JP2014019302A - 弾性クローラ - Google Patents

Abstract

【課題】初期状態及び湿熱劣化状態において、優れたコード接着性及びゴム耐破壊強度を発揮させる。
【解決手段】弾性クローラの抗張体における抗張力コードとして、芯線の表面に銅、亜鉛、コバルトからなる３元メッキ層を形成したメッキ素線を撚り合わせたスチールコードが用いられる。３元メッキ層の組成は、銅６０〜７５ａｔ％、コバルト０．１〜５．０ａｔ％である。抗張体のトッピングゴムは、ゴム中に有機酸コバルト塩を含まない。
【選択図】図２

Description

本発明は、抗張力コードのトッピングゴムとの接着性、特に湿熱接着性を向上させた弾性クローラに関する。

農業機械や建設機械等の走行部に採用されるクローラ式走行装置は、例えば駆動輪（スプロケット）、アイドラ及び複数の転輪等に周回可能に巻装される無端帯状の弾性クローラを具える。この弾性クローラでは、ゴム弾性材からなる無端帯状のクローラ本体の内部に、クローラ巾方向に並ぶ複数本の抗張力コードからなる抗張体を埋設しており、又前記抗張力コードとして、スチールコードが採用されている（例えば下記の特許文献１参照。）。

他方、弾性クローラでは、走行時、前記抗張力コード（スチールコード）と周囲ゴムとの界面に大きな剪断力が生じるため、抗張力コードと周囲ゴムとの間に剥離損傷が発生しやすい。従って、特に弾性クローラでは、抗張力コードと周囲ゴムとの間に強固な接着性が要求される。

ここで、スチールコードでは、ゴムとの接着性を高めるために、一般に、コード側にはブラスメッキ（ＣｕとＺｎの２元メッキ）が施されるとともに、ゴム側には有機酸コバルト塩が配合されている。

ブラスメッキ層とゴムとの接着性は、加硫時、ゴム中に配合された硫黄（Ｓ）と、ブラスメッキ層中の銅（Ｃｕ）とが架橋反応して結合し、ブラスメッキ層とゴムとの間に接着反応層（ＣｕＳ層）が形成されることにより発現される。しかしブラスメッキでは、加硫初期の接着性（初期接着性という場合がある。）は良好であるものの、高温高湿の湿熱環境下においては、接着性（湿熱接着性という場合がある。）が低下する。これは、湿熱環境下ではブラスメッキ内の銅がゴム中に溶出し易くなり、溶出した銅が接着反応層（ＣｕＳ層）中の架橋密度を低下させるためと考えられる。そこで、銅の溶出を抑えて湿熱接着性を改善するために、ゴム中に有機コバルト塩が配合されている。

しかし有機コバルト塩は高価であり、又引っ張り破断性等のゴム物性を低下させるなどゴム劣化を招く傾向がある。そのためその配合量には制限があり、湿熱接着性を充分に高めることはできなかった。

特開２００４−２５０８２７号公報

そこで本発明は、スチールコードに、銅及びコバルトの含有量を所定範囲に規制した特定の３元メッキを施し、かつ周囲ゴムから有機コバルト塩を削除することを基本として、初期接着性および湿熱接着性の双方を高レベルで確保しながら、劣化によるゴムの破断性等の低下を抑えて耐久性を向上しうる弾性クローラを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本願請求項１の発明は、ゴム弾性材からなる無端帯状のクローラ本体と、このクローラ本体の内部に埋設される抗張体とを具え、しかも前記抗張体が、クローラ周方向に連続してのびる複数本の抗張力コードをクローラ巾方向に並列させたコード配列体と、このコード配列体を被覆するトッピングゴムとからなる弾性クローラであって、
前記抗張力コードとして、芯線の表面に銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、コバルト（Ｃｏ）からなる３元メッキ層を形成したメッキ素線を撚り合わせたスチールコードが用いられるとともに、
前記３元メッキ層は、メッキ厚さが５０〜１５０ｎｍ、かつ組成が銅（Ｃｕ）：６０〜７５ａｔ％、コバルト（Ｃｏ）：０．１〜５．０ａｔ％であり、
しかも前記トッピングゴムは、ゴム中に有機酸コバルト塩を含まないことを特徴としている。

本発明は叙上の如く、抗張力コードを構成するメッキ素線の表面に、銅、亜鉛、コバルトからなる３元メッキ層を形成している。そして、前記３元メッキ層における銅の濃度を６０〜７５ａｔ％、コバルトの濃度を０．１〜５．０ａｔ％とするとともに、トッピングゴムから有機酸コバルト塩を削除している。このように、銅の濃度を相対的に高めることにより、加硫中に形成される接着反応層における銅と硫黄との架橋密度を相対的に高めることができ、初期接着性を向上させうる。

又メッキ層中にコバルトが含まれるため、トッピングゴムに有機酸コバルト塩を含有させることなく、メッキ層からの銅の溶出を抑えることができ、湿熱接着性を改善しうる。又トッピングゴムに有機酸コバルト塩が含有されないことにより、ゴム劣化によるゴム破断性等の低下を抑制でき、弾性クローラの耐久性を向上することができる。

本発明の弾性クローラが装着された走行車両の一部を示す正面図である。 （Ａ）は駆動輪を概念的に示す斜視図、（Ｂ）は弾性クローラを駆動輪とともに示す部分断面図である。 弾性クローラを転輪とともに示す部分断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は抗張力コード及びそのストランドを示す拡大断面図である。 メッキ素線を示す拡大断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は、本発明に係る弾性クローラ１が装着された走行車両２の一部を示す正面図であって、前記走行車両２は、車体の両側に、それぞれ駆動輪３、アイドラ４、及び複数の転輪５を具える。

前記駆動輪３は、車両進行方向の一方側端（本例では前方側端）に設けられるとともに、この駆動輪３は、路面Ｓからの突起乗り上げ性を高めるために、路面Sから上方に離れた位置に配される。本例の駆動輪３は、図２に概念的に示すように、中心軸６の両端に取り付く一対の車輪部７を具える。各車輪部７は、前記中心軸６に同心に固着する円盤状の側板部７Ａと、この側板部７Ａの外周縁から軸方向外側に折れ曲がる円筒状のフランジ部分７Ｂとを具える。又前記側板部７Ａ、７Ａ間には、弾性クローラ１に設ける突起部８と噛合して、弾性クローラ１に動力を伝える複数の係合ピン９が、周方向に等間隔を隔てて掛け渡される。

前記アイドラ４は、車両進行方向の他方側端（本例では後方側端）に設けられ、弾性クローラ１の周回移動に伴い、従動回転する。

前記転輪５は、弾性クローラ１を路面Ｓに押し付けながら、該弾性クローラ１を駆動輪３とアイドラ４との間で周回移動可能に案内する。これにより前記走行車両２を走行させうる。この転輪５は、本例では、図３に示すように、軸方向両側に位置し弾性クローラ１を路面Ｓに押し付ける大径な押付け面部５Ａと、軸方向中央側に位置し走行時に弾性クローラ１の前記突起部８との衝合を避ける小径な凹部５Ｂとを具える。

次に、前記弾性クローラ１は、図３に示すように、ゴム弾性材からなる無端帯状のクローラ本体１０と、このクローラ本体１０の内部に埋設される抗張体１１とを含んで構成される。

前記クローラ本体１０の内周面１０Ｓｉには、複数の突起部８が突設される。この突起部８は、前記駆動輪３に設ける前記係合ピン９と噛合して前記駆動輪３からの動力を伝えるものであり、前記係合ピン９と等ピッチでクローラ周方向に隔設される。本例では、前記突起部８が、四角錐台形状をなすものが例示されている。しかし、これに限定されるものではなく、例えば前記駆動輪３にスプロケット状、或いは歯車状の歯溝部を形成し、クローラ本体１０の突起部８を、前記歯溝部に噛合する歯部状に形成する等、自在に形成することができる。

前記突起部８は、本例では前記クローラ本体１０と同じゴムで形成される。しかし、例えばこのクローラ本体１０よりもゴム弾性率が大な高弾性のゴムで形成することもでき、又この突起部８に、ゴム中に短繊維を配合した短繊維配合ゴムを用いて強化することもできる。なお図中の符号１２は、クローラ本体１０の外周面１０Ｓｏから突出するラグリブであって、クローラ巾方向にのびることにより、路面Ｓとのグリップ性能を高める。

次に、前記抗張体１１は、クローラ周方向に連続してのびる複数本の抗張力コード１３をクローラ巾方向に並列させたコード配列体と、このコード配列体を被覆するトッピングゴム１４とから形成される。

又前記抗張力コード１３は、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、複数本のメッキ素線１５を互いに撚り合わせたスチールコードから形成される。本例では、前記抗張力コード１３として、１９本のメッキ素線１５を撚り合わせたストランド１６の７本を、さらに撚り合わせた７×１９構造の場合が例示されるが、これに限定されるものではない。

又各前記メッキ素線１５は、図５示すように、鋼線等からなる芯線１５Ａと、その表面を被覆する銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、コバルト（Ｃｏ）からなる３元メッキ層１５Ｂとから構成される。前記芯線１５Ａには、直径が０．１ｍｍ〜０．３ｍｍのものが好適に使用しうる。そして前記３元メッキ層１５Ｂでは、メッキ厚さＴが５０〜１５０ｎｍの範囲、かつメッキ層全体の組成が、銅６０〜７５ａｔ％、コバルト０．１〜５．０ａｔ％の範囲であり、これら銅、亜鉛、コバルトは、熱拡散処理によって、メッキ層全体に亘って均一に拡散しているのが好ましい。

ここで、前記銅の含有量が６０ａｔ％を下回ると、接着反応層におけるの銅と硫黄との架橋密度を充分に高めることが難しくなり、初期接着性及び湿熱接着性の双方が不十分なものとなる。逆に７５ａｔ％を上回ると、湿熱環境下での銅の溶出を、コバルトによっても充分抑えることが難しくなり、ゴム劣化を招いてタイヤの耐久性を低下させる傾向となる。

前記コバルトの含有量が０．１ａｔ％を下回ると、熱湿接着性の低下を招き、逆に５．０ａｔ％を上回る場合、３元メッキ層１５Ｂが硬いため、伸線加工中にクラックを招くなど伸線加工効率を低下させる。このような観点から、銅の含有量の下限は６０ａｔ％以上が好ましく、上限は７５ａｔ％以下が好ましい。又コバルトの含有量の下限は０．１ａｔ％以上が好ましく、上限は５．０ａｔ％以下が好ましい。

又メッキ厚さＴが５０ｎｍを下回ると、接着反応層が薄くなって初期接着性及び湿熱接着性が低下し、又１５０ｎｍを超えてメッキ厚さが増すと、初期接着性には大きな影響はないが、湿熱接着性が悪化する。なおメッキ厚さＴがばらつく場合には、その平均厚さを５０〜１５０ｎｍの範囲とする。

このようなメッキ素線１５は、伸線加工前の芯線に、銅層→コバルト層→亜鉛層の順、又は銅層→亜鉛層→コバルト層の順、又は銅層→亜鉛とコバルトの合金層の順で電気メッキを行い、しかる後、例えば温度５００〜６５０℃、時間５〜２５秒の熱処理によって拡散させる。この時の熱処理（熱拡散）前の、銅層、コバルト層、亜鉛層の形成量を、電気メッキの処理時間や電流密度を調整することで、前記３元メッキ層１５Ｂを得ることができる。しかる後、所望の線径となるように伸線加工を施すことで、前記メッキ素線１５が形成される。

次に、前記トッピングゴム１４ではゴム成分中に硫黄を含む。硫黄としては、ゴム工業において加硫剤として一般的に用いられる硫黄を用いることができる。前記硫黄は、ゴム成分１００質量部に対して４〜８質量部（ｐｈｒ）配合するのが好ましく、４質量部を下回ると、接着反応層におけるの銅と硫黄との架橋密度を充分に高めることが難しくなって、初期接着性及び湿熱接着性の双方が不十分なものとなる。逆に８質量部を超えると、ブルーミングにより隣接部材との粘着性の悪化を招くとともに、硫黄を均一に分散させることが難しくなり、ゴム練りに時間を要するなどゴム生産性を低下する。

又前記ゴム成分としては、接着性に優れかつ破断強度を向上しうるという観点から天然ゴム（ＮＲ）が採用される。又前記トッピングゴム１４には、前記硫黄に加え、例えば補強剤（カーボンブラック、シリカ等）、加硫促進剤、ワックス、老化防止剤などの周知のゴム用の添加剤を適宜配合することができる。

しかし本発明では、３元メッキ層１５Ｂを採用することにより、メッキ層からの銅の溶出が抑えられる。そのため、有機酸コバルト塩はトッピングゴム１４には配合されない。これにより有機酸コバルト塩に起因するトッピングゴム１４の劣化を抑制でき、ゴム破断性等が低下して弾性クローラ１の耐久性が減じるのを抑えることが可能になる。

なお前記トッピングゴム１４とクローラ本体１０の残部のゴムとは、本例では、組成の異なるゴムで形成されるが、同じゴムで形成することもできる。

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。

本発明の効果を確認するため、表１に示す仕様の抗張力コード（スチールコード）の配列体の両面を、表２のゴム組成を有する未加硫のゴムシート（トッピングゴム）で挟み込み、圧接状態で加熱加硫（１５０℃、３０分）することで、弾性クローラ用の抗張体のテストサンプルを試作した。そして各テストサンプルにおけるコード接着性、及びゴム破壊強度をテストし、その結果を表１に記載した。表１に記載以外は実質的に同仕様である。

なお前記抗張力コードのメッキ組成は、抗張力コードをアルカリ溶液に浸漬してメッキを溶解させ、その溶解液をＩＣＰ発光分光分析或いは原子吸光分析してＣｕ、Ｚｎ、Ｃｏの濃度を測定するとともに、その濃度の合計を１００として原子％を求めた。なお他の方法として、蛍光Ｘ線分析、ＳＥＭ−ＥＤＳ分析によりＣｕ、Ｚｎ、Ｃｏの原子％を求めることもできる。

またメッキ厚さは、メッキ素線の横断面を、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）、ＴＥＭ（透過電子顕微鏡）等で観察し、メッキ表面が平滑な部分の５箇所でメッキ厚さ測定し、その平均厚さとして求めた。

（１）コード接着性：
剥離試験機を用い、前記サンプルを、その一端側から、ゴム／コードの界面に沿って５０ｍｍ／ｍｉｎの速度で剥離した。そして、その時の剥離抗力を測定し、比較例１の剥離抗力を１００とする指数（剥離指数）で評価した。数値が大なほど接着性に優れている。

（２）ゴム破壊強度
表２のゴム組成物を加熱加硫（１５０℃、３０分）して得たサンプル（３号ダンベル）を用い、ＪＩＳＫ６２５１に準じて引張り試験を実施し、破断強度（ＴＢ）と破断時伸び（ＥＢ）（％）とを測定した。そして、ＴＢ×ＥＢ／２の数値を耐破壊強度とし、比較例１の耐破壊強度を１００とする指数（破壊強度指数）で評価した。数値が大なほどゴムの耐破壊強度に優れている。

なお初期のコード接着性、ゴム破壊強度は、加硫後のサンプルを常温・常湿（温度２０℃、相対湿度５０％）で自然冷却させた後のサンプルに対して、上記のテストを行っている。

又湿熱150hのコード接着性、ゴム破壊強度は、加硫後のサンプルを常温・常湿で自然冷却させた後、温度８０℃、相対湿度９５％のオーブン内で１５０時間放置して湿熱劣化させた。そしてこの湿熱劣化サンプルに対して、上記のテストを行っている。

又湿熱300hのコード接着性は、加硫後のサンプルを常温・常湿で自然冷却させた後、温度８０℃、相対湿度９５％のオーブン内で３００時間放置して湿熱劣化させた。そしてこの湿熱劣化サンプルに対して、上記のテストを行っている。

表１に示すように、実施例品は、初期状態及び湿熱劣化状態において、優れたコード接着性、及びゴム耐破壊強度を発揮でき、弾性クローラとしての耐久性を向上しうるのが確認できる。

１ 弾性クローラ
１０ クローラ本体
１１ 抗張体
１３ 抗張力コード
１３Ｒ コード配列体
１４ トッピングゴム
１５ メッキ素線
１５Ａ 芯線
１５Ｂ ３元メッキ層

Claims (1)

1. ゴム弾性材からなる無端帯状のクローラ本体と、このクローラ本体の内部に埋設される抗張体とを具え、しかも前記抗張体が、クローラ周方向に連続してのびる複数本の抗張力コードをクローラ巾方向に並列させたコード配列体と、このコード配列体を被覆するトッピングゴムとからなる弾性クローラであって、
   前記抗張力コードとして、芯線の表面に銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、コバルト（Ｃｏ）からなる３元メッキ層を形成したメッキ素線を撚り合わせたスチールコードが用いられるとともに、
   前記３元メッキ層は、メッキ厚さが５０〜１５０ｎｍ、かつ組成が銅（Ｃｕ）：６０〜７５ａｔ％、コバルト（Ｃｏ）：０．１〜５．０ａｔ％であり、
   しかも前記トッピングゴムは、ゴム中に有機酸コバルト塩を含まないことを特徴とする弾性クローラ。

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