JP2006137287A - ゴム・コード複合材 - Google Patents

Abstract

【課題】テンションが付与された状態で使用される際に生じる剛性バランスを改善することが可能なゴム・コード複合材を提供する。
【解決手段】環状のゴム層６に周方向に延在する第１補強コード７を幅方向に配列して埋設した環状の芯体２の表面に、芯体２の周方向に沿って第２補強コード４を螺旋状に巻き付けたゴム・コード複合材１であり、芯体２の幅方向両端部２ａ側の剛性が幅方向中央部側より低くなっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ゴム・コード複合材に関し、更に詳しくは、テンションが付与された状態で使用される際に生じる剛性バランスを改善するようにしたゴム・コード複合材に関する。

従来、ゴム製品の補強に用いられるゴム・コード複合材として、例えば、環状のゴム層全体にわたって周方向に延在する補強コードを幅方向に所定の間隔で配列して埋設した環状の芯体の表面に、未加硫ゴムを被覆した補強コードを芯体の幅方向両端で折り返しながら芯体の周方向に沿って螺旋状に巻き付けたタイヤ用ベルト材がある。（例えば、特許文献１参照）。

このようなゴム・コード複合材を用いて製造した空気入りタイヤは、ショルダー部での剛性が高くなり過ぎるため、接地パターンが樽状になり、その結果、ハンドリング性能が低下する。

即ち、タイヤ用ベルト材は、空気入りタイヤにおいてテンションメンバーとして作用するが、上述した構成のゴム・コード複合材は、テンションが付与された状態で使用されると、幅方向両端部側で剛性が高くなり、剛性バランスが幅方向で不均一になるという問題があった。
特開昭６０−２５５５０４号公報

本発明は、テンションが付与された状態で使用される際に生じる剛性バランスを改善することが可能なゴム・コード複合材を提供することにある。

上記目的を達成する本発明は、環状のゴム層に周方向に延在する第１補強コードを幅方向に配列して埋設した環状の芯体の表面に、該芯体の周方向に沿って第２補強コードを螺旋状に巻き付けたゴム・コード複合材において、前記芯体の幅方向両端部側の剛性を幅方向中央部側より低くしたことを特徴とする。

上述のように、芯体の幅方向両端部側の剛性を幅方向中央部側より低くし、ゴム・コード複合材の剛性をコントロールするようにしたので、テンションが付与された状態での使用時にゴム・コード複合材の幅方向両端部側の剛性を下げて、幅方向における剛性バランスを改善することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１，２は本発明のゴム・コード複合材の一実施形態を示し、このゴム・コード複合材１は環状に構成され、平板環状の芯体２の表面に、未加硫ゴム３で補強コード（第２補強コード）４を被覆したゴム被覆補強コード５を芯体２の幅方向両端で折り返しながら芯体２の周方向に沿って螺旋状に巻き付けた構造になっている。

芯体２は、環状のゴム層６に周方向に延在する補強コード（第１補強コード）７を幅方向に沿って配列して埋設した構成になっており、１本の補強コード７が周方向に対して０°に近い角度で螺旋状に配設されている。補強コード７は芯体２の幅方向両端部２ａには配置されず、幅方向中央部側にのみ均一な配列密度で左右対称的に埋設され、芯体２の幅方向両端部２ａ側の剛性を幅方向中央部側より低くしている。ゴム層６は外周側ゴム層６ａと内周側ゴム層６ｂとから構成され、その間に補強コード７を挟み込んで埋設した構造（サンドイッチ構造）になっている。

芯体２の剛性を幅方向両端部２ａ側で低くする手法としては、上述した構成に代えて、図３に示すように、補強コード７を芯体２の幅方向中央部側より幅方向両端部２ａ側で配列密度が疎になるように配置してもよい。図示する例では、補強コード７をゴム層６に左右対称的に埋設している。

上記図２，３では１本の補強コード７を用いた例を示すが、それに代えて、周方向に延在する複数本の補強コードを幅方向に沿って上記のように配列してゴム層６に埋設した構成にしてもよい。その場合、複数本の補強コードには同じモジュラスの補強コードを使用する。

図２のゴム・コード複合材１において、必要に応じて、ゴムのみからなる幅方向両端部２ａに上記剛性の関係を維持する範囲で織物を埋設するようにしてもよい。

また、図３のゴム・コード複合材１において、複数本の補強コードを使用する場合、幅方向両端部２ａ側にそれぞれ少なくとも１本の補強コード、幅方向中央部側に少なくとも１本の補強コードを使用し、必要に応じて、幅方向中央部側に配置する補強コードと幅方向両端部２ａ側に配置する補強コードのモジュラスを上記剛性の関係を維持する範囲で異ならせるようにしてもよい。

図４，５は、芯体２の剛性を幅方向両端部２ａ側で低くする更に他の手法を示し、図４は、周方向に延在する複数本の補強コード（第１補強コード）８，９，１０を均一の配列密度でゴム層６内に全体にわたって配置する一方、幅方向両端部２ａ側に配置した補強コード８，９のモジュラスを幅方向中央部側に配置した補強コード１０のモジュラスより小さくしたものである。補強コード８，９に使用するコードとしては、芳香族ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ナイロンなどの有機繊維コード、補強コード１０に使用するコードとしては、スチールコードなどの金属コードを好ましく例示することができる。

このように補強コード８，９，１０を均一な配列密度で配列した芯体２は、上述したサンドイッチ構造に代えて、ゴム被覆した１本の補強コード８，９，１０を螺旋状に巻いて構成したものであってもよく、また引き揃えた各複数の補強コード８，９，１０をゴム被覆したストリップ材を螺旋状に巻いて構成したものであってもよい。

図５は、周方向に延在する複数本の補強コード（第１補強コード）１１，１２，１３を均一の配列密度でゴム層６内に全体にわたって配置する一方、幅方向両端部２ａ側に配置した補強コード１１，１２の径を幅方向中央部側に配置した補強コード１３の径より小さくし、細くしたものである。

このように補強コード１１，１２，１３を均一な配列密度で配列した芯体２も、上記と同様に、ゴム被覆した１本の補強コード１１，１２，１３を螺旋状に巻いて構成したものであってもよく、また引き揃えた各複数の補強コード１１，１２，１３をゴム被覆したストリップ材を螺旋状に巻いて構成したものであってもよい。

上述した本願発明によれば、芯体２における幅方向両端部２ａ側の剛性を幅方向中央部側より低くし、ゴム・コード複合材１の剛性をコントロールするようにしたので、テンションが付与された状態での使用時にゴム・コード複合材１の幅方向両端部側の剛性を低減して、幅方向における剛性バランスを従来より均一的に改善することができる。

本発明において、ゴム・コード複合材１をタイヤ用ベルト材に使用する場合、幅方向両端部２ａ側の剛性Ｍｅを幅方向中央部側の剛性Ｍｃに対して０．１Ｍｃ〜０．９Ｍｃにするのが、タイヤのハンドリング性能を効果的に改善する上で好ましい。

ゴム被覆補強コード５は、型付けが全く施されていない非型付けコードからなる補強コード４、あるいは型付けコードからなる補強コード４のいずれを使用してもよい。

非型付けコードを補強コード４に使用する場合、ゴム被覆補強コード５は図６〜８に示すように巻き付けた構造にするのがよい。即ち、図６に示すように芯体２の外周側表面１４側から幅方向端１５を経て内周側表面１６側に折り返されるゴム被覆補強コード５は、幅方向端１５で折り返された折り返し部分５ａが、図８に示す断面視で円弧状の曲線、図７に示す側面視でＳ字状の曲線を描いて折り返され、外周側表面１４と幅方向端１５の端面１５ａとが接するエッジＥ１に接するゴム被覆補強コード５の位置Ａと、内周側表面１６と端面１５ａとが接するエッジＥ２に接するゴム被覆補強コード５の位置Ｂとの間の芯体周方向に沿った距離である間隔Ｄ(mm)は、Ｄ＝πｔ／(2tan α) になっている。但し、ｔは芯体２の厚さ(mm)、αは後述する図９に示す傾斜角度（°）である。

このように巻き付けたゴム被覆補強コード５は、図９に示すように、芯体２の幅方向端面１５ａ、外周側表面１４、及び内周側表面１６に位置するゴム被覆補強コード５の部分５ａ，５ｂ，５ｃを同一面状に位置するように展開（ゴム被覆補強コード５に沿って展開）した際に、ゴム被覆補強コード５が同一方向に沿って直線状に延在している。

なお、ここで言う直線状とは、展開時において、ゴム被覆補強コード５の幅方向端面１５ａに位置する折り返された部分５ａの芯体周方向に対する傾斜角度（°）をα、外周側表面１４（または内周側表面１６）に位置する部分５ｂ（または部分５ｃ）の芯体周方向に対する傾斜角度（°）をβとすると、傾斜角度αと傾斜角度βとの関係がβ−０．０５β＜α＜β＋０．０５βにあるものである。これは工業的生産における角度差のバラツキを考慮した公差であり、この公差内にある場合を直線状とする。

このように非型付けコードを補強コード４に用いたゴム被覆補強コード５を展開した際に直線状に延在するようにした構成にすることで、ゴム被覆補強コード５の折り返し部分５ａに異常な変形を付与することなく、自然な形で芯体２の周りに巻き付けることができる。そのため、全長にわたって強度ロスがなく、折り返し部分５ａに異常な応力や変形が集中するのを回避することができるので、疲労によるゴム被覆補強コード５の補強コード４の折損を軽減し、破壊寿命を向上することができる。

また、ゴム被覆補強コード５の補強コード４に型付けコードを使用する場合には、例えば、図１０〜１５に示すように型付けすることができる。

図１０，１１は、ゴム被覆補強コード５の折り返し部分５ａが正面視及び断面視でＶ字状に形成され、３次元的に変化するＶ字状に型付けした構造になっている。Ｖ字状に代えてＵ字状であってもよい。

図１２〜１５に示す２つの例では、折り返し部分５ａがエッジＥ１，Ｅ２で屈曲する２つの屈曲点Ｃ，Ｄを有して３次元的に変化する形状に型付けしてあり、図１２，１３の例では、２つの屈曲点Ｃ，Ｄを有する折り返し部分５ａを、同一面状に位置するように展開した際の形状（図１２参照）が曲線であり、更に側面視（図１３参照）における形状が直線となるように型付け変形したものである。

図１４，１５の例では、２つの屈曲点Ｃ，Ｄを有する折り返し部分５ａを、同一面状に位置するように展開した際の形状（図１４参照）、及び側面視（図１５参照）における形状が共に曲線となるように型付け変形してある。

また、図６〜８に示す構造を有する折り返し部５ａを型付けコードを補強コード４に用いたゴム被覆補強コード５により形成するようにしてもよい。

このようにゴム被覆補強コード５の折り返し部分５ａを芯体２の幅方向端１５に対応するように型付け変形させたゴム・コード複合材１では、ゴム・コード複合材の製造工程において、ゴム被覆補強コード５の巻き付け中に巻き付けた折り返し部分５ａの位置ズレを抑制することができるので、折り返し部分５ａの整列の乱れが抑制され、折り返し部分５ａにおける寸法精度を向上することができる。

ゴム被覆補強コード５は、更に図１６に示すように巻き付けるようにするのが好ましい。この図１６では、複合材断面において、ゴム被覆補強コード５がその一端ａを芯体２の内周側表面（一方側の表面）１６に、他端ｂを芯体２の外周側表面（他方側の表面）１４に対面するように巻き付けられている。即ち、ゴム被覆補強コード５（補強コード４）を捩じれのない状態で平面に載置した際に、例えば、平面に接する部分を一端ａとすると、この一端ａの位置Ｐを図３に示すように同じ方向に位置させるようにして巻き付けている。

図１６のようにゴム被覆補強コード５を巻き付けたゴム・コード複合材１は、例えば、図１７〜２２に示すようにして製造することができる。図１７，１８において、２１は内周側を芯体２の通路２２に形成し、一か所にその通路２２に連通するスリット２３を設けたターンテーブルであり、このターンテーブル２１上に周方向に沿って所定の間隔で４つの円板状の回転体２４が回転可能に設けられている。各回転体２４上にはボビン２５が配置され、このボビン２５には捩じれのない状態でゴム被覆補強コード５が巻き取られている。

ゴム被覆補強コード５は、ボビン２５の上方に配設した第１ガイド２６と、ターンテーブル２１の内周側上方に配置した第２ガイド２７を経てボビン２５から引き出されるようにしている。２８は芯体２を掛け回す４本のローラ２８であり、所定の間隔で環状に配置されている。不図示の駆動モータにより１本のローラ２８が回転し、それによりローラ２８に掛け回した芯体２をその周方向に沿って矢印で示すように周回移動させるようになっている。

図１６のゴム・コード複合材１を製造するには、先ず、芯体２をスリット２３を介して通路２２に配置し、ローラ２８に掛け回した後、ゴム被覆補強コード５の先端部を所定の間隔で芯体２の表面に貼り付けてから、芯体２を周回移動させると共にターンテーブル２１を一方向に回転させ、更に回転体２４をターンテーブル２１の回転方向と逆方向に回転させる。回転体２４は、ターンテーブル２１が１回転する間に１回転する。

ターンテーブル２１の回転により、周回移動する芯体２の周りに沿って、図１９〜２１に示すように一方向に回転移動するボビン２５からゴム被覆補強コード５が引き出されながら芯体２の表面に螺旋状に巻き付けられる。なお、図１９〜２２では、被覆ゴムを省略したゴム被覆補強コード５を示している。

その巻き付け時に、ボビン２５は回転体２４の回転により芯体２に対する向きを徐々に変化させ、それによりゴム被覆補強コード５がその一端ａを芯体２の一方側の表面１６に、他端ｂを芯体２の他方側の表面１４に対面するようにして巻き付けられる。換言すると、各ボビン２５の中心軸ｍの向きが常に同じ方向に維持されるように回転体２４が回転し、ゴム被覆補強コード５を芯体２の表面に巻き付けていく。これによりゴム被覆補強コード５が芯体２に対して捩じれのない状態で巻き付けられる。

図２２に示すように、ゴム被覆補強コード５を芯体２の表面全体に巻き付け、一端ａを芯体２の一方側の表面１６に、他端ｂを芯体２の他方側の表面１４に対面するようにしたゴム被覆補強コード５を有するゴム・コード複合材１を得ることができる。

このようにゴム被覆補強コード５をその一端ａが芯体２の一方側の表面１６に、他端ｂが芯体２の他方側の表面１４に対面するように巻き付けることで、ゴム被覆補強コード５（補強コード４）が芯体２に対して捩じれのない状態で巻き付けられる。そのため、巻き付け後のゴム被覆補強コード５に元に戻ろうとする回転トルクが発生しないので、環状のゴム・コード複合材１が８の字形に捩じれることがなく、形状を安定にすることができる。

図１６に示すように、ゴム被覆補強コード５をその一端ａが芯体２の一方側の表面１６に、他端ｂが芯体２の他方側の表面１４に対面するように巻き付けるのが好ましいが、図２３に示すように、多少のずれ（捩じれ）があってもよく、ゴム被覆補強コード５の一端ａ側を芯体２の一方側の表面１６に、他端ｂ側を芯体２の他方側の表面１４に対面するように巻き付けるようにしてもよい。

その場合、芯体２の厚さ方向断面で、芯体２の一方側及び他方側の表面１６，１４にそれぞれ配列されたゴム被覆補強コード５において、一方側の表面１６に配列された各ゴム被覆補強コード５の捩じれ角度θ１を平均した平均捩じれ角度と、他方側の表面１４に配列された各ゴム被覆補強コード５の捩じれ角度θ２を平均した平均捩じれ角度の差が１５°以下になるようにするのが、形状安定性の点からよい。なお、ここで言う平均捩じれ角度は、一方側に捩じれた捩じれ角度を＋、他方側に捩じれた捩じれ角度を−として計算した平均捩じれ角度である。

本発明では、上述した実施形態において、ゴム被覆補強コード５を芯体２に巻き付けたゴム・コード複合材１を例示したが、ゴム被覆がない補強コード４を芯体２に巻き付けるようにしたゴム・コード複合材であってもよい。

また、芯体２の剛性は、必要に応じて、幅方向中央部側から幅方向両端部側に向けて３段階以上段階的に低くなるようにしてもよい。

芯体２に使用する補強コード７としては、スチールコードなどの金属コードのほか、芳香族ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ナイロンなどの有機繊維コードを挙げることができる。

また、ゴム被覆補強コード５に使用する補強コード４としては、型付けがない場合には上記補強コード７と同様のものが使用でき、型付けがある場合には、スチールコードなどの金属コードを使用することができる。

本発明のゴム・コード複合材は、テンションメンバーとして使用される空気入りタイヤのベルト材に好適に用いることができるが、それに限定されず、例えば、コンベヤベルトの芯材など、テンションが付与された状態で使用されるゴム製品の補強材であれば、いずれにも好適に用いることができる。

本発明は、空気入りタイヤやベルトコンベヤなどのゴム製品の補強に用いられるゴム・コード複合材として、好適に利用することができる。

本発明のゴム・コード複合材の一実施形態を示す斜視図である。 図１の拡大断面図である。 本発明のゴム・コード複合材の他の実施形態を示す拡大断面図である。 本発明のゴム・コード複合材の更に他の実施形態を示す拡大断面図である。 本発明のゴム・コード複合材の更に他の実施形態を示す拡大断面図である。 ゴム被覆補強コードの折り返し部分の好ましい例を示す平面説明図である。 図６の側面図である。 図６のＸ−Ｘ矢視断面図である。 図６の展開図である。 ゴム被覆補強コードの折り返し部分の他の例を示す平面説明図である。 図１０の矢印Ｙ方向から見た断面図である。 ゴム被覆補強コードの折り返し部分の更に他の例を示す図９に相当する展開説明図である。 図１２のゴム被覆補強コードの折り返し部分を示す側面図である。 ゴム被覆補強コードの折り返し部分の更に他の例を示す図９に相当する展開説明図である。 図１４のゴム被覆補強コードの折り返し部分を示す側面図である。 ゴム被覆補強コードの好ましい巻付け構造を示す断面説明図である。 図１６のゴム・コード複合材の製造方法に使用する装置の一例を示す平面説明図である。 図１７の正面説明図である。 ボビンが回転移動する状態を示す説明図である。 図１９の状態からボビンが一方側に回転移動した状態を示す説明図である。 図２０の状態からボビンが更に一方側に回転移動した状態を示す説明図である。 図１９〜２１の工程を経て得られたゴム・コード複合材の断面図である。 図１６の他の例を示す断面説明図である。

符号の説明

１ ゴム・コード複合材
２ 芯体
２ａ 幅方向端部
３ 未加硫ゴム
４ 補強コード（第２補強コード）
５ ゴム被覆補強コード
５ａ 折り返し部分
５ｂ，５ｃ 部分
６ ゴム層
７ 補強コード（第１補強コード）
８，９，１０，１１，１２，１３ 補強コード（第１補強コード）
１４ 外周側表面
１５ 幅方向端
１５ａ 端面
１６ 内周側表面
ａ 一端
ｂ 他端

Claims (13)

1. 環状のゴム層に周方向に延在する第１補強コードを幅方向に配列して埋設した環状の芯体の表面に、該芯体の周方向に沿って第２補強コードを螺旋状に巻き付けたゴム・コード複合材において、前記芯体の幅方向両端部側の剛性を幅方向中央部側より低くしたゴム・コード複合材。
2. 前記第１補強コードを前記芯体の幅方向中央部側にのみ配置した請求項１に記載のゴム・コード複合材。
3. 前記第１補強コードを前記芯体の幅方向中央部側より幅方向両端部側で配列密度が疎になるように配置した請求項１に記載のゴム・コード複合材。
4. 前記第１補強コードのモジュラスが同一である請求項２または３に記載のゴム・コード複合材。
5. 前記第１補強コードのモジュラスを前記芯体の幅方向中央部側と幅方向両端部側で異ならせた請求項３に記載のゴム・コード複合材。
6. 前記第１補強コードを均一の配列密度で芯体全体にわたって配置する一方、前記芯体の幅方向両端部側に配置する第１補強コードのモジュラスを幅方向中央部側に配置する第１補強コードのモジュラスより小さくした請求項１に記載のゴム・コード複合材。
7. 前記幅方向両端部側に配置した第１補強コードが有機繊維コードであり、前記幅方向中央部側に配置した第１補強コードが金属コードである請求項６に記載のゴム・コード複合材。
8. 前記第１補強コードを均一の配列密度で芯体全体にわたって配置する一方、前記芯体の幅方向両端部側に配置する第１補強コードを幅方向中央部側に配置する第１補強コードより細くした請求項１に記載のゴム・コード複合材。
9. 前記第１補強コードが金属コードまたは有機繊維コードである請求項１，２，３，４，５，６または８に記載のゴム・コード複合材。
10. 前記第２補強コードを、前記芯体の外周側表面、幅方向端面、及び内周側表面に位置する第２補強コードの部分を同一面状に位置するように展開した際に直線状に延在するように巻き付けた請求項１乃至９のいずれかに記載のゴム・コード複合材。
11. 前記芯体の幅方向端で折り返される前記第２補強コードの折り返し部分を前記芯体の幅方向端に対応するように型付け変形した請求項１乃至１０のいずれかに記載のゴム・コード複合材。
12. 前記第２補強コードを、その一端側を前記芯体の一方側の表面に、他端側を該芯体の他方側の表面に対面するように巻き付けた請求項１乃至１１のいずれかに記載のゴム・コード複合材。
13. 前記第２補強コードがゴム被覆した補強コードである請求項１乃至１２のいずれかに記載のゴム・コード複合材。
    

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