JP2009209484A - 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タイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】複撚り構造のスチールコードにおける最外層フィラメントの先行破断の発生を防止することで、コード強力を向上したゴム物品補強用スチールコード、および、それを補強材として用いた空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】複数本のスチールフィラメントが撚り合わされたストランド１，２を、さらに複数本にて撚り合わせてなる複撚り構造のゴム物品補強用スチールコード１０である。ストランドのうちコアストランド１が、スチールフィラメントを構成する炭素鋼よりも低い硬度を有する金属または合金によってめっきされてなる。
【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それを用いた空気入りタイヤ（以下、単に「コード」および「タイヤ」とも称する）に関し、詳しくは、空気入りタイヤやコンベアベルト等の各種ゴム物品の補強材として用いられるゴム物品補強用スチールコード、特に、ストランドを複数本撚り合わせた複撚り構造のコード、および、それを補強材として用いた空気入りタイヤに関する。

一般に、建設車両用タイヤにおけるカーカスプライおよびベルトプライの補強や、コンベアベルトの補強に使用されるスチールコードには、高い強力が必要とされる。そのため、このような用途には、複数本のスチールフィラメントを撚り合わせたストランドを更に撚り合わせてなる複撚り構造のスチールコードが広く使用されている。

一方で、タイヤについては、近年の環境問題やエネルギーの高効率化に関する要請に応えるべく、軽量化、低転がり抵抗化による低燃費化および輸送費の抑制が求められている。このため、スチールコードの強力を増加させる手段として、材質（特に、炭素含有量）や加工法（例えば、減面率）を変えることで、フィラメントの強力を高める工夫がなされている。

しかし、フィラメントの抗張力を高めることでコード強力を高める従来の方法は、単撚り構造や通常の層撚り構造のスチールコードには有効であるものの、複数本のスチールフィラメントを撚り合わせたストランドからなる複撚り構造のスチールコードにおいては、十分有効なものではなかった。これは、かかる複撚り構造のコードにおいては、ストランド同士またはフィラメント同士の接触状態の影響により、フィラメント強力の上昇分がそのままコード強力の上昇に繋がらないためである。そのため、この問題を解消する目的で、これまでに様々な改良がなされてきている。

複撚り構造のスチールコードの改良に関して、例えば、特許文献１には、（１＋６＋１２）＋６×（１＋６＋１２）からなる７×１９構造のゴム補強用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の抗張力と、隣接する内層のフィラメントの抗張力とを、特定の比率で規定することにより、高いコード強力を得る技術が開示されている。また、特許文献２には、複撚り構造のゴム物品補強用スチールコードにおいて、ストランドを構成する最外層シースフィラメントの抗張力を３０４０Ｎ／ｍｍ^２以下とし、最外層シースフィラメントを除くすべての内側のフィラメントの抗張力を３１４０Ｎ／ｍｍ^２以上とすることで、高いコード強力を得る技術が開示されている。

さらに、特許文献３には、スチールコード内部のスチールフィラメント間の一部に、軟質金属または非金属製のフィラメントを介在させることにより、スチールコード内部で荷重を負担するスチールフィラメントの先行破断を抑制して、スチールコード全体の破断強度を向上させる技術が開示されている。さらにまた、特許文献４には、ストランドを構成する最外層フィラメントをその内側のフィラメントよりも太径として、その先行破断を回避することにより高いコード強力を得る技術が記載されている。
特許第３４３９３２９号公報（特許請求の範囲等） 特許第３７０９５５１号公報（特許請求の範囲等） 特開２００６−２１４０６２号公報（特許請求の範囲等） 再表０１／０３４９００号公報（特許請求の範囲等）

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、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、上記のうち特許文献１，２におけるように、単に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場合がある。

また、特許文献３については、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、スチールフィラメント同士の交差接触点に集中するのを抑制し、ある程度の改善は見られる。しかし、ゴムが浸透しなかった場合には、軟質金属または非金属製のフィラメントが介在する層内においては、締め付け時のフィラメント同士の接触に偏りができ、部分的に先行破断を誘発する可能性がある。

さらにまた、特許文献４に記載されたスチールコードは、実際のタイヤに適用されてきており、ストランドを構成する最外層フィラメントをその内側のフィラメントよりも太径とすることによって、製造直後ではその効果は十分に発揮され、高強力のスチールコードを得ることができるものである。しかしその一方、長期にわたり保管された場合や、タイヤ製造時の熱履歴を経た場合など、そのコード強力が製造直後対比かなり低下するという問題を生ずる場合があった。

したがって、従来の技術では、複撚り構造のスチールコードにおいて、コード強力の更なる向上を図るにあたって生ずるフィラメントの先行破断の問題を十分に解消しうるものではなく、より優れた改良技術の実現が求められていた。

そこで本発明の目的は、上記の問題を解消して、複撚り構造のスチールコードにおけるフィラメントの先行破断の発生を防止することで、コード強力を向上したゴム物品補強用スチールコード、および、それを補強材として用いた空気入りタイヤを提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決すべく、複撚り構造のスチールコードに対する長期保管やタイヤ加硫時の熱履歴の影響も考慮して、そのコード強力の改善方法につき鋭意検討した結果、コアストランドの周りを、そのフィラメントを構成する炭素鋼よりも低い硬度を有する金属または合金でめっきすることにより、コアストランドとシースストランドとの接触圧をコアストランド表面のめっき層により負担して、フィラメント同士の直接接触による先行破断を抑制することができ、これにより、コード強力の向上が図れることを見出して、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明のゴム物品補強用スチールコードは、複数本のスチールフィラメントが撚り合わされたストランドを、さらに複数本にて撚り合わせてなる複撚り構造のゴム物品補強用スチールコードにおいて、
前記ストランドのうちコアストランドが、前記スチールフィラメントを構成する炭素鋼よりも低い硬度を有する金属または合金によってめっきされてなることを特徴とするものである。

本発明においては、前記めっき層が、ＳｎおよびＩｎのうち少なくとも１種類の元素を含んで構成される合金からなることが好ましく、また、ＣｕおよびＺｎのうち少なくとも１種類の元素を含んで構成される合金からなることも好ましく、さらに、ＣｏおよびＮｉのうち少なくとも１種類の元素を含んで構成される合金からなることも好ましい。また、前記めっき層の厚みは、好適には０．０５μｍ〜１００μｍである。

さらに、前記めっき層は、電解めっきまたは無電解めっきを含む湿式法により形成することができ、また、スパッタリング、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；物理蒸着）、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；化学蒸着）またはプラズマ法を含む乾式法により形成することもできる。さらにまた、前記ストランドを構成する全てのフィラメントの抗張力は、好適には３０４０Ｎ／ｍｍ^２以上であり、前記ストランドを構成するフィラメントは、炭素含有量０．８０重量％以上である炭素鋼からなることが好ましい。

また、本発明の空気入りタイヤは、上記本発明のゴム物品補強用スチールコードを、補強材として用いたことを特徴とするものである。

本発明のゴム物品補強用スチールコードによれば、コアストランドの周りに、そのフィラメントを構成する炭素鋼よりも低い硬度を有する金属あるいは合金をめっきしたことにより、コアストランドとシースストランドとの接触圧をコアストランド上のめっき層により負担して、フィラメント同士の直接接触による先行破断を抑制することで、従来のゴム物品補強用スチールコードに比しコード強力を向上することができる。よって、このコードを空気入りタイヤの補強材として用いることにより、タイヤ重量の軽減、低燃費化および輸送費の抑制を図ることが可能となる。

以下、本発明の好適実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明のゴム物品補強用スチールコードは、複数本のスチールフィラメントが撚り合わされたストランドを、さらに複数本にて撚り合わせてなる複撚り構造を有する。

前述したように、単撚り構造や通常の層撚り構造等の比較的直径の小さなスチールコードは、コード強力が個々のフィラメントの抗張力で決まる。しかし、上記のようにストランドを複数本撚り合わせた複撚り構造としたスチールコードのコード強力の場合、個々のフィラメントの引張り強力の他に、コード引張りによってストランド同士が強く接触し、その接触点でそれぞれの最外層フィラメントの応力集中によりフィラメントが先行的にせん断破壊されることにより影響を受けて、個々のフィラメントの引張り強力の上昇分だけコード強力が向上できない場合がある。特に、かかる先行破断現象は、せん断破壊し易い抗張力の高いフィラメントについてよく現れ、殊に抗張力が３０４０Ｎ／ｍｍ^２以上のフィラメントについては、フィラメントの抗張力の上昇に従いコード強力の向上は抑制され、長期にわたる保管やタイヤ製造時の熱履歴により、むしろ低下してしまう現象さえ見られる。かかる観点から、本発明は、このような現象が従来生じていた上記複撚り構造のスチールコードを対象としている。

図１に、本発明の一例のゴム物品補強用スチールコードの断面図を示す。本発明の複撚り構造のコードの好適例としては、図示するような、３本のコアフィラメント１１と９本の内層シースフィラメント１２と１５本の外層シースフィラメント１３とからなるストランド７本を撚り合わせ、さらに１本のスパイラルフィラメント（ラップフィラメント）４を螺旋巻きに巻きつけた７×（３＋９＋１５）＋１構造のスチールコードを挙げることができる。なお、図示する本発明の好適例のコード１０では、最外層のシースフィラメントの周りにスパイラルフィラメント４を螺旋巻きにして、コードの束を強化してあるが、スパイラルフィラメント４は本発明においては必須ではなく、省略することも可能である。

本発明においては、上記複撚り構造のスチールコードにおいて、これらストランドのうちコアストランド１が、スチールフィラメントを構成する炭素鋼より低い硬度を有する金属または合金によってめっきされて、めっき層３が形成されてなる。これにより、コアストランド１とシースストランド２との接触圧をコアストランド１上のめっき層３により負担して、フィラメント同士の直接接触による先行破断を抑制することで、フィラメントの抗張力の上昇をそのままコード強力の向上に反映させることが可能となる。

本発明において、上記めっき層３を構成する金属または合金としては、スチールフィラメントを構成する炭素鋼より低硬度であればよく、特に制限されるものではない。スチールフィラメントを構成する炭素鋼と同程度の硬度かまたは高硬度では、めっき層によるコアストランドとシースストランドとのフィラメント同士の接触圧の緩和が十分でないため、上記先行破断の抑制効果を得ることができない。具体的には例えば、Ｓｎ（スズ）、Ｉｎ（インジウム）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｃｏ（コバルト）およびＮｉ（ニッケル）のうち少なくとも１種類の元素を含んで構成される合金を好適に用いることができる。

また、かかるめっき層３の厚みは、好適には０．０５μｍ〜１００μｍとする。めっき層の厚みが薄すぎると、上記先行破断の抑制効果を得ることができないおそれがあり、一方、厚すぎると、コスト高になるとともに生産性が低下することから、いずれも好ましくない。

コアストランド１の周りにめっきを施す際のめっき方法としては、従来公知のいかなる方法を用いてもよく、具体的には例えば、電解めっきまたは無電解めっきを含む湿式法や、スパッタリング、ＰＶＤ、ＣＶＤまたはプラズマ法を含む乾式法を用いることができる。

また、本発明のコードにおいて、ストランドを構成するフィラメントの抗張力は、３０４０Ｎ／ｍｍ^２以上、特には３０４０〜４２００Ｎ／ｍｍ^２とすることが好ましい。フィラメントの抗張力が３０４０Ｎ／ｍｍ^２未満では先行破断は発生しにくいと考えられるので、本発明を適用するメリットは少ない。なお、フィラメントの材質としては、炭素含有量０．８０重量％以上である炭素鋼を好適に用いることができる。

本発明のコードにおいては、コアストランドの周りに上記めっき層を形成してなるものであれば、それ以外の、複撚り構造のストランドを構成する各フィラメントの具体的な径や撚り方向、撚りピッチ等の条件については、特に制限されるものではなく、用途に応じて、常法に従い適宜決定することが可能である。

本発明のゴム物品補強用スチールコードにおいては、上述のように、従来の複撚り構造のスチールコードに比べコード強力が向上している。したがって例えば、補強材として従来の複撚り構造のスチールコードの代わりに本発明のコードを用い、その複数本を互いに平行に引き揃えてゴムシートに埋設してなるプライを、建設車両用の空気入りラジアルタイヤのベルトまたはカーカスに適用した場合には、重量の軽減、低燃費化および輸送費の抑制をいずれも図ることが可能となる。

かかる本発明の空気入りタイヤの好適例としては、例えば、図２に示すような、タイヤサイズ４０．００Ｒ５７程度の大型のオフロード用ラジアルタイヤを挙げることができる。図示するタイヤは、左右一対のビード部にそれぞれ埋設されたビードコア２１間にトロイド状に延在する１層のカーカスプライ２２と、そのトレッド部２３のタイヤ半径方向外側に配設された６層のベルト２４を備えており、本発明のスチールコードは、かかるタイヤにおいて、カーカスプライ２２の補強材等として好適に適用することができる。この場合のカーカスプライ２２へのコードの打込み数は、例えば、８．０本／５０ｍｍ〜８．５本／５０ｍｍの範囲内、特には８．０本／５０ｍｍ程度とすることができる。

本発明の空気入りタイヤは、上記本発明のコードをカーカスプライまたはベルト等の補強材として用いるものであればよく、それ以外のタイヤ構造の詳細および各部材の材質等については慣用されているものを適宜採用することができ、特に制限されるべきものではない。

以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
下記表１に示す条件に従い、図１に示すような７×（３＋９＋１５）＋１の複撚り構造を有するゴム物品補強用スチールコードを作製した。各供試コードは、いずれも、コアストランド１の周りにシースストランド２を６本撚り合わせて、１本のスパイラルフィラメント４を螺旋巻きに巻き付けたものである。また、各ストランドは、３本のコアフィラメントの周りに９本の内層シースフィラメントと１５本の外層シースフィラメントとを撚り合わせたものである。なお、各フィラメントとしては、炭素含有量が０．８２重量％の炭素鋼を用い、その抗張力は、３４０３Ｎ／ｍｍ^２であった。

実施例１，２の供試コードについては、下記浴組成を有する一般的な硫酸すず浴を用いて、浴温２５℃、電流密度５Ａ／ｄｍ^２で、コアストランド１の周りに、それぞれ５、１０μｍ相当のめっきを実施した。
硫酸第一すず（ＳｎＳＯ_４） ５０ｇ／Ｌ
硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４） １００ｇ／Ｌ
クレゾールスルホン酸 １００ｇ／Ｌ

また、実施例３，４の供試コードについては、下記浴組成を有する一般的な硫酸亜鉛浴を用いて、浴温４０℃、電流密度２５Ａ／ｄｍ^２で、コアストランド１の周りに、それぞれ１０、３０μｍ相当のめっきを実施した。
硫酸亜鉛（ＺｎＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ） ３５０ｇ／Ｌ
硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４） １０ｇ／Ｌ

各実施例および比較例のスチールコードについて、そのコード破断強力のより減り率および製造直後−加熱後変化率につき評価した。ここで、より減り率（％）とは、コードを構成するフィラメントの破断強力の総和に対する、コード破断強力の差を百分率で示したものである。また、製造直後−加熱後変化率（％）は、製造直後のコード破断強力に対する１４５℃×４０分での加熱後のコード破断強力の変化率で表示した。その結果を、下記の表１中に併せて示す。

上記表中に示すように、所定の複撚り構造のゴム物品補強用スチールコードにおいて、コアストランドの周りにめっきを施した各実施例においては、高いコード強力を実現することができるとともに、加熱後においてもコード強力の低下が少ないことが確かめられた。なお、比較例１では、加熱後の強力低下は少ないが、コアストランドとシースストランドとの最外層フィラメント同士の直接接触による先行破断現象により、実施例ほど高いコード強力が得られていない。

本発明の一好適例のゴム物品補強用スチールコードを示す断面図である。 本発明の一好適例の空気入りタイヤを示す拡大部分断面図である。

符号の説明

１ コアストランド
２ シースストランド
３ めっき層
４ スパイラルフィラメント
１０ ゴム物品補強用スチールコード
１１ コアフィラメント
１２ 内層シースフィラメント
１３ 外層シースフィラメント
２１ ビードコア
２２ カーカスプライ
２３ トレッド部
２４ ベルト

Claims (10)

1. 複数本のスチールフィラメントが撚り合わされたストランドを、さらに複数本にて撚り合わせてなる複撚り構造のゴム物品補強用スチールコードにおいて、
   前記ストランドのうちコアストランドが、前記スチールフィラメントを構成する炭素鋼よりも低い硬度を有する金属または合金によってめっきされてなることを特徴とするゴム物品補強用スチールコード。
2. 前記めっき層が、ＳｎおよびＩｎのうち少なくとも１種類の元素を含んで構成される合金からなる請求項１記載のゴム物品補強用スチールコード。
3. 前記めっき層が、ＣｕおよびＺｎのうち少なくとも１種類の元素を含んで構成される合金からなる請求項１記載のゴム物品補強用スチールコード。
4. 前記めっき層が、ＣｏおよびＮｉのうち少なくとも１種類の元素を含んで構成される合金からなる請求項１記載のゴム物品補強用スチールコード。
5. 前記めっき層の厚みが、０．０５μｍ〜１００μｍ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. 前記めっき層が、電解めっきまたは無電解めっきを含む湿式法により形成されてなる請求項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。
7. 前記めっき層が、スパッタリング、ＰＶＤ、ＣＶＤまたはプラズマ法を含む乾式法により形成されてなる請求項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。
8. 前記ストランドを構成する全てのフィラメントの抗張力が、３０４０Ｎ／ｍｍ^２以上である請求項１〜７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。
9. 前記ストランドを構成するフィラメントが、炭素含有量０．８０重量％以上である炭素鋼からなる請求項１〜８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。
10. 請求項１〜９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を、補強材として用いたことを特徴とする空気入りタイヤ。

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