JP3678871B2 - ゴム補強用スチールコードおよびそれを使用した重荷重用ラジアルタイヤ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はゴム補強用スチールコードおよびそれを使用した重荷重用ラジアルタイヤに関し、特に耐疲労性および強力保持性を向上させたゴム補強用スチールコード、およびそれを特にカーカスプライに適用し耐久性を向上させた、トラック・バス及びライトトラック用の扁平重荷重用ラジアルタイヤに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トラック・バスやライトトラック用の重荷重用ラジアルタイヤの補強用に用いられるスチールコードとしては、例えば、３本のコアフィラメントと、その周囲に配列した９本のシースフィラメントと、さらにその周囲にスパイラルのラップフィラメントが存在する、いわゆる３＋９＋１構造などの層撚り構造のものがよく知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来一般的に、タイヤ走行中、タイヤ補強用スチールコードはコード内のフィラメント同士のフレッティング摩耗により、フィラメント断面積が減少し、コード強力が低下していく。そのとき、コード内の一部のフィラメントだけがフレッティング摩耗による断面積の減少が激しければ、そのフィラメントは衝撃引張り、繰り返し曲げに対して破断を起こしやすくなる。一旦一部のフィラメントが破断すると、他のフィラメントの引張り応力が増大し、コードの疲労破壊が促進されるという問題があった。
【０００４】
このようなコードの耐久性を増すためには、コード内の一部のフィラメントが先行的に早期破断することを避ける必要があり、そのためにはコード内のフィラメント強力低下をできるだけ一様とする必要がある。
【０００５】
そこで本発明の目的は、例えばタイヤ補強用として用いた場合に、コード本来の諸特性を損なうことなく、走行によるコード内フィラメントの強力低下がこれまで以上に一様となるようにして、耐疲労性および強力保持性を向上させたゴム補強用スチールコード、およびそれを使用した重荷重用ラジアルタイヤを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者はタイヤ走行によるカーカスプライ用のスチールコード内のフィランメントの強力低下を、層撚り構造を持ちスパイラルのラップフィラメントでコードをラッピングし安定化したコードにつき調査した結果、最外層同軸層のフィラメントの強力低下が極端に大きいこと、また強力低下の主要因がスパイラルのラップフィラメントとのフレッティング摩耗であることを見いだした。
【０００７】
そこで強力低下の主要因であるスパイラルのラップフィラメントを除去し、これによるフレッティングが発生しないようにした２層撚りコードにつき更に調査した結果、かかるコードではスパイラルのラップフィラメントによるフレッティングは無くなり、最外層同軸層のフィラメントの強力低下は少なくなったが、ラップフィラメントが無くなったためにコードの拘束性が悪くなり、コードを極端に曲げるとフィラメントがバラバラとなって、一部のフィラメントに異常入力が入り、フィラメントが破断する現象が見られた。この場合、コードの破断寿命がスパイラルのラップフィラメントでコードをラッピングし安定化したコードに比べ、大幅に低下した。この現象により、極端な曲げ入力によるコード寿命の低下を防止するために、フィラメントがなんらかの形で拘束されている必要があることが明らかになった。
【０００８】
本発明者は、上記のように層撚り構造のカーカスプライ用スチールコードにおいて、フィラメントの拘束を維持し、コード大曲げ入力時のフィラメントへの異常入力を抑制しつつ、スパイラルのラップフィラメントと最外層同軸層のフィラメント間のフレッティング摩耗を軽減し、最外層同軸層フィラメントの強力低下を防止すべく更に鋭意検討した結果、スチールコードを下記の構成とすることにより、フィラメント拘束を維持しつつ、最外層同軸層とスパイラルとの間のフレッティングによる強力低下を抑制し、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本発明のゴム補強用スチールコードは、１本のスチールフィラメントからなる中心基本構造のコアと、このコアのまわりに配列した５本のスチールフィラメントからなる同軸層の第１シースと、さらにこの第１シースの外接円上に配置され得るだけの数より１ないし２本少ない本数の、第１シースと同一線径のフィラメントからなる最外層同軸層の第２シースとを有する３層撚りで、かつスパイラルのラップフィラメントが存在しないスチールコードであって、第１シースと第２シースのフィラメントの撚り方向が同一方向撚りになるように撚り合わされ、さらにコアのフィラメント径Ｄｃ（ｍｍ）と第１および第２シースのフィラメント径Ｄｓ（ｍｍ）とが次式、
１５＜３６０−１０×Arc sin｛Ｄｓ／（Ｄｃ ＋Ｄｓ ）｝＜４５ （１）
Ｄｃ＜Ｄｓ≦０．２０ （２）
で表される関係を満足し、かつ第１シースの撚りピッチＰ_１（ｍｍ）と第２シースの撚りピッチＰ_２（ｍｍ）とが次式、
１．５×Ｐ_１＜Ｐ_２≦４×Ｐ_１ （３）
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。
【００１０】
また、本発明は、前記ゴム補強用スチールコードが扁平率７５％以下のラジアルタイヤのカーカスプライに適用されていることを特徴とする扁平重荷重用ラジアルタイヤに関する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
層撚り構造のスチールコードのフィラメント強力低下の不均一性、特にタイヤに適用した場合の該タイヤ走行中の最外層同軸層フィラメントの極度の強力低下は、スパイラルのラップフィラメントが最外層同軸層フィラメントの撚り方向と異方向に撚られていることによるものである。即ち、この場合には最外層同軸層フィラメントとスパイラルのラップフィラメントとの接触面積が小さいので単位面積当たりの接触圧が大きくなるためである。
【００１２】
また、タイヤ転動時、タイヤの接地部のカーカスプライコードには、コード長手方向に対して捻れ入力が生じる。仮に最外層同軸層の撚りがほぐれる方向に捻れ入力が生じた場合、スパイラルのラップフィラメントが最外層同軸層フィラメントの撚り方向と異方向に撚られていると、スパイラルのラップフィラメントは撚りが締まる方向に捻れ入力が生じ、両フィラメントの間で相対的な移動が起こる。接触圧が大きい上に大きな相対移動が起こると、スパイラルのラップフィラメントによって最外層同軸層フィラメントの断面積減少が進行し、その結果、最外層同軸層フィラメントの、より大きな強力低下が生じる。
【００１３】
同様にコードの同軸層間に異方向撚りがあると、その部分の層間のフィラメント同士の接触圧が高くなり、フィラメント断面積の減少が進行し、その結果、同軸層フィラメントの強力低下が生じる。
【００１４】
また、断面積が減少した部分（フレッティング部）は、フィラメントの表面処理（メッキ）が露出して、フィラメントが腐食しやすくなり、コードの耐腐食疲労性にも悪影響を与える。
【００１５】
上記のような現象は、特に、かかるスチールコードを扁平率が７５％以下の扁平重荷重用ラジアルタイヤのカーカスプライに適用した場合において顕著に現れる。これは、扁平率が７５％以下の扁平重荷重用ラジアルタイヤのサイド部のカーカスプライコードの曲率半径が、扁平率８０％以上の重荷重用ラジアルタイヤに比べて小さくなるためである。
【００１６】
ところで、全ての同軸層が同方向撚りの層撚りコードのラップフィラメントを除去した、所謂ノンスパイラル構造のスチールコードでは、フレッティングによるフィラメントの強力低下は生じにくいが、各層のフィラメントが最密に配置されていると、先に述べたように大曲げ入力が生じた際にフィラメントがバラバラになり、一部のフィラメントに異常入力が生じてフィラメントが破断し、コードの破断寿命が低下するという問題を生ずる。
【００１７】
そこで本発明のスチールコードにおいては、最外層の第２シースのフィラメント数が、その１層内側の第１シースの外接円上に配置され得るフィラメント数より１本ないし２本少なくしてある。これにより、第２シースのフィラメント間にコーティングゴムを浸入させることができ、最外層の第２シースのフィラメントが拘束されて、スパイラルフィラメントを有する場合と同等に近い効果が得られ、フレッティングによるフィラメントの強力低下が抑制されることに加え、大曲げ入力時のコード破断寿命の低下をも抑えることができる。
【００１８】
また、中心基本構造のコアが１本のフィラメントでその周りに５本のシースフィラメントを撚って配置する場合、第１シースのフィラメント間に若干の隙間が存在しないと、コアの周りに配置した第１シースのフィラメント間の接触圧が高まり、第１シースのフィラメントの耐疲労性が低下する。一方、第１シースのフィラメント間の隙間が大きすぎると、コードが同方向撚りのため、コード製造時に第１シース間に第２シースが落ち込み、撚り不良が発生するので、好ましくない。
【００１９】
本発明のスチールコードにおいては、コアのフィラメント径Ｄｃ（ｍｍ）と第１および第２シースのフィラメント径Ｄｓ（ｍｍ）とが次式、
１５＜３６０−１０×Arc sin｛Ｄｓ／（Ｄｃ＋Ｄｓ）｝＜４５ （１）
Ｄｃ＜Ｄｓ≦０．２０ （２）
で表される関係を満足し、かつ第１シースの撚りピッチＰ_１（ｍｍ）と第２シースの撚りピッチＰ_２（ｍｍ）とが次式、
１．５×Ｐ_１＜Ｐ_２≦４×Ｐ_１ （３）
で表される関係を満足することで、コアと第１シースのフィラメントの耐疲労性の低下を防止し、かつコード製造時に撚り不良が出ないようにすることができる。
【００２０】
前記（１）式について、図１に示すように１本のコアフィラメント１のまわりに５本のシースフィラメント２が配置されている場合を例にとり、具体的に説明する。この例の場合、コアフィラメント１の直径Ｄｃとシースフィラメント２の直径Ｄｓとの間は次式、

で表わされる関係があり、この式は次式、
θ= Arc sin｛Ｄｓ／（Ｄｃ＋Ｄｓ）｝
で表わされる。
よって、コアフィラメントに接するシースフィラメントの円周に対して、コアフィラメントの中心から引いた接線のなす角度は２θとなり、シースフィラメント５本で１０θとなる。換言すれば、前記（１）式中の「３６０−１０×Arc sin｛Ｄｓ／（Ｄｃ＋Ｄｓ）｝」は「３６０−１０θ」となる。よって、（１）式の範囲は、コアのまわりに５本の第１シースがすき間をもって配置され、かつ第２シースが落ち込まない範囲を表わす。
【００２１】
一般に、スチールコードにおいては、フィラメント径が太くなると、コードに極端な曲げ入力が入ったとき、フィラメントの破断が発生する。それを回避する為には、フィラメントの表面歪みを低減することが有効である。一般にフィラメントの歪みεは、ε＝Ｄ／２Ｒ（Ｄ：フィラメント径，Ｒ：コードを曲げたときの曲率半径）で近似される。つまり、一定の曲げ入力Ｒの下で、フィラメントの表面歪みεを低減する為には、フィラメント径Ｄをできるだけ細くすることが有効である。
【００２２】
ここで、重荷重用ラジアルタイヤのカーカスプライ、特に扁平率が７５％以下の扁平重荷重用ラジアルタイヤに極端な曲げ入力が入ったとき、カーカスプライ補強用スチールコードのフィラメントが破断しないフィラメント径は、上記の効果を加味したコードにおいて、本発明において規定するように０．２０ｍｍ以下であることが必要であり、このことは実験によって確認されている。すなわち、スチールコードのフィラメント径は０．２０ｍｍより大きいと表面歪みが大きくなり、好ましくない。
【００２３】
また、できるだけフィラメントの線径を細くして、必要なコード強力を確保する為には、中心基本構造のコアの周りに２層以上の同軸層を有することが必要であり、さらにはフィラメントの単位断面積当たりの強力（抗張力）を３３０Ｋｇ／ｃｍ^２にした、いわゆる高強力鋼材を用いることが好ましい。
【００２４】
なお、本発明のスチールコードと撚り構造が類似する既知のスチールコードとして、実開昭６４−１００９８号公報記載のものがあるが、この公報記載のスチールコードは、以下の▲１▼〜▲３▼に示すような点から、扁平率７５％以下の扁平率を有する重荷重用ラジアルタイヤのカーカスプライに適用するには適当でない。
▲１▼フィラメント径が０．２０ｍｍ以上と太い為、極端な曲げ入力が入ったときにコードが破断する。
▲２▼コアと第１シースのフィラメント径の差が０．０４ｍｍ以上と大きいため、第１シースがコアの周りで動きやすくなり、コアのフレッティング摩耗が増えて、コアの耐疲労性が低下する。
▲３▼第１シースと第２シースの撚り方向の関係として、逆撚りを好ましいとしているが、逆撚りの場合、その部分の層間のフィラメント同士の接触圧が高くなり、フィラメント断面積の減少が進行し、その結果同軸層フィラメントの耐疲労性の低下が生じる。
【００２５】
本発明の重荷重用ラジアルタイヤは、上述した本発明のスチールコードがカーカスプライに適用されており、かかるタイヤの扁平率が７５％以下であるということ以外は特に制限されるべきものではなく、従来より重荷重用ラジアルタイヤについて知られている構造等を採用することができる。
【００２６】
【実施例】
以下に実施例および比較例により本発明を更に具体的に説明する。
下記の表１に示すコード構造を有するスチールコードをカーカスプライに打込み数２２．０本／５ｃｍにて適用して、タイヤサイズ１１／７０Ｒ２２．５ １４ＰＲのトラック・バス用扁平ラジアルタイヤ（扁平率：７０％）を各種試作した。
【００２７】
下記の表１において、実施例１は図２に示す３層同方向撚りノンスパイラルゴム浸透性コード（１＋５＋１０構造）である。また、比較例１（コントロール）は図３に示す３層撚りスパイラルつきコード（１＋５＋１１＋１構造）、比較例２は３層撚りノンスパイラルコード（１＋５＋１１構造）、さらに比較例３、比較例４および比較例５はぞれぞれコアとシースのフィラメント径が本発明の関係を満たさないコード（１＋５＋１０構造）である。なお、図２および図３中、１はコアフィラメント、２は第１シースフィラメント、３は第２シースフィラメント、４はスパイラルのラップフィラメントである。
【００２８】
かかる試作タイヤに用いたスチールコードの新品時の強力を１００とする指数表示により表す各コードの通常走行後のコード強力保持率、フレッティング深さおよひ大曲げ入力時のフィラメント破断率を下記のようにして評価した。なお、これら評価に用いたドラム走行条件は下記の通りである。
【００２９】
［ドラム走行条件］
速度：６０ｋｍ／ｈ
走行距離：１０万ｋｍ（通常時）
走行距離：１００００ｋｍ（大曲げ入力時）
内圧：８ｋｇｆ／ｃｍ^２（通常時）
内圧：１ｋｇｆ／ｃｍ^２（大曲げ入力時）
荷重：JIS １００％ 荷重（通常時）
荷重：JIS ４０％ 荷重（大曲げ入力時）
【００３０】
（１）コード強力保持率
コード強力保持率は、上記通常条件のドラム走行タイヤより取り出したカーカスコード１０本をインストロン式引っ張り試験機にて破断強力を測定し、その平均値を、新品タイヤより引き抜いたコード１０本の破断強力の平均値で除したものをコード強力保持率とした。
【００３１】
（２）フレッティング深さ
上記通常条件のドラム走行タイヤより取り出したカーカスコード１本の各層のフィラメントを２本づつ取り出し、タイヤの中心から両側に１４．５ｃｍ±２ｃｍの範囲のフレッティング摩耗によるフィラメント径の減少Ｄｆを測定し（図４）、その最大値を比較した。
【００３２】
（３）大曲げ入力時のフィラメント破断率
上記大曲げ入力条件のドラム走行タイヤのカーカスコード１０本分を取り出して、破断したフィラメントの本数を数え、コード１０本分のフィラメント総数で除したものを百分率表示したものをフィラメント破断率とした。フィラメント破断率は低い方が良い。
得られた結果を下記の表１に示す。
【００３３】
【表１】

【００３４】
＊１：（１）式：３６０−１０×Arc sin｛Ｄs ／（Ｄc ＋Ｄs ）｝
＊２：１５＜（１）式の値＜４５を満たす場合○、満たさない場合×
＊３：フレッティング深さの（ ）内はｍａｘ値を出したフィラメントを示す
＊４：コード製造時の作業性，○…問題無し，×…問題あり
＊５：コード製造時第２シースフィラメントが第１シース間に落ち込んだため落ち込んだ第２シースのフレッティングが増大
【００３５】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明のスチールコードによれば、最外層同軸層フィラメントのスパイラルのラップフィラメントによるフレッティング摩耗が低減され、かつコード内フィラメントの強力低下が抑制されるため、コードの寿命が向上する。またそれを使用した重荷重用ラジアルタイヤも、タイヤの耐久性が向上するという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 スチールコードの断面図である。
【図２】 本発明の実施例である１＋５＋１０構造の層撚りコードの断面図である。
【図３】本発明の比較例である１＋５＋１１＋１構造の層撚りコードの断面図である。
【図４】フレッティング深さを表す断面図である。
【符号の説明】
１ コアフィラメント
２ 第１シースフィラメント
３ 第２シースフィラメント
４ スパイラルのラップフィラメント
Ｄｆ フェレッティング深さ

Claims (2)

1. １本のスチールフィラメントからなる中心基本構造のコアと、このコアのまわりに配列した５本のスチールフィラメントからなる同軸層の第１シースと、さらにこの第１シースの外接円上に配置され得るだけの数より１ないし２本少ない本数の、第１シースと同一線径のフィラメントからなる最外層同軸層の第２シースとを有する３層撚りで、かつスパイラルのラップフィラメントが存在しないスチールコードであって、第１シースと第２シースのフィラメントの撚り方向が同一方向撚りになるように撚り合わされ、さらにコアのフィラメント径Ｄｃ（ｍｍ）と第１および第２シースのフィラメント径Ｄｓ（ｍｍ）とが次式、
   １５＜３６０−１０×Arc sin｛Ｄs ／（Ｄc ＋Ｄs ）｝＜４５ （１）
   Ｄc ＜Ｄs≦０．２０ （２）
   で表される関係を満足し、かつ第１シースの撚りピッチＰ_１（ｍｍ）と第２シースの撚りピッチＰ_２（ｍｍ）とが次式、
   １．５×Ｐ_１＜Ｐ_２≦４×Ｐ_１ （３）
   で表される関係を満足することを特徴とするゴム補強用スチールコード。
2. 請求項１記載のゴム補強用スチールコードが扁平率７５％以下のラジアルタイヤのカーカスプライに適用されていることを特徴とする扁平重荷重用ラジアルタイヤ。

Images