JP7535531B2 - ゴム補強のためのスチールコード - Google Patents

Description

本発明は、ゴム補強のためのスチールコードに関する。本発明は、かかるスチールコードによって補強されるゴム物品にも関する。

スチールコードは、ゴム物品に十分な強度及び可撓性を提供することができるため、スチールコードは、タイヤ、ホース、コンベヤベルト等のゴム物品を補強するために広く用いられている。

近年、グリーンタイヤは、より軽量であり、且つより多くのエネルギーを節約できるため、トレンドである。タイヤの補強材として、スチールフィラメントの高い引張強度がスチールフィラメントの細い直径で十分な破断荷重をもたらすことができ、それによってスチールコードの直径及び重量が減少するため、高い引張強度を有するスチールフィラメントからなるスチールコードがそれに応じて開発されている。より薄く且つより軽いスチールコードを用いることにより、タイヤもより薄く且つより軽くなる。

しかし、高い引張強度を有するスチールフィラメントは、より高い引張強度が加工中により高い破断問題の原因となるため、撚り合わせてスチールコードにするように加工することが困難である。

米国特許第５６１６１９７号明細書は、Ｕ＋Ｔ型スチールコードによって補強されたトラックタイヤを開示している。超引張強度を有するスチールフィラメント及び特別に設計されたベルト構造により、タイヤが軽量化される。

Ｕフィラメントが撚り合わされておらず、且つ平行であり、Ｔフィラメントが、同じ撚り長さ及び撚り合わせ方向を有するＵフィラメントとの群として撚り合わされているＵ＋Ｔ型スチールコードである。しかし、スチールコードの製造において、この種類のスチールコードは、製造中の高いスチールフィラメント破断率を有し、これは、低い製造効率の原因となる。

本発明の主な目的は、上述の問題を解決することである。

本発明の第２の目的は、コストを増加させることなく、高い破断荷重及び高い製造効率を有するスチールコードを提供することである。

本発明の第３の目的は、コストを増加させることなく、高い破断荷重及び高い製造効率を有するスチールコードによって補強されるタイヤを提供することである。

本発明によれば、ｍ＋ｎの構造を有するスチールコードが提供される。スチールコードは、ある数のｍを有するコアフィラメントの第１の群と、ある数のｎを有するシースフィラメントの第２の群とを含み、第２の群と第１の群とは、同じ撚り合わせピッチ及び同じ撚り合わせ方向で互いの周囲において撚り合わされており、コアフィラメントは、互いに撚り合わされておらず、コアフィラメントは、平行であるか、又は３００ｍｍを超える撚り合わせピッチを有し、及びシースフィラメントは、３０ｍｍ以下の撚り合わせピッチを有し、コアフィラメントは、前記スチールコードからほどかれるとき、ＭＰａでの平均引張強度Ｔｃを有し、シースフィラメントは、前記スチールコードからほどかれるとき、ＭＰａでの平均引張強度Ｔｓを有し、Ｔｃ及びＴｓは、５＜（Ｔｃ－Ｔｓ）＜２００を満たす。

本発明のスチールコードは、スチールコード破断荷重を維持し、スチールコードのコストを増加させずに、スチールコード製造中の低いスチールフィラメント破断率と共に高い製造効率を有する。

コアフィラメントが互いに撚り合わされておらず、コアフィラメントが平行であるか、又は３００ｍｍを超える撚り合わせピッチを有するｍ＋ｎスチールコードを作成するために、コアフィラメントは、バンチング機のクレードルの外側に置かれ、シースフィラメントは、バンチング機のクレードルの内側に置かれるため、コアフィラメント上の撚り合わせ数は、シースフィラメント上の撚り合わせ数よりも多い。従って、コアフィラメントは、シースフィラメントよりも破断しやすい。特に、コアフィラメントの引張強度が超引張である場合、即ち４１００－２０００×Ｄ ＭＰａを超える場合、コアフィラメントは、より多く破断する。本発明は、コアフィラメントの引張強度をシースフィラメントよりも僅かに高くすることによってスチールフィラメントの破断問題を解決する一方、スチールコードの破断荷重を、コストを増加させることなく維持する。コアフィラメントのより高い引張強度は、多くの回数の撚り合わせから発生するより高いねじり剪断応力に耐えることができ、これによりコアフィラメントの破断がスチールコード製造において低減される。しかし、ＴｃとＴｓとの間の差が大きすぎる場合、即ち２００ＭＰａを超える場合、かかるより高い引張強度は、主に、スチールフィラメントの炭素含有量を増加させるか、又はより高いコストにつながるスチールフィラメントの組成を調整することによって得られるため、これは、余分な製造コストにつながり、これは、本発明者の期待するものではない。一方、コアフィラメントとシースフィラメントとの間の高すぎる引張強度差、即ち２００ＭＰａよりも高いことは、上述したように、コード加工中のより高い破断につながる。

シースフィラメントが切断された後にコアフィラメントを観察すると、２つの観察のいずれも、コアフィラメントが互いに撚り合わせられていないことを反映しており、即ち１）任意の２つのコアフィラメント間に重なりがなく、この場合、コアフィラメントは、平行であると見なされ、２）コアフィラメントの撚り合わせピッチは、ＧＢＴ３３１５９－２０１６に従って３００ｍｍを超えると測定される。

好ましくは、シースフィラメントは、５～３０ｍｍの範囲の撚り合わせピッチを有する。

好ましくは、Ｔｃ及びＴｓは、１０＜（Ｔｃ－Ｔｓ）＜１００を満たす。より好ましくは、１０＜（Ｔｃ－Ｔｓ）＜１５０である。最も好ましくは、１０＜（Ｔｃ－Ｔｓ）＜１００又は１５＜（Ｔｃ－Ｔｓ）＜６０である。

好ましくは、コアフィラメント及びシースフィラメントを含むスチールフィラメントは、同じスチール組成を有する。

極めて高い引張強度は、より低い延性及びより多くのフィラメント破断をもたらすため、コアフィラメント又はシースフィラメントの引張強度は、あまり高くないことが好ましい。好ましくは、３８００－２０００×Ｄｃ＜Ｔｃ＜４３００－２０００×Ｄｃであり、Ｄｃは、コアフィラメントの平均直径である。好ましくは、３８００－２０００×Ｄｓ＜Ｔｓ＜４３００－２０００×Ｄｓであり、Ｄｓは、シースフィラメントの平均直径である。

コアフィラメント及びシースフィラメントを含むスチールコードの全てのフィラメントは、均一な直径を有する。製造の正確さのため、コアフィラメント又はシースフィラメントのいずれか一方の各フィラメントの直径は、他のものと完全に同じであることができず、従って、本発明は、ＤｃがＤｓと略等しいと定義し、「略等しい」とは、ＤｃとＤｓとの間の差が＋／－０．００５ｍｍ以内であることを意味し、この場合、スチールコードの全てのフィラメントが均一な直径を有すると見なされる。スチールコードを形成するための撚り合わせプロセス中、スチールコードは、高い張力を受け、コアフィラメント直径がシースフィラメント直径よりも大きい場合、張力分布は、不均一になり、コアフィラメントは、より多くの張力を受け、これにより、コアフィラメントは、極めて破断しやすくなり、これは、望ましくない。従って、本発明では、コアフィラメントの直径は、シースフィラメントの直径と同じである。

好ましくは、ｍは、ｎよりも大きい。より好ましくは、ｍは、３又は４である。この構成は、より良好なゴム浸透性能を有する。

本発明の第３の態様によれば、タイヤが提供される。タイヤは、ベルト層、カーカス層、トレッド層及びビード部の対を含み、ベルト層及び／又はカーカス層は、少なくとも１つの本発明のスチールコードを埋設されている。

ｍ＋ｎスチールコードを作成するプロセスを示す。 ４＋３スチールコードの第１の実施形態を示す。

スチールコードのためのスチールフィラメントは、線材からできている。

線材は、第１に、表面に存在する酸化物を除去するために、メカニカルデスケーリング及び／又はＨ_２ＳＯ_４若しくはＨＣｌ溶液における化学的酸洗によって洗浄される。線材は、次いで、水洗いされ、乾燥される。乾燥させた線材は、次いで、第１の中間直径まで直径を減少させるために第１の一連の乾式引抜操作を受ける。

この第１の中間直径Ｄ１、例えば約３．０～３．５ｍｍにおいて、乾式引抜スチールワイヤは、パテンティングと呼ばれる第１の中間熱処理を受ける。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、続いて約６００～６５０℃の温度でオーステナイトからパーライトへの変態相を意味する。スチールワイヤは、従って、更なる機械的変形が可能な状態である。

その後、スチールワイヤは、第２の数の縮径ステップにおいて、第１の中間直径Ｄ１から第２の中間直径Ｄ２まで更に乾式引抜される。第２の直径Ｄ２は、通常、１．０ｍｍ～２．５ｍｍの範囲である。

この第２の中間直径Ｄ２において、スチールワイヤは、第２のパテンティング処理、即ち約１０００℃の温度で再度オーステナイト化し、その後、６００～６５０℃の温度で急冷してパーライトへの変態を可能にする処理を受ける。

第１及び第２の乾式引抜ステップにおける総減少量がそれほど大きくない場合、直接引抜操作を線材から直径Ｄ２まで行うことができる。

この第２のパテンティング処理後、スチールワイヤには、通常、ブラスコーティングを施され、銅がスチールワイヤ上にめっきされ、亜鉛が銅上にめっきされる。熱拡散処理を施してブラスコーティングを形成する。代替として、スチールワイヤには、銅、亜鉛及びコバルト、チタン、ニッケル、鉄又は他の公知の金属の第３の金属を含む三元合金コーティングを施すことができる。

ブラスコーティングされたスチールワイヤは、次いで、湿式引抜機によって最終的な断面縮小を受ける。最終製品は、０．６０重量％を上回る炭素含有量、例えば０．７０重量％超、又は０．８０重量％超、又は更に０．９０重量％超であり、通常、２０００ＭＰａを上回る引張強度、例えば３８００－２０００×Ｄ（ＨＴ）ＭＰａ超、又は４１００－２０００×Ｄ ＭＰａ（ＳＴ）超、又は４４００－２０００×Ｄ（ＵＴ）ＭＰａ超（Ｄは、最終的なスチールワイヤの直径であり、即ち、Ｄは、Ｄｃ又はＤｓである）であり、エラストマー製品の強化に適合するスチールワイヤである。

タイヤの補強のために適合されるスチールワイヤは、通常、０．０５ｍｍ～０．６０ｍｍ、例えば０．１０ｍｍ～０．４０ｍｍの範囲の最終直径を有する。ワイヤ直径の例は、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。

図１は、ｍ＋ｎスチールコードを作成するプロセスを示す。スチールコードは、バンチング型機械によって作成される。２つのコアフィラメント１０５がバンチング機のクレードル１３５の外側に置かれ、２つのシースフィラメント１１０がバンチング機のクレードル１３５の内側に置かれる。第１に、２つのコアフィラメント１０５が繰り出され、プーリ１１５及びプーリ１２０を通過するように案内され、その後、２つのコアフィラメントが撚線を形成し、２つのシースフィラメント１１０が繰り出され、次いで、２つのシースフィラメント１１０は、群として、プーリ１２５及びプーリ１３０において２つのコアフィラメント１０５の撚線と共に撚り合わされてコードを形成し、次いで、コードは、仮撚機にかけられ、次いでスプールに巻き取られる。第２の群のシースフィラメント及び第１の群のコアフィラメントは、同じ撚り合わせピッチ及び同じ撚り合わせ方向で互いの周囲において撚り合わされており、コアフィラメントは、互いに撚り合わされておらず、コアフィラメントは、平行であるか、又は３００ｍｍを超える撚り合わせピッチを有し、シースフィラメントは、３０ｍｍ以下の撚り合わせピッチを有する。バンチングプロセス中、コアフィラメントは、プーリ１１５及びプーリ１２０におけるＳ方向の２回の撚り合わせと、プーリ１２５及びプーリ１３０におけるＺ方向の２回の撚り合わせとを含む４回の撚り合わせを受け、シースフィラメントは、プーリ１２５及びプーリ１３０におけるＺ方向の撚り合わせを含む２回の撚り合わせを受ける。コアフィラメントは、シースフィラメントの２倍の撚り合わせを受けており、更に、コアフィラメントは、異なる方向の撚り合わせ、即ちツイストイン（Ｓ方向）及びツイストアウト（Ｚ方向）を受けており、従って、コアフィラメントは、スチールコード製造においてシースフィラメントよりも破断しやすい。本発明は、この問題を解決する。本発明は、コアフィラメントの引張強度をシースフィラメントよりも僅かに高くすることにより、スチールコード製造におけるスチールフィラメント破断率を低下させる一方、スチールコードのコストを増加させない。これは、上述したフィラメント作成プロセスの引抜プロセスを調整すること、即ち引抜型の圧縮率を調整すること、即ち湿式伸線によって実現される。

図２は、第１の実施形態を示す。スチールコードは、４つのコアフィラメント２０５と、３つのシースフィラメント２１０とからなる４＋３構造を有する。４つのコアフィラメント２０５は、互いに平行である。シースフィラメント２１０は、１８ｍｍの撚り合わせピッチを有する。

第１の実施形態及び参照１～３は、図１に示すプロセスと同じ方法によって作成されている。参照１は、コアフィラメントの引張強度が極めて高いため、高いコアフィラメント破断率及び高い製造コストを有する。参照２は、コアフィラメントの引張強度を低下させることによってフィラメント破断率を低下させているが、スチールコードの破断荷重も大幅に低下している。参照３は、コアフィラメントとシースフィラメントとの引張強度が同等であるが、高いコアフィラメント破断率を有する。

上記の表から、本発明のコードは、高いコード破断荷重を維持しながら、低いコアフィラメント破断率を有する。Ｔｃの僅かな増加は、大幅なコスト増加なしにスチールコード破断荷重を維持しながら、スチールコード製造中のスチールフィラメント破断を低減するのに役立つことができる。

平均引張強度Ｔｃ及びＴｓを試験及び計算する方法は、以下を含む。
－ コアフィラメント及びシースフィラメントをスチールコードからほどく。
－ フィラメント破断荷重をフィラメント断面積で除算することによって個々のフィラメントの引張強度を計算し、フィラメント破断荷重は、規格ＩＳＯ６８９２－１：２００９に記載されている原理に従い、クランプ長が２５０ｍｍであり、試験速度が１００ｍｍ／分であるような幾つかの特定の設定により、各フィラメントについて５回試験して測定される。
－ コアフィラメントの平均引張強度及びシースフィラメントの平均引張強度を計算して、Ｔｃ及びＴｓを得る。

コアフィラメントの平均直径及びシースフィラメントの平均直径を以下の方法で試験する。
－ コアフィラメント及びシースフィラメントをスチールコードからほどく。
－ マイクロメータによって個々のフィラメントの直径を測定し、各フィラメントについて５回試験する。
－ コアフィラメントの平均直径及びシースフィラメントの平均直径を計算して、Ｄｃ及びＤｓを得る。

コアフィラメント破断率は、スチールコードの製造トンに対するコアフィラメント破断回数の比を計算することによって測定される。

第２の実施形態は、４＋６×０．３２である。４つのコアフィラメントは、互いに平行である。シースフィラメントは、１８ｍｍの撚り合わせピッチを有する。ＴｃとＴｓとの間の差は、４０ＭＰａである。

Claims (8)

1. スチールコードであって、ある数のｍを有するコアフィラメントの第１の群と、ある数のｎを有するシースフィラメントの第２の群とを含み、
   前記第２の群と前記第１の群とは、同じ撚り合わせピッチ及び同じ撚り合わせ方向で互いに撚り合わされており、
   前記コアフィラメントは、互いに撚り合わされておらず、前記コアフィラメントは、平行であるか、又は３００ｍｍを超える撚り合わせピッチを有し、前記シースフィラメントは、３０ｍｍ以下の撚り合わせピッチを有する、スチールコードにおいて、
   前記コアフィラメント及び前記シースフィラメントは、全て、均一な直径を有し、
   前記コアフィラメントは、前記スチールコードからほどかれた後での平均引張強度Ｔｃ（単位：ＭＰａ）を有し、前記シースフィラメントは、前記スチールコードからほどかれた後での平均引張強度Ｔｓ（単位：ＭＰａ）を有し、前記Ｔｃ及び前記Ｔｓは、
   ５＜（Ｔｃ－Ｔｓ）＜２００
   を満たし、
   前記Ｔｃは、３８００－２０００×Ｄｃ＜Ｔｃ＜４３００－２０００×Ｄｃを満たし、Ｄｃは、前記コアフィラメントの平均直径（単位：ｍｍ）であることを特徴とするスチールコード。
2. 前記Ｔｃ及び前記Ｔｓは、１０＜（Ｔｃ－Ｔｓ）＜１５０を満たすことを特徴とする、請求項１に記載のスチールコード。
3. 前記Ｔｃ及び前記Ｔｓは、１０＜（Ｔｃ－Ｔｓ）＜１００を満たすことを特徴とする、請求項２に記載のスチールコード。
4. 前記Ｔｃ及び前記Ｔｓは、１５＜（Ｔｃ－Ｔｓ）＜６０を満たすことを特徴とする、請求項２に記載のスチールコード。
5. 前記Ｔｓは、３８００－２０００×Ｄｓ＜Ｔｓ＜４３００－２０００×Ｄｓを満たし、Ｄｓは、前記シースフィラメントの平均直径（単位：ｍｍ）であることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載のスチールコード。
6. ｍは、ｎよりも大きいことを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載のスチールコード。
7. ｍは、３又は４であることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載のスチールコード。
8. ベルト層、カーカス層、トレッド層及びビード部の対を含むタイヤにおいて、前記ベルト層及び／又は前記カーカス層は、請求項１～７のいずれか一項に記載の少なくとも１つのスチールコードを埋設されていることを特徴とするタイヤ。
   

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