JP2007107136A - ゴム物品補強用スチールコードおよび空気入りラジアルタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】高速、高荷重に起因するコードの疲労破断を防止して、高速高加重走行時における耐久性を向上するとともに、加硫による強力低下の問題もないゴム物品補強用スチールコードおよびそれを用いた空気入りラジアルタイヤを提供する。
【解決手段】中心構造１と、中心構造の周りに撚り合わされた、少なくとも１層の外層ストランド２と、を有する複撚り構造のゴム物品補強用スチールコードである。中心構造が互いに撚り合わされた２本以上のストランド１０からなり、中心構造を構成するストランドの径が、外層ストランドの径より大きく、かつ、外層ストランドの本数Ｎが、下記式、
Ｎ＞２ｎ＋５
（ｎは中心構造を構成するストランドの本数である）で示される条件を満足する。
【選択図】図１

Description

本発明はゴム物品補強用スチールコードおよび空気入りラジアルタイヤ（以下、単に「スチールコード」および「タイヤ」とも称する）に関し、詳しくは、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ゴム物品補強用スチールコード、およびそれを用いた空気入りラジアルタイヤに関する。

近年、車両性能の発達により、装着されるタイヤに対しても、より高速高荷重の耐久性が求められている。特に、鉱山車両等は、悪路を高荷重で走破する目的で使用されるため、そのタイヤに用いられる補強用スチールコードに対しても、曲げ、圧縮等の入力に対する耐疲労性や、外傷による耐カット性の向上に関する要求があるが、従来のコードでは限界に達してきている。

一方、高荷重化の要求は、適用される補強用スチールコードの高強力化の要求そのものであり、特に、鉱山車両、建設車両等の超大型タイヤには不可欠な性能である。このような用途に用いられる補強用スチールコードの最も一般的な構造としては、１×７，（１＋６）等が挙げられる。

スチールコードの高強力化を図るためには、８０Ｃ，９０Ｃ等の高強力鋼材を適用する手法がある。しかし、これらハイカーボン鋼材は、タイヤ加硫時の熱履歴による硬化が大きく、複撚りコードでは、硬化による強力の低下が無視できなかった。

スチールコードの改良に係る技術として、例えば、特許文献１には、２層以上の層撚り構造を有するコアストランドと、それを囲むシースストランドとからなるゴム補強用スチールコードにおいて、シースストランドの撚り構造をｎ×ｍで表されるものとしたことで、耐疲労性、耐カット性および耐腐食性を両立させ、耐久性を向上させる技術が開示されている。また、特許文献２には、数本のスチールフィラメントを撚り合わせたコアストランドの周囲に、複数本のスチールフィラメントを撚り合わせたシースストランドの５〜８本を撚り合わせて成り、各シースストランドが、その最外層を構成するフィラメントが楕円に内接する扁平の断面形状を有し、かつ楕円の短軸の延長上にコアストランドが位置する向きに配置され、さらに、シースストランドの本数をｎ、コアストランドの径をＣ、シースストランドにおける楕円の長軸をａ、同短軸をｂとしたとき、所定の関係式を満足するものとしたことで、コード径の拡大によることなく大きな曲げ変形に起因する破断に対する耐久性を高めたコードを実現する技術が記載されている。
特開２００５−００２５１８号公報（特許請求の範囲等） 特開２０００−０１７５８７号公報（特許請求の範囲等）

高速、高荷重に起因する曲げや圧縮入力の増大は、時に補強用スチールコードをも局所的に大きく圧縮変形させ、結果としてコードを疲労破断に至らしめることになる。従って、かかる疲労破断を防止して、高速高荷重走行に耐え得る耐久性を備えたスチールコード、ひいてはこれを用いたタイヤを実現する技術が求められていた。

そこで、本発明の目的は、高速、高加重に起因するコードの疲労破断を防止して、高速高加重走行時における耐久性を向上するとともに、加硫による強力低下の問題もないゴム物品補強用スチールコードおよびそれを用いた空気入りラジアルタイヤを提供することにある。

本発明者は鋭意検討した結果、以下のようなことを見出した。即ち、圧縮によりスチールコードは、半波長あるいは１波長分のサイン波に近似される変形を生ずる。変形が理想的なサイン波変形である場合、圧縮による歪が分散して破断までの寿命は向上するが、変形が三角波変形に近い場合には、頂点近傍に歪が集中して、破断までの寿命は大きく低下することになる。従って、コード構造の改良により圧縮変形を制御することができれば、疲労破断の寿命を向上させることができると考えられる。

一方、複撚りコードとする場合に問題となる鋼材の加硫硬化に起因する強力の低下は、コアストランドが、引張り入力時に複数のシースストランドに締め付けられて、側圧により先行破断することに起因し、側圧を小さくすれば低下を抑えることができると考えられる。

上記観点から本発明者はさらに検討した結果、下記構成とすることにより、コードの疲労寿命の向上と、加硫後の強力の保持とをともに図ることが可能となることを見出して、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明のゴム物品補強用スチールコードは、中心構造と、該中心構造の周りに撚り合わされた、少なくとも１層の外層ストランドと、を有する複撚り構造のゴム物品補強用スチールコードであって、前記中心構造が互いに撚り合わされた２本以上のストランドからなり、該中心構造を構成するストランドの径が、前記外層ストランドの径より大きく、かつ、該外層ストランドの本数Ｎが、下記式、
Ｎ＞２ｎ＋５
（ｎは中心構造を構成するストランドの本数である）で示される条件を満足することを特徴とするものである。

本発明においては、コードを構成する全てのストランドが、複数本のフィラメントを同方向で撚り合わせてなる構造を有することが好ましく、コードを構成する全てのストランドが、７本以上のフィラメントからなり、かつ、２層以上の層撚り構造を有することも好ましい。また、コードを構成するフィラメントの、抗張力は好適には３０００ＭＰａ以上であ、素線径は好適には０．１４ｍｍ以上０．３６ｍｍ以下である。

また、本発明の空気入りラジアルタイヤは、一対のビード部間でトロイド状に延びるカーカスを骨格とし、該カーカスのクラウン部をベルト層で補強してなる空気入りラジアルタイヤであって、該カーカスおよび／またはベルト層の補強材として、上記本発明のゴム物品補強用スチールコードが用いられていることを特徴とするものである。本発明のタイヤは、建設車両用タイヤとして好適である。

本発明によれば、上記構成としたことにより、コード強力を低下させることなく、高速、高荷重に起因する局所的な圧縮入力によるコードの疲労破断を防止して、高速高加重走行時における耐久性を向上したゴム物品補強用スチールコードおよびそれを用いた空気入りラジアルタイヤを実現することが可能となった。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
本発明のゴム物品補強用スチールコードは、中心構造と、その周りに撚り合わされた、少なくとも１層の外層ストランドとを有する複撚り構造であって、中心構造が互いに撚り合わされた２本以上のストランドからなり、かつ、外層ストランドの本数Ｎが、下記式、
Ｎ＞２ｎ＋５
（ｎは中心構造を構成するストランドの本数である）で示される条件を満足するものである。これにより、圧縮変形を理想的なサイン波変形に近づけるとともに、加硫後のコード強力の低下を抑えることが可能となる。

撚りコードは、圧縮入力を与えると、自転性の作用から解撚の向き、即ち、撚り方向と逆向きにサイン波変形しようとする。このとき、コード中心に撚りを持たない従来の（１＋６）複撚り構造では、圧縮時において、コアストランドの挙動とシースストランドの挙動とが大きく異なり、その結果、コード全体の圧縮時の挙動は理想的なサイン波変形にはならない。そのため、本発明においては、中心構造を、互いに撚り合わされた２本以上、好適には２〜４本、より好適には３本のストランドからなる横造として、より理想的なサイン波に近い変形を生じさせ、これにより疲労寿命の向上を図ったものである。さらに、これとともに、外層ストランドの本数Ｎが上記式を満足するものとすることで、外層ストランドから中心構造への側圧を小さくして、先行破断に起因する強力の低下を防止することが可能となった。

また、本発明においては、中心構造を構成するストランドの径が、外層ストランドの径より大きいことが必要である。これは、２本以上のストランドからなる中心構造の周りに、前記式を満足するＮ本の外層ストランドを撚り合わせる場合を考えると、外層ストランドの径が中心構造を構成するストランドの径と同じか、またはこれより大きい場合には、中心構造と外層ストランドとの間に隙間ができて、所望のコード強力が発揮できなくなってしまうためである。

図１に、本発明のゴム物品補強用スチールコードの一例の断面図を示す。図示するスチールコードは、中心構造１と、その周りに撚り合わされた、１層の外層ストランド２とを有し、中心構造１が互いに撚り合わされた３本のストランド１０からなる。また、外層ストランド２の本数Ｎ＝１２であり、中心構造１を構成するストランド１０の本数ｎ＝３に対し、前記式を満足している。さらに、図示するコードの外周には、スチールコードの捻じれを抑制して工揚作業性などを確保するために、ラッピングフィラメント３が巻き付けられている。

本発明においては、コードを構成する各ストランドが、複数本のフィラメントを同方向で撚り合わせてなる構造を有することが好ましい。ストランドの各層に異方向の撚りが含まれると、その部分がフレッティングする懸念が生ずる。

また、本発明においては、コードを構成する各ストランドが、７本以上、好適には１２〜２７本のフィラメントからなり、かつ、２層以上の層撚り構造を有することが好ましい。フィラメント本数が６本以下か、または、１層の単撚り構造のストランドであると、建設車両用等の高速・高荷重用タイヤに必要な強度が確保できず、適用できる範囲が限られてしまう。生産性および複撚り化後のコード径の観点からは、２層または３層の層撚り構造を有するストランドが望ましい。

さらに、コードを構成するフィラメントの抗張力は、好適には３０００ＭＰａ以上、より好適には３２００〜３６００ＭＰａ程度である。抗張力が高いほど、加硫時の強力低下抑制効果が大きいため、好ましい。さらにまた、コードを構成するフィラメントの素線径は、好適には０．１４ｍｍ以上０．３６ｍｍ以下とする。素線径０．１４ｍｍ未満のフィラメントでは建設車両用等の高速・高荷重用タイヤに必要な空気圧を保持できず、適用範囲が限られてしまう。一方、フィラメントの素線径が０．３６ｍｍを超えると、ハンプ部分のような大曲げ時の疲労性が低下する。

各ストランドの撚りピッチは、中心構造１および外層ストランド２のいずれについても、コアピッチをａ、第１シースピッチをｂ、第２シースピッチをｃとしたとき、ａ＜ｂ＜ｃかつ１．５ａ＜ｂ＜２．５ａ、２．０ａ＜ｃ＜４．０ａを満足し、ａが５ｍｍ以上９ｍｍ以下であることが好ましい。また、ケーブルピッチ（コードの撚りピッチ）は、好適には５０ｍｍ以上８５ｍｍ以下とする。

本発明のスチールコードにおいては、上記した以外の具体的なコード構造、ストランド構造、各ストランドおよびコードの撚り条件等については特に制限されるものではなく、常法に従い適宜決定することができる。本発明のスチールコードは、空気入りタイヤ、工業用ベルト等の各種ゴム物品の補強用として好適に適用することができるものであり、特には、建設車両用等の重荷重用タイヤに好適に適用可能である。

また、本発明の空気入りラジアルタイヤは、一対のビード部間でトロイド状に延びるカーカスを骨格とし、カーカスのクラウン部をベルト層で補強してなるものであって、カーカスおよび／またはベルト層の補強材として、上記本発明のスチールコードが用いられている点に特徴を有する。本発明のタイヤにおいては、それ以外の具体的なタイヤ構造や材質等については、常法に従い適宜設定することができ、特に制限されるものではない。例えば、図示はしないが、ベルト層のクラウン部外周にはトレッド部が配置され、カーカスのサイド部にはサイドウォール部が配置されている。

以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
下記の表１および表２に示す条件に従い、中心構造と外層ストランドとからなる複撚り構造のゴム物品補強用スチールコードを製造した。得られた各スチールコードにつき、下記に従い評価を行った。これらの結果を、下記の表１および表２中に併せて示す。

（タイヤ耐久試験）
各コードをカーカスプライに適用した建設車両用タイヤ（タイヤサイズ５９／８０Ｒ６３）を準備し、正規内圧の状態で１５０％の荷重を加え、ドラム径５ｍのもので８ｋｍ／ｈの速さで直進させる形式の試験条件で、タイヤ耐久試験を実施した。故障発生まで走行を継続し、故障した時間を、比較例１を１００として指数表示した。故障の有無は、故障部分の外観を確認し、必要に応じプライコードを取り出すこととして、スチールコードの破断の有無を検証することにより判断した。数字が大きいほど長時間走行したことを意味し、即ち、耐久性が高い。

（加硫後の強力低下率）
室内で１５０℃５０分間加硫後に、コード強力を測定した。結果は、加硫前のコード強力を１００として、百分率にて示した。数字が大きいほど加硫後の強力低下が少なく、良好である。

上記表１，２に示すように、中心構造が２本以上のストランドからなり、外層ストランドの本数が前記式の条件を満足する実施例のスチールコードにおいては、比較例のコードに比し、タイヤ耐久性に優れるとともに、コードの破断がなく、加硫後のコード強力が向上していることが確かめられた。

本発明の一実施の形態に係るゴム物品補強用スチールコードの断面図である（実施例１）。 実施例２に係るゴム物品補強用スチールコードの断面図である。 実施例３に係るゴム物品補強用スチールコードの断面図である。 比較例１，２に係るゴム物品補強用スチールコードの断面図である。 比較例３に係るゴム物品補強用スチールコードの断面図である。 比較例４に係るゴム物品補強用スチールコードの断面図である。 比較例５に係るゴム物品補強用スチールコードの断面図である。

符号の説明

１ 中心構造
２ 外層ストランド
３ ラッピングフィラメント
１０ ストランド

Claims (7)

1. 中心構造と、該中心構造の周りに撚り合わされた、少なくとも１層の外層ストランドと、を有する複撚り構造のゴム物品補強用スチールコードであって、前記中心構造が互いに撚り合わされた２本以上のストランドからなり、該中心構造を構成するストランドの径が、前記外層ストランドの径より大きく、かつ、該外層ストランドの本数Ｎが、下記式、
   Ｎ＞２ｎ＋５
   （ｎは中心構造を構成するストランドの本数である）で示される条件を満足することを特徴とするゴム物品補強用スチールコード。
2. コードを構成する全てのストランドが、複数本のフィラメントを同方向で撚り合わせてなる構造を有する請求項１記載のゴム物品補強用スチールコード。
3. コードを構成する全てのストランドが、７本以上のフィラメントからなり、かつ、２層以上の層撚り構造を有する請求項１または２記載のゴム物品補強用スチールコード。
4. コードを構成するフィラメントの抗張力が３０００ＭＰａ以上である請求項１〜３のうちいずれか一項記載のゴム物品補強用スチールコード。
5. コードを構成するフィラメントの素線径が０．１４ｍｍ以上０．３６ｍｍ以下である請求項１〜４のうちいずれか一項記載のゴム物品補強用スチールコード。
6. 一対のビード部間でトロイド状に延びるカーカスを骨格とし、該カーカスのクラウン部をベルト層で補強してなる空気入りラジアルタイヤであって、該カーカスおよび／またはベルト層の補強材として、請求項１〜５のうちいずれか一項記載のゴム物品補強用スチールコードが用いられていることを特徴とする空気入りラジアルタイヤ。
7. 建設車両用タイヤである請求項６記載の空気入りラジアルタイヤ。

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