JP2014185360A - スチールワイヤの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ゴムとの接着性に優れたスチールコードを構成するスチールワイヤを、低コストかつ高い生産性を以て製造する方法を提供する。
【解決手段】ワイヤの周面にブラスめっきを施したスチールワイヤに伸線加工を施し、次いで該スチールワイヤの表面を金属塩の水溶液に浸漬した後、スチールワイヤの表面に空気を吹き付け、該吹き付けによりスチールワイヤから除去された水溶液を回収することを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、空気入りタイヤ等の補強材として用いられるスチールワイヤに関し、特に、ゴムとの接着性に優れたスチールコードを構成するスチールワイヤを低コストかつ高い生産性を以て製造する方法に関するものである。

ゴム物品の典型例である空気入りラジアルタイヤでは、そのベルトやカーカスに、スチールワイヤの複数本を撚り合わせてなる、またはスチールワイヤの単線からなる、スチールコードをゴムで被覆したスチールコード−ゴム複合体を適用することにより、ゴムの補強を図っている。ここで、スチールコードをタイヤの補強材として活用するためには、このスチールコードを被覆ゴムと確実に接着させる必要がある。

そのため、スチールワイヤに対してブラスめっきを施して硫黄を配合したゴム組成物に埋設し、加熱加硫時にゴムの加硫と同時に接着させる、いわゆる直接加硫接着が広く用いられており、この直接加硫接着におけるスチールコードとゴムとの接着性を向上させるために、様々な検討が行われてきた。例えば、ゴムとの接着性を確保するために、ブラスめっきにおける銅と亜鉛の割合やめっき厚を適正化すること等が検討され、これらに関する一定の知見が確立している。

こうした知見に基づいて適正化されたブラスめっきを、スチールコードを構成するワイヤに施すことによって、ゴムとの接着性は改善されるが、それでもなお、接着相手であるゴムに対して種々の条件が要求されていた。例えば、タイヤを一定の時間内に加硫成形するには、コードとゴムとの接着速さやそれらの完全な結合により充分な接着力を確保することが求められる。すなわち、いわゆる初期接着性が要求されるため、ゴム中に接着促進剤としてコバルト塩やニッケル塩を相当の割合で添加することや、硫黄を高い比率で配合すること等が必要となる。

しかしながら、ゴムにコバルト塩を配合した場合、コバルトを配合してないゴム対比、ゴム劣化や耐亀裂成長性といった物性に大きな問題がある。そこで、ゴムの組成調整ではなく、ゴムの接着相手である、コードを構成するワイヤについても種々の提案がなされている。

例えば、特許文献１には、銅合金めっきが施されたスチールワイヤの表面を酸性あるいはアルカリ性水溶液で洗浄し、スチールワイヤの製造時に使用される潤滑剤に含まれる、接着反応を阻害する燐化合物を取り除くことによって、ゴムとの接着性を向上させる技術が記載されている。しかし、用いる前処理溶液が酸性およびアルカリ性溶液であり、環境上好ましくない上、製造プロセスを考えた場合に安全性が問題になる場合がある。

そこで、特許文献２には、ブラスめっきが施されたスチールワイヤに対して伸線加工を施した後、該スチールワイヤの表面を、遷移金属を塩として含む水溶液にて洗浄することにより、環境負荷が少なく、製造プロセス上安全にゴムとの初期接着性に優れたスチールワイヤを製造する技術について記載されている。

特開２００１−２３４３７１号公報 特開２００９−９１６９１号公報

しかしながら、特許文献２に記載された方法では、洗浄処理の速度を上げると、スチールコードとともに処理槽外部に持ち出される水溶液が多くなり、水溶液の消費量が増えてコストが増加する問題がある。これに伴い、コードに多量に付着した水溶液を乾燥させるために要する時間も増え、生産性が低下することも問題となっていた。これらの問題は、特に、複数のスチールワイヤを撚り合わされたスチールコードの場合に顕著であり、これらの問題を解決するための方途が希求されていた。
そこで、本発明の目的は、ゴムとの接着性に優れたスチールコードを構成するスチールワイヤを、低コストかつ高い生産性を以て製造する方法を提供することにある。

発明者は、上記課題を解決する方途について鋭意検討した結果、洗浄用の金属塩水溶液が過剰に付着したスチールワイヤに空気を吹き付け、除去された水溶液を回収して再利用することが有効であることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）ワイヤの周面にブラスメッキを施したスチールワイヤに伸線加工を施し、次いで該スチールワイヤの表面を金属塩の水溶液に浸漬した後、前記スチールワイヤの表面に空気を吹き付け、該吹き付けにより前記スチールワイヤから除去された前記水溶液を回収することを特徴とするスチールワイヤの製造方法。

（２）前記空気の吹き付けはエアナイフにより行う、前記（１）に記載の製造方法。

（３）前記エアナイフからの空気の流速は１０ｍ／秒以上７０ｍ／秒以下である、前記（１）または（２）に記載の製造方法。

（４）前記空気の温度は２０℃以上８０℃以下である、前記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の製造方法。

（５）前記金属塩は、コバルトイオンまたはナトリウムイオンを含む、前記（１）〜（４）のいずれか一項に記載の製造方法。

（６）前記水溶液のｐＨは５．８以上７．０以下である、前記（１）〜（５）のいずれか一項に記載の製造方法。

（７）前記スチールワイヤの前記水溶液への浸漬は、前記スチールワイヤの複数本を撚り合わせた後に行う、前記（１）〜（６）のいずれか一項に記載の製造方法。

本発明によれば、スチールワイヤに過剰に付着した洗浄用の金属塩水溶液を、高速の空気を吹き付けて除去するため、スチールワイヤの乾燥工程に要する時間を低減して生産性を高めることができる。
また、上記空気の吹き付けにより除去された水溶液を洗浄に再利用するため、生産性を高めることができる。

以下、本発明について具体的に説明する。
まず、スチールワイヤに対して伸線工程を施す。ゴム物品の補強に供するスチールワイヤは、例えば径が５ｍｍ程度のブラスめっきを施した線材に伸線加工を施して製造されるのが一般的である。この製造プロセスにおいては、最終伸線工程においては、液体潤滑剤中に配置した２０パス程度のダイスを用いて細線化を行っている。この最終伸線工程では、コードとダイスとの間に極圧が発生し、温度が非常に高くなることから、極圧かつ高温状態での潤滑性を確保するために、リン酸をベースとする潤滑剤を用いるのが通例である。

この潤滑剤は、伸線加工中にワイヤの表面と反応して、潤滑皮膜層、すなわちリン酸化合物層を形成し、極圧高温条件の下での入力を緩和し、ワイヤの量産を可能にしている。従って、スチールワイヤの製造プロセス上、ワイヤのめっき中にリン酸が取り込まれることは避けられない。このリン酸化合物層がめっき表面に存在すると、ブラスめっき中の銅がゴム側に拡散し、硫化銅を形成して接着が行われる接着反応を阻害してしまう。

また、銅と亜鉛との合金であるブラスめっきを施すと、経時的に表面が酸化されて酸化亜鉛が生成し、この酸化亜鉛層もまた、リン酸化合物層と同様に、接着反応を阻害することになる。

従って、ゴムとの接着を行う前に、めっきの表面からリン酸化合物層や酸化亜鉛層を除去することが、ゴムとの接着性を高めるのに有効になる。そのためには、伸線後のスチールワイヤの表面に対して、リン酸化合物層や酸化亜鉛層を除去するための洗浄処理を施すことが重要となる。

こうしたことから、特許文献１には酸性またはアルカリ性水溶液を用いて洗浄する技術が提案され、また、特許文献２には、環境の点を考慮して遷移金属塩の水溶液を用いた洗浄処理技術が提案されたのである。

しかし、上述のように、伸線加工が施された後のスチールワイヤを洗浄用の金属塩水溶液中に浸漬するに当たって、洗浄処理の速度を増加させると、多量の水溶液が処理槽外に持ち出され、また、ワイヤに付着した水溶液を乾燥するために要する時間が増え、コストの上昇や生産性の低下を招いていたのである。

そこで、本発明においては、スチールワイヤを金属塩の水溶液に浸漬して洗浄した後、スチールワイヤに対して高速の空気を吹き付ける。これにより、スチールワイヤに過剰に付着した多くの金属塩水溶液が除去されるため、スチールワイヤの乾燥工程に要する時間を低減することができる。

また、空気の吹き付けにより除去された金属塩水溶液は、回収して洗浄処理に再利用するため、水溶液のコストを低減することができる。こうして、ゴムとの接着性に優れたスチールコードを構成するスチールワイヤを、低コストかつ高い生産性を以て製造することができるようになる。以下、洗浄用の金属塩水溶液およびスチールワイヤへの空気の吹き付けの要件について説明する。

スチールワイヤを浸漬する水溶液は、金属塩の水溶液であり、具体的には、ナトリウムイオン、カルシウムイオン、コバルトイオンを含む金属塩の水溶液とする。好ましくはナトリウムイオンまたはコバルトイオンを含む金属塩の水溶液であり、より好ましくは酢酸ナトリウムまたは酢酸コバルトの水溶液、あるいはこれらの混合液である。

また、金属塩水溶液の濃度は０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上１ｍｏｌ／Ｌ以下とする。これは０．０１ｍｏｌ／Ｌ未満の場合には、スチールコードからの夾雑物によって目的のｐＨ状態を維持できないためであり、１ｍｏｌ／Ｌを超える場合には、スチールコード表面の金属イオン濃度が過多となり、接着に悪影響を及ぼすためである。

さらに、水溶液のｐＨは５．８以上７．０以下とすることが好ましい。これにより、ゴムとの高い接着性を維持することができる。また、水溶液が中性領域に入るため、環境に与える負荷が少なくなる上、製造時における使用者への暴露に対する安全性および試薬安全性を確保することもできる。

なお、浸漬時間は水溶液の濃度に応じて適宜設定すればよく、例えば酢酸コバルト含有水溶液の場合は、０．１ｍｏｌ／Ｌの濃度の場合、洗浄時間は２秒以上２０秒以下とすることが好ましい。

また、この浸漬処理は、複数本のスチールワイヤを撚り合わせてスチールコードとした後に行うことができる。上記した金属塩水溶液が除去効果および乾燥工程に要する時間の低減効果は、スチールコードが複数のスチールワイヤを撚り合わせてなる場合により大きい。

次に、スチールワイヤへの空気の吹き付けの要件について説明する。上述のように、スチールワイヤへ高速の空気を吹き付けることにより、スチールワイヤに過剰に付着した洗浄用の金属塩水溶液を除去する。ここで、スチールワイヤへの空気の流速は、水溶液の除去効果の点から、１０ｍ／秒以上とする。また、流速を高めるほど、水溶液の除去効果は高いが、ワイヤを撓めたり歪めたりさせて装置からワイヤが外れ内容にする点から、７０ｍ／秒以下とする。好ましくは、２０ｍ／秒以上６０ｍ／秒以下である。なお、本発明における「空気の流速」とは、スチールワイヤに当たった時点での空気の流速を意味する。

また、吹き付ける空気の温度は、２０℃以上８０℃以下とする。これは２０℃未満では、乾燥効率が落ちるためであり、８０℃を超えるとスチールワイヤ表面での好ましくない反応が起きるためである。

ここで、上記空気の吹き付けは、例えばエアナイフによって行うことができる。このエアナイフは、内部に設けられたチャンバーに圧縮空気を瞬時に充満させて細長い隙間から吐き出し、圧縮空気が周囲の空気を引き込むことによって、高速の空気を吹き出すことができる。

空気の吹き付けにエアナイフを用いた場合、エアナイフの空気の吐出口とスチールワイヤとの距離は、スチールワイヤに対して空気を上で規定した流速で吹き付けることができれば特に限定されないが、近すぎる場合には、エアナイフからはき出された空気が周囲の空気を効率的に引き込むことができず、金属塩水溶液を吹き飛ばす効果が弱くなること、および離れすぎると、エアナイフからはき出された空気が広がって流速が低下し、金属塩水溶液を吹き飛ばす効果が弱くなることから、好ましくは２〜１５ｃｍ、より好ましくは３〜１２ｃｍとする。

その後、必要に応じて、例えばドライヤーを用いて、スチールワイヤに付着した水溶液を乾燥させる。

こうして、ゴムとの接着性に優れたスチールコードを構成するスチールワイヤを低コストかつ高い生産性を以て製造することができる。

（発明例１〜３）
以下、本発明の実施例について説明する。
まず、太さ：１．８ｍｍのスチールワイヤを用意し、このスチールワイヤに対して、組成がＣｕ：６３質量％、Ｚｎ：３７質量％のブラスめっきを１．５μｍ施した。次いで、このスチールワイヤを３本撚り合わせて１×３構造のスチールコードを作製した。続いて、作製したコードを、濃度：０．１ｍｏｌ／Ｌ、ｐＨ：６．６に調整された酢酸ナトリウム水溶液に浸漬させた。その際、スチールコードの処理速度は５０ｍ／分であり、スチールコードと酢酸ナトリウム水溶液との接触時間は３秒とした。その後、エアナイフにより、スチールコードに対して空気を吹き付けた。また、空気の流速は１０ｍ／秒（発明例１）、
５０ｍ／秒（発明例２）、７０ｍ／秒（発明例３）とした。この空気の吹き付けにより除去した水溶液を回収した。

（比較例１〜３）
発明例と同様に、スチールコードを製造した。ただし、比較例１は、エアナイフによりスチールワイヤに対して空気の吹き付けを行わなかった。また、比較例２および３は、吹き付ける空気の流速をそれぞれ９ｍ／秒、７１ｍ／秒とした。

＜ゴム物性の評価＞
発明例および比較例の各スチールコードを平行に並べ、このスチールコードを上下両側カル赤くゴム組成物でコーティングして、これを表１に記載の条件で加硫し、サンプルを作製した。各サンプルの下記の各接着性について、ＡＳＴＭ Ｄ−２２２９に準拠して、各サンプルからスチールコードを引き抜き、ゴムの被覆状態を観察し、０〜１００％で表示して各接着性の指標とした。

表１から明らかなように、発明例１〜３は、エアナイフにより過剰に付着した金属塩水溶液を除去しない比較例１と同程度の初期接着性および接着劣化性を有する一方、処理時間については、乾燥工程に要する時間が発明例１〜３は、比較例１に対して短縮されており、ワイヤ製造の生産性を向上させることができた。また、比較例３は、ワイヤが装置から外れて、ワイヤの製造を続けることができなかった。

＜金属塩水溶液の回収量＞
表１から明らかなように、発明例１〜３は、比較例１および２に対して、回収された水溶液の量を大きく増加させることができた。これにより、洗浄に使用する金属塩水溶液のコストを低減することができた。

Claims (7)

1. ワイヤの周面にブラスメッキを施したスチールワイヤに伸線加工を施し、次いで該スチールワイヤの表面を金属塩の水溶液に浸漬した後、前記スチールワイヤの表面に空気を吹き付け、該吹き付けにより前記スチールワイヤから除去された前記水溶液を回収することを特徴とするスチールワイヤの製造方法。
2. 前記空気の吹き付けはエアナイフにより行う、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記エアナイフからの空気の流速は１０ｍ／秒以上７０ｍ／秒以下である、請求項１または２に記載の製造方法。
4. 前記空気の温度は２０℃以上８０℃以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の製造方法。
5. 前記金属塩は、コバルトイオンまたはナトリウムイオンを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造方法。
6. 前記水溶液のｐＨは５．８以上７．０以下である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の製造方法。
7. 前記スチールワイヤの前記水溶液への浸漬は、前記スチールワイヤの複数本を撚り合わせた後に行う、請求項１〜６のいずれか一項に記載の製造方法。