JP2006214062A - 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】 本発明のスチ−ルコ−ドは、フィラメントの先行破断を防止し、コード全体の破断強度を向上させ、特に複撚り構造のコードにおける強力発揮率を改善して破断強度を向上させたものである。
【解決手段】 コアフィラメントと、少なくとも１層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、更に、複数本のストランドを、コアストランドと、少なくとも１層のシースストランドとからなる層撚り構造に撚り合わせて１本のコードとした複撚り構造のスチールコードであって、ストランドを構成する少なくとも１層において、同じ層内に配置されるフィラメントよりも径方向外側に突出した１本以上の軟質金属又は非金属製のフィラメントを含むストランドを、コアストランド又はシースストランド中に１本以上含むスチールコード。３‥非金属製フィラメント、Ｌ‥隙間。
【選択図】図１

Description

本発明は、ゴム物品の補強材として使用されるスチールコード及びこれを用いたゴム物品、特に空気入りタイヤに関するものである。

建設車両用のスチールラジアルタイヤの場合、凹凸の激しい不整地等で、かつ大きな荷重負荷の下で使用されるため、その骨格部材となるスチールコードには非常に高い破断強度が必要とされる。このような大荷重が必要とされるスチールコードの基本構造は、複数本のフィラメントを撚り合わせたストランドを複数本用意し、これらをさらに撚り合わせる、複撚り構造が採用されている。

かかる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、製品重量の増加が不具合となる。このため、重量増加を抑制するため、スチール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を作ることが行われている。

特許文献１に記載の技術では、特に、（１＋６＋１２）＋６×（１＋６＋１２）からなる７×１９構造のスチールコードについて、シースストランドにおける最外層のフィラメントと、隣接する内層のフィラメントの抗張力を比率で規定し、ある程度の効果をあげている。

特許第３４３９３２９号公報

さらに、例えば、特許文献２には、ストランドを構成する最外層のシースフィラメントの抗張力が３０４０Ｎ／ｍｍ２ 以下で、かつ、最外層のシースフィラメントを除く全ての内側のフィラメントの抗張力が３１４０Ｎ／ｍｍ２ 以上であるスチールコードが開示されている。

特開平１１−２１７７５号公報

しかしながら、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。

このような現象、即ち、スチール製のフィラメントが先行的に切れてしまう理由を精査したところ、撚り線に荷重がかかったときの撚り締りに起因する締め付け圧力が、引張り荷重を負担しているスチール製のフィラメントに側方からの作用を及ぼすためであり、締め付け応力が集中するスチール製のフィラメント同士の交差接触点に発生する現象であることが判明した。

かかる課題を解決するために本出願人は既に幾つかの提案をしている（特許文献３、４）。特許文献３にあっては、周囲に非金属製のフィラメントをスパイラル状に巻きつけたストランドを１本以上含む複撚り構造のスチールコードを提案し、特許文献４にあっては、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、更にもう１層以上のシースストランドを撚りあわせた複撚り構造のスチールコードにおいて、コアケーブルの周囲に非金属製のフィラメントをスパイラル状に巻きつけた構造とするものである。

特願２００４ー０６０４９７号

特願２００４ー０６０５０４号

しかるに、これらの技術は、非金属製フィラメントによってスチールフィラメント同士の接触を制限し、接触点応力の集中に起因するスチールフィラメントのコード破断前切断を抑制する考え方では、本願と類似するところがあるが、基本的には、非金属製フィラメントをスパイラル状に巻きつける点にあり、それに伴い製造においてもスパイラル巻きつけの工程を要することになってしまう。

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、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て破断強度を向上させた、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。

本発明の第１は、スチール製のコアフィラメントと、少なくとも１層のスチール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、更に、複数本のストランドを、コアストランドと、少なくとも１層のシースストランドとからなる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、ストランドを構成する少なくとも１層において、同じ層内に配置されるスチール製のフィラメントよりも径方向外側に突出した１本以上の軟質金属又は非金属製のフィラメントを含むストランドを、コアストランド又はシースストランド中に１本以上含むことを特徴とする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、本発明の第２は、上記第１発明におけるスチールコードを、空気入りタイヤのプライ又はベルトのいずれか少なくとも１層に用いたことを特徴とするものである。

本発明においては、スチールコードの破断強度が向上し、強力発揮率に改善に効果がある。そして、かかるコード構造の製造工程において耐断線性に改善効果があり、工数を増やすことなく実施することができたものである。

以下、第１発明のゴム物品補強用スチールコードを中心に述べるが、ストランド内部のフィラメント同士を非接触化することで、撚り締まりに起因する接触応力を低減し、フィラメントの先行破断を抑制することができたものであり、軽量かつ高い破断荷重のスチールコードができることとなったものである。

即ち、本発明の基本的技術思想は、スチール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、締付け応力の集中が緩和され、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ることを知見し、軟質金属又は非金属製のフィラメントを上記のような特殊な部位に用い、スチール製のフィラメント同士が直接接触しないようにしたもので、言って見ればクッションの役割を担うものである。

しかるに、軟質金属又は非金属製フィラメントを用いないスチールコードの場合は、前記したようにコード全体の破断の前にコード内部の締付け力が集中するフィラメント同士の接触部分で、剪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全体の破断よりも先行して生じやすくなり、強度に寄与する有効断面積が減少する結果、スチールコード全体の破断強度が低下する問題があったものである。

これを改善しようとする既提案の技術においては、非金属製フィラメントをスパイラル状に巻きつける撚り構造であり、その実施のためには専用の非金属製フィラメント巻付け工程を要していた。これは製造コストの観点から課題を残していたものである。

そして、コード径をなるべく小さく抑えながら、破断強度改善効果を引き出すためには、非金属製フィラメントを用いてコード内部に設ける隙間は、なるべく薄く抑える必要があるが、非金属製フィラメントをスパイラル状に巻きつける場合は、なるべく細い非金属製フィラメントで薄い隙間を作りこむことになるが、非金属製フィラメントを細くすると断線の頻度が高まることとなってしまう。これは製造コストの観点からみて欠点を抱えているものである。

軟質金属又は非金属製のフィラメントについて詳細に述べれば、上記したようにスチール製のフィラメント同士が直接接触しないようなクッションの役割を担うものである。即ち、クッション効果を有する隙間が確保できさえすれば、何本巻きつけられていてもよく、フィラメントの断面形状も真円である必要はない。

このように、軟質金属又は非金属製のフィラメントは隙間確保が目的であるため、隣接する外側の層とは、撚り方向が異なるほうが、より多くのスチール製のフィラメントと接触点をもつことができ、その接触点以外の部分での落ち込みによるスチール製のフィラメント同士の接触を妨げることになるため有利である。

強度に寄与する有効断面積確保の観点を考慮すると、同一層内に多本数の軟質金属又は非金属製のフィラメントを巻き付けるよりは、１本程度を巻き付けてあるほうが望ましい形態となる。

軟質金属又は非金属製のフィラメントを最外層に含む場合、それが真直なコアストランドの場合は、軟質金属又は非金属製のフィラメントを含む層の撚り方向と、その外側隣のシースストランドのケーブル撚り方向とが逆向きであるほうが好ましい。同じ方向である場合は、逆の場合と比べて、軟質金属又は非金属製のフィラメントが異なる複数のシースストランドと交わる頻度が少ないため、隙間の確保にとって不利である。

軟質金属又は非金属製のフィラメントを有する層とその内側の層のスチール製のフィラメント同士の接触状態については、軟質金属又は非金属製のフィラメントに起因する接触阻害効果はありえない。スチール製のフィラメント同士が通常の接触状態となるため、接触応力の集中を防ぐには、フィラメント同士が点で交差するのではなく、線接触になるべく近い方が良い。そのため、軟質金属又は非金属製のフィラメントを有する層とその内側の層の撚り方向の関係については、同方向であるほうが好ましい。

尚、ストランド中の軟質金属又は非金属製のフィラメントを含む層におけるスチール製フィラメントと、軟質金属又は非金属製のフィラメントの突出をはさんで隣接する外側の層のスチール製フィラメントとの間隔Ｌが０．０２ｍｍより狭い場合、期待されるクッション効果が小さくなり、スチールコード全体に引張り荷重が与えられた際に、締付け作用によるスチール製フィラメント同士の接触傾向が強くなり、先行破断抑制効果が得られにくい。一方、スチールコードの外径が不必要に大きくならないため、間隔Ｌの上限は０．５ｍｍ以下が好ましい。

上記間隔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、軟質金属又は非金属製のフィラメントの突出を挟んだ内側と外側のスチール製のフィラメント層の間で、最も近接しているスチール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。

軟質金属製のフィラメントとしては、銅線、アルミ線、軟鋼線等を用いることができ、ビッカース硬さ（ＨＶ）が、１００以下であることが好ましい。

非金属製のフィラメントとしては、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。尚、合成繊維は、吸湿性のなるべく少ないものがよく、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。ゴム物品埋設後の一体性を考慮すると、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ほうが好ましい。

軟質金属又は非金属製のフィラメントによって確保された空隙は、クッション効果をより高めたり、腐食伝播を抑制したりする目的から、ゴム物品埋設後、ゴムが入り完全に埋まる状態で使用することが好ましい。

スチール製フィラメントの径は、０．１５ｍｍより細くなると、断面積が少ないことから強度の点で問題であり、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別の問題が生じることとなってしまう。

又、スチール製フィラメントの抗張力は、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り強度の点で問題であり、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別の問題をもたらすこととなる。

本発明は上記の通りであるが、同じ隙間量を目標にする場合、軟質金属又は非金属製のフィラメントのスパイラル状巻付けに比べて、太い軟質金属又は非金属製のフィラメントを使用できるため、断線がおこりにくくなる。このように、本発明のスチールコードは比較的断線に強いことから、通線の両側に配置した複数のロール間を通すことにより、軟質金属又は非金属製のフィラメントにつぶし作用を与えるような加工を施すことが可能となった。

かかるつぶし作用が制御できることにより、その軟質金属又は非金属製のフィラメントが配置された層内のスチール製のフィラメントと隣接外側の層のスチール製のフィラメントとの間隔Ｌを生産性を損なうことなく調整することが可能となる。

従って、第２発明は、スチールコード又はその一部となるストランドの製造工程において、両側に配置した複数のロール間を通すことにより、軟質金属又は非金属製のフィラメントにつぶし作用を与え、その軟質金属又は非金属製のフィラメントが配置された層内のスチール製のフィラメントと隣接外側の層のスチール製のフィラメントとの間隔Ｌを調整することを特徴とする請求項１乃至６いずれか１に記載のゴム物品補強用スチールコードの製造方法に係るものである。

更に、第３発明は、タイヤのプライ又はベルトのいずれか少なくとも１層に、請求項１から６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を用いた空気入りタイヤであり、更に言えば、スチールコードの断面形状において、ストランド中の軟質金属又は非金属製のフィラメントを含む層におけるスチール製フィラメントと、軟質金属又は非金属製のフィラメントの突出をはさんで隣接する外側の層のスチール製フィラメントとの間隔が、ゴムで埋まっている構造のタイヤである。

（実施例１）
以下、第１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、空気入りタイヤに最適な実施例１のスチールコードであり、コード構造は、（３＋８＋１５）＋７×（３＋９）＋１構造となっている。そして、コアストランドの第１シース層に、非金属製のフィラメントを配置してある例である。

一方、図２に示すスチールコードは、（３＋８＋１５）＋７×（３＋９）＋１構造のスチールコードの比較例１であり、コアストランドの第１シースと第２シース間に、非金属製のフィラメント４をスパイラル状に巻き付けてある例である。

表１に撚り構造、表２に非金属製のフィラメントの断線有無とコード破断力試験の比較結果を示す。
比較例１の断線は、スチールコード長さ１００ｍを試作する際に、撚り線工程のロール矯正部で発生した非金属製のフイラメントの断線であり、原因は非金属製のフィラメントのつぶれによるものであった。断線発生以降、比較例１の試作は、なるべく非金属製のフィラメントをつぶさないよう、ロール矯正を外すなどして実施した。

本発明の効果を、比較例及び従来例での対比で言えば、比較例との対比では耐断線性に改善が見られ、従来例との対比で言えば、強力発揮率に改善が見られる結果となった。尚、表中、強力発揮率（％）＝｛コード破断強度（Ｎ）／フィラメント破断強度の総和（Ｎ）｝x １００であり、破断強度指数＝｛実施例コード破断強度（Ｎ）／従来例コ−ド破断強度（Ｎ）｝x １００である。

（実施例２）
図３に断面図で示すスチールコードは、空気入りタイヤに好適な実施例２のスチールコードであり、コード構造は、（３＋９＋１４）＋７×（３＋９）＋１構造となっている。そして、コアストランドの第２シース層に、非金属製のフィラメントを配置してある例である。

一方、図４に示すスチールコードは、（３＋９＋１４）＋７×（３＋９）＋１構造のスチールコードの比較例２であり、コアストランドの周囲に非金属製のフィラメント４をスパイラル状に巻き付けてある例である。

表３に撚り構造、表４に非金属製のフィラメントの断線有無とコード破断力試験の比較結果を示す。比較例２の断線は、比較例１の場合と同様であり、比較例１と同様、なるべく非金属製のフィラメントをつぶさないよう、ロール矯正を外す等して実施した。

本発明の効果を、比較例及び従来例での対比で言えば、比較例との対比では耐断線性に改善が見られ、従来例との対比で言えば、強力発揮率に改善が見られる結果となった。尚、強力発揮率（％）、破断強度指数は前述と同じ定義である。

（実施例３）
尚、図５のように、（３＋８＋１５）＋６×（３＋９＋１４）＋１２×（３＋９＋１５）構造のスチールコード等にも、ストランド間やストランド内部のスチール製のフィラメント同士の接触を抑制した構造として適用することができ、相当の効果があった。

（実施例４）
非金属製のフィラメントに替えて、軟質金属製のフィラメントを適用した場合も、同様の改善効果があった。

本発明の第１は以上の通りであり、スチールコード内部のスチール製フィラメント間接触の一部に、軟質金属又は非金属製のフィラメントが介在することにより、スチールコード内部で荷重を負担するスチール製のフィラメントの先行破断が抑制され、スチ−ルコード全体の破断強度が向上することとなった。そして、軟質金属又は非金属製のフィラメントを、スチール製フィラメントと同じ層内に配置することによって、性能向上効果に必要なコード構造の改善を、工数を増やすことなく実施することができ、製造コストを低くおさえることができる。

更に、これを骨格部材とすることで、比較的軽量な空気入りタイヤや他のゴム製品を提供できる等その適用範囲は広い。

図１は実施例１におけるスチールコードの断面図である。 図２は比較例１におけるスチールコードの断面図である。 図３は実施例２におけるスチールコードの断面図である。 図４は比較例２におけるスチールコードの断面図である。 図５は実施例３におけるスチールコードの断面図である。

符号の説明

１‥コアストランド、
２‥シ−スストランド、
３‥非金属製フィラメント、
Ｌ‥隙間。

Claims (9)

1. スチール製のコアフィラメントと、少なくとも１層のスチール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、更に、複数本のストランドを、コアストランドと、少なくとも１層のシースストランドとからなる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、ストランドを構成する少なくとも１層において、同じ層内に配置されるスチール製のフィラメントよりも径方向外側に突出した１本以上の軟質金属又は非金属製のフィラメントを含むストランドを、コアストランド又はシースストランド中に１本以上含むことを特徴とするゴム物品補強用スチールコード。
2. 軟質金属又は非金属製のフィラメントを、ストランド最外層のスチール製シースフィラメントのすぐ内側の層に含む請求項１記載のゴム物品補強用スチールコード。
3. 軟質金属又は非金属製のフィラメントを含むストランドの各層の撚り方向について、軟質金属又は非金属製のフィラメントを含む層の撚り方向が、その外側隣の層の撚り方向と逆向きである請求項１又は２記載のゴム物品補強用スチールコード。
4. スチールコードの断面形状において、ストランド中の軟質金属又は非金属製のフィラメントを含む層におけるスチール製フィラメントと、軟質金属又は非金属製のフィラメントの突出をはさんで隣接する外側の層のスチール製フィラメントとの間隔Ｌが、０．０２〜０．５ｍｍである請求項１乃至３いずれか１に記載のゴム物品補強用スチールコード。
5. コアフィラメント及びシースフィラメントを構成するスチール製フィラメントの径Ｄが、０．１５〜０．４０ｍｍである請求項１乃至４いずれか１に記載のゴム物品補強用スチールコード。
6. コアフィラメント及びシースフィラメントを構成するスチール製フィラメントの抗張力が、２７００〜４２００Ｎ／ｍｍ２ である請求項１乃至５いずれか１に記載のゴム物品補強用スチールコード。
7. スチールコード又はその一部となるストランドの製造工程において、両側に配置した複数のロール間を通すことにより、軟質金属又は非金属製のフィラメントにつぶし作用を与え、その軟質金属又は非金属製のフィラメントが配置された層内のスチール製のフィラメントと隣接外側の層のスチール製のフィラメントとの間隔Ｌを調整することを特徴とする請求項１乃至６いずれか１に記載のゴム物品補強用スチールコードの製造方法。
8. タイヤのプライ又はベルトのいずれか少なくとも１層に、請求項１から６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を用いたことを特徴とする空気入りタイヤ。
9. スチールコードの断面形状において、ストランド中の軟質金属又は非金属製のフィラメントを含む層におけるスチール製フィラメントと、軟質金属又は非金属製のフィラメントの突出をはさんで隣接する外側の層のスチール製フィラメントとの間隔が、ゴムで埋まっていることを特徴とする請求項８記載の空気入りタイヤ。

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