JP3037844B2 - ゴム物品補強用スチールコードおよびその製造方法 - Google Patents

ゴム物品補強用スチールコードおよびその製造方法

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JP3037844B2
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    • D07BROPES OR CABLES IN GENERAL
    • D07B1/00Constructional features of ropes or cables
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    • D07B2201/2006Wires or filaments characterised by a value or range of the dimension given

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、空気入りタイヤやコ
ンベアベルト等のゴム物品の補強材として用いられるス
チールコードおよび該コードを製造する方法に関し、特
にスチールコードに高い引張り強さと優れた耐疲労性を
与えることによって、ゴム物品の軽量化と耐久性の向上
を達成しようとするものである。
【0002】
【従来の技術】ゴム物品の軽量化には、ゴム物品を補強
するスチールコードの引張り強さを高めて、より少ない
またはより細いスチールコードでゴム物品を補強するこ
と、またゴム物品の耐久性の改善には、特にスチールコ
ードの耐疲労性を向上すること、が有利である。そのた
め、スチールコードの強度および耐疲労性の向上に対す
る要望は益々強くなっている。
【0003】スチールコードの強度を向上する手法とし
ては、スチールコードの原料となる線材の炭素含有量を
一般の線材よりも高めること、或いは伸線加工率を高め
ることなどが提案されている。しかし、素線の炭素含有
量を高めたり、伸線加工率を大きくすると、スチールコ
ードの耐疲労性が損われるという、新たな問題が発生す
る。そこで、コードの耐疲労性を改善するため、スチー
ルコードの原料となる線材の組成を高合金化して組織を
微細パーライトにしたり、線材中に含まれる非金属介在
物を減少する等の試みがなされている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高価な
元素を使用するため、スチールコードの原料コストが上
昇し、一方線材中の非金属介在物を極力減少するには、
製造工程が複雑になってコスト増をまねくため、いずれ
にしても経済的に不利である。さらにこのような線材を
用いてスチールコードを製造しても、必ずしも高い引張
り強さと耐疲労性とを同時に満足できない場合があっ
た。特に、耐疲労性の低下はタイヤなどの荷重負荷状態
で繰り返し曲げが作用するゴム物品において、繰り返し
曲げによってスチールコードを構成する素線の幾本かが
破断し、それがコード破断に進展し、ひいてはゴム複合
体、すなわちタイヤの疲労破壊につながるため、重大な
問題である。
【0005】そこでこの発明の目的は、高い引張り強さ
と優れた耐疲労性とを両立した、スチールコードおよび
その製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】発明者らは、スチールコ
ードを構成する素線の引張り強さと耐疲労性との関係に
ついて、スチールコードに通常使用されている線材を用
いて鋭意検討を重ねた結果、スチールコードを構成する
素線の、例えば伸線加工度を大きくして引張り強さを高
めると、高伸線加工度になるほど素線の中心部に比べて
表層部の加工度のほうが高くなり表層部の延性が低下す
る結果、素線の捩り試験を行うと、少ない捩り回数で破
断する傾向にあることを見出した。素線の引張強さを増
大させるには素線全体の引張強さを向上させることが重
要であり、そのためには素線の内部にまで伸線加工を行
うことが必要である。
【0007】すなわち、この発明は、直径D(mm)および
引張り強さT(kgf/mm2) が下記式(1) を満足する、高炭
素鋼からなる素線の複数本を撚り合わせたスチールコー
ドであって、該素線の軸を中心として、その体積の50%
を占める素線内部における、素線の半径方向を法線とす
る(011)面に対する素線の半径方向を法線とする
(111)面の存在比{以下、(011)面に対する
(111)面の存在比と示す}Rが素線の引張強さTに
関して下記式(2) を満足することを特徴とするゴム物品
補強用スチールコードである。
【数3】
【0008】このスチールコードは、高炭素鋼からなる
スチールコード用線材に、減面率が90%以上の伸線加工
を施すに当たり、線材に生じる真歪εが2.0 までの範囲
の伸線加工は加工深度が60%以上のダイスを1つ以上使
用し、真歪εが2.0 をこえる範囲の伸線加工は加工深度
が30%以上のダイスを1つ以上使用して、最終伸線を終
了して得た素線の複数本を撚り合わせることによって、
有利に製造し得る。
【0009】
【作用】スチールコードを構成する素線の引張り強さ
は、主に最終熱処理後の線材の引張り強さとその後の伸
線加工度に依存するのであるが、特に伸線加工度の寄与
が大きく、素線の引張り強さは、ほぼ伸線加工度に比例
すると見做せる。しかし、伸線加工度には上限があり、
それ以上の高加工を行うと伸線途中で断線するため、断
線することなしに高い引張り強さを与え得る伸線は、極
めて狭い範囲に限られてしまう。従って、素線の引張り
強さは素線の直径に比例することになる。
【0010】図1に素線の直径と引張り強さとの関係を
示すように、製品化されているコードを構成する素線の
引張り強さT(kg/mm2)は、上記のように伸線加工度に上
限のあることから、斜線領域、すなわちT< 230−148l
ogDにある。
【0011】一方、T≧ 230−148logDの素線が得られ
れば、コードに十分な強力を付与でき、従ってゴム物品
の軽量化を達成できる。そこで、この発明においては、
コードを構成する素線の引張り強さTを、T≧ 230−14
8logDの範囲とする。特にタイヤのような苛酷な使用条
件が課せられるゴム物品に適用する場合は、引張り強さ
Tを、T≧ 240−164logDの範囲とすることが好まし
い。
【0012】上記のような高い引張り強さを有する素線
は、理論上または実験室的には製造が可能であるが、T
≧ 230−148logDまで引張り強さを高めると、上述した
耐疲労性の劣化が著しいため、工業的規模での製品コー
ドを得るに到っていないのが現状である。すなわち、高
い引張り強さを付与したとしても、実用に足る耐疲労性
が維持できないため、結局は高い引張り強さのコードが
製品化されていないのである。
【0013】引張り強さを高めると、特にT≧ 230−14
8logDまで引張り強さを高めると、耐疲労性が低下する
現象は、素線表層の傷感受性が高くなることに起因して
いることから、この傷感受性の上昇を抑制する手段につ
いて種々検討した。その結果、素線の軸を中心として、
その体積の50%を占める素線内部における、(011)
面に対する(111)面の存在比Rが素線の引張強さT
に関して、上記した式(2) を満足することが、傷感受性
の低下に極めて有利であることを究明した。
【0014】具体的には、素線内部のX線回折法におけ
る、(011)面に対する(111)面の存在比Rを、
上記した式(2) の範囲とすることによって、素線中心部
にまで伸線加工時の圧縮応力が働くため、高い引張り強
さをそなえながらも、傷感受性の低い、従って耐疲労性
に優れた素線を得ることができる。
【0015】図2に示すからの素線について、JI
S G3522ピアノ線、6.2 捩り試験に従って捻回値
を測定したところ、加工深度の低いダイスパススケジュ
ールで伸線されたからの素線は、捻回特性が劣って
おり実用上問題があることが判明した。そこで、図3に
示す素線の軸を中心にして体積の50%を占める内部にお
ける、(011)面に対する(111)面の存在比Rと
引張強さとの関係、および図2に示した捻回値と引張強
さとの関係から、引張強さと捻回値ともに優れた領域と
して下記式を実験的に導いた。 R≧0.009 T−0.3 なお、(111)面/(011)面の存在比の測定を素
線内部の50%体積に限定した理由は、伸線時の加工深度
の効果をみるためである。すなわち、加工深度は線材の
半径に対してであり、30%は体積にすれば約50%に相当
し、また素線内部の50%体積以下の内部を測定すること
もできるが、試料の作成および測定精度の点から50%と
した。また、この存在比RをR≧0.007 T+0.7 の範囲
とすれば、さらに高い捻回値の素線を得ることができ、
撚線時の断線を回避でき、コードにおける耐疲労性をよ
り向上し得る。
【0016】次に、存在比Rを上記した式(2) を満足す
る範囲とする具体的手法は、最終伸線を湿式連続伸線に
より行うと良い。まず、潤滑液中で伸線を行うことによ
って、伸線加工に伴う発熱による、素線の温度上昇を抑
える。さらに、最終伸線の伸線加工条件を、次のように
規制することにより、高い引張強さをそなえ、かつ耐疲
労性に優れる素線の製造が可能となる。
【0017】すなわち、素線の伸線加工度は、各ダイス
における減面率と各ダイスのアプローチ角度αによって
変化するため、素線の表層部と内部との伸線加工度を均
一化するには、上記の減面率とアプローチ角度とを考慮
した、伸線加工深度を調整することが有利である。
【0018】この伸線加工深度とは、伸線加工におい
て、図4に示すように、ダイスを出た線材の表面から線
材中心までの距離をYとし、アプローチ角度αのダイス
のアプローチ部に線材が接している部分を底辺とする2
等辺三角形の頂点からダイス出側の線材表面までの距離
をXとしたとき、(X/Y)×100 で示されるものであ
る。この伸線加工深度は、線材が伸線加工時に変形を受
ける度合を簡易的に推定する尺度となる。例えば、アプ
ローチ角度αが 4.5°で減面率が 27.06%の場合、伸線
加工深度は 100%となる。
【0019】そして、存在比Rを上記した式(2) を満足
する範囲とするには、線材に生じる真歪εが2.0 までの
範囲の伸線加工は、上記の加工深度が60%以上、好まし
くは80%以上のダイスを1つ以上使用して、線材にこの
加工深度の伸線加工を施し、また真歪εが2.0 をこえる
範囲の伸線加工は加工深度が30%以上、好ましくは60%
以上のダイスを1つ以上使用して、線材にこの加工深度
の伸線加工を施すことによって達成し得る。以上のダイ
スを経ることで、素線の表層部と内部でほぼ同等の伸線
加工を受けることになり、耐疲労性を犠牲にすることな
しに、引張り強さを高めることができる。なお、伸線加
工真歪εは、
【数4】 で定義される。
【0020】なお、上記の伸線加工に先立つパテンティ
ング処理の条件ついては特に規制する必要はないが、素
線の引張強さの向上と傷感受性の低下とを両立するため
に、パーライト結晶粒度をASTM結晶粒度番号で9以上と
することが好ましい。また線材表面部の脱炭は極力防止
することが望ましい。
【0021】
【実施例】直径5.5mm のスチールコード用線材を乾式伸
線により所定の線径にまで伸線した後、最終パテンティ
ング処理を施し、次いで連続湿式伸線機により素線を製
造した。線材の炭素含有量および最終パテンティング条
件と、得られた素線の線径、引張強さおよび回転曲げ疲
労限の調査結果とを、表1にそれぞれ示す。
【0022】
【表1】
【0023】表1において、実験番号7,8は最終熱処
理後の線材のパーライトブロックサイズを微細化するた
めに、最終パテンティング処理の際、加熱速度: 200℃
/sで 900℃まで加熱して線材を溶体化後、50℃まで急
冷して完全なマルテンサイト組織とした後、引き続き表
1に示す、各種パテンティング処理を施した。湿式伸線
機におけるダイスパススケジュールは、図5および6に
示す、パスA,C,DおよびEに従って行った。また比
較として、同程度の伸線加工深度となるパスBおよびF
に従う伸線加工も行った。
【0024】なお、素線内部のX線回折法における、
(011)面に対する(111)面の存在比Rは、次の
ように測定した。すなわち、試料にはブラスめっきを溶
解除去したのち、さらに硝酸水溶液で素線の体積が50%
となる線径まで溶解し、その後ピロ燐酸と硫酸の混合液
で化学研磨を施し、次いで平行に隙間なく1辺が28mm
の正方形に並べたものを供した。標準試料として150 〜
200 メッシュの電解鉄粉を使用してフェライトにおける
各面の反射強度を測定した。測定装置にはマックサイエ
ンス(株)の3kwX線発生装置に横型ゴニオおよび回転
試料台を組み合わせ、試料面法線を特定方向として2θ
−θ法で測定を行った。その結果は、表2に示す通りで
あり、従って(011)面に対する(111)面の存在
比Rは、F/Eで示される。
【0025】
【表2】
【0026】また疲労限の測定は回転曲げ疲労試験機に
より、素線に所定の曲げ応力を加えて106 回転後に素線
に曲げ応力を加え、素線が破断しない最大曲げ応力を測
定して疲労限とした。
【0027】さらに、表1の実験番号1および2の素線
をそれぞれ5本別個に撚り合わせた1×5構造のスチー
ルコードを製造した。これらのスチールコードをJIS
L1017の参考1.3 に記載の疲労強さA法に基づいてゴ
ムに埋設した短冊状の試験片を作成し、106 回繰り返し
曲げ試験を行った後、スチールコードを構成する素線の
破断状況を調べた。その結果、実験番号1の素線を使用
したコードは、素線の破断が皆無であったのに対し、比
較例の素線を使用したコードは素線の破断が随所に起こ
っていた。
【0028】
【発明の効果】この発明のスチールコードは、高い引張
強さと優れた耐疲労性を兼ね備えているため、ゴム製品
を軽量化できるとともに耐久性をも向上することがで
き、またスチールコードの素線を伸線する際に用いる装
置や治具は特別なものを使用する必要がなく、経済的に
も有利である。さらには高い引張強さを有しておりなが
ら捻回特性に優れているため、素線を撚り合わせてスチ
ールコードにする際に断線を発生することがなく、撚線
の生産性を阻害することがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】素線の直径と引張強さとの関係を示すグラフで
ある。
【図2】素線の引張り強さおよび捻回値を示すグラフで
ある。
【図3】(111)面/(011)面の存在比Rと素線
の引張強さとの関係を示すグラフである。
【図4】加工深度の定義を説明する模式図である。
【図5】湿式伸線時のダイスパススケジュールを示す図
である。
【図6】湿式伸線時のダイスパススケジュールを示す図
である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−28005(JP,A) 特開 昭57−155103(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) D07B 1/06 B60C 9/00 F16G 1/12

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直径D(mm)および引張り強さT(kgf/m
    m2) が下記式(1) を満足する、高炭素鋼からなる素線の
    複数本を撚り合わせたスチールコードであって、該素線
    の軸を中心として、その体積の50%を占める素線内部に
    おける、素線の半径方向を法線とする(011)面に対
    する素線の半径方向を法線とする(111)面の存在比
    Rが素線の引張強さTに関して下記式(2) を満足するこ
    とを特徴とするゴム物品補強用スチールコード。 【数1】
  2. 【請求項2】 (011)面に対する(111)面の存
    在比Rが下記式を満足する、請求項1記載のゴム製品補
    強用スチールコード。 【数2】
  3. 【請求項3】 高炭素鋼からなるスチールコード用線材
    に、減面率が90%以上の伸線加工を施すに当たり、線材
    に生じる真歪εが2.0 までの範囲の伸線加工は加工深度
    が60%以上のダイスを1つ以上使用し、真歪εが2.0 を
    こえる範囲の伸線加工は加工深度が30%以上のダイスを
    1つ以上使用して、最終伸線を終了して得た素線の複数
    本を撚り合わせることを特徴とするゴム物品補強用スチ
    ールコードの製造方法。
  4. 【請求項4】 真歪εが2.0 までの範囲の伸線加工は加
    工深度が80%以上のダイスを1つ以上使用し、真歪εが
    2.0 をこえる範囲の伸線加工は加工深度が60%以上のダ
    イスを1つ以上使用する、請求項3記載のコードの製造
    方法。
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