JP7068302B2 - ゴム物品補強用スチールコードおよびその製造方法 - Google Patents

ゴム物品補強用スチールコードおよびその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、ゴム物品補強用スチールコード（以下、単に「スチールコード」とも称する）およびその製造方法に関し、詳しくは、耐食性に優れたゴム物品補強用スチールコード、および生産性に優れたその製造方法に関する。
コンベアベルト用スチールコードには、通常、カット傷からスチールフィラメント（以下、単に「フィラメント」とも称す）に、雨水等が到達しないよう、亜鉛めっきが施されている。これにより、亜鉛めっきをフィラメントよりも優先的に腐食させ、フィラメントの腐食を遅らせることができる。このような、亜鉛めっきを施したスチールコードに関して、種々の提案がなされている。
例えば、特許文献１では、複撚り構造のスチールコードの外周部を構成する最外層ストランドの最外層フィラメントには、ブラスめっき処理が施され、最外層ストランドよりも内側に位置する少なくとも１つのフィラメントには、亜鉛めっき処理が施されたスチールコードが提案されている。また、特許文献２では、複撚り構造のスチールコードを構成する最外層ストランドの最外層フィラメント以外の少なくとも１本のフィラメントに、鉄よりもイオン化傾向が大きい金属でめっきを施し、かつ、そのめっき量を、全フィラメント１ｋｇ当たり０．００１５～０．４５ｍｏｌとすることが提案されている。さらに、特許文献３では、線径が０．０２～０．２０ｍｍである鋼線を芯材とし、所定の引張強さＴｓを有し、かつ、芯線の表面に真鍮めっきの下層と亜鉛めっきの上層とからなる二層構造のめっき層を備えたワイヤ放電加工用電極線が提案されている。
特開２０１１－２０２２９１号公報 特開２０１５－１９６９３７号公報 特開２００３－３１１５４４号公報
しかしながら、特許文献１～２で提案されているスチールコードは、ゴムとの接着性や耐食性については検討がなされているが、その製造方法については、検討がなされていなかった。また、特許文献３では、ゴム物品の補強用として検討がなされていない。したがって、ゴム物品補強用のスチールコードであって、耐食性に優れたスチールコードを生産性よく生産することについては、検討の余地が残されていたのが現状である。
そこで、本発明の目的は、耐食性に優れたゴム物品補強用スチールコード、および生産性に優れたその製造方法を提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解消するために鋭意検討した結果、以下の知見を得た。すなわち、亜鉛めっきを施したスチール線材に対して伸線加工を施すと、亜鉛めっきの脱落やダイスの摩耗等が生じ、これにより生産性が悪化していることを見出した。かかる知見をもとに、本発明者らは、さらに鋭意検討した結果、得られるスチールコードの構造およびその生産工程を下記のとおりとすることで、上記課題を解消できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明のゴム物品補強用スチールコードは、複数本のスチールフィラメントが撚り合わされた少なくとも１本のコアストランドの周りに、複数本のスチールフィラメントが撚り合わされた複数本のシースストランドが撚り合わされてなるゴム物品補強用スチールコードにおいて、
前記スチールフィラメントにはブラスめっきがなされており、かつ、少なくとも前記シースストランドの最外層スチールフィラメントのブラスめっきの外周に、さらに亜鉛めっきが施されており、
前記スチールフィラメントの径をｄとしたとき、前記スチールフィラメントの前記ブラスめっきの付着量（ｇ／ｍ２）が６ｄ～１０ｄであり、亜鉛めっき付着量（ｇ／ｍ２）が２５ｄ～９５ｄであることを特徴とするものである。
本発明のスチールコードにおいては、前記コアストランドおよび前記シースストランドの全ての最外層スチールフィラメントのブラスめっきの外周に、さらに亜鉛めっきがなされていることが好ましい。また、本発明のスチールコードにおいては、前記ブラスめっきゲージが、前記亜鉛めっきゲージよりも小さいことが好ましい。さらに、本発明のスチールコードにおいては、前記スチールフィラメントの抗張力Ｔｓ（ＭＰａ）が、下記式、
（－２０００×ｄ＋３８２５）≦Ｔｓ＜（－２０００×ｄ＋４５２５）
で表される関係を満足することが好ましい。本発明のスチールコードは、コンベアの補強に好適に用いることができる。
また、本発明のゴム物品補強用スチールコードの製造方法は、スチール線材にブラスめっきを行うブラスめっき工程と、得られたスチール線材を伸線加工する伸線工程と、得られたスチールフィラメントを撚り合わせてストランドを形成するスチールフィラメント撚り合わせ工程と、得られたストランドを撚り合わせるストランド撚り合わせ工程と、を有するゴム物品補強用スチールコードの製造方法において、
前記伸線工程の後、亜鉛めっきを行う亜鉛めっき工程を有することを特徴とするものである。
本発明のゴム物品補強用スチールコードの製造方法においては、前記亜鉛めっき工程を、電気めっきにて行うことが好ましい。
本発明によれば、耐食性に優れたゴム物品補強用スチールコード、および生産性に優れたその製造方法を提供することができる。
本発明の一好適な実施の形態に係るゴム物品補強用スチールコードの断面図である。 本発明の他の好適な実施の形態に係るゴム物品補強用スチールコードの断面図である。 本発明の他の好適な実施の形態に係るゴム物品補強用スチールコードの断面図である。 本発明の他の好適な実施の形態に係るゴム物品補強用スチールコードの断面図である。 本発明の他の好適な実施の形態に係るゴム物品補強用スチールコードの断面図である。
以下、本発明のゴム物品補強用スチールコードについて、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の一好適な実施の形態に係るゴム物品補強用スチールコードの断面図である。本発明のスチールコード１は、複数本のスチールフィラメントが撚り合わされた少なくとも１本のコアストランド２の周りに、複数本のスチールフィラメントが撚り合わされた複数本のシースストランド３が撚り合わされてなる複撚り構造を有している。図示するスチールコード１は、１本のコアストランド２の周りに、６本のシースストランド３が撚り合わされており、コアストランド２およびシースストランド３がともに、２本のコアフィラメント２ｃ、３ｃが撚り合わされることなく並列に引き揃えられたコアと、このコアの周りに撚り合わされた８本のシースフィラメント２ｓ、３ｓからなる、（２＋８）＋６×（２＋８）構造である。
本発明のスチールコード１においては、スチールフィラメントにはブラスめっきがなされており、かつ、少なくともシースストランド３の最外層のシースフィラメント３ｓのブラスめっきの外周に、さらに亜鉛めっきが施されている。このようなスチールコードは、シースストランド３の最外層のシースフィラメント３ｓ上になされた亜鉛めっきが、フィラメントよりも優先的に腐食するため、フィラメントの腐食を遅らせることができる。また、亜鉛めっきであれば、ゴムとの接着性を阻害することもない。さらに、後述するが、かかる構造のスチールコード１は、生産性に優れている。
本発明のスチールコード１においては、コアストランド２およびシースストランド３の全ての最外層スチールフィラメントのブラスめっきの外周に、亜鉛めっきがなされていることが好ましい。このように、全ストランドの最外層の全シースフィラメント２ｓ、３ｓに亜鉛めっきを施すことにより、上記効果をより良好に得ることができる。なお、本発明のスチールコード１においては、スチールコード１を構成する全スチールフィラメントに亜鉛めっきが施されていてもよい。
本発明のスチールコード１においては、スチールコードに亜鉛めっきを施すにあたって、電気亜鉛めっき処理を行う場合、各スチールフィラメントを個々に亜鉛めっき処理する方が、スチールフィラメントを撚り合わせてスチールコード形成後に電気亜鉛めっき処理するよりも、総合的に処理速度が高く、生産面やコスト面で有利となる。また、各スチールフィラメントを１本ずつ亜鉛めっき処理する方が、スチールコード形成後に電気亜鉛めっき処理するよりも、亜鉛めっきの付着量が多くなるため、例えばゴムとの接着性等で好ましい。
本発明のスチールコード１においては、ブラスめっきゲージは、亜鉛めっきゲージよりも小さいことが好ましい。本発明の効果を良好に得るためには、亜鉛めっきのゲージをある程度確保する必要がある。また、後述する、本発明のスチールコード１の製造方法においては、ブラスめっき後のスチール線材に伸線加工を施す必要があるため、通常、ブラスめっきゲージは亜鉛めっきゲージよりも小さくなる。
具体的には、スチールフィラメントの径をｄとしたとき、スチールフィラメントのブラスめっきの付着量（ｇ／ｍ２）が６ｄ～１０ｄであり、亜鉛めっき付着量（ｇ／ｍ２）が２５ｄ～９５ｄであることが好ましい。ブラスめっきの付着量が６ｄ未満では、伸線加工性が低下してしまうため好ましくない。一方、１０ｄより多いと生産性が低下し経済性面で不利となるため好ましくない。また、亜鉛めっき付着量が、２５ｄ未満では、防食性が低下する場合があり好ましくなく、一方、９５ｄより多いと生産性が低下し経済性面で不利となるため、好ましくない。
また、本発明のスチールコード１においては、フィラメントの引張強さＴｓ（ＭＰａ）は、下記式、
（－２０００×ｄ＋３８２５）≦Ｔｓ＜（－２０００×ｄ＋４５２５）
で表される関係を満足することが好ましい。Ｔｓを（－２０００×ｄ＋３８２５）以上とすることで、フィラメントの線径が細くても引っ張り強さは確保できるので軽量効果が得られ、また、細いフィラメントを使用できるので繰り返し曲げ疲労性が向上する。一方、Ｔｓが（－２０００×ｄ＋４５２５）以上となると、ブラスめっきでも伸線加工性が低下し、生産性に支障をきたす場合がある。
本発明のスチールコード１においては、上記構成を満足するものであれば、それ以外の構成については、特に制限はない。例えば、コアストランドを複数本としてもよく、２本のコアストランドを撚り合わせて、または撚り合わせずに並列に配置してもよい。シースストランドの本数についても、６～１０本とすることができる。また、本発明のスチールコード１においては、コアストランド２およびシースストランド３の構造についても特に制限はなく、単撚り構造でも、層撚り構造でもよいが、好ましくは、２＋ｍ構造または２＋ｍ＋ｎ構造であって、ｍが５～１０、ｎが１０～１５である。このような構造であれば、スチールコード１の生産性を損なうことはなく、かつ、十分な強力を得ることができる。図２～５は、本発明の他の好適な実施の形態に係るゴム物品補強用スチールコードの断面図である。
図２に示すスチールコード１１は、１本のコアストランド１２に、６本のシースストランド１３が巻き付けられており、コアストランド１２およびシースストランド１３ともに、１本のコアフィラメント１２ｃ、１３ｃの周りに６本のシースストランド１２ｓ、１３ｓが撚り合わされた構造である。図３に示すスチールコード２１は、１本のコアストランド２２に、６本のシースストランド２３が巻き付けられており、コアストランド２２およびシースストランド２３ともに、２本のコアフィラメント２２ｃ、２３ｃが撚り合わされてなるコアに、８本のシースフィラメント２２ｓ、２３ｓが撚り合わされた構造である。図４に示すスチールコード３１は、１本のコアストランド３２に、６本のシースストランド３３が巻き付けられており、コアストランド３２およびシースストランド３３ともに、１本のコアフィラメント３２ｃ、３３ｃの周りに６本のシースフィラメント３２ｓ、３３ｓが撚り合わされ、さらにそこに１２本のシースフィラメント３２ｓ、３３ｓが撚り合わされた構造である。図５に示すスチールコード４１は、１本のコアストランド４２に、６本のシースストランド４３が巻き付けられており、コアストランド４２およびシースストランド４３ともに、２本のコアフィラメント４２ｃ、４３ｃが撚り合わされてなるコアに、８本のシースフィラメント４２ｓ、４３ｓが撚り合わされ、さらにそこに１４本のシースフィラメント４２ｓ、４３ｓが撚り合わされた構造である。
本発明のスチールコードにおいては、各ストランドを構成するコアフィラメントの径およびシースフィラメントの径は、同径であっても異径であってもよく、さらに、各ストランドを構成するコアフィラメントおよびシースフィラメントの撚りピッチ、撚り方向についても、常法に従い、適宜選定することができる。さらにまた、ストランドの撚り方向、撚りピッチ等についても特に制限はなく、常法に従い、適宜選定することができる。
さらに、本発明のスチールコード１に用いるフィラメントとしては、従来用いられているものであれば何れでも用いることができるが、炭素成分が０．８０質量％以上である高炭素鋼であることが好ましい。フィラメントの素材を高硬度である炭素成分が０．８０質量％以上の高炭素鋼とすることで、タイヤやベルトのようなゴム物品の補強効果を十分に得ることができる。一方、炭素成分が１．５％を超えると、延性が低くなり耐疲労性が悪化してしまうので好ましくない。
なお、本発明のスチールコード１においては、フィラメントの径ｄは、０．３～０．８０ｍｍの範囲であることが好ましい。フィラメントの径ｄが上記範囲であれば、スチールコード１の生産性を悪化させることはない。
本発明のスチールコード１の用途としては、特に制限はないが、自動車用等のタイヤ、動伝達ベルト、コンベアベルト等の工業用ベルト、ゴムクローラ、ホース、免震用のゴム支承体等の各種ゴム製品や部品類に広く使用することができる。これらの中でも、特に、コンベアベルトの補強材に好適に用いることができる。
次に、本発明のスチールコードの製造方法について説明する。本発明のスチールコードの製造方法（以下、単に「製造方法」とも称す）は、スチール線材にブラスめっきを行うブラスめっき工程と、得られたスチール線材を伸線加工する伸線工程と、得られたスチールフィラメントを撚り合わせてストランドを形成するスチールフィラメント撚り合わせ工程と、得られたストランドを撚り合わせるストランド撚り合わせ工程と、を有している。本発明の製造方法の一好適な実施の形態としては、ストランド撚り合わせ工程の前、または後に、亜鉛めっきを行う亜鉛めっき工程を有している。また、本発明のスチールコードの製造方法の他の実施の形態としては、伸線工程の後、亜鉛めっきを行う亜鉛めっき工程を有している。なお、ブラスめっきの前に伸線加工を更に加えてもよい。
本発明のスチールコード１は、少なくともシースストランド３の最外層シースのスチールフィラメントのブラスめっきの外周に、さらに亜鉛めっきが施されている。したがって、その製造方法としては、スチール線材にブラスめっきおよび亜鉛めっきを施したのち、スチール線材に伸線加工を施してフィラメントとし、このフィラメントを撚り合わせることにより製造することが考えられる。しかしながら、亜鉛めっきが施されたスチール線材の伸線は、ブラスめっきが施されたフィラメントの伸線と比較して、めっきの脱落が多く、また、ダイスの摩耗が大きいという問題を有している。このような問題を解消するためには、伸線速度を落とす必要があり、生産性が悪化してしまう。
そこで、本発明の製造方法においては、ブラスめっきが施されたスチール線材に伸線加工を施してフィラメントとし、その後に亜鉛めっきを施している。このように亜鉛めっきを伸線工程後に行うことによって、スチール線材の伸線速度の低下を防止し、めっきの脱落およびダイスの摩耗という問題を回避することができる。特に、ストランド撚り合わせ工程の前、または後に、亜鉛めっきを行う亜鉛めっき工程を設ければ、複数本のフィラメントに対して同時に亜鉛めっきを施すことができるため、本発明のスチールコード１を、生産性よく製造することができる。
さらに、本発明の製造方法においては、亜鉛めっき工程を、電気めっきにて行うことが好ましい。一般的な亜鉛めっきである溶融亜鉛めっきでは、４５０℃以上の溶融亜鉛にフィラメントを浸漬してめっき処理するため、強度が２，５００ＭＰａ以上のフィラメントの場合、強度が大きく低下してしまう。そこで、本発明の製造方法においては、亜鉛めっき工程を、電気めっきにて行うことで、上記問題を回避することができる。
なお、本発明の製造方法においては、スチール線材上にブラスめっきを施す手段としては特に制限はなく、銅および亜鉛を順次めっきし、その後に熱拡散処理を行うことによりブラスめっき層を形成してもよく、銅と亜鉛を同時にめっきすることによりブラスめっき層を形成してもよい。
本発明の製造方法においては、ブラスめっきされたスチール線材を伸線加工した後、スチールフィラメントに亜鉛めっきを施すことのみが重要であり、その他の工程については、特に制限はない。例えば、スチール線材の巻出工程、スチール線材の伸線工程、スチールフィラメントの撚り合わせ工程、およびスチールコードの巻取り工程等については、従来と同様の手順にて行うことができる。例えば、ブラスめっき工程後の伸線工程における伸線方法は乾式伸線でも湿式伸線でもよいが、スチールコード用として用いる場合、ブラスめっき鋼線は最終伸線後のフィラメント径は０．８ｍｍ以下であるため、湿式伸線を採用することが好ましい。
以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
＜実施例１～１２、参考例１、２および比較例１＞
表１～５に示す構造のスチールコードを製造した。スチール線材としては、線径５．５ｍｍの炭素含有量０．８２質量％のピアノ線材を伸線加工、パテンティングをおこない、線径２．６２ｍｍのスチール線材とした。このスチール線材に銅・亜鉛めっきを施した後、熱拡散してブラスめっきとし、これを再度伸線加工して各種線径を有するフィラメントを得た。その後、フィラメントを撚り合わせてストランドとし、さらにストランドを撚り合わせてスチールコードを得た。ここで、めっきを施すタイミングは、以下のＣ～Ｇのとおりである。なお、亜鉛めっきは、電気めっきにより行った。
＜従来例１＞
従来例１は、亜鉛めっきをおこなわなかったこと以外は、実施例１と同様の手順で、スチールコードを製造した。
＜従来例２＞
ブラスめっきに変えて、亜鉛めっきを施したこと以外は、従来例１と同様の手順で、スチールコードを製造した。
＜めっきのタイミング＞
Ａ：ブラスめっき後に伸線加工
Ｂ：亜鉛めっき後に伸線加工
Ｃ：亜鉛めっき後に伸線加工を施し、ストランド形成後にブラスめっき
Ｄ：ブラスめっき後に伸線加工を施し、ストランド形成後に亜鉛めっき
Ｅ：ブラスめっき後に伸線加工を施し、スチールコード形成後に亜鉛めっき
Ｆ：ブラスめっき後に伸線加工を施し、ストランド形成前に亜鉛めっき
Ｇ：ブラスめっき後に亜鉛めっき、その後、伸線加工を施し、その後撚り合わせ
＜めっき構造＞
Ａ：ブラスめっきのみ
Ｂ：亜鉛めっきのみ
Ｃ：内部に亜鉛めっき、外部にブラスめっき
Ｄ：内部にブラスめっき、外部に亜鉛めっき
得られた各スチールコードにつき、その生産性、耐食性、コード重量および繰り返し曲げ疲労性につき評価した。評価は、従来例１を１００とする指数にて表した。なお、耐食性および繰り返し曲げ疲労性については、以下の手法により試験を行った。
＜生産性＞
生産性は単位時間当たりに製造されるコード重量を、従来例１を１００として指数で表わした。結果を表１～５に併記する。
＜耐食性試験＞
各スチールコードを２．０ｍｍ間隔で平行に並べ、この並べたコードを上下両側からゴムシートでコーティングして、これを１４５℃×４０分の条件で加硫処理を施して評価サンプルを作製した。得られたサンプルから２００ｍｍに切断した各スチールコードを取り出し、これを少量の硝酸イオンおよび硫酸イオンを含む中性の水溶液に浸し、毎分１０００回転の速度で３００Ｎ／ｍｍ２の繰り返し曲げ応力を与えてスチールワイヤが破断に至るまでの回転数を求めた。回転数は最大で１００万回まで測定した。得られた結果につき、従来例１のスチールコードを１００とした指数とし、耐腐食疲労性の評価を行った。結果を表１～５に併記する。
＜繰り返し曲げ疲労性＞
各スチールコードを２．０ｍｍ間隔で平行に並べ、この並べたコードを上下両側からゴムシートでコーティングして、これを１４５℃×４０分の条件で加硫した。加硫後にコード３本の束を切り出して得られたサンプルを、径５０ｍｍのプーリーに通して、コード強力８．０％のテンションを掛けた状態でサンプルを上下に駆動させる疲労試験を行い、サンプルが破断するまでの繰り返し回数を測定した。得られた結果につき、従来例１のスチールコードを１００とした指数にて表記した。結果を表１～５に併記する。
＜コード重量＞
スチールコード１ｍ当たりの重量を測定し、従来例１のスチールコードを１００とした指数にて表記した。結果を表１～５に併記する。
Figure 0007068302000001
Figure 0007068302000002
Figure 0007068302000003
Figure 0007068302000004
Figure 0007068302000005
表１～５より、本発明のスチールコードは、ブラスめっき処理したスチール線材に伸線加工を施した後、亜鉛めっきを施しているため、生産性よく製造することができていることがわかる。
１、１１、２１、３１、４１ スチールコード
２、１２、２２、３２、４２ コアストランド
２ｃ、１２ｃ、２２ｃ、３２ｃ、４２ｃ コアフィラメント
２ｓ、１２ｓ、２２ｓ、３２ｓ、４２ｓ シースフィラメント
３、１３、２３、３３、４３ シースストランド
３ｃ、１３ｃ、２３ｃ、３３ｃ、４３ｃ コアフィラメント
３ｓ、１３ｓ、２３ｓ、３３ｓ、４３ｓ シースフィラメント

Claims (7)

  1. 複数本のスチールフィラメントが撚り合わされた少なくとも１本のコアストランドの周りに、複数本のスチールフィラメントが撚り合わされた複数本のシースストランドが撚り合わされてなるゴム物品補強用スチールコードにおいて、
    前記スチールフィラメントにはブラスめっきがなされており、かつ、少なくとも前記シースストランドの最外層スチールフィラメントのブラスめっきの外周に、さらに亜鉛めっきが施されており、
    前記スチールフィラメントの径をｄとしたとき、前記スチールフィラメントの前記ブラスめっきの付着量（ｇ／ｍ ２ ）が６ｄ～１０ｄであり、亜鉛めっき付着量（ｇ／ｍ ２ ）が２５ｄ～９５ｄであることを特徴とするゴム物品補強用スチールコード。
  2. 前記コアストランドおよび前記シースストランドの全ての最外層スチールフィラメントのブラスめっきの外周に、さらに亜鉛めっきがなされている請求項１記載のゴム物品補強用スチールコード。
  3. 前記ブラスめっきゲージが、前記亜鉛めっきゲージよりも小さい請求項１または２記載のゴム物品補強用スチールコード。
  4. 前記スチールフィラメントの抗張力Ｔｓ（ＭＰａ）が、下記式、
    （－２０００×ｄ＋３８２５）≦Ｔｓ＜（－２０００×ｄ＋４５２５）
    で表される関係を満足する請求項１～３のうちいずれか一項記載のゴム物品補強用スチールコード。
  5. コンベア用である請求項１～４のうちいずれか一項記載のゴム物品補強用スチールコード。
  6. スチール線材にブラスめっきを行うブラスめっき工程と、得られたスチール線材を伸線加工する伸線工程と、得られたスチールフィラメントを撚り合わせてストランドを形成するスチールフィラメント撚り合わせ工程と、得られたストランドを撚り合わせるストランド撚り合わせ工程と、を有するゴム物品補強用スチールコードの製造方法において、
    前記伸線工程の後、亜鉛めっきを行う亜鉛めっき工程を有することを特徴とするゴム物品補強用スチールコードの製造方法。
  7. 前記亜鉛めっき工程を、電気めっきにて行う請求項６記載のゴム物品補強用スチールコードの製造方法。
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