JP2014519435A - 高強度の錫青銅めっきビードワイヤ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明の高強度の錫青銅めっきビードワイヤは、表面に少なくとも２つのめっき層が形成されたワイヤマトリックスを含み、めっき層の錫含有量は内から外へ向かって層ごとに低減していく。ワイヤマトリックスの表面のめっき層は錫含有量が高い。このため、めっき層とワイヤマトリックスとの粘着力が大きくなる。また、錫含有量の高いめっき層は、ワイヤマトリックスを腐食から保護する。めっき層では、内から外へと錫含有量が次第に低減し、めっき層同士は緊密に結びついている。一番外層にある錫含有量の一番低いめっき層は、タイヤゴムに対して強い粘着力がある。このため、本ビードワイヤでは、めっき層にあるワイヤマトリックスが錆びないだけでなく、ビードワイヤとタイヤゴムとの間で強い粘着力が保証される。このため、走行中のタイヤが、大きな引張力、圧縮力、捻り力及び遠心力などに耐えられるようになり、自動車の安全な運転を保証することができる。
【選択図】図１

Description

本発明はワイヤに関し、特にビードワイヤに関する。また、前記ビードワイヤの製造方法に関する。

自動車の軽量化・高速化の進展に伴い、自動車の重要な部品であるラジアルタイヤについても、高速化・省エネ化・軽量化・長距離運転化などへの要求が高まっている。自動車の走行中に、ラジアルタイヤは、引張力、圧縮力、捻り力及び遠心力などの力に耐えなければならない。このため、ラジアルタイヤのフレーム材の１つとしてのビードワイヤの品質の優劣は、直接タイヤの品質に影響を与える。現在、一番よく使われているビードワイヤは、錫青銅めっきによって強化されたワイヤである。スキーズで製造されたラジアルタイヤは、ビードワイヤによって、リムに緊密に締め付けられている。

自動車が走行しているときには、タイヤのビードや、ビードの縁には非常に大きな力が作用する。このため、ビードを構成するフレーム材、すなわちビードワイヤとタイヤゴムとの粘着力が十分でなければ、ビードによる締め付けが緩み、タイヤが破裂したり、交通事故を招いたりするおそれがある。

実際、ビードワイヤとタイヤゴムとの粘着力の大きさは、直接にタイヤの品質に繋がる。ビードワイヤの生産工程において、ビードワイヤの表面の光沢はワイヤとタイヤゴムとの粘着力を非常に低くさせる。現在、ビードワイヤの製造業界では、低錫青銅を主成分として、ワイヤの表面に錫青銅をめっきし、ワイヤの表面の錫青銅めっき層によってビードワイヤとタイヤゴムとの粘着力を強めている。これにより、ワイヤとタイヤゴムを緊密に結び付け、ビードワイヤにタイヤフレーム材としての役割を果たさせる。ビードワイヤとタイヤゴムとの粘着力が強ければ強いほど、タイヤの安全性能が高くなる。しかし、低錫青銅でワイヤの陰極性めっき層を形成した場合、ワイヤマトリックスが一旦錆びはじめると、低錫青銅は腐蝕しないが、ワイヤマトリックスは速やかに腐蝕する。そうなると、めっき層は、ワイヤマトリックスを保護するという役割を失い、低錫青銅がワイヤマトリックスから剥がれ、ビードワイヤは引き続いて、自動車の走行中の引張力、圧縮力、捻り力及び遠心力に耐えるのが困難になる。その結果、ビードによる締め付けが緩み、タイヤが破裂したり、交通事故を招いたりすることになる。

本発明は、ワイヤマトリックスとの粘着力も、タイヤゴムとの粘着力も強い、高強度の錫青銅めっきビードワイヤを提供するという技術課題を解決しようとするものである。

前記技術課題を解決するために、本発明の技術方策は以下のとおりである。

高強度の錫青銅めっきビードワイヤであって、ワイヤマトリックスを含み、前記ワイヤマトリックスの表面には、少なくとも２つのめっき層があり、前記めっき層の錫含有量は内から外へと層ごとに低減していく。

特別に選択された技術方策として、一番内層にある前記めっき層の錫含有量は前記一番内層にあるめっき層の総重量の３．０％〜２０．０％を占め、残りは銅と避けられない不純物である。

特別に選択された技術方策として、一番外層にある前記めっき層の錫含有量は前記一番外層にあるめっき層の総重量の０．３％〜３．０％を占め、残りは銅と避けられない不純物である。

特別に選択された技術方策として、前記ワイヤマトリックスの表面には２つのめっき層があり、内めっき層の錫含有量は前記内めっき層の総重量の３．０％〜２０．０％を占め、外めっき層の錫含有量は前記外めっき層の総重量の０．３％〜３．０％を占める。

前記技術方策に係る高強度の錫青銅めっきビードワイヤは、表面に少なくとも２つのめっき層が形成されたワイヤマトリックスを含み、前記ワイヤマトリックスに形成された前記めっき層の錫含有量は、内から外へと層ごとに低減していく。ワイヤマトリックスの表面のめっき層は錫含有量が高い。このため、めっき層とワイヤマトリックスとの粘着力が大きくなる。また、錫含有量の高いめっき層は、ワイヤマトリックスを腐食させないように、保護することができる。内から外へと錫含有量が次第に低減し、めっき層同士は緊密に結びついている。一番外層にある錫含有量の一番低いめっき層は、タイヤゴムに対して強い粘着力がある。このため、本技術方策に係るビードワイヤでは、めっき層が形成されたワイヤマトリックスが錆びないだけでなく、ビードワイヤとタイヤゴムとの間で強い粘着力が保証される。このため、走行中のタイヤが、大きな引張力、圧縮力、捻り力及び遠心力などに耐えられるようになり、自動車の安全な運転を保証することができる。

本発明が解決するもう１つの技術課題は、高強度の錫青銅めっきビードワイヤの製造方法を提供することである。

前記技術課題を解決するための本発明の技術方策は以下のとおりである。

高強度の錫青銅めっきビードワイヤの製造方法は、ビードワイヤの製造ラインに沿って順に１つ以上の電気めっき槽を配置することを含み、前記電気めっき槽の後ろに１つ以上の化学めっき槽を配置し、前記ビードワイヤを、順に前記電気めっき槽と前記化学めっき槽に通す。前記電気めっき槽の数と前記化学めっき槽の数との和は、前記ビードワイヤのめっき層の数と同じである。

特別に選択された技術方策として、前記電気めっき槽で形成された前記めっき層の錫含有量は、前記めっき層の総重量の３．０％〜２０．０％を占める。前記化学めっき槽で形成された前記めっき層の錫含有量は、前記めっき層の総重量の０．３％〜３．０％を占める。

前記技術方策に係る高強度の錫青銅めっきビードワイヤの製造方法は、ビードワイヤの製造ラインに沿って順に１つ以上の電気めっき槽を配置することを含む。ビードワイヤの製造方法では、前記電気めっき槽の後ろに１つ以上の化学めっき槽を配置し、前記ビードワイヤを、順に前記電気めっき槽と前記化学めっき槽に通す。前記電気めっき槽の数と前記化学めっき槽の数との和は、前記ビードワイヤのめっき層の数と同じである。ビードワイヤは一回にして製造ラインにある電気めっき槽と化学めっき槽を通る。そのため、ビードワイヤの表面には、槽の数に対応する層数のめっき層が形成される。電気めっき槽と化学めっき槽にあるそれぞれの物質の濃度と含有量の比を調整することによって、ビードワイヤの表面に、内から外へと錫含有量が次第に低減していくめっき層を形成する。一番内層にあるめっき層は錫含有量が高く、ビードワイヤと緊密に結びつく。一番外層にあるめっき層の錫含有量は内層より低く、タイヤゴムに対して、強い粘着力をもつことが保証される。

本発明の実施例の構造見取り図である。 従来技術の構造見取り図である。 本発明に係る実施例の表面粗さを表すテストスペクトログラムを示す図である。 従来技術の表面粗さを表すテストスペクトログラムを示す図である。

以下、図面と実施例を参照して、より具体的に本発明について述べる。以下の詳細な説明において、ただ説明という形で、本発明の一実施例について述べる。勿論、本発明が属する技術分野の一般的な技術者は理解できるはずである。本発明は、本発明の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。そのため、本質的には図面も詳細な説明も、本発明を説明するためのものであり、特許請求の範囲の保護範囲を制限するものではない。

高強度の錫青銅めっきビードワイヤであって、ワイヤマトリックス１を含み、前記ワイヤマトリックス１の表面には少なくとも２つのめっき層があり、前記めっき層の錫含有量は内から外へと層ごとに低減していく。一番内層にある前記めっき層の錫含有量は前記めっき層の総重量の３．０％〜２０．０％を占め、残りは銅と避けられない不純物である。一番外層にある前記めっき層の錫含有量は前記めっき層の総重量の０．３％〜３．０％を占め、残りは銅と避けられない不純物である。

以下、２つのめっき層が形成されたワイヤマトリックス１を例にして、更に本発明について説明する。

図１に示すとおり、高強度の錫青銅めっきのビードワイヤは、ワイヤマトリックス１を含み、前記ワイヤマトリックス１の表面には、内から外へ向かって順に、内めっき層２と外めっき層３が形成されている。前記内めっき層２は重量比３．０％〜２０．０％の錫を含み、残りは銅と避けられない不純物である。前記外めっき層３は重量比０．３％〜３．０％の錫を含み、残りは銅と避けられない不純物である。

図２に示すとおり、従来のビードワイヤは、ワイヤマトリックス１と、ワイヤの表面にあるめっき層を有する。めっき層は、タイヤゴム４と緊密に結びつかなければならない。ビードワイヤとタイヤゴムとの間の粘着力の大きさは、結合力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３によって決められる。図２に示すとおり、従来のビードワイヤの外めっき層３では、この３つの結合力が技術的に制限され、十分な結合強度を実現することができない。このため、ビードワイヤとタイヤゴム４との粘着力の指標からは、十分な粘着強度を実現することができないことがわかる。

図１に示されるように、内めっき層２と外めっき層３が形成された本製品は、下記の利点を有する。

１．ワイヤマトリックス１と、ワイヤ表面のめっき層すなわち内めっき層２との緊密結合力Ｆ１が増加するだけではなく、内めっき層２と外めっき層３との結合力Ｆ２、外めっき層３とタイヤゴム４との結合力Ｆ３も増加する。結合力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３は互いに作用し、ビードワイヤとタイヤゴム４との間の粘着力の向上が実現する。その結果、タイヤの安全性能が向上する。
２．ビードワイヤの表面にあるめっき層については、めっき層を構成する元素を、タイヤ工場でのゴム配合比によって調整し、めっき層の多元化を実現させることができる。
３．ワイヤの表面粗さを向上させることによって、ワイヤ表面での粘着力が向上するだけではなく、ワイヤとタイヤゴム４との間の付着力が増加し、タイヤにおけるビードワイヤの抗酸化性、抗腐食性、抗老化性などの性能が高まる。
４．内めっき層２は緊密にワイヤマトリックス１の表面に付着する。そのため、ワイヤマトリックス１が腐食されないように保護される。外めっき層３の内表面と内めっき層２の外表面は緊密に結びつき、外めっき層３とタイヤゴム４とは強く接着される。このため、本技術方策におけるビードワイヤは、めっき層にあるワイヤマトリックス１が錆びないように保証されるだけではなく、ビードワイヤとタイヤゴム４との強固な接着も保証される。そのため、走行中のタイヤが、強い引張力、圧縮力、捻り力及び遠心力などの作用力に耐えられるようなり、自動車の安全な運転が保証される。

実験データに基づき、本発明のビードワイヤのめっき層と一般めっき層の粘着力の相違を説明する。

実験条件：硫化金型５０ｍｍ、硫化温度１５１℃、硫化時間4０ｍｉｎの条件の下、あるタイヤ工場のゴムを使い、同一実験条件下において、一般めっき層と本実施形態のめっき層に対して、粘着力実験を行った。実験データは下表のとおりである。実験データからは、多元素めっき層の粘着力は、一般めっき層の粘着力より、８０％以上も高いことがわかる。

本発明のビードワイヤのめっき層表面は、従来のビードワイヤのめっき層表面と比べ、より高い表面粗さを有する。以下、実験データに基づいて説明する。

実験検測計器：Automation Dr．ＳＪ-３０１表面粗さ測定計を用いた実験を行った。
実験条件：同じ仕様のワイヤを同じ旋盤を用いて引っ張り、一般めっき層と本発明の前記めっき層を形成した。
完成物を計測して比較した結果、多元素めっき層ワイヤの表面粗さは一般めっき層の表面粗さより大きくなった。図３と図４に示すとおり、本発明に係るめっき層のスペクトログラムの波動の方が大きいことがわかる。このため、本発明に係るめっき層の方が、より粘着力を高めることができ、ワイヤのゴム付き率を向上させることができるといえる。

以下、高強度の錫青銅めっきビードワイヤの製造方法について紹介する。

高強度の錫青銅めっきビードワイヤの製造方法は、ビードワイヤの製造ラインに沿って、順に１つ以上の電気めっき槽を配置することを含み、前記電気めっき槽の後工程に１つ以上の化学めっき槽を配置し、前記ビードワイヤを、順に前記電気めっき槽と前記化学めっき槽に通す。前記電気めっき槽の数と前記化学めっき槽の数との和は、前記ビードワイヤのめっき層の数と同じである。

前記電気めっき槽で形成された前記めっき層の錫含有量は、前記めっき層の総重量の３．０％〜２０．０％を占める。前記化学めっき槽で形成された前記めっき層の錫含有量は、前記めっき層の総重量の０．３％〜３．０％を占める。すなわち、ビードワイヤは、電気めっき槽で錫含有量の高い電気めっき層が形成される。ビードワイヤを基準に、これらの電気めっき層での錫含有量は、内から外へむかって低減し、一番内層の電気めっき層は、ビードワイヤと緊密に結びつき、各めっき層同士も緊密に結びつく。ビードワイヤは、化学めっき槽で、錫含有量の低い化学めっき層が形成され、同様に、これらの化学めっき層の錫含有量は、内から外へ向かって低減し、一番外層の化学めっき層にある錫含有量は、前記めっき層とタイヤゴムとの最強の粘着力を保証することを基準に決められる。

２つのめっき層を有するビードワイヤの例についての製造方法は、下記の工程を含む。

工程１：製造ラインに沿って、紫銅と錫を所定の比率で電気めっき槽に入れ、硫酸銅と硫酸亜錫を所定の比率で化学めっき槽に入れる。
工程２：製造ラインに沿って、表面がきれいなビードワイヤを、まず電気めっき槽に通し、ワイヤマトリックス１の表面に電気めっきを行う。これにより、錫含有量が３．０％以上の内めっき層２が形成される。
工程３：そして、電気めっきされたビードワイヤを、化学めっき槽に通し、内めっき層２の表面に化学めっきを行う。これにより、錫含有量が３．０％以下の外めっき層３が形成される。

高強度の錫青銅めっきビードワイヤの製造方法では、まずビードワイヤに電気めっきを行い、ワイヤマトリックス１の表面に内めっき層２を形成する。ワイヤマトリックス１の表面に付着している内めっき層２は、ワイヤマトリックス１を、腐蝕から保護する。その後、ワイヤマトリックス１に、化学めっきを行い、内めっき層２の表面に外めっき層３を形成する。化学めっきによって形成されためっき層は、厚さが均一で、針穴が少ないなどの利点を有する。このため、化学めっきを行うことで、ビードワイヤの表面がさらに均一になる。これにより、ビードワイヤとタイヤゴム４との粘着力を均一に大きくし、ビードワイヤを、引張力、圧縮力、捻り力及び遠心力などの作用力に耐えられるようする。その結果、自動車の安全な運転が保証される。

以上、本発明の基本原理、主要な特徴、及び本発明の利点を説明した。本業界の技術者は、本発明を理解することができる。本発明は、前記実施例に制限されるものではなく、前記実施例と明細書の説明は、ただ本発明の原理を説明するためだけのものである。本発明の精神と範囲を逸脱しない範囲で、本発明をさらに様々に変化させ、改善を行うことができる。これらの変化と改善は、本発明の特許請求範囲に含まれる。本発明の保護範囲は、特許請求の範囲及びその均等物によって定義される。

１ ワイヤマトリックス
２ 内めっき層
３ 外めっき層
４ タイヤゴム

Claims (6)

1. 高強度の錫青銅めっきビードワイヤであって、
   ワイヤマトリックスを含み、前記ワイヤマトリックスの表面には、少なくとも２つのめっき層があり、前記めっき層の錫含有量は内から外へと層ごとに低減していくことを特徴とするビードワイヤ。
2. 請求項１に記載の高強度の錫青銅めっきビードワイヤであって、
   一番内層にある前記めっき層の錫含有量は前記一番内層にあるめっき層の総重量の３．０％〜２０．０％を占め、残りは銅と避けられない不純物であることを特徴とするビードワイヤ。
3. 請求項１に記載の高強度の錫青銅めっきビードワイヤであって、
   一番外層にある前記めっき層の錫含有量は前記一番外層にあるめっき層の総重量の０．３％〜３．０％を占め、残りは銅と避けられない不純物であることを特徴とするビードワイヤ。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の高強度の錫青銅めっきビードワイヤであって、
   前記ワイヤマトリックスの表面には２つのめっき層があり、内めっき層の錫含有量は前記内めっき層の総重量の３．０％〜２０．０％を占め、外めっき層の錫含有量は前記外めっき層の総重量の０．３％〜３．０％を占めることを特徴とするビードワイヤ。
5. 高強度の錫青銅めっきビードワイヤの製造方法であって、
   ビードワイヤの製造ラインに沿って順に１つ以上の電気めっき槽を配置することを含み、
   前記電気めっき槽の後ろに１つ以上の化学めっき槽を配置し、前記ビードワイヤを順に前記電気めっき槽と前記化学めっき槽に通し、
   前記電気めっき槽の数と前記化学めっき槽の数との和は、前記ビードワイヤのめっき層の数と同じであることを特徴とするビードワイヤの製造方法。
6. 請求項５に記載された高強度の錫青銅めっきビードワイヤの製造方法であって、
   前記電気めっき槽で形成された前記めっき層の錫含有量は、前記めっき層の総重量の３．０％〜２０．０％を占め、
   前記化学めっき槽で形成された前記めっき層の錫含有量は、前記めっき層の総重量の０．３％〜３．０％を占めることを特徴とするビードワイヤの製造方法。