JPH0223362B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、スチールコードで補強されたラジ
アル型空気タイヤに関する。 近年、高速大量輸送のため、または建設車両用
にスチールコードで補強された空気タイヤが使用
されているが、スチールコードは比重が大きいた
めにタイヤの重量が重くなり、その結果は燃料消
費量が大きくなるという問題があつた。その対策
として特殊な配合ゴムを使用したり、また余分な
部分のゴムの厚みを減少してタイヤの軽量化をは
かつているが、スチールコードの使用量を減少す
ればタイヤの安全率が低下するので、止むを得ず
スチールコード量を減少しないで使用しているの
が現状であつた。 一方、スチールコードで補強された空気タイヤ
は、剛直なスチールコードと柔軟なゴムの界面に
応力集中が生じて、ラジアルタイヤにおいてスチ
ールコード端のゴム剥離や、ブレーカ層間のゴム
剥離を生成し易かつた。また従来のスチールコー
ド補強の空気タイヤは、高温多湿の条件で長く放
置しておくと、スチールコードの鉄材とその表面
メツキ層との間に水分が浸透して表面メツキ層の
剥離による空気タイヤの剥離現象が生ずるという
欠点があつた。 本発明者らは、空気タイヤ中のスチールコード
を形成する素線の直径と本数を種々変えた多数の
スチールコードの引張強力およびコード重量を測
定し、これら多数の測定値をコンピユータに入力
して関係を求めた結果、炭素含有量0.65〜0.75％
の鉄材からなる素線を用いた従来のスチールコー
ドの引張強力は、基本強度と、コードの構造に関
係して強力低下を生じる形状係数としての補項と
からなる下記実験式で示されることを知つたので
ある。 （Ａ＋285）Ｗ／7.86＜TS＜（Ａ＋335）Ｗ／7.86(1
) Ａ＝−177D−1.84N＋0.02N² (2) 上記(1)式におけるTSはスチールコードの引張
強力（Kg）、Ａはコードの構造によつて定まる引
張強さの形状係数（Kg／mm²）、285および335は基
線の基本強度の下限および上限、Ｗはスチールコ
ード１ｍ当りの重さ（ｇ／ｍ）、分母の7.86は鉄
の密度（ｇ／cm³）、また(2)式におけるＤはスチー
ルコードを形成する素線の直径（mm）、Ｎはスチ
ールコードを形成する素線の本数である。そして
上記(1)、(2)の実験式は、Ｎ＝３〜50本、Ｄ＝0.15
〜0.40mmの範囲で適用される。すなわち、素線本
数Ｎが３本未満のときはコードの曲げ硬さが長手
方向に不均一となり、曲げ硬さの低い部分がタイ
ヤ走行時に集中的に曲げられ、疲労によつて破壊
し易くなり、50本超のときはコードが剛直になり
過ぎてベルトやプライがその切断端部に曲げ変形
を受けたとき、この切断端部にはね上がり現象を
生起してセパレーシヨンが発生し易く、故障に至
る。Ｄが0.15mm未満の場合は、その工業的生産性
が低く、コスト高となるので実用的でなく、また
Ｄが0.40mmを超えるとスチールコードの剛性が過
大となつてタイヤが剥離し易くなり、耐疲労性も
低下する。 上記(2)式における素線の本数Ｎは、直径の異な
る素線をもつてｍ本の芯ストランド素線と、ｎ本
の側ストランド素線とで形成されている場合に
は、ｍ本の芯ストランド素線を１本とみなし、ｎ
＋１＝Ｎとして適用され、また芯ストランドの径
が側ストランド素線の径と同径とみなして計算さ
れる。 この発明は、従来の空気タイヤの欠点を解決す
るために、スチールコードの使用量を軽減するこ
とによつて空気タイヤの重量を軽くし、車両の燃
料消費量を減少するとともに、空気タイヤの剥離
による故障を軽減することを目的とするものであ
る。そしてスチールコードの引張強力を向上する
ことによつて、上記の目的を達成したものであ
る。 すなわちこの発明は、スチールコードで少なく
とも部分的に補強されたラジアル型空気タイヤに
おいて、該スチールコードを形成する大部分の素
線が炭素含有量0.75〜0.85重量％の鉄材からな
り、素線は銅60〜70％、亜鉛30〜40％の割合のし
んちゆうで被覆されており、かつスチールコード
が式 （Ａ＋345）Ｗ／7.86＜TS＜（Ａ＋395）Ｗ／7.86(3
) Ａ＝−177D−1.84N＋0.02N² (2) （上式中、Ａはスチールコードの引張強さに対す
る形状係数Kg／mm²、Ｄはスチールコードの素線径
mm、Ｎはスチールコードを構成する素線の本数、
Ｗはスチールコードの１ｍ当りの重さｇ、TSは
引張強力であつて引張りによる破断荷重Kg、分母
の7.86は鉄の密度ｇ／cm³）で算出される引張強力
を有することを特徴とするラジアル型空気タイヤ
である。 なお、上記(2)式におけるＮ、Ｄの適用範囲は、
前記した従来の式と同様に、Ｎ＝３〜50本、Ｄ＝
0.15〜0.40mmであり、Ｎが２本以下ではコードの
曲げ硬さが不均一となり、51本以上ではベルトや
プライの切断端部にはね上り現象が生起し、また
Ｄが0.15mm未満ではコスト高になつて実用的でな
く、0.40mm超ではタイヤの剥離が増大する。 次に、上記の式(2)、(3)を導き出した経過を説明
する。従来、スチールコードの引張強力TS（Kg）
は、スチールコードの引張強さｔ（Kg／mm²）と１
ｍ当りのコード重量との積を、密度（7.86ｇ／
cm³）で除した計算値をもつて示されていたが、本
願発明者の知見によれば、スチールコードの強さ
（Kg／mm²）は、第７図に示すように、素線が細い
ほど、また撚合せ本数が少ないほど大きくなる傾
向を有している。そこで、引張強度および靭性等
の点で本願発明の効果を奏すると判断されるスチ
ールコードについて素線の直径、本数および引張
強度を異にする多数本のスチールコードのデータ
を準備し、そのデータをコンピユータで演算処理
してその関係を求めたところ、 ｔ＝−177D−1.84N＋0.02N²＋370 (4) という回帰式が得られ、その相関係数は0.922で
あつた。この相関係数を0.990まで高めるために
は、上記の式(4)の定数370に±25の幅が必要にな
り、上限値が395、下限値が345となつた。上記の
式(4)の右辺において変数項をＡとおいたものが前
記の式(2)であり、これらの式(2)、(4)および定数
370±25の関係から Ａ＋345＜ｔ＜Ａ＋395 (5) の関係が得られ、この式(5)にTS＝ｔ・Ｗ／7.86
の関係を代入することによつて前記の式(3)が得ら
れる。なお、従来のスチールコードの引張強力
TSの式(1)も同様にして求めたものである。 スチールコードの引張強力を上記(3)式の範囲に
向上するには、基本強度を大きくするためスチー
ルコードを形成する素線の鉄材中の炭素含有量を
0.75〜0.85％とし、従来のスチールコード素線の
炭素含有量0.69〜0.73％より多くする。炭素含有
量が0.75％未満であるとその引張強力は小さく、
この発明の目的を達成することができない。また
炭素含有量が0.85％を超えると線材の熱処理が極
めて困難であり、かつ靭性に乏しいスチールコー
ドとなり、空気タイヤが突起物などを踏んだ場合
に折れ易くなる。 上記の炭素含有量を有するスチールコード素線
は、ゴムとの接着を向上させるためにしんちゆう
メツキされている。しんちゆうの成分配合率は、
銅60〜70％、亜鉛30〜40％の割合が好ましい。し
んちゆう中の銅が60％未満であると、鉄材が硬い
上にしんちゆうがβ相を呈するためスチールコー
ド素線を伸線することが不可能となる。また銅が
70％を超えると、スチールコード素線を伸線する
際にピンホールを生じ、しんちゆう層に肌荒れが
できて好ましくない。この発明において注目すべ
きことは、高炭素含有量のスチールコード素線と
しんちゆう被覆間の結合が強化され、タイヤを高
温多湿中に放置しておいても、従来のような鉄−
しんちゆう間の破壊がないことである。これは、
スチールワイヤを潤滑油剤中で湿式伸線するに
は、従来の低炭素含有のスチールワイヤと同じ減
面率にする場合従来のスチールワイヤよりも高い
圧力で伸線されるので、伸線ダイス中でスチール
ワイヤにしんちゆうが押圧結合されるためと考え
られる。 スチールコードの引張強力が上記(2)、(3)式で算
出される値より小さいと、タイヤ強度を一定とし
た場合タイヤの補強性能が低下し、このためタイ
ヤ重量の軽減効果および低燃料費効果が従来のス
チールコードを使用したタイヤと余り変らず、こ
の発明の目的を達成することができず、また反対
に引張強力が上記算出値より大きいと、タイヤ強
度を一定とした場合従来のスチールコード使用の
タイヤと同じ強度を保持するためには、引張強力
の向上した分だけスチールコード使用量を減少す
ることができるが、この場合タイヤの剛性、ゴム
スチールコード複合物の剛性が不足し、その結果
タイヤの耐摩耗性が低下する。 この発明のスチールコードは、従来のスチール
コードと同様に種々の構造に撚加工され、空気タ
イヤのカーカス部、ブレーカ部、チエーフア部、
サイドウオール部の適当な個所に使用される。ま
た従来の低強力スチールコードと併用してもよ
い。 以下にこの発明の実施例を説明する。 この実施例において使用されたスチールコード
素線は、JIS−G3502のSWRS82A材（炭素含有
量0.80〜0.85％）および従来品のSWRS72A材
（炭素含有量0.69〜0.73％）に下記第１表のよう
にしんちゆうメツキしたものである。

【表】 上記第１表の減面率は下式にて算出した値であ
る。 減面率（％）＝A₀−ａ／A₀×100 ただしA₀は鉄材の断面積、ａな素線の断面積
である。 実施例のタイヤ製造に使用したゴム組成物は下
記のとおりの重量部である。 天然ゴム 100 HAF 55 ZnO ７ ステアリン酸 １ トリメチルジヒドロキノン重合体 ２ SiO₂ ８ レゾルシン 2.5 メラミン誘導体 2.5 ナフテン酸コバルト 2.5 いおう ４ ジシクロヘキシルベンズチアジルスルフエンアミ
ド 0.8 実施例 １ 第１表のH22A、H22B、L22A、L22Bの４種
類の素線を、バンチヤー型ダブルツイスターをも
つて4000rpmで撚ピツチ10mmの４種類のスチール
コード１×４×0.22mm（第１図）を製造し、この
スチールコードの性能を第２表に示す。

【表】 上記４種類のスチールコードを用いてブレーカ
層とし、ポリエステルコードをカーカス層とした
ラジアルタイヤ165−13を製造し、その性能を第
３表に示す。

【表】

【表】 上記第３表における高速耐久性は、米国
FMVSSNo.109に規定するドラムテストによる結
果である。転動抵抗比は、上記試験タイヤを取付
けた1600c.c.乗用車を、出願人所有の宮崎県都農町
走行テストコースで60Km／時の速度で走行し、一
定場所にさしかかるとクラツチを切りエンジンを
停止して惰性で走行した距離を測定し、従来のタ
イヤのTL22Bの惰性走行距離を100としたときの
値である。燃料消費量比は、上記の走行テストコ
ースの40Kmを走行するに要した燃料消費量を、
TL22Bの燃料消費量を100とした時の値である。
湿熱カバレージは、各タイヤを70℃、95％RHの
ふんいき中に２週間放置後、分解し、ブレーカ間
を剥離したときのスチールコードへのゴム付着率
である。 上記第３表でみられるようにこの発明のタイヤ
TH22A、TH22Bは、従来のタイヤTL22A、
TL22Bに比べて、転動抵抗、燃料消費量が小さ
く、また湿熱カバレージが大きい。 上記湿熱カバレージの試験において、剥離面を
観察すると、従来品のTL22A、TL22Bはスチー
ルコードの露出面ではしんちゆうメツキ層がゴム
側に付着して鉄−しんちゆう間の剥離がみられ
た。そこでしんちゆう層にゴムが付着していない
部分の剥離面について、ゴム側、スチールコード
側の銅の含有率をＸ線マイクロアナライザで測定
し、その結果を第４表に示す。

【表】 上記第４表でみられるように、この発明の
TH22Aは鉄−しんちゆう間が強固に結合してい
るのに対して、従来品のTL22Aはその結合が小
さい。この発明のスチールコードの強力向上が、
鉄−しんちゆう間の結合の強化に貢献していると
は、全く余期しないことである。この結果、タイ
ヤ１本中のスチールコード使用量を少なくするこ
とができ、かつ燃料消費量を低減させるのであ
る。 実施例 ２ 第１表のH22Aの素線４本を使用し、チユーブ
ラー型撚線機でプレフオーム率の異なつたスチー
ルコード１×４×0.22mmを製造し、このスチール
コードをブレーカ層として実施例１と同様のタイ
ヤを製造した。なお比較としてL22Aによるタイ
ヤを製造した。このスチールコードの性能を第５
表に、タイヤの試験結果を第６表に示す。

【表】

【表】 なお、上記Ｒ／R₀はコード端直径とコード直
径の比である（第３図参照）。空気透過率は、上
記ゴム組成物を長さcm、幅2.5cm、厚さ1.25cmに
成型し、この成型物を２個重ね合せた間に１本の
スチールコードを長さ方向にして挟み、モールド
中で160℃、20分間加硫し、しかるのち長さ方向
の両端を0.5cmずつグラインダで研削したものを
試料とし、この試料の長さ方向の一端に圧力２
Kg／cm²の空気を圧入し、他端から洩れてくる空気
量を流量計にて測定した値である。

【表】 なお、ドラムテスト比は周速度182Km／時で回
転のドラムテストによるタイヤ破壊に至るまでの
距離を、従来タイヤTL22Aを100としたときの値
であつて高速耐久性を表示する。 上記第６表でわかるように、TH22A₆₀のよう
にアンダープレフオームしたものは、スチールコ
ード切断端が分散し、ブレーカ層の端部が剥離し
にくく高速耐久性は向上し、またTH22A₁₂₀のよ
うにオーバープレフオームしたものは素線間にゴ
ムが侵入し、最高の高速耐久性が得られる。 実施例 ３ 第１表のH22AおよびL22Aの素線を使用し、
４本の素線を加撚した芯ストランド（撚ピツチ10
mm）のまわりに７本の側ストランドを撚ピツチ20
mmに撚線したスチールコード７＋４×0.22mmを製
造し、その性能を第７表に示す。

【表】

【表】 次に第１表の素線H20、L20を芯ストランド用
素線とした芯ストランド（撚ピツチ10mm）と、素
線CH35、CH38、CL38を側ストランド用素線と
した側ストランド（撚ピツチ18mm）とを組合せて
スチールコードを製造しその性能を第８表に示
す。

【表】 上記第７表のスチールコードをカーカス層と
し、第８表のスチールコードをブレーカ層として
組合せ、1200R20大型ラジアルタイヤを製造しそ
の構造および性能を第９表に示す。

【表】

【表】 第９表中、剥離力比および湿熱カバレージは、
ブレーカ層の第２枚目と第３枚目の間の剥離状況
を示し、また錆面積率は、悪路走行2000Km後にお
けるブレーカ層第４枚目の値である。 上記タイヤT2およびT4の15万Km走行後におけ
るカーカス強力保持率は第６図のグラフで示し
た。第６図に示すように15万Km走行後のカーカス
コードの強力保持率が本発明タイヤT2と従来タ
イヤT4とに差のあるのを知るために、コード断
面を観察したところ、タイヤT4ではフレツチン
グ現象がみられてスチールワイヤがタイヤT2に
比べて著しく摩耗していた。すなわち炭素量の少
ない素線に炭素量の多い素線を混合することによ
つてコード耐疲労性が著しく向上するのである。 第９表でみられるように、側素線間隙の大きい
コードをブレーカ層に用いたタイヤT1はタイヤ
の高速耐久性、ブレーカ層の剥離力などが著しく
向上した。またタイヤT1、T2は燃料消費量が少
なく、高速耐久性、耐荷重性が向上している。タ
イヤT3はブレーカ層のコード端を竹ぼうき状に
分散したものであつて、高速耐久性は著しく向上
している。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は実施例１、２のスチールコー
ドの断面図、第３図は実施例２、３のコード端が
ほうき状を示す側面図、第４図、第５図は実施例
３のスチールコードの断面図、第６図は実施例３
の走行距離と強力保持率との関係のグラフであ
り、第７図はスチールコードの素線本数Ｎ、素線
径Ｄおよびスチールコードの引張強さｔ間の関係
を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ スチールコードで少なくとも部分的に補強さ
   れたラジアル型空気タイヤにおいて、該スチール
   コードを形成する大部分の素線が炭素含有量0.75
   〜0.85重量％の鉄材からなり、素線は銅60〜70
   ％、亜鉛30〜40％の割合のしんちゆうで被覆され
   ており、かつスチールコードが式 （Ａ＋345）Ｗ／7.86＜TS＜（Ａ＋395）Ｗ／7.86 Ａ＝−177D−1.84N＋0.02N² （上式中、Ａはスチールコードの引張強さに対す
   る形状係数Kg／mm²、Ｄはスチールコードの素線径
   で0.15〜0.40mm、Ｎはスチールコードを構成する
   素線の本数で３〜50本、Ｗはスチールコードの１
   ｍ当りの重さｇ、TSは引張強力であつて引張り
   による破断荷重Kg、分母の7.86は鉄の密度ｇ／
   cm³）で算出される引張強力を有することを特徴と
   するラジアル型空気タイヤ。 ２ スチールコードをブレーカ層に使用した特許
   請求の範囲第１項記載のラジアル型空気タイヤ。 ３ スチールコードをブレーカ層およびカーカス
   層に使用した特許請求の範囲第１項記載のラジア
   ル型空気タイヤ。 ４ スチールコードの芯ストランド用素線が炭素
   含有量0.65〜0.75重量％の鉄材からなり、側スト
   ランド素線が炭素含有量0.75〜0.85重量％の鉄材
   からなる複合スチールコードである特許請求の範
   囲第１項ないし第３項のいずれかに記載のラジア
   ル型空気タイヤ。 ５ スチールコードの端部がほうき状に分散され
   ている特許請求の範囲第１項ないし第４項のいず
   れかに記載のラジアル型空気タイヤ。