JP4610897B2 - 中間フィラメントがポリマーにより被覆された多層スチールコード - Google Patents

Description

本発明はコアと、コアの周囲に撚られた中間スチールフィラメントからなる第１層と、第１層の周囲に撚られた第２スチールフィラメントからなる第２層とを備えたスチールコードに関する。このようなスチールコードは多層スチールコードとも呼ばれる。

多層スチールコードは当技術分野、特にタイヤ製造の分野において知られている。多層スチールコードはトラックタイヤのブレーカプライまたはベルトプライおよびトラックタイヤのカーカスプライを補強するのに用いられる。タイヤのブレーカプライまたはベルトプライにおけるスチールコードの主な機能はタイヤに剛性を付与することにある。タイヤのブレーカプライはトレッドを付け直すことによって交換することができるので、ブレーカプライに用いるスチールコードは著しく高い機械的特性を必要とはしない。対照的に、カーカスプライを補強するためのスチールコードは著しく高い機械的特性を必要とする。理由の１つとして、カーカスプライはタイヤの存続期間中に交換されない点が挙げられる。従って、カーカスプライ用のスチールコードには、高強度、高柔軟性、高構造均一性、高付着性と高付着持続性、および高耐久性が望まれる。なお、高耐久性は耐疲労性と耐フレッチング特性の両方が高いことを意味する。

以下に示す従来技術によるスチールコード構成がトラックタイヤのカーカスプライの補強に広く用いられている。
３＋９＋１５×０．１７５＋１（ラッピングフィラメント） ＳＳＺＳ
しかし、試験結果によれば、このコードは耐フレッチング特性が劣っている。その主な理由はラッピングフィラメントを用いている点、および異なる層のフィラメント間に、具体的には、Ｓ撚りのフィラメントとＺ撚りのフィラメントとの間に点接触が生じる点にある。

上記のラッピングフィラメントを省略した以下に示す従来技術によるスチールコード構成が知られている。
３＋９＋１５×０．１７５ ＳＳＺ
この構成のスチールコードによれば、耐フレッチング特性がいくらか改善される。

さらに他の従来技術によるスチールコードは以下に示す構成を有している。
３＋８＋１３×０．１７５
上記の構成との差は第１層目のフィラメントが１本省略され、第２層目のフィラメントが２本省略されている点にある。このようにフィラメントを省略することによって、稠密度を低減させ、ゴムが浸透しやすい不飽和層を得ることができる。浸透したゴムによって、フィラメント間のフレッチング磨耗による損傷を低下させることができる。

しかし、最も耐フレッチング特性に優れた従来技術によるスチールコードは以下の構成を有している。
０．２０＋１８×０．１７５ ＣＣ（コンパクトコード）
この構成は１本の太径コアフィラメントと１８本の細径フィラメントを同一撚りピッチで同一方向に撚ることによって得られる。この撚線の幾何学的な構造において、フィラメント間の接触は点接触ではなく線接触である。この構造の他の利点は、太径のコアフィラメントを用いているので、わずかに不飽和な層を得ることができ、ゴムの浸透を促すことができるという点にある。線接触とゴムの浸透によって、この構成は良好な耐フレッチング特性を示す。しかし、この構成はコアフィラメントが最も脆弱な要素になるという欠点がある。

本発明の目的は従来技術の欠点を解消することにある。本発明の他の目的はスチールコードの耐フレッチング特性を改善することにある。本発明のさらに他の目的はスチールコードの耐久性をさらに高める点にある。

本発明によれば、１本以上のコアスチールフィラメントからなるコアと、コアの周囲に撚られた中間スチールフィラメントからなる第１層と、第１層の周囲に撚られた第２スチールフィラメントからなる第２層とを備えたスチールコードが提供される。このスチールコードは中間スチールフィラメントの少なくとも１本が０．１０ｍｍの最小厚みを有するポリマーによって個別に被覆されていることを特徴とする。第１層の中間スチールフィラメントの周囲にポリマーを設けることによって、中間スチールフィラメントと、それに隣接する中間スチールフィラメント、第２層スチールフィラメントおよびコアスチールフィラメントと間のフレッチング磨耗を著しく低減させることができる。

ポリマーの最小厚み（０．０１０ｍｍ）はその最小厚みを有するポリマーの体積が種々のスチールフィラメント間の隙間を満たすのに必要なポリマーの体積よりも多いことを意味し、具体的には、０．０１５ｍｍまたは０．２５ｍｍであるとよい。このような十分な体積と硬度を有するポリマーを設けることによって、撚線ステップの後においても、殆どの場合、各中間フィラメントを薄いポリマー層によって包囲することができる。撚線処理の後においても残留するこの薄い層によって、被覆されたそれらの中間スチールフィラメントと周囲のフィラメントとの間におけるスチールとスチールの接触をなくすことができる。

好ましくは、上記のポリマーは撚線ステップの前に中間スチールフィラメントの周囲に押出成形されるとよい。

上記のポリマーは好ましくは軟質ポリマーよりも所謂硬質ポリマーであるとよい。硬質ポリマーは良好な機械的性質を有し、十分な耐フレッチング特性を付与することができる。硬質ポリマーは以下の性質、すなわち、１６０℃を超える結晶融点、１５０℃を超えるビカット軟化点（ＤＩＮ５３４６０）、５００ＭＰａを超える、好ましくは１０００ＭＰａを超える弾性率、２５ＭＰａを超える引張強度、５０％を超える伸び、および３０ＭＰａを超える、好ましくは５０ＭＰａを超える、例えば８０ＭＰａの硬度（ＤＩＮ５３４５６）を有しているとよい。硬質ポリマーはさらに、せん断速度を１００００ｓｅｃ^-1から１ｓｅｃ^-1に減少させて測定した約２８０℃における溶融粘度が、５０Ｐａ・ｓから２５００Ｐａ・ｓの範囲内であるとよい。さらに好ましくは、せん断速度を５０００ｓｅｃ^-1から２０ｓｅｃ^-1に減少させて測定した溶融粘度が５０Ｐａ・ｓから１０００Ｐａ・ｓの範囲内の値であるとよい。

ポリマーは好ましくはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、およびポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）からなる群から選択される。

本発明に用いるポリマーとして、ＰＥＴが最も好ましい。なお、「ポリエチレンテレフタレート」または「ＰＥＴ」という用語はエチレンテレフタレートの単独重合体を意味すると共に、２０％以下の他の共重合ユニット、例えば、イソフタル酸のようなテレフタル酸以外の酸またはエチレングリコール以外のグリコールから誘導される共重合ユニットを含むエチレンテレフタレートの共重合体をも意味する。このポリマーは特性の一部を改質するためにポリマーの混合物をさらに含んでいてもよい。

ナイロン６（ＰＡ６）のようなポリアミドの皮膜と比較して、ポリエチレンテレフタレート皮膜はケーブルに均一な低摩擦抵抗を付与することができる。さらに、ポリエチレンテレフタレート皮膜は良好な付着性と付着持続性、高い耐腐食性、良好な耐紫外線特性（すなわち、良好な耐候性）、および低い吸水性または吸湿性を有している。ポリエチレンテレフタレート皮膜は同じ環境下においてナイロン６皮膜が吸収する湿気の１／１０の湿気しか吸収しない。このことはポリエチレンテレフタレート皮膜を有するスチールケーブルはナイロン６皮膜を有するスチールケーブルほど膨潤しないことを意味する。さらに、ポリエチレンテレフタレート皮膜は、環境への負担が少ない方法で、すなわち、プライマを用いずに極めて簡単な予備処理によって形成することができる。

前述の全ての利点に加えて、ポリエチレンテレフタレート皮膜は良好な耐摩耗性を有するという利点がある。この利点は本発明において非常に重要である。第１の効果として、ポリエチレンテレフタレート皮膜は他のポリマー皮膜と比較して撚線中に比較的損傷せずに皮膜の原形を保つことができる。また、第２の効果として、良好な耐摩耗性によって撚線ステップの後フィラメント間のフレッチング磨耗による損傷を低減することができる。

本発明の有利な一実施態様によれば、以下の１つ以上の特徴を備えるスチールコードが提供される。すなわち、1本のコアスチールフィラメントのみを設ける特徴、中間スチールフィラメントの数は３から１０の範囲内にある特徴、全ての中間スチールフィラメントはポリマーによって個別に被覆される特徴、および（一本または多数の）コアスチールフィラメント、中間スチールフィラメントおよび第２スチールフィラメントは全て同一の撚りピッチで同一の方向に撚られる特徴の１つ以上を備えるスチールコードが提供される。

以下、本発明を添付の図面に基づいてさらに詳細に説明する。

図１は、本発明に係るスチールコード１０の好ましい一実施形態を示す断面図である。スチールコード１０は０．２０ｍｍの直径を有する一本のスチールフィラメント１２を備えている。６本の中間スチールフィラメント１４がコアスチールフィラメント１２の周囲に撚られている。中間スチールフィラメント１４はポリエチレンテレフタレート皮膜１６によって個別に被覆されている。この各フィラメントへの被覆は撚線の前に押出成形法によって行なう。中間スチールフィラメントの断面の直径は０．１５ｍｍであり、ポリエチレンテレフタレート皮膜１６を含む全体の直径は０．１７５ｍｍ、あるいは０．２０ｍｍであってもよい。１２本の０．１７５ｍｍの直径を有する第２フィラメント１８が中間スチールフィラメントの周囲に撚られている。中間フィラメント１４および第２フィラメント１８は同一撚りピッチ（１２．５ｍｍ）で同一方向に撚られている。

さらに包括的な観点から、ポリエチレンテレフタレート皮膜の厚みは０．０１０ｍｍから０．１５０ｍｍの範囲内、例えば、０．０１５ｍｍから０．１００ｍｍの範囲内であるとよい。この厚みの好ましい値は０．０２０ｍｍ、０．０２５ｍｍ、０．０３０ｍｍ、０．０３５ｍｍ、および０．０４０ｍｍである。

中間スチールフィラメント１４の周囲のポリエチレンテレフタレート皮膜１６は以下の利点をもたらす。
１．コアフィラメント１２と被覆された中間スチールフィラメント１４との間にスチールの接触が存在しない。
２．６本の中間スチールフィラメント１４相互間にスチールの接触が存在しない。
３．中間スチールフィラメント１４と第２スチールフィラメント１８との間にスチールの接触が存在しない。

コアフィラメント１２は中間フィラメント１４の全体的な直径および第２フィラメント１８の直径よりもいくらか大きい直径（０．２０ｍｍ）を有しているので、中間層と第２層は不飽和、すなわち、完全な稠密状態ではない。換言すれば、中間層と第２層は、それぞれ、その断面がコンパクト構成ではない。第２スチールフィラメント１８間の開口を介してゴムが第２スチールフィラメント１８間に浸透するので、それらの第２スチールフィラメント１８間のフレッチング磨耗も低減させることができる。

ゴムの浸透性をさらに改善するために、第２フィラメントに塑性変形、例えば、米国特許第５、６８７、５５７号に開示されている多角形の変形を与えるとよい。

撚線処理の後および加硫処理の後になると、中間スチールフィラメント１４の周囲のポリエチレンテレフタレート皮膜１６は図１に示すような円形の断面を呈しない。すなわち、第２フィラメント１８の内向きに作用する力と後続の加硫温度の影響によって、ポリエチレンテレフタレート皮膜１６がいくらか流出する。しかし、最小限の量のポリエチレンテレフタレートが残存しているので、またポリエチレンテレフタレートの硬度が高いので、中間スチールフィラメント１４の周囲のポリエチレンテレフタレート皮膜１６は前述の利点を維持することができる。スチールとスチールが接触するいくつかの個別な箇所を除けば、薄いポリエチレンテレフタレート皮膜が、常に、被覆対象の中間スチールフィラメント１４と、周囲の全てのフィラメント、すなわち、隣接する中間フィラメント１４、コアフィラメント１２および接する第２フィラメント１８と間に存在する。従って、ポリエチレンテレフタレートは実質的に中間スチールフィラメントを包囲し、種々のフィラメント間のフレッチング磨耗を実質的に低減させることができる。

本発明のスチールコードのフレッチング特性を調べ、その結果を従来のスチールコードの同結果と比較した。それらの結果を以下の表に示す。

＊ ４０×１０⁶サイクルのエンドレスベルトサイクル（他のスチールコードは１００×１０⁶サイクル）。
ＮＴ＝標準引張強度。
ＣＣ＝コンパクトコード、すなわち、全てのフィラメントが同一撚りピッチで同一方向に撚られたコード。
ＰＣ＝ポリマー被覆。
ＢＥＴＲＵ（登録商標）＝多角形に予備成形。
ＢＬ＝破断荷重。
ＢＬのロスは、１００×１０⁶サイクル（最初の従来のスチールコードは４０×１０⁶サイクル）のエンドレスベルト試験を行なう前のスチールコードの各フィラメントの破断荷重に対するエンドレスベルト試験を行った後の各フィラメントの破断荷重のロスを百分率で表した値。

比較試験に用いたポリマーは以下の特性を有するＰＥＴである。
・結晶融点：２５５〜２５８℃
・ビカット軟化点（ＤＩＮ５３４６０）：１８０〜１９０℃
・弾性率（ＤＩＮ５３４５７、ＩＳＯ５２７）：２５００ＭＰａ
・引張強度（ＤＩＮ５３４５５、ＩＯＳ５２７）：６０ＭＰａ
・伸び（ＤＩＮ５３４５５、ＩＳＯ５２７）：＞５０％
・硬度（ＤＩＮ５３４５６）：１２０〜１２５ＭＰａ
・吸湿率（２０℃、５０％相対湿度）：０．３％

動的曲げは１００×１０⁶サイクル（最初の従来のスチールコードの場合は４０×１０⁶サイクル）のエンドレスベルト試験を行なう前のスチールコードの各フィラメントの動的曲げサイクル数に対するエンドレスベルト試験を行なった後の各フィラメントの動的曲げサイクル数のロスを百分率によって表した値。

表の最後の欄（フレッチング磨耗）における数字は以下の判定基準に基づくフレッチングコード番号である。

より広い観点から、本発明に用いるスチールフィラメントは通常０．０３ｍｍから０．８０ｍｍの範囲内、好ましくは、０．０５ｍｍから０．３０ｍｍの範囲内の直径を有している。スチールフィラメントは以下の組成を有している。すなわち、０．０７０から１．１０％の炭素と、０．１０から１．１０％のマンガンと、０．１０から０．９０％のシリコンと、０．１５％、好ましくは、０．０１０％未満に制限した硫黄およびリンを含み、さらにクロム（０．２０−０．４０％）、銅（０．２０％以下）、ニッケル（０．３０％以下）、コバルト（０．２０％以下）、およびバナジウム（０．３０％以下）のような付加的な元素を含んでもよい。フィラメントの最終的な引張強度Ｒｍはその直径に依存するが、例えば、０．２ｍｍ径の標準張力フィラメントは約２８００メガパスカル（ＭＰａ）を超えるＲｍを有し、０．２ｍｍ径の高張力フィラメントは約３４００ＭＰａを超えるＲｍを有し、０．２ｍｍ径の超高張力フィラメントは約３６００ＭＰａを超えるＲｍを有し、０．２ｍｍ径の極超高張力フィラメントは約４０００ＭＰａを超えるＲｍを有している。スチールフィラメントにはゴムに対する付着性を促進する層が被覆される。例えば、真鍮（低銅含有量（６３．５％）または高銅含有量（６７．５％）のいずれかの真鍮）の皮膜または複合真鍮（ニッケル＋真鍮、真鍮＋コバルトなど）の皮膜を含む銅合金皮膜が被覆されるとよい。また、ゴムの付着性を改善するためにシランによって処理された亜鉛皮膜が被覆されてもよい。

本発明によるスチールコードは公知のチューブラー型撚線機、または好ましくは公知のダブル（バンチャー）型撚線機によって製造されるとよい。中間スチールフィラメントの被覆は撚線ステップの前に別ラインの押出成形ステップによって行なうかまたは撚線ステップが押出成形ステップに続く１つのオンライン製造プロセスによって行なうとよい。

本発明に係るスチールコードを示す断面図である。

Claims (7)

1. １本以上のコアスチールフィラメントからなるコアと、前記コアの周囲に撚られた中間スチールフィラメントからなる第１層と、前記第１層の周囲に撚られた第２スチールフィラメントからなる第２層とを備えるタイヤ製造のためのスチールコードであって、前記中間スチールフィラメントの全てがポリマーによって個別に予め被覆されており、前記ポリマーは０．０１０ｍｍから０．１５０ｍｍの厚みを有しており、前記コアスチールフィラメントが、前記被覆したポリマーを含む前記中間スチールフィラメントの全体的な直径よりも、大きく、０．０３ｍｍから０．８０ｍｍの直径を有しているスチールコード。
2. 前記ポリマーが前記中間スチールフィラメントの全ての周囲に予め押出成形によって形成されている請求項１に記載のスチールコード。
3. 前記ポリマーがポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートおよびポリエチレンナフタレートからなる群から選択される請求項１に記載のスチールコード。
4. 前記コアが１本のコアスチールフィラメントのみからなる請求項１に記載のスチールコード。
5. 前記中間スチールフィラメントの数が３から１０の範囲内である請求項１に記載のスチールコード。
6. 前記コアスチールフィラメント、前記中間スチールフィラメントおよび前記第２スチールフィラメントが全て同一の撚りピッチで同一の方向に撚られている請求項１に記載のスチールコード。
7. 前記被覆された中間スチールフィラメントといずれの隣接するスチールフィラメントとの間において、スチールとスチールとの接触が生じない請求項１に記載のスチールコード。

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