JPS62282087A - ゴム物品用補強材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ｓ発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） 本発明は非晶質合金よシなるフィラメント素線を用いた
タイヤの如きゴム物品用補強材に関し、特にラジアルタ
イヤのベルト層、カーカスプライないしチェファ一層、
さらにはベルトのキャップレイヤーや、又はバイアスタ
イヤのブレーカ層或いはコンベヤーベルトなどのゴム物
品への適用によって上記ゴム物品の耐久性が大幅に改良
すること、また同時に非晶質合金の高強度、低比重とい
う特性により使用コード重量が低減できて、同一ケース
強度下でのタイヤ或いは工業用ゴム物品の軽量化が図れ
ること、についての開発成果をここに提案する。

近年タイヤにおいては走行寿命、高速走行性、安全性等
に関して高レベルの性能が要求され、それに応えるもの
としてスチールコードを用いた空気入りタイヤが広く実
用されている。

しかしながらこのスチールコードには錆による強度低下
や、走行中フィラメントどうしが互いＫこすれあって磨
滅する現象（すなわちフレッティング）に由来したフィ
ラメント断面減少による強度低下、さらにはゴム中に含
まれた水分などに起因した腐食疲労破断、というような
欠点があシ、上記開発研究の発端がここにある。

（従来の技術） 最近その特性として高強度、耐食性、耐摩耗性等が優れ
ることにより非晶質合金が非常に注目を浴びているが、
とくに高耐食性を発揮しうるＣｒ、　Ｍｏ、　Ｍｉ　　
９どを少量含む鉄系非晶質合金フィラメントをスチール
コードに代わるゴム物品用コード材料として用いること
ができれば耐久寿命に飛躍的な向上が期待される。

非晶質合金の実用化は、主として電気、磁気材料面での
適用が進み製造技術的にもその目的に合致するリボン形
状が推進されてきたが、最近に至り特開昭５７−５２５
５０号及び特開昭５７−１５４２４８号各公報例示され
るように冷媒中への溶融金属の噴射紡糸により円形断面
を持ったフィラメントが比較的安定に連続線として得ら
れる製造技術が確立されはじめ、これによりタイヤへの
適用可能性が大きく開は種々検討が試みられるに至った
。

さて上述した非晶質合金フィラメントはタイヤ適用に必
要とされる高ヤング率、高疲労性、及び高耐食性を兼ね
備えてはいるが、欠点として靭性の面で現行ピアノ線対
比が劣る傾向にあシ、また急冷により固化されているた
め準平衡な構造であり走行熱等によシ構造変化を引き起
こし脆化する可能性がある。

すなわち靭性面ではタイヤ用コードについてはフィラメ
ントからコードに燃上げる過程における破断及びタイヤ
走行中の破断が懸念される。

とくに非晶質合金は結晶質金属の如く均一な塑性変形を
引き起こさず局所においては優先的なすべり変形を生じ
易く、それが撚線過程及び走行中の破壊に結びつく可能
性が非常に大きい。

その改良手段として例えば本発明者が特開昭６１−４７
８３９号公報に記載したように、コードへの撚線加工時
に結晶化を起こさない温度時間条件を選定した加熱処理
により撚線を円滑に行ない、同時にフィラメント表面に
大きなすべり変形部を残さずタイヤでの耐久性を増す、
あるいは□同じく本発明者が特開昭６１−４７８４０号
公報に示したように紡糸後フィラメントに断面減少率１
０係以上の引抜イΦ線加工処理を施こしフィラメント自
身に靭性を持たせ撚線あるいはタイヤ適用に耐えうるよ
うにするという技術が開発されている。

（発明が□解決しようとする問題点） 以上の如く非晶質合金の欠点である靭性不足は改善され
、タイヤへの適用はかなり容易になり例えば引張応力が
主体のトラック、バス用ラジアルタイヤ及びライトトラ
ク用ラジアルタイヤの′ベルト層や一部のカーカス層へ
の適用においては本発明者により十分使用しうる結論を
確認している。

一方前述したようにさらに非晶質合金の欠点とし“て急
冷により固化した準平衡相のため熱が与えられると構造
変化、例えば結晶化や結晶の前段階である構造緩和を引
き起こし、脆化及び破断か促進される懸念があるが、タ
イヤ走行熱はシ最高でも１５０℃までと考えられ、それ
によると非晶質合金全体の構造変化による脆化は問題な
い。

ところが非晶質合金コードを大きな曲げや圧縮歪を受は
易い乗用車用ラジアルタイヤのベルト層やかなシの高荷
重下での乗用車用ラジアルタイヤやライトトラック用ラ
ジアルタイヤ等のカーカスプライ層に用いた場合は、引
張応力が主体であるときと異なシ、コードを構成してい
るフィラメント“の強力低下やフィラメント破断がかな
シの広範囲に亘シ確認されたのである。

そこでその要因の解析を実施してみるとフィラメント同
士の摩擦よシ生ずるフレッティングの寄与が大きくその
部分での発熱に基づく構造変化、例えば結晶化によシフ
ィラメント破断が引き起こされているように見受けられ
た。またフィラメント表面には、タイヤ適用の初期には
認められなかった激しいすペシ線が発生しておりそれが
フィラメントの強力低下ｔ−４たらすことが判明した。

すなわち上記のような曲げ及び圧縮歪が厳しい条件下に
おいては非晶質合金コードの適用は問題視されたのであ
る。

（問題点を解決するための手段） そこで発明者はそのような厳しい条件下においても非晶
質合金コードのゴム物品、特にタイヤでの使用が可能と
々るようにコード構造面での最適方向を探索すべく種々
検討を行なったところ以下のような結論を得たのである
。

（］）　　フィラメント破断はとくに７×４などで表わ
される比較的ひんばんに用いられる複撚構造における各
ストランドが接する点接触部で非常に進行し易くその点
接触部が少なくなる程フィラメント破断数は減少する。

またその核となる個所は、Ｘ線回折での解析により結晶
状態であると判断でき接触の摩擦熱に基づくと考えられ
る。

（２）　　フィラメント表面上のすべり線は撚られたら
せんが厳しい応力下で強制的に変形を受けた結果であり
、撚ピツチが長い程すベシ線の発生及び成長度合が小さ
い。

すなわちこの問題は撚構造の面で点接触を避けできる限
）すべてのフィラメントが線接触化するような構造にお
いて％また撚ピツチは長くとりらせん状に配置されるフ
ィラメントの曲率半径を大きくすることによシ非常に改
良されることが予測される。実際のタイヤの検討で複撚
構造においてもできる限シ線接触化かつ長ピツチ構造と
すると前述のような厳しいタイヤ走行争件下でもフィラ
メントの破断、強力低下は、殆ど抑制されるという非常
に良好なる結果が得られ、この改良手段の正当性が確認
できた。

本発明も上記技術的背景に基ずくものであシ、本発明の
ゴム物品用補強材は非晶質合金よりまるフィラメント素
線を用いたゴム物品用コードであり％　ＩＸｎ（ｎ：３
，４，５．７）で示されるストランドをさらに４本撚合
せてなるコードにおいて、コードを構成する４本のスト
ランドの撚方向がそれぞれ隣接するストランドに対し逆
方向に撚られていることを必須条件とする。

そしてこのコードのストランドのピッチ長さＳｌが日！
≧４０ｄ　　（＋１：フィラメント径）でアシ、かつそ
のストランドを撚合わせたコードのピッチ長さｓ、が１
．２８１≦８！≦２．０Ｅ１１の範囲であることが好ま
しい。

すなわち複撚構造は各ストランドを同一方向で撚シ、さ
らにそれらのストランドを撚合せるときの撚方向を逆に
するのが一般的であシ（個々のストランドの撚り方向が
全て８方向であるときコードとしての撚り方向は２とな
り、個々のストランドの撚り方向が全て２方向であれば
コードの撚シ方向はＳ方向となる）、ストランド内のそ
れを構成するフィラメントは各々点接触となシ非常に接
触圧の高い状態となるが、本発明の如くその隣接するス
トランドがそれぞれ逆方向に撚られることは、複撚であ
っても線接触化に連が夛、それらの接触は十分緩和され
、非晶質合金フィラメントか脆化破断及び強力低下は軽
減されるのである。

ここで複撚構造においてはストランド数が３本、４本１
．７本のものを用いるのが一般的であるが、３及び７本
のような奇数のものは、各ストラノドをその隣接するス
トランドに対しすべて逆撚化することは不可能で本発明
の目的を満足せず本発明においては、ストランドｔ−４
本撚合せるとじ九ものである。またストランドであるＩ
Ｘｎにおいてｎを５，４，５．７としたのは複撚構造に
、おける幾何学的安定性およびフィラメント引揃性の観
点によるものである。

次にストランドの撚ピッチ長さ８１に関し８１が４１）
ａより小では先に述べた如く走行によるフィラメント表
面上のすベシ線の発生、成長が著しいので８１≧４０４
　　とするのが好ましい。

撚ピッチ長さ８１　　の上限については、１２０（１を
超えるとコードの圧縮疲労性が懸念され、また撚ピッチ
長さが長すぎるため、例えば裁断時のコード端のフレア
ー性などコード性状が非常に悪化し、タイヤへの適用が
困難となる。

またストランドを撚合わせたコードのピッチ長さ８冨　
をＬ４８１≦８１≦２．４８１　　とするのはコードの
ピッチ長さがｔ４Ｓ１≦Ｓ２≦２．４Ｓ１　未満ではス
トランドを撚ったときの撚角がストランドのそれに対し
非常に低角となり引張に対する引き揃い性が悪く高強度
が発揮できないためであシ、逆に２．４Ｂ、　　を超え
ると撚角は高くなりすぎ圧縮力に対する抵抗性が低下す
るためである。なお撚方向はＳ、ｚのいずれでも可能で
ある。

ここに、本発明において非晶質合金フィラメントとして
は鉄系非晶質合金フィラメントを用いるのが好ましいが
、これはフィラメントとして連続紡糸可能な非晶質合金
には、パラジウム系、鉄系など数基あげられるか、ゴム
物品として特にタイヤ適用という観点において、強伸度
で現行ピアノ線材と同様あるいは、それ以上が得られる
のは、鉄系とコバルト系に限られそして耐疲労性、耐食
性、経済性を考慮すると鉄系、鉄−クロム系あるいは鉄
−コバルトの混合系が有望である。この混合系の例とし
ては、Ｆｅ　５Ｂ原子係−〇ｏｆ４．５原子優−日１１
０原子係−Ｂ　１７．５原子１．Ｆｅ３９．５原子％−
Ｃｏ５Ｑ原子係−Ｔａ　８原子係−８１７，５原子係−
Ｂ１５原子係等が挙げられる。

このフィラメント素線は非晶質合金組成の溶融金属全冷
媒中へ噴射する紡糸法にて得られたものであること、ま
た、フィラメント素線が非晶質合金組成の溶融金属を冷
媒中へ噴射する紡糸法にて得られた後、断面減少率１０
係以上の引抜伸線加工処理を経たものであることが好ま
しい。

上記の如く紡糸後に断面減少率１０％以上の引抜伸線加
工処理を経ると、それによシ強度・伸度が増大すると同
時にメッキ処理におけるメッキされた金属と非晶質金属
間の密着性が非常に向上する。なおメッキ処理はゴム物
品に適用のためのゴムとの接着性を確保する点で必要で
あシ、メッキ材料としては亜鉛、コバルトが最適である
。

以上、本発明の補強材としてのコードを主としてタイヤ
に適用する場合について述べたが、コンベヤーベルト等
の工業用ゴム物品の如き他のゴム物品の補強用として広
範囲に用いられる。

（実施例） Ｆｅ７゜０ｒ１８１１６Ｂ１２　　よりなる組成に溶製
した合金母材を用いて、先端にノズル孔を持つ石英管内
で約１２００℃に加熱溶融し、次に約５℃に冷却した水
中にノズル孔を通してアルゴンガスで噴射する紡糸法に
より、１０ット約５００ＷＩ単位の非晶質合金フィラメ
ントを作製した。

紡糸径は約α１４■φでちゃその後ダイス数個を用い直
径１１１２ｍφまで伸線加工、し得られたフィラメント
を素線として表１２表２に示すように各種コード構造及
び撚ピッチ長さを変更しコードを作製し、本発明の効果
度を確認した。

タイヤへの適用法、ドラムでの試験条件は以下のとおり
である。

タイヤサイズ：　１６５ＳＲ１３ ドラム条件　：速度−・・８０ｋＩＩｌ／Ｔｌ゛　荷重
・・・、ｒ１８１５０壬負荷 内圧・・・２．０ゆ／１雪 走行距離・・・６０，０００ｋＩＩＩ 適　用　法　：このタイヤは２枚のベルト層及び１枚の
カーカス層で補強 しであるが、その両者に所定 の非晶質合金コードを適用。

試験タイヤに供試した各種弁 晶質合金コードのベルト層、 カーカス層での打込本数を以 下の第１表に示す。

第１表 供試した７種のコードの詳細 は第２表に示す。これらのう ち４×７のコードの各ストラ ンドは７本のフィラメントを 束撚したものである。

評　価　法　ニドラム走行後の耐久性をフィラメント破
断性及びフイシン ント強力低下度により評価し、 その詳細の方法については、 ■　フィラメント破断性は、走行後タイヤよりコードを
ベルト層の第１ベルト、第２ベルト及びカーカス層より
各々２０本取出し、フィラメント破断分生じてｈる個所
を数え、コード１本当りの平均値で示した。

■　フィラメント強力低下度は、コードを分解し非破断
のフィラメントの強力を測定し初期強力に対する強力保
持率で示した。

第２表がその結果であるからそこに示す如くストランド
が同一撚方向より成る一般の複撚構造である４×４構造
、そしてストランドが奇数であり隣接するストランドに
ついてすべて逆方向とすることが不可能である３×４構
造の比較例１，２に対し、本発明の要件である各ストラ
ンドがそれぞれ逆方向である４×４構造においてはフィ
ラメント破断性及びフィラメント強力低下は少なく非常
に秀れた効果を示している。

またストランドの撚ピッチ長さに関しては明らかに長く
するにつれ良化する傾向を示し、コードの撚ピッチ長さ
においては１．４　ｓｔ≦日！≦２．４８１　　の範囲
にあるものが良好であることが確認できる。

次に非晶質合金衣コードの優位性に関し耐食疲労性の観
点で確認を行なった。非晶質合金フィラメントは前述の
ものと同一の合金組成を用い現行高炭素鋼材との比較に
おいて検討した。

タイヤサイズ：１６５８Ｒ１３ 適　用　法　：撚構造、フィラメント径ピッチは次のよ
うである。

４×４×α１２（実施例−５ 同一構造） 両材料からなる上記のような撚構造を持つコードより４
７本１５０■打込のトリートを作製し、カーカスプライ
層に適用した。

試験条件：速度・−８０Ｊａｎ／　）Ｉ荷重−・Ｊ工８
１５０憾負荷 内圧・・・２．０す’ｆｆｉ” でドラム走行させるが、その走行前にタイヤに３００α
の水を封入し腐食によシタイヤ破断に到るまでの寿命を
確認した。その結果を表３に示す。

第３表 以上の通シ現行高炭素鋼材を使用したタイヤでは、腐食
疲労に基づくコード折れ破断が２０、０００１（ｍ付近
で引き起こされるが、非晶質合金材を使用したものでは
、４０，０口Ｏｋｍ走行後も故障せずしかもこの時点で
コードを構成しているフィラメントの破断も殆ど見られ
ず、非晶質合金による著しい耐食性の改善が確認された
。

（発明の効果） 以上説明してきたように本発明のゴム物品用補強材は、
非晶質合金よりなるフィラメントを用い、ＩＸｎ（ｎ：
３，４，５．７）で示されるストランドをさらに４本撚
合せてなるコードにおいて、コードを構成する４本のス
トランドの撚方向がそれぞれ隣接するストランドに対し
逆方向に撚られている構造としたことにより、従来のス
チールフィラメントを用いた場合の如く水分等に起因す
る腐食疲労破断を起すことがかくなった上に、フィラメ
ント破断性が改善され且つフィラメント強力低下が著、
シく低減し、ゴム物品の補強用として実用上極めて価値
のあるものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、非晶質合金よりなるフィラメント素線を用い、１×
   ｎ（ｎ：３、４、５、７）で示されるストランドをさら
   に４本撚合わせてなるコードにおいて、コードを構成す
   る４本のストランドの撚方向がそれぞれ隣接するストラ
   ンドに対し逆方向に撚られていることを特徴とするゴム
   物品用補強材。 ２、撚られたコードのストランドのピッチ長さＳ＿１が
   Ｓ＿１≧４０ｄ（ｄ：フィラメント径）であり、かつそ
   のストランドを撚合わせたコードのピッチ長さＳ＿２が
   １．４Ｓ＿１≦Ｓ＿２≦２．４Ｓ＿１の範囲である特許
   請求の範囲第１項記載のゴム物品用補強材。