JP2013227698A - ゴム物品補強用スチールコード及びタイヤ - Google Patents

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Abstract

【課題】スチールコードのコード軸方向の強力を低下させることなく、鈍的及び鋭的な突起物を踏んだ場合に、切り目及び穿孔などいわゆるカット性に対する耐久性を向上させる。
【解決手段】ゴム物品補強用スチールコード10は1本のコアストランド11と、その周りに撚り合わせた、シースストランド12とを備える。コアストランド11及びシースストランド12は、それぞれコアフィラメント11a,12aの周りにシースフィラメント11b,12bを撚り合わせてなる。コアストランド11のシースフィラメント11bの径はコアフィラメント11aの径より太く、シースストランド12のシースフィラメント12bの径はコアフィラメン11aの径より太い。かつ、シースストランド12のコアフィラメント12aの抗張力がシースフィラメント12bの抗張力より低い。
【選択図】図1

Description

本発明は、ゴム物品補強用スチールコード及びこのスチールコードを用いたタイヤに関する。特に、建設車両、輸送車両又は建造機械のような重車両に装着される空気入りラジアルタイヤの補強に好適なスチールコードに関する。
建設車両用タイヤは、大規模土木工事現場や鉱石採掘場で供用される大型ダンプカーなどに装着され、荒れた地表上で重い負荷の下に過酷な稼働条件が課される。すなわち、荒れ地走行を使命とする建設車両用タイヤは、路面からの入力が大きい上、元来重荷重が負荷されるため、そのカーカスやベルトなどの各補強層に使用するスチールコードには高い引張り強さ(切断荷重)が要求される。そのため、これら補強層には複数本の素線を撚り合わせた1本のコアストランドの周りに、複数本の素線を撚り合わせたシースストランド数本を撚り合わせてなる、例えば、7×(3+9)構造や7×(3+9+15)構造など、いわゆる複撚り構造のスチールコードが広く用いられている。
また、建設車両用タイヤは、荒れた地表面に対し重い負荷が課せられる結果として、外傷を受ける機会が多く、これに対し補強材としてのコードには太い径のものを用いるか、単位面積当りのコード引張り破断強力を高くする、いわゆる高抗張力鋼を適用するなど、コード軸方向の引張り破断強度を高くする対応がなされている。
ところが、複数本のストランドを撚り合わせた複撚りコードでは、素線の強力の総和に比べて撚り角に起因した現象では説明できないほどのコード強力の低下を招き、このことが問題となっていた。この問題の対策として、一部素線の先行破断を回避してコード軸方向の強力の低下を抑制するために、ストランド同士の接触部となる最外側シースのフィラメント径を、内側のフィラメント径よりも太径にすることが提案されている(特許文献1)。また、耐カット性能を向上させるために、コアストランドを平行に引き揃えた2本以上4本以下としてスチールコード内に生じる力をコアストランドで分散支持し、かつ、シースストランドの撚りピッチをシースストランドの径との関係で所定の数値範囲に定めて必要十分な引張強さを発揮させることが提案されている(特許文献2)。更に、引張強さと耐カット性とを良好なバランスで得るためにコアストランドの周りにシースストランドを撚り合わせたスチールコードについて、スチールコードの軸に直交する断面において楕円で表される仮想的なコード輪郭の最大径と最小径との比を所定の数値範囲にすることが提案されている)(特許文献3)。
国際公開2001/034900号公報 特開2002−339277号公報 特開2006−22440号公報
しかしながら、これまでの重荷重用タイヤの補強材としてのスチールコードは、次のような状況下において、必ずしも満足の得られるものではなかった。すなわち、荒地走行を強いられる重荷重用タイヤのベルト層、特にインナー側に最も近いベルト層は比較的鈍的な突起物を踏んだ場合、大きく曲げられ、補強用スチールコードはコード軸方向引張り入力で先行的にコード破断を来すことが多く見られた。一方、比較的鋭的な突起物を踏んだ場合には、局所的に曲げられ、突起物からのせん断力により、特にトレッド側に最も近いベルト補強層より、やはりコード破断を来すことが多く見られた。
このようなことから、建設車両用タイヤに補強材として適用するスチールコードには、コードの軸方向の引張り強さと、せん断方向の強さの両方が求められている。そして、従来のスチールコードから更なる特性が求められている。
そこで、本発明の目的は、コード軸方向の強力を低下させることなく、鈍的及び鋭的な突起物を踏んだ場合に、切り目及び穿孔などいわゆるカット性に対する耐久性を向上させたゴム物品補強用スチールコード、及びこのゴム物品補強用スチールコードを補強材として適用したタイヤを提供することにある。
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からなる1本のコアストランドと、該コアストアランドの周りに撚り合わせた、複数本のフィラメントからなるシースストランドとを備え、前記コアストランド及びシースストランドは、それぞれ1本又は複数本のフィラメントによるコアフィラメントの周りに、複数本のフィラメントによるシースフィラメントの1層又は複数層を撚り合わせてなり、前記コアストランドのシースフィラメント径が前記コアストランドのコアフィラメント径より太く、前記シースストランドのシースフィラメント径が前記シースストランドのコアフィラメント径より太く、かつ、前記シースストランドのコアフィラメントの抗張力がシースストランドのシースフィラメントの抗張力より低く、かつ、前記シースストランドのコアフィラメントの硬さHvがシースストランドのシースフィラメントの硬さHvより低いことを特徴とする。
本発明のゴム物品補強用スチールコードにおいては、シースストランドのコアフィラメントの硬さHvがシースストランドのシースフィラメントの硬さHvより低いことが好ましく、該シースストランドのシースフィラメントの硬さHvとシースストランドのコアフィラメントの硬さHvとの差が、5以上であることが、より好ましい。また、コアストランドが2層撚り構造からなることが好ましく、また、シースストランドがそれぞれコアフィラメントとシースフィラメントとを撚り合わせた少なくとも2層撚り構造からなることが好ましい。さらに、コアストランドの周りにシースストランドが6〜10本巻き付けられていることが、より好ましい。
本発明のタイヤは、上記した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。
本発明のタイヤにおいては、ラジアル配列コードによるプライから成るカーカスと、このカーカスのクラウン部の径方向外側にて、並置配列コードを積層間で交差させて配置して成る少なくとも4層のベルトとを備え、ベルトの少なくとも2層を構成するコードに、上記の本発明のゴム物品補強用スチールコードを適用してなる構成とすることができる。
この発明によれば、シースストランドのコアフィラメントの抗張力がシースストランドのシースフィラメントの抗張力より低いことから、コアフィラメントを、シースフィラメントよりも延性に優れるものとして、これにより耐せん断性が上がり耐カット性を向上させた建設車両用タイヤを提供できる。
本発明のゴム物品補強用スチールコードの一実施形態の断面図である。 本発明のゴム物品補強用スチールコードの別の実施形態の断面図である。 本発明のゴム物品補強用スチールコードの別の実施形態の断面図である。 本発明のゴム物品補強用スチールコードを適用するタイヤの一例の断面図である。 従来のゴム物品補強用スチールコードの断面図である。 従来のゴム物品補強用スチールコードの断面図である。
以下、図面を用いて本発明のゴム物品補強用スチールコードの実施形態について具体的に説明する。
図1に示す本実施形態のスチールコード10は、1本のコアストランド11と、このコアストランド11の周りに撚り合わせた複数本、具体的には7本のシースストランド12とを備えている。このシースストランド12の周りに、ラッピングフィラメント13がらせん状に巻き付けられている。
コアストランド11は、複数本のフィラメントを撚り合わせてなり、より詳しくは、一本又は複数本のフィラメントとして具体的には3本からなるコアフィラメント11aと、このコアフィラメント11aの周りに撚り合わされた複数本、具体的には9本のシースフィラメント11bとからなる二層撚り構造になっている。また、シースストランド12は、複数本のフィラメントを撚り合わせてなり、より詳しくは、一本又は複数本のコアフィラメント12aと、このコアフィラメント12aの周りに撚り合わされた複数本のシースフィラメント12bとからなる、少なくとも二層撚り構造になっている。図1のシースフィラメント12は、具体的には、一本又は複数本のフィラメントとして具体的にはコアフィラメント12aが3本、シースフィラメント12bが8本からなる二層撚り構造である。
本実施形態のスチールコード10は、コアストランド11及びシースストランド12がそれぞれ複数本のフィラメントを撚り合わせてなり、かつ、これらのコアストランド11及びシースストランド12を撚り合わせてなる複撚り構造を有している。
また、本実施形態のスチールコード10は、コアストランド11のシースフィラメント11bの径が、コアフィラメント11aの径よりも太い。また、シースストランド12のシースフィラメント12bの径が、コアフィラメント12aの径よりも太い。スチールコード10は、張力が負荷されて各シースストランド12がコアストランド11に向かって締めつけられたときに、この締めつけによる各ストランド12の最外側に当たるシースフィラメント12bへ応力が集中する。このとき、本実施形態のスチールコード10は、シースストランド12のシースフィラメント12bの径が、コアフィラメント12aの径よりも太いことにより、耐破断性を向上させて、先行破断が抑制される。また、コアストランド11のシースフィラメント11bの径が、コアフィラメント11aの径よりも太いことにより、従来の同径フィラメントの場合に比較して、各層間、更には各ストランド間でのフィラメント同士の接触面積が増大し、コード10に張力が加わった際に、各層間、更には各ストランド間のフィラメントが協働して張力を負担する結果、応力集中による先行破断が抑制される。
更に、本実施形態のスチールコード10は、シースストランド12のコアフィラメント12aの抗張力が、シースフィラメント12bの抗張力よりも低くなっている。本発明者の知見によれば、シースストランド12のコアフィラメント12aの抗張力が、シースフィラメント12bの抗張力よりも低いことにより、カット性に対する耐久性を向上させることができる。その理由は、必ずしも明確ではないが、シースストランド12のコアフィラメント12aの抗張力がシースフィラメント12bの抗張力よりも低いことにより、コアフィラメント12aを、シースフィラメント12bよりも延性に優れるものとして、これにより耐せん断性が上がり、十分な耐カット性を得ることができるものと考えられる。
シースストランド12のコアフィラメント12aの抗張力は、シースフィラメント12bの抗張力に対して、具体的な数値として例えば30〜200MPa程度は低くすることが好ましい。30MPaより小さい値では、コアフィラメント12aの抗張力をシースフィラメント12bよりも低くする効果が十分ではなく、200MPaよりも大きい値では、コード強力自体が低下してしまうというおそれがある。
シースストランドのコアフィラメントの硬さHvがシースストランドのシースフィラメントの硬さHvより低いこと、例えばコアフィラメント12aに用いる鋼材を、シースフィラメント12bに用いる鋼材よりも同一径において抗張力の低い鋼材を用いることにより、コアフィラメント12aを、シースフィラメント12bよりも延性に優れるものとして、これにより耐せん断性が上がり、十分な耐カット性を得ることができるので、より好ましい。
該シースフィラメント12bの硬さは、フィラメント断面のビッカース硬さHvで、コアフィラメント12aの硬さとの差を5以上とすることが好ましい。硬さの差が40を超えると、耐せん断性の向上が十分ではない。より好ましい硬さHvの差の範囲は5〜35である。コアフィラメント12aの硬さHvの下限値は特に限定されないが、コード強力を考慮して630以上とすることが好ましい。
また、シースストランド12のコアフィラメント12aの抗張力をシースフィラメント12bの抗張力よりも低くし、かつ、シースストランドのコアフィラメントの硬さHvがシースストランドのシースフィラメントの硬さHvより低くする具体的手段は、例えば鋼材として、同一径における抗張力が小さいフィラメントを用いる、炭素含有量を減らす、加工歪を低下する等が挙げられる。
なお、シースストランド12のコアフィラメント12aの抗張力をシースフィラメント12bの抗張力よりも低くしても、先行破断を防ぎ、抗張力の発揮率が向上することによりスチールコード10の軸方向の強力の低下を防止することが可能である。
図2に、本発明の別の実施形態のスチールコード20を示す。図2に示す複撚り構造を有する本実施形態のスチールコード20は、図1に示したスチールコード10とはコード構造が相違している。具体的には、1本のコアストランド21と、このコアストランド21の周りに撚り合わせた10本のシースストランド22とを備えている。このシースストランド22の周りに、ラッピングフィラメント23がらせん状に巻き付けられている。
コアストランド21は、3本からなるコアフィラメント21aと、このコアフィラメント21aの周りに撚り合わされた8本のシースフィラメント21bとからなる二層撚り構造になっている。また、シースストランド22は、3本のコアフィラメント22aと、このコアフィラメント22aの周りに撚り合わされた8本のシースフィラメント22bとからなる二層撚り構造になっている。
そして、本実施形態のスチールコード20は、図1に示したスチールコード10と同様に、コアストランド21のシースフィラメント21bの径が、コアフィラメント21aの径よりも太い。また、シースストランド22のシースフィラメント22bの径が、コアフィラメント22aの径よりも太い。更に、本実施形態のスチールコード20は、シースストランド2のコアフィラメント22aの抗張力が、シースフィラメント22bの抗張力よりも低く、かつ、シースストランドのコアフィラメントの硬さHvがシースストランドのシースフィラメントの硬さHvより低くなっている。したがって、図1に示したスチールコード10と同様の上記効果が得られる。
図3に、本発明の別の実施形態のスチールコード30を示す。図3に示す複撚り構造を有する本実施形態のスチールコード30は、図1及び図2に示したスチールコード10、20とはコード構造が相違している。具体的には、1本のコアストランド31と、このコアストランド31の周りに撚り合わせた6本のシースストランド32とを備えている。このシースストランド32の周りに、ラッピングフィラメント33がらせん状に巻き付けられている。
コアストランド31は、3本からなるコアフィラメント31aと、このコアフィラメント31aの周りに撚り合わされた9本のシースフィラメント31bとからなる二層撚り構造になっている。また、シースストランド32は、3本のコアフィラメント32aと、このコアフィラメント32aの周りに撚り合わされた8本のシースフィラメント32bとからなる二層撚り構造になっている。
そして、本実施形態のスチールコード30は、図1に示したスチールコード10や図2に示したスチールコード20と同様に、コアストランド31のシースフィラメント31bの径が、コアフィラメント31aの径よりも太い。また、シースストランド32のシースフィラメント32bの径が、コアフィラメント32aの径よりも太い。更に、本実施形態のスチールコード30は、シースストランド32のコアフィラメント32aの抗張力が、シースフィラメント32bの抗張力よりも低く、かつ、シースストランドのコアフィラメントの硬さHvがシースストランドのシースフィラメントの硬さHvより低くなっている。したがって、図1に示したスチールコード10、20と同様の上記効果が得られる。
本発明のゴム物品補強用スチールコードは、コアストランドが2層撚り構造からなることが好ましく、シースストランドが少なくとも2層撚り構造であることが好ましい。コアストランドが2層撚り構造からなることにより、コアフィラメントとシースフィラメントとでフィラメント径を異ならせることができる。また、シースストランドが少なくとも2層撚り構造であることにより、コアフィラメントとシースフィラメントとでフィラメント径を異ならせることができ、しかも、コアフィラメントとシースフィラメントとで抗張力を異ならせることができる。
シースストランドは、3層撚りであってもよく、この場合は、2層のシースフィラメントのうち外側のシースフィラメントがコアフィラメントよりも太径であればよく、また、2層のシースフィラメントのうち外側のシースフィラメントが内側のシースフィラメントよりも太径であることが好ましい。更に、シースストランドが3層撚りの場合は、2層のシースフィラメントのいずれよりもコアフィラメントの抗張力が低いようにし、より好ましくは、シースストランドのコアフィラメントの硬さHvがシースストランドのシースフィラメントの硬さHvより低いようにする。図1〜3に示したスチールコードは、いずれもコアストランドが2層撚り、シースストランドが2層撚りのコード構造を有している。
本発明のゴム物品補強用スチールコードは、コアストランドの周りにシースストランドが6〜10本巻き付けられていることが好ましい。コアストランドの周りのシースストランド巻き付け本数が6本未満の場合、コード断面積に対して十分な引張り強力が得難くなる。また、シースストランド巻き付け本数が10本を超える場合、シースストランドが細くなり、結果としてシースストランドを構成するフィラメント径が極端に細くなるため、鈍的な突起物を踏んだ場合の曲げ引張り入力で、シースストランドを構成するフィラメントが先行破壊するため、十分な耐カット性を得難くなる。図1に示したスチールコード10は、シースストランド巻き付け本数が7本であり、図2に示したスチールコード20は、シースストランド巻き付け本数が10本であり、図3に示したスチールコード30は、シースストランド巻き付け本数が6本である。
また、本発明のゴム物品補強用スチールコードは、コアストランドとシースストランドとが、それぞれストランド内で線接触し応力集中による破断を避けるため、同方向撚り構造が好ましい。更に、本発明のゴム物品補強用スチールコードは、コードの捻じれを抑制し、工場作業性などを確保するためには、コードの外周にラッピングフィラメントを巻き付けることが好ましい。もっとも、ラッピングフィラメントは、本発明で必須の要素ではない。
本発明のゴム物品補強用スチールコードは、ゴム物品の強度を確保するために、スチールコード径は4.0mm以上であることが好ましい。また、ゴム物品の強度を確保するために、使用する各フィラメントには炭素含有量0.80〜1.00質量%のいわゆる高抗張力鋼を用いることが好ましい。また、シースストランドのコアフィラメントの硬さHvがシースストランドのシースフィラメントの硬さHvより低くするために、シースフィラメントよりも硬さが小さい鋼線を用いることが好ましい。
本発明のスチールコードは、タイヤの補強材として用いることができ、例えばスチールコードの多数本を所定の間隔で互いに平行に揃えゴムシートに埋設してゴム引き布を作製し、このゴム引き布を、タイヤのカーカス及びベルトのいずれか少なくとも1層に補強材として適用することができる。本発明のスチールコードをベルトの補強材として適用する本発明のタイヤとして、例えば、図4に示す建設車両用タイヤを好適に挙げることができる。図4に示す建設車両用タイヤは、1対のビードコア1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2と、このカーカス2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、通常は6層のベルト3と、このベルト3のタイヤ径方向外側に配置したトレッド4とを具備している。
本発明のスチールコードをベルトの補強材として適用し得る建設車両用タイヤのより具体的な態様は、ラジアル配列コードによるプライから成るカーカスと、このカーカスのクラウン部の径方向外側にて、並置配列コードを積層間で交差させて配置して成る少なくとも4層のベルトとを備えるタイヤがあり、当該ベルトの少なくとも2層を構成するコードに本発明のスチールコードを適用するのが好ましい。本発明のスチールコードを適用した建設車両用タイヤは、荒地走行させ、比較的鈍的な突起物を踏んだ場合でも、ベルト補強コードの軸方向の強力を良好に保持できるため、コード破断が抑制され、また、比較的鋭的な突起物を踏んだ場合でも、コード破断が良好に抑制される。
表1及び表2に示す種々のスチールコードを製作した。これらスチールコードのコード軸に直交する断面構造は、表1の実施例1が、図1に示すコード構造を有していて、実施例2が、図2に示すコード構造を有していて、実施例3が、図3に示すコード構造を有している。表2に示す比較例1〜3は、表1に示す各実施例と同じコード構造を有していて、シースストランドのコアフィラメントの抗張力及び硬さとシースフィラメントの抗張力及び硬さが、本発明の要件を満たさない例である。なお、コアフィラメントの硬さ及びシースフィラメントの硬さは、JIS Z 2244に準じて実施した。評価試料は、各鋼線を立てた状態で埋込樹脂内に埋め込み、その後、埋め込んだ鋼線につき、SiC、ダイヤモンドペーストおよびアルミナ粉末を用いて断面を鏡面研磨することにより作製した。得られた試料につき、前記試験規格に準じて、ビッカース硬度試験を実施した。
従来例1は、図5に示すように、1本のコアストランド111と、このコアストランドの周りに撚り合わせた6本のシースストランド112とシースストランド112の周りにらせん状に巻き付けられたラッピングフィラメント113とを備え、このコアストランド111は、2本のコアフィラメント111aと、9本のシースフィラメント111bとの2層からなり、シースストランド112は、3本のコアフィラメント112aと、9本のシースフィラメント112bとの2層からなる。コアストランド111の各フィラメント111a、111b及びシースストランド112の各フィラメント112a、112bは、全て同じ径である。
従来例2は、図6に示すように、1本のコアストランド121と、このコアストランドの周りに撚り合わせた6本のシースストランド122とを備え、このコアストランド121は、3本のコアフィラメント121aと、9本の第1シースフィラメント121bと、15本の第2シースフィラメント121cとの3層からなり、シースストランド122は、3本のコアフィラメント122aと、9本の第1シースフィラメント122bと、15本の第2シースフィラメント122cとの3層からなる。コアストランド121の各フィラメント121a、121b、121c及びシースストランド122の各フィラメント122a、122b、122cは、全て同じ径である。
なお、スチールコードに使用した素線は、いずれの実施例、従来例においても炭素含有量0.82質量%の高抗張力鋼である。
これらのスチールコードについてシャルピー衝撃試験機を用い、耐せん断破壊性を評価した。また、これらのスチールコードをサイズ46/90R57の建設車両用タイヤの並置配列コードを積層間で交差させて配置して成る少なくとも4層のベルトのうち、3および4層に用いたタイヤについて、JATMA規格の標準リムに組み込み建設車両に装着して平均車両速度40km/hで1000時間走行後に、各タイヤの周方向の1/5相当の部分において、スチールコードを適用した各層に達したカット個数を数えた。表1及び表2に、断面積当たりの鉄量及び耐せん断性指数を、従来例1を100とした指数で示すとともに、カット受傷数を併記する。
Figure 2013227698
Figure 2013227698
表1及び表2から、本発明に従う実施例1〜3のスチールコード及びこれらのスチールコードを用いた建設車両用タイヤは、従来例及び比較例に比べて優れていた。
10、20、30:スチールコード
11、21、31:コアストランド
11a、21a、31a:コアフィラメント
11b、21b、31b:シースフィラメント
12、22、32:シースストランド
12a、22a、32a:コアフィラメント
12b、22b、32b:シースフィラメント
13、23、33:ラッピングフィラメント

Claims (8)

  1. 複数本のフィラメントからなる1本のコアストランドと、
    該コアストアランドの周りに撚り合わせた、複数本のフィラメントからなるシースストランドとを備え、
    前記コアストランド及びシースストランドは、それぞれ1本又は複数本のフィラメントによるコアフィラメントの周りに、複数本のフィラメントによるシースフィラメントの1層又は複数層を撚り合わせてなり、
    前記コアストランドのシースフィラメント径が前記コアストランドのコアフィラメント径より太く、前記シースストランドのシースフィラメント径が前記シースストランドのコアフィラメント径より太く、かつ、
    前記シースストランドのコアフィラメントの抗張力がシースストランドのシースフィラメントの抗張力より低いことを特徴とするゴム物品補強用スチールコード。
  2. 前記シースストランドのコアフィラメントの硬さHvがシースストランドのシースフィラメントの硬さHvより低いことを特徴とする請求項1記載のゴム物品補強用スチールコード。
  3. 前記シースストランドのシースフィラメントの硬さHvとシースストランドのコアフィラメントの硬さHvとの差が、5以上である請求項1又は2記載のゴム物品補強用スチールコード。
  4. 前記コアストランドが2層撚り構造からなる請求項1〜3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。
  5. 前記シースストランドがそれぞれコアフィラメントとシースフィラメントとを撚り合わせた少なくとも2層撚り構造からなる請求項1〜4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。
  6. 前記コアストランドの周りにシースストランドが6〜10本巻き付けられている請求項1〜5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。
  7. 請求項1〜6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補強材として用いたことを特徴とするタイヤ。
  8. ラジアル配列コードによるプライから成るカーカスと、このカーカスのクラウン部の径方向外側にて、並置配列コードを積層間で交差させて配置して成る少なくとも4層のベルトとを備え、ベルトの少なくとも2層を構成するコードに、請求項1〜6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適用してなるタイヤ。
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