JPH08325963A - ゴム補強用スチールコード及びラジアルタイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ゴム浸透性が安定して良好であり、しかも低荷
重時の伸びが少なく耐疲労性も問題なく、また取扱いが
容易でタイヤ製造時の加工もしやいスチールコードを提
供する。 【構成】１本の直線状の芯素線の周りに２本の側素線を
螺旋状に巻き付けたスチールコードにおいて、前記側素
線のうち少なくとも１本の素線が巻き付けピッチよりも
小さくかつ頂部に曲率を持つ波くせが連続的に施されて
おり、コードが０．３０ｋｇｆと１．６３ｋｇｆ負荷間
での伸びが０．１５％以下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車用タイヤや搬送用
ベルト等の補強に用いられるスチールコード及びこれを
補強材として使用したラジアルタイヤに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用ラジアルタイヤのベルト部には
補強材として複数本の素線を撚り合せたスチールコード
が使われている。このスチールコードは高強度や高耐久
性が要求されるが、さらにコード表面とゴム間でよく接
着しているだけでなく、コード内部までゴムがよく浸透
してコード内外面とゴム間で十分接着した複合体となる
ことが要求される。その理由は、車両走行中にタイヤが
石や金属片を踏み込んだりして傷が付き、この傷がスチ
ールコードにまで達すると、この傷から水が浸入してス
チールコードを錆びさせるが、スチールコードの内部に
ゴムの浸透していない中空部が連続していると、この中
空部を水が伝播して錆が広がり、タイヤ中でコードとゴ
ム間のセパレーション現象が発生してタイヤの機能を大
きく低下させたり、その寿命を低下させてしまうからで
ある。

【０００３】従来、乗用車用ラジアルタイヤのスチール
コードとしては、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように
３〜５本の素線を同一ピッチで同方向に同時にタイトに
撚り合せた１×ｎ構造（特に１×４、１×５が大勢を占
めている）が一般的であった。しかし、これらスチール
コードは、その断面形状から明らかなように素線間に隙
間がほとんどないため、タイヤ成形後の加硫工程におい
てゴムがコード内部まで浸透することが困難で、内部に
中空部が連続して残ってしまう。このため前述したよう
な問題を生じさせていた。この問題を解決するため、全
素線に１００％を越える過大な型付けを施し、それら素
線をルーズに撚り合せたいわゆる１×ｎのオープン撚り
構造のスチールコードが提案されており、それらは図２
(ａ)(ｂ)(ｃ)のような断面をなしている。しかしなが
ら、この構造は素線同士をルーズに撚り合せており、ま
たゴム浸透を確保するため型付け率を過大にしてルーズ
度を大きくしていることもあって、低荷重時の伸び量が
タイト撚りに比べて大きくなってしまう。

【０００４】しかもオープン撚りスチールコードは製造
工程において低荷重時伸びの均一なコードにコントロー
ルすることがが難しいという基本的問題がある。さら
に、タイヤ製造工程においては、カレンダー工程で多本
数のコードを所定の張力（低荷重）をかけながら平行に
引き揃えてロールを用いて上下からゴムコンパウンドを
圧力を掛けながらシート状に張りつけてコード入りゴム
シートを製作し、その後、このカレンダーシートを一定
間隔で裁断し、バイアスになるようつなぎあわされる。
この裁断時にコードに残っている張力が開放されてコー
ドが縮むためこの縮み量が大きく、またスチールコード
１本１本の縮み量にバラツキがあると裁断面が不揃いに
なったり、裁断したゴムシートが凸凹状となってしま
い、裁断シートのつなぎ合わせが正確にできなくなり、
ラジアルタイヤになった時に転がりのバランスが悪くな
ったりする等の欠点が生じやすい。

【０００５】また、くせ付けに関して、図３(a)のよう
に一対の歯車を用い、この間に素線を通過させてジグザ
ク状にする方法が取られることが多いが、この方法によ
ると、図３(b)のように波の頂点部が鋭角的にくせが付
き、またその部分に傷が発生しやすい。このため、バン
チャー式撚線機などによりコードを製作した場合、素線
が何度も捻じられることにより波の頂点部に応力が集中
して断線が生じたり、コードの耐疲労性も悪くなるとい
う問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来のオープ
ン撚り構造のスチールコードの欠点を解消するために研
究して創案されたもので、その第１の目的は、ゴム浸透
性が安定して良好であり、しかも低荷重時の伸びが少な
く耐疲労性も問題なく、また取扱いが容易でタイヤ製造
時の加工もしやいスチールコードを提供することにあ
る。本発明の第２の目的は、バランスが良好で、寿命が
長いラジアルタイヤを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため本発明は、１本の直線状の芯素線の周りに２本の
側素線を螺旋状に巻き付けてなるスチールコードにおい
て、前記側素線のうち少なくとも１本の素線が巻き付け
前に巻き付けピッチよりも小さくかつ頂部に曲率を持つ
波くせを連続的に施されており、コードが０．３０ｋｇ
ｆと１．６３ｋｇｆ負荷間での伸びが０．１５％以下で
ある構成としたものである。好適には、前記側素線の波
くせは、波ピッチｐが巻き付けピッチＰとの関係におい
てｐ／Ｐ＝０．３０〜０．６０の範囲にあり、波高さｈ
が素線径ｄとの比においてｈ／ｄ＝１．０５〜１．８５
の範囲にあり、波の曲率半径が３．５ｄ以上となってい
る。前記仕様の波くせ付けは、各歯先部に表面が平滑な
円柱状のピンを回転方向と直交状に設けた１対の歯車状
部材によって得ることが好適である。また、第２の目的
を達成するため本発明は、前記いずれかのスチールコー
ドをベルト部の補強材として使用した構成としたもので
ある。

【０００８】

【作用】スチールコードは３本の素線からなり、１本の
素線を中央部に配し、この周りに２本の素線を螺旋状に
撚り合せた１＋２構造としているため、この基本構成に
より３本の素線が隣接しあった閉鎖輪郭部分が生じな
い。しかも、側素線のうち少なくとも１本の素線が巻き
付け前に巻き付けピッチよりも小さい波くせが連続的に
施されている。このため、こうした巻き付けピッチと異
なる短いピッチの波くせにより芯素線と側素線間だけで
なく、２本の側素線間にも隙間が形成される。したがっ
て、コード内部にゴムがよく浸透できるようになり、耐
食性が向上する。そして、芯素線には波くせを施さない
ため、外力を受けたときに芯の素線と側の素線が同一挙
動を示さず、加硫時などにおいてスチールコードに張力
がかかったときに、芯素線によりスチールコード全体の
伸び特に低荷重時伸びを低く抑えることができ、素線間
の隙間がしっかり確保される。また、側素線の撚り込み
長さのバランスがよいとともにコード長手において互い
に離間する部分が必ず生ずる。このため素線間の隙間が
安定しており、芯素線と側素線のそれぞれの周りにゴム
がよく行き渡り、ゴムとの付着面積が大きくすることが
でき、耐食性、耐セパレーション性にすぐれたものとな
る。また、側素線は波くせの頂部が鋭角的でなく、曲率
を持った滑らかなものとなっているため、撚り線工程で
捻じられたときに波頂部に応力が過度に集中せず、した
がって断線が生じず、また傷の問題も解消されるため耐
疲労性も良好なものになる。コードの低荷重時の伸び
(0.30kgf-1.63kgf負荷間の伸び量)が低く抑えられてい
るため、取扱い性のよいものとなる。

【０００９】側素線の波くせ付け条件を、波ピッチｐと
して巻き付けピッチＰとの関係においてｐ／Ｐ＝０．３
０〜０．６０の範囲とした場合には、くせ付け加工性が
よく、素線強度の低下も抑えられ、またゴム加硫時など
においてコードに張力がかかったときに素線間の隙間が
狭くなり過ぎることがない。また、波高さｈを素線径ｄ
との比においてｈ／ｄ＝１．０５〜１．８５の範囲とし
た場合には、ゴム浸透性がよいとともに、低荷重時の伸
びを大きくしない利点がある。波の曲率半径ｒを素線径
ｄとの関係において３．５０ｄ以上とすると、応力集中
をよく防止できるとともに傷の発生を回避することがで
きる。

【００１０】以下本発明を添付図面に基いて詳細に説明
する。図４ないし図７は本発明によるゴム補強用スチー
ルコードの一例を模式的に示している。１ａは１本の芯
素線、１ｂ，１ｂは２本の側素線であり、芯素線１ａを
中心部に配し、これの周りに側素線１ｂ，１ｂを所定の
ピッチで螺旋状に巻き付けた１＋２構造となっている。
この例では各素線は直径０．２０〜０．４０mm程度の範
囲で同一径となっている。しかし本発明は必ずしもこれ
に限定されるものではなく、たとえば芯素線１ａが側素
線１ｂ，１ｂよりも相対的に細径あるいは太径というよ
うに異なる径となっていてもよく、これも本発明に含ま
れる。巻き付け方向はＳ方向、Ｚ方向のいずれでもよ
く、巻き付けピッチＰは通常４０〜６０ｄ(ｄは素線径)
程度とすることが好ましい。

【００１１】前記芯素線１ａはほとんど捻じられておら
ず、型付け率Ａが８０．０〜９５．０％のほぼ直線状と
なっている。なお、「型付け率」とは、スチールコード
を解いて図５に示すように素線の山高さＨを測定し、１
×３タイト撚りコードの直径（外接円径）をＤとしたと
きの、Ｈ／Ｄ×１００（％）のことである。型付け率を
限定したのは、芯素線Ｗａについてはその型付け率が８
０％未満であるとゴム浸透性が不安定域になって悪くな
り、一方、型付け率が９５％を越えると低荷重時の伸び
が急に高くなってしまうからである。

【００１２】これに対して側素線１ｂ，１ｂはその両方
または１本が、巻き付け前に予め巻き付け波と異なる短
いピッチｐで連続的に波付け加工が施され、この状態で
芯素線１ａの周りに螺旋状に巻き付けられることでコー
ドとなっている。側素線１ｂ，１ｂの波くせを詳述する
と、図６と図７のようにコードを分解したときに素線に
付いている波の状態において、ピッチをｐとし、波高さ
をｈとすると、巻き付けピッチＰ、素線径ｄとの関係に
おいて、下記式を満たす範囲とすることが好ましい。 ０．３０≦ｐ／Ｐ≦０．６０ １．０５≦ｈ／ｄ≦１．８５ その理由は、波くせ加工性をよくし、また素線強度の低
下を抑えるためにｐ／Ｐは０．３０以上が必要である
が、タイヤ成形後の加硫時にコードに張力がかかった場
合に素線間の隙間が狭くなり過ぎぬようにするため０．
６０以下とするのである。また、波高さはゴム浸透性が
安定して良好な状態を維持するため１．０５以上が必要
であるが、あまり波が高いと低荷重時の伸びが大きくな
ってしまうため１．８５以下とするのである。

【００１３】このようなコード構造と側素線の波付けお
よび芯素線の型付け率の規定により、芯素線１ａと側素
線１ｂ，１ｂは外力を受けたときに同一挙動を示さず、
低荷重付加時すなわち０．３０ｋｇｆと１．６３ｋｇｆ
間のスチールコードの伸びは０．１０〜０．１５％程度
になり、オープン撚りコードに比べて非常に低く抑える
ことができる。このため、タイヤ成形時の加硫工程でス
チールコードに張力がかかってもコード素線間の隙間が
的確に確保され、安定なゴム浸透性を実現することがで
きる。また、タイヤ構造においても安定した寸法精度の
バランスのよいタイヤが得られるものである。

【００１４】図４（ｂ）は本発明によるスチールコード
の１ピッチ分を４分割した各位置での断面形状を模式的
に示している。単純に３本の素線を一度に撚り合わせた
場合には図１に示すような断面形状になるが、本発明で
は１本の芯素線１ａの周りに２本の側素線１ｂ，１ｂを
螺旋状に巻き付けているため、いずれの断面位置におい
ても３本の素線１ａ，１ｂ，１ｂが隣接しあった閉鎖輪
郭部分が生じておらず、必ず１か所以上に隙間ｓが形成
される。しかも、少なくとも１本の側素線１ｂは予め上
記範囲のピッチと高さで波くせを施しているため、図示
のようにコード長手方向においても互いに離間する部分
が生じ、これによって隙間ｓが創成される。したがっ
て、芯素線１ａと側素線１ｂ，１ｂの間、あるいは２本
の側素線１ｂ，１ｂの間も大部分が離間して隙間ｓが形
成されている。

【００１５】また、前記側素線１ｂ，１ｂの頂点は、図
７のようにアール部１０が形成されている。このアール
部１０の曲率半径ｒは、応力集中の防止と傷の発生の防
止の観点から素線直径ｄとの関係で３．５０ｄ以上とす
ることが好ましい。かかるアール部を有する波くせ形状
を得る手段としては、図８のような歯車状部材３，３を
用いればよい。すなわち、一対の歯車状部材３，３の外
周に互いに噛み合う歯部３０，３０を定間隔で設けてお
り、しかもそれら歯部３０，３０はそれぞれ一対のプレ
ート部３０ａ，３０ａを有し、対向するプレート部３０
ａ，３０ａの先端部(歯先部）に表面の滑らかな金属製
たとえば超硬合金からなる円柱状のピン３１を横架して
いる。前記波ピッチｐは歯車の円ピッチで設定され、波
高さｈは一対の歯車の間隔により設定される。ピン３１
は前記曲率半径ｒを得るために、３．３５ｄ以上の半径
を持つ太さとすることが好適である。ピン３１はプレー
ト部３０ａ，３０ａに対してねじなどにより交換可能に
固定されていてもよいが、好ましくは軸受により自転可
能となっている。このようなピン３１，３１を歯先に有
する一対の歯車状部材３，３を用いた場合には、素線１
ｂはピン３１，３１により長手方向に対し周期的に曲げ
変形を受けるため、アール部１０を持った波くせが連続
的に付けられる。しかもピン３１，３１の太さの選定や
各種径のものとの交換により任意の曲率半径のアール部
１０を得ることができる。さらに、従来のような歯車と
異なりピンだけに耐摩耗性を持たせればよいため安価で
あり、ピンに超硬合金等を用いることにより摩耗に対し
ても超寿命とすることができる。

【００１６】前記スチールコードを構成する素線１ａ，
１ｂ，１ｂは、Ｃ量が０．８０〜０．９５重量％の炭素
鋼線材を使用し、これを所定中間径に伸線し、熱処理・
めっき・めっき拡散を施した後乾式伸線を行い、次いで
目的線径まで湿式伸線を行なって得られた超高強度素線
が適している。具体的な化学的成分組成としては、Ｃ：
０．８０〜０．９５％、Ｓｉ：０．１５〜０．３５％、
Ｍｎ：０．３〜０．９％、残部鉄および不可避的不純物
からなるものであるが、前記基本成分組成にＣｒやＮｉ
などを合金元素として所定量添加していてもよい。

【００１７】本発明によるスチールコードはチューブラ
ー式撚線機でも製造できるが、バンチャー式撚線機によ
っても製造できる。図９はこの例を示しており、撚り線
装置は、撚り線装置本体２３の回転の中心軸線上にガイ
ドロール１１、１２、１３、１４が設けられており、ま
た、ディスクロールより内側にはディスクロールの回転
とは無関係に定位置を保つ２個の側素線供給ボビン１
９，１９’が配置されている。そして、それら側素線供
給ボビン１９，１９’とボイス２１の間には側素線に波
くせを付けるための波くせ付け装置１８が設けられてお
り、この波くせ付け装置１８は前記図８に示す構造とな
っている。この例では波くせ付け装置１８は各側素線供
給ボビン１９，１９’の経路に設けられているが、片方
の側素線だけに波くせ付けをする場合には、波くせ付け
装置１８を１つとするかあるいは波くせ付け装置１８を
設けておいて一対の歯車状部材３，３と噛み合わないよ
うに離間させておけばよい。撚り線装置本体２３外に
は、１個の芯素線供給ボビン２０が設けられている。

【００１８】コードの製造に当っては、芯素線供給ボビ
ン２０から芯素線１ａが引き出され、この芯素線１ａは
ガイドロール１１→ガイドロール１２→ボイス２１→ガ
イドロール１３→→ガイドロール１４を通過して巻取り
ボビン２２に巻き取られる。また、この例では側素線ボ
ビン１９、１９’から巻き付け用の側素線１ｂが引き出
され、それら素線１ｂ，１ｂはそれぞれ波くせ付け装置
１８，１８→ボイス２１→ガイドロール１３→ガイドロ
ール１４を通過して巻取りボビン２２に巻取られる。

【００１９】上記過程において、芯素線ボビン２０から
引き出された芯素線１ａはガイドロール１１及びガイド
ロール１２を通過することにより捻じられ、一方、側素
線供給ボビン１９，１９’から引き出されは素線１ｂ，
１ｂは、それぞれ一対の歯車状部材３，３の噛み合い回
転に伴いピン３１，３１によりアール部１０，１０の付
いたしかも前記のようにピッチと高さの規定された短い
ピッチの波くせが連続的に付けられ、その状態でボイス
２１において１本の芯素線１ａ上に引き合わされる。１
本の芯素線１ａはガイドロール１３、１４を通過するま
でに逆方向に捻じり戻されるため、素線１ａはほとんど
直線状になる。２本の側素線１ｂ，１ｂはガイドロール
１３、１４を通過する際に芯素線１ａの周りに巻き付け
られ、１＋２構造のスチールコードＢとしてボビン２２
に巻き取られる。

【００２０】

【実施例】次に本発明の実施例を説明する。芯素線およ
び側素線として直径０．２８ｍｍのものを使用し、図９
に示すバンチャー式撚り線機を用いて、１＋２（巻き付
け方向：Ｓ、ピッチＰ：１６ｍｍ）構造のスチールコー
ドを製作した。側素線の波くせ付けは、図８に示すよう
に歯先に超硬合金製で直径２．０ｍｍ(約7.14d)のピン
を取り付けた一対の歯車状部材を有する装置を使用して
行なった。実施例１，２は１本の側素線のみに波くせを
付け、実施例３は２本の側素線に波くせを付けた。また
比較例１〜３は２本の側素線に波くせを付け、その波付
けピッチｐ／Ｐ又は波高さｈ／ｄを本発明規定外にした
ものであり、比較例４は側素線２本を図３に示す歯車を
用いて鋭角的な波付けを行なったものである。従来例は
実施例１と同じ素線を使用し、波付けをしないで１×３
構造のオープンコードとしたものである。以上の実施
例、比較例および従来例の製造諸元とコード特性を表１
に示す。

【００２１】なお、表１において、「撚り線性」の○は
問題なし、△は断線ありを示している。「低荷重伸び」
０．３０ｋｇｆと１．６３ｋｇｆ負荷間の伸びである。
「ゴム浸透性」は直線状にしたコードを１００ｇｆの張
力下でゴム中に加硫してサンプルを作製した後、このコ
ードを長手方向で分解し、ゴムの浸透度を目視で観察
し、コード中心部までゴムが完全に覆われているものを
１００％として判定した。「耐疲労性指数」はスチール
コードをゴム中で加硫した帯状のサンプルを千鳥状に配
置した一定直径の３ケのロールにコード破断荷重の１０
％の負荷の下に張り渡し、このロールを左右に繰り返し
往復させてサンプルに繰り返し曲げを与えてコードが破
断するまでの繰り返し数を判定した結果であり、それぞ
れの表について従来例を１００として指数で表した。
「曲げ剛性指数」は長さ７０ｍｍのコードサンプルにつ
いて一定角度の曲げを与え、これに要する曲げモーメン
トの大きさを求めるものでそれぞれの表について従来例
を１００として指数で表した。

【００２２】

【表１】

【００２３】表１から明らかなように、実施例１ないし
実施例３はゴム浸透性が良好であり、しかも低荷重時の
伸びが小さくて良好である。これはコード構造によりコ
ードに張力がかかっても型付け率の小さい芯素線がコー
ドの伸びを低く抑えるため素線間の隙間を確保でき、か
つ側素線が適正なピッチと高さの波くせを有しているこ
とにより隙間が安定した最適範囲に収まっためである。
しかも、実施例１ないし実施例３は撚り線性と耐疲労性
も良好である。これは波付け加工により波の曲率半径が
３．５０ｄ以上であるためである。これに対して、比較
例１は波付けピッチが過大なためゴム浸透性の改良が不
十分であり、比較例２は波付け高さが過大なため低荷重
時伸びが大である。比較例３は波付け高さが小さく、ゴ
ム浸透性が劣っている。比較例４は、波付けが鋭角的で
あるため、撚り線性および耐疲労性が不十分である。従
来例は低荷重時の伸びが大きく、耐疲労性においても劣
っている。

【００２４】

【発明の効果】以上説明した本発明の請求項１，２によ
るときには、側素線の波付けとその波の形状とにより素
線間に確実で安定した隙間を形成できるため、ゴム浸透
性が安定しており、また低荷重時の伸びも少ないためゴ
ムとの複合作業時の取扱いが容易であり、さらに耐疲労
性も良好であるというすぐれた効果が得られる。請求項
３よれば、頂点部に曲率のある波くせを簡単に能率よく
得ることができ、しかもピンの交換により所望の曲率半
径の波形状を自由に形成できるというすぐれた効果が得
られる。請求項４によれば、耐食性が良好で寿命が長く
しかもバランスのよいラジアルタイヤを提供できるとい
うすぐれた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のスチールコードの断面図である。

【図２】従来のスチールコードの断面図である。

【図３】（ａ）は従来のスチールコードにおける波付け
用装置の部分的断面図、（ｂ）は波付け状態を示す拡大
側面図である。

【図４】（ａ）は本発明によるスチールコードを模式的
に示す拡大側面図、（ｂ）は図４のスチールコードの１
ピッチ分を４分した各位置の断面図である。

【図５】芯素線の型付け率の説明図である。

【図６】側素線をコードから分解した状態を示す模式的
側面図である。

【図７】図６の一部拡大側面図である。

【図８】（ａ）は本発明に使用する波くせ付け装置の部
分的断面図、（ｂ）は同じくその斜視図である。

【図９】本発明のスチールコードの製造装置と工程を模
式的に示す説明図である。

【符号の説明】

１ａ 芯素線 １ｂ 側素線 ｓ 隙間 １０ アール部 ｐ 波ピッチ ｈ 波高さ Ｐ 巻き付けピッチ ｄ 素線径 ｒ 波のアール部曲率半径

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１本の直線状の芯素線の周りに２本の側素
   線を螺旋状に巻き付けてなるスチールコードにおいて、
   前記側素線のうち少なくとも１本の素線が巻き付け前に
   巻き付けピッチよりも小さくかつ頂部に曲率を持つ波く
   せが連続的に施されており、コードが０．３０ｋｇｆと
   １．６３ｋｇｆ負荷間での伸びが０．１５％以下である
   ことを特徴とするゴム補強用スチールコード。
2. 【請求項２】側素線の波くせの波ピッチｐが巻き付けピ
   ッチＰとの関係においてｐ／Ｐ＝０．３０〜０．６０の
   範囲にあり、波高さｈが素線径ｄとの比においてｈ／ｄ
   ＝１．０５〜１．８５の範囲にあり、波の曲率半径ｒが
   ３．５０ｄ以上となっている請求項１に記載のゴム補強
   用スチールコード。
3. 【請求項３】波くせ付けが、各歯先部に表面が平滑な円
   柱状のピンを回転方向と直交状に設けた１対の歯車状部
   材によって得られたものである請求項１または請求項２
   に記載のゴム補強用スチールコード。
4. 【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかに記載
   のスチールコードをベルト部補強に用いたことを特徴と
   するラジアルタイヤ。