JP5746900B2

JP5746900B2 - ゴム物品補強用ワイヤ及びその製造方法

Info

Publication number: JP5746900B2
Application number: JP2011089376A
Authority: JP
Inventors: 宏太中西
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2011-04-13
Filing date: 2011-04-13
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2031-04-13
Also published as: JP2012219419A

Description

本発明は、ゴム物品補強用ワイヤ及びその製造方法に関する。

近年、ゴム物品補強用ワイヤは、例えばゴム物品としての空気入りタイヤを補強するために、当該空気入りタイヤの構成部材であるベルト等に埋設されて用いられている。空気入りタイヤは、薄肉、軽量化が求められていることから、この空気入りタイヤに用いられるゴム物品補強用ワイヤに関して、高強力化により強度を維持しながら径を小さくしたワイヤや、撚線のコード本数を低減した又は無撚りのワイヤや、横断面が扁平のワイヤ等が研究されている。これらのうち、扁平のワイヤについては、丸線の線材に圧延等の塑性加工を施して製造されたワイヤであって、一対の平面とこれらの平面の端部に接続する凸面とによりトラック形状になる扁平な横断面における、平面間の短径と曲面の曲率半径とを、所定の関係を満たすようにすることで、ワイヤとゴムとの接着界面における局所的に応力集中を回避して耐セバレーション性を向上させたワイヤがある（特許文献１）。また、ゴム補強用扁平ワイヤにブラスめっきを施し得ることも知られている（特許文献２）。

特開２００９−４１１７０号公報特開２００６−３３６１５４号公報

扁平ワイヤは、端部剥離やコード折れを抑止し、乗り心地と操縦安定性等のタイヤ諸性能を良好に保ちながら、空気入りタイヤの軽量化と転がり抵抗の低減とを図ることができる。しかしながら、ゴム物品補強用ワイヤは、ゴムとの接着性に関して、単に耐セパレーション性に優れているだけでなく、加硫工程において速やかにかつ確実に接着されるという、初期接着性能も求められている。

この点についてワイヤの表面にブラスめっき層を具備する扁平ワイヤは、ブラスめっき中の銅成分とゴム中の硫黄成分とが反応して接着層を形成するので初期接着性能の向上に有利である。もっとも、ダム物品補強用ワイヤに対する初期接着性能の向上の要請はやむことがなく、更なる向上が求められている。

本発明は、上記の問題を有利に解決するものであり、初期接着性能を更に向上させることのできるゴム物品補強用ワイヤ及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明のゴム物品補強用ワイヤは、一対の平面とこれらの平面の端部に接続する凸面とにより横断面がトラック形状になる扁平ワイヤの表面にブラスめっき層を備えるワイヤであって、横断面が円形になり表面にブラスめっき層を備えるブラスめっき線材に、加工時の表面加工温度が３０〜５０℃、加工後のワイヤの短径が加工前のブラスめっき線材の直径から３５％以上減少した圧延加工を施して前記形状のワイヤを製造してなり、このブラスめっき層は最表層側に粒径２０ｎｍ以下の微細結晶粒部を有することを特徴とする。

本発明のゴム物品補強用ワイヤの製造方法は、横断面が円形になり表面にブラスめっき層を備えるブラスめっき線材に塑性加工を施して、一対の平面とこれらの平面の端部に接続する凸面とにより横断面がトラック形状になるワイヤを製造するに当たり、前記塑性加工は、加工時の表面加工温度が３０〜５０℃、加工後のワイヤの短径が加工前のブラスめっき線材の直径から３５％以上減少した圧延加工であり、この塑性加工により、ブラスめっき層の最表層側に粒径２０ｎｍ以下の微細結晶粒部を形成することを特徴とする。

本発明によれば、扁平ワイヤの表面に施されたブラスめっき層の最表層側に、塑性加工時の強加工により生じた活性の高い微細結晶粒部を有し、この微細結晶粒部は加硫時においてゴムとの反応性が高く、強力な接着層を速やかに形成するのでゴムとの初期接着性能をいっそう向上させることができる。

本発明の一実施形態のゴム物品補強用ワイヤの模式的な断面図である。図１のゴム物品補強用ワイヤの表面近傍の模式的な拡大断面図である。

以下、本発明のゴム物品補強用ワイヤ及びその製造方法の実施形態を、図面を用いつつ具体的に説明する。
図１に模式的な横断面で示す本実施形態のゴム物品補強用ワイヤ１は、扁平ワイヤ１１とこの扁平ワイヤ１１の表面に形成されたブラスめっき層１２とを備えている。扁平ワイヤ１１は、一対の平面１１ａと、これらの平面１１ａの両端部でそれぞれ接続する一対の凸面１１ｂとにより横断面がトラック形状を有している。

扁平ワイヤ１１は、横断面における短径Ｔが、０．１５ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下であることが好ましい。短径Ｔが０．１５ｍｍ未満では、ゴム物品の剛性が十分ではなく、空気入りタイヤの補強用ベルトとして用いた場合には操縦安定性が低下するおそれがある。短径Ｔが０．３０ｍｍを超えると、曲げ方向の変形応力が加わった時にワイヤの表面歪が大きくなって、空気入りタイヤの補強用ベルトとして用いた場合には車両の急旋回時などの際に当該ワイヤの折れが発生しやすくなってしまう。

扁平ワイヤ１１の凸面１１ｂの曲率半径Ｒ（ｍｍ）は、上記短径Ｔ（ｍｍ）との関係で、次式０．６３５４×Ｔ≦Ｒ≦０．７７×Ｔ＋０．０１９で表される関係を満足することが好ましい。凸面１１ｂの曲率半径Ｒ（ｍｍ）が０．６３５４×Ｔ（ｍｍ）未満では、曲率半径が小さ過ぎるためにワイヤとゴムとの接着界面に発生する剪断応力が局所的に大きくなって、セパレーションが生じ易くなる。一方、曲率半径Ｒ（ｍｍ）が０．７７×Ｔ＋０．０１９（ｍｍ）を超えると、ワイヤの直線部と円弧部との境界領域においてワイヤとゴムとの接着界面に発生する剪断応力が局所的に大きくなって、セパレーションが生じ易くなる。

扁平ワイヤ１１の材料については、ゴム物品補強用ワイヤに用いられる公知の材料、例えば炭素含有量が０．７〜０．９質量％程度の高炭素鋼を適用することができる。

扁平ワイヤ１１の表面に形成されるブラスめっき層１２は、層厚が０．１〜０．４μｍ程度である。図２に示すブラスめっき層１２が形成された扁平ワイヤ１１の平面１１ａの表面近傍の模式的な断面図のように、ブラスめっき層１２は、最表層側に結晶粒径２０ｎｍ以下の微細結晶粒部１２ａを有している。この微細結晶粒部１２ａは、ブラスめっき線材の表面を強加工することにより得られる。ブラスめっき層１２のうち、微細結晶粒部１２ａよりも扁平ワイヤ１１側は、結晶粒径２０ｎｍを超える結晶粒部１２ｂである。微細結晶粒部１２ａと結晶粒部１２ｂとの境界は、必ずしも明確なものではない。もっとも、ブラスめっき層１２の最表層側に微細結晶粒部１２ａを有することは、電子顕微鏡又は機器分析により調べられる。微細結晶粒部１２ａの部分は、結晶粒径２０ｎｍ以下と微細であることから、電子線回折では明確な菊池パターンが現れず、非晶質物と同様のパターンとなることから、このような菊池パターンの有無により、微細結晶粒部１２ａの有無を確認できる。結晶粒部１２ｂ上に微細結晶粒部１２ａが形成されている領域において、結晶粒部１２ｂ及び微細結晶粒部１２ａの総和に対する微細結晶粒部１２ａの体積割合は、２０〜８０％程度である。

強加工により得られた微細結晶粒部１２ａは、格子欠陥濃度が高いので活性が高く、ブラス中の銅原子の拡散速度が高い。このため、加硫時においては、ゴム中の硫黄成分と反応して接着層が速やかに形成される。また、接着層の形成後においては、結晶粒部１２ｂから銅原子が微細結晶粒部１２ａに供給されるので、微細結晶粒部１２ａの脆化が抑制される。更に、結晶粒部１２ｂは、扁平ワイヤ１１表面との付着強度が微細結晶粒部１２ａよりも高いため、ブラスめっき層１２中に微細結晶粒部１２ａのみを有する場合に比べて破壊強度が高い。これらのことから、ブラスめっき層１２に微細結晶粒部１２ａを有する本実施形態のゴム物品補強用ワイヤ１は、ゴムとの初期接着性能をいっそう向上させることができる。

微細結晶粒部１２ａは、ブラスめっき層１２の表面に露出していることにより、所期した効果が得られる。ゴム物品補強用ワイヤ１の表面のうち、一部分でも微細結晶粒部１２ａになっていれば上記の効果が得られるが、めっき層表面の全体に対して微細結晶粒部１２ａが占める面積割合が、２０％以上であることにより、上記効果を確実に得ることがでる。より好ましい面積割合は８０％以上である。

粒径２０ｎｍ以下の微細結晶粒部１２ａは、ゴム物品補強用ワイヤ１を製造する過程において、横断面が円形になり表面にブラスめっき層を備えるブラスめっき線材を原料として、このブラスめっき線材に塑性加工を施して、ブラスめっき扁平ワイヤを得るときの当該塑性加工を強加工にすることで形成することができる。この塑性加工は、例えば一対のフラットロール間にブラスめっき線材を通す圧延がある。圧延は、加工後の扁平ワイヤの短径が加工前のブラスめっき線材の直径から３５％以上減少した加工であること、すなわち、１パス又は複数パスによる圧延を行う前のブラスめっき線材の直径をＤ、圧延を行った後のゴム物品補強用ワイヤ１の短径をＬ（Ｌは、扁平ワイヤ１１の短径Ｔにブラスめっき１２の厚さを加えた長さ）とするとき、｛（Ｄ−Ｌ）／Ｄ｝×１００で表される加工度が３５％以上であることが好ましい。３５％以上であることにより、ブラスめっき層１２の表面に微細結晶粒部１２ａを確実に形成させることができる。

また、ブラスめっき扁平ワイヤを得る圧延加工は、１５０℃以下で行うことが好ましい。圧延時の線材温度が高いと、ブラスめっき層１２に導入される格子欠陥が減少し、また、線材の延性が低下するおそれがある。圧延時の温度を１５０℃以下で行うために、１パス当たりの加工度を低めにしたり、圧延前及び／又は圧延後の線材を冷却したりすることができる。

ブラスめっき扁平ワイヤを得る塑性加工は、圧延に限定されず、例えは偏平孔のダイスを用いた伸線加工によっても行うことができる。このときの加工は、上述したような、加工前の直径が３５％以上減少するような加工とすることができる。

本発明のゴム物品補強用ワイヤ１が補強材として用いられたゴム物品は、空気入りタイヤや工業用ベルト等が挙げられるが、特には、空気入りタイヤである。本発明のゴム物品の一例としての空気入りタイヤに本発明のゴム物品補強用ワイヤ１を適用することにより、空気入りタイヤの諸性能を損なうことなく、また、ワイヤに起因する不具合を生ずることもなく、軽量化を図ることが可能となる。この場合、ゴム物品補強用ワイヤ１を、その長径方向が空気入りタイヤのシート状ベルトの表面と平行な方向に揃えて配列させることにより、ゴム物品の厚みを薄くすることができ、軽量化の点で優れるものとなる。

直径０．６０ｍｍのブラスめっき線材を圧延してブラスめっき扁平ワイヤを製造した。この圧延の際、加工度を、１０％、２０％及び３５％の各条件で実施した。また、圧延時の表面加工温度を、１パスの圧下率の調整により３０〜５０℃とした。表面加工温度は、加工後に接触式線温計で測定したものであり、加工度は、マイクロメータで圧延前後の厚みを測定して算出したものである。

得られたブラスめっき扁平ワイヤについて、初期接着特性試験を実施した。この初期接着性試験は、鋼線を等間隔に平行に並べ、両側からゴムでコーティングした後、１６０℃、７〜２０分の加硫後、得られたゴム−スチールコード複合体につき、ゴムからスチールコードを剥離し、その時のゴム付着率を測定し、その結果について実施例１を１００とした指数で示した。指数は、数値が大きいほど接着性が良好であることを示す。初期接着特性試験結果を表１に示す。なお、表１中、比較例１は、圧延加工を行わなかった例である。

表１から、圧延加工を行うことにより、初期接着性が向上し、特に３５％以上の加工率の場合、格段に向上していた。

次に、直径０．８０ｍｍのブラスめっき線材を圧延してブラスめっき扁平ワイヤを製造した。この圧延後のブラスめっき扁平ワイヤの短径は０．３５ｍｍであり、加工度は５６％であった。また、圧延時の表面加工温度を、線速の調整により２００℃と、１５０℃との二種類の圧延条件で行って、それぞれのブラスめっき扁平ワイヤを得た。表面加工温度は、加工後に接触式線温計で測定したものであり、加工度は、マイクロメータで圧延前後の厚みを測定して算出したものである。

得られたブラスめっき扁平ワイヤの初期接着特性試験の結果を表２に示す。初期接着特性試験の評価手法は、上述と同じである。なお、表２では、圧延加工を行わなかった例を比較例２として示した。

表２から、加工温度を１５０℃以下にすることにより、接着性に優れたブラスめっき鋼線が得られた。

１：ゴム物品補強用ワイヤ
１１：扁平ワイヤ
１２：ブラスめっき層
１２ａ：微細結晶粒部
１２ｂ：結晶粒部

Claims

一対の平面とこれらの平面の端部に接続する凸面とにより横断面がトラック形状になる扁平ワイヤの表面にブラスめっき層を備えるワイヤであって、
横断面が円形になり表面にブラスめっき層を備えるブラスめっき線材に、加工時の表面加工温度が３０〜５０℃、加工後のワイヤの短径が加工前のブラスめっき線材の直径から３５％以上減少した圧延加工を施して前記形状のワイヤを製造してなり、
このブラスめっき層は最表層側に粒径２０ｎｍ以下の微細結晶粒部を有することを特徴とするゴム物品補強用ワイヤ。
横断面が円形になり表面にブラスめっき層を備えるブラスめっき線材に塑性加工を施して、一対の平面とこれらの平面の端部に接続する凸面とにより横断面がトラック形状になるワイヤを製造するに当たり、
前記塑性加工は、加工時の表面加工温度が３０〜５０℃、加工後のワイヤの短径が加工前のブラスめっき線材の直径から３５％以上減少した圧延加工であり、
この塑性加工により、ブラスめっき層の最表層側に粒径２０ｎｍ以下の微細結晶粒部を形成することを特徴とするゴム物品補強用ワイヤの製造方法。