CN110871649B

CN110871649B - 钨线及弹性构件

Info

Publication number: CN110871649B
Application number: CN201910769509.5A
Authority: CN
Inventors: 柴田哲司; 岩桥友也; 金泽友博
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2019-08-16
Publication date: 2022-09-02
Anticipated expiration: 2039-08-16
Also published as: US11090978B2; TW202020264A; JP7108878B2; TWI829744B; US20200070583A1; CN110871649A; JP2020033631A

Abstract

本发明涉及钨线及弹性构件。一个方案的钨线(100)具备：由钨或钨合金形成的金属线(110)；和将金属线(110)的表面覆盖的镀层(130)。镀层(130)含有铜。

Description

钨线及弹性构件

技术领域

本发明涉及钨线及弹性构件。

背景技术

以往，轮胎包含钢帘线作为增强材料(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-31890号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，就上述以往的钢帘线而言，因材料物性引起的伸长率大，在对轮胎施加高载荷的情况下，无法抑制轮胎的变形。

因此，本发明的目的在于，提供在用于橡胶材料的增强用途的情况下能够抑制该橡胶材料的变形的钨线及抑制了变形的弹性构件。

用于解决课题的手段

为了达成上述目的，本发明的一个方案的钨线具备：由钨或钨合金形成的金属线；和将上述金属线的表面覆盖的镀层，其中，上述镀层含有铜。

发明效果

根据本发明的钨线，在用于橡胶材料的增强用途的情况下，能够抑制该橡胶材料的变形。

附图说明

图1是表示实施方式的轮胎的结构的部分剖开截面图。

图2是实施方式的钨线的截面图。

图3是表示实施方式的金属线的表面状态的一个例子的立体图。

图4是表示实施方式的金属线的表面状态的另一个例子的立体图。

图5是表示实施方式的金属线的制造方法的图。

图6是表示实施方式的钨线的制造方法的流程图。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的实施方式的钨线及弹性构件进行详细说明。需要说明的是，以下说明的实施方式都是表示本发明的一个具体例子。因此，以下的实施方式中所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置及连接形态、步骤、步骤的顺序等为一个例子，主旨并非限定本发明。因而，对于以下的实施方式中的构成要素中的在独立权利要求中没有记载的构成要素，作为任选的构成要素进行说明。

另外，各图为示意图，未必严密地被图示出。因此，例如，在各图中比例尺等未必一致。另外，在各图中，对于实质上相同的构成标注同一符号，并省略或简化重复的说明。

另外，本说明书中，表示要素间的关系性的用语和圆形等表示要素的形状的用语以及数值范围并不是仅表示严格的意思的表达，而是也包含实质上等同的范围、例如数％左右的差异的意思的表达。

(实施方式)

首先，对使用本实施方式的钨线的弹性构件进行说明。以下，作为弹性构件的一个例子，对车辆的轮胎进行说明。

[轮胎的构成]

图1是表示本实施方式的轮胎1的结构的部分剖开截面图。图1中所示的轮胎1为具备钨线100和橡胶材料10的弹性构件的一个例子。轮胎1为充气子午线轮胎。轮胎1例如为四轮汽车或两轮机动车等车辆的轮胎。如图1中所示的那样，轮胎1具备橡胶材料10、带束层20及22、帘布层24和胎圈40。

橡胶材料10是形成轮胎1的外壳的构件。如图1中所示的那样，橡胶材料10具备：相当于对地面的接地部的胎面部12；从胎面部12的两端部朝向轮胎1的径向的中心延伸的一对胎侧部14；和在一对胎侧部14各自的端部设置的胎圈部16。

在橡胶材料10的内部埋设有带束层20及22、帘布层24及胎圈40。即，橡胶材料10将带束层20及22、帘布层24及胎圈40分别被覆。

橡胶材料10包含天然橡胶、丁苯橡胶、丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶或丁基橡胶等作为主要成分。橡胶材料10例如包含硫(S)和碳(C)。具体而言，橡胶材料10包含炭黑。由此，橡胶材料10的强度提高。

带束层20及22在橡胶材料10的胎面部12的内部被埋设于帘布层24的外侧。带束层20及22分别具备相对于轮胎1的周向倾斜的多根增强帘线。带束层20的增强帘线与带束层22的增强帘线彼此倾斜地交叉。增强帘线相对于轮胎1的周向的倾斜角度例如为15°～40°的范围。增强帘线的植入密度例如为10根/50mm～30根/50mm的范围。

帘布层24以环状跨越一对胎圈40间。帘布层24的两端部在胎圈40的周围从轮胎1的内侧向外侧折返。帘布层24具备沿轮胎1的径向延伸的多根增强帘线。

带束层20及22以及帘布层24各自所具备的增强帘线为多个钨帘线30及多个钢帘线32。钨帘线30的根数与钢帘线32的根数例如相同，钨帘线30与钢帘线32交替地排列来配置。或者，钢帘线32的根数也可以多于或少于钨帘线30的根数。钨帘线30也可以在多个钢帘线32中随机地配置。

钨帘线30如图1中所示的那样为多个钨线100的绞线。钨帘线30例如为使用6根钨线100而形成的并捻纱。此外，钨帘线30也可以为包覆纱。另外，钨帘线30所含的钨线100的根数也可以不是6根，没有特别限定。例如，钨帘线30也可以不是绞线，也可以是1根钨线100本身。

钢帘线32除了使用钢琴线来代替钨线100这一点以外，具有与钨帘线30相同的构成。此外，带束层20及22以及帘布层24中的至少1者也可以使用利用尼龙、聚酯、芳香族聚酰胺纤维等高分子材料而形成的增强帘线来代替钢帘线32。另外，带束层20及22以及帘布层24中的至少1者也可以不具备钢帘线32，而仅具备钨帘线30。另外，带束层20及22以及帘布层24中的至少1者也可以不具备钨帘线30。

[钨线的构成]

图2为本实施方式的钨线100的截面图。具体而言，图2表示将钨帘线30中所含的1根钨线100在与线轴方向正交的面切断时的截面。

如图2中所示的那样，钨线100具备金属线110、触击镀层120和镀层130。钨线100被埋设于橡胶材料10中。具体而言，钨线100通过橡胶材料10将镀层130的表面被覆。

金属线110为由钨(W)或钨合金形成的金属线。金属线110中的钨的含有率为90质量％以上。例如，钨的含有率可以为95质量％以上，也可以为99质量％以上，还可以为99.9质量％以上。需要说明的是，金属线110中所含的金属元素的含有率是该金属元素相对于金属线110的总重量所占的比例。本实施方式中，金属线110例如为含有率(纯度)为99.9质量％以上的纯钨线。

或者，金属线110也可以是由钨与铼(Re)的合金(即ReW合金)形成的金属线。ReW合金线中的铼的含有率为0.1质量％～10质量％。例如，铼的含有率也可以为0.5质量％～5质量％，作为一个例子为3质量％，也可以为1质量％。

另外，金属线110也可以为由掺杂有钾的钨形成的金属线。钾掺杂钨线中的钾的含有率为0.001质量％～0.010质量％。例如，钾的含有率也可以为0.005质量％以上。

通过提高铼或钾的含有率，ReW合金线或钾掺杂钨线的抗拉强度变大。另一方面，在铼或钾的含有率过高的情况下，ReW合金线或钾掺杂钨线的细线化变难。

由钨或钨合金形成的金属线110的线径变得越小，则抗拉强度变得越强。即，通过将由钨或钨合金形成的金属线110作为橡胶材料10的增强材料利用，能够抑制橡胶材料10的变形。

具体而言，金属线110的抗拉强度为4000MPa以上。例如，金属线110的抗拉强度也可以为4500MPa以上，也可以为5000MPa以上。

另外，金属线110的弹性模量为350GPa～450GPa。需要说明的是，弹性模量为纵弹性系数。此外，钢琴线的弹性模量一般为150GPa～250GPa的范围。即，金属线110具有钢琴线的约2倍的弹性模量。

通过弹性模量为350GPa以上，从而金属线110变得不易变形。即，金属线110变得不易伸长。因此，与包含钢琴线的钢帘线32相比，包含金属线110的钨帘线30的变形得以抑制，因此橡胶材料10的变形得以抑制。另一方面，通过弹性模量为450GPa以下，可以发生一定程度的变形。具体而言，由于能够使金属线110弯曲，因此能够容易地将包含金属线110的钨帘线30形成为与轮胎1相符的形状。

金属线110的线径为50μm～200μm。例如，金属线110的线径可以小于50μm，也可以为40μm以下，还可以为30μm以下。金属线110的线径具体而言为80μm，但不限于此。金属线110的线径在线轴方向上不论在哪个部位都是均匀的。需要说明的是，也可以不完全均匀，也可以根据部位的不同而包含例如1％等数％左右的差。

金属线110例如是与金属线110的线轴正交的截面形状为圆形的金属线，但不限于此。金属线110的截面形状也可以是正方形等矩形或椭圆形等。

本实施方式中，金属线110的表面(具体的外周侧面)具有凹凸。图3是表示本实施方式的金属线110的表面状态的一个例子的立体图。如图3中所示的那样，金属线110具有设置于表面的微小凹凸112。微小凹凸112设置于金属线110的整个侧面上。图3中所示的金属线110的表面的表面粗糙度Ra例如为0.1μm～10μm。表面粗糙度Ra也可以为3μm～4μm。

微小凹凸112具有形状互不相同的多个凹部及凸部。凹部及凸部的形状、大小及配置是随机的。形成凹部及凸部的1个以上的面可以是平面，也可以是凹面或凸面等弯曲面。或者，微小凹凸112也可以具有形状、大小及配置中的至少1者为规则的多个凹部及凸部。

图4是表示本实施方式的金属线110的表面状态的另一个例子的立体图。如图4中所示的那样，金属线110也可以具有设置于表面的多个槽113。多个槽113分别与金属线110的线轴方向平行。多个槽113的长度可以是随机的，也可以是均匀的。通过设置多个槽113，在金属线110的表面形成凹凸。图4中所示的金属线110的表面的表面粗糙度Ra例如为0.1μm～10μm。此外，表面粗糙度Ra也可以为3μm～4μm。

如图2中所示的那样，触击镀层120位于金属线110与镀层130之间，接触并覆盖金属线110的表面。具体而言，触击镀层120与金属线110的整个侧面接触地设置。

触击镀层120例如为含有镍(Ni)的镍镀层。触击镀层120的膜厚在整个金属线110的全周都是均匀的。此外，也可以不完全均匀，也可以根据部位的不同而包含例如1％等数％左右的差。触击镀层120的膜厚例如为1μm，但不限于此。

此外，如图3及图4中所示的那样，在金属线110的表面设置有凹凸的情况下，触击镀层120按照追随凹凸的形状的方式设置。即，在触击镀层120的表面也被设置凹凸。

镀层130是将金属线110的表面覆盖的镀层。具体而言，镀层130也可以接触并覆盖触击镀层120的表面。橡胶材料10与镀层130的表面接触。镀层130是为了提高金属线110与橡胶材料10的密合性而设置的。

镀层130是含有铜的镀层。具体而言，镀层130为黄铜镀层。或者，镀层130也可以为铜单质的铜镀层或者是由含有铜的合金形成的合金镀层。镀层130的膜厚在整个金属线110的全周都是均匀的。此外，也可以不完全均匀，也可以根据部位的不同而包含例如1％等数％左右的差。镀层130的膜厚例如为5μm，但不限于此。

另外，如图3及图4中所示的那样，在金属线110的表面设置有凹凸的情况下，镀层130按照追随凹凸的形状的方式设置。即，在镀层130的表面也设置有凹凸。通过在镀层130的表面设置凹凸，镀层130与橡胶材料10的粘接面积增加。由此，能够提高镀层130与橡胶材料10的密合性。

[制造方法]

接下来，对钨线100的制造方法进行说明。首先，使用图5对金属线110的制造方法进行说明。图5是表示本实施方式的金属线110的制造方法的图。

首先，如图5的(a)中所示的那样，准备钨粉末115。此外，在金属线110为ReW合金线的情况下，只要以规定的比例来准备钨粉末115和铼粉末即可。在金属线110为钾掺杂钨线的情况下也是同样的。钨粉末115各自的平均粒径例如为5μm，但不限于此。

接着，通过对钨粉末115的集合物进行压制及烧结(sinter)，制作由钨形成的钨锭。通过对钨锭进行从周围进行锻造压缩而伸展的模锻加工，从而如图5的(b)中所示的那样，制作线状的金属线116。例如，作为烧结体的钨锭的线径为15mm左右，而线状的金属线116的线径为3mm左右。

接着，如图5的(c)中所示的那样，进行使用了拉丝模的拔丝加工。

具体而言，首先，如图5的(c1)中所示的那样，将金属线116进行退火。具体而言，不仅通过燃烧器直接对金属线116进行加热，而且还一边在金属线116中流通电流一边进行加热。退火工序是为了除去因模锻加工或拔丝加工而产生的加工应变而进行的。

接着，如图5的(c2)中所示的那样，使用拉丝模150进行金属线116的拔丝即拉丝。需要说明的是，由于通过前段的退火工序而使金属线116被加热而变得柔软，因此能够容易地进行拉丝。通过金属线116被细线化，其单位截面积的抗拉强度变高。即，通过拔丝工序而被细线化的金属线117与细线化前的金属线116相比，单位截面积的抗拉强度高。此外，金属线117的线径例如为0.6mm，但不限于此。

接着，如图5的(c3)中所示的那样，通过对拔丝后的金属线117进行电解研磨，从而使金属线117的表面变得光滑。电解研磨工序例如通过下述方式来进行：在将金属线117和碳棒等对电极161浸渍在氢氧化钠水溶液等电解液160中的状态下，在金属线117与对电极161之间通电。

接着，如图5的(c4)中所示的那样，进行模更换。具体而言，作为接下来的拔丝加工中所利用的模，选择口径比拉丝模150小的拉丝模151。此外，拉丝模150及151例如是由烧结金刚石或单晶金刚石等制成的金刚石模。

反复进行图5的(c1)～(c4)直至金属线117的线径达到所期望的线径φ(例如80μm)为止。此时，图5的(c2)中所示的拔丝工序通过根据对象金属线的线径来调整拉丝模150或151的形状及硬度、所使用的润滑剂以及金属线的温度等来进行。

图5的(c1)中所示的退火工序也同样地是根据对象金属线的线径来调整退火条件。此外，通过退火工序，在钨线的表面会附着氧化物。通过调整退火条件，能够调整所附着的氧化物量。

具体而言，金属线的线径越大，则以越高的温度进行退火，金属线的线径越小，则以越低的温度进行退火。例如在金属线的线径大的情况下，具体而言，在第一次的拔丝加工时的退火工序中，以1400℃～1800℃的温度进行退火。在达到所期望的线径的最终拔丝加工时的最终退火工序中，以1200℃～1500℃的温度进行加热。此外，在最终退火工序中，也可以不对金属线进行通电。

另外，在反复进行拔丝加工时，也可以省略退火工序。例如，也可以省略最终退火工序。具体而言，为了减小晶体粒度，也可以省略最终退火工序，并调节润滑剂以及拉丝模的形状及硬度。

经由以上的工序，如图5的(d)中所示的那样，制造金属线110。金属线110的长度例如在刚制造后为50km以上的长度。金属线110会根据所使用的方式来切断成适当的长度。

此外，图5是示意性地表示了金属线110的制造方法的各工序。各工序例如以联机进行。例如，多个拉丝模也可以在生产线上按照口径依次变小的顺序排列，并在各拉丝模间配置进行退火工序的加热装置及电解研磨装置等。此外，各工序也可以单独进行。

接下来，使用图6对具备上述的金属线110的钨线100的制造方法进行说明。图6是表示本实施方式的钨线100的制造方法的流程图。

如图6中所示的那样，首先，进行金属线110的表面处理(S10)。具体而言，通过对金属线110的表面进行电解蚀刻处理或机械加工，形成微小凹凸112或槽113。此外，在金属线110的表面没有形成凹凸的情况下，省略步骤S10的工序。

接着，对经表面处理的金属线110的表面进行触击电镀处理(S12)。具体而言，在含有氯化镍(NiCl₂)的盐酸(HCl)等酸性溶液中对金属线110给予高电流，在表面形成触击镀层120。由此，附着在金属线110的表面的氧化膜被除去，能够提高后面工序的镀覆的密合性。

在触击电镀处理之后，进行黄铜镀覆处理(S14)。具体而言，在镀液中浸渍了黄铜板和金属线110的状态下，在黄铜板与金属线110之间进行通电。由此，形成将触击镀层120接触并覆盖的镀层130。

经由以上的工序，制造表面被黄铜镀层被覆的钨线100。钨线100的长度例如在刚制造后为50km以上的长度。钨线100根据所使用的方式来切断成适当的长度。

需要说明的是，钨线100的制造是继金属线110的制造之后以联机进行。具体而言，在生产线上，在最终拔丝中使用的拉丝模之后，接着依次排列表面处理装置、触击电镀处理装置、镀覆处理装置。特别是按照在触击电镀处理后可迅速地进行镀覆处理的方式来构成制造生产线。

在制造钨线100后，如图6中所示的那样，也可以用橡胶材料10来被覆钨线100(S16)。具体而言，将钨线100切断成规定的长度后，在模具内配置钨线100，向模具中流入橡胶原料并使其固化。由此，制造钨线100被埋设于橡胶材料10的内部的弹性构件。

[效果等]

如以上那样，本实施方式的钨线100具备由钨或钨合金形成的金属线110和将金属线110的表面覆盖的镀层130，镀层130含有铜。另外，例如钨线100通过橡胶材料10将镀层130的表面被覆。

由此，由于钨具有钢琴线的约2倍的杨氏模量，因此由钨或钨合金形成的金属线110与钢琴线相比不易变形。因此，在钨线100被用于橡胶材料10的增强用途的情况下，能够抑制橡胶材料10的变形。

另一方面，钨对橡胶的密合性差。因此，即使单纯地将由钨或钨合金形成的金属线110埋设于橡胶材料10中，也会在橡胶材料10与金属线110之间形成间隙，金属线110不作为橡胶材料10的增强材料发挥功能。

与此相对，本实施方式中，设置有覆盖钨线100的表面的含有铜的镀层130。镀层130能够提高金属线110与橡胶材料10的密合性。由此，钨线100会作为橡胶材料10的增强材料充分发挥功能，因此在钨线100被用于橡胶材料10的增强用途的情况下，能够抑制橡胶材料10的变形。

另外，本实施方式的弹性构件具备钨线100和接触并覆盖镀层130的橡胶材料10。弹性构件的一个例子为轮胎1。

由此，轮胎1的变形得以抑制，因此能够提高操纵稳定性及油耗效率。另外，通过将多根钢帘线32置换成钨帘线30，能够减少钢帘线32的使用量。因此，作为整体能够减少增强帘线的量，还能够实现轮胎1的轻量化。

另外，例如，钨线100进一步具备位于金属线110与镀层130之间、且接触并覆盖金属线110的表面的触击镀层120。另外，例如，触击镀层120含有镍。

由此，能够提高金属线110与镀层130的密合性。因此，可抑制镀层130剥落，因此能够进一步提高钨线100(金属线110)与橡胶材料10的密合性。

另外，例如，金属线110的线径为50μm～200μm。

由此，由钨或钨合金形成的金属线110的线径越小，则抗拉强度变得越高。即，越使金属线110变细，则抗拉强度越增加，能够进一步抑制橡胶材料10的变形。通过金属线110的细线化，所使用的钨量变少，还能够实现轮胎1的轻量化。

另外，例如，金属线110的抗拉强度为4000MPa以上。

由此，能够通过钨线100来实现与一般的钢帘线32中所含的钢琴线相比同等以上的抗拉强度。由于能够将钢帘线32置换成包含杨氏模量高的钨线100的钨帘线30，因此能够抑制轮胎1的变形。

另外，例如，金属线110的表面也可以具有凹凸，金属线110的表面的表面粗糙度Ra也可以为0.1μm～10μm。

由此，钨线100的表面积增大，因此能够进一步提高橡胶材料10与钨线100的密合性。

另外，例如，金属线110也可以由钨与铼的合金形成。金属线110中所含的铼的含有率也可以为0.1质量％～10质量％。

由此，能够进一步提高金属线110的抗拉强度。

另外，例如，金属线110也可以由掺杂有钾的钨形成。金属线110中所含的钾的含有率也可以为0.001质量％～0.010质量％。

由此，能够进一步提高金属线110的抗拉强度。

另外，例如，橡胶材料10包含硫和碳。

由此，能够提高橡胶材料10的强度，因此能够进一步抑制轮胎1的变形。

(其他)

以上，对于本发明的钨线及弹性构件，基于上述的实施方式进行了说明，但本发明并不限于上述的实施方式。

例如，触击镀层120也可以为镍触击电镀层。例如，触击镀层120也可以为含有铜的镀层。另外，也可以在金属线110与镀层130之间不设置触击镀层120。

另外，例如，金属线110的表面的表面粗糙度Ra也可以小于0.1μm。也可以在金属线110的表面不设置凹凸。

另外，例如，金属线110也可以由钨和与钨不同的1种以上的金属的合金形成。与钨不同的金属例如为过渡金属，具体而言，为铱(Ir)、钌(Ru)或锇(Os)等。与钨不同的金属的含有率例如与铼的含有率同样地为0.1质量％～10质量％，但不限于此。另外，铼的含有率或者与钨不同的金属的含有率也可以少于0.1质量％，也可以多于10质量％。另外，钾的含有率也可以少于0.001质量％，也可以多于0.010质量％。

另外，例如，轮胎1也可以仅具备带束层20及22中的一者。即，轮胎1所具备的带束层的数目不限于2个，也可以为1个，还可以为3个以上。另外，轮胎1也可以不是子午线轮胎，而是斜交轮胎。

另外，例如，在上述的实施方式中，作为弹性构件的一个例子示出了轮胎1，但不限于此。例如，弹性构件也可以为导管或传送带。即，钨线100也可以作为导管或传送带的增强用线来使用。

另外，例如，在橡胶材料10中，也可以不包含碳。具体而言，在橡胶材料10中，也可以不含有在一般的轮胎中所使用的炭黑。

此外，对各实施方式实施本领域技术人员所想到的各种变形而得到的方式、通过在不脱离本发明的主旨的范围内将各实施方式中的构成要素及功能任意地组合而实现的方式也包含于本发明中。

符号的说明

1 轮胎(弹性构件)

10 橡胶材料

100 钨线

110 金属线

112 微小凹凸

113 槽

120 触击镀层

130 镀层

Claims

1.一种钨线，其具备：

由钨或钨合金形成的金属线；和

将所述金属线的表面覆盖的镀层，

其中，所述镀层含有铜，

该钨线进一步具备位于所述金属线与所述镀层之间、且接触并覆盖所述金属线的表面的触击镀层，所述触击镀层含有镍，

所述金属线的表面具有凹凸，

所述金属线的表面的表面粗糙度Ra为0.1μm～10μm。

2.根据权利要求1所述的钨线，其中，所述金属线的线径为50μm～200μm。

3.根据权利要求1所述的钨线，其中，所述金属线的抗拉强度为4000MPa以上。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的钨线，其中，

所述金属线由钨与铼的合金形成，

所述金属线中所含的铼的含有率为0.1质量％～10质量％。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的钨线，其中，

所述金属线由掺杂有钾的钨形成，

所述金属线中所含的钾的含有率为0.001质量％～0.010质量％。

6.根据权利要求1所述的钨线，其中，所述镀层的表面被橡胶材料被覆。

7.一种弹性构件，其具备：

权利要求1～6中任一项所述的钨线；和

接触并覆盖所述镀层的橡胶材料。

8.根据权利要求7所述的弹性构件，其中，所述橡胶材料含有硫和碳。