JP2014055369A - スチールコード及びそれを用いた建設車両用空気入りラジアルタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】ストランド内へのゴム浸透性を改善して耐久性の向上を可能にしたスチールコード及びそれを用いた建設車両用空気入りラジアルタイヤを提供する。
【解決手段】スチールコード１０は、Ｎ本のフィラメント１１ｓを互いに撚り合わせた１×Ｎ構造（Ｎ＝４〜６）を有する少なくとも１本のストランド１１と、１本のコアフィラメント１２ｃの周囲にＮ本のシースフィラメント１２ｓを撚り合わせた１＋Ｎ構造（Ｎ＝４〜６）を有する少なくとも１本のストランド１２とを含み、これらストランド１１，１２をその総数を４本として互いに撚り合わせたものである。建設車両用空気入りラジアルタイヤは、トレッド部におけるカーカス層の外周側にベルト層を配置し、ベルト層の外周側にベルト保護層を配置し、ベルト保護層に上記スチールコード１０を使用したものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、ゴム補強用のスチールコード及びそれを用いた建設車両用空気入りラジアルタイヤに関し、更に詳しくは、複数本のストランドを互いに撚り合わせた複撚り構造を有する場合であっても、ストランド内へのゴム浸透性を改善して耐久性の向上を可能にしたスチールコード及びそれを用いた建設車両用空気入りラジアルタイヤに関する。

ゴム補強用のスチールコードとして、複数本のフィラメントを互いに撚り合わせてストランドを構成し、複数本のストランドを互いに撚り合わせた複撚り構造を有するスチールコードが広く普及している（例えば、特許文献１〜４参照）。

例えば、建設車両用空気入りラジアルタイヤにおいては、トレッド部におけるカーカス層の外周側にベルト層を配置し、そのベルト層の外周側にベルト層の保護を目的としたベルト保護層を配置することが行われているが、そのようなベルト保護層の補強コードとしても４×（１＋５）×０．２５ＨＥに代表される複撚り構造のスチールコードが使用されている。

しかしながら、複撚り構造のスチールコードは、複数本のストランドが互いに撚り合わされているため、ストランド内へのゴム浸透性が悪いという欠点がある。そのため、ゴム製品に埋設された複撚り構造のスチールコードの内部に水分が滲み込むと、その水分がスチールコードの長手方向に沿って伝播し、その結果、広い範囲で錆が成長してゴム製品の耐久性を低下させることになる。

このような不都合に鑑みて、複撚り構造のスチールコードにおけるストランド内へのゴム浸透性を改善することが求められている。特に、建設車両用空気入りラジアルタイヤは、鉱山のような荒れた地表上において高負荷条件で使用され、トレッド部に外傷を受け易いので、外傷部分からの水分伝播を防止するために、ベルト保護層に使用されるスチールコードには良好なゴム浸透性が求められている。

特開平８−２８４０８０号公報 特開２０１０−９０５０９号公報 特許第３７５９２９２号公報 特許第４５８２６７２号公報

本発明の目的は、複数本のストランドを互いに撚り合わせた複撚り構造を有する場合であっても、ストランド内へのゴム浸透性を改善して耐久性の向上を可能にしたスチールコード及びそれを用いた建設車両用空気入りラジアルタイヤを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明のスチールコードは、Ｎ本のフィラメントを互いに撚り合わせた１×Ｎ構造（Ｎ＝４〜６）を有する少なくとも１本の第１ストランドと、１本のコアフィラメントの周囲にＮ本のシースフィラメントを撚り合わせた１＋Ｎ構造（Ｎ＝４〜６）を有する少なくとも１本の第２ストランドとを含み、これら第１ストランド及び第２ストランドをその総数を４本として互いに撚り合わせたことを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するための本発明の建設車両用空気入りラジアルタイヤは、トレッド部におけるカーカス層の外周側にベルト層を配置し、該ベルト層の外周側にベルト保護層を配置し、該ベルト保護層に複撚り構造のスチールコードを使用した建設車両用空気入りラジアルタイヤにおいて、前記ベルト保護層のスチールコードは、Ｎ本のフィラメントを互いに撚り合わせた１×Ｎ構造（Ｎ＝４〜６）を有する少なくとも１本の第１ストランドと、１本のコアフィラメントの周囲にＮ本のシースフィラメントを撚り合わせた１＋Ｎ構造（Ｎ＝４〜６）を有する少なくとも１本の第２ストランドとを含み、これら第１ストランド及び第２ストランドをその総数を４本として互いに撚り合わせた構造を有することを特徴とするものである。

本発明では、複撚り構造のスチールコードを構成するにあたって、１×Ｎ構造を有する少なくとも１本の第１ストランドと１＋Ｎ構造を有する少なくとも１本の第２ストランドとを含み、これら第１ストランド及び第２ストランドをその総数を４本として互いに撚り合わせることにより、第１ストランド内へのゴム浸透性を改善し、そのスチールコードを用いたゴム製品の耐久性を向上することができる。ここで、４本のストランドの全てを１×Ｎ構造を有する第１ストランドとした場合、撚りが与えられたスチールコードが引き締まり過ぎることに起因してゴム浸透性の改善効果が低下するので、１×Ｎ構造を有する第１ストランドと１＋Ｎ構造を有する第２ストランドとを混在させることが必要である。

本発明のスチールコードは、２本の第１ストランドと２本の第２ストランドとを含み、前記２本の第１ストランドをコード中心軸を挟んで対向する位置に配置した構造を有することが好ましい。これにより、スチールコードの過剰な引き締まりを抑えて第１ストランド内へのゴム浸透性を効果的に改善することができる。

更に、第２ストランドのコアフィラメントをシースフィラメントよりも太くし、コアフィラメントの外径Ｄｃ₂ とシースフィラメントの外径Ｄｓ₂ を１＜Ｄｃ₂ ／Ｄｓ₂ ≦１．２の関係にすることが好ましい。これにより、第２ストランド内へのゴム浸透性を改善し、そのスチールコードを用いたゴム製品の耐久性を向上することができる。

また、建設車両用空気入りラジアルタイヤのベルト保護層を構成するスチールコードとして、上述のスチールコードを使用した場合、第１ストランド内へのゴム浸透性、更には第２ストランド内へのゴム浸透性を改善し、タイヤ耐久性を向上することができる。

本発明の実施形態からなる建設車両用空気入りラジアルタイヤを示す子午線半断面図である。 本発明に係るスチールコードの一例を示す横断面図である。 本発明に係るスチールコードの変形例を示す横断面図である。 本発明に係るスチールコードの変形例を示す横断面図である。 本発明に係るスチールコードの変形例を示す横断面図である。 従来例のスチールコードを示す横断面図である。 比較例のスチールコードを示す横断面図である。

以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態からなる建設車両用空気入りラジアルタイヤを示し、１はトレッド部、２はサイドウォール部、３はビード部である。左右一対のビード部３，３間にはカーカス層４が装架され、そのカーカス層４の端部がビードコア５の廻りにタイヤ内側から外側に折り返されている。

トレッド部１におけるカーカス層４の外周側には複数層のベルト層６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄが埋設されている。これらベルト層６ａ〜６ｄは補強コードがタイヤ周方向に対して傾斜し、かつ層間で補強コードが互いに交差するように配置されている。ベルト層６ａ〜６ｄのタイヤ周方向に対するコード角度は例えば１５°〜４０°の範囲に設定され、そのコード打ち込み密度は例えば１０本／５０ｍｍ〜２５本／５０ｍｍの範囲に設定されている。ベルト層６ａ〜６ｄの補強コードとしては、スチールコードが使用されている。

更に、ベルト層６ａ〜６ｄの外周側には複数層のベルト保護層７ａ，７ｂが埋設されている。ベルト層６ａ〜６ｄがトレッド部１の強度を担持しているのに対して、ベルト保護層７ａ，７ｂはベルト層６ａ〜６ｄを保護する目的で配設されている。これらベルト保護層７ａ，７ｂは補強コードがタイヤ周方向に対して傾斜し、かつ層間で補強コードが互いに交差するように配置されている。ベルト保護層７ａ，７ｂのタイヤ周方向に対するコード角度は例えば２０°〜４０°の範囲に設定され、そのコード打ち込み密度は例えば１０本／５０ｍｍ〜３０本／５０ｍｍの範囲に設定されている。そして、ベルト保護層７ａ，７ｂの補強コードとしては、以下のような複撚り構造を有するスチールコードが使用されている。

図２は本発明に係るスチールコードを示すものである。図２に示すように、スチールコード１０は、Ｎ本のフィラメント１１ｓを互いに撚り合わせた１×Ｎ構造（Ｎ＝４〜６）を有する２本のストランド１１（第１ストランド）と、１本のコアフィラメント１２ｃの周囲にＮ本のシースフィラメント１２ｓを撚り合わせた１＋Ｎ構造（Ｎ＝４〜６）を有する２本のストランド１２（第２ストランド）とを含み、これら２種類のストランド１１，１２をその総数を４本として互いに撚り合わせた複撚り構造を有している。この複撚り構造において、２本のストランド１１はコード中心軸を挟んで対向する位置に配置されている。つまり、４本のストランド１１，１２の中心軸を結ぶ四角形を想定したとき、２本のストランド１１は上記四角形の対角位置に配置され、２本のストランド１２は上記四角形の他の対角位置に配置されている。

上述した建設車両用空気入りラジアルタイヤでは、ベルト保護層７ａ，７ｂの補強コードとして上述した複撚り構造を有するスチールコード１０が使用され、そのスチールコード１０は１×Ｎ構造を有する少なくとも１本のストランド１１と１＋Ｎ構造を有する少なくとも１本のストランド１２とを含み、これらストランド１１，１２をその総数を４本として互いに撚り合わせた構造を有しているので、ストランド１１内へのゴム浸透性を改善することができる。そのため、建設車両用空気入りラジアルタイヤが鉱山のような荒れた地表上において高負荷条件で使用され、トレッド部１に外傷を受けた場合であっても、その外傷部分からの水分伝播を抑制することができる。これにより、ベルト保護層７ａ，７ｂの腐食を抑制し、タイヤ耐久性を向上することができる。

特に、スチールコード１０において、１×Ｎ構造を有するストランド１１と１＋Ｎ構造を有するストランド１２とを混在させているので、撚りが与えられたスチールコード１０が引き締まり過ぎることを防止し、ストランド１１内へのゴム浸透性を十分に確保することが可能になる。また、上記スチールコード１０は１×Ｎ構造を有する２本のストランド１１と１＋Ｎ構造を有する２本のストランド１２とを含み、２本のストランド１１をコード中心軸を挟んで対向する配置した構造になっているが、このことはスチールコード１０の過剰な引き締まりを抑えて１×Ｎ構造を有するストランド１１内へのゴム浸透性の改善に大きく寄与する。

図２において、ストランド１２のコアフィラメント１２ｃはシースフィラメント１２ｓに比べて増径されている。より具体的には、コアフィラメント１２ｃの外径Ｄｃ₂ とシースフィラメント１２ｓの外径Ｄｓ₂ は１＜Ｄｃ₂ ／Ｄｓ₂ ≦１．２の関係に設定されている。このように１＋Ｎ構造を有するストランド１２のコアフィラメント１２ｃを相対的に太くすることにより、コアフィラメント１２ｃがシースフィラメント１２ｓの間隔を押し広げるため、ストランド１２内へのゴム浸透性を改善し、タイヤ耐久性を更に向上することができる。ここで、Ｄｃ₂ ／Ｄｓ₂ が１．２よりも大きいとシースフィラメント１２ｓを所定の位置に配置し難いため撚り不良を生じ易くなり、更にはスチールコード１０の耐疲労性も低下する。

なお、１＋Ｎ構造を有するストランド１２のシースフィラメント１２ｓの外径Ｄｓ₂ は０．２０ｍｍ〜０．３０ｍｍの範囲に設定することが好ましい。一方、１×Ｎ構造を有するストランド１１のフィラメント１１ｓの外径Ｄｓ₁ は０．２０ｍｍ〜０．３０ｍｍの範囲に設定することが好ましい。また、フィラメント１１ｓの外径Ｄｓ₁ とシースフィラメント１２ｓの外径Ｄｓ₂ とは同一であることが望ましい。

上述した複撚り構造を有するスチールコード１０を構成するにあたって、ストランド１１，１２の撚り方向及びスチールコード１０の撚り方向は特に限定されるものではないが、ストランド１１，１２の撚り方向とスチールコード１０の撚り方向とを同じにすると良い。更に、ストランド１１，１２の撚りピッチ及びスチールコード１０の撚りピッチは特に限定されるものではないが、ストランド１１，１２の撚りピッチを５ｍｍ〜７ｍｍとし、スチールコード１０の撚りピッチを９ｍｍ〜１１ｍｍとし、ストランド１１，１２の撚りピッチよりもスチールコード１０の撚りピッチを大きくすると良い。このような複撚り構造を有するスチールコード１０は、ベルト保護層７ａ，７ｂの補強コードとして好適である。なお、撚りピッチが小さ過ぎると生産効率が悪くなり、逆に大き過ぎると目的とする伸び特性が得られなくなる。

図３〜図５はそれぞれ本発明に係るスチールコードの変形例を示すものである。図３において、スチールコード１０は、１×Ｎ構造を有する１本のストランド１１と、１＋Ｎ構造を有する３本のストランド１２とを含み、これらストランド１１，１２を互いに撚り合わせた複撚り構造を有している。図４において、スチールコード１０は、１×Ｎ構造を有する２本のストランド１１と、１＋Ｎ構造を有する２本のストランド１２とを含み、これらストランド１１，１２を互いに撚り合わせた複撚り構造を有している。図５において、スチールコード１０は、１×Ｎ構造を有する３本のストランド１１と、１＋Ｎ構造を有する１本のストランド１２とを含み、これらストランド１１，１２を互いに撚り合わせた複撚り構造を有している。これら図３〜図５において、ストランド１１のフィラメント１１ｓの外径Ｄｓ₁ 、ストランド１２のコアフィラメント１２ｃの外径Ｄｃ₂ 及びストランド１２のシースフィラメント１２ｓの外径Ｄｓ₂ は全て同一になっている。このような場合も、ストランド１１内へのゴム浸透性の改善効果に基づいてタイヤ耐久性を向上することができる。

図６は従来例のスチールコードを例示するものである。図６において、スチールコード２０は、１＋Ｎ構造を有する４本のストランド１２を互いに撚り合わせた複撚り構造を有している。この場合、コアフィラメント１２ｃ及びシースフィラメント１２ｓが密に配置されるため、ストランド１２内へのゴム浸透性が不十分になる。

図７は比較例のスチールコードを例示するものである。図７において、スチールコード３０は、１×Ｎ構造を有する４本のストランド１１を互いに撚り合わせた複撚り構造を有している。この場合、撚りが与えられたスチールコード３０が引き締まり過ぎることに起因してストランド１１間のゴム浸透性が悪化する。

上述した実施形態では、所定の構造を有するスチールコード１０を建設車両用空気入りラジアルタイヤのベルト保護層７ａ，７ｂに適用した場合について説明したが、本発明に係るスチールコード１０は空気入りタイヤ、ベルトコンベヤ、ホースを含む種々のゴム製品の補強材として使用することができ、これらゴム製品についてもゴム浸透性の改善効果に基づいて耐久性を向上することができる。

勿論、本発明に係るスチールコード１０を建設車両用空気入りラジアルタイヤのベルト保護層７ａ，７ｂに適用した場合、その過酷なタイヤ使用環境に鑑みて顕著な作用効果を得ることができる。なお、建設車両用空気入りラジアルタイヤとは、ダンプトラック、スクレーパ、グレーダ、ショベルローダ、タイヤローラを含む建設車両に使用されるタイヤである。

タイヤサイズ２７００Ｒ４９で、トレッド部におけるカーカス層の外周側に４層のベルト層を配置し、該ベルト層の外周側に２層のベルト保護層を配置し、該ベルト保護層に複撚り構造のスチールコードを使用した建設車両用空気入りラジアルタイヤにおいて、ベルト保護層のスチールコードのストランド本数を４本で共通にする一方でストランド構造を種々異ならせ、１×Ｎ構造を有するストランド（第１ストランド）のフィラメント外径Ｄｓ₁ と１＋Ｎ構造を有するストランド（第２ストランド）のコアフィラメント外径Ｄｃ₂ 及びシースフィラメント外径Ｄｓ₂ を表１のように設定した従来例、比較例及び実施例１〜５のタイヤを作製した。

従来例のタイヤは、図６に示すように、１＋５構造を有する４本のストランドを互いに撚り合わせたスチールコードを使用したものである。

比較例のタイヤは、図７に示すように、１×５構造を有する４本のストランドを互いに撚り合わせたスチールコードを使用したものである。

実施例１のタイヤは、図３に示すように、１×５構造を有する１本のストランドと、１＋５構造を有する３本のストランドとを含み、これらストランドを互いに撚り合わせたスチールコードを使用したものである。

実施例２のタイヤは、図４に示すように、１×５構造を有する２本のストランドと、１＋５構造を有する２本のストランドとを含み、これらストランドを互いに撚り合わせたスチールコードを使用したものである。

実施例３のタイヤは、図５に示すように、１×５構造を有する３本のストランドと、１＋５構造を有する１本のストランドとを含み、これらストランドを互いに撚り合わせたスチールコードを使用したものである。

実施例４，５のタイヤは、１＋５構造を有するストランドのコアフィラメントをシースフィラメントよりも太くしたこと以外は実施例２と同じ構造を有するものである。

建設車両用空気入りラジアルタイヤにおいて、内側のベルト保護層の幅を５９０ｍｍとし、外側のベルト保護層の幅を５００ｍｍとし、両ベルト保護層のタイヤ周方向に対するコード角度をそれぞれ３０°とし、両ベルト保護層のコード打ち込み密度をそれぞれ１５本／５０ｍｍとした。また、全てのタイヤのベルト保護層において、スチールコードをＳ撚りとし、ストランドをＳ撚りとし、スチールコードの撚りピッチを１０ｍｍとし、ストランドの撚りピッチを６ｍｍとした。

これら従来例、比較例及び実施例１〜５のタイヤについて、下記の評価方法により、ゴム浸透率、錆成長距離及びタイヤ耐久性を評価し、その結果を表１に併せて示した。

ゴム浸透率：
試験タイヤのベルト保護層からスチールコードを取り出し、コード外側に付着したゴムをカッターナイフで除去し、そのスチールコードから１本のストランドを除去し、ストランドで囲まれたコード内のゴム浸透率（％）を画像データに基づいて測定した。更に、ストランドから１本のフィラメントを除去し、フィラメントで囲まれたストランド内のゴム浸透率（％）を画像データに基づいて測定した。このような測定をタイヤ周上の８箇所で行い、これら８箇所で測定されたゴム浸透率の平均値をコード内及びストランド内のゴム浸透率とした。

錆成長距離：
試験タイヤのトレッド部の１箇所にドリルでベルト保護層に到達する穴を形成し、その試験タイヤを建設車両に装着して３００時間の実車走行を行った後、トレッドゴムを剥がしてベルト保護層を露出させ、ドリル穴からの錆成長距離を測定した。評価結果は従来例を１００とする指数にて示した。この指数値が小さいほど錆成長距離が短いことを意味する。

タイヤ耐久性：
試験タイヤのトレッド部の１箇所にドリルでベルト保護層に到達する穴を形成し、その試験タイヤを建設車両に装着して３００時間の実車走行を行った後、試験タイヤをリムサイズ１９．５０のＯＲ試験リムに装着し、ドラム外周面に高さ２００ｍｍのクリートを備えたドラム試験機を用いて、内圧７００ｋＰａ、速度１０ｋｍ／ｈ、初期荷重１８３ｋＮの条件にて走行試験を開始し、１０時間毎に荷重を５２ｋＮずつ増加させ、タイヤが故障するまでの走行距離を測定した。このような走行距離の測定は各試験タイヤについて１０本ずつ行い、その平均値を求めた。評価結果は従来例を１００とする指数にて示した。この指数値が大きいほどタイヤ耐久性が優れていることを意味する。

表１から判るように、実施例１〜５のタイヤにおいては、ベルト保護層を構成するスチールコードのストランド内のゴム浸透率が高いため、それに呼応して錆成長距離が短くなっていた。その結果、実施例１〜５のタイヤは、従来例との対比において、耐久性が優れたものであった。特に、１×Ｎ構造を有する２本のストランドと１＋Ｎ構造を有する２本のストランドとを含み、１×Ｎ構造を有する２本のストランドをコード中心軸を挟んで対向する位置に配置した場合（実施例２，４）、タイヤ耐久性の改善効果が顕著であった。また、１＋Ｎ構造を有するストランドのコアフィラメントをシースフィラメントよりも太くした場合（実施例４）、タイヤ耐久性の改善効果が増大するが、コアフィラメントの増径が過度になると（実施例５）、スチールコードの耐疲労性の低下によりタイヤ耐久性の改善効果が低下する傾向が見られた。

一方、比較例のタイヤにおいては、ベルト保護層を構成するスチールコードが１×Ｎ構造を有する４本のストランドを互いに撚り合わせた複撚り構造を有しているため、スチールコードが引き締まり過ぎることに起因してコード内へのゴム浸透性が悪化し、タイヤ耐久性の改善効果が得られなかった。

１ トレッド部
２ サイドウォール部
３ ビード部
４ カーカス層
５ ビードコア
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ ベルト層
７ａ，７ｂ ベルト保護層
１０ スチールコード
１１ １×Ｎ構造を有するストランド（第１ストランド）
１１ｃ コアフィラメント
１１ｓ シースフィラメント
１２ １＋Ｎ構造を有するストランド（第２ストランド）
１２ｓ フィラメント

Claims (6)

1. Ｎ本のフィラメントを互いに撚り合わせた１×Ｎ構造（Ｎ＝４〜６）を有する少なくとも１本の第１ストランドと、１本のコアフィラメントの周囲にＮ本のシースフィラメントを撚り合わせた１＋Ｎ構造（Ｎ＝４〜６）を有する少なくとも１本の第２ストランドとを含み、これら第１ストランド及び第２ストランドをその総数を４本として互いに撚り合わせたことを特徴とするスチールコード。
2. ２本の第１ストランドと２本の第２ストランドとを含み、前記２本の第１ストランドをコード中心軸を挟んで対向する位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載のスチールコード。
3. 前記第２ストランドのコアフィラメントをシースフィラメントよりも太くし、前記コアフィラメントの外径Ｄｃ₂ と前記シースフィラメントの外径Ｄｓ₂ を１＜Ｄｃ₂ ／Ｄｓ₂ ≦１．２の関係にしたことを特徴とする請求項２に記載のスチールコード。
4. トレッド部におけるカーカス層の外周側にベルト層を配置し、該ベルト層の外周側にベルト保護層を配置し、該ベルト保護層に複撚り構造のスチールコードを使用した建設車両用空気入りラジアルタイヤにおいて、前記ベルト保護層のスチールコードは、Ｎ本のフィラメントを互いに撚り合わせた１×Ｎ構造（Ｎ＝４〜６）を有する少なくとも１本の第１ストランドと、１本のコアフィラメントの周囲にＮ本のシースフィラメントを撚り合わせた１＋Ｎ構造（Ｎ＝４〜６）を有する少なくとも１本の第２ストランドとを含み、これら第１ストランド及び第２ストランドをその総数を４本として互いに撚り合わせた構造を有することを特徴とする建設車両用空気入りラジアルタイヤ。
5. 前記ベルト保護層のスチールコードは、２本の第１ストランドと２本の第２ストランドとを含み、前記２本の第１ストランドをコード中心軸を挟んで対向する位置に配置した構造を有することを特徴とする請求項４に記載の建設車両用空気入りラジアルタイヤ。
6. 前記ベルト保護層のスチールコードは、前記第２ストランドのコアフィラメントをシースフィラメントよりも太くし、前記コアフィラメントの外径Ｄｃ₂ と前記シースフィラメントの外径Ｄｓ₂ を１＜Ｄｃ₂ ／Ｄｓ₂ ≦１．２の関係にした構造を有することを特徴とする請求項５に記載の建設車両用空気入りラジアルタイヤ。

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