JP7024206B2 - スチールコード及びそれを用いた空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、１本のコアストランドとその周囲に撚り合わされた複数本のシースストランドとを有する複撚り構造のスチールコード及び該スチールコードを補強層の補強コードとして用いた空気入りタイヤに関し、更に詳しくは、ゴム浸透性を高めて耐久性を改善することを可能にしたスチールコード及びそれを用いた空気入りタイヤに関する。

空気入りタイヤに代表されるゴム製品においては、補強材として、複数本のスチールフィラメントを撚り合わせてなるスチールコードが採用されている。特に、建設車両等の大型車両に使用される空気入りタイヤは高荷重負荷環境下で使用されるため、その補強材となるスチールコードには高い強度と優れた耐久性が要求される。

従来、建設車両用の空気入りタイヤにおいて、カーカス層やベルト層の補強コードとして、複撚り構造のスチールコードが広く使用されている（例えば、特許文献１～３参照）。このような複撚り構造のスチールコードとして、例えば、２本のコアフィラメントと７本のシースフィラメントとから構成された４～５本のストランドが互いに撚り合わされた４×（２＋７）構造や５×（２＋７）構造のスチールコードが挙げられる。その他にも、３本のコアフィラメントと９本のシースフィラメントとから構成された１本のコアストランドと、３本のコアフィラメントと９本のシースフィラメントとから構成されていてコアストランドの周囲に撚り合わされた６本のシースストランドとを有する１×（３＋９）＋６×（３＋９）構造のスチールコードが挙げられる。

しかしながら、上述のような複撚り構造を有するスチールコードにおいては、撚り構造が複雑であるため、コード内部へのゴム浸透性が低いという欠点がある。そして、ゴム浸透性が低いと、フレッティングによるフィラメントの破断を生じ易くなり、これが空気入りタイヤの耐久性を悪化させる要因となる。

特許第４５８２６７２号公報 特許第３７０９５５１号公報 特許第５０３６２９４号公報

本発明の目的は、ゴム浸透性を高めて耐久性を改善することを可能にしたスチールコード及びそれを用いた空気入りタイヤを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明のスチールコードは、１～３本のコアストランドと、該コアストランドの周囲に撚り合わされた６～９本のシースストランドとを有する複撚り構造のスチールコードにおいて、前記コアストランドの各々が２本のコアフィラメントとｎ本（ｎ＝７～８）のシースフィラメントとから構成され、前記シースストランドの各々が２本のコアフィラメントとｎ′本（ｎ′＝３～６）のシースフィラメントとから構成され、前記シースストランドにおけるシースフィラメントのコアフィラメント被覆率が８０％以下であり、前記シースストランドを構成するコアフィラメントの素線径が前記シースストランドを構成するシースフィラメントの素線径よりも大きいことを特徴とするものである。

上記目的を達成するための本発明の空気入りタイヤは、複数本の補強コードを含む補強層を備えた空気入りタイヤにおいて、前記補強コードとして、１～３本のコアストランドと、該コアストランドの周囲に撚り合わされた６～９本のシースストランドとを有するスチールコードが用いられており、前記コアストランドの各々が２本のコアフィラメントとｎ本（ｎ＝７～８）のシースフィラメントとから構成され、前記シースストランドの各々が２本のコアフィラメントとｎ′本（ｎ′＝３～６）のシースフィラメントとから構成され、前記シースストランドにおけるシースフィラメントのコアフィラメント被覆率が８０％以下であり、前記シースストランドを構成するコアフィラメントの素線径が前記シースストランドを構成するシースフィラメントの素線径よりも大きいことを特徴とするものである。

本発明では、空気入りタイヤの補強層の補強コードとして、１～３本のコアストランドと、該コアストランドの周囲に撚り合わされた６～９本のシースストランドとを有するスチールコードを用いるにあたって、コアストランドの各々を２本のコアフィラメントとｎ本（ｎ＝７～８）のシースフィラメントとから構成する一方で、シースストランドの各々を２本のコアフィラメントとｎ′本（ｎ′＝３～６）のシースフィラメントとから構成し、シースストランドにおけるシースフィラメントのコアフィラメント被覆率を８０％以下とすることにより、シースストランドを構成するフィラメントの相互間に適度な隙間を形成し、コード内部へのゴム浸透性を改善することができる。そのため、スチールコードのフレッティングによる破断や錆の拡散を防止することができる。これにより、空気入りタイヤの耐久性を改善することができる。

本発明において、シースストランドを構成するコアフィラメントの素線径がシースストランドを構成するシースフィラメントの素線径よりも大きいことが好ましい。このようにシースストランドにおいてコアフィラメントの素線径をシースフィラメントの素線径よりも大きくすることにより、シースストランドにおけるシースフィラメントのコアフィラメント被覆率を小さくし、コード内部へのゴム浸透性を更に高めることができる。

本発明において、上記スチールコードが使用される空気入りタイヤの補強層は特に限定されるものではなく、例えば、カーカス層、ベルト層、サイド補強層を挙げることができる。しかしながら、上記スチールコードの特性を考慮すると、該スチールコードが使用される補強層はベルト層であることが好ましい。また、上記スチールコードはタイヤ以外のゴム製品を補強するための補強コードとしても利用可能である。

本発明の実施形態からなる建設車両用の空気入りタイヤを示す子午線半断面図である。 本発明で使用される複撚り構造を有するスチールコードの一例を示す断面図である。 本発明で使用される複撚り構造を有するスチールコードの他の例を示す断面図である。 本発明で使用される複撚り構造を有するスチールコードのコアストランドを抽出して示す断面図である。 本発明で使用される複撚り構造を有するスチールコードのシースストランドを抽出して示す断面図である。

以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実施形態からなる建設車両用の空気入りタイヤを示し、１はトレッド部、２はサイドウォール部、３はビード部である。左右一対のビード部３，３間にはタイヤ径方向に延びる複数本の補強コードを含むカーカス層４が装架され、そのカーカス層４の端部がビードコア５の廻りにタイヤ内側から外側に折り返されている。カーカス層４の補強コードとしては、スチールコードが使用されている。

トレッド部１におけるカーカス層４の外周側には複数層のベルト層６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄが埋設されている。これらベルト層６ａ～６ｄはタイヤ周方向に対して傾斜する複数本の補強コードを含み、かつ任意の層間で補強コードが互いに交差するように配置されている。ベルト層６ａ～６ｄにおいて、補強コードのタイヤ周方向に対する傾斜角度は例えば５°～４５°の範囲に設定されており、より好ましくは、１５°～３０°の範囲に設定されている。ベルト層６ａ～６ｄの補強コードとしては、スチールコードが使用されている。

更に、ベルト層６ａ～６ｄの外周側には複数層のベルト保護層７ａ，７ｂが埋設されている。ベルト層６ａ～６ｄがトレッド部１の補強を担持しているのに対して、ベルト保護層７ａ，７ｂはベルト層６ａ～６ｄを保護する目的で配設されている。これらベルト保護層７ａ，７ｂはタイヤ周方向に対して傾斜する複数本の補強コードを含み、かつ層間で補強コードが互いに交差するように配置されている。ベルト保護層７ａ，７ｂにおいて、補強コードのタイヤ周方向に対する傾斜角度は例えば２０°～７０°の範囲に設定されている。そして、ベルト保護層７ａ，７ｂの補強コードとしては、ベルト層６ａ～６ｄに対する保護機能を十分に発揮するように、例えば、４％以上の破断伸びを有するスチールコードが使用されている。

上記空気入りタイヤにおいて、ベルト層６ａ～６ｄの補強コードとして、以下のような複撚り構造を有するスチールコードが使用されている。

図２は本発明で使用される複撚り構造を有するスチールコードの一例を示すものである。図２に示すように、スチールコード１０は、互いに撚り合わされた１～３本のコアストランド１１と、該コアストランド１１の周囲に撚り合わされた６～９本のシースストランド１２とを有している。コアストランド１１の各々は、互いに撚り合わされた２本のコアフィラメント１１ｃと、該コアフィラメント１１ｃの周囲に撚り合わされたｎ本（ｎ＝７～８）のシースフィラメント１１ｓとから構成されている（図４参照）。一方、シースストランド１２の各々は、互いに撚り合わされた２本のコアフィラメント１２ｃと、該コアフィラメント１２ｃの周囲に撚り合わされたｎ′本（ｎ′＝３～６）のシースフィラメント１２ｓとから構成されている（図５参照）。本実施形態において、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とを有し、コアストランド１１の各々が２本のコアフィラメント１１ｃと７本のシースフィラメント１１ｓとから構成され、シースストランド１２の各々が２本のコアフィラメント１２ｃと３本のシースフィラメント１２ｓとから構成されている。つまり、１×（２＋７）＋６×（２＋３）構造である。その他の例として、例えば、図３に示すように、３×（２＋７）＋６×（２＋３）構造を挙げることができる。

上記スチールコード１０において、シースストランド１２におけるシースフィラメント１２ｓのコアフィラメント被覆率Ｘは８０％以下、より好ましくは、２５％～７５％の範囲に設定されている。コアフィラメント被覆率Ｘは、以下のようにして算出されるものとする。

図５に示すように、シースストランド１２におけるコアフィラメント１２ｃの素線径ｄｓｃとシースフィラメント１２ｓの素線径ｄｓｓに対して、長径ＤｌがＤｌ＝ｄｓｃ×２＋ｄｓｓの関係を満足し、短径ＤｓがＤｓ＝Ｄｌ×０．７の関係を満足する楕円Ａの周長をＬとしたとき、コアフィラメント被覆率Ｘは下式（１）から算出される。
Ｘ＝（ｄｓｓ×ｎ′／Ｌ）×１００％ ・・・（１）

つまり、シースフィラメント１２ｓは２本のコアフィラメント１２ｃに外接する楕円Ｂに沿って２本のコアフィラメント１２ｃの周囲に撚り合わされるが、シースストランド１２におけるシースフィラメント１２ｓのコアフィラメント被覆率Ｘはシースフィラメント１２ｓの周回軌道である楕円Ａの周長Ｌに対するｎ′本のシースフィラメント１２ｓの占有率に相当するものである。

上述した空気入りタイヤでは、ベルト層６ａ～６ｄの補強コードとして、１～３本のコアストランド１１と、該コアストランド１１の周囲に撚り合わされた６～９本のシースストランド１２とを有するスチールコード１０を用いるにあたって、コアストランド１１の各々を２本のコアフィラメント１１ｃとｎ本（ｎ＝７～８）のシースフィラメント１１ｓとから構成する一方で、シースストランド１２の各々を２本のコアフィラメント１２ｃとｎ′本（ｎ′＝３～６）のシースフィラメント１２ｓとから構成し、シースストランド１２におけるシースフィラメント１２ｓのコアフィラメント被覆率Ｘを８０％以下とすることにより、シースストランド１２を構成するフィラメント１２ｃ，１２ｓの相互間に適度な隙間を形成し、スチールコード１０の内部へのゴム浸透性を改善することができる。そのため、スチールコード１０のフレッティングによる破断や錆の拡散を防止することができる。これにより、空気入りタイヤの耐久性を改善することができる。

コアストランド１１において、コアフィラメント１１ｃの本数を２本とする一方で、シースフィラメント１１ｓの本数をｎ本（ｎ＝７～８）としているが、これはスチールコード１０の形状安定性を確保するためである。コアストランド１１におけるシースフィラメント１１ｓの本数が上記範囲から外れると、安定した撚り構造を得ることが困難になる。

一方、シースストランド１２において、コアフィラメント１２ｃの本数を２本とする一方で、シースフィラメント１２ｓの本数をｎ′本（ｎ′＝３～６）としているが、これはスチールコード１０のゴム浸透性と形状安定性を確保するためである。シースストランド１２におけるシースフィラメント１２ｓの本数が少な過ぎると安定した撚り構造を得ることが困難になり、逆に多過ぎるとシースフィラメント１２ｓのコアフィラメント被覆率Ｘを小さくしてゴム浸透性を確保することが困難になる。

更に、スチールコード１０において、１～３本のコアストランド１１の周囲に６～９本のシースストランド１２が撚り合わされているが、コアストランド１１及びシースストランド１２の本数が上記範囲から外れると、安定した撚り構造を得ることが困難になる。

また、スチールコード１０において、シースストランド１２を構成するコアフィラメント１２ｃの素線径ｄｓｃとシースストランド１２を構成するシースフィラメント１２ｓの素線径ｄｓｓは同じであっても良いが、コアフィラメント１２ｃの素線径ｄｓｃがシースフィラメント１２ｓの素線径ｄｓｓよりも大きいことが望ましい。このようにシースストランド１２においてコアフィラメント１２ｃの素線径ｄｓｃをシースフィラメント１２ｓの素線径ｄｓｓよりも大きくすることにより、シースストランド１２におけるシースフィラメント１２ｓのコアフィラメント被覆率Ｘを小さくし、ゴム浸透性を更に高めることができる。シースストランド１２を構成するコアフィラメント１２ｃ及びシースフィラメント１２ｓの素線径ｄｓｃ，ｄｓｓは０．２０ｍｍ～０．３５ｍｍの範囲にあることが望ましい。

同様に、スチールコード１０において、コアストランド１１を構成するコアフィラメント１１ｃの素線径ｄｃｃとコアストランド１１を構成するシースフィラメント１１ｓの素線径ｄｃｓは同じであっても良いが、コアフィラメント１１ｃの素線径ｄｃｃをシースフィラメント１１ｓの素線径ｄｃｓよりも大きくした場合、コアストランド１１の内部へのゴム浸透性を改善することができる。コアストランド１１を構成するコアフィラメント１１ｃ及びシースフィラメント１１ｓの素線径ｄｃｃ，ｄｃｓは０．２０ｍｍ～０．３５ｍｍの範囲にあることが望ましい。

上述した実施形態では、所定の複撚り構造を有するスチールコード１０をベルト層６ａ～６ｄに使用した場合について説明したが、本発明では上記のようなスチールコード１０を他の補強層に適用することが可能である。

タイヤサイズ２７００Ｒ４９で、トレッド部におけるカーカス層の外周側に４層のベルト層が配置された空気入りタイヤにおいて、ベルト層の補強コードだけを異ならせた従来例１，２、比較例１，２及び実施例１～５のタイヤを製作した。但し、本明細書において、実施例１～４は参考例である。

従来例１のタイヤでは、ベルト層の補強コードとして、互いに撚り合わされた４本のシースストランドを有し、シースストランドの各々が２本のコアフィラメントと７本のシースフィラメントとから構成された４×（２＋７）構造のスチールコードを使用した。

従来例２では、ベルト層の補強コードとして、互いに撚り合わされた５本のシースストランドを有し、シースストランドの各々が２本のコアフィラメントと７本のシースフィラメントとから構成された５×（２＋７）構造のスチールコードを使用した。

比較例１のタイヤでは、ベルト層の補強コードとして、１本のコアストランドと、該コアストランドの周囲に撚り合わされた６本のシースストランドとを有し、コアストランド及びシースストランドの各々が２本のコアフィラメントと７本のシースフィラメントとから構成された１×（２＋７）＋６×（２＋７）構造のスチールコードを使用した。

比較例２では、ベルト層の補強コードとして、互いに撚り合わされた３本のコアストランドと、該コアストランドの周囲に撚り合わされた９本のシースストランドとを有し、コアストランド及びシースストランドの各々が２本のコアフィラメントと７本のシースフィラメントとから構成された３×（２＋７）＋９×（２＋７）構造のスチールコードを使用した。

実施例１のタイヤでは、ベルト層の補強コードとして、１本のコアストランドと、該コアストランドの周囲に撚り合わされた６本のシースストランドとを有し、コアストランドの各々が２本のコアフィラメントと７本のシースフィラメントとから構成される一方で、シースストランドの各々が２本のコアフィラメントと３本のシースフィラメントとから構成された１×（２＋７）＋６×（２＋３）構造のスチールコードを使用した。

実施例２のタイヤでは、ベルト層の補強コードとして、１本のコアストランドと、該コアストランドの周囲に撚り合わされた６本のシースストランドとを有し、コアストランドの各々が２本のコアフィラメントと８本のシースフィラメントとから構成される一方で、シースストランドの各々が２本のコアフィラメントと３本のシースフィラメントとから構成された１×（２＋８）＋６×（２＋３）構造のスチールコードを使用した。

実施例３のタイヤでは、ベルト層の補強コードとして、互いに撚り合わされた３本のコアストランドと、該コアストランドの周囲に撚り合わされた９本のシースストランドとを有し、コアストランドの各々が２本のコアフィラメントと７本のシースフィラメントとから構成される一方で、シースストランドの各々が２本のコアフィラメントと３本のシースフィラメントとから構成された３×（２＋７）＋９×（２＋３）構造のスチールコードを使用した。

実施例４のタイヤでは、ベルト層の補強コードとして、１本のコアストランドと、該コアストランドの周囲に撚り合わされた６本のシースストランドとを有し、コアストランドの各々が２本のコアフィラメントと７本のシースフィラメントとから構成される一方で、シースストランドの各々が２本のコアフィラメントと５本のシースフィラメントとから構成された１×（２＋７）＋６×（２＋５）構造のスチールコードを使用した。

実施例５のタイヤでは、コアストランドにおいてコアフィラメントの素線径ｄｃｃをシースフィラメントの素線径ｄｃｓよりも大きくし、シースストランドにおいてコアフィラメントの素線径ｄｓｃをシースフィラメントの素線径ｄｓｓよりも大きくしたこと以外は、実施例１と同じ構造を有するスチールコードを使用した。

従来例１，２、比較例１，２及び実施例１～５で使用されたスチールコードについて、コード構造、コード断面積、コアストランドを構成するコアフィラメントの素線径ｄｃｃ、コアストランドを構成するシースフィラメントの素線径ｄｃｓ、シースストランドを構成するコアフィラメントの素線径ｄｓｃ、シースストランドを構成するシースフィラメントの素線径ｄｓｓ、シースストランドにおけるシースフィラメントのコアフィラメント被覆率Ｘは表１の通りである。なお、各スチールコードの断面積に応じてベルト層の単位幅当たりのスチールコードの打ち込み本数を調整することにより、全ての試験タイヤにおいて、ベルト層の単位幅当たりのスチールコードの断面積の総和が一定になるようにした。

これら試験タイヤについて、下記の評価方法により、ゴム浸透性、錆進展性及び荷重耐久性を評価し、その結果を表１に併せて示した。

ゴム浸透性：
各試験タイヤからベルト層のスチールコードを取り出し、カッターナイフでスチールコードの外側に付着したゴムを除去し、１本のシースストランドを除去し、コード内のゴム浸透率を目視にて測定した。このような測定をタイヤ周上の８ケ所に配置されたスチールコードについて行い、これら８本のスチールコードのゴム浸透率の平均値を求めた。評価結果は、従来例１を１００とする指数にて示した。この指数値が大きいほどゴム浸透性が良好であることを意味する。

錆進展性：
各試験タイヤのトレッド部の１箇所にドリルでベルト層に到達する穴を形成し、その試験タイヤを建設車両に装着して３００時間の実車走行を行った後、トレッドゴムを剥がしてベルト層を露出させ、ドリル穴からの錆の進展距離を測定した。評価結果は、従来例１を１００とする指数にて示した。この指数値が小さいほど錆の進展距離が短いことを意味する。つまり、この指数値が小さいほどベルト層を構成するスチールコードのゴム浸透性が良好であることを意味する。

荷重耐久性：
各試験タイヤを試験リムに装着し、空気圧７００ｋＰａ、速度１０ｋｍ／ｈ、初期荷重１８３ｋＮの条件にて、高さ２００ｍｍのクリートを外周面に設けた回転ドラムを備えた室内ドラム試験機により走行試験を実施し、１０時間毎に荷重を５２ｋＮずつ増加させ、タイヤが故障するまでの走行時間を計測した。評価結果は、従来例１を１００とする指数にて示した。この指数値が大きいほど荷重耐久性が優れていることを意味する。

表１から明らかなように、実施例１～５では、従来例１との対比において、スチールコードの内部へのゴム浸透性が高くなっており、空気入りタイヤの荷重耐久性が大幅に改善されていた。特に、実施例２では、コアストランドのシースフィラメントの本数が実施例１よりも多いため、実施例１に比べてゴム浸透性が若干低下するものの荷重耐久性が更に改善されていた。実施例３では、コアストランドの本数及びシースストランドの本数が実施例１よりも多いため、実施例１に比べてゴム浸透性が若干低下するものの荷重耐久性が更に改善されていた。実施例４では、シースストランドのシースフィラメントの本数が実施例１よりも多いため、実施例１に比べてゴム浸透性が若干低下するものの比較例１に対する荷重耐久性の改善効果が十分に認められた。実施例５では、少なくともシースストランドにおいてコアフィラメントの素線径ｄｓｃがシースフィラメントの素線径ｄｓｓよりも大きく設定されているため、実施例１に比べてゴム浸透性が良化して荷重耐久性が更に改善されていた。

これに対して、従来例２では、従来例１よりもシースストランドの本数が多いため、ゴム浸透性の低下が見られた。比較例１，２では、シースストランドを構成するシースフィラメントの本数が多過ぎてシースストランドにおけるシースフィラメントのコアフィラメント被覆率Ｘが高過ぎるので、ゴム浸透性が悪化して荷重耐久性が低下していた。

１ トレッド部
２ サイドウォール部
３ ビード部
４ カーカス層
５ ビードコア
６ａ～６ｄ ベルト層
７ａ，７ｂ ベルト保護層
１０ スチールコード
１１ コアストランド
１１ｃ コアフィラメント
１１ｓ シースフィラメント
１２ シースストランド
１２ｃ コアフィラメント
１２ｓ シースフィラメント

Claims (3)

1. １～３本のコアストランドと、該コアストランドの周囲に撚り合わされた６～９本のシースストランドとを有する複撚り構造のスチールコードにおいて、前記コアストランドの各々が２本のコアフィラメントとｎ本（ｎ＝７～８）のシースフィラメントとから構成され、前記シースストランドの各々が２本のコアフィラメントとｎ′本（ｎ′＝３～６）のシースフィラメントとから構成され、前記シースストランドにおけるシースフィラメントのコアフィラメント被覆率が８０％以下であり、前記シースストランドを構成するコアフィラメントの素線径が前記シースストランドを構成するシースフィラメントの素線径よりも大きいことを特徴とするスチールコード。
2. 複数本の補強コードを含む補強層を備えた空気入りタイヤにおいて、前記補強コードとして、１～３本のコアストランドと、該コアストランドの周囲に撚り合わされた６～９本のシースストランドとを有するスチールコードが用いられており、前記コアストランドの各々が２本のコアフィラメントとｎ本（ｎ＝７～８）のシースフィラメントとから構成され、前記シースストランドの各々が２本のコアフィラメントとｎ′本（ｎ′＝３～６）のシースフィラメントとから構成され、前記シースストランドにおけるシースフィラメントのコアフィラメント被覆率が８０％以下であり、前記シースストランドを構成するコアフィラメントの素線径が前記シースストランドを構成するシースフィラメントの素線径よりも大きいことを特徴とする空気入りタイヤ。
3. 前記補強層がベルト層であることを特徴とする請求項２に記載の空気入りタイヤ。

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