JP4646769B2 - ゴム補強用スチールコードおよびその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、自動車用タイヤの補強材として使用されるスチールコードに関するもので、いわゆるハイエロンゲーションコード（Ｈ／Ｅコード）に関するものであり、全ての素線に同じスパイラル状くせを施したものについて、簡便な手段の付加によってスチールコード内部へのゴム材の侵入を良くして、耐疲労性を高めることができるものである。

自動車が走行路の突起物を踏んだとき、自動車全体がバウンドすることのないようにタイヤの最外層を柔軟に歪ませて上記突起物による凹凸を吸収する効果 （エンベロープ効果）を高めることは公知の技術であり、このエンベロープ効果を十分に奏することがタイヤの大きな役目の１つである。
上記の「エンベロープ効果」を高めるために、タイヤの最外層付近に伸度の大きいスチールコードが埋め込まれている。
なお、このコードは、高い伸びを有するコードということから、「ハイエロンゲーションコード（Ｈ／Ｅコード）」と呼ばれており、５％以上の高い伸び特性（破断までのコードの伸び率）を有している。通常のスチールコードは、図１のように撚りピッチＰが大きく、伸び特性が３％以下であるが、ハイエロンゲーションコードは、図２に示すように撚りピッチＰが小さく、伸び特性が大きい。
ハイエロンゲーションコード（Ｈ／Ｅコード）の一例（単層撚り）として、特開平１−２５０４８３号公報（特許文献１）に記載されたものがある。このコードは、撚りピッチを極小にして撚り合わせたコードで５％以上の伸び（破断までの伸び）がある。

しかし、図１に示すような通常のコードでは、撚りピッチ係数Ｐ／Ｄ（撚りピッチ／コード径）が２０程度であるのに対し、このハイエロンゲーションコード（Ｈ／Ｅコード）は５〜１０と極めて小さい（捻る回数が多い）ので、生産性が非常に悪い。そのために撚り線機の台数が多く必要で設備コストが掛かる上に、エネルギーの消費も多いという問題がある。また、このコードはタイヤのベルト層（タイヤの路面と接触する面に配設されるコードの層）の外層部に使用されるため、その耐久性を確保するために、コード内部にゴムが十分に侵入して、ゴムとコードとが一体となるものでなければならないが、上記ハイエロンゲーションコード（Ｈ／Ｅコード）は、密に撚り合わされているのでゴムが侵入できる隙間が小さく、コードの中心部にまでゴムが入りにくい。

一方ゴム侵入性に優れているスチールコードとして、特開昭５７−４３８６６号公報（特許文献２）に記載されているものがある。これは、素線を緩く撚り合わせて、素線間を緩くして隙間を確保した、オープン構造のスチールコード（オープンコード）である（図３参照）。このコードはオープン構造であり、長手方向への伸縮性に富むので、撚りピッチを小さくすることなしに（生産性が落ちることなしに）、高い伸び特性を有するものである。

しかし、図３に示すような従来のオープンコードは緩い撚り合わせによるものであるため、小さな荷重で大きく伸びることから、取り扱い作業性が非常に悪く、しかもタイヤ製造工程での、コードをゴムシートで挟み込む工程（カレンダー工程）で、コードをリールから繰り出す際の小さな張力でコードが伸びて、この伸びによって隙間がなくなり、伸びた状態でゴムシートに挟まれてしまうことになる。その後、加硫処理（熱と圧力でコードとゴムとを一体化する処理）するときに、素線間に隙間がほとんどなく、このため、ゴムがコード内部にスムーズに侵入することができず、コード内部に十分にゴムが侵入していないタイヤができてしまう。

上記従来のオープンコードの他に、特開平６一１９２９７９号公報（特許文献３）に記載されたスチールコードがある（図４（ａ），（ｂ）参照）。
このものは素線本数が３本のスチールコード１０に関するものであり、このスチールコードの一本の素線１２Ａにスパイラル状のくせ付けを施し、これによって、他の素線１２Ｂとの間に隙間Ｔが形成されるようにし、この隙間からゴム材がコード内部に侵入するようにしたものである。
このものは、ゴム侵入性は確保されるとしても、３本の素線の内、素線１２Ｂ，１２Ｂにスパイラル状のくせ付けが施されてないので、伸び特性が劣る。
即ち、特許文献３に記載された発明は、素線本数が３本のスチールコード１０に関するもので、これら３本の内の１本又は２本の素線に、素線の長手中心線からはずれる湾曲部１３を有する型付け（スパイラル状くせ）を施して、ゴム侵入性を高めたものである。

ところで、全ての素線にくせ付けを施して、伸び特性とゴム侵入性を確保するコード構造が想定される（図５参照）。この図５の想定コードは、全ての素線がスパイラル状の小さなくせを有しているから、そのくせが伸びきるまでの分、伸び量が増加し、また、スパイラル状くせによってゴム材が侵入できる隙間が形成され、しかも素線同士が接触する箇所が多く存在するから、隣り合う素線同士が離間するオープンコードとは異なり、その接触部分で張力による隙間の減少を抑止することができる。

しかし、上記のスパイラル状くせは、全ての素線について同じでなければ、製造コストの面から実用性がないので、同じスパイラル状くせが施されるのが必要である。このものを実際に製作してみると、全ての素線に同じスパイラル状くせを施してこれらを撚り合わせたコードであるため、そのくせの位相が揃ってしまい、隣り合う素線同志が互いに密着して、ゴムが侵入できる隙間が存在しないコードになってしまう可能性があることが判明した。
したがって、全ての素線に同じスパイラル状のくせを施した図５のコード構造については、隣り合う素線同士が互いに密着しないように工夫することが必要である。
特開平１−２５０４８３号公報 特開昭５７−４３８６６号公報 特開平６一１９２９７９号公報

そこで、本発明の第１の課題は、くせ付けした素線によるハイエロンゲーションコード（Ｈ／Ｅコード）について、
設備コスト、生産エネルギーの消費の上昇を抑えて生産性が低下せず、
取り扱い作業性が低下せず、
ゴム侵入性に優れており、
伸びが大きい（５％以上）ようにすることである。

〔解決手段１〕
上記課題を解決する手段は、次のとおりである。
（ａ）１×ｎ（ｎ＝３〜６本）の単層撚り構造で、
（ｂ）全素線が同一径で、
（ｃ）全ての素線が撚り合わせのくせとは異なり、かつ撚り合わせのくせより小さなくせを有し、
（ｄ）小さなくせはスパイラル状と偏平スパイラル状の２種類で、
（ｅ）１本以上で、（ｎ一１）本以下の素線が上記偏平スパイラル状くせである、
（ｆ）ゴム補強用スチールコード。

〔作用・効果〕
全ての素線が小さなくせを有するので、そのくせが伸びる分、伸びが高く、５％以上を容易に確保することができる。
通常の撚りピッチのコードであるから、生産性が低下せず撚り線機の台数を増やす必要がなく、したがって、設備コストを増加させることはない。
また、小さなくせはスパイラル状と偏平スパイラル状の２種類（くせが異なるということ）であるから、撚り合わせたときにくせの位相が揃うことはなく、したがって、ゴムが侵入できる隙間が確保され、ゴム侵入性に優れたスチールコードが形成される。したがって、耐疲労性に優れたスチールコードが得られる。
スパイラル状くせなので小さい波高で大きな伸びを得ることができ、形状が安定するから、安定して高い耐疲労性が得られる。
全線同一ピッチのくせ付けであるからユニファミティ（形状の均一性）がよく、また、全線に掛かる荷重が均等になるので、一部波付けなどによる場合に比して、破断強度が高い。

なお、ちなみにいえば、波高及びピッチが同じであるスパイラル状くせを施した素線と、ジグザクくせを施した素線とを作成して、その全伸びを比較してみた結果、スパイラル状くせを有する素線の方が伸びが大きいことが確認された。その理由は、ジグザクくせはくせ形状が２次元であるのに対して、スパイラル状くせは３次元波であり、この違いによるものと考えられる。

〔実施態様〕
実施態様は、上記解決手段に於けるスパイラル状くせ、偏平状くせの波高とピッチを次の範囲にすることである。
くせ波高は、１．２ｄ〜４．５ｄｍｍ、
くせピッチは、０．１Ｐ〜０．７Ｐｍｍ、
ただし、上記ｄは、素線径（ｍｍ）であって、０．１５〜０．３ｍｍであり、
Ｐは撚りピッチｍｍであって、１０〜２０ｍｍである。
また、上記の「偏平状くせ」は、略楕円形状、略トラック形状を意味する。

スパイラル状くせ、偏平状くせの波高が１．２ｄｍｍ未満では、くせがないのと同じ状態でゴムがスムーズに侵入できるような隙間が形成されない。他方、４．５ｄｍｍを越えると、隙間が大きすぎて形状安定性が低下し耐疲労性が低下する。
また、くせピッチは、撚りピッチの０．１倍末満では、小さすぎてくせ付け時に素線に無理な塑性変形を加えることになるため、素線が折れやすくなる。他方、撚りピッチの０．７倍を越えると、ゴム製品成形時のゴムのフローによる引張力、あるいはコード表面に負荷されるしごき力によって素線間の隙間が減少し、ゴムの侵入が充分でなくなる。

上記コードは、例えば、特開平６−２５９８３号公報に記載された製造方法、あるいは歯車間に素線を通過させることによって小さなくせを施して、これを撚り合わせて形成することができるが、素線の位相が同一にならないようにくせを異ならせようとすると、それぞれ別々のくせ付け装置によることになるから、素線のくせ数だけのくせ付け装置が必要になり、多数のくせ付け装置を用いるので設備コストが上がり、これによってコードの単価も上がってしまうことになり、実用的ではない。
そこで、この発明は、設備コストを抑えた製造方法を提供することを第２の課題とするものである。
〔解決手段２〕

この解決手段２は、次の（ａ）〜（ｄ）によるものである。
（ａ）撚り合わせる前にスパイラル状の同一（波高・ピッチが同一）くせを全素線に施し、
（ｂ）１本以上で、（ｎ一１）本以下の素線に圧延（押圧）加工を施してスパイラル状くせを偏平状くせに加工し、
（ｃ）ｎ本の素線を撚り合わせる、
（ｄ）ゴム補強用スチールコードの製造方法。

〔作用・効果〕
１台のくせ付け装置に複数本の素線を一度に通して同じくせ付けをするから、複雑なくせ付け装置が１つで済み、まとめてくせ付け加工できるので、その作業能率が損なわれることはない。
なお、上記（ｂ）の圧延加工方法としては、くせ付け装置によってスパイラル状のくせを施し、これをダイスによって引き抜き加工したり、ローラによって押圧加工するという加工法によることができる。
また、上記のゴム侵入性の評価方法は、次のとおりである。
すなわち、コードに５ｋｇの引張荷重を掛けた状態でゴム材中に埋め込み加硫した後、スチールコードを取り出し、そのコードを分解して各素線間の一定長を観察し、観察した長さに対してゴムと接触した形跡のある長さの比を百分率で求める。この値は６０以上必要である。
さらに、上記の耐疲労性の評価方法は次のとおりである。
すなわち、コードを複数本ゴム中に埋め込んで複合体シートを形成し、このシートを用いて３点プーリ曲げ疲労試験機によりフレッティング摩耗、座屈等を経て、コードが破断するに至るまでの繰り返し回数で評価する。

次いで、この発明の実施例を説明する。
この実施例１のスチールコードは、１×３×０．２３であり、そのコードピッチは１８．０ｍｍである。その断面形状が図６のとおりであり、２本の素線１，１にスパイラル状くせ付けをし、残りの一本の素線２は、楕円形状のくせ付けされたもの（同じスパイラル状くせ付けされた素線を加圧して楕円形状に変形させたもの）である。
スパイラル状くせ付けは、外径が約０．４５ｍｍ、スパイラルピッチが約６．５ｍｍであり、この例における上記楕円形は長径０．４２ｍｍ，短径０．２８ｍｍである。
上記実施例１と同様に１×３×０．２３の二つの比較例１，２を製作し、実施例１と二つの比較例１，２について比較試験を行った。その結果は表１のとおりである。

実施例１は、スパイラル状くせ付けした３本の素線のうち１本を楕円形に加圧加工し、これらを撚り合わせたのに対して、比較例１はスパイラル状くせ付けした３本の素線のそのままで撚り合わせた点で実施例１と相違し、比較例２はスパイラル状くせ付けをしていない３本の素線を撚り合わせた点で実施例１と相違している。これらのコードの仕様は表１に示すとおりである。
そして、これをゴムシートで挟み込んでゴムシートと一体化し、これについて、ゴム侵入の確認を行い、伸び試験、耐疲労試験を行った。その結果は表１に示すとおりである。

疲労試験は、上下に配置した３点ローラ間を通し、３点ローラを往復動させて、試験片を屈伸させ、コードが破断するまで繰り返される耐久試験であり、従来周知の疲労試験である。
表１中の疲労値は、その数値が大きい方が耐疲労性に優れることを示すが、これは実測値ではなく、従来例を１００とした指数である。

実施例２は図７（ａ）に示す断面構造のものであり、スパイラル形状くせ付けをした素線１，１と、楕円形状のくせ付けした素線２，２の計４本を撚り合わせたスチールコードである。
また、実施例３は図７（ｂ）に示す断面構造のものであり、スパイラル形状くせ付けをした素線１，１，１と、楕円形状のくせ付けした素線２，２の計５本を撚り合わせたスチールコードである。

従来のスチールコードの平面図である。 従来の他のスチールコードの平面図である。 従来のオープンコードの断面図である。 （ａ）は従来の他スチールコードの斜視図であり、（ｂ）は断面図である。 想定されるコード構造の断面図である。 実施例１の断面図である。 （ａ）は実施例２の断面図であり、（ｂ）は実施例３の断面図である。

符号の説明

１ スパイラル状くせを付けた素線
２ 楕円形のくせを付けた素線
１０ スチールコード
１２Ａ スパイラル状くせを付けた素線
１２Ｂ スパイラル状くせ付けを施してない素線
１３ 湾曲部
Ｄ コード径
Ｐ 撚りピッチ
Ｔ 隙間

Claims (3)

1. １×ｎ（ｎ＝３〜６本）の単層撚り構造のゴム補強用スチールコードであって、
   全素線が同一径で、全ての素線が撚り合わせのくせとは異なり、かつ撚り合わせのくせより小さなくせを有し、
   上記小さなくせはスパイラル状と偏平スパイラル状の２種類で、１本以上で、（ｎ一１）本以下の素線が上記偏平スパイラル状くせである、
   ゴム補強用スチールコード。
2. 上記スパイラル状くせ、偏平状くせの波高が１．２ｄ〜４．５ｄｍｍ、くせピッチが０．１Ｐ〜０．７Ｐｍｍである、請求項１のゴム補強用スチールコード。
   ただし、上記ｄは素線径（ｍｍ）であって、０．１５〜０．３ｍｍ、上記Ｐは撚りピッチｍｍであって、１０〜２０ｍｍである。
3. 撚り合わせる前にスパイラル状の同一（波高・ピッチが同一）くせを全素線に施し、
   １本以上で、（ｎ一１）本以下の素線に圧延（押圧）加工を施してスパイラル状くせを偏平状くせに加工し、
   ｎ（ｎ＝３〜６本）の素線を撚り合わせる、
   ゴム補強用スチールコードの製造方法。

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