JP6855699B2 - コード・ゴム複合体及び空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、複数本のスチールコードがトッピングゴムで被覆されたコード・ゴム複合体及び空気入りタイヤに関する。

タイヤを含むゴム製品は、補強用のコード・ゴム複合体が用いられることがある（例えば、下記特許文献１参照）。コード・ゴム複合体は、複数本のスチールコードが配列されたコード配列体と、コード配列体を被覆する未加硫のトッピングゴムとを含んでいる。これらは、例えば、プライと呼ばれ、タイヤのカーカスやベルトの材料として組み込まれる。また、コード・ゴム複合体は、加硫工程を経て、トッピングゴムが加硫ゴムとなり、スチールコードと接着されて一体化する。ゴム製品の耐久性を向上させるためには、スチールコードとトッピングゴムとの剥離を防ぐことが重要である。

特開２０１１−１２６３３８号公報

しかしながら、スチールコードは、有機繊維コードに比べると、ゴムとの接着性に劣る。このため、従来から、スチールコードとトッピングゴムとの接着性を向上させることが望まれていた。

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、スチールコードとトッピングゴムとの接着性を向上させることができるコード・ゴム複合体及び空気入りタイヤを提供することを主たる目的としている。

本発明は、複数本のスチールコードが、その長手方向を揃えて配列されたコード配列体と、前記コード配列体を被覆する未加硫のトッピングゴムとを含むコード・ゴム複合体であって、
下記式（１）で定義される前記コード配列体の単位長手方向当たりのスチールコードの表面積パラメータＳが６０（mm）以上であり、
前記トッピングゴムは、加硫時の複素弾性率Ｅ＊が５ＭＰａ以上を示すゴム組成物からなることを特徴とする。
Ｓ＝Ｄ×π×Ｅ …（１）
ここで、符号は以下の通りである。
Ｄ：スチールコードの外径（mm）
π：円周率
Ｅ：コード・ゴム複合体のスチールコードの長手方向と直交する向きの幅５cm当たりのスチールコードの打ち込み本数

本発明に係る前記コード・ゴム複合体において、前記スチールコードは、撚り合わされた複数のフィラメントを含むのが望ましい。

本発明は、請求項１又は２記載のコード・ゴム複合体をタイヤ構成部材として含むことを特徴とする。

本願の第１発明のコード・ゴム複合体は、下記式（１）で定義されるコード配列体の単位長手方向当たりのスチールコードの表面積パラメータＳが６０（mm）以上に設定される。これにより、本願の第１発明のコード・ゴム複合体は、スチールコードとトッピングゴムとの接触面積を大きくできるため、スチールコードとトッピングゴムとの接着性を向上しうる。
Ｓ＝Ｄ×π×Ｅ …（１）
ここで、符号は以下の通りである。
Ｄ：スチールコードの外径（mm）
π：円周率
Ｅ：コード・ゴム複合体のスチールコードの長手方向と直交する向きの幅５cm当たりのスチールコードの打ち込み本数

トッピングゴムは、加硫時の複素弾性率Ｅ＊が５ＭＰａ以上を示すゴム組成物からなる。これにより、トッピングゴムは、加硫工程後において、スチールコードとの剛性差を小さくすることができる。これにより、本願の第１発明のコード・ゴム複合体は、スチールコードとトッピングゴムとの界面部分で生じがちな応力集中を低減することができ、スチールコードとトッピングゴムとの接着性を向上しうる。

このように、本願の第１発明のコード・ゴム複合体は、上記式（１）で定義されるスチールコードの表面積パラメータＳ、及び、トッピングゴムの加硫時の複素弾性率Ｅ＊が上記範囲に限定されることにより、スチールコードとトッピングゴムとの接着性を大幅に向上しうる。

本願の第２発明の空気入りタイヤは、本願の第１発明のコード・ゴム複合体を、タイヤ構成部材として含んでいる。このような本願の第２発明の空気入りタイヤは、コード・ゴム複合体を構成するスチールコードとトッピングゴムとの剥離を防ぐことができるため、耐久性を向上させることができる。

本発明のコード・ゴム複合体を含むタイヤの一例を示すタイヤ子午線断面図である。 コード・ゴム複合体の一例を示す部分斜視図である。 図２の部分断面図である。 層撚り構造のスチールコードを含んだコード・ゴム複合体の断面図である。

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
本発明のコード・ゴム複合体は、例えば、タイヤを含むゴム製品に用いられる。本実施形態のコード・ゴム複合体は、空気入りタイヤ（以下、単に「タイヤ」ということがある。）に用いられる場合が例示される。図１は、本発明のコード・ゴム複合体を含んだタイヤの一例を示すタイヤ子午線断面図である。

本実施形態のタイヤ１は、乗用車用のラジアルタイヤである場合が例示される。なお、タイヤ１は、乗用車用のラジアルタイヤに限定されるわけではなく、例えば、重荷重用タイヤや自動二輪車用タイヤ等、種々のタイヤとして構成されてもよい。

タイヤ１は、複数のタイヤ構成部材２から構成されている。タイヤ構成部材２としては、カーカス３、ベルト層４、トレッドゴム５ａ、サイドウォールゴム５ｂ、ビードゴム５ｃ、ビードコア６、及び、ビードエーペックスゴム７が含まれている。

カーカス３は、少なくとも１枚、本実施形態では１枚のカーカスプライ３Ａにより構成されている。カーカスプライ３Ａは、一対のビード部１ｃ、１ｃ間を跨ってのびている。カーカスプライ３Ａは、トレッド部１ａからサイドウォール部１ｂを経てビード部１ｃのビードコア６に至る本体部３ａと、この本体部３ａに連なりビードコア６の廻りをタイヤ軸方向内側から外側に折り返された折返し部３ｂとを含んでいる。

カーカスプライ３Ａの本体部３ａと折返し部３ｂとの間には、ビードコア６からタイヤ半径方向外側にのびるビードエーペックスゴム７が配されている。カーカスプライ３Ａは、例えば、タイヤ赤道Ｃに対して８０〜９０度の角度で配列されたカーカスコード（図示省略）が設けられている。

ベルト層４は、タイヤ半径方向内、外２枚のベルトプライ４Ａ、４Ｂによって構成されている。ベルトプライ４Ａ、４Ｂは、ベルトコード（図示省略）が、タイヤ周方向に対して、例えば１０〜３５度の角度で傾けて配列されている。ベルトプライ４Ａ、４Ｂは、ベルトコードが互いに交差する向きに重ね合わされている。

本実施形態のコード・ゴム複合体は、これらのタイヤ構成部材２のうち、少なくとも一つのタイヤ構成部材２として、タイヤ１に含まれている。本実施形態のコード・ゴム複合体は、ベルトプライ４Ａ、４Ｂとして、タイヤ１に含まれる場合が例示される。

図２は、コード・ゴム複合体の一例を示す部分斜視図である。図３、図２の部分断面図である。本実施形態のコード・ゴム複合体１１は、コード配列体１２と、トッピングゴム１３とを含んで構成されている。

本実施形態のコード・ゴム複合体１１は、シート状に形成されている。コード・ゴム複合体１１の厚さＷ１は、０．５〜３．５mmに設定されている。コード配列体１２は、複数本のスチールコード１４が、その長手方向を揃えて配列されている。本実施形態の各スチールコード１４は、長手方向の長さ（図示省略）が同一に設定されている。また、トッピングゴム１３は、タイヤ１（図２に示す）が加硫成形される前の生タイヤ（図示省略）において、未加硫のゴムによって構成されている。トッピングゴム１３は、コード配列体１２を被覆している。本明細書において「未加硫」とは、完全な加硫に至っていない全ての態様が含まれる。従って、いわゆる半加硫の状態は、この「未加硫」に含まれる。

本実施形態のコード・ゴム複合体１１は、図１に示したベルトプライ４Ａ、４Ｂとして、他のタイヤ構成部材２とともに、未加硫の生タイヤ（図示省略）の形成に用いられる。そして、図２に示したコード・ゴム複合体１１は、生タイヤを加硫成形する加硫工程を経て、トッピングゴム１３が加硫ゴムとなり、スチールコード１４と接着されて一体化する。これにより、コード・ゴム複合体１１は、図１に示したタイヤ１のベルトプライ４Ａ、４Ｂとして形成される。

図２及び図３に示されるように、本実施形態のコード・ゴム複合体１１は、 下記式（１）で定義されるコード配列体１２の単位長手方向当たりのスチールコード１４の表面積パラメータ（以下、単に、「表面積パラメータ」ということがある。）Ｓが、６０（mm）以上に限定される。
Ｓ＝Ｄ×π×Ｅ …（１）
ここで、符号は以下の通りである。
Ｄ：スチールコードの外径（mm）
π：円周率
Ｅ：コード・ゴム複合体のスチールコードの長手方向と直交する向きの幅５cm当たりのスチールコードの打ち込み本数（本／５cm）

外径Ｄは、ＪＩＳ Ｇ３５１０の「スチールタイヤコード試験方法」に準拠して測定されたスチールコード１４の外径である。なお、各スチールコード１４の外径Ｄがそれぞれ異なる場合、外径Ｄは、コード・ゴム複合体１１のスチールコード１４の長手方向と直交する向きの幅５cm（以下、単に「コード・ゴム複合体１１の幅５cm」ということがある。）に配置されるスチールコード１４の外径Ｄの平均値として特定される。

上記式（１）において、Ｄ×πは、スチールコード１４の外周１４ｏの長さ（mm）を示すものである。また、打ち込み本数Ｅは、コード・ゴム複合体１１の幅５cmに配置されるスチールコード１４の合計本数である。従って、外周の長さ（Ｄ×π）に打ち込み本数Ｅを乗じた表面積パラメータＳは、コード・ゴム複合体１１の幅５cm当たりに配置されるスチールコード１４の外周長さの合計を示している。

ところで、各スチールコード１４の外周面１４ｓの表面積は、外周の長さ（Ｄ×π）に、長手方向の長さ（図示省略）を乗じることで求めることができる。しかしながら、本実施形態の各スチールコード１４は、長手方向の長さ（図示省略）が同一に設定されている。このため、上記式（１）の表面積パラメータＳは、スチールコード１４の長手方向の長さが乗じられなくても、コード配列体１２の単位長手方向当たりのスチールコード１４の表面積の大きさを示すパラメータとして扱うことができる。

本実施形態のコード・ゴム複合体１１は、表面積パラメータＳが６０（mm）以上に限定されている。このため、コード・ゴム複合体１１は、コード配列体１２のスチールコード１４と、トッピングゴム１３との接触面積を大きくすることができる。従って、コード・ゴム複合体１１は、スチールコード１４とトッピングゴム１３との接着性を向上しうる。

スチールコード１４とトッピングゴム１３との接着性を効果的に向上させるために、表面積パラメータＳは、より好ましくは７０（mm）以上であり、さらに好ましくは８０（mm）以上である。なお、表面積パラメータＳが大きすぎても、コード・ゴム複合体１１の重量が大きくなり、タイヤ１の転がり抵抗性能が悪化するおそれがある。このため、表面積パラメータＳは、好ましくは４００（mm）以下であり、さらに好ましくは３００（mm）以下である。

本実施形態のスチールコード１４は、１本のフィラメント１５で構成されてもよいが、撚り合わされた複数のフィラメント１５を含んで構成されるのが望ましい。このようスチールコード１４は、フィラメント１５、１５間に、トッピングゴム１３を浸入させることができる凹部を形成できるため、スチールコード１４とトッピングゴム１３との接着性をさらに向上しうる。

本実施形態のスチールコード１４の撚り構造としては、Ｎ本（本実施形態では、２本）のフィラメント１５を一回撚り合わせる単撚り（１×Ｎ）である場合が例示される。単撚りのフィラメントの本数Ｎについては、適宜設定することができる。フィラメント１５の本数が少ないと、フィラメント１５間に隙間を形成することができず、スチールコード１４とトッピングゴム１３との接着性を十分に向上できないおそれがある。逆に、フィラメントの本数Ｎが多いと、スチールコード１４の外径Ｄが過度に大きくなるおそれがある。このような観点より、フィラメント１５の本数は、２〜１０本に設定されるのが望ましい。

スチールコード１４の他の撚り構造としては、Ｎ本のコアに、Ｍ本のシースを層状に巻き付けた層撚り（Ｎ＋Ｍ）であってもよい。図４は、層撚り構造のスチールコード１４を含むコード・ゴム複合体１１の断面図である。

層撚り構造のスチールコード１４は、単撚り構造のスチールコード１４に比べて、フィラメント１５間に、トッピングゴム１３を浸入させうる凹部や隙間を多く形成できる。このため、層撚り構造は、単撚り構造に比べて、スチールコード１４と、トッピングゴム１３との接着性を向上しうる。コア１７のフィラメント１５の本数Ｎ、及び、シース１８のフィラメント１５の本数Ｍについては、適宜設定することができる。コアのフィラメントの本数Ｎ、及び、シースの本数Ｍは、単撚りのフィラメントの本数Ｎと同様に、２〜１０本に設定されるのが望ましい。

フィラメント１５の外周面１５ｏには、メッキ層（図示省略）が設けられてもよい。メッキ層は、例えば、黄銅メッキや青銅メッキ等によって形成されうる。このようなメッキ層は、スチールコード１４とトッピングゴム１３との接着性を向上させることができる。

トッピングゴム１３は、加硫時の複素弾性率Ｅ＊が５ＭＰａ以上を示すゴム組成物１３Ｇから構成されている。このようなゴム組成物１３Ｇは、ゴム組成物１３Ｇを構成する材料の配合量が適宜調整されることで作成されうる。また、本明細書において、複素弾性率Ｅ＊は、ＪＩＳ−Ｋ６３９４の規定に準拠して、次に示される条件で（株）岩本製作所製の粘弾性スペクトロメータを用いて測定した値である。
初期歪：１０％
振幅：±２％
周波数：１０Ｈｚ
変形モード：引張
温度：３０℃

このようなトッピングゴム１３は、加硫工程後において、スチールコード１４との剛性差を小さくすることができる。これにより、本実施形態のコード・ゴム複合体１１は、スチールコード１４とトッピングゴム１３との界面部分１６で生じがちな応力集中を低減することができるため、スチールコード１４とトッピングゴム１３との接着性を向上しうる。

スチールコード１４とトッピングゴム１３との接着性を効果的に向上させるために、トッピングゴム１３の加硫時の複素弾性率Ｅ＊は、より好ましくは５．５ＭＰａ以上であり、さらに好ましくは６ＭＰａ以上である。なお、トッピングゴム１３の加硫時の複素弾性率Ｅ＊が大きすぎても、トッピングゴム１３の粘度が過度に高くなり、生産性が低下するおそれがある。このため、トッピングゴム１３の加硫時の複素弾性率Ｅ＊は、好ましくは２５ＭＰａ以下、さらに好ましくは２０ＭＰａ以下が望ましい。

このように、本実施形態のコード・ゴム複合体１１は、スチールコード１４の表面積パラメータＳが６０（mm）以上、及び、トッピングゴム１３の加硫時の複素弾性率Ｅ＊が５ＭＰａ以上に限定されるため、スチールコード１４とトッピングゴム１３との接触面積を高めつつ、スチールコード１４とトッピングゴム１３との界面部分１６で生じがちな応力集中を低減することができる。従って、本実施形態のコード・ゴム複合体１１は、スチールコード１４とトッピングゴム１３との接着性を大幅に向上させることができる。

本実施形態のコード・ゴム複合体１１がベルトプライ４Ａ、４Ｂとして含まれるタイヤ１（図１に示す）は、スチールコード１４とトッピングゴム１３との剥離を、長期間に亘って防ぐことができる。従って、タイヤ１は、例えば、トレッド部１ａ（図１に示す）のセパレーション等の損傷を効果的に防ぐことができるため、耐久性を向上させることができる。

図１に示されるように、本実施形態のコード・ゴム複合体１１は、ベルトプライ４Ａ、４Ｂとして、タイヤ１に含まれたが、このような態様に限定されない。例えば、コード・ゴム複合体１１は、カーカスプライ３Ａや、他の補強プライ（図示省略）として、タイヤ１に含まれても良い。このようなタイヤ１は、スチールコード１４とトッピングゴム１３との剥離を防ぐことができるため、耐久性を向上させることができる。また、コード・ゴム複合体１１は、タイヤ以外のゴム製品に用いられてもよい。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

図２に示す基本構造を有し、かつ、表１に示す仕様に基づいて、コード・ゴム複合体が作成された（実施例１、２、及び比較例１〜４）。各コード・ゴム複合体は、ベルトプライとして未加硫の生タイヤの形成に用いられた。そして、生タイヤが加硫成形されることで、図１に示す基本構造を有するタイヤが製造された。そして、各タイヤに含まれるコード・ゴム複合体について、スチールコードとトッピングゴムとの接着性が評価された。共通仕様は次の通りである。
タイヤサイズ：１８５／７０Ｒ１４
スチールコード：
構成：単撚り（１×２）
外径：０．５９mm
フィラメントの外径：０．２９５mm
テスト方法は、次の通りである。

＜初期状態の接着性＞
ＪＩＳＫ６２５６−１に準拠して、製造後の各タイヤから取り出したベルトプライを、引張試験機により５０mm／分の引張速度で引っ張り、スチールコードの被覆率が求められた。数値が大きいほど、スチールコードとトッピングゴムとの接着性が良好である。

＜老化状態の接着性＞
７０℃及び相対湿度９５％の環境下で、製造後の各タイヤを１０日間放置して老化させた。そして、ＪＩＳＫ６２５６−１に準拠して、老化後の各タイヤから取り出したベルトプライを、引張試験機により５０mm／分の引張速度で引っ張り、スチールコードの被覆率が求められた。数値が大きいほど、スチールコードとトッピングゴムとの接着性が良好である。
テストの結果を表１に示す

テストの結果、実施例１、２のコード・ゴム複合体は、比較例１〜４のコード・ゴム複合体に比べて、初期状態及び老化状態の双方において、スチールコードとトッピングゴムとの接着性が良好であることが確認できた。従って、実施例１、２のコード・ゴム複合体をベルトプライとして含むタイヤは、スチールコードとトッピングゴムとの剥離を長期間に亘って防ぐことができるため、耐久性を向上しうることが確認できた。

１１ コード・ゴム複合体
１２ コード配列体
１３ トッピングゴム
１４ スチールコード

Claims (3)

1. 複数本のスチールコードが、その長手方向を揃えて配列されたコード配列体と、前記コード配列体を被覆する未加硫のトッピングゴムとを含むコード・ゴム複合体であって、
   前記スチールコードは、１本のフィラメントで構成され、
   下記式（１）で定義される前記コード配列体の単位長手方向当たりのスチールコードの表面積パラメータＳが８０（mm）以上であり、
   前記トッピングゴムは、加硫後の複素弾性率Ｅ＊が５ＭＰａ以上を示すゴム組成物からなることを特徴とするコード・ゴム複合体。
   Ｓ＝Ｄ×π×Ｅ …（１）
   ここで、符号は以下の通りである。
   Ｄ：スチールコードの外径（mm）
   π：円周率
   Ｅ：コード・ゴム複合体のスチールコードの長手方向と直交する向きの幅５cm当たりのスチールコードの打ち込み本数
   
2. 前記トッピングゴムの前記複素弾性率Ｅ＊は、２５ＭＰａ以下である請求項１記載のコード・ゴム複合体。
3. 請求項１又は２記載のコード・ゴム複合体をタイヤ構成部材として含むことを特徴とする空気入りタイヤ。

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