JP5403887B2 - タイヤ補強用スチールコードおよび空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、可撓性に優れかつ耐久性の高いスチールコード並びに、操縦安定性、耐久性および軽量化を向上させた空気入りタイヤに関する。

従来、空気入りタイヤ、中でも乗用車用タイヤは、１対のビード部間でトロイド状に延びるカーカスを骨格とし、このカーカスのタイヤ径方向外側に少なくとも２層のゴムシートからなるベルトを配置し、さらにその外側にトレッドを配置した構造が一般的である。

特に、空気入りタイヤのベルト部分を、タイヤの赤道面に対して所定の傾斜角度で配置した、主にコードをゴムで被覆したゴムシートの少なくとも２枚を、層間で交差するように積層した構造とすることによって、車輌性能に合致した操縦性能および耐久性を有する空気入りタイヤが知られている。

かような空気入りタイヤのベルトの補強に供するコードは、引張り強さが高いほど、タイヤのコーナリング時にベルトの面内の変形が抑制される。また、コードの曲げ剛性が小さいほど、ベルトのバックリングが抑制され接地面を大きくできる。さらに突起物などを乗り越した際に受ける衝撃が吸収されるため、乗り心地が向上する。かように曲げ剛性を小さくしたコードとして、有機繊維を使用して剛性を９．８ＭＰａ以下に抑制したコードが提案されている（特許文献１参照）。

しかし、有機繊維を使用したコードは、発熱時にゴムとの接着耐久性がスチールコードと対比すると劣ってしまうため実用的ではない。また、撚り構造が複雑になってしまうため、タイヤに適用した際、ゴムがコード内部に十分に浸透しないことから、ゴム製品の耐久性が問題になる懸念がある。

この耐久性に関して、スチールコードにおいては、タイヤの外傷からタイヤの内部に浸入した水分によって、スチールコードが腐食し、この腐食に起因した耐久性の低下を抑制することが必要とされている。すなわち、タイヤの外傷からタイヤの内部に水分が浸入した際、この水分がコードに達すると、この水分によってコードが腐食してしまう。そして、コード内部に隙間があると、この隙間を介して水分がコード長手方向に伝播して、コードに沿って腐食域が拡大することになる。その結果、この腐食に起因してスチールコードの耐久性が低下する。

この、耐久性の低下を抑制するスチールコードとして、コード長手方向と直交する断面において、素線同士が互いに離間して配置されているオープン構造のものが提案されている（特許文献２および特許文献３参照）。かようなスチールコードは、素線間に間隙を有するため、加硫成形時に、コード外部から内部へゴムを容易に浸入させて、コード内部の間隙をゴムで満たすことができる。そのため、例えばタイヤ外傷を介してタイヤ内部に浸入した水分がコード内を伝播する隙間がなくなる結果、腐食域の拡大は抑制され、スチールコードの耐久性低下を抑制することが可能となる。

一方で、近年は、車輌の操縦安定性の向上や、地球の環境問題を発端とした自動車の低燃費化に対する要求が強くなってきており、上記したように素線間に隙間を設けることに加えてコード長手方向と直交する断面形状が楕円形としたスチールコードが提案されている（特許文献４参照）。

すなわち、コード長手方向と直交する断面形状を楕円形とする、コードの扁平化によって、空気入りタイヤの補強に供するベルトの面内曲げ剛性が増加するため、車輌の操縦安定性が向上する。また、ベルトの厚みを薄くすることができるため、空気入りタイヤの軽量化が可能となり、車輌の低燃費化が促進される。
特開平１０−２０３１１０号公報 特開平９−１５８０６６号公報 特開平１１−８１１６８号公報 特開平６−１１０８号公報

しかしながら、このスチールコードは複数本の素線を同一ピッチで撚り合わせていることから、楕円形における短軸および長軸との比が、スチールコードの長手方向にて安定しない不利を招いてしまう。なぜなら、複数本の素線を撚り合わせた時に、コードの外郭形状を構成する素線とコードの内部を構成する素線の入れ替わりが発生し、適正なコード外郭形状を得られないためである。

そして、スチールコードの短軸および長軸との比が長手方向に均一でないと、スチールコードをタイヤのベルトに適用した際、並列に引き揃えた隣り合うスチールコード同士の間隙が確保できない部分が生じ、ここを起点としたベルトの故障を引き起こす不利を招いてしまう。

また、上記した操縦安定性の向上や低燃費化には、コードの扁平化を進めることが有効であるが、上述のいずれのコードも、コードの軸心部分に素線を有する、芯部のある構造であるため、扁平化を促進することが難しい。特に、コードを構成する素線本数が７本以上であり、かつ素線間に隙間のあるオープン構造を所期して扁平化を促進する場合、コードの軸心部分に素線を配置しない空洞部が、コード長手方向に連続する構造のスチールコード、いわゆる単層オープン構造のスチールコードであっても、所期した扁平化を得ることが困難である問題を抱えてしまう。

なぜなら、かようなスチールコードは、スチールコードを構成する素線の本数をＮ本（Ｎ≧７）としたとき、幾何学上、Ｎ−１本で構成されるコードの内部には、素線の径より大きい空洞部が形成されるため、コードを構成する一部の素線が、コード径方向内側に向かって、コード内部の空洞部に入り込んでしまう。その結果、コード軸方向と直交する断面がコード長手方向で均一でないスチールコードになってしまう。

そこで本発明は、所期した楕円形を有し、この楕円形における短軸および長軸との比がコード長手方向にて均一である、特に単層オープン構造のスチールコードを提供することを目的とする。

発明者は、７本以上の素線を撚り合わせた単層オープン構造のスチールコードにおいて、所期した楕円形を付与する方途について鋭意検討し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の要旨構成は次の通りである。
（１）７本以上の素線からなる単層オープン構造のスチールコードであって、コード長手方向に連続する楕円形の断面形状を有し、該楕円形における短軸Ａおよび長軸Ｂの比Ａ／Ｂが０．４〜０．８、前記素線の直径ｄが０．１２〜０．２２５ｍｍ、コードの撚りピッチａと素線の直径ｄとの比ａ／ｄが３０〜８０であり、前記素線がコード径方向内側に向かって、コード内部の空洞部に入り込んでおらず、かつコード径方向における振幅λがλ≦０．８×長軸Ｂとなる波型の型付け形状を有することを特徴とするタイヤ補強用スチールコード。

（２）上記素線は、引張り強さが２９２４〜３９２２．６６ＭＰａである上記（１）に記載のスチールコード。

（３）上記スチールコードは、コード軸方向と直交する断面の形状が円形であるスチールコードを楕円形に型付けたものである上記（１）または（２）に記載のスチールコード。

（４）並行に配列した複数本のスチールコードをゴムで被覆してなるスチールコード層を有する空気入りタイヤであって、該スチールコード層は、（１）ないし（３）のいずれか１項に記載のスチールコードを、その長軸がタイヤの回転軸方向に沿う向きに配置してなることを特徴とする空気入りタイヤ。

（５）１対のビード部間でトロイド状に延びるカーカスを有し、このカーカスのタイヤ径方向外側に、少なくとも１層のベルトをそなえる空気入りタイヤであって、該ベルトに、上記（１）ないし（３）のいずれか１項に記載のスチールコードを適用してなることを特徴とする空気入りタイヤ。

本発明によれば、７本以上の素線からなる単層オープン構造のスチールコードが所期した楕円形を有していることによって、可撓性および耐久性に優れたスチールコードを提供することが可能となる。さらに、このスチールコードを空気入りタイヤの補強に供することによって、操縦安定性および軽量化に優れた空気入りタイヤを提供することが可能となる。

まず、本発明に従うスチールコードについて、コード長手方向と直交する断面を図1に示す。
すなわち、図１に示すスチールコード１は、７本の素線２をコードの輪郭に沿って、素線２相互間で間隙Ｓを介して分散配置した、単層オープン構造を有し、コード軸方向と直交する断面の形状が楕円形となっている。また、図２に示すスチールコード１は、８本の素線２をコード輪郭に沿って、図１と同様に、素線２相互間で間隙Ｓを介して分散配置した、単層オープン構造を有し、コード軸方向と直交する断面の形状が楕円形となっている。

ここで、本発明のスチールコード１は、７本以上の素線からなるものを対象とする。なぜなら、素線２の本数が７本以上からなるスチールコード１は、このスチールコード１を構成する一部の素線２が、コード径方向内側に向かって、コード内部の空洞部に入り込むことがないため、単層オープン構造が維持されたまま、コード断面形状を所期した楕円形にすることが可能となるからである。従って、本発明で対象とするスチールコード１は、構成する素線の本数を７本以上に限定した。

なお、本発明では、スチールコード１を構成する素線の本数の上限については、特に規定しないが、好ましくは１０本とすることが好ましい。すなわち、１０本を超えると、コードの外郭形状を維持するための素線の型付け量が大きくなり、結果としてコード形状の不安定を招くおそれがある。

上記したように、本発明のスチールコード１は、単層オープン構造であって、コード長手方向に連続する後述する所定の楕円形の断面形状を有することが肝要である。すなわち、単層オープン構造とすれば、スチールコード１の軸心部分は素線の無い空洞となるため、所期した扁平の楕円形を得ることが可能となる。また、スチールコード１を構成する素線２の相互間に間隙が確保されるため、加硫成形時にコード外部からコード内部へ、ゴムを十分に浸入させることが可能となる。その結果、スチールコード１の耐腐食性が向上すると共に、素線同士の擦れ合いによって摩耗するフレッティング摩耗を抑制することが可能となる。

さらに本発明のスチールコード１は、このコード１の軸心部分の空洞部に、コード１を構成する一部の素線が、コード径方向内側に向かって入り込むことがないため、コード長手方向と直交する断面形状をコード長手方向にわたり、所定の楕円形を維持することが可能になる。従って、このスチールコード１を空気入りタイヤのベルトの補強に供した際、かようなスチールコードを、その長軸がタイヤの回転軸方向に沿う向きに配置して、ベルトの厚みを薄くすることができるため、このベルトに必要な被覆ゴムの量を減少させることが可能となり、ベルトの軽量化を達成することができる。

また、本発明のスチールコード１は、所期した扁平の楕円形とすることによって、
上記のコード配置の下、ベルト面内方向の剛性が向上するため、ベルトの剛性を確保することが可能となる。

ここで、コード断面に与える楕円形状は、その短軸Ａおよび長軸Ｂの比Ａ／Ｂが、０．４〜０．８であることが肝要である。まず、比Ａ／Ｂが０．４未満であると、加硫成形時において、コード外部からコード内部へのゴム浸透性は向上するが、長軸Ｂが必要以上に大きくなり問題となってしまう。すなわち、長軸Bが必要以上に大きくなったスチールコード１を空気入りタイヤのベルトの補強に供した際、タイヤの基本性能のために単位幅あたりに必要となるスチールコード１の本数を確保することができなくなる。

一方、比Ａ／Ｂが０．８を超えると、コードを埋設するベルトの厚みが増加してコード被覆ゴムの量が必要以上に増えてしまうため、ベルトの軽量化を見込むことができない。

また、素線２の直径ｄは０．１２〜０．２２５ｍｍであることが肝要である。すなわち、素線２の直径ｄが０．１２ｍｍ未満であると、タイヤの基本性能、特に強度に関して必要な強力を確保する事が困難になってしまう。

一方、素線２の直径ｄが０．２２５ｍｍを超えると、ベルトの面外曲げ剛性が大きくなり、操縦性能の低下を招いてしまう。

なお、本発明のスチールコード１は、素線径ｄが上記した範囲内であれば、異なった径の素線を組み合わせたスチールコード、例えば、径ｄが０．１７５ｍｍや０．１５ｍｍの素線を組み合わせたスチールコードであっても、本発明の有利な効果を得ることが可能である。

そして、スチールコード１の撚りピッチａと素線の直径ｄとの比ａ／ｄが３０〜８０であることが肝要である。すなわち、比ａ／ｄが３０未満であると、製造上、生産性が悪化して、コストが増加してしまう。

一方、比ａ／ｄが８０を超えると、コードの外郭形状が安定せずに撚り合わせ時にコードを構成する素線同士の入れ替わりが発生し易くなってしまう。

そして、素線２はタイヤに必要な強力を確保するため、引張り強さが２９２４〜３９２２．６６ＭＰａであることが好ましい。

以上の要件を満足するスチールコード１は、コード長手方向と直交する断面の形状が円形であるスチールコードを、上記した所定の楕円形に型付けして作製することが好ましい。

さらに、上記の型付けを施すに当り、コード径方向における振幅λがλ≦０．８×長軸Ｂとなる波型の型付けを行うことが肝要である。ここで、波型の型付けとは、図３に示すように、コード長手方向に向かってうねりを伴った形状であることを意味する。そして、この振幅λが０．８×長軸Ｂの値を超えると、コードを埋設するベルトの厚みが増加してコード被覆ゴムの量が必要以上に増えてしまうため、ベルトの軽量効果が見込めない。

ちなみに、コード型付けにおける振幅λは、ギアを有する型付け装置において調整することが好ましい。この装置は、スチールコードの振幅λを調整すると共に、円形のスチールコードを所定の楕円形に加工することも可能である。一般的に、スチールコードは、図４に示す千鳥足状に配したフラットロール間にコードを通して楕円形に加工されているが、本発明では、図５に示すギア４ａ、４ｂからなるギア対４を用いて、楕円形に加工することもできる。

すなわち、図５に示すギア対４の間にスチールコードを通すと、このスチールコードは、コード長手方向に波型に型付けされるとともに、楕円形に加工される。その際、ギア対４における各々ギアにおけるピッチＰは、０．２ａ≦Ｐ≦１．５ａ（ａ：コード撚りピッチ）であることが好ましい。なぜなら、ギアのピッチが０．２ａ未満では、スチールコードを楕円形の断面に加工し難く、所望とする楕円形の断面を得ることが困難となってしまう。一方、ギアのピッチが１．５ａを超えると、加工後のコード性状が悪化するため好ましくない。

ちなみに、コードにλ≦０．８×長軸Ｂとなる型付けを与えるに際し、スチールコードをギアにて波型および楕円形に型付けた後、ギア通過にて振幅λが拡大した場合は、図４に示したフラットロールに通すことによって振幅λを減少させて調整をすることができる。

さて、以上のスチールコードは、その複数本を所定の間隔を置いて互いに並行に配列してゴムシートに埋設してなるスチールコード層を、タイヤのベルトおよびカーカスに適用してタイヤの補強に供するもので、タイヤの構造としては、在来のタイヤに則るものでよい。例えば、図６に示すタイヤ構造が有利に適合する。なお、同図において、符号５がビードコア、このビードコア５にタイヤの内側から外側に巻き回したカーカス６、このカーカス６上に配置する少なくとも２層構造のベルト７、このベルト７上に配置する少なくとも２層のベルト補強層８、このベルト補強層８の端部からショルダー部に配置された一対のベルト補強層９および１０はカーカス６のクラウン部に配置するトレッドである。

そして、上記のスチールコード層は、本発明のスチールコード１をその楕円断面における長軸がタイヤの回転軸方向に沿う向きに配置してなることが肝要である。すなわち、スチールコード１を、その長軸がタイヤの回転軸方向に沿う向きに、配置すれば、ベルトの厚みが薄くなる結果、コード被覆ゴムの量を減少することが可能となる。その結果、ベルトの軽量化を実現することが可能となり、タイヤの軽量化も可能となる。

また、本発明に従うスチールコード層は、スチールコードを、その長軸がタイヤの回転軸方向に沿う向きに配置されたものであるから、このスチールコード層をベルトに適用することによって該ベルトの面内曲げ剛性（ベルトの各層の面に沿う向きに生じる変形に抗する能力）が増加し、面外曲げ剛性（ベルトの面と直交する向きに生じる変形に抗する能力）が減少して、タイヤの接地性が改良され、トラクション性能が向上すると共に、バックリングも抑制される。

さらに、スチールコードの曲げバネ定数や反発弾性率が小さいため、高速走行下であっても緩やかなまたスムーズな挙動となる。その結果、高速走行下におけるハンドリング操作時において、ドライバーが感ずる操縦安定フィーリングでは顕著な差となって現れる。そして、本発明のタイヤのベルトは、路面から受ける外力の吸収性や分散性も高くなるため、低騒音化に効果がある。

表１−１および表１−２の仕様の下、図１に示す単層オープン構造の扁平スチールコードを基本とした種々のスチールコードを作製した。そして、このスチールコードをベルトの補強に供して、サイズ２２５／４５Ｒ１７の空気入りタイヤを作製した。その後、この空気入りタイヤを用いて、操縦安定性、腐食耐久性、ベルト重量およびゴム浸透性について調査した。その結果を表１−１および表１−２に示す。

なお、上記した空気入りタイヤのベルト構造は、図６に示すタイヤ構造と同様の構造であり、図６に示すタイヤ幅方向の断面において、ベルトのタイヤ径方向外側に少なくとも２層のベルト補強層８を配置し、さらにこのベルト補強層８のタイヤ径方向外側に、ベルト補強層８の端部からショルダー部に配置された一対のベルト補強層９からなる。

操縦安定性は、４輪乗用車に、空気圧を２１０ｋＰａとする上記の空気入りタイヤを装着させて、テスト車輌とし、このテスト車輌をテストドライバーがテストコースにて走行させて、そのときのテストドライバーによる乗り心地を含む操縦安定性をフィーリング評価した。その結果を従来例１における空気入りタイヤのフィーリング結果と比較して表１−１および表１−２に表示した。なお、評価における基準点は以下の通りである。
＋３：良い
＋２：やや良い
＋１：やや良いと思われる
±０：変わらない
−１：やや悪いと思われる
−２：やや悪い
−３：悪い

腐食耐久性は、試作した空気入りタイヤを、ＪＡＴＭＡ規格に定める標準リムに装着後、ＪＡＴＭＡ ＹＥＡＲ ＢＯＯＫにおける最大負荷能力に対応する空気圧を充填し、乗用車に装着した。そして、舗装路をこの乗用車が５００００ｋｍ走行した後、空気入りタイヤを解剖してカット傷からのスチールコードの腐食長さを調査することによって評価した。ここで、腐食長さは１０ｍｍ以下であれば耐久性に問題はない。

ベルト重量は、表１−１および表１−２に示す種々のコードの複数本を、各コードの長軸がベルトの幅方向に沿う配置の下に並べてゴム引きしたプライの２枚を積層することによってスチールコードプライを作製し、その重量を測定して評価した。その際、全てのプライのスチールコード量を同一にするとともに、スチールコードの外郭を通って該コードの長軸に平行の接線とスチールコードプライの表面との距離を全てのスチールコードプライで同一にして、各スチールコードプライを作製した。なお、測定結果は、従来例１のスチールコードを使用したときのプライでの重量を１００として指数表示した。

本発明に従うスチールコードにおけるコード長手方向と直交する断面 を示す図である。 本発明に従うスチールコードにおけるコード長手方向と直交する断面 を示す図である。 本発明に従うスチールコードにおける波型の型付け形状を示す図であ る。 本発明に従うフラットロールを示す図である。 本発明に従うギアを示す図である。 本発明に従うスチールコードを適用するのに好適なタイヤ構造を示す 断面図である。

符号の説明

１スチールコード
２素線
４ギア対
５ビードコア
６カーカス
７ベルト
８ベルト補強層
９ベルト補強層
１０トレッド
Ｓ間隙

Claims (5)

1. ７本以上の素線からなる単層オープン構造のスチールコードであって、コード長手方向に連続する楕円形の断面形状を有し、該楕円形における短軸Ａおよび長軸Ｂの比Ａ／Ｂが０．４〜０．８、前記素線の直径ｄが０．１２〜０．２２５ｍｍ、コードの撚りピッチａと素線の直径ｄとの比ａ／ｄが３０〜８０であり、前記素線がコード径方向内側に向かって、コード内部の空洞部に入り込んでおらず、かつコード径方向における振幅λがλ≦０．８×長軸Ｂとなる波型の型付け形状を有することを特徴とするタイヤ補強用スチールコード。
2. 前記素線は、引張り強さが２９２４〜３９２２．６６ＭＰａである請求項１に記載のタイヤ補強用スチールコード。
3. コード軸方向と直交する断面の形状が円形であるスチールコードを楕円形に型付けたものである請求項１または２に記載のタイヤ補強用スチールコード。
4. 並行に配列した複数本のスチールコードをゴムで被覆してなるスチールコード層を有する空気入りタイヤであって、該スチールコード層は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のスチールコードを、その長軸がタイヤの回転軸方向に沿う向きに配置してなることを特徴とする空気入りタイヤ。
5. １対のビード部間でトロイド状に延びるカーカスを有し、このカーカスのタイヤ径方向外側に、少なくとも１層のベルトをそなえる空気入りタイヤであって、該ベルトに、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のスチールコードを適用してなることを特徴とする空気入りタイヤ。

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