JP3805007B2

JP3805007B2 - ゴム物品補強用スチールコード

Info

Publication number: JP3805007B2
Application number: JP31493095A
Authority: JP
Inventors: 弘樹石坂
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1994-11-14
Filing date: 1995-11-09
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2015-11-09
Also published as: JPH08209564A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両用タイヤ等のゴム物品の補強に用いられる、耐疲労性の改善されたスチールコードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
重荷重用タイヤは乗用車用タイヤと同様に操縦安定性や快適性等多くの特性が要求されるが、耐久性や更生などの経済性の要求が強いために、補強材としてのスチールコードに耐疲労性の向上が強く求められている。
【０００３】
そのために補強材としてのスチールコードとしては、３＋９＋１構造、３＋９＋１５＋１構造といった層撚り構造が広く用いられている。また、中心部の３本のコア素線と外層部の９本のシース素線とを同時に撚り合わせてなる１２＋１や２７＋１といった層撚りコードは、撚り線の生産性が向上するために、経済性が特に重視される分野で用いられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
今日におけるタイヤの更なる耐久性の向上により、前述の層撚り構造のスチールコードの耐疲労性の問題が顕在化してきた。すなわち、タイヤの走行によりスチールコードは繰り返し曲げを受けるが、タイヤの耐久寿命が延びた結果、スチールコードを構成する素線の相互間での繰り返し曲げによる摩耗が著しくなり、コード強力が低下して安全性に懸念を生じるようになってきた。
【０００５】
特に、スチールコードの撚り性状を保持するためにコードの最外層の周囲に１本の素線が巻き付けられているが、繰り返し曲げによりこの１本の素線と最外層の素線との摩耗が著しいことが判明した。最外層の周囲に巻き付けられた１本の素線を取り除くことによってかかる摩耗は防止できるが、そのようにすることによって撚り性状が乱れて耐疲労性が低下するという新たな問題が生じ、これまでのところ、層撚り構造のスチールコードにおいて安全性等に関する問題を生ずることなく耐疲労性を改善することは困難であった。
【０００６】
そこでこの発明の目的は、層撚り構造のスチールコードにおいて、安全性等に関する問題を生ずることなく耐疲労性を改善することある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明のゴム物品補強用スチールコードは、直径が０．１５ｍｍ〜０．２５ｍｍである素線からなる層撚り構造のスチールコードであって、該スチールコードのコア素線の本数が１〜４本であり、該コア素線の周囲に６本以上のシース素線が１層以上巻き付けられており、該スチールコードを、最外層の素線の直径ｄ（ｍｍ）に対して曲率半径が次式、ｄ／（１７×１０^-3）の値となるように曲げたとき、該スチールコード断面内において最外層の素線の最大移動量が真直ぐ状態に比べて（−０．５４５４ｄ＋０．１４５４）×１０³μｍ以下であることを特徴とするものである。
【０００８】
この発明のゴム物品補強用スチールコードの好適例を下記の（１）〜（４）に列挙する。
（１）コア素線の本数が１〜４本、コアの周囲に巻き付けられたシース素線の本数が６〜９本である。
【０００９】
（２）上記（１）のゴム物品補強用スチールコードにおいて、コア素線の直径ｄｐとシース素線の直径ｄｑとの関係が次式、ｄｐ≧ｄｑの関係を満足する。
【００１０】
（３）コア素線の本数が１〜４本、コアの周囲に巻き付けられた内層シース素線の本数が６〜９本、該内層シースの周囲に巻き付けられた外層シース素線の本数が１１〜１５本である。
【００１１】
（４）上記（３）のゴム物品補強用スチールコードにおいて、コア素線の直径ｄｐと内層シース素線の直径ｄｑと外層シース素線の直径ｄｒとの関係が次式、ｄｐ≧ｄｑ≧ｄｒの関係を満足する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明のゴム物品補強用スチールコードの撚り構造を層撚り構造に限定したのは、コード強力と耐疲労性とが要求されるゴム物品、例えば重荷重用タイヤに適した撚り構造であるからである。
【００１３】
スチールコードを構成する素線の直径を０．１５ｍｍ〜０．２５ｍｍの範囲に限定したのは、０．１５ｍｍ未満では素線の疲労強度は増加するものの、製造コストの上昇をきたし、更に製造エネルギーが増大して資源の浪費となるという問題があり、一方、０．２５ｍｍを超えると耐疲労性が低下し、重荷重用タイヤの補強材としては好ましくないためである。
【００１４】
コアを構成する素線の本数を１〜４本に限定したのは、４本を超えるとスチールコードを曲げたときのコアストランドの素線の配置に乱れを生じ易くなって耐疲労性に問題があり、また、コアストランドの中心部の空隙が大きくなり、タイヤに外傷を生じてスチールコードに水分が浸入した際この空隙を介して水分が伝播して素線の腐食をもたらすからである。
【００１５】
最外層の素線の最大移動量を測定する際のコード曲げ量を、最外層の素線の直径ｄに対して曲率半径が次式、ｄ／（１７×１０^-3）の値となるように設定するのは、ゴム製品、例えば空気入りタイヤの補強材として用いられるときの最も苛酷な条件、例えば低内圧走行でスチールコードが破断するかしないかの評価条件、すなわち超扁平タイヤで低内圧走行する場合のスチールコードの耐久性の評価条件によるものであり、かかる値は外部からの曲げ入力の大きさと、それによるスチールコードの曲げ変形が最外層の素線の直径に依存することに基づき定められたものである。
【００１６】
かかるコード曲げ量の下における最外層の素線の最大移動量を、スチールコード断面内において真直ぐ状態に比べて（−０．５４５４ｄ＋０．１４５４）×１０³μｍ以下と限定したのは以下の理由による。すなわち、上記のような過酷な曲げ変形に対してスチールコードの耐疲労性を改善する検討を行った結果、曲げ変形を与えたときの最外層の素線の移動量が耐疲労性に関係していることが判明し、最外層の素線の直径に対して移動量を測定し、一方、これらのスチールコードの疲労試験を行い、満足できる耐疲労性領域を求めたところ、上記式で表される範囲内であれば過酷な使用条件下でも耐久性に問題がないことが分かった。すなわち、この値を超えると最外層の素線の配置に乱れを生じ耐疲労性が低下する度合いが大きくなり、また、かかる配置の乱れは最外層の素線の直径によって異なる。
【００１７】
なお、最外層の素線の最大移動量を上記式で表される値以下とするためには、素線の型付け率をコントロールする他に、スチールコードの内部にゴムを所定量浸入させる手段がある。素線の型付け率は９０％以下とし、小さい程素線の移動量に対して良好な傾向を示すが、型付けを小さくし過ぎるとコード端末の撚り性状の不良を来しゴム製品の製造に支障を生ずるので好ましくない。また、スチールコード内部へのゴムの浸入性は８０％以上であることが好ましく、そのためには最外層の素線の間にはゴムが浸入するための隙間を持たせるようにする。素線の型付け率とゴムの浸入性とを組み合わせることにより素線の移動量を更に小さくすることができる。
【００１８】
この発明においては、スチールコードを構成する素線の直径はすべて同一でも、また層間で異なっていてもよいが、好ましくは２層撚り構造のコードの場合にはコア素線の直径ｄｐとシース素線の直径ｄｑとの関係が次式、ｄｐ≧ｄｑの関係を満足することが好ましく、さらに好ましくは次式、ｄｑ＝（０．９２〜１．０）×ｄｐの関係を満足するようにすることにより、最外層の素線の移動およびフレッティングを良好に抑制することができる。また３層撚り構造のコードの場合には、図２に示す如きコア素線の直径ｄｐと内層シース素線の直径ｄｑと外層シース素線の直径ｄｒとの関係が次式、ｄｐ≧ｄｑ≧ｄｒの関係を満足することが好ましく、さらに好ましくは次式、ｄｒ＝（０．９２〜１．０）×ｄｑの関係を満足するようにすることにより、上記と同様に最外層の素線の移動およびフレッティングを良好に抑制することができる。
【００１９】
さらに、撚りピッチおよび撚り方向も限定されるものではない。すなわち、素線の直径、撚りピッチおよび撚り方向は最外層の素線の最大移動量が上記範囲内にあれば、特に限定されるべきものではない。但し、好適には最外層のピッチは７ｍｍ〜２５ｍｍにすることが実用的である。何故なら最外層のピッチが７ｍｍ未満では生産性が悪く、一方２５ｍｍを超えるとコードの膨らみを制御することが困難であるからである。
【００２０】
スチールコードを構成する素線の材質としては、ＪＩＳＧ３５０２またはＪＩＳＧ３５０６に定められているピアノ線材や硬鋼線材のうち炭素含有量が０．７０〜０．８５％であり、非金属介在物の少ないものが強度および耐疲労性の点で好ましい。
【００２１】
また、ゴム物品補強用としてのスチールコードであるためには、素線がゴムと良好に接着するための被覆、例えばブラスめっきがなされていることが好ましい。また、素線の耐食性を高めるためにニッケルめっきの上にブラスめっきが施されている素線を用いることもできる。
【００２２】
【実施例】
直径５．５ｍｍのＳＷＲＨ相当のスチールコード用線材を、乾式伸線、めっき処理および湿式伸線により所定の直径を有する素線とした後、撚線機によって表１に示す所定の層撚り構造のスチールコードを各種製造した。なお、素線の型付けは、素線相互を撚り合わせる前にピン型の型付け装置によって下記の表１に示す型付け率の値となるように行った。ここで、型付け率とは、図３に示す如く、コア素線を素線間に隙間なしで撚り合わせ、その外接円直径をＡ、コア外接円直径の回りに外接円に密着させてシース素線を巻き付け、シース素線の外接円直径をＢとし、一方、スチールコードの撚りを解してコア素線の螺旋型付けの外径をａ、シース素線の螺旋型付けの外径をｂとし、これらを測定値から次式に従い求めた。
コア素線の型付け率（％）＝（ａ／Ａ）×１００
シース素線の型付け率（％）＝（ｂ／Ｂ）×１００
【００２３】
なお、スチールコードの製造において最外層を撚り合わせる際、くせ付けをするピンを通し、型付け１００±２％にコントロールした後、撚り合わせ、続いて千鳥足状に配列したロールを通し、その出口のテンションをコードの１５％〜５０％にしてコードを製造した。かかるテンションが１５％未満ではコードの膨らみの制御が不可能であり、一方５０％を超えると製造時にコードが断線する可能性があるからである。
【００２４】
次いで、得られた供試スチールコードをゴムに埋設し加硫した試験室試料またはゴム物品から当該スチールコードを試料として採取し、真直ぐ状態の試料と、それに対応するスチールコードを最外層の素線径に応じて規定された上記曲率半径に曲げた試料とをそれぞれ金属組織測定用の樹脂に埋め込んだ。しかる後、樹脂を硬化させ、供試スチールコードの断面を観察して最外層の素線の最大移動量を以下のようにして求めた。
【００２５】
最外層の素線の最大移動量の実際の求め方を、図１に基づき説明する。
図１の（イ）には、一般的層撚り構造の例として３＋８層撚り構造のスチールコードの真直ぐな状態の断面を、一方、（ロ）には該コードの曲げたときの断面をそれぞれ示す。ここで、まず、真直ぐな状態にある最外層の素線の位置を、コード軸芯を中心としてそこから最外層の各素線の中心までの距離（Ａ〜Ｈ）を測定し、それらの平均値Ｌとして求めた。次いで、最外層の線径ｄで規定される上記式に基づく曲率半径で曲げたときの、同じくコード軸芯から最外層の各素線の中心までの距離（ａ〜ｈ）を測定し、その中で最も長い長さから上記の平均値Ｌを引いた値を最大移動量とした。
【００２６】
表２に示す供試スチールコードのコード内部へのゴム浸入性および耐疲労性は以下のようにして評価した。
ゴム浸入性
ゴムに埋設し加硫した試料からスチールコードを取り出し、コード表面のゴムを取り除き、表面のフィラメント間に浸透しているゴム量を顕微鏡で観察し、記録した。コード内部へのゴム浸透性は、表面部のフィラメントを取り除き、隣接部のフィラメントに接着しているゴム量を顕微鏡で観察し、記録した。ゴム量がゼロの場合を０％、ゴムが完全に浸透している場合を１００％として、パーセント表示にて表した。
【００２７】
耐疲労性
下記に示す疲労試験１および２は試験すべきスチールコードをゴムシートに埋設し、短冊状の試験片を作製した。試験法はＪＩＳ−Ｌ−１０１７に準拠した。このうち、疲労試験１では、予め試験片のゴム中水分を１．３％に調湿した後、試料への張力負荷１ｋｇ／コード１本、プーリー径１８〜２８ｍｍ、温度５５℃、相対湿度９５％で試験片が破断するまでの屈曲回数を記録した。試験値は、２層撚り構造のスチールコードについては比較例１の従来スチールコードの破断屈曲回数を１００として、内層シースの素線が９本の３層撚り構造のスチールコードについては比較例３の従来スチールコードの破断屈曲回数を１００として、またコア素線が１本の３層撚り構造のスチールコードについては比較例５の従来スチールコードの破断屈曲回数を１００として、それぞれ指数表示によって示しており、数値が大きいほど耐食疲労性に優れている。
【００２８】
疲労試験２では、試料への張力負荷７．５ｋｇ／コード１本、プーリー径５０ｍｍ、温度５０℃、相対湿度２０％で２００万回屈曲後、試験片よりスチールコードを取り出し、スチールコードを構成する素線の強力を記録した。試験値は、屈曲前の素線の強力を１００とした強力保持率を示しており、数値が大きいほど耐疲労性に優れている。
【００２９】
【表１】

【００３０】
【表２】

【００３１】
以上の試験結果より、この発明のスチールコードは、各従来例のスチールコードに比べて耐食疲労性および耐疲労性共に優れていることが分かる。
【００３２】
【発明の効果】
この発明のスチールコードは、所定の直径の素線からなる層撚り構造のスチールコードのコア素線およびシース素線の本数を特定し、かつ該スチールコードを特定条件下で曲げたときの最外層の素線の最大移動量を特定範囲以下としたことにより、耐食疲労性および耐疲労性ともに優れた効果を奏する。よって、このスチールコードで補強されたゴム製品は極めて寿命が長く、経済的であるとともに、省資源化にも効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（イ）は、真直ぐな状態の３＋８の層撚り構造のスチールコードの断面図である。
（ロ）は、一定条件下で曲げたときの３＋８の層撚り構造のスチールコードの断面図である。
【図２】３層撚り構造のスチールコードの断面図である。
【図３】素線の型付け率を説明するための説明図である。
【符号の説明】
ｄｐコア素線の直径
ｄｑ内層シース素線の直径
ｄｒ外層シース素線の直径

Claims

直径が０．１５ｍｍ〜０．２５ｍｍである素線からなる層撚り構造のスチールコードであって、該スチールコードのコア素線の本数が１〜４本であり、該コア素線の周囲に６〜９本のシース素線が１層巻き付けられており、該コア素線の直径ｄｐと前記シース素線の直径ｄｑとの関係が次式、ｄｐ≧ｄｑの関係を満足し、該シース素線の型付け率が８０〜９０％であり、内部へのゴムの浸入性が８０％以上であり、かつ、前記スチールコードを、最外層の素線の直径ｄ（ｍｍ）に対して曲率半径が次式、ｄ／（１７・１０^−３）の値となるように曲げたとき、前記スチールコード断面内において最外層の素線の最大移動量が真直ぐ状態に比べて（−０．５４５４ｄ＋０．１４５４）・１０^３・ｍ以下であることを特徴とするゴム物品補強用スチールコード。
直径が０．１５ｍｍ〜０．２５ｍｍである素線からなる層撚り構造のスチールコードであって、該スチールコードのコア素線の本数が１〜４本であり、該コア素線の周囲に６〜９本の内層シース素線が１層巻き付けられており、さらに該内層シースの周囲に１１〜１５本の外層シース素線が巻き付けられており、前記コア素線の直径ｄｐと前記内層シース素線の直径ｄｑと前記外層シース素線の直径ｄｒとの関係が次式、ｄｐ≧ｄｑ≧ｄｒの関係を満足し、前記内層シース素線の型付け率が８０〜９０％であり、内部へのゴムの浸入性が８０％以上であり、かつ、前記スチールコードを、最外層の素線の直径ｄ（ｍｍ）に対して曲率半径が次式、ｄ／（１７・１０ ^−３）の値となるように曲げたとき、前記スチールコード断面内において最外層の素線の最大移動量が真直ぐ状態に比べて（−０．５４５４ｄ＋０．１４５４）・１０ ^３・ｍ以下であることを特徴とするゴム物品補強用スチールコード。