(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の側素線と同等の太さの芯素線を有するほぼ楕円形状のゴム製品補強用スチールコードにおいて、
１本の芯素線の周囲に６本の側素線を配して撚り合わせた１＋６構造のスチールコードとし、
真直ぐな芯素線の周囲に側素線を撚り合わせたオープン構造としたものを圧縮加工してコードの断面形状がコード長手方向に略同一向きの偏平オープン構造とし、
上記加圧加工時に隣接する２本の側素線の間に芯素線を部分的に割り込ませ、
コード１撚りピッチにおける上記の芯素線の割り込みの最大量を芯素線直径の３０％以上５０％以下とした上記ゴム製品補強用スチールコード。
【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、コンベアベルト等のゴム製品補強材として使用されるゴム製品補強用スチールコードに関するものであり、ゴムのスチールコード内部空洞への充填性を改善し、かつ、スチールコードの繰り返し曲げ荷重に対する疲労強度を向上させることができ、これによってスチールコードによって補強されたゴム製品の耐久性を著しく向上させることができるものである。
【０００２】
【従来の技術】
ゴム製品補強用スチールコードは、５〜７本の素線を互いに堅く撚り合わせて密着させた、いわゆるクローズ撚りコードと、素線を互いに緩く撚り合わせた、いわゆるオープン撚りコードと、ほとんど撚り合わせない素線群に他の素線群を堅く撚り合わせたものとに大別される。
クローズ撚りコードの例として図２に示すものがある。このスチールコード２１は芯素線２１ａの回りに６本の側素線２１ｂを互いに密着させて撚り合わせたものである。このスチールコードは芯素線２１ａの周囲に空洞部Ｄが存在しており、側素線２１ｂが互いに密着しているために、スチールコード２１を２枚のゴムシートの間に挾んでこれを圧縮して複合シートを形成した場合、ゴム材が空洞部Ｄに浸入せず、単にスチールコードをゴムシートによって包み込んだだけの複合体となり、ゴム材がスチールコードの空洞部Ｄに完全に入り込んでゴムシートとスチールコードとが一体化された、いわば完全な複合体にはならない。このものを自動車のタイヤに組み込んだものにおいては、ゴム材とスチールコードとの接着が不十分であり、このために自動車の走行時にゴム材がスチールコードから剥離していわゆるセパレーション現象を起こす可能性が大きく、またゴム材中の水分やタイヤの切疵より浸入した水分がスチールコード２１の空洞部Ｄに達すると、この水分は空洞部Ｄを伝わってたちまちスチールコード２１の長手方向に伝播し、スチールコードを腐食させ、その結果その機械的強度を著しく低下させることになる。
この問題を解決するために、上記の空洞部にゴム材が可及的に浸入しやすくしたスチールコードの構造が種々提案されている。例えば図３に示すように芯素線３２の線径を太くして、芯素線の回りに密着して撚り合わせた側素線３３相互の間に間隙Ｃが形成したもの、図４に示すように、芯素線４２に予め小さなスパイラル状くせ付けを施しておいてこれに側素線４３を密着して撚り合わせたもの（例えば特開平６−１９１２１８号公報）、あるいは図５に示すように芯素線５２に予め小さな振幅の波状くせ付けを施しておいてこれに側素線５３を密着して撚り合わせたものがその一例である（例えば、特開平６−１９１２１７号公報）
。さらに、素線に過大な型付けを施し、各素線間に間隙を設けながら緩く撚り合わせたいわゆるオープン撚りのスチールコード（例えば特開昭５７−４３８６６号公報）や、図６に示すような上記オープン撚りのスチールコードをローラで偏平に潰して断面形状を楕円にしたいわゆる偏平オープン撚りスチールコード（特開平２−１３３６８７号公報）もまたその一例である。
図３に示す従来のスチールコード３１の構造は、芯素線３２と側素線３３との間の間隙にゴム材が十分浸入し、その結果空洞部は形成されず、したがってスチールコード内部を水分が伝播することはないが、芯素線３２の径が太いためにスチールコード３１の直径が大きくなり、そのためにゴムシートの厚みが大きくなる。これを自動車に用いた場合スチールコード３１の直径が大きくなるために、スチールコードのタイヤの円周方向曲げに対する柔軟性が乏しく、乗り心地が損なわれる。
さらに、このものは芯素線３２が常に側素線３３に接触しているので、フレッティング摩耗を生じ、このためにスチールコードの疲労値が高く、耐久性が低い。
また、芯素線４２にスパイラル状くせ付けをした図４に示すスチールコード４１は、芯素線４２に側素線４３が常に接触しているものではないので疲労値は改善されるが、断面形状が略真円形状であるので、スチールコードの曲げに対する剛性がどの方向に対しても同じであり、タイヤの所定のコーナリング性能を確保するようにする（所定のタイヤの横方向剛性を確保できるようにスチールコードの直径を選択する）と、タイヤの円周方向の曲げに対する剛性が高すぎ、乗り心地が悪くなる。
また、上記スチールコード４１は、図２のようなクローズ撚りのスチールコード２１に比べてコード径が太くなり、カレンダー（ゴム被覆工程）後のシートが厚くなってしまい、加えてコード径が太いためにシートに所要本数のスチールコードを埋め込むことができず、シートの強度が低い。したがってこれをタイヤに用いるときはシートの重ね枚数を増やす必要があり、結果としてタイヤの重量が増加する。
また、芯素線５２に波状のくせ付けを施した図５に示すスチールコード５１は、芯素線５２の移動軌跡で描かれる略トラック型（いわゆる運動場のトラック）の空間（図中の点線で囲まれた空間）の中に側素線５３が入り込みにくいために、芯素線５２の自由度がある程度大きい。そのため、芯素線５２が上下のゴムシートの間にスチールコードを挾んで加圧し加硫して一体化する加工による外力により移動しやすく、スチールコードの安定性が低下する。したがって、スチールコード製造時やゴムシート製造時の取扱作業性が悪くなる。さらに、このスチールコード４１および５１は、芯素線にスパイラル状あるいは波状のくせ付け加工を施すため、その分製造コストが高くなる。
また、上記スチールコード４１および５１は、スパイラル状あるいは波状のくせのピッチに対応して、側素線の撚りピッチを設定する必要があり（そうでないと、撚り形状が崩れる）、したがって、撚線機の調整作業が容易でなく、取扱作業性に問題がある。
また、図６に示す偏平オープン状のスチールコード６１においては、ゴム材が各素線６２の全周に接着し、かつスチールコード内部まで十分に浸入するためには、各素線間の間隙をゴム材が浸入するに十分な間隔、すなわち０．０２ｍｍ以上にする必要がある。しかし、このように間隙を各素線間に十分にとると、スチールコードの製造時において撚り構造が不安定になりやすく、素線の片寄りが生じたり撚りがスチールコードの長手方向に不均一になるという問題がある。このものは各素線の自由度が比較的大きいので、スチールコードをゴムシートに埋め込んで加硫プレスする際に、せっかく生じた隙間が外力によって減少し、あるいは素線移動により間隙の偏りが生じ、ゴム材がコード内部に十分に浸入しにくくなる。こうなると、繰り返し曲げ応力によって座屈が生じやすくなり、スチールコードひいてはゴム製品の寿命が短くなってしまう。また、この偏平オープン状のスチールコード６１は低荷重での伸びが大きいためにゴムシート製造工程における取扱いが難しい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は多数の側素線と同等の太さの芯素線を有する略楕円形状のスチールコードについて、芯素線に予めくせ付け加工を施すことなく、側素線間に所要の間隙を形成したスチールコードをゴムシートで挾んで加圧し加硫するときも所定の間隙が確保されてゴムがスチールコード内部に容易、確実に浸入するようにその構造を工夫することをその課題とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題解決のために講じた手段は次ぎの要素（イ）〜（ニ）によって構成されるものである。
（イ）１本の芯素線の周囲に６本の側素線を配して撚り合わせた１＋６構造のスチールコードとしたこと、
（ロ）真直ぐな芯素線の周囲に側素線を撚り合わせたオープン構造としたものを圧縮加工してコードの断面形状がコード長手方向に略同一向きの偏平オープン構造としたこと、
（ハ）上記加圧加工時に隣接する２本の側素線の間に芯素線を部分的に割り込ませたこと、
（ニ）コード１撚りピッチにおける上記の芯素線の割り込みの最大量を芯素線直径の３０％以上５０％以下としたこと。
【０００５】
【作  用】
図１を参照しつつ作用を説明する。
真直ぐな芯素線２は６本の撚られた側素線３の中にあって、スチールコード１が圧縮加工によって略楕円形状に潰されるのであるから芯素線２が上下の側素線の間で強圧されて隣接する側素線間に割り込んで側素線と組み合わされる。そしてこの割り込みは、コードの１撚りピッチにおいて小さいところと大きい（割り込み最大）ところがあり（図１の割り込み状態を参照）、割り込みの増減がコードの１撚りピッチ間隔で周期的に繰り返す状態である。そして、隣接する側素線３と４との間に割り込んだ割込量Ｈ（図１参照）は、芯素線２の外周が側素線３、４の共通接線Ｌから突出した量（図示の共通接線Ｌと芯素線２の接線Ｌ１の間隔）である。この割込量Ｈはスチールコードに沿って、最大、最小の間で周期的に変動するが、この最大値の大小は、主としてスチールコード１が圧縮加工によって略楕円形状に潰されるときのその圧縮力の大小やスチールコードの撚りピッチの大小や側素線の型付け率の大小によって調節される。
スチールコードを撚るときは真直ぐな芯素線が芯になるので撚り構造が安定し、側素線が片寄ること、側素線の撚りが不均一になることが回避される。
また、潰された楕円形状に成形された状態では、芯素線が側素線と堅く組み合わされるので、側素線の自由度が小さくなり、したがって、上下のゴムシート間にスチールコードを挾んで加圧し加硫するときも、側素線間の間隙が変動しにくく、所定の間隙が保たれる。したがって、この間隙からゴムがスチールコードの内部に浸入しやすく、ゴムがスチールコード内に十分充填される。
最大割込量が小さいと上記の作用・効果が小さくなり、反対に最大割込量が大きいと上記の作用・効果は大きいが、スチールコードに対する上記の圧縮加工のために素線表面に生じる圧痕や損傷が増大し、その結果スチールコードの疲労強度が低下する。
そして、上記最大割込量Ｈｍａｘが芯素線径ｄに対して０．３ｄに満たない場合は芯素線の上記の作用が小さく、そのために側素線の自由度が大きくなり、実用上の効果はほとんど期待されない。反対に最大割込量Ｈｍａｘが芯素線径ｄに対して０．５ｄを超えると上記の圧痕、損傷のための疲労強度の低下が顕著になり実用上望ましくない。
勿論、上記の圧痕、損傷を防止するための特別な表面処理を素線に施せば最大割込量Ｈｍａｘを０．５ｄよりも大きくすることが実用上可能ではあるが、最大割込量Ｈｍａｘを０．５ｄよりも大きくしても、上記作用・効果はそれほど増大しない。
なお、側素線の数が少ないほど芯素線の曲がりが緩やかになり上記の作用・効果は軽微になる。反対に側素線の数が多いと芯素線の曲がりがきつくなるので、加圧加工時に素線表面に生じる圧痕や損傷が増大し、その結果、スチールコードの疲労強度が低下する。したがって、側素線の数が５本、７本でも本発明の作用・効果を全く生じないではないが、側素線を６本とするスチールコードが最も実用的である。
【０００６】
【実施態様】
スチールコードの撚りピッチを６〜２０ｍｍとする。
６ｍｍ以下では極度の加工のために断線が生じやすく、またスチールコードの単位長さ当たりの撚り回数が多くなり生産性が低下する。また、芯素線のくせピッチは側素線の撚りピッチよりも小さいので６ｍｍ未満では、芯素線を隣接する側素線の間に大きく割り込ませることが物理的に困難である。
他方、スチールコードの撚りピッチが２０ｍｍ以上であるときは、スチールコードの柔軟性が小さくなり、またフレアーも生じやすくなるので実用的でない。
芯素線の線径を０．２ｍｍ〜０．４ｍｍとする。
素線が余り細いと素線の強度が不足し、余り太いとスチールコードの柔軟性が不足し、疲労値が低くなる。断面形状が楕円形状の本発明のスチールコードにおいてはこのことが一層顕著であり、０．４ｍｍを超えると実用的でない。
【０００７】
【実  施  例】
次いで、図１を参照しつつ実施例を説明する。
このスチールコード１は、素線径０．３５ｍｍの真直ぐな１本の芯素線２の周囲に型付けした６本の側素線を撚りピッチ１６ｍｍで、平均コード直径が１．０７ｍｍの略真円形に撚り合わせ、これを圧延ローラによって長径が１．３６ｍｍ、短径が０．９９ｍｍの略楕円形状に成形したものである。この圧延ローラによる加圧加工により、芯素線は塑性変形して隣合う側素線の間に割り込む。このスチールコードを樹脂に埋め込み、これをスチールコードの長手方向に２ｍｍ間隔で切断した各断面を撮影した拡大写真の複写図（１〜８）を図９に示す。図９のうち割込量が最大（コードの１撚りピッチにおける最大）のものにおける割込量を測定することによってこの実施例における最大割込量を測定することができる。３番目の複写図が割込量が最大である。
本発明のスチールコードの特性を確認するために、最大割込量を適宜変えた本発明のスチールコード数種（０．３２ｄ、０．４３ｄ、０．４８ｄ）と従来のスチールコード数種と二つの比較例（最大割込量が０．１７ｄ、０．５８ｄ）との比較試験を行い、ゴムの浸入率、剛性比、耐疲労性、取扱作業性について定量的に評価した。この評価結果は次ぎの表１に示すとおりである。
【表  １】
なお、このテストの試験条件、評価方法は次ぎのとおりである。
ゴム浸入率は、各コードに５Ｋｇの引張荷重をかけた状態でゴム中に埋め込み、加硫した後、コードをゴム中から取り出してそのコードを分解して素線の一定長さを観察し、観察した長さに対してゴムと接触した形跡のある長さの比をパーセント表示した。ゴム浸入率は通常７０％以上必要である。
耐疲労性は、複数本のスチールコードをゴムシートに埋め込んだ複合体シートを用いて３点プーリー曲げ疲労試験機により疲労試験を行い、埋設したスチールコードがフレッティング摩耗、座屈等を経て破断するに至るまでの繰り返し回数計数したものである。そして、実験Ｎｏ．６の従来のクローズ撚り構造のものの耐疲労評価値を１００として指数表示したものである。この値が高いほど耐疲労強度が高いことを表している。
また、剛性比は図７に示すように、三点曲げ試験機によりテストピース７１のスパン（ＳＰ＝２０ｍｍ）において５ｍｍ押さえ込んだときの荷重Ｇを測定した値であり、スチールコードの短径軸方向のものについての上記荷重Ｇと長径軸方向のものについての上記荷重Ｇ１との比（Ｇ／Ｇ１）をパーセント表示したものである。この比が小さいほどこれをタイヤに適用したときのタイヤの円周方向の柔軟性が高く（剛性が低く）横方向の剛性が高い（横方向の柔軟性が低い）ことを意味する。
図８に示すように、５本のテストコード８２を横一列に、１００％モジュラスが３５Ｋｇ／ｃｍ２よりなるゴムシート８３に埋め込んでテストピース８１を作成し、これについて剛性試験を行った。上記ゴムシート８３の寸法は、厚みＴ＝４ｍｍ、幅Ｗ＝１５ｍｍ、長さＬ＝１００ｍｍである。なお、短径軸方向の曲げ剛性は図８の（ａ）に示すようにテストコード８２を横にして埋め込んだものの曲げ剛性であり、長径軸方向の曲げ剛性は同図（ｂ）に示すように、テストコード８２を縦にして埋め込んだものの曲げ剛性である。
取扱作業性は、スチールコード製造時、複合体シート成形時の作業の繁雑さならびにスチールコードの取扱作業性の評価であり、また製造時の加工の難易度も考慮して、実験Ｎｏ．６のスチールコードと比較して非常に劣るものを×、少し劣るものをΔ、差がないものを○として三段階評価したものである。
表１の結果に基づいて各スチールコードの評価を以下に述べる。
図２に示す断面形状の従来のスチールコード（実験Ｎｏ．６）は、本発明の実施例（実験Ｎｏ．１〜実験Ｎｏ．３）に比べてゴム浸入率が極めて劣り、そのため耐疲労性が悪く、柔軟性に欠け、しかもシートも厚くなる等の問題が生じる。図４に示す断面形状の、芯素線に略スパイラル状のくせを付けた従来のスチールコード（実験Ｎｏ．７）は、ゴム浸入率が８０であり、本発明の実施例のゴム浸入率１００に比してかなり低い。また剛性比は９９であり、本発明の実施例の剛性比９３〜９５に比してかなり高い。
また、本願の実施例のスチールコードに比べ短径側のコード径がかなり大きい。この為、このようなコードを用いた場合、シート厚を薄くすることはできず、乗心地性を悪くする結果となる。
さらにまた、芯素線にスパイラル状のくせ付け加工を施す必要があるため、製造コストや設備コストが高くなり、取扱作業性もやや悪かった。
図５に示す断面形状の、芯素線に波状のくせ付けをしたスチールコード（実験Ｎｏ．８）は最大割込量が０．１５ｄであって小さく、ゴム浸入率が６０％であって低い。このものはスチールコード製造時およびゴムシート製造時の取扱作業性が悪く、特にスチールコードに付与する張力の適正な制御が難しい。
構造的には本発明の実施例と同じで最大割込量を０．１７ｄとした比較例、すなわち実験Ｎｏ．４はスチールコードの安定性が悪く、ゴム浸入率は６５％に止まり、取扱作業性も悪い。
最大割込量を０．５８ｄとした同様の比較例、すなわち実験Ｎｏ．５のスチールコードは、本発明の実施例（実験Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３）に比して耐疲労性が著しく低い。これはコードの最大割込量が大きすぎ、過度の圧縮加工による素線の圧痕、損傷が顕著であるためである。
以上の、従来例、比較例に比して、本発明の実施例（実験Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３）はゴム浸入率が１００％と極めて高く、耐疲労性は１０５〜１０８と高く、さらに、剛性比は９３〜９５と小さい。このために、これをタイヤに適用した場合、タイヤはその円周方向の柔軟性が高く、したがって、乗り心地がよく、また、横方向への剛性が高く、したがってコーナリング特性がよい。
また、取扱作業性は従来のものに比して良好である。
【０００８】
【効  果】
本発明のスチールコードはコード長手方向の略全域にわたってコード内部に空洞部を有さず、ゴム浸入性が安定して高い。また、ゴムに埋め込んでシートにした際のシート厚を薄くできるのでタイヤ重量を小さく抑えることができ、自動車の燃費を向上できる。
また、タイヤの円周方向（回転方向）の剛性を低くできるので乗り心地性を向上でき、また、タイヤ横方向への剛性を高くできるのでコーナリング性能を高めることができる。
さらに本発明のスチールコードは長手方向の撚りの安定性が格段に優れているので、上記のとおりのゴム浸入が極めて良好である外、スチールコードの取扱作業性が極めて良好である。
さらに、真直ぐな素線を芯素線としてスチールコードを撚り合わせるものであるから、従来のバンチャー型、チューブラー型のいずれの撚線機でも製造でき、撚り不良を生じることはなく（芯素線に予めくせ付けをした図４、図５の従来のものにおいては撚り不良を生じることが製造上の問題である）、さらに、側素線の撚りピッチを芯素線のくせのピッチに合わせるためのピッチ調整が必要でないので、それだけ側素線のピッチ調整が簡単であり、取扱いも容易であり、さらに芯素線に予めくせ付けを施す必要はない。したがって、図４、図５の従来例に比して製造コストを著しく低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスチールコードの断面図である。
【図２】芯素線の回りに６本の側素線を互いに密着させて撚り合わせた従来のスチールコードの断面図である。
【図３】線径の太い芯素線の回りに密着して撚り合わせた側素線相互の間に間隙を形成した従来のスチールコードの断面図である。
【図４】芯素線に予め小さな半径のスパイラル状くせを施し、これに側素線を密着して撚り合わせた従来のスチールコードの断面図である。
【図５】芯素線に予め小さな振幅の波状くせ付けを施し、これに側素線を密着して撚り合わせた従来のスチールコードの断面図である。
【図６】従来の偏平オープン撚りスチールコードの断面図である。
【図７】剛性試験機の概略図である。
【図８】（ａ）短径軸方向にスチールコードを埋め込んだ試験片の斜視図であり、（ｂ）長径軸方向にスチールコードを埋め込んだ試験片の斜視図である。
【図９】本発明の実施例のスチールコード（１＋６構造）の１撚りピッチにおける２ｍｍきざみの断面拡大写真の複写図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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