JP5430952B2 - ゴム物品補強用スチールコードおよび空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、ゴム物品補強用スチールコードおよび空気入りタイヤ（以下単に「タイヤ」とも称する）に関し、詳しくは、輸送車両または建造機械のような重車両に装着される重荷重用タイヤに好適に適用されるゴム物品補強用スチールコードおよび当該重荷重用タイヤに関する。

建設車両用タイヤは大規模土木工事現場や鉱石採掘場で供用される大型ダンプカーなどに装着され、荒れた地表上で重い負荷の下に過酷な稼働条件が課される。すなわち、荒れ地走行を使命とする建設車両用タイヤは、路面からの入力が大きい上、元来重荷重が負荷されるため、そのカーカスやベルトなどの各補強層に使用するスチールコードには高い引張り強さ（切断荷重）が要求される。

そのため、これら補強層には複数本の素線を撚り合わせた１本のコアストランドの周りに、複数本の素線を撚り合わせたシースストランド数本を撚り合わせてなる、例えば、７×（３＋９）構造や７×（３＋９＋１５）構造など、いわゆる複撚り構造のスチールコードが広く用いられている。

また、建設車両用タイヤは、荒れた地表面に対し重い負荷が課せられる結果として、外傷を受ける機会が多く、これに対し補強材としてのコードには太い径のものを用いるか、単位面積当りのコード引張り破断強力を高くする、いわゆる高抗張力鋼を適用するなど、コード軸方向の引張り破断強度を高くする対応がなされている。

ところが、複数本のストランドを撚り合わせた複撚りコードでは、素線の強力の総和に比べて撚り角に起因した減少では説明できないほどのコード強力の低下を招き、このことが問題となっていた。この問題の対策として、特許文献１には一部素線の先行破断を回避してコード軸方向の強力の低下を抑制する手法が提案されている。また、特許文献２には、重量および厚みを増加することなしにタイヤに対する耐カット性能の向上を実現した複撚り構造のスチールコードが提案されている。さらに、特許文献３には、コード軸方向の強力を低下させることなく、タイヤに対する耐カット性を向上した複撚り構造のスチールコードが提案されている。

特願２００１−５３６８１３号公報 特願２００２−３３９２７７号公報 特願２００６−２２４４０号公報

しかしながら、これまでの重荷重用タイヤの補強材としてのスチールコードは、次のような状況下において、必ずしも満足の得られるものではなかった。

即ち、荒地走行を強いられる重荷重用タイヤのベルト層、特にインナー側に最も近いベルト層は比較的鈍的な突起物を踏んだ場合、大きく曲げられ、補強用スチールコードはコード軸方向引張り入力で先行的にコード破断をきたすことが多く見られた。一方、比較的鋭的な突起物を踏んだ場合には、局所的に曲げられ、突起物からのせん断力により、特にトレッド側に最も近いベルト補強層より、やはりコード破断をきたすことが多く見られた。このようなことから、建設車両用タイヤに補強材として適用するスチールコードには、コードの軸方向の引張り強さと、せん断方向の強さの両方が求められている。

また、ベルト層が厚い場合、突起物を踏んだ時の曲げられる時、インナー側のベルトコードは曲げの外側に位置するので、切断伸度に至る引張り入力が容易に入り易くなるため、ベルト層をできるだけ薄くすることが求められている。

そこで、本発明の目的は、コード軸方向の強力を低下させることなく、かつ、径方向の厚みを増すことなく、すなわち、タイヤ重量を増加させることなく、鈍的および鋭的な突起物を踏んだ場合に、切り目および穿孔などいわゆるカット性に対する耐久を向上させたゴム物品補強用スチールコード、およびこのゴム物品補強用スチールコードを補強材として適用した建設車両用タイヤを提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決するために、１本のコアストランドの周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において、コアストランドに対するシースストランドの締め付け力につき鋭意検討を行った結果、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明のゴム物品補強用スチールコードは、複数本の素線を撚り合わせた１本のコアストランドの周りに、複数本の素線を撚り合わせた複数本のシースストランドを撚り合わせてなり、かつ、前記コアストランドと前記シースストランドが夫々コア素線とシース素線とを撚り合わせた少なくとも２層撚り構造からなるゴム物品補強用スチールコードにおいて、
前記コアストランドの最外層の素線径φ１（ｍｍ）と、前記シースストランドの最外層の素線径φ２（ｍｍ）と、前記コアストランドと前記シースストランドの中心間距離ｒ（ｍｍ）と、前記シースストランドの断面積Ｓ（ｍｍ^２）と、次式、
α（ｒａｄ）＝（π／２）−ｔａｎ^−１［｛（ｃｄ−ｓｄ）／ｓｐ｝π］
（式中、ｃｄはコード径（ｍｍ）、ｓｄはシースストランド径（ｍｍ）、ｓｐはシースストランドピッチ（ｍｍ）を示す）で表される前記シースストランドの撚り角αと、が次式、
１．８≦［Ｓ・ｃｏｓ^２α／｛ｒ・（φ１＋φ２）｝］×１００≦４．７
で表される関係を満足し、かつ、前記コアストランドおよび前記シースストランドをそれぞれ構成する最外層シース素線の抗張力が、内層の素線の抗張力より低いことを特徴とするものである。

本発明においては、前記コアストランドが複数本の素線を撚り合わせた３層撚り構造を有し、かつ、前記シースストランドの本数が６〜１０本であることが好ましく、また、前記コード径ｃｄが５．０ｍｍ以上であることが好ましい。

また、本発明の空気入りタイヤは、左右一対のビード部間に跨ってトロイド状に延びるラジアル配列コードによるプライから成るカーカスを骨格とし、該カーカスのクラウン領域のタイヤ径方向外側に配置されたベルトを有する空気入りタイヤにおいて、
前記ベルトが、並置配列されたコードを積層間で交差させて配置してなる少なくとも４層のベルト層からなり、該ベルト層の少なくとも２層を構成するコードが、請求項１〜３のうちいずれか一項記載のゴム物品補強用スチールコードであることを特徴とするものである。

本発明によれば、コード軸方向の強力を低下させることなく、かつ、タイヤ重量を増加させることなく、鈍的および鋭的な突起物を踏んだ場合における、切り目および穿孔などに対する耐カット性の向上を図ることができる。本発明は、特に、建設車両用タイヤにおいて有用である。

複撚り構造のスチールコードの断面図である。 コアストランドと１本のシースストランドの波形を示す説明図である。 実施例１のスチールコードの断面図である。 実施例３のスチールコードの断面図である。 従来例のスチールコードの断面図である。 比較例１のスチールコ−ドの断面図である。 本発明の一例の建設車両用タイヤの断面図である。

以下、本発明の実施の形態につき具体的に説明する。
図１に示す本発明の好適例のスチールコードでは、１本のコアストランド１の周りに、６本のシースストランド２が撚り合わさっている。また、このコードの外周にはラッピング素線３がコード外周に沿って螺旋状に巻回されている。

コアストランド１は、複数本の素線を撚り合わせてなり、図示例では、３＋９＋１５の撚り構造を有する。また、シースストランド２も複数本の素線を撚り合わせてなり、図示例では、３＋９＋１５の撚り構造を有する。

図２は、この１本のシースストランド２がコアストランド１に対して締め付ける力Ｆと、コアストランド１とシースストランド２の中心間距離ｒと、シースストランドの断面積Ｓとの関係とともに、シースストランド２の撚りピッチｓｐを示す。この締め付ける力Ｆはシースストランドの断面積Ｓと、撚り角αに関するｃｏｓ^２αに比例し、その一方で、中心間距離ｒと、コアストランド１とシースストランド２との接触面積に反比例する関係にある。ここで、この接触面積は、コアストランド１の最外層の素線径φ１と、シースストランド２の最外層の素線径φ２との和（φ１＋φ２）として近似することができる。

本発明においては、これらの関係で表わされる締め付ける力Ｆが次式、
１．８≦［（Ｓ・ｃｏｓ^２α）／｛ｒ・（φ１＋φ２）｝］×１００≦４．７
好ましくは、次式、
２．０≦［（Ｓ・ｃｏｓ^２α）／｛ｒ・（φ１＋φ２）｝］×１００≦４．０
で表される関係を満足することが肝要である。

［（Ｓ・ｃｏｓ^２α）／｛ｒ・（φ１＋φ２）｝］×１００の値が４．７より大きい場合、スチールコードがせん断入力を受けた際、スチールコードが破断する前に各シースストランド２がコアストランド１に向かって締めつけることに起因する応力が大きくなり、コード破断に至る前に、一部の素線が先行破断してしまい、結果として必要な耐せん断力を得難くなる。

一方、［（Ｓ・ｃｏｓ^２α）／｛ｒ・（φ１＋φ２）｝］×１００の値が１．８より小さい場合、シースストランド２を極端にロングピッチにしなければならず、製造上の問題をまねき易く、また、シースストランド２を構成する素線がコアストランド１を構成する素線より極端に細くなり、コード破断に至る前にシースストランド２の素線が先行破断してしまい、必要な耐せん断性が得難くなる。

図３に本発明の他の好適例のスチールコードを示す。このスチールコードでは、コアストランド１が３＋９＋１２の３層撚り構造を有する。また、このコアストランド１の周りに撚り合わされた６本のシースストランド２も、３＋９＋１２の３層撚り構造を有する。

図４に、更に本発明の他の好適例のスチールコードを示す。このスチールコードでは、コアストランド１が３＋９＋１５の３層撚り構造を有する。また、このコアストランド１の周りに撚り合わされた１０本のシースストランド２は、３＋９の２層撚り構造を有する。

本発明においては、コアストランド１およびシースストランド２の素線径、撚り構造は共に特に制限されるべきものではないが、本発明の所期の目的を達成する上で、好ましくはコアストランドが３層撚り構造で、かつシースストランドが２層撚り構造である。

また、コアストランド１の周りのシースストランド２の巻き付け本数は、好ましくは６〜１０本である。この本数が６本未満の場合、コード断面積に対して十分な引張り強力が得難くなる。一方、シースストランド２の巻き付け本数が１１本以上の場合、コアストランドを構成するフィラメント径が極端に太くなるため、スチールコードの曲げ剛性が高くなり、タイヤ等のゴム物品に適用した場合、素線の表面歪みが増加して十分な耐疲労性を得難くなる。

さらに、本発明においては、ゴム物品の強度を確保するために、使用する素線には炭素含有量は０．８０〜１．００質量％の高抗張力鋼を用いることが好ましい。また、コードの捻じれを抑制し、工場作業性などを確保するためには、コードの外周にラッピング素線３を巻き付けることが好ましい。

さらにまた、各ストランドを構成する素線は、素線径が０．２０〜０．６０ｍｍの範囲にあることが好ましい。各素線の径が０．２０ｍｍ未満では、スチールコードとして十分な引張り強さが得られず、一方、０．６０ｍｍを超えると、当該コードをタイヤに適用した場合に、タイヤ接地面内でのスチールコードの素線の表面歪みが増加して耐疲労性が低下するため、好ましくない。また、コード径ｃｄは、所望のコード強力を得る上で、好ましくは５．０ｍｍ以上である。

また、本発明においては、コアストランドおよびシースストランドをそれぞれ構成する最外層シース素線の抗張力が、内層の素線の抗張力より低いことが好ましい。各ストランドを構成する最外層シース素線の抗張力が内側の素線の抗張力と同等以上の場合、スチールコードが引張り入力を受けた際に素線の先行破断が起こりやすくなるため、良好な引張り強力を発揮するには、シースストランドは７〜１０本の構造に限定されてしまうためである。

本発明のスチールコードをベルトの補強材として適用する本発明のタイヤとして、例えば、図７に示す建設車両用タイヤを好適に挙げることができる。この建設車両用タイヤは、１対のビードコア２０間でラジアル方向に延びるスチールコードのプライからなるカーカス２１と、このカーカス２１のクラウン部のタイヤ径方向外側に配置した、少なくとも４層（図示例では６層）のベルト２２と、このベルト２２のタイヤ径方向外側に配置したトレッド２３とを具備する。本発明においては、かかるベルト層の少なくとも２層を構成するコードが、本発明のゴム物品補強用スチールコードである。これにより、このタイヤコード軸方向の強力を低下させることなく、かつタイヤ重量を増加させることなく、鈍的および鋭的な突起物を踏んだ場合における耐カット性を向上することが可能となる。

以下、本発明を実施例に基づき説明する。
（実施例１〜３、従来例、比較例１，２）
下記の表１に示す種々のスチールコードを製作した。これらスチールコードのコード軸に直交する断面構造について図３〜６に夫々示す。図３は実施例１、図４は実施例３、図５は従来例、図６は実施例２および比較例１に夫々対応する。尚、スチールコードに使用した素線は炭素含有量０．８２質量％の高抗張力鋼である。これらのスチールコードにつき以下の評価試験を行った。

（耐せん断性）
供試スチールコードについてシャルピー衝撃試験機を用い、耐せん断破壊性を評価した。従来例１のスチールコードを１００として指数表示した。数値が大なる程、結果が良好である。

（タイヤ重量）
供試スチールコードをサイズを同じ条件下で５３Ｒ６３の建設車両用タイヤのベルト層に補強材として適用し、重量測定を行った。従来例のタイヤを１００として指数表示した。数値が小なる程、結果が良好である。

（カット受傷数）
供試スチールコードをサイズを５３Ｒ６３の建設車両用タイヤのベルト層に補強材として適用した。なお、各タイヤはスチールコードの重量が同等となるように設計した。各タイヤを、ＪＡＴＭＡ規格の標準リムに組み込み建設車両に装着して平均車両速度４０ｋｍ／ｈで１０００時間走行後に、各タイヤの周方向の１／５相当の部分において、スチールコードを適用した各層に達したカット個数を数えた。
得られた結果を下記の表１に併記する。

上記表１、２の評価結果から、実施例１〜３において、いずれもタイヤ重量を招くことなく耐せん断性が向上し、かつカット箇所数が減少していることが分かる。

１ コアストランド
２ シースストランド
３ ラッピング素線
２０ ビードコア
２１ カーカス
２２ ベルト
２３ トレッド

Claims (4)

1. 複数本の素線を撚り合わせた１本のコアストランドの周りに、複数本の素線を撚り合わせた複数本のシースストランドを撚り合わせてなり、かつ、前記コアストランドと前記シースストランドが夫々コア素線とシース素線とを撚り合わせた少なくとも２層撚り構造からなるゴム物品補強用スチールコードにおいて、
   前記コアストランドの最外層の素線径φ１（ｍｍ）と、前記シースストランドの最外層の素線径φ２（ｍｍ）と、前記コアストランドと前記シースストランドの中心間距離ｒ（ｍｍ）と、前記シースストランドの断面積Ｓ（ｍｍ^２）と、次式、
   α（ｒａｄ）＝（π／２）−ｔａｎ^−１［｛（ｃｄ−ｓｄ）／ｓｐ｝π］
   （式中、ｃｄはコード径（ｍｍ）、ｓｄはシースストランド径（ｍｍ）、ｓｐはシースストランドピッチ（ｍｍ）を示す）で表される前記シースストランドの撚り角αと、が次式、
   １．８≦［Ｓ・ｃｏｓ^２α／｛ｒ・（φ１＋φ２）｝］×１００≦４．７
   で表される関係を満足し、かつ、前記コアストランドおよび前記シースストランドをそれぞれ構成する最外層シース素線の抗張力が、内層の素線の抗張力より低いことを特徴とするゴム物品補強用スチールコード。
2. 前記コアストランドが複数本の素線を撚り合わせた３層撚り構造を有し、かつ、前記シースストランドの本数が６〜１０本である請求項１記載のゴム物品補強用スチールコード。
3. 前記コード径ｃｄが５．０ｍｍ以上である請求項１または２記載のゴム物品補強用スチールコード。
4. 左右一対のビード部間に跨ってトロイド状に延びるラジアル配列コードによるプライから成るカーカスを骨格とし、該カーカスのクラウン領域のタイヤ径方向外側に配置されたベルトを有する空気入りタイヤにおいて、
   前記ベルトが、並置配列されたコードを積層間で交差させて配置してなる少なくとも４層のベルト層からなり、該ベルト層の少なくとも２層を構成するコードが、請求項１〜３のうちいずれか一項記載のゴム物品補強用スチールコードであることを特徴とする空気入りタイヤ。

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