JP5133670B2 - ゴム物品補強用スチールコード、タイヤ、及び、螺旋型付けブラスメッキ鋼線の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、螺旋状に型付けが施されたブラスメッキ鋼線の製造方法、及び、上記ブラスメッキ鋼線を用いて作製されたゴム物品補強用スチールコードとこのスチールコードを補強材に用いたタイヤとに関する。

従来、ブラスメッキ鋼線の強度を高める方法としては、伸線時の加工量を大きくすることが一般的である。しかしながら、その結果として、表面層には引張り残留応力が発生するため、耐腐食性が低下することは、広く知られている。
一方、螺旋状の型付けが施されたブラスメッキ鋼線を複数本より合わせずに束ねて成るスチールコードが知られている。ブラスメッキ鋼線に螺旋状の型付けをする型付け装置としては、例えば、図７（ａ）に示すような、巻き取り方向に直角方向に交互にずらして配置された複数の円柱状のピン５１を備えたプレフォーマー５０などが用いられる（例えば、特許文献１参照）。この型付け処理によって、上記ブラスメッキ鋼線１０は塑性変形させられるため、図７（ｂ）に示すように、上記螺旋型付けされたブラスメッキ鋼線１０の螺旋内側１０ａの表面層には大きな残留引張り応力が発生する。なお、螺旋外側１０ｂの表面層では、残留応力は圧縮である。
また、腐食環境下に曝された場合には、螺旋内側の最大引っ張り残留応力部分より腐食疲労が進展し、耐腐食疲労性の低下を招くことも知られている。
伸線後のブラスメッキ鋼線の引張り残留応力を低減する方法としては、ブラスメッキ鋼線に圧縮空気を用いた空気投射式のショットピーニング処理を行う方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
また、伸線されたブラスメッキ鋼線を複数本撚り合わせてスチールコードを作製した後、このスチールコードを千鳥状に配置された複数のローラーを備えた矯正装置に通して、上記撚り合わされたブラスメッキ鋼線の残留応力及び進捗性を改善する方法（例えば、特許文献３参照）や、スチールコードを撚り合わせる工程で、張力負荷装置を設け、千鳥状に配置された複数のローラーにより曲げ加工を与えてブラスメッキ鋼線の表層部に残留応力を与えて表層部の残留応力を制御する方法（例えば、特許文献４参照）などが提案されている。
特開２００６−２２５８０１号公報 特開平７−３０８７０７号公報 特開平１０−３２５０８８号公報 特開平１０−１２９２１１号公報

しかしながら、上記伸線後のブラスメッキ鋼線にショットピーニング処理を行う方法では、伸線後のブラスメッキ鋼線の引張り残留応力は低減できるが、螺旋型付けされたブラスメッキ鋼線の螺旋内側の表層部には依然として引張り応力が残るため、耐腐食疲労性を改善することが困難であった。
また、スチールコードを作製した後に矯正装置に通す方法では、ブラスメッキ鋼線に傷が入りやすいだけでなく、各ブラスメッキ鋼線に残留応力を均一に付与できないといった問題点があった。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、螺旋型付けが施されたブラスメッキ鋼線の耐腐食疲労性を向上させる方法と、耐疲労性に優れたブラスメッキ鋼線を用いたゴム物品補強用スチールコード、及び、タイヤを提供することを目的とする。

本願の請求項１に記載の発明は、表面にブラスメッキが施された炭素含有量が０．７重量％以上の高炭素鋼線材料を伸線加工して得られた、直径０．１０〜０．６０ｍｍφ、破断強力が３０００ＭＰａ以上であるブラスメッキ鋼線に、螺旋内側の表層部の残留応力が圧縮応力状態であるような螺旋状の型付けを施して成るブラスメッキ鋼線の単品から成る、または実質的に同一ピッチで螺旋型付けした上記ブラスメッキ鋼線の複数本を、撚り合わせずに束ねて成ることを特徴とするものである。
請求項２に記載のタイヤは、請求項１に記載のゴム物品補強用スチールコードをプライまたはベルトのいずれか一方または両方に適用したことを特徴とするものである。
また、請求項３に記載の発明は、表面にブラスメッキが施された炭素含有量が０．７重量％以上の高炭素鋼線材料に湿式伸線加工を施して、直径０．１０〜０．６０ｍｍφのブラスメッキ鋼線を作る伸線工程と、伸線加工後のブラスメッキ鋼線を、伸線時のブラスメッキ鋼線に引き抜き力を与える駆動キャプスタンに巻付ける巻付工程と、千鳥足状に配置された複数のローラー群を備えた矯正装置に入線させて上記ローラー間を通過させる矯正工程と、上記矯正されたブラスメッキ鋼線に螺旋状の型付けを施す螺旋型付け工程とを有する螺旋型付けブラスメッキ鋼線の製造方法において、上記巻付工程では、上記駆動キャプスタンに３６０度未満の巻き付け角度で巻付けることで、上記湿式伸線加工により得られた螺旋型付け前のブラスメッキ鋼線の表層部の残留応力量Ｒsoを圧縮応力とする処理を施し、螺旋型付け後の螺旋内部側の表層部の残留応力量Ｒsを圧縮応力とすることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の螺旋型付けブラスメッキ鋼線の製造方法において、上記巻き付け角度を１８０度以下としたことを特徴とする。

本発明のゴム物品補強用スチールコードは、表面にブラスメッキが施された炭素含有量が０．７重量％以上の高炭素鋼線材料を伸線加工して得られた、直径０．１０〜０．６０ｍｍφ、破断強力が３０００ＭＰａ以上であるブラスメッキ鋼線に、螺旋内側の表層部の残留応力が圧縮応力状態になるように螺旋型付けが施されたブラスメッキ鋼線の単品、または実質的に同一ピッチで螺旋型付けしたブラスメッキ鋼線の複数本を撚り合わせずに束ねて作製したので、耐疲労性を向上させることができる。
更に、このようなゴム物品補強用スチールコードを有するプライやベルトを作製し、これをタイヤの補強部材とすれば、耐疲労性に優れたタイヤを提供することができる。
また、螺旋状の型付けブラスメッキ鋼線を型付けする際に、伸線加工後のブラスメッキ鋼線を、伸線時のブラスメッキ鋼線に引き抜き力を与える駆動キャプスタンに３６０度未満の巻き付け角度で巻き付けてから、千鳥足状に配置された複数のローラー群を備えた矯正装置に入線させて上記ローラー間を通過させた後、上記伸線工程とは別に設けられた螺旋型付け工程にて、上記ブラスメッキ鋼線に螺旋状の型付けを施したので、螺旋型付け後の螺旋内部側の表層部の残留圧縮応力を確実に圧縮応力にすることができる。

以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
図１（ａ），（ｂ）は、本最良の形態に係る螺旋型付けブラスメッキ鋼線１０の製造方法を示す図で、同図において、１１は伸線工程の最終ダイス、１２は伸線時のブラスメッキ鋼線１０に引き抜き力を与えるための駆動キャプスタン、１３はブラスメッキ鋼線１０を上記駆動キャプスタン１２へ巻き付ける際の巻付け角を規定する補助プーリ、１４は伸線工程で伸線されたブラスメッキ鋼線１０の真直性を矯正する矯正装置、１５は上記矯正装置１４で矯正されたブラスメッキ鋼線１０を巻き取るための巻取り用のボビンである。
矯正装置１４は、入線されたブラスメッキ鋼線１０の送り方向の左側と右側とから当接する千鳥足状に配置された複数のローラー１４ｒを備えた第１の矯正部１４ａと、この第１の矯正部１４ａの後段に配置されたブラスメッキ鋼線１０の上側と下側とから当接する千鳥足状に配置された複数のローラー１４ｒを備えた第２の矯正部１４ｂと、上記第２の矯正部１４ｂから出線されたブラスメッキ鋼線１０を上記駆動キャプスタン１２に戻すための戻しローラー１４ｃ，１４ｄとを備えている。
なお、上記伸線工程の最終ダイス１１から引き抜かれたブラスメッキ鋼線１０は、表面にブラスメッキが施された炭素含有量が０．７重量％以上の高炭素鋼線材料を直径０．１０〜０．６０ｍｍφに伸線した、破断強力が３０００ＭＰａ以上であるブラスメッキ鋼線である。
また、上記巻取り用のボビン１５に巻き取られたブラスメッキ鋼線１０は、例えば、図７（ａ）に示したような、周知の螺旋型付け装置と同様の構成の型付け装置を備えた螺旋型付け工程に送られて螺旋状に型付けされる。

本例では、図１（ａ），（ｂ）に示すように、伸線工程の最終ダイス１１から引き抜いたブラスメッキ鋼線１０を駆動キャプスタン１２に所定角度だけ巻き付けた後、上記駆動キャプスタン１２から離れて補助プーリ１３に渡し、この渡されたブラスメッキ鋼線１０を上記補助プーリ１３に所定角巻き付けた後に角度を変えて上記駆動キャプスタン１２に戻す。そして、再度駆動キャプスタン１２に所定角度だけ巻き付けた後に矯正装置１４に入線する。このとき、上記駆動キャプスタン１２の周面に掛け渡される伸線されたブラスメッキ鋼線１０の範囲を、合計で、上記駆動キャプスタン１２の中心角でみてθになるようにする。
一方、従来は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、ブラスメッキ鋼線１０は駆動キャプスタン１２に１回巻きされた後、矯正装置１４に入線される。このように、ブラスメッキ鋼線１０を駆動キャプスタン１２に一周（３６０°）巻き付けてから矯正装置１４に入線させるようにしているのは、矯正装置１４に入線するブラスメッキ鋼線１０に作用する張力を弱めて断線を低減するためである。
これに対して本例では、図１（ｂ）に示すように、ブラスメッキ鋼線１０は、駆動キャプスタン１２に所定角θだけ巻き付けられてから矯正装置１４に入線されるので、入線前のブラスメッキ鋼線の表層部の残留圧縮応力が、従来よりも大きくなる。したがって、上記矯正装置１４から出線されて巻取り用のボビン１５に巻取られたブラスメッキ鋼線１０の表層部の残留圧縮応力も、従来よりも大きくなる。
このブラスメッキ鋼線１０は、その後、別工程の螺旋型付け工程に送られて螺旋状の型付けが施される。上記型付け前のブラスメッキ鋼線１０の表層部の残留応力は圧縮応力であり、かつ、残留応力量が従来よりも大きいので、螺旋状の型付けを行った場合は、螺旋型付けされたブラスメッキ鋼線１０の表面層の螺旋内側の残留応力を残留圧縮応力にすることができる。したがって、螺旋型付けブラスメッキ鋼線１０の耐腐食性を向上させることができる。

これを詳細に説明すると、一般に、矯正装置１４による曲げ加工時には、入線するブラスメッキ鋼線１０に作用する張力を弱めて、ブラスメッキ鋼線１０を駆動キャプスタン１２に一周（３６０°）巻き付けてから矯正装置１４に入線させるようにしているが、これによって、入線するブラスメッキ鋼線１０の表面層の残留圧縮応力は減少してしまう。
これに対して、本例では、ブラスメッキ鋼線１０を駆動キャプスタン１２に巻き付ける角度θを一周よりも小さくして、上記表面層の残留圧縮応力の減少を抑制する。すなわち、従来の方法に対して、本発明では、入線前のブラスメッキ鋼線１０にその表面の残留圧縮応力が増加するような処理を施していることになる。なお、上記θの値は、上記補助プーリ１３の径や上記補助プーリ１３と駆動キャプスタン１２との距離を適宜調整することにより設定することができる。また、上記θの大きさとしては、３６０度未満であればよいが、矯正装置１４から出線するブラスメッキ鋼線１０の表層部の残留圧縮応力を確実に高めるためには、上記θを１８０度以下とすることが好ましい。
なお、本例では、矯正装置１４に入線するブラスメッキ鋼線１０は、表面にブラスメッキが施された炭素含有量が０．７重量％以上の高炭素鋼線材料を直径０．１０〜０．６０ｍｍφに伸線した、破断強力が３０００ＭＰａ以上であるブラスメッキ鋼線であるので、入線するブラスメッキ鋼線１０に作用する張力を従来よりも高くしても、矯正装置１４による断線等の恐れがないので、上記ブラスメッキ鋼線１０を、螺旋内側の表層部の残留応力を圧縮応力状態に保ったままで型付けすることができる。

このように、本最良の形態によれば、伸線工程の最終ダイス１１から引き抜いたブラスメッキ鋼線１０を螺旋状に型付けする前に、上記ブラスメッキ鋼線１０を駆動キャプスタン１２に所定角度だけ巻き付けた後、補助プーリ１３に渡し、この渡されたブラスメッキ鋼線１０を上記補助プーリ１３に所定角巻き付けた後に角度を変えて上記駆動キャプスタン１２に戻すことにより、上記ブラスメッキ鋼線１０を駆動キャプスタン１２に一周よりも少ない所定角度θだけ巻き付けた後に矯正装置１４に入線させるようにしたので、矯正装置１４から出線されるブラスメッキ鋼線１０の表面層の残留圧縮応力を大きくすることができる。したがって、上記出線されるブラスメッキ鋼線１０を巻取り用のボビン１５に巻取り、このボビン１５を別途設けられた型付け工程に送って上記ブラスメッキ鋼線１０に螺旋状の型付けを施すようにすれば、上記ブラスメッキ鋼線１０を、螺旋内側の表層部の残留応力を圧縮応力状態に保った状態で型付けすることができるので、上記螺旋型付けされたブラスメッキ鋼線１０の耐腐食疲労性を改善することができる。
また、上記のブラスメッキ鋼線１０単品、または実質的に同一ピッチで螺旋型付けしたブラスメッキ鋼線の複数本を、撚り合わせずに束ねてゴム物品補強用スチールコードを作製すれば、ゴム物品補強用スチールコードの耐疲労性を向上させることができる。
更に、このようなゴム物品補強用スチールコードを有するプライやベルトを作製し、これをタイヤの補強部材とすれば、耐疲労性に優れたタイヤを提供することができる。

なお、上記最良の形態では、伸線されたブラスメッキ鋼線１０を駆動キャプスタン１２に一周よりも少ない所定角度だけ巻き付けた後に矯正装置１４に入線するようにしたが、図３（ａ），（ｂ）に示すように、伸線されたブラスメッキ鋼線１０を駆動キャプスタン１２を通さず、直接矯正装置１４に入線するようにしてもよい。これにより、矯正装置１４から出線されるブラスメッキ鋼線１０の表面層の残留圧縮応力の値は、上記最良の形態の場合よりも更に大きくなるので、螺旋状に型付けされたブラスメッキ鋼線１０の螺旋内側の表層部の残留応力を確実に圧縮応力状態にすることができる。
また、上記例では、補助プーリ１３を用いて駆動キャプスタン１２への巻付け角を調整したが、巻付け角の大きさによっては、図１(ａ)に示した駆動キャプスタン１２側の戻しローラー１４ｄへブラスメッキ鋼線１０を巻き付けた後に駆動キャプスタン１２へ戻すようにすることにより、補助プーリ１３を省略して上記戻しローラー１４ｄを上記補助プーリ１３の代わりに用いるようにすることも可能である。
［実施例］

表面にブラスメッキが施された炭素含有量が０．８重量％以上の高炭素鋼線材料を伸線加工して得られた、線径が０．２１ｍｍφ、抗張力が３６００ＭＰａのブラスメッキ鋼線と、線径が同じで破断強力が３９５０ＭＰａのブラスメッキ鋼線をそれぞれ準備し、各ブラスメッキ鋼線について、矯正装置への入線方法を変えて入線させたときに、矯正装置から出線されるブラスメッキ鋼線の表面の残留圧縮応力量Ｒｓ（ｍｍ）を測定するとともに、その腐食疲労性について評価した。その結果を図４の表に示す。
比較例１は線径が０．２１ｍｍφ、抗張力が３６００ＭＰａのブラスメッキ鋼線を駆動キャプスタンに１周(３６０°)巻き付けた後に矯正装置へ入線させたものである。
実施例１は比較例１と同じブラスメッキ鋼線を駆動キャプスタンに１８０°の巻付け角で巻き付けた後に矯正装置へ入線させたものである。
実施例２は比較例１と同じブラスメッキ鋼線を直接矯正装置へ入線させたものである。
比較例２は線径が０．２１ｍｍφ、抗張力が３９５０ＭＰａのブラスメッキ鋼線を駆動キャプスタンに１周巻き付けた後に矯正装置へ入線させたものである。
実施例３は比較例２と同じブラスメッキ鋼線を駆動キャプスタンに１８０°の巻付け角で巻き付けた後に矯正装置へ入線させたものである。
実施例４は比較例２と同じブラスメッキ鋼線を直接矯正装置へ入線させたものである。
矯正装置で矯正されるブラスメッキ鋼線に作用する張力を「大，中，小」で評価すると、駆動キャプスタンに１周(３６０°)巻き付けた場合が「小」で、駆動キャプスタンに１８０°の巻付け角で巻き付けた場合は「中」、駆動キャプスタンに巻き付けない場合が「大」となる。
矯正装置から出線されるブラスメッキ鋼線の表面の残留圧縮応力量Ｒｓ（ｍｍ）は、以下のようにして測定した。
ブラスメッキ鋼線を１２０ｍｍの長さに切断した試験片を準備し、この試験片のブラスメッキ層を過硫酸アンモニウム水溶液により除去し、図５（ａ）に示すように、その端部を２０ｍｍ程度直角に折り曲げる。そして、長さが１００ｍｍの部分の半周部分を、エッチングがされないようにラッカーで被覆する。なお、端部の２０ｍｍの部分は全周をラッカーで被覆する。次に、この試験片を５０℃の５０容量％硝酸水溶液中に浸漬してエッチング処理を行い、端部２０ｍｍを基準として、鋼線の曲りが最大となった時の曲り量を残留圧縮応力量Ｒｓ（ｍｍ）とした。
残留応力は、図５（ｂ）に示すように、エッチング処理された側に曲った場合が圧縮（−）、ラッカー被覆側に曲った場合が引張り（＋）である。なお、表の→（ ）中の残留圧縮応力量は螺旋型付け後のブラスメッキ鋼線の螺旋内側表面の残留圧縮応力量で、エッチング処理した後の螺旋の曲率半径の変化から求めた参考値である。
また、螺旋型付けされたブラスメッキ鋼線の腐食疲労性については、以下のようにして評価した。
螺旋型付けされたブラスメッキ鋼線を１００ｍｍの長さに切断した試験片を準備し、この試験片を少量の硝酸イオン及び硫酸イオンを含む水溶液中に浸漬し、毎分１０００回転の速度で２９４Ｎ／ｍｍ^２の繰り返し応力を与え、上記鋼線が破断するまでの回転数を求めた。表では、比較例１及び比較例２での回転数を１００として指数表示した。数値が大きいほど腐食疲労性に優れていることを表している。
図４の表から明らかなように、破断強力の大きさに関わらず、螺旋型付けされる前のブラスメッキ鋼線に作用する張力が大きいほど残留圧縮応力量Ｒｓが大きく、腐食疲労性に優れていることがわかる。これにより、螺旋型付けされる前のブラスメッキ鋼線の表面の残留圧縮応力を大きく（残留圧縮応力量Ｒsで５０ｍｍ以上）することにより、螺旋型付けされたブラスメッキ鋼線の腐食疲労性が向上することが確認された。

次に、鋼線の炭素含有量を０．９重量％として同様の試験を行った結果を図６に示す。
比較例３は鋼線の炭素含有量を除いて比較例１と同条件である。
実施例５は鋼線の炭素含有量を除いて実施例１と同条件である。
実施例６は鋼線の炭素含有量を除いて実施例２と同条件である。
比較例４は鋼線の炭素含有量を除いて比較例２と同条件である。
実施例７は鋼線の炭素含有量を除いて実施例３と同条件である。
実施例８は鋼線の炭素含有量を除いて実施例４と同条件である。
図４及び図６から、炭素含有量を０．９重量％とした場合も、矯正装置で矯正されるブラスメッキ鋼線に作用する張力を「中」もしくは「大」とすれば、炭素含有量が０．８重量％の場合と同様に、螺旋型付けされる前のブラスメッキ鋼線の表面の残留圧縮応力を大きく（残留圧縮応力量Ｒsで５０ｍｍ以上）とすることができるので、螺旋型付けされたブラスメッキ鋼線の耐腐食疲労性を向上させることができる。

本発明によれば、耐腐食疲労性に優れたブラスメッキ鋼線、及び、耐疲労性に優れたゴム物品補強用スチールコードを得ることができる。
また、上記ゴム物品補強用スチールコードを用いてプライやベルトを作製してこれをタイヤの補強部材とすれば、耐疲労性に優れたタイヤを提供することができる。

本発明の最良の形態に係る螺旋型付けブラスメッキ鋼線の製造方法を示す図である。 従来のブラスメッキ鋼線への型付け方法の一例を示す図である。 本発明による螺旋型付けブラスメッキ鋼線の製造方法の他の例を示す図である。 本発明による製造方法により製造したブラスメッキ鋼線と従来の製造法により製造したブラスメッキ鋼線との耐腐食性を比較した表である。 鋼線表面の残留応力の測定方法を示す図である。 本発明による製造方法により製造したブラスメッキ鋼線と従来の製造法により製造したブラスメッキ鋼線との耐腐食性を比較した表である。 螺旋型付け装置の一例と螺旋型付けされたブラスメッキ鋼線の残留応力状態を説明するための模式図である。

符号の説明

１０ ブラスメッキ鋼線、１１ 伸線工程の最終ダイス、１２ 駆動キャプスタン、
１３ 補助プーリ、１４ 矯正装置、１４ａ 第１の矯正部、１４ｂ 第２の矯正部、
１４ｃ，１４ｄ 戻しローラー、１４ｒ 矯正装置のローラー、
１５ 巻取り用のボビン。

Claims (4)

1. 表面にブラスメッキが施された炭素含有量が０．７重量％以上の高炭素鋼線材料を伸線加工して得られた、直径０．１０〜０．６０ｍｍφ、破断強力が３０００ＭＰａ以上であるブラスメッキ鋼線に、螺旋内側の表層部の残留応力が圧縮応力状態であるような螺旋型付けを施して成るブラスメッキ鋼線の単品から成る、または実質的に同一ピッチで螺旋型付けした上記ブラスメッキ鋼線の複数本を、撚り合わせずに束ねて成ることを特徴とするゴム物品補強用スチールコード。
2. 請求項１に記載のゴム物品補強用スチールコードをプライまたはベルトのいずれか一方または両方に適用したことを特徴とするタイヤ。
3. 表面にブラスメッキが施された炭素含有量が０．７重量％以上の高炭素鋼線材料に湿式伸線加工を施して、直径０．１０〜０．６０ｍｍφのブラスメッキ鋼線を作る伸線工程と、伸線加工後のブラスメッキ鋼線を、伸線時のブラスメッキ鋼線に引き抜き力を与える駆動キャプスタンに巻付ける巻付工程と、千鳥足状に配置された複数のローラー群を備えた矯正装置に入線させて上記ローラー間を通過させる矯正工程と、上記矯正されたブラスメッキ鋼線に螺旋状の型付けを施す螺旋型付け工程とを有する螺旋型付けブラスメッキ鋼線の製造方法において、
   上記巻付工程では、上記駆動キャプスタンに３６０度未満の巻き付け角度で巻付けることで、上記湿式伸線加工により得られた螺旋型付け前のブラスメッキ鋼線の表層部の残留応力量Ｒsoを圧縮応力とする処理を施し、螺旋型付け後の螺旋内部側の表層部の残留応力量Ｒsを圧縮応力とすることを特徴とする螺旋型付けブラスメッキ鋼線の製造方法。
4. 上記巻き付け角度が１８０度以下であることを特徴とする請求項３に記載の螺旋型付けブラスメッキ鋼線の製造方法。

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