JP6865273B2 - ゴム物品補強用スチールコード、その製造方法及びタイヤ - Google Patents

Description

本発明は複撚りの構造で高強力なゴム物品補強用スチールコード、その製造方法及びタイヤに関する。

建設、鉱山車両用タイヤを例とするゴム物品の補強のために、複撚りのスチールコードが用いられている。近年、コード構造の簡素化やコード径を小さくしてスチールコードを含む補強層の厚さを薄くすることにより、タイヤ等のゴム物品の軽量化を図ることの検討がなされている。補強に必要な強力を有しつつ軽量化するために、複撚りのスチールコードを高強力化することについて種々の研究開発が進められてきた。

しかしながら、複撚りのスチールコードは、コードを構成する個々のフィラメントを高強力化してもそれに見合ったコード強力が得られ難かった。したがって、コードを構成するフィラメントの強力の総和に比べてコード強力の低下が小さいスチールコードが求められていた。

また、タイヤが鋭い障害物を乗り越えたこと等に起因した、補強層まで到達する裂け目から侵入する水分により、スチールコードの錆発生、ひいては強度低下を招くのを防ぐために、スチールコードは防錆性が求められており、そのために複撚りコードは、隣接フィラメント間にゴムが浸透できる隙間が形成されて高いゴム浸透性を有することが必要となる。

複撚りのスチールコードに関し、ストランドを構成する最外層のシースフィラメントの撚り方向と、シースストランドの撚り方向とを同じにしたゴム物品補強用スチールコードがある（特許文献１）。

特開平８−１７０２８３号公報

特許文献１のゴム物品補強用スチールコードは、フィラメント及びストランドの撚り方向の特定によって、コード強力を向上させている。しかし、スチールコードに対する高強力化への要求は止むことがなく、特にコードを構成するフィラメントの強力の総和に対するコード強度の低下が小さいことが求められていた。また、高いゴム浸透性を有することも求められていた。

そこで本発明の目的は、複撚りのスチールコードについて、コードを構成するフィラメントの強力の総和に対するコード強度の低下が小さく、かつ、高いゴム浸透性を有するゴム物品補強用スチールコード、その製造方法及びスチールコードを用いたタイヤを提供することにある。

本発明者らは、複撚りのスチールコードについて鋭意研究を重ねた結果、コードの撚り角と、隣接フィラメント間の交差角を所定の範囲に調整するとともに、フィラメント占積率及び特定フィラメント間の隙間を調整することにより、コードを構成するフィラメントの強力の総和に対するコード強度の低下が小さく、かつ、高いゴム浸透性を有するゴム物品補強用スチールコードが得られることを見出し、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、複数のフィラメントを２層以上撚り合わせてなるストランドを、複数撚り合わせた複撚りの構造を有し、前記フィラメントの少なくとも一部は抗張力が３０００ＭＰａ以上であり、
フィラメント占積率が４８％以上、５４％未満、
コード撚り角が７８°以上、８４°未満、
ラッピングフィラメントを除く隣接フィラメントの交差角の平均値が１７°未満、
ストランドを構成する隣接シースフィラメント間の隙間が０．０６５ｍｍ以上
を満たすことを特徴とする。

本発明のゴム物品補強用スチールコードは、上記隣接フィラメント間の交差角の平均値が１４°未満であることが好ましく、
上記複撚りの構造が、一本のコアストランドの周りに６〜７本のシースストランドを撚り合わせた１＋ｎ（ｎ＝６〜７）構造であることが好ましく、
上記コアストランドの上記シースフィラメントの撚り方向と、上記シースストランドの上記シースフィラメントの撚り方向とが逆であることが好ましく、
上記シースストランドのシースフィラメントの撚り方向が、隣り合う上記シースストランドのシースフィラメントとは逆であることが好ましい。
また、本発明のタイヤは、上記のゴム物品補強用スチールコードを補強に用いたものである。

また、本発明のゴム物品補強用スチールコードの製造方法は、複数のフィラメントを２層以上撚り合わせてなるストランドを、複数撚り合わせた複撚りの構造を有する上記のゴム物品補強用スチールコードを製造するにあたり、ストランドを構成するフィラメントの少なくとも一部は、最終伸線加工後に、歪取り焼鈍を２５０℃以上３００℃未満で行うことを特徴とする。
本発明のゴム物品補強用スチールコードの製造方法においては、上記最終伸線加工後、矯正加工を行うことなく上記歪取り焼鈍を行うことが好ましい。

本発明によれば、複撚りのスチールコードについて、コードを構成するフィラメントの強力の総和に対するコード強度の低下が小さく、かつ、高いゴム浸透性を有するゴム物品補強用スチールコード、その製造方法及びスチールコードを用いたタイヤを提供することができる。

本発明の一実施形態のゴム物品補強用スチールコードの断面図である。 本発明の別の実施形態のゴム物品補強用スチールコードの断面図である。 コード撚り角の説明図である。 隣接フィラメントの交差角の説明図である。 隣接ストランドのシースフィラメントの交差角の説明図である。 隣接シースフィラメント間の隙間の説明図である。

以下、本発明のゴム物品補強用スチールコード、その製造方法及びスチールコードを用いたタイヤについて、図面を用いつつより具体的に説明する。

図１に、本発明の一実施形態の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」という。）、スチールコードの長手方向に垂直な断面で示す。図１に示すスチールコード１０は、１本のコアストランド１１と６本のシースストランド１２が撚り合わされた複撚り構造のコードであり、（３＋９）＋６×（３＋９）＋１のコード構造を有している。シースストランド１２の最外層に、ラッピングフィラメント１３が巻き付けられている。コアストランド１１は３本のコアフィラメント１１１の周りに９本のシースフィラメント１１２が撚り合わされた２層撚りの構造を有し、シースストランド１２は３本のコアフィラメント１２１の周りに９本のシースフィラメント１２２が撚り合わされた２層撚りの構造を有している。

図２に、本発明の別の実施形態のスチールコードを、スチールコードの長手方向に垂直な断面で示す。図２に示すスチールコード２０は、１本のコアストランド２１と６本のシースストランド２２が撚り合わされた複撚り構造のコードであり、（３＋７）＋６×（３＋７）＋１のコード構造を有している。シースストランド２２の最外層に、ラッピングフィラメント２３が巻き付けられている。コアストランド２１は３本のコアフィラメント２１１の周りに７本のシースフィラメント２１２が撚り合わされた２層撚りの構造を有し、シースストランド２２は３本のコアフィラメント２２１の周りに７本のシースフィラメント２２２が撚り合わされた２層撚りの構造を有している。

本発明のスチールコードは、図１、図２に示したコード構造に限定されるものではない。好ましくは、１＋ｎ（ｎ＝６〜７）のコード構造とすることができる。
以下に説明する本発明のスチールコードの特徴は、図１のスチールコード１０及び図２のスチールコード２０、その他本発明のスチールコードで同じであるため、以下の説明では、主に図１に示したスチールコード１０を代表例として、スチールコード１０をタイヤの補強のために用いた場合について本発明の実施形態を説明する。

本実施形態のスチールコード１０は、フィラメントの少なくとも一部は抗張力が３０００ＭＰａ以上である。例えば、スチールコード１０のシースストランド１２を構成するコアフィラメント１２１及びシースフィラメント１２２の抗張力が３０００ＭＰａ以上である。スチールコード１０のフィラメントの一部が抗張力３０００ＭＰａ以上であることにより、本実施形態のスチールコード１０を高強力化することができる。スチールコード１０の高強力化の観点からは、スチールコード１０を構成するフィラメントの全部が抗張力３０００ＭＰａ以上であることが望ましい。

また、本実施形態のスチールコード１０は、フィラメント占積率が４８％以上５４％未満である。フィラメント占積率は、スチールコードを構成するフィラメントの総断面積を、スチールコード外接円の面積で除した値に１００を乗じて百分率で表した値である。すわなち、フィラメン占積率（％）＝（スチールコードを構成するフィラメントの総断面積）／（スチールコード外接円の面積）×１００である。

フィラメント占積率が４８％以上５４％未満の範囲で、スチールコードを高いフィラメントの充填効率で高強力化できるととともに、高いゴム浸透性が得られる。フィラメント占積率が４８％に満たないと、フィラメントの充填効率が低いことからスチールコード１０に求められる必要な強力を得るためにはスチールコード１０の径が大きくなり、スチールコード１０をタイヤの補強に使用したときのゴム補強層の厚さが厚くなるので、タイヤ軽量化の点で不利となる。フィラメント占積率が５４％以上では、後述する隣接フィラメント間の隙間が小さくなるので、ゴム浸透性の点で劣る。好ましいフィラメント占積率は４８％以上〜５０％未満である。

本実施形態のスチールコード１０は、コード撚り角が７８°以上８４°未満である。図３に説明図を示すように、コード撚り角αは、スチールコードの長手方向に垂直な方向と、ストランド（図１のスチールコード１０の場合は、シースストランド１２を指す。）の長手方向に沿った方向と、がなす角度をいう。コード撚り角は、スチールコードから実測することができるし、また、スチールコードのコード径、ストランド径、ストランドの撚りピッチから計算することもできる。

コード撚り角が７８°以上８４°未満の範囲で、撚りロスが小さく、撚り性状が安定したスチールコードが得られる。コード撚り角が７８°に満たないと撚りが強く、撚りロスが大きくなり過ぎて、スチールコードは所定の強力が得られない。ここに、撚りロスは、１００からコード強力発揮率の百分率の値を減じた値である。すなわち、撚りロス（％）＝１００−コード強力発揮率である。また、コード強力発揮率は、スチールコードの強力を、スチールコードを構成するフィラメントの強力の総和で除した値に１００を乗じて百分率で表した値である。すなわち、コード強力発揮率（％）＝（スチールコードの強力）／（スチールコードを構成するフィラメントの強力の総和）×１００である。コード強力発揮率は９０％以上が好ましい。コード強力発揮率が大きいほど、また、撚りロスが小さいほど、コードを構成するフィラメントの強力の総和に比べてコード強力の低下が小さいスチールコードと言える。コード撚り角が８４°以上では、撚りが弱く、撚り性状が不安定となる。好ましいコード撚り角は８０°以上〜８４°未満である。

本実施形態のスチールコード１０は、ラッピングフィラメントを除いて、隣接フィラメントの交差角の平均値が１７°未満である。隣接フィラメントの交差角の平均値が１７°未満であることにより、撚りロスを小さくすることができる。隣接するフィラメントの交差角の説明のために、図４Ａに一例としてコアストランド１１のコアフィラメント１１１とシースフィラメント１１２との交差角βを図示し、隣接ストランドのシースフィラメントの交差角の説明のために、図４Ｂに一例としてコアストランド１１のシースフィラメント１１２と、シースストランド１２のシースフィラメント１２２を図示する。図４Ａ、図４Ｂに示されるように、交差角は、一つのフィラメントの長手方向と、そのフィラメントに隣り合うフィラメントの長手方向とのなす角度をいう。スチールコード１０の交差角の平均値は、コアストランド１１の隣接するコアフィラメント１１１同士の交差角、隣接するシースフィラメント１１２同士の交差角、コアフィラメント１１１とシースフィラメント１１２との交差角、シースストランド１２の隣接するコアフィラメント１２１同士の交差角、隣接するシースフィラメント１２２同士の交差角、コアフィラメント１２１とシースフィラメント１２２との交差角、コアストランド１１のシースフィラメント１１２と、シースストランド１２のシースフィラメント１２２との交差角、隣接するシースストランド１２のシースフィラメント１２２同士の交差角といった、隣接するすべてのフィラメントの交差角の平均値をいう。もっともラッピングフィラメント１３と他のフィラメントとの交差角は平均値から除外される。

上記隣接フィラメントの交差角の平均値が１７°以上ではスチールコードの引張時に隣接フィラメント同士の接触圧が高くなり、撚りロスが大きくなる。隣接フィラメントの交差角の平均値は、好ましくは１４°未満である。１４°未満で撚りロスを更に小さくすることができる。

本実施形態のスチールコード１０は、ストランドを構成するシースフィラメントの、隣接シースフィラメント間の隙間は、０．０６５ｍｍ以上である。隣接シースフィラメント間の隙間は、図５に本実施形態のスチールコード２０についての隙間の説明図を示すように、より具体的に、コアストランド２１を構成するシースフィラメント２１２及びシースストランド２２を構成するシースフィラメント２２２のいずれも、隣接シースフィラメント間の隙間ｇは、０．０６５ｍｍ以上である。上記隣接シースフィラメント間の隙間が０．０６５ｍｍ以上であることにより、スチールコードのゴム浸透性を向上させることができる。上記隣接シースフィラメント間の隙間が０．０６５ｍｍ未満ではゴム浸透性が劣る。好ましい隙間は０．０６５ｍｍ以上０．１００ｍｍ以下である。

本実施形態のスチールコード１０は、コアストランド１１のシースフィラメント１１２の撚り方向と、シースストランド１２のシースフィラメント１２２の撚り方向とが逆であることが好ましい。コアストランド１１のシースフィラメント１１２の撚り方向と、シースストランド１２のシースフィラメント１２２の撚り方向とが逆であることにより、上述した隣接フィラメントの交差角の平均値を、より低くすることができる。

本実施形態のスチールコード１０は、シースストランド１２のシースフィラメント１２２の撚り方向が、隣り合うシースストランド１２のシースフィラメント１２２の撚り方向とは逆であることが好ましい。隣り合うシースストランド１２のシースフィラメント１２２の撚り方向が逆であることにより、上述した隣接フィラメントの交差角の平均値を、より低くすることができる。

本実施形態のスチールコード１０は、フィラメントの少なくとも一部は、表層部のラメラ配向角が０．０°以上６．０°以下、又は１２．５°以上１８．５°以下である。表層部とは、フィラメントの最表面から２０％体積率の範囲までの領域をいう。フィラメントの全部の表層部のラメラ配向角が上記範囲を満たすこともできる。
ラメラ配向角について説明する。フィラメントを製造するときは、鋼線の原材料を伸線後、熱処理、めっき処理及び最終伸線を経て所定の線径のフィラメントが得られる。この最終伸線時に、フェライトとセメンタイトとからなる結晶組織は、ブロックを構成するコロニーのラメラ方位が、伸線方向、換言すればフィラメントの長手方向に揃うように配向する。本発明者らの研究により、表層部のラメラ配向角は、隣接するフィラメントから加わる側圧に対するフィラメントの抵抗力に影響を及ぼすことが判明した。表層部のラメラ配向角が０．０°以上６．０°以下、又は１２．５°以上１８．５°以下の場合に、フィラメントに加わる側圧に対する抵抗力が増し、コード強力発揮率が向上し、撚りロスが小さくなる。表層部のラメラ配向角は、例えば、最終伸線時のダイス角度を調整することにより上記範囲に調整することができる。なお、ラメラ配向角は、フィラメントの金属組織を観察することにより計測できる。

次に本実施形態のスチールコード１０の製造方法について説明する。各ストランドを構成するフィラメントは、鋼線の原材料を伸線後、熱処理、めっき処理及び最終伸線を経て所定の線径のフィラメントが得られる。この最終伸線後は、歪取り焼鈍を行う。この歪取り焼鈍の温度を２５０℃以上３００℃未満で行うことが好ましい。２５０℃以上３００℃未満の歪取り焼鈍により高強力で撚りロスの小さいスチールコードを容易に得られる。歪取り焼鈍温度が２５０℃に満たないと、歪取り焼鈍効果が薄く、撚りロスが大きい。歪取り焼鈍温度が３００℃以上では、歪取り焼鈍により必要以上に焼なまされ、フィラメントの強力が低下してしまう。

矯正加工は、例えば千鳥配置のロールに通して繰り返し曲げを加える加工であって、フィラメントの残留応力及び真直性を改善する。しかし、矯正加工によりフィラメントに繰り返し曲げ加工を行うと、フィラメント内部の加工歪が大きくなり、撚りロスが大きくなる。よって撚りロスを小さくするため、矯正加工は行わないようにする。すなわち、最終伸線の直後の工程において歪取焼鈍を行うことが好ましい。
また、上述したフィラメントの表層部のラメラ配向角を考慮して、最終伸線時は、伸線条件を調整することが好ましい。

本実施形態のスチールコード１０は、タイヤの補強に用いて好適である。なお、本実施形態のスチールコード１０の用途は、タイヤに限定されるものではない。

表１〜３に示す実施例、従来例及び比較例のスチールコードについて撚りロス及びゴム浸透性について調べた。各実施例、従来例及び各比較例のスチールコードのコード構造、フィラメント占積率、撚り角、平均交差角、スチールコードを構成するフィラメント径、フィラメントの抗張力、フィラメントの撚り方向、隣接シースフィラメント間の隙間を表中に併記した。また、フィラメントを製造する時の最終伸線加工後の繰り返し曲げ加工、すなわち矯正加工の有無、最終伸線加工後の歪取り焼鈍の有無についても併記した。

表１〜３において、コード径は、ラッピングフィラメントを除いた値である。また、撚りロスを評価したコード強力発揮率は、９０％以上であれば良好な特性といえる。また、ゴム浸透率を評価したコアストランドのコアフィラメント表面のゴムペネトレーション被覆率は、３０パーセント以上あれば良好な特性といえる。

表１から分かるように、実施例１〜６のスチールコードは、フィラメント占積率、コード撚り角、ラッピングフィラメントを除く隣接フィラメントの交差角の平均値、及びストランドを構成する隣接シースフィラメント間の隙間を所定範囲にしたので、従来例と比べてコード強力発揮率及びコアストランドのコアフィラメント表面のゴムペネトレーション被覆率が良化した。

実施例１〜６をより具体的にみると、実施例２は、実施例１との対比で最終伸線加工後に２７５℃で３秒間の歪取り焼鈍を行った例であり、コード強力発揮率が実施例１に比べて向上していた。
実施例３は、実施例１との対比で最終伸線加工後に矯正加工を行わなかった例であり、コード強力発揮率が実施例１に比べて向上した。
実施例４は、実施例１とは、コード構造が異なるスチールコードの例であり、実施例５は、実施例４との対比でコアストランドのシースフィラメントの撚り方向と、シースストランドのシースフィラメントの撚り方向とが逆であるので、交差角が低くなりコード強力発揮率が実施例４に比べて向上した。
実施例６は、実施例４との対比でシースストランドのシースフィラメントの撚り方向が、隣り合う前記シースストランドのシースフィラメントとは逆にしたので、交差角が低くなりコード強力発揮率が実施例４に比べて向上した。

表２に示した比較例１〜４は、ストランドの隣接シースフィラメント間の隙間が０．０６５ｍｍ未満のため、コアストランドのコア表面ゴム被覆率が満足できなかった。
比較例５は、ストランドの隣接シースフィラメント間の隙間が０．０６５ｍｍ未満のため、コアストランドのコア表面ゴム被覆率が満足できなかった。更に、撚り角が７８°以下で平均交差角が１７°以上のため、コード強力発揮率が満足できていなかった。
比較例６は、平均交差角が１７°以上のため、コード強力発揮率が満足できなかった。

表３に示した比較例７及び実施例７は、フィラメント占積率の相違を対比してみた例であり、フィラメント占積率が所定範囲を満たす実施例７は、比較例７に比べてコード強力発揮率が良化した。比較例７はフィラメント占有率が低いため、コード径が従来例対比大きくなりゴム補強層の厚さが厚くなるため軽量化の点で不利となる。
比較例８は、フィラメント占積率が所定範囲を超えたので、隣接シースフィラメント間の隙間が小さく、ゴム浸透性が劣っていた。
比較例９、実施例８は、コード撚り角の相違を対比してみた例であり、コード撚り角が８４°以上であった比較例９は、撚り性状が不安定であった。
比較例１０は、交差角の平均値が１７°以上であったため、撚りロスが大きかった。
比較例１１は、隣接シースフィラメント間の隙間が０．０６５ｍｍ未満であったため、ゴム浸透性が劣っていた。
比較例１２は、フィラメント占積率が４８％未満であったため、コード径が大きかった。
実施例９は、最終伸線加工後に矯正加工を行くことなく、２７５℃で３秒間の歪取り焼鈍を行った例であり、コード強力発揮率が実施例１に比べてより向上していた。

１０ スチールコード
１１ コアストランド
１２ シースストランド
１３ ラッピングフィラメント
２０ スチールコード
２１ コアストランド
２２ シースストランド
１１１ コアフィラメント
１１２ シースフィラメント
１２１ コアフィラメント
１２２ シースフィラメント
２１１ コアフィラメント
２１２ シースフィラメント
２２１ コアフィラメント
２２２ シースフィラメント

Claims (9)

1. 複数のフィラメントを２層以上撚り合わせてなるストランドを、複数撚り合わせた複撚りの構造を有し、前記フィラメントの少なくとも一部は抗張力が３０００ＭＰａ以上であり、
   フィラメント占積率が４８％以上、５４％未満、
   コード撚り角が７８°以上、８４°未満、
   ラッピングフィラメントを除く隣接フィラメントの交差角の平均値が１７°未満、
   ストランドを構成する隣接シースフィラメント間の隙間が０．０６５ｍｍ以上
   を満たすことを特徴とするゴム物品補強用スチールコード。
2. 前記隣接フィラメント間の交差角の平均値が１４°未満である請求項１記載のゴム物品補強用スチールコード。
3. 前記複撚りの構造が、一本のコアストランドの周りに６〜７本のシースストランドを撚り合わせた１＋ｎ（ｎ＝６〜７）構造である請求項１又は２記載のゴム物品補強用スチールコード。
4. 前記コアストランドの前記シースフィラメントの撚り方向と、前記シースストランドの前記シースフィラメントの撚り方向とが逆である請求項３記載のゴム物品補強用スチールコード。
5. 前記シースストランドのシースフィラメントの撚り方向が、隣り合う前記シースストランドのシースフィラメントとは逆である請求項３記載のゴム物品補強用スチールコード。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のゴム物品補強用スチールコードを補強に用いたタイヤ。
7. 複数のフィラメントを２層以上撚り合わせてなるストランドを、複数撚り合わせた複撚りの構造を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載のゴム物品補強用スチールコードを製造するにあたり、
   ストランドを構成するフィラメントの少なくとも一部は、最終伸線加工後に、歪取り焼鈍を２５０℃以上３００℃未満で行うことを特徴とするゴム物品補強用スチールコードの製造方法。
8. 前記最終伸線加工後、矯正加工を行うことなく前記歪取り焼鈍を行う請求項７記載のゴム物品補強用スチールコードの製造方法。
9. 複数のフィラメントを２層以上撚り合わせてなるストランドを、複数撚り合わせた複撚りの構造を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載のゴム物品補強用スチールコードを製造するにあたり、
   ストランドを構成するフィラメントの少なくとも一部は、最終伸線加工後に、矯正加工を行わないことを特徴とするゴム物品補強用スチールコードの製造方法。

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