JP4822597B2

JP4822597B2 - タイヤ補強用スチールコードおよびタイヤ

Info

Publication number: JP4822597B2
Application number: JP2001079737A
Authority: JP
Inventors: 哲隆森岡
Original assignee: 金井宏彰
Priority date: 2001-03-21
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2021-03-21
Also published as: JP2002275772A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用タイヤの補強材として使用される特有の荷重伸び特性を備えた新規なスチールコードおよび、これを用いたタイヤに関するものであり、路面上の石等の凹凸を踏んだときの衝撃を吸収して乗り心地を確保すると共に、高速回転時にタイヤが径方向に膨らむといった変形を抑制して操縦安定性を確保し、偏摩耗を防止してタイヤ寿命を長くすることができるものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用タイヤにおいては、最内側に配設されるカーカスと最外側に配設されるトレッドとの間のゴム材に補強材としてスチール素線を複数本撚り合わせて形成されるスチールコードが埋設される。この補強により自動車用タイヤの耐久性が大幅に向上している。しかし、スチールコードそれ自体は、有機繊維に比べて伸度が著しく小さく（破断伸び２〜３％に過ぎない）、ゴム材の伸びと整合しないという問題がある。また、タイヤが路上の岩石、金属片、木片等の凹凸を踏んだ際、トレッドが大きく歪み、上記のゴムに過大な負荷が作用し、極端に大きい圧縮応力又は引張り応力が生じる。この際、伸度の高いゴムと伸度の乏しいスチールコードとの接着面が互いに剥離する現象、所謂、セパレーション現象が発生し、ひいては、スチールコードが切断（カット現象と称される）するに至る。また、スチールコードの伸度の乏しさに起因してタイヤの衝撃吸収性も劣るので、自動車の乗り心地性も悪くなるという問題がある。
近年、タイヤの衝撃吸収性を向上する目的で、切断時４％以上の伸び率を有する単撚構造から成るスチールコード（「ハイエロンゲーションコード」）が提案されている（例えば、特開平１−２５０４８３号公報）。このスチールコードは、スチール素線のピッチを通常の撚りピッチより小さくして単位長さ当たりの撚り回数を多くし、引張り状態では撚りが伸びることにより切断に至るまでの伸びを大きくしたものである。こうした構造を有することにより、スチールコードは、凹凸を踏んだ時に変形して衝撃を緩和し、ゴムとのセパレーション現象を防止し、高耐カット性を実現可能としている。また、スチールコード全体を螺旋形に型付けして高伸度を実現し、衝撃の緩和とセパレーション現象の防止を図ったものとして、実開昭６０−１１０４９６号公報に開示されたものがある。この螺旋形に型付けされたスチールコードは、コード直径に対する外周直径の比が１．１〜４．０に形成されており、小さい荷重で螺旋形が真っ直ぐになろうとして伸びが大きくなり、略真っ直ぐになった後にはそれ以上伸ばそうとすると大きな荷重を要することで剛性が急に高くなる（低伸度となる）という特性を備えている。
ところで、金属は、一般に、伸度と強度とで相反する特性を備えており、伸度が高い、即ち、伸びやすい特性を備えた材質のものは強度が低くなっている。上記公報に記載されているようなスチールコードは、高伸度を重視している以上、ゴム補強材としての本来の強度をある程度、犠牲にせざるを得ないものとなっている。そのため、上記のスチールコードは、荒地を低速で走行することを前提としたタイヤ、例えば、建設車両用タイヤや農業用タイヤ等に使用が限られている。上記の高伸度のスチールコードを一般車両（乗用車、トラック、バス等の車両）のタイヤに使用すると、タイヤは路上の石等を踏んだ時に変形して衝撃を吸収するので車両の乗り心地は向上するが、高速回転により生じる遠心力でタイヤが径方向に膨らむといったタイヤの変形を抑えることができず、高速走行時の操縦安定性は却って低下する。また、高伸度のスチールコードを使用した場合には、ゴムの伸縮の度合いが大きくなり、その結果、この繰返し疲労によりタイヤの耐久性（寿命）、耐疲労性が低下する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、自動車用タイヤのゴム材に補強用として埋設されるスチールコードについて、路上の石等の凹凸を踏んだ時にある程度までは凹んで衝撃を吸収する一方、高速回転時におけるタイヤの変形を防止し、上記の問題を効果的に解決することができるようにスチールコードの負荷荷重と伸度との間の特性を工夫することを課題とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題解決のために講じた手段は次のとおりである。即ち、この発明によるタイヤ補強用スチールコードは、線径０．２３〜０．５０ｍｍのスチール素線を２〜１３本撚り合わせて形成されるスチールコードであって、破断荷重の１０％の引張り荷重を負荷したときのコード伸び率が１．５〜３．０％であり、且つ下記式で示す値Ａが５０〜１００Ｎ／％であることを特徴としている。
（式）Ａ＝｛（Ｌ_５０−Ｌ_１０）／ｎ｝／（Ｅ_５０−Ｅ_１０）
ここでＬ_５０：破断荷重の５０％荷重（Ｎ）
Ｌ_１０：破断荷重の１０％荷重（Ｎ）
Ｅ_５０：破断荷重の５０％荷重負荷時のコード伸び率（％）
Ｅ_１０：破断荷重の１０％荷重負荷時のコード伸び率（％）
ｎ：スチール素線の本数（本）
【０００５】
このタイヤ補強用スチールコードにおいては、破断荷重の１０％の引張り荷重を負荷したときのコード伸び率（スチールコードの引張荷重負荷前の基本長さに対する伸び量の比率）を１．５〜３．０％の範囲内の値としている。コード伸び率が１．５％未満であると、タイヤが路上の凹凸を踏んだときに生じる衝撃は、スチールコードに対する負荷が破断荷重の１０％の引張り荷重程度の低負荷であっても、十分吸収されなくなってしまうが、コード伸び率が１．５％以上であると衝撃吸収性悪化の事態が回避され、衝撃の適度な吸収が可能となる。また、コード伸び率が３．０％を越えると、スチールコードに対する引張り荷重が破断荷重の１０％程度の低負荷であっても、高速回転時のタイヤの変形が大きくなってしまうが、コード伸び率を３．０％以下としているので、高速回転時におけるタイヤの剛性が適度に確保され、タイヤの変形の適度な抑制が可能となる。更に、このタイヤ補強用スチールコードにおいては、上記式で求められる値Ａを５０〜１００Ｎ／％の範囲内の値としている。値Ａが５０Ｎ／％未満である場合には、スチールコードは小さい荷重で大きく伸びる剛性が低いものになり、高速回転時のタイヤの変形が大きくなり過ぎるが、値Ａを５０Ｎ／％以上とすることで、破断荷重の１０％以上５０％以下の引張り荷重が作用する低負荷状態であるときも、タイヤの剛性が適度に確保され、タイヤの変形が適度に抑制される。また、値Ａが１００Ｎ／％を越える場合には、大きな荷重を負荷しても僅かに伸びるだけの剛性が高く衝撃吸収性が低下したものとなるが、値Ａを１００Ｎ／％以下とすることで、低負荷状態の引張り荷重が負荷されるときも、衝撃吸収性悪化の事態が回避され、衝撃が適度に吸収される。
前記複数本のスチール素線を撚り合わせて形成するスチールコードの撚りピッチを通常の撚りピッチより小さくすることにより、または、隣接する前記スチール素線間に形成される隙間を調整することにより、または、前記コード長手方向に沿ってスパイラル状、波状、若しくは楕円状に付けられる波付けにより、または、これらを適宜組合せることにより、前記コード伸び率及び前記値Ａがそれぞれ所定の範囲内になるように形成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は、この発明によるタイヤ補強用スチールコードの模式図、図２は図１に示すタイヤ補強用スチールコードの断面図、図３は波付けされたスチールコードの模式図、図４はこの発明によるタイヤ補強用スチールコードの伸び率と負荷荷重との関係を示すグラフである。図１〜図３に示すように、タイヤ補強用スチールコード（以下、単に「スチールコード」と略す）１は、線径０．２３〜０．５０ｍｍのスチール製の素線２を２〜１３本撚り合わせて製作されている。即ち、鋼種がＪＩＳにおけるＳＷＲＳ８２Ａ相当である線径５．５ｍｍの線材に、パテンチング、伸線加工を繰り返して、表面にブラスメッキを施した後、再度伸線加工して線径０．２３〜０．５０ｍｍに仕上げ、これらを素線２として２〜１３本撚り合わせた後、略スパイラル状の波形くせを施すことでスチールコード１が形成される。スチールコード１は、破断荷重の１０％の引張り荷重を負荷したときのコード伸び率Ｅ_１０が１．５〜３．０％の範囲内の値となり、上記式で求められる値Ａが５０〜１００Ｎ／％の範囲内の値となる。値Ａは、破断荷重の１０％荷重Ｌ_１０から破断荷重の５０％荷重Ｌ_５０までの負荷がかかるスチールコード１において、１０％荷重Ｌ_１０及び５０％荷重Ｌ_５０の負荷時の両コード伸び率Ｅ_１０，Ｅ_５０の伸び率差に対する、スチールコード１の素線１本当たりの５０％荷重Ｌ_５０と１０％荷重Ｌ_１０との荷重差の比であり、スチールコード１の剛性を表す代表的な指標となる値である。
複数本の素線２を撚り合わせる形態を適宜変更することで、極低荷重（破断荷重の１０％荷重時）でのコード伸び率の値を１．５〜３．０％の範囲内で、また、低荷重領域（破断荷重の１０％〜５０％荷重時）でのスチールコード１のＡ値を５０〜１００Ｎ／％の範囲内で設定することができる。即ち、各素線２を撚り合わせて形成するスチールコード１の撚りピッチＰ_１を変更することで、該スチールコード１の伸度を変更することができ（図１）、具体的には、撚りピッチＰ_１を小ピッチ化（ピッチを短かく）することでスチールコード１を高伸度にできる。また、隣接する素線２同士を密着させず素線２で囲まれる内部空間３にゴムが浸入するのを可能とするオープン構造とし、その素線２間の隙間４を変えることでオープン化の程度を変更することでもスチールコード１の伸度を変更することができ（図２）、具体的には、素線２間の隙間４を大きくするほどスチールコード１を高伸度にできる。更に、スチールコード１全体に、スパイラル状、波状、又は楕円状の波付けを行い、その波付けピッチＰ_２あるいは見掛けの外径（または波高）Ｄ_１を変更することによってスチールコード１の伸度を変更することもでき（図３）、具体的には、波付けピッチＰ_２を短く、あるいは見掛けの外径（または波高）Ｄ_１を大きくするほどスチールコード１を高伸度にできる。実際には、これらのピッチや隙間の変更を組み合わせることにより、１０％荷重Ｌ_１０の負荷時のコード伸び率Ｅ_１０と、破断荷重の５０％荷重Ｌ_５０までの負荷がかかるときの上記式に示す値Ａとを、所望の値に設定することができる。
図４に示すグラフは、横軸をスチールコード１のコード伸び率Ｅ（スチールコードの引張荷重負荷前の基本長さに対する伸び量の比率（％））とし、縦軸をスチールコード１の素線１本当たりの破断荷重（Ｎ）とした、スチールコード１の伸び率−負荷荷重特性を示すグラフであり、スチールコード１の引張り試験において測定した値を使用して得られたものである。図中、縦軸の破断荷重は、１００％が破断荷重（ＢＬ）であり、ａ（ａ_１，ａ_２）は破断荷重の１０％と５０％との引張り荷重が負荷されたときのスチールコード１の伸び率の差であり、ｂ（ｂ_１，ｂ_２）は、破断荷重の１０％と５０％との引張り荷重の差である。従って、破断荷重の１０％と５０％と各特性曲線との交点を結んだ直線の傾きｂ／ａは、各特性曲線において、低荷重領域での伸びに対する荷重の比としての剛性を表しており、上記値Ａに相当するものである。値Ａが小さいことは、上記の直線の傾きが小さいこと、即ち、低荷重領域での伸び率が大きいことを示し（曲線Ｚ）、値Ａが大きいことは、上記の直線の傾きが大きいこと、即ち、低荷重領域での伸び率が小さいこと（曲線Ｘ）を示す。
曲線Ｘは、複数の素線を隣接する素線間で隙間なく撚り合わせた形式（クローズ形式）を有する従来の剛性の高いスチールコードの特性曲線であり、負荷される引張り荷重が破断荷重の１０％であるときの伸び率が小さく、且つ、上記の定義による低荷重領域での傾きｂ_１／ａ_１に対応する値Ａ_１が低い値を示している。また、曲線Ｚは、別の従来の剛性の低いスチールコードの特性曲線であり、負荷される引張り荷重が破断荷重の１０％であるときの伸び率が大きく、且つ上記定義による低荷重領域での傾きｂ_２／ａ_２に対応する値Ａ_２が高い値を示している。
この発明によるスチールコード１の特性曲線は、曲線Ｘと曲線Ｚとの中間的な特性を示す曲線Ｙで示されるものである。即ち、破断荷重の１０％引張り荷重時のコード伸び率Ｅ_１０が１．５％未満であるときには、剛性が高すぎて低荷重であっても衝撃を吸収することができず、車両の乗り心地が低下する。また、破断荷重の１０％引張り荷重時のコード伸び率Ｅ_１０が３．０％を越えると、剛性が低すぎるので、高速走行時のようなタイヤが高速回転するときに、タイヤ変形が大きくなり過ぎて操縦安定性が低下すると共に、偏摩耗が発生し、タイヤの寿命が低下する。破断荷重の１０％引張り荷重を負荷した時のコード伸び率Ｅ_１０を１．５〜３．０％とすることで、低荷重状態であっても衝撃を吸収して車両の乗り心地を低下させることがなく、また、剛性がある程度確保されるので高速回転時にもタイヤ変形が抑えられ、そのようなタイヤを使用している車両の操縦安定性の低下が防止される。更に、上記式で定義されるＡが５０Ｎ／％未満では、剛性が十分でなく高速回転時のタイヤの変形が大きくなり、操縦安定性が低下すると共にタイヤの偏摩耗が発生する。また、値Ａが１００Ｎ／％を越えると、剛性が高すぎて伸びが不足し、衝撃吸収性が低下する。この発明では、値Ａを５０〜１００Ｎ／％の値に設定することで、スチールコード１に破断荷重の１０％〜５０％の比較的低荷重領域の引張り荷重が負荷されるときにも、剛性がある程度確保されるので高速回転時にもタイヤ変形が抑えられ、そのようなタイヤを使用している車両の操縦安定性の低下が防止されると共に、衝撃を吸収して車両の乗り心地を低下させることがない。
【０００７】
本発明の実施例は下記表１に示されている。
【表１】

なお、上記表１の従来例のコードはクローズ形式であり、伸度（伸び率）が小さく、堅いものであり、比較例のコードは破断荷重１０％の引張荷重を負荷したとき、その伸び率、Ａの値が共に、または、いずれかが本発明の要件である伸び率（１．５〜３．０％）、Ａの値（５０〜１００Ｎ／％）の範囲外のものである。
【０００８】
【発明の効果】
この発明のタイヤ補強用スチールコードは、上記構成であるので、破断荷重の１０％引張り荷重を負荷した時のスチールコード１の伸び率を１．５〜３．０％とすることで、破断荷重の１０％程度の低荷重状態であっても、衝撃を吸収して車両の乗り心地を低下させることがなく、また、剛性がある程度確保されるので高速回転時にも遠心力により径方向にタイヤが膨らむといったタイヤ変形が抑えられ、そのようなタイヤを使用している車両の操縦安定性の低下が防止される。更に、上記式で定まる値Ａを５０〜１００Ｎ／％の値に設定していることで、スチールコードに破断荷重の１０％以上５０％以下の低荷重領域の引張り荷重が負荷されるときにも、剛性がある程度確保されるので高速回転時にもタイヤ変形が抑えられ、本タイヤを使用している車両の操縦安定性の低下が防止されると共に、衝撃を吸収して車両の乗り心地の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるタイヤ補強用スチールコードの模式図である。
【図２】図１に示すタイヤ補強用スチールコードの断面図である。
【図３】波付けされたスチールコードの模式図である。
【図４】この発明によるタイヤ補強用スチールコードの伸び率と負荷荷重との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１・・・タイヤ補強用スチールコード
２・・・素線
３・・・内部空間
４・・・隙間
Ｐ_１・・・撚りピッチ
Ｐ_２・・・波付けピッチ
Ｄ_１・・・見かけの外径または波高
Ｌ_５０・・・破断荷重の５０％荷重
Ｌ_１０・・・破断荷重の１０％荷重
Ｅ_５０・・・破断荷重の５０％荷重負荷時のコード伸び率
Ｅ_１０・・・破断荷重の１０％荷重負荷時のコード伸び率
ｎ・・・スチール素線の本数

Claims

線径０．２３〜０．５０ｍｍのスチール素線を２〜１３本撚り合わせて形成されるスチールコードであって、破断荷重の１０％の引張り荷重を負荷したときのコード伸び率が１．５〜３．０％であり、且つ下記式で示す値Ａが５０〜１００Ｎ／％であることを特徴とするタイヤ補強用スチールコード。
（式）Ａ＝｛（Ｌ_５０−Ｌ_１０）／ｎ｝／（Ｅ_５０−Ｅ_１０）
ここでＬ_５０：破断荷重の５０％荷重（Ｎ）
Ｌ_１０：破断荷重の１０％荷重（Ｎ）
Ｅ_５０：破断荷重の５０％荷重負荷時のコード伸び率（％）
Ｅ_１０：破断荷重の１０％荷重負荷時のコード伸び率（％）
ｎ：スチール素線の本数（本）
前記複数本のスチール素線を撚り合わせて形成するスチールコードの撚りピッチを通常の撚りピッチより小さくすることにより、または、隣接する前記スチール素線間に形成される隙間を調整することにより、または、前記コード長手方向に沿ってスパイラル状、波状、若しくは楕円状に付けられる波付けにより、または、これらを適宜組合せることにより、前記コード伸び率及び前記値Ａがそれぞれ所定の範囲内になるように形成されることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ補強用スチールコード。
上記請求項１又は２記載のタイヤ補強用スチールコードを用いたことを特徴とするタイヤ。