JP4450686B2 - ゴム補強用スチールコードおよびタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、タイヤおよび工業用ベルト等のゴム物品の補強材として使用されるスチールコード並びに、このスチールコードを補強材として適用したタイヤに関するものである。

ゴム物品、その典型例であるタイヤは、カーカスをスチールコードによるベルトで補強するのが通例である。このスチールコードには、タイヤの転動に伴って、種々の入力が繰り返し負荷される。

特に、建設車両用タイヤは荒れた路面を走行するところから、路面から極めて大きな入力があるため、建設車両用タイヤのベルトおよびカーカスには、複数本のフィラメントによるストランドの複数本を撚り合わせた、例えば７×（１＋６）、７×（３＋９）および７×（３＋９＋15）等の複撚り構造のコードが用いられている。

近年、建設車両においても車両性能の向上により高速かつ高荷重に耐えることが可能になったことから、そのタイヤに対しても、より高速かつ高荷重の環境における耐久性が求められている。特に、鉱山で使用する車両等は、悪路を高荷重で走破するために、補強用のスチールコードについても外傷に対する耐カット性、つまり衝撃破壊力に対する耐久性能を、さらに向上する必要がある。

この耐カット性に優れ、さらにはコード強力およびコストの両面に優れる点で、建設車両用タイヤの補強材としては、７×（１＋６）構造に代表される、上記の複撚りスチールコードが、特にベルト補強材に用いられてきた。

ここで、７×（１＋６）構造のコードのように、ストランドを１本のコアフィラメントのまわりに複数本のシースフィラメントを配置した層撚り構造としたコードに、タイヤ転動に伴って圧縮や捩じれ等の種々の入力が繰り返し負荷された際、コアフィラメントが優先してストランドから抜け出てコードから飛び出すことがある。このフィラメントの飛び出しは、ときにタイヤの外部へ突き抜けて外観を損なうほか、タイヤ内部にまで突き抜けて空気漏れを起し重大故障につながるおそれもあり、解決すべき問題の１つであった。

従来、コアフィラメントの飛び出しを抑制する手段として、特許文献１には、コアフィラメントをシースフィラメントより太くしてシースフィラメント間に隙間を造り、加硫時にゴムが入り込みやすくする等、フィラメント間に浸入させたゴムによってコアフィラメントを拘束する対策が、記載されている。
特開２００１−２０１８８号公報

ところが、近年、ベルトに供するゴムにはタイヤ転動時の歪を抑えることを所期して、弾性率の高いものを使用する傾向にあるため、かようなゴムはストランド内に深く浸入させることが難しい。従って、上記した浸入ゴムによる対策が十分に機能しないことがあり、例えば建設車両用タイヤなど、過酷な環境で使用されるタイヤにおいては性能が不足する場合がある。

そこで、本発明は、耐カット性に優れるとともに、コードを構成するフィラメントの選択的な抜け出しを防止した、新規なコード構造を与えることによって、とくに建設車両用タイヤの耐久性を改善することを目的するものである。

すなわち、本発明の要旨構成は、次のとおりである。
（１）１本のスチールフィラメントによる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を配置したコアストランドの周囲に、複数本のスチールフィラメントを撚り合わせたシースストランドの６〜８本を、撚り合わせて成るスチールコードであって、少なくともコアストランドにおいて、コアフィラメントはシースフィラメントより太径であり、かつ下記の振幅Ｒを有する波形に型付けしたものであり、コアフィラメントの型付けにおける波長λが下記の範囲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。
記
0.2×ｄ_Ｃ ≦ Ｒ ≦ 1.0×ｄ_Ｃ
ここで、ｄ_Ｃ：コアフィラメントの径（ｍｍ）
0.3×K ≦ λ ≦ 2.0×K
ここで、
Ｋ：コアストランドにおけるシースフィラメントの撚りピッチ（ｍｍ）

（２）前記コアフィラメントの径ｄ_Ｃとシースフィラメントの径ｄ_Ｓとの比ｄ_Ｃ／ｄ_Ｓが1.05〜1.2であることを特徴とする上記（１）に記載のゴム物品補強用スチールコード。

（３）一対のビード部間でトロイド状に延びるカーカスを骨格とし、更にカーカスのクラウン部をベルトで補強したタイヤであって、該ベルトを構成するコードに上記（１）または（２）に記載のスチールコードを適用してなるタイヤ。

（４）建設車両用タイヤであることを特徴とする上記（３）に記載のタイヤ。

本発明のコードは、大きな入力に対するコード折れの発生が抑制されるため、このコードを適用したゴム物品、つまりタイヤの耐久性を改善することができる。また、ゴム中に埋設したコードからのフィラメントの抜け出しを回避できるため、とりわけ建設車両用タイヤに適した補強材を提供できる。従って、特に荒れ地での走行を前提にした建設車両用タイヤに好適の補強材を与えることができる。

さて、図１に、本発明に従うゴム物品補強用スチールコードの断面について示す。
図１において、１はコアストランドであり、該コアストランド１は、１本のコアフィラメント２の周囲に、図示例で６本のシースフィラメント３を撚り合わせた１＋６構造のストランドであり、さらにこのコアストランド１のまわりに、複数本のスチールフィラメントを撚り合せたストランド、図示例では同様に１本のコアフィラメント５の周囲に同径の６本のシースフィラメント６を撚り合わせた１＋６構造のシースストランド４の６本を撚り合わせた、（１＋６）＋６×（１＋６）構造の複撚りコードである。さらに、必要に応じて、コードの周囲にラッピングフィラメントを巻付けてもよい。

本発明で対象とするコードは、１本のコアストランドのまわりに、６〜８本のシースストランドを配置したものである。すなわち、シースストランドの本数が５本以下では、コアストランドまわりの空隙率が大きくなりすぎて、コードとしての単位断面積当りの強力発揮率が小さくなり、一方９本以上では製造上の困難さよりコストがかかりすぎる。

なお、図１に示したコードでは、各ストランドの構造を、１本のコアフィラメントの周囲に６本のシースフィラメント３を撚り合わせた１＋６構造としたが、シースフィラメントは５〜９本とすることが好ましい。なぜなら、シースフィラメントの本数が４本以下では、コアフィラメントまわりの空隙率が大きくなりすぎて、ストランドとしての単位断面積当りの強力発揮率が小さくなり、一方１０本以上では必要以上に線径を小さくする必要があり、かつ中心までゴムが入りにくいためである。

ここで、コアストランド１を構成するコアフィラメント２がシースフィラメント３よりも太径である上に、コアフィラメント２に下記の振幅Ｒを有する波形の型付けを施すことが肝要である。
記
0.2×ｄ_Ｃ ≦ Ｒ ≦ 1.0×ｄ_Ｃ
ここで、ｄ_Ｃ：コアフィラメントの径（ｍｍ）

すなわち、コアフィラメント２の径をシースフィラメント３の径より大きくすることによって、コアフィラメントのまわりに配置したシースフィラメント同士の間隔を充分に確保したフィラメント配置が実現される。該コードは、ゴム物品に適用した際に、物品製造の加硫工程において、コアストランドの内部にまでゴムが確実に浸入するため、コアストランド内でコアフィラメントをゴムによって拘束することが可能になる。従って、コードに種々の入力が加わった場合に、コアストランド内でのコアフィラメントの移動はゴムによって制限されるから、コアストランドからのコアフィラメントの抜け出しは未然に回避されるのである。

とりわけ、コアフィラメントの径ｄ_Ｃとシースフィラメントの径ｄ_Ｓとの比ｄ_Ｃ／ｄ_Ｓが1.05〜1.2であることが好ましい。すなわち、比ｄ_Ｃ／ｄ_Ｓが1.05未満では、上記の浸入ゴムによる拘束が十分に得られないおそれがあり、一方1.2を超えるとコードの屈曲疲労性、つまり一定曲率でのくり返し曲げ疲労に対する耐久能力が低下し、コアフィラメントの先行破断が懸念されるようになる。

しかしながら、上述したように、弾性率の高いゴムでコードを被覆する際に、かようなゴムをストランド内に深く浸入させるのは、コアフィラメントをシースフィラメントより太くしても十分に実現することが難しい。そこで、本発明では、図２に示すように、コアフィラメント２に上記した振幅Ｒを有する波形の型付けを施して、シースフィラメントとの間に摩擦抵抗を発生させてコアフィラメントとシースフィラメントとを相互に拘束させることによって、コアフィラメントの抜け出し抑制をさらに強化する。

この摩擦抵抗によるコアフィラメントの抜け出し抑制は、コアフィラメント２に上記した振幅Ｒを有する波形の型付けを施すことが肝要である。すなわち、摩擦抵抗による効果は、波形型付けの振幅Ｒがコアフィラメントの径ｄ_Ｃの0.2倍未満になると発現されず、一方で1.0倍を超えると、摩擦によるフレッティングが発生してフィラメントが磨耗してコード強力が低下する。

さらに、コアフィラメント２に施す型付けは、その波長λが
0.3×K ≦ λ ≦ 2.0×K（Ｋ：コアストランドにおけるシースフィラメントの撚りピッチ（ｍｍ））
である。
すなわち、波長λがシースフィラメントの撚りピッチの0.3倍未満では、摩擦抵抗を増加させる効果に乏しく、一方同2.0倍を超えると、摩擦によるフレッティングが発生しやすくなる。

ちなみに、シースフィラメントと同径のコアフィラメントに型付けを行った場合は、型付けによるシースフィラメントとの摩擦効果はあるものの、加硫時の圧力によりコード（ストランド）の輪郭がつぶれる結果、ストランド内部にゴムが浸入しないため、上記の拘束効果は全く得られなくなる。
従って、浸入ゴムによる拘束力の効果、そして型付けによる摩擦の効果を発現し、コアフィラメントの飛び出しを確実に回避するには、コアフィラメントの径を太くし、かつ所定の型付けを施すことが必要である。

なお、コアフィラメントに施す型付けは、上記した振幅、さらには波長を有する波形としたが、これら振幅および波長を同じする螺旋状の型付けを適用することも可能である。しかしながら、コード製造上の容易さからは、２次元である波形の型付けを行うことが望ましい。

また、上記したコアストランドにおけるコアフィラメントおよびシースフィラメントに関する規定は、シースストランド４においても同様に適用することが、コアストランドの場合とほぼ同様の作用効果を期待する上で好ましい。ここで、上記したコアフィラメントおよびシースフィラメントに関する規定を、とりわけコアストランドに適用したのは、コアストランドはシースストランドに比較し周囲（シースストランド）からの締め付けを受けやすい構造であるため、ゴムが侵入しにくく、又撚りがないため構造上中心線がより抜け出しやすいからである。

以上のスチールコードは、タイヤ、中でも図３に例示する建設車両用タイヤのベルトまたはカーカスの補強材として用いることができる。ここで、図３に示したタイヤは、１対のビードコア10間にトロイド状に延びるカーカス11を配置し、そのクラウン部の径方向外側に、ベルト12およびトレッド13をそれぞれ配置して成る。

表１に示す仕様の下に試作したスチールコードを、以下に示す各種試験に供した。その試験結果を、表１に併記する。

［耐カット性試験］
供試材として評価コードに３００％モジュラスが１３Ｍｐａ〜１５Ｍｐａのゴムを被覆した複合体に１０００Ｎの張力を与え、重さ３ｋｇのカット試験用の刃を、高さ５００ｍｍから自由落下させた際の破断の有無を確認する室内衝撃試験を行った。

［コア飛び出し性試験］
供試材として３６００Ｒ５１サイズの建設車両用タイヤのベルトに評価コードを適用し、進行方向に対し２°のアングルをつけ１２時間走行させた。走行後、タイヤ中から評価コードをとり出し飛び出し量を、×＝比較例１と同等、△＝比較例１よりは良いが発生有、○＝飛び出しなし、として評価した。

［回転曲げ疲労性試験］
供試材として半径１５ｃｍの曲率で湾曲させたコードに１００回／ｓで回転を与え、１００万回の回転運動を与えて、１００万回後の（折れ本数／全フィランメント数）を算出しコード間で比較した。すなわち、比較例１（図４参照）の結果を１００としたときの指数にて表示した。この数字が大きいほど回転曲げ疲労性に優れることを示している。

［耐フレッティング性試験］
上記回転曲げ疲労性試験終了後に、評価コードのフィラメント上におけるフレッティングの有無を調査して評価した。

同表から、本発明に従ってコアストランドの構造を特定したものは、フィラメントの破断やフレッティングはなく疲労性も良好であり、しかもコアフィラメントの飛び出しもないことがわかる。

本発明のコード構造を示した図である。 ストランドのコアフィラメントの型付けを示す図である。 タイヤの幅方向断面を示す図である。 本発明と比較するコード構造を示した図である。

符号の説明

１ コアストランド
２ コアストランドのコアフィラメント
３ コアストランドのシースフィラメント
４ シースストランド
５ シースストランドのコアフィラメント
６ シースストランドのシースフィラメント
10 ビードコア
11 カーカス
12 ベルト
13 トレッド

Claims (4)

1. １本のスチールフィラメントによる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を配置したコアストランドの周囲に、複数本のスチールフィラメントを撚り合わせたシースストランドの６〜８本を、撚り合わせて成るスチールコードであって、少なくともコアストランドにおいて、コアフィラメントはシースフィラメントより太径であり、かつ下記の振幅Ｒを有する波形に型付けしたものであり、コアフィラメントの型付けにおける波長λが下記の範囲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。
   記
   0.2×ｄ_Ｃ ≦ Ｒ ≦ 1.0×ｄ_Ｃ
   ここで、
   ｄ_Ｃ：コアフィラメントの径（ｍｍ）
   0.3×K ≦ λ ≦ 2.0×K
   ここで、
   Ｋ：コアストランドにおけるシースフィラメントの撚りピッチ（ｍｍ）
2. 前記コアフィラメントの径ｄ_Ｃとシースフィラメントの径ｄ_Ｓとの比ｄ_Ｃ／ｄ_Ｓが1.05〜1.2であることを特徴とする請求項１に記載のゴム物品補強用スチールコード。
3. 一対のビード部間でトロイド状に延びるカーカスを骨格とし、更にカーカスのクラウン部をベルトで補強したタイヤであって、該ベルトを構成するコードに請求項１または２に記載のスチールコードを適用してなるタイヤ。
4. 建設車両用タイヤであることを特徴とする請求項３に記載のタイヤ。

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