JP4393209B2 - コイルワイヤ - Google Patents

Description

本発明は、コイルワイヤに関し、特に、自動車用タイヤ等のゴム製品の補強材として好適な柔軟で伸びの大きい偏平なコイルワイヤに関する。

タイヤ用あるいは巻き掛け伝動用のベルトとして、円筒コイル状に巻かれたスチールワイヤあるいはコードを倒しながら未加硫ゴム等で両側から挟んで反発しないよう帯状に成形したものが、従来から知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開平１０−２５８６０９号公報 特開昭６３−９６３３８号公報

タイヤの補強材としてコイル状のスチールワイヤを使用する場合、従来は上記のように、円筒コイル状に巻かれたワイヤを倒しながら未加硫ゴム等で両側から挟んで反発しないよう帯状に成形していたため、ワイヤはねじり応力が生じたままタイヤに埋め込まれることとなって、耐疲労性に悪影響が生じ、また、未加硫ゴム等で挟んで成形する時にワイヤを均質に倒すことが難しくて、設備が大掛かりで高価になるという問題があり、また、スチールワイヤ単体では円筒コイル状で、使用態様が特定され、自由度が少ないという問題があった。

本発明はこうした問題点に鑑みてなされたものであって、自動車用タイヤ等のゴム製品の補強材として好適な柔軟で伸びの大きいコイルワイヤであって、不要な応力が生じず、製造が容易で、使用態様の自由度が大きいコイルワイヤを提供することを目的とする。

本発明のコイルワイヤは、ゴム製品の補強材として使用するコイルワイヤであって、ゴムに埋め込む前の状態で軸の周りを軸方向に対し一側に傾斜して略円形に回転しつつコイル状に軸方向に延び、一周毎の略円形部が軸に直交する偏平方向の一側のみに塑性変形によって形成された曲率の異なる変形部分を有し、該変形部分を挟んで軸方向両側の部分の中心位置が相互にずれて、そのずれの量だけ一周毎に軸に沿って順次一方向に偏位し、略円形部が順次部分的に重なり合って偏平な帯状となったことを特徴とする。

この単体自由状態で偏平な帯状のコイルワイヤは、例えば自動車用タイヤ等のゴム製品の補強材として好適で、そのまま偏平なコイルワイヤとして埋め込むことができ、また、未加硫ゴム等を被覆しシート状にして埋め込むこともできて、いずれの場合も余計な応力を生じさせないで使用することができ、使用態様の自由度が大きく、様々な態様で使用できる。そして、このコイルワイヤは、単体で製造できるため、形状の安定化が容易であり、設備を簡素化でき、安価に製造できる。そのため、例えばこのコイルワイヤを補強材としてタイヤ等のゴム製品を製造するに際して、加工性や作業性を改善すると共に、安定した品質を確保することが可能になる。

このコイルワイヤにおいて、曲率の異なる変形部分は、略真直にしたもの、あるいは、他の部分より曲率を小さく（曲率半径を大きく）したものであってよく、また、他の部分より曲率を大きく（曲率半径を小さく）したものであってもよい。

略円形部の軸に直交する偏平方向の一側に略真直あるいは他の部分より曲率が小さい変形部分を設けたコイルワイヤは、変形部分を挟んで軸方向両側の部分の中心位置が、略円形部が軸方向に広がる方向にずれ、そのずれの量だけ略円形部が一周毎に軸方向に一側へ偏位して、略円形部が順次部分的に重なり合い、偏平な帯状の形状となる。

また、略円形部の軸に直交する偏平方向の一側に略真直あるいは他の部分より曲率が大きい変形部分を設けたコイルワイヤは、変形部分を挟んで軸方向両側の部分の中心位置が、略円形部が軸方向に縮まる方向にずれ、そのずれの量だけ略円形部が一周毎に軸方向に上記一側とは反対の側へ偏位して、略円形部が順次部分的に重なり合い、偏平な帯状となる。

そして、このコイルワイヤは、特に、略円形部が２〜１６個ずつ順次部分的に重なり合っているのがよい。重なり数が少ないと、強度が落ち、重なり数が多すぎると、伸びが不足して、柔軟性が低下する。

このコイルワイヤは、荷重１０Ｎでの低応力伸びが３５％以上であるのが好ましい。低応力伸びが小さいと、例えばタイヤの製造において加硫時のリフトに追従することが困難になる。

本発明によるコイルワイヤは、単体自由状態で偏平な帯状の形状を有し、柔軟で伸びが大きく、自動車用タイヤ等のゴム製品の補強材として使用するときに、そのまま偏平なコイルワイヤとして埋め込むことができ、また、未加硫ゴム等を被覆しシート状にして埋め込むこともでき、いずれの場合も余計な応力を生じさせないで使用することができ、単体で偏平な形状を保持するので、使用態様の自由度が大きく、様々な態様で使用できる。そして、このコイルワイヤは、単体で製造できるため、形状の安定化が容易であり、設備を簡素化でき、安価に製造できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は実施の形態の第１の例のコイルワイヤの平面図（ａ）、側面視断面図（ｂ）およびＸ−Ｘ矢視断面図（ｃ）、図２は該コイルワイヤを成形工程の途中で示す平面図（ａ）および側面視断面図である。

この実施の形態のコイルワイヤＷ₁ は、図１に示すように、略円形部が軸Ｏ₁ に直交する偏平方向の一側（図１（ａ）において上側）同一部位に軸方向の所定長さＬ₁ にわたって略真直な変形部分を有し、この変形部分を挟んで軸方向両側の部分の中心位置（曲率半径の中心）が、略円形部が軸方向に広がる方向にずれ、そのずれの量だけ略円形部が一周毎に軸方向に一側へ偏位して、単体自由状態で軸Ｏ₁ の周りを軸方向に対し一側（図１において右側）に傾斜して略円形に回転しつつコイル状に軸方向に延び、略円形部が順次部分的に重なり合って（図１の例では、略円形部は５個ずつ重なり合っている）偏平な帯状となったものである。

このコイルワイヤＷ₁ を製造するには、例えば図２に示すように、線材（スチールワイヤ等）を略密着状態で円筒螺旋状に巻いてなる円筒コイルＣの一周毎の略円形部の同一部位を、成形加工装置（図示せず）のダイス１１の円弧状に凹陥したダイス面に順次供給し、押圧加工片１２によりダイス面に向けて所定圧力で押し付けて成形加工する。円筒コイルＣは、スチールワイヤ等を素材として予め別工程で製造したものを使用する。

こうして円筒コイルＣは一周毎の略円形部の同一部位が押圧加工片１２でダイス１１の円弧状に凹陥したダイス面に向けて所定圧力で押し付けられることにより、その押し付けられた部分が塑性変形し、押圧加工片１２を引っ込ませると、その部分が所定長さＬ₁ にわたって略真直となる。そして、円筒コイルＣが回転しないように次の一周分を送り出し、同一部位を同様に押圧加工片１２によりダイズ１１のダイス面に押し付けて成形加工する。これを繰り返すことにより、略密着状態で一周毎のコイル中心が、成形加工による変形部分の長さＬ₁ をピッチとして順次一方向に偏位した偏平な帯状のコイルワイヤＷ₁ となっていく。

この実施の形態において、押圧加工片１２を押し付ける圧力は、成形加工による変形部分が塑性変形して、略真直となるよう調整する。

図３は実施の形態の第２の例のコイルワイヤを成形工程の途中で示す平面図である。この実施の形態のコイルワイヤＷ₂ は、図３に示すように、略円形部が軸Ｏ₂ に直交する偏平方向の一側（図３ににおいて上側）同一部位に、軸方向の所定長さＬ₂ にわたって他の部分より曲率の小さい（曲率半径の大きい）変形部分を有し、この変形部分を挟んで軸方向両側の部分の中心位置（曲率半径の中心）が、略円形部が軸方向に広がる方向にずれ、そのずれの量だけ略円形部が一周毎に軸方向に一側へ偏位して、単体自由状態で軸Ｏ₂ の周りを軸方向に対し一側（図３において右側）に傾斜して略円形に回転しつつコイル状に軸方向に延び、略円形部が順次部分的に重なり合って（図３の例では、略円形部は８個ずつ重なり合っている）偏平な帯状となったものである。

このコイルワイヤＷ₂ を製造するには、例えば図３に示すように、線材（スチールワイヤ等）を略密着状態で円筒螺旋状に巻いてなる円筒コイルＣの一周毎の略円形部の同一部位を、成形加工装置（図示せず）のダイス２１の円弧状に凹陥したダイス面に順次供給し、押圧加工片２２によりダイス面に押し付けて成形加工する。そして、円筒コイルＣが回転しないように次の一周分を送り出し、同一部位を同様に押圧加工片２２によりダイス２１のダイス面に押し付けて成形加工する。これを繰り返すことにより、略密着状態で一周毎のコイル中心が、成形加工による変形部分の長さＬ₂ をピッチとして順次一方向に偏位した偏平な帯状のコイルワイヤＷ₂ となっていく。

この実施の形態において、押圧加工片２２を押し付ける圧力は、成形加工により変形部分が塑性変形して、略真直とまではならず、他の部分より曲率が小さくなるよう調整する。

図４は実施の形態の第３の例のコイルワイヤを成形工程の途中で示す平面図である。この実施の形態のコイルワイヤＷ₃ は、図４に示すように、略円形部が軸Ｏ₃ に直交する偏平方向の一側（図４において下側）同一部位に、軸方向の所定長さＬ₃ にわたって他の部分より曲率の大きい（曲率半径の小さい）変形部分を有し、この変形部分を挟んで軸方向両側の部分の中心位置（曲率半径の中心）が、略円形部が軸方向に縮まる方向にずれ、そのずれの量だけ略円形部が一周毎に軸方向に一側へ偏位して、単体自由状態で軸Ｏ₃ の周りを軸方向に対し一側（図４において右側）に傾斜して略円形に回転しつつコイル状に軸方向に延び、略円形部が順次部分的に重なり合って（図４の例では、略円形部は５個ずつ重なり合っている）偏平な帯状となったものである。

このコイルワイヤＷ₃ を製造するには、例えば図４に示すように、線材（スチールワイヤ等）を略密着状態で円筒螺旋状に巻いてなる円筒コイルＣの一周毎の略円形部の同一部位を、成形加工装置（図示せず）のダイス３１の円弧状に凸設されたダイス面に順次供給し、押圧加工片３２によりダイス面に押し付けて成形加工する。そして、円筒コイルＣが回転しないように次の一周分を送り出し、同一部位を同様に押圧加工片３２によりダイス３１のダイス面に押し付けて成形加工する。これを繰り返すことにより、略密着状態で一周毎のコイル中心が、成形加工による変形部分の長さＬ₃ をピッチとして順次一方向に偏位した偏平な帯状のコイルワイヤＷ₃ となっていく。

この実施の形態において、押圧加工片３２を押し付ける圧力は、成形加工により変形部分が塑性変形して、曲率が他の部分より曲率が大きくなるよう調整する。

これらのコイルワイヤＷ₁ 、Ｗ₂ 、Ｗ₃ は、単体自由状態で偏平な帯状の形状を有するため、例えば自動車用タイヤ等のゴム製品の補強材として好適で、そのまま偏平なコイルワイヤとして埋め込むことができ、また、未加硫ゴム等を被覆しシート状にして埋め込むこともできて、いずれの場合も余計な応力を生じさせないで使用することができ、使用態様の自由度が大きく、様々な態様で使用できる。

そして、これらのコイルワイヤＷ₁ 、Ｗ₂ 、Ｗ₃ は、単体で製造できるため、形状の安定化が容易であり、設備を簡素化でき、安価に製造できる。そのため、例えばこれらのコイルワイヤＷ₁ 、Ｗ₂ 、Ｗ₃ を補強材としてタイヤ等のゴム製品を製造するに際して、加工性や作業性を改善すると共に、安定した品質を確保することが可能になる。

なお、これらのコイルワイヤＷ₁ 、Ｗ₂ 、Ｗ₃ は、それぞれ一例であって、略円形部の重なり数は、用途に応じて２〜１６個の範囲で適宜変更するのがよい。但し、重なり数が少ないと、強度が落ち、重なり数が多すぎる、伸びが不足して、柔軟性が低下する。

コイルワイヤＷ₁ 、Ｗ₂ 、Ｗ₃ において、ワイヤ径は０．１０〜５．００ｍｍが好ましく、０．１２〜２．５０ｍｍが特に好ましい。ワイヤ径が０．１０ｍｍを下回る場合、強度が不十分となり、５．００ｍｍを上回る場合、伸びが不足し、柔軟性が低下し、ゴムに対してセパレーションを生じ易くなる。

また、コイルワイヤＷ₁ 、Ｗ₂ 、Ｗ₃ において、コイル幅Ｗに対するコイル高さＨの比率（Ｈ／Ｗ×１００％）すなわち偏平率は２〜５０％であると良い（図１参照）。この比率が２パーセントを下回る場合、強度が不十分となり、５０パーセントを上回る場合、柔軟性が低下し、ゴムに対してセパレーションを生じ易くなる。この比率は、コイルワイヤＷ₁ 、Ｗ₂ 、Ｗ₃ がゴム製品に埋設された状態でも上記範囲に維持されていることが望ましい。

コイル形状は、真円や楕円形等の円形がよい。変形部分（癖付け部）はコイル幅方向の片側にあるのがよい。

また、コイルワイヤＷ₁ 、Ｗ₂ 、Ｗ₃ において、変形部分の長さＬ₁ 、Ｌ₂ 、Ｌ₃ は、コイル幅Ｗに対して、０．０２〜０．９５Ｗとするのが良く、より好ましくは０．０５〜０．５０Ｗとするのが良い。変形部分の長さＬ₁ 、Ｌ₂ 、Ｌ₃ が０．０２Ｗを下回る場合、コイルワイヤＷ₁ 、Ｗ₂ 、Ｗ₃ は形状安定性が低下する他、柔軟性が低下し、ゴムに対してセパレーションを生じ易くなる。また、変形部分の長さＬ₁ 、Ｌ₂ 、Ｌ₃ が０．９５Ｗを上回る場合、強度が不十分となる。コイル幅Ｗは３．０〜１５０．０ｍｍの範囲から選択するのが良い。

また、これらのコイルワイヤＷ₁ 、Ｗ₂ 、Ｗ₃ は、タイヤ補強用の場合、荷重１０Ｎでの低応力伸びが３５パーセント以上であるのが好ましく、８０％以上であるのが特に好ましい。低応力伸びが小さいと、例えばタイヤの製造において加硫時のリフトに追従することが困難になる。

図５は本発明の実施の形態の一例によるコイルワイヤの低応力伸びの特性を示している。図５において、実線は本発明のコイルワイヤの場合であり、破線は比較例としてのスチールワイヤを粗く撚ったＨＥ（ハイエロンゲーション）コードの場合である。これから判るように、本発明のコイルワイヤは、低応力伸びが極めて大きく、３５％以上という要求を容易にクリアでき、例えば１５０％以上という要求をクリアすることも容易である。

図６は、上記コイルワイヤの低応力伸び（荷重−伸び）を測定する試験方法の説明図である。上記コイルワイヤの低応力伸びを測定する荷重−伸び試験は、ゴムに埋設された状態でのコイルワイヤの伸びを再現するようにして行うことが必要で、そのため、図６に示すように、樹脂製の一対の挟み板３３，３３を、間に隙間を形成するよう四隅にスペーサ３４を挟んで互いに平行に配置し、一体に結合した治具を用いる。ここで、一対の挟み板３３，３３の間の隙間は、コイル高さＨ（図１参照）より１．５ｍｍ程度大きい設定とする。そして、上記構成の治具を、図示しない引張試験機に固着し、コイルワイヤの試験体３５を、一対の挟み板３３，３３の間に挿入して、両端部を圧着端子３６、３６で真直鋼線３７，３７に接続し、引張試験機に接続したチャック３８，３８に取り付けて、引張試験機により試験体３５を軸方向に引っ張り、その荷重（Ｎ）及び伸び（％）を測定する。このとき、試験体３５は、軸方向と直交する方向への膨らみが挟み板３３、３３により規制され、実質的に軸方向だけに伸びる。これにより、ゴムに埋設された状態でのコイルワイヤの伸びを再現することが可能になる。引張試験機としては、例えばインストロン型引張試験機を使用する。試験体の長さ（圧着端子間の距離）は例えば１００ｍｍとし、引張速度は例えば２０ｍｍ／分とする。

本発明のコイルワイヤは、タイヤ用や巻き掛け伝動ベルト用の補強材として好適で、例えば、自動車の空気入りタイヤのトレッド部におけるカーカス層の外周側の、タイヤ周方向に対して傾斜し互いに交差する埋設される複数本のスチールコード等からなるベルト層６の更に外周側に、タイヤ周方向に連続的に巻回する補強材として使用した場合、タイヤ周方向に連続的に巻回しても、加硫時のリフト（タイヤ径方向への拡張）に追従することが可能であり、ワイヤ端末を実質的に無くし、耐セパレーション性を向上させることができる。

そして、本発明による偏平帯状のコイルワイヤは、形状安定性に優れ、補強層の品質を安定化し、その結果として、耐疲労性および耐カット性を高めることができる。また、この偏平帯状のコイルワイヤは加工時の挙動が安定しているので、スチールコード供給設備を複雑化する必要はない。そのため、例えば空気入りタイヤの製造コストを低減することができ、トレッドゴムとベルト層との剛性差に起因するセパレーション故障を効果的に防止することができる。

なお、本発明のコイルワイヤは、空気入りタイヤの上記特定部位の補強材として限定されるものではなく、空気入りタイヤの様々な部位の補強材としても使用でき、また、他のゴム製品でコンベアベルト、マリンホース、防舷材等にも利用することができ、いずれも場合も、そのまま偏平なコイルワイヤとして埋め込むことができ、また、未加硫ゴム等を被覆しシート状にして埋め込むこともできて、使用態様の自由度が大きい。

実施の形態の第１の例のコイルワイヤの平面図（ａ）、側面視断面図（ｂ）およびＸ−Ｘ矢視断面図（ｃ）である。 実施の形態の第１の例のコイルワイヤを成形工程の途中で示す平面図（ａ）および側面視断面図である。 実施の形態の第２の例のコイルワイヤを成形工程の途中で示す平面図である。 実施の形態の第３の例のコイルワイヤを成形工程の途中で示す平面図である。 実施の形態の一例によるコイルワイヤの低応力伸びの特性を示すグラフである。 実施の形態の一例によるコイルワイヤの荷重−伸び試験方法の説明図で、（ａ）は装置側面から見た説明図、（ｂ）はＹ−Ｙ矢視断面で見た説明図である。

符号の説明

１１、２１、３１ ダイス
１２、２２、３２ 押圧加工片
Ｃ 円筒コイル
Ｏ₁ 、Ｏ₂ 、Ｏ₃ 軸
Ｗ₁ 、Ｗ₂ 、Ｗ₃ コイルワイヤ

Claims (3)

1. ゴム製品の補強材として使用するコイルワイヤであって、ゴムに埋め込む前の状態で軸の周りを軸方向に対し一側に傾斜して略円形に回転しつつコイル状に軸方向に延び、一周毎の略円形部が前記軸に直交する偏平方向の一側のみに塑性変形によって形成された曲率の異なる変形部分を有し、該変形部分を挟んで軸方向両側の部分の中心位置が相互にずれて、そのずれの量だけ一周毎に前記軸に沿って順次一方向に偏位し、略円形部が順次部分的に重なり合って偏平な帯状となったことを特徴とするコイルワイヤ。
2. 前記略円形部が２〜１６個ずつ順次部分的に重なり合っていることを特徴とする請求項１記載のコイルワイヤ。
3. 荷重１０Ｎでの低応力伸びが３５％以上である請求項１記載のコイルワイヤ。

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