JP4628166B2

JP4628166B2 - ゴム補強用スチールコード及び空気入りラジアルタイヤ

Info

Publication number: JP4628166B2
Application number: JP2005116816A
Authority: JP
Inventors: 正憲青山
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2005-04-14
Filing date: 2005-04-14
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2025-04-14
Also published as: JP2006291419A

Description

本発明は、ゴム補強用スチールコード及び空気入りラジアルタイヤに関し、詳しくは、これまで以上に耐久性の向上を図ったゴム補強用スチールコード及び空気入りラジアルタイヤ、特には建設車両用空気入りラジアルタイヤ（ＯＲＲ）に関する。

今日、車両の発達によりタイヤに対する要求も、より高速高荷重の耐久性が求められるようになってきている。特に、鉱山車両等の建設車両用空気入りラジアルタイヤは悪路を高荷重で走破するために、タイヤ補強用スチールコードに対しても、曲げ、圧縮等の入力に対する耐疲労性、および外傷による耐カット性をさらに向上させることが求められている。

従来、かかる車両用のタイヤの補強用スチールコードは、高い強力が必要とされることから、複数本のスチールフィラメントを撚り合わせたストランドを更に撚り合わせた複撚り構造のスチールコードが広く使用されており、例えば、図７に示すような、１×（３＋９＋１５）＋６×（３＋９＋１５）＋１構造のスチールコード等が知られている。

その他にも、特許文献１および２において、効率良くコード強力が得られ、しかも耐腐食伝播性に優れた複撚り構造のゴム物品補強用スチールコードとして、２〜３層撚りのコードでコア及びシースを構成するフィラメントの少なくとも一部がさらに１本のコアフィラメントと４本のシースフィラメントで構成されたストランドであるスチールコード、および２〜３層撚りのコードでコア及びシースを構成するフィラメントの少なくとも一部がさらに１本のコアフィラメントと３本のシースフィラメントで構成されたストランドであるスチールコードが、夫々提案されている。

さらに、特許文献３には、それまでのスチールコードとコード径がほぼ同一であることを対比の前提として、コード破断強力を少なくとも同等以上としつつ、コード剛性の低減を図ることができるか、又は逆に、コード剛性を少なくとも同等以下としつつ、コード破断強力を大きくすることのできるスチールコードとして、所定のコード径およびフィラメント径のスチールコードであって、芯ストランドを３本撚り合わせ、その周りに側ストランドを８本以上撚り合わせてなり、かつ、芯ストランド及び側ストランドのいずれか一方が２層以上の層撚り構造を有し、他方が３層以上の層撚り構造を有するスチールコードが提案されている。
特開平１０−２９８８７８号公報（特許請求の範囲等）特開平１０−２９８８７９号公報（特許請求の範囲等）特開２００２−３０５８７号公報（特許請求の範囲等）

上述のように、建設車両用空気入りラジアルタイヤに適用するスチールコードには、曲げ、圧縮等の入力に対する耐疲労性の向上が強く求められているが、今日、従来の複撚り構造のスチールコードではその性能向上が限界に達しているといわざるを得なかった。

そこで本発明の目的は、耐疲労性をこれまで以上に高め、従来にない耐久性を実現可能にしたゴム補強用スチールコードおよび該スチールコードを補強材として用いた空気入りラジアルタイヤを提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、以下の知見を得るに至った。即ち、タイヤの高速、高荷重による曲げ、圧縮の入力増大は、時に補強用スチールコードをも局所的に大きく圧縮変形させ、その結果、コードの疲労破断に至らしめる。圧縮による変形は、半波長あるいは１波長分のサイン（ｓｉｎ）波に近似される変形をし、この変形が理想的なサイン波変形の場合、圧縮による歪は分散し、破断までの寿命を向上させることができるが、変形が三角波変形に近い場合、頂点近傍に歪が集中し、破断までの寿命が大きく低下する。

本発明者は、コード構造により圧縮変形を制御することができれば疲労破断に至る寿命を向上させることができるとの上記知見に基づき更に鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明のゴム補強用スチールコードは、３本以上のコアストランドを撚り合わせ、その周りにシースストランドを６本以上撚り合わせてなり、かつ、前記コアストランドと前記シースストランドとが同方向で撚り合わせられており、全てのストランドを構成するフィラメントが同方向に撚り合わせられていることを特徴とするものである。

本発明のゴム補強用スチールコードにおいては、前記ストランドが、２層以上の層撚り構造を有することが好ましく、好適なコード構造として、３×（３＋９＋１５）＋９×（３＋９＋１５）、３×（３＋９）＋９×（３＋９）、３×（３＋９）＋８×（３＋９＋１５）および３×（３＋９）＋６×（３＋９＋１５）の撚り構造を挙げることができる。また、ストランドを構成するフィラメントの素線径が０．１４ｍｍ以上０．３６ｍｍ以下であることが好ましく、さらには、前記コアストランドが構成する螺旋半径をｒ、螺旋ピッチをｐ、シースストランドの螺旋半径をＲ、螺旋ピッチをＰとしたとき、
８６°≧ｔａｎ^-1（ｐ／２πｒ）≧ｔａｎ^-1（Ｐ／２πＲ）≧７４°で表される関係を満たすことが好ましい。

また、本発明の空気入りラジアルタイヤは、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、該カーカスのクラウン部をベルト層で補強した空気入りラジアルタイヤであって、該カーカスおよび／またはベルト層を構成するコードに前記ゴム補強用スチールコードが適用されてなることを特徴とするものである。

本発明のゴム補強用スチールコードによれば、耐疲労性をこれまで以上に高め、従来にない耐久性の向上を実現することができる。よって、このゴム補強用スチールコードを補強材として用いた空気入りラジアルタイヤは優れた耐久性を示し、建設車両用空気入りラジアルタイヤ（ＯＲＲ）に特に好適に適用することができる。

以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。
本発明のゴム補強用スチールコードにおいては、３本以上、好適には３本または４本のコアストランドを撚り合わせ、その周りにシースストランドを６本以上、好適には６本以上１２本以下、より好適には６本以上９本以下にて撚り合わせてなり、かつ、前記コアストランドと前記シースストランドとが同方向で撚り合わせられていることが肝要である。

撚りコードは圧縮入力を与えると自転性の作用から解撚の向き、即ち、撚り方向とは逆向きにサイン波変形しようとする。このとき、従来より知られている、例えば、コード中心に撚りを持たない（１＋６）複撚り構造のコードでは、圧縮時、コアストランドの挙動とシースストランドの挙動が大きく異なり、結果としてコード全体の圧縮時の挙動が理想的なサイン波変形にはならないことを突き止めた。さらに、理想的なサイン波変形を得るためには、３本以上のコアストランドを複撚り化して（ｎ×ｍ）の複撚り構造とし、更にコアストランドとシースストランドの撚り方向を同方向とすることで圧縮変形が理想的なサイン波変形に近づくことを見出すに至った。

ここで、コアストランドの撚り方向とシースストランドの撚り方向とを逆方向とした場合には、圧縮時の変形がコアストランドとシースストランドとは逆の動きになり、理想的なサイン波変形が行われず、結果として圧縮疲労性を良好なものとすることはできない。よって、本発明においてはコアストランドとシースストランドとを同方向撚りにすることが肝要である。

本発明のゴム補強用スチールコードにおいては、シースストランドが、２層以上の層撚り構造から構成されていることが好ましい。１層では建設車両用タイヤに必要な強度を十分に確保することができず、適用範囲が限られてしまうからである。より好ましくは、生産性、複撚り化後のコード径から、３層の層撚り構造とする。また、コアストランドについても、生産性、複撚り化後のコード径から、好ましくは２層または３層の層撚り構造とする。

上記観点より、本発明のスチールコードの好適な実施形態として、３×（３＋９＋１５）＋９×（３＋９＋１５）（図１参照）、３×（３＋９）＋９×（３＋９）（図２参照）、３×（３＋９）＋８×（３＋９＋１５）（図３参照）、３×（３＋９）＋６×（３＋９＋１５）（図４参照）、３×（３＋９＋１５）＋８×（３＋９）（図５参照）および４×５＋６×（３＋９＋１５）（図６参照）の撚り構造を挙げることができる。

また、ストランドを構成するフィラメントの素線径は、好ましくは０．１４ｍｍ以上０．３６ｍｍ以下である。この素線径が０．１４ｍｍ未満では建設車両用空気入りラジアルタイヤに必要な空気圧を保持できず、適用範囲が限られてしまい、一方、０．３６ｍｍより大きいとハンプ部分のような大曲げ時の疲労性が低下することになる。生産性、複撚り化後のコード径から、より好ましくは０．１７ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下とする。更に、中心構造を構成するストランド径を、外層を構成するストランドよりも太くし、コード内部へのゴムの浸透性を高め、耐腐食性を高めることができる。

さらにまた、コアストランドが構成する螺旋半径をｒ、螺旋ピッチをｐ、シースストランドの螺旋半径をＲ、螺旋ピッチをＰとしたとき、
８６°≧ｔａｎ^-1（ｐ／２πｒ）≧ｔａｎ^-1（Ｐ／２πＲ）≧７４°で表される関係を満たすことが好ましい。ｔａｎ^-1（ｐ／２πｒ）の値が８６°より大きい場合には、例えば、タイヤ成型作業において剛性が高いことに起因して作業性の大幅な低下を招くことになる。また、ｔａｎ^-1（Ｐ／２πＲ）の値が７４°よりも小さい場合には、コード破断強力が小さくなり、適用できる範囲が限定されたものになる。さらに、ｔａｎ^-1（Ｐ／２πＲ）＞ｔａｎ^-1（ｐ／２πｒ）の場合には、やはり破断強力の面で改善効果が望めず、好ましくない。

本発明のゴム補強用スチールコードは、上述のように従来の複撚り構造のスチールコードに比べ、耐久性が大幅に向上しているために、例えば、従来の複撚り構造のスチールコードの代わりに、このコードの複数本を互いに平行に引き揃えてゴムシートに埋設してなるプライをカーカスおよび／またはベルト層に適用した空気入りラジアルタイヤは、耐久性が大幅に改善されることになる。よって、本発明の空気入りラジアルタイヤは、図示はしないが、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、該カーカスのクラウン部をベルト層で補強した空気入りラジアルタイヤの、カーカスおよび／またはベルト層に、上述の本発明のゴム補強用スチールコードが適用されてなるものである。

次に本発明を実施例および比較例により具体的に説明する。
実施例１
下記の表１の実施例１に示すコード構造に従うスチールコードを試作した。このスチールコードは、３本のコアフィラメント１と９本の内側シースフィラメント２と１５本の外側シースフィラメント３とからなる３＋９＋１５の層撚り構造のコアストランド３本の周囲に、同じ層撚り構造のストランド９本を前記コアストランドと同方向で撚り合わせ、さらに１本のスパイラルフィラメント４を巻き付けたものである。このスチールコードの断面構造を図１に示す。

実施例２
下記の表１の実施例２に示すコード構造に従うスチールコードを試作した。このスチールコードは、３本のコアフィラメント１１と９本のシースフィラメント１２とからなる３＋９の層撚り構造のコアストランド３本の周囲に、同じ層撚り構造のストランド９本を前記コアストランドと同方向で撚り合わせ、さらに１本のスパイラルフィラメント１３を巻き付けたものである。このスチールコードの断面構造を図２に示す。

実施例３
下記の表１の実施例３に示すコード構造に従うスチールコードを試作した。このスチールコードは、３本のコアフィラメント２１と９本のシースフィラメント２２とからなる３＋９の層撚り構造のコアストランド３本の周囲に、３本のコアフィラメント３１と９本の内側シースフィラメント３２と１５本の外側シースフィラメント３３とからなる３＋９＋１５の層撚り構造のストランド８本を前記コアストランドと同方向で撚り合わせ、さらに１本のスパイラルフィラメント２３を巻き付けたものであり、中心構造がお互いに撚り合わされた３本のストランドからなる。このスチールコードの断面構造を図３に示す。

実施例４
下記の表１の実施例４に示すコード構造に従うスチールコードを試作した。このスチールコードは、３本のコアフィラメント４１と９本のシースフィラメント４２とからなる３＋９の層撚り構造のコアストランド３本の周囲に、３本のコアフィラメント５１と９本の内側シースフィラメント５２と１５本の外側シースフィラメント５３とからなる３＋９＋１５の層撚り構造のストランド６本を前記コアストランドと同方向で撚り合わせ、さらに１本のスパイラルフィラメント４３を巻き付けたものであり、中心構造がお互いに撚り合わされた３本のストランドからなる。このスチールコードの断面構造を図４に示す。

比較例１
下記の表１の比較例１に示すコード構造に従うスチールコードを試作した。このスチールコードは、３本のコアフィラメント１０１と９本の内側シースフィラメント１０２と１５本の外側シースフィラメント１０３とからなる３＋９＋１５の層撚り構造のストランド１本の周囲に、同ストランド６本を撚り合わせ、さらに１本のスパイラルフィラメント１０４を巻き付けたものであり、中心構造が１本のストランドからなる。このスチールコードの断面構造を図７に示す。

比較例２
下記の表１の比較例２に示すコード構造に従うスチールコードを試作した。このスチールコードは、３本のコアフィラメント２０１と９本のシースフィラメント２０２とからなる３＋９の層撚り構造のストランド１本の周囲に、同ストランド６本を撚り合わせ、さらに１本のスパイラルフィラメント２０３を巻き付けたものであり、中心構造が１本のストランドからなる。このスチールコードの断面構造を図７に示す。

比較例３
下記の表１の比較例３に示すコード構造に従うスチールコードを試作した。このスチールコードは、３本のコアフィラメントと９本の内側シースフィラメントと１５本の外側シースフィラメントとからなる３＋９＋１５の層撚り構造のコアストランド３本の周囲に、同じ層撚り構造のストランド９本をコアストランドとは逆方向に撚り合わせ、さらに１本のスパイラルフィラメントを巻き付けたものである。尚、このスチールコードの断面構造は図１に示すものと同じである。

これら試作スチールコードをベルトに適用した建設車両用タイヤ５３／８０Ｒ６３を準備し、ＪＡＴＭＡで規定する正規内圧の状態で正規荷重の１５０％の荷重を加え、ドラム径５ｍのもので速度８ｋｍ／ｈの速さで直進させる耐久試験を実施した。この耐久試験では、故障まで走行を継続し、故障した時間を比較例１を１００として指数表示した。数字が大きいほど長時間走行し、耐久性が高いことを示す。また、スチールコードの破断の有無を調べた。得られた結果を下記の表１に示す。

上記表１から明らかなように、実施例のタイヤはいずれもスチールコードが破断することなく、結果として高いタイヤ耐久性を示すことが確認された。

実施例１のスチールコードの断面図である。実施例２のスチールコードの断面図である。実施例３のスチールコードの断面図である。実施例４のスチールコードの断面図である。本発明の他の好適例のスチールコードの断面図である。本発明の更に他の好適例のスチールコードの断面図である。比較例１のスチールコードの断面図である。比較例２のスチールコードの断面図である。

符号の説明

１，１１，２１，３１，４１，５１コアフィラメント
２，３２，５２内側シースフィラメント
３，３３，５３外側シースフィラメント
４，１３，２３，４３スパイラルフィラメント
１２，２２，４２シースフィラメント

Claims

３本以上のコアストランドを撚り合わせ、その周りにシースストランドを６本以上撚り合わせてなり、かつ、前記コアストランドと前記シースストランドとが同方向で撚り合わせられており、全てのストランドを構成するフィラメントが同方向に撚り合わせられていることを特徴とするゴム補強用スチールコード。
前記シースストランドが、２層以上の層撚り構造を有する請求項１記載のゴム補強用スチールコード。
コード構造が３×（３＋９＋１５）＋９×（３＋９＋１５）の撚り構造である請求項２記載のゴム補強用スチールコード。
コード構造が３×（３＋９）＋９×（３＋９）の撚り構造である請求項２記載のゴム補強用スチールコード。
コード構造が３×（３＋９）＋８×（３＋９＋１５）の撚り構造である請求項２記載のゴム補強用スチールコード。
コード構造が３×（３＋９）＋６×（３＋９＋１５）の撚り構造である請求項２記載のゴム補強用スチールコード。
コード構造が３×（３＋９）＋９×（３＋９＋１５）の撚り構造である請求項２記載のゴム補強用スチールコード。
前記ストランドを構成するフィラメントの素線径が０．１４ｍｍ以上０．３６ｍｍ以下である請求項１〜７のうちいずれか一項記載のゴム補強用スチールコード。
前記コアストランドが構成する螺旋半径をｒ、螺旋ピッチをｐ、シースストランドの螺旋半径をＲ、螺旋ピッチをＰとしたときに、
８６°≧ｔａｎ^-1（ｐ／２πｒ）≧ｔａｎ^-1（Ｐ／２πＲ）≧７４°で表される関係を満たす請求項１〜８のうちいずれか一項記載のゴム補強用スチールコード。
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、該カーカスのクラウン部をベルト層で補強した空気入りラジアルタイヤであって、該カーカスおよび／またはベルト層を構成するコードに請求項１〜９のうちいずれか一項記載のゴム補強用スチールコードが適用されてなることを特徴とする空気入りラジアルタイヤ。