JP4628133B2 - スチールコードおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明はスチールコードおよびその製造方法に関し、詳しくは、空気入りタイヤや工業用ベルト等の各種ゴム物品の補強用として好適に使用可能なスチールコードおよびその製造方法に関する。

ゴム物品の典型例である空気入りタイヤにおいて、その耐久性を低下させる要因として、カット傷などを介してタイヤの外部から内部のベルト等に浸入する水分がベルトのコードを腐食し、この腐食域の拡大によってコードとゴムとが剥離して生じるセパレーションが知られている。

このセパレーションを回避するには、コード内部へゴムを十分に浸入させてコードのフィラメント間に水分が伝播する隙間を形成させない構造、いわゆるゴムペネ構造が有効である。このゴムペネ構造は、コードを緩く撚ることによってフィラメント間の隙間を大きくしてゴムの浸透を実現したものであり、特に１×３や１×５構造の単撚りコードに適している。

一方で、近年、空気入りタイヤの乗り心地性や操縦安定性などの性能面から、より剛性の高いスチールコードが要望されている。これに対し、タイヤのベルトにおけるコードの打ち込み数を増加することでベルトの引張剛性を確保することは可能であるが、タイヤの重量増の原因となる上、ベルトでの隣接コード間隔が狭くなるため、ベルト幅方向端部のコード端を起点としたゴム剥離が容易に隣接コード間に伝播して、いわゆるベルトエッジセパレーションを招き易くなるという問題がある。

また、高い剛性を有するスチールコードの実現を目的とした技術として、例えば、特許文献１には、スチールコードに掛かる張力負担がコアおよびシースにほぼ均等に加わり、コアおよびシース素線が有する強力を有効に発揮させるために、コアに螺旋癖付け加工を施した２＋４の撚り構造のスチールコードが記載されている。
特開２００２−２２７０８１号公報

しかしながら、特許文献１記載のスチールコードは、コアを構成する２本のスチール素線からなる束に施された波形螺旋癖付けのために、タイヤ製造時におけるコードへの張力付加時にコア素線とシース素線との間の隙間がなくなって、コード内部への充分なゴム浸透性が得られず、このため、セパレーション現象が発生するという問題が生ずる場合があった（図５参照）。

このような問題に対し、本出願人は、２本の無撚りコア素線からなるコアと、３本〜５本のシース素線からなるシースとにより構成されるゴム物品補強用スチールコードにおいて、ゴムペネ性の向上を目的として、コード側面から見たコア素線の傾きをコード軸方向に対して３°以下とする技術を提案している（特願２００４−１５８７７２号明細書）。

ところがこの場合も、シース素線との撚り合わせによりコアが螺旋状に型付けされるため、コードの側面から見たコア素線の傾きを、コード軸方向に対して３°以下とする製造は困難であった。従って、スチールコードにおいて、良好なゴムペネ性と高い剛性とを両立できる技術が求められていた。

そこで本発明の目的は、上記問題を解消して、良好なゴムペネ性と高い剛性とを兼ね備え、ゴム物品に適用した際にコード周辺においてセパレーションを生ずることがないスチールコードおよびその製造方法を提供することにある。

本発明者は鋭意検討した結果、下記構成とすることにより上記問題を解決できることを見出して、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明のスチールコードは、複数本の撚り合わせていないコア素線を長手方向に並列して配置してなるコアと、複数本のシース素線を前記コアの周りに撚り合わせてなる１層のシースとによって構成され、コード軸に直交する断面でのコード輪郭形状が扁平であるスチールコードにおいて、
前記コアに前記シース素線よりも振幅の小さい螺旋型付けが施され、かつ、該コアの螺旋の位相と該シース素線の螺旋の平均位相とが、長手方向で略一致していることを特徴とするものである。

本発明のスチールコードにおいては、前記シース素線が前記コアの周りに均一に分散配置されずに、偏った配置をとることが好ましい。

また、本発明のスチールコードの製造方法は、複数本の撚り合わせていないコア素線を長手方向に並列して配置してなるコアと、複数本のシース素線とを、プレフォーマーにより夫々型付けした後、前記シース素線を前記コアの周囲に撚り合わせるスチールコードの製造方法において、
前記シース素線のプレフォーマー上のピンへの掛け方と、前記コアのプレフォーマー上のピンへの掛け方とが、互いに逆となるよう前記型付けを行うことを特徴とするものである。

本発明の製造方法においては、前記プレフォーマーによる型付け後に、真直性矯正治具を用いることが好ましく、また、前記プレフォーマーによる型付けに先立って、前記コア素線に対しオイリングを施すことも好ましい。

本発明のスチールコードによれば、上記構成としたことで、Ｎ無撚＋Ｍ構造により高剛性を確保することができるとともに、螺旋型付けの大きさを変えて位相を略一致させたことによりコアをシース素線内に配置して、シース素線間距離を確実に確保し、ゴムの浸透性を向上することが可能となった。かかる本発明のスチールコードは本発明の製造方法により製造可能であり、特に、従来は製造が困難であった、コード側面から見たコア素線の傾きがコード軸方向に対して３°以下であるスチールコードについても、本発明の製造方法によれば容易に製造することが可能となり、これによりゴムペネ性の更なる向上を図ることができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図１（ａ）に、本発明の一好適例のスチールコードの側面から見た概略撚り構造図を示す。図示するスチールコード１０は、２本の撚り合わせていないコア素線を長手方向に並列して配置してなるコア１と、４本のシース素線をコア１の周りに撚り合わせてなる１層のシース２とによって構成されており、図１（ａ）中のＡ−Ａ断面における断面図である同図（ｂ）に示すように、コード軸に直交する断面でのコード輪郭形状が扁平である。

本発明のスチールコード１０においては、コア１にシース素線よりも振幅の小さい螺旋型付けが施され、かつ、コア１の螺旋の位相とシース素線の螺旋の平均位相とが、長手方向で略一致している。即ち、コア１が、シース素線よりも振幅の小さい螺旋を、シース素線とほぼズレを生じずに描いている。このため、図示するように、コア１はシース素線により形成されるシース２の内部に入り込んで配置されることとになり、これにより各シース素線間の隙間が広がって、シース素線間距離が確保され、スチールコード１０内部へのゴムの浸透性を向上することができるのである。

本発明のスチールコードは、空気入りタイヤを初めとする各種ゴム物品の補強用として好適に用いることができ、ゴム物品におけるコード周辺でのセパレーションの発生による耐久性の低下を招くことなしに、当該ゴム物品の引張剛性を高めることが可能である。従ってこのコードを、特にタイヤに適用した場合には、タイヤの耐久性と乗り心地性および操縦安定性とを、同時に満足することが可能となる。

本発明のスチールコードにおいては、上記条件を満足することで、Ｎ無撚＋Ｍ構造による高剛性の確保と、螺旋型付けによるゴムペネ性の向上効果とを同時に得ることができるものであり、用いる素線の径や螺旋のピッチ等については特に制限されるものではない。また、撚り構造についても、Ｎ無撚＋Ｍ構造であれば特に制限されないが、例えば、２本無撚りコア＋３本〜５本撚りシース構造に好適に適用することができる。

また、本発明のスチールコード１０においては、図１（ｂ）に示すように、シース素線がコア１の周りに均一に分散配置されずに、偏った配置をとることが好ましい。このような配置とすることで、コード上下方向の厚みを薄くすることができ、例えば、タイヤのベルト層に適用した場合には、その厚みを薄くできることから、タイヤの軽量化が可能となる。また、コーナリング中の踏面部外側に発生するベルトのバックリング変形に対する柔軟性およびコード折れ性の改善効果も得られる。

また、特に制限されるものではないが、コア素線およびシース素線の抗張力は、２．９ｋＮ／ｍｍ²（３００ｋｇ／ｍｍ²）以上であることが、軽量化の点から好ましい。さらに、コア素線およびシース素線の直径は０．２１ｍｍ〜０．２４ｍｍの範囲内であることが好ましく、この直径が０．２１ｍｍ未満ではベルトに適用した際に強度を確保することが困難となり、一方、０．２４ｍｍを超えると、ベルトの面外方向の曲げ剛性が大きくなり過ぎて操縦安定性が低下してしまうことになる。なお、コア素線とシース素線の線径は同径であることが生産性の面で有利である。

かかる本発明のスチールコードを製造するに際しては、シース素線をコアの周囲に撚り合わせる前の、コアおよびシース素線のプレフォーマーによる型付けに当たり、シース素線のプレフォーマー上のピンへの掛け方と、コアのプレフォーマー上のピンへの掛け方とを、逆となるようにする点が重要となる。図２（ａ）に、２本無撚りコア＋４本撚りシース構造の場合に用いるプレフォーマー２０の一例の側面図および正面図を、同図（ｂ）に、本発明に従いこのプレフォーマー２０に対しコア１およびシース素線２ａ〜２ｄを掛けた状態を示す展開図を、夫々示す。また、比較のために、従来方法に従いプレフォーマー２０に対しコア１およびシース素線２ａ〜２ｄを掛けた状態を示す展開図を、同図（ｃ）に示す。図示するように、シース素線２ａ〜２ｄおよびコア１のピン２１への掛け方を全て同一としていた従来方法とは異なり、シース素線２ａ〜２ｄのピン２１への掛け方とコア１のピン２１への掛け方とを逆にすることで、図３（ａ）に示すように、コア１の螺旋型付けの位相がシース素線側と１８０°ずれ、コアの螺旋とシース素線の平均螺旋の位相が長手方向で略一致する。これにより、撚り合わせ治具３０においてシース素線２内にコア１が配置されることとなり（図１参照）、シース素線間距離が確保されて、ゴムペネ性を向上することが可能となる。なお、図３（ｂ）は、図２（ｃ）の従来方法に対応する、型付け後のコアおよびシース素線の位相を示す説明図である。

但し、コアの型付け量を過度に大きくすると期待する撚り性状が得られないため、プレフォーマー２０におけるコアの加工量は、シースの加工量の６０％以下とすることが好ましい。この加工量Ｆは下記式、
Ｆ＝ｘｄ（ｎ−２）／（ｂ×ｂ）
（式中、ｘは噛み込み量、ｄは素線径、ｎはピン数、ｂはピン距離である（図４参照））に従い求めることができる。

本発明の製造方法によれば、螺旋型付けを施した素線を用いた場合でも、コード側面から見たコア素線の傾きがコード軸方向に対して３°以下、好ましくは実質的に０°であるスチールコードを容易に得ることが可能である。コア素線の傾きを３°以下、好ましくは実質的に０°として、コア素線が横並びでかつほぼ真直とすることで、タイヤ製造時に掛かるコードへの張力付加時のコード伸びが抑制され、コアとシース間に閉鎖空間が形成されることがなくなる。これにより、ゴムがコア素線とシース素線相互間に容易に浸入するため、カット傷などを介してタイヤの外部から内部のベルト等に浸入した水分がベルトのコードを腐食して、この腐食域の拡大によってコードとゴムとの間に剥離が生じるセパレーションを回避する効果を得ることができる。

ここで、このような真直性の高いスチールコードを得るためには、プレフォーマー２０による型付け後に型付けしたコアおよびシース素線を撚り合わせ、その後、ロールを千鳥足状に配置してコードに曲げ加工を施すことでコードの真直性を矯正する、真直性矯正治具を用いて矯正を行うことが好ましい（図示せず）。さらに、プレフォーマー２０による型付けに先立って、コア素線に対しオイリングを施しておくことも好ましく、これにより撚り線時のテンションのバラツキを安定化させることができる。コア素線のスベリ性は表面状態により変化し、撚線時のテンションを高く設定するとその影響を受け易くなって、テンションバランスが均一にならないために撚り性状が安定しなくなるが、オイルを表面に付着させることで、素線の表面状態に関わらずスベリ性が安定して、撚り性状が安定する。

本発明の製造方法においては、プレフォーマーによる型付け条件を上記のように設定する点のみが重要であり、それ以外の製造条件については特に制限されるものではなく、公知の装置等を用いて、常法に従い行うことができる。撚り線機としては、例えばチューブラー型撚り線機を用いることができる。

以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
素線径０．２２５ｍｍの素線を用いて、２＋４撚り構造（コア：２本無撚り、シース：４本撚り（ピッチ１４ｍｍ））のスチールコードを、図６（実施例）および図７（比較例）にそれぞれ従い製造した。図６および図７中、（ａ）は使用したチューブラー型撚り線機１００の概略図であり、ボビン４０から素線Ｓを繰り出してプレフォーム２０により型付けし、撚り合わせ治具３０により撚り合わせる工程を示している。また、（ｂ）はプレフォーマー２０のピン２１に対するコア１およびシース素線２の掛け方を示しており、（ｃ）は型付け後のコア１およびシース素線２の位相を示している。さらに、（ｄ）は、（ｃ）中に矢印で示す、撚り合わせ時におけるコア１およびシース素線２の断面構造図である。

また、プレフォーマー２０におけるコアおよびシースの加工量は、夫々以下の表１中に示すように設定した。この結果、実施例においては、コアにシース素線よりも振幅の小さい螺旋型付けが施され、コアの螺旋の位相とシース素線の螺旋の平均位相とは、長手方向で略一致していた。
実施例および比較例により夫々得られたスチールコードを用いて実際にタイヤを作製し、各スチールコードのゴムペネ性を評価した。この結果を、下記の表１中に併せて示す。

（ａ）は本発明の一好適例のスチールコードの側面から見た概略図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ断面における断面図である。 （ａ）はプレフォーマーの一例を示す側面図および正面図であり、（ｂ）は本発明に従いプレフォーマーに対しコアおよびシース素線を掛けた状態を示す展開図であり、（ｃ）は従来方法に従いプレフォーマーに対しコアおよびシース素線を掛けた状態を示す展開図である。 （ａ）は、本発明に従う型付け後のコアおよびシース素線の位相を示す説明図であり、（ｂ）は従来方法に従う型付け後のコアおよびシース素線の位相を示す説明図である。 プレフォーマーにおけるコアの加工量の算出方法に係る説明図である。 （ａ）は本発明の一好適例のスチールコードの側面から見た概略図であり、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ断面における断面図である。 （ａ）はチューブラー型撚り線機の概略図であり、（ｂ）はプレフォーマーのピンに対するコアおよびシース素線の掛け方を示す展開図であり、（ｃ）は型付け後のコアおよびシース素線の位相を示す説明図であり、（ｄ）は（ｃ）中に矢印で示す撚り合わせ時におけるコアおよびシース素線の断面構造図である（実施例）。 （ａ）はチューブラー型撚り線機の概略図であり、（ｂ）はプレフォーマーのピンに対するコアおよびシース素線の掛け方を示す展開図であり、（ｃ）は型付け後のコアおよびシース素線の位相を示す説明図であり、（ｄ）は（ｃ）中に矢印で示す撚り合わせ時におけるコアおよびシース素線の断面構造図である（比較例）。

符号の説明

１ コア
２（２ａ〜２ｄ） シース（シース素線）
１０ スチールコード
２０ プレフォーマー
２１ ピン
３０ 撚り合わせ治具
４０ ボビン
１００ チューブラー型撚り線機
Ｓ 素線

Claims (5)

1. 複数本の撚り合わせていないコア素線を長手方向に並列して配置してなるコアと、複数本のシース素線を前記コアの周りに撚り合わせてなる１層のシースとによって構成され、コード軸に直交する断面でのコード輪郭形状が扁平であるスチールコードにおいて、
   前記コアに前記シース素線よりも振幅の小さい螺旋型付けが施され、かつ、該コアの螺旋の位相と該シース素線の螺旋の平均位相とが、長手方向で略一致していることを特徴とするスチールコード。
2. 前記シース素線が前記コアの周りに均一に分散配置されずに、偏った配置をとる請求項１記載のスチールコード。
3. 複数本の撚り合わせていないコア素線を長手方向に並列して配置してなるコアと、複数本のシース素線とを、プレフォーマーにより夫々型付けした後、前記シース素線を前記コアの周囲に撚り合わせるスチールコードの製造方法において、
   前記シース素線のプレフォーマー上のピンへの掛け方と、前記コアのプレフォーマー上のピンへの掛け方とが、逆となるよう前記型付けを行うことを特徴とするスチールコードの製造方法。
4. 前記プレフォーマーによる型付け後に、真直性矯正治具を用いる請求項３記載のスチールコードの製造方法。
5. 前記プレフォーマーによる型付けに先立って、前記コア素線に対しオイリングを施す請求項３または４記載のスチールコードの製造方法。

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