JP2012218627A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】 炭素含有量が０．７５重量％以下である炭素鋼からなり生産性に優れたスチールコードを用いた場合であっても、炭素含有量が０．７５重量％を超える炭素鋼からなるスチールコードを用いた場合と同等以上の耐久性能を発揮することを可能にした空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】 複数本のスチールコード１０を引き揃えてゴム中に埋設してなる補強層を備えた空気入りタイヤにおいて、各スチールコード１０を撚り合わされた複数本の素線１１から構成し、その素線径ｄを０．１５ｍｍ〜０．４０ｍｍとし、各素線１１を芯部１１ａと該芯部１１ａの周囲に形成されためっき層１１ｂとから構成し、芯部１１ａを炭素含有量が０．６０重量％〜０．７５重量％である炭素鋼から構成する一方で、めっき層１１ｂの平均厚さｔを０．２３μｍ〜０．３３μｍとし、スチールコード１０の強度を３０００ＭＰａ〜３５００ＭＰａとする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、複数本のスチールコードを引き揃えてゴム中に埋設してなる補強層を備えた空気入りタイヤに関し、更に詳しくは、炭素含有量が０．７５重量％以下である炭素鋼からなり生産性に優れたスチールコードを用いた場合であっても、炭素含有量が０．７５重量％を超える炭素鋼からなるスチールコードを用いた場合と同等以上の耐久性能を発揮することを可能にした空気入りタイヤに関する。

従来、空気入りタイヤの補強層に使用されるスチールコードには、高強度を得るために炭素含有量が０．７５％を超える炭素鋼からなるピアノ線材が使用されている（例えば、特許文献１及び２参照）。しかしながら、このように炭素含有量が０．７５％を超える炭素鋼からなるピアノ線材は伸線加工が難しいためスチールコードの生産性が悪いという欠点がある。

これに対して、炭素含有量が０．７５％以下である炭素鋼からなり伸線加工を施し易いピアノ線材を出発素材とし、その線材に対して伸線加工を施してスチールコード用の素線を得ることにより、スチールコードの生産性を高めることができる。しかしながら、炭素含有量が０．７５％以下である炭素鋼からなるスチールコードを用いた場合、炭素含有量が０．７５重量％を超える炭素鋼からなるスチールコードを用いた場合に比べて空気入りタイヤの耐久性能が低下することになる。

特開平３−１９３９８３号公報 特開２０００−１７８８８７号公報

本発明の目的は、炭素含有量が０．７５重量％以下である炭素鋼からなり生産性に優れたスチールコードを用いた場合であっても、炭素含有量が０．７５重量％を超える炭素鋼からなるスチールコードを用いた場合と同等以上の耐久性能を発揮することを可能にした空気入り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空気入りタイヤは、複数本のスチールコードを引き揃えてゴム中に埋設してなる補強層を備えた空気入りタイヤにおいて、各スチールコードを撚り合わされた複数本の素線から構成し、その素線径を０．１５ｍｍ〜０．４０ｍｍとし、各素線を芯部と該芯部の周囲に形成されためっき層とから構成し、前記芯部を炭素含有量が０．６０重量％〜０．７５重量％である炭素鋼から構成する一方で、前記めっき層の平均厚さを０．２３μｍ〜０．３３μｍとし、前記スチールコードの強度を３０００ＭＰａ〜３５００ＭＰａとしたことを特徴とするものである。

本発明者は、炭素含有量が０．７５重量％以下である炭素鋼からなるピアノ線材を出発素材とし、その線材に対して伸線加工度を高くした強加工を施してスチールコード用の素線を得ることにより、スチール組織の配向性が増加し、従来から使用されている炭素含有量が０．７５重量％を超える炭素鋼からなるスチールコードと同等以上の強度を実現可能であることを知見した。しかしながら、強加工に基づいて高強度のスチールコードを得た場合、芯部の鉄地に形成される凹凸が大きくなり、スチールコード表面のめっき層が局部的に薄くなり、その結果として、めっき層にピンホールが形成される場合があり、そのようなピンホールはスチールコードの接着性を低下させる要因となる。そこで、本発明者は、めっき層におけるピンホールの形成を回避するために、強加工されたスチールコードにおけるめっき層の最適な厚さについて鋭意研究し、本発明に至ったのである。

即ち、本発明によれば、スチールコードの素線の芯部を炭素含有量が０．６０重量％〜０．７５重量％である炭素鋼から構成することにより、スチールコードの生産性を高めることができる。その一方で、強加工に基づいてスチールコードの強度を３０００ＭＰａ〜３５００ＭＰａとすることにより、従来から使用されている炭素含有量が０．７５重量％を超える炭素鋼からなるスチールコードと同等以上の強度を確保することができる。しかも、スチールコードの素線のめっき層の平均厚さを０．２３μｍ〜０．３３μｍとしているので、強加工を施した場合であっても、めっき層にピンホールが形成されるのを回避し、スチールコードの接着性が低下するのを防止することができる。その結果、炭素含有量が０．７５重量％以下である炭素鋼からなり生産性に優れたスチールコードを用いた場合であっても、炭素含有量が０．７５重量％を超える炭素鋼からなるスチールコードを用いた場合と同等以上の耐久性能を有する空気入りタイヤを提供することが可能になる。

本発明において、スチールコードのゴム浸透率は７５％以上にすることが好ましい。これにより、仮に強加工に基づいてスチールコードの素線のめっき層にピンホールが形成されて芯部の鉄地が露出したとしても、スチールコードの接着性を十分に確保し、空気入りタイヤの耐久性能を向上することができる。ここで、スチールコードは横断面にて偏平形状を有することが好ましく、また、スチールコードは１×Ｎ構造を有することが好ましい。これら構造をスチールコードは上記ゴム浸透率を達成する上で有利である。

上記スチールコードを適用する補強層は特に限定されるものではないが、空気入りタイヤを構成するベルト層、カーカス層又はサイド補強層に対して上記スチールコードを適用することが好ましい。特に、ベルト層に上記スチールコードを適用する場合、ベルト層の少なくともエッジ部を覆うように該ベルト層の外周側にベルトカバー層を巻き付けることが好ましい。これにより、ベルト層のエッジセパレーションを効果的に防止することができる。

本発明の実施形態からなる空気入りタイヤを示す子午線半断面図である。 本発明で補強層に使用されるスチールコードを示す断面図である。 図２のスチールコードの素線を拡大して示す断面図である。

以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実施形態からなる空気入りタイヤを示し、図２及び図３はそれぞれ本発明で補強層に使用されるスチールコード及びその素線を示すものである。

図１において、１はトレッド部、２はサイドウォール部、３はビード部である。左右一対のビード部３，３間にはカーカス層４が装架されている。このカーカス層４は、タイヤ径方向に延びる複数本の補強コードを含み、各ビード部３に配置されたビードコア５の廻りにタイヤ内側から外側に折り返されている。

ビードコア５の外周上にはビードフィラー６が配置され、このビードフィラー６がカーカス層４の本体部分と折り返し部分により包み込まれている。また、ビード部３からサイドウォール部２にかけては、引き揃えられた複数本の補強コードを含むサイド補強層７がタイヤ全周にわたって埋設されている。サイド補強層７において、補強コードのタイヤ周方向に対する傾斜角度は例えば１０°〜６０°の範囲に設定されている。サイド補強層７の補強コードの傾斜角度は、必要とされる操縦安定性に応じて適宜設定することができ、その傾斜角度を大きくすることにより操縦安定性を高めることができる。

一方、トレッド部１におけるカーカス層４の外周側には複数層のベルト層８が埋設されている。これらベルト層８はタイヤ周方向に対して傾斜する複数本の補強コードを含み、かつ層間で補強コードが互いに交差するように配置されている。ベルト層８において、補強コードのタイヤ周方向に対する傾斜角度は例えば１０°〜４０°の範囲に設定されている。

ベルト層８の外周側には、高速耐久性の向上を目的として、補強コードをタイヤ周方向に対して５°以下の角度で配列してなる少なくとも１層のベルトカバー層９が配置されている。このベルトカバー層９は少なくとも１本の補強コードを引き揃えてゴム被覆してなるストリップ材をタイヤ周方向に連続的に巻回したジョイントレス構造とすることが望ましい。ベルトカバー層９の補強コードとしては、ナイロン等の有機繊維コードが使用されている。

上記空気入りタイヤにおいて、カーカス層４、サイド補強層７及びベルト層８から選ばれる少なくとも１つの補強層（好ましくは、ベルト層８）を構成する補強コードとして、以下の構成を有するスチールコード１０（図２及び図３参照）が使用されている。即ち、スチールコード１０は複数本の素線１１を撚り合わせた構造を有し、その素線径ｄが０．１５ｍｍ〜０．４０ｍｍの範囲に設定されている。各素線１１は芯部１１ａと該芯部１１ａの周囲に形成されためっき層１１ｂとから構成されている。芯部１１ａは炭素含有量が０．６０重量％〜０．７５重量％である炭素鋼から構成されている。また、めっき層１１ｂの平均厚さｔは０．２３μｍ〜０．３３μｍの範囲に設定されている。更に、スチールコード１０のタイヤに埋設された状態での強度は３０００ＭＰａ〜３５００ＭＰａの範囲に設定されている。

上記スチールコード１０は、以下のような方法により製造することができる。即ち、原料の素材には、炭素含有量が上記範囲にある炭素鋼からなり、直径が５．５ｍｍ〜６．５ｍｍの範囲にあるピアノ線材が使用される。この線材を先ず直径が２．０ｍｍ程度の中間線径まで伸線加工した後、この中間伸線材にブラスめっき加工を施す。次いで、このブラスめっきが施された中間伸線材に最終伸線加工歪が３．８以上、より好ましくは、３．８〜４．５となるような伸線加工を施すことにより、素線径ｄが上記範囲にある素線１１を形成する。そして、伸線加工が施された複数本の素線１１を適宜撚り合わせることにより、強度が上記範囲にあるスチールコード１０を得ることができる。

なお、最終伸線加工歪（Ｒ）とは、めっき線から最終製品までの伸線加工の度合いを示すものであり、めっき線の直径をｄ０とし、最終製品の直径をｄ１としたとき、Ｒ＝２×ｌｎ（ｄ０／ｄ１）にて表される。

上述のように複数本のスチールコード１０を引き揃えてゴム中に埋設してなる補強層を備えた空気入りタイヤにおいて、スチールコード１０の素線１１の芯部１１ａを炭素含有量が０．６０重量％〜０．７５重量％である炭素鋼から構成することにより、スチールコード１０の生産性を高めることができる。特に、めっき処理が施された中間伸線材までの生産効率が飛躍的に改善されるため、スチールコード１０の製造コストを低減することができる。ここで、芯部１１ａの炭素含有量が０．６０重量％未満であると、スチールコード１０が柔らかくなるため耐疲労性が悪化する。逆に、芯部１１ａの炭素含有量が０．７５重量％を超えると、スチールコード１０が硬くなるため低速加工が必要になり生産性が低下する。

また、強加工に基づいてスチールコード１０の強度を３０００ＭＰａ〜３５００ＭＰａとすることにより、従来から使用されている炭素含有量が０．７５重量％を超える炭素鋼からなるスチールコードと同等以上の強度を確保することができる。ここで、スチールコード１０の強度が３０００ＭＰａ未満であると、スチールコード１０を含む補強層の強度低下により空気入りタイヤの耐久性能が低下する。逆に、スチールコード１０の強度が３５００ＭＰａを超えると鋼素材の靱性低下により素線１１が破断し易くなり、空気入りタイヤの耐久性能が低下する。

更に、スチールコード１０の素線１１のめっき層１１ｂの平均厚さｔを０．２３μｍ〜０．３３μｍとしているので、強加工を施した場合であっても、めっき層１１ｂにピンホールが形成されるのを回避し、スチールコード１０の接着性が低下するのを防止することができる。ここで、めっき層１１ｂの平均厚さｔが０．２３μｍ未満であると、めっき層１１ｂにピンホールが形成されて芯部１１ａの鉄地が露出し易くなり、スチールコード１０の接着性が低下する。逆に、めっき層１１ｂの平均厚さｔが０．３３μｍを超えると、めっき層１１ｂが脆くなることに起因してスチールコード１０の接着性が低下する。特に、素線径ｄが０．３２ｍｍ以下である場合、めっき層１１ｂの平均厚さｔを０．２３μｍ〜０．３０μｍの範囲とし、素線径ｄが０．３２ｍｍ超である場合、めっき層１１ｂの平均厚さｔを０．２７μｍ〜０．３３μｍの範囲とすることが望ましい。

めっき層１１ｂの平均厚さｔは、以下のようにして測定することができる。先ず、予め質量が測定された素線１１の試験片を２５ｍｌの１２％塩酸に０．１５ｍｌの３４％過酸化水素を加えた液中に浸漬して表面のめっき層１１ｂを選択的に溶解させる。次いで、この溶解液を水浴上で加温して、過剰の過酸化水素を分解する。放冷後、この溶解液をメスフラスコに移し、蒸留水を加えて１００ｍｌにする。更に、試験管（約２０ｍｌ）に試料液を移して、ＩＣＰ分析機（島津ＩＣＰＳ−８０００）で分析する。また、Ｃｕ標準液（関東化学株式会社製）、Ｚｎ標準液（関東化学株式会社製）、１２％塩酸、Ｙ２０３溶液（関東化学株式会社製）を配合して検量線を作製し、素線１ｋｇ当たりのめっき層１１中のＣｕ重量（ｇ／ｋｇ）及びＺｎ重量（ｇ／ｋｇ）を定量する。平均厚さｔは、鉄とブラスの比重及び素線の断面積を加味して得られる一般式、即ち、平均厚さｔ（μｍ）＝〔Ｃｕ重量（ｇ／ｋｇ）＋Ｚｎ重量（ｇ／ｋｇ）〕×素線径ｄ（ｍｍ）×０．２３５にて算出される。

上述したようにスチールコード１０の素線１１の芯部１１ａを炭素含有量が０．６０重量％〜０．７５重量％である炭素鋼から構成すること、強加工に基づいてスチールコード１０の強度を高くすること、及び、めっき層１１ｂの平均厚さｔを厚くすることにより、炭素含有量が０．７５重量％である炭素鋼からなり生産性に優れたスチールコード１０を用いた場合であっても、炭素含有量が０．７５重量％を超える炭素鋼からなるスチールコードを用いた場合と同等以上の耐久性能を有する空気入りタイヤを提供することが可能になる。

上記空気入りタイヤにおいて、スチールコード１０のゴム浸透率は７５％以上であると良い。これにより、仮に強加工に基づいてスチールコード１０の素線１１のめっき層１１ｂにピンホールが形成されて芯部１１ａの鉄地が露出したとしても、スチールコード１０の接着性を十分に確保し、空気入りタイヤの耐久性能を向上することができる。

スチールコード１０のゴム浸透率は、以下のようにして測定することができる。先ず、空気入りタイヤからスチールコード１０を取り出し、コード外側に付着したゴムをカッターナイフ等で除去する。次いで、スチールコード１０から１本の素線１１を除去し、スチールコード１０の内部にゴムが浸透している部位の割合（％）を測定する。この測定は目視により行っても良いが、画像データに基づいてゴムが浸透している部位の割合（％）を求めることが好ましい。このような測定はタイヤ周上の８箇所で行い、これら８箇所で測定されたゴム浸透率の平均値をスチールコード１０のゴム浸透率とする。

上記ゴム浸透率を達成するために、スチールコード１０は横断面にて偏平形状を有することが好ましい。図２において、スチールコード１０は長径Ｄｌと短径Ｄｓにて規定される偏平形状を有している。短径Ｄｓに対する長径Ｄｌの比（Ｄｌ／Ｄｓ）は１．２〜１．６にすると良い。このようにスチールコード１０を偏平化することにより、コード内部にゴムが浸透し易くなる。

また、上記ゴム浸透率を達成するために、図２に示すように、スチールコード１０はＮ本の素線１１を束ねて撚り合わせるようにした１×Ｎ構造（Ｎ＝２〜６）を有することが好ましい。これにより、コード内部にゴムが浸透し易くなる。なお、１×Ｎ構造が最も好ましい撚り構造であるが、それ以外に、例えば、ｍ本の素線からなるコアとｎ本の素線からなるシースとを有するｍ＋ｎ構造（ｍ＝１〜２，ｎ＝２〜６）を採用しても良い。この場合、シースの素線数を最密状態よりも減らすことでゴム浸透率を確保することが可能になる。いずれの撚り構造においても、素線に癖付け加工を施すことで素線間に隙間を設けたオープン構造を採用することができる。

更に、上記ゴム浸透率を達成するために、スチールコード１０を被覆するコートゴムとして、未加硫状態において柔らかいものを採用しても良い。これにより、コード内部にゴムが浸透し易くなる。

上述した実施形態では、所定の構造を有するスチールコード１０をカーカス層４、サイド補強層７又はベルト層８に対して適用しているが、特にベルト層８に上記スチールコード１０を適用する場合、ベルト層８の少なくともエッジ部を覆うように該ベルト層８の外周側にベルトカバー層９を巻き付けることが望ましい。これにより、ベルト層８のエッジセパレーションを効果的に防止し、安価なスチールコード１０のメリットを最大限に享受することができる。

上記空気入りタイヤにおいて、カーカス層４、サイド補強層７及びベルト層８の補強コードとして所定の構造を有するスチールコード１０を適用しない部分については、タイヤ業界にて通常使用される補強コードを用いることができる。そのような補強コードとしては、例えば、他のスチールコードや、ナイロン及びポリエステルに代表される有機繊維コードが挙げられる。

タイヤサイズ１９５／６５Ｒ１５で、複数本のスチールコードを引き揃えてゴム中に埋設してなるベルト層を備えた空気入りタイヤにおいて、ベルト層のスチールコードを撚り合わされた複数本の素線から構成し、各素線を芯部と該芯部の周囲に形成されためっき層とから構成し、芯部の炭素含有量（重量％）、最終伸線加工歪、めっき層の平均厚さ（μｍ）、素線径（ｍｍ）、コード構造、コード径（ｍｍ）、コード強力（Ｎ）、コード強度（ＭＰａ）を表１のように設定した従来例１、実施例１〜２及び比較例１〜４のタイヤを製作した。

これら試験タイヤについて、下記の評価方法により、スチールコードのゴム浸透率、タイヤ耐久性能を評価し、その結果を表１に併せて示した。

ゴム浸透率：
試験タイヤのベルト層からスチールコードを取り出し、コード外側に付着したゴムをカッターナイフ等で除去し、更にスチールコードから１本の素線を除去し、スチールコードの内部にゴムが浸透している部位の割合（％）を画像データに基づいて測定した。このような測定をタイヤ周上の８箇所で行い、これら８箇所で測定されたゴム浸透率の平均値をスチールコードのゴム浸透率とした。

タイヤ耐久性能：
各試験タイヤを温度７０℃及び湿度９５％の条件で３０日間劣化させた後、各試験タイヤをリムサイズ１５×６ＪＪのホイールに組付けて空気圧２００ｋＰａに設定し、荷重５ｋＮ及び速度１２１ｋｍ／ｈの条件で室内ドラム試験機による走行試験を開始し、３０分毎に速度を８ｋｍ／ｈずつ増加させて試験タイヤが故障するまでの走行距離を計測した。評価結果は、従来例１を１００とする指数にて示した。この指数値が大きいほどタイヤ耐久性能が優れていることを意味する。

表１から判るように、実施例１〜２のタイヤは、炭素含有量が０．７５重量％以下である炭素鋼からなり生産性に優れたスチールコードを用いているにも拘らず、炭素含有量が０．７５重量％を超える炭素鋼からなるスチールコードを用いた従来例１と同等以上の耐久性能を発揮することができた。

一方、比較例１のタイヤは、めっき層の平均厚さが薄過ぎるため、スチールコードの接着性が低下し、タイヤ耐久性能が低下していた。比較例２のタイヤは、めっき層の平均厚さが厚過ぎるため、めっき層が脆くなることに起因してスチールコードの接着性が低下し、タイヤ耐久性能が低下していた。比較例３のタイヤは、スチールコードの強度が低過ぎるため、スチールコードを含むベルト層の強度が低下し、タイヤ耐久性能が低下していた。比較例４のタイヤは、スチールコードの強度が高過ぎるため、鋼素材の靱性低下により素線が破断し易くなり、タイヤ耐久性能が低下していた。

次に、スチールコードの素線径を変更したこと以外は従来例１、実施例１〜２及び比較例１〜４と同様の構造を有する従来例２、実施例３〜４及び比較例５〜８のタイヤを製作した。

これら試験タイヤについて、上記の評価方法により、スチールコードのゴム浸透率、タイヤ耐久性能を評価し、その結果を表２に併せて示した。

表２から判るように、実施例３〜４のタイヤは、炭素含有量が０．７５重量％以下である炭素鋼からなり生産性に優れたスチールコードを用いているにも拘らず、炭素含有量が０．７５重量％を超える炭素鋼からなるスチールコードを用いた従来例２と同等以上の耐久性能を発揮することができた。

一方、比較例５〜８については、比較例１〜４と同様の傾向が現れ、いずれも従来例２に比べてタイヤ耐久性能が低下していた。

１ トレッド部
２ サイドウォール部
３ ビード部
４ カーカス層
５ ビードコア
６ ビードフィラー
７ サイド補強層
８ ベルト層
９ ベルトカバー層
１０ スチールコード
１１ 素線
１１ａ 芯部
１１ｂ めっき層

Claims (6)

1. 複数本のスチールコードを引き揃えてゴム中に埋設してなる補強層を備えた空気入りタイヤにおいて、各スチールコードを撚り合わされた複数本の素線から構成し、その素線径を０．１５ｍｍ〜０．４０ｍｍとし、各素線を芯部と該芯部の周囲に形成されためっき層とから構成し、前記芯部を炭素含有量が０．６０重量％〜０．７５重量％である炭素鋼から構成する一方で、前記めっき層の平均厚さを０．２３μｍ〜０．３３μｍとし、前記スチールコードの強度を３０００ＭＰａ〜３５００ＭＰａとしたことを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記スチールコードのゴム浸透率を７５％以上にしたことを特徴とする請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記スチールコードが横断面にて偏平形状を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の空気入りタイヤ。
4. 前記スチールコードが１×Ｎ構造を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
5. 前記補強層がベルト層、カーカス層又はサイド補強層であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
6. 前記補強層がベルト層であり、該ベルト層の少なくともエッジ部を覆うように該ベルト層の外周側にベルトカバー層を巻き付けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

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