JP4940753B2 - ゴム補強用スチールコード及びそれを用いた空気入りラジアルタイヤの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、３回撚りによる３層構造を持つスチールコード及びそれを用いた空気入りラジアルタイヤの製造方法に関し、更に詳しくは、引張剛性を低下させることなくコード内部へのゴム浸透性を改善し、耐久性を向上することを可能にしたゴム補強用スチールコード及びそれを用いた空気入りラジアルタイヤの製造方法に関する。

例えば、重荷重用空気入りラジアルタイヤのカーカス層を構成するスチールコードとして、複数本の素線を含む第１層と、該第１層の外周側に位置して複数本の素線を含む第２層と、該第２層の外周側に位置して複数本の素線を含む第３層とを順次撚り合わせてなる３層構造のスチールコードが使用されている（例えば、引用文献１〜３参照）。

しかしながら、通常、３層構造のスチールコードは第３層の素線間の隙間が小さいため、ゴム被覆後に加硫したとき、コード内部へのゴム浸透性が悪いという欠点がある。そして、コード内部へのゴム浸透率が低いと、コートゴムや外層素線による内層素線の拘束力が不十分になるため、内層素線が抗張材として十分に働かず、コードの耐久性が低下することになる。一方、ゴム浸透性を改善する目的で素線に過度な癖付けを施すと、コードの引張剛性が低下する。この場合、空気入りラジアルタイヤにおいては、操縦安定性が低下することになる。
特開平５−５９６７７号公報 特開平５−１１６０５号公報 特開平１１−１２４７８１号公報

本発明の目的は、引張剛性を低下させることなくコード内部へのゴム浸透性を改善し、耐久性を向上することを可能にしたゴム補強用スチールコード及びそれを用いた空気入りラジアルタイヤの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明のゴム補強用スチールコードは、３本の素線からなる第１層と、該第１層の外周側に位置して複数本の素線を含む第２層と、該第２層の外周側に位置して複数本の素線を含む第３層とを順次撚り合わせてなる３層構造のスチールコードにおいて、前記第１層と前記第２層との間に未加硫ゴム配合物を挿入し、該未加硫ゴム配合物の断面積Ｓを下式（１）及び（２）にて表される最小値Ｓ_min 及び最大値Ｓ_max に対してＳ_min ≦Ｓ≦Ｓ_max の関係にしたことを特徴とするものである。
Ｓ_min ＝[d₁ ×(2√3+3)/3]²×π/4−n₁×d₁ ² ×π/4 ・・・（１）
Ｓ_max ＝n₂×[d₁ ×(2√3+3)/3+d₂]²/8 × sin(2π/n₂)−n₁×d₁ ² ×π/4
−n₂×d₂ ² ×π/4×(180−360/n₂)/360 ・・・（２）
但し、d₁：第１層の素線径
d₂：第２層の素線径
n₁：第１層の素線本数
n₂：第２層の素線本数

また、本発明の空気入りラジアルタイヤの製造方法は、上記ゴム補強用スチールコードをカーカス層に用いたグリーンタイヤを成形し、該グリーンタイヤを加硫することを特徴とするものである。

本発明では、３回撚りによる３層構造を持つスチールコードにおいて、第１層と第２層との間に未加硫ゴム配合物を挿入し、その未加硫ゴム配合物の断面積Ｓを適正化する。つまり、未加硫ゴム配合物の断面積Ｓは、第１層の外接円内の空隙面積に相当する最小値Ｓ_min 以上、かつ、第２層の隣り合う素線中心点を結んだ線が描く多角形内の空隙面積に相当する最大値Ｓ_max 以下とする。このような断面積Ｓを満足する未加硫ゴム配合物を第１層と第２層との間に挿入することにより、加硫初期において第３層の素線間の隙間が大きくなるため第２層と第３層との間へのゴム浸透性が良好になる。その一方で、加硫後においては、加硫時のコード張力により第１層と第２層との間の未加硫ゴム配合物がコード径方向外側へ流れつつ第３層の素線がコード径方向内側へ収束するため良好な引張剛性を発揮することが可能になる。これにより、引張剛性を低下させることなくコード内部へのゴム浸透性を改善し、スチールコードの耐久性を向上することができる。更には、このようなスチールコードをカーカス層に用いて得られる空気入りラジアルタイヤの耐久性を向上することができる。

上記ゴム補強用スチールコードにおいて、第１層の素線本数は３本である。例えば、第１層の素線本数を３本とし、第２層の素線本数を９本とし、第３層の素線本数を１５本とした所謂３＋９＋１５構造のスチールコードを構成することが好ましい。このようなスチールコードは一般的にはゴム浸透性が悪いため、上記構成を採用することで顕著な作用効果が得られる。

上記空気入りラジアルタイヤの製造方法は、カーカス層の成形初期から加硫後までの周長増加率をタイヤ幅方向中央位置で７０％以上にする場合に特に有効である。カーカス層の成形初期から加硫後までの周長増加率が大きいほど、タイヤ製造過程においてカーカス層のスチールコードに与えられる張力が大きくなり、第３層の素線間の隙間が閉じ易くなるため、上記構成を採用することで顕著な作用効果が得られる。なお、カーカス層の成形初期から加硫後までの周長増加率とは、円筒状に成形された１次グリーンタイヤにおけるカーカス層の周長をＬ₁ とし、加硫後のタイヤにおけるカーカス層の周長をＬ₂ としたとき、（Ｌ₂ −Ｌ₁ ）／Ｌ₁ ×１００％である。周長増加率の上限値は３００％とする。

本発明のゴム補強用スチールコードは、空気入りラジアルタイヤのカーカス層に適用することが望ましいが、カーカス層以外のタイヤ構成部材やコンベヤベルト等にも適用することが可能である。

以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態からなるゴム補強用スチールコードを示すものである。図１において、スチールコード１０は、３本の素線１１を含む第１層Ａと、該第１層Ａの外周側に位置して９本の素線１２を含む第２層Ｂと、該第２層Ｂの外周側に位置して１５本の素線１３を含む第３層Ｃとを順次撚り合わせてなる３層構造を有している。つまり、第１層Ａと第２層Ｂと第３層Ｃは独立した撚り工程において順次撚り合わされたものである。

第１層Ａと第２層Ｂとの間には未加硫ゴム配合物Ｒが挿入されている。この未加硫ゴム配合物の断面積Ｓは下式（１）及び（２）にて表される最小値Ｓ_min 及び最大値Ｓ_max に対してＳ_min ≦Ｓ≦Ｓ_max の関係になっている。
Ｓ_min ＝[d₁ ×(2√3+3)/3]²×π/4−n₁×d₁ ² ×π/4 ・・・（１）
Ｓ_max ＝n₂×[d₁ ×(2√3+3)/3+d₂]²/8 × sin(2π/n₂)−n₁×d₁ ² ×π/4
−n₂×d₂ ² ×π/4×(180−360/n₂)/360 ・・・（２）
但し、d₁：第１層の素線径
d₂：第２層の素線径
n₁：第１層の素線本数
n₂：第２層の素線本数

図２は図１のゴム補強用スチールコードにおける未加硫ゴム配合物の断面積の最小値Ｓ_min 及び最大値Ｓ_max を説明するための図である。図２に示すように、最小値Ｓ_min は第１層Ａの外接円Ｏ内の空隙面積に相当し、最大値Ｓ_max は第２層Ｂの隣り合う素線中心点を結んだ線が描く多角形Ｐ内の空隙面積に相当する。そして、未加硫ゴム配合物Ｒの断面積Ｓは、最小値Ｓ_min を下限値とし、最大値Ｓ_max を上限値とする範囲に設定されている。ここで、第１層Ａと第２層Ｂとの間に挿入される未加硫ゴム配合物Ｒの断面積Ｓが最小値Ｓ_min を下回るとコード内部のゴムが過少となるためコード耐久性の改善効果が低下し、逆に最大値Ｓ_max を上回るとコード内部のゴムが過多となるため加硫後のコード引張弾性率が低下する。

図３は図１のゴム補強用スチールコードをゴム被覆して加硫した状態を示すものである。図３において、コード外部に存在するコートゴムは省略する。図３に示すように、スチールコード１０をゴム被覆してから加硫を行うと、コード外部からコード内部へ浸透した未加硫ゴム配合物とコード内部に予め挿入されていた未加硫ゴム配合物Ｒとが加硫されて加硫ゴム層Ｒ’を形成する。この加硫ゴム層Ｒ’はコード外部に存在する不図示のコートゴムに対して一体的に繋がり、かつ、第１層Ａの素線１１、第２層Ｂの素線１２及び第３層Ｃの素線１３を一体的に結合させるものとなる。その結果、コートゴムや外層素線１３による内層素線１１，１２の拘束力が高くなり、内層素線１１，１２が抗張材として十分に働くようになる。

このように３回撚りによる３層構造を持つスチールコード１０において、第１層Ａと第２層Ｂとの間に未加硫ゴム配合物Ｒを挿入し、その未加硫ゴム配合物Ｒの断面積Ｓを適正化することにより、引張剛性を低下させることなくコード内部へのゴム浸透性を改善し、コード耐久性を向上することができる。

ここで、対比のため、従来のゴム補強用スチールコードについて説明する。図４は従来のゴム補強用スチールコードを示し、図５は図４のゴム補強用スチールコードをゴム被覆して加硫した状態を示すものである。図５において、コード外部に存在するコートゴムは省略する。図４に示すように、従来のスチールコード２０はその内部に未加硫ゴム配合物が挿入されていない。このようなスチールコード２０をゴム被覆してから加硫を行った場合、図５に示すように、コード内部に形成される加硫ゴム層Ｒ’は不十分となる。そして、コード内部へのゴム浸透率が低いと、コートゴムや外層素線１３による内層素線１１，１２の拘束力が不十分になるため、内層素線１１，１２が抗張材として十分に働かず、コード耐久性が低下するのである。

図１に示す本発明のスチールコード１０は３＋９＋１５構造を有するものであるが、それ以外に、３＋９＋１４構造、３＋８＋１５構造、３＋８＋１４構造、３＋８＋１３構造等を採用することが可能である。

図６は本発明のゴム補強用スチールコードを用いて得られる空気入りラジアルタイヤの一例を示し、１はトレッド部、２はサイドウォール部、３はビード部である。左右一対のビード部３，３間には複数本の補強コードをタイヤ径方向に配向してなるカーカス層４が装架され、そのカーカス層４の端部がビードコア５の廻りにタイヤ内側から外側に折り返されている。このカーカス層４には前述のスチールコード１０が使用されている。トレッド部１におけるカーカス層４の外周側には複数層のベルト層６が埋設されている。これらベルト層６は補強コードがタイヤ周方向に対して傾斜し、かつ層間で補強コードが互いに交差するように配置されている。

上述のような空気入りラジアルタイヤを製造する場合、スチールコード１０をカーカス層４に用いたグリーンタイヤを成形し、そのグリーンタイヤを加硫する。より具体的には、複数本のスチールコード１０を含むカーカス層４を一対の環状のビードコア５，５間に装架してなる円筒状の１次グリーンタイヤを成形する一方で、ベルト層６を含むトレッドリングを成形し、一対のビードコア５，５の相互間隔を縮めながら１次グリーンタイヤの軸方向中央部を膨径させ、その１次グリーンタイヤの外周側にトレッドリングを貼り合わせることにより、２次グリーンタイヤを成形する。その後、２次グリーンタイヤを金型内で加硫する。

上記空気入りラジアルタイヤの製造過程において、カーカス層４を構成するスチールコード１０には張力が与えられる。特に、カーカス層４の成形初期から加硫後までの周長増加率がタイヤ幅方向中央位置（タイヤ赤道位置）で７０％以上となるような変形を伴う場合、スチールコード１０に与えられる張力による影響が大きくなり、スチールコード１０の第３層Ｃの素線１３，１３間の隙間が閉じ易くなる。しかしながら、スチールコード１０の第１層Ａと第２層Ｂとの間には上述の如く所定量の未加硫ゴム配合物Ｒが挿入されているので、カーカス層４の成形初期から加硫後までの周長増加率がタイヤ幅方向中央位置で７０％以上となる場合であっても、コード内部へのゴム浸透性を改善し、コード耐久性を向上し、延いては、空気入りラジアルタイヤの耐久性を向上することができる。

タイヤサイズ２９５／８０Ｒ２２．５の空気入りラジアルタイヤを製造するにあたって、カーカス層を構成するスチールコード（３＋９＋１５×０．１７）の第１層と第２層との間に予め未加硫ゴム配合物を挿入し、その未加硫ゴム配合物の断面積（以下、「ゴム被覆断面積」という。）を表１のように種々異ならせた（実施例１〜２及び比較例１〜２）。対比のため、未加硫ゴム配合物を挿入していないスチールコード（３＋９＋１５×０．１７）をカーカス層に用いて同タイヤサイズの空気入りラジアルタイヤを製造した（従来例１）。

上記空気入りラジアルタイヤの製造工程において、１次グリーンタイヤ成形時のカーカス層のコード打ち込み密度は３１本／５０ｍｍであり、加硫後のカーカス層のコード打ち込み密度はタイヤ幅方向中央位置で１７本／５０ｍｍであった。つまり、カーカス層の成形初期から加硫後までの周長増加率はタイヤ幅方向中央位置で約８２％である。

ゴム被覆断面積は、スチールコードを１０００ｍ以上製作し、未加硫ゴム配合物の比重とコード１０００ｍ当たりの消費量から求めた。上記スチールコードにおいて、ゴム被覆断面積の最小値Ｓ_min は０．０３７ｍｍ² であり、最大値Ｓ_max は０．０６０ｍｍ² である。

上述のようにして得られた評価タイヤについて、下記の測定方法により、ゴム浸透率、素線切れ率、加硫後初期引張弾性率指数、コード耐久性を評価し、その結果を表１に併せて示した。

ゴム浸透率：
評価タイヤからカーカスコードを全長にわたって採取し、カッターナイフでコード周りのゴムを取り除いた。第３層の素線を１本ずつ手で除去した後、顕微鏡を使用して第２層のゴム被覆率（％）を評価した。つまり、第２層がゴムで完全に覆われている状態はゴム被覆率が１００％であり、第２層が完全に露出している状態はゴム被覆率が０％である。コード１０本について同様の試験を実施し、その平均値を求めた。

素線切れ率：
評価タイヤのショルダー部からコード埋め込み長さ２５ｍｍでＪＩＳ Ｇ３５１０に準じた接着試験用サンプルを採取した。そして、接着試験用サンプルを用い、コード１００本について引き抜き試験を実施し、第３層に素線切れを生じたコード本数を数え、その素線切れの発生率（％）を求めた。

加硫後初期引張弾性率指数：
評価タイヤからカーカスコードを全長にわたって採取し、そのカーカスコードに対して引張試験を実施して荷重１０〜２５０Ｎ間の初期引張弾性率を求めた。コード１０本について同様の試験を実施し、その平均値を求めた。評価結果は、従来例１を１００とする指数にて示した。指数値が大きいほど加硫後初期引張弾性が大きいことを意味する。

コード耐久性：
評価タイヤからカーカスコードを全長にわたって採取し、１４５℃×２５分の加硫条件で、幅１０ｍｍ、厚さ５ｍｍ、長さ５００ｍｍのゴムブロック中央にカーカスコードを埋め込んだ試験片を作製した。この試験片を３ローラー試験機に装着し、ローラー径３５ｍｍ、コード張力２００Ｎの条件で疲労試験を実施した。つまり、３個のローラーにより試験片に歪みを与えつつローラーをコード長手方向に往復移動させ、コードに破断を生じるまでの往復回数を測定した。コード２５本について同様の疲労試験を実施し、破断を生じるまでの往復回数の中央値を求めた。評価結果は、従来例１を１００とする指数にて示した。指数値が大きいほどコード耐久性が良好であることを意味する。

この表１から明らかなように、実施例１〜２ではいずれの評価項目についても従来例１に比べて良好な結果が得られた。一方、比較例１ではゴム被覆断面積が少ないため改善効果が不十分であり、特に素線切れ率が高くなっていた。比較例２ではゴム被覆断面積が高いためスチールコードの初期引張弾性率が従来例１よりも低下していた。初期引張弾性率が低下すると操縦安定性が悪化することになる。

本発明の実施形態からなるゴム補強用スチールコードを示す断面図である。 図１のゴム補強用スチールコードにおける未加硫ゴム配合物の断面積の最小値Ｓ_min 及び最大値Ｓ_max を説明するための断面図である。 図１のゴム補強用スチールコードをゴム被覆して加硫した状態を示す断面図である。 従来のゴム補強用スチールコードを示す断面図である。 図４のゴム補強用スチールコードをゴム被覆して加硫した状態を示す断面図である。 本発明のゴム補強用スチールコードを用いて得られる空気入りラジアルタイヤの一例を示す子午線半断面図である。

符号の説明

１ トレッド部
２ サイドウォール部
３ ビード部
４ カーカス層
５ ビードコア
６ ベルト層
１０ スチールコード
１１，１２，１３ 素線
Ａ 第１層
Ｂ 第２層
Ｃ 第３層
Ｒ 未加硫ゴム配合物

Claims (4)

1. ３本の素線からなる第１層と、該第１層の外周側に位置して複数本の素線を含む第２層と、該第２層の外周側に位置して複数本の素線を含む第３層とを順次撚り合わせてなる３層構造のスチールコードにおいて、前記第１層と前記第２層との間に未加硫ゴム配合物を挿入し、該未加硫ゴム配合物の断面積Ｓを下式（１）及び（２）にて表される最小値Ｓ_min 及び最大値Ｓ_max に対してＳ_min ≦Ｓ≦Ｓ_max の関係にしたことを特徴とするゴム補強用スチールコード。
   Ｓ_min ＝[d₁ ×(2√3+3)/3]²×π/4−n₁×d₁ ² ×π/4 ・・・（１）
   Ｓ_max ＝n₂×[d₁ ×(2√3+3)/3+d₂]²/8 × sin(2π/n₂)−n₁×d₁ ² ×π/4
   −n₂×d₂ ² ×π/4×(180−360/n₂)/360 ・・・（２）
   但し、d₁：第１層の素線径
   d₂：第２層の素線径
   n₁：第１層の素線本数
   n₂：第２層の素線本数
2. 前記第２層の素線本数を９本とし、前記第３層の素線本数を１５本としたことを特徴とする請求項１に記載のゴム補強用スチールコード。
3. 請求項１又は請求項２に記載のゴム補強用スチールコードをカーカス層に用いたグリーンタイヤを成形し、該グリーンタイヤを加硫することを特徴とする空気入りラジアルタイヤの製造方法。
4. 前記カーカス層の成形初期から加硫後までの周長増加率をタイヤ幅方向中央位置で７０％以上にしたことを特徴とする請求項３に記載の空気入りラジアルタイヤの製造方法。

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