）とし、非金属製のフィラメント３のない比較例とともに、破断力試験を実施した。試験の結果は、表２に示す通りである。なお、実施例１−１及び実施例１−２のスチールコードは、比較例のスチールコードに対し、金属製のフィラメントの撚り合わせに加え、非金属製のフィラメントを巻き付けるだけなので、極めて簡単に製造することができる。

表２に示すように、非金属製のフィラメント３が存在しない比較例のスチールコードに対し、実施例１−１及び実施例１−２のスチールコードは、強力発揮率が改善され、その結果、破断強度が向上している。したがって、実施例１−１及び実施例１−２のスチールコードを補強材とする空気入りタイヤは、軽量かつ高強度なものとなる。

図２に断面図で示すスチールコードは、空気入りタイヤに用いて最適な実施例２のスチールコードである。実施例２のスチールコードでは、１×３に撚り合わせたコアケーブル１の周囲に、非金属製のフィラメント３をスパイラル状に巻き付けている。実施例２のスチールコードでも、非金属製のフィラメント３の存在により、実施例１−１及び実施例１−２のスチールコードと同様に、強力発揮率が改善され、破断強度が向上する。

以上説明した通り、本発明のゴム物品補強用スチールコードによれば、フィラメントの先行破断を防止し、スチールコード全体の破断強度を向上させつつ、生産性及び経済性に優れたスチールコードとすることができるので、空気入りタイヤ等のゴム物品の補強材として幅広く適用することができる。また、本発明のスチールコードを用いた空気入りタイヤは、軽量かつ高強度なものとなるので、各種の車両に対して有効なものである。

ゴム物品補強用スチールコードの実施例を示す断面図及び部分斜視図である。（実施例１） ゴム物品補強用スチールコードの実施例を示す断面図である。（実施例２）

符号の説明

１ コアストランド
２ シースストランド
３ 非金属製のフィラメント

Claims (6)

1. 金属製のコアフィラメントと、少なくとも１層の金属製のシースフィラメントとを層撚り構造に撚り合わせて１本のストランドとし、さらに、複数本のストランドを撚り合わせて１本のコアケーブル（１）とし、このコアケーブル（１）と、少なくとも１層のシースストランド（２）とを層撚り構造に撚り合わせて１本のスチールコードとした複撚り構造のスチールコードであって、１本以上の非金属製のフィラメント（３）をコアケーブル（１）の周囲にスパイラル状に巻き付けたことを特徴とするゴム物品補強用スチールコード。
2. スチールコードの断面形状において、非金属製のフィラメント（３）を巻き付けたコアケーブル（１）における最外層のシースフィラメントと、隣接するシースストランド（２）における最外層のシースフィラメントとの間隔Ｌが、０．０２〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のゴム物品補強用スチールコード。
3. コアフィラメント及びシースフィラメントを構成するフィラメントの径Ｄが、０．１５〜０．４０ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載のゴム物品補強用スチールコード。
4. コアフィラメント及びシースフィラメントを構成するフィラメントの抗張力が、２７００〜４２００Ｎ／ｍｍ² であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のゴム物品補強用スチールコード。
5. 金属製のコアフィラメントと、少なくとも１層の金属製のシースフィラメントとを層撚り構造に撚り合わせて１本のストランドとし、さらに、複数本のストランドを撚り合わせて１本のコアケーブル（１）とし、このコアケーブル（１）と、少なくとも１層のシースストランド（２）とを層撚り構造に撚り合わせて１本のスチールコードとした複撚り構造のスチールコードを補強材とする空気入りタイヤであって、１本以上の非金属製のフィラメント（３）をコアケーブル（１）の周囲にスパイラル状に巻き付けたスチールコードを補強材とすることを特徴とする空気入りタイヤ。
6. スチールコードの断面形状において、非金属製のフィラメント（３）を巻き付けたコアケーブル（１）における最外層のシースフィラメントと、隣接するシースストランド（２）における最外層のシースフィラメントとの間が、ゴムで埋まっていることを特徴とする請求項５に記載の空気入りタイヤ。
   

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