JP6203542B2 - スチールコード - Google Patents

Description

本発明は、タイヤの補強に好適なスチールコードに関する。

スチールコードは、タイヤ部材の補強のために用いられ、例えばタイヤのベルトとして複数本のスチールコードをシート状のゴムに間隔を空けて平行に埋設してなるゴム−スチールコード複合体が用いられる。

近年、車両の燃費向上等を目的として、タイヤの軽量化が求められている。そこで、ベルトを構成するゴム−スチールコード複合体のゴムの厚さを薄くすることが行われている。そのために、ゴム−スチールコード複合体を構成するスチールコードには、コアを２本のスチールフィラメント、シースを６本のスチールフィラメントとしたコード構造のように、コード断面におけるコード外形の仮想的な輪郭線が真円ではなく、扁平な楕円形のスチールコードが用いられるようになってきている（特許文献１）。しかし、コアフィラメントが３本以上である場合には、コア形状が不安定になり易かった。

また、スチールコードは、強度向上や剛性向上が要請されている。この要請に応ずるために種々の手段が考えられている。例えば、スチールコードを構成するフィラメントの引張強さを向上させたものがあるが、フィラメントの引張強さの向上には、強伸線加工を行う必要があり、経済性、コスト面で不利である。スチールコードのコアを構成するコアフィラメントの横断面形状を、楕円形やその他の扁平な形状にすることも考えられている。特許文献２には楕円形又は三角形のコアフィラメントが、特許文献３には扁平な形状のコアフィラメントが、それぞれ記載されている。しかしながら、一本のスチールフィラメントの断面を楕円形又は三角形や矩形に加工するには過剰な製造コストがかかり、現実的ではない。断面円形のスチールフィラメントを圧延して扁平な形状のコアフィラメントにするのは、楕円形又は三角形や矩形にするのに比べると相対的に加工が容易であるが、タイヤのコードに用いられる高炭素鋼を、２本のフィラメントを並べたコアと同じ程度の扁平比率で扁平化するのには困難を伴う。

特開２０００−８２８２号公報 特開平７−１９７３８８号公報 特開２００４−５８７０７号公報

本発明は、コア形状を安定して維持することができ、強度向上が可能なスチールコードを、ゴム−スチールコード複合体及びタイヤと共に提供することを目的とする。

上記の課題を解決する本発明のスチールコードは、複数本のフィラメントが並列に配列されてなり、かつ、配列された領域におけるフィラメントの占有率が、８５％以上であることを特徴とする。

また、本発明のスチールコードの別の態様は、複数本のフィラメントよりなるコアと、該コアの周りに撚り合わされた複数本のフィラメントよりなるシースとを有し、該コアが、複数本のフィラメントが並列に配列されてなり、かつ、コア領域におけるフィラメントの占有率が、８５％以上であることを特徴とする。

本発明のスチールコードにおいては、並列に配列されたフィラメントの横断面における輪郭形状が、扁平形状又は略長方形状であることが好ましい。ここに、「略長方形状」とは、幾何学的な意味での「長方形状」に限定されず、フィラメントの工業的な製造過程において、ダイスによる伸線加工で得られる精度での長さ及び角度の変動、角の丸みを有する長方形状を含むことを意味する。
また、並列に配列されたフィラメントの数は、２〜６本とすることができる。なかでも２〜３本とすることができる。更に、並列に配列されたフィラメントは、フィラメント長手方向に捻れが生じていないもの、換言すれば無撚りであることが好ましい。

更に、本発明のゴム−スチールコード複合体は、上述したスチールコードを埋設されてなり、特にタイヤのベルト部材に用いて好適である。また、本発明のタイヤは、上述したゴム−スチールコード構造体を備えるものである。

本発明によれば、複数本のフィラメントが並列に配列されてなり、かつ、配列された領域におけるフィラメントの占有率が、円形断面の同数のフィラメントが並列に配列された場合に比べて高い。フィラメントの占有率が高いことから、スチールコードの強度が高く、剛性も高い。また、占有率が、円形断面の同数のフィラメントが並列に配列された場合に比べて高いことは、フィラメントは互いに面接触していることを意味し、これにより、スチールコードの形状を安定して維持することができる。

本発明のスチールコードの一例の断面図である。 本発明のスチールコードの別の例の断面図である。 ダイスの異形のダイス孔を示す断面図である。 チューブラー撚線機の模式図である。 本発明のゴム−スチールコード複合体の一例の模式的な断面図である。

以下、図面を用いつつ本発明のスチールコード、ゴム−スチールコード複合体及びタイヤの実施形態について具体的に説明する。

図１（ａ）〜（ｄ）に断面図で示す本実施形態のスチールコードは、複数本のフィラメントが並列に配列されてなるスチールコードである。図１（ａ）に示すスチールコード１０は、曲面の外面を有する２本のフィラメント１１ａ、１１ｂが並列に配列され、これらのフィラメント１１ａ、１１ｂが互いに面接触することでスチールコード１０全体としてトラック形状の断面を有している。図１（ｂ）に示すスチールコード２０は、長方形断面を有する２本のフィラメント２１ａ、２１ｂが、並列に配列され、これらのフィラメント２１ａ、２１ｂが互いに面接触することでスチールコード２０全体として長方形の断面を有している。図１（ｃ）に示すスチールコード３０は、曲面又は平面の外面を有する３本のフィラメント３１ａ、３１ｂ及び３１ｃが並列に配列され、これらのフィラメント３１ａ、３１ｂ及び３１ｃが互いに面接触することでスチールコード３０全体としてトラック形状の断面を有している。図１（ｄ）に示すスチールコード４０は、長方形断面を有する３本のフィラメント４１ａ、４１ｂ及び４１ｃが、並列に配列され、これらのフィラメント４１ａ、４１ｂ及び４１ｃが互いに面接触することでスチールコード４０全体として長方形の断面を有している。

図１（ｅ）及び図１（ｆ）に示すスチールフィラメントは比較例であり、図１（ｅ）のスチールコード１１０は、円形断面の２本のフィラメント１１１ａ、１１１ｂが並列に配列された例、図１（ｆ）のスチールコード１２０は、円形断面の３本のフィラメント１２１ａ、１２１ｂ及び１２１ｃが並列に配列された例である。

図１（ａ）〜（ｆ）に示したスチールコード１０〜４０は、配列された領域（以下、「配列領域」ともいう。）におけるフィラメントの占有率が、円形断面の同数のフィラメントが並列に配列された場合に比べて高い。このことを以下で説明する。

図１（ａ）〜（ｆ）に示したスチールコード１０〜４０、１１０、１２０について、スチールコードの輪郭を仮想的に四角の枠で囲んだ領域として、「フィラメントの配列領域」を定義する。図１（ａ）のスチールコード１０におけるフィラメントの配列領域は、図示した破線内の領域１０Ａである。図１（ｂ）のスチールコード２０におけるフィラメントの配列領域は、スチールコード２０の輪郭内の領域と同じである。図１（ｃ）のスチールコード３０におけるフィラメントの配列領域は、図示した破線内の領域３０Ａである。図１（ｄ）のスチールコード４０におけるフィラメントの配列領域は、スチールコード４０の輪郭内の領域と同じである。図１（ｅ）のスチールコード１１０におけるフィラメントの配列領域は、図示した破線内の領域１１０Ａである。図１（ｆ）のスチールコード１２０におけるフィラメントの配列領域は、図示した破線内の領域１２０Ａである。

図１（ａ）〜（ｆ）に示した各スチールコードにおける「フィラメントの占有率」を、上述した「フィラメントの配列領域」の面積に対するフィラメントの断面積の総和の百分率で定義する。計算式で表すと［（フィラメントの断面積の総和）／（フィラメントの配列領域の面積）］×１００である。

図１（ａ）、図１（ｂ）に示した、２本のフィラメントよりなるスチールコード１０、２０は、同じく２本のフィラメントよりなる図１（ｅ）に示した比較例のスチールコード１１０よりも、フィラメントの占有率が高い。また、図１（ｃ）、図１（ｄ）に示した、３本のフィラメントよりなるスチールコード３０、４０は、同じく３本のフィラメントよりなる図１（ｆ）に示した比較例のスチールコード１２０よりも、フィラメントの占有率が高い。

図１（ａ）〜（ｄ）に示した本実施形態のスチールコード１０〜４０は、上述のとおりフィラメントの占有率が、円形断面の同数のフィラメントが並列に配列された比較例のスチールコード１１０、１２０の占有率よりも高いことから、スチールコード１１０、１２０に比べて強度が高く、また剛性も高い。このことは、高強度スチールコードを得るために、スチールコードを構成するフィラメントの抗張力を、無理に高める必要がないことを意味し、生産性の低下を免れることができる。また、本実施形態のスチールコード１０〜４０は、隣接するフィラメントが互いに面接触していることから、スチールコードの形状を安定して維持することができる。このことは、スチールコードの３本以上を並列に配列した図１（ｃ）や（ｄ）の場合に効果が顕著である。更に、本実施形態のスチールコード１０〜４０は、隣接するフィラメントが互いに面接触で密着していることにより、接触している部分に水分が侵入することを防止することができ、これにより、ゴムペネトレーションについて格別の配慮を行わなくても、高い耐腐食疲労性を有している。また更に、図１（ａ）〜（ｄ）に示した本実施形態のスチールコード１０〜４０を得るための加工は、フィラメント単体に加わる変形量が少ないため、生産性が高く、また、高強度フィラメントであっても適用することが可能である。しかも、スチールコード１０〜４０は、横断面において扁平な輪郭を有していて、これらのスチールコード１０〜４０を用いたゴム−スチールコード複合体の薄厚化に寄与する。

図２に示す本発明の別の態様のスチールコードは、図１に示した実施形態のスチールコードをコアとし、このコアの周りに複数のフィラメントが撚り合わされた、いわゆるｎ＋ｍのコード構造を有する層撚りのスチールコードであり、また、扁平な断面を有するスチールコードである。具体的には、図２（ａ）のスチールコード５０は、コアが図１（ａ）に記載された２本のフィラメント１１ａ、１１ｂからなるトラック形状の断面を有するものであり、このコアの周りに８本のフィラメント１２が撚り合わされた２＋８のコード構造のスチールコードである。図２（ｂ）のスチールコード６０は、コアが図１（ｂ）に記載された２本のフィラメント２１ａ、２１ｂからなる長方形の断面を有するものであり、このコアの周りに８本のフィラメント２２が撚り合わされた２＋８のコード構造のスチールコードである。図２（ｃ）のスチールコード７０は、コアが図１（ｃ）に記載された３本のフィラメント３１ａ、３１ｂ、３１ｃからなるトラック形状の断面を有するものであり、このコアの周りに１０本のフィラメント３２が撚り合わされた３＋１０のコード構造のスチールコードである。図２（ｄ）のスチールコード８０は、コアが図１（ｄ）に記載された３本のフィラメント４１ａ、４１ｂ、４１ｃからなる長方形の断面を有するものであり、このコアの周りに１０本のフィラメント４２が撚り合わされた３＋１０のコード構造のスチールコードである。

図２（ｅ）及び図２（ｆ）は比較例であり、図２（ｅ）のスチールコード１３０は、円形断面の２本のフィラメント１１１ａ、１１１ｂが並列に配列されたコアの周りに８本のフィラメント１１２が撚り合わされた２＋８のコード構造のスチールコードである。図２（ｆ）のスチールコード１４０は、円形断面の３本のフィラメント１２１ａ、１２１ｂ及び１２１ｃが並列に配列されたコアの周りに１０本のフィラメント１２２が撚り合わされた３＋１０のコード構造のスチールコードである。

図２（ａ）〜（ｆ）に示したスチールコード５０〜８０は、コアが複数本のフィラメントが並列に配列されてなり、かつ、コアのフィラメント領域におけるフィラメントの占有率が、図２（ｅ）、（ｆ）に示した円形断面の同数のフィラメントが並列に配列された場合に比べて大きい。したがって、図１に示したフィラメントと同様に、スチールコード１３０、１４０に比べて強度が高く、また剛性も高い。また、本実施形態のスチールコード５０〜８０は、コアの隣接するフィラメントが互いに面接触していることから、コアの形状を安定して維持することができる。このことは、スチールコードの３本以上を並列に配列した図２（ｃ）や（ｄ）の場合に効果が顕著である。更に、本実施形態のスチールコード５０〜８０は、コアの隣接するフィラメントが互いに面接触で密着していることにより、接触している部分に水分が侵入することを防止することができ、これにより、ゴムペネトレーションについて格別の配慮を行わなくても、高い耐腐食疲労性を有している。また更に、図２（ａ）〜（ｄ）に示した本実施形態のスチールコード５０〜８０のコアを得るための加工は、フィラメント単体に加わる変形量が少ないため、生産性が高く、また、高強度フィラメントであっても適用することが可能である。しかもスチールコード５０〜８０は、横断面において扁平な輪郭を有していて、これらのスチールコード５０〜８０を用いたゴム−スチールコード複合体の薄厚化に寄与する。

図１（ａ）〜（ｄ）に示したスチールコード１０〜４０に関し、また、図２（ａ）〜（ｄ）に示したスチールコード５０〜８０のコアに関し、並列に配列されたフィラメントの輪郭形状が、扁平形状又は略長方形状とすることができるが、これらの形状に限定されるものではない。

上述した、並列に配列されたフィラメントの数は、本発明の趣旨からは特に限定されるものではないが、実用性を考慮すると２〜３本であることが好ましい。
また、並列に配列されたフィラメントの占有率は、好ましくは８５％以上とすることができる。８５％以上とすることで、比較例のスチールコードとの対比で、十分な効果を示すことができる。より好ましくは、８８％以上、更に好ましくは９０％以上である。なお，占有率の上限は１００％である。

並列に配列されたフィラメント又はそのフィラメントよりなるコアは、フィラメントの長手方向に捻れが生じていない、換言すれば無撚りのフィラメントであることが好ましい。フィラメントの長手方向に捻れが生じている場合には、これらのフィラメントを用いることによりスチールコードを扁平化して、スチールコードを使用したゴム部材の薄厚化を図る効果が、スチールコードの長手方向で低下する部分が生じるからである。

図１（ａ）〜（ｄ）に示したスチールコード１０〜４０は、複数本のスチールフィラメントを用意し、これらのスチールフィラメントを異形のダイス孔を有するダイスの当該ダイス孔に通して伸線加工をすることによって製造することができる。また、図２（ａ）〜（ｄ）に示したスチールコード５０〜８０は、上記の伸線加工が行われたフィラメントをコアとして、撚線機によってコアの周りに複数のシースフィラメントフィラメントを巻き付ける撚線加工を行って、スチールコードを得る。

上記の伸線加工を行うために用意するスチールフィラメントは、スチールフィラメントの耐食性向上及びゴムとの密着性を向上させるために、表面にめっき、具体的には黄銅めっきがされたものであり、横断面において実質的に真円形である。フィラメント径は、スチールコードのコアに用いられる通常のフィラメント径とほぼ同じとすることができる。このような径を有する、めっきされたスチールフィラメントの製造方法については、通常のスチールフィラメントの製造方法に従えばよい。例えば、高炭素鋼線材に、乾式伸線を、必要に応じて焼鈍を挟んで行った後、パテンティング処理をしてから酸洗及びめっき処理を行い、その後に湿式伸線を行うことによって上記めっきされた所定径を有するスチールフィラメントを得る。

伸線加工に用いる異形のダイス孔を有するダイスの例を図３に示す。ダイス１のダイス孔の形状は、図３に示した扁平形状、具体的には、円を直径方向に押しつぶして平行な二線分とそれらの両端を外側に向けて凸になる曲線で接続してなる楕円形状、換言すればトラック形状とすることが、扁平なスチールコードを得るために好ましい。また、長方形（図２（ｂ））のダイス孔を有するダイス２とすることもでき、いずれも扁平なスチールコードを得ることができる。

なお、「異形のダイス孔」とは、タイヤ補強用スチールコードに使用されるスチールフィラメントを製造する際に、線材の伸線のために用いられるダイスが、通常は伸線方向に垂直な断面（横断面）において円形（実質的に真円形）を有していることから、この真円形以外のダイス孔形状を有しているものをいう。つまり、「異形」とは真円形以外の形状をいう。

ダイス孔の大きさは、伸線を行う複数本のスチールフィラメントを合わせたときの大きさに対して、当該スチールフィラメントに対して適切な減面率となるような大きさとすることができる。これにより複数本のスチールフィラメントに対してダイス孔で伸線加工を行う。具体的には、上記伸線加工において１回伸線する際の減面率を、３〜２５％とすることが好ましい。これは、減面率が２５％を超えると、伸線加工時の発熱および引き抜きテンションの影響により、フィラメントの断線や延性低下が生ずるおそれがあり、一方、３％未満では、塑性変形が十分でない。また、伸線後、スチールフィラメント同士が密着して一体化され、板状とするためには、５％以上の減面率が必要となるため、より好ましい減面率の条件は５〜１５％である。

一つのダイス孔に通すスチールフィラメントの本数は、製造するスチールコードにおけるコアのフィラメント本数と同じかそれ以下であり、例えば、コアが２本の場合は２本、コアが３本の場合は３本である。

伸線の際には、伸線加工に伴う発熱の抑制、伸線加工の潤滑性能確保及び発熱による延性低下を考慮して、油又は水溶性の潤滑剤をダイス及びダイス前のフィラメントの一方又は両方に供給するか、ダイス及びフィラメントの全体を潤滑剤に浸漬させて、その後、拭き取る措置を採ることが好ましい。

上記異形のダイス孔を有するダイスを、ダイス孔の大きさを異ならせて複数個用意し、これらのダイスを用いて複数本のスチールフィラメントに対し複数回の伸線を行うこともできる。

上記異形ダイスで複数本のフィラメントを伸線加工することにより、スチールコードのコアとなるフィラメントを一度に扁平形状等の所定形状に無撚りの状態で配列させることができ、この配列した状態でフィラメントを撚線機に導くことができる。したがって、扁平なコアを容易に得ることができる。また、伸線加工によりスチールフィラメントと互いに塑性変形して隣接するスチールフィラメントと面接触して密着するので、後の工程で行う撚線機を用いた撚線においては、コアフィラメントの並びが不揃いになるのを防止することができる。

上述した異形のダイス孔を有するダイスを用いた伸線加工を経たスチールコードは、並列に配列された複数のフィラメントが塑性変形して互いに面接触で密着している。各フィラメントの接触界面には、塑性変形前のスチールフィラメントの表面に形成されためっきが存在している。

伸線加工を終えたフィラメントは、一旦、一つのスプールに巻き取ることができる。そして撚線機により撚線を行う際は、巻き取られた一つのスプールから、伸線加工を終えた複数本のフィラメントを一度に巻き出して撚線機に供給する。この撚線機によりコアとなるフィラメントの周りに複数のシースフィラメントを巻き付けて、扁平なスチールコードを得る。この撚線機は、チューブラー撚線機が好ましい。

一般にタイヤ用のスチールコードを製造するための撚線機には、バンチャー撚線機及びチューブラー撚線機のうちのいずれかが用いられる。これらの撚線機のうち、チューブラー撚線機を用いることが好ましい。図４に一例として示したチューブラー撚線機５は、回転するバレル６と、バレル６内に供給されるコアフィラメント用のスプール７と、バレル６内に設けられるシースフィラメント用のスプール８と、コアフィラメント及びシースフィラメントを撚り合わせる、撚り合わせダイ９とを備えている。

一般にバンチャー撚線機は、その構造から本質的にコア自体に捻れが生じる。そのため、バンチャー撚線機を用いて、上述の伸線加工後のコアフィラメントの周りに複数本のシースフィラメントを巻き付けて撚り合わせ、扁平なスチールコードを製造したとしても、この扁平なスチールコードは、コアフィラメントの捻れに応じて、断面における短径方向の向きが、該スチールコードの長手方向でコア中心の周りに変化するような形状になっている。このような形状のスチールコードは、ゴム−スチールコード複合体の薄厚化を十分に保証し得ない。

これに対して、チューブラー撚線機は、本質的にコアに捻れが生じることがない。そのため、チューブラー撚線機を用いて、上述の伸線加工後のコアフィラメントの周りに、複数本のシースフィラメントを巻き付けて撚り合わせることにより、得られた扁平なスチールコードは、断面における短径方向の向きが該スチールコードの長手方向で一定である。したがって、その短径方向をシート状ゴムの厚み方向に揃うようにスチールコードをゴムに埋設して、ゴム−スチールコード複合体の薄厚化を確実に実現することができる。

上述の伸線加工が行われた複数本のスチールフィラメントは、一つのスプールから巻き出されてチューブラー撚線機に供給される。バンチャー撚線機を用いた従来の撚線方法では、コア用のスチールフィラメントが巻き取られたスプールを、コアに用いられる個数だけ用意し、それぞれのスプールから一本のスチールフィラメントを巻き出してチューブラー撚線機に供給していた。この従来の撚線方法に比べて、上述のようにコア用の複数本のスチールフィラメントが一つのスプールから巻き出されることは、生産性やコストで有利である。

上述の伸線加工が行われた複数本のスチールフィラメントを、コアに用いることにより、コアのスチールフィラメントが複数本ある場合であっても撚線の途中でコアフィラメントの並びが不揃いになるのを防止することができる。したがって、品質が安定したスチールコードを製造することができる。

図５に、ゴム−スチールコード複合体９０の一例の模式的な断面図を示すように、ゴム−スチールコード複合体９０は、ゴムシート９１内に、複数本のスチールコード１０を所定の間隔を空けて埋設させてなるものであり、各スチールコード１０の短径方向が、ゴムシートの３１の厚さ方向に揃っている。このような方向でスチールコード１０がゴムシート３１内に埋設されていることにより、ゴム−スチールコード複合体９０の薄厚化が実現できる。このようなゴム−スチールコード複合体９０は、タイヤのベルト部材として用いて好適である。

ゴム−スチールコード複合体９０を、タイヤのベルト部材に用いたタイヤは、当該ベルト層の厚さを薄厚化することができ、タイヤの軽量を図ることができる。

表１に示す２＋８のコード構造を有するスチールコード及び表２に示す３＋１０のコード構造を有するスチールコードを製造した。スチールコードの製造の際に、扁平形状のダイスを通してコアフィラメントの伸線加工を行った。また、比較例１、２は、上記扁平形状のダイスを通してコアフィラメントの伸線加工を行わなかった。これらの実施例及び比較例は、コアフィラメントの周りに複数本のフィラメントを、チューブラー撚線機を用いて巻き付けて撚り合わせた。

これらのスチールコードのコアの配列領域の面積、コアフィラメントの断面積の総和、コアのフィラメント占有率、面外剛性指数及び面内剛性比率を表１及び表２に併記した。なお、面外剛性比率、面内剛性比率は比較例１、比較例２を１００とした場合の相対評価で示した。
表１、表２より、各実施例は、比較例と比べて面外剛性の向上は少ないが、面内剛性が大幅に向上した。

１、２、３、４ ダイス
５ チューブラー撚線機
６ バレル
７ スプール
８ スプール
９ 撚り合わせダイ
１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０ スチールコード
９０ ゴム−スチールコード複合体
９１ シートゴム

Claims (8)

1. 複数本のフィラメントが並列に配列されてなり、かつ、配列された領域におけるフィラメントの占有率が、８５％以上であることを特徴とするスチールコード。
2. 複数本のフィラメントよりなるコアと、該コアの周りに撚り合わされた複数本のフィラメントよりなるシースとを有し、
   該コアが、複数本のフィラメントが並列に配列されてなり、かつ、コア領域におけるフィラメントの占有率が、８５％以上であることを特徴とするスチールコード。
3. 前記並列に配列されたフィラメントの輪郭形状が、扁平形状又は略長方形状である請求項１又は２記載のスチールコード。
4. 前記並列に配列されたフィラメントの数が、２〜３本である請求項１〜３のいずれか１項に記載のスチールコード。
5. 前記並列に配列された複数本のフィラメントが、無撚りのものである請求項１〜４のいずれか１項に記載のスチールコード。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のスチールコードを埋設されてなるゴム−スチールコード複合体。
7. タイヤのベルト部材に用いられる請求項６記載のゴム−スチールコード複合体。
8. 請求項６又は７記載のゴム−スチールコード複合体を備えるタイヤ。

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