JP7290640B2 - ゴム補強用スチールコード - Google Patents

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Description

本発明はゴム補強用のスチールコードに関する。本発明はまた、スチールコードを含むゴム物品に関する。
軽量タイヤが普及しているが、その理由は、エネルギーを節約し、それにより環境汚染を低減するためである。軽量タイヤを実現するにはいくつかの方法があり、例えば、高強度コードを使用してタイヤ中のスチールコードの総量を減らし、その後タイヤの重量を軽減する方法、又は、フラットコードを使用してベルト層の厚さを低減し、その後タイヤの重量を軽減する方法である。
タイヤ内でフラットコードを使用するために、フラットコードを得る多くの解決策がある。
欧州特許第２６８９９３９号明細書は、２＋ｎの構造を有するスチールコードを開示し、ここで２本のコアワイヤは互いに接触し、ｎ本のシースワイヤは２本のコアワイヤと一緒に撚られ、コアワイヤはシースワイヤよりも大きな直径を有する。
特開２００７０６３７０６号公報は、２＋ｎの構造を有するスチールコードを開示し、ｎは１～３であり、２本のコアワイヤは互いに接触し、ｎ本のシースワイヤは２本のコアワイヤと一緒に撚られている。
米国特許第６７４８７３１号明細書は、ｍ＋ｎの構造を有するスチールコードを開示し、ここで、コアワイヤは並列構成で配置され、コアワイヤ間に空隙は形成されない。
上記のスチールコードについて、それらは２つのステップによって作られる。コアワイヤを平行に配置し、外側ワイヤをコアワイヤと撚り合わせる。これはフラットコードの一種である。
或いは、別のタイプのフラットコードは、コンパクトなフラットコードであり得る。
米国特許第５６０９０１４号明細書は、３本のコアワイヤと６本の外側ワイヤとを含む１×９構造を有するスチールコードを開示している。コアワイヤと外側ワイヤを同じ方向に同じ撚りピッチで撚る。５０Ｎの荷重下での伸び（ＰＬＥ）は０．０９～０．１２５％であり、長径対短径の比で定義されるコードの平面度は１．０５～１．２０である。低ＰＬＥのため、スチールコードのゴム侵入は不十分である。また、フラット比が小さいため、ベルトの厚みの低減が制限されている。
より優れた性能を備えた新しいフラットコードが望まれている。
本発明は、より優れた性能を有する新しいスチールコードを提供することである。
本発明の別の目的は、より優れた性能を有するスチールコードを製造する方法を提供することである。
本発明のさらなる目的は、より優れた性能を有するスチールコードにより補強されたゴム物品を提供することである。
本発明の１つの目的によれば、スチールコードが提供され、このスチールコードはコア層及びシース層を含み、コア層は本数ｎの複数のコアワイヤを含み、シース層は本数ｍの複数のシースワイヤを含み、スチールコードは長軸と短軸を有するフラットな断面を有し、フラットな断面は長軸の長さと短軸の長さの比率であるフラット比を有し、フラット比は１．２を超え、スチールコードはＢＬコードである破断荷重（ｂｒｅａｋｉｎｇ ｌｏａｄ）を有し、コアワイヤとシースワイヤは、コアワイヤとシースワイヤがスチールコードから解撚されている場合、合計ＢＬワイヤである合計破断荷重を有し、ＢＬコード及び合計ＢＬワイヤは次式を満たす：ＢＬコード／合計ＢＬワイヤ＞９６％。
スチールコードの長軸の長さ及び短軸の長さは、マイクロキャリパーにより測定される。
本発明のスチールコードは、改善された破断荷重を有する。「ＢＬコード／合計ＢＬワイヤ＞９６％」とは、コア層とシース層がより良い長さの一致を有することを意味し、その結果、外力を受けたとき、外力はコア層とシース層の間でより均一に分散され、したがって、スチールコードは改善された破断荷重を有する。これが発明者の発見である。
フラットなスチールコードが丸いスチールコードをフラット化することによって作られる場合、丸いスチールコードはフラット化される前にコア層とシース層の良好な長さの一致を有する、すなわち、ＢＬコード／合計ＢＬワイヤは約１００％である。しかしながら、フラット化プロセスのため、フラットなスチールコードは、コア層とシース層のより悪い長さの一致を有し、そのＢＬコード／合計ＢＬワイヤは大幅に減少する。これは、フラットなスチールコードのコア層とシース層が長さの一致において悪い性能を有することを意味し、外部から力が加えられると、外力はコア層とシース層の間で均一に分散されず、これにより、コア層又はシース層のいずれか１つの層がもう１つの層よりも早く破断し得る危険性がもたらされ、これによりスチールコードが予想よりも低い破断荷重を有することが引き起こされる。コア層とシース層が同時に破断する場合、これは理想的な長さの一致である。長さの一致の改善は、コア層の破断時間とシース層の破断時間の差を減らすことである。本発明は、この問題を解決し、コア層とシース層の長さの一致に関してより優れた性能を有し且つ改善された破断荷重を有するフラットなスチールコードを提供する。
好ましくは、ＢＬコード及び合計ＢＬワイヤは次式を満たす：ＢＬコード／合計ＢＬワイヤ＞９７％。これによりスチールコードの破断荷重はより高くなる。
本発明によれば、スチールコードの破断荷重は、標準ＧＢＴ３３１５９－２０１６において言及された方法に従って測定され、単一のスチールワイヤの破断荷重は、標準ＩＳＯ６８９２－１：２００９において言及された原理に従って測定され、ここではクランプの長さは２５０ｍｍであり、試験速度は１００ｍｍ／分であるような特定の設定がある。
好ましくは、スチールコードのフラット比は１．８未満である。より好ましくは、スチールコードのフラット比は、１．２５～１．５０の範囲である。スチールコードは、高いフラット比を実現するためにフラット化プロセスにかけられている。
スチールコード自体は、フラットな断面を有するフラットなコードである。コアワイヤの本数が２本を超える、例えば３本の場合、スチールコードのコアワイヤは長軸と短軸を有するフラットな形状を形成しており、長軸と短軸の比率は光学顕微鏡で測定した場合、１．２よりも大きく、長軸と短軸は、シースワイヤをスチールコードから解撚することなくスチールコードのコア層上で測定され、コア層又はコアワイヤの長軸はフラットなコードのフラットな断面の長軸と平行であり、コア層又はコアワイヤの短軸はフラットなコードのフラットな断面の短軸と平行である。コア層のこのフラットな比率を有するフラットな形状は、コアワイヤ内部の完全なゴム侵入を保証し、その結果、コアワイヤの腐食に起因するスチールコードの不具合が大幅に低減され、さらに、コア層のフラット比はスチールコードの安定したフラット形状を保証する。
コアワイヤの本数が２本であり、且つコアワイヤの並びがスチールコードの断面を検出することによるスチールコードの長軸に垂直である場合、少なくとも１本のコアワイヤがシースワイヤの１つと接触している現象は、スチールコードの長さに沿って常に存在するわけではない。
好ましくは、ｎは２から３の範囲であり、ｍは６から１２の範囲である。可能な構造は２＋６、２＋７、２＋８、３＋６、３＋７、３＋８、３＋９、３＋１０、３＋１１、３＋１２、２＋６、２／７、２／８、３／６、３／７、３／８、３／９、３／１０、３／１１、３／１２である。「ｎ＋ｍ」はコアワイヤが３００ｍｍを超える撚りピッチを有することを意味し、ｎ／ｍはコアワイヤの撚りピッチと撚り方向がシースワイヤと同じであることを意味する。
好ましくは、コアワイヤは、３０ｍｍ未満の撚りピッチを有するか、又は３００ｍｍを超える撚りピッチを有する。
好ましい解決策では、コアワイヤは３０ｍｍ未満の撚りピッチを有し、シースワイヤはコアワイヤと同じ撚りピッチ及び同じ撚り方向を有する。コアワイヤとシースワイヤの撚りピッチは同じである。これはスチールコードが１ステップの撚りで作られることを意味し、これによりスチールコードはコンパクトになる。通常、既存のコンパクトなスチールコードの場合、そのＰＬＥは低すぎるため、コンパクトな構成により完全なゴム侵入特性を実現できない。本発明のコンパクトなスチールコードは高いＰＬＥを有し、これにより、長さの一致の調整のために完全なゴム侵入特性を有するコンパクトなスチールコードが保証される。好ましくは、そのようなスチールコードは、２．５Ｎの予荷重を伴う５０Ｎの荷重下で０．１２５％を超える伸びを有する。より好ましくは、そのようなスチールコードは、２．５Ｎの予荷重を伴う５０Ｎの荷重下で０．１５％から０．３％の範囲の伸びを有する。これにより、スチールコードの完全なゴム侵入が保証され、それによりスチールコードの耐食性と寿命が向上する。
代替の好ましい解決策として、コアワイヤは３００ｍｍを超える撚りピッチを有し、シースワイヤは３０ｍｍ未満の撚りピッチを有する。好ましくは、そのようなスチールコードは、２．５Ｎの予荷重を伴う５０Ｎの荷重下で０．０３％～０．１％の範囲の伸びを有する。
本発明によれば、「２．５Ｎの予荷重を伴う５０Ｎの荷重下での伸び」は、ねじ作用ジョータイプを使用することによって測定され、パーセントで表され、２．５Ｎと５０Ｎの間の伸張÷標本ゲージ長さ×１００である。
本発明の第２の目的によれば、スチールコードを作製する方法が提供され、この方法は以下のステップを含む：
ａ．コアワイヤとシースワイヤを提供するステップ；
ｂ．コアワイヤの周りにシースワイヤを撚り、それにより実質的に丸い断面のスチールストランドを形成するステップ；
ｃ．コア層とシース層の長さの一致を改善するために、２つのリバースプーリを次々に使用するステップ；
ｄ．ローラストレートナによってスチールストランドをフラット化して、フラットな断面のスチールコードを形成するステップ。
上述の方法により、特にステップｃで２つのリバースプーリを使用することにより作製されたスチールコードは、コア層とシース層との間のより良い長さの一致を有し、これによりスチールコードの破断荷重が高くなる。リバースプーリは、そのラウンド側の表面に溝が付いたプーリであり、溝はＵ字形である。スチールストランドは、プーリを通過するときに溝の内側で回転し、これにより、スチールストランドがプーリを離れるときに、スチールストランドのねじり込み及びねじり取り操作が行われる。これを行うことにより、コア層とシース層の長さの一致が大幅に改善され、スチールコードの破断荷重が著しく改善される。プーリのＵ字形の溝は、スチールストランドが誘導されてプーリを通過するときにスチールストランドの回転を許容し、それによりコア層とシース層の長さの一致を向上させる。確かに、溝は、スチールストランドの回転を許容する同じ機能を備えた他の形状を有することができる。
好ましくは、スチールコードは、１ステップの撚りによって作製され、例えば、コードは、１ステップの束ねプロセスにおいてコアワイヤシースワイヤの周りにシースワイヤを撚ることによって作製され、その結果、コアワイヤとシースワイヤは同じ撚りピッチ及び同じ撚り方向を有する。代わりとして、スチールコードは、最初にコアワイヤを撚り、次にコアワイヤの周りにシースワイヤを撚り、同時にコアワイヤを解撚することによって作製され、その結果、コアワイヤの撚りピッチは３００ｍｍを超える。
スチールコードは、ゴムタイヤ、ゴムベルト又はホースを含むゴム物品を補強するために使用される。
本発明の第３の目的によれば、タイヤが提供され、このタイヤはベルト層と、カーカス層と、トレッド層と、一対のビード部分とを含み、ベルト層にはスチールコードが埋め込まれ、スチールコードはコア層とシース層を含み、コア層は本数ｎの複数のコアワイヤを含み、シース層は本数ｍの複数のシースワイヤを含み、スチールコードは長軸と短軸を有するフラットな断面を有し、フラットな断面は長軸の長さと短軸の長さの比であるフラット比を有し、フラット比は１．２を超え、スチールコードはＢＬコードである破断荷重を有し、コアワイヤとシースワイヤは、コアワイヤとシースワイヤがスチールコードから解撚されている場合、合計ＢＬワイヤである合計破断荷重を有し、ＢＬコードと合計ＢＬワイヤは次式を満たす：ＢＬコード／合計ＢＬワイヤ＞９６％。
本発明によるタイヤは、より長い寿命を有する。
３／７コンパクトコードの構造を有する本発明のスチールコードを示す。 ３／６コンパクトコードの構造を有する本発明のスチールコードを示す。 ３＋７コードの構造を有する本発明のスチールコードを示す。
スチールコードのコアワイヤ及びシースワイヤは、線材から作られる。
線材は、最初に、表面に存在する酸化物を除去するために、機械的脱スケール及び／又はＨ２ＳＯ４又はＨＣｌ溶液中での化学的酸洗いによって浄化される。次に、線材を水ですすぎ、乾燥させる。次に、乾燥した線材は、第１の中間直径まで直径を縮小させるために、第１の一連の乾式引き伸ばし操作にかけられる。
例えば約３．０～３．５ｍｍのこの第１の中間直径ｄ１で、乾式伸線スチールワイヤは、パテンティングと呼ばれる最初の中間熱処理にかけられる。パテンティングとは、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に相変態することを意味する。これでスチールワイヤは、さらなる機械的変形の準備が整う。
その後、スチールワイヤは、第２の直径縮小ステップにおいて、第１の中間直径ｄ１から第２の中間直径ｄ２までさらに乾式に引き伸ばされる。第２の直径ｄ２は、通常、１．０ｍｍから２．５ｍｍの範囲である。
この第２の中間直径ｄ２で、スチールワイヤは、第２のパテンティング処理にかけられ、すなわち、約１０００℃の温度で再びオーステナイト化され、その後、パーライトへの変態を可能にするために６００～６５０℃の温度で急冷される。
第１及び第２の乾式引き伸ばしステップにおける全体の縮小が大きすぎない場合、線材から直径ｄ２まで直接引き伸ばし操作を行うことができる。
この第２のパテンティング処理の後、スチールワイヤに、通常、真鍮コーティングが施される、すなわち、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。真鍮コーティングを形成するために、熱拡散処理が適用される。或いは、スチールワイヤに、銅、亜鉛及びコブラト、チタン、ニッケル、鉄又は他の既知の金属の第３の合金を含む３元合金コーティングを施すことができる。
次に、真鍮被覆スチールワイヤは、湿式引き伸ばし機を用いて、最後の一連の断面縮小にかけられる。最終製品は、炭素含有量が０．６０重量パーセントを超え、例えば０．７０重量パーセントを超え、又は０．８０重量パーセントを超え、又はさらには０．９０重量パーセントを超え、引張強度が通常２０００ＭＰａを超え、例えば３８００～２０００ｄＭｐａを超え、又は４１００～２０００ｄＭＰａを超え、又は４４００～２０００ｄＭＰａを超え（ｄは最終的なスチールワイヤの直径である）、エラストマー製品の補強に適合されたスチールワイヤである。
タイヤの補強向けに適合されたスチールワイヤは、典型的には、０．０５ｍｍから０．６０ｍｍまで、例えば０．１０ｍｍから０．４０ｍｍまでの範囲の最終直径を有する。ワイヤ径の例は、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。
コアワイヤとシースワイヤを準備した後、コアワイヤとシースワイヤに撚り線処理を施し、コアワイヤの周囲でシースワイヤを撚り合わせて断面が略円形のスチールストランドを形成する。ｎ＋ｍ構造の場合、コアワイヤが最初に撚られ、次に、３００ｍｍを超える撚りピッチを有するように解撚される。ｎ／ｍ構造の場合、コアワイヤは、３０ｍｍ未満の撚りピッチを有するように、シースワイヤと同じ撚り方向に、及び同じ撚りピッチで、１ステップにおいて撚られる。
その後、コア層とシース層の長さをより良く一致させるために、２つのリバースプーリが次々に使用される。
最後に、スチールストランドは、フラットな断面を有するスチールコードを形成するようにローラストレートナによってフラットにされる。
図１は、本発明の第１の実施形態を示している。スチールコード１００は、３／７の構造を有する。スチールコード１００は、３本のコアワイヤ１０５及び７本のシースワイヤ１１０を有する。コアワイヤ１０５は、０．２０ｍｍの直径を有し、一方、シースワイヤ１１０は、０．３２ｍｍの直径を有する。スチールコード１００は、２．５Ｎの予荷重を伴う５０Ｎの荷重下で０．３６１％である伸びを有する。スチールコード１００のフラット比は１．５２であり、ＢＬコード／合計ＢＬワイヤは１００．６％であり、合計ＢＬワイヤは、コードから解撚されたコアワイヤとシースワイヤで測定される。コアワイヤ１０５とシースワイヤ１１０は、１６ｍｍの同じ撚りピッチを有する。
第２の実施形態も同じく３／７コードである。コアワイヤの直径は０．２０ｍｍであり、シースワイヤの直径は０．３２ｍｍである。このスチールコードは、２．５Ｎの予荷重を伴う５０Ｎの荷重下で０．２３６％である伸びを有する。スチールコード１００のフラット比は１．５３であり、ＢＬコード／合計ＢＬワイヤは１０１．７％であり、合計ＢＬワイヤは、スチールコードから解撚されたコアワイヤとシースワイヤで測定される。コアワイヤ１０５とシースワイヤ１１０は、１８ｍｍの同じ撚りピッチを有する。
図３は、本発明の第３の実施形態を示している。第３の実施形態は３＋７である。スチールコード３００は、３本のコアワイヤ３０５及び７本のシースワイヤ３１０を有する。コアワイヤ３０５は０．２０ｍｍの直径を有し、シースワイヤ３１０は０．３２ｍｍの直径を有する。スチールコード３００は、２．５Ｎの予荷重を伴う５０Ｎの荷重下で０．０６％である伸びを有する。スチールコード３００のフラット比は１．３７であり、ＢＬコード／合計ＢＬワイヤは９８．３％であり、ＢＬコードは２２５６Ｎである。コアワイヤ３０５は、３００ｍｍを超える撚りピッチを有し、シースワイヤ３１０は、１６ｍｍの撚りピッチを有する。
比較試験が行われる。表１に試験結果を示す。
Figure 0007290640000001
表から、コアワイヤ及びシースワイヤの合計ＢＬは、本発明のスチールコードと参照コードとの間で同様の値を有するが、本発明のスチールコードの破断荷重は、参照コードの破断荷重よりもはるかに高い。これは、コア層とシース層の間の改善された長さの一致が、フラットなコードの破断荷重を改善する上で重要な役割を果たすことを証明している。
図２は、本発明の第４の実施形態を示している。第４の実施形態は３／６である。スチールコード２００は、３本のコアワイヤ２０５及び６本のシースワイヤ２１０を有する。コアワイヤ２０５は０．２０ｍｍの直径を有し、シースワイヤ２１０は０．３０ｍｍの直径を有する。スチールコード２００は、５０Ｎの荷重下で０．２２０％である伸びを有する。スチールコード２００のフラット比は１．４４であり、ＢＬコード／合計ＢＬワイヤは９９．９％であり、ＢＬコードは１９２１Ｎである。コアワイヤ２０５とシースワイヤ２１０は、１６ｍｍの同じ撚りピッチを有する。

Claims (9)

  1. コア層及びシース層を含むスチールコードであり、前記コア層は、本数ｎの複数のコアワイヤを含み、前記シース層は本数ｍの複数のシースワイヤを含み、前記スチールコードは長軸と短軸を有するフラットな断面を有し、前記フラットな断面は前記長軸の長さと前記短軸の長さの比であるフラット比を有し、前記フラット比は１．２を超え、前記スチールコードはＢＬコードである破断荷重を有し、前記コアワイヤと前記シースワイヤは、前記コアワイヤと前記シースワイヤが前記スチールコードから解撚されている場合、合計ＢＬワイヤである合計破断荷重を有する、スチールコードであって、
    前記ｎが３であり、前記ｍが６から１２の範囲であり、
    前記ＢＬコード及び前記合計ＢＬワイヤが次式：
    ＢＬコード／合計ＢＬワイヤ＞９６％
    を満たすことを特徴とするスチールコード。
  2. 前記ＢＬコード及び前記合計ＢＬワイヤが次式：
    ＢＬコード／合計ＢＬワイヤ＞９７％
    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. 前記スチールコードの前記フラット比が１．８未満であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のスチールコード。
  4. 前記スチールコードの前記フラット比が１．２５～１．５０の範囲であることを特徴とする、請求項３に記載のスチールコード。
  5. 前記複数のコアワイヤが３００ｍｍを超える撚りピッチを有し、前記複数のシースワイヤが３０ｍｍ未満の撚りピッチを有す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. 前記複数のコアワイヤと前記複数のシースワイヤが同じ撚りピッチ及び同じ撚り方向を有す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。
  7. 請求項１～６のいずれか一項に記載のスチールコードを作製する方法であって、
    ａ．コアワイヤとシースワイヤを提供するステップ；
    ｂ．前記コアワイヤの周りに前記シースワイヤを撚り、それにより実質的に丸い断面のスチールストランドを形成するステップ；
    ｃ．前記コア層と前記シース層の長さの一致を改善するために、２つのリバースプーリを次々に使用するステップ；
    ｄ．ローラストレートナによって前記スチールストランドをフラット化して、フラットな断面の前記スチールコードを形成するステップ
    を含む方法。
  8. ゴム物品を補強するための請求項１～６のいずれか一項に記載のスチールコードの使用。
  9. ベルト層と、カーカス層と、トレッド層と、一対のビード部分とを含むタイヤであって、請求項１～６のいずれか一項に記載のスチールコードが前記ベルト層に埋め込まれることを特徴とするタイヤ。
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