JPWO2018190309A1

JPWO2018190309A1 - エラストマー−金属コード複合体およびこれを用いたタイヤ

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Publication number: JPWO2018190309A1
Application number: JP2019512504A
Authority: JP
Inventors: 一樹上村
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2017-04-11
Filing date: 2018-04-09
Publication date: 2020-02-27
Also published as: CN110494301A; EP3611034A1; EP3611034A4; EP3611034B1; US20200039294A1; WO2018190309A1

Abstract

金属フィラメントを撚り合わせずに引き揃えた束からなる金属コードをエラストマーで被覆した、タイヤの性能を改善し得るエラストマー−金属コード複合体およびこれを用いたタイヤを提供する。２〜１０本の金属フィラメント１が撚り合わされずに一列に引き揃えられた束からなる金属コード２が、エラストマー３により被覆されたエラストマー−金属コード複合体１０であり、金属フィラメント１が、同一型付け量および同一ピッチで型付けされており、金属コード２中に、隣り合う金属フィラメント１同士の位相が異なる金属フィラメントの対が少なくとも１つ存在する。

Description

本発明は、エラストマー−金属コード複合体およびタイヤに関し、詳しくは、金属フィラメントを撚り合わせずに引き揃えた束からなる金属コードをエラストマーで被覆したエラストマー−金属コード複合体およびこれを用いたタイヤに関する。

近年、自動車の燃費を向上させるために、タイヤを軽量化する要求が高まっている。タイヤの軽量化の手段として、ベルト補強用の金属コードが注目され、金属フィラメントを撚らずにベルト用コードとして使用する技術が多数公開されている。例えば、特許文献１では、軽量性と耐久性とを改善するにあたって、高い引張り強度で細径の金属フィラメントを、撚らずに並列に引き揃えて金属フィラメント束とし、これを被覆ゴム中に幅方向に配列させた少なくとも２枚のベルトプライでベルト層を形成したタイヤが提案されている。このタイヤにおいては、金属フィラメント束内の金属フィラメント本数を、金属フィラメント径に応じて適正化している。また、金属フィラメント束の径方向厚みも、ベルトプライ厚みに対し特定の割合とすることも提案されている。

特開２００１−３３４８１０号公報

しかしながら、特許文献１では、軽量性と耐久性については検討されているものの、他の性能については、検討がなされていない。したがって、今後、タイヤの高性能化に伴い、金属フィラメントを撚らずにベルト用コードとして使用するにあたっては、さらなる改良が求められることが予想される。

そこで、本発明の目的は、金属フィラメントを撚り合わせずに引き揃えた束からなる金属コードをエラストマーで被覆した、タイヤの性能を改善し得るエラストマー−金属コード複合体およびこれを用いた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に鋭意検討した結果、以下の知見を得た。すなわち、金属フィラメントを撚り合わせずに束ねた金属コードを用いると、ベルトトリートの圧縮入力時にスチールコードが面内への変形を抑制し、スチールコードの疲労性の悪化につながる。また、金属フィラメントを撚り合わせずに束ねた金属コードは隣接する金属フィラメント間ではゴムは浸透し難く、ゴムによって被覆されていない非ゴム被覆領域が発生する。したがってタイヤ転動時に、金属フィラメントが相互にずれてしまい、面内剛性の低下により、操縦安定性が損なわれるおそれがある。かかる知見に基づき、本発明者はさらに鋭意検討した結果、金属フィラメントの束の構成を下記のとおりとすることにより、上記課題を解消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、本発明のエラストマー−金属コード複合体は、２〜１０本の金属フィラメントが撚り合わされずに一列に引き揃えられた束からなる金属コードが、エラストマーにより被覆されたエラストマー−金属コード複合体において、
前記金属フィラメントが、同一型付け量および同一ピッチで型付けされており、前記金属コード中に、隣り合う金属フィラメント同士の位相が異なる金属フィラメントの対が少なくとも１つ存在することを特徴とするものである。ここで、図１は、金属フィラメントの型付け量ｈおよび型付けピッチｐの定義を示す金属フィラメントの説明図であり、型付け量ｈとは金属フィラメント１の線径を含まない変動の幅をいう。なお、金属フィラメント１の型付け高さｈは、型付け後の金属フィラメント１を投影機にて投影し、金属フィラメントの投影像をスクリーン等に映して計測する。

本発明のエラストマー−金属コード複合体においては、前記隣り合う金属フィラメント同士の位相差は、π／４〜７π／４であることが好ましい。また、本発明のエラストマー−金属コード複合体においては、前記隣り合う金属フィラメントの、前記金属コードの幅方向側面におけるエラストマー被覆率が、単位長さ当たり１０％以上であることが好ましい。さらに、本発明のエラストマー−金属コード複合体においては、前記金属フィラメントの型付け量が０．０３〜０．３０ｍｍ、前記金属フィラメントの型付けピッチが２〜１０ｍｍであることが好ましい。なお、本発明のエラストマー−金属コード複合体においては、真直の金属フィラメントとは、意図的に型付けをしておらず、実質的に型がついていない状態の金属フィラメントを指す。

ここで、エラストマー被覆率とは、例えば、エラストマーとしてゴムを用いた場合、本発明のエラストマー−金属コード複合体をゴム被覆した後、ゴム−スチールコード複合体からスチールコードを引き抜き、スチールコードのゴムに被覆されている部分長さを測定し、下記算出式に基づいて算出した値をいう。
エラストマー被覆率＝（ゴム被覆長／試料長）×１００（％）
なお、エラストマーとして、ゴム以外のエラストマーを用いた場合も、同様に算出することができる。

本発明のタイヤは、本発明のエラストマー−金属コード複合体が用いられてなることを特徴とするものである。

本発明によれば、金属フィラメントを撚り合わせずに引き揃えた束からなる金属コードをエラストマーで被覆した、タイヤの性能を改善し得るエラストマー−金属コード複合体およびこれを用いたタイヤを提供することができる。

金属フィラメントの型付け量ｈおよび型付けピッチｐの定義を示す金属フィラメントの説明図である。本発明の一好適な実施の形態に係るエラストマー−金属コード複合体の幅方向における部分断面図である。本発明の一好適な実施の形態のエラストマー−金属コード複合体に係る金属コードの概略平面図である。本発明の一好適な実施の形態のエラストマー−金属コード複合体に係る金属コードの幅方向概略断面図である。本発明のエラストマー−金属コード複合体に係る金属コードの他の好適な実施の形態に係る金属コードの幅方向概略断面図である。本発明のエラストマー−金属コード複合体に係る金属コードのさらに他の好適な実施の形態に係る金属コードの幅方向概略断面図である。本発明の一好適な実施の形態に係るタイヤの概略片側断面図である。

以下、本発明のエラストマー−金属コード複合体について、図面を用いて詳細に説明する。図２は、本発明の一好適な実施の形態に係るエラストマー−金属コード複合体の幅方向における部分断面図であり、図３は、本発明の一好適な実施の形態のエラストマー−金属コード複合体に係る金属コードの概略平面図であり、図４は、本発明の一好適な実施の形態のエラストマー−金属コード複合体に係る金属コードの幅方向概略断面図である。本発明のエラストマー−金属コード複合体１０は、２〜１０本の金属フィラメント１が撚り合わされずに一列に引き揃えられた束からなる金属コード２が、エラストマー３により被覆されたものである。図示例においては、５本の金属フィラメント１が、撚り合わされずに引き揃えられ、金属コード２を形成している。

本発明のエラストマー−金属コード複合体１０に係る金属コード２は、全ての金属フィラメント１が、同一型付け量および同一ピッチで型付けされており、金属コード２中に、隣り合う金属フィラメントと位相が異なるように配置された、金属フィラメントの対が少なくとも１つ存在する。このように、本発明のエラストマー−金属コード複合体１０では、型付け量および型付けピッチが同一の金属フィラメント１の位相を異ならせることで、両者の位相が合致することを避けている。このような構成とすることで、隣り合う金属フィラメント１間にエラストマーを十分に浸透させることが可能となり、その結果、圧縮入力時にスチールコードが面内への変形することができ、スチールコードの疲労性の悪化を防ぐことができる。

また、前述のとおり、金属フィラメントの束は、隣接するフィラメント間ではエラストマーは浸透し難く、エラストマーによって被覆されていない非エラストマー被覆領域が発生する。したがって、金属フィラメントを撚り合わせずに束ねた金属コードをベルト用コードとして用いた場合、この非エラストマー被覆領域において、タイヤ転動時に金属フィラメントが相互にずれてしまい、その結果、ベルトの面内剛性が低下し、操縦安定性が損なわれる結果となることがある。しかしながら、本発明のエラストマー−金属コード複合体１０は、隣り合う金属フィラメント１間にエラストマー３が十分に浸透するため上記の不具合が解消でき、本発明のエラストマー−金属コード複合体１０をベルト用コードとして用いることで、ベルトの面内剛性を向上させ、操縦安定性を改善することができる。かかる効果を良好に得るためには、隣り合う金属フィラメント１の、金属コード２の幅方向側面におけるエラストマー被覆率は、単位長さ当たり１０％以上であることが好ましく、より好ましくは２０％以上である。より好ましくは５０％以上被覆されており、８０％以上被覆されていることが更に好ましい。もっとも好ましくは９０％以上被覆されている状態である。

本発明のエラストマー−金属コード複合体は、金属コード２中の少なくとも一か所において、隣り合う金属フィラメント同士の位相が異なっているが、位相差はπ／４〜７π／４が好ましい。位相差をかかる範囲とすることで、本発明の効果を良好に得ることができる。より好ましくはπ／２〜３π／２、特に好ましくは、位相差がπの場合である。

本発明のエラストマー−金属コード複合体１０においては、金属フィラメント１の型付け量が大きすぎると、エラストマー−金属コード複合体１０中の金属コード２間の距離ｗが短くなり、本発明のエラストマー−金属コード複合体１０をベルトとして用いた場合、ベルトの強度低下の原因となる。そのため、金属フィラメント１の型付け量は、０．０３〜０．３０ｍｍ程度が好ましい。型付け量が０．３０ｍｍを超えると、エラストマー−金属コード複合体の強力が低下してしまい、本発明の効果を十分に得られなくなってしまう。特に、金属コード２間の距離ｗおよび、金属フィラメント１の強力の観点から、金属フィラメント１に型付けを施すにあたっては、型付け量は０．０３〜０．３０ｍｍが好適であり、より好ましくは、０．０３〜０．２５ｍｍであり、もっとも好ましくは０．０３〜０．２０ｍｍである。また、金属フィラメント１の型付けピッチは２〜３０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは、２〜２０ｍｍであり、もっとも好ましくは３〜１５ｍｍである。

なお、図３、４に示す金属コード２においては、型付けされている金属フィラメント１は、金属コード２の幅方向に型付けされているが、本発明のエラストマー−金属コード複合体１０においては、金属フィラメント１の型付け方向は金属コード２の幅方向に対して傾いていてもよい。図５は、本発明のエラストマー−金属コード複合体に係る金属コードの他の好適な実施の形態に係る金属コードの幅方向概略断面図である。このような構造であっても、隣り合う金属フィラメント１間にゴムを十分に浸透させることが可能であり、本発明の効果を得ることができる。しかしながら、本発明のエラストマー−金属コード複合体１０においては、軽量性の観点からは、隣り合う金属フィラメント１同士の型付け方向が金属コード２の幅方向であるほうが、エラストマー−金属コード複合体を薄くできるため好ましい。

また、本発明のエラストマー−金属コード複合体においては、型付けは２次元型付けのみに限らず、３次元型付けであってもよい。図６は、本発明のエラストマー−金属コード複合体に係る金属コードのさらに他の好適な実施の形態に係る金属コードの幅方向概略断面図である。図示例においては、金属フィラメント１は螺旋型付けが施されており、螺旋型付けが施された５本の金属フィラメント１が撚り合わされずに一列に引き揃えられて金属コード２を形成している。

本発明のエラストマー−金属コード複合体１０においては、金属フィラメント１は、一般に、鋼、すなわち、鉄を主成分（金属フィラメントの全質量に対する鉄の質量が５０質量％を超える）とする線状の金属をいい、鉄のみで構成されていてもよいし、鉄以外の、例えば、亜鉛、銅、アルミニウム、スズ等の金属を含んでいてもよい。

また、本発明のエラストマー−金属コード複合体１０においては、金属フィラメント１の表面には、メッキが施されていてもよい。メッキの種類としては、特に制限されず、例えば、亜鉛メッキ、銅メッキ、ブラスメッキ、ブロンズメッキ等が挙げられる。これらの中でもブラスメッキが好ましい。ブラスメッキを有する金属フィラメントは、ゴムとの接着性が優れているからである。なお、ブラスメッキは、通常、銅と亜鉛との割合（銅：亜鉛）が、質量基準で６０〜７０：３０〜４０である。また、メッキ層の層厚は、一般に１００ｎｍ〜３００ｎｍである。

さらに、本発明のエラストマー−金属コード複合体１０においては、金属フィラメント１の線径、抗張力、断面形状については特に制限はない。例えば、金属フィラメント１の線径は０．１５ｍｍ〜０．４０ｍｍとすることができる。また、金属フィラメント１として、抗張力が２５００ＭＰａ以上のものを用いることができる。さらに、金属フィラメント１の幅方向の断面形状も特に制限されず、楕円状、矩形状、三角形状、多角形状等であってもよいが、円状が好ましい。なお、本発明のエラストマー−金属コード複合体１０においては、金属コード２を構成する金属フィラメント１を拘束する必要がある場合には、ラッピングフィラメントを使用してもよい。

また、本発明のエラストマー−金属コード複合体１０においては、金属コード２を被覆するエラストマー３に関しても特に制限はなく、従来、金属コードを被覆するために用いていたゴム等を用いることができる。これ以外にも、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、エポキシ化天然ゴム、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ、高シスＢＲおよび低シスＢＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ＮＢＲ、水素化ＳＢＲ等のジエン系ゴムおよびその水添物、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ、ＥＰＭ）、マレイン酸変性エチレンプロピレンゴム（Ｍ−ＥＰＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、イソブチレンと芳香族ビニルまたはジエン系モノマー共重合体、アクリルゴム（ＡＣＭ）、アイオノマー等のオレフィン系ゴム、Ｂｒ−ＩＩＲ、ＣＩ−ＩＩＲ、イソブチレンパラメチルスチレン共重合体の臭素化物（Ｂｒ−ＩＰＭＳ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ヒドリンゴム（ＣＨＲ）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、塩素化ポリエチレンゴム（ＣＭ）、マレイン酸変性塩素化ポリエチレンゴム（Ｍ−ＣＭ）等の含ハロゲンゴム、メチルビニルシリコンゴム、ジメチルシリコンゴム、メチルフェニルビニルシリコンゴム等のシリコンゴム、ポリスルフィドゴム等の含イオウゴム、ビニリデンフルオライド系ゴム、含フッ素ビニルエーテル系ゴム、テトラフルオロエチレン−プロピレン系ゴム、含フッ素シリコン系ゴム、含フッ素ホスファゼン系ゴム等のフッ素ゴム、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、エステル系エラストマー、ウレタン系エラストマー、ポリアミド系エラストマー等の熱可塑性エラストマーを好ましく使用することができる。これらのエラストマーは１種単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。また、エラストマーには、硫黄、加硫促進剤、カーボンブラックの他に、タイヤやコンベアベルト等のゴム製品で通常使用される老化防止剤、酸化亜鉛、ステアリン酸等を適宜配合することができる。

本発明のエラストマー−金属コード複合体は、既知の方法にて製造することができる。例えば、本発明に係る金属コードを所定の間隔で平行に並べ、この金属コードを上下両側から、エラストマーからなる厚さ０．５ｍｍ程度のシートでコーティングして製造することができる。また、金属フィラメントの型付けについても、通常の型付け機を用いて、従来の手法で行うことができる。

次に、本発明のタイヤについて説明する。
本発明のタイヤ１００は、本発明のエラストマー−金属コード複合体１０を用いてなるものであり、例えば、乗用車用タイヤやトラック・バス用タイヤを挙げることができる。図７に、本発明の一好適な実施の形態に係るタイヤの概略片側断面図を示す。図示するタイヤ１００は、接地部を形成するトレッド部１０１と、このトレッド部１０１の両側部に連続してタイヤ半径方向内方へ延びる一対のサイドウォール部１０２と、各サイドウォール部１０２の内周側に連続するビード部１０３とを備えた空気入りタイヤ１００である。

図示するタイヤ１００は、トレッド部１０１、サイドウォール部１０２およびビード部１０３は、一方のビード部１０３から他方のビード部１０３にわたってトロイド状に延びる一枚のカーカス層からなるカーカス１０４により補強されている。また、トレッド部１０１は、カーカス１０４のクラウン領域のタイヤ径方向外側に配設した少なくとも２層、図示する例では２層の第１ベルト層１０５ａと第２ベルト層１０５ｂとからなるベルト１０５により補強されている。ここで、カーカス１０４のカーカス層は複数枚としてもよく、タイヤ周方向に対してほぼ直交する方向、例えば、７０〜９０°の角度で延びる有機繊維コードを好適に用いることができる。

本発明のタイヤ１００においては、第１ベルト層１０５ａおよび第２ベルト層１０５ｂに、上記本発明のエラストマー−金属コード複合体１０を用いることができる。本発明のエラストマー−金属コード複合体１０を用いることにより、第１ベルト層１０５ａのスチールコードと第２ベルト層１０５ｂの厚みを薄くすることができ、タイヤの軽量化を図ることができる。また、本発明のエラストマー−金属コード複合体１０をベルト用コードに用いることで、ベルトの耐久性および操縦安定性を同時に向上させることができる。

本発明のタイヤ１００は、本発明のエラストマー−金属コード複合体１０を用いてなるものであればよく、それ以外の具体的なタイヤ構造についても、特に制限されるものではない。また、本発明のエラストマー−金属コード複合体１０の適用箇所はベルト１０５に限られるものではない。例えば、ベルト１０５のタイヤ径方向外側に配置されたベルト補強層や、その他の補強部材としても用いてもよい。なお、タイヤ１００に充填する気体としては、通常のあるいは酸素分圧を調整した空気の他、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを用いることができる。

以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
＜実施例１〜６＞
図３に示すような、５本のスチールフィラメント（線径：０．２５ｍｍ）を束ねたスチールコードを作製した。型付け量、型付けピッチは表１に示すとおりである。得られたスチールコードを上下両側から、ゴムからなる厚さ０．５ｍｍ程度のシートでコーティングし、１６０℃、２０分にて加硫を行った。なお、ゴムとしては、下記のものを用いた。

天然ゴム１００質量部
カーボンブラック^＊１６１質量部
亜鉛華５質量部
老化防止剤^＊２１質量部
加硫促進剤^＊３１質量部
硫黄５質量部
＊１Ｎ３２６、ＤＢＰ吸油量７２ｍｌ／１００ｇ、Ｎ_２ＳＡ７８ｍ^２／ｇ
＊２Ｎ−フェニル−Ｎ’−１，３−ジメチルブチル−ｐ−フェニレンジアミン（商品名：ノクラック６Ｃ、大内新興化学工業株式会社製）
＊３Ｎ，Ｎ’−ジシクロヘキシル−２−ベンゾチアジルスルフェンアミド（商品名：ノクセラーＤＺ、大内新興化学工業株式会社製）

＜比較例１＞
全てのスチールフィラメントを真直なものとしたこと以外は実施例１と同様にしてゴム−スチールコード複合体を作製した。

＜比較例２＞
位相差を設けなかったこと以外は実施例１と同様にしてゴム−スチールコード複合体を作製した。

得られた各ゴム−スチールコード複合体を、ベルト層の補強材として用い、図６に示すタイプのタイヤ（サイズ：２０５／５５Ｒ１６）を作製した。ゴム−スチールコード複合体のスチールコードの打ち込み数は２５本／５０ｍｍ、ベルト角度は６２°とした。得られたタイヤにつき、スチールコード折れ性および操縦安定性について、下記の手順で評価を行った。なお、エラストマー被覆率は、以下の手順で算出した。得られた結果を表１に併記する。

＜エラストマー被覆率（％）＞
エラストマー被覆率は、タイヤから各ゴム−スチールコード複合体を、タイヤ周上４箇所、ベルト幅全域から引き抜き、コード上に残っているゴム付き量を測定し求めた。エラストマー被覆率の算出式は以下のとおりである。
エラストマー被覆率＝（ゴム被覆長／試料長）×１００（％）
なお、ゴム被覆長は引き抜いたスチールコードをコード長手方向に直行する方向から観察した際にスチールコード表面がゴムで完全に被覆されている領域の長さである。数字が大きいほど接着力が高く、性能がよいことを示す。

＜強力＞
得られたゴム−スチールコード複合体から、所定本数のスチールフィラメントからなる束コードを採取し、解剖した束コードを間隔約１００ｍｍでつかみ、破断するまで徐々に引っ張り、破断荷重をインストロン社の万能材料試験機にて測定した。得られた値を、比較例１を１００とする指数にて表示した。この値が大きいほど、強力に優れていることを意味する。得られた結果を表１、２に併記する。

＜スチールコード折れ性評価法＞
各供試タイヤをＪＡＴＭＡ規格に定める標準リムに装着後、正規荷重の１．０５倍の荷重条件にて、１００ｋＰａ内圧を充填し、８の字旋回走行が可能な自動操縦装置を備えた車両にて、８の字旋回テストコースを旋回加速度０．７Ｇ、時速２５ｋｍ／ｈで３００ラップ走行後、タイヤを解剖してベルト折れ性を比較した。実施例は比較例１を基準としてスチールコードの破断発生率を指数化し、１００未満の場合を◎（良好）、１００以上１１０未満の場合を○（同等）、１１０以上を×（悪い）とした。結果を表１に併記する。この数値が小さいほど、コード疲労性に優れている。

＜操縦安定性評価法＞
各供試タイヤをＪＡＴＭＡ規格に定める標準リムに装着後、乾燥状態（ドライ）のサーキットにおけるドライバーのフィーリング走行により、操縦安定性の評価を行った。実施例は比較例１を基準の○として、劣っている場合を×、優れている場合を◎として、表１に示す。

以上より、本発明のエラストマー−金属コード複合体は、エラストマー被覆率に優れていることがわかる。

１金属フィラメント
２金属コード
３エラストマー
１０エラストマー−金属コード複合体
１００タイヤ（空気入りタイヤ）
１０１トレッド部
１０２サイドウォール部
１０３ビード部
１０４カーカス
１０５ベルト層

Claims

２〜１０本の金属フィラメントが撚り合わされずに一列に引き揃えられた束からなる金属コードが、エラストマーにより被覆されたエラストマー−金属コード複合体において、
前記金属フィラメントが、同一型付け量および同一ピッチで型付けされており、前記金属コード中に、隣り合う金属フィラメント同士の位相が異なる金属フィラメントの対が少なくとも１つ存在することを特徴とするエラストマー−金属コード複合体。
前記隣り合う金属フィラメント同士の位相差が、π／４〜７π／４である請求項１記載のエラストマー−金属コード複合体。
前記隣り合う金属フィラメントの、前記金属コードの幅方向側面におけるエラストマー被覆率が、単位長さ当たり１０％以上である請求項１または２記載のエラストマー−金属コード複合体。
前記金属フィラメントの型付け量が０．０３〜０．３０ｍｍ、前記金属フィラメントの型付けピッチが２〜１０ｍｍである請求項１〜３のうちいずれか一項記載のエラストマー−金属コード複合体。
請求項１〜４のうちいずれか一項記載のエラストマー−金属コード複合体が用いられてなることを特徴とするタイヤ。