JP2013053359A - ゴム補強用金属線、その製造方法及びタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】伸線加工性及びゴム組成物との接着性に優れたゴム補強用金属線を提供する。
【解決手段】金属芯線と、芯線を覆うＣｕ，Ｚｎ，Ｃｏを含む被覆層とを有し、被覆層の表面から半径方向の内部に深さ１５ｎｍまでの表層の組成が、Ｃｕ：６０ａｔ％以上６９ａｔ％未満、Ｃｏ：０．５ａｔ％以上５．０ａｔ％以下であることを特徴とするゴム補強用金属線により上記課題が解決される。
【選択図】なし

Description

本発明は、ゴム組成物を補強するゴム補強用金属線、その製造方法、及びこのゴム補強用金属線を用いたタイヤに関する。

タイヤやタイミングベルト、ホース等のゴム組成物を補強するためにスチールコード等のゴム補強用金属線を組み込むことが知られている。この種のゴム補強用金属線には、補強すべきゴム組成物に対する接着力を付与するために、金属線を覆う被覆層が形成されている。また、ゴム補強用金属線には伸線加工が施されるため、引き抜きダイスに対する潤滑性を付与するために、被覆層として真鍮めっき層を形成することが一般的である。

特開２００２−１３０８１号公報

このようなゴム補強用金属線として、特許文献１はゴム組成物との間の接着力及びゴム補強用金属線の加工性を両立させるために、Ｃｕを１５〜４５ａｔｍ％含有するブラスめっきを施した金属線において、ブラスめっきの表面から金属線の半径方向の内側に１５ｎｍの深さまでの表層に、Ｃｏ及びＮｉの少なくとも一種を０．５〜５．０ａｔｍ％含有させることを提案している。

しかし、本発明者らは、特許文献１に記載の金属線にはまだ改善の余地があることを見出した。特許文献１に記載の金属線では表層中のＣｕの量に着目していないが、この表層中のＣｕ量を含む、表層のＣｕ，Ｃｏ，Ｚｎの比率がゴム組成物との間の接着力及び加工性に影響することを見出した。特に、特許文献１に記載のゴム補強用金属線では、この表層中のＣｕ濃度が低い虞があり、低いＣｕ含有率に起因して伸線加工中に被覆層表面にクラックが発生し、伸線加工性を低下させる要因となりゴム補強用金属線の製造の歩留まりが悪い虞があると考えた。

そこで本発明は、伸線加工性及び接着強度に優れたゴム補強用金属線及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明によれば以下が提供される。
（１） 芯線と、
前記芯線を覆うＣｕ，Ｚｎ，Ｃｏを含む被覆層とを有し、
前記被覆層の表面から半径方向の内部に深さ１５ｎｍまでの表層の組成が、Ｃｕ：６０ａｔ％以上６９ａｔ％未満、Ｃｏ：０．５ａｔ％以上５．０ａｔ％以下であることを特徴とするゴム補強用金属線。
（２） 前記被覆層は、Ｃｕを６０ａｔ％以上７５ａｔ％以下含有する真鍮であることを特徴とする（１）に記載のゴム補強用金属線。
（３） 前記被覆層全体の組成が、Ｃｕ：６０ａｔ％以上７５ａｔ％以下、Ｃｏ：１．０ａｔ％以上７．０ａｔ％以下であることを特徴とする（１）または（２）に記載のゴム補強用金属線。
（４） （１）から（３）のいずれか一項に記載のゴム補強用金属線と、
前記ゴム補強用金属線を覆うゴム層とを有するタイヤ。
（５） 芯線にＣｕを６０ａｔ％以上７５ａｔ％以下含有する被覆層を形成し、
前記被覆層の表面から半径方向の内部に深さ１５ｎｍまでの表層の組成が、Ｃｕ：６０ａｔ％以上６９ａｔ％未満、Ｃｏ：０．５ａｔ％以上５．０ａｔ％以下となるように、前記鋼線に５００℃以上６５０℃以下の温度で、５秒以上の熱処理を施すことを特徴とするゴム補強用金属線の製造方法。

本発明に係るゴム補強用金属線によれば、伸線加工時にクラックが生じやすい被覆層の表層が延性に富むＣｕを６０ａｔ％以上７５ａｔ％以下含むので、十分な伸線加工性を備える。また、ゴム組成物との界面となる被覆層の表層に、ゴム組成物との密着性を向上させるＣｏを０．５〜５．０ａｔ％含むのでゴム組成物との接着性にも優れる。

本発明におけるゴム補強用金属線は、タイヤやホース等のゴム製品を補強するために使用される。例えば、複数本のゴム補強用金属線が撚り合わせて形成した撚り線コードにゴムを被覆し、タイヤを形成することができる。

このゴム補強用金属線は、鋼線等からなる芯線と、この芯線を覆う被覆層とから構成されている。芯線には、その直径が０．１ｍｍ〜０．７ｍｍの金属線を好適に使用することができる。

被覆層は、金属芯線を外部から保護し、またゴム補強用金属線の伸線加工性とゴム組成物との密着性を向上させるために設けられる。被覆層は、延性が高く加工性に優れた真鍮で形成される。また、ゴムとの密着性を向上させるために、被覆層はＣｏを含んで形成される。この被覆層の厚みは、０．１μｍ以上０．５μｍ以下に形成することが好ましい。

被覆層に含まれる成分のうち、延性の高いＣｕが多く含まれるほどクラックが生じることなく伸線できるので、加工性が向上する。一方で、Ｃｕが多すぎるとゴムとの経時的な接着性が低下し、またゴムの劣化が進行しやすい。また、Ｃｏが多いほどゴム組成物との経時的な接着性が向上するが、多すぎると被覆層が硬くなり、伸線加工中にクラックを生じやすく伸線加工性が大きく低下する。そこで、被覆層はＣｕを６０ａｔ％以上７５ａｔ５以下含有する真鍮であることが好ましい。

本発明者らは、被覆層の組成、特にＣｕ，Ｃｏ比率による加工性と接着性の向上について、被覆層の表面から半径方向の内部の深さ１５ｎｍの領域のＣｏの成分を多くした時に接着性が向上することを確認した。そこで、被覆層の表面から１５ｎｍの深さまでの領域を表層と定義し、この表層のＣｕとＣｏとの比率を調整することを検討した。つまり、ゴム補強用金属線の被覆層全体ではなく、表層のみに注目し、伸線加工中にクラックが生じやすい表層のＣｕを多くすれば加工性が向上し、ゴム組成物との界面でもある表層のＣｏを多くすれば、ゴム補強用金属線の伸線加工性と接着性とを向上できることを見出した。

具体的には、被覆層の表層の組成を、Ｃｕ：６０ａｔ％以上６９ａｔ％未満、Ｃｏ：０．５以上１．０ａｔ％以下とすると、伸線加工性に優れ、またゴム組成物との接着性に優れたゴム補強用金属線が得られることを見出した。

＜製法の具体例＞
上述のようなゴム補強用金属線の製造方法について説明する。
まず、スチールロッドを所定の直径となるまで延伸させて熱処理、酸洗いして金属芯線を得る。次に、Ｃｕ層，Ｃｏ層，Ｚｎ層、又はＣｕ層，Ｚｎ層，Ｃｏ層の順でめっきすることにより金属芯線の表面に付着させて被覆層を形成し、ゴム補強用金属線を得る。

更に得られたゴム補強用金属線に５００℃から６５０℃の恒温槽にて５秒から２５秒の熱処理を行い、十分に合金化を進ませて、最終的な被膜層の表面から半径方向の内部に深さ１５ｎｍまでの表層の組成がＣｕ：６０〜６９ａｔ％、Ｃｏ：０．５〜５．０ａｔ％、残部がＺｎと不純物となるようにＣｕ，Ｃｏ，Ｚｎを被膜層内で拡散させる。

なお、熱処理の温度と時間に関しては、温度が５００℃より低いと合金化に時間がかかり、また表層へのＣｕの移動にばらつきがあり、表層のＣｕ濃度が低い部分が出てきやすく、その場合は伸線性が大きく低下する。また、熱処理温度が６５０℃よりも高いと、表層へのＣｕの移動が大きくなりすぎ、表層のＣｕ濃度が高くなりすぎ、経時的な接着性が低下する虞がある。また、表層のＺｎ層が溶融または変性することで表層の不純物が多くなり、それにより接着性が低下する。また、金属芯線の表層分が変性して、強度レベルが低下してしまい、最終的に必要なスチールワイヤーの強度確保が難しくなる。このような問題を確保する為に、温度に合わせた適正な熱処理時間が存在しており、今回のテストもそれを踏まえて実施している。

＜実施例＞
以上のようなゴム補強用金属線について、線径が０．９０ｍｍの実施例１〜２７及び比較例１〜１３を作成して、伸線加工性及び接着性を評価した。

伸線加工性は、伸線テストにより評価した。伸線テストにおいては、０．２３ｍｍまで伸線できたゴム補強用金属線は○と評価し、破断して０．２３ｍｍまで伸線できなかったゴム補強用金属線は×と評価した。

また、接着性は、以下のように評価した。すわなち、上述のように０．２３ｍｍまで伸線されたた金属線を４本用意し、４本の金属線を撚り合わせてゴム補強用金属撚り線を作成し、このゴム補強用金属撚り線ゴムで挟み込み、温度約１５０℃、圧力５０ｋｇ／ｃｍ^２で２０分間の加硫処理を施し、更に温度８０℃湿度９５％の高温高湿状態で５日間保管する。その後、ゴムをゴム補強用金属撚り線から剥離して、ゴム補強用金属撚り線に付着しているゴムの状態からゴムの接着性を１０段階評価した。本実施形態においては、評点が７以上のスチールワイヤーを接着性に優れたスチールワイヤーと評価した。

まず、被覆層の表層の組成についてＣｕの比率が異なる実施例１〜８及び比較例１〜６について、伸線加工性及び接着性を評価した。その結果を表１に示す。なおＣｕの比率は、被覆層全体の平均組成を変化させたり、熱処理時間や熱処理温度を変動させることにより、変化させることができる。

表１から明らかなように、被覆層の表層のＣｕの比率が６０ａｔ％以上６９ａｔ％未満である実施例１〜８のスチールワイヤーでは、芯線テストの結果が良好であり、また、接着性についても評点が７，８と良好な結果が得られた。一方、被覆層の表層のＣｕの比率が６０ａｔ％未満の比較例１〜５ではＣｕの量が少なすぎて伸線加工性が劣り、被覆層の表層のＣｕの比率が６９ａｔ％以上の比較例６ではＣｕの量が多すぎて経時的な接着性が劣ることが確認できた。

次に、被覆層の表層の組成についてＣｏの比率が異なる実施例９〜１７及び比較例７〜９について、上述と同様にして伸線加工性及び接着性を評価した。その結果を表２に示す。Ｃｏの比率は、Ｃｕの比率と同様に、被覆層全体の平均組成を変化させたり、熱処理時間や熱処理温度を変動させることにより変化させることができる。

表２から明らかなように、被覆層の表層のＣｏの比率が０．５〜５ａｔ％である実施例９〜１７のスチールワイヤーでは、芯線テストの結果が良好であり、また、接着性についても評点が７，８と良好な結果が得られた。一方、被覆層の表層のＣｏの比率が０．５ａｔ％未満の比較例７ではＣｏの量が少なすぎてゴム組成物の経時的な接着性が劣り、被覆層の表層のＣｏの比率が５ａｔ％より多い比較例８，９ではＣｏの量が多すぎて伸線加工性が劣ることが確認できた。

次に、略一定の平均組成の被覆層を有するスチールワイヤーについて、５５０℃での熱処理の時間を変化させた時の、被覆層の表層の組成の変化、伸線加工性及び接着性について評価した。その結果を表３に示す。

表３から明らかなように、熱処理時間を３秒間とした比較例１０では、Ｃｕ成分が十分に表層まで拡散しなかった結果、表層のＣｕ成分が６０ａｔ％よりも低く伸線加工性に劣る。一方、熱処理時間を５秒間以上とした実施例１８〜２０については、表層までＣｕ成分が十分に拡散し、伸線加工性及び接着性いずれも良好なスチールワイヤーを得られることが確認できた。

次に、略一定の平均組成の被覆層を有するスチールワイヤーについて、５秒間の熱処理の熱処理温度を変化させた時の、被覆層の表層の組成の変化、伸線加工性及び接着性について上述と同様に評価した。その結果を表４に示す。

表４から明らかなように、熱処理温度を５００〜６５０℃とした実施例２１〜２７においては、Ｃｕ成分が適度に表層まで拡散し、表層中のＣｕ成分が６０ａｔ％以上６９ａｔ％未満となったので、伸線加工性及び接着性いずれも良好な結果が得られた。一方、熱処理温度が５００℃未満の比較例１１，１２ではＣｕ成分が十分に表層まで拡散せず、伸線加工性が劣る結果が得られた。また、熱処理温度が６５０℃より高い比較例１３ではＣｕ成分が拡散しすぎ、表層にＣｕ成分が過剰に存在するので経時的な接着性が劣ることが確認できた。

以上、本発明をその実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができることは、当業者にとって明らかである。

Claims (5)

1. 芯線と、
   前記芯線を覆うＣｕ，Ｚｎ，Ｃｏを含む被覆層とを有し、
   前記被覆層の表面から半径方向の内部に深さ１５ｎｍまでの表層の組成が、Ｃｕ：６０ａｔ％以上６９ａｔ％未満、Ｃｏ：０．５ａｔ％以上５．０ａｔ％以下であることを特徴とするゴム補強用金属線。
2. 前記被覆層は、Ｃｕを６０ａｔ％以上７５ａｔ％以下含有する真鍮であることを特徴とする請求項１に記載のゴム補強用金属線。
3. 前記被覆層全体の組成が、Ｃｕ：６０ａｔ％以上７５ａｔ％以下、Ｃｏ：１．０ａｔ％以上７．０ａｔ％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のゴム補強用金属線。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のゴム補強用金属線と、
   前記ゴム補強用金属線を覆うゴム層とを有するタイヤ。
5. 芯線にＣｕを６０ａｔ％以上７５ａｔ％以下含有する被覆層を形成し、
   前記被覆層の表面から半径方向の内部に深さ１５ｎｍまでの表層の組成が、Ｃｕ：６０ａｔ％以上６９ａｔ％未満、Ｃｏ：０．５ａｔ％以上５．０ａｔ％以下となるように、前記鋼線に５００℃以上６５０℃以下の温度で、５秒以上の熱処理を施すことを特徴とするゴム補強用金属線の製造方法。