JP4093863B2 - ゴム製品を補強するスチールコード - Google Patents

Description

［発明の分野］
本発明は、第１鋼フィラメントで形成された第１グループと第２鋼フィラメントで形成された第２グループによって構成されるスチールコードに関する。第２グループは第１グループの周りに螺旋状に撚られている。

［発明の背景］
鋼フィラメントを撚ることによって得られるスチールコードは、当該技術分野において、特にゴムを強化する技術分野において、さらに具体的にはタイヤを強化する技術分野において知られている。

（３＋９＋１５）スチールコードは古くから知られ、今もブレーカ（遮断器）またはトラックのタイヤのベルト層を補強するのに広く用いられている。この（３＋９＋１５）コードの例として、以下のコード構成を挙げることができる。
３×０．２２ ＋ ９×０．２２ ＋ １５×０．２２ ＋０．１５
（６．３／１２．５／１８／３．５ Ｓ／Ｓ／Ｚ／Ｓ）

この（３＋９＋１５）コードは、広範囲に利用されているにも関わらず、多くの欠点を有している。

第１の欠点はこのような（３＋９＋１５）コードを製造する方法が経済的ではないという点にある。すなわち、このコードを製造するのに少なくとも２つないし４つの異なった撚り工程が必要である。第１工程では、３本のコアフィラメントが撚られている。第２工程では、９本の中間層フィラメントがコアフィラメントの周りに撚られている。第３工程では、１５本の外層フィラメントが中間層フィラメントの周りに撚られている。第４の工程では、１本の付加的なフィラメントがコードの周りに巻き付けられている。（３＋９＋１５）コードの一般的な実施例では、コードのねじれのバランスを取るために２つの異なる撚り方向ＳおよびＺが用いられている。上記の例において、３本のコアフィラメントおよび９本の中間層フィラメントはＳ方向に撚られ、１５本の外層フィラメントはＺ方向に撚られている。ここで、もし、このコードの製造の全ての工程を二重撚り装置を用いて行なうと、１５本の外層フィラメントをＺ方向に撚ることによってその前工程において得られたＳ方向の撚りが部分的に緩むという不都合がある。これは、（３＋９＋１５）コードの製造中にエネルギーの損失をもたらし、このようなコードの製造方法の非経済性をさらに大きくすることを意味している。

第２の欠点は（３＋９＋１５）コードにはゴムが十分に浸透しないという点にある。その結果、使用中、湿気が個々の鋼フィラメントに達し、スチールコードおよびそのコードによって補強されたタイヤの寿命を著しく低減させることがある。

上記の欠点を避け、この（３＋９＋１５）コードの構成を改良するために、数多くの試みがなされている。

より経済的に製造できるようなスチールコード構成を得るためにいくつかの試みがなされている。一例として、全ての層が同一の方向に撚られる（３＋９＋１５）コードが挙げられる。他の例として、全てのフィラメントが同一の撚りピッチで同一の方向に撚られるいわゆる１×２７コンパクトコードが挙げられる。これらの試みはより経済的なコードを得ることに成功しているが、ゴムの浸透性に関する問題は解消されていない。

ゴムの浸透性を改良することができるような鋼構成を得る他の試みがなされている。一例として、（３×ｄ₁ ＋ ９×ｄ₂ ＋１５×ｄ₃）コードが挙げられる。このコードにおいて、３本のコアフィラメントｄ₁は、中間層フィラメントのフィラメント直径ｄ₂よりも大きいフィラメント直径を有し、中間層フィラメントのフィラメント直径ｄ₂は外層フィラメントのフィラメント直径ｄ₃よりも大きいかまたは等しい。コードの中心におけるフィラメントを太くすることによって、それらの層間およびフィラメント間におけるフィラメントによって充填されていない空間を大きくすることができる。他の例として、（３＋８＋１３）コード、すなわち、中間層および外層の各々が最大数のフィラメントで充填されていないコードが挙げられる。中間層または外層から１つ以上のフィラメントを省略することによって、ゴムの浸透に必要な空間がフィラメント間に形成されることになる。さらに他の例として、各層、すなわち、コア、中間層および外層における少なくとも１つのフィラメントを波形状に予備成形した（３＋９＋１５）コードが挙げられる。この波形状のフィラメントを用いることによって、隣接するフィラメント間の空間を大きくし、ゴムの浸透を促進することができる。

また、以下のスチールコード構成がブレーカまたはトラックのタイヤの補強に広く用いられている。
３×０．２０ ＋ ６×０．３５
３×０．３５ ＋ ８×０．３５
しかし、これらの構成は（３＋９＋１５）構成と同じ欠点を有している。すなわち、このコードの製造には２つの撚り作業が必要であり、また十分なゴムの浸透を達成することができない。

［発明の要約］
本発明の目的は従来技術の欠点を解消することにある。また、本発明の他の目的は（３＋９＋１５）コード、（３＋６）コード、または（３＋８）コードを改良したスチールコードを提供することにある。さらに、本発明の目的は十分にゴムが浸透するスチールコードを提供することにある。また、本発明の目的は経済的に製造することができるスチールコードを提供することにある。

本発明によれば、第１グループおよび第２グループに構成されたスチールコードが提供されることになる。第２グループは所定のコード撚りピッチで第１グループの周りに螺旋状に撚られている。第１グループは第１の数の第１鋼フィラメントで形成され、この第１の数は３から８の範囲内にある。第２グループは第２の数の第２鋼フィラメントで形成されている。第２の数は第１の数と等しいか、好ましくは、それよりも大きい。第１フィラメントは３００ｍｍよりも大きい撚りピッチを有し、好ましくは、撚られていない方がよい（すなわち、無限の撚りピッチを有するとよい）。第２フィラメントの少なくとも１本は多角形に予備成形されている。第２フィラメントの１本以上が多角形に予備成形されるとよい。好ましくは、第２フィラメントの全てが多角形に予備成形されるとよい。

多角形に予備成形する技術は米国特許第５，６８７、５５７号に開示されている。この文献を参照によって本明細書の一部とする。

後述するように、このようなスチールコードは１回の撚り工程によって製造することができる。第２フィラメントの予備成形された多角形状によってスチールコードにオープン構造を付与することができ、ゴムまたは他のマトリックス材料を第１グループまで浸透させることができる。

好ましくは、第２フィラメントは所定の撚りピッチで互いに撚られている。以後、この撚りピッチをグループ撚りピッチと呼ぶ。このグループ撚りピッチは好ましくはコード撚りピッチと等しく設定されるとよい。後述するように、この好適な実施形態によれば、スチールコードを二重撚り装置によって１回の撚り工程によって製造することができる。
「撚りピッチ」の一般的な定義は、ストランド中またはコード中の任意の要素を３６０度回転させるのに必要とされ、ミリメートルで表される軸方向距離である。したがって、「グループ撚りピッチ」は、第２グループ中のフィラメントを３６０度回転させるのに必要とされ、ミリメートルで表される軸方向距離である。一方、「コード撚りピッチ」は、第１グループの周りの第２グループを３６０度回転させるのに必要とされ、ミリメートルで表される軸方向距離である。

第１グループのフィラメント内へのゴムまたは他のマトリックス材料の浸透を促進させるために、または所定の伸び特性を得るために、第１フィラメントの少なくとも１つが波形状に予備成形されている。第１フィラメントの１つ以上、好ましくは、第１フィラメントの全てが波形状に予備成形されているとよい。この波形状は螺旋形状であってもよいが、好ましくは、波形状は空間波形状であるとよい。すなわち、波の波形は、平面的な波形状ではなく、１つの平面外にも波形が及ぶように形成されるとよい。この空間波形状は好ましくは第１波形くせ(crimp)および第２波形くせからなるとよい。第１波形くせは第２波形くせの面とは実質的に異なる面に形成されている。

公知の文献である特開平４−３７０２８３、特開平６−７３６７２、および特開平７−４２０８９は、鋼フィラメントからなる２つのグループを備え、１つのグループが他のグループの周りに螺旋状に撚られているスチールコードを開示している。特開平４−３７０２８３によるスチールコードは、２本のみの第１フィラメントからなる第１グループと、２または３に等しい数のＮ本の第２フィラメントからなる第２グループを備えている。Ｎ本の第２フィラメントは、波形状に予備成形されている。特開平６−７３６７２によるスチールコードは２本の第１フィラメントからなる第１グループと２本の第２フィラメントからなる第２グループを備えている。第１フィラメントは波形状に予備成形されている。特開平７−４２０８９によるスチールコードは２本の第１フィラメントと２本または３本の第２フィラメントからなる第２グループを備えている。このスチールコードの第１フィラメントは、それらの第１フィラメントが第２フィラメントと同じ長さをもつような波形状に予備成形されている。しかし、特開平４−３７０２８３、特開平６−７３６７２、および特開平７−４２０８９のいずれも（３＋９＋１５）構成、（３＋６）構成、または（３＋８）構成の補強効果と同じ補強効果を得ることができない。

本発明の好適な実施態様において、第１フィラメントの第１の数は３ないし５の範囲内にあり、第２フィラメントの第２の数は４ないし８の範囲内にある。例えば、第１の数は４であり、第２の数は６である。

［発明の好適な実施例の説明］
以下、添付の図面に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。

本発明によるスチールコードは、好ましくは以下に述べるような方法によって製造するとよい。始めに使用する材料は５．５ｍｍから６．５ｍｍの範囲内の直径を有するワイヤロッドである。このロッドは、通常、以下の鋼組成を有している。すなわち、炭素の最小含有量は０．６０％（例えば、少なくとも０．８０％または少なくとも０．９２％、最大１．２％）であり、マンガンの含有量は０．２０から０．９０％の範囲内であり、珪素の含有量は０．１０から０．９０％の範囲内である。硫黄とリンの各々の含有量は、好ましくは０．０３％未満に抑えるとよい。なお、所定の引張強度を得るためには変形量を最小限に抑える必要があるが、その目的を達成するために、クロム（０．２から０．４％未満）、ボロン、銅、コバルト、ニッケル、バナジウムなどの付加的な元素を上記の鋼組成に添加するとよい。

上記のワイヤロッドは、その直径が中間直径になるまで多数の連続的に配置された引抜金型によって乾式伸線されている。この乾式伸線の途中において、継続的な伸線に適した金属組織を得るために、中間パテンチング処理(intermediate patenting treatment)を行なうとよい。

中間直径において、好ましくは、鋼ワイヤに金属皮膜を施すとよい。皮膜の具体的な種類は最終的な用途に応じて決定されている。この皮膜は亜鉛皮膜のような耐食性皮膜、またはそのマトリックス材料に対する付着性を促進する皮膜、例えば、マトリックス材料がゴムの場合は真鍮の皮膜、または銅―亜鉛―ニッケル（例えば、６４％／３５．５％／０．５％）や銅―亜鉛―コバルト（例えば、６４％／３５．７％／０．３％）のようないわゆる３元系の真鍮の皮膜、または亜鉛―コバルトまたは亜鉛―ニッケルのような銅を含まない付着層などであるとよい。

金属皮膜が施された鋼ワイヤは、最終のフィラメント直径が得られるまでさらに湿式伸線されるようになる。この最終直径の具体的な値は、最終的な用途に応じて決定されている。通常、最終のフィラメント径は０．０３ｍｍから１．１０ｍｍの範囲内、さらに具体的には、０．１５ｍｍから０．６０ｍｍの範囲内、例えば、０．２０ｍｍから０．４５ｍｍの範囲内の値である。

鋼フィラメントの最終的な引張強度は、始めに使用する材料である鋼ロッドの組成、変形の程度、およびフィラメント直径の値に依存している。好ましくは、鋼フィラメントは高い引張強度、例えば、以下の式に示す最小値を越える引張強度ＴＳを有しているとよい。

ＴＳ＞２２５０−１１５０×ｌｏｇ_dＭＰａ （ｄ：フィラメント直径（ｍｍ））

具体的に、鋼フィラメントは４０００ＭＰａ以上の引張強度を有しているとよい。

以下、最終的な撚り作業を図１に基づいて説明する。作業は図１の右側から始まる。まず、０．３８ｍｍの直径を有する４本の第１鋼フィラメント１０は、それぞれの供給スプール１２から巻き戻され、案内ホイール１４、１６および１８を介して２対の歯付きホイール１９に導かれている。歯付きホイール１９は、第１鋼フィラメント１０に第１波形くせおよび第２波形くせを形成している。第１波形くせは第２波形くせの面と異なる面に形成されている。

二つの波形くせを形成する技術は、ＷＯ−Ａ−９９／２８５４７に開示されている。

二つの波形くせが形成された第１鋼フィラメント１０の束２２は、プーリ２０によって二重撚り装置の第１フライヤ２４上に導かれている。束２２の進行方向は、プーリ２６において逆向きにされ、束２２はそこから二重撚り装置の中心部に進入させられている。フライヤ２４上を進行している間およびその直後までの期間に、二つの波形くせを有する第１フィラメント１０には、２回の撚りが与えられている。

フィラメント直径０．３８ｍｍを有する６本の第２鋼フィラメント２６は、二重撚り装置内のそれぞれの供給スプール２８から巻き戻されている。６本の第２鋼フィラメント２６は、案内ホイール３０によって予備成形装置３１に導かれている。予備成形装置３１は、第２鋼フィラメント２６を多角形に予備成形している。多角形に予備成形された第２鋼フィラメント２６は、さらに分配ディスク３２によってコード成形金型３４に導かれている。このコード成形金型３４によって、第２鋼フィラメント２６は、第１鋼フィラメント１０と一体化するようになる。第１鋼フィラメント１０の束２２と第２鋼フィラメント２６は、プーリ２０によって二重撚り装置の第２フライヤ３６に向けて逆方向に送給されている。第２フライヤ３６上を進行している間およびその直後までの期間、第１鋼フィラメント１０は撚られず、第２鋼フィラメント２６のみが撚られ、本発明による最終スチールコード３８が得られることになる。このスチールコード３８は以下の式で表されるコード構成を備えている。

４×０．３８ ＋ ６×０．３８ ２２／Ｓ

グループ撚りピッチは、コード撚りピッチと等しく、約２２ｍｍである。

通常、グループ撚りピッチとコード撚りピッチは、フィラメント直径の３０倍から１５０倍、例えば、５０倍から７０倍の範囲内の値に選択するとよい。但し、これらの範囲外の値であってもよい。

表１はこのスチールコード３８のいくつかの特性をまとめたものである。

図２は、スチールコード３８の実断面を示している。スチールコード３８は互いに実質的に平行、すなわち、実質的に撚られていない４本の第１鋼フィラメント１０で構成された第１グループを備えている。二つの波形くせによって、鋼フィラメント１０間に空間が形成されている。その結果、ゴムを第１グループ内に浸透させることができる。６本の第２鋼フィラメント２６で構成された第２グループは、第１グループの周りに撚られている。ゴムを第２グループを通して第１グループにまで浸透させるために、６本の第２鋼フィラメント２６は多角形に予備成形されている。

図３は、本発明による（３＋５）スチールコード３８を概略的に示している。スチールコード３８は、３本の第１フィラメント１０で構成された第１グループを備えている。第１フィラメント１０は、第１グループの内側に空間を形成するために空間的波形状を有している。図において、この波形状が各第１フィラメント１０を取り巻いているように破線で示されている。５本の第２鋼フィラメント２６で構成された第２グループは、第１グループの周りに撚られている。第２フィラメント間および第１グループと第２グループ間に空間を形成するために、第２鋼フィラメント２６は、多角形に予備成形されている。

図２および図３に示す実施例以外に、本発明によるスチールコードの他の実施例も可能である。いくつかの例を以下に挙げる。
３＋４
３＋６
３＋７
３＋８
４＋５
４＋７
４＋８
５＋６
５＋７
５＋８
６＋６
６＋７
６＋８

第１および第２鋼フィラメントのフィラメント直径は同一である必要はない。フィラメント直径を１つのグループ内において異ならせてもよい。これは第１グループが異なる直径を有する第１鋼フィラメントで形成され、第２グループが異なる径を有する第２鋼フィラメントで形成されるように構成してもよいことを意味している。

本発明のスチールコードは特にブレーカまたはトラックのタイヤのベルト層の補強に適しているが、ゴムの十分な浸透またはプラスチックの十分な含浸が必要または好ましい他の用途に適用することも可能である。

本発明によるスチールコードを製造する方法を説明する概略図である。 本発明によるスチールコードの実断面を示す図である。 本発明によるスチールコードの主断面を示す図である。

Claims (9)

1. 第１グループおよび第２グループで構成されたスチールコードにおいて、前記第２グループが所定のコード撚りピッチで前記第１グループの周りに螺旋状に撚られるとともに、前記第１グループが第１の数の第１鋼フィラメントで構成され、前記第１の数は３から８の範囲内であり、前記第２グループが第２の数の第２鋼フィラメントで構成され、前記第２の数は前記第１の数と等しいかまたはそれよりも大きく、前記第１フィラメントが３００ｍｍよりも大きい撚りピッチを有し、前記第２フィラメントの少なくとも１つが多角形に予備成形されていることを特徴とするスチールコード。
2. 前記第２フィラメントが所定のグループ撚りピッチで互いに撚られていることを特徴とする請求項１に記載のスチールコード。
3. 前記グループ撚りピッチが前記コード撚りピッチと等しいことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１つに記載のスチールコード。
4. 前記第２の数が前記第１の数よりも大きいことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のスチールコード。
5. 前記第１鋼フィラメントの少なくとも１つが波形状を有するように予備成形されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載のスチールコード。
6. 前記波形状が空間的波形状であることを特徴とする請求項５に記載のスチールコード。
7. 前記空間的波形が第１波形くせおよび第２波形くせを有し、前記第１波形くせが前記第２波形くせの面とは実質的に異なる面に形成されていることを特徴とする請求項６に記載のスチールコード。
8. 前記第１の数が３から５の範囲内にあり、前記第２の数が４から８の範囲内にあることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１つに記載のスチールコード。
9. 前記第１の数が４であり、前記第２の数が６であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１つに記載のスチールコード。

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