JP4105397B2 - 金属コード及びそれを用いた空気入りタイヤ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラッピングワイヤを巻き付けコードの形状保持性を確保しつつフィラメント内へのゴム浸透性を高めうるゴム補強用の金属コード及びそれを用いた空気入りタイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
各種のゴム材料、例えば図３に示すように、重荷重用タイヤＴのタイヤ骨格をなすカーカスＣとは別にビード部Ｂに配されかつ該ビード部Ｂを補強するコード補強層Ｇには、複数本の金属フィラメントを撚り合わせた金属コードが多用されている。
【０００３】
このようなコード補強層Ｇには、例えば図４に示すように金属フィラメントｆ、ｆ間に隙間を形成することなく撚り合わせかつコード補強層Ｇの良好な成型性を確保するためにその外周にラッピングワイヤｊを巻き付けたコンパクトコードａなどが使用されている。
【０００４】
ところが、各フィラメントｆ、ｆには表面メッキ処理が施されているとはいえ、フィラメントｆ、ｆ間にゴムが浸透し得ない空間が形成されるため、水分の影響によりコード内での錆の発生ないし広がりが生じ、コードとゴムの接着力の低下や、コードの強度の低下、さらにはコードの破断をきたす等の問題点があった。
【０００５】
そこで近年では、このような問題を改善するために、図５に示すように、金属フィラメントｆ、ｆ間に隙間が発生する様に撚り合わせたいわゆるオープンコードｂや、図６に示すように、撚り合わせに先立ち３次元のスパイラル状の型付けをした型付けフィラメントｆ１と、非型付けフィラメントｆ２とを撚り合わせることによって、金属フィラメント間に隙間を形成して、コード内部にゴムの浸透性を高めた金属コードｃなどが提案されている。
【０００６】
しかしながら、前記図５、図６に示したコードｂ、ｃでは、金属フィラメントが多数本になると、フィラメント間にゴムの浸透性を確保した上でラッピングワイヤを巻き付けたコードを製造するのが困難となる。また前記ビード部Ｂは、リムと嵌合する部分でもあり、前記コード補強層Ｇを精度良く成型することが必要であるが、ラッピングワイヤを巻き付けていない金属コードを用いた場合には、プライの成型精度が低下するという問題もある。
【０００７】
本発明は、このような実状に鑑み案出なされたもので、特定形状をなす２次元の波状に型付けした型付けフィラメントと非型付けフィラメントとからなる７〜１２本のフィラメントを位置を入れ替えながら特定の芯フィラメントを形成することなく所定のピッチで撚り合わせることを基本として、このフィラメント束にラッピングワイヤを巻き付けして形状保持性を確保しつつもフィラメント間にゴムの浸透性を確保しうる金属コードを提供することを目的としている。
【０００８】
また請求項３記載の発明では、ビード部に配されて該ビード部を補強するコード補強層に、フィラメント束にラッピングワイヤを巻き付けしつつもフィラメント間にゴムの浸透性を確保しうる金属コードを用いることにより、前記補強層の成型精度を高め耐久性などを向上しうる空気入りタイヤを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のうち請求項１記載の発明は、線径ｄが０．１７〜０．２５mmであるｎ本（ｎ＝７〜１２）の金属フィラメントから構成され、前記金属フィラメントは、撚り合わさせれる前の状態で波の山部と谷部との間に直線部を有する２次元の波状に型付けされた２本以上かつ（ｎ−３）本以下の型付けフィラメントと、残余の非型付けフィラメントとからなり、
かつ前記型付けフィラメントは、前記型付けの波ピッチＰｗ、波高さｈを同一とし、
しかも各型付けフィラメントの前記線径ｄ、型付けの波ピッチＰｗ、波高さｈは下記式▲１▼、▲２▼、▲３▼の関係を満足し、
これらの全てフィラメントを該フィラメントの位置を入れ替えながら特定の芯フィラメントを形成することなく１０〜３０mmの撚りピッチで撚り合わせてフィラメント束を形成するとともに、
該フィラメント束の外側にこのフィラメント束の撚り方向とは逆方向にかつ３．０〜７．０mmの巻き付けピッチで巻き付けされた線径が０．１３〜０．１７mmのラッピングワイヤを具えてなる金属コードである。
１０．０ｄ≦Ｐｗ≦３５．０ｄ … ▲１▼
０．５ｄ≦ｈ≦４．０ｄ … ▲２▼
０．０１４≦ｄ×ｈ／Ｐｗ≦０．０２８ … ▲３▼
【００１０】
また請求項２記載の発明は、前記フィラメント束は、前記型付けフィラメントを捻りながら前記撚り合わせることにより形成されることを特徴とする請求項１記載の金属コードである。
【００１１】
また請求項３記載の発明は、カーカスとは別にビード部に配されかつ該ビード部を補強するコード補強層に請求項１記載の金属コードを用いたことを特徴とする空気入りタイヤである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を図面に基づき説明する。
本実施形態では、図３に示したように、重荷重用タイヤＴのビード部Ｂに配されかつ該ビード部Ｂを補強するコード補強層Ｇに、本発明の金属コード１を用いる場合を例示しており、該金属コード１は、図２（Ａ）、（Ｂ）に例示する如く、線径ｄが０．１７〜０．２５mmであるｎ本（ｎ＝７〜１２）の金属フィラメント２から構成され、本実施形態では線径ｄが全て同一の金属フィラメント２からなるものを例示している。
【００１３】
従来、トラック、バスなどに使用される重荷重用タイヤＴの前記コード補強層Ｇを構成する金属コードとしては、例えば３＋９構成（トータルフィラメント本数１２本）や、３＋９＋１５構成（トータルフィラメント本数２７本）などが多用されてきた。
【００１４】
一般に金属フィラメントの線径を大きくし、その本数を減らすことは、コード製造時のコストや生産性の面で有利である。またコードの性能面でも、フィラメント本数が少ない方がゴムのコード内部への浸透度を上げやすいという利点がある。
【００１５】
そこで本発明では、とりわけ重荷重用タイヤＴの前記コード補強層Ｇに多用されていた前記３＋９、３＋９＋１５構成の金属コードの代替となり、特にフィラメント本数を低減したものとして好ましく実施しうるよう、線径ｄを０．１７〜０．２５mmとした金属フィラメントをｎ本（ｎ＝７〜１２）を用いて構成している。
【００１６】
なお前記金属フィラメント２の線径ｄが０．１７mm未満の場合、前記ｎ本のフィラメント２を撚り合わせても重荷重用タイヤの前記コード補強層Ｇとして必要な剛性を得ることが難しくなり、かつタイヤの耐久性の低下を招く他、後述のようにフィラメントに波状の型付けを行ってもコードに撚る前に型付けが撚り時に元に戻りやすく、ゴム浸透度が不充分になりやすい。
【００１７】
逆に線径ｄが０．２５mmを超える場合には、コード補強層Ｇとしてビード部Ｂの回りに巻き付ける際に要求されるコードのしなやかさが不足する。なお金属フィラメント２は、その表面に金属又は樹脂など各種のメッキが施されているものが好ましい。
【００１８】
さらに前記ｎ本の金属フィラメント２は、図１に示すように、撚り合わされる前に波の山部Ｕと谷部Ｄとの間に直線部３を有する２次元の波状に型付けされた２本以上かつ（ｎ−３）本以下の型付けフィラメント２Ａと、残余の非型付けフィラメント２Ｂとを用いている。
【００１９】
前記型付けフィラメント２Ａの夫々は、少なくとも前記型付けの波ピッチＰｗおよび波高さｈが、互いに同一としている。なお前記波ピッチＰｗ、波高さｈは、図１に示すように測定する。
【００２０】
このように全ての金属フィラメント２を、型付けフィラメント２Ａと非型付けフィラメント２Ｂとを混在して構成した理由は、全部の金属フィラメント２に型付けを行った場合には、金属コードの初期の伸びが大きくなり、例えばビード部Ｂを補強するコード補強層Ｇへの使用が困難となる他、型付けのためのコスト増加を招き、又曲げ剛性、強度が低下する。
【００２１】
また本発明では、型付けフィラメント２Ａの型付けを直線部３を有する２次元の波状に限定することによって、フィラメント間に隙間を形成するのが容易となり、例えば３次元のスパイラル状に型付けされたものに比して、型付けされた波高さｈなどが比較的小さくてもコード内部へのゴムの浸透性を確保しうる。また多数本のフィラメントを有し、かつ外周にラッピングワイヤが巻き付けられる場合であっても、コード径をコンパクトとしながらもゴムの浸透性を高めうる。なお型付けの波状に前記直線部３が含まれていないとコード内部へのゴムの浸透性が低下し所期の目的を達成し得ない。
【００２２】
また本発明者らの種々の実験の結果、限定された線径ｄを有しかつ特定本数の型付けフィラメント２Ａを含むコードを製造する場合には前記型付けフィラメント２Ａの前記線径ｄ、型付けの波ピッチＰｗ、波高さｈは下記式▲１▼〜▲３▼の関係を満足することが重要であることを見出した。
１０．０ｄ≦Ｐｗ≦３５．０ｄ … ▲１▼
０．５ｄ≦ｈ≦４．０ｄ … ▲２▼
０．０１４≦ｄ×ｈ／Ｐｗ≦０．０２８ … ▲３▼
【００２３】
前記型付けの波ピッチＰｗが、使用する金属フィラメント２の線径ｄの１０．０倍未満になると、波ピッチが小さくなりすぎ、その型付け加工により型付けフィラメント２Ａが受けるダメージが大きく強度低下の原因となる。逆に３５．０倍を超えると、波ピッチが大きくなりすぎ、ゴムの浸透性が低下する。
【００２４】
また前記波高さｈが、使用する金属フィラメント２の線径ｄの０．５倍未満になると、ゴム浸透性を確保するのが困難となり、逆に４．０倍を超えると、その型付け加工により型付けフィラメント２Ａが受けるダメージが大きく強度低下の原因となる。
【００２５】
また、本発明者らは上記▲３▼式に示すように、ｄ×ｈ／Ｐｗを種々変化させてコードの強度低下率（％）とゴム浸透度（％）とを調べたところ、ｄ×ｈ／Ｐｗを０．０１４〜０．０２８の範囲に限定することにより、顕著な効果が発揮されることを見出した。
【００２６】
図７には、コードの強度低下率（％）、ゴム浸透率（％）と、前記パラメータｄ×ｈ／Ｐｗの関係を示している。この図から明らかなように、ｄ×ｈ／Ｐｗが大きくなるとコードの強度低下率が大きく性能が悪化する反面、ゴムの浸透率が向上することが判る。そこで、本発明では前記ｄ×ｈ／Ｐｗの取りうる範囲を０．０１４〜０．０２８、より好ましくは０．０２０〜０．０２５の範囲に限定することにより、コードの強度低下率を許容範囲内に抑え、同時にゴムの浸透度を高めている。なお、ここでいう強度低下率（％）、ゴム浸透度（％）は実施例（後述）での定義に従っている。
【００２７】
そして本実施形態では、これらの全てのフィラメント２Ａを、該フィラメントの位置を入れ替えながら特定の芯フィラメントを形成することなく、かつ捻りながら１０〜３０mmの撚りピッチで１本に撚り合わせたフィラメント束４（図２に示す）を形成するとともに、該フィラメント束４の外側にこのフィラメント束４の撚り方向とは逆方向に所定のラッピングワイヤ６を巻き付けることにより金属コード１を得る。
【００２８】
このようにして全てのフィラメント２を撚り合わせることにより、フィラメント束４の外周にラッピングワイヤ６を巻き付けしつつも、型付けフィラメント２Ａ同士の波が重なり合うのを効果的に防止できる。撚り合わせ時、捻りながら撚り合わせたときには、フィラメント束４の径をよりコンパクト化しつつフィラメント間に隙間５を多く形成することができ、ひいてはコード内部へのゴムの浸透性をさらに向上しうる。
【００２９】
図２（Ａ）、（Ｂ）には、本実施形態の金属コード１の断面図を示している。図２（Ａ）には、型付けフィラメント２Ａを５本、非型付けフィラメント２Ｂを４本用いてこれらのフィラメント２Ａ、２Ｂの位置を入れ替えつつ１本に束撚りして構成された金属コード１が示されている。又図２（Ｂ）の金属コード１は、型付けフィラメント２Ａを６本、非型付けフィラメント２Ｂを６本用いてこれらの位置を入れ替えつつ１本に束撚りして構成されている。フィラメント間には多くの隙間が形成されてゴムの浸透性を高めうることが解る。
【００３０】
なお「フィラメントの位置を入れ替えながら特定の芯フィラメントを形成することなく」撚り合わせるとは、例えば図２（Ａ）、（Ｂ）に示したように、金属コード１の当該断面で、中心付近に存在するフィラメントＣ、Ｃが、該コードの長手方向に距離を隔てた位置ではコード１の外側に配されるフィラメント２とその位置を入れ替わるように撚り合わされて、常に同じフィラメント２が金属コード１の中心付近に止まらないことをいう。このとき、各フィラメントの位置の入れ替わりは一定の順序に従って行われても良くまた非一定の順序で行われても良い。
【００３１】
一般に多数本の型付けフィラメント２Ａを１本に撚り合わせた場合、フィラメント間に非常に大きな隙間が形成されて製造工程でフィラメントのまとまりが悪くなる「バラケ」などの問題が生じやすいが、本発明のようにフィラメントの位置をコードの長手方向にその位置を入れ替えながら撚り合わせることにより、フィラメント間に絡み合いが生じ、フィラメントのまとまりが良くなって前記バラケをも防止しうる。
【００３２】
またフィラメントの位置を入れ替えながら特定の芯フィラメントを形成することなく撚り合わせることによって、従来、ビード部Ｂのコード補強層Ｇとして特定の芯フィラメントを有していたコードで特に問題となっていたコードの中心部のフィラメントがすっぽ抜けるいわゆる芯抜けのトラブルに対して著しい改善効果を発揮しうる。
【００３３】
なお前記フィラメント束４として撚り合わす撚りピッチが１０mm未満であると、コードの初期の伸びが大きくなり例えばビード部Ｂを補強するコード補強層Ｇに使用するのが困難となる他、撚り工程でのコストを増大させる傾向がある。逆に撚りピッチが３０mmを超えるとコードを切断したときに、型付けフィラメント２Ａがばらけ易くなり工程上好ましくない。
【００３４】
なお線径ｄが０．１７〜０．２５mmと比較的細い金属フィラメント２は、荷重作用時に伸びやすいため、コード（フィラメント束）の単位長さ当たりの各型付けフィラメント２Ａの型付け前のフィラメント長さが個々に異なっていると、すなわち前記波ピッチＰｗおよび波高さｈが互いに同一になっていない場合には、フィラメントの飛び出しが生じるという工程上の問題がある。
【００３５】
また前記ラッピングワイヤ６の巻き付けは、フィラメント束４の外側に、このフィラメント束４の撚り方向とは逆方向にかつ３．０〜７．０mmの巻き付けピッチで行われる。このラッピングワイヤ６の巻き付け方向が、フィラメント束４の撚り方向と同方向では、各フィラメントの位置ずれを防ぐことが困難であり、ひいてはプライの成型精度を低下させる。また、ラッピングワイヤ６の巻き付けピッチが３．０mm未満であると、生産性が著しく低下し、逆に７．０mmを超えるとコードの形状保障性が悪くなり、ひいてはプライの成型精度を悪化させる。
【００３６】
また前記ラッピングワイヤ６は、線径が０．１３〜０．１７mmであることが必要であり、本例では１本の素線からなるものを例示している。このラッピングワイヤ６の線径が０．１３mm未満であると、例えばコードを曲げたときにコードの断面形状を保つことが困難となり、逆に０．１７mmを超えると、コード径が大きくなりかつ重量も大きくなるため好ましくない。
【００３７】
なお金属フィラメント２、ラッピングワイヤ６は、例えば炭素含有量が０．６５〜０．８８ｗｔ％の硬鋼線材を用いるのが好ましい。前記炭素含有量が０．６５％を下回ると、フィラメントないしワイヤの強度が低下する傾向があり、逆に０．８８ｗｔ％を超えると硬度が高すぎ、例えば型付けないしラッピングなどの際に強度低下が大きくなる傾向がある。
【００３８】
また前記金属コード１は、例えば複数本を等間隔で並列してトッピングゴムなどにより被覆されてゴム引きプライとなり、例えば重荷重用タイヤＴのビード部Ｂにカーカスとは別に配され該ビード部Ｂを補強する前記コード補強層Ｇに使用される。この際、コードの長手方向と直角な方向のプライの単位長さ当たりに含まれる金属コードの本数をタイヤの仕様に応じて種々設定しうる。
【００３９】
なお、このプライの単位長さ当たりのコード本数が少なすぎると、タイヤに使用した際、加硫成形時などにコード間隔が不均一になるなどコード配列に乱れが生じやすく、逆にコードの間隔が小さくなりすぎるとコード間にゴムが浸透しにくくコードとゴム間の剥離が起こりやすくなる。
【００４０】
【実施例】
本発明の効果を確認すべく、種々の金属コードを試作してコードの特性及びタイヤのビード部を補強するコード補強層として用いたときのタイヤ性能について比較評価を行った。試作タイヤは、サイズ１１Ｒ２２．５の重荷重用ラジアルタイヤである。
なお表中の用語の定義は次の通りである。
【００４１】
＜強度低下率＞
同一組成（炭素含有量等の組成が同一）の材料かつ同じ本数の金属フィラメントを使い、同じ撚りピッチで撚ったコンパクト構造のコード（以下、「比較対象コード」という）に対する強度の低下率であり、タイヤに使用する前の状態で測定したものである。数値が小さいほど強度の低下が少なく良好である。
【００４２】
＜荷重時伸度＞
コード１本に５０Ｎの荷重を加えた時のコードの伸び率。
【００４３】
＜曲げ剛性＞
テーバ社（米国）製の「Ｖ−５剛性試験機」を用いて金属コードの曲げ剛性を測定した。
【００４４】
＜形状保持性＞
約１０００mmの金属コードを用意し、平らな面の上で径２００mmのループを作り、コードの両端は固定する。固定された側と反対側のループ上に力を加えループをつぶしていき、１５秒で力を加えた部分と反対側のループ上の点に接するまで変形させる。接した状態で１０秒間保持し、その後１５秒かかってゆっくり元の位置の方向に戻していき、これ以上戻らなくなった点と接していた位置との距離Ｌを測定する。測定値Ｅ＝（Ｌ／２００）×１００の式で計算する。
なお形状保持性は、各コードの測定値を実施例１の測定値で割った値の逆数×１００で指数で表示しており、数値が大きいほど良好である。
【００４５】
＜ゴムの浸透率＞
試供金属コードを用いた前記コード補強層を具えるタイヤを製造し、そのタイヤから金属コードをトッピングゴムが付着した状態で取出す。このゴム付きコードの表面からできる限りゴムを除去した後、断面からナイフを入れて隣り合う２本のフィラメントを除去し、除去された２本のフィラメントと残りのフィラメントの束との間に形成されている空隙にゴムが完全に充填されている部分の長さを約１０cmにわたり測定し、ゴムが充填されている部分の長さの全長さに対する比率をもってゴムの浸透度とする。
【００４６】
＜コードの芯抜け力＞
コード補強層を有するタイヤを製造した後、タイヤからコード補強層の所定のカットサンプルを切り出すとともに、このサンプルから金属コードを引き抜く際の引き抜き力と、その力で引き抜かれた金属コードの引き抜き長さとをプロットし、金属コードを１５mm引き抜くのに要する力を求めた。
【００４７】
＜走行後の錆発生指数＞
タイヤを約２０万ｋｍ走行させた後、タイヤを解体してコード補強層から金属コードの錆の発生状況を観察して比較対象コードを１００とする指数で表示している。数値が小さいほど錆の発生が少なく良好である。
【００４８】
＜走行後の強度保持率＞
タイヤを約２０万ｋｍ走行させた後、タイヤを解体してコード補強層から金属コードを取り出し、走行前のコードの強度を１００とする指数で表示している。数値が大きいほど良好である。
【００４９】
テストの結果を表１、２に示す。
【００５０】
【表１】

【００５１】
【表２】

【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１又は２記載の金属コードは、ラッピングワイヤを巻き付けてコードの形状保持性を確保しつつ、コード内部へのゴム浸透性を高めることができ、コード内部での錆の発生を大幅に減じ、耐久性を向上しうる。またラッピングワイヤの線径や巻き付けピッチなどを限定したこと、及び型付けフィラメントと非型付けフィラメントとを混在させることにより、コード径をコンパクト化しながらコードの形状保持性を高め、ひいてはプライの成型精度を向上するのに役立つ。
【００５３】
また金属コードは、コードの強度、強度低下率、荷重時伸度（５０Ｎ時）、曲げ剛性などについてもコンパクトコードと遜色のない良好な特性を発揮しうる。さらに工程でのフィラメントの飛び出しやバラケといった不具合もなくきわめて良好である。さらに、型付けフィラメントを捻りながら撚り合わせたときには、フィラメント束の径をよりコンパクト化しつつコード内部へのゴムの浸透性をさらに向上しうる。
【００５４】
また請求項３記載の発明では、タイヤのビード部を補強するコード補強層に前記金属コードを用いることによって、該金属コードのタイヤ内部で錆の発生を抑制でき、コードの強度低下や破断などを効果的に防止し、タイヤの耐久性を向上しうるとともに、該金属コードが形状保持性に優れる結果、プライの成型精度が向上し寸法安定性に優れた空気入りタイヤを提供しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】型付けフィラメントの一例を示す平面図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）は、本発明のコードを例示する断面図である。
【図３】重荷重用タイヤの断面図である。
【図４】コンパクトコードの断面図である。
【図５】オープンコードの断面図である。
【図６】スパイラル状の型付けフィラメントを含むコードの断面図である。
【図７】コードの強度低下率、ゴム浸透度と、ｄ×ｈ／Ｐｗの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 金属コード
２ 金属フィラメント
２Ａ 型付けフィラメント
２Ｂ 非型付けフィラメント
３ 直線部
４ フィラメント束
６ ラッピングワイヤ
Ｔ 重荷重用タイヤ

Claims (3)

1. 線径ｄが０．１７〜０．２５mmであるｎ本（ｎ＝７〜１２）の金属フィラメントから構成され、前記金属フィラメントは、撚り合わさせれる前の状態で波の山部と谷部との間に直線部を有する２次元の波状に型付けされた２本以上かつ（ｎ−３）本以下の型付けフィラメントと、残余の非型付けフィラメントとからなり、
   かつ前記型付けフィラメントは、前記型付けの波ピッチＰｗ、波高さｈを同一とし、
   しかも各型付けフィラメントの前記線径ｄ、型付けの波ピッチＰｗ、波高さｈは下記式▲１▼、▲２▼、▲３▼の関係を満足し、
   これらの全てフィラメントを該フィラメントの位置を入れ替えながら特定の芯フィラメントを形成することなく１０〜３０mmの撚りピッチで撚り合わせてフィラメント束を形成するとともに、
   該フィラメント束の外側にこのフィラメント束の撚り方向とは逆方向にかつ３．０〜７．０mmの巻き付けピッチで巻き付けされた線径が０．１３〜０．１７mmのラッピングワイヤを具えてなる金属コード。
   １０．０ｄ≦Ｐｗ≦３５．０ｄ … ▲１▼
   ０．５ｄ≦ｈ≦４．０ｄ … ▲２▼
   ０．０１４≦ｄ×ｈ／Ｐｗ≦０．０２８ … ▲３▼
2. 前記フィラメント束は、前記型付けフィラメントを捻りながら前記撚り合わせることにより形成されることを特徴とする請求項１記載の金属コード。
3. カーカスとは別にビード部に配されかつ該ビード部を補強するコード補強層に請求項１又は２記載の金属コードを用いたことを特徴とする空気入りタイヤ。

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