JP4316879B2 - オフロードタイヤおよびコンベヤベルトを補強するスチールコード - Google Patents
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Description
本発明はスチールコードに関し、さらに詳細にはゴムタイヤ、特にオフロードタイヤ（未舗装路走行用タイヤ）およびコンベヤベルトの補強に用いられるスチールコードに関する。
ゴムの補強に一般的に用いられるスチールコードとして、高抗張力スチールフィラメント（steel filaments, スチール線条）を利用する高抗張力コードを用いる傾向にある。
スチ−ル要素からなる複数の層によって構成されるスチールコードがオフロードタイヤおよびコンベヤベルトに用いられている。この場合、スチール要素からなる１つ以上の層が金属コアストランド（metal core strand, 金属コア素線（撚り線））と呼ばれるスチールコードの周囲に配置される。これらのスチール要素としてスチールコードまたはスチールストランド（金属素線）を用いることによって、例えば、典型的なオフロードスチールコード構造である７×(３＋９)構造を得ることができる。また、スチール要素としてスチールフィラメントを用いることによって、例えば、（３＋９＋１５）構造を有する同心積層コードを得ることができる。
しかし、これらの構造を有するスチールコードに高抗張力スチールフィラメントを用いる試みは、以下の欠点を有している。すなわち、そのような高抗張力スチールフィラメントを用いた場合、撚り工程、具体的には、スチールフィラメント（スチール線条）をストランド、マルチ・ストランド、または同心積層コードに変換させる工程によって、抗張力の著しい損失が生じる。ストランド、マルチ・ストランド、または同心積層コードに軸方向荷重を付加すると、これらのストランドまたはコードを構成する複数のフィラメントは径方向力を相互に及ぼす。その結果、それらのフィラメント（線条）は互いに締付け合う。この場合、フィラメントの抗張力が高いほど、径方向荷重と軸方向荷重が付加される条件下において抗張力の損失が大きくなることがわかっている。
このことは、フィラメントの抗張力が高くなるほど、それらのフィラメント（線条）をストランド（撚り線）または同心積層コードに変換するための撚り工程による抗張力の損失が大きくなる事実を、明瞭に説明している。さらに、マルチ・ストランドまたは同心積層コードの構造が複雑になるほど、抗張力の損失が大きくなる。特に、複数層の撚り方向が異なる場合、例えば、金属コアストランドをZ方向に撚り、スチールフィラメントからなる第１層をこの金属コアストランドの周囲にS方向に撚り、スチールフィラメントからなる第２層をこれらの金属コアストランドおよびスチールフィラメントからなる第１層の周囲に再びZ方向に撚る場合、抗張力の損失が大きくなる。
その結果、高抗張力スチール要素を用いることによって高抗張力および高破断荷重のスチールコードまたはストランドが得られるという意図に反して、通常、高抗張力スチールフィラメントを用いても、中程度、すなわち、標準的な水準の抗張力および破断荷重を有するスチールコードまたはストランドしか得ることができない。
高抗張力スチールフィラメントからなるスチールコードにゴムを十分に浸透させることによって抗張力の損失を低減させる試みがなされているが、その結果はいまだ十分とはいえない。
本発明の目的は、ゴムタイヤ、特にオフロードタイヤまたはコンベヤベルトの補強に用いられる高抗張力スチールコードの抗張力または破断荷重の損失を低減することにある。
本発明によるスチールコードは、金属コアストランド（metal core strand, 金属コア素線（撚り線））の周囲に撚られたスチール要素からなる１つ以上の層によって構成されている。これらのスチール要素はスチールフィラメント（steel filament, スチール線条）またはスチールストランド（steel strand）であるとよい。スチール要素からなる１つ以上の層は同一または異なった撚り方向および／または撚り角度で金属コアストランドの周囲に撚られるとよい。また、異なった径のスチールフィラメントまたは異なった構造のストランドを用いて本発明のスチールコードを製造してもよい。本発明のスチールコードは、いわゆるコンパクトコード、マルチ・ストランド構造を有するコード、または同心積層構造を有するコードのいずれであってもよい。
本発明のスチールコードは金属コアストランドと、その金属コアストランドの周囲に撚られるスチール要素の少なくとも１層との間に０．０２ｍｍよりも大きい厚み（thickness, 太さ）を有するポリマー材料からなる層が設けられている点に特徴がある。
好ましくは、本発明のスチールコードの種々のスチール要素に用いられるフィラメントは２０００Ｎ/ｍｍ2よりも大きい、より好ましくは、２５００Ｎ/ｍｍ2よりも大きい、最も好ましくは、２８００Ｎ/ｍｍ2よりも大きい抗張力を有しているとよい。
本発明のスチールコードの種々のスチール要素に用いられるフィラメントは０．８ｍｍ未満、好ましくは、０．１５から０．６ｍｍの範囲、さらに好ましくは、０．１７５から０．３５ｍｍの範囲の径を有しているとよい。
本発明のスチールコードは金属コアストランドと、その金属コアストランドの周囲に撚られるスチール要素からなる少なくとも１層との間にポリマー材料の層が設けられる点に特徴があり、このポリマー層は金属コアストランドとスチール要素からなる隣接層を互いに分離する機能を有している。ポリマー層は金属コアストランドを構成するフィラメントとスチール要素からなる隣接層を構成するフィラメントとの間の接触をなくすか、または、接触点の数を著しく防ぐことができる。金属コアストランドとスチール要素からなる隣接層との間のポリマー層の最小厚みは０．０２ｍｍよりも大きい値、好ましくは、０．０３５ｍｍよりも大きい値、最も好ましくは、０．０５ｍｍよりも大きい値、例えば、０．１ｍｍよりも大きい値であるとよい。
ポリマー層の最小厚み（太さ）は以下の手順によって測定される。（１）コードを少なくとも５箇所において径方向に切断し、切断端部を研磨し、コードの断面写真を撮る。（２）各断面について、金属コアストランドとスチール要素からなる層の各スチール要素との間の最小距離を測定する。この最小距離の測定は、スチール要素に含まれる金属コアストランドに最も近いフィラメントと金属コアストランドに含まれるスチール要素に最も近いフィラメントとの間の距離を測定することによってなされる。これらの最小距離を計算して、平均距離を得る。（３）少なくとも５つの径方向断面における少なくとも５つの平均距離を平均化することによって、ポリマー層の最小厚みを得る。
このような最小厚みは、スチール要素からなる隣接層を金属コアストランドの周囲に撚る前に金属コアストランドの周囲にポリマー材料の層を形成することによって得られる。最良の結果を得るには、スチール要素からなる隣接層を撚る前に金属コアストランドの周囲に設けられるポリマー層の最小厚みが少なくとも０．０５ｍｍ、最も好ましくは、０．１ｍｍよりも大きい値であるとよい。ポリマー層の厚みは、ポリマー層が被覆される前のストランドまたはフィラメントの光学径とポリマー層が被覆された後の被覆ストランドまたはフィラメントの光学径を測定し、その差分を２で割ることによって得られる。スチール要素からなる隣接層を撚る前のポリマー層の厚みが薄い場合、使用されるフィラメントの所定の径にも依存するが、金属コアストランドとスチール要素からなる隣接層との間の局部的な接触点が多くなる。理論的な裏付けは得られていないが、ポリマー材料の層が薄いと、隣接層、具体的には、隣接層のストランドを構成する細径のフィラメントが本発明のスチールコードの撚り工程の間にポリマー層を突き抜けることが考えられる。撚り工程中、隣接層のスチール要素は金属コアストランドに向かって径方向内側に移動する。その結果、これらのスチール要素はポリマー層内に押し込まれる。スチール要素からなる隣接層が撚られる前のポリマー層が薄すぎる場合、このポリマー層は局部的に押しのけられ、またはポリマー層に局部的に付加される高い径方向応力によって切断する可能性がある。
好ましくは、スチール要素からなる隣接層は金属コアストランドの周囲に金属コアストランドの撚り方向と逆方向に撚られるとよい。すなわち、金属コアストランドがＳ方向に撚られる場合、そのコア層の周囲にポリマー層が設けられた後、スチール要素からなる隣接層は金属コアストランドの周囲にＳ方向に撚られるとよい。このようなスチールコード構造は本発明によるポリマー材料の被覆による破断荷重および抗張力の改善にとって最も好ましい。
ポリマー層が厚すぎても好ましくないことは明らかである。金属コアストランドとスチール要素からなる隣接層との間のポリマー材料の層が厚すぎると、本発明のスチールコードは不安定になり、オフロードタイヤおよびコンベヤベルトの補強に有用ではなくなる。さらに、ポリマー層の厚みが大きくなると、コード径が大きくなり、コード内に埋設されるゴムの層が厚くなり、その結果、コストが高くなる。金属コアストランドとスチール要素からなる隣接層との間のポリマー層の最小厚みは０．１２０ｍｍ未満であるとよい。
本発明のスチールコードは、ポリマー層を設けない以外は同一の構造でかつ同一のスチール要素からなるスチールコードと比較して、少なくとも３％、破断荷重を向上させ、さらに、５％以上、破断荷重を向上させることもできる。
本発明のスチールコードは、スチールコードの製造における撚り工程による抗張力の損失を低減させることによって、好ましくは、１５００ＭＰａよりも大きい、さらに好ましくは、２０００ＭＰａよりも大きい破断荷重を有することができる。
本発明のスチールコードは、特に制限はされないが、好ましくは、公知の７×（３＋９）、７×（３＋９＋１５）、（３＋９＋９×３）、７×７、７×１９、または（１９＋８×８）構造を有しているとよい。
本発明のスチールコードに用いる鋼合金は、好ましくは、０．７０％−１．１０％の炭素、０．４０％−０．７０％のマンガン、０．１０％−０．４０％のシリコン、最大０．０３％の硫黄、および最大０．０３％の燐を含有しているとよい。クロム、ニッケル、バナジウム、ボロン、コバルト、銅、モリブデンなどの微細合金化元素を０．０１−０．５０％含んでいてもよい。
ポリマー層を形成するのに用いられる好適な熱可塑性ポリマー材料として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエステル（ＰＥＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン（ＰＥ）、またはそれらの共重合体が挙げられる。好ましくは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を用いるとよい。このようなポリマー材料を用いて、ポリマー層を種々の方法によって形成することができる。好ましくは、金属コアストランドの周囲にポリマー材料を押出成形することによってポリマー層を形成するとよい。
当業者にとっては容易に理解されることではあるが、本発明のスチールコードが金属コアストランドとスチール要素からなる２つ以上の層によって構成される場合、本発明によるポリマー材料の異なる層をスチール要素からなる異なる層の間に設けることができる。例えば、ポリマー材料の第１層を積層構造の金属コアストランドの周囲に設け、スチール要素からなる１つ以上の層をこのポリマー層によって被覆された金属コアストランドの周囲に撚り、次いで、ポリマー材料の第２層を金属コアストランド、ポリマー材料の第１層、およびスチール要素からなる隣接層の組合せの周囲に設けるとよい。スチール要素からなる付加的な層をポリマー材料の第２層の周囲にさらに設けてもよい。あるいは、ポリマー材料およびスチール要素からなる層をさらに設けてもよい。なお、複数のポリマー材料の層を設ける場合、各層の厚みは前述した厚みと同様に設定するとよい。
本発明のスチールコードはオフロードタイヤおよびコンベヤベルトの補強に好ましく用いられる。本スチールコードは、高抗張力スチールフィラメントの組合せからなり、撚り工程による抗張力および破断荷重の損失を補償することができる。
以下、本発明を添付の図面に基づいて、さらに詳細に説明する。
図１は本発明による（７×（３＋９）＋１）構造を有する好適なスチールコードを示している。このスチールコードは６本のスチール要素１３を１２本のスチールフィラメント１２からなる金属コアストランド１１の周囲に撚り長さ２８ｍｍで撚って、金属コアストランド１１の周囲にスチール要素１３からなる隣接層を設けることによって得られる。金属コアストランド１１はステップ６．３でＺ方向に撚られた０．２４５の径を有する３本のスチールフィラメントの周囲に９本の同じスチールフィラメントをステップ１２．５でＺ方向に撚ることによって得られる。また、各スチール要素１３はステップ６．３でＳ方向に撚られた０．２４５の径を有する３本のスチールフィラメントの周囲に９本の同じスチールフィラメントをステップ１２．５でＳ方向に撚ることによって得られる。なお、スチール要素１３内のスチールフィラメントを以後スチールフィラメント１４と呼ぶ。本発明のスチールコードはさらに金属コアストランドおよびスチールフィラメントからなる層の周囲に撚り長さ５ｍｍでＳ方向に撚られる０．２０ｍｍの径を有する結合フィラメント１５を備えている。本発明によれば、ポリマー層１６が金属コアストランド１1とスチール要素１３間に設けられている。好適な実施例によれば、ポリマー層はＰＥＴからなる。スチールフィラメント１２および１４は全て０．８２％Ｃおよび０．５％Ｍｎを含む鋼合金からなる。
図１の細部Ａを図２に示す。金属コアストランドのスチールフィラメント１２とスチール要素からなる隣接層のスチールフィラメント１４との間の最小距離２１は図２に示すように測定される。スチール要素からなる隣接層の各スチール要素１３に対して、この最小距離２１を測定する。図１に示す実施例において、金属コアストランド１１と６本のスチール要素１３間の６つの最小距離を測定し、その平均値を計算し、平均距離を得る。本発明の実施例によるスチールコードの少なくとも５つの径方向断面における少なくとも５つの平均距離を測定し、それらの平均距離の平均値を計算し、最小厚みを決定する。
図１に示す実施例におけるスチールコードを図３に示す工程によって作製することができる。第１工程３ａにおいて、図３において参照番号１１で示す（３＋９）構造を有する金属コアストランドを公知の技術によって作製する。次の工程３ｂにおいて、ポリマー層１６を金属コアストランド１１の周囲に設ける。好ましくは、ポリマー層を金属コアストランドの周囲に押出成形によって形成するとよい。ポリマー材料の厚み３１は、好ましくは、０．０５ｍｍよりも大きい値、最も好ましくは、０．１１ｍｍよりも大きい値に設定するとよい。次の工程３ｃにおいて、それぞれが（３＋９）構造を有する６本のスチール要素１３をポリマー層１６の周囲に撚る。さらに、工程３ｄにおいて、巻付けフィラメント１５を設けるとよい。
（３＋９）構造のコアストランドの周囲に種々のＰＥＴ層を設けた（７×（３＋９）＋１）構造の本発明の実施例による４つのスチールコードを（７×（３＋９）＋１）構造の参照スチールコードと比較した。以下の表１に示すように、本発明の実施例によるスチールコードは参照スチールコードと比較して５％以上大きい破断荷重を有している。
当業者にとっては容易に理解できることではあるが、フィラメント（線条）径や鋼合金およびポリマー材料を変えても同様の結果が得られる。他の構造を図４ないし図８に示す。
図４は（１９＋（８×７））構造の径方向断面を概略的に示す図である。８本のスチール要素４２からなる層が金属コアストランド４１の周囲に設けられている。金属コアストランド４１は１９本のスチールフィラメントからなり、各スチール要素４２は７本のスチールフィラメントからなる。ポリマー材料４３の層が金属コアストランドとスチール要素の層との間に設けられている。
図５は７×１９構造の径方向断面を概略的に示す図である。６本のスチール要素５２からなる層が金属コアストランド５１の周囲に設けられている。金属コアストランド５１は１９本のスチールフィラメントからなり、各スチール要素５２も１９本のスチールフィラメントからなる。ポリマー材料５３の層が金属コアストランドとスチール要素の層との間に設けられている。
図６は７×（３＋９＋１５）構造の径方向断面を概略的に示す図である。６本のスチール要素６２からなる層が金属コアストランド６１の周囲に設けられている。金属コアストランド６１は（３＋９＋１５）型の同心積層コードであり、各スチール要素６２も（３＋９＋１５）型の同心積層コードである。ポリマー材料６３の層が金属コアストランドとスチール要素の層との間に設けられている。
図７は７×７構造の径方向断面を概略的に示す図である。６本のスチール要素７２からなる層が金属コアストランド７１の周囲に設けられている。金属コアストランド７１は７本のスチールフィラメントからなり、各スチール要素７２も７本のスチールフィラメントからなる。ポリマー材料７３の層が金属コアストランドとスチール要素の層との間に設けられている。
図８ａは（３＋９）型のコードである金属コアストランド８１とその周囲に設けられた各々が単一のスチールフィラメントからなる１５本のスチール要素８２の層を有する同心積層コードを概略的に示す図である。ポリマー層８３が金属コアストランドと１５本のフィラメント間に設けられている。あるいは、図８ｂに示すように、３本のフィラメントからなる金属コアストランド８４に第１ポリマー層８５を被覆し、９本のスチール要素８６からなる第１層を被覆された金属コアストランドの周囲に撚り、１５本のスチール要素８７からなる第２層を９本のスチール要素からなる第１層の周囲に撚ってもよい。図８ｃに示すように、ポリマー材料８８の第２層をスチール要素８６からなる第１層とスチール要素８７からなる第２層の間に設けてもよい。
Claims (10)
- 金属コアストランドと、前記金属コアストランドの周囲に設けられるスチール要素の少なくとも１つの隣接層からなる、ゴムタイヤおよび／またはコンベヤベルトの補強に用いられるスチールコードにおいて、前記金属コアストランドはポリマー材料によって被覆され、前記ポリマー材料はポリエチレンテレフタレートで、かつ０．０２〜０．１２ｍｍの厚みを有していることを特徴とするスチールコード。
- 前記ポリマー材料は熱可塑性ポリマーであることを特徴とする請求項１に記載のスチールコード。
- 前記最小厚みは０．０３５ｍｍよりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載のスチールコード。
- 前記スチール要素からなる隣接層の前記スチール要素はスチールコードであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のスチールコード。
- 前記ポリマー材料は前記金属コアストランドの周囲に押出成形によって形成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のスチールコード。
- 請求項１ないし５のいずれか１項に記載のスチールコードを製造する方法において、
金属コアストランドを設けるステップと、
前記金属コアストランドの周囲にポリマー材料の層を設けるステップと、
スチール要素からなる１つ以上の付加的な隣接層を設けるステップと
によって構成されることを特徴とする方法。 - 前記ポリマー層は前記金属コアストランドの周囲に押出成形によって形成されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
- 前記ポリマー材料は前記金属コアストランドの周囲に０．０５ｍｍよりも大きい厚みで設けられることを特徴とする請求項６または７に記載の方法。
- 請求項１ないし５のいずれか１項に記載のスチールコードの用途であって、前記スチールコードがオフロードタイヤの補強に用いられることを特徴とする用途。
- 請求項１ないし５のいずれか１項に記載のスチールコードの用途であって、前記スチールコードがコンベヤベルトの補強に用いられることを特徴とする用途。
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