JP3901751B2

JP3901751B2 - 耐腐食疲労性に優れたゴム補強用スチ−ルコ−ド

Info

Publication number: JP3901751B2
Application number: JP15263895A
Authority: JP
Inventors: 義和金子
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1995-05-26
Filing date: 1995-05-26
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2022-04-04
Also published as: JPH08325965A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は車両用空気入りタイヤとかコンベアベルト或いはホ−ス等のゴム物品の補強材として用いられるスチ−ルコ−ドに関わり、詳しくは耐腐食疲労性に優れた高強度のスチ−ルコ−ドに関わる。
【０００２】
【従来の技術】
ゴム物品の補強材に用いられるスチ−ルコ−ドは、ゴム物品の軽量化を図るために高強度化の要請が強い。しかしスチ−ルコ−ドを構成する鋼素線を高強度化すると、通常は耐疲労性の低下を来たし易い。
【０００３】
耐疲労性を改善するためにこれまでに幾つかの提案がなされている。例えば、特開平５−７１０８４号公報におけるスチ−ルワイヤでは、炭素量が０．６％以上の高炭素鋼線材のめっき後、伸線工程の最後にアプロ−チ角が８度以下の引抜ダイスを用いてワイヤ表面の残留応力をＸ線回折法で求められた軸方向における引っ張り側で４５Ｋｇ／ｍｍ² 以下とするものが提案されている。
【０００４】
また、特開昭５７−１４９５７８号公報の金属ワイヤは、外表面の残留応力を圧縮かつ均一に分散させることによって機械的疲労特性に優れたワイヤが得られるとされている。
更に、耐腐食疲労性に優れたスチ−ルコ−ドを得るために、原料となる線材に耐腐食性を与える元素を添加した合金鋼線材を用いたり、スチ−ルコ−ド内部にゴムを侵入させることによってスチ−ルフィラメントと水分との接触を抑制することが試みられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする問題点】
前記した特開平５−７１０８４号公報で提案されている伸線時にスチ−ルワイヤ表面の残留引張り応力を低減する方法では、これらのスチ−ルワイヤを撚り合わせる時の塑性変形によって、スチ−ルコ−ドの撚りを解して得られた鋼素線の螺旋型付された螺旋内側に相対的に引張り側の残留応力が発生してしまい、耐腐食疲労性に対して効果が得られないという問題点がある。
【０００６】
また、特開昭５７−１４９５７８号公報で提案されている方法では、図５に示すように、主にスチ−ルコ−ドの円周外表面全域に残留圧縮応力を与えるように処理するために、鋼素線の螺旋形状の外側に主に残留圧縮応力が付与されることになり、ゴムが侵入しにくいスチ−ルコ−ド内部における耐腐食疲労性の向上に対しては予期するほどの効果が得られないという問題点がある。何故ならば、鋼素線に螺旋形に型付することで螺旋外側には耐腐食疲労性に対して充分な残留圧縮応力が発生しているためそれ以上の加工は不要だからである。
他方、耐食性を与えるために元素を添加する方法では、線材の価格が高くなったり伸線性が低下するという問題点がある。
【０００７】
更に、スチ−ルコ−ドが内部にゴムを侵入させて鋼素線と水分の接触を回避する耐食性の改善法はゴムの侵入が充分でないと効果が得られず、例えゴムの侵入が充分であったとしても接着が不充分であると鋼素線とゴムとの界面に空隙が生成して耐食性が低下する問題点がある。
【０００８】
【問題点を解決するための手段】
本発明は上記した欠点を解決したものであって、炭素含有量が０．７０重量％以上のゴム補強用スチ−ルコ−ド線材にて伸線加工を施して直径が０．１０〜０．４０ｍｍ、かつ、強度が３０００Ｎ／ｍｍ^２以上の鋼素線となし、該鋼素線の複数本を撚り合わせてスチ−ルコ−ドとしたものであって、当該スチ−ルコ−ドを構成した際の鋼素線の性状として、このスチ−ルコ−ドの撚りを解して得た螺旋状の型付けを有する鋼素線の螺旋曲線率半径Ｒ_０と、同様にこのスチ−ルコ−ドの撚りを解して得た該鋼素線の螺旋内側部分における表面から内部に向かってこの鋼素線の直径の５％に相当する深さまでを溶解除去した時の螺旋の曲率半径Ｒ_１との比（Ｒ_１／Ｒ_０）×１００が１００未満であることを特徴とする耐食性に優れたゴム補強用スチ−ルコ−ドに係るものである。
【０００９】
そして、更に好ましくは、該鋼素線の螺旋内側部分における溶解除去を鋼素線の直径の１０％に相当する深さとしたゴム補強用スチ−ルコ−ドである。
【００１０】
【作用】
本発明は以上の構成を有するものであって、鋼素線の強度を高めると耐腐食疲労性が低下することは広く知られているが、この発明では鋼強度鋼素線の耐腐食疲労性を改善するためにはスチ−ルコ−ドを構成した際の鋼素線の性状として、このスチ−ルコ−ドの撚りを解して得た該鋼素線の螺旋内側部分における表面から内部に向かってこの鋼素線の直径の５％に相当する深さまでの螺旋内側残留引張り応力を小さくすれば良いことを見出したものである。
【００１１】
この発明にあって、ゴム補強用スチ−ルコ−ド線材の炭素含有量を０．７重量％以上と規定した理由は、ゴム物品の軽量化を図るために、素線の強度を３０００Ｎ／ｍｍ² 以上とする必要があるからである。
また、鋼素線の直径を０．１０ｍｍないし０．４０ｍｍの範囲に規定した理由は、０．１０ｍｍ未満では伸線工程での作業が低下し、０．４０ｍｍを越えると鋼素線の機械的耐疲労性が低下するからである。
【００１２】
さて、撚り合わせたスチ−ルコ−ドの撚りを解すと螺旋形状をした複数本の鋼素線となるが、これは真直な鋼素線をスチ−ルコ−ドとする撚線工程において塑性変形を鋼素線に与えるためである。伸線工程で鋼素線の表面残留引張り応力を低減しても撚線工程で鋼素線の螺旋内側に最大残留引張り応力が発生してしまい、ゴムが侵入し難いコ−ド内部、即ち、鋼素線の螺旋内側が腐食環境下にさらされて腐食疲労しやすくなる。
【００１３】
この発明の要旨は前記したようにスチ−ルコ−ドを構成する鋼素線の撚線工程による鋼素線の螺旋内側における残留引張り応力を低減することにあり、このことから、特開平５−７１０８４号公報に提案されている伸線工程における鋼素線にこの残留引張り応力を低減する考えも併用できる。
【００１４】
ゴム補強用スチ−ルコ−ドにおいては、ゴム物品、例えばタイヤが自動車に装着されて走行する際に繰り返し曲げをうけて、スチ−ルコ−ドを構成する鋼素線同士が摩擦摩耗するフレテイングが発生し、更に腐食疲労しやすくなる。このために、鋼素線の表面から素線直径の５％深さまでの範囲で残留引張り応力を小さくするもので、好ましくは、鋼素線の表面から素線直径の１０％深さまでの範囲で残留引張り応力を小さくするのがよい。
【００１５】
さて、スチ−ルコ−ドの撚りを解して得た鋼素線の螺旋内側における長手方向の引張り残留応力を小さくするには、鋼素線の弾性限界応力をσ₁ として、螺旋状に型付された鋼素線の直径方向における断面内全てに圧縮塑性が生成しないような応力をσ₂ とし、螺旋内側の最大残留引張り応力をσ₃ とすると、σ₃ ＋σ₂ −σ₁ ＞０の関係を満たすように処理する。この処理によってσ₃ ＋σ₂ −σ₁ ＞０の範囲にある鋼素線の部分は塑性変形が生成することになる。これを図１によって更に詳細に説明する。
【００１６】
図１の（ア）は、説明を判りやすくするために伸線に伴う残留応力は無視して、撚線に伴う残留応力を模式的に示したもので、撚りを解した鋼素線は螺旋形に型付されており、螺旋形の内側表層部で最大の残留引張り応力であることを示している。図１の（イ）は、鋼素線に直径方向の断面内全てに圧縮塑性が生成しないような応力を加えた時の応力分布図であり、鋼素線表面からＬ₁ の深さまでがσ₃ ＋σ₂ −σ₁ ＞０を満足している範囲である。また、図１の（ウ）は、応力σ₂ を除去した時の残留応力を示す図である。
【００１７】
【実施例】
炭素含有量が０．８重量％である炭素鋼からなる直径０．２３ｍｍで強度が３８００Ｎ／ｍｍ² 鋼素線をピッチ６ｍｍの螺旋状に型付された３本の素線をコアとし、ピッチ１２ｍｍの螺旋型付された９本の鋼素線をコアの周囲に巻き付け、更にその外側に１本の鋼素線を巻き付けた（３＋９＋１）構造のスチ−ルコ−ドを撚線機により製造した。また、スチ−ルコ−ドを構成している螺旋状に型付された鋼素線における螺旋内側の残留応力分布を計算によって求めた。
次いでσ₃ ＋σ₂ −σ₁ ＞０の関係を満たすようスチ−ルコ−ドを図２に示す装置で処理することにより、鋼素線の螺旋内側表層部の最大残留応力を所要の深さまで低減した。
【００１８】
図２のＡ１、Ａ２はスチ−ルコ−ドに張力を与えるための張力負荷装置であり、自由に張力負荷が設定できる機構となっている。Ｂはスチ−ルコ−ドに曲げを与える曲げ装置で複数個のロ−ラ−を千鳥状に配置したもので、スチ−ルコ−ドの曲げ量を自由に変化できるようにしてある。Ｃはスチ−ルコ−ドの巻取り装置である。Ａ１、Ａ２間のスチ−ルコ−ドの張力はＡ１によって自由に調整できる仕組みとなっており、Ｂはスチ−ルコ−ドに張力が加わっていない時には、塑性変形が起こらないようなロ−ル径と噛み深さに調整して弾性域においてのみ曲げ加工が加わるようにする。この調整は前述のσ１、σ２、σ３の関係、すなわちσ３＋σ２−σ１＞０により所望する深さまで残留応力が低減できるようにスチ−ルコ−ドに対して１０００Ｎ／ｍｍ² 、１３００Ｎ／ｍｍ² 、１５００Ｎ／ｍｍ² の張力を加えた。
【００１９】
このようにして製造したスチ−ルコ−ドを構成する鋼素線の性状としてこのスチ−ルコ−ドの撚りを解して螺旋状の型付けを有する鋼素線に分解し、これら鋼素線の内シ−スを構成する鋼素線について１００ｍｍ長さに切断して鋼素線の長手方向、かつ、半円周にエナメルを塗布した後、硝酸の５０％水溶液に浸漬し、エナメルを塗布していない半円周側を所定の厚みにまで溶解し、その時の連続的な素線の動きを測定した。測定は鋼素線の螺旋内側が溶解する時の曲率半径の動きと、鋼素線１００ｍｍ全体についての動きの両者について行った。前者における測定は図３に示す通りであり、図中、Ｒ_０は螺旋内側の除去前の螺旋曲率半径（ｍｍ）であり、Ｒ_１は螺旋内側除去後の螺旋曲率半径（ｍｍ）である。また、後者における測定は図４に示す通りであり、Ｐ側に移動した場合を−、Ｑ側に移動の場合を＋とする。
【００２０】
耐腐食疲労性の評価は、１００ｍｍ長さに切断したスチ−ルコ−ドも少量の硝酸イオン及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鋼素線が破断に至るまでの回転数を記録した。表１では比較例１の破断に至るまでの回転数を１００として指数表示しており数字が大きいほど耐腐食疲労性に優れていることを表している。
【００２１】
尚、比較例１のスチ−ルコ−ドは、伸線後、繰り返し曲げ加工によって鋼素線表面の残留引張り応力を低減してから撚線したものであり、撚線によって残留引張り応力の低減効果が薄れていることを示している。比較例２は、提案技術のように、スチ−ルコ−ドとした後に残留引張り応力をＡ１、Ａ２による張力を５００Ｎ／ｍｍ^２とし、ロ−ラ−による曲げ加工の調整によってスチ−ルコ−ドの円周全面に残留圧縮応力を与えるような処理を行ったものであるが、素線１００ｍｍ全体の移動は残留応力が圧縮の動作をするが、鋼素線に型付された螺旋内側の残留引張り応力は低減されていないことを示す。
【００２２】
表１に比較例及び発明例の結果を示す。
コアについての螺旋内側溶解時の螺旋曲率半径の変化、鋼素線１００ｍｍ長さ全体の移動はシ−スと同じ結果を得た。
【００２３】
【表１】

【００２４】
【発明の効果】
ゴム補強用スチ−ルコ−ドを構成する鋼素線の螺旋内側部の残留引張り応力を低減したので、スチ−ルコ−ドの耐腐食疲労性が向上し、腐食環境下で用いられるゴム物品の耐久性を大幅に改善した有用な発明であり、更にこの発明に適用されるスチ−ルコ−ドは高強度であることからゴム物品の軽量化が図れると共に耐久性も改善できるという極めて有用な発明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はスチ−ルコ−ドを構成する鋼素線の直径方向横断面における応力分布を示す模式図である。
【図２】図２はこの発明のスチ−ルコ−ドを製造するための部分図である。
【図３】図３は螺旋型付が施された鋼素線の螺旋内側での曲率半径の変化を示す図である。
【図４】図４はスチ−ルコ−ド１００ｍｍの先端の移動量を示す図である。
【図５】図５はスチ−ルコ−ドを繰り返し曲げ主体の調整によって、残留応力が低減する部分を示す図である。
【符号の説明】
Ａ１、Ａ２‥‥スチ−ルコ−ドに張力を与える張力負荷装置、
Ｂ‥‥スチ−ルコ−ドに曲げを与える曲げ装置、
Ｃ‥‥Ｃはスチ−ルコ−ドの巻取り装置、
Ｒ_０ ‥‥螺旋内側表面除去前の螺旋曲率半径、
Ｒ_１ ‥‥螺旋内側表面除去後の螺旋曲率半径、
Ｓ‥‥円周外表面（螺旋外側）。

Claims

炭素含有量が０．７０重量％以上のゴム補強用スチ−ルコ−ド線材にて伸線加工を施して直径が０．１０〜０．４０ｍｍ、かつ、強度が３０００Ｎ／ｍｍ^２以上の鋼素線となし、該鋼素線の複数本を撚り合わせてスチ−ルコ−ドとしたものであって、当該スチ−ルコ−ドを構成した際の鋼素線の性状として、このスチ−ルコ−ドの撚りを解して得た螺旋状の型付けを有する鋼素線の螺旋曲線率半径Ｒ_０と、同様にこのスチ−ルコ−ドの撚りを解して得た該鋼素線の螺旋内側部分における表面から内部に向かってこの鋼素線の直径の５％に相当する深さまでを溶解除去した時の螺旋の曲率半径Ｒ_１との比（Ｒ_１／Ｒ_０）×１００が１００未満であることを特徴とする耐食性に優れたゴム補強用スチ−ルコ−ド。
該鋼素線の螺旋内側部分における溶解除去を鋼素線の直径の１０％に相当する深さとした請求項第１項記載のゴム補強用スチ−ルコ−ド。