WO2013168678A1 - ゴム物品補強用スチールコードおよびそれを用いたタイヤ - Google Patents

Abstract

　カーカスプライに用いるスチールコードのコード構造の改良により、未加硫状態の保管時における生タイヤの変形抵抗力を向上して、変形に起因する製品不良の発生を抑制しつつ、タイヤ軽量化を図るための技術を提供する。　複数本の素線（１），（２），（３）を層撚り構造に撚り合わせてなるストランド（１１），（１２）の複数本が、２層の層撚り構造に撚り合わされてなる複撚り構造を有するゴム物品補強用スチールコードである。コード質量が３５ｇ／ｍ以上６５ｇ／ｍ以下であり、かつ、曲げ剛性Ｇ（Ｎ・ｍｍ^２）とコード断面積Ａ（ｍｍ^２）との比Ｇ／Ａ（Ｎ）が、４００Ｎ以上６５０Ｎ以下である。

Description

ゴム物品補強用スチールコードおよびそれを用いたタイヤ

　本発明はゴム物品補強用スチールコード（以下、単に「コード」とも称する）およびそれを用いたタイヤに関し、詳しくは、タイヤ等のゴム物品、中でも特に、超大型建設車両用タイヤの補強材として好適に使用されるゴム物品補強用スチールコード、および、それを用いたタイヤに関する。

　一般に、タイヤの製造工程においては、加硫前の生タイヤ（未加硫タイヤ）を一時保管する必要がある。ところが、特に、未加硫の超大型ラジアル（ＯＲＲ，Ｏｆｆ　ｔｈｅ　Ｒｏａｄ　Ｒａｄｉａｌ）タイヤを一時保管する場合には、生タイヤの自重により、生タイヤが変形を生ずる場合があった。

　変形の度合が大きくなると、カーカスプライ材と周辺部材との間にずれが発生して、設計通りのタイヤ製品とならない不具合が起きる場合がある。設計通りではないタイヤ製品が過酷な使用条件下で使用されると、カーカスプライの変形部に歪が集中して、セパレーション故障の原因の一つになるおそれがあるので、このようなタイヤは商品として出荷することができず、損失となる。一方で、昨今の省資源化の流れの中では、カーカスプライ材についても軽量化が必要となるが、カーカスプライ材の使用量を単純に減少させると、このような生タイヤの変形不具合を助長してしまう。

　生タイヤ変形を防止するための保管方法に関する従来技術としては、例えば、載置台上に載置した未加硫タイヤの上側ビード部を支え、上側ビード部が自重により変形するのを防止するビード支持装置を備えた未加硫タイヤの保管装置に係る技術がある（特許文献１参照）。また、特許文献２には、シェーピング機構により形状が整えられた横置き状態の大型未加硫タイヤを一時保管する際、固定フレームの中央部に取付けられた中央支持体によりシェーピング機構を下方から支持する一方、中央支持体を囲む外側支持体により、大型未加硫タイヤの少なくとも下側ショルダー部を下方から支持し、かつ、外側支持体を昇降手段により昇降させることで、両ビード部の中間位置とトレッドセンターとを同一高さに保持するようにした大型未加硫タイヤの一時保管方法が記載されている。

特開２００９－１７２７９３号公報（特許請求の範囲等） 特開２００６－２１４５６号公報（特許請求の範囲等）

　タイヤの大型化に対応して、カーカスプライについても高い強度と耐久性を確保するために、カーカスプライ材としてのスチールコードには、一般に、複撚り構造が用いられている。複撚り構造とは、複数本の素線を撚り合わせてなるストランドを、さらに複数本にて撚り合せたコード構造をいう。また、場合により、複撚りコードの最外側には、ラッピングワイヤが適宜巻回（ラッピング）されている。

　一方で、近年の省資源化およびタイヤ軽量化の要請から、スチールコードは細径化される傾向にある。コードの細径化にあたり相似形の縮小構造とすると、コードを構成する素線も細くなるが、素線が細くなると、コードの曲げ剛性は素線径の４乗に略比例して、急速にしなやかなものとなる。

　タイヤの製造工程において、特に、加硫前の生タイヤの状態では、タイヤを構成するゴムは流動的であるので、一時保管に際して特許文献１のような機構でビードの落ち込みを防止しても、サイドウォール部には自重による変形作用がかかっている状態となる。このような状況下でコードを細径化すると、サイドウォール部の自重による変形が塑性的なものとなり、設計通りの製品とならない不具合が起きる場合がある。タイヤが大きければ、それを構成する部材の自重も大きくなるので、特に、リム径５７インチ以上、中でも６３インチ以上の超大型タイヤにおいては、問題が顕著となる。

　そこで本発明の目的は、カーカスプライに用いるスチールコードのコード構造の改良により、未加硫状態での保管時における生タイヤの変形抵抗力を向上して、変形に起因する製品不良の発生を抑制しつつ、タイヤ軽量化を図るための技術を提供することにある。

　本発明者は鋭意検討した結果、カーカスプライに用いるスチールコードとして、複撚り構造を有し、単位長さあたりのコード質量、および、曲げ剛性Ｇとコード断面積Ａの比Ｇ／Ａの値が所定範囲を満足するコードを用いることで、上記課題を解決できることを見出して、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、複数本の素線を層撚り構造に撚り合わせてなるストランドの複数本が、２層の層撚り構造に撚り合わされてなる複撚り構造を有するゴム物品補強用スチールコードであって、
　コード質量が３５ｇ／ｍ以上６５ｇ／ｍ以下であり、かつ、曲げ剛性Ｇ（Ｎ・ｍｍ^２）とコード断面積Ａ（ｍｍ^２）との比Ｇ／Ａ（Ｎ）が、４００Ｎ以上６５０Ｎ以下であることを特徴とするものである。

　本発明のコードにおいては、前記複撚り構造の外側にラッピングワイヤが巻き付けられていることが好ましい。また、前記素線の素線径は、好適には０．２０５ｍｍ以上０．２８５ｍｍ以下である。さらに、コードを構成する前記素線の本数は、好適には７７本以上１６８本以下である。さらにまた、前記ストランドは、１＋６＋１０、１＋６＋１２、２＋９または２＋９＋１３構造を有することが好ましい。さらにまた、前記ストランドは、７本以上９本以下にて撚り合わされてなることが好ましい。

　また、本発明のタイヤは、上記本発明のゴム物品補強用スチールコードをカーカスプライの補強材として用いたことを特徴とするものである。本発明は、リム径５７インチ以上の超大型建設車両用タイヤに適用した際に特に好適である。

　本発明によれば、上記構成としたことにより、未加硫状態の保管時における生タイヤの変形抵抗力を向上することができるゴム物品補強用スチールコードを実現することができる。よって、本発明によれば、かかるゴム物品補強用スチールコードを用いることで、変形に起因する製品不良の発生を抑制しつつ軽量化を図ったタイヤを実現することが可能であり、特には、リム径５７インチ以上の超大型建設車両用タイヤにおいて、カーカスプライの軽量化を図った場合でも、生タイヤの変形に起因する不良によるタイヤ製造上の損失を低減することができる。

実施例１、実施例２および実施例３で用いた７×（１＋６＋１２）＋１構造のコードの断面構造を示す模式的断面図である。 実施例４および実施例５で用いた７×（１＋６＋１０）＋１構造のコードの断面構造を示す模式的断面図である。 実施例６で用いた７×（２＋９）＋１構造のコードの断面構造を示す模式的断面図である。 実施例７で用いた７×（２＋９＋１３）＋１構造のコードの断面構造を示す模式的断面図である。 比較例および従来例３で用いた７×（３＋９＋１５）＋１構造のコードの断面構造を示す模式的断面図である。 従来例１および従来例４で用いた７×（３＋９）＋１構造のコードの断面構造を示す模式的断面図である。 従来例２で用いた７×（３＋９＋１３）＋１構造のコードの断面構造を示す模式的断面図である。 本発明のタイヤの一例を示すタイヤ幅方向片側断面図である。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
　図１に、本発明のゴム物品補強用スチールコードの一例の断面構造を示す模式的断面図を示す。また、図２～４は、本発明のゴム物品補強用スチールコードの他の例の断面構造を示す模式的断面図である。

　図示するように、本発明のゴム物品補強用スチールコード１０は、複数本の素線を層撚り構造に撚り合わせてなるストランドの複数本が、２層の層撚り構造に撚り合わされてなる複撚り構造を有するものである。図示するコード１０は、コア素線１と、第１シース素線２と、第２シース素線３とからなる３層の層撚り構造を有するコアストランド１１およびシースストランド１２を２層の層撚り構造に撚り合わせた複撚り構造を有し、複撚り構造の外側には、ラッピングワイヤ４が巻き付けられている。ここで、本発明のコードにおいてラッピングワイヤ４は必須ではなく、所望に応じて設けることができるものである。

　本発明のコードにおいては、単位長さあたりのコード質量が３５ｇ／ｍ以上６５ｇ／ｍ以下であって、曲げ剛性Ｇ（Ｎ・ｍｍ^２）とコード断面積Ａ（ｍｍ^２）との比Ｇ／Ａ（Ｎ）が、４００Ｎ以上６５０Ｎ以下である点が重要である。長さ１ｍあたりのコード質量を所定範囲として、タイヤにおけるスチール量を確保することで、特に、大型タイヤ、中でも、リム径５７インチ以上程度の超大型タイヤにおいても、タイヤの基本的な機能の一つとしての内圧や荷重の支持が可能となる。また、スチールコードの単位断面積あたりの曲げ剛性を上記範囲で大きく確保することで、生タイヤの自重による変形作用に対しコードのたわみ量を抑制できるので、生タイヤの変形の抵抗力を向上させることができる。よって、本発明によれば、コードを軽量かつ細径化しても、タイヤの製造工程における生タイヤの変形抵抗力を向上して、生タイヤの変形を抑制することができ、タイヤの軽量化に伴う生タイヤの変形に起因する不良によるタイヤ製造上の損失を低減することができる。

　コード質量が３５ｇ／ｍより小さい場合、スチール量が少ないことから、タイヤの基本機能の一つである内圧や荷重を支えることが、特にリム径５７インチ以上の超大型タイヤにおいて、困難な方向になる。この機能を高めるためには、コード質量は、４０ｇ／ｍ以上であることがより好ましい。一方、コード質量が６５ｇ／ｍより大きい場合、コード径が大きくなるため、これを被覆するのに多くのゴムが必要となり、不経済となる。より軽量なタイヤとするためには、コード質量を５５ｇ／ｍ以下とすることがより好ましい。なお、タイヤ製品中から取り出したゴム被覆状態のスチールコードについて単位長さあたりのコード質量を評価するには、ニトロベンゼンのような脱硫作用のある媒質でゴムを除去した後に残るスチールコードについて重量を測り、単位長さあたりに換算すればよい。

　また、曲げ剛性Ｇとコード断面積Ａとの比Ｇ／Ａが４００Ｎより小さい場合、生タイヤの自重による変形作用に対し、コードのたわみ量が大きくなり、生タイヤの変形の抵抗力が小さくなる。この効果を高めるためには、比Ｇ／Ａを５００Ｎ以上とすることがより好ましい。一方、比Ｇ／Ａが６５０Ｎより大きい場合、コードをカーカスプライコードに適用した場合に、ビード部に巻き付ける際における反発作用が強くなり、タイヤ製造上の精度が悪化するという不具合が新たに発生する傾向となる。この不具合を回避するためには、比Ｇ／Ａは、６００Ｎ以下であることがより好ましい。

　ここで、本発明においてコードの曲げ剛性Ｇ（Ｎ・ｍｍ^２）は、コードを構成する素線の素線径をｄ_ｉ（ｍｍ）、その素線の本数をｎ_ｄｉ、素線材料の縦弾性係数をＥ（ｋｇｆ／ｍｍ^２）（鋼の場合２１０００ｋｇｆ／ｍｍ^２）、断面２次モーメントをＩ_ｄｉ（ｍｍ^４）として、Ｇ＝Σ_ｉｎ_ｄｉ×（Ｅ×９．８）×Ｉ_ｄｉ＝Σ_ｉｎ_ｄｉ×２１０００×９．８×πｄ_ｉ ^４／６４（Ｎ・ｍｍ^２）により計算されるものである。なお、コードがラッピングワイヤを含む場合には、これも素線径ｄ_ｉの１本の素線として含める。また、ラッピングワイヤを除くコード径をφ（ｍｍ）とすれば、コード断面積Ａ＝π×（φ／２）^２（ｍｍ^２）で計算できる。

　上記条件を満足する本発明のコードは、コード構造と、素線径との組合せにより、得ることができるものである。本発明においては、具体的には、複撚りコードにおける各ストランドを構成する各層の素線の中心が、３本撚りコア構造と比較してストランドの中心により近い簡素な構造を採用し、一方で素線径を太くすることで、上記コード質量および比Ｇ／Ａに係る条件を満足するコードを得ることができる。かかる好適なストランド構造の具体例としては、例えば、１＋６＋１０、１＋６＋１２、２＋９および２＋９＋１３などを挙げることができる。

　本発明においては、上記複撚り構造のスチールコードにおいて、単位長さあたりのコード質量および比Ｇ／Ａの値に係る条件を満足するものであれば、使用する素線の素線径やコード径、撚りピッチ等については、特に制限されるものではなく、所望に応じ適宜選定することが可能である。　

　例えば、本発明において、コードを構成する素線の素線径は、好適には０．２０５ｍｍ以上０．２８５ｍｍ以下とすることができる。また、コードを構成する素線の本数は、好適には７７本以上１６８本以下である。さらに、本発明のコードにおいては、上記ストランドが７本以上９本以下にて撚り合わされていることが好ましい。

　本発明のタイヤは、上記本発明のコードをカーカスプライの補強材として用いたものであり、これにより、未加硫状態の保管時における変形抵抗力を向上して、変形に起因する製品不良の発生を抑制しつつ、軽量化を図ることが可能となる。本発明のタイヤとしては、具体的には例えば、図８に示す建設車両用タイヤを好適に挙げることができる。図示する建設車両用タイヤは、１対のビードコア２０間でラジアル方向に延びるスチールコードのプライからなるカーカス２１と、このカーカス２１のクラウン部のタイヤ径方向外側に配置した、少なくとも２枚、図示例では６枚のベルト２２と、このベルト２２のタイヤ径方向外側に配置したトレッド２３とを具備する。

　本発明のタイヤにおいては、上記本発明のスチールコードを補強材として用いる以外の点については特に制限されるものではなく、常法に従い適宜構成することが可能である。本発明は、特には、リム径５７インチ以上、特には６３インチ以上の超大型建設車両用タイヤに適用した際に有用である。かかる超大型建設車両用タイヤは、通常、１対のビードコア間でラジアル方向に延びるスチールコードのプライからなる１枚以上のカーカスと、そのクラウン部のタイヤ径方向外側に配置された、少なくとも４枚以上のベルト交錯層と、そのタイヤ径方向外側に配置されたトレッドと、を具備する。

　以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
　下記表中に示す条件に従い、タイヤ内で使用される状態のスチールコードと未加硫ゴムとの複合体シートを作製して、その曲げ剛性および部材重量を測定し、比較した。すなわち、生タイヤの変形は、タイヤの骨格材であるカーカスプライの曲げ剛性が小さい場合に顕著に現れるものであるので、複合体シートの曲げ剛性を、変形に対する抵抗力の指標として用いた。

　複合体シートは、具体的には、以下のようにして作製した。各スチールコードを、そのラッピングワイヤを除くコード径φ（ｍｍ）の約３５％に相当する間隔（コード間隔Ｗ）を空けて平面に並列させ、それらの上下からゴムシートを圧着させて、部材表面からラッピングワイヤを除くコード表面までのゴム厚み２．５ｍｍにて被覆した模擬的なカーカスプライ用ゴム被覆材料としての複合体シートを作製した。かかる複合体シートについて、単位幅あたりの曲げ剛性および重量を測定して、比較例を１００としたときの指数にて示した。曲げ剛性については、数値が大なるほど変形抵抗力が高く良好であることを示し、重量については、数値が小なるほど軽量であって良好であることを示す。これらの結果を、下記の表中に併せて示す。

＜曲げ剛性（複合体シート）＞
　複合体シートの曲げ剛性は、１００ｍｍの間隔で複合体シートを支持し、その中間点を、３点曲げの要領で１５ｍｍ押し込んだ際の押し込み量と押し込み力とのカーブを測定することにより評価した。押し込み過程における押し込み力をＰ（Ｎ）、押し込み量をδ（ｍｍ）とすると、その傾きΔ＝ｄＰ／ｄδ（Ｎ／ｍｍ）が得られ、保持間隔をＬ（ｍｍ）としたとき、Ｇ＝（Ｅ×９．８）×Ｉ＝Δ×Ｌ^３／４８（Ｎ・ｍｍ^２）（Ｅ：縦弾性係数（ｋｇｆ／ｍｍ^２）、Ｉ：断面２次モーメント（ｍｍ^４））で測定される。値は、δ＝１０ｍｍ、Ｌ＝１００ｍｍの条件下で比較した。

　上記表中に示すように、比較例と対比して、各従来例では、曲げ剛性を維持しつつ軽量化を図ることはできないことが分かる。これに対し、各実施例では、曲げ剛性を保ちつつ軽量化が図られていることが確かめられた。

１　コア素線
２　第１シース素線
３　第２シース素線
４　ラッピングワイヤ
１１　コアストランド
１２　シースストランド
１０　ゴム物品補強用スチールコード
２０　ビードコア
２１　カーカス
２２　ベルト
２３　トレッド

Claims (8)

1. 　複数本の素線を層撚り構造に撚り合わせてなるストランドの複数本が、２層の層撚り構造に撚り合わされてなる複撚り構造を有するゴム物品補強用スチールコードであって、
   　コード質量が３５ｇ／ｍ以上６５ｇ／ｍ以下であり、かつ、曲げ剛性Ｇ（Ｎ・ｍｍ^２）とコード断面積Ａ（ｍｍ^２）との比Ｇ／Ａ（Ｎ）が、４００Ｎ以上６５０Ｎ以下であることを特徴とするゴム物品補強用スチールコード。
2. 　前記ストランドが、１＋６＋１０、１＋６＋１２、２＋９または２＋９＋１３構造を有する請求項１記載のゴム物品補強用スチールコード。
3. 　前記複撚り構造の外側にラッピングワイヤが巻き付けられている請求項１記載のゴム物品補強用スチールコード。
4. 　前記素線の素線径が０．２０５ｍｍ以上０．２８５ｍｍ以下である請求項１記載のゴム物品補強用スチールコード。
5. 　コードを構成する前記素線の本数が７７本以上１６８本以下である請求項１記載のゴム物品補強用スチールコード。
6. 　前記ストランドが７本以上９本以下にて撚り合わされてなる請求項１記載のゴム物品補強用スチールコード。
7. 　請求項１記載のゴム物品補強用スチールコードをカーカスプライの補強材として用いたことを特徴とするタイヤ。
8. 　リム径５７インチ以上の超大型建設車両用タイヤである請求項７記載のタイヤ。

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