JP4097812B2 - ゴム物品補強用スチールコードおよび空気入りタイヤ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空気入りタイヤや工業用ベルト等のゴム物品の補強材として使用されるスチールコードに関し、特に耐久性の向上をはかろうとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
ゴム物品の典型例である空気入りタイヤ、中でも建設車両用タイヤは、例えば大規模土木工事現場や鉱石採掘場で供用される大型ダンプカーなどに装着され、荒れた地表上で重い負荷の下に苛酷な稼働条件が課される。この種のタイヤは、１対のビードコア間にわたりトロイド状をなして跨がるカーカスを骨格として、さらにカーカスの径方向外側に多層のベルトを配置して補強する構造が、一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記使途の建設車両用タイヤは、特に凹凸の激しい不整地で重い荷重の下に走行されるため、そのトレッドは大きな変形を受ける結果、トレッドに形成されているラグ溝などの溝の底面には、大きな圧縮力が繰り返し加わることになる。そして、トレッドに形成された溝の底面に大きな圧縮力が加わると、ベルトのトレッド側（外側）のベルト層に圧縮歪みが生じて、この圧縮歪みがタイヤの長時間走行により繰り返し生じることによって、とりわけトレッド側のベルト層のコードに疲労が蓄積され、コード破断を誘発する。このコード破断により、タイヤ強度が小さくなり、岩などの突起物を踏むとタイヤの破壊を生じる可能性がある。
【０００４】
そこで、この発明は、とくに上記した繰り返しの圧縮変形を受ける苛酷な条件下での使用においても、十分な耐久性能を発揮し得るスチールコードを、耐久性に優れる空気入りタイヤとともに提案することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
建設車両用タイヤのベルトを構成するスチールコードには、複数本のスチールフィラメントによるストランドの複数本を撚り合わせた、いわゆる複撚り構造が採用されているのが通例である。中でも、最外側層には走行時に突起物を踏んだ際のトレッド変形に追従するように、１本または複数本のフィラメントによるコアのまわりに複数本のフィラメントを撚り合わせた、層撚り構造のストランドを複数本撚り合わせた１×ｎ構造の、複撚り構造コードが、建設車両用タイヤのベルトの特に最外側層に好んで使用されている。
【０００６】
発明者らの研究によると、上記複撚り構造コードは、圧縮歪みを受けると、各ストランドのシースフィラメントが先行して破断すること、すなわちストランドのシースフィラメントに大きな圧縮歪みが生じること、が判明した。そして、シースフィラメントが破断すると、残るフィラメントにも大きな圧縮歪みが生じて次々と破断する結果、コード破断に到る。さらに、このコードの破断過程が別のコードで次々と起こることによって、ベルトの最外側のベルト層において、コードが次々と破断し、タイヤ強度の低下をもたらす。この状態のタイヤに、例えば突起乗り越しの際などに大きい衝撃を受けると、タイヤが破壊に到る危険性は高くなるのである。
【０００７】
ここに、複撚り構造のコードにおける破断は、そのストランドのシースフィラメントに大きな圧縮歪みが生じて該フィラメントが先行破断することに起因するのが明らかになった。そこで、シースフィラメントに生じる大きな圧縮歪みを抑制する手段について鋭意究明したところ、このシースフィラメントの撚り角度を適正に規定することが、コードの耐疲労性を改善するのに極めて有効であることを見出した。
【０００８】
なお、ベルトの最外側に配したベルト層では、タイヤに受けたカット傷などから浸入する水分がコードの内部に入り込んで腐食をまねくことのないように、コードのフィラメント間の隙間がゴムで確実に埋められる、フィラメント配置とすることも肝要である。
【０００９】
この発明は、上記の知見に基づくものである。
すなわち、この発明は、１本のスチールフィラメントからなるコアと、このコアのまわりに４〜５本のスチールフィラメントを配列してなるシースとを、撚り合わせたストランドを、４〜５本撚り合わせてなるスチールコードであって、上記コアのフィラメント径ｄ_c およびシースを構成するフィラメントの径ｄ_s の比ｄ_s ／ｄ_c が1.00〜1.75の範囲にあり、各ストランドにおけるシースの撚り方向とコードの撚り方向が同一であり、下記式(1) で求められる、コード軸に対する各ストランドにおけるシースの撚り角度αが30〜52°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である。
記
α＝α₁ ＋α₂ −90 ----(1)
ここに、α₁ ＝tan ^-1｛Ｐ₁ ／π・（ｄ_c ＋ｄ_s ）｝
α₂ ＝tan ^-1｛Ｐ₂ ／π・（Ａ−ｄ_c −２ｄ_s ）｝
但し、Ｐ₁ ：ストランドの撚りピッチ（mm）
Ｐ₂ ：コードの撚りピッチ（mm）
Ａ ：コード径（mm）
なお、撚り角度αはコードの長手方向の平均値とする。
【００１０】
また、この発明は、１対のビード部間でトロイド状に延びるカーカスを骨格とし、このカーカスの径方向外側に複数層のベルトをそなえる空気入りタイヤにおいて、該ベルトの少なくとも最外側層に、上記のスチールコードを適用したことを特徴とする空気入りタイヤである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
さて、この発明に従うゴム物品補強用スチールコードは、その基本構造をｍ×（１＋ｎ）としたとき、ストランドの本数ｍが４〜５本およびシースのフィラメント本数ｎが４〜５本に限定する。なぜなら、ｍが３本以下では、建設車両用タイヤのような、巨大なタイヤのベルト最外側層のコードとして用いる場合、所定のタイヤ強度を得るために、フィラメントを太くする必要があり、フィラメントが太くなると、 突起物を踏んでコードが曲げ変形したときのフィラメント間の局所曲げによって、 フィラメント表面の歪みが大きくなり、コード切れが発生し易くなる。一方、ｍが６本以上では、ストランドの配置を同心円上とする製造が困難になり、撚り性状が悪化してコードの破断荷重が小さくなる。
【００１２】
また、ストランドにおけるコアを１本のフィラメントとしたのは、コード内にゴムが浸入するためには、必然的に１本又は２本となるが、２本とするとストランドを束ねてコードとする製造工程において、コアとシースの撚り縮み量の差から撚り不良が発生しやすい。
次に、コアおよびシースの径を後述する発明範囲にする場合、シースのフィラメント本数ｎが３本以下では、シースのフィラメント間の隙間が大きくなりすぎて撚り形状が不安定になり、一方ｎが６本以上ではゴムが浸入するための充分な隙間が確保できない。
【００１３】
なお、この発明に従う基本構造がｍ×（１＋ｎ）のコードの典型例を、図１に断面で示す。このコードは、１＋４構造のストランド１を５本撚り合わせて成る、撚り構造５×（１＋４）であり、各ストランド１は、１本のスチールフィラメントでコア２を形成し、これらのコア２のまわりで互いに隣接して配列した、４本のスチールフィラメントでシース３を形成して成る。
【００１４】
さらに、この発明のコードでは、ｍ本のストランドを撚り合わせる向き、つまりコード撚り方向を、各ストランドにおけるシースのフィラメントを撚り合わせる向き、つまりストランド撚り方向と同一にする、必要がある。なぜなら、コード撚り方向とストランド撚り方向とが異なると、ストランド相互のフィラメントが点接触するために、撚りロスすなわちフィラメント１本の破断荷量の総和を１００％としたときのコード破断荷量の低下率が大きくなり、コードの破断荷重を高くしても、それを発揮できないからである。
【００１５】
さらにまた、コアのフィラメント径ｄ_c およびシースを構成するフィラメントの径ｄ_s の比ｄ_s ／ｄ_c を1.00〜1.75の範囲にする。なぜなら、ｄ_s ／ｄ_c が1.00未満では、ストランドを束ねてコードとする製造工程においてコアとシースとの撚り縮み量の差から、コアが飛び出してしまい、一方ｄ_s ／ｄ_c が1.75をこえると、シースフィラメントの配置に偏りが生じてコードの撚り撚り性状が不均一になるからである。
【００１６】
最後に、上記した式(1) で求められる、コード軸に対する各ストランドにおけるシースの撚り角度αを30〜52°にすることが、肝要である。すなわち、αを30°未満とするには撚りピッチを非常に短くしなければならないために、コード製造工程でフィラメントに強加工を施すことが不可欠になって断線などのトラブルが発生し易くなり、一方αが52°をこえると、建設車両用タイヤのベルト最外側層に多用されている、４×（１＋５×0.25）のスチールコードよりも疲労寿命が短くなって、その結果、短時間でタイヤ破壊に到る危険がある。
【００１７】
次に、上記したコードは、その複数本を互いに並行に揃えてゴムシートに埋設してなるプライを、タイヤのベルトに適用して、カーカスの補強に供するもので、タイヤの構造としては、在来の建設車両用の空気入りタイヤに則るものでよく、例えば、図２に示す、ベルト構造が有利に適合する。ここで、同図において、符号４は図示しない１対のビードコア間でトロイド状に跨がり、かつビードコアにタイヤの内側から外側に巻き回したカーカス、５がこのカーカス４上に配置する４〜６層構造、図示例で６層のベルト、６はこのベルト上に配置するトレッドおよび７はラグ溝である。
【００１８】
ベルト５は、カーカス２のプライコードに対して傾斜して、好ましくは５０〜８０°の傾斜角度で配列した多数本のスチールコードによるゴム被覆層の複数層を、その層間でスチールコードが互いに交差する配置で重ね合わせた、構造を有する。そして、少なくとも最外側のベルト層のスチールコードとして、この発明に従うコードを適用する。
【００１９】
【実施例】
表１に示す構造のスチールコードについて、その耐久性を測定した。すなわち、各コードに対して、コード軸方向に所定の圧縮歪みを繰り返し発生させる、疲労試験を行って、コードを構成するいずれか１本のフィラメントが破断するまでの圧縮歪みの繰り返し発生数を測定した。その測定結果を、表１に併記する。
【００２０】
また、表１に示す各スチールコードを、タイヤサイズ：40.00 Ｒ57のオフロード用ラジアルタイヤの最外側ベルトプライに打ち込み数：13.1本／５cmで適用し、タイヤに7.0kgf／cm² の内圧を充填してから、実地走行させトレッドが完全に磨耗した後タイヤを解剖してコード50本を取り出しフィラメントの破断本数を調べ、その結果を比較例１のコードを用いたタイヤを100 としたときの指数で示す。残りのベルト層のうち中間の２層には、７×（３＋９×0.32mm)スチールコードを適用し、最内側の３層には７×（３＋９×0.23mm）のスチールコードを適用した。
【００２１】
【表１】

【００２２】
【発明の効果】
この発明によれば、繰り返しの圧縮変形を受ける苛酷な条件下での使用においても、十分な耐久性能を発揮し得るスチールコードを提供できる。従って、このスチールコードをタイヤのベルトの少なくとも最外側に適用することによって、従来、特に溝底に集中していた圧縮歪みに対する耐久性が大幅に改善され、耐久性に優れるタイヤの提供が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に従う、撚り構造５×（１＋４）構造コードの断面図である。
【図２】この発明に好適のタイヤを示す断面図である。
【符号の説明】
１ ストランド
２ コア
３ シース
４ カーカス
５ ベルト
６ トレッド
７ ラグ溝

Claims (2)

1. １本のスチールフィラメントからなるコアと、このコアのまわりに４〜５本のスチールフィラメントを配列してなるシースとを、撚り合わせたストランドを、４〜５本撚り合わせてなるスチールコードであって、
   上記コアのフィラメント径ｄ_c およびシースを構成するフィラメントの径ｄ_s の比ｄ_s ／ｄ_c が1.00〜1.75の範囲にあり、各ストランドにおけるシースの撚り方向とコードの撚り方向が同一であり、下記式(1) で求められる、コード軸に対する各ストランドにおけるシースの撚り角度αが30〜52°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。
   記
   α＝α₁ ＋α₂ −90 ----(1)
   ここに、α₁ ＝tan ^-1｛Ｐ₁ ／π・（ｄ_c ＋ｄ_s ）｝
   α₂ ＝tan ^-1｛Ｐ₂ ／π・（Ａ−ｄ_c −２ｄ_s ）｝
   但し、Ｐ₁ ：ストランドの撚りピッチ（mm）
   Ｐ₂ ：コードの撚りピッチ（mm）
   Ａ ：コード径（mm）
2. １対のビード部間でトロイド状に延びるカーカスを骨格とし、このカーカスの径方向外側に複数層のベルトをそなえる空気入りタイヤにおいて、該ベルトの少なくとも最外側層に、請求項１に記載のスチールコードを適用したことを特徴とする空気入りタイヤ。

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