JP5083943B2 - ゴム物品補強用スチールコードおよびそれを用いた空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、ゴム物品補強用スチールコードおよびそれを用いた空気入りタイヤ（以下、単に「スチールコード」および「タイヤ」とも称する）に関し、詳しくは、タイヤ等のゴム物品の補強に好適に用いられるゴム物品補強用スチールコード、および、それを補強材として用いた空気入りタイヤに関する。

建設車両用タイヤにおけるカーカスプライやベルトプライ、あるいはコンベアベルト等の補強に使用されるスチールコードには、高い強力が必要とされるため、複数本のスチールフィラメントを撚り合せたストランドを更に撚り合わせてなる複撚り構造のスチールコードが広く使用されている。このようなスチールコードに関しては、タイヤ重量の軽減、低燃費化および輸送費の抑制を達成するため、スチールコードの断面積を増大させることなくコード強力を増加させる手段として、コード材質（特に、炭素含有量）や加工法（例えば、伸線時の減面率）を変えることによりフィラメントの抗張力を高めて、コード強力を高める工夫がなされている。

しかし、フィラメントの抗張力を高めてコード強力を高める従来の方法は、単撚り構造や通常の層撚り構造のスチールコードには有効であるものの、層撚り構造のものをストランドとした直径の大きな複撚り構造のスチールコードにおいてはフィラメントの抗張力の上昇分だけコード強力が上昇しないという問題があり、従来より様々に改良がなされてきている。

複撚り構造のスチールコードの改良に関して、例えば、特許文献１には、（１＋６＋１２）＋６×（１＋６＋１２）からなる７×１９構造のスチールコードについて、シースストランドにおける最外層のフィラメントと、隣接する内層のフィラメントの抗張力を比率で規定することで、高いコード強力を得る技術が開示されている。

また、特許文献２には、ストランドを構成する最外層のシースフィラメントの抗張力を３０４０Ｎ／ｍｍ^２以下、最外層のシースフィラメントを除く全ての内側のフィラメントの抗張力を３１４０Ｎ／ｍｍ^２以上とすることで、高いコード強力を得る技術が開示されている。

さらに、ストランドを構成する最外層のフィラメントをその内側のフィラメントよりも太径として、その先行破断を回避することにより高いコード強力を得る技術や（特許文献３）、ストランドを構成するフィラメントの抗張力に関して「ストランドの中心に近い層のフィラメント抗張力≧ストランドの中心から遠い層のフィラメント抗張力」と規定するとともに、ストランドの平均抗張力に関して「コードの中心に近い層のストランドの平均抗張力＜コードの中心から遠い層のストランドの平均抗張力」と規定することにより、フィラメントの先行破断を防止して、高いコード強力を得る技術についても公知である（特許文献４）。
特許第３４３９３２９号公報 特許第３７０９５５１号公報 国際公開ＷＯ０１／０３４９００号パンフレット 特開２００５−２４８３７３号公報

上記のうち特許文献２に開示されている技術によれば、高いコード強力は得られるものの、さらにコード強力を高めるために内側のフィラメント抗張力を上げて、最外層のシースフィラメントの抗張力との差が大きくなりすぎると、やはりフィラメントの一部が先行破断を起こしてしまい、コード強力が思ったように上がらない場合があった。

前述したように、フィラメントの抗張力を高めてコード強力を高める従来の方法は、単撚り構造や通常の層撚り構造のスチールコードには有効であり、層撚り構造のものをストランドとした直径の大きな複撚り構造のスチールコードにおいてもフィラメントの抗張力が３０４０Ｎ／ｍｍ^２以下では有効であるが、それ以上の抗張力になると、フィラメントの抗張力の上昇の分だけのコード強力の上昇が得られない。

また、上記特許文献３に開示されたスチールコードについても、製造直後はその効果が十分発揮され、高いコード強力のものが得られるものの、長期保管やタイヤ製造時の熱履歴によっては、コード強力が製造直後対比かなり低下してしまう場合があった。

したがって、従来の技術では、複撚り構造のスチールコードにおいて、コード強力の更なる向上を図るにあたって生ずる最外層フィラメントの先行破断の問題を十分解消しうるものではなく、より優れた改良技術の実現が求められていた。

そこで本発明の目的は、複撚り構造のスチールコードにおける最外層フィラメントの先行破断の発生を防止して、コード利用率を高めることにより、コード強力の向上したゴム物品補強用スチールコード、および、それを補強材として用いた空気入り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、直径の大きな複撚り構造のスチールコードにつき鋭意検討した結果、ストランドを構成するコアフィラメントの撚り角α_ｃ、内層シースフィラメントの撚り角α_ｉｓおよび最外層シースフィラメントの撚り角α_ｏｓの関係がα_ｃ≒α_ｉｓ≧α_ｏｓを満足するものとすることにより、先行破断するコアストランドの最外層フィラメントの張力負担を緩和させることができ、これによりその先行破断を抑制して、コード強力の向上を図ることが可能となることを見出して、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明のゴム物品補強用スチールコードは、同線径のフィラメントからなる３層以上の層撚り構造を有する１本のコアストランドの周りに、同線径のフィラメントからなる３層以上の層撚り構造を有する６本のシースストランドを配列して撚り合わせた複撚り構造のゴム物品補強用スチールコードにおいて、
各ストランドを構成するコアフィラメントの撚り角αｃ、内層シースフィラメントの撚り角αｉｓおよび最外層シースフィラメントの撚り角αｏｓが、下記式（１）および（２）、
０．９８≦αｉｓ／αｃ＜１．００ （１）
αｏｓ／αｃ＜０．９６ （２）
で示される関係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、各ストランドを構成する全てのフィラメントの抗張力が３０４０Ｎ／ｍｍ^２以上であることが好ましく、各ストランドを構成する全てのフィラメントの炭素含有量が０．８０重量％以上であることも好ましい。

また、本発明の空気入りタイヤは、上記本発明のゴム物品補強用スチールコードを補強材として用いたことを特徴とするものである。

本発明によれば、上記構成としたことにより、最外層フィラメント同士のストランド間の接触部における先行破断を抑制することができ、従来に比しコード強力が向上したゴム物品補強用スチールコードを実現することが可能となった。よって、かかる本発明のゴム物品補強用スチールコードを空気入りタイヤの補強材として用いることにより、重量の軽減、低燃費化および輸送費の抑制をいずれも実現できる空気入りタイヤが得られるものである。

以下、本発明の好適実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１に、本発明の一好適例のゴム物品補強用スチールコードの断面図を示す。図示するように、本発明のゴム物品補強用スチールコードは、同線径のフィラメントからなる３層以上の層撚り構造を有する１本のコアストランド１の周りに、同線径のフィラメントからなる３層以上の層撚り構造を有する６本のシースストランド２を配列して撚り合わせた１＋６の複撚り構造を有するものである。また、符号３は、ストランドの最外層フィラメントを示す。

前述したように、単撚り構造や通常の層撚り構造等の比較的直径の小さなスチールコードは、コード強力が個々のフィラメントの抗張力で決まる。しかし、上記のようにストランドを１＋６の複撚り構造としたスチールコードのコード強力の場合、個々のフィラメントの引張り強力の他に、コード引張りによってコアストランドおよびシースストランド同士が強く接触し、その接触点でそれぞれの最外層フィラメントに応力が集中することにより最外層フィラメントの先行的なせん断破壊が生じ、個々のフィラメントの引張り強力の上昇の分だけコード強力を向上できない場合がある。特に、かかる先行破断現象は、せん断破壊し易い抗張力の高いフィラメントにおいてよく現れ、殊に抗張力が３０４０Ｎ／ｍｍ^２以上のフィラメントについては、フィラメントの抗張力の上昇に従いコード強力の向上は抑制され、長期保管やタイヤ製造時の熱履歴により、むしろ低下してしまう場合さえある。かかる観点から、本発明は、このような現象が従来生じていた上記複撚り構造のスチールコードを対象としている。

本発明の複撚り構造のスチールコードの好適例としては、図示するような、３本のコアフィラメント１１と９本の内層シースフィラメント１２と１５本の外層シースフィラメント１３からなるストランドの７本を撚り合わせ、さらに１本のスパイラルフィラメント４を螺旋巻きに巻き付けた７×（３＋９＋１５）＋１構造のスチールコードを挙げることができる。なお、スパイラルフィラメント４は、コードの束を強化するために巻き付けられるものであるが、本発明においては必須ではなく、省略することも可能である。

本発明においては、上記複撚り構造のスチールコードにおいて、各ストランドを構成するコアフィラメントの撚り角αｃ、内層シースフィラメントの撚り角αｉｓおよび最外層シースフィラメントの撚り角αｏｓが、次式、
αｃ≒αｉｓ＞αｏｓ
で示される関係を満足する。コアフィラメントの撚り角と内層シースフィラメントの撚り角とを同等とし、かつ、最外層シースフィラメントの撚り角より大きくすることで、コアフィラメントおよび内層シースフィラメントの張力負担を増大して、先行破断しやすいストランドの最外層シースフィラメントの張力負担を軽減させることができ、これによりその引張り時のせん断破壊を抑制して、これらフィラメントの抗張力の上昇をそのままコード強力の向上に反映させることができる。

本発明においては、各ストランドを構成するコアフィラメントの撚り角αｃ、内層シースフィラメントの撚り角αｉｓおよび最外層シースフィラメントの撚り角αｏｓの関係が、上記式の条件に加えて、下記式（１）および（２）、
０．９８≦αｉｓ／αｃ＜１．００ （１）
αｏｓ／αｃ＜０．９６ （２）
を満足することが好ましく、これにより、さらにコード強力の向上を図ることができる。

本発明において特には、上記複撚り構造のスチールコードにおいて、各ストランドを構成する全てのフィラメントの抗張力が３０４０Ｎ／ｍｍ^２以上である。フィラメントの抗張力が３０４０Ｎ／ｍｍ^２未満では先行破断の発生はないので、本発明を適用する必要が生じない。なお、フィラメントの材質としては、炭素含有量が０．８０重量％以上であることが好ましい。

本発明のゴム物品補強用スチールコードにおいては、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コード強力が向上している。したがって例えば、従来の複撚り構造のスチールコードの代わりに本発明のスチールコードを用い、その複数本を互いに平行に引き揃えてゴムシートに埋没してなるプライをベルトまたはカーカスに適用した建設車両用の空気入りラジアルタイヤにおいては、重量の軽減、低燃費化および輸送費の抑制をいずれも図ることが可能となる。

本発明の空気入りタイヤの好適例としては、例えば、図２に示すような、タイヤサイズ４０．００Ｒ５７程度の大型のオフロード用ラジアルタイヤを挙げることができる。図示するタイヤは、左右一対のビード部にそれぞれ埋設されたビードコア２１間にトロイド状に延在する１層のカーカスプライ２２と、そのトレッド部２３のタイヤ半径方向外側に配設された６層のベルト２４を備えており、本発明のスチールコードは、かかるタイヤにおいて、カーカスプライ２２の補強材等として好適に適用することができる。この場合のカーカスプライ２２へのコードの打込み数は、例えば、８．０本／５０ｍｍ程度とすることができる。

本発明の空気入りタイヤは、上記本発明のスチールコードをカーカスプライまたはベルトの補強材として用いるものであればよく、それ以外のタイヤ構造の詳細および各部材の材質等については慣用されているものを適宜採用することができ、特に制限されるべきものではない。

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１，２に示す条件に従い、３層の層撚り構造を有する１本のコアストランドと、３層の層撚り構造を有する６本のシースストランドとからなる複撚り構造のゴム物品補強用スチールコードを作製した。比較例６以外のスチールコードのコード構造はすべて７×（３＋９＋１５）＋１構造で同一であり（図１参照）、比較例６のスチールコードのみ７×（３＋９＋１２）＋１構造である。図示するように、各スチールコードは、コアストランド１の周りにシースストランド２を６本撚り合わせて、１本のスパイラルフィラメント４を螺旋巻きに巻き付けてなる。また、各ストランドは、３本のコアフィラメント１１の周りに９本の内層シースフィラメント１２と１５本（または１２本）の最外層シースフィラメント１３を撚り合わせたものである。

各実施例および比較例のスチールコードについて、そのコード破断強力および強力発揮率につき、製造直後および加熱後の双方につき評価し、その前後における強力の変化率を求めた。その結果を、各ストランドを構成するコアフィラメントの撚り角α_ｃ、内層シースフィラメントの撚り角α_ｉｓ、最外層シースフィラメントの撚り角α_ｏｓ、α_ｉｓ／α_ｃおよびα_ｏｓ／α_ｃの値とともに、下記の表１，２中に示す。なお、ここで、強力発揮率（％）とは、コードを構成するフィラメントの破断強力の総和に対するコード破断強力の比の百分率であり、製造直後−加熱後変化率（％）とは、製造直後のコード破断強力に対する加熱後のコード破断強力の変化率である。

上記表１，２に示すように、所定の複撚り構造のゴム物品補強用スチールコードにおいて、各ストランドを構成するフィラメントの撚り角について所定の条件を満足するものとした実施例１，２においては、コード利用率を向上して、高いコード強力を実現することができ、また、加熱後においてもコード強力の低下が少ないことが確かめられた。

本発明の一好適例のゴム物品補強用スチールコードを示す断面図である。 本発明の一好適例の空気入りタイヤを示す拡大部分断面図である。

符号の説明

１ コアストランド
２ シースストランド
３ 最外層フィラメント
４ スパイラルフィラメント
１１ コアフィラメント
１２ 内層シースフィラメント
１３ 外層シースフィラメント
２１ ビードコア
２２ カーカスプライ
２３ トレッド部
２４ ベルト

Claims (4)

1. 同線径のフィラメントからなる３層以上の層撚り構造を有する１本のコアストランドの周りに、同線径のフィラメントからなる３層以上の層撚り構造を有する６本のシースストランドを配列して撚り合わせた複撚り構造のゴム物品補強用スチールコードにおいて、
   各ストランドを構成するコアフィラメントの撚り角αｃ、内層シースフィラメントの撚り角αｉｓおよび最外層シースフィラメントの撚り角αｏｓが、下記式（１）および（２）、
   ０．９８≦αｉｓ／αｃ＜１．００ （１）
   αｏｓ／αｃ＜０．９６ （２）
   で示される関係を満足することを特徴とするゴム物品補強用スチールコード。
2. 各ストランドを構成する全てのフィラメントの抗張力が３０４０Ｎ／ｍｍ^２以上である請求項１記載のゴム物品補強用スチールコード。
3. 各ストランドを構成する全てのフィラメントの炭素含有量が０．８０重量％以上である請求項１または２記載のゴム物品補強用スチールコード。
4. 請求項１〜３のうちいずれか一項記載のゴム物品補強用スチールコードを補強材として用いたことを特徴とする空気入りタイヤ。

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