説明

タイヤ補強用スチールコード及びこれを使用した空気入りタイヤ

【課題】 ゴムとの界面に作用する応力を分散して接着性を向上するようにしたタイヤ補強用スチールコード及びこれを使用した耐久性に優れた空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】 単一のモノフィラメントからなるスチールコード本体2の周囲に熱可塑性樹脂中にエラストマーが分散された熱可塑性エラストマー組成物3を被覆したタイヤ補強用スチールコード1、及びこのタイヤ補強用スチールコード1をベルト層7及び/又はカーカス層8に使用した空気入りタイヤ6。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はタイヤ補強用スチールコード及びこれを使用した空気入りタイヤに関し、さらに詳しくは、ゴムとの界面に作用する応力を分散して接着性を向上するようにしたタイヤ補強用スチールコード及びこれを使用した耐久性に優れた空気入りタイヤに関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、空気入りタイヤの補強用スチールコードには、複数本のスチールワイヤを撚り合わせたスチールコードが広く使用されてきた。しかし、複数本のスチールワイヤを撚り合わせたスチールコードは重量が嵩むことに加えて、コード内部に抱き込んだ水分により腐食が進行してスチールコード自体の耐久性が低下し易いという問題があるため、撚りコードに代えて単一のモノフィラメントを使用することが行われてきた(例えば、特許文献1、2参照)。
【0003】
しかしながら、単一のモノフィラメントからなるスチールコードは撚り合わせコードに比較して弾性率が高くなるため、これをタイヤ補強用コードとして使用すると、周囲のゴムとの弾性率の差が大きくなり過ぎて、タイヤ走行中に作用する負荷応力により、モノフィラメントと周囲のゴムとの界面において剥離が生じ易くなるという問題があった。特に単一のモノフィラメントの場合には、周囲のゴムとの接触面積が限られてくるため、接着性の問題が大きな障害になっていた。
【0004】
このような界面における接着性を高めるために、従来、モノフィラメントの周囲に銅や亜鉛などの金属メッキを施したり、被覆ゴムにナフテン酸コバルトなどの有機酸重金属塩を配合することが行われてきた。しかし、モノフィラメントの周囲に金属メッキを施す手法では、長期の使用を通じて金属メッキが周囲のゴムに拡散してゴムの劣化を促進させるという問題があり、被覆ゴムに有機酸重金属塩を配合する手法では、有機酸重金属塩の多量配合により被覆ゴムの劣化が促進するという問題があり、いずれの手法もモノフィラメントからなるスチールコードにおける接着性の改善策としては未だ充分なものではなかった。
【特許文献1】特開2003−313369号公報
【特許文献2】特開2004−58727号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、上述する従来の問題点を解消するもので、周囲のゴムを劣化させることなしに、ゴムとの界面に作用する応力を分散して接着性を向上するようにしたタイヤ補強用スチールコード及びこれを使用した耐久性に優れた空気入りタイヤを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成する本発明のタイヤ補強用スチールコードは、単一のモノフィラメントからなるスチールコード本体の周囲に熱可塑性樹脂中にエラストマーを分散させた熱可塑性エラストマー組成物を被覆したことを特徴とするものである。
【0007】
また、上述する構成において、以下(1)〜(3)に記載するように構成することが好ましい。
【0008】
(1)前記熱可塑性エラストマー組成物の厚さを0.03mm以上にする。
(2)前記スチールコードと熱可塑性エラストマー組成物との界面に接着層を介在させる。
(3)前記スチールコードの長手方向に型付け加工を施す。
【0009】
また、本発明の空気入りタイヤは、上述するタイヤ補強用スチールコードをベルト層及び/又はカーカス層に使用したことを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
上述した本発明によれば、タイヤ補強用スチールコードを、単一のモノフィラメントからなるスチールコード本体で構成すると共に、このスチールコード本体の周囲に熱可塑性樹脂中にエラストマーを分散させた熱可塑性エラストマー組成物を被覆して構成したので、タイヤ走行中にスチールコード本体と周囲のゴムとの界面に加わる応力が熱可塑性エラストマー組成物中の熱可塑性樹脂とエラストマーとによる適度な柔軟性と剛性とにより緩和されて、良好な接着性が確保されると同時に、この熱可塑性エラストマー組成物の介在によりゴム中に包含された水などがスチールコード本体の表面に到達するのを防止して、スチールコード本体の腐食を抑制するため、タイヤの耐久性を向上させることができる。
【0011】
しかも、スチールコード本体の周囲には熱可塑性エラストマー組成物が被覆されているので、周囲のゴムを劣化させることがなく、さらには、スチールコード本体の撚り工程を必要としないために、安価でかつ軽量化に優れたタイヤ補強用スチールコード及びこれを使用した空気入りタイヤを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【0013】
図1は本発明の実施形態によるタイヤ補強用スチールコードを示す断面図、図2は図1のタイヤ補強用スチールコードを複数本引き揃えてゴム中に埋設した状態を示すタイヤ補強層の断面図である。
【0014】
図1において、タイヤ補強用スチールコード1は、単一のモノフィラメントからなるスチールコード本体2と、その周囲に被覆された熱可塑性樹脂中にエラストマーが分散された熱可塑性エラストマー組成物3とにより構成されている。このように構成されたタイヤ補強用スチールコード1は、図2に示すように、複数本引き揃えられてゴム4中に埋設されてタイヤ補強層5を形成する。
【0015】
このように構成したことにより、タイヤ走行中にスチールコード本体2と周囲のゴム4との界面に加わる応力が熱可塑性エラストマー組成物3中の熱可塑性樹脂とエラストマーとによる適度な柔軟性と剛性とにより緩和されて、良好な接着性が確保されると同時に、この熱可塑性エラストマー組成物3の介在によりゴム4中に包含された水などがスチールコード本体3の表面に到達するのを防止して、スチールコード本体3の腐食を抑制するため、タイヤの耐久性を向上させることができる。
【0016】
しかも、スチールコード本体2の周囲には熱可塑性エラストマー組成物3が被覆されているので、周囲のゴム4を劣化させることがなく、さらには、スチールコード本体2の撚り工程を必要としないために、安価でかつ軽量化に優れたタイヤ補強用スチールコード1及びこれを使用した空気入りタイヤを得ることができる。
【0017】
上述する熱可塑性エラストマー組成物3を構成する熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド系樹脂〔例えば、ナイロン6(N6)、ナイロン66(N66)、ナイロン46(N46)、ナイロン11(N11)、ナイロン12(N12)、ナイロン610(N610)、ナイロン612(N612)、ナイロン6/66共重合体(N6/66)、ナイロン6/66/610共重合体(N6/66/610)、ナイロンMXD6(MXD6)、ナイロン6T、ナイロン6/6T共重合体、ナイロン66/PP共重合体、ナイロン66/PPS共重合体〕及びそれらのN−アルコキシアルキル化物、例えば、ナイロン6のメトキシメチル化物、ナイロン6/610共重合体のメトキシメチル化物、ナイロン612のメトキシメチル化物、ポリエステル系樹脂〔例えば、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンイソフタレート(PEI)、PET/PEI共重合体、ポリアリレート(PAR)、ポリブチレンナフタレート(PBN)、液晶ポリエステル、ポリオキシアルキレンジイミドジ酸/ポリブチレンテレフタレート共重合体などの芳香族ポリエステル〕、ポリニトリル系樹脂〔例えば、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリロニトリル、アクリロニトリル/スチレン共重合体(AS)、(メタ)アクリロニトリル/スチレン共重合体、(メタ)アクリロニトリル/スチレン/ブタジエン共重合体〕、ポリメタクリレート系樹脂〔例えば、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリメタクリル酸エチル〕、ポリビニル系樹脂〔例えば、酢酸ビニル、ポリビニルアルコール(PVA)、ビニルアルコール/エチレン共重合体(EVOH)、ポリ塩化ビニリデン(PDVC)、ポリ塩化ビニル(PVC)、塩化ビニル/塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニリデン/メチルアクリレート共重合体、塩化ビニリデン/アクリロニトリル共重合体〕、セルロース系樹脂〔例えば、酢酸セルロース、酢酸酪酸セルロース〕、フッ素系樹脂〔例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニル(PVF)、ポリクロルフルオロエチレン(PCTFE)、テトラフロロエチレン/エチレン共重合体〕、イミド系樹脂〔例えば、芳香族ポリイミド(PI)〕等が好ましく使用される。
【0018】
また、上述する熱可塑性エラストマー組成物3を構成するエラストマーとしては、例えば、ジエン系ゴム及びその水添物〔例えば、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、エポキシ化天然ゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR、高シスBR及び低シスBR)、ニトリルゴム(NBR)、水素化NBR、水素化SBR〕、オレフィン系ゴム〔例えば、エチレンプロピレンゴム(EPDM、EPM)、マレイン酸変性エチレンプロピレンゴム(M−EPM)、ブチルゴム(IIR)、イソブチレンと芳香族ビニル又はジエン系モノマー共重合体、アクリルゴム(ACM)、アイオノマー〕、含ハロゲンゴム〔例えば、Br−IIR、CI−IIR、イソブチレンパラメチルスチレン共重合体の臭素化物(Br−IPMS)、クロロプレンゴム(CR)、ヒドリンゴム(CHR)、クロロスルホン化ポリエチレンゴム(CSM)、塩素化ポリエチレンゴム(CM)、マレイン酸変性塩素化ポリエチレンゴム(M−CM)〕、シリコンゴム〔例えば、メチルビニルシリコンゴム、ジメチルシリコンゴム、メチルフェニルビニルシリコンゴム〕、含イオウゴム〔例えば、ポリスルフィドゴム〕、フッ素ゴム〔例えば、ビニリデンフルオライド系ゴム、含フッ素ビニルエーテル系ゴム、テトラフルオロエチレン−プロピレン系ゴム、含フッ素シリコン系ゴム、含フッ素ホスファゼン系ゴム〕、熱可塑性エラストマー〔例えば、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、エステル系エラストマー、ウレタン系エラストマー、ボリアミド系エラストマー〕等が好ましく使用される。
【0019】
上述する熱可塑性樹脂とエラストマーとの相溶性が異なる場合には、第3成分として適当な相溶化剤を用いて両者を相溶化させることができる。ブレンド系に相溶化剤を混合することにより、熱可塑性樹脂とエラストマーとの界面張力が低下し、その結果、分散層を形成しているゴム粒子径が微細になることから両成分の特性はより有効に発現されることになる。そのような相溶化剤としては、一般的に熱可塑性樹脂及びエラストマーの両方又は片方の構造を有する共重合体、或いは熱可塑性樹脂又はエラストマーと反応可能なエポキシ基、カルボニル基、ハロゲン基、アミノ基、オキサゾリン基、水酸基等を有した共重合体の構造をとるものとすることができる。これらは混合される熱可塑性樹脂とエラストマーの種類によって選定すればよいが、通常使用されるものには、スチレン/エチレン・ブチレンブロック共重合体(SEBS)及びそのマレイン酸変性物、EPDM、EPM、EPDM/スチレン又はEPDM/アクリロニトリルグラフト共重合体及びそのマレイン酸変性物、スチレン/マレイン酸共重合体、反応性フェノキシン等を挙げることができる。かかる相溶化剤の配合量には特に限定はないが、好ましくは、ポリマー成分(熱可塑性樹脂とエラストマーとの合計)100重量部に対して、0.5〜10重量部配合するとよい。
【0020】
上述する熱可塑性樹脂とエラストマーとの組成比は、特に限定されるものではなく、熱可塑性樹脂のマトリクス中にエラストマーが不連続相として分散した構造をとるように適宜決めればよいが、好ましくは重量比で70/30〜30/70の範囲にするとよい。ここで、上述するエラストマーの配合量を多くし過ぎると、熱可塑性エラストマー組成物3の水蒸気透過性が低下してスチールコード本体2が腐食し易くなり、逆に少なくし過ぎると熱可塑性エラストマー組成物3の硬度が高くなってタイヤの動的疲労性が低下することになる。
【0021】
本発明において、上述する熱可塑性エラストマー組成物には、前記した相溶化剤などの他のポリマーを混合することができる。他のポリマーを混合する目的は、熱可塑性樹脂とエラストマーとの相溶性を改良するため、材料の成型加工性をよくするため、耐熱性向上のため、コストダウンのため等があり、これに用いられる材料としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ABS、SBS、ポリカーボネート(PC)等を例示することができる。また、一般的にポリマー配合物に配合される充填剤(炭酸カルシウム、酸化チタン、アルミナ等)、カーボンブラック、シリカ等の補強剤、軟化剤、可塑剤、加工助剤、顔料、染料、老化防止剤等を任意に配合することもできる。
【0022】
このようにして得られた熱可塑性エラストマー組成物3は、熱可塑性樹脂のマトリクス中にエラストマー成分が不連続相として分散した構造からなる。かかる構造をとることにより、十分な柔軟性と連続相としての樹脂層の効果による十分な剛性とを併せ付与することができると共に、成形に際しては、エラストマー成分の多少によらず、熱可塑性樹脂と同等の成形加工性を得ることができる。
【0023】
また、上述するエラストマーは熱可塑性樹脂との混合の際、動的に加硫することもできる。動的に加硫する場合の加硫剤、加硫助剤、加硫条件(温度、時間)等は、添加するエラストマーの組成に応じて適宜決定すればよく、特に限定されるものではない。
【0024】
加硫剤としては、一般的なゴム用加硫剤(架橋剤)を用いることができる。具体的には、イオウ系加硫剤としては粉末イオウ、沈降性イオウ、高分散性イオウ、表面処理イオウ、不溶性イオウ、ジモルフォリンジサルファイド、アルキルフェノールジサルファイド等を例示でき、例えば、0.5〜4phr程度用いることができる。ここで、「phr」とは、エラストマー成分100重量部あたりの重量部をいう。
【0025】
また、必要に応じて、加硫促進剤を添加してもよい。加硫促進剤としては、アルデヒド・アンモニア系、グアニジン系、チアゾール系、スルフェンアミド系、チウラム系、ジチオ酸塩系、チオウレア系等の一般的な加硫促進剤を、例えば、0.5〜2phr程度用いることができる。
【0026】
また、加硫促進助剤としては、一般的なゴム用助剤を併せて用いることができ、例えば、酸化亜鉛(0.5〜3phr)、ステアリン酸やオレイン酸及びこれらのZn塩(0.5〜4phr)等が使用できる。
【0027】
熱可塑性エラストマー組成物3の製造方法は、予め熱可塑性樹脂とエラストマー(ゴムの場合は未加硫物)とを2軸混練押出機等で溶融混練し、連続相(マトリックス)を形成する熱可塑性樹脂中に分散相(ドメイン)としてエラストマーを分散させることによる。エラストマーを加硫する場合には、混練下で加硫剤を添加し、エラストマーを動的加硫させてもよい。また、熱可塑性樹脂またはエラストマーへの各種配合剤(加硫剤を除く)は、上記混練中に添加してもよいが、混練の前に予め混合しておくことが好ましい。
【0028】
熱可塑性樹脂とエラストマーの混練に使用する混練機としては、スクリュー押出機、ニーダ、バンバリミキサー、2軸混練押出機等が使用できる。中でも熱可塑性樹脂とエラストマーの混練およびエラストマーの動的加硫には、2軸混練押出機を使用するのが好ましい。更に、2種類以上の混練機を使用し、順次混練してもよい。
【0029】
本発明のタイヤ補強用スチールコード1は、上述する熱可塑性エラストマー組成物3を押出成形機などを使用して、スチールコード本体2の周囲を覆うように成形し、このタイヤ補強用スチールコード1を複数本平行に引き揃えカレンダー装置などによりゴム4中に埋設してタイヤ補強層5を形成する。
【0030】
本発明において、スチールコード本体2の周囲に被覆する熱可塑性エラストマー組成物3の厚さt(図1参照)は、特に限定されるものではないが、スチールコード本体2と周囲のゴム4との界面に加わる応力を効率的に分散して良好な接着力を確保する観点から、その厚さtを0.03mm以上、好ましくは0.05〜0.5mmに設定するとよい。厚さtが0.03mm未満では、スチールコード本体2と周囲のゴム4との界面に作用する応力を緩和することが難しくなり、この界面において剥離が生じる原因になる。しかし、この厚さtを大きくし過ぎると、軽量化の効果が得られなくなる。
【0031】
さらに好ましくは、モノフィラメント2と熱可塑性エラストマー組成物3との間に接着層を介在させるとよい。これにより、モノフィラメント2と熱可塑性エラストマー組成物3との間の良好な接着力が確保されて、タイヤ補強層5としての耐久性を確実に向上させることができる。接着層を構成する材料としては、特に限定されるものではなく、通例接着剤として使用されるエポキシ樹脂系接着剤やウレタン樹脂系接着剤などを使用することができる。
【0032】
このようにして得られたタイヤ補強用スチールコード1は、撚りが付与されていないため、タイヤの要求特性によっては伸張性が不足することになる。したがって、伸張性を付与するために、スチールコード本体2の長手方向には、タイヤの要求特性に応じて、型付け加工を施しておくとよい。この場合の型付け加工の形態は特に限られるものではないが、図3にスチールコード本体2の断面を例示するように、波状又は螺旋状に形成するとよい。そして、この型付け加工における型付けの大きさ(ピッチ、高さなど)を適宜調整することにより、タイヤの要求特性に応じた所望の伸びを確保することができる。
【0033】
このようにして得られた本発明のタイヤ補強用スチールコード1は、図2に示すように、互いに平行に複数本引き揃えたうえでゴム4中に埋設されてタイヤ補強層5に形成され、このタイヤ補強層5を、図4に示すように、空気入りタイヤ6のベルト層7及び/又はカーカス層8に使用する。これにより、安価でかつ軽量でありながら、耐久性に優れた空気入りタイヤを得ることができる。
【0034】
なお、図2の実施形態では、ゴム4中に埋設するスチールコードが全て本発明のタイヤ補強用スチールコード1のみからなる場合を例示したが、タイヤ補強層5には他の種類の補強コードを併せて埋設する場合がある。すなわち、本発明のタイヤ補強用スチールコード1をベルト層7やカーカス層8に使用する場合にあっては、タイヤの要求特性に応じて、ゴム4中に埋設する補強コードを、例えばスチールや有機繊維などからなる撚りコードと組み合わせて、これら各種の補強コードを本発明のタイヤ補強用スチールコード1と共に規則的又はランダムに並べて引き揃えたうえでゴム4中に埋設する場合がある。
【実施例】
【0035】
タイヤサイズを195/65R15、タイヤ構造を図4、ベルト層を構成するスチールコードを素線径が0.40mmのスチールモノフィラメントとしたうえで、その周囲における被覆層及び接着層の有無を除く全ての仕様を共通にして、被覆層及び接着層の有無及びその材料を表2のように異ならせた比較タイヤ(比較例)及び本発明タイヤ(実施例1〜3)をそれぞれ作製した。なお、各タイヤにおけるスチールコードの打ち込み数をそれぞれ35本/50mmとすると共に、本発明タイヤにおける被覆層には表1に示す材料を使用し、その厚さをそれぞれ0.1mmとした。
【0036】
【表1】

【0037】
これら4種類のタイヤについて、ベルト層を構成するスチールコードの耐久性を評価するために、以下の試験方法により食塩水溶液浸漬前後におけるタイヤ耐久性の評価を行った。その結果を、食塩水溶液への浸漬前後において、それぞれA、B、Cの3段階で評価して表2に併記した。Aが最も優れており、Cが最も劣っていたことを示している。
【0038】
〔食塩水溶液浸漬前におけるタイヤ耐久性の評価〕
各タイヤをリム組みして空気圧170kPaを充填した後、室内ドラム試験機を使用して、周辺温度を38±3℃に制御したうえで、表面が平坦なドラム上を速度を30km/h(一定)とし、スリップ角を0±5°、負荷荷重をJATMA規定最大荷重の70±40%とする変動条件下で、負荷荷重とスリップ角とを0.083Hzの短波形で変動させながら10時間走行させた。走行後のタイヤを切開して、ベルト層を構成するスチールコードの破断の状況を調べ、破断箇所の数を以って「食塩水溶液浸漬前におけるタイヤ耐久性の評価」とした。
【0039】
〔食塩水溶液浸漬後におけるタイヤ耐久性の評価〕
各タイヤの主溝底にカッターナイフによりタイヤ周方向に沿う長さ30mm、深さ3.0mmの切り込みキズを周上の8箇所に等間隔に形成し、リム組みして空気圧200kPaを充填し、全ての切り込みキズが溶液中に浸漬するように、濃度1.0wt%の食塩水溶液で満たした水路中で3分間転がした後、周辺温度を50±5℃に制御した室内に24時間放置した。この操作を5回ずつ繰り返し行った後、上述するドラム上での走行試験を行い、上記と同様にしてスチールコードの破断の状況を調べ、破断箇所の数を以って「食塩水溶液浸漬後におけるタイヤ耐久性の評価」とした。
【0040】
【表2】

【0041】
表2より、ベルト層を構成するスチールコードにおけるスチールコード本体の周囲を熱可塑性エラストマー組成物で被覆した本発明タイヤは、スチールコード本体の周囲を被覆しなかった比較タイヤに比して、タイヤの耐久性が向上していることがわかる。特に、食塩水溶液浸漬後における評価の結果から、本発明のタイヤ補強用スチールコードは、耐腐食性に優れていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明の実施形態によるタイヤ補強用スチールコードを示す断面図である。
【図2】図1のタイヤ補強用スチールコードを複数本引き揃えてゴム中に埋設した状態を示すタイヤ補強層の断面図である。
【図3】本発明の実施形態によるスチールコードの型付け形態の一例を示す断面図である。
【図4】実施例において採用したタイヤの構造を示す半断面図である。
【符号の説明】
【0043】
1 タイヤ補強用スチールコード
2 スチールコード本体
3 熱可塑性エラストマー組成物
4 ゴム
5 補強ゴム層
6 空気入りタイヤ
7 ベルト層
8 カーカス層

【特許請求の範囲】
【請求項1】
単一のモノフィラメントからなるスチールコード本体の周囲に熱可塑性樹脂中にエラストマーを分散させた熱可塑性エラストマー組成物を被覆したタイヤ補強用スチールコード。
【請求項2】
前記熱可塑性エラストマー組成物の厚さを0.03mm以上にした請求項1に記載のタイヤ補強用スチールコード。
【請求項3】
前記スチールコード本体と熱可塑性エラストマー組成物との界面に接着層を介在させた請求項1又は2に記載のタイヤ補強用スチールコード。
【請求項4】
前記スチールコード本体の長手方向に型付け加工を施した請求項1〜3のいずれか1項に記載のタイヤ補強用スチールコード。
【請求項5】
請求項1〜4のいずれか1項に記載のタイヤ補強用スチールコードをベルト層及び/又はカーカス層に使用した空気入りタイヤ。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2010−53495(P2010−53495A)
【公開日】平成22年3月11日(2010.3.11)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−222283(P2008−222283)
【出願日】平成20年8月29日(2008.8.29)
【出願人】(000006714)横浜ゴム株式会社 (4,905)
【Fターム(参考)】