JP4443731B2 - 金属素線およ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】
本発明は金属素線および該金属素線または、その複数本を撚り合わせた金属コードを補強材に用いた空気入りタイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気入りタイヤの補強材、たとえば、カーカス層、ベルト層またはビード部補強層等には複数本の金属素線を撚り合わせた金属コードが多用されている。そして金属コードは、たとえば断面が図４に示されるごとく金属素線ｆが相互に隙間のない状態で充填されたコンパクトコードが用いられている。この場合、金属コードをゴム中に埋設して、補強プライを製造する際、金属素線相互間に形成される空隙にゴムが浸透せず、コードの空隙が形成される部分に水分の影響により錆が発生し、これがコードの長手方向に広がり、コードとゴムの接着力低下およびコードの強力低下を招来し、タイヤ走行時にコードの破断をきたす等の問題点がある。
【０００３】
係る問題を解決するため、従来、図５で断面図で示すごとく、金属素線ｆ間に隙間を形成するように撚り合わせた、いわゆるオープンコードが提案されている。
【０００４】
さらに図６に断面構造で示すごとく、３次元のスパイラル状の型付けをした金属素線ｆ１と、非型付け金属素線ｆ２と撚り合わせることによって、金属素線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が提案されている。
【０００５】
しかし、これらの金属コードでは金属素線間に隙間を形成するため撚り方が複雑となり、あるいは型付けのための工程が増加し、生産性が劣り、金属コードの製造コストが高くなる欠点があり、さらに型付け金属素線は強度、剛性が低く、径を太くすることを避けることはできない。また、このような金属コードをゴムに埋設したプライはカールを生じ、タイヤ成形を困難にする欠点がある。
【０００６】
また、特開平１０−３７０３２号公報には、タイヤの重量増加およびコストアップを伴うことなく、その剛性を高め、操縦安定性を向上する目的で断面が円形でなく、外に凸形である有機繊維フィラメントの記述が開示されている。しかし係る技術はコードの疲労性に悪影響を及ぼす。
【０００７】
さらに特開平１１−８１０７６号公報にはタイヤの重量増加、コストアップを伴うことなく、その剛性を高め操縦安定性と、コードの耐疲労性を改善するためフィラメントの断面形状を外に凸形の多角形状で、その外接円半径と内接円半径を所定範囲に設定する技術が開示されている。しかし有機繊維コードは、一般にフィラメントの線径は１０００ｄ〜１６５０ｄと小さく、凸形による物性への影響は金属素線と全く異なる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は金属素線およびそれを複数本撚り合わせてなる金属コードの重量増加を伴うことなく、剛性および強度を改善するとともに、該金属素線または、金属コードをタイヤ補強材に使用することにより、ゴムの浸透に優れ、コードの錆発生を軽減することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は断面が外に凸形の多角形状であるタイヤ用の金属素線である。そして断面における凸部は３〜６個であることが望ましい。さらに金属素線の断面における凸部の外接円が０．３０〜０．７０ｍｍであり、凸部の先端が曲率を有することが望ましい。
【００１０】
そして本発明は、前記金属素線を１〜９本からなる金属素線または金属コードを補強材に用いた空気入りタイヤである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の金属素線は断面が外に凸形の多角形状を有する。図１に本発明の金属素線の実施例の断面図を示している。図１（ａ）では金属素線１は３個の凸部２を有しており、３個の凸部２の先端部２ａは望ましくは外接円ｐ上に位置している。ここで外接円は内接円ｐ₀と同心円を形成する。そして内接円の半径ｒと外接円の半径Ｒの比（Ｒ／ｒ）は、１．２〜２．５の範囲であることが望ましい。
【００１２】
Ｒ／ｒが１．２より小さいと断面凸形によるゴムの浸透の効果、および重量軽減の効果期待できず、一方、２．５を超えると金属素線の断面変形が大きすぎ、凸部の破損が生じ金属素線の強度の低下とともに耐コード疲労性が低下する。
【００１３】
なお、凸部の先端部２ａは外接円ｐ上に位置するのが望ましいが、図１（ｄ）のごとく凸部の一部は外接円から突出、あるいは後退してもよい。この場合、凸部の外接円からの突出長さ（Ｌ）および後退長さ（Ｍ）は外接円直径（Ｒ）の１０％以内であることが望ましい。
【００１４】
図１（ｂ）には凸部４を４個有する金属素線３の断面が示されており、図１（ｃ）には凸部６を５個有する金属素線５の断面が示されている。いずれの凸部の先端部４ａ、６ａは外接円上に位置している。また図１（ｂ）、図１（ｃ）に示す金属素線においても内接円（ｒ）と外接円（Ｒ）の比（Ｒ／ｒ）は１．２〜２．５の範囲が望ましい。
【００１５】
本発明の金属素線は、上述のごとくその断面を外に凸形の多角形状とすることにより、その外接円と同等の径を有する金属素線と同等の強度、剛性を維持しながら、約１０〜５０％減量した金属素線を得ることができる。したがって、該金属素線またはその複数本を撚り合わせた金属コードをタイヤ補強材に用いることによりタイヤの軽量化を図ることができる。
【００１６】
本発明の金属素線の前記凸部は３〜６個を有することが望ましい。３個未満では従来の扁平な金属素線と効果に差はあまり認められず、一方６個を超えると金属素線表面の凹凸が激しすぎて製造上困難を伴い、またタイヤ補強材に用いる際、ゴムの浸透が不充分である。
【００１７】
また、前記凸部の先端は金属コードに撚り合わせる際の相互の破損を軽減し、ゴム浸透を円滑にするため一定の曲率を形成することが望ましい。
【００１８】
次に本発明の金属素線の外接円の直径（２Ｒ）、すなわち素線径は０．３０〜０．７０ｍｍの範囲が望ましい。０．３０ｍｍ未満では加工が困難になり、一方０．７０ｍｍを超えるとタイヤ用補強材として不適である。
【００１９】
なお、金属素線は好適にはスチールが用いられるが、その素線径を選定するにあたっては、スチールにおける炭素含量を変更した、たとえば炭素含有量が０．８２〜０．９６％程度のグレードを使用することが好ましい。
【００２０】
本発明の断面が外に凸形の多角形の金属素線はダイスによる冷間引き抜き加工時、ダイス形状を加工することにより得られる。
【００２１】
前記金属素線は１本の素線としてまたは２〜９本を撚り合わせた金属コードとしてタイヤの補強材、たとえばカーカス、ベルト層、サイド部補強層、ビード部補強層に用いることができる。
【００２２】
次に、本発明の金属コードをベルト層に埋設して空気入りタイヤを製造した実施形態について説明する。
【００２３】
図２は、本発明の乗用車用タイヤの断面図の右半分を示す。図において、乗用車用タイヤ１０は１対のビード部１１の間でトロイド状に延びるカーカス１２を骨格とし、該カーカスのクラウン部を少なくとも２つのプライよりなるベルト層１３で補強し、さらにベルト層１３のタイヤ径方向外側にトレッド部１４を配置している。そしてベルト層の少なくとも１つのプライは、前記断面が外に凸形の多角形状である金属素線を単体、または金属素線を撚り合わせた金属コードで構成されている。
【００２４】
ここで金属コードの金属素線が９本を超えると、１本の金属素線の径を細くする必要があるので、好ましくない。１〜９本の金属素線を上記乗用車用タイヤに用いる場合、ベルト層中の金属素線または金属コードのエンド数は５０ｍｍ幅あたり１０〜５０本、好ましくは２０〜４５本である。
【００２５】
また、本発明の金属コードを撚り合わせる場合の撚りピッチは１０〜３０ｍｍが好適である。１０ｍｍ未満であるとコードの初期伸びが大きくなり、たとえば空気入りタイヤの形状を安定させるベルト層、カーカス層等に使用するのが困難となるほか、撚り工程でのコストを増大させる傾向がある。逆に３０ｍｍを超えるとコードを切断したときにコードがばらけやすくなり、工程上好ましくない。
【００２６】
なお、金属コードをゴムに埋設するにはトッピング工程を経ることになるが、この工程では、８０〜１２０℃のゴムが金属コードに被覆される。この際、金属コードを構成する金属素線の凸部が相互に空隙を形成し、該空隙にゴムは容易に浸透していく。このようにして得られたプライを用いてベルト層を構成するには、少なくとも１枚のプライは上述の本発明の金属コードのプライで構成したものを用いる。そして金属コードは乗用車用タイヤの場合、タイヤ周方向に１０〜３０°の角度で相互に反対方向に交差するように配置する。一方トラック、バス用タイヤのベルト層に使用する場合は、通常４プライをコード角度５〜７０°の範囲で配置する。
【００２７】
次に、本発明の金属コードはトラック、バス用タイヤのカーカスにも適用できる。
【００２８】
図３は、本発明のトラック、バス用空気入りラジアルタイヤの断面図の右半分を示す。図において、トラック、バス用空気入りラジアルタイヤ２０は１対のビート部２１の間でトロイド状に延びるカーカス２２を骨格とし、該カーカスのクラウン部を４枚のプライよりなるベルト層２３で補強し、さらにベルト層２３のタイヤ径方向外側にトレッド部２４を、さらにカーカス２２とその折返し部の間にビードエーペックス２５を配置している。そしてカーカス２２のプライは、前述の金属コードで構成される。
【００２９】
金属コードを構成する金属素線が９本を超えると１本の金属素線の径を細くする必要があり好ましくない。１〜９本の金属素線でカーカスを構成する場合、カーカス中の金属素線または金属コードの打込み数は５０ｍｍ幅あたり１０〜５５本、好ましくは２０〜４５本である。
【００３０】
なお、本発明において、カーカスは埋設される金属素線または金属コードがタイヤ周方向に対して７０°〜９０°の方向に配置される少なくとも１枚のプライで構成される。そして、カーカスの内側または外側には、ビード部もしくはサイドウォール部の補強等のため、本発明の金属コードのほか、スチールコード、アラミド繊維コード、ポリエステル繊維コードまたはナイロン繊維コード等の補強層を配置することもできる。
【００３１】
さらに、カーカス２２とその折返し部の間に配置されるビードエーペックス２５は、従来一般に用いられている硬質ゴム、軟質ゴムまたはそれらの組合せで構成することができる。さらにカーカスの折返し上端付近にはゴムと金属コードとの剥離を軽減するため、フィラーを配置することもできる。
【００３２】
次に空気入りラジアルタイヤのベルト層２３は４枚のプライで構成されている。従来、トラック、バス用空気入りラジアルタイヤに用いられる構造、たとえばコードの角度は通常タイヤの周方向に対して５〜３０°の範囲で配列されるが、カーカスに隣接するプライのコード角度を４０〜７０°とし、他の３枚のコード角度を通常５〜３０°で配列することもできる。ここでベルト層は本発明の金属素線または金属コードのほか、従来のスチールコード、ガラスファイバ、これらの無機繊維コードとアラミド繊維コード、ナイロン繊維コードあるいはポリエステル繊維コードとの組合せを用いることもできる。
【００３３】
ベルト層の外側にはコード角度がタイヤ周方向に５°以下のいわゆるバンド層を配置することもできる。
【００３４】
なお、本発明の金属素線は単独として、または、その複数本よりなる金属コードとしてビード部、サイドウォール部の補強材に使用できる。
【００３５】
【実施例】
実施例１〜５、比較例１〜４
表１に示す仕様で、各種断面構造のスチール素線を撚り合わせて種々のスチールコードを作製した。さらにこのスチールコードを用いて表１に示す仕様のベルト層を作製し、図２の基本構造のサイズ１６５／７０ＳＲ１３の乗用車用ラジアルタイヤを試作した。ここでカーカスプライはポリエステルコードで補強した１枚を使用し、コードをを周方向に対して９０°に配置した。そのタイヤの性能評価を後述の方法で行ない、その結果を併せて表１に示している。
【００３６】
（１） ゴム浸透率
試供金属コードを用いたベルト層を備える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を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５〜６本の素線のうち、隣り合う２本の素線を除去し、除去された２本の素線と残りの素線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に対する比率をもってゴムの浸透率とする。上記測定を１０本のコードについて行ない、平均値をもってそのコードの測定値とする。
【００３７】
（２） タイヤ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て良好である。
【００３８】
（３） タイヤ走行後の強度保持率
タイヤを約２０万ｋｍ走行させた後、タイヤを解体して金属コードを取出し、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。
【００３９】
（４） コード曲げ剛性
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。
【００４０】
【表１】

【００４１】
コードの重量単位で評価した場合、表１から本発明の実施例の金属素線は高い剛性を有している。さらに本発明の金属素線を用いた金属コードはゴムの浸透率に優れ、さらにタイヤの補強材として用いた場合、錆発生指数、コードの強度保持性に優れており、軽量化を図ることができることが明らかである。
【００４２】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００４３】
【発明の効果】
本発明は金属素線を断面が凸形の多角形状としたため、これをコードに撚り合わせた場合、コード内に空隙が形成されこれをタイヤの補強材に用いると周囲のゴムによって金属素線の周囲を完全に被覆するため、従来のコンパクト金属コードのような空隙は形成されない。したがって金属コードの錆発生が軽減でき、さらに金属コードの強度保持、さらにタイヤの軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は本発明の金属コードの断面図である。
【図２】 本発明の乗用車用空気入りタイヤの断面図の右半分である。
【図３】 本発明のトラック、バス用空気入りタイヤの断面図の右半分である。
【図４】 従来のコンパクト型スチールコードの断面図である。
【図５】 従来のオープンコードの断面図である。
【図６】 従来の型付けコードの断面図である。

Claims (6)

1. 断面が外に凸形と、凹形とを含む多角形状であるタイヤ用の金属素線。
2. 断面における凸部が３〜６個である請求項１記載の金属素線。
3. 凸部の先端が曲率を有する請求項２記載の金属素線。
4. 金属素線の断面における凸部の外接円の直径が０．３０〜０．７０ｍｍである請求項２または３記載の金属素線。
5. 金属素線の断面における凹部の内接円の半径ｒと、金属素線の断面における凸部の外接円の半径Ｒの比（Ｒ／ｒ）が、１．２〜２．５の範囲である請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属素線。
6. 請求項１〜５記載の金属素線の１〜９本からなる金属素線または金属コードを補強材に用いた空気入りタイヤ。

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