(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
線径ｄが０．２８〜０．５０ｍｍで、長手に亘り、略螺旋状あるいは略平面状の波形くせを有する単一のスチ−ルフィラメントにおいて、
上記波形くせを、波高Ｈが０．０２〜０．２０ｍｍ、ピッチＰが６ｄ〜１８ｄｍｍ、Ｈ／Ｐが０．０１〜０．０３に設定することにより、
このスチ−ルフィラメントが、ＪＩＳ  Ｂ  ７７２１による引張試験機により４９Ｎの引張荷重を繰返し５回負荷したとき、１回目の伸び率が０．１０〜１．００％であり、かつ５回目の伸び低下率が０〜７．０％である性能を具備することを特徴とするタイヤ補強用スチ−ルフィラメント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用タイヤの補強材である単一のスチールフィラメントに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の補強材には、細径スチール素線を複数本稠密に撚り合わせた、所謂スチールコードと称する撚鋼線が用いられている。上記スチールコードは一般に、スチール線材に鉛パテンチング等の熱処理と伸線加工とを繰り返し行った後、ブラスメッキを施し、所定の線径まで伸線加工を行って素線とし、次いでこの素線を複数本撚り合わせることにより製造されている。
【０００３】
ところで、タイヤ補強材としての不可欠な要件は、必要な強度を有し、しかも優れた柔軟性を具備することである。上記スチールコードにあっては、その素線がナイロン、ポリエステル等の繊維素線に比べ強度面で優れるが、柔軟性に劣るため、複数本の素線を撚り合わせて柔軟性を向上しようとするものである。このため、撚り工程を要し、容易かつ安価に製造できないという問題がある。
【０００４】
また、上記スチールコードは、各素線が密着して撚り合わされているため、タイヤ成形時にゴムがコード中央部の空洞部まで浸入せず、コード長手方向に連続してこの空洞部が存在することとなる。したがって、上記スチールコードを使用したタイヤでは、ゴムとコードとの接着がコードの外周部でのみなされることとなり、ゴムとコードとが剥離する、所謂セパレーツ現象を起こし易く、また素線相互間のフレッティング摩耗も生じ易い。しかも空洞部が存在するため、外部より浸透した水分が上記空洞部内に至り、コード長手方向に伝播して錆を発生させることとなる。このため、タイヤの寿命を短命化させる問題がある。
【０００５】
さらに、小石、縁石等に乗り上げた際、補強材であるスチールコードが破断することがあるため、この種の補強材としては、高い伸度を有し、耐衝撃吸収性に優れた補強材が望まれている。
【０００６】
上記事情に鑑み、現在撚り工程を要せず安価に製造でき、かつゴムとの接着性が良好で、しかも高い伸度を有し、柔軟性に優れる単一フィラメント構造のタイヤ補強材を実用化することが考えられている。
【０００７】
単一フィラメント構造のタイヤ補強材（以下、「フィラメント」という）として、例えば特開昭４８−６３９６１号公報にフィラメントを波状に加工成形したものが、また特開昭５０−４３５９号公報にフィラメントを螺旋状に加工成形したものが、夫々開示されている。
【０００８】
先に提案された上記各公報に開示された補強材にあっては、単一フィラメント構造とすることにより撚り工程を省略し、かつゴムとの接着性を良好になし、また波状あるいは螺旋状の波形くせを加工成形することにより破断時伸びを繊維に相当する程度まで大きくして柔軟性を向上することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記フィラメントに施す波状あるいは螺旋状の波形くせ（以下、「波形くせ」という）の波高およびピッチを種々変化させて製造したフィラメントを複数本、ゴムに埋め込んで３点曲げ疲労試験を試みたところ、波形くせの形状によって耐疲労性が高いものと低いものとが混在することが確認された。
【００１０】
この原因を突き止めるべく鋭意研究を行った結果、耐疲労性を低下させる原因がゴムの変形にあることを見出し、そして、そのゴムの変形が埋め込んだフィラメントの塑性変形に起因すること、さらにフィラメントの伸び特性が大きく影響することを知見して本発明を完成した。
【００１１】
すなわち、３点曲げ疲労試験ではフィラメントに引張荷重が繰り返し作用し、波形くせを有するフィラメントは伸び縮みを繰り返すが、波形くせの波高やピッチにより、荷重が除去されても伸びた状態で元には戻らない、所謂塑性変形をおこす領域が存在することを見い出したのである。このフィラメントの塑性変形により被覆したゴム自体が変形し、引張荷重が均等にかからず、偏って作用するために耐疲労性が低下するのである。
【００１２】
本研究は試験片でのテストであるが、このフィラメントを補強材としてタイヤに用いた場合、路面の凹凸等による繰り返し引張荷重の作用でフィラメントの波形くせが伸びて塑性変形を起こし、これに起因するタイヤの変形で、タイヤの操縦安定性および寿命が著しく低下することは充分推定される。
【００１３】
本発明は、波形くせを有するフィラメントにおける上記問題を解決するためになされたものであり、その課題は、フィラメントに繰り返し引張荷重が作用しても塑性変形の度合いが小さく、よってゴムの変形を可及的に減少でき、これを補強材としてタイヤに用いた場合に、タイヤの変形がなく操縦安定性の低下が防止できるとともに、タイヤの寿命を著しく向上できるタイヤ補強材を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のタイヤ補強用スチ−ルフィラメントは、線径ｄが０．２８〜０．５０ｍｍで、長手に亘り、略螺旋状あるいは略平面状の波形くせを有する単一のスチ−ルフィラメントにおいて、上記波形くせを、波高Ｈが０．０２〜０．２０ｍｍ、ピッチＰが６ｄ〜１８ｄｍｍ、Ｈ／Ｐが０．０１〜０．０３に設定することにより、このスチ−ルフィラメントが、ＪＩＳ  Ｂ  ７７２１による引張試験機により４９Ｎの引張荷重を繰返し５回負荷したとき、１回目の伸び率が０．１０〜１．００％であり、かつ５回目の伸び低下率が０〜７．０％である性能を具備することを特徴とする。
【００１５】
ここで、伸び率（％）とは、引張荷重をフィラメントに負荷したときにフィラメントが伸びた割合を意味し、荷重負荷時の伸び量を、荷重負荷前の標点距離で除した値を百分率で表した値である。
【００１６】
また、伸び低下率（％）とは、フィラメントに引張荷重を繰り返し５回負荷したときの、伸び率が減少した割合を意味し、１回目の伸び率（％）から、引張荷重を繰り返し５回負荷したときの伸び率（％）を引いて、それを１回目の伸び率（％）で除した値を百分率で表した値である。
【００１７】
フィラメントに繰り返し負荷する引張荷重４９Ｎは、前記耐疲労性低下の原因究明時において、フィラメントの塑性変形有無を評価するのに最適な荷重を各種実験から見出した値である。
【００１８】
ところで、上記構成における数値限定は、実験の結果から導き出したものであり、線径ｄを０．２８〜０．５０mmとしたのは、あまり細いと充分な強力が得られないからであり、逆に太いと充分な柔軟性が得られないことによる。
【００１９】
また、４９Ｎの引張荷重を繰り返し５回負荷したときの、１回目の伸び率を０．１０〜１．００％としたのは、０．１０％未満ではフィラメントの弾性が不足し、１．００％を越えると伸び低下率が大きくなり、耐疲労性が低下することによる。
【００２０】
さらに、伸び低下率を０〜７．０％としたのは、７．０％を越えるとフィラメントの塑性変形量が大きくなりすぎ、フィラメントを被覆したゴムが大きく変形して耐疲労性が低下することによる。引張荷重を繰り返し負荷しても伸び率の低下がない、伸び低下率０％が最も好ましい。
【００２１】
ところで、上記構成において、波形くせの波高Ｈを０．０２〜０．２０mm、ピッチＰを６ｄ〜１８ｄmm（ｄ：フィラメント径）、かつＨ／Ｐを０．０１〜０．０３とすることが好ましい。
【００２２】
波高Ｈを０．０２〜０．２０mmとしたのは、０．０２mm未満ではコードが真直ぐな状態と実質的に変わらなくなり、伸び率が低下するからであり、また、０．２０mmを越えると１回目の伸び率が大きくなって、伸び低下率が大きくなるためである。
【００２３】
また、ピッチＰを６ｄ〜１８ｄmmとしたのは、６ｄmmより小さいとくせ付け時に素線に無理な塑性変形が加わるため、素線が折れやすくなり、一方、１８ｄmmより大きいと、波高Ｈとの兼ね合いもあるが、素線が真直ぐな状態と実質的に変わらなくなり、伸び率が低下することによる。
【００２４】
さらに、波高ＨとピッチＰとの比、Ｈ／Ｐを０．０１〜０．０３としたのは、０．０１未満では波高が小さすぎて適当な伸び率が得られないためであり、０．０３を越えるとピッチに比べて波高が高くなりすぎ、１回目の伸び率が大きくなり、伸び低下率も大きくなるためである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施の一形態を示すフィラメントの概略平面図である。
【００２７】
図１に示すフィラメント１は、線径ｄが０．２８〜０．５０mmで、長手方向に略螺旋状の波形くせを有するものである。このフィラメント１は、４９Ｎの引張荷重を繰り返し５回負荷したとき、その１回目の伸び率が０．１０〜１．００％であり、かつ５回目の伸び低下率が０〜７％である。
また、波形くせの波高Ｈは０．０２〜０．２０mmで、ピッチＰが６ｄ〜１８ｄmmであり、Ｈ／Ｐが０．０１〜０．０３である。
【００２８】
ここで、波高Ｈとは、図１に示すように、波形くせの谷から山までの高さｈから線径ｄを引いた高さのことで、ピッチＰとは谷から谷または山から山の直線長さである。
【００２９】
繰り返し引張荷重負荷による伸び低下率は、ＪＩＳ  Ｂ  ７７２１による引張試験機を用いて求めることができる。ここで、その方法を図２を参照して説明する。図２は引張試験機にフィラメントをセットして繰り返し引張荷重負荷試験を行っている状態で、チャック部のみを示す概略説明図である。
【００３０】
引張試験機（図示省略）の、標点距離Ｌを有して離間する固定チャック１１と可動チャック１２とでフィラメントＷを固定する（実線で示すＳ位置）。次に可動チャック１２を上昇させてフィラメントＷに引張荷重を負荷し、荷重が４９Ｎに達したところで可動チャック１２を停止させる（仮想線で示すＴ位置）。このときの可動チャック１２の移動距離ａがフィラメントの伸びた量である。次に可動チャック１２を元の位置（Ｓ位置）まで降下させる。続いて固定チャック１１，可動チャック１２からフィラメントＷを開放することなく上記手順を繰り返す。
そして、このときの荷重と伸びとを、引張試験機に併設した記録計（図示省略）の記録紙に記録し、記録紙上の曲線から各繰り返し時の伸び率および伸び低下率を算出する。
【００３１】
次に、記録紙上の曲線からフィラメントの伸び率および伸び低下率を算出する方法を、図３を参照して説明する。
【００３２】
図３は、上記繰り返し引張荷重負荷試験の結果を記録した記録紙上の荷重−伸び曲線の一例を示したものである。図３に示すグラフの横軸は伸び量を示し、縦軸は荷重を示す。ピークが５回あるのは繰り返し回数が５回であることを意味する。
【００３３】
図３に示すグラフの横軸に示した長さｂがフィラメントの伸び量を示すが、真の伸び量（図２中の移動距離ａ）は小さい値なので、通常これを拡大して記録する。このときの拡大倍率は、測定前に予め設定される、可動チャック１２の上昇スピードＸおよび記録紙の送りスピードＹからＹ／Ｘで計算される。よって、ｎ回目の真の伸び量ａｎは下記式（１）にて算出される値である。そして、ｎ回目の伸び率Ａｎ（％）は、下記式（２）に示す、式（１）で計算された真の伸び量ａｎを上記標点距離Ｌで除し、これを百分率で表した値である。
ａｎ＝ｂｎ／（Ｙ／Ｘ）      ―――（１）
Ａｎ＝（ａｎ／Ｌ）×１００  ―――（２）
【００３４】
さらに、伸び低下率Ｂ（％）は、下記式（３）で計算される値である。
Ｂ＝｛（Ａ１−Ａｎ）／Ａ１｝×１００  ―――（３）
【００３５】
【実施例】
次に本発明の実施例を比較例と比較し具体的に説明する。
【００３６】
鋼種がＪＩＳにおけるＳＷＲＳ８２Ａ相当である線径５．５mmの線材に、パテンチング、伸線加工を繰り返して、表面にブラスメッキを施した後、伸線加工して線径０．２８〜０．４８ mmに仕上げた後、螺旋状の波形くせを施した数種類のフィラメントを製造した。
フィラメント製造に当たっては、螺旋状の波形くせの波高およびピッチを変化させ、本発明の条件を満たす実施例のフィラメントと本発明の条件から外れた比較例のフィラメントとを製造した。そして、それぞれのフィラメントにおいて耐疲労性を比較した。その結果を表１に示す。
【００３７】
【表１】
0003861234.tif 000002
【００３８】
表中のピッチおよび伸び低下率の値は小数点以下第２位を、素線径、波高、波高とピッチとの比（Ｈ／Ｐ）および繰り返し引張荷重負荷時の伸び率の値は小数点以下第３位を四捨五入して表した。
【００３９】
また、フィラメントに負荷する引張荷重は４９Ｎで、繰り返し回数は５回である。このときの引張試験機の可動チャックスピードは１０mm／分で、記録紙の送りスピードは５００mm／分（倍率５０倍）である。
【００４０】
耐疲労性は、各フィラメントを複数本ゴムシートに埋め込み、このシートで３点曲げ疲労試験により評価し、疲労値５０００回を１００として指数表示した。数値が大きいほど耐疲労性に優れている。
【００４１】
なお、フィラメントに略螺旋状の波形くせを施す手段としては、特公昭６３−６３２９３号公報に示されるように、供給されるフィラメントを軸芯として回転するくせ付け装置で以て一定の螺旋状のくせ付けをする仕方がある。
また、略平面状の波形くせを施す手段としては、上記螺旋状の波形くせを施した後、これをローラ等で押圧して得る仕方や、歯車等に噛み込ませる仕方がある。
【００４２】
本発明および比較例のフィラメントの波付けは、高速回転するくせ付け装置上に設けた３本のピン間にフィラメントを通して行った。波形くせの波高およびピッチの調整は、くせ付けピンの径や間隔、押し込み程度やフィラメントの張力並びにくせ付け装置の回転数を種々選択して決定した。
【００４３】
表１から明らかなように、本発明のフィラメントは、耐疲労性に優れていることが判明した。また、他の鋼種および略平面状の波形くせにおいても同様の効果が得られることも確認した。
【００４４】
【発明の効果】
本発明のフィラメントは、フィラメントに繰り返し引張荷重が作用してもフィラメントの塑性変形の度合いが小さい。よって、これを補強材としてタイヤに用いた場合、タイヤの変形に起因する操縦安定性の低下を防止することができる。さらに、路面の凹凸等による引張荷重が繰り返し作用しても、その引張荷重が全体に均等にかかるのでタイヤ寿命を著しく向上することができるといった優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示すフィラメントの概略平面図である。
【図２】引張試験機にフィラメントをセットして繰り返し荷重負荷試験を行っている状態を示す概略説明図である。
【図３】繰り返し試験の結果を記録した荷重−伸び曲線の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１、Ｗ  フィラメント
１１  固定チャック
１２  可動チャック
【図１】
0003861234.tif 000003
【図２】
0003861234.tif 000004
【図３】
0003861234.tif 000005