JP2018021284A - タイヤ用スチールコードおよびこれを用いた空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】優れた耐カット性、耐腐食性を有しつつ、工場作業性にも優れたタイヤ用スチールコードおよびこれを用いた空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】２本のコアフィラメント１からなるコア１１と、コア１１の周りに８本のシースフィラメント２が撚り合わされてなるシース１２と、からなる層撚り構造を有するスチールコードであり、コア１１を構成する２本のコアフィラメント１が撚り合わされてなり、コアフィラメント１の撚り方向とシースフィラメント２の撚り方向とが異なっており、かつ、コアフィラメント１の径Ｄｃと、シースフィラメント２の径Ｄｓとが、下記式（１）、
０．９０≦Ｄｓ／Ｄｃ≦１．１０ （１）
で表される関係を満足する。
【選択図】図１

Description

本発明は、タイヤ用スチールコードおよびこれを用いた空気入りタイヤ（以下、それぞれ、単に「スチールコード」および「タイヤ」とも称す）に関し、詳しくは、優れた耐カット性、耐腐食性を有しつつ、工場作業性にも優れたタイヤ用スチールコードおよびこれを用いた空気入りタイヤに関する。

荒れ地を走行する機会を有する一般のダンプトラック用タイヤは、破砕岩石が散乱する路面の走行を余儀なくされる。そのため、補強材として、スチールコードが広く用いられている。このような中、例えば、特許文献１では、耐ベルト端セパレーション性に優れ、タイヤの耐久性および更生性を改善する、トラック・バス用タイヤに用いるスチールコードとして、１〜３本のスチールフィラメントからなるコアと、このコアの周りに６〜９本のスチールフィラメントを撚り合わせたスチールコードであって、所定の物性を満足するスチールコードが提案されている。

特開平２−３０６８０１号公報

ダンプトラック用タイヤは、荒地走行を行うためベルトのカット故障が生じやすい。そのため、この外傷入力に対する抵抗力、すなわち、耐カット性を高めるため、ベルトの各層に使用するスチールコードには、せん断荷重が大きいことが求められる。また、カット傷から水が浸入してスチールコードを腐食し、これがセパレーション故障を招くということも考えられる。そのため、スチールコードに水分が浸入しないよう、スチールコード内部に十分にゴムを浸透させる必要がある。さらに、スチールコードをベルトの交錯層に用いる場合、内圧や荷重に耐えられるよう、十分な強度も求められる。そのため、このようなタイヤに用いるスチールコードには、さらなる改良が求められている。

そこで、本発明の目的は、優れた耐カット性、耐腐食性を有しつつ、工場作業性にも優れたタイヤ用スチールコードおよびこれを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、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、以下の知見を得た。すなわち、２＋８構造のスチールコードのコアを撚り合わせることにより、カット入力時にスチールコード断面が変形し、カット入力を緩和することができる。また、ゴムの浸透量（ゴムペネ量）が不足している従来のスチールコードの場合、ゴムと接着している最外シースに加わった力が集中するため、ベルト端の歪により生じた亀裂が進展しやすい傾向にある。しかしながら、２＋８構造であって、コアフィラメントとシースフィラメントを同径で異方向撚りとすることで、ゴムペネ量が十分確保されることから、スチールコード全体で歪を負担することができる。さらに、コアフィラメントとシースフィラメントが同径であれば、表面積が同一であり、歪をより均等にすると共に、コアフィラメントとシースフィラメントが異方向撚りであれば、様々な方向からの歪に対して耐亀裂進展性を高めることができる。かかる知見をもとに、本発明者は、さらに鋭意検討した結果、下記構成とすることで、上記課題を解消することが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、本発明のタイヤ用スチールコードは、２本のコアフィラメントからなるコアと、該コアの周りに８本のシースフィラメントが撚り合わされてなるシースと、からなる層撚り構造を有するタイヤ用スチールコードにおいて、
前記コアを構成する前記２本のコアフィラメントが撚り合わされてなり、前記コアフィラメントの撚り方向と前記シースフィラメントの撚り方向とが異なっており、かつ、
前記コアフィラメントの径Ｄｃと、前記シースフィラメントの径Ｄｓとが、下記式（１）、
０．９０≦Ｄｓ／Ｄｃ≦１．１０ （１）
で表される関係を満足することを特徴とするものである。

本発明のスチールコードにおいては、前記Ｄｃと前記Ｄｓとは、同径であることが好ましい。また、本発明のスチールコードにおいては、前記Ｄｃおよび前記Ｄｓは、いずれも０．３０〜０．５５ｍｍであることが好ましい。さらに、本発明のスチールコードにおいては、前記コアフィラメントの撚りピッチは、５〜１５ｍｍであることが好ましい。さらにまた、本発明のスチールコードにおいては、前記シースフィラメントの撚りピッチは、９〜３０ｍｍであることが好ましい。また、本発明のスチールコードにおいては、前記シースの隙間面積Ｓ１と前記シースフィラメントの断面積の総和Ｓ２とが下記式（２）、
４０≦Ｓ１／Ｓ２×１００（％）≦１２０ （２）
で表される関係を満足することが好ましい。さらに、本発明のスチールコードにおいては、前記シースの隙間面積Ｓ１が０．３０ｍｍ^２以上であることが好ましい。さらに、本発明のスチールコードにおいては、前記コアフィラメントの強力Ｆ１と、前記シースフィラメントの強力Ｆ２とが下記式（３）、
Ｆ１／Ｆ２×１００≧９０（％） （３）
で表される関係を満足することが好ましい。さらにまた、本発明のスチールコードにおいては、前記シースフィラメントの強力Ｆ２が、１５０Ｎ以上であることが好ましい。

また、本発明の空気入りタイヤは、本発明のタイヤ用スチールコードが用いられてなることを特徴とするものである。

本発明によれば、優れた耐カット性、耐腐食性を有しつつ、工場作業性にも優れたタイヤ用スチールコードおよびこれを用いた空気入りタイヤを提供することができる。

本発明の一好適な実施の形態に係るタイヤ用スチールコードの断面図である。 本発明の一好適な実施の形態に係るタイヤ用スチールコードの断面図であり、（ａ）はカット入力前の断面図であり、（ｂ）はカット入力時の断面図である。 １×３＋８構造のスチールコードの断面図であり、（ａ）は、カット入力前の断面図であり、（ｂ）はカット入力時の断面図である。 本発明の一実施の形態に係る空気入りタイヤの幅方向断面図である。 スチールコードのせん断破断強度の測定方法の概略説明図である。

以下、本発明のタイヤ用スチールコードおよび空気入りタイヤについて、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の一好適な実施の形態に係るタイヤ用スチールコードの断面図である。図示するように、本発明のスチールコード２０は、２本のコアフィラメント１からなるコア１１と、コア１１の周りに８本のシースフィラメント２が撚り合わされてなるシース１２からなる層撚り構造を有している。本発明のスチールコード２０においては、コア１１を構成する２本のコアフィラメント１が撚り合わされてなる。かかる構成とすることで、従来の３本のコアフィラメントが撚り合わされてなるスチールコードよりも、耐カット性に優れたものになる。以下、その理由について説明する。

図２は、本発明の一好適な実施の形態に係るタイヤ用スチールコードの断面図であり、（ａ）はカット入力前の断面図であり、（ｂ）はカット入力時の断面図である。また、図３は、１×３＋８構造のスチールコードの断面図であり、（ａ）は、カット入力前の断面図であり、（ｂ）はカット入力時の断面図である。スチールコード２０にカットが入ると、図２（ａ）、図３（ａ）に示す断面を有するスチールコード２０は、それぞれ、図２、図３の（ｂ）に示すように、コアフィラメント１およびシースフィラメント２の位置が変化する。ここで、図２（ｂ）、図３（ｂ）中の矢印はカット入力の方向を表している。

図２（ｂ）と図３（ｂ）とを比較すると、図２（ｂ）のように、２本のコアフィラメント１を撚り合わせたコア１１を有するスチールコード２０は、コア１１に隙間が多いため、カット入力時にシースフィラメント２がコア１１の隙間部分に沈み込み、断面が扁平形状に変形することができる。そのため、カット入力を緩和することができ、せん断荷重が高くなる。一方、図３（ｂ）のように、３本のコアフィラメント１を撚り合わせたコア１１を有するスチールコードは、カット入力時にシースフィラメント２がコア１１に沈み込む隙間がないため、カット入力があっても断面が扁平形状に変形することができない。そのため、カット入力を緩和することができず、せん断荷重が相対的に小さい。コアフィラメントが１本または４本のスチールコードの場合も同様に、コアにシースフィラメントが沈み込む隙間がない。したがって、本発明のスチールコード２０においては、コア１１は２本のコアフィラメント１が撚り合わされてなるものとしている。また、シースフィラメントの沈み込みがスムーズにできるため、コアフィラメントおよびシースフィラメントは真直性を有するフィラメントを使用することが好ましい。

また、本発明のスチールコード２０は、シースフィラメント２の本数は８本である。シースフィラメントが８本未満であると、スチールコードの単位面積当たりのスチール量が少ないため、せん断荷重が低下してしまう。一方、シースフィラメントが８本を超えると、シースフィラメント間の隙間が小さくなってしまい、扁平につぶれることができず、やはりせん断荷重が低くなってしまう。また、シースフィラメント間の隙間も小さくなり、ゴムが浸透しにくくなり好ましくない。

さらに、本発明のスチールコード２０においては、コアフィラメント１の撚り方向とシースフィラメント２の撚り方向とが異なっている。これにより、スチールコード２０の内部へのゴムの浸入が容易になり、スチールコード２０の耐腐食性が向上している。また、コアフィラメント１とシースフィラメント２との撚り方向が異なるため、スチールコード２０をゴム被覆したトリート才断時のトリートの変形を抑制することができ、本発明のスチールコードを用いたタイヤを製造する際の作業性にも優れ、かつ様々な方向からの歪に対して亀裂進展を抑止するという効果も得ることができる。

さらにまた、本発明のスチールコード２０においては、コアフィラメント１の径Ｄｃと、シースフィラメント２の径Ｄｓとが、下記式（１）、
０．９０≦Ｄｓ／Ｄｃ≦１．１０ （１）
で表される関係を満足する。Ｄｓ／Ｄｃが、かかる範囲を満足することで、スチールコード２０の内部へのゴムの浸透性を良好に確保することができ、かつ、十分な耐カット性および強力を得ることができる。かかる効果を良好に得るためには、
０．９５≦Ｄｓ／Ｄｃ≦１．０８ （４）
であることが好ましく、より好ましくは、
１．００≦Ｄｓ／Ｄｃ≦１．０５ （５）
であり、特に好ましくは、Ｄｓ＝Ｄｃである。

また、本発明のスチールコード２０においては、コアフィラメント１の径Ｄｃおよびシースフィラメント２の径Ｄｓは、いずれも０．３０〜０．５５ｍｍであることが好ましい。コアフィラメント１およびシースフィラメント２の径を、かかる範囲とすることで、やはり、スチールコード２０の内部へのゴムの浸透性を良好に確保することができ、かつ、十分な耐カット性および強力を得ることができる。かかる効果を良好に得るためには、０．３０〜０．４６ｍｍであることが好ましく、より好ましくは、０．３７〜０．４３ｍｍである。

さらに、本発明のスチールコード２０においては、コアフィラメント１の撚りピッチは、５〜１５ｍｍであることが好ましい。コアフィラメント１の撚りピッチを、かかる範囲とすることでとすることで、スチールコード２０の内部への、十分なゴム浸透性が得られる。好適には５〜１３ｍｍ、より好適には７〜９ｍｍである。

さらにまた、本発明のスチールコード２０においては、シースフィラメント２の撚りピッチは、９〜３０ｍｍであることが好ましい。シースフィラメント２の撚りピッチを９ｍｍ以上とすることで、スチールコード２０の表面の凹凸を小さくすることができ、その結果、ゴムとスチールコード２０の接着性が向上するため、耐久性が向上する。一方、シースフィラメント２の撚りピッチが長くなると、シースフィラメント２に沿った水分の伝播が速くなってしまう。このような現象を防止するために、シースフィラメント２の撚りピッチは、３０ｍｍ以下とすることが好ましい。より好ましくは、９〜２６ｍｍであり、さらに好ましくは、１５〜２０ｍｍである。

本発明のスチールコード２０においては、シース１２の隙間面積Ｓ１とシースフィラメント２の断面積の総和Ｓ２とが下記式（２）、
４０≦Ｓ１／Ｓ２×１００（％）≦１２０ （２）
で表される関係を満足することが好ましい。ここで、シース１２の隙間面積Ｓ１とは、図１中の斜線で示した部分をいう。Ｓ１／Ｓ２×１００（％）を４０以上とすることで、シース１２の隙間面積が十分に確保でき、カット入力時にスチールコードが扁平形状に変形しやすくなる。また、シース１２の隙間が大きくなるため、ゴムの浸透性にも優れ、カット傷から水が浸入してスチールコードを腐食することに起因するセパレーション故障も良好に防止することができる。一方、Ｓ１／Ｓ２×１００（％）を１２０以下とすることで、シース１２中のスチール量を確保し、補強材としての耐カット性を十分に確保することができる。

なお、シース１２の隙間面積Ｓ１は下記式（６）で求めることができる。
Ｓ１＝（ｒ_１＋ｒ_２）^２π−ｒ_１ ^２π−ｒ_２ ^２π×Ｎ／４ （６）
ｒ_１：コアフィラメントの直径
ｒ_２：シースフィラメントの直径
Ｎ：シースフィラメントの本数

また、本発明のスチールコード２０においては、シース１２の隙間面積Ｓ１は０．３０ｍｍ^２以上であることが好ましい。シース１２の隙間面積Ｓ１が０．３０ｍｍ^２以上となるようにコアフィラメント１の径とシースフィラメント２の径を調整することで、本発明の効果を、良好に得ることができる。

さらに、本発明のスチールコードにおいては、コアフィラメントの強力Ｆ１と、シースフィラメントの強力Ｆ２とが下記式（３）、
Ｆ１／Ｆ２×１００≧９０（％） （３）
で表される関係を満足することが好ましい。空気入りタイヤにおいては、ベルト層に対しては強度も要求される。これが不十分であると、内圧や荷重に耐えられず、バースト耐久性を低下させてしまう。しかしながら、強度を高めるためにスチールフィラメントを太くすると、スチールコードへのゴムの浸透率が悪化してしまう。また、強度を高めるためにスチールフィラメントの強力を高くすると、せん断荷重が悪化してしまう。そこで、本発明のスチールコードにおいては、上記式（３）を満足させることで、好適にはＦ１＝Ｆ２とすることで、かかる問題を回避してスチールコードの強度を向上させている。好ましくは、シースフィラメントの強力Ｆ２は１５０Ｎ以上であるが、せん断荷重を考慮するとＦ１、Ｆ２の上限は５８０Ｎ以下である。

本発明のスチールコード２０は、２本のコアフィラメント１が撚り合わされてなるコア１１と、このコア１１の周りに、コアフィラメント１の逆方向に撚り合わされてなる８本のシースフィラメント２からなるシース１２を有し、かつ、コアフィラメント１の径Ｄｃと、シースフィラメント２の径Ｄｓとが、０．９０≦Ｄｓ／Ｄｃ≦１．１０であることのみが重要で、それ以外の構造については、特に制限はない。

本発明のスチールコード２０に用いるスチールフィラメントの材質についても特に制限は無く、従来用いられているものであれば何れでも用いることができるが、炭素成分が０．８０質量％以上である高炭素鋼であることが好ましい。フィラメントの素材を高硬度である炭素成分が０．８０質量％以上の高炭素鋼とすることで本発明の効果を良好に得ることができる。一方、炭素成分が１．５質量％を超えると、延性が低くなり耐疲労性が劣るので好ましくない。

本発明のスチールコード２０は、その表面にめっき処理が施されていてもよい。スチールコード２０の表面のめっきの組成としては、特に限定されるものはないが、好適には銅と亜鉛からなるブラスめっきであり、より好適には、銅の含有率が６０質量％以上である。これによりスチールフィラメントとゴムとの接着性 を向上させることができる。

次に、本発明の空気入りタイヤについて説明する。
本発明の空気入りタイヤは、本発明のスチールコードが用いられてなるものである。図４に、本発明の一実施の形態に係る空気入りタイヤの幅方向断面図を示す。図示例では、本発明のタイヤ１００は、左右一対のビード部１０６に設けられたビードコア１０１と、クラウン部から両サイドウォール部１０５を経て両ビード部１０６に延び、ビードコア１０１に巻回されてビード部１０６に係留されたラジアルカーカス１０２と、ラジアルカーカス１０２のクラウン部タイヤ径方向外側に配置された、少なくとも３層のベルト層１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃからなるベルトと、で強化されたトレッド部１０４を備えている。本発明のスチールコードは、上述のとおり、耐カット性に優れているため、ダンプトラック等の重荷重用空気入りタイヤの補強材、特に、最外層ベルト１０３ｃ、交錯ベルト層１０３ａ、１０３ｂ、および最外層ベルト層１０３ｃのタイヤ径方向外側に配置されるベルト補強層（図示せず）の補強材として好適であるが、これに限られるものではない。

なお、本発明のタイヤ１００においては、構造の詳細や各部材の材質等については特に制限はなく、従来公知のもののうちから適宜選択して構成することができる。例えば、トレッド部１０４の表面には適宜トレッドパターンが形成され、ビードコア１０１のタイヤ半径方向外側にはビードフィラー（図示せず）が配置され、タイヤ１００の最内層にはインナーライナーが配設される。さらにまた、本発明のタイヤ１００において、タイヤ１００内に充填する気体としては、通常のあるいは酸素分圧を変えた空気、または窒素等の不活性ガスを用い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１〜１７および比較例１〜１１＞
下記表１〜５に示す構造の２層撚りのスチールコードを作製した。シースフィラメントのシースの隙間面積Ｓ１、断面積の総和Ｓ２、Ｓ１／Ｓ２×１００の値、コアフィラメントの強力Ｆ１、シースフィラメントの強力Ｆ２およびＦ１／Ｆ２×１００の値を同表に併記する。得られたスチールコードにつき、以下の項目について評価を行った。評価方法は下記のとおりである。

＜耐カット性＞
得られたスチールコードについて、１６５°に屈曲させた状態で保持し、このスチールコードに図５に示すような治具を押し当て、破断強度を求め、別途常法に基いて測定した単純引張強力の値で割る（せん断強力／単純引張強力）ことで個々の耐カット性を求めた。得られた結果を、比較例１のスチールコードを１００として指数表示した。この数値が大なる程、結果が良好であり、４００以上を合格とした。得られた結果を表１〜５に併記する。

＜ゴムペネ性＞
表１〜５に示す種々のスチールコードをゴムに埋設し、スチールコード補強ゴムの試料を作製し、ゴム浸透性を評価した。各スチールコードを試料から解剖して取り出した後、ＮａＯＨ−１０％水溶液に片端を浸して、２４時間放置後、「ゴムの剥離長さ」を測定した。スチールコードの内部までゴムが浸透していれば、ゴムは剥離しない。「ゴム剥離長さ」の逆数をとり、比較例１のスチールコードを１００として指数表示した。この数値が大なる程、結果が良好であり、５００以上を合格とした。結果を表１〜５に併記する。

＜単純引張強力／コード径＞
常法に基いて測定したスチールコードの単純引張強力をスチールコード径で割ることで算出した。１８００Ｎ／ｍｍ以上の場合を合格とした。結果を表１〜５に併記する。

＜耐トレッドセパレーション性＞
得られた各スチールコードを最外層ベルト層に適用した図４に示すタイプのタイヤを、タイヤサイズ：１１Ｒ２２．５／１４ＰＲで作製した。最外層ベルト層の角度は±２０°とし、打込み数は２５本／５０ｍｍとした。作製したタイヤを、サイズ：８．２５インチのリムに装着し、空気圧７００ｋＰａ、荷重２６．７ｋＮ、速度６０ｋｍ／ｈの条件でドラム走行試験を５００時間行い、ドラム走行試験後のタイヤを切断分解して、最外層ベルト層に発生した亀裂の長さを測定し、比較例１を基準とする指数にて表示した。この値が大きいほど耐トレッドセパレーション性に優れ、良好であり、５０以上を合格とした。結果を表１〜５に併記する。

＜工場作業性＞
各スチールコードを用いて作製したトリートを才断した際に、トリート端部が作業性を損なう程度まで跳ね上がって大きくカールしたものを×、カールが小さく作業性に影響のないものを○として評価した。結果を表１〜５に併記する。

上記表１〜５より、本発明のスチールコードは、耐カット性、耐腐食性を有しつつ、工場作業性に優れていることがわかる。

１ コアフィラメント
２ シースフィラメント
１１ コア
１２ シース
２０ スチールコード
３０ 治具
１００ 空気入りタイヤ
１０１ ビードコア
１０２ ラジアルカーカス
１０３ ベルト層
１０４ トレッド部
１０５ サイドウォール部
１０６ ビード部

Claims (10)

1. ２本のコアフィラメントからなるコアと、該コアの周りに８本のシースフィラメントが撚り合わされてなるシースと、からなる層撚り構造を有するタイヤ用スチールコードにおいて、
   前記コアを構成する前記２本のコアフィラメントが撚り合わされてなり、前記コアフィラメントの撚り方向と前記シースフィラメントの撚り方向とが異なっており、かつ、
   前記コアフィラメントの径Ｄｃと、前記シースフィラメントの径Ｄｓとが、下記式（１）、
   ０．９０≦Ｄｓ／Ｄｃ≦１．１０ （１）
   で表される関係を満足することを特徴とするタイヤ用スチールコード。
2. 前記Ｄｃと前記Ｄｓとが、同径である請求項１記載のタイヤ用スチールコード。
3. 前記Ｄｃおよび前記Ｄｓが、いずれも０．３０〜０．５５ｍｍである請求項１または２記載のタイヤ用スチールコード。
4. 前記コアフィラメントの撚りピッチが、５〜１５ｍｍである請求項１〜３のうちいずれか一項記載のタイヤ用スチールコード。
5. 前記シースフィラメントの撚りピッチが、９〜３０ｍｍである請求項１〜４のうちいずれか一項記載のタイヤ用スチールコード。
6. 前記シースの隙間面積Ｓ１と前記シースフィラメントの断面積の総和Ｓ２とが下記式（２）、
   ４０≦Ｓ１／Ｓ２×１００（％）≦１２０ （２）
   で表される関係を満足する請求項１〜５のうちいずれか一項記載のタイヤ用スチールコード。
7. 前記シースの隙間面積Ｓ１が０．３０ｍｍ^２以上である請求項１〜６のうちいずれか一項記載のタイヤ用スチールコード。
8. 前記コアフィラメントの強力Ｆ１と、前記シースフィラメントの強力Ｆ２とが下記式（３）、
   Ｆ１／Ｆ２×１００≧９０（％） （３）
   で表される関係を満足する請求項１〜７のうちいずれか一項記載のタイヤ用スチールコード。
9. 前記シースフィラメントの強力Ｆ２が、１５０Ｎ以上である請求項１〜８のうちいずれか一項記載のタイヤ用スチールコード。
10. 請求項１〜９のうちいずれか一項記載のタイヤ用スチールコード。が用いられてなることを特徴とする空気入りタイヤ。

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