JP5826052B2 - 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」との称する）に関し、詳しくは、加硫成形時におけるカーカスプライの引き抜けを防止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。

タイヤの製造工程では、加硫成型前の生タイヤを金型内に配置し、タイヤ形状に膨らませて熱と圧力を加え、生タイヤを加硫しつつ成形する方法が用いられている。加硫前の生タイヤはゴムが流動的であるため、空気内圧が加えられてカーカスプライに張力がかかった場合、プライ端部でコード全体がずり抜ける作用（プライ抜け）を受ける。かかる作用により、タイヤ製品が設計通りにならない不具合が起きる場合があり、プライ抜けはタイヤ製品の過酷な使用においてプライ端に歪が集中する影響でセパレーション故障の原因のひとつになる場合がある。そのため、このようなタイヤは商品として出荷することができず損失となっている。

このような問題に対して、特許文献１には、ビードコア全体の断面形状を従来のビードコアの断面形状と比して扁平とすることにより、具体的には、断面形状が楕円形状のワイヤを螺旋状に旋回して、楕円形が交互に組み合わせてビードコアの断面形状の縦と横の長さの比を０．６５以下とすることにより、カーカスプライの動きを抑制し、プライ抜けを防止する技術が提案されている。

ところで、建設車両用タイヤは、タイヤの大型化に対応し高い強度と耐久性を確保するため、カーカスプライの補強部材として複撚り構造のスチールコードが用いられている。複撚り構造は、ストランドを撚り合せた構造であり、その最外側にフィラメントをラッピングしているのが一般的である。従来、ラッピングフィラメントの役割は、スチールコード形状の拘束であり、ラッピングフィラメントをスチールコードに巻き付けることでストランドのねじれやばらけが抑えられ、加工時における作業性を向上させている。また、曲げや圧縮入力に対しスチールコード形状を保持することでゴム−スチールコード複合体としての耐久性を維持する役割もある。

しかしながら、ラッピングフィラメントが巻き付けられていると、コードをタイヤの原材料として設備に流したとき、ガイドを通過するときの抵抗が大きくなったり、次々と繰り返される接触でヤスリのようにガイド類等の設備を削って寿命を早めたり、最悪の場合には、引っかかりが原因でラッピングフィラメント自体がずれたり断線したりして、製品に不良を発生させるなどの問題がある。このような問題に対して、特許文献２には、撚りコードの周囲に複数本のラッピングフィラメントを巻付けてなるゴム物品補強用スチールコードであって、上記複数本のラッピングフィラメントを、同一方向・同一ピッチで、かつ、略等間隔に巻付けたスチールコードが提案されている。

特開平９−７１１１１号公報 特開２００４−６８２１３号公報

建設車両用タイヤは、タイヤサイズが大きく、それを支えるため太い径のカーカスプライコードが必要であり、特にリム径５７インチ以上さらには６３インチ以上の超大型タイヤにおいては、上述したプライ抜けが問題となる。このような超大型タイヤにおいては、特許文献１のように、ビードコアの形状を適正化するだけでは、プライ抜けを防止することは困難であるのが現状である。

そこで、本発明の目的は、加硫成形時におけるカーカスプライの引き抜けを防止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、複撚り構造を有するスチールコードの構造について鋭意検討した結果、従来、スチールコードの拘束具として用いていたラッピングフィラメントをプライ抜けの防止に利用できることを見出した。すなわち、ラッピングフィラメントの撚り角を大きくすることで、（ｉ）被覆ゴムに対するコード軸方向の引っ掛かり効果が得られること、（ｉｉ）コード軸方向の長さ当たりのラッピングフィラメントの長さが大きく、被覆ゴムに対するスチールコード軸方向の引っ掛かり効果が大きくなること、によりプライ抜け抵抗力を向上させ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、複数本のスチールフィラメントが層撚り構造に撚り合わされてなるストランドの複数本が、コアと少なくとも１層のシースとからなる層撚り構造に撚り合わされ、前記シースの外周にラッピングフィラメントが螺旋状に巻きつけられてなる複撚り構造のゴム物品補強用スチールコードにおいて、
前記ゴム物品補強用スチールコードの軸方向に対する前記ラッピングフィラメントの撚り角が７３°〜８２°であり、前記ラッピングフィラメントの撚りピッチが２．０ｍｍ以上５．０ｍｍ未満であることを特徴とするものである。

本発明のゴム物品補強用スチールコードにおいては、前記ラッピングフィラメントを除いた前記ゴム物品補強用スチールコードの径は３．０〜６．０ｍｍであることが好ましい。また、本発明のゴム物品補強用スチールコードにおいては、前記ラッピングフィラメントの径ｄと、前記スチールコードの最外層のシースストランドの最外層シースフィラメントの径ｘとが下記式（１）、
ｄ／ｘ≧１．０５ （１）
で表わされる関係を満足することが好ましい。さらに、本発明のゴム物品補強用スチールコードは、前記ラッピングフィラメントの径ｄと、ラッピングワイヤを除いた前記ゴム物品補強用スチールコードの径φとが、下記式（２）、
ｄ／φ≦０．０９ （２）
で表わされる関係を満足することが好ましい。

また、本発明の空気入りタイヤは、一対のビード部にそれぞれ埋設されたビードコアの周りに内側から外側に折り返して係止され、前記ビードコア間にトロイド状に延在する少なくとも１層のカーカスプライからなるカーカスを備える空気入りタイヤにおいて、
前記カーカスプライに本発明のスチールコードが埋設されてなることを特徴とするものである。

本発明によれば、加硫成形時におけるカーカスプライの引き抜けを防止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。

本発明の一好適な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。 スチールコードに螺旋状に巻き付けられたラッピングフィラメントの撚り角θおよび撚りピッチＰの説明図である。 スチールコードに螺旋状に巻き付けられたラッピングフィラメントの撚り角を説明するための展開図である。 本発明の他の好適な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。 本発明の他の好適な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。 本発明の他の好適な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。 本発明の一好適な実施の形態に係る空気入りタイヤの断面図である。

以下、本発明のスチールコードについて、図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の一好適な実施の形態に係るスチールコードの断面図であり、図示する例は、７×（２＋９＋１５）＋１構造のスチールコードである。図示するように、本発明のスチールコード１０は、複数本のフィラメントを層撚りに撚り合わせたコアストランド１からなるコアのまわりに、複数本のフィラメントを層撚りしたシースストランド２の複数本（図示例では６本）からなるシースを少なくとも１層（図示例では１層）配置した、複撚り構造のスチールコードであり、シースの外周にはラッピングフィラメント３が螺旋状に巻き付けられている。

本発明においては、スチールコードの軸方向に対するラッピングフィラメントの撚り角が７３°〜８２°、好適には７６〜８０°であることが肝要である。図２はスチールコード１０に螺旋状に巻き付けられたラッピングフィラメント３の撚りピッチＰの説明図であり、図３は、スチールコード１０に螺旋状に巻き付けられたラッピングフィラメント３の撚り角を説明するための展開図である。図３からわかる通り、撚り角θは、ラッピングフィラメントを除いたスチールコード１０の径をφ、ラッピングフィラメントの径をｄとしたとき、
θ＝ａｒｃ ｔａｎ（２πｒ／Ｐ）
ここで、ｒ＝（φ＋ｄ）／２
で表される。チールコード１０の軸方向に対するラッピングフィラメント３の撚り角θを大きくすることで、スチールコード１０周辺の被覆ゴムに対するスチールコード軸方向の引っ掛かり効果が得られ、また、撚り角θが大きくなることで、スチールコード軸方向の長さ当たりのラッピングフィラメントの長さが大きくなることで、抜け抵抗力を向上させることができる。

スチールコード軸方向に対するラッピングフィラメントの撚り角θが７３°未満では軸方向に対する平行成分が多くなるため、十分な抜け抵抗を得ることができない。一方、撚り角θが８２°より大きくなるとスチールコード軸方向に対してラッピングフィラメントが垂直に近くなるが、撚りピッチＰが小さくなるため、被覆ゴムがスチールコードに浸入しづらくなり、抜け抵抗力は小さくなってしまう。かかる観点から、ラッピングフィラメントの撚りピッチＰは、２．０ｍｍ以上５．０ｍｍ未満であることが好ましい。

上述のとおり、プライ抜けは、特にリム径５７インチ以上さらには６３インチ以上の超大型タイヤにおいて顕著である。そのため、本発明のスチールコードは、リム径が５７インチ以上のタイヤに用いられる、ラッピングフィラメント３を除いたスチールコード１０の径が３．０ｍｍ以上のものに対して特に有効である。ラッピングフィラメント３を除いたスチールコード１０の径が３．０ｍｍ未満の場合は、スチールコード１０自体にかかる引き抜け力のレベルが小さく問題になりにくいためである。本発明においては、スチールコード１０の径の上限については特に制限はないが、好ましくは６．０ｍｍ以下である。ラッピングフィラメント３を除いたスチールコード１０の径が６．０ｍｍより大きい場合は、スチールコード−ゴム複合体の厚みを大きくする必要があるため、スチールおよびゴムともに材料を多く消費し、経済的に好ましくない。また、タイヤ重量の増加にもつながる。

また、本発明においては、ラッピングフィラメント３の径ｄと、スチールコード１０の最外層のシースストランド２の最外層シースフィラメントの径ｘとが下記式（１）、
ｄ／ｘ≧１．０５ （１）
で表わされる関係を満足することが好ましい。ラッピングフィラメント３の径ｄとスチールコード１０の最外層のシースストランド２の最外層シースフィラメントの径ｘの比ｄ／ｘが１．０５以下の場合、ラッピングフィラメント３と最外層シースストランドの最外層シースフィラメントの接点においてラッピングフィラメント３の破断を誘発し、結果として引き抜け防止性が悪化してしまうおそれがあるためである。

さらに、本発明においては、ｄ／φが下記式（２）、
ｄ／φ≦０．０９ （２）
で表わされる関係を満足することが好ましい。ラッピングフィラメント３の径ｄとラッピングフィラメント３を除くスチールコード１０の径φの比ｄ／φが０．０９より大きい場合、すなわち、スチールコードの径方向への凹凸が大きい場合、コード軸方向の引っ掛かり効果が良好に得られ、大きなプライ抜け抵抗力を得ることができる。しかしながら、ｄ／φが０．０９より大きくなると、スチールコード１０の総断面積が大きくなってしまい、これを被覆するのに多くのゴムを必要とし、タイヤ重量の増加につながり、また、経済的にも好ましくない。

本発明においては、スチールコード１０を構成するラッピングフィラメント３の径ｄと、ラッピングフィラメントを除いたスチールコード１０の径φとが、下記式（３）、
ｄ／φ≧０．０６ （３）
で表わされる関係を満足することが好ましい。ｄ／φが０．０６より小さい場合、すなわち、スチールコードの径方向への凹凸が小さい場合、ラッピングフィラメント３の被覆ゴムに対するコード軸方向の引っ掛かり効果が小さくなるので、プライ抜け抵抗力を十分に得られない場合があるからである。かかる効果を良好に得るためには、好適にはｄ／φは０．０６５以上である。

ここまで、図１の７×（２＋９＋１５）＋１構造のスチールコードを用いて、本発明のスチールコードを説明してきたが、本発明のスチールコードは上記要件を満足するものであれば、その構造については特に制限はない。例えば、図４〜６は、本発明の他の好適な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り、図４は７×（１＋６＋１０）＋１構造のスチールコード、図５は７×（２＋９）＋１構造のスチールコード、図６は３×（２＋９＋１５）＋９×（２＋９＋１５）＋１構造のスチールコードである。図４〜６に示すスチールコード２０、３０、４０は、複数本のスチールフィラメントが層撚り構造に撚り合わされてなるコアストランド１１、２１、３１の周りに、複数本のフィラメントを層撚りしたシースストランド１２、２２、３２からなるシースを少なくとも１層配置し、かつ、このシースの外周に螺旋状に巻きつけられたラッピングフィラメント１３、２３、３３からなっている。

本発明のスチールコードにおいては、スチールコードを構成する各フィラメントの径や、各ストランドの撚りピッチ、シースストランドの撚り角、ラッピングフィラメントの撚りピッチ、ラッピングフィラメントの撚り角等については、適宜設定することができ特に制限はないが、各フィラメントの径は０．１８〜０．３６ｍｍ、シースストランドの撚りピッチは３５〜１２０ｍｍ、シースストランドの撚り角は５°〜１５°とすることができる。

また、本発明に用いる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。一方、炭素成分が１．３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。

さらに、本発明のスチールコードにおいては、引張強さが３２００ＭＰａ以上であるフィラメントを用いることが好ましい。引張強さが３２００ＭＰａ未満のフィラメントでは、十分な総強力を得ることができない場合があるからである。

次に、本発明の空気入りタイヤについて、図面を用いて説明する。
図５は、本発明のタイヤの一好適な実施の形態に係る片側断面図である。本発明の空気入りタイヤ１００は、一対のビード部１０１間でトロイド状に延びる少なくとも１層（図示例では１層）のカーカスプライ１０２からなるカーカスを骨格とし、カーカスのクラウン部を少なくとも１層（図示例では６層）のベルト層１０３で補強してなる。本発明の空気入りタイヤ１００においては、カーカスプライ１０２の補強材として、上記本発明のスチールコードが用いられている点に特徴を有する。これにより、タイヤの成形・加硫時におけるプライ抜けを防止することができるため、品質が安定したタイヤを得ることができる。

本発明の空気入りタイヤ１００は、上記本発明のスチールコードが用いられている点のみが重要であり、それ以外の具体的なタイヤ構造や材質等については、常法に従い適宜設定することができ、特に制限されるものではない。例えば、ベルト層１０３のクラウン部外周にはトレッド部１０４が配置され、カーカスのサイド部にはサイドウォール部１０５が配置されている。

以下、本発明スチールコードについて、実施例を用いてより詳細に説明する。
＜実施例１〜５、参考例および比較例１〜３＞
下記表１〜３に示す構造を有するスチールコードを作製した。得られたスチールコードのラッピングフィラメントを除くコード径φの約３５％に相当する間隔を空け平面に各スチールコードを並列させ、上下からφの１００％に相当する厚みのゴムシートを圧着させて模擬的にカーカスプライ用ゴム被覆材料を作成した。なお、ゴム被覆に際して、スチールコードのコード軸方向１０ｃｍがゴムに被覆されるようにゴム被覆した。

得られた各カーカスプライ用ゴム被覆材料中のコード１本を、ゴムから２ｃｍ引き抜き、その過程で必要とした最大引き抜き力をプライ抜け抵抗力として測定した。実施例１および２は比較例１を、実施例３および４は比較例２を、参考例および実施例５は比較例３を１００とした指数にて評価した。この値が大きいほど、プライ抜け抵抗力が大きいことを意味する。得られた結果を表１〜３に併記する。

上記表１〜３より、本発明のスチールコードはプライ抜け抵抗力に優れており、本発明のスチールコードをカーカスプライの補強材として用いることにより、品質の安定したタイヤを得ることができることがわかる。

１，１１，２１，３１ コアストランド
２，１２，２２，３２ シースストランド
３，１３，２３，３３ ラッピングフィラメント
１０，２０，３０，４０ スチールコード
１００ 空気入りタイヤ
１０１ ビード部
１０２ カーカスプライ
１０３ ベルト層
１０４ トレッド部
１０５ サイドウォール部

Claims (5)

1. 複数本のスチールフィラメントが層撚り構造に撚り合わされてなるストランドの複数本が、コアと少なくとも１層のシースとからなる層撚り構造に撚り合わされ、前記シースの外周にラッピングフィラメントが螺旋状に巻きつけられてなる複撚り構造のゴム物品補強用スチールコードにおいて、
   前記ゴム物品補強用スチールコードの軸方向に対する前記ラッピングフィラメントの撚り角が７３°〜８２°であり、前記ラッピングフィラメントの撚りピッチが２．０ｍｍ以上５．０ｍｍ未満であることを特徴とするゴム物品補強用スチールコード。
2. 前記ラッピングフィラメントを除いた前記ゴム物品補強用スチールコードの径が３．０〜６．０ｍｍ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. 前記ラッピングフィラメントの径ｄと、前記スチールコードの最外層のシースストランドの最外層シースフィラメントの径ｘとが下記式（１）、
   ｄ／ｘ≧１．０５ （１）
   で表わされる関係を満足する請求項１または２記載のゴム物品補強用スチールコード。
4. 前記ラッピングフィラメントの径ｄと、ラッピングワイヤを除いた前記ゴム物品補強用スチールコードの径φとが、下記式（２）、
   ｄ／φ≦０．０９ （２）
   で表わされる関係を満足する請求項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. 一対のビード部にそれぞれ埋設されたビードコアの周りに内側から外側に折り返して係止され、前記ビードコア間にトロイド状に延在する少なくとも１層のカーカスプライからなるカーカスを備える空気入りタイヤにおいて、
   前記カーカスプライに請求項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埋設されてなることを特徴とする空気入りタイヤ。

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