JP5883898B2 - タイヤ補強用スチールコードおよびこれを適用したラジアルタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、自動車用タイヤを補強するためのスチールコードに係り、さらに詳しくは、２層以上の構造のスチールコードにおいて第１層コアを楕円形または長方形にすることによりタイヤの製造効率および疲労特性を改善し、タイヤの回転抵抗性能の改善によって燃費特性を向上させることができる、タイヤ補強用スチールコードおよびこれを適用したラジアルタイヤに関する。

スチールコードは、炭素鋼を材質とする線材に真鍮メッキを施した後、伸線加工を行って製造した鋼線を、用途に応じて様々な構造（１×３、１×４、２＋２、２＋７、３＋６、３＋９＋１５など）に撚って製作したもので、強度、モジュラス、耐熱性および耐疲労性に優れてタイヤやコンベヤーベルトなどのゴム製品補強用として使われている。

一般に、タイヤに用いられるスチールベルトは、多数本の鋼線を撚合して作ったスチールコード約３００〜６００本を一列に配列した後、上下にトーピングゴム層を圧延して製造する。前記スチールコードは、異種物質であるゴムとの接着性に優れなければならず、自動車の走行中に発生する厳しい環境に対して優れた耐久性が求められる。

圧延作業後の圧延物は、スチールコードの弾性回復性質によって反対に圧縮方向の張力が発生するため、スチールコード圧延物の切断作業の際にゴムとスチールコードのたわみ現象が発生し、後続工程である自動連結作業が難しくなるので、その管理が重要である。連続工程であるタイヤ製造作業性を向上させるためには、圧延物を一定の間隔に切断するときに端部が浮かんだり沈んだりする現象が発生しない構造的安定性が求められる。このようなスチールコードの回転性の調節は、スチールコードがトーピングされたゴム圧延物の構造的安定性を維持させるにあたって非常に重要である。

上述したようなスチールコードの回転性を残留自転というが、各鋼線フィラメントにトーション回転力を作用させて一定の撚りを持つように変形させるとき、弾性変形を受けたフィラメントは弾性回復によって撚りと逆方向に解撚される傾向があり、過度な塑性変形を受けたフィラメントは撚りと同じ方向にさらに撚られる傾向があって、スチールコード製造の後に残留自転が生ずる。

スチールコード業界では、残留自転の安定化および残留自転の発生を抑えるためにオーバーツイスター、プレストレスローラーなどを使用しているが、根本的に多数本の鋼線フィラメントを集めて一方向に撚ってスチールコードを製造するとき、フィラメントにかかるトーション変形力による回転性を完全に除去することは難しい実情であるので、これについての改善が求められている。

一方、通常、重荷重用タイヤのスチールコードは多数本のフィラメントを２層撚りまたは３層撚りに撚って製造されるが、このようなスチールコードはスチールフィラメントの間にギャップがない最密接構造であるため、コード内へのゴム浸透性が悪い。よって、外力によってタイヤが繰り返し屈曲すると、フィラメント間の機械的な摩擦と外部からの水分や塩分などによる化学的な腐食が同時に発生するフレッティング疲労（ｆｒｅｔｔｉｎｇ ｆａｔｉｇｕｅ）現象が大きく発生してタイヤの耐久性が低下するという問題点がある。

本発明は、上述したような従来の技術の問題点を解決するためのもので、その目的は、２層以上のコアを有するスチールコードにおいて第１層コアを構成するフィラメントを円形ではなく楕円形または長方形にすることにより、スチールコードの本数を減らして軽量化し、コードの自転値の偏差を低めて製造工程を改善し、トーピングゲージを最小化して耐久性を向上させた、タイヤ補強用スチールコードを提供することにある。

本発明の他の目的は、トラックまたはバスのタイヤに対する軽量化要求に合わせて、回転抵抗（Ｒｏｌｌｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を低めて車両の走行安定性および燃費特性を向上させることが可能なラジアルタイヤを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の1つの実施形態によれば、１本またはそれ以上のフィラメントから構成した第１層コアと、この第１層コアの周囲に外層フィラメントとして複数本のフィラメントを撚って構成した第２層コアとを含んでなる２層構造のスチールコードであって、前記第１層コアは実質的に楕円形または長方形の断面を有するフィラメントから構成され、前記第２層コアは円形の断面を有するフィラメントから構成されることを特徴とする、タイヤ補強用スチールコードが提供される。

前記第１層コアは１〜２本のフィラメントから構成され、前記第２層コアは７〜９本のフィラメントから構成されてもよい。

前記第１層コアを構成するフィラメントは、短軸長さ（Ａ）と長軸長さ（Ｂ）の比が０．３〜０．９であり、前記第２層コアを構成するフィラメントは、短軸長さと長軸長さの比が０．９より大きくて実質的に円形の断面を有する。

本発明のスチールコードにおいて、前記第１層コアおよび第２層コアを構成するフィラメントは、カーボンが０．７０〜１．２０重量％含有されたカーボンスチールを引抜加工（Ｄｒａｗｉｎｇ）した後、その表面に真鍮、青銅、銅、亜鉛、真鍮にニッケルが含有された合金、または真鍮にコバルトが含有された合金を０．０１〜５．００μｍの厚さにメッキしたものを使用することができる。

上記目的を達成するための本発明の他の実施形態によれば、上述したような本発明のスチールコードがカーカス部、チェーファ部およびベルト部の少なくとも一つに適用された空気入りラジアルタイヤが提供される。

本発明に係るタイヤ補強用スチールコードおよびこれを適用した空気入りラジアルタイヤは、第１層コアを楕円形または長方形に製造することにより、ゴム浸透空間を増やし、自転値の偏差を減らして製造工程を改善し、且つトーピングゲージを最小化することができる。

また、本発明のスチールコードは、ゴム浸透性の向上により耐腐食性を改善し、ゴム接着性の破壊を抑制することができる。その結果、本発明のスチールコードを補強材として用いるタイヤは、耐久性が向上して寿命が延長される。

また、本発明のスチールコードは、コード径およびフィラメント数を減らすことにより、タイヤの軽量化によって車両の燃費性能を向上させることができる。

従来の３×８の２層撚り構造のスチールコードを示す断面図である。 本発明の一実施例に係る２×７の２層撚り構造のスチールコードを示す断面図である。 本発明の他の実施例に係る２×７の２層撚り構造のスチールコードを示す断面図である。 本発明の別の実施例に係る２×７の２層撚り構造のスチールコードを示す断面図である。 本発明で使用される波形フィラメントのピッチの説明図である。 本発明の一実施例に係る楕円形スチールコードの第１層コアを構成する楕円形または長方形フィラメントの長軸長さと短軸長さの説明図である。 本発明のタイヤ補強用スチールコードが適用される重荷重用タイヤの概略断面図である。 本発明のタイヤ補強用スチールコードを含むカーカス半製品の概略断面図である。 本発明の楕円形スチールコードを含む圧延物シートのゴムトーピングゲージと、従来の円形スチールコードを含む圧延物シートのゴムトーピングゲージとを比較して示す概略図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳細に説明する。また、以下で使用される技術用語および科学用語を含む全ての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が一般に理解する意味と同一の意味を持つ。

本発明の一実施例に係るタイヤ補強用スチールコードは、１本またはそれ以上のフィラメントから構成した第１層コアと、この第１層コアの周囲に外層フィラメントとして複数本のフィラメントを撚って構成した第２層コアとを含んでなる２層構造のスチールコードであって、前記第１層コアは実質的に楕円形または長方形の断面を有するフィラメントから構成され、前記第２層コアは実質的に円形の断面を有するフィラメントから構成される。

図２は本発明の一実施例に係るタイヤ補強用スチールコードの断面図である。図２を参照すると、本発明に係るスチールコードは、１本または２本のフィラメント１ａからなる第１層コア１と、７〜９本のフィラメント２ｂからなる第２層コア２とを含んで構成できる。前記スチールコードの構造は、１＋７、１＋８、１＋９、２＋７、２＋８、または２＋９などの構造でありうるが、必ずこれらに限定されるものではない。

前記第１層コア１を構成する複数のフィラメント１ａ、１ｂ、１ｃは、各フィラメントが互いに平行に配列されるか、或いは複数のフィラメントが互いに撚られている。

本発明において、第１層コア１を構成するフィラメントは、断面形状が、円形ではなく、楕円形（図２の１ａ）または長方形（図３の１ｂ）であり、その他にも、図４に示すように長軸長さと短軸長さの比が１ではない六角形（図４の１ｃ）などの様々な形状であってもよい。

本発明において、第１層コア１および第２層コア２を構成するフィラメントは、所定のピッチで型付けされた２次元波形のフィラメントであってもよい。図５は本発明の一実施例に係るスチールコードで使用される２次元波形のフィラメント（１ａまたは２ｂ）の拡大図である。図５を参照すると、本発明の一実施例に係るスチールコードにおいて第１層コアおよび第２層コアを構成するフィラメントは、一部または全部が図５に示すように２次元波形の形状を有する。前記２次元波形を有するフィラメントは、次の条件を満足する。

Ｌ（ｍｍ）＝ｄ／１００〜１００×ｄ（ｍｍ）
Ａ（ｍｍ）＝（０．０２〜３０）×ｄ（ｍｍ）
ここで、ｄは第１層または第２層フィラメントの直径（ｍｍ）であり、Ｌは２次元波形の波長（ｍｍ）であり、Ａは２次元波形の振幅（ｍｍ）である。

また、本発明の実施例に係るスチールコードにおいて前記第１層コア１および第２層コア２を構成するフィラメントの直径ｄは、０．１０ｍｍ≦ｄ≦０．４０ｍｍである。本発明において、フィラメントの直径が０．１０ｍｍ未満の場合には、スチールコードの強度が低下し、製造も難しく、製造コストも上昇するという問題があり、フィラメントの直径が０．４０ｍｍ超過の場合には、柔軟性が低下してタイヤの耐久性が低下するという問題がある。

図６は本発明の一実施例に係るスチールモードにおいて第１層コア１を構成するフィラメント１ａの拡大断面図である。このようなフィラメント１ａは、楕円形または長方形の断面を有し、長軸長さＢに対する短軸長さSの比が０．３〜０．９である。また、第２層コア２を構成するフィラメント２ｂの長軸長さＢに対する短軸長さSの比は０．９より大きい。楕円形または長方形の断面を有するスチールコードのフィラメント２ｂの直径は、長軸長さと短軸長さの平均値、すなわち長軸長さと短軸長さとを加算した値を２で割った値である。本発明において、前記長軸長さに対する短軸長さの比（S／Ｂ）が０．３未満の場合には、スチールコード内へのゴム浸透性は向上するが、コード径があまりにも大きくなってゴムドーピングシートの厚さが増加し、前記長軸長さＢに対する短軸長さSの比（Ａ／Ｂ）が０．９超過の場合には、第１層コアと第２層コアの間の空間が減少してゴム浸透性が低下するおそれがある。

前記第１層コア１および第２層コア２を構成するフィラメント１ａ、２ｂは、カーボンが０．７０〜１．２０重量％含有されたカーボンスチールを引抜加工（Ｄｒａｗｉｎｇ）した後、その表面に真鍮、青銅、銅、亜鉛、真鍮にニッケルが含有された合金、または真鍮にコバルトが含有された合金を０．０１〜５．００μｍの厚さにメッキしたものを用いることが好ましい。前記第１層コア１および第２層コア２を構成するフィラメント１ａ、２ｂは、フィラメントの炭素含量が０．７０重量％（ｗｔ％）未満の場合には、タイヤの補強用素材として強度が十分ではないか、或いは重量があまりにも高くなるという問題点が発生し、フィラメントの炭素含量が１．２０重量％超過の場合には、極細線を伸線すると、断線率が急激に増加して製造効率が低下するという問題点が発生する。前記第１層コア１および第２層コア２のフィラメント１ａ、２ｂの表面をメッキ処理すると、これらのフィラメント１ａ、２ｂとゴムとの間の相互接着力が大幅に向上する。

本発明の他の実施形態は、前記スチールコードを適用したラジアルタイヤに関する。本発明のスチールコードは、タイヤのカーカス部、チェーファ部およびベルト部の少なくとも一つに適用できる。

図７は本発明のスチールコードが適用される車両用タイヤの概略断面図である。一般的なトラックおよびバス用ラジアルタイヤは、図７に示すように、路面に直接接触する部分であるトレッド１’、タイヤの骨格をなすカーカス２’、前記トレッド１’とカーカス２’との間に積層されたベルト層３、空気の漏出を防止するインナライナー４、カーカス２’を保護し且つ柔軟な屈伸運動を行うようにするサイドウォール５、トレッド１’とサイドウォール５との間に位置するショルダー部６、および前記カーカス２’の端部を取り囲み且つタイヤをリム（Ｒｉｍ）に装着させるビード部７を含んでなる。

このような構造の重荷重用ラジアルタイヤは、ビード部７とベルト層３に多くの応力が集中するので、タイヤの耐久性を高めるために、ビード部７を補強するためのスチールチェーファ８を適用し、スチールチェーファ８にスチールコードを使用しており、前記ベルト層３にも同様に補強材としてスチールコードを使用している。

カーカスを例として説明すると、カーカス半製品（カーカスフライ）１０は、図８に示すように、カーカスコード１３を一定の間隔で配列した状態で、前記カーカスコード１３にトーピングゴム１１を圧延してカーカス圧延物を形成することにより製造される。図９は本発明の楕円形のスチールコードを含む圧延物シートのゴムトーピングゲージと、従来の円形のスチールコードを含む圧延物シートのゴムトーピングゲージとを比較した模式図である。本発明のように楕円形のフィラメントを適用する場合には、Ｃだけトーピングゲージが減少してその分重量減少および費用節減を図ることができる。第１層コア１のフィラメント１ａの短軸長さSと長軸長さＢの比が小さいほど、Ｃ値は大きくなる。また、Ｃ値が大きくなるほど、スチールコードからなるタイヤベルト部の重さを大幅に減らしてタイヤの重量を減少させ、回転抵抗ＲＲの性能を向上させることができる。

本発明のスチールコードのように第１層コアのフィラメントを楕円形または長方形に製造すると、自転値の偏差を減らすことができる。これにより、残留自転による回転性のために発生する、スチールコードの端部が浮かんだり沈んだりする現象が発生しないので、製造効率を大幅に向上させることができる。

また、本発明のスチールコードは、コード径を減らし、圧延物シート上でフィラメントの数を減らしながらも、コード間の間隔を狭めることができる。よって、圧延物シートの厚さが薄くなるので、ゴムトーピングゲージを既存の材料と比較して最小化することができる。これにより、本発明のタイヤは従来のタイヤより重量を減少させることができるため、車両への適用の際に回転抵抗性能の改善によって燃費性能を向上させることができる。

以下、具体的な実施例と比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。但し、これらは説明の目的のためのもので、本発明を限定するものではない。

実施例１
本発明に係る構造のスチールコードと従来のスチールコードの諸般特性を比較評価するために、炭素含量０．９２重量％および直径５．５ｍｍのワイヤーロードを伸線した後、熱処理および真鍮メッキを施し、線径０．７５ｍｍとなるまで最終伸線を行ってフィラメントを準備した。その後、第１コア層の２本は楕円形の構造（Ｂ／Ａ＝０．６）のフィラメントを撚って構成し、その外面には線径０．３５ｍｍの８本から複層撚りを構成することにより、スチールコード試片を製作した。

こうして製作された試片と比較例の試片に対して、タイヤ補強材用に要求される品質特性、すなわち疲労限界応力、初期ゴム接着力、熱老化性、耐温水性、自転値、コード間の間隔および回転抵抗性能を評価した。その結果を下記表１に示す。

比較例１
第１層コアおよび第２層コアを構成するフィラメントの断面形状が円形である従来の３＋９構造からなる２層撚り構造のスチールコード（図１参照）に対して同様の方法で物性を評価した。その結果を下記表１に共に示す。

比較例２
第１層コアおよび第２層コアを構成するフィラメントの断面形状が円形である従来の３＋８構造からなる２層撚り構造のスチールコードに対して同様の方法で物性を評価した。その結果を下記表１に共に示す。

［物性評価方法］
＊疲労限界応力はＲＢＴ（Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｂｅａｍ Ｔｅｓｔｅｒ、ｍａｄｅ ｉｎ Ｂａｋａｅｒｔ）によって測定した。（疲労限界応力で百万回以上回転）
＊初期ゴム接着力は１５０℃×３０ｍｉｎの条件でＩｎｓｔｒｏｎ社のＡＳＴＭ Ｄ２２２９−９９によって測定した。
＊熱老化性は１００℃のオーブン条件で、耐湿性は７０℃、９６％ＲＨの条件でそれぞれ老化した後の接着力の比で測定し、接着力はＩｎｓｔｒｏｎ社のＡＳＴＭ Ｄ２２２９−９９によって測定した。
＊耐温水性は７０℃の条件で、耐塩水性はＮａＣｌ２０％の条件でそれぞれ老化した後の接着力の比で測定し、接着力はＩｎｓｔｒｏｎ社のＡＳＴＭ ２２２９−９９によって測定した。
＊自転値はスプールからスチールコードを６ｍ繰り出した後、当該スチールコードが巻き戻される値を測定した。１回転したときの値を１と設定し、約７２個のサンプルに対して測定した後、その値の偏差を求めた。
＊コード間の間隔はベルト圧延物の幅が１８００ｍｍ、ＥＰＩが１９であるときの値である。
＊回転抵抗（ＲＲ）の性能はトラックおよびバス用タイヤである１２Ｒ２２．５の規格に適用して測定した値である。

表１の結果より確認されるように、本発明に係る実施例１のように第１層コアのフィラメントを楕円形または長方形に製造すると、コード径を減らすことができる。また、比較例２と比較すると、第１層コアを構成するフィラメントの数を減らしたにも拘らず、コード間の間隔を狭めることにより、ゴムの耐疲労性が向上する。本発明のスチールコードは、トーピングゲージ減少効果および自転値の偏差を無くすことができ、重量の減少により回転抵抗性能を向上させることができる。

以上、本発明の好適な実施例を挙げて本発明を詳細に説明したが、本発明は、上述した実施例に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって様々な変形が可能なのは自明であろう。よって、本発明の保護範囲は特許請求の範囲で請求する範囲およびその均等な範囲によって定められるべきである。

１ 第１層コア
２ 第２層コア
１ａ、２ｂ フィラメント
１０ カーカスフライ
１１ トーピングゴム
１３ カーカスコード（スチールコード）

Claims (11)

1. ２本以上のフィラメントから構成した第１層コアと、この第１層コアの周囲に外層フィラメントとして複数本のフィラメントを撚って構成した第２層コアとを含んでなる２層構造のスチールコードであって、
   前記第１層コアは実質的に楕円形または長方形の断面を有するフィラメントから構成され、前記第２層コアは円形の断面を有するフィラメントから構成され、
   前記第１層コアの楕円形または長方形の断面のフィラメントは、長軸方向に互いに隣接して一列に配置され、
   前記スチールコードの長軸長さ（Ｄ_１）に対する短軸長さ（Ｄ_２）の比が０．３〜０．９である
   ことを特徴とする、タイヤ補強用スチールコード。
2. 前記第１層コアは２本のフィラメントから構成され、前記第２層コアは７〜９本のフィラメントから構成されることを特徴とする、請求項１に記載のタイヤ補強用スチールコード。
3. 前記スチールコードの構造が２＋７、２＋８、または２＋９の構造であることを特徴とする、請求項２に記載のタイヤ補強用スチールコード。
4. 前記第１層コアを構成する２本のフィラメントは互いに平行であり、或いは互いに撚られていることを特徴とする、請求項１に記載のタイヤ補強用スチールコード。
5. 前記第２層コアを構成するフィラメントは、短軸長さと長軸長さの比が０．９より大きいことを特徴とする、請求項１に記載のタイヤ補強用スチールコード。
6. 前記第１層コアおよび前記第２層コアを構成するフィラメントの直径は０．１０ｍｍ≦ｄ≦０．４０ｍｍであり、撚り周期はフィラメント直径の２０〜５０倍であることを特徴とする、請求項１に記載のタイヤ補強用スチールコード。
7. 前記第１層コアおよび前記第２層コアは撚り方向が互いに同じまたは異なることを特徴とする、請求項１に記載のタイヤ補強用スチールコード。
8. 前記第１層コアまたは前記第２層コアを構成するフィラメントは１本または全体のフィラメントに２次元波形が与えられたことを特徴とする、請求項１に記載のタイヤ補強用スチールコード。
9. 前記２次元波形を有するフィラメントは、フィラメントの直径（ｄ）、２次元波形の波長（Ｌ）、および２次元波形の振幅（Ａ）が下記式を満足するように構成されたことを特徴とする、請求項６に記載のタイヤ補強用スチールコード：
   Ｌ（ｍｍ）＝ｄ／１００〜１００×ｄ（ｍｍ）
   Ａ（ｍｍ）＝（０．０２〜３０）×ｄ（ｍｍ）
10. 前記第１層コアおよび前記第２層コアを構成するフィラメントは、カーボンが０．７０〜１．２０重量％含有されたカーボンスチールを引抜加工した後、その表面に真鍮、青銅、銅、亜鉛、真鍮にニッケルが含有された合金、または真鍮にコバルトが含有された合金を０．０１〜５．０μｍの厚さにメッキしたものであることを特徴とする、請求項１に記載のタイヤ補強用スチールコード。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項のスチールコードがカーカス部、チェーファ部およびベルト部の少なくとも一つに適用されたラジアルタイヤ。

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