JP4351114B2 - スチールコード及び空気入りラジアルタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、スチールコード及び空気入りラジアルタイヤに関し、主としてラジアルタイヤのカーカスやベルトの補強材として用いられるコード生産性が良く、かつ耐疲労性に優れるスチールコード、及びそのスチールコードを用いた耐久性を向上した空気入りラジアルタイヤに関する。

トラック・バス用やライトトラック用などの大型空気入りラジアルタイヤのカーカスの補強材としては、従来より２層撚りや３層撚りなどの多層構造のスチールコードが広く使用され、中でも使用条件が過酷なタイヤには図４に示す３＋９＋１５×０．１７５＋１構造のようなフィラメント径が細く、フィラメント構成の多い３層構造のスチールコード５０が使用されている。

一般に、３層構造のスチールコードは、コアと内外シース、ラッピングワイヤの撚り方向がＳ／Ｓ／Ｚ／Ｓ方向に撚られてコードの回転バランスを良好にしている。しかし、このようなスチールコードでは、フィラメント同士及びラッピングワイヤとシースとの接触によるフレッチング摩耗によってフィラメント断面積が減少して除々にコード強力の低下を起こすとともに、めっきが削られて耐腐食疲労性を低下させ、フレッチング摩耗が進行するとタイヤ使用中の衝撃や圧縮歪みによりコード破断を生じるという問題がある。また、その撚り構造からコード製造時の撚り線工程が多くなり生産性が悪くコードコストを上昇させている。

このフレッチングによる耐疲労性の低下やコストの問題を改善するものとして、１本のスチールフィラメントからなるコアのまわりに２層以上の同軸層（シース）を配し、この同軸層を同一方向、同一ピッチで撚り合わせて各フィラメント間の線接触化を図るコンパクト撚り構造のスチールコード、例えば１×１９構造のスチールコード、また、１本のコアと、コアのまわりに配列した６本のフィラメントからなる内層シースと、内層シースの外接円上に配置され得るだけの数より１本ないし２本少ないフィラメント数を外層シースに有し、内層シースと外層シースを同一方向、異ピッチで撚り合わせ、さらにラップフィラメントが略された３層構造のスチールコードが開示され、フレッチング摩耗の低減とコードの拘束性を維持し、さらにコアフィラメントを太くしてシースフィラメント間の接触圧を下げ耐疲労性を向上することが行われている（特許文献１，２）。
実公平３−２９３５５号公報 特開平８−２３２１７９号公報

上記文献に記載の１×１９、１＋６＋１１構造などの従来のスチールコードは、コードの中心基本構造となるコアフィラメントとシースフィラメントとが略同等の抗張力を持つフィラメントからなり、かつ撚り線時にコアフィラメントに撚りが入らずストレートな状態でコードに形成されている。

このようなスチールコードをラジアルタイヤのカーカスに使用した場合、タイヤが長距離連続走行や重荷重条件下で使用される車両に装着し用いられると、タイヤにかかる繰り返し応力により、特にサイド部からショルダー部におけるカーカスに歪が集中し、ストレートなコアフィラメントが金属疲労により他のシースフィラメントに先行して破壊を生じやすくなり、破断したコアフィラメントがタイヤサイド部から突出し空気漏れを生じたり、コード内の他のフィラメントの疲労破壊を促進してコードの破断を発生しタイヤ故障の原因になるという問題がある。

本発明は、上記問題に鑑み、１×１９構造のようなストレートなコアフィラメントを有し、同一方向、同一ピッチで撚り合わされたシースからなる耐フレッチング性を改善したスチールコードにおいて、コアフィラメントの耐疲労性を改善することでコアの金属疲労による先行破壊を回避した耐久性に優れるスチールコード、及びそのスチールコードを用いた空気入りラジアルタイヤを提供することを目的とするものである。

本発明者らは、１×１９構造のようなストレートな１本のコアフィラメントを有するスチールコードにおいて、コアフィラメントの耐疲労性の向上に関して鋭意研究をしたところ、コアとシースの構成フィラメントの抗張力の関係と、コアフィラメントの抗張力とその結節強力保持率の関係に着目してその最適値を見出し本発明の完成に到った。

すなわち、本発明は、１本のスチールフィラメントからなるコアと、前記コアの周りに配列された複数本のスチールフィラメントからなる少なくとも２層のシースとを有し、前記コアを構成する１本のスチールフィラメントがストレートなフィラメントであり、前記シースを構成するスチールフィラメントが同一方向、同一ピッチで撚り合わされているスチールコードであって、前記コアフィラメントが、前記シースフィラメントよりも５％以上高い抗張力を有し、かつ結節強力保持率が６０％以上であり、前記コアフィラメントの径（ｄｃ）と前記シースフィラメントの径（ｄｓ）との比が、１≦ｄｃ／ｄｓ≦１．１５の関係を満たすことを特徴とするスチールコードである。

本発明のスチールコードは、シースを構成するスチールフィラメントが同一方向、同一ピッチで撚り合わされていることでフィラメント相互間の線接触化によりフレッチング摩耗を均一化すると共に摩耗量を従来コードよりも大幅に軽減してコード強力を保持することができる。

そして、コアフィラメントの抗張力を他のシースフィラメントの抗張力よりも５％以上高くすることで、抗張力の増加と共に疲労限が向上しストレートなコアフィラメントの耐疲労性が改善され、さらに、コアフィラメントの結節強力保持率を６０％以上に確保することで、抗張力の増加に伴う鋼の脆化に基づく靭性の低下を抑制し、疲労限の向上と耐疲労性低下の抑制とを両立させる最適値を得ることでコアフィラメントの金属疲労による先行破壊を防ぐことができる。

また、前記コアフィラメントの径（ｄｃ）と前記シースフィラメントの径（ｄｓ）との比が、１≦ｄｃ／ｄｓ≦１．１５の関係を満たし、特にコアフィラメントをシースフィラメントよりやや太くすることにより、シースフィラメント間の接触圧を下げて耐疲労性をより向上することができる。しかし、コアとシースのフィラメント径差を大きくしすぎると、シースフィラメントが動きやすくなり耐フレッチング性や耐疲労性を低下させるので、ｄｃ／ｄｓの上限は１．１５程度である。

そして、本発明の空気入りラジアルタイヤは、上記スチールコードを補強材として用いたことを特徴とし、特にカーカスに用いることでフレッチング摩耗とコアの耐疲労性を改善しカーカス耐久性に優れた長寿命化が図られる空気入りラジアルタイヤとすることができる。

本発明のスチールコードによれば、フィラメント相互間のフレッチング摩耗を軽減してコード強力を保持し、コアフィラメントの耐疲労性を改善することでコアフィラメントの金属疲労による先行破壊を防止してスチールコードの耐久性を向上することができ、このスチールコードを用いた空気入りラジアルタイヤの使用寿命を大幅に延ばすことが可能となる。

図１は本発明の一実施形態を示す１×１９×０．２０構造のスチールコード１の断面図である。スチールコード１０は、コード１０の中心基本構造であるコア１を構成する１本のコアフィラメント１１と、コアフィラメント１１の周りに配列されたインナーシース２を構成する６本のフィラメント１２と、インナーシース２の周りに配列されたアウターシース３を構成する１２本のフィラメント１３とで構成され、全てのフィラメント１１，１２，１３は０．２０ｍｍの同径である。

スチールコード１は、コアフィラメント１１とその周囲に配されたインナー及びアウターシース２，３のフィラメント１２，１３とが全て同一方向、同一のピッチで撚り合わされ、図に示すようにコード断面輪郭が略六角形状をなして、コアフィラメント１１はコード１０の中心にストレートな状態で位置して形成されている。

このスチールコード１０は、通常のチューブラー型撚り線機やバンチャー型撚り線機を使用して、１９本のフィラメントを同時に撚り線機に供給し１回の撚り線加工によって製造できるので、コードの製造工程数減によるコードコストの低減が可能になる。

上記スチールコード１を構成するコアフィラメント径（ｄｃ）及びシースフィラメント径（ｄｓ）は、それぞれ０．１５〜０．４０ｍｍの範囲であり、０．１５ｍｍより細いフィラメントは生産性が悪くタイヤ用スチールコードとしてコスト的に見合わず、０．４０ｍｍを越えると剛直になって撚り線加工性を低下させ、またタイヤ特性や耐疲労性にも悪影響する。カーカス用コードとして用いられる場合は、０．１７５〜０．２３ｍｍにあるものが耐疲労性や可撓性を確保する観点で好ましい。

このスチールフィラメント１１，１２，１３は、炭素含有量が０．７０〜０．９２重量％程度にある高炭素鋼（例えば、ＪＩＳ Ｇ３５０２規定のピアノ線材）からなり、２５００〜３５００Ｎ／ｍｍ^２ 程度の抗張力を有し、さらに軽量化の観点から抗張力は２７００Ｎ／ｍｍ^２ 以上が好ましく、さらに２９００Ｎ／ｍｍ^２ 以上にある高抗張力であることがより好ましい。しかし、抗張力が３５００Ｎ／ｍｍ^２ を越えると伸線加工性の悪化や脆性の低下により耐疲労性が低下していく。

また、フィラメント１１，１２，１３は、ゴムとの接着を確保するために銅比率が６２〜６８％のブラスめっきで被覆されていることが好ましい。

本発明のスチールコード１０においては、コアフィラメント１１が、スチールコード１０を構成する他のシースフィラメント１２，１３よりも５％以上高い抗張力を有するものである。

このコアフィラメント１１の抗張力を高くすることで、抗張力の増加とともに疲労限が向上しストレートなコアフィラメント１１の耐疲労性が改善され、特にカーカスに用いられた場合のタイヤにかかる繰り返し応力による、スチレートなコアフィラメント１１の金属疲労強度を向上し、特にタイヤサイド部からショルダー部における歪の集中しやすい部位において撚りがかかった他のシースフィラメント１２，１３に先行して発生するコアフィラメント１１の金属疲労破壊を防止することができる。

ここで、他のシース２，３のフィラメント１２，１３の抗張力も同時に高めてコード１０全体の疲労限を向上させることが考えられるが、シースフィラメント１２，１３を同一方向、同一ピッチで撚り合わせることでコード断面形状が特有の多角形状に形成される結果、コード１０に張力を加えた際にシース層内のフィラメント１２，１３相互間の接触圧は低くなるが、シース２，３にコード中心に向かう応力が発生してコアフィラメント１１を締め付けることになり、この場合に抗張力の高いフィラメントでシース２，３を構成するとシースフィラメント１２，１３によりコアフィラメント１１が一層強い圧力で拘束されてしまいコアフィラメント１１の極微小な動きを許容する自由度を奪い、すなわちコアフィラメント１１にかかる応力を緩和する逃げ道を断ってしまうことで、逆にコアフィラメント１１の耐疲労性を低下させることが発明者らの実験結果から判明したもので、このことはコアとシースに略同等の抗張力のフィラメントを適用した場合にも当てはまる。

上記コアフィラメント１１の抗張力は、鋼材の炭素含有量や加工歪を大きくするなどの公知の方法で抗張力を高めることができ、鋼中のパーライト組織が強固になり組織内の欠陥同士が繋がり難くなり疲労限が向上するが、加工歪を大きくしすぎると抗張力が増加しても鋼の脆化により延性を劣化させ疲労限の上昇は得られなくなり、逆に耐疲労性に悪影響を与える。

従って、コアフィラメント１１の抗張力を増加していくとフィラメント１１の耐疲労性を低下させ、またコード製造過程での断線を多発するなどの不具合を生じてくることになる。

ここで、本発明者らは、スチールフィラメントの抗張力の増加に伴って結節強力保持率が低下する傾向にあることに着目し、スチールフィラメントの結節強力保持率について研究し、その最適値を見出したものである。

すなわち、結節強力保持率６０％がタイヤに使用可能であり、かつコード製造過程で断線等の問題を発生させないスチールフィラメントの靭性の限度であるという知見を得、結節強力保持率を６０％以上に確保することで、抗張力の増加に伴うスチールフィラメントの耐疲労性低下や製造上の問題を解消し、疲労限の向上と耐疲労性低下の抑制とを両立させることができる。

前記結節強力保持率とは、スチールフィラメントの引張試験におけるフィラメントの引張強力に対する結節強力の保持率（％）であり、例えばＪＩＳ Ｌ１０１７の方法に準じてフィラメントに結節を設けて測定される。

この結節強力保持率を６０％以上にするためには、フィラメントの加工歪（最終伸線での加工度）、鋼材中に含まれる酸化アルミニウムやシリカなどの非金属介在物の大きさや量を制限することで実施でき、加工歪は９８％以下、非金属介在物の大きさは１０μｍ以下に抑えるのが好ましい。

また、本発明のスチールコード１０は、コアフィラメント１１の径（ｄｃ）とシースフィラメント１２，１３の径（ｄｓ）との比が、１≦ｄｃ／ｄｓ≦１．１５の関係を満している。

図１に示すスチールコード１０は、コア１とシース２，３の全てのフィラメント１１，１２，１３が同径である場合で、図に示すようにコード断面形状は６角形状を呈し、各フィラメントが最密充填条に配されてコード１０の形態安定性を良好にすることができる。

また、図２に示す１×１９構造のスチールコード２０は、コア４のフィラメント１４の径ｄｃが０．２０ｍｍ、インナーシース４及びアウターシース５のフィラメント１５，１６の径ｄｓは同径の０．１８ｍｍであり、ｄｃ／ｄｓ＝１．１１である。

このように、コアフィラメント径ｄｃをシースフィラメント径ｄｓよりやや太くすることにより、シースフィラメント１５，１６間に僅かの間隙Ｓを設けてフィラメント相互間の接触圧を下げて疲労性を向上するとともに、この間隙Ｓ内にゴムを侵入させることでコードの形状安定性を向上し、かつ耐腐食疲労性を向上することができ、さらにストレートなコアフィラメントの拘束性を向上してコード端部がフリー状態のベルトやチェーハー等の補強材としてもコアの抜け出しを防止して使用できるようになる。

しかし、コア４とシース５，６のフィラメント径ｄｃ、ｄｓの差を大きくしすぎると、間隙Ｓが大きくなりすぎシースフィラメント１５，１６を動きやすくしてフィラメントの偏りから耐フレッチング性や耐疲労性を低下させ、さらにコア４のｄｃを太くするとコア４自体の耐疲労性低下やコード全体の構成バランスを低下させ撚り不良を生じやすくするので、ｄｃ／ｄｓは１．１５程度を限度とするのが好ましい。

また、図３に示す１×１９構造のスチールコード３０のように、コア７とシース８，９のそれぞれに異なる径のフィラメントを組み合わせて用いることもできる。コード３０の場合、コアフィラメント１７の径は０．２０ｍｍ、インナーシースフィラメント１８は０．１９ｍｍ、アウターシースフィラメント１９は０．１８ｍｍで構成されている。さらに、図示しないが、同一シース内に異なる径のフィラメントを含んでいてもよい。

そして、本発明の空気入りラジアルタイヤは、上記スチールコードを補強材として用いたことを特徴とし、特にカーカスに用いることでフレッチング摩耗とコアの耐疲労性を改善しカーカス耐久性に優れた長寿命化が図られる空気入りラジアルタイヤとすることができる。

なお、上記の実施形態では、１×１９構造のスチールコードにより本発明を説明したが、本発明は１×１９構造以外の１×１６〜２２などの３層構造や１×２４〜３０などの４層構造などの、ストレートなコアフィラメントを有するスチールコードにおいて実施することができる。

次に本発明を実施例によって具体的に説明する。

表１に記載の１×１９構造の各スチールコードを通常のチューブラー型撚り線機を用いて製造した。これらのスチールコードに使用した各フィラメントは、ＪＩＳ Ｇ３５０２に規定のピアノ線材ＳＷＲＳ８２Ａ材、径５．５ｍｍに熱処理、伸線加工を繰り返して、表面にブラスめっき（銅比率６４％、めっき付着量４．５ｇ／Ｋｇ）を施した後、通常の湿式伸線機を用いて伸線加工してフィラメント径０．２０ｍｍと０．２２ｍｍ及び０．１８ｍｍに仕上げた。各フィラメントの抗張力は、最終湿式伸線時における加工度を変更して調整した。なお、インナーとアウターシースのフィラメントは、同径、同抗張力のものを用いた。

各スチールコード及びスチールフィラメントの強力（切断荷重）をＪＩＳ Ｇ３５１０の方法に準じて測定し、各スチールフィラメントの抗張力を次式（１）により求め表に示した。 抗張力（Ｎ／ｍｍ^２ ）＝フィラメントの強力（Ｎ）／フィラメントの原断面積（ｍｍ^２ ）……（１）

また、各スチールフィラメントの結節強力保持率を、ＪＩＳ Ｌ１０１７に準じてフィラメントに結節を設け、ＪＩＳ Ｇ３５１０の方法に準じて結節強力を測定し、次式（２）により結節強力保持率（％）を求め表に示した。 結節強力保持率（％）＝（フィラメントの結節強力（Ｎ）／フィラメント強力（Ｎ））×１００……（２）

次ぎに、各スチールコードを表に記載のエンド数でカーカスに１プライで適用した、タイヤサイズが１１．００Ｒ２０のタイヤをそれぞれ２００本製造し、各タイヤを大型トラックの後輪に装着し一般市場において走行テストを行った。３０万Ｋｍ走行後の各タイヤから５本ずつを任意に抽出し、タイヤのサイドウォール部をＸ線写真撮影してカーカスコードのフィラメントの破断状況を観察し、コアフィラメントの破断数（箇所）を数え、タイヤ５本の合計破断数を表に示した。また、これらのタイヤからフィラメントに破断の発生のないコードを取り出してコード強力を測定し、その強力保持率を求め、さらに強力測定後のコードを分解してコア、シースのフレッチングの発生状態を観察した。耐フレッチング性を、フレッチング摩耗の程度から、フレッチングが少なく良好を「○」〜フレッチング摩耗の程度が大きく劣るを「×」で評価し、それぞれの結果を表に示した。

表１に示す通り、実施例のタイヤでは、コアフィラメントの破断が観察されず、かつフレッチング摩耗が少なく耐フレッチング性が良好であり、カーカスコードの強力保持率が高いレベルを示し耐久性に優れることが分かる。これに対して、比較例の各タイヤの耐フレッチング性は従来の３＋９＋１５＋１構造のスチールコードに比べ実施例と同様に大幅に改善されるが、比較例１のタイヤは、コアフィラメント抗張力の上昇によりフィラメントの靭性が低下して結節強力保持率が６０％未満となってコアフィラメントが金属疲労による破壊発生を生じ、また比較例２では、コアフィラメントの抗張力上昇による疲労限の向上が不十分で金属疲労に対する改善効果が得られていない。比較例３のタイヤでは、コア／シースのフィラメント径比を大きくしすぎたためにシースフィラメントの配列に偏りを生じ、走行中のコアへの応力集中が偏重して屈曲疲労を増大させ耐疲労性を大幅に低下させる結果となった。

以上説明したように、本発明によるスチールコードは、コアフィラメントをシースフィラメントよりも５％以上高い抗張力として、その結節強力保持率が６０％以上にすることで、コアフィラメントの耐疲労性を向上するものとなり、空気入りラジアルタイヤのカーカス剤として好適なものとなり、カーカス以外にもベルトやチェーファーとして、また工業用ベルト、ゴムクローラ等のゴム製品の補強材として使用することができる。

実施形態のスチールコード断面図である。 他の実施形態のスチールコード断面図である。 さらに他の実施形態のスチールコード断面図である。 従来例のスチールコード断面図である。

符号の説明

１０，２０，３０……スチールコード
１，４，７……コア
２，５，８……インナーシース
３，６，９……アウターシース
１１，１４，１７……コアフィラメント
１２，１５，１８……インナーシースフィラメント
１３，１６，１９……アウターシースフィラメント
Ｓ……間隙

Claims (3)

1. １本のスチールフィラメントからなるコアと、前記コアの周りに配列された複数本のスチールフィラメントからなる少なくとも２層のシースとを有し、
   前記コアを構成する１本のスチールフィラメントがストレートなフィラメントであり、
   前記シースを構成するスチールフィラメントが同一方向、同一ピッチで撚り合わされているスチールコードであって、
   前記コアフィラメントが、前記シースフィラメントよりも５％以上高い抗張力を有し、かつ結節強力保持率が６０％以上であり、
   前記コアフィラメントの径（ｄｃ）と前記シースフィラメントの径（ｄｓ）との比が、１≦ｄｃ／ｄｓ≦１．１５の関係を満たす
   ことを特徴とするスチールコード。
2. スチールコードのコード構造が１×１６〜２２の３層構造又は１×２４〜３０の４層構造である
   ことを特徴とする請求項１に記載のスチールコード。
3. 請求項１又は２に記載のスチールコードを補強材として用いた
   ことを特徴とする空気入りラジアルタイヤ。

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