JP4351558B2 - ゴム物品補強用スチールコード及びそれを用いた空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、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するものであり、特に、スチールコードの強力発揮率を改善することができるゴム物品補強用スチールコード及びそれを用いて軽量かつ高強度とした空気入りタイヤに関するものである。

スチールコードで補強されたゴム物品には空気入りタイヤや工業用ベルト等がある。ここで、例えば空気入りタイヤにおいては、スチールコードがタイヤの骨格部材として、プライ又はベルトに使用されている。そして、中でも建設車輌用のスチールラジアルタイヤの場合、特に凹凸の激しい不整地で、しかも重い荷重の下に走行する。そのため、建設車両用タイヤに使用されるスチールコードは、タイヤに作用する大荷重を安全に支えるべく、非常に高い破断強度が必要とされる。

このようなスチールコードの基本構造は、１本又は複数本の金属製のフィラメントからなるコアフィラメントの周囲に、複数本の金属製のフィラメントからなるシースフィラメントを撚り合わせて層撚り構造のストランドとし、さらに、このストランドを複数本使用して、単撚り構造又は層撚り構造に撚り合わせた複撚り構造となっている。

この従来のスチールコードにおいて、破断強度を向上させるためには、スチールコードの断面積を大きくする必要がある。ところが、スチールの使用量を多くするとそれだけ重量が重くなり、空気入りタイヤに適用した場合、製品重量の増加という不具合が生ずる。そのため、フィラメントのカーボン組成や、加工率を調整等することにより、フィラメントの抗張力を大きくし、断面積を増やすことなく高い破断強度のスチールコードとすることが行われている。

また、例えば、特許文献１に記載の技術では、特に、（１＋６＋１２）＋６×（１＋６＋１２）からなる７×１９構造のスチールコードについて、シースストランドにおける最外層のフィラメントと、隣接する内層のフィラメントの抗張力を比率で規定し、ある程度の効果をあげている。
特許第３４３９３２９号公報

さらに、例えば、特許文献２には、ストランドを構成する最外層のシースフィラメントの抗張力が３０４０Ｎ／ｍｍ² 以下で、かつ、最外層のシースフィラメントを除く全ての内側のフィラメントの抗張力が３１４０Ｎ／ｍｍ² 以上であるスチールコードが開示されている。
特開平１１−２１７７５号公報

しかしながら、複撚り構造のスチールコードでは、内部のフィラメントがスチールコード全体の破断荷重よりも低い荷重で先行的に切れてしまい、破断強度に寄与するフィラメントの有効断面積が減少してしまう。そのため、フィラメントの抗張力を大きくして破断強度を高めようとしても、抗張力の上昇分だけの破断強度の向上が得られない。

例えば、上記の特許文献１に記載されたスチールコードでは、抗張力が３３００Ｎ／ｍｍ² を超えるようなフィラメントを使用する場合や、スチールコードを構成する素線数が増えて、荷重時のシースストランドの締め付けが増すような場合において、コアストランドやシースストランド内部のフィラメントの一部に素線切れが発生する。そのため、スチールコードの補強には、さらなる改善が必要となる。

また、上記の特許文献２に記載のスチールコードでは、例えば、実施例に記載された７×（３＋９＋１５）構造の場合、＋１５のフィラメントが断面積でスチールコード全体に占める割合が半分以上となる。そのため、最外層のシースフィラメントの抗張力を著しく低くすると、設計上のスチールコード全体の破断力レベルが低くなる。一方、スチールコード全体の破断力レベルを高くするために、内側のフィラメントの抗張力を３３００Ｎ／ｍｍ² より高くした場合や、スチールコードを構成する素線数が増えて、荷重時のシースストランドの締め付けが増すような場合においては、上記したように、フィラメントの一部に素線切れが発生することとなる。

そこで本発明は、フィラメントの先行破断を防止し、スチールコード全体の破断強度を向上させたゴム物品補強用スチールコード及びそれを用いた空気入りタイヤを提供することを目的とするものである。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたものであって、その第１の要旨は、コアフィラメントと、少なくとも１層のシースフィラメントとを層撚り構造に撚り合わせて１本のストランドとし、さらに、複数本のストランドを、コアストランドと、少なくとも１層のシースストランドとからなる層撚り構造に撚り合わせて１本のスチールコードとした複撚り構造のスチールコードであって、ストランドを形成するフィラメントの径が同一であり、ストランドを形成するフィラメントの抗張力が、「ストランドの中心に近い層のフィラメントの抗張力」≧「ストランドの中心から遠い層のフィラメントの抗張力」であり、スチールコードを形成するストランドの平均抗張力が、「スチールコードの中心に近い層のストランドの平均抗張力」＜「スチールコードの中心から遠い層のストランドの平均抗張力」であるゴム物品補強用スチールコードに係るものである。

そして、好ましくは、１．１０≦（「フィラメントの抗張力の最大値」／「フィラメントの抗張力の最小値」）≦１．４０であり、より好ましくは、１．０２≦（「ストランドの平均抗張力の最大値」／「ストランドの平均抗張力の最小値」）≦１．３０であるゴム物品補強用スチールコードに係るものである。

なお、フィラメントの合計本数は、１４０本以上であることが好ましく、フィラメントの径Ｄは、０．１５〜０．４０ｍｍであることが好ましい。そして、フィラメントの抗張力は、２７００〜４２００Ｎ／ｍｍ² であることが好ましい。

また、本発明の第２の要旨は、建設車輌用の空気入りタイヤであって、タイヤのプライ又はベルトのいずれか少なくとも１層に、上記のゴム物品補強用スチールコードを用いた空気入りタイヤに係るものである。すなわち、本発明のスチールコードを特に大きな破断強度が求められる建設車輌用タイヤに採用することにより、軽量かつ高強度な空気入りタイヤが得られるのである。

本発明のゴム物品補強用スチールコード及びそれを用いた空気入りタイヤは、ストランドを形成するフィラメントの抗張力が、「ストランドの中心に近い層のフィラメントの抗張力」≧「ストランドの中心から遠い層のフィラメントの抗張力」であり、スチールコードを形成するストランドの平均抗張力が、「スチールコードの中心に近い層のストランドの平均抗張力」＜「スチールコードから遠い層のストランドの平均抗張力」であるので、フィラメントの先行破断が防止され、スチールコード全体の破断強度が向上する。

本発明のゴム物品補強用スチールコード及びそれを用いた空気入りタイヤは、ストランドを形成するフィラメントの抗張力と、スチールコードを形成するストランドの平均抗張力とについて、中心に近い層と、中心から遠い層との関係を規定することにより、フィラメントの先行破断を防止している。

この点に関し詳述すると、フィラメントの抗張力を高くすると延性が低下するため、スチールコードを構成するストランドの締付け力が集中するフィラメント同士の接触部分で、せん断応力に起因するフィラメントの破断がスチールコードの破断よりも先行して生じやすくなる。すなわち、スチールコードが引張り破断する前に、内部のフィラメントの一部が先行して破断してしまうため、有効断面積が減少してしまう結果、スチールコードの破断力が低下する。

ここで、スチールコードを構成する各ストランドに着目すると、フィラメントの先行破断が生じやすいのは、ストランドの中心から遠い層である。そこで、ストランドの中心から遠い層のフィラメントの抗張力を比較的低くする。すなわち、ストランドを形成するフィラメントの抗張力について、「ストランドの中心に近い層のフィラメントの抗張力」≧「ストランドの中心から遠い層のフィラメントの抗張力」とするのである。

また、ストランド単位で見ると、各ストランドの締め付けが集中する中心に近い層ほどフィラメントの先行破断が生じやすい傾向がある。そこで、スチールコードの中心に近い層のストランドの平均抗張力を比較的低くする。すなわち、スチールコードを形成するストランドの平均抗張力について、「スチールコードの中心に近い層のストランドの平均抗張力」＜「スチールコードから遠い層のストランドの平均抗張力」とするのである。

このようにすると、フィラメントの抗張力が部分的に減少することとなるが、たとえ抗張力が部分的に減少したとしても、フィラメントの延性を確保し、先行破断を防止することは、スチールコードの破断力に対する有効断面積の減少を抑制することとなり、トータルで、スチールコードの破断力を改善することができるようになる。そして、フィラメントの破断の起こりやすさに応じて、抗張力を低下させる度合いを変化させることにより、スチールコード全体の破断力レベルを高い方向に改善することができる。

次に、フィラメントの抗張力を低下させる度合いであるが、１．１０≦（「フィラメントの抗張力の最大値」／「フィラメントの抗張力の最小値」）≦１．４０であることが好ましい。１．１０よりも小さいと、フィラメントの抗張力が低いレベルの場合、スチールコードトータルとしての抗張力の向上度合いが小さくなり、フィラメントの抗張力が高いレベルの場合は、延性不足のために、フィラメントの先行破断を抑制する効果が得られないからである。一方、１．４０よりも大きいと、強度の高いフィラメントが先行破断しやすくなるだけでなく、強度の低いフィラメントが断面積の大部分を占めることとなり、スチールコードトータルとしての抗張力の向上度合いが小さくなる。

また、ストランドの平均抗張力を低下させる度合いは、１．０２≦（「ストランドの平均抗張力の最大値」／「ストランドの平均抗張力の最小値」）≦１．３０であることが好ましい。１．０２よりも小さいと、各ストランドにほとんど差がなく、効果が得られにくいからである。一方、１．３０よりも大きいと、フィラメントの先行破断を抑制して得られるスチールコードの破断力の向上分を、意図的に抗張力を下げる部分で打ち消す傾向が強くなり、得られる効果が少なくなるからである。

なお、「ストランドの平均抗張力」＝「Σ（フィラメントの抗張力×フィラメントの断面積）／Σ（フィラメントの断面積）」である。ただし、Σ記号は、ストランドを構成しているフィラメントについて、総和をとることを意味する。また、スパイラル素線の巻き付けは、効果に無関係である。

また、フィラメントの合計本数は、１４０本以上であることが好ましい。１４０本よりも少ないと、スチールコードの破断力レベルが低く、シースストランドの締め付けが比較的小さくなるため、フィラメントの先行破断の問題自体が小さく、得られる効果が少ないからである。一方、フィラメントの合計本数の上限は特にない。すなわち、製造設備の能力上の問題でフィラメント本数が限定されることはあっても、性能上の問題に関する上限はない。

さらに、フィラメントの径Ｄは、０．１５〜０．４０ｍｍであることが好ましい。これは、フィラメントの径Ｄが０．１５ｍｍより細くなると、強度の点で、特にタイヤの補強材としては問題が生ずるからであり、０．４０ｍｍより太くなると、剛性や耐疲労性等の強度以外の点で、特にタイヤの補強材としては問題が生ずるからである。

さらにまた、フィラメントの抗張力は、２７００〜４２００Ｎ／ｍｍ² であることが好ましい。これは、フィラメントの抗張力が２７００Ｎ／ｍｍ² より低いと、スチールコード全体の平均抗張力レベルが低くなるため、高い強度が要求されるタイヤの補強材としては問題が生ずるからであり、４２００Ｎ／ｍｍ² より高いと、延性が低下し、特にタイヤの補強材としては問題が生ずるからである。

以下、本発明の実施例を図面により説明する。図１に断面図で示すスチールコードは、空気入りタイヤに用いて最適な実施例１のスチールコードであり、コード構造は、７×（３＋９＋１５）構造となっている。すなわち、実施例１のスチールコードは、コアストランド１の周りにシースストランド２を６本撚り合わせたものである。また、拡大断面図に示すように、各ストランドは、コアフィラメント１１の周りに第１シースフィラメント２１（２１ａ）を撚り合わせ、第１シースフィラメント２１（２１ａ）の周りに第２シースフィラメント２１（２１ｂ）を撚り合わせたものである。

そして、表１に示すように、ストランドを形成するフィラメントの抗張力と、スチールコードを形成するストランドの平均抗張力について、中心に近い層と、中心から遠い層とが本発明の関係にある３種類の実施例１（実施例１−１，実施例１−２，実施例１−３）と、図１に示す構造であるが、本発明の関係にない３種類の比較例１（比較例１−１，比較例１−２，比較例１−３）とを用いて、破断力試験を実施した。なお、表１〜表３中の強力発揮率（％）及び破断強度指数は、次式により求めたものである。
強力発揮率（％）＝コード破断強度（Ｎ）／フィラメント破断強度の総和（Ｎ）×１００破断強度指数 ＝ 実施例コード破断強度（Ｎ）／比較例コード破断強度（Ｎ）×１００

［実施例２］

図２に断面図で示すスチールコードは、空気入りタイヤに用いて最適な実施例２のスチールコードである。実施例２のコード構造は、１２×（３＋９＋１５）構造であり、表２に示すような１種類の実施例２（実施例２−１）と、同じ構造の２種類の比較例２（比較例２−１，比較例２−２）について、破断力試験を実施した。

［実施例３］

図３に断面図で示すスチールコードは、空気入りタイヤに用いて最適な実施例３のスチールコードである。実施例３のコード構造は、１９×（３＋９＋１５）構造であり、表３に示すような２種類の実施例３（実施例３−１，実施例３−２）と、同じ構造の２種類の比較例３（比較例３−１，比較例３−２）について、破断力試験を実施した。

表１〜表３中の強力発揮率（％）及び破断強度指数に示されているように、実施例は、比較例に対して、強度の向上（実施例１−１，実施例１−２，実施例２−１，実施例３−１，実施例３−２の破断強度指数と、各比較例の破断強度指数との対比による）が図られている。また、強度が同等ならば、効率の向上（実施例１−３の強力発揮率と、比較例１−２の強力発揮率との対比による）が図られている。

図４に断面図で示すスチールコードは、空気入りタイヤに用いて最適な実施例４のスチールコードである。実施例４は、実施例２の変形例であり、コアストランド１を（３＋９＋１５）構造のまま、シースストランド２を（３＋９）構造としたものである。この実施例４のコード構造であっても、実施例１〜３と同様の効果が得られる。

図５に断面図で示すスチールコードは、空気入りタイヤに用いて最適な実施例５のスチールコードである。実施例５は、実施例３の変形例であり、コアストランド１を（３＋９＋１５）構造のまま、シースストランド２（２ａ，２ｂ）を（３＋９）構造としたものである。この実施例５のコード構造であっても、実施例１〜３と同様の効果が得られる。

以上説明した通り、本発明のゴム物品補強用スチールコードによれば、フィラメントの先行破断を防止し、スチールコード全体の破断強度を向上させることができるので、空気入りタイヤ等のゴム物品の補強材として幅広く適用することができる。また、本発明のスチールコードを用いた空気入りタイヤは、軽量かつ高強度なものとなるので、各種の車両に対して有効なものである。

ゴム物品補強用スチールコードの実施例を示す断面図及びストランドの拡大断面図である。（実施例１） ゴム物品補強用スチールコードの実施例を示す断面図である。（実施例２） ゴム物品補強用スチールコードの実施例を示す断面図である。（実施例３） ゴム物品補強用スチールコードの実施例を示す断面図である。（実施例４） ゴム物品補強用スチールコードの実施例を示す断面図である。（実施例５）

符号の説明

１ コアストランド
２（２ａ，２ｂ） シースストランド
１１ コアフィラメント
２１（２１ａ，２１ｂ） シースフィラメント

Claims (7)

1. コアフィラメント（１１）と、少なくとも１層のシースフィラメント（２１）とを層撚り構造に撚り合わせて１本のストランドとし、さらに、複数本のストランドを、コアストランド（１）と、少なくとも１層のシースストランド（２）とからなる層撚り構造に撚り合わせて１本のスチールコードとした複撚り構造のスチールコードであって、
   ストランドを形成するフィラメントの径が同一であり、
   ストランドを形成するフィラメントの抗張力が、「ストランドの中心に近い層のフィラメントの抗張力」≧「ストランドの中心から遠い層のフィラメントの抗張力」であり、
   スチールコードを形成するストランドの平均抗張力が、「スチールコードの中心に近い層のストランドの平均抗張力」＜「スチールコードの中心から遠い層のストランドの平均抗張力」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. １．１０≦（「フィラメントの抗張力の最大値」／「フィラメントの抗張力の最小値」）≦１．４０であることを特徴とする請求項１に記載のゴム物品補強用スチールコード。
3. １．０２≦（「ストランドの平均抗張力の最大値」／「ストランドの平均抗張力の最小値」）≦１．３０であることを特徴とする請求項１又は２に記載のゴム物品補強用スチールコード。
4. フィラメントの合計本数が、１４０本以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のゴム物品補強用スチールコード。
5. フィラメントの径Ｄが、０．１５〜０．４０ｍｍであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のゴム物品補強用スチールコード。
6. フィラメントの抗張力が、２７００〜４２００Ｎ／ｍｍ2 であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のゴム物品補強用スチールコード。
7. 建設車輌用の空気入りタイヤであって、タイヤのプライ又はベルトのいずれか少なくとも１層に、請求項１から６のいずれか１項に記載のゴム物品補強用スチールコードを用いたことを特徴とする空気入りタイヤ。

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