JP4423772B2 - タイヤ用スチールコード及びラジアルタイヤ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ｍ＋ｎ撚り構造のタイヤ用スチールコード及び該スチールコードを用いたラジアルタイヤに関し、さらに詳しくは、タイヤ製品完成後の耐蝕性及び耐久性を向上すると共に、タイヤ加硫時のエネルギー効率を改善するようにしたタイヤ用スチールコード及びラジアルタイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
重荷重用ラジアルタイヤのカーカス層（カーカス部材）、ビード補強層（フィニッシング部材）、一部のベルト層（ベルト部材）には、ｍ本のワイヤを含むコアとｎ本のワイヤを含むシースとからなるｍ＋ｎ撚り構造を有するスチールコード又はこれにラッピングワイヤを巻回したスチールコード等が使用されている。これら部材にはタイヤ走行に伴って激しい屈曲変形が与えられる。そのため、スチールコードの素線（ワイヤ）は、その直径が通常のベルト用コードより細い０．１５〜０．２２ｍｍ程度であり、しかも屈曲により各素線表面に発生する歪みを出来るだけ小さく且つ均一にするため、そのコード構成として素線が蜜に且つ同心円状に配列された断面形状を有するものが選ばれることが一般的である。
【０００３】
これらの構造のスチールコードは、その断面形状に起因して最外層シース部における素線間の隙間が小さくなるため、ゴム被覆工程や加硫工程において被覆ゴムがコアとシースとの間の空間部を満たすことができず、製品タイヤになってもこの部分が空洞として残存する。そして、この空洞は空気や水分を含む空気や水分の通り道となるのである。
【０００４】
タイヤ内部又はタイヤ表皮から拡散浸透した水分、或いはタイヤ外層のカット傷から浸透した水分は、タイヤラジアル方向に配列されたカーカスコード中を自由に動き廻り、コードとゴムとの接着性を低下させ、また著しい場合にはコードそのものを腐食して劣化させる。これに伴い、カーカスペリフェリーで最も歪みの大きな部分からゴムとコードとの接着剥離やコード破断が発生し、重大なタイヤ故障の原因になる。
【０００５】
また、加硫中にはゴム配合物からガスが発生するが、コアとシースとの間の空洞はガスの通り道となり、そのガスが比較的加硫の遅いカーカス端部に噴出し、この部分に大きなボイドを形成する。このボイドは加硫の進行と共に消滅して行くが、ボイドを完全に消滅させるためには加硫時に必要以上に大きな圧力を与えることが必要となり、エネルギーコストを大幅に増大させる。
【０００６】
以上の如く、従来の方法ではボイドを消滅させるためだけにエネルギーロス、生産性の低下、余剰の設備などの無駄が生じている。これら無駄を省くには、スチールコードをタイヤ構成部材に圧延する前の撚り線の段階で中空部のエアを除去することが有効である。
【０００７】
スチールコードの中空部のエアを除去する手段として、加硫ゴム紐や有機繊維等の芯材をコード芯部に予め挿入することが考えられるが、この方法では芯材と撚り線を覆うマトリックスゴムとの界面強度が低くなるので、繰り返し歪みを受けると界面部分に剥離を生じ、コード近傍にクラックを形成し、製品の欠陥に繋がる恐れがある。
【０００８】
また、マトリックスゴムを有機溶剤に溶解させ、その中にコードを浸漬することで中空部を埋める方法も考えられるが、近年の環境問題に照らして、生産工程での溶剤の使用は好ましくない。しかも、この方法は浸漬後、溶剤を気化して乾燥させるのに長時間を要し、生産性を著しく阻害する。
【０００９】
更に、スチールコードの素線数を通常より少なくし、断面非対称の撚り線構造を形成することで中空部へのゴムの進入を容易にする方法では、製品タイヤの屈曲疲労性が低下し、スチールコードの使用個所によっては好ましくない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、タイヤ製品完成後の耐蝕性及び耐久性を向上すると共に、タイヤ加硫時のエネルギー効率を改善することを可能にしたタイヤ用スチールコード及びラジアルタイヤを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明のタイヤ用スチールコードは、ｍ本のワイヤを含むコアとｎ本のワイヤを含むシースとからなるｍ＋ｎ撚り構造のスチールコードにおいて、前記コアと前記シースとの間の空間に熱可塑性エラストマー配合物を充填し、該熱可塑性エラストマー配合物は熱可塑性樹脂のマトリックス中にエラストマーが不連続相として分散した構造を有するものとしたことを特徴とするものである。
【００１３】
このようにタイヤ構成部材への圧延前のコードの段階で、コアとシースとの間の空間に熱可塑性エラストマー配合物を満たしておくことにより、スチールコード自体に構造的に中空部が存在しないので、タイヤ製品完成後の耐蝕性を向上することができる。
【００１４】
また、充填物として熱可塑性エラストマー配合物を使用するため、スチールコードを覆うマトリックスゴムとの界面強度が高く、繰り返し歪みを受けても剥離を生じることはなく、その結果、コード付近におけるクラックの形成を防止し、製品タイヤでの欠陥を生じ難くすることができる。
【００１５】
更に、スチールコード自体に構造的に中空部が存在しないので、これを用いたタイヤを加硫するときの圧力を低下させて加硫エネルギー効率を改善することができる。
【００１６】
本発明において、ワイヤの１本当たりの断面積ｄ、コアへの外接円の断面積Ｄ₁ 、シースへの外接円の断面積Ｄ₂ に対して、未加硫ゴム配合物又は熱可塑性エラストマー配合物による被覆断面積Ｘが、Ｄ₁ −（ｄ×ｍ）＜Ｘ＜Ｄ₂ −〔ｄ×（ｍ＋ｎ）〕の範囲にあることが好ましい。この被覆断面積Ｘが上記関係を満足することにより、スチールコードの中空部に熱可塑性エラストマー配合物を過不足なく充填した状態にすることができる。
【００１７】
また、本発明のラジアルタイヤは、上記スチールコードをゴム被覆してなるカーカス部材、フィニッシング部材及びベルト部材の少なくとも１つを用いたことを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成について添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の実施形態からなる重荷重用ラジアルタイヤを示すものである。図１において、１はトレッド部、２はサイドウォール部、３はビード部である。左右一対のビード部３，３間にはカーカス層４（カーカス部材）が装架され、そのタイヤ幅方向端部がビードコア５の廻りにタイヤ内側から外側へ巻き上げられている。また、ビード部３にはビードコア５を包み込むようにカーカス層４に沿ってタイヤ内側から外側に延在するビード補強層６（フィニッシング部材）が埋設されている。トレッド部１におけるカーカス層４の外周側には複数のベルト層７（ベルト部材）が埋設されている。
【００２０】
上記重荷重用ラジアルタイヤにおいて、カーカス部材、フィニッシング部材及びベルト部材には、ｍ本のワイヤを含むコアとｎ本のワイヤを含むシースとからなるｍ＋ｎ撚り構造のスチールコードを複数本引き揃えてマトリックスゴムで被覆したものが使用されている。
【００２１】
図２は上記ｍ＋ｎ撚り構造のスチールコードを示すものである。図２に示すように、このスチールコードは、ｍ本のワイヤＷを含むコア１１と、ｎ本のワイヤＷを含むシース１２とからなるｍ＋ｎ撚り構造を有している。そして、コア１１とシース１２との間の空間には熱可塑性エラストマー配合物からなる充填物１３が充填されている。
【００２２】
このようにスチールコードの撚り合わせ構造の中空部を熱可塑性エラストマー配合物で埋めることにより、以下の作用効果を得ることができる。
【００２３】
第１に、スチールコード自体に構造的に中空部が存在しないので、タイヤ製品完成後の耐蝕性を向上することができる。
【００２４】
第２に、充填物として熱可塑性エラストマー配合物を使用するため、スチールコードを覆うマトリックスゴムとの界面強度が高く、繰り返し歪みを受けても剥離を生じることはなく、その結果、コード付近におけるクラックの形成を防止し、製品タイヤでの欠陥を生じ難くすることができる。
【００２５】
第３に、スチールコード自体に構造的に中空部が存在しないので、これを用いたタイヤを加硫するときの圧力を低下させて加硫エネルギー効率を改善することができる。
【００２６】
ここで、ワイヤＷの１本当たりの断面積をｄ（ｍｍ² ）とし、コア１１への外接円Ｓ₁ の断面積をＤ₁ （ｍｍ² ）とし、シース１２への外接円Ｓ₂ の断面積をＤ₂ （ｍｍ² ）としたとき、熱可塑性エラストマー配合物による被覆断面積Ｘ（ｍｍ² ）は下式（１）を満足するように設定すべきである。
【００２７】
Ｄ₁ −（ｄ×ｍ）＜Ｘ＜Ｄ₂ −〔ｄ×（ｍ＋ｎ）〕 ・・・（１）
即ち、コアとシースとの間を満たす充填物がスチールコードを覆うマトリックスゴムと同等の接着性を有していれば、シース外側に充填物がはみ出してもコードとマトリックスゴムとの接着性を阻害することはないが、コア被覆の加工性等の理由から充填物として接着性に劣る熱可塑性エラストマー配合物を用いる場合は、シース外側にはみ出す量には限界がある。また、たとえ接着性に問題がない充填物であっても、シース外側への過剰なはみ出しはコード作製後の巻取り工程でコード同士の密着を起こし、その後のマトリックスゴム被覆作業を著しく阻害するので、この面からも充填物の量には上限が存在する。一方、充填物の量が不足し、コアとシースとの間の空間を満たすことが出来なければ、十分な効果が得られないので、充填物の量には下限が存在する。
【００２８】
そこで、熱可塑性エラストマー配合物による被覆断面積Ｘが上記（１）を満足することにより、スチールコードの中空部に熱可塑性エラストマー配合物を過不足なく充填した状態にすることができるのである。
【００２９】
なお、上記スチールコードを作製する方法は、特に限定されるものではないが、例えば、コアの部分を予め適量の熱可塑性エラストマー配合物で被覆しておき、しかる後にコアの廻りにシース部分のワイヤを撚り合わせるようにすれば良い。
【００３０】
本発明において、熱可塑性エラストマー配合物としては、熱可塑性樹脂のマトリックス中にエラストマーが不連続相として分散した構造を有するものを用いる。
【００３１】
【実施例】
本発明の実施例１〜４及び従来例のスチールコード（３＋９×０．２２＋ｗ）について、下記の方法により、吸湿による疲労破断寿命の変化、吸湿によるコード・ゴム間の接着性の変化、加硫圧力の低減効果、コード巻解き作業性をそれぞれ評価し、その結果を表１に示した。
【００３２】
但し、上記スチールコードにおいて、Ｄ₁ −（ｄ×ｍ）＝０．０６２ｍｍ² ，Ｄ₂ −〔ｄ×（ｍ＋ｎ）〕＝０．２３６ｍｍ² である。実施例１〜４のコード充填物としてはナイロン樹脂からなるマトリックス中にブチルゴムの加硫粉末を分散させた熱可塑性エラストマー配合物（Ｂ）を用いた。
【００３３】
吸湿による疲労破断寿命の変化：
幅１０ｍｍ、厚さ５ｍｍ、長さ１０００ｍｍのゴムブロック中に３本のコードを長手方向に沿って埋め込んで加硫した試験片を作製し、この試験片をコード端末が露出したまま、オーブン中で７０℃×９８％ＲＨの条件で７日間放置して劣化させた。劣化前後において、試験片を３ローラ疲労試験機に取り付け、ローラ径２５ｍｍ、テンション２０ｋｇの条件で破断寿命を測定した。そして、劣化前の破断寿命Ｔ₀ と劣化後の破断寿命Ｔとから寿命低下指数〔（ｌｏｇＴ／ｌｏｇＴ₀ ）×１００〕を求めた。この寿命低下指数が大きいほど吸湿による寿命の低下が少ないことを意味する。
【００３４】
吸湿によるコード・ゴム間の接着性の変化：
上記試験片をオーブン中で７０℃×９８％ＲＨの条件で１４日間放置して劣化させた後、ＡＳＴＭ法に準拠して引抜テストを実施し、ゴム付率（％）を測定した。このゴム付率が大きいほど吸湿による接着性の低下が少ないことを意味する。
【００３５】
加硫圧力の低減効果：
スチールコードをカーカスコードに使用したグリーンタイヤを成形し、該グリーンタイヤを１５ｋｇ／ｃｍ² の圧力で加硫し、加硫済タイヤのカーカスターンナップ部分におけるボイドの発生状況を観察した。評価結果は、ボイドが全く存在しない場合を「０」で示し、比較的小さいボイドが存在する場合を「小」で示し、比較的大きいボイドが存在する場合を「大」で示した。
【００３６】
コード巻解き作業性：
スチールコードをクリールに密に巻き取ったときの作業性を評価した。評価結果は、作業性に何ら問題がない場合を「○」で示し、作業性がやや低下した場合を「△」で示し、コード同士の密着により作業性が大幅に低下した場合を「×」で示した。
【００３７】
【表１】

【００３８】
この表１から判るように、本発明の実施例１〜４はいずれも従来例に比べて吸湿による寿命や接着性の低下が少なく、しかもボイドの発生が少なかった。特に、被覆断面積Ｘが０．０６２〜０．２３６ｍｍ² の範囲にある実施例１〜２については顕著な作用効果が得られた。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ｍ本のワイヤを含むコアとｎ本のワイヤを含むシースとからなるｍ＋ｎ撚り構造のスチールコードにおいて、コアとシースとの間の空間に未加硫ゴム配合物又は熱可塑性エラストマー配合物を充填し、該熱可塑性エラストマー配合物は熱可塑性樹脂のマトリックス中にエラストマーが不連続相として分散した構造を有するものとしたから、タイヤ製品完成後の耐蝕性及び耐久性を向上すると共に、タイヤ加硫時のエネルギー効率を改善することできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態からなる重荷重用ラジアルタイヤを示す半断面図である。
【図２】本発明の実施形態からなるスチールコードを示す断面図である。
【符号の説明】
１ トレッド部
２ サイドウォール部
３ ビード部
４ カーカス層（カーカス部材）
５ ビードコア
６ ビード補強層（フィニッシング部材）
７ ベルト層（ベルト部材）
１１ コア
１２ シース
１３ 充填物
Ｗ ワイヤ

Claims (3)

1. ｍ本のワイヤを含むコアとｎ本のワイヤを含むシースとからなるｍ＋ｎ撚り構造のスチールコードにおいて、前記コアと前記シースとの間の空間に熱可塑性エラストマー配合物を充填し、該熱可塑性エラストマー配合物は熱可塑性樹脂のマトリックス中にエラストマーが不連続相として分散した構造を有するものとしたタイヤ用スチールコード。
2. 前記ワイヤの１本当たりの断面積ｄ、前記コアへの外接円の断面積Ｄ₁ 、前記シースへの外接円の断面積Ｄ₂ に対して、前記熱可塑性エラストマー配合物による被覆断面積Ｘが、Ｄ₁ −（ｄ×ｍ）＜Ｘ＜Ｄ₂ −〔ｄ×（ｍ＋ｎ）〕の範囲にある請求項１に記載のタイヤ用スチールコード。
3. 請求項１乃至請求項２のいずれかに記載のスチールコードをゴム被覆してなるカーカス部材、フィニッシング部材及びベルト部材の少なくとも１つを用いたラジアルタイヤ。

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