JP4097820B2 - ゴム物品補強用スチールコード - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空気入りタイヤやコンベヤベルトの補強材として供されるゴム物品補強用スチールコード、特に複数本のスチールフィラメントを撚り合わせたストランドの複数本を更に撚り合わせた複撚り構造のゴム物品補強用スチールコードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空気入りタイヤ、中でも建設車両用タイヤの補強やコンベアベルトの補強に使用されるスチールコードは、高い強力が必要とされるところから、複数本のスチールフィラメントを撚り合わせたストランドの複数本を更に撚り合わせた複撚り構造、例えば３＋９＋15構造のコアストランドのまわりに、同構造のストランドの６本をシースストランドとして撚り合わせた、７×（３＋９＋15）構造のスチールコードが広く使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この複撚り構造のコードにおける強力は、コードを構成するストランドの強力、更にはストランドを構成するフィラメントの強力の積み重さねであるが、ストランド強力の総和がコード強力に、またフィラメント強力の総和がストランド強力になるわけではなく、ストランド同士またはフィラメント同士の接触状態や撚り角などによる影響を受けて、それらの総和より小さくなるのが一般的である。
【０００４】
このようにコード強力はストランドの接触またはフィラメント同士の接触によって影響を受けるが、とりわけ悪路を走行する建設車両用タイヤでは、岩石等による凹凸部上を走行するために、タイヤ内のスチールコードに該コード長さ方向と直角の応力が加わり易く、かような場合に、コードのフィラメント同士の接触がコード強力に与える影響は極めて大きくなる。例えば、ストランド内でまたはストランド間でフィラメント同士が点接触しているような場合、その点接触部分に応力が集中し易いために、ここを起点としてフィラメントが容易に破断し、曲げ入力を受けないときのコード強力に比べて、大きな曲げ入力を受けたときのコード強力が大きく低下し、その結果、コード破断更にはタイヤバーストなどの事故に発展することが、問題となっていた。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、上述の問題点に鑑み、例えば悪路を走行するタイヤのように、大きな曲げ入力を受ける使用環境において、コードの強力低下を抑制することのできる、複撚り構造のスチールコードを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、この発明の要旨構成は、次のとおりである。
(1) コアストランドのまわりに複数本のシースストランドを撚り合わせた複撚り構造のスチールコードであって、各ストランドは、複数本のスチールフィラメントを同一方向およびほぼ同一ピッチにて撚り合わせて成り、シースストランドの最外層を構成するスチールフィラメントの撚り方向が、隣接するシースストランド間において逆であり、コアストランドの最外層を構成するスチールフィラメントの撚り方向と、コアストランドに対するシースストランドの撚り方向とが同じ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。
【０００７】
(2) 上記(1) において、各ストランドは、コアのまわりに複数本のスチールフィラメントによるシースの少なくとも１層を配置した、層撚り構造であり、各ストランドにおいて、コアとシースの撚り方向および撚りピッチが同じ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。
【０００８】
(3) 上記(1) または(2) において、コード外周にラッピングフィラメントを巻き付けていないか、またはコード外周に有機繊維によるラッピングフィラメントを巻き付けたことを特徴とするゴム物品補強用スチールコード。
【０００９】
【発明の実施の形態】
さて、図１に、この発明に従うスチールコードの断面を、撚り構造７×（３＋９＋15）構造について示す。
該スチールコードは、３本のスチールフィラメントを撚り合わせたコア１のまわりに、９本のスチールフィラメントによる第１シース２を撚り合わせ、さらにこの第１シース２のまわりに15本のスチールフィラメントによる第２シース３を撚り合わせた、コアストランド４を中心として、その周囲に、同３＋９＋15構造のシースストランド５ａ〜５ｆの６本を撚り合わせてなる。
【００１０】
なお、ストランドの構造としては、その他にも、図２に示す３＋９構造や、１×５、１＋６、３＋１０＋１５および３＋８＋１３構造等が適しているが、特に限定するものではなく、適宜の選択が可能である。また、シースストランドも、図１または図２に示す単層に限らず、シースストランドを複数層で設けることも可能である。
【００１１】
ここで、複撚り構造のコードについて、各ストランドに曲げ入力が加わった場合に、フィラメント同士の接触状態が引張り強さにどのような影響を与えるかを検討した。
【００１２】
まず、ストランド内でのフィラメント同士の接触状態を変えて曲げ入力を加えながらフィラメントの引張り強さを評価するために、図３に示す装置を用いて試験を行った。すなわち、フィラメントに曲げを加えるために、円柱６の周面上に該円柱の母線に対して所定の角度でフィラメントＡを配置し、その上にフィラメントＢを円柱６の母線に対して直交する向きで円柱の周面に巻き付けて配置しチャック７にて把持し、円柱６とチャック７をインストロン引張り試験機にて引張りフィラメントＢが破断する強さを求め、その値を、通常の曲げを付加しない一軸の引張試験におけるフィラメントの引張り強さの２倍の値で除したものを、フィラメントの強力発揮率とした。この強力発揮率が高いほど、曲げ入力時のストランドにおける強力低下は少なくなる。
【００１３】
また、図４にフィラメントの引張り強さとフィラメント交叉角度が90°における強力発揮率との関係を示すように、引張り強さを高くすると強力発揮率が低下することがわかる。従って、強力発揮率を高くするには、引張り強さを低くすることが有効であるが、フィラメントの引張り強さは、ストランドひいてはコードに必要な強力から定める必要があるから、強力発揮率を向上させるための要因にすることはできない。
【００１４】
次に、径の異なるフィラメント同士が接触した場合を考慮して、フィラメントの径が強力発揮率に与える影響について詳細に調査したところ、フィラメント径の影響を、次式(1) に近似させて整理することができた。
フィラメント強力発揮率（％）＝ｋ×θ＋100 ----(1)
ただし、ｋ＝−1.6 ×１０-15 ×Φ1 ×Φ2 ×ＴＳ6 −0.01
ここで
θ：フィラメント同士の交叉角(deg)
Φ1 ：フィラメントＡの径(mm)
Φ2 ：フィラメントＢの径(mm)
ＴＳ：フィラメントの引張り強さ(kgf/mm2)
【００１５】
上記式(1) から、フィラメントの強力発揮率の高いストランド構造は、フィラメントの引張り強さおよび線径を一定にした場合、フィラメントの交叉角を極力小さくすると得られることがわかる。
【００１６】
さらに、複数本のストランドを撚り合わせたコードについても、曲げ入力が付加された状態での強力発揮率を向上させる手法は同様であり、つまりストランド最外層のフィラメント同士の交叉角を極力小さくすることであり、その際、曲げ入力が付加されたときのコード強力は次式(2) で表わすことができる。
曲げ入力付加時のコード強力＝Σ（Ｆ×フィラメント強力）----(2)
ここで、Ｆ：フィラメント強力発揮率
【００１７】
以上の検討をまとめると、複撚り構造のスチールコードにおいて、曲げ入力が付加された際の強力発揮率を向上させるには、
まず、ストランドの強力発揮率を高めるために、各ストランド、つまりコアストランド４およびシースストランド５ａ〜５ｆの、複数本のスチールフィラメントをほぼ同一方向およびほぼ同一ピッチにて撚り合わせて構成すること、
次に、コードの強力発揮率を高めるために、シースストランドの最外層を構成するスチールフィラメントの撚り方向を、隣接するシースストランド間において逆にすること並びに、コアストランドの最外層を構成するスチールフィラメントの撚り方向と、コアストランドに対するシースストランドの撚り方向とを同じにすること、
が、極めて有効な手段になり得ることが、判明したのである。
【００１８】
また、この種のコードの通例である、コード外周面に巻き付けるラッピングフィラメントを省略するか、または有機繊維によるラッピングフィラメントを用いることによって、シースストランド最外層のフィラメントの強力低下を、さらに抑制することが可能である。
【００１９】
【実施例】
表１および２に示す仕様の下に試作したスチールコードについて、 JIS 3510の「スチールタイヤコード試験法」に基づいて、その切断荷重を測定した。また、各スチールコードについて、スチールコードに曲げを加えて軸方向力を加えたときの切断荷重を、図３に示した装置を用いて、コードを直径が60mmの円柱に巻き付けて同径の曲げが加わるようにして引張試験を行い、その切断荷重を測定し、該測定値を上記の引張り試験での切断荷重の２倍の値で除した値を、コードの強力発揮率として評価した。これらの評価結果を、表１および２に併記する。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【表２】
【００２２】
表１および２から、発明例１、２および３は、従来例１、２および３に比べて高い強力発揮率を示すことがわかった。また、発明例４は発明例３においてラッピングフィラメントを用いないコードであり、さらに高い強力発揮率を示した。一方、比較例１は従来例３のコードのストランドの撚ピッチのみを同一にしたもの、比較例２は従来例３のコードの隣接するシースストランドの撚り方向を別にしたもの、比較例３は発明例３のコアストランドを構成するフィラメントの撚り方向とシースストランドの撚方向を逆にしたものであり、それぞれ強力発揮率の向上は認められなかった。
【００２３】
【発明の効果】
この発明のスチールコードは、大きな曲げ入力を受けた場合にも強力の低下が極めて少ないから、例えば建設車両用タイヤに代表される、悪路を走行するタイヤに，とりわけ好適な補強材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に従うコードを示す断面図である。
【図２】 この発明に従うコードを示す断面図である。
【図３】 フィラメントの強力発揮率を測定するための装置を示す模式図である。
【図４】 フィラメントの引張り強さと強力発揮率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ コア
２ 第１シース
３ 第２シース
４ コアストランド
５ａ〜５ｆ シースストランド
【発明の属する技術分野】
この発明は、空気入りタイヤやコンベヤベルトの補強材として供されるゴム物品補強用スチールコード、特に複数本のスチールフィラメントを撚り合わせたストランドの複数本を更に撚り合わせた複撚り構造のゴム物品補強用スチールコードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空気入りタイヤ、中でも建設車両用タイヤの補強やコンベアベルトの補強に使用されるスチールコードは、高い強力が必要とされるところから、複数本のスチールフィラメントを撚り合わせたストランドの複数本を更に撚り合わせた複撚り構造、例えば３＋９＋15構造のコアストランドのまわりに、同構造のストランドの６本をシースストランドとして撚り合わせた、７×（３＋９＋15）構造のスチールコードが広く使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この複撚り構造のコードにおける強力は、コードを構成するストランドの強力、更にはストランドを構成するフィラメントの強力の積み重さねであるが、ストランド強力の総和がコード強力に、またフィラメント強力の総和がストランド強力になるわけではなく、ストランド同士またはフィラメント同士の接触状態や撚り角などによる影響を受けて、それらの総和より小さくなるのが一般的である。
【０００４】
このようにコード強力はストランドの接触またはフィラメント同士の接触によって影響を受けるが、とりわけ悪路を走行する建設車両用タイヤでは、岩石等による凹凸部上を走行するために、タイヤ内のスチールコードに該コード長さ方向と直角の応力が加わり易く、かような場合に、コードのフィラメント同士の接触がコード強力に与える影響は極めて大きくなる。例えば、ストランド内でまたはストランド間でフィラメント同士が点接触しているような場合、その点接触部分に応力が集中し易いために、ここを起点としてフィラメントが容易に破断し、曲げ入力を受けないときのコード強力に比べて、大きな曲げ入力を受けたときのコード強力が大きく低下し、その結果、コード破断更にはタイヤバーストなどの事故に発展することが、問題となっていた。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、上述の問題点に鑑み、例えば悪路を走行するタイヤのように、大きな曲げ入力を受ける使用環境において、コードの強力低下を抑制することのできる、複撚り構造のスチールコードを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、この発明の要旨構成は、次のとおりである。
(1) コアストランドのまわりに複数本のシースストランドを撚り合わせた複撚り構造のスチールコードであって、各ストランドは、複数本のスチールフィラメントを同一方向およびほぼ同一ピッチにて撚り合わせて成り、シースストランドの最外層を構成するスチールフィラメントの撚り方向が、隣接するシースストランド間において逆であり、コアストランドの最外層を構成するスチールフィラメントの撚り方向と、コアストランドに対するシースストランドの撚り方向とが同じ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。
【０００７】
(2) 上記(1) において、各ストランドは、コアのまわりに複数本のスチールフィラメントによるシースの少なくとも１層を配置した、層撚り構造であり、各ストランドにおいて、コアとシースの撚り方向および撚りピッチが同じ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。
【０００８】
(3) 上記(1) または(2) において、コード外周にラッピングフィラメントを巻き付けていないか、またはコード外周に有機繊維によるラッピングフィラメントを巻き付けたことを特徴とするゴム物品補強用スチールコード。
【０００９】
【発明の実施の形態】
さて、図１に、この発明に従うスチールコードの断面を、撚り構造７×（３＋９＋15）構造について示す。
該スチールコードは、３本のスチールフィラメントを撚り合わせたコア１のまわりに、９本のスチールフィラメントによる第１シース２を撚り合わせ、さらにこの第１シース２のまわりに15本のスチールフィラメントによる第２シース３を撚り合わせた、コアストランド４を中心として、その周囲に、同３＋９＋15構造のシースストランド５ａ〜５ｆの６本を撚り合わせてなる。
【００１０】
なお、ストランドの構造としては、その他にも、図２に示す３＋９構造や、１×５、１＋６、３＋１０＋１５および３＋８＋１３構造等が適しているが、特に限定するものではなく、適宜の選択が可能である。また、シースストランドも、図１または図２に示す単層に限らず、シースストランドを複数層で設けることも可能である。
【００１１】
ここで、複撚り構造のコードについて、各ストランドに曲げ入力が加わった場合に、フィラメント同士の接触状態が引張り強さにどのような影響を与えるかを検討した。
【００１２】
まず、ストランド内でのフィラメント同士の接触状態を変えて曲げ入力を加えながらフィラメントの引張り強さを評価するために、図３に示す装置を用いて試験を行った。すなわち、フィラメントに曲げを加えるために、円柱６の周面上に該円柱の母線に対して所定の角度でフィラメントＡを配置し、その上にフィラメントＢを円柱６の母線に対して直交する向きで円柱の周面に巻き付けて配置しチャック７にて把持し、円柱６とチャック７をインストロン引張り試験機にて引張りフィラメントＢが破断する強さを求め、その値を、通常の曲げを付加しない一軸の引張試験におけるフィラメントの引張り強さの２倍の値で除したものを、フィラメントの強力発揮率とした。この強力発揮率が高いほど、曲げ入力時のストランドにおける強力低下は少なくなる。
【００１３】
また、図４にフィラメントの引張り強さとフィラメント交叉角度が90°における強力発揮率との関係を示すように、引張り強さを高くすると強力発揮率が低下することがわかる。従って、強力発揮率を高くするには、引張り強さを低くすることが有効であるが、フィラメントの引張り強さは、ストランドひいてはコードに必要な強力から定める必要があるから、強力発揮率を向上させるための要因にすることはできない。
【００１４】
次に、径の異なるフィラメント同士が接触した場合を考慮して、フィラメントの径が強力発揮率に与える影響について詳細に調査したところ、フィラメント径の影響を、次式(1) に近似させて整理することができた。
フィラメント強力発揮率（％）＝ｋ×θ＋100 ----(1)
ただし、ｋ＝−1.6 ×１０-15 ×Φ1 ×Φ2 ×ＴＳ6 −0.01
ここで
θ：フィラメント同士の交叉角(deg)
Φ1 ：フィラメントＡの径(mm)
Φ2 ：フィラメントＢの径(mm)
ＴＳ：フィラメントの引張り強さ(kgf/mm2)
【００１５】
上記式(1) から、フィラメントの強力発揮率の高いストランド構造は、フィラメントの引張り強さおよび線径を一定にした場合、フィラメントの交叉角を極力小さくすると得られることがわかる。
【００１６】
さらに、複数本のストランドを撚り合わせたコードについても、曲げ入力が付加された状態での強力発揮率を向上させる手法は同様であり、つまりストランド最外層のフィラメント同士の交叉角を極力小さくすることであり、その際、曲げ入力が付加されたときのコード強力は次式(2) で表わすことができる。
曲げ入力付加時のコード強力＝Σ（Ｆ×フィラメント強力）----(2)
ここで、Ｆ：フィラメント強力発揮率
【００１７】
以上の検討をまとめると、複撚り構造のスチールコードにおいて、曲げ入力が付加された際の強力発揮率を向上させるには、
まず、ストランドの強力発揮率を高めるために、各ストランド、つまりコアストランド４およびシースストランド５ａ〜５ｆの、複数本のスチールフィラメントをほぼ同一方向およびほぼ同一ピッチにて撚り合わせて構成すること、
次に、コードの強力発揮率を高めるために、シースストランドの最外層を構成するスチールフィラメントの撚り方向を、隣接するシースストランド間において逆にすること並びに、コアストランドの最外層を構成するスチールフィラメントの撚り方向と、コアストランドに対するシースストランドの撚り方向とを同じにすること、
が、極めて有効な手段になり得ることが、判明したのである。
【００１８】
また、この種のコードの通例である、コード外周面に巻き付けるラッピングフィラメントを省略するか、または有機繊維によるラッピングフィラメントを用いることによって、シースストランド最外層のフィラメントの強力低下を、さらに抑制することが可能である。
【００１９】
【実施例】
表１および２に示す仕様の下に試作したスチールコードについて、 JIS 3510の「スチールタイヤコード試験法」に基づいて、その切断荷重を測定した。また、各スチールコードについて、スチールコードに曲げを加えて軸方向力を加えたときの切断荷重を、図３に示した装置を用いて、コードを直径が60mmの円柱に巻き付けて同径の曲げが加わるようにして引張試験を行い、その切断荷重を測定し、該測定値を上記の引張り試験での切断荷重の２倍の値で除した値を、コードの強力発揮率として評価した。これらの評価結果を、表１および２に併記する。
【００２０】
【表１】
【表２】
表１および２から、発明例１、２および３は、従来例１、２および３に比べて高い強力発揮率を示すことがわかった。また、発明例４は発明例３においてラッピングフィラメントを用いないコードであり、さらに高い強力発揮率を示した。一方、比較例１は従来例３のコードのストランドの撚ピッチのみを同一にしたもの、比較例２は従来例３のコードの隣接するシースストランドの撚り方向を別にしたもの、比較例３は発明例３のコアストランドを構成するフィラメントの撚り方向とシースストランドの撚方向を逆にしたものであり、それぞれ強力発揮率の向上は認められなかった。
【００２３】
【発明の効果】
この発明のスチールコードは、大きな曲げ入力を受けた場合にも強力の低下が極めて少ないから、例えば建設車両用タイヤに代表される、悪路を走行するタイヤに，とりわけ好適な補強材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に従うコードを示す断面図である。
【図２】 この発明に従うコードを示す断面図である。
【図３】 フィラメントの強力発揮率を測定するための装置を示す模式図である。
【図４】 フィラメントの引張り強さと強力発揮率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ コア
２ 第１シース
３ 第２シース
４ コアストランド
５ａ〜５ｆ シースストランド
Claims (4)
- コアストランドのまわりに複数本のシースストランドを撚り合わせた複撚り構造のスチールコードであって、各ストランドは、複数本のスチールフィラメントを同一方向およびほぼ同一ピッチにて撚り合わせて成り、シースストランドの最外層を構成するスチールフィラメントの撚り方向が、隣接するシースストランド間において逆であり、コアストランドの最外層を構成するスチールフィラメントの撚り方向と、コアストランドに対するシースストランドの撚り方向とが同じ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。
- 請求項１において、各ストランドは、コアのまわりに複数本のスチールフィラメントによるシースの少なくとも１層を配置した、層撚り構造であり、各ストランドにおいて、コアとシースの撚り方向および撚りピッチが同じ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。
- 請求項１または２において、コード外周にラッピングフィラメントを巻き付けていないことを特徴とするゴム物品補強用スチールコード。
- 請求項１または２において、コード外周に有機繊維によるラッピングフィラメントを巻き付けたことを特徴とするゴム物品補強用スチールコード。
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|---|---|---|---|
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| JP2000192379A JP2000192379A (ja) | 2000-07-11 |
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