JP5078055B2

JP5078055B2 - ゴム−スチールコード複合体

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Publication number: JP5078055B2
Application number: JP2006012605A
Authority: JP
Inventors: 清池原
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2026-01-20
Also published as: JP2007191830A; CN101370979B; CN101370979A

Description

本発明はゴム−スチールコード複合体に関し、詳しくは、タイヤを初めとする各種ゴム製品の補強用として好適に適用されるゴム−スチールコード複合体に関する。

ゴムをスチールコードで補強したゴム−スチールコード複合体は、ゴム製品に適用することでゴム単体では不足する強度や剛性を持たせることができるため、タイヤやベルト、ホースなどの各種ゴム製品に広く適用されている。

近年では、ゴム製品の性能を更に向上させるべく、ゴム−スチールコード複合体についても、適用される部位の機能に最適となるような、多様で緻密な物理特性を求められるようになってきている。例えば、タイヤなどの製品では、初期は路面との接触を良くするためにしなやかさが求められるが、コーナリング時など、更なる入力が加えられた際には高い剛性が求められる。このように、低負荷域ではゴムのしなやかな特性が発揮されることで製品のフィット性やロバスト性を向上し、かつ、高負荷時にはスチールの持つ特性が発揮されることで製品の強度および剛性を高められるようなゴムースチールコード複合体があれば有用である。

しかし、補強材であるスチールコードの使用割合の改良では、双方の特性を高めることはできない。スチールコード単体ならば、低荷重域において低剛性であって一定荷重以上において高剛性となるような物理特性を持たせることは、コードを構成するフィラメント（素線）に大きな型付けを付与することにより可能である（いわゆるオープンコード）。このようなオープンコード構造では、フィラメント間に隙間が存在し、コードに引張り張力を加えていくとき、低荷重でこの隙間が存在する領域ではフィラメントがそれぞればねのように変形して低い剛性となるのに対し、一定以上の荷重が加わってフィラメント同士が接触した後は、スチールの剛性に近い物性となるからである。

スチールコードの改良に係る技術としては、例えば、特許文献１に、タイヤのベルトにおいて面内曲げ剛性を低下することなしに面外曲げ剛性を低下することが可能であるような、曲げ剛性に関して異方性を有するコードを提供することを目的として、一平面上で変化する波形に型付けした、少なくとも２本のフィラメントを積み重ねてゴム物品補強用スチールコードを構成する技術が開示されている。
特開平９−１３２８８号公報（特許請求の範囲等）

しかしながら、上述のようなオープンコード構造において、スチールコードをゴムに埋設して加硫すると、ゴムは体積弾性率が高いためにコードの内部に囲まれたゴムは非圧縮となって、フィラメントはばね的な変形ができず、型付けの効果が発揮されずに剛性が高くなってしまう。従ってゴムに埋設したコードでは、スチールコード単体のような非線形な特性を得ることは困難であった。また、スチールコード全体に波型の型付けを施して、初期に伸び後に剛性を発揮させる技術も開示されているが、この方法では負荷時に波型付けの山谷部に歪が集中するため、疲労性に劣る結果となっていた。

そこで本発明の目的は、加硫後非圧縮という特徴を有するゴム中であっても非線形の物理特性を呈し、従って低歪領域では低剛性でしなやかな性質を示す一方、高歪領域では高い剛性を発揮することができるゴム−スチールコード複合体を提供することにある。

本発明者は鋭意検討した結果、螺旋型付けしたスチール線状体の複数本を撚り合わせずに束ねてスチールコードを構成し、これをゴムに埋設することで、ゴムをコード内部に閉じ込めることがなく、歪の小さい領域ではしなやかであるとともに大きな歪では高い剛性を発揮できるゴム−スチールコード複合体が得られることを見出して、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明のゴム−スチールコード複合体は、実質的に同一ピッチで螺旋型付けされたスチール線状体の複数本を、略同位相で撚り合わせずに束ねてなるスチールコードが、ゴムに埋設されてなり、前記スチール線状体の任意の１本と、少なくとも１本の他のスチール線状体との、型付け螺旋の外接円同士が重なり合い、前記スチール線状体の型付け螺旋の外接円直径をＤ、該スチール線状体の外径をｄとしたとき、下記式、
Ｄ＞２．５ｄ
を満足することを特徴とするものである。

本発明においては、好適には、前記複数本のスチール線状体の構造および型付け量が、全て同一である。また、本発明において、前記スチール線状体は、略円形断面を有するスチールフィラメントまたは複数本のスチールフィラメントを撚り合わせたスチールストランドのいずれであってもよい。

本発明においては、前記スチールコードの外接円内にゴムが付着した状態での歪−荷重特性において、該スチールコードのスチール部断面積をＳ（ｍｍ^２）としたとき、付加荷重Ｗを１５００×Ｓ（Ｎ）から１６００×Ｓ（Ｎ）まで変化させた際の伸び量が０．０７０％以下であり、かつ、０．３５％伸び時の付加荷重Ｗ_１（Ｎ）と０．４５％伸び時の付加荷重Ｗ_２（Ｎ）とが下記式、
Ｗ_２−Ｗ_１＜３５・Ｓ
を満足することも好ましい。

より好ましくは、前記スチールコードの外接円内にゴムが付着した状態での歪−荷重特性において、付加荷重Ｗを１５００×Ｓ（Ｎ）から１６００×Ｓ（Ｎ）まで変化させた際の伸び量が０．０６５％以下であり、また、前記スチールコードの外接円内にゴムが付着した状態での歪−荷重特性において、０．３５％伸び時の付加荷重Ｗ₁（Ｎ）と０．４５％伸び時の付加荷重Ｗ₂（Ｎ）とが下記式、
Ｗ₂−Ｗ₁＜２０・Ｓ
を満足する。

本発明のゴム−スチールコード複合体は、別個のリールに巻かれた複数本の前記スチール線状体を一つの口金に通して束ねて前記スチールコードとし、該スチールコードを、ゴムにより被覆した後、ゴム複合体に埋設して製造するか、または、別個のリールに巻かれた複数本の前記スチール線状体を１つのスリットに通して束ねて前記スチールコードとし、該スチールコードに対し上下からゴムを圧着した後、該スチールコードをゴム複合体に埋設して製造することができる。

本発明によれば、上記構成としたことにより、低歪領域では低剛性でしなやかな性質を示す一方、高歪領域では高い剛性を発揮することができるゴム−スチールコード複合体を実現することが可能となった。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明のゴム−スチールコード複合体のコード構造を示す概略断面図である。図示するように、本発明のゴム−スチールコード複合体は、実質的に同一ピッチで螺旋型付けされたスチール線状体１の複数本を、略同位相で撚り合わせずに束ねてなるスチールコードが、ゴムに埋設されてなるものである。

一般に、スチールフィラメントまたはスチールフィラメントを撚り合わせたスチールストランドに過大な型付けをして撚り合わせたスチールコードは、引っ張り荷重を加えた際にフィラメントまたはストランド間に隙間がある初期においては、撚り絞まることでばねのように低い剛性を示し、荷重が増すことでこれらが接して隙間がなくなると、急激に剛性が高くなるという特性を示す。しかし、前述したように、これをゴムに埋設して加硫すると、コード内部のゴムがほとんど体積変化しないために、隙間があっても撚り絞まることができなくなって初期から高い剛性を示し、ゴムの存在しないときのような、途中から大きく剛性が変化するような物理特性を示さなくなる。

そこで本発明においては、型付けをしたフィラメントまたはストランドを撚り合わせないことで、ゴムをコード内部に閉じ込めずにコード外に逃げられるようにしたことにより、加硫後でも生コードと同様に、型付けによるばねのような初期の伸びを保つことが可能となった。一方で、型付けしたフィラメントやストランドを撚り合わせないと、打込みの限界でも、断面内の補強材密度を大きくすることができず、十分な強度が得られない。そのため本発明では、型付けしたフィラメントまたはストランドを実質的に同一ピッチ、同位相で束ねることとして、束ねたフィラメントまたはストランドが接して干渉せず、補強材密度を高めることができるものとして、強度を向上することを可能とした。

また、本発明においては、図示するように、スチール線状体の任意の１本と、少なくとも１本の他のスチール線状体との、型付け螺旋の外接円同士が重なり合うことが好ましい。即ち、スチールコードを構成する各スチール線状体を、互いの型付けの外接円同士が重なり合う状態に配置することで、高負荷時における高い剛性強度を得ることができる。

さらに、本発明においては、スチールコードを構成する全てのスチール線状体の構造および型付け量を同一とすることも好ましく、これにより、応力が各スチール線状体に均一にかかることになり、強度効率を向上することができる。

なお、本発明においてスチールコードを構成するスチール線状体は、必要な強度・剛性に応じて、略円形断面を有するスチールフィラメントであっても、複数本のスチールフィラメントを撚り合わせたスチールストランドであってもよく、また、これらを組み合わせたものであってもよい。

また、本発明においては、スチール線状体１の、型付け螺旋の外接円直径をＤ、外径をｄとしたとき（図１参照）、下記式、
Ｄ＞２．５ｄ
を満足することが好ましい。スチール線状体１の、型付けによる外接円の直径Ｄを、スチール線状体１の直径ｄの２．５倍より大きくすることで、初期の剛性と、一定入力以上で発揮される高剛性部分との剛性差が大きくなり、本発明のゴム−スチールコード複合体の特徴をいっそう強く出すことができる。

さらに、本発明のゴムースチールコード複合体においては、スチールコードの外接円内にゴムが付着した状態での歪−荷重特性において、一定入力時、即ち、スチールコードのスチール部断面積Ｓ（ｍｍ²）に対して、付加荷重Ｗを１５００×Ｓ（Ｎ）から１６００×Ｓ（Ｎ）まで変化させた際の伸び量が、スチールコードとしての高い剛性のために、好適には０．０７０％以下、より好適には０．０６５％以下である。また、同様に、スチールコードの外接円内にゴムが付着した状態での歪−荷重特性において、初期の０．３５％伸び時の付加荷重Ｗ₁（Ｎ）と０．４５％伸び時の付加荷重Ｗ₂（Ｎ）とが下記式、
Ｗ₂−Ｗ₁＜３５・Ｓ
を満足することが好ましい。かかる荷重差Ｗ₂−Ｗ₁を３５・Ｓ未満、特には２０・Ｓ未満とすることで、低負荷時においてしなやかさを発揮させることができ、本発明のゴム−スチールコード複合体の特徴を発揮させて製品の性能を向上させる上で好ましい。ここで、スチールコードのスチール部断面積Ｓ（ｍｍ²）は、スチールコードを構成するｎ本のスチールフィラメントの断面積をｓ₁、ｓ₂…ｓ_n（ｍｍ²）としたとき、Ｓ＝Σｓ_nとして得られる。

この発明によるスチールゴム複合体を、安定して効率的に作製する方法としては、例えば、別個のリールに巻かれた複数本の前記スチール線状体を一つの口金に通して束ねてスチールコードとし、このスチールコードを、ゴムにより被覆した後、ゴム複合体に埋設する方法や、別個のリールに巻かれた複数本のスチール線状体を１つのスリットに通して束ねてスチールコードとし、このスチールコードに対し上下からゴムを圧着した後、このスチールコードをゴム複合体に埋設して製造する方法などが有用である。

本発明のゴム−スチールコード複合体においては、上記コード構造に係る条件について満足するものであれば、それ以外の、具体的なコード構造、スチール線状体の本数や線径、具体的構造、スチールおよびゴムの材質等については、特に制限されるものではない。

以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
下記表１に示す型付け量およびピッチで型付けされたスチール線状体（フィラメントまたはストランド（ブラスめっき）：Ｃｕ６３重量％，Ｚｎ３７重量％）を用いて、下記表１中に示す条件に従い、ゴム−スチールコード複合体を作製した。コーティングゴムとしては、天然ゴム（ＮＲ）１００重量部と、カーボンブラック（ＨＡＦ）５５重量部と、酸化亜鉛（ＺｎＯ）７重量部と、硫黄５重量部と、Ｃｏ塩（ナフテン酸コバルト）０．１重量部とからなるゴム組成物を使用した。

得られた各ゴム−スチールコード複合体を、図６に示すスパイラルベルト構造を有する自動二輪車用空気入りラジアルタイヤ（ＭＣタイヤ）（タイヤサイズ：１９０／５０ＺＲ１７のスパイラルベルト層に打ち込み数４０本／５０ｍｍにて適用して、振動吸収性およびコーナリング性につき、下記に従い評価を行った。これらの結果を、下記の表１中に併せて示す。

なお、図示するタイヤは、トレッド部１１と、その両縁部からタイヤ半径方向内側に配設された一対のサイドウォール部１２と、そのタイヤ半径方向内側に連なるビード部１３とからなり、これら各部をビード部１３内に埋設されたビードコア２１相互間にわたり補強するカーカス層２２と、そのクラウン部タイヤ半径方向外側に、タイヤ赤道面に対して実質上平行に螺旋巻き形成されてなるスパイラルベルト層２３を具備しており、このスパイラルベルト層は、より具体的には、２本の並列したコードを被覆ゴム中に埋設した帯状体を略タイヤ赤道方向に向かう角度で実質上平行に螺旋状に巻き回して形成されてなり、コードがカーカスの円弧に沿ってタイヤ幅方向に並列して配置されてなる構造を有する。

＜ＭＣタイヤ振動吸収性およびコーナリング性＞
供試タイヤを、リムサイズＭＴ６．００×１７のリムにて空気圧２５０ｋＰａで１００ｃｃのスポーツタイプの二輪車に装着して、テストコースで実車走行させ、直進走行時における振動吸収性および旋回走行時におけるコーナリング性を、テストドライバーのフィーリングによる１０点法でそれぞれ評価した。いずれも、８点以上であれば合格である。

＊１）コードを構成するフィラメント間に隙間を有する構造。
＊２）ゴム−スチールコード複合体に対する付加荷重Ｗを１５００×Ｓ（Ｎ）から１６００×Ｓ（Ｎ）まで変化させた際の伸び量。なお、Ｓはスチールコードのスチール部断面積（ｍｍ²）であって、スチールコードを構成する全スチールフィラメントの断面積ｓ₁、ｓ₂…ｓ_n（ｍｍ²）の総和（Ｓ＝Σｓ_n）である。
＊３）Ｗ₁はゴム−スチールコード複合体が０．３５％伸びた時の付加荷重（Ｎ）であり、Ｗ₂は０．４５％伸びた時の付加荷重（Ｎ）である。

上記表１の結果から分かるように、同一ピッチで螺旋型付けしたスチール線状体を略同位相で撚り合わせずに束ねたスチールコードを用いた実施例１のゴム−スチールコード複合体は、タイヤに適用した際において、振動吸収性およびコーナリング性のいずれについても良好な性能を得ることができることが確かめられた。

本発明の一例のゴム−スチールコード複合体に係るコード部を示す断面図である。比較例１のゴム−スチールコード複合体に係るコード部を示す断面図である。比較例２のゴム−スチールコード複合体に係るコード部を示す断面図である。比較例３のゴム−スチールコード複合体に係るコード部を示す断面図である。比較例４のゴム−スチールコード複合体に係るコード部を示す断面図である。実施例で用いた自動二輪車用空気入りラジアルタイヤを示す概略断面図である。

符号の説明

１スチール線状体
１１トレッド部
１２サイドウォール部
１３ビード部
２１ビードコア
２２カーカス層
２３スパイラルベルト層

Claims

実質的に同一ピッチで螺旋型付けされたスチール線状体の複数本を、略同位相で撚り合わせずに束ねてなるスチールコードが、ゴムに埋設されてなり、前記スチール線状体の任意の１本と、少なくとも１本の他のスチール線状体との、型付け螺旋の外接円同士が重なり合い、前記スチール線状体の型付け螺旋の外接円直径をＤ、該スチール線状体の外径をｄとしたとき、下記式、
Ｄ＞２．５ｄ
を満足することを特徴とするゴム−スチールコード複合体。
前記複数本のスチール線状体の構造および型付け量が、全て同一である請求項１記載のゴム−スチールコード複合体。
前記スチール線状体が、略円形断面を有するスチールフィラメントである請求項１または２記載のゴム−スチールコード複合体。
前記スチール線状体が、複数本のスチールフィラメントを撚り合わせたスチールストランドである請求項１または２記載のゴム−スチールコード複合体。
前記スチールコードの外接円内にゴムが付着した状態での歪−荷重特性において、該スチールコードのスチール部断面積をＳ（ｍｍ^２）としたとき、付加荷重Ｗを１５００×Ｓ（Ｎ）から１６００×Ｓ（Ｎ）まで変化させた際の伸び量が０．０７０％以下であり、かつ、０．３５％伸び時の付加荷重Ｗ_１（Ｎ）と０．４５％伸び時の付加荷重Ｗ_２（Ｎ）とが下記式、
Ｗ_２−Ｗ_１＜３５・Ｓ
を満足する請求項１〜４のうちいずれか一項記載のゴム−スチールコード複合体。
前記スチールコードの外接円内にゴムが付着した状態での歪−荷重特性において、付加荷重Ｗを１５００×Ｓ（Ｎ）から１６００×Ｓ（Ｎ）まで変化させた際の伸び量が０．０６５％以下である請求項５記載のゴム−スチールコード複合体。
前記スチールコードの外接円内にゴムが付着した状態での歪−荷重特性において、０．３５％伸び時の付加荷重Ｗ_１（Ｎ）と０．４５％伸び時の付加荷重Ｗ_２（Ｎ）とが下記式、
Ｗ_２−Ｗ_１＜２０・Ｓ
を満足する請求項５または６記載のゴム−スチールコード複合体。
別個のリールに巻かれた複数本の前記スチール線状体を一つの口金に通して束ねて前記スチールコードとし、該スチールコードを、ゴムにより被覆した後、ゴム複合体に埋設して製造されてなる請求項１〜７のうちいずれか一項記載のゴム−スチールコード複合体。
別個のリールに巻かれた複数本の前記スチール線状体を１つのスリットに通して束ねて前記スチールコードとし、該スチールコードに対し上下からゴムを圧着した後、該スチールコードをゴム複合体に埋設して製造されてなる請求項１〜７のうちいずれか一項記載のゴム−スチールコード複合体。