JP5602609B2 - 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（以下、単に「スチールコード」とも称する）およびそれを用いた空気入りタイヤ（以下、単に「タイヤ」とも称する）に関し、詳しくは、ゴム浸透性と生産性を両立し、タイヤに適用した場合、強度を損ねることなくタイヤの軽量化を可能にすることができる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に関する。

近年、環境性能の重要性が増してきており、スチールコードを補強部材として用いるゴム物品やタイヤにおいては軽量化のニーズが高まっている。タイヤの軽量化のためには、スチールコードからなるベルトの厚さを薄くすることが有効であり、そのためにはスチールコード断面を扁平形状とし、スチールコードの径（短径）を小さくすることが効果的である。

通常、（１×Ｎ）構造のスチールコードをプレスローラー等の治具を用いて扁平形状とした場合、スチールコードへの引張入力時に初期伸びが発生するため補強部材としての効果が低下してしまう。そこで、スチールコードの引張剛性を損ねることなく、扁平形状となるコード構造として、例えば、特許文献１〜４が提案されている。特許文献１に記載のスチールコードは、２＋６構造であってシースフィラメント間に間隙を設けることにより、フィラメント間にゴムを浸透させる技術が提案されている。また、特許文献２に記載のスチールコードは、コアフィラメント径とシースフィラメント径を規定することで、上記課題の解消を試みている。さらに、特許文献３に記載のスチールコードは、コアフィラメント径とシースフィラメント径の比を規定することで、スチールコードへのゴムの浸透性を向上させる技術が開示されている。さらにまた、特許文献４には、スチールフィラメント６〜１０本の単撚り構造または層撚り構造とすることで、ゴム浸透性を確保する技術が開示されている。

特開平９−１５８０６６号公報 特開２００５−１２０４９１号公報 特開２００７−６３７２４号公報 特開２００７−９０９３７号公報

しかしながら、特許文献１〜４は、ゴム浸透性の観点からは検討されてはいるものの、スチールコードの生産性については十分に検討されたものとは言えず、シースフィラメント間に必要以上の間隙が空いた場合、シースフィラメントがコアフィラメントの周辺に均等に分散しないため、生産性が劣る問題が生じていた。すなわち、スチールコード全体が曲げられたときに各フィラメントへの張力が不均一となりやすいため、一部のフィラメントが突っ張って飛び出す現象が生じていた。また、スチールコード引張時にフィラメントに均等に張力が分散されないため、強力が低下するという問題も有していた。

そこで、本発明の目的は、ゴム浸透性と生産性を両立し、タイヤに適用した場合、強度を損ねることなくタイヤの軽量化を可能にすることができる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を提供することにある。

本発明者は、上記課題を解消するために鋭意検討した結果、（２＋６）構造のスチールコードを構成するシースフィラメント間の間隔を所定の範囲とすることで、上記課題を解消することができることを見出し、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、２本のコアフィラメントを撚り合わせることなく並列して配置したコアと、該コアの周囲に撚り合わされた６本のシースフィラメントからなるゴム物品補強用スチールコードにおいて、
前記コアフィラメントの径をｄｃ（ｍｍ）、前記シースフィラメントの径をｄｓ（ｍｍ）、シースフィラメント撚りピッチをｐ（ｍｍ）としたとき、下記式（Ｉ）、
Ｄ＝［Ｌ―６ｄｓ｛１＋（Ｌ／ｐ）^２｝^１／２］／６ （Ｉ）
（ここで、Ｌ＝（π＋２）ｄｃ＋πｄｓ）により表わされる平均的なシースフィラメント間隔Ｄが、３０〜７０μｍであり、かつ、前記ｄｃおよび前記ｄｓが下記式（ＩＩ）〜（ＩＶ）、
ｄｃ＜ｄｓ （ＩＩ）
０．２０≦ｄｃ≦０．３２ （ＩＩＩ）
０．２７≦ｄｓ≦０．４３ （ＩＶ）
で表わ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、前記シースフィラメントの撚りピッチｐが５〜１８ｍｍであることが好ましく、また、タイヤから切出したゴム被覆コードの引張弾性率が１９０ＧＰａ以上であることが好ましく、さらに、短径が０．８５〜１．０５ｍｍであることが好ましい。

また、本発明の空気入りタイヤは、一対のビード部と、両ビード部のタイヤ半径方向外側に連なる一対のサイドウォール部と、両サイドウォール部間にわたり連なるトレッド部とを有し、前記一対のビード部間にトロイド状に延在して、これら各部を補強する少なくとも１枚のカーカスプライからなるカーカスと、該カーカスのクラウン部のタイヤ半径方向外側に配置した少なくとも１枚のベルト層からなるベルトとを備えた空気入りタイヤにおいて、
前記ベルト層のうち少なくとも一層に、前記本発明のゴム物品補強用スチールコードを補強部材として用いられていることを特徴とするものである。

本発明によれば、ゴム浸透性と生産性を両立し、タイヤに適用した場合、強度を損ねることなくタイヤの軽量化を可能にすることができる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を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係るゴム物品補強用スチールコードの断面図である。 Ｄが２５μｍ未満の場合のスチールコードの断面図である。 Ｄが８０μｍより大きい場合のスチールコードの断面図である。 本発明の空気入りタイヤの好適な実施の形態を示す片側断面図である。

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、本発明のゴム物品補強用スチールコードの断面図である。本発明のゴム物品補強用スチールコード１０は、２本のコアフィラメント１を撚り合わせることなく並列して配置したコアと、コアの周囲に撚り合わされた６本のシースフィラメント２からなる。コアフィラメント１を２本とするのは、３本以上では実質的に捩りなく並行に配置することが困難であるからである。また、シースフィラメント２を６本とすることで、耐久性確保のうえで必要となるスチールコード１０中心部までのゴム浸透性を効率良く確保することができる。シースフィラメントが５本以下では、ゴム浸透性は良好であるが、シースフィラメントの分散性が悪化し強度不足となる。一方、シースフィラメントが７本以上では、ゴム浸透に充分な間隙を確保できなくなり、耐久性が低下してしまう。

ここでスチールコードの断面を見ると、無撚りのコアフィラメントは略円形状となるが、シースフィラメントは撚りピッチに応じて断面形状が変化する。すなわち、撚りピッチが大きくなるとシースフィラメントの断面は円形状に近づき、撚りピッチが小さくなるとシースフィラメントの断面は楕円（偏平率）の度合いが大きくなるという特徴を有している。そこで本発明においては、コアフィラメント１の径をｄｃ（ｍｍ）、シースフィラメント２の径をｄｓ（ｍｍ）、シースフィラメント撚りピッチをｐ（ｍｍ）としたとき、下記式（Ｉ）、
Ｄ＝［Ｌ―６ｄｓ｛１＋（Ｌ／ｐ）^２｝^１／２］／６ （Ｉ）
（ここで、Ｌ＝（π＋２）ｄｃ＋πｄｓ）により表わされる平均的なシースフィラメント間隔Ｄが、２５〜８０μｍであることが重要となる。コアフィラメント１の径ｄｃとシースフィラメント２の径ｄｓと撚りピッチｐとを、上記式（Ｉ）を満足するように組み合わせることで、シースフィラメント２の間隙へのゴムの浸透を充分確保できるとともに、分散性が良好であるため余分な間隙を空けずにスチールコード曲げ変形時のフィラメントの突っ張りや強力低下を抑制できる。

Ｄが２５μｍより小さくなると、例えば、図２のようにシースフィラメント２の間隙にゴムが充分に浸透できない構造となり、ベルトがカット傷を受けた場合に水分が浸透して伝播し、いわゆるカットセパレーションが発生してしまう。一方、Ｄが８０μｍより大きくなると、例えば、図３のようにシースフィラメント２がコアフィラメント１の周りに均等に分散しないため、生産性が劣るとともに、シースフィラメントが偏った箇所にゴムが充分に浸透できない。また、フィラメントの突っ張りや強力低下が発生する懸念が高まるおそれがある。好適には、３０〜７０μｍ、さらに好適な範囲は５０〜６０μｍであり、Ｄの値をこの範囲とすることで、ゴム浸透性とシースフィラメント２の分散性が最適なバランスとなる。

また、本発明においては、コアフィラメント１の径ｄｃとシースフィラメント２の径ｄｓが下記式（ＩＩ）〜（ＩＶ）、
ｄｃ＜ｄｓ （ＩＩ）
０．２０≦ｄｃ≦０．３２ （ＩＩＩ）
０．２７≦ｄｓ≦０．４３ （ＩＶ）
で表される関係を満足することが好ましい。すなわち、コアフィラメント１の径ｄｃとシースフィラメントの径ｄｓは異なる組み合わせ、特に、コアフィラメント１の径ｄｃをシースフィラメント２の径ｄｓよりも小さくすることがよい。これにより、同径のフィラメントを組み合わせた場合に対し、得られる扁平形状のスチールコードの短径を、より小さくすることができる。また、上記（ＩＩＩ）および（ＩＶ）を満足することで、スチールコードがより高度な強力を得ることができる。好適には０．２３≦ｄｃ≦０．２７および０．３０≦ｄｓ≦０．３５であり、さらに好適には０．２４≦ｄｃ≦０．２６および０．３２≦ｄｓ≦０．３４であり、コアフィラメント径ｄｃとシースフィラメント径ｄｓをこの範囲とすることにより、ゴム浸透性とスチールコードの強力を維持しながらタイヤ軽量化をバランスよく実現できる。

さらに、本発明においては、前記シースフィラメントの撚りピッチｐが５〜１８ｍｍであることが好ましい。シースフィラメントの撚りピッチが５ｍｍ未満となるとシースフィラメントの間隙を充分に確保できず、一方、１８ｍｍより大きくなると、シースフィラメント２の分散性が悪化しやすくなり好ましくない。これに対し、シースフィラメントの撚りピッチｐを５〜１８ｍｍとすれば、生産性を良好に向上させることができる。上記効果を良好に得るためには、好ましくは１０〜１６ｍｍである。

さらにまた、本発明のスチールコードを、タイヤのベルトの補強材として用いた場合、タイヤから切出したゴム被覆コードの引張弾性率が１９０ＧＰａ以上であることが好ましい。タイヤから切出したゴム被覆コードの引張弾性率が１９０ＧＰａ以上であることにより、ベルトのタガ効果を充分に発揮し、タイヤの形状保持性や操縦安定性を良好に確保することができる。１９０ＧＰａ未満であると、内圧時にスチールコードが初期伸びしてしまうおそれがあり、これにより、タイヤ形状が悪化してしまう場合がある。

また、本発明のスチールコードは、短径が０．８５〜１．０５ｍｍであることが好ましい。本発明のスチールコードを、タイヤのベルトの補強用部材として用いた場合、スチールコードの短径を１．０５ｍｍ以下とすることで、効果的にベルトを薄くすることが可能となる。短径を１．００ｍｍ以下とすると軽量化効果が大きくなり、より好ましい。しかしながら、短径が０．８５ｍｍ未満となるとスチール量が大幅に減少するため、ベルトとして必要な強度を確保できない場合がある。

本発明に用いるスチールフィラメントの素材としては、特に制限は無く、従来用いられているものであれば何れでも用いることができるが、炭素成分が０．８０質量％以上である高炭素鋼であることが好ましい。フィラメントの素材を高硬度である炭素成分が０．８０質量％以上の高炭素鋼とすることで本発明の効果を良好に得ることができる。一方、炭素成分が１．５質量％を超えると、延性が低くなり耐疲労性が劣るので好ましくない。

本発明のスチールコードはコード表面にめっき処理が施されていることが好ましい。コード表面のメッキの組成としては、特に限定されるものはないが、好適には銅と亜鉛からなるブラスメッキであり、より好適には、銅の含有率を６０質量％以上である。これによりスチールフィラメントとゴムとの接着性を向上させることができる。

本発明に用いるコーティングゴムの素材は、特に制限はされず、公知のゴムを用いることができるが、ムーニー粘度が５０以上１１０以下のものが好適である。ムーニー粘度が５０未満であるとタイヤ性能が低下し、１１０より大きいとシースフィラメント間にゴムが局所的に充分浸透しない箇所が発生してしまう。なお、ここでムーニー粘度とは、ＪＩＳ―Ｋ６３００に準拠して測定を行ない得られた値である。

次に、本発明の空気入りタイヤについて説明する。
本発明の空気入りタイヤは、ベルトの補強部材として用いられるスチールコードの構造の改良に係るものであり、ベルト層のうち少なくとも一層に、本発明のスチールコードを補強部材として用いたものである。これにより、タイヤの強度を損ねることなくタイヤの軽量化が可能となる。本発明の空気入りタイヤにおいては、その他の構造および材質については特に制限されるべきものではなく、既知の構造および材料を適宜採用することができる。

図４は、本発明の空気入りタイヤの好適な実施の形態を示す片側断面図である。図２に示すタイヤは、一対のビード部１１と、両ビード部のタイヤ半径方向外側に連なる一対のサイドウォール部１２と、両サイドウォール部１２に連なるトレッド部１３とを有し、上記一対のビード部１１間にトロイド状に延在してこれら各部１１，１２，１３を補強する少なくとも１枚（図示する例では２枚）のカーカスプライからなるカーカス１４と、カーカス１４のクラウン部のタイヤ半径方向外側に配置された少なくとも１枚（図示例では４枚）のベルト層からなるベルト１５とを備える。

図示例のカーカス１４は、２枚の折り返しカーカスプライから構成され、折り返しカーカスプライは、ビード部１１内にそれぞれ埋設した一対のビードコア１６間にトロイド状に延在する本体部と、各ビードコア１６の周りでタイヤ幅方向の内側から外側に向けて半径方向外方に巻上げた折り返し部とからなるが、カーカス１４のプライ数および構造は、これに限られるものではない。

本発明の空気入りタイヤは、上述のように、軽量で、かつ、耐久性に優れるため、ライトトラック用タイヤおよびトラック・バス用タイヤとして特に好適である。なお、本発明の空気入りタイヤにおいて、タイヤ内に充填する気体としては、通常の或いは酸素分圧を変えた空気、または窒素等の不活性ガスを用いることができる。

以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
＜実施例１〜４、参考例１〜５、比較例１〜８および従来例＞
図２に示すタイプのタイヤを、タイヤサイズ１１Ｒ２２．５／１４ＰＲで作製した。ベルトは４層のベルト層からなり、第２ベルト層と第３ベルト層（タイヤ径方向内側からそれぞれ２層目と３層目）が主交錯層を形成しており、表１〜４に示すスチールコードを補強部材として適用した。得られた供試タイヤにつき、下記の手順に従い、ゴム浸透性、径成長、ベルト重量を評価した。また、スチールコードの生産性についても併せて評価した。なお、タイヤから切り出したゴム被覆コードの引張弾性率は下記の手順で算出した。

＜コード引張弾性率＞
実施例１〜４、参考例１〜５、比較例１〜８および従来例のスチールコードをタイヤから解剖して取り出した後、つかみ部分のコード表面についている余分なゴムを除去し、コード引張試験機により引張試験を実施した。その際、引張歪みはビデオ式伸び計により測定した。その測定における標点間距離は１００ｍｍであり、引張試験速度は１０ｍｍ／分である。得られた応力−歪み曲線において、引張歪みが０．１％における応力と０．５％の応力の二点間の傾きを計算し、コード引張弾性率を算出した。結果を表１〜４に併記する。なお、応力の計算におけるコードの断面積はπ×（ｄｃ^２×２＋ｄｓ^２×６）／４にて算出した。

＜ゴム浸透性＞
実施例１〜４、参考例１〜５、比較例１〜８および従来例のスチールコードをタイヤから解剖して取り出した後、ＮａＯＨ−１０％水溶液に片端を浸して、２４時間放置後、「ゴムの剥離長さ」を測定した。コードの内部までゴムが浸透していれば、ゴムは剥離しない。従来例のスチールコードよりもゴム剥離長さが同等以下となっているものを○、劣っているものを×とした。結果を表１〜４に併記する。

＜径成長＞
各供試タイヤを８．２５インチのリムに組んだ後、内圧を５０ｋＰａから７００ｋＰａまで充填したときの径成長量をベルトのセンター部にて測定した。従来例のベルトより径成長量を抑制し、タガ効果が同等以上となっているものを○、劣っているものを×とした。結果を表１〜４に併記する。

＜ベルト重量＞
各供試タイヤを解剖して幅方向中心位置における主交錯層を、幅方向長さ１００ｍｍ×周方向長さ５００ｍｍの大きさに、かつ厚さ方向についてはベルト層間（第１ベルト層と第２ベルト層のベルト層間、および第３ベルト層と第４ベルト層のベルト層間）の厚さ中心位置のゴムに沿って切り出し、重量を測定した。従来例のベルトよりも実質軽くなっているものを○、それ以外を×とした。結果を表１〜４に併記する。

＜コード生産性＞
実施例１〜４、参考例１〜５、比較例１〜８および従来例のスチールコードに曲げ変形を与え、フィラメントの突っ張りが生じないかを目視にて評価した。また、スチールコードをペンチにて切断し、フィラメントの解れ（いわゆるフレア性）が悪化しているかを目視にて評価した。それらの評価において従来例から悪化していないものを○、それ以外を×とした。結果を表１〜４に併記する。

※タイヤから切出したゴム被覆コードの引張弾性率

※タイヤから切出したゴム被覆コードの引張弾性率

※タイヤから切出したゴム被覆コードの引張弾性率

※タイヤから切出したゴム被覆コードの引張弾性率

上記表１〜４より、本発明のスチールコードは、ゴム浸透性と生産性とが両立できていることがわかる。また、本発明のスチールコードを適用したタイヤは、強度に優れていることがわかる。

１ コアフィラメント
２ シースフィラメント
１０ スチールコード
１１ ビード部
１２ サイドウォール部
１３ トレッド部
１４ カーカス
１５ ベルト
１６ ビードコア

Claims (5)

1. ２本のコアフィラメントを撚り合わせることなく並列して配置したコアと、該コアの周囲に撚り合わされた６本のシースフィラメントからなるゴム物品補強用スチールコードにおいて、
   前記コアフィラメントの径をｄｃ（ｍｍ）、前記シースフィラメントの径をｄｓ（ｍｍ）、シースフィラメント撚りピッチをｐ（ｍｍ）としたとき、下記式（Ｉ）、
   Ｄ＝［Ｌ―６ｄｓ｛１＋（Ｌ／ｐ）^２｝^１／２］／６ （Ｉ）
   （ここで、Ｌ＝（π＋２）ｄｃ＋πｄｓ）により表わされる平均的なシースフィラメント間隔Ｄが、３０〜７０μｍであり、かつ、前記ｄｃおよび前記ｄｓが下記式（ＩＩ）〜（ＩＶ）、
   ｄｃ＜ｄｓ （ＩＩ）
   ０．２０≦ｄｃ≦０．３２ （ＩＩＩ）
   ０．２７≦ｄｓ≦０．４３ （ＩＶ）
   で表わ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. 前記シースフィラメントの撚りピッチｐが５〜１８ｍｍ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. タイヤから切出したゴム被覆コードの引張弾性率が１９０ＧＰａ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. 短径が０．８５〜１．０５ｍｍである請求項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。
5. 一対のビード部と、両ビード部のタイヤ半径方向外側に連なる一対のサイドウォール部と、両サイドウォール部間にわたり連なるトレッド部とを有し、前記一対のビード部間にトロイド状に延在して、これら各部を補強する少なくとも１枚のカーカスプライからなるカーカスと、該カーカスのクラウン部のタイヤ半径方向外側に配置した少なくとも１枚のベルト層からなるベルトとを備えた空気入りタイヤにおいて、
   前記ベルト層のうち少なくとも一層に、請求項１〜４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が補強部材として用いられていることを特徴とする空気入りタイヤ。

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