JP6548642B2 - ベルトプライ用の直線モノフィラメント - Google Patents

Description

本発明は、空気式タイヤ用のモノフィラメントに関し、より詳細には、空気式タイヤのベルトプライ補強のためのモノフィラメントに関する。本発明はまた、空気式タイヤ用のモノフィラメントを製造するためのプロセスないし方法に関する。

空気式タイヤは、通常、少なくとも１つのカーカスプライを備えるカーカス構造と、カーカス構造の径方向外側の位置にあるトレッドバンドと、カーカス構造とトレッドバンドの間に介在されたベルト構造とを備える。

従来技術の米国特許第４８１９７０５Ａ号明細書は、馬力低吸収性の自動車用の空気式タイヤを開示している。タイヤは、最大でも０．６０３ｍｍの直径を有する金属コードが中に埋め込まれたゴム入り織物の２つの層を備える環状ベルト構造を有する。タイヤの断面上の径方向に面する２つのコードの中心間の径方向の相互距離は、１ｍｍを超えない。金属コードは、一緒になってストランドになるようねじられた３つ、４つ、またはさらには５つの基本的なフィラメントでよく、各々のフィラメントは、０．１２ｍｍから０．２５ｍｍの直径を有する。金属コードの代替策として、上記で示された範囲内の直径を有する単一のねじられていない鋼モノフィラメントを使用することができる。

従来技術の米国特許第５８５８１３７Ａ号明細書は、さらに、優れた取り扱い特性を維持するだけでなく、ベルトプライ内の許容できないフィラメントの破損がない優れた取り扱い特性を維持する空気式タイヤを開示している。空気式タイヤは、少なくとも２つのベルトプライを有し、その各々は、タイヤの赤道面に対して１０度から３０度の角度で傾斜されたほぼ直線の鋼モノフィラメントの層を備える。鋼モノフィラメントは、１インチあたり２５エンドから６０エンドの範囲のエンド数で置かれ、各々のモノフィラメントは、０．２５ｍｍから０．４０ｍｍまでの直径と、Ｄがミリメートルのフィラメント直径である、少なくとも４０８０ＭＰａ−２０００ｘＤｘ９５％の引っ張り強さと、３ロール曲げ疲労試験によって測定された少なくとも３５００サイクルの疲労抵抗とを有する。

上記の用途に適したモノフィラメントの製造プロセスは、日本特許第３１５１１１８Ａ号明細書または韓国特許第２００８０００２２６３Ｕ号明細書に開示されたように、最初に鋼ロッドを所望のフィラメント直径まで延伸することと、次いで、フィラメントをローラ直線化装置を用いて直線化することとを含む。しかし、この製造プロセスは、フィラメント内における延伸プロセスでの残留曲げ応力により、複数の欠点を有する。第１に、ローラ直線化装置は、フィラメント内のすべての曲げ応力を解放することはできないので、完全な直線モノフィラメントを提供することに対して固有の限界を有する。第２に、フィラメント内の曲げ応力の変動により、ローラ直線化装置の微調整には時間がかかり、且つ、コストがかかる。第３に、直線化プロセスの結果は、大量生産におけるフィラメント内の曲げ応力の変動により、維持することができない。たとえばモノフィラメントの、ある部分は、直線状であるが、他の部分は範囲外である。

上記の従来技術は、モノフィラメント補強されたベルトプライを備える空気式タイヤを提供するが、モノフィラメントの真直度の均一性および整合性に関して依然として改良の余地がある。

本発明の目的は、従来技術の欠点を克服することである。

本発明の目的はまた、空気式タイヤ内のベルトプライ補強に適した直線鋼モノフィラメントを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、真直度に関して改良された一貫性を備えた鋼モノフィラメントを得ることである。

本発明のさらに別の目的は、真直度が、大量生産において低減された標準偏差を有する鋼モノフィラメントを得ることである。

本発明のさらなる目的は、空気式タイヤ内のベルトプライ補強に適した直線鋼モノフィラメントを製造するための簡単なプロセスを提供することである。

本発明の１つの態様によれば、空気式タイヤにおけるベルトプライ補強用の直線鋼モノフィラメントは、直線鋼モノフィラメントのアークハイトが、３０ｍｍ未満であり、好ましくは２０ｍｍ未満であるという特性を有する。本発明の文脈では、用語「モノフィラメント」は、円形断面を備えた縦長の金属部分を指し、この金属部分は、他のフィラメントと共にねじられず、それ自体の軸周りでねじられ得る。

本発明の好ましい実施形態では、鋼モノフィラメントは、当該鋼フィラメント自体の軸周りで塑性的にねじられている。このねじりにより、鋼モノフィラメントは、ゼロではない表面ねじり角度を得る。好ましくは、直線鋼モノフィラメントの表面ねじり角度は、０．５度から１５度の間、好ましくは１度から５度の間の範囲である。鋼モノフィラメントのねじりは、これが、曲げ応力における変動を取り去るという利点を有する。鋼モノフィラメントのねじりは、鋼モノフィラメントの長さにわたってほぼ一定であるため、鋼モノフィラメントは、応力においてそれほど大きな変動を示さず、故に、改良された一定の真直度を呈する。したがって、直線鋼モノフィラメントのアークハイトの中間値は、２０ｍｍ未満であり、好ましくは１０ｍｍ未満である。直線鋼モノフィラメントのアークハイトの標準偏差は、３ｍｍ未満であり、好ましくは２ｍｍ未満である。

本発明の別の態様によれば、空気式タイヤのベルトプライは、３０ｍｍ未満のアークハイトを有する複数の平行な直線鋼モノフィラメントによって補強される。

複数の平行な直線鋼モノフィラメントは、異なる方向にねじられてもよく、ベルトプライ内に交互に埋め込まれてもよく、それにより、Ｓ字にねじられたモノフィラメントは、Ｚ字にねじられたフィラメントと交互に位置し、またその逆で交互に位置する。

複数の平行な直線鋼モノフィラメントは、異なる方向にねじられてもよく、ベルトプライ内に別個のグループを形成することができる。グループの１つのタイプは、Ｓ字にねじられたモノフィラメントのみを含むことができ、グループの別のタイプは、Ｚ字にねじられたモノフィラメントのみを含むことができる。Ｓ字にねじられたモノフィラメントを備えたグループは、Ｚ字にねじられたモノフィラメントを備えたグループと交互にされ得る。

複数の平行な直線鋼モノフィラメントは、異なる方向にねじられてもよく、ベルトプライ内に別個のグループを形成することができる。各々のグループは、Ｓ字にねじられたモノフィラメントおよびＺ字にねじられたモノフィラメントの両方を含むことができる。

本発明の別の態様によれば、空気式タイヤは、３０ｍｍ未満のアークハイトを有する複数の平行な直線鋼モノフィラメントによって補強されたベルトプライを備える。

本発明のさらに別の態様によれば、直線鋼モノフィラメントを製造するための方法は、鋼モノフィラメントの軸に沿ってねじることによって鋼モノフィラメントを塑性的に変形させることである。ねじりピッチと鋼モノフィラメントの直径の間の比Ｒは、７から２４０の間、好ましくは２０から１２０の間の範囲になり得る。

鋼モノフィラメントの軸に沿ったねじりによって鋼モノフィラメントを塑性的に変形させるためのプロセスおよび装置の概略図である。 鋼モノフィラメントのねじり方向の概略図である。 鋼モノフィラメントの軸に沿ったねじりによって鋼モノフィラメントを塑性的に変形させるためのプロセスおよび装置の概略図である。 鋼モノフィラメントの軸に沿ったねじりによって鋼モノフィラメントを塑性的に変形させるためのプロセスおよび装置の概略図である。 鋼モノフィラメントのそれぞれの軸に沿ったねじりによって２つの鋼モノフィラメントを塑性的に変形させ、異なる方向にねじられた２つのフィラメントを１つのスプール上に巻き付けるためのプロセスおよび装置の概略図である。 鋼モノフィラメントの軸に沿ったねじりによって鋼モノフィラメントを塑性的に変形させ、同じ方向にねじられた複数のフィラメントを１つのスプール上に巻き付けるためのプロセスおよび装置の概略図である。 複数の平行な直線鋼モノフィラメントによって補強されたベルトプライの概略断面図である。 複数の平行な直線鋼モノフィラメントによって補強されたベルトプライの概略断面図であって、鋼モノフィラメントが同じ方向にねじられている概略断面図である。 複数の平行な直線鋼モノフィラメントによって補強されたベルトプライの概略断面図であって、鋼モノフィラメントが、同じ方向にねじられ、グループ化されてベルトプライ内に埋め込まれている概略断面図である。 複数の平行な直線鋼モノフィラメントによって補強されたベルトプライの概略断面図であって、鋼モノフィラメントが。異なる方向にねじられ、ベルトプライ内に交互に埋め込まれている概略断面図である。 複数の平行な直線鋼モノフィラメントによって補強されたベルトプライの概略断面図であって、鋼モノフィラメントが、異なる方向にねじられ、グループ内に交互に置かれてベルトプライ内に埋め込まれている概略断面図である。 複数の平行な直線鋼モノフィラメントによって補強されたベルトプライの概略断面図であって、鋼モノフィラメントが、異なる方向にねじられ、グループ内に交互に置かれてベルトプライ内に埋め込まれている概略断面図である。 複数の平行な直線鋼モノフィラメントによって補強されたベルトプライの概略断面図であって、鋼モノフィラメントが、グループ化され、異なる方向にねじられ、異なる方向を有するモノフィラメントのグループが、ベルトプライ内に交互に埋め込まれている概略断面図である。 鋼モノフィラメントのアークハイトを測定するための方法および試験装置の概略図である。 鋼モノフィラメントの表面ねじり角度を測定するための方法の概略図である。

図１は、鋼モノフィラメントの軸に沿ったねじりによって鋼モノフィラメントを塑性的に変形させるためのプロセスおよび装置を概略的に示す。装置は、従来技術の英国特許第２０９８２５１Ａ号明細書に開示されたような鋼コードを製造するための二重ねじり装置２である。二重ねじり装置は、しばしば、「バンチャー（ｂｕｎｃｈｅｒ）」とも称される。二重ねじり装置２は、離間して設定され対向している２つのトーションディスク１５を備える。２つのトーションディスク１５上には、プーリ１４、１８、２４、２８が設置される。２つのフライヤ１６および２６が、２つのトーションディスク１５のリムに連結される。第１のフィラメント１０は、第１のスプール１２から延伸され、プーリ１３、１４上を進み、さらにフライヤ１６およびプーリ１８上を進み、最後にスプール１９上に巻き付けられる。第２のフィラメント２０は、第２のスプール２２から延伸され、プーリ２３、２４上を進み、さらにフライヤ２６およびプーリ２８上を進み、最後にスプール２９上に巻き付けられる。第１のスプール１２および第２のスプール２２の両方は、二重ねじり装置２のロータの内側に固定式に装着される。フライヤ１６、プーリ１４、およびプーリ１８は、第１のフィラメント１０のための回転する部分を構成する。作動において、フライヤ１６が１回転したとき、第１のフィラメント１０には、フライヤ１６と同じ回転方向に２回のねじりが与えられ、１つ目はプーリ１４の前の位置であり、２つ目はプーリ１８の後の位置である。フィラメントのねじり方向は、ねじり位置において回転する側から固定側を見ることによって規定される。回転する部分が時計回り方向に回転しているとき、これはＳ字方向である。たとえば、プーリ１４の前のねじり位置では、見る方向は、回転する側、プーリ１４から固定側、プーリ１３である。プーリ１４およびフライヤ１６の回転方向が、時計回り方向である場合、これはＳ字方向である。プーリ１８後のねじり位置では、見る方向は、回転する側、プーリ１８から固定側、スプール１９である。プーリ１８およびフライヤ１６の回転する方向が、時計回り方向である場合、これはＳ字方向と呼ばれる。同様に、フライヤ２６、プーリ２４、およびプーリ２８は、第２のフィラメント２０のための回転する部分を構成する。フィラメント２０に関して見る方向は、フィラメント１０のものと異なるので、フィラメント１０およびフィラメント２０は反対方向にねじられる。したがって、スプール１９上のフィラメント１０はスプール２９上のフィラメント２０に対して反対方向に塑性的にねじられる。

図１Ａは、鋼モノフィラメントのねじり方向を概略的に示す。鋼モノフィラメントの表面上の黄銅コーティングが、化学的に除去されたとき、鋼モノフィラメントの表面上の薄い溝の形態である延伸線が、鋼モノフィラメントのねじれ方向を表す。拡大された図では、フィラメント１０のセグメントは、目に対して垂直な方向に平面上に置かれ、フィラメント１０の表面上の延伸線２５は、左上から右下まで延びる。フィラメント１０はＳ方向にあると呼ばれる。比較すると、フィラメント２０の表面上の延伸線２５は、右上から左下まで延びる。フィラメント２０はＺ方向にあると呼ばれる。
図１に示されるプロセスは、２つの利点を有し、第１に、フライヤの各々の回転により、２つの回転またはねじりがフィラメントに与えられる。第２に、２つの鋼フィラメントは、別個にかつ同時にねじられる。１つの供給スプールおよび巻き上げのための１つのスプールを備えた単一のねじり装置と比較して、４倍の出力が存在する。
図１のプロセスの結果は、本発明に係る直線鋼モノフィラメントをこん包ないしパッキングする第１の形態であり、各々のスプールは、１回ねじられた直線鋼モノフィラメントを含む。

図１Ｂは、鋼モノフィラメントの軸に沿ったねじりによって鋼モノフィラメントを塑性的に変形させるためのプロセスおよび装置を概略的に示す。二重ねじり装置２は、図１に示されるのとほぼ同じであるが、２つのトーションディスク１５のリムに連結されたフライヤ１６および２６が除去されている点が異なる。この場合、第１のフィラメント１０は、第１のスプール１２から延伸され、プーリ１３、１４、一方の側のトーションディスク１５のリム、他方の側のトーションディスク１５のリム、プーリ１８上を進み、最後にスプール１９上に巻き付けられる。第２のフィラメント２０は、第２のスプール２２から延伸され、プーリ２３、２４、一方の側のトーションディスク１５のリム、他方の側のトーションディスク１５のリム、プーリ２８上を進み、最後にスプール２９上に巻き付けられる。フィラメント１０および２０は、図１に示されるものに類似する経路を通り抜けるため、スプール１９上のフィラメント１０は、スプール２９上のフィラメント２０に対して反対方向に塑性的にねじられる。

図１Ｃは、鋼モノフィラメントの軸に沿ったねじりによって鋼モノフィラメントを塑性的に変形させるためのプロセスおよび装置を概略的に示す。二重ねじり装置２は、図１に示されるものに類似しているが、モノフィラメント１０が装置２の外側から供給され、仕上げられたモノフィラメント１０が、装置２の内側でピックアップシステム（図示せず）によって駆動されるスプール１９上に巻き付けられる点が異なる。装置２の内側の限定された空間のため、図１Ｃに示されるようなピックアップシステムの１つの組のみが存在し得る。この場合、第１のフィラメント１０は、第１のスプール１２から延伸され、プーリ１７、１８上を進み、さらにフライヤ１６およびプーリ１４、１３上を進み、最後にスプール１９上に巻き付けられる。

図２は、鋼モノフィラメントの軸に沿ったねじりによって鋼モノフィラメントを塑性的に変形させ、異なる方向にねじられた２つのフィラメントを１つのスプール上に巻き付けるためのプロセスおよび装置を概略的に示す。フィラメント１０および２０、ならびに二重ねじり装置２は、図１に示されるものと同じである。第２のフィラメント２０が、第１のフィラメント１０と同じスプール１９上に巻き付けられるように一連のプーリ２１に誘導される点が異なる。フィラメント１０のねじり方向は、フィラメント２０のものと異なるため、スプール１９は、従来技術の国際公開第０３／０７６３４２Ａ１号パンフレットにしたがって密接に一緒に巻き付けられた、異なるねじり方向を有する２つのフィラメントで充填される。
図２のプロセスの結果は、本発明に係る直線鋼モノフィラメントをパッキングする第２の形態であり、各々のスプールは、一方はＳ字にねじられたもの、他方はＺ字にねじられたものである２つのねじられた直線鋼フィラメントを含む。

図３は、鋼モノフィラメントの軸に沿ったねじりによって鋼モノフィラメントを塑性的に変形させ、同じ方向にねじられた複数のフィラメントを１つのスプール上に巻き付けるためのプロセスおよび装置を概略的に示す。フィラメント１０および２０、ならびに二重ねじり装置２は、図１に示されるものと同じである。複数の二重ねじり装置２が、平行に配置され、同じ方向に回転する点が異なる。１つのねじり方向にねじられたすべてのフィラメント１０は、スプール１９上に巻き付けられるように一連のプーリ３１によって誘導され、一方で反対方向にねじられたすべてのフィラメント２０は、プーリ３２上で誘導され、スプール２９上に巻き付けられる。フィラメントは、従来技術の国際公開第０３／０７６３４２Ａ１号パンフレットにしたがって密接に一緒にスプール上に巻き付けられ得る。同じねじり方向を有する複数の鋼モノフィラメントが、１つのスプール上に巻き付けられることが可能であるため、スプールの充填速度は倍単位に増大され、これはまた、ベルトプライ形成プロセスにおけるカレンダー工程の空間を節約するのにも役立つ。
図３に示されるプロセスは、本発明に係る直線モノフィラメントのパッキングの第３の形態を生じさせ、各々のスプールは、同じ方向、すなわちすべてＳ字またはすべてＺ字にねじられた複数の直線モノフィラメントを含む。

プロセスおよび装置（図示せず）におけるさらなる改良は、図３の平行な二重ねじり装置２および図２の一連のプーリ２１を組み合わせ、互いの隣に交互に配設された、異なるねじり方向を有する複数の鋼モノフィラメントで、スプール１９を充填することである。

図４は、複数の平行な直線鋼モノフィラメントによって補強されたベルトプライの断面図を概略的に示す。ベルトプライ４０は、複数の平行な鋼モノフィラメント４２によって補強される。この実施形態では、モノフィラメントのねじり方向に関して区別がなされないため、図１、２、および３に示されたプロセスからのスプールはすべて、この用途に適する。

図５は、複数の平行な直線鋼モノフィラメントによって補強されたベルトプライの断面図を概略的に示し、この場合、鋼モノフィラメントは同じ方向にねじられる。ベルトプライ５０は、複数の平行な直線鋼モノフィラメント５２によって補強され、鋼モノフィラメント５２は、同じ方向にねじられる。鋼モノフィラメント５２は、図１のスプールによって供給可能であり、この場合、スプールは、同じねじり方向を有する鋼モノフィラメント５２を含む。カレンダー空間を節約するために、同じねじり方向を有する鋼モノフィラメント５２は、図３のスプールによって供給可能であり、この場合、スプールは、同じねじり方向を有する複数の鋼モノフィラメント５２を含む。

図５Ａは、複数の平行な直線鋼モノフィラメントによって補強されたベルトプライの断面図を概略的に示し、この場合、鋼モノフィラメントは、同じ方向にねじられ、グループ化されてベルトプライ内に埋め込まれる。ベルトプライ５０は、複数の平行な直線鋼モノフィラメント５２によって補強され、鋼モノフィラメント５２は、同じ方向にねじられる。２つの鋼モノフィラメント５２ごと一グループとして、さらに一緒にグループ化されてベルトプライ５０内に埋め込まれる。同じねじり方向を有する鋼モノフィラメント５２は、図３のスプールによって供給可能であり、この場合、スプールは、同じねじり方向を有する複数の鋼モノフィラメント５２を含む。

図６は、複数の平行な直線鋼モノフィラメントによって補強されたベルトプライの断面図を概略的に示し、この場合、鋼モノフィラメントは、異なる方向にねじられ、ベルトプライ内に交互に埋め込まれる。ベルトプライ６０は、複数の平行な直線鋼モノフィラメント６２および６４によって補強される。鋼モノフィラメント６２および６４は、異なる方向に塑性的にねじられ、ベルトプライ６０内に交互に埋め込まれる。たとえば、Ｓ字にねじられた鋼モノフィラメント６２は、Ｚ字にねじられたモノフィラメント６４と交互に位置し、またその逆で交互に位置する。

図７および図７Ａは、複数の平行な直線鋼モノフィラメントによって補強されたベルトプライの断面図を概略的に示し、この場合、鋼モノフィラメントは異なる方向にねじられ、グループ化されてベルトプライ内に埋め込まれる。ベルトプライ７０は、複数の平行な鋼モノフィラメント７２および７４によって補強される。鋼モノフィラメント７２および７４は、異なる方向にねじられ、グループ化されてベルトプライ７０内に埋め込まれる。たとえば、Ｓ字にねじられた鋼モノフィラメント７２は、Ｚ字にねじられたモノフィラメント７４と交互に位置し、またその逆で交互に位置する。

図８は、複数の平行な直線鋼モノフィラメントによって補強されたベルトプライの断面図を概略的に示し、この場合、鋼モノフィラメントは、グループ化され、異なる方向にねじられ、異なる方向を有するモノフィラメントのグループは、ベルトプライ内に交互に埋め込まれる。ベルトプライ８０は、複数の平行な直線鋼モノフィラメント８２および８４によって補強される。鋼モノフィラメント８２および８４は、異なる方向にねじられ、鋼モノフィラメント８２のグループおよび鋼モノフィラメント８４のグループは、ベルトプライ８０内に交互に埋め込まれる。たとえば、Ｓ字にねじられた鋼モノフィラメント８２のグループは、Ｚ字にねじられた鋼モノフィラメント８４のグループと交互に位置し、またその逆で交互に位置する。

通常、本発明からの鋼モノフィラメントは、真直度に関して良好な品質を有し、アークハイトが低減され、真直度のレベルは、鋼モノフィラメントの長さにわたって、およびさまざまな異なる鋼モノフィラメントにわたってより一貫性があり、一定である。これは、塑性的ねじり変形が、表面応力上の相違を解消し、それにより、鋼モノフィラメントのアークハイトが、ベルトプライ補強に適した範囲、すなわち３０ｍｍを下回る範囲内に保たれ得るためにそのようになる。したがって、鋼モノフィラメントのねじり方向の相違が、ベルトプライ製作プロセスにおいてカレンダー作用の品質問題を生じさせることはない。しかし、安全策をとるために、２つの理由により、上記で述べられた手法を使用してベルトプライ内に鋼モノフィラメントを配置することが推奨される。第１に、異なるねじり方向を有する鋼モノフィラメントは、さらに、鋼モノフィラメント上の表面応力の相違からのベルトプライに対する影響を中和してプロセスまたは品質の問題を回避することができる。第２に、複数の鋼モノフィラメントを、図２および３に開示されたようにグループ化し、１つのスプール上に巻き付けてカレンダー工程の空間および設定時間を節約することができるが、その理由は、使用されるスプールが少ないためである。一方で、より多くの鋼モノフィラメントを同じ幅を有するベルトプライ内に埋め込んでベルトプライの強度を増大させることができるが、その理由は、同じグループ内のモノフィラメント間の空隙が、通常、図４、５、および６に示されるような均一に分配されるものと比べて小さいためである。

アークハイトは、規定された「コード長さ」上の「アークハイト」を測定することによって、鋼モノフィラメントの真直度からの偏差を検証するためのパラメータである。図９は、鋼モノフィラメントのアークハイトを測定するための方法および装置を概略的に示す。試験装置９０は、ボード９２を備え、ボード９２上には、２つのピン９４が、ピンの中心で測定して３００ｍｍ離間されて設定されており、スケール「０」を有する２つのピン９４の中間にある１つのスケール９６は、２つのピン９４の接線と合致する。試験方法は、最初に、鋼モノフィラメントの検査サンプル９８を４０ｃｍから４５ｃｍの間で切断するステップと、第２に、検査サンプル９８をボード９２上に置き、検査サンプル９８を２つのピン９４に向かって押し出すステップと、最後に、検査サンプル９８が２つのピン９４に接触したときのアークの最も高い点においてスケール９６上の数字を読み取るステップとを含む。検査サンプル９８のアークの最も高い点におけるスケール９６上の数字は、鋼モノフィラメントのアークハイトである。場合によっては、鋼モノフィラメント上の表面応力の大きな相違により、検査サンプルは、３００ｍｍ未満の直径を有する円になるようにカールすることがある。このような種類の場合、鋼モノフィラメントのアークハイトは、１５０ｍｍを上回る。留意される別の状況は、スプールフランジ上でフィラメントを巻き出す際、捻転またはねじりが、スプールが固定されている場合にフィラメント上に作り出される。フィラメントの３６０度の巻き出しにつき１つのねじりが存在する。その結果、充填スプールでは、ほとんど空のスプールのものより少ないねじりが存在し、その理由は、３６０度の巻き出しを行うために必要とされるフィラメントの長さは、空のスプールより充填スプールの方が大きいためである。クライスラー コーポレーション（Ｃｈｒｙｓｌｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）、フォード モーター カンパニー（Ｆｏｒｄ Ｍｏｔｏｒ Ｃｏｍｐａｎｙ）およびゼネラル モーターズ コーポレーション（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｍｏｔｏｒｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）による統計的工程管理（Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）（ＳＰＣ）参照マニュアルは、サンプリングし、アークハイトの中間値および標準偏差を算出する方法の指針を提供している。

表面ねじり角度は、鋼ワイヤの軸に対して鋼ワイヤ上の延伸線によって形成された角度である。鋼ワイヤの延伸線は、延伸プロセスに起因して不完全であり、たとえば、延伸後の鋼ワイヤの表面上の薄い溝の形態をなしている。
表面ねじり角度パラメータは、鋼モノフィラメントの塑性的ねじり変形を特徴付けるためのものである。図１０は、鋼モノフィラメントの表面ねじり角度を測定するための方法を概略的に示す。第１に、鋼モノフィラメントの黄銅コーティングが、鋼モノフィラメントの表面上の湿潤延伸プロセスからの傷を露出させるために除去されなければならない。黄銅コーティングを除去するための１リットルの剥がし溶液の調製は、１６グラムの（ＮＨ_４）_２Ｓ_２Ｏ_８を量り６００ｍｌのビーカーに入れ、４００ｍｌの脱塩水中に溶解させるステップと、１リットル容積フラスコに定量的に移すステップと、１２０ｍｌのＮＨ_３Ｏｄ＝０．９１を加えるステップと、脱塩水でマークまで満たすステップと、よく振るステップとを含む。試験サンプルを準備するプロセスは、鋼モノフィラメントのサンプルを約５０ｍｍの長さで切断するステップと、サンプルを剥がし容液中５分間溶解させて黄銅コーティングを除去するステップと、次のステップのためにサンプルを乾燥させるステップとを含む。第２に、サンプルの写真が、５００倍率の走査型電子顕微鏡上でとられる。写真内では、約５００μｍ×４００μｍのサイズの場合、サンプルは中心に位置しなければならず、サンプルの縁は写真の縁と平行にならなければならない。第３に、表面ねじり角度は、オリンパス ソフトイメージング ソリューションズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング（Ｏｌｙｍｐｕｓ ＳｏｆｔＩｍａｇｉｎｇ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ＧｍｂＨ）による画像処理ソフトウェア、アナリシス（ａｎａｌｙＳＩＳ） バージョン５．１（著作権１９８６年〜２００９年）を用いて写真上で測定される。図１０は、表面ねじり角度の測定を概略的に示す。プロセスは、以下のステップ、すなわち最初に機能ボタン「矩形」を用いて写真１００上に矩形１０２を描くステップと、約４００μｍの長さの線１０４が、サンプル１０１の中央領域、すなわちサンプル１０１の中心線からサンプル１０１の直径の＋−２０％内に位置することを確実にするステップとを含む。線１０４は、常に、写真１００の縁と平行であり、サンプルの縁１０３は、写真の縁と平行であるため、線１０４は、サンプルの縁１０３およびサンプル１０１の中心線（図示せず）に対して平行である。第２に、機能ボタン「４点角度」を用いてサンプル１０１の中心領域内に描いた線の１つに一致する直線１０６を描き、線１０４に一致する直線１０８を描くことにより、表面ねじり角度を測定し、ソフトウェアは、直線１０６と直線１０８の間の鋭角Ａの評価を与え、これが、鋼モノフィラメントの表面ねじり角度である。

ゴム補強のための鋼モノフィラメントの一般的な鋼組成は、０．６５％の最小炭素含有量、０．４０％から０．７０％の範囲であるマンガン含有量、０．１５％から０．３０％の範囲であるシリコン含有量、０．０３％の最大硫黄含有量、０．３０％の最大リン含有量を有し、すべての割合は、重量パーセントである。銅、ニッケルおよび／またはクロムなどの元素は、最大０．４重量％まで変動する微量および量で存在し得る。高い引っ張り性の鋼モノフィラメントのための一般的な鋼組成は、約０．８０重量％の最小炭素含有量、たとえば０．７８〜０．８２重量％を有する。

鋼モノフィラメントは、上記の組成を備えたワイヤロッドから、次のステップにしたがって製造される。ワイヤロッドは、表面上に存在する酸素を除去するために、最初に、機械的スケール除去によって、および／またはＨ_２ＳＯ_４またはＨＣｌ溶液中の化学ピクリングによって洗浄される。ワイヤロッドは、次いで、水で濯がれ乾燥される。乾燥されたワイヤロッドは、次いで、元の直径、たとえば約５．５ｍｍから８ｍｍを第１の中間直径まで低減するために、第１の一連の乾燥延伸工程にかけられる。

たとえば約３．０ｍｍから３．５ｍｍのこの第１の中間直径ｄ_１において、乾燥延伸された鋼モノフィラメントは、パテンティングと呼ばれる第１の中間熱処理にかけられる。パテンティングは、最初に、約１０００℃の温度までオーステナイト化し、その後約６００℃〜６５０℃の温度においてオーステナイトからパーライトへの変態段階が続くことを意味する。鋼モノフィラメントは、次いで、さらなる機械的変質のために待機する。

その後、鋼モノフィラメントは、第１の中間直径ｄ_１から、直径低減ステップの第２の数の第２の中間直径ｄ_２までさらに乾燥延伸される。第２の直径ｄ_２は、通常、１．０ｍｍから２．５ｍｍの範囲である。

この第２の中間直径ｄ_２において、鋼モノフィラメントは、第２のパテンティング処理にかけられ、すなわち約１０００℃の温度で再度オーステナイト化し、その後、６００℃〜６５０℃の温度に急冷して、オーステナイトからパーライトへの変態を可能にする。

第１および第２の乾燥延伸ステップにおける合計低減が、それほど大きくない場合、直接延伸工程が、モノフィラメントロッドから直径ｄ_２まで行われ得る。

この第２のパテンティング処理後、鋼モノフィラメントには、通常、黄銅コーティングが設けられ、すなわち銅が鋼モノフィラメント上にめっきされ、亜鉛が銅上にめっきされる。熱拡散処理が施されて黄銅コーティングを形成する。

黄銅コーティングされた鋼モノフィラメントは、次いで、湿潤延伸機による最後の一連の断面低減にかけられる。最終生成物は、０．６０重量パーセントを上回る炭素含有量、通常は２０００ＭＰａを上回る引っ張り強さを有し、エラストマー生成物の補強に適応した鋼モノフィラメントである。

ゴム補強に適合した鋼モノフィラメントは、通常、０．０５ｍｍから０．６０ｍｍ、たとえば０．１０ｍｍから０．４０ｍｍの範囲である最終直径を有する。モノフィラメント直径の例は、０．１０ｍｍ、０．１２ｍｍ、０．１５ｍｍ、０．１７５ｍｍ、０．１８ｍｍ、０．２０ｍｍ、０．２２ｍｍ、０．２４５ｍｍ、０．２８ｍｍ、０．３０ｍｍ、０．３２ｍｍ、０．３５ｍｍ、０．３８ｍｍ、０．４０ｍｍである。

鋼モノフィラメントは、さらに、図１、図２、または図３によって示されたプロセスにしたがって、前記装置上で処理されて、鋼モノフィラメントの軸に沿ったねじりによって塑性的に変形される。

異なるプロセスからの鋼モノフィラメント上のアークハイトおよび表面ねじり角度に対する比較試験は、以下のデータを開示する。

「ＷＷＤ」は、鋼モノフィラメントが、いかなる直線化プロセスも有さずに湿潤延伸プロセスから仕上げられることを意味し、この場合、鋼モノフィラメントのアークハイトは、湿潤ワイヤ延伸プロセスからのモノフィラメントの不均一な表面応力により常に５０ｍｍを上回り、表面ねじり角度は、鋼モノフィラメントがいかなる塑性的ねじり変形も有さないために該当しない。「ＷＷＤ＋ローラ直線化装置」は、鋼モノフィラメントが、最初に湿潤延伸プロセスで仕上げられ、第２に、ローラ直線化装置によって直線化されることを意味し、この場合、鋼モノフィラメントのアークハイトは、３０ｍｍから４０ｍｍの間であり、その理由は、ローラ間の連続的な曲げが、モノフィラメントのいくらかの表面応力を解放するためであり、表面ねじり角度は、鋼モノフィラメントが、いかなる塑性的ねじり変形も有さないために該当しない。「ＷＷＤ＋塑性的ねじり変形」は、鋼モノフィラメントが、第１に湿潤延伸プロセスで仕上げられ、第２に、本発明によって開示されたように塑性的ねじり変形によって直線化されることを意味し、この場合、鋼モノフィラメントのアークハイトは、３０ｍｍ未満であり、その理由は、塑性的ねじり変形が、鋼モノフィラメントの表面応力の相違を制御するためであり、表面ねじり角度は、１から５度の間である。本発明に係る鋼モノフィラメントのアークハイトは、３０ｍｍ未満であり、これは、空気式タイヤのベルトプライ補強に適している。

異なるプロセスからの直線鋼モノフィラメントのアークハイトについての４セットの試験もまた、本発明が、直線鋼モノフィラメントのアークハイトを制御する上で安定的であることを確認する。

上記の試験では、「ＷＷＤ＋ローラ直線化装置」プロセスからの鋼モノフィラメントの、ある部分のアークハイトは、３０ｍｍ未満になり得るが、同じ鋼モノフィラメント上には、アークハイトが３０ｍｍを上回る部分が常に存在しており、その理由は、ローラ直線化装置は、フィラメント上のすべての表面応力を解放することはできず、アークハイトの標準偏差は７ｍｍの大きさであるためである。対照的に、本発明の「ＷＷＤ＋塑性的ねじり変形」は、鋼モノフィラメントの長さにわたって一定のねじりを提供し、それによって、応力の変動をかなり低減し、故に、１．５ｍｍの小ささのアークハイトの標準偏差を有する改良された一定の真直度を呈する。

ねじられていない鋼モノフィラメントの真直度は、鋼モノフィラメント上の表面応力の分布によって決まる。通常、湿潤延伸プロセスからのモノフィラメントは、大きいアークハイトを有し、その理由は、鋼モノフィラメント上の表面応力が、不均一に分布し、すなわち一方の側の表面応力は、他方の反対側のものより高く、鋼モノフィラメントは、アーク形態にカールして表面応力の相違を反映させるためである。ローラ直線化装置は、連続的な曲げによって表面応力の相違を部分的に解消することができる。したがって、「ＷＷＤ＋ローラ直線化装置」からの鋼モノフィラメントのアークハイトは、「ＷＷＤ」からのものより低い。しかし、ローラ直線化装置は、その限界を有する。第１に、ローラ直線化装置は、フィラメント上のすべての表面応力を解放することはできないので、完全な直線モノフィラメントを提供することに対して限界がある。第２に、ローラ直線化装置の微調整は、時間がかかり、フィラメント内の曲げ応力の変動によりコストがかかる。第３に、直線化プロセスの結果は、大量生産におけるフィラメント内の曲げ応力の変動により、維持することができない。たとえば、モノフィラメントの、ある部分は直線であるが、他の部分は範囲外である。本発明は、塑性的ねじり変形を使用して表面応力を根本的に変更し、鋼モノフィラメント上の表面応力の相違を許容範囲に制御し、またはさらには解消し、最終的には、３０ｍｍ未満のアークハイトを有する直線鋼モノフィラメントを提供する。タイヤ補強のための鋼モノフィラメントの他の特性、たとえば引っ張り強さおよび疲労を弱体化させることなく、真直度の良好な結果を維持するために、塑性的ねじり変形には限界が存在する。表面ねじり角度は、表面応力の相違を制御し、３０ｍｍ未満のアークハイトを有する直線鋼モノフィラメントを提供するのに十分な塑性的ねじり変形が鋼モノフィラメント上に存在することを確実にするために、０．５°を上回り、好ましくは１度を上回らなければならない。他方では、表面ねじり角度は、塑性的ねじり変形が、最終的に、タイヤ補強のための鋼モノフィラメントの他の特性、たとえば引っ張り強さおよび疲労を弱体化させないことを確実にするために、１５度未満、好ましくは５度未満でなければならない。その結果、ねじりピッチと鋼モノフィラメントの直径の間の比Ｒは、７から２４０の間、好ましくは２０から１２０の間の範囲になる。１つの実施形態では、０．３０ｍｍの直径を有する鋼モノフィラメントは、図１に示されるような二重ねじり装置２上で、ねじりピッチ２０ｍｍで塑性的にねじられる。装置２のロータが、１分間あたり６０００回転の速度で回転するとき、鋼モノフィラメントのプロセス速度は、１分間あたり２４０メートルである。従来技術と比較して、本発明は、既存の装置を用いた簡単な解決策を提供して、タイヤ補強に適した直線鋼モノフィラメントを大量生産向けに高速で製造する。

Claims (17)

1. 空気式タイヤのベルトプライの補強のための直線鋼モノフィラメントであって、前記直線鋼モノフィラメントは、同じ方向に二重ねじりされることで当該直線鋼モノフィラメントの軸の周りに塑性的にねじられており、前記直線鋼モノフィラメントのアークハイトが、３０ｍｍ未満であることを特徴とする、直線鋼モノフィラメント。
2. 前記直線鋼モノフィラメントのアークハイトが、２０ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項１に記載の直線鋼モノフィラメント。
3. 前記直線鋼モノフィラメントのアークハイトの中間値が、２０ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項１に記載の直線鋼モノフィラメント。
4. 前記直線鋼モノフィラメントのアークハイトの中間値が、１０ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項３に記載の直線鋼モノフィラメント。
5. 前記直線鋼モノフィラメントのアークハイトの標準偏差が、３ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項１に記載の直線鋼モノフィラメント。
6. 前記直線鋼モノフィラメントのアークハイトの標準偏差が、２ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項５に記載の直線鋼モノフィラメント。
7. 前記鋼モノフィラメントは、０．５度から１５度の間の範囲の表面ねじり角度を有することを特徴とする、請求項１に記載の直線鋼モノフィラメント。
8. 前記直線鋼モノフィラメントの前記表面ねじり角度が、１度から５度の間であることを特徴とする、請求項７に記載の直線鋼モノフィラメント。
9. 請求項１に記載の複数の平行な直線鋼モノフィラメントによって補強されることを特徴とする、空気式タイヤのベルトプライ。
10. 前記複数の平行な直線鋼モノフィラメントが、同じ方向にねじられ、前記ベルトプライ内に埋め込まれることを特徴とする、請求項９に記載の空気式タイヤのベルトプライ。
11. 前記請求項１に記載の複数の平行な直線鋼モノフィラメントが、異なる方向にねじられ、前記ベルトプライ内に交互に埋め込まれ、それにより、Ｓ字にねじられたモノフィラメントが、Ｚ字にねじられたモノフィラメントと交互に位置し、またその逆で交互に位置することを特徴とする、請求項９に記載のベルトプライ。
12. 前記請求項１に記載の複数の平行な直線鋼モノフィラメントが、異なる方向にねじられ、Ｓ字にねじられたモノフィラメントは第１のグループを形成し、Ｚ字にねじられたモノフィラメントは第２のグループを形成し、第１のグループは第２のグループと交互に位置し、またその逆で交互に位置することを特徴とする、請求項９に記載のベルトプライ。
13. 前記請求項１に記載の複数の平行な直線鋼モノフィラメントが、異なる方向にねじられ、グループを形成しており、各々のグループが、異なる方向にねじられたモノフィラメントを備えることを特徴とする、請求項９に記載のベルトプライ。
14. 請求項９から１３に記載の少なくとも１つのベルトプライを備えることを特徴とする、空気式タイヤ。
15. 直線鋼モノフィラメントを製造するための方法であって、前記鋼モノフィラメントが、同じ方向に二重ねじりされることよって当該鋼モノフィラメントの軸に沿って塑性的に変形されることを特徴とする、方法。
16. ねじりピッチと前記鋼モノフィラメントの直径の間の比Ｒが、７から２４０の間であることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
17. 前記ねじりピッチと前記鋼モノフィラメントの前記直径の間の比Ｒが、２０から１２０の間であることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。