JP2007231436A

JP2007231436A - スチールコード及びその製造方法

Info

Publication number: JP2007231436A
Application number: JP2006052729A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kusuda; 正博楠田; Satoshi Tamada; 聡玉田
Original assignee: Tokyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2007-09-13

Abstract

【課題】低コスト化が可能な撚り線機を用いて製造することができ、優れた耐疲労性と減衰特性を兼ね備えたスチールコード及びその製造方法を提供する。
【解決手段】互いに撚り合わされることなく集合されたｎ本の心ワイヤと、心ワイヤと実質的に同じ直径ｄであり、互いに撚り合わされ、かつ心ワイヤの周囲に巻き付けるように撚り合わされたｍ本の側ワイヤとを有し、心ワイヤおよび側ワイヤが式Ｄ＝ｄ［３＋１／cos｛π/2（1−2/m）｝］で定義される直径Ｄの外接円筒の内側にそれぞれ存在し、スチールコードの長手に沿ってスチールコードの中心が外接円筒の中心軸とほぼ一致する。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両用タイヤの補強に用いられるスチールコード及びその製造方法に関する。

スチールコードをゴムシート中に埋め込み加工した車両用タイヤでは、相互に隣接するワイヤが互いに擬触して摩耗する所謂フレッティングを生じると共に、その表面部分のゴム部が損傷されると外部からスチールコードの間隙に水が浸入して錆が発生し、この錆によってゴムが剥離し易くなり、タイヤなどの耐疲労性が低下するなどの問題を生じる。このため、型付けなどによりワイヤとワイヤとの間に適当な間隙を設けて、この間隙にゴムを浸透させ、ワイヤ相互間における直接の接触を回避するようにしている。

特許文献１は、フレッティングを抑制し、耐疲労性を向上させることを目的として、心ワイヤの外周に過剰形付けした側ワイヤを撚り合わせた２＋２構造のスチールコードを提案している。しかし、特許文献１の２＋２構造のスチールコードを製造するためには、図７に示すIn-Out型バンチャー撚り線機と称する特殊な撚り線機を用いるが、このIn-Out型バンチャー撚り線機３０では、原料となるワイヤの一部を機械の内部に入れる必要がある。このため、製造コストが高くなり、低コスト化することが難しい。

特許文献２は、心ワイヤ束が撚り合わされないＮ＋Ｍ構造（Ｎ＝２〜５、Ｍ＝１〜３）のスチールコードを提案している。このＮ＋Ｍ構造のスチールコードは、心ワイヤ束を撚り合わさない状態で、各断面のコード外接円の中心が略直線上に存在するように、心ワイヤ束が螺旋状にうねり、その周囲に側ワイヤ束が撚り合わされている。しかし、特許文献２のＮ＋Ｍ構造のスチールコードは、図７に示す撚り線機３０を用いて製造されているため、低コスト化が難しい。

１×Ｎ構造のスチールコードの製造にOut-In型バンチャー撚り線機を用いると、原料ワイヤを大型化することができ、低コスト化が可能になる。１×Ｎ構造のスチールコードは、錆による耐疲労性の低下を防止するために、コード中心にゴムを浸透させ得るオープン構造とすることが提案されている。しかし、オープン構造は振動減衰性能に劣るためタイヤの乗り心地を悪くする。タイヤの乗り心地性能は、タイヤの振動の収まりやすさの指標であるダンピング性能（減衰性能）に大きく依存する。例えば、特許文献３のタイヤでは、ビード部のビードコアから半径方向外方に延びるビードエーベックスゴムの動的弾性率を規制することによって、タイヤの減衰性能を改善し、乗り心地性能を高めている。しかし、特許文献３ではタイヤゴム層の減衰性能には着目しているが、ベルトコードなどのタイヤコードそのものの特性について、これをタイヤの減衰性能に関連付けて着目したものではない。
特開平４−３７０２８３号公報特許第３７０８３７９号公報特公昭５６−３８０６号公報

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、低コスト化が可能な撚り線機を用いて製造することができ、優れた耐疲労性と減衰特性を兼ね備えたスチールコード及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るスチールコードは、互いに撚り合わされることなく集合されたｎ本の心ワイヤと、前記心ワイヤと実質的に同じ直径ｄであり、互いに撚り合わされ、かつ前記心ワイヤの周囲に巻き付けるように撚り合わされたｍ本の側ワイヤと、を有し、前記心ワイヤおよび側ワイヤが下式（１）で定義される直径Ｄの外接円筒の内側にそれぞれ存在し、スチールコードの長手に沿ってスチールコードの中心が前記外接円筒の中心軸とほぼ一致することを特徴とする。

Ｄ＝ｄ［３＋１／cos｛π/2（1−2/m）｝］ …（１）
本発明に係るスチールコードの製造方法は、(i)ｍ本の側ワイヤを撚り合わせて側ストランドを形成する工程と、(ii)前記ｎ本の心ワイヤを撚り合せることなく前記バンチャー撚り線機に送り、前記ｎ本の心ワイヤの周囲に前記側ストランドを撚り合わせ、前記ｎ本の心ワイヤと前記心ワイヤと実質的に同径であるｍ本の側ワイヤとが、式Ｄ＝ｄ［３＋１／cos｛π/2（1−2/m）｝］で定義される直径Ｄの外接円筒の内側にそれぞれ存在し、スチールコードの長手に沿ってスチールコードの中心が前記外接円筒の中心軸とほぼ一致するようにｎ＋（１×ｍ）構成のスチールコードを得る工程と、を有することを特徴とする。

本発明では、心ワイヤと側ワイヤが、上式（１）で定義される直径Ｄ（ｍｍ）の外接円筒の内側に存在し、スチールコードの長手に沿ってスチールコード断面の中心を前記外接円筒の中心軸とほぼ一致させているので、心構造および側ストランドへの応力負荷が均等になり、コードの耐疲労性が向上する。

また、本発明では、オープン構造になっていないため、ワイヤ同士が適度な接触を保ち、振動減衰性能に優れる。

さらに、本発明では、ｎを２又は３のいずれかの整数とし、ｍを２以上の整数とし、さらにｎ＋ｍの合計数を６以下とすることができる。スチールコードの構成を２＋（１×２）、２＋（１×３）、２＋（１×４）、３＋（１×２）、３＋（１×３）とすることにより、耐疲労性に優れ、減衰率評価試験（乗り心地性）においても優秀な結果が得られる（表１）。とくに３＋（１×３）および２＋（１×２）構成のスチールコードは、心ストランドと側ストランドとの強度バランスが良好であり、耐疲労性および乗り心地性が大幅に向上する。

しかし、心ワイヤまたは側ワイヤのいずれかを１本のみにすると、所望レベルの破断強度を得るためにはワイヤ径が太くなってしまい、耐疲労性が悪化する。

また、心ワイヤを４本以上にすると、撚り合わせる側ストランドに追従して心ワイヤが撚り方向に変位し難くなるため、コード横断面において外接円筒の中心がコード中心に一致しなくなり、耐疲労性が悪化する。

また、側ストランドの構成を１×５以上にすると、心部と側部との強度バランスを良好に保つことが困難になる。このため本発明では、側ストランドのワイヤ数の上限を４本にすることが望ましい。なお、心ワイヤと側ストランドの構成ワイヤとを実質的に同径にすると、側ワイヤの撚り合わせが容易になると共に、強度バランスが良好になる。

本発明は、低コスト化が可能な撚り線機を使用可能で、優れた耐疲労性と減衰特性を兼ね備えたスチールコード及びその製造方法を提供できる。

以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について説明する。

図１は本発明のスチールコードの製造方法に用いられる装置を模式的に示す概略構成図である。

スチールコード製造装置１は、パスラインの上流側から順に３つの送給リール５、ボイス６、３つの送給リール３およびOut-In型バンチャー撚り線機１０を備えている。第１の送給リール５は、撚り線機１０の（ａ）側入口の前に配置され、各リール５から側ワイヤ２ｓが１本ずつ引き出されるようになっている。第２の送給リール３は、撚り線機１０の（ｅ）側入口の前に配置され、各リール３から心ワイヤ２ｃが１本ずつ引き出されるようになっている。ボイス６は、主パスライン上を通過する複数のワイヤ２ｓを束ねて位置合せし、これらが互いに寄り添うようにして主パスラインに沿ってバンチャー撚り線機１０に円滑に入っていくようにする案内部材としての役割を有している。バンチャー撚り線機１０は、クレードルタイプの筐体内に、複数のガイドローラ７、引き取りキャプスタン１２、巻き取りトラバース１４および巻き取りボビン１６を内蔵している。

側ワイヤ２ｓには、ボイス６と（ａ）側のガイドローラ７との間で１回目の撚りが入り、（ｅ）側のガイドローラ７を通過した後に２回目の撚りが入って所定のピッチになる。心ワイヤは撚り合わされることなく（ｅ）側の入口から撚り線機１０に入り、ガイドローラ７の部分で側ストランド２１が心ワイヤ２ｃの周囲に巻き付き、図３に示す３＋（１×３）構造のスチールコード２０が形成される。スチールコード２０は、引き取りキャプスタン１２で引き取られながら、矯正ロール（図示せず）を通過して形状を整えられ、巻き取りトラバース１４を介して巻き取りボビン１６に巻き取られる。

図２はゴム複合体としてスチールコードが埋め込まれたタイヤの製造方法を示す工程図である。複数本（２本又は３本）の心ワイヤ２ｃを撚り合わせることなく引き揃え、この外周に複数本（２本以上）の側ワイヤ２ｓを撚り合わせ、ｎ＋（１×ｍ）構造のスチールコードを作製する。作製したスチールコードをゴムシート上にすだれ状に引き揃え、２枚のゴムシートの間に挟み込んで圧力を掛け、ゴム複合体シートとする（カレンダリング工程Ｓ１）。このゴム複合体シートを所定のサイズに切断する（工程Ｓ２）。これらをタイヤ成型機上で生ゴムタイヤ（グリーンタイヤ）の適所にそれぞれ組み込み、所定の形状に成形する（工程Ｓ３）。所定の加硫温度に加熱してゴムを硬化させる（工程Ｓ４）。これにより最終製品のタイヤを得る。

次に、実施例、比較例および従来例の各サンプルコードについてそれぞれ説明する。

（実施例１）
実施例１として、図１の装置１を用いて２＋（１×２）構造のスチールコードを製造した。原料ワイヤとして、ＪＩＳＧ３５０２に規定されたピアノ線にブラスめっきしたワイヤを伸線加工して０．２３ｍｍとしたものを用いた。

（実施例２）
実施例２として、図１の装置１を用いて２＋（１×３）構造のスチールコードを製造した。上記と同様の原料ワイヤを用いた。

（実施例３）
実施例３として、図１の装置１を用いて３＋（１×２）構造のスチールコードを製造した。上記と同様の原料ワイヤを用いた。

（実施例４）
実施例４として、図１の装置１を用いて３＋（１×３）構造のスチールコードを製造した。上記と同様の原料ワイヤを用いた。

（比較例）
比較例として、図１の装置１を用いて４＋（１×３）構造のスチールコードを製造した。上記と同様の原料ワイヤを用いた。

（従来例）
従来例として、図７の装置３０を用いて２＋２構造のスチールコードを製造した。上記と同様の原料ワイヤを用いた。装置３０は、複数の送給リール３５を内蔵したIn-Out型バンチャー撚り線機３３と、撚り線機３３の入口側に設けられた複数の送給リール３１と、撚り線機３３の出口側に設けられたキャプスタン３７および巻取ボビン３８を備えている。

図３は３＋（１×３）構造のスチールコード（実施例４）を示す断面図である。この実施例４のスチールコード２０は上記のバンチャー撚り線機１０を用いて製造される。図３の（ａ）〜（ｅ）に、１撚りピッチ長さにおけるコード断面内のワイヤ位置を１／４ピッチ毎に模式的に示した。横断面においてＤ＝０．９５６ｍｍの直径を有する外接円筒２２の中心２２ｃは、図３の（ａ）〜（ｅ）に示すように、スチールコードの中心とほぼ一致する。

図４は２＋（１×２）構造のスチールコード（実施例１）を示す断面図である。この実施例１のスチールコード２０Ａも図１の撚り線機１０を用いて製造される。図４の（ａ）〜（ｅ）に、１撚りピッチ長さにおけるコード断面内のワイヤ位置を１／４ピッチ毎に模式的に示した。本実施例１でも上記と同様に横断面においてＤ＝０．９２０ｍｍの直径を有する外接円筒の中心は、スチールコードの中心とほぼ一致する。

図５は２＋２構造のスチールコード（従来例）を示す断面図である。この従来例のスチールコード２０Ｂは図７の装置３０を用いて製造される。図５の（ａ）〜（ｅ）に、１撚りピッチ長さにおけるコード断面内のワイヤ位置を１／４ピッチ毎に模式的に示した。

図６は従来の１×３構造のスチールコードを示す断面図である。この従来例のスチールコード２０Ｃは図８の装置４０を用いて製造される。装置４０は、キャプスタン３７、トラバース４７および巻取ボビン４８を内蔵した撚り線機４４と、撚り線機４４の入口側に設けられた複数の送給リール４２と、を備えている。

図６の（ａ）〜（ｅ）に、１撚りピッチ長さにおけるコード断面内のワイヤ位置を１／４ピッチ毎に模式的に示した。

（ゴム複合体の製造）
上記のサンプルコード２０，２０Ａを長さ５００ｍｍに切断し、切断したスチールコード５本をゴムシート（厚さ２ｍｍ、幅１２ｍｍ、長さ４５０ｍｍ）上におよそ０．８ｍｍピッチ間隔で平行に敷き並べ、その上にゴムシート（厚さ１ｍｍ、幅１２ｍｍ、長さ４５０ｍｍ）を載せ、さらに５本のスチールコードを前記と同様に敷き並べ、その上にゴムシート（厚さ２ｍｍ、幅１２ｍｍ、長さ４５０ｍｍ）を載せ、この積層体を加硫成型した。加硫温度は約１３０℃とした。加硫成型後、ゴムシートの外側にはみ出したスチールコードを切断除去し、図９に示すように、厚さ６ｍｍ、幅１２ｍｍ、長さ４５０ｍｍで、内部に５本のスチールコード層を２層備えたゴム複合体５０を得た。

（耐疲労性の評価）
次に、図１０の（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照して上記のようにして作製したゴム複合体の耐久性を評価するための耐疲労性試験について説明する。
上記のゴム複合体５０を試験サンプルとして使用し、これを試験片とした。図１０の（ａ）に示すように、試験片５０の両端を疲労試験機６０のチャック６１で把持し、試験片５０の中央部分をロール６２に掛けわたす。試験片５０に規定の負荷がかかるようにロール６２を一定の力で引っ張りながら、図１０の（ｂ）と（ｃ）に示すようにチャック６１を１サイクル／秒の速度で交互に上下動させる。繰り返し回数が規定値（例えば１万回）に到達したところで試験を停止し、試験片５０を解体する。試験片内でロール６２に近い層の５本のスチールコードにおいて、ワイヤが破断している箇所の数を計数して、従来例の破断箇所数との比較により耐疲労性の評価を行った。耐疲労性は従来例を基準値の１００％とした。

（減衰特性の評価）
ベルトコードの減衰率は、次に述べる方法で測定したものを採用する。

先ず、ダイナミック・シグナル・アナライザ（図示せず）、トラッカー・メインユニット（図示せず）、オシロスコープ（図示せず）及びレーザドップラ速度計７８をそれぞれ準備し、これらの機器類を配線で互いに接続して測定システム７０を構築する。

図１０の（ａ）に示すように、ベルトコードのサンプル２０，２０Ａの長さを３００ｍｍ＋２α（α＝約１０ｍｍ）とし、これを３００ｍｍ離れた一方の支持具７２の上部Ｖ字底から他方の支持具７２の上部Ｖ字底までの間に掛け渡し、支持具７２から外側に食み出した両端部に５００ｇの重り７４をそれぞれ取り付ける。

さらに振動の変位をレーザドップラ速度計７８により測定するために、サンプル２０，２０Ａの長さ方向中央に反射テープ７６を貼りつける。振動は、サンプル２０，２０Ａの一方端から約５０ｍｍ離れた部位に長さ２０ｍｍの糸７７を付け、この糸７７の下端部を手で持ち２０ｍｍ下方に引っ張って放すことにより与える。これによりサンプル２０，２０Ａは、図１０の（ｂ）に示すように上下に振動し、接近したり離れたりする反射テープ７６からの光をレーザドップラ速度計７８で検出し、この検出信号に基づいて振動波形がオシロスコープに表示・記録される。このようにして得られた振動減衰の測定結果と下式（２）とを用いて減衰率を求める。

減衰率（％）＝（ω１−ω２）／ω１×１００ …（２）
但し、ω１：振動入力直後の波の高さ、
ωｎ：振動入力から０．２秒後の波の高さ、
上式（２）から得られる減衰率（％）は、数値が大きくなるほど入力振動が減衰しやすいことを表わすパラメータである。このパラメータはタイヤの乗り心地性能を評価するための指標となるものである。減衰率が過小になると、走行中の振動によるブルブル感が解消されず、ダンピング性能が悪化して乗り心地性能と操縦安定性能が共に低下する。一方、減衰率が過大になると、減衰性能が過大になり、硬くポンポンと跳ねる感じがして乗り心地性能の低下を招来しやすい傾向がある。

（評価結果）
表１にコード構成および評価試験結果を示した。

実施例１は、耐疲労性が１１３％となって従来例のそれ（１００％）を上回り、減衰率が８３％となって従来例のそれ（７７％）を上回った。

実施例２は、耐疲労性が従来例と同程度であったが、減衰率が８６％となって従来例のそれを上回った。

実施例３は、耐疲労性が１９４％となって従来例のそれを上回り、減衰率が８３％となって従来例のそれを上回った。

実施例４は、耐疲労性が１６８％となって従来例のそれを上回り、減衰率が８８％となって従来例のそれを上回った。

比較例は、減衰率が９４％となって従来例を上回ったが、耐疲労性は８３％となって従来例より劣る結果となった。

本発明方法は、トラック、バス、中型・大型の乗用車のタイヤを補強するためのスチールコードの製造に利用可能である。

本発明のスチールコードの製造方法に用いられる装置を模式的に示す概略構成図。スチールコードが埋め込まれたタイヤの製造方法を示す工程図。（ａ）〜（ｅ）は実施例の３＋（１×３）構造のスチールコードの１撚りピッチ長さにおけるコード断面内のワイヤ位置を１／４ピッチ毎に模式的に示した模式図。（ａ）〜（ｅ）は従来例の２＋（１×２）構造のスチールコードの１撚りピッチ長さにおけるコード断面内のワイヤ位置を１／４ピッチ毎に模式的に示した模式図（ａ）〜（ｅ）は従来例の２＋２構造のスチールコードの１撚りピッチ長さにおけるコード断面内のワイヤ位置を１／４ピッチ毎に模式的に示した模式図。（ａ）〜（ｅ）は従来例の１×３構造のスチールコードの１撚りピッチ長さにおけるコード断面内のワイヤ位置を１／４ピッチ毎に模式的に示した模式図。従来のスチールコードの製造方法に用いられる装置を模式的に示す概略構成図。従来のスチールコードの製造方法に用いられる他の装置を模式的に示す概略構成図。耐疲労性評価試験および減衰率評価試験に用いられる試験片を示す斜視図。（ａ）（ｂ）（ｃ）は耐疲労性評価試験の概要を示す図。（ａ）と（ｂ）は減衰率評価試験の概要をそれぞれ示す図。

符号の説明

１…スチールコード製造装置、
２ｃ…心ワイヤ、
２ｓ…側ワイヤ、
３，５…送給リール、６…ボイス、
１０…バンチャー撚線機、
１２…キャプスタン、
１４…トラバース、
１６…巻取ボビン、
２０，２０Ａ…スチールコード、
２１…側ストランド、
２２…外接円筒、２２ｃ…中心軸、
３０…In-Out型バンチャー撚り線機（スチールコード製造装置）、
３１…ワイヤボビン、
３３…ロータ、
３５…ワイヤボビン、
３７…キャプスタン、
３８…巻取ボビン、
４０…撚り線機（スチールコード製造装置）、
４１，４２…送給リール、
４４…撚り線機、
４６…キャプスタン、
４７…トラバース、
４８…巻取ドラム、
５０…試験片、
６０…耐疲労性試験装置、
７０…減衰特性試験装置。

Claims

互いに撚り合わされることなく集合されたｎ本の心ワイヤと、
前記心ワイヤと実質的に同じ直径ｄであり、互いに撚り合わされ、かつ前記心ワイヤの周囲に巻き付けるように撚り合わされたｍ本の側ワイヤと、を有し、
前記心ワイヤおよび側ワイヤが下式で定義される直径Ｄの外接円筒の内側にそれぞれ存在し、スチールコードの長手に沿ってスチールコードの中心が前記外接円筒の中心軸とほぼ一致することを特徴とするスチールコード。
Ｄ＝ｄ［３＋１／cos｛π/2（1−2/m）｝］
前記ｎを２又は３のいずれかの整数とし、前記ｍを２以上の整数とし、かつ前記ｎ＋ｍの合計数を６以下とすることを特徴とする請求項１記載のスチールコード。
ｍ本の側ワイヤを撚り合わせて側ストランドを形成する工程と、
前記ｎ本の心ワイヤを撚り合せることなく前記バンチャー撚り線機に送り、前記ｎ本の心ワイヤの周囲に前記側ストランドを撚り合わせ、前記ｎ本の心ワイヤと前記心ワイヤと実質的に同径であるｍ本の側ワイヤとが、式Ｄ＝ｄ［３＋１／cos｛π/2（1−2/m）｝］で定義される直径Ｄの外接円筒の内側にそれぞれ存在し、スチールコードの長手に沿ってスチールコードの中心が前記外接円筒の中心軸とほぼ一致するようにｎ＋（１×ｍ）構成のスチールコードを得る工程と、
を有することを特徴とするスチールコードの製造方法。
前記ｎを２又は３のいずれかの整数とし、前記ｍを２以上の整数とし、かつ前記ｎ＋ｍの合計数を６以下とすることを特徴とする請求項３記載の方法。