JP2012522903A - 予め成形されたストランドから成る伸びの大きい鋼索 - Google Patents

Abstract

少なくとも５％の大きな破断時伸びを有する鋼索（３０）が、ｎ本のストランド（２０）を含んでおり、該ストランド（２０）の各々が、撚り合わせられたｍ本のフィラメント（１０）を有し、ｎが２〜７の範囲であり、ｍが２〜９の範囲である。ストランド及びフィラメントは、同じ方向に撚られている。この索の撚りピッチをＬｃとし、前記ストランドの撚りピッチをＬｓとすると、ＬｓのＬｃに対する比（Ｌｓ／Ｌｃ）が、０．２５〜１の範囲にある。Ｌｃは、１６ｍｍ〜２６ｍｍの範囲にある。ストランドは、らせん状に予め成形されている。この索の縦弾性係数が、１５００００Ｎ／ｍｍ^２よりも大きい。ストランドをらせん状に予め成形することで、長い撚りピッチＬｃにもかかわらず、大きな破断時伸び及び高い縦弾性係数を得ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、エラストマ製品の補強のための大きな破断時伸び及び高い縦弾性係数を有する鋼索に関する。

大きな破断時伸びとは、索の破断時の伸びが少なくとも５％であることを意味する。索の生産性が、撚りピッチ（ｌａｙ ｌｅｎｇｔｈ）が長いほど向上することが周知である。しかしながら、索の撚りピッチが長いと、破断時伸びが小さくなる。形成される鋼索の撚りピッチが長いほど、その鋼索の破断時伸びは小さくなる。一般に、索及びストランドが、大きな破断時伸びを得るために同じ方向に撚られる。

固体力学において、縦弾性係数は、弾性領域における材料の剛性の指標である。縦弾性係数は、フックの法則が当てはまる応力の範囲におけるひずみに対する応力の比として定義される。これは、材料のサンプルについて施される引張試験において生成される応力−ひずみ曲線の傾きから実験的に割り出すことができる。鋼などの線形材料において、縦弾性係数は、ひずみの範囲の全体にわたって基本的に一定である。

索の剛性が、高速においてタイヤの直径を安定に保つうえで主として重要であり、したがって縦弾性係数が、多くの場合に、索の構造の選択時に考慮される主要な特性の１つである。縦弾性係数が大きいほど、鋼索の剛性が大きくなる。

特許文献１には、大きな撚りピッチ及び大きな破断時伸びを有する鋼索が開示されている。複数のストランドを含んでいる鋼索が、５％を超える伸びを有している。索の撚りピッチが、索の直径の８倍〜１５倍となっている。ストランドのフィラメントが、撚り合わせ前のストランドの撚りピッチよりも小さなピッチにて波状に予め成形されている。一般に、長い撚りピッチを使用するときの破断時伸びの減少を、フィラメントの予めの成形によって補償することができる。破断時伸び及び撚りピッチは大きいが、縦弾性係数が小さく、鋼索の剛性があまり高くないという問題が存在する。

３×７の破断時伸びの大きい鋼索が、タイヤの補強のための分野において一般的な索となっている。しかしながら、索が短い撚りピッチで形成されているという欠点が存在する。したがって、製造コストが高くなっており、索の破断荷重があまり高くなく、縦弾性係数が小さくなっており、従って、索の剛性があまり高くなくなくなっている。

米国特許第５６６１９６６号

本発明の目的は、従来技術の問題点を克服することにある。本発明のさらなる目的は、より剛性の高い鋼索を提供することにある。本発明の別の目的は、大きな破断時伸び及び高い縦弾性係数を有する鋼索を提供することにある。

本発明によれば、少なくとも５％である大きな破断時伸びを有する鋼索が、ｎ本のストランドを含み、各々のストランドが撚り合わせられたｍ本のフィラメントを有し、ｎが２〜７の範囲になっている一方で、ｍが２〜９の範囲になっている。ストランド及びフィラメントは、同じ方向に撚られている。この鋼索の撚りピッチをＬｃとし、ストランドの撚りピッチをＬｓとすると、ＬｓのＬｃに対する比（Ｌｓ／Ｌｃ）が、０．２５〜１の範囲になっており、Ｌｃが、１６ｍｍ〜２６ｍｍの範囲になっている。ストランドは、らせん状に予め成形されている。この鋼索の縦弾性係数は、１５００００Ｎ／ｍｍ^２よりも大きくなっている。

剛性の高い鋼索を得るために、鋼索は、長い撚りピッチにて形成される。Ｌｃが、１６ｍｍ〜２６ｍｍの範囲になっている。好ましくは、Ｌｃが１８ｍｍ〜２４ｍｍの範囲になっている。最も好ましくは、Ｌｃが２０ｍｍになっている。

本発明によれば、ＬｓのＬｃに対する比（Ｌｓ／Ｌｃ）が、０．２５〜１の範囲になっている。好ましくは、この比が０．３０〜０．５０の範囲になっている。最も好ましくは、この比が０．３５になっている。

やはり、撚りピッチが大きいほど、生産性は高くなり、その結果、製造コストを低くすることができる。

大きな破断時伸びの鋼索を得るために、ストランドが、鋼索へと撚り合わせられる前にらせん状に予め成形される。らせん状に予め成形されるゆえに、ストランドは、三次元の変形を有する。また、ストランドが、良好な表面、疲労、及び付着を得ることができる。

本発明によれば、ストランドが、予めの成形のためのピッチＰｓ（撚りピッチとは異なる）及び予めの成形のための振幅Ａｓを有している。好ましくは、Ｐｓがフィラメントの直径Ｄの５０倍〜１２０倍になっている。最も好ましくは、Ｐｓが直径Ｄの７０倍〜１００倍になっている。好ましくは、Ａｓがフィラメントの直径Ｄの８倍〜１２倍になっている。最も好ましくは、Ａｓが直径Ｄの９倍〜１１倍になっている。

好ましくは、ＰｓがＬｃに等しく、すなわち索の撚りピッチＬｃが、予めの成形のピッチに等しくなっている。このことは、予めの成形を撚り合わせの直前に行うことができ、ストランドが撚り合わせ点又は索形成点の直前においてすでに有している回転運動を、利用できるという利点を有する。

このような長い撚りピッチを有する鋼索は、１５００００Ｎ／ｍｍ^２を超える縦弾性係数を有している。好ましくは、縦弾性係数が１６００００Ｎ／ｍｍ^２を超えるものである。

ストランドが予め成形され、かつストランド及びフィラメントが同じ方向に撚られているがゆえに、鋼索の破断時伸びが、少なくとも５％になっている。破断時伸びは、１０％にも達することとなる。

鋼索を補強するフィラメントは、０．０５ｍｍ〜０．６０ｍｍの範囲の直径Ｄを有する。好ましくは、直径Ｄが、０．１０ｍｍ〜０．４５ｍｍの範囲である。一般に、直径Ｄは、０．１０ｍｍ、０．１２ｍｍ、０．１３ｍｍ、０．１５ｍｍ、０．１７５ｍｍ、０．２０ｍｍ、０．２２ｍｍ、０．２４５ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．２６５ｍｍ、０．２７ｍｍ、０．２８ｍｍ、０．３０ｍｍ、０．３２ｍｍ、０．３５ｍｍ、０．３８ｍｍ、０．４０ｍｍ、０．４２ｍｍ、又は０．４５ｍｍであってもよい。

鋼索は、ｎ×ｍの構造を有する。ｎは２〜７の範囲であり、ｍは２〜９の範囲である。なお、索は、２×２、２×３、２×４、２×５、２×６、２×７、２×８、２×９、３×２、３×３、３×４、３×５、３×６、３×７、３×８、３×９、４×２、４×３、４×４、４×５、４×６、４×７、４×８、４×９、５×２、５×３、５×４、５×５、５×６、５×７、５×８、５×９、６×２、６×３、６×４、６×５、６×６、６×７、６×８、６×９、７×２、７×３、７×４、７×５、７×６、７×７、７×８、又は７×９であってもよい。

鋼索は、エラストマ製品の補強に使用される。エラストマ製品は、乗用車、バス、トラック、及び土木機械のタイヤ、並びにオフロードタイヤであってもよい。

次に、本発明を、添付の図面を参照してさらに詳しく説明する。

らせん状に予め成形されたストランドの正面図を示している。 予め成形されたストランドを含んでいる３×７の構造の鋼索の断面図を示している。 予め成形されたストランドを含んでいる４×７の構造の鋼索の断面図を示している。 予め成形されたストランドを含んでいる３×６の構造の鋼索の断面図を示している。 一方が本発明の鋼索であり、他方が従来技術の鋼索である２つの鋼索について、力−伸びの曲線を示している。

鋼製のフィラメント１０を、以下のように製作することができる。線材が、出発材料を構成する。線材は、以下の系統に沿った典型的な組成を有している。すなわち、炭素含有量が０．６０％〜１．２５％の範囲にあり、マンガン含有量が０．２０％〜１．１０％の範囲にあり、ケイ素含有量が０．１０％〜０．９０％の範囲にあり、硫黄及びリンの含有量が０．１０％までに限られ、クロム（最大で０．２０％〜０．４０％）、銅（最大で０．２０％）、バナジウム（最大で０．３０％）、ホウ素、ニッケル、モリブデン、ニオブ、銅カルシウム、アルミニウム、チタニウム、及びチッ素などの追加のマイクロ合金化元素を加えることができる。

線材が、第１の一連の乾式伸線工程にて、中間的な直径を有する鋼線へと引き伸ばされる。次いで、鋼線に、さらなる伸線を可能にするために、パテンティング（ｐａｔｅｎｔｉｎｇ）などの熱処理が加えられる。鋼線を、例えば、亜鉛及び銅コーティングに適用される拡散プロセスを使用して、真ちゅうの被膜で覆うことができる。

次いで、真ちゅうで被覆された鋼線が、最終的なフィラメントの直径を有する鋼フィラメント１０まで引き伸ばされる。

最終的なフィラメント１０に関して、最終的な鋼フィラメント１０の引張強度は、２０００ＭＰａ〜５０００ＭＰａの間でさまざまであってもよい。引張強度は、３５００ＭＰａ超であってもよい。さらには、引張強度は、４０００ＭＰａ超であってもよい。

図１が、らせん状に予め成形されたストランド２０の正面図を示している。ストランド２０は、０．２２ｍｍの直径Ｄを有する７本のフィラメント１０で形成されている。フィラメント１０は、互いに平行になっており、ストランド２０が７ｍｍの撚りピッチＬｓを有するような撚りのピッチで撚られている。３本のストランド２０が、らせん状に予め成形されている。

図２が、３×７の構造を有する第１の好ましい実施の形態の鋼索３０の断面図を示している。３本のストランドが、フィラメントと同じ方向の長い撚りピッチでもって鋼索３０へと撚り合わせられている。

最後に、鋼索３０の撚りピッチＬｃは、２０ｍｍになっている。ストランド２０は、１９．９ｍｍという予め成形されたピッチＰｓ及び２．１０ｍｍという予め成形された振幅Ａｓを有している。

長い撚りピッチ及び予め成形されたストランドゆえに、鋼索３０は、高い縦弾性係数及び大きな破断時伸びを有している。

ストランドが予め成形されておらず、撚りピッチが小さい従来技術の３×７の鋼索と比べて、いくつかの特性を測定したところ、下記の表のように結果が示された。

表１から、従来技術の鋼索と比べて、鋼索３０の直径及び構造伸びは、明白な差を有していない。しかしながら、鋼索３０の破断荷重は、明らかに大きくなっている。特に、鋼索３０の縦弾性係数は、従来技術の鋼索の縦弾性係数よりも５５％近くも高くなっている。すなわち、鋼索３０は、従来技術の鋼索よりも高剛性になっている。

図５が、鋼索３０の力−伸びの曲線３２及び従来技術の鋼索の力−伸びの曲線４０を示している。鋼索３０と従来技術の鋼索との間の縦弾性係数の差も大きくなっている。鋼索３０の縦弾性係数は、従来技術の鋼索の縦弾性係数よりも大きくなっている。

図３が、らせん状の予め成形された４本のストランド２０を含んでおり、２０ｍｍという撚りピッチＬｃを有している第２の好ましい実施の形態の鋼索５０の断面図を示している。破断時伸びは、５．５％になっている。鋼索５０の縦弾性係数は、１７５３２４Ｎ／ｍｍ^２になっている。

図４が、らせん状の予め成形された３本のストランド６０を含んでおり、２３ｍｍという撚りピッチＬｃを有している第３の好ましい実施の形態の鋼索７０の断面図を示している。各々のストランド６０が、６本のフィラメントを含んでいる。ストランド６０の撚りピッチＬｓは、１１．２ｍｍになっている。ストランド６０は、２９．８ｍｍという予め成形されたピッチＰｓ及び２．１６ｍｍという予め成形された振幅Ａｓを有している。鋼索７０の破断時伸びは、５．６％になっている。鋼索７０の縦弾性係数は、１５５３２４Ｎ／ｍｍ^２になっている。

Claims (10)

1. 少なくとも５％である大きな破断時伸びを有する鋼索であって、
   らせん状に予め成形されたｎ本のストランドを含み、
   該ストランドの各々が撚り合わせられたｍ本のフィラメントを有し、
   前記ｎが２〜７の範囲になっており、
   前記ｍが２〜９の範囲になっており、
   前記ストランド及び前記フィラメントが同じ方向に撚られ、
   鋼索の撚りピッチをＬｃとし、前記ストランドの撚りピッチがＬｓとすると、前記Ｌｓの前記Ｌｃに対する比（Ｌｓ／Ｌｃ）が、０．２５〜１の範囲になっており、
   前記Ｌｃが１６ｍｍ〜２６ｍｍの範囲になっており、
   鋼索の縦弾性係数が１５００００Ｎ／ｍｍ^２よりも大きくなっていることを特徴とする、鋼索。
2. 前記Ｌｃが、１８ｍｍ〜２４ｍｍの範囲になっていることを特徴とする、請求項１に記載の鋼索。
3. 前記Ｌｃが、２０ｍｍになっていることを特徴とする、請求項２に記載の鋼索。
4. 前記Ｌｓの前記Ｌｃに対する比（Ｌｓ／Ｌｃ）が、０．３０〜０．５０の範囲になっていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の鋼索。
5. 前記Ｌｓの前記Ｌｃに対する比（Ｌｓ／Ｌｃ）が、０．３５になっていることを特徴とする請求項４に記載の鋼索。
6. 前記らせん状に予め成形されたストランドが、予め成形されたピッチＰｓ及び予め成形された振幅Ａｓを有し、
   前記Ｐｓが、フィラメントの直径Ｄの５０倍〜１２０倍になっており、
   前記Ａｓが、フィラメントの直径Ｄの８倍〜１２倍になっていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の鋼索。
7. 前記Ｐｓが、直径Ｄの７０倍〜１００倍になっており、
   前記Ａｓが、直径Ｄの９倍〜１１倍になっていることを特徴とする、請求項６に記載の鋼索。
8. 前記Ｐｓが、前記Ｌｃに等しくなっていることを特徴とする、請求項６又は７に記載の鋼索。
9. 前記ｎが３になっており、前記ｍが７になっていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の鋼索。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の鋼索の用途は、エラストマ製品の補強になっている。

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