JP4097820B2 - Steel cord for rubber article reinforcement - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空気入りタイヤやコンベヤベルトの補強材として供されるゴム物品補強用スチールコード、特に複数本のスチールフィラメントを撚り合わせたストランドの複数本を更に撚り合わせた複撚り構造のゴム物品補強用スチールコードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空気入りタイヤ、中でも建設車両用タイヤの補強やコンベアベルトの補強に使用されるスチールコードは、高い強力が必要とされるところから、複数本のスチールフィラメントを撚り合わせたストランドの複数本を更に撚り合わせた複撚り構造、例えば３＋９＋15構造のコアストランドのまわりに、同構造のストランドの６本をシースストランドとして撚り合わせた、７×（３＋９＋15）構造のスチールコードが広く使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この複撚り構造のコードにおける強力は、コードを構成するストランドの強力、更にはストランドを構成するフィラメントの強力の積み重さねであるが、ストランド強力の総和がコード強力に、またフィラメント強力の総和がストランド強力になるわけではなく、ストランド同士またはフィラメント同士の接触状態や撚り角などによる影響を受けて、それらの総和より小さくなるのが一般的である。
【０００４】
このようにコード強力はストランドの接触またはフィラメント同士の接触によって影響を受けるが、とりわけ悪路を走行する建設車両用タイヤでは、岩石等による凹凸部上を走行するために、タイヤ内のスチールコードに該コード長さ方向と直角の応力が加わり易く、かような場合に、コードのフィラメント同士の接触がコード強力に与える影響は極めて大きくなる。例えば、ストランド内でまたはストランド間でフィラメント同士が点接触しているような場合、その点接触部分に応力が集中し易いために、ここを起点としてフィラメントが容易に破断し、曲げ入力を受けないときのコード強力に比べて、大きな曲げ入力を受けたときのコード強力が大きく低下し、その結果、コード破断更にはタイヤバーストなどの事故に発展することが、問題となっていた。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、上述の問題点に鑑み、例えば悪路を走行するタイヤのように、大きな曲げ入力を受ける使用環境において、コードの強力低下を抑制することのできる、複撚り構造のスチールコードを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、この発明の要旨構成は、次のとおりである。
(1) コアストランドのまわりに複数本のシースストランドを撚り合わせた複撚り構造のスチールコードであって、各ストランドは、複数本のスチールフィラメントを同一方向およびほぼ同一ピッチにて撚り合わせて成り、シースストランドの最外層を構成するスチールフィラメントの撚り方向が、隣接するシースストランド間において逆であり、コアストランドの最外層を構成するスチールフィラメントの撚り方向と、コアストランドに対するシースストランドの撚り方向とが同じ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。
【０００７】
(2) 上記(1) において、各ストランドは、コアのまわりに複数本のスチールフィラメントによるシースの少なくとも１層を配置した、層撚り構造であり、各ストランドにおいて、コアとシースの撚り方向および撚りピッチが同じ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。
【０００８】
(3) 上記(1) または(2) において、コード外周にラッピングフィラメントを巻き付けていないか、またはコード外周に有機繊維によるラッピングフィラメントを巻き付けたことを特徴とするゴム物品補強用スチールコード。
【０００９】
【発明の実施の形態】
さて、図１に、この発明に従うスチールコードの断面を、撚り構造７×（３＋９＋15）構造について示す。
該スチールコードは、３本のスチールフィラメントを撚り合わせたコア１のまわりに、９本のスチールフィラメントによる第１シース２を撚り合わせ、さらにこの第１シース２のまわりに15本のスチールフィラメントによる第２シース３を撚り合わせた、コアストランド４を中心として、その周囲に、同３＋９＋15構造のシースストランド５ａ〜５ｆの６本を撚り合わせてなる。
【００１０】
なお、ストランドの構造としては、その他にも、図２に示す３＋９構造や、１×５、１＋６、３＋１０＋１５および３＋８＋１３構造等が適しているが、特に限定するものではなく、適宜の選択が可能である。また、シースストランドも、図１または図２に示す単層に限らず、シースストランドを複数層で設けることも可能である。
【００１１】
ここで、複撚り構造のコードについて、各ストランドに曲げ入力が加わった場合に、フィラメント同士の接触状態が引張り強さにどのような影響を与えるかを検討した。
【００１２】
まず、ストランド内でのフィラメント同士の接触状態を変えて曲げ入力を加えながらフィラメントの引張り強さを評価するために、図３に示す装置を用いて試験を行った。すなわち、フィラメントに曲げを加えるために、円柱６の周面上に該円柱の母線に対して所定の角度でフィラメントＡを配置し、その上にフィラメントＢを円柱６の母線に対して直交する向きで円柱の周面に巻き付けて配置しチャック７にて把持し、円柱６とチャック７をインストロン引張り試験機にて引張りフィラメントＢが破断する強さを求め、その値を、通常の曲げを付加しない一軸の引張試験におけるフィラメントの引張り強さの２倍の値で除したものを、フィラメントの強力発揮率とした。この強力発揮率が高いほど、曲げ入力時のストランドにおける強力低下は少なくなる。
【００１３】
また、図４にフィラメントの引張り強さとフィラメント交叉角度が90°における強力発揮率との関係を示すように、引張り強さを高くすると強力発揮率が低下することがわかる。従って、強力発揮率を高くするには、引張り強さを低くすることが有効であるが、フィラメントの引張り強さは、ストランドひいてはコードに必要な強力から定める必要があるから、強力発揮率を向上させるための要因にすることはできない。
【００１４】
次に、径の異なるフィラメント同士が接触した場合を考慮して、フィラメントの径が強力発揮率に与える影響について詳細に調査したところ、フィラメント径の影響を、次式(1) に近似させて整理することができた。
フィラメント強力発揮率（％）＝ｋ×θ＋100 ----(1)
ただし、ｋ＝−1.6 ×１０-15 ×Φ1 ×Φ2 ×ＴＳ6 −0.01
ここで
θ：フィラメント同士の交叉角(deg)
Φ1 ：フィラメントＡの径(mm)
Φ2 ：フィラメントＢの径(mm)
ＴＳ：フィラメントの引張り強さ(kgf/mm2)
【００１５】
上記式(1) から、フィラメントの強力発揮率の高いストランド構造は、フィラメントの引張り強さおよび線径を一定にした場合、フィラメントの交叉角を極力小さくすると得られることがわかる。
【００１６】
さらに、複数本のストランドを撚り合わせたコードについても、曲げ入力が付加された状態での強力発揮率を向上させる手法は同様であり、つまりストランド最外層のフィラメント同士の交叉角を極力小さくすることであり、その際、曲げ入力が付加されたときのコード強力は次式(2) で表わすことができる。
曲げ入力付加時のコード強力＝Σ（Ｆ×フィラメント強力）----(2)
ここで、Ｆ：フィラメント強力発揮率
【００１７】
以上の検討をまとめると、複撚り構造のスチールコードにおいて、曲げ入力が付加された際の強力発揮率を向上させるには、
まず、ストランドの強力発揮率を高めるために、各ストランド、つまりコアストランド４およびシースストランド５ａ〜５ｆの、複数本のスチールフィラメントをほぼ同一方向およびほぼ同一ピッチにて撚り合わせて構成すること、
次に、コードの強力発揮率を高めるために、シースストランドの最外層を構成するスチールフィラメントの撚り方向を、隣接するシースストランド間において逆にすること並びに、コアストランドの最外層を構成するスチールフィラメントの撚り方向と、コアストランドに対するシースストランドの撚り方向とを同じにすること、
が、極めて有効な手段になり得ることが、判明したのである。
【００１８】
また、この種のコードの通例である、コード外周面に巻き付けるラッピングフィラメントを省略するか、または有機繊維によるラッピングフィラメントを用いることによって、シースストランド最外層のフィラメントの強力低下を、さらに抑制することが可能である。
【００１９】
【実施例】
表１および２に示す仕様の下に試作したスチールコードについて、 JIS 3510の「スチールタイヤコード試験法」に基づいて、その切断荷重を測定した。また、各スチールコードについて、スチールコードに曲げを加えて軸方向力を加えたときの切断荷重を、図３に示した装置を用いて、コードを直径が60mmの円柱に巻き付けて同径の曲げが加わるようにして引張試験を行い、その切断荷重を測定し、該測定値を上記の引張り試験での切断荷重の２倍の値で除した値を、コードの強力発揮率として評価した。これらの評価結果を、表１および２に併記する。
【００２０】
【表１】

Figure 0004097820
【００２１】
【表２】
Figure 0004097820
【００２２】
表１および２から、発明例１、２および３は、従来例１、２および３に比べて高い強力発揮率を示すことがわかった。また、発明例４は発明例３においてラッピングフィラメントを用いないコードであり、さらに高い強力発揮率を示した。一方、比較例１は従来例３のコードのストランドの撚ピッチのみを同一にしたもの、比較例２は従来例３のコードの隣接するシースストランドの撚り方向を別にしたもの、比較例３は発明例３のコアストランドを構成するフィラメントの撚り方向とシースストランドの撚方向を逆にしたものであり、それぞれ強力発揮率の向上は認められなかった。
【００２３】
【発明の効果】
この発明のスチールコードは、大きな曲げ入力を受けた場合にも強力の低下が極めて少ないから、例えば建設車両用タイヤに代表される、悪路を走行するタイヤに，とりわけ好適な補強材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に従うコードを示す断面図である。
【図２】 この発明に従うコードを示す断面図である。
【図３】 フィラメントの強力発揮率を測定するための装置を示す模式図である。
【図４】 フィラメントの引張り強さと強力発揮率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ コア
２ 第１シース
３ 第２シース
４ コアストランド
５ａ〜５ｆ シースストランド[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a steel article cord for reinforcing a rubber article provided as a reinforcing material for a pneumatic tire or a conveyor belt, particularly a rubber article reinforcement having a double twist structure in which a plurality of strands obtained by twisting a plurality of steel filaments are further twisted. For steel cords.
[0002]
[Prior art]
Steel cords used to reinforce pneumatic tires, especially construction vehicle tires and conveyor belts, require high strength, so twist multiple strands of twisted strands of steel filaments. A steel cord having a 7 × (3 + 9 + 15) structure in which six strands having the same structure are twisted as a sheath strand around a core strand having a combined twisted structure, for example, a 3 + 9 + 15 structure, is widely used.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The strength in this double twisted cord is the strength of the strands that make up the cord, and the strength of the filaments that make up the strands, but the total strength of the strands is the cord strength and the total strength of the filaments. In general, the strands do not become strong, but are smaller than the total sum of the strands due to the influence of the contact state between strands or filaments and the twist angle.
[0004]
In this way, the strength of the cord is affected by the contact of the strands or the contact of the filaments.However, especially in construction vehicle tires that run on rough roads, in order to run on uneven parts such as rocks, The stress perpendicular to the cord length direction is easily applied, and in such a case, the influence of the contact between the filaments of the cord on the cord strength becomes extremely large. For example, when filaments are in point contact within a strand or between strands, the stress easily concentrates on the point contact portion, so the filament easily breaks from this point and does not receive bending input. As compared with the cord strength at that time, the cord strength when receiving a large bending input is greatly reduced, and as a result, the development of accidents such as cord breakage and tire bursts has been a problem.
[0005]
Therefore, in view of the above-described problems, the object of the present invention is to provide a double twist structure that can suppress the strength reduction of the cord in a use environment that receives a large bending input, such as a tire traveling on a rough road. To provide a steel cord.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) A steel cord having a double twist structure in which a plurality of sheath strands are twisted around a core strand, and each strand is formed by twisting a plurality of steel filaments in the same direction and substantially the same pitch, The twist direction of the steel filament constituting the outermost layer of the sheath strand is reversed between adjacent sheath strands, and the twist direction of the steel filament constituting the outermost layer of the core strand and the twist direction of the sheath strand with respect to the core strand are Steel cord for reinforcing rubber articles characterized by being the same.
[0007]
(2) In the above (1), each strand has a layer twist structure in which at least one layer of a sheath made of a plurality of steel filaments is arranged around the core, and in each strand, the twist direction and twist of the core and the sheath A steel cord for reinforcing rubber articles characterized by having the same pitch.
[0008]
(3) A steel cord for reinforcing rubber articles according to the above (1) or (2), wherein no wrapping filament is wound around the outer periphery of the cord, or a wrapping filament made of organic fibers is wound around the outer periphery of the cord.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a cross section of a steel cord according to the present invention for a twisted structure 7 × (3 + 9 + 15) structure.
The steel cord is formed by twisting a first sheath 2 made of nine steel filaments around a core 1 made by twisting three steel filaments, and further forming a first sheath made of 15 steel filaments around the first sheath 2. 6 sheath strands 5a to 5f having the same 3 + 9 + 15 structure are twisted around a core strand 4 in which two sheaths 3 are twisted.
[0010]
In addition, as the structure of the strand, the 3 + 9 structure shown in FIG. 2 and the 1 × 5, 1 + 6, 3 + 10 + 15, and 3 + 8 + 13 structures are suitable, but are not particularly limited, and can be appropriately selected. is there. Further, the sheath strand is not limited to the single layer shown in FIG. 1 or 2, and the sheath strand can be provided in a plurality of layers.
[0011]
Here, with respect to the cord of the double twist structure, it was examined how the contact state between the filaments affects the tensile strength when bending input is applied to each strand.
[0012]
First, in order to evaluate the tensile strength of the filament while changing the contact state between the filaments in the strand and applying bending input, a test was performed using the apparatus shown in FIG. In other words, in order to bend the filament, the filament A is arranged on the peripheral surface of the cylinder 6 at a predetermined angle with respect to the generatrix of the cylinder, and the filament B is oriented thereon perpendicular to the generatrix of the cylinder 6. The cylinder 6 and the chuck 7 are gripped by the chuck 7 and are determined by the Instron tensile tester to determine the strength at which the tensile filament B breaks. A value obtained by dividing by a value twice the tensile strength of the filament in a uniaxial tensile test that was not performed was defined as the filament strength display rate. The higher the strength display rate, the less the strength drop in the strand during bending input.
[0013]
Further, as shown in FIG. 4 showing the relationship between the tensile strength of the filament and the strength display rate when the filament crossing angle is 90 °, it can be seen that the strength display rate decreases when the tensile strength is increased. Therefore, it is effective to reduce the tensile strength in order to increase the strength display rate, but the tensile strength of the filament must be determined from the strength required for the strands and thus the cord, so the strength display rate is improved. It cannot be a factor for making it happen.
[0014]
Next, considering the case where filaments with different diameters come into contact with each other, we investigated in detail the effect of the filament diameter on the strength display rate. The effect of the filament diameter was approximated by the following equation (1) and organized. We were able to.
Filament strength (%) = k × θ + 100 ---- (1)
However, k = −1.6 × 10 −15 × Φ 1 × Φ 2 × TS 6 −0.01
Where θ: Crossing angle between filaments (deg)
Φ 1 : Filament A diameter (mm)
Φ 2 : Diameter of filament B (mm)
TS: Tensile strength of filament (kgf / mm 2 )
[0015]
From the above formula (1), it can be seen that a strand structure having a high filament strength rate can be obtained by making the crossing angle of the filament as small as possible when the tensile strength and the wire diameter of the filament are constant.
[0016]
Furthermore, for cords in which multiple strands are twisted, the method for improving the strength display rate in the state where bending input is applied is the same, that is, the crossing angle between the filaments of the outermost strands is made as small as possible. In this case, the code strength when a bending input is added can be expressed by the following equation (2).
Cord strength when bending input is added = Σ (F × filament strength) ---- (2)
Here, F: Filament strength display rate
To summarize the above considerations, in order to improve the strength display rate when bending input is added in the steel cord of double twist structure,
First, in order to increase the strength display rate of the strands, a plurality of steel filaments of each strand, that is, the core strand 4 and the sheath strands 5a to 5f, are twisted in substantially the same direction and substantially the same pitch,
Next, in order to increase the strength of the cord, the twist direction of the steel filament constituting the outermost layer of the sheath strand is reversed between the adjacent sheath strands, and the steel filament constituting the outermost layer of the core strand. The twist direction of the sheath and the twist direction of the sheath strand with respect to the core strand,
Has proved to be a very effective means.
[0018]
Further, by omitting the wrapping filament wound around the outer peripheral surface of the cord, which is a common example of this type of cord, or by using a wrapping filament made of organic fibers, it is possible to further suppress the strength reduction of the filament in the outermost layer of the sheath strand. Is possible.
[0019]
【Example】
The cutting load of the steel cord prototyped under the specifications shown in Tables 1 and 2 was measured based on the “steel tire cord test method” of JIS 3510. For each steel cord, the bending load of the same diameter is applied by winding the cord around a cylinder with a diameter of 60 mm using the device shown in FIG. Was subjected to a tensile test, the cutting load was measured, and a value obtained by dividing the measured value by a value twice the cutting load in the tensile test was evaluated as the strength exertion rate of the cord. These evaluation results are also shown in Tables 1 and 2.
[0020]
[Table 1]
Figure 0004097820
[0021]
[Table 2]
Figure 0004097820
[0022]
From Tables 1 and 2, it was found that Inventive Examples 1, 2, and 3 show a higher strength display rate than Conventional Examples 1, 2, and 3. Inventive Example 4 is a cord that does not use a wrapping filament in Inventive Example 3, and exhibited a higher strength display rate. On the other hand, Comparative Example 1 is the same as that of Conventional Example 3 in which the strand strands have the same twisting pitch, Comparative Example 2 is that in which the twisting direction of adjacent sheath strands of the cord of Conventional Example 3 is different, and Comparative Example 3 is an invention. The twist direction of the filament constituting the core strand of Example 3 and the twist direction of the sheath strand were reversed, and no improvement in the strength display rate was observed.
[0023]
【The invention's effect】
The steel cord of the present invention provides a particularly suitable reinforcing material for tires traveling on rough roads, for example, represented by construction vehicle tires, because the strength decrease is extremely small even when subjected to a large bending input. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a cord according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cord according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic view showing an apparatus for measuring the strength display rate of a filament.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the tensile strength of a filament and the strength display rate.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Core 2 1st sheath 3 2nd sheath 4 Core strand 5a-5f Sheath strand

Claims (4)

コアストランドのまわりに複数本のシースストランドを撚り合わせた複撚り構造のスチールコードであって、各ストランドは、複数本のスチールフィラメントを同一方向およびほぼ同一ピッチにて撚り合わせて成り、シースストランドの最外層を構成するスチールフィラメントの撚り方向が、隣接するシースストランド間において逆であり、コアストランドの最外層を構成するスチールフィラメントの撚り方向と、コアストランドに対するシースストランドの撚り方向とが同じ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。A steel cord having a multi-strand structure in which a plurality of sheath strands are twisted around a core strand, and each strand is formed by twisting a plurality of steel filaments in the same direction and at substantially the same pitch. The twist direction of the steel filament constituting the outermost layer is reversed between adjacent sheath strands, and the twist direction of the steel filament constituting the outermost layer of the core strand is the same as the twist direction of the sheath strand with respect to the core strand. A steel cord for reinforcing rubber articles. 請求項１において、各ストランドは、コアのまわりに複数本のスチールフィラメントによるシースの少なくとも１層を配置した、層撚り構造であり、各ストランドにおいて、コアとシースの撚り方向および撚りピッチが同じ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。In Claim 1, each strand is a layer twist structure in which at least one layer of a sheath made of a plurality of steel filaments is arranged around the core, and in each strand, the twist direction and the twist pitch of the core and the sheath are the same. A steel cord for reinforcing rubber articles, characterized in that: 請求項１または２において、コード外周にラッピングフィラメントを巻き付けていないことを特徴とするゴム物品補強用スチールコード。The steel cord for reinforcing rubber articles according to claim 1 or 2, wherein no wrapping filament is wound around the outer circumference of the cord. 請求項１または２において、コード外周に有機繊維によるラッピングフィラメントを巻き付けたことを特徴とするゴム物品補強用スチールコード。The steel cord for reinforcing rubber articles according to claim 1 or 2, wherein a wrapping filament made of an organic fiber is wound around the outer periphery of the cord.
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