JP2016529410A - 高伸長鋼コード、およびこのコードを備える空気式タイヤ - Google Patents

Abstract

高伸長鋼コード（２００）、すなわち破断時伸びが５％以上であるコードは、コード撚りピッチで一緒に撚られた複数のストランド（２０５）を備える。前記コード撚りピッチはコード撚り角度をもたらす。各々のストランド（２０５）は、ストランド撚り角度をもたらすストランド撚りピッチで一緒に撚られた複数のフィラメント（２１０）を備える。高伸長鋼コード（２００）の構造的伸びは、ストランド撚り角度およびコード撚り角度の合計が２０から２９度の間では対して２．０％以上であるか、前記構造的伸びは、３０から３８度の間にある前記合計に対して２．５％以上であるか、または、３９から４８度の間にある前記合計に対して３．０％以上である。上記鋼コードは、安定しており、耐久性があり、高いゴム浸透性を特徴とし、その結果として耐腐食性である。

Description

本発明は、鋼コード、および鋼コードを備える空気式タイヤに関する。

ゴム製品を鋼コードで補強することが、特に空気式タイヤ向けに一般的に知られている。「高伸長」鋼コードは、鋼コードとして、一般的に、空気式タイヤの保護層またはゼロ度のベルトを補強するために使用される。前記「高伸長」鋼コードは、５％以上の破断時伸びを有する鋼コードを指す。破断時伸び（δ）は、材料の弾性指標である。破断時伸びは、試験体の全伸長ΔＬと元の長さＬとの間の百分率による割合である。δ＝ΔＬ／Ｌ×１００％。破断時伸びは、鋼コードの構造的伸びを含む。例えば、高伸長鋼コードが伸ばされたとき、鋼コードの伸展は、最初、構造的伸びである。鋼コードがさらに伸ばされると、鋼コードは破断し、破断時伸びという結果になり得る。

タイヤ作製プロセス、特に高伸長鋼コードで補強されたゼロ度ベルトを備えたタイヤの作製では、高い構造的伸びを有する高伸長鋼コードが必要とされ、そうでない場合、鋼コードは、タイヤ持ち上げプロセス中、正しい位置まで延びないことがある。現在のところ、一般的に使用されている高伸長鋼コード３×７×０．２０ｍｍが、タイヤ用のゼロ度ベルトのための補強である。この構造は、比較的大きいストランド撚り角度およびコード撚り角度（２０．３７／２０．８４度）を有して、比較的高い構造的伸びおよび破断時伸びを達成する（２．２５％／７．１７％）。しかし、この構造は、ゴムの浸透性に関する問題に直面しており、この場合、鋼コードをゴムマトリックス内に適切に埋め込むことができず、最終的には、腐食が起こり、空気式タイヤの寿命を制限する。したがって、高い構造的伸びおよび充分なゴム浸透性を有する高伸長鋼コードを見出す必要がある。

これに加えて、特殊な空気式タイヤ、例えばスーパーシングルタイヤの製造プロセスにおいて、スーパーシングルタイヤのゼロ度ベルトは、巻かれた鋼コードの１つの層によって補強されるだけであり、この鋼コードとしては、タイヤ持ち上げプロセスにおいて正しい位置まで延びる格別な構造的伸びを有する高伸長鋼コードが必要とされる。構造的伸び（２．２５％）を有する一般的に使用されている高伸長鋼コード３×７×０．２０ｍｍは、この要求を満たすことができない。格別な構造的伸びを達成するためにストランド撚り角度およびコード撚り角度をさらに増大させると、もろいコードを生み出すことになる。このコードでもいくらかの負荷を保持することができるが、鋼コードの他の機械的特性、例えば疲労、破断負荷が限定され、これは、鋼コードの寿命を短くする。したがって、小さいストランド撚り角度およびコード撚り角度を維持しながら、高い構造的伸び（例えば、３．０％を上回る構造的伸び）を有する高伸長鋼コードを見出す必要がある。

本発明の主な目的は、高い構造的伸びおよび充分なゴム浸透性を有する高伸長鋼コードを提供することである。

本発明の他の目的は、高い構造的伸びおよび充分なゴム浸透性を有する高伸長鋼コードを備える空気式タイヤを提供することである。

本発明の態様によれば、鋼コードは、コード撚りピッチ（ツイストピッチ）で一緒に撚られた複数のストランドを備える。各々のストランドは、ストランド撚りピッチで一緒に撚られた複数のフィラメントを備える。鋼コードの破断時伸びは、５％以上である。ストランドは、ストランド撚り角度を有する。鋼コードは、コード撚り角度を有する。ストランド撚り角度およびコード撚り角度の合計が、２０から２９度の間の場合、鋼コードの構造的伸びは、２．０％以上である。ストランド撚り角度およびコード撚り角度の合計が、３０から３８度の間の場合、鋼コードの構造的伸びは、２．５％以上である。ストランド撚り角度およびコード撚り角度の合計が、３９から４８度の間の場合、鋼コードの構造的伸びは、３．０％以上である。

好ましくは、鋼コードの構造的伸びは、４．０％以下である。

ストランド撚り角度およびコード撚り角度を算出するための式は、
（式中、αはストランド撚り角度、ｄはフィラメント直径、Ｌｓはストランド撚りピッチ、ｎはストランド内のフィラメントの数である）、

（式中、βはコード撚り角度、ｄはフィラメント直径、Ｌｃはコード撚りピッチ、ｍはコード内のストランドの数、ｎはストランド内のフィラメントの数である）である。

現在のところ、一般的に使用されている高伸長鋼コードは、次の手法、すなわち、鋼コードの撚りピッチを増大させる手法、またはフィラメントの直径を増大させる手法、またはストランドの数を増大させる手法によって作製することができる。一言で言えば、上記の式により、鋼コードの撚り角度を増大させると、高伸長鋼コードをもたらすことができる。しかし、鋼コードの撚り角度は、際限無しに増大させることはできず、鋼コードの撚り角度を増大させることには限界がある。ストランド撚り角度およびコード撚り角度をさらに増大させると、最終的にはもろいコードとなる。このコードでもいくらかの負荷を保持することができるが、鋼コードの他の機械的特性、例えば疲労、破断負荷が限定され、これは、鋼コードの寿命を短くする。

従来技術とは異なり、本発明は、高伸長鋼コードを達成するための別の手法を提供する。この鋼コードの構造はよりオープンなものであり、フィラメントとストランドの間の空隙はより大きく、（同じ撚り角度では）破断時伸びおよび構造的伸びは、より高い。空隙がより大きいため、ゴムの浸透性は改良されて、ゴムの浸透性に対する要求を満たす。

本発明によれば、ストランドの数は、好ましくは２から７本の間がよく、ストランド内のフィラメントの数は、好ましくは２から９本の間がよい。

これに加えて、ストランドは、鋼フィラメントによって、単層構造（すなわちｎ×１構造）、または、二重層構造として形成され得る。例えば、ストランドは二重層構造、すなわち（ｍ）＋ｎ構造であり、この場合、（ｍ）フィラメントは、コアを形成し、ｎフィラメントはコアを取り囲む層を形成する。コア内のフィラメントは、撚りがなく平行になることができ（すなわち３００ｍｍを上回る撚りピッチ）、例えば、ストランド構造（２）＋２になることができる。前記撚りピッチは、ストランドの軸周りの鋼フィラメントまたはコードの軸周りのストランドが３６０度回転を行うために必要とされる軸方向距離を意味する。

本発明に係る鋼コードは空気式タイヤに使用されるため、鋼コードのフィラメント直径は、当業者に知られている任意のパラメータとし得る。好ましくは、フィラメント直径は、０．１０ｍｍから０．６０ｍｍの間の範囲、例えば０．１４ｍｍ、０．２６ｍｍ、および０．３８ｍｍとし得る。

本発明によれば、金属フィラメントは、鋼フィラメントである。鋼組成は、０．６５％の最小炭素含有量と、少量のマグネシウム、シリコン、硫黄、リンなどとを含むことができる。例えば、０．７０％の炭素、０．５０％のマグネシウム、０．２０２％のシリコン、０．０１３％の硫黄、および０．０８５％未満のリンを含み、すべての百分率は重量百分率である。詳細には、高炭素鋼フィラメントは、約０．８０％の炭素含有量（例えば０．７８〜１．０２％の炭素）、０．３０％〜１．１０％のマグネシウム、０．１５％〜１．３０％のシリコン、０．１５％未満の硫黄、および０．０２％のリンを有することができ、すべての百分率は、重量百分率である。さらに、鋼組成は、他の金属合金成分、例えば０．２０％〜０．４．０％のクロム、０．２０％の銅、および０．３０％のバナジウムを含むことができ、すべての百分率は、重量百分率である。

本発明によれば、金属フィラメントはコーティングされてよく、好ましくは亜鉛コーティングまたは黄銅コーティングされている。コーティングの厚さは、当業者に知られている任意のパラメータとし得る。例えば厚さ０．２マイクロメートルの黄銅コーティングとし得る。

本発明の最適な実施形態の１つによれば、鋼コードは、３本のストランドを備え、各々のストランドは、４つの鋼フィラメントを備え、フィラメント直径は０．２４ｍｍであり、ストランド撚り角度は１３．６２度であり、コード撚り角度は１４．７２度であり、２つの撚り角度の合計は２８．３４度であり、鋼コードの構造的伸びは２．４２％であり、鋼コードの破断時伸びは６．１９％である。

本発明の最適な実施形態の１つによれば、鋼コードは、３本のストランドを備え、各々のストランドは、４つの鋼フィラメントを備え、フィラメント直径は０．２６ｍｍであり、ストランド撚り角度は１４．７１度であり、コード撚り角度は１５．８９度であり、２つの撚り角度の合計は３０．６度であり、鋼コードの構造的伸びは２．９９％であり、鋼コードの破断時伸びは７．１４％である。

本発明の最適な実施形態の１つによれば、鋼コードは、３本のストランドを備え、各々のストランドは、４つの鋼フィラメントを備え、フィラメント直径は０．２６ｍｍであり、ストランド撚り角度は１６．１１度であり、コード撚り角度は１５．８９度であり、２つの撚り角度の合計は３２度であり、鋼コードの構造的伸びは３．２８％であり、鋼コードの破断時伸びは７．９２％である。

鋼コードは、スーパーシングルタイヤ用のゼロ度ベルトを、巻かれた鋼コードの１つの層で補強するのに適する格別な構造的伸びを有する。これとは対照的に、従来技術は、鋼コードの撚り角度を増大させて格別な構造的伸び、例えば３％を上回る構造的伸びを有する鋼コードをもたらす。しかし、鋼コードの撚り角度は、際限無しに増大させることはできず、鋼コードの撚り角度を増大させることには限界がある。ストランド撚り角度およびコード撚り角度をさらに増大させると、最終的にはもろいコードが生じる。このコードでもいくらかの負荷を保持することはできるが、鋼コードの他の機械的特性、例えば疲労、破断負荷が悪化し得る。

本発明の最適な実施形態の１つによれば、鋼コードは、４本のストランドを備え、各々のストランドは、４つの鋼フィラメントを備え、フィラメント直径は０．２２ｍｍであり、ストランド撚り角度は１２．５２度であり、コード撚り角度は１６．４３度であり、２つの撚り角度の合計は２８．９５度であり、鋼コードの構造的伸びは２．９７％であり、鋼コードの破断時伸びは６．６９％である。

本発明の他の態様によれば、空気式タイヤは、カーカス、ベルト、ゼロ度ベルトおよびクラウンを備える。ゼロ度ベルトは、鋼コードと、鋼コードが埋め込まれたゴムマトリックスとを備える。鋼コードは、コード撚りピッチで一緒に撚られた複数のストランドを備える。各々のストランドは、ストランド撚りピッチで一緒に撚られた複数のフィラメントを備える。鋼コードの破断時伸びは、５％以上である。ストランドは、ストランド撚り角度を有する。鋼コードは、コード撚り角度を有する。ストランド撚り角度およびコード撚り角度の合計が、２０から２９度の間の場合、鋼コードの構造的伸びは、２．０％以上である。ストランド撚り角度およびコード撚り角度の合計が、３０から３８度の間の場合、鋼コードの構造的伸びは、２．５％以上である。ストランド撚り角度およびコード撚り角度の合計が、３９から４８度の間の場合、鋼コードの構造的伸びは、３．０％以上である。好ましくは、鋼コードの構造的伸びは、４．０％以下である。

本発明の別の態様によれば、空気式タイヤは、カーカス、ベルト、およびクラウンを備える。ベルトは、移行層、作用層、および保護層を備える。保護層は、鋼コードと、鋼コードが埋め込まれたゴムマトリックスとを備える。鋼コードは、コード撚りピッチで一緒に撚られた複数のストランドを備える。各々のストランドは、ストランド撚りピッチで一緒に撚られた複数のフィラメントを備える。鋼コードの破断時伸びは、５％以上である。ストランドは、ストランド撚り角度を有する。鋼コードは、コード撚り角度を有する。ストランド撚り角度およびコード撚り角度の合計が、２０から２９度の間の場合、鋼コードの構造的伸びは、２．０％以上である。ストランド撚り角度およびコード撚り角度の合計が、３０から３８度の間の場合、鋼コードの構造的伸びは、２．５％以上である。ストランド撚り角度およびコード撚り角度の合計が、３９から４８度の間の場合、鋼コードの構造的伸びは、３．０％以上である。好ましくは、鋼コードの構造的伸びは、４．０％以下である。

上述したように、「撚りピッチ」は、ストランドの軸周りの鋼フィラメントまたはコードの軸周りのストランドが３６０度回転を行うために必要とされる軸方向距離を意味する。

本発明を取り入れた鋼コードの構造的伸びおよび破断時伸びを決定するための方法の概略図である。 本発明を取り入れた３×４鋼コードの概略断面図である。 本発明を取り入れた平行な複数の鋼コードの正面図である。 従来技術による鋼コードのための製造プロセスの概略図である。 本発明を取り入れた鋼コードの製造プロセスの概略図である。 本発明を取り入れた４×４鋼コードの概略断面図である。 ゴムが浸透した、本発明を取り入れた３×４鋼コードの断面図である。 ゴムが浸透した、従来技術による３×４鋼コードの断面図である。

図１は、本発明を取り入れた鋼コードの構造的伸びおよび破断時伸びを決定するための方法を概略的に示す。図１では、曲線１１０は、鋼コードの引張−伸長曲線である。曲線１１０によって示されるように、鋼コードは、最初構造的伸び段階を経て、さらに弾性変形段階に入る。１２０は弾性係数線であり、すなわち線１２０は、曲線１１０上の弾性段階における２つの点ｃ、ｄを連結する。線１２０と横軸の間の交差点は、δ１である。１３０は、構造的伸びの回帰線であり、すなわち線１３０は、曲線１１０上の構造的伸び段階における２つの点ａ、ｂを連結する。線１３０と横軸の間の交差点は、δ０である。｜δ１｜および｜δ０｜の合計が、鋼コードの構造的伸びである。鋼コードの破断点ｅ、すなわち曲線１１０の端点は、横軸上の垂直投影点δ２を有し、一方で｜δ２｜は、鋼コードの破断時伸びである。

図２は、本発明を取り入れた３×４鋼コードの断面図を概略的に示す。図３は、本発明を取り入れた平行な複数の鋼コードの正面図である。図２に示されるように、鋼コード２００は３×４構造である。鋼コードは、一緒に撚られた３本のストランド２０５を備え、各々のストランド２５０は、一緒に撚られた４つの鋼フィラメント２１０を備える。鋼フィラメント直径は、０．２４ｍｍである。ストランド撚り角度は１３．６２度であり、コード撚り角度は１４．７２度である。２つの撚り角度の合計は、２８．３４度である。

従来技術の鋼コード２００’は、以下の工程にしたがって製造され得る。最初に、４つの鋼フィラメント２１０が一緒に撚られてストランド２０５を形成し、次いで３本のストランド２０５が、図４ａに示される工程にしたがって一緒に撚られて従来技術の鋼コード２００’を形成する。ここで、撚りピッチは８ｍｍである（すなわち１メートル長さ内に１２５個の撚りが存在する）。本発明の第１の実施形態では、鋼ストランド２０５は、図４ｂに示される２つの工程にしたがって一緒に撚られる。工程１は、３本の鋼ストランド２０５を撚りピッチ５．３３ｍｍで一緒に撚る（すなわち１メートル長さに１８７．５個の撚りが存在する）。工程２は、撚りピッチを８ｍｍに増大させるために巻き取りステーションにおいて逆撚り、すなわち１メートル長さ内に６２．５回の逆撚りを与えて、１メートル長さ内に１２５回の最終撚りを達成する。本発明を取り入れた鋼コード２００は、ストランド撚り角度１３．６２度、コード撚り角度１４．７２度を有し、２つの撚り角度の合計は２８．３４度（図２によって示されるように）である。

図５は、第２の実施形態の４×４鋼コードの断面図を概略的に示す。鋼コード５００は４×４構造である。この鋼コードは、一緒に撚られた４本の鋼ストランド５１０を備え、各々の鋼ストランド５１０は、一緒に撚られた４つの鋼フィラメント５０５を備える。フィラメント５０５の直径は、０．２６ｍｍである。ストランド撚り角度は１４．７１度であり、コード撚り角度は１５．８９度であり、２つの撚り角度の合計は３０．６度である。

以下の表１は、本実施形態と従来技術の間の比較試験を示す。

表１に示されるように、同じストランド撚り角度およびコード撚り角度では、本発明を取り入れた鋼コードは、従来技術と比較してより高い構造的伸びおよび破断時伸びを有し、それによって、タイヤ作製プロセスにおけるベルトが分離する問題を回避することができる。これに加えて、ゴムの浸透性も改良される。空気圧降下が小さいほど、ゴムの浸透性は良好になる。空気圧降下０％は、充分なゴムの浸透を意味する。空気圧降下の試験方法は、中国特許第１０２６６６９７２Ａ号明細書によって開示される。図６ａおよび６ｂによって示されるように、本発明の鋼コード２００は、充分なゴム浸透性を達成し、一方で従来技術の鋼コード２００’は、限定されたゴム浸透性を有し、この場合、腐食がストンランド内部に起こり得る。本発明の鋼コードは、オープンな構造を有して、ストランド間のみならずストランドの内側への充分なゴムの浸透を可能にしてフィラメント上の腐食を回避し、これはさらに、空気式タイヤの補強のための、特に空気式タイヤのゼロ度ベルトの補強のための鋼コードの寿命を改良した。

これに加えて、１つの従来技術の鋼コード３×４×０．２４は、本発明と同じ鋼コード構造および同等の構造的伸びを有することができるが、機械的特性は、以下の表２に示されるように異なる。

表２は、従来技術の鋼コードは、類似の構造的伸びを達成することができるが、従来技術の鋼コードは、大きいストランド撚り角度およびコード撚り角度を必要とし、これは鋼コードの破断負荷を低下させることを示している。その一方で、本発明の鋼コードは、より軽量のベルトプライを低コストで提供するために、より小さい線密度とともに、より小さいストランド撚り角度およびコード撚り角度を有している。本発明の鋼コードによって補強された空気式タイヤは、必要とする材料が少ないだけでなく、より小さい転がり抵抗ももたらす。

本発明の第３の実施形態として、５×２鋼コードは、５本のストランドを備え、各々のストランドは２つの鋼フィラメントを備える。フィラメント直径は、０．２６ｍｍである。ストランド撚り角度は１０．５２度であり、コード撚り角度は１９．１６度であり、２つの撚り角度の合計は２９．６８度である。鋼コードの破断時伸びは、６．２７％であり、鋼コードの構造的伸びは２．７８％である。

本発明は、上記の実施形態によって示され説明されるが、詳細に示されたものに限定されることは意図しない。本発明の趣旨からいかなる方法においても逸脱することなく加えられ得る改変形態および変更は、本発明の保護範囲内である。

Claims (7)

1. コード撚りピッチで一緒に撚られた複数のストランドを備え、
   前記ストランドの各々が、ストランド撚りピッチで一緒に撚られた複数のフィラメントを備える鋼コードであって、
   前記鋼コードの破断時伸びは５％以上であり、
   前記ストランドはストランド撚り角度を有し、
   前記鋼コードはコード撚り角度を有し、
   前記ストランド撚り角度および前記コード撚り角度の合計が２０から２９度の間の場合、前記鋼コードの構造的伸びは２．０％以上であり、
   前記ストランド撚り角度および前記コード撚り角度の合計が３０から３８度の間の場合、前記鋼コードの構造的伸びは２．５％以上であり、
   前記ストランド撚り角度および前記コード撚り角度の合計が３９から４８度の間の場合、前記鋼コードの構造的伸びは３．０％以上である、
   ことを特徴とする、鋼コード。
2. 前記鋼コードの構造的伸びは、４．０％以下であることを特徴とする、請求項１に記載の鋼コード。
3. 前記ストランドの数が、２から７本の間であり、前記ストランド内の前記フィラメントの数が、２から９本の間であることを特徴とする、請求項２に記載の鋼コード。
4. 前記フィラメントの直径が、０．１０ｍｍから０．６０ｍｍの間であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の鋼コード。
5. 前記ストランド内の前記フィラメントが、単層または二重層構造で構築されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の鋼コード。
6. カーカス、ベルト、ゼロ度ベルトおよびクラウンを備える空気式タイヤであって、
   前記ゼロ度ベルトが、請求項１〜５のいずれか一項に記載の鋼コードと、前記鋼コードが埋め込まれたゴムマトリックスとを備えることを特徴とする、空気式タイヤ。
7. カーカス、ベルト、およびクラウンを備える空気式タイヤであって、前記ベルトが、移行層、作用層、および保護層を備える空気式タイヤにおいて、前記保護層が、請求項１〜５のいずれか一項に記載の鋼コードと、前記鋼コードが埋め込まれたゴムマトリックスとを備えることを特徴とする、空気式タイヤ。