JP2011231419A - ゴム物品補強用スチールコードおよびそれを用いたタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤに適用した際、重量を増加させることなく、従来よりも耐久性が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タイヤを提供する。
【解決手段】複数本のフィラメントを撚り合わせてなるストランドの複数本を撚り合わせてなる複撚り構造を有するゴム物品補強用スチールコード１０である。ゴム物品補強用スチールコードの外周に、ラッピングフィラメント３の複数本が引き揃えられた束が巻き付けられてなる。ストランドはコアと、少なくとも１層のシースとからなる層撚り構造に撚り合わせてなることが好ましく、また、フィラメントは層撚り構造に撚り合わせてなることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明はゴム物品補強用スチールコード（以下、単に「スチールコード」とも称する）およびそれを用いたタイヤに関し、詳しくは、タイヤに適用した際、重量を増加させることなく、従来よりも耐久性が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タイヤに関する。

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、非常に高い強度と耐久性が必要とされる。かかるタイヤの大型化に対応し高い強度と耐久性を確保するため、スチールコードは複撚り構造が採用されている。

複撚り構造は、複数本のフィラメント線を撚り合わせたストランドを複数本さらに撚り合わせた構造であり、その最外側にラッピングフィラメントをラッピングしている。ラッピングフィラメントの役割は、主として、加工における作業性をよくするためのばらけ防止である。また、他にも、曲げや圧縮入力に対しコード形状を保持することでゴム−コード複合体としての耐久性を維持するという役割を有している。

ラッピングフィラメントを有するスチールコードの改良技術としては、例えば、特許文献１には、ラッピングフィラメントで圧縮耐久性を向上させる技術が開示されている。具体的には、複数本のフィラメントからなるスチールコード本体のまわりをラッピングフィラメントがコード径方向と直交する方向の振幅を持って螺旋状に巻き付けられている。そのため、ラッピングフィラメントに張力が作用すると、ラッピングフィラメントは波長が長くなる方向へ変形する。これにより、ラッピングフィラメントにかかる張力を緩和させ、ラッピングフィラメントの破断を抑制している。

また、これ以外にもラッピングフィラメントがコード本体に損傷を与えるフレッティング現象を防止する技術が多数開示されている。例えば、特許文献２には、スチールフィラメントを撚り合わせてなる撚り線でラッピングされたスチールコードが開示されている。また、特許文献３には、スパイラル状のくせを有するスチールフィラメントでラッピングされたスチールコードが開示されている。さらに、特許文献４には、偏平断面であるスチールフィラメントでラッピングされたスチールコードが開示されている。さらにまた、特許文献５には、最外側同軸層のまわりで、同軸層の撚り方向と同一方向のスパイラルに巻き付けたラッピングフィラメントを備えるスチールコードが開示されている。これら以外にも、特許文献６には、ラッピングフィラメントによるスチールコードの拘束を維持しつつ、ラッピングフィラメントの長ピッチ化したスチールコードが、特許文献７には、複数本のラッピングフィラメントを、同一方向・同一ピッチで、かつ、略等間隔に巻付けたスチールコードが開示されている。

特開２００４−３２３９７９号公報 特開平１１−４３８７７号公報 実開平５−２７０９４号公報 特開平８−２７６８１号公報 特開平６−１７３８４号公報 特開平９−３１０２８９号公報 特開２００４−６８２１３号公報

特許文献１〜７に記載された技術によれば、ラッピングフィラメントを有するスチールコードの強度および耐久性等を改善することができることが示されている。しかしながら、近年、タイヤに対する耐久性に対する要望はますます高まり、特許文献１〜７に記載されているような技術では必ずしも十分に満足のいくものとは言い難くなってきており、新たな技術の開発が望まれているのが現状である。

そこで本発明の目的は、タイヤに適用した際、重量を増加させることなく、従来よりも耐久性が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るために、複撚り構造のスチールコードにつき鋭意検討した結果、以下の知見を得た。すなわち、ゴム−スチールコード複合体をなしている複撚り構造のスチールコードに局所的な曲げや圧縮入力が加えられた場合、複数本のフィラメントが撚り合わされて一体となったストランドの単位で、鳥かご状のように広がろうとする強い作用がスチールコード内部から発生するという知見を得た。この知見をもとに、さらに鋭意検討を加えた結果、スチールコードをラッピングフィラメントで形状保持している場合、まず、ラッピングフィラメントがストランドからの大きな入力集中により疲労破断することになる。その結果、ラッピングフィラメントによる拘束がなくなったスチールコードは、ストランドの変形が大きくなり、スチールコード全体の破断へと故障が進行するとの知見を得た。以上の知見に基づき、さらに鋭意検討した結果、故障初期のラッピングフィラメントの疲労破断を抑制することにより、上記課題を解決できることを見出し、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、複数本のフィラメントを撚り合わせてなるストランドの複数本を撚り合わせてなる複撚り構造を有するゴム物品補強用スチールコードにおいて、
前記ゴム物品補強用スチールコードの外周に、ラッピングフィラメントの複数本が引き揃えられた束が巻き付けられてなる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おいては、前記ストランドはコアと、少なくとも１層のシースとからなる層撚り構造に撚り合わせてなることが好ましい。また、前記フィラメントは層撚り構造に撚り合わせてなることが好ましい。さらに、前記ラッピングフィラメントの線径ｄと、ラッピングフィラメントを除くスチールコードのコード径Ｄと、が下記関係式（１）、
４≦ｄ／Ｄ×１００（％）≦７ （１）
で表わされる関係を満足することが好ましい。さらにまた、前記ラッピングフィラメントの総断面積Ａと、最外層シースストランドを構成するフィラメントの総断面積Ｂと、が下記関係式（２）、
１≦Ａ／Ｂ×１００（％）≦８ （２）
で表わされる関係を満足することが好ましい。

また、本発明のタイヤは、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。

本発明によれば、タイヤに適用した際、重量を増加させることなく、従来よりも耐久性が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タイヤを提供することが可能となった。

本発明の一実施の形態に係る（７×（３＋９＋１５）＋２）構造のスチールコードの概略断面図である（実施例１）。 実施例２に係る（７×（３＋９＋１５）＋６）構造のスチールコードの概略断面図である。 実施例３に係る（３×（３＋９＋１５）＋９×（３＋９＋１５）＋３）構造のスチールコードの概略断面図である。 実施例４に係る（１×（３＋７）＋６×（３＋７）＋１２×（３＋７）＋９）構造のスチールコードの概略断面図である。 比較例１に係る（７×（３＋９＋１５）＋１）構造のスチールコードの概略断面図である。 比較例２に係る（７×（３＋９＋１５）＋２）構造のスチールコードの概略断面図である。 比較例３に係る（７×（３＋９＋１５）＋１）構造のスチールコードの概略断面図である。 比較例４に係る（３×（３＋９＋１５）＋９×（３＋９＋１５）＋１）構造のスチールコードの概略断面図である。 比較例５に係る（３×（３＋９＋１５）＋９×（３＋９＋１５）＋１）構造のスチールコードの概略断面図である。 比較例６に係る（１×（３＋７）＋６×（３＋７）＋１２×（３＋７）＋１）構造のスチールコードの概略断面図である。 比較例７に係る（１×（３＋７）＋６×（３＋７）＋１２×（３＋７）＋１）構造のスチールコードの概略断面図である。 本発明のタイヤの一実施の形態に係る建設車両用タイヤの断面図である。

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。
本発明のスチールコードは、複数本のフィラメント、好適には９〜３０本を撚り合わせてなるストランドの複数本、好適には６〜２０本を、撚り合わせてなる複撚り構造を有するものである。フィラメントの本数およびストランドの本数共に、上記範囲より多い場合、同径のコードを製造するためには、製造の工数が多くなり、製造コストが高くなってしまう。一方、フィラメントの本数およびストランドの本数共に、上記範囲より少ない場合、同径のコードを製造するためには、使用するフィラメントを太くしなければならず、屈曲に対する疲労性が劣ってしまう。図１に、本発明の一好適実施形態に係る（７×（３＋９＋１５）＋２）構造のスチールコードの概略断面図を示す。図示するスチールコード１０は、２７本のフィラメントを（３＋９＋１５）の層撚り構造に撚り合わせてなるストランドを７本有する。このストランドをコアストランド１からなるコアと、シースストランド２からなる一層のシースと、を有する層撚り構造に撚り合わせてなる。

本発明においては、スチールコードの外周に、ラッピングフィラメント３の複数本、好適には２〜１０本が引き揃えられた束が巻き付けられている。ここで束とは、ラッピングフィラメント３を、ラッピングフィラメント３のフィラメント径以下の間隔をもってスチールコードの外周上で局在し並列した状態のことを言う。ラッピングフィラメント３がスチールコードの外周上に束以外形態で配列された場合、例えば、均等に配列された場合、スチールコード１０の曲げや圧縮入力によるスチールコード１０内部からストランドが広がろうとする強い作用を局所的に１本のフィラメント３で受け止めることになる。そのため、束と比べてフィラメント３単体に加わる最大入力が大きくなり、疲労しやすい。そこで、本発明では、ラッピングフィラメント３を複数本引き揃えた束として配置することにより、ラッピングフィラメント３の１本当たりの疲労を低減させ、故障初期のラッピングフィラメント３の疲労破断を抑制し、複撚り構造を有するスチールコード１０の耐久性を向上させている。

また、ラッピングフィラメント３を複数本用いることにより、ラッピングフィラメント３全体の断面積が増加し、スチールコード１０が疲労破断しにくくなり、タイヤの耐久性が向上するという効果も得られる。ラッピングフィラメント３の断面積を増加させる手法としては、ラッピングフィラメント３の径を大きくすることも考えられる。しかしながら、ラッピングフィラメント３の径が大きくなると、同時にスチールコード１０自体の径も大きくなるため、このスチールコード１０を用いてゴム−スチールコード複合体を製造すると、コーティングゴムの使用量が増加し、タイヤ重量が増加してしまう。これに対して、本発明によれば、ラッピングフィラメント３の径を大きくする必要がない。そのため、スチールコード１０の径自体は大きくならず、コーティングゴムの使用量を抑えることができ、薄く軽量なゴム−スチールコード複合体を得ることができる。

本発明のスチールコード１０は、複数本のフィラメントを撚り合わせてなるストランドの複数本を、さらに撚り合わせてなる複撚り構造を有し、スチールコードの外周にラッピングフィラメント３の複数本が引き揃えられた束が巻き付けられているものであれば、ストランドの撚り構造については特に制限はなく、単撚り構造であっても層撚り構造であってもよい。また、フィラメントの撚り構造についても特に制限はなく、単撚り構造であっても層撚り構造であってもよい。好ましくは、図１に示す様に、ストランドをコアと、少なくとも１層のシースとからなる層撚り構造に撚り合わせ、また、そのストランドの内部構造は、フィラメントを層撚り構造に撚り合わせてなるものとする。

本発明においては、ラッピングフィラメント３の線径ｄと、ラッピングフィラメント３を除くスチールコード１０のコード径Ｄと、が下記関係式（１）、
４≦ｄ／Ｄ×１００（％）≦７ （１）
で表わされる関係を満足することが好ましい。ｄ／Ｄ×１００（％）の値が４未満であると、ラッピングフィラメント３が非常に細くなり、スチールコード１０およびそのゴム複合体製造過程において断線が発生しやすく、生産性が悪くなる。またｄ／Ｄ×１００（％）の値が７より大きい場合は、ラッピングフィラメント３が非常に太くなり、そのゴム複合体の厚みを大きくする必要があるため、十分な軽量効果を得ることができない場合がある。

また、本発明においては、ラッピングフィラメント３の総断面積Ａと、最外層シースストランドを構成するフィラメントの総断面積Ｂと、が下記関係式（２）、
１≦Ａ／Ｂ×１００（％）≦８ （２）
で表わされる関係を満足することが好ましい。Ａ／Ｂ×１００（％）の値が１未満の場合は、ラッピングフィラメント３の総断面積が非常に少なくなり、スチールコード１０の形状を拘束する能力が不足するため、疲労耐久性が悪くなる場合がある。またＡ／Ｂ×１００（％）の値が８より大きい場合は、ラッピングフィラメント３の束の幅が広くなりすぎ、スチールコード１０内へのゴム浸入に周上ばらつきが生じるため、ゴム浸入不足部分の腐食耐久性が悪くなる場合がある。

本発明のスチールコード１０は、上記複撚り構造のスチールコードにおいて上記条件を満足するものであれば、使用するフィラメント径、コード径、撚りピッチ等については、特に制限されるものではなく、所望に応じ適宜選定することが可能である。

本発明のタイヤは、本発明のスチールコード１０を補強材として用いたものであり、例えば、図１２に示す建設車両用タイヤを好適に挙げることができる。この建設車両用タイヤは、１対のビードコア２０間でラジアル方向に延びるスチールコードのプライからなるカーカス２１と、このカーカス２１のクラウン部のタイヤ径方向外側に配置した、少なくとも２層、（図示例では６層）のベルト２２と、このベルト２２のタイヤ径方向外側に配置したトレッド２３とを具備する。

本発明のタイヤは、本発明のスチールコードを、例えば、カーカスコードやベルトコード等に適用してなるものであり、これにより、タイヤ重量を増加させることなく耐久性に優れたタイヤを得ることができる。本発明のタイヤにおいては、上記本発明のスチールコードを補強材として用いる以外の点については特に制限されるものではなく、常法に従い適宜構成することが可能である。

以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
（実施例１〜４、比較例１〜７）
下記する構造のスチールコードを作製し、得られたスチールコードをゴムで被覆し、得られたゴム−スチールコード複合体をカーカスプライとして、図１２に示すタイプの建設車両用空気入りラジアルタイヤ（サイズは５３／８０Ｒ６３）を試作した。なお、スチールコードの詳細については表１〜３にまとめる。

（撚り構造）
実施例１：７×（３＋９＋１５）×０．２４ｍｍ＋２×０．２５ｍｍ
比較例１：７×（３＋９＋１５）×０．２４ｍｍ＋１×０．２５ｍｍ
比較例２：７×（３＋９＋１５）×０．２４ｍｍ＋２×０．２５ｍｍ
比較例３：７×（３＋９＋１５）×０．２４ｍｍ＋１×０．３５ｍｍ
実施例２：７×（３＋９＋１５）×０．２４ｍｍ＋６×０．１５ｍｍ
実施例３：３×（３＋９＋１５）×０．１８５ｍｍ＋９×（３＋９＋１５）×０．１８５ｍｍ＋３×０．２８ｍｍ
比較例４：３×（３＋９＋１５）×０．１８５ｍｍ＋９×（３＋９＋１５）×０．１８５ｍｍ＋１×０．２８ｍｍ
比較例５：３×（３＋９＋１５）×０．１８５ｍｍ＋９×（３＋９＋１５）×０．１８５ｍｍ＋１×０．４９ｍｍ
実施例４：１×（３×０．２４ｍｍ＋７×０．３５ｍｍ）＋６×（３×０．２４ｍｍ＋７×０．３５ｍｍ）＋１２×（３×０．２４ｍｍ＋７×０．３５ｍｍ）＋９×０．３２ｍｍ
比較例６：１×（３×０．２４ｍｍ＋７×０．３５ｍｍ）＋６×（３×０．２４ｍｍ＋７×０．３５ｍｍ）＋１２×（３×０．２４ｍｍ＋７×０．３５ｍｍ）＋１×０．３２ｍｍ
比較例７：１×（３×０．２４ｍｍ＋７×０．３５ｍｍ）＋６×（３×０．２４ｍｍ＋７×０．３５ｍｍ）＋１２×（３×０．２４ｍｍ＋７×０．３５ｍｍ）＋１×０．９６ｍｍ

（撚りピッチ、撚り方向）
Ａ（実施例１、２および比較例１〜３）
７ｍｍ（Ｚ）／１４ｍｍ（Ｚ）／２１ｍｍ（Ｚ）／６０ｍｍ（Ｓ）／５ｍｍ（Ｚ）
Ｂ（実施例３および比較例４、５）
６ｍｍ（Ｚ）／１２ｍｍ（Ｚ）／１８ｍｍ（Ｚ）／４３ｍｍ（Ｚ）／７０ｍｍ（Ｚ）／５ｍｍ（Ｓ）
Ｃ（実施例４および比較例６、７）
６．５ｍｍ（Ｓ）／１３ｍｍ（Ｓ）／４０ｍｍ（Ｓ）／７０ｍｍ（Ｚ）／８ｍｍ（Ｓ）

得られたタイヤのビード折返し部分を、第２リムライン位置を中心として、幅１０ｃｍ、長さ１５ｃｍ、厚さ６ｃｍとなる試料を切り出した。得られた各試料を用いてスチールコードの圧縮疲労性および軽量性について評価した。評価方法については下記のとおりである。

＜圧縮疲労性＞
得られた試料に対して、室内にて６％圧縮歪、５Ｈｚ、５０万回繰り返しの入力を負荷し、試験終了後のラッピングフィラメントの切れの有無を観察した。ラッピングフィラメントの切れがない場合を○、切れがある場合を×とした。得られた結果を表１〜３に併記する。

＜軽量性＞
ゴム−スチールコード複合体の厚みを比較した。その指標として、ラッピングフィラメントを含むスチールコード厚み（Ｄ＋２ｄ）を計算し、下記式に従い軽量性比較指数を求めて表示した。この数値が小さいほど薄く軽量な部材となり良好であることを示す。
（軽量性比較指数）＝指数計算対象スチールコードの（Ｄ＋２ｄ）（ｍｍ）／基準となるスチールコードの（Ｄ＋２ｄ）（ｍｍ）×１００（％）
ここで、実施例１、２および比較例１〜３においては実施例１を、実施例３および比較例４、５においては実施例３を、実施例４および比較例６、７においては実施例４を基準となるスチールコードとする。得られた結果を表１〜３に併記する。

＜加工性＞
参考として、加工性の評価として、タイヤ準備時に生産性の問題点の有無を評価した。○は良好、×は断線等の不良をそれぞれ示す。

上記表１〜３より、本発明によれば、タイヤに適用した際、重量を増加させることなく、耐久性を向上できるゴム物品補強用スチールコードおよびそれを用いたタイヤが得られることが確かめられた。

１ コアストランド
２ シースストランド
３ ラッピングフィラメント
１０ スチールコード
２０ ビードコア
２１ カーカス
２２ ベルト
２３ トレッド

Claims (6)

1. 複数本のフィラメントを撚り合わせてなるストランドの複数本を撚り合わせてなる複撚り構造を有するゴム物品補強用スチールコードにおいて、
   前記ゴム物品補強用スチールコードの外周に、ラッピングフィラメントの複数本が引き揃えられた束が巻き付けら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. 前記ストランドをコアと、少なくとも１層のシースとからなる層撚り構造に撚り合わせてなる請求項１記載のゴム物品補強用スチールコード。
3. 前記フィラメントを層撚り構造に撚り合わせてなる請求項１または２記載のゴム物品補強用スチールコード。
4. 前記ラッピングフィラメントの線径ｄと、ラッピングフィラメントを除くスチールコードのコード径Ｄと、が下記関係式（１）、
   ４≦ｄ／Ｄ×１００（％）≦７ （１）
   で表わされる関係を満足する請求項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. 前記ラッピングフィラメントの総断面積Ａと、最外層シースストランドを構成するフィラメントの総断面積Ｂと、が下記関係式（２）、
   １≦Ａ／Ｂ×１００（％）≦８ （２）
   で表わされる関係を満足する請求項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. 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を補強材として用いたことを特徴とするタイヤ。

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