JP4040067B2 - 環状同芯撚りビードコードおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、空気入りタイヤのビード部を補強するためにビード部に埋め込まれるビードコード、特に、環状コアの周囲に側線ワイヤを螺旋状に巻き付けて形成したシース層を１層または複数層設けた環状同芯撚りビードコードと、その製造方法に関するものである。

環状同芯撚りビードコードは、各種車両用タイヤのビード部の補強材として広く使用されている。その構造は、安定した形状と十分な剛性を確保できるように、太径の鋼線で形成した環状コアの周りに細径の側線ワイヤを１層または複数層螺旋状に巻き付けたものが多い。

上記のようなビードコードでは、一般に、側線ワイヤにはタイヤのゴムとの接着性を高めるために黄銅や青銅等のめっきが施されている。このめっきは、通常、電気めっき法や置換めっき法によって行われ、その層厚は０．２〜０．３μｍ程度である。これは、ゴムとの強固な接着性を得るには、めっき層の厚みが薄い方が有利だからである。ところが、環状コアは裸線のままで使用されることが多く、ゴムが湿潤状態になったときに腐食しやすいという問題がある。このため、近年、タイヤの安全性向上や高性能化の要求が強まるにつれて、環状コアの耐食性向上の要求も強くなってきている。

これに対して、特許文献１には、環状コアのゴムとの接着性を高めるために、コアを形成する鋼線に側線ワイヤと同様のめっきを施すとともに、側線ワイヤどうしの間隔を従来よりも広くとってゴムがコアまで浸透して接着するようにしたビードコードが記載されており、このビードコードでは、ゴムが湿潤状態になっても、環状コアがゴムとの接着により腐食しにくいとされている。

しかしながら、上記特許文献１のビードコードは、実際には、側線ワイヤどうしの間隔が均一にならず、環状コアのゴム被覆にバラツキが生じやすい。このため、ゴムが湿潤状態になると、環状コアのゴムで被覆されていない部分では、ゴムとの接着を目的とした薄いめっき層だけでは十分な耐食性が得られず、すぐに鋼線に錆が発生してしまい、この錆がゴム被覆部にも広がっていく可能性が高い。特に、車両用タイヤに使用された場合は、環状コアと側線ワイヤとの間でフレッチングが生じると、短時間でめっき層が摩滅して耐食性が低下してしまい、腐食域が広がりやすくなるという問題がある。なお、鋼線へのめっき処理を繰り返せば、めっき層の厚みをある程度厚くできるが、電気めっき法や置換めっき法は厚めっきを形成するのに不向きなため、作業効率が悪くコストアップが大きい。

また、鋼線へのめっき処理は、通常、長く伸ばした鋼線を走行させながら連続的に行うので、このめっきを施した鋼線を所定長さに切断し、その両端を突合せ溶接して環状コアを作製すると、溶接時に突合せ部周辺のめっき層が溶出およびバリ取りにより消失して、この部分の耐食性が低下してしまう。これを回避するために、めっき層消失部に溶融金属液を塗布して固着させることも考えられるが、コストアップとなるし、ゴムとの接着性が低下するおそれもある。

一方、特許文献２には、軽量化を目的として環状コアの材質を高機能の合成樹脂としたビードコードが記載されている。このビードコードでは、環状コア材質の樹脂化により、コアの耐食性は確実に向上する。しかし、高機能の材料を使用することで高コストとなるし、保管管理が容易でない等、使い勝手の面での課題も多い。また、その材料として特許文献２の実施例にあげられている６ナイロンやＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等を採用した場合は、従来の環状コアの鋼線と同じ径に形成するとビードコードに必要な剛性を確保できないため、実用化が難しい。
特開平５−１６３６８６号公報 特開平１１−３２１２４７号公報

本発明の課題は、環状同芯撚りビードコードの環状コアに低コストで長期間にわたって安定した耐食性を付与することである。

上記の課題を解決するために、本発明は、環状コアを形成する鋼線の表面に耐食性を備えた塗装膜を形成するようにした。

すなわち、環状コアの鋼線表面を塗装して耐食性に優れた厚い塗装膜で覆い、環状コアと側線ワイヤとの間でフレッチングが発生しても鋼線表面が露出しにくいようにすることにより、低コストで環状コアが長期間にわたって安定した耐食性を得られるようにしたのである。

上記の構成において、前記塗装膜の表面を平滑に形成することにより、側線ワイヤが環状コアに巻き付けやすくなって、より整然と配列でき、ビードコードの成形性を向上させることができる。

前記塗装膜を環状コアの鋼線表面の全周長にわたって形成することにより、めっき処理後に溶接を行った場合に問題となるような部分的な耐食性の低下をなくすことができる。

また、前記塗装膜を、金属とゴムの少なくとも一方との接着性を有するものとすれば、このビードコードをタイヤ等のゴム部材に補強用として埋め込んだ場合、使用中にゴムと鋼線とが剥離しにくくなり、高い耐食性を長期間維持することができる。

前記塗装膜の厚さは１０〜２００μｍとすることが好ましい。塗装膜厚が１０μｍ未満では耐食性が不足することが多く、２００μｍを超えると、環状コア表面の平滑さが失われて側線ワイヤを巻き付けにくくなる場合が生じる。また、塗装膜厚が厚くなる分、鋼線を小径化しなければならず、ビードコードとしての強度および剛性を確保することが難しくなる。また、塗装膜厚を２０〜１２０μｍとすれば、より好ましい。

前記環状コアの鋼線の材質は、Ｃ：０．０８〜０．２７ｗｔ％、Ｓｉ：０．５０〜２．００ｗｔ％、Ｍｎ：０．５０〜２．００ｗｔ％、Ｃｒ：０．２０〜２．００ｗｔ％を含み、さらに、Ａｌ、Ｎｂ、ＴｉおよびＶをそれぞれ０．００１〜０．１０ｗｔ％の範囲で少なくとも１種含有し、残部がＦｅおよび不可避的に混入してくる不純物からなる合金鋼を採用するとよい。この合金鋼は、Ｃ含有量を軟鋼レベルに抑え、ＳｉおよびＭｎを一般的な炭素鋼よりも多く含有させ、Ｃｒを適量加えることにより、溶接性とビードコードに必要な強度を確保するとともに、Ａｌ、Ｎｂ、ＴｉおよびＶのうちの少なくとも１種を適量添加することにより、溶接後の延性を確保できるようにしたものである。ここで、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒの３成分は、下限を下回ると強度不足となり、上限を超えると、Ｓｉは熱間圧延時に疵が発生しやすくなり、Ｍｎは加工性が低下する。また、Ｃｒは焼入れ性の向上と経済性を考慮してこの範囲とした。Ａｌ、Ｎｂ、ＴｉおよびＶは、下限に満たないと延性を向上させる効果が少なく、上限を超えるとこれらの元素の窒化物および硫化物による延性劣化作用が顕著になるので、好ましくない。

すなわち、この合金鋼で形成した鋼線を用いて環状コアを作製すれば、高強度と優れた延性が得られ、鋼線溶接後の焼鈍工程を省略することができる。

前記環状コアの鋼線の材質としては、Ｃを０．２８〜０．５６ｗｔ％含む炭素鋼を採用してもよい。この炭素鋼でも必要とされる強度および溶接後の延性は確保できるので、この炭素鋼で形成した鋼線を用いて環状コアを作製する場合も、焼鈍工程を省略できる。

また、上述した構成のビードコードを製造する際に、前記環状コアの鋼線表面の塗装膜を静電粉体塗装により形成することにより、コア表面を通常塗装の場合よりも容易に平滑にすることができ、側線ワイヤを巻き付けやすくすることができる。この静電粉体塗装に使用する塗料として、電気抵抗値が１０¹⁰〜１０¹⁶Ωｃｍのものを採用すれば、塗装膜を効率よく均一に形成することができる。塗料の電気抵抗値がこの下限を下回ると、塗装処理時に塗料の帯電量が不足して塗料が鋼線から脱落しやすくなるし、上限を超えても塗装効率が低下するからである。

本発明の環状同芯撚りビードコードは、上述したように、環状コアの鋼線表面に耐食性を備えた塗装膜を有するものであるから、低コストで長期間にわたって安定した耐食性が得られるうえ、前述のコア材質を樹脂化したもののような保管管理の面倒さや剛性確保の面での不安もなく、安全性の向上や高性能化が要求される車両用タイヤへの使用に適している。

また、前記塗装膜の表面を平滑に形成することにより、側線ワイヤをより整然と配列することができ、ビードコードの成形性を向上させることができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。この実施形態の環状同芯撚りビードコードは、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、環状コア１の周りに側線ワイヤ２を螺旋状に６周巻き付けたものである。なお、図１の例では、側線ワイヤ２を巻き付けて形成したシース層を１層だけ設けたが、シース層は複数層設けるようにしてもよい。

前記環状コア１は、鋼線の両端を突合せ溶接した後に、鋼線表面に耐食性を有する塗料で塗装を施して、鋼線表面の全周長にわたって耐食性を備えた塗装膜３を形成している。この塗装膜３は、適切な塗装方法の選定および膜厚の調整によって平滑に形成され、側線ワイヤ２の巻き付け性を損なわないようになっている。

前記各側線ワイヤ２は、環状コア１の鋼線よりも小径の高炭素鋼ワイヤからなり、環状コア１への巻き付けを行う際には、タイヤと同材質の未加硫ゴムシートで予めその端末を環状コア１へ仮止めしてから、連続して所定回数巻き付け、巻き終わり端と巻き始めの仮止め端を真鍮製スリーブで繋ぐようにしている。

次に、本発明の効果を確認するために実施した評価試験について説明する。まず、表１に示す各種の環状コア用材料を作製し、これらの材料で形成した環状コアについて、コア単体で、塗装方法、塗装膜の材質（塗料）および膜厚を変えて、塗装膜の平滑性、コアの耐食性およびコア溶接部の耐折損性を評価した。

ここで、一部の環状コアに対して行った静電粉体塗装は、図２に示すように、環状コア４に対向するように配置したコロナ放電極５に高電圧を印加することにより、空気をイオン化して粉体塗料７とマイナスイオン６が衝突し、帯電した粉体塗料７を電気力線８に沿って移動させて、環状コア４表面に粉体塗着層９を形成するものである。そして、そのプロセス全体の処理手順は、図３に示すように、まず前処理を兼ねた環状コア４の予熱を行い、次に上記の方法により環状コア４表面を粉体塗料で覆い、塗料を溶融させて膜状にした後、空冷する。この静電粉体塗装の塗料には、電気抵抗値が１０¹⁰〜１０¹⁶Ωｃｍのものを選定している。また、これらを含めて各環状コアの塗装では、金属とゴムの少なくとも一方との接着性を有する塗料を使用している。

そして、各環状コアに対して、材料ごとに異なる撚り構造（表２参照）で側線ワイヤを巻き付けて、その巻き付け性を評価した。これらの試験条件および評価結果をまとめて表３に示す。

なお、表３中の各特性の計測や評価は、次のように行った。

（１）コアの引張り強さ
裸線 ：通常の乾式連伸機で通常の加工度で冷間加工して得られる強度を示している。
塗装後：上記裸線に塗装を施し、１５０〜１８０℃で塗装膜の焼付処理を行って被覆線とした後、破断荷重を測定し、この破断荷重と被覆前の線径とを用いて算出した計算値を示している。

（２）平均膜厚
塗装後に焼付処理して得られた被覆線を２．５ｃｍ間隔でカットして５個のサンプルを作製し、各サンプルの端面を横断面観察ができるように研磨して、電子顕微鏡で周方向の４箇所（９０°間隔）の塗装膜厚を測定した。そして、全サンプルの塗装膜厚測定データの平均値を平均膜厚とした。

（３）塗装膜の平滑性
上記（２）の５個のサンプルのうち、４箇所の塗装膜厚のレンジ（最大値−最小値）が最も大きいサンプルのＲ値を測定し、下記のように評価した。
○：Ｒ値が１５μｍ以下である。
△：Ｒ値が１５〜３０μｍの範囲である。
×：Ｒ値が３０μｍ超である。

（４）コアの耐食性
ＪＩＳ Ｚ ２３７１の塩水噴霧試験方法に基づき、暴露時間を１２０時間、４８０時間、１０００時間の３段階として、下記内容で評価した。
◎：全長にわたり、全表面で発錆が認められない。
○：全長にわたり、局所的に発錆が認められ、全表面積に占める発錆部の表面積の割合が１０％未満である。
△：全長にわたり、局所的に発錆が認められ、全表面積に占める発錆部の表面積の割合が１０％以上、３０％未満である。
×：全長にわたり、局所的に発錆が認められ、全表面積に占める発錆部の表面積の割合が３０％以上である。

（５）コア溶接部の耐折損性
１条件につき２０本の鋼線の突合せ溶接を周囲温度３０℃の環境下で行い、１週間放置後、溶接部に曲げ負荷をかけて折れなかったものの本数によって下記のように評価した。
◎：全て折れない。
○：折れなかったものが１８本以上ある。
×：折れなかったものが１８本未満である。

（６）側線ワイヤの巻き付け性
１条件につき２０本の環状コアに側線ワイヤを巻き付け、側線ワイヤの配列の状態を目視で判定して、配列の乱れのないものの本数によって下記のように評価した。
◎：２０本とも配列の乱れがない。
○：配列乱れのないものが１８本以上ある。
△：配列乱れのないものが１０本以上、１８本未満である。
×：配列乱れのないものが１０本未満である。

表３からわかるように、環状コアの鋼線の材質を溶接性に優れた合金鋼または中炭素鋼とし、その鋼線表面に耐食性を備えた塗装膜を形成することにより、溶接部での折損がなく、高強度で耐食性に優れたビードコードを作製できる。また、適切な撚り構造を選定するとともに、塗装膜の平滑性を高めることにより、側線ワイヤの巻き付け性を向上させることができる。特に、撚り構造を含めた全ての条件が好ましい範囲にあるもの（コアＮｏ．１９、２０、２１、２２、２６および２８の６例）は、側線ワイヤの巻き付け性、耐食性および耐折損性の３つの評価項目がいずれも高いものとなっている。これらの好ましい例を車両用タイヤに使用すれば、高寿命で高性能のタイヤを得ることができる。

なお、上述した実施形態では、樹脂系塗料としてはエポキシだけを使用したが、エポキシとポリエステルとを同量混合したものや、アクリル、ポリエステル等を用いることもできる。また、耐摩耗性および耐衝撃性に優れたナイロン１１や、ケン化ＥＶＡ等も、特殊な用途には有効に使用できる。

ａは実施形態のビードコードの外観図、ｂはａの拡大斜視図、ｃはａの拡大断面図 静電粉体塗装の概念図 静電粉体塗装の処理手順を示すフローチャート

符号の説明

１ 環状コア
２ 側線ワイヤ
３ 塗装膜
４ 環状コア
５ コロナ放電極
６ マイナスイオン
７ 粉体塗料
８ 電気力線
９ 粉体塗着層

Claims (7)

1. 鋼線の両端を接続して形成した環状コアの周りに、側線ワイヤを１層または複数層螺旋状に巻き付けた環状同芯撚りビードコードにおいて、環状コアの鋼線の材質を溶接性に優れた合金鋼または中炭素鋼とし、かつ側線ワイヤの直径が環状コアの直径よりも細い撚り構造とし、前記環状コアの鋼線表面に耐食性を備えた塗装膜を有し、この塗装膜の厚さが２０〜１２０μｍで塗装膜の任意の４箇所の位置で測定した膜厚の最大値と最小値の差が１５μｍ以下であることを特徴とする環状同芯撚りビードコード。
2. 前記塗装膜が前記環状コアの鋼線表面の全周長にわたって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の環状同芯撚りビードコード。
3. 前記塗装膜が金属とゴムの少なくとも一方との接着性を有するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の環状同芯撚りビードコード。
4. 前記環状コアの鋼線の材質が、Ｃ：０．０８〜０．２７ｗｔ％、Ｓｉ：０．５０〜２．００ｗｔ％、Ｍｎ：０．５０〜２．００ｗｔ％、Ｃｒ：０．２０〜２．００ｗｔ％を含み、さらに、Ａｌ、Ｎｂ、ＴｉおよびＶをそれぞれ０．００１〜０．１０ｗｔ％の範囲で少なくとも１種含有し、残部がＦｅおよび不可避的に混入してくる不純物からなる合金鋼であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の環状同芯撚りビードコード。
5. 前記環状コアの鋼線の材質が、Ｃを０．２８〜０．５６ｗｔ％含む炭素鋼であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の環状同芯撚りビードコード。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の環状同芯撚りビードコードの製造方法において、前記環状コアの鋼線表面の塗装膜を静電粉体塗装により形成することを特徴とする環状同芯撚りビードコードの製造方法。
7. 前記静電粉体塗装に使用する塗料として、電気抵抗値が１０^１０〜１０^１６Ωｃｍのものを採用したことを特徴とする請求項６に記載の環状同芯撚りビードコードの製造方法。

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