(57)【要約】【課題】ゴムとの接着力が十分に大きく、フレッティングやセパレーションを生じ難いゴム補強用偏平ワイヤを提供する。【解決手段】丸線ワイヤの偏平化によって形成された一対の平坦部および一対の湾曲部を有し、ワイヤ横断面の投影視野において平坦部から湾曲部に遷移する部位のエッジ角θを１４２°〜１６３°の範囲とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
丸線ワイヤの偏平化によって形成された一対の平坦部および一対の湾曲部を有し、ワイヤ横断面の投影視野において前記平坦部から前記湾曲部に遷移する部位のエッジ角θを１４２°〜１６３°の範囲とすることを特徴とするゴム補強用偏平ワイヤ。
【請求項２】
平面プロファイルローラを用いて垂直方向から圧下して丸線ワイヤを偏平化したことを特徴とする請求項１記載のゴム補強用偏平ワイヤ。
【請求項３】
平面プロファイルローラを用いて垂直方向から圧下して丸線ワイヤを偏平化し、次いで曲面プロファイルローラを用いて水平方向から圧下して前記遷移部位の横断面形状が整えられたことを特徴とする請求項１記載のゴム補強用偏平ワイヤ。
【請求項４】
前記平面プロファイルローラと前記曲面プロファイルローラとを交互に配置した多段の圧延機を用いて前記遷移部位の横断面形状が整えられたことを特徴とする請求項１記載のゴム補強用偏平ワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種の高圧ホースにスパイラル状に巻き込み埋設するか又はブレード状に編み込み埋設して補強層を形成するのに用いられ、また、スチールラジアルタイヤのゴム層に埋め込まれて補強層を形成するのに用いられるゴム補強用偏平ワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の高圧ホースは、チューブゴム、布層、層間ゴム、ワイヤ補強層、綿ブレード及びカバーゴム等からなり、そのワイヤ補強層は、冷間加工によって伸線処理された高い引張強度を有する丸線（円形断面）の高炭素鋼線をそのホースワイヤとして使用し、ゴムホース内にそのホースワイヤを多数本スパイラル状に巻き込み埋設するか又はブレード状に編み込み埋設して構成され、ホースの耐圧性を高める主要なゴム補強機構になっている。
【０００３】
特許文献１と特許文献２は、高圧ホースのワイヤ補強層に偏平ワイヤを使用して、ワイヤ補強層のワイヤ充填度を丸線ワイヤ使用時の限界値７８．５％より大きくすることを可能とし、高圧ホースの耐圧性能および柔軟性をともに向上させる技術をそれぞれ提案している。
【０００４】
特許文献３は、高圧ホースのワイヤ補強層に偏平ワイヤを使用して、内面ゴム層にワイヤが食い込むのを防止すると共に、チューブピンホールを防止する技術を提案している。
【特許文献１】特開平６−２０１０７７号公報
【特許文献２】特開平６−３３１０６９号公報
【特許文献３】特開平８−１８７７９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の偏平ワイヤ２Ｂは、その形状によっては、図９の（ａ）に示すように、平坦部２１と湾曲部２２との境界にあたるエッジ部２３の角度θが鋭くなるため、エッジ部２３における局部応力集中が大きく、図９の（ｂ）に示すように、エッジ部２３にてワイヤからゴム接着層２８が剥離するセパレーションを生じやすい。また、偏平ワイヤ２Ｂのエッジ部２３に隣接する他のワイヤ２Ｂが接触してこすれ合い、図９の（ｃ）に示すように、フレッティング摩耗９を生じやすい。このように偏平ワイヤであってもフレッティングやセパレーションの発生を十分に防ぐことができないという問題点がある。
【０００６】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、セパレーションを生じ難くするとともに、ワイヤ相互間のフレッティング磨耗を軽減できるゴム補強用偏平ワイヤを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
図１（ｂ）を参照して偏平ワイヤ断面におけるエッジ角θの幾何学的な算出方法について概略説明する。
【０００８】
偏平ワイヤの断面形状は一対の平坦部２１と一対の湾曲部２２とで取り囲まれたトラック形状である。湾曲部２２の輪郭は真円の円弧またはそれに近似する擬似円弧の形状である。先ず、平坦部２１に沿う２本の線Ｌ１，Ｌ２間にワイヤを二等分する中心線ＬＣを引き、中心線ＬＣと湾曲部２２の輪郭とが交叉するところをＢ点とする。次いで、Ｂ点とエッジ点Ａとを結ぶ線分ＡＢを二等分する中点Ｃを求め、中点Ｃから線分ＡＢに直交する垂線を引き、垂線が中心線ＬＣと交叉する点Ｄを求める。次いで、点Ｄとエッジ点Ａとを結ぶ線分ＤＡに直交する線Ｌ３（接線）を引く。この接線Ｌ３と平坦部２１に沿う線Ｌ１との間に挟まれた角θをエッジ角と定義する。
【０００９】
このように定義したエッジ角θは、偏平ワイヤとゴムとの間の接着力に大きな影響を及ぼすものである。本発明者は、偏平ワイヤの断面形状とゴム接着層の接着力との関係について鋭意研究を重ねて実証試験を繰り返した結果、エッジ角θを１４２°〜１６３°の範囲に制御すると、セパレーションが生じ難くなり、ワイヤ相互間の面圧が軽減されるので、フレッティング磨耗も生じ難くなるという知見を得た（表１）。本発明はかかる知見に基づいてなされたものである。
【００１０】
本発明に係るゴム補強用偏平ワイヤは、丸線ワイヤの偏平化によって形成された一対の平坦部および一対の湾曲部を有し、ワイヤ横断面の投影視野において前記平坦部から前記湾曲部に遷移する部位のエッジ角θを１４２°〜１６３°の範囲とすることを特徴とする。
【００１１】
エッジ角θが１４２°を下回ると、局部応力集中が増大してセパレーションを生じやすくなるほか、ワイヤ相互間のフレッティング磨耗が発生しやすくなる。一方、エッジ角θが１６３°を超えると、ワイヤ周長ＷＬが小さくなったりするため、ワイヤ／ゴム間の接触面積を大きくとることができず、接着力向上効果が得られなくなる。
【００１２】
図６及び図７を参照してワイヤ相互間のフレッティングの発生と、ワイヤ／ゴム間の接着力について丸線ワイヤと偏平ワイヤとを対比して説明する。
【００１３】
従来の丸線ワイヤは、図６の（ａ）に示すように、ワイヤ２の相互間での単位面積当たりの面圧が高くなるので、フレッティングを生じ易い。これに対して、偏平ワイヤは、図６の（ｂ）に示すように、ワイヤ２Ａの相互間での単位面積当たりの面圧が低く、フレッティングを生じ難い。
【００１４】
また、図７の（ｂ）に示すように、偏平ワイヤ２Ａはワイヤ周長さＷＬが長くなるためゴムとの接着力が高い。このため、ワイヤ／ゴム間の接着層が破壊され難く、セパレーションを生じ難い。単位長さ当りの接着力が一定であると仮定すれば、ワイヤ周長ＷＬが増加した分だけ偏平ワイヤ２Ａのほうが丸線ワイヤ２よりもゴム接着力の絶対値は増加する。
【００１５】
また、本発明の偏平ワイヤは、平面プロファイルローラを用いて垂直方向から圧下して丸線ワイヤを偏平化してなるものである。
【００１６】
また、本発明の偏平ワイヤは、平面プロファイルローラを用いて垂直方向から圧下して丸線ワイヤを偏平化し、次いで曲面プロファイルローラを用いて水平方向から圧下して前記遷移部位の横断面形状が整えられている。
【００１７】
また、本発明の偏平ワイヤは、前記平面プロファイルローラと前記曲面プロファイルローラとを交互に配置した多段の圧延機を用いて前記遷移部位の横断面形状が整えられている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、エッジ部において局部応力集中が軽減されるので、ワイヤ／ゴム間の接着層が剥離するセパレーションが生じ難くなり、ワイヤ相互間の面圧が軽減されるので、フレッティング磨耗を生じ難くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について添付の図面を参照して説明する。
【００２０】
図２は偏平加工装置の概要を示す構成ブロック図である。丸線ワイヤ２が、図示しないワイヤ送給装置から伸線機３へ向けて連続的または間欠的に供給され、伸線機３により所定の直径に伸線されるようになっている。原材料となる丸線ワイヤ２には、ＪＩＳ  Ｇ３５０２に規定されたＳＷＲＳ７２ＡまたはＳＷＲＳ８２Ａ相当のピアノ線材を用いた。なお、丸線ワイヤ２には、例えば炭素を０．７２質量％含有する高炭素鋼線に対して、拡散めっき法により銅、亜鉛めっきを施した後に、熱処理して合金化し、Ｃｕ＝６３．５％、付着量＝５．０ｇ／ｋｇのめっきをして、このワイヤをダイスによって数段回にわたり順次、細径に伸線加工して所定線径の素線としたものを用いてもよい。
【００２１】
伸線機３の出側のパスラインに沿って偏平化装置４、引取りキャプスタン７および巻取り機８がこの順に並んで配設されている。偏平化装置４は、伸線機３から出てくるワイヤ２を上下から圧下して所望偏平率の偏平ワイヤとするとともに、偏平ワイヤのエッジ部を所望エッジ角θとする複数の加工ローラを備えている。
【００２２】
偏平化装置４が有する複数の加工ローラには、種々の組合せが可能である。例えば、図３の（ａ）に示すように３つの偏平化ローラ５を直列に並べてもよいし、また、図３の（ｂ）に示すように１つの偏平化ローラ５（平面プロファイルローラ）の後に１つのサイドローラ６（曲面プロファイルローラ）を配置してもよいし、また、図３の（ｃ）に示すように偏平化ローラ５とサイドローラ６とを交互に配置してタンデム圧延機を構成するようにしてもよい。第１の組合せローラでは短径ＤＳの制御（＝偏平率の制御）によってエッジ角θが制御される。
【００２３】
第２と第３の組合せローラでは、平面プロファイルローラ５の圧下量と曲面プロファイルローラの形状と圧下量とを調整することによってエッジ角θが制御される。すなわち、図４に示すように、平面プロファイルローラである偏平化ローラ５は丸線ワイヤを上下から垂直圧下して偏平化し、曲面プロファイルローラであるサイドローラ６は偏平化されたワイヤを左右から水平圧下することによりワイヤのエッジ部の形状を矯正する。サイドローラ６のローラ面は、ワイヤの湾曲部を所望の形状（円弧又は擬似円弧プロファイル）に整えるとともに、偏平化されたワイヤのエッジ部を鋭くない形状に矯正しうる三次元形状に形成されている。このようなタンデム圧延機では、偏平化ローラ５およびサイドローラ６によって偏平化→エッジ形状の矯正→偏平化→エッジ形状の矯正の動作が渋滞することなく円滑に行われる。
【００２４】
本実施形態では、丸線ワイヤ２を、伸線機３のダイスを通過させて伸線した直後に、偏平化ローラにより圧延加工して偏平形状とし、さらにサイドローラ６によって湾曲部２２の形状とエッジ部２３の形状とを整えるようにしている。このように偏平化→エッジ形状の矯正→偏平化→エッジ形状の矯正の順にタンデム圧延加工した後に、偏平ワイヤ２Ａをドラム状の巻取り機８に巻き取る。
【００２５】
図５は横軸に偏平率Ｈ（％）をとり、縦軸にワイヤ周長さＷＬ（ｍｍ）をとって、直径０．３５ｍｍのワイヤについて偏平率Ｈを種々変えたときの偏平率Ｈとワイヤ周長さＷＬとの相関を示す特性線図である。図から明らかなように、偏平率Ｈが小さくなると、ワイヤ周長さＷＬが増加する。
【００２６】
表１に実施例１〜１０および比較例１〜９の初期径Ｄ0、長径ＤＬ、短径ＤＳ、偏平率Ｈ、引張強度、エッジ角度θ、引抜力をそれぞれ示す。
【表１】
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【００２７】
初期径Ｄ0は、０．３５ｍｍ、０．３６ｍｍとした。
【００２８】
引張強度は２４９７〜２８３０Ｎ／ｍｍ2の強度レベルとした。
【００２９】
長径ＤＬは、マイクロメータを用いて測定するか、または、ワイヤ試料を樹脂に埋め込み、ワイヤの切断面（ワイヤ長手方向に直交する横断面）を写真撮影し、その写真画像を利用して測定した。
【００３０】
短径ＤＳも同様に、マイクロメータを用いて測定するか、または、ワイヤ試料を樹脂に埋め込み、ワイヤの切断面（ワイヤ長手方向に直交する横断面）を写真撮影し、その写真画像を利用して測定した。
【００３１】
偏平率Ｈは、測定した長径ＤＬと短径ＤＳから式Ｈ＝（ＤＳ／ＤＬ）×１００を用いて計算によって求めた。
【００３２】
平坦部長さＦは、ワイヤ試料を樹脂に埋め込み、ワイヤの切断面（ワイヤ長手方向に直交する横断面）を写真撮影し、その写真画像を利用して測定した。
【００３３】
エッジ角θは、上述したように図１（ｂ）に示すワイヤ断面図を利用して幾何学的に算出した。
【００３４】
円弧長さＡＬは、湾曲部２２の輪郭の長さに相当し、次のように計算によって求めた。但し、Ｘは図１（ｂ）中の線分ＤＡの長さである。
【００３５】
ＡＬ＝２πＸ×（２α／360）＝πＸ×（α／90） …（１）
Ｘ＝（ＤＳ／２）／sinα＝ＤＳ／２sin（θ−90）  …（２）
式（１），（２）から、
ＡＬ＝π×｛ＤＳ／２sin（θ−90）｝×（α／90）
＝ＤＳπ（θ−90）／180sin（θ−90）      …（３）
ワイヤ周長さＷＬは、次式により求めた。
【００３６】
ＷＬ＝２（ＡＬ＋Ｆ）…（４）
表１に示す各試料において、比較例１は丸線ワイヤ、実施例１〜３，５，７〜１０及び比較例５〜９は図３（ａ）の組合せローラ（平面プロファイルローラの垂直圧下）により製造した偏平ワイヤ、実施例４，６および比較例２〜４は図３（ｃ）の組合せローラ（偏平化→エッジ形状の矯正→偏平化→エッジ形状の矯正の順にタンデム圧延加工）により製造した偏平ワイヤである。
【００３７】
これらのサンプルワイヤを各種のホースワイヤに製造し、その各ホースワイヤにより形成したゴム補強層を後述する図８（ａ）〜（ｄ）に示す方法を用いて引抜力を評価した。エッジ角θが１４２°〜１６３°の範囲に入っている実施例１〜１０の偏平ワイヤは、いずれも基準となる比較例１の丸線ワイヤの引抜力を上回る結果となった。
【００３８】
ワイヤ引抜力は、図８（ａ）〜（ｄ）に示す評価方法を用いて次のようにして測定した。  
先ず、適当な長さに切断したサンプルワイヤ２Ａを適当な間隔に並べ、断面が１２．７ｍｍ×１２ｍｍとなるようなゴムブロック２８の中心に位置するように加硫成型して図８（ａ）に示す試験片を準備する。次いで、図８（ｂ）（ｃ）に示すように一方側のワイヤ端末をゴムブロック２８の面と面一となる位置で切断する。図８（ｄ）に示すように、他方のワイヤ端末を図示しない引抜き試験機の治具で把持し、ワイヤ長手方向への引抜き力を印加してゴムブロック２８からワイヤ２Ａを引き抜く。ワイヤ２Ａがゴムブロック２８から引き抜けたときの最大荷重を測定し、それを引抜力として評価した。
【００３９】
なお、上記の実施例ではゴムホース内にワイヤをスパイラル状に巻き込み埋設する場合について説明したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、ワイヤをゴムホース内にブレード状に編み込み埋設するタイプにも本発明を適用することができる。
【００４０】
また、上記の実施例ではゴムホースの場合について説明したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、ワイヤをスチールラジアルタイヤのゴム層に埋設してゴム層を補強するのにも本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明のゴム補強用偏平ワイヤは、内部を高圧流体が流れる高圧ホース、例えば消防用ホースや水ジェットカッター用ホース、油圧用ホースなどの補強部材として利用可能である。また、本発明のゴム補強用偏平ワイヤは、スチールラジアルタイヤのゴム層に埋め込まれて補強層を形成するのに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】（ａ）と（ｂ）は本発明のゴム補強用ホースワイヤをそれぞれ示す横断面図。
【図２】偏平加工装置の概要を示す構成ブロック図。
【図３】（ａ）は偏平化装置内に設けられた加工ローラを示す図、（ｂ）は他の加工ローラを示す図、（ｃ）はさらに他の加工ローラを示す図。
【図４】偏平化ローラとサイドローラとで交互に圧延加工されるワイヤを示す拡大断面図。
【図５】偏平率Ｈとワイヤ周長さＷＬとの関係を示す特性線図。
【図６】（ａ）は丸線の面圧を説明するための横断面模式図、（ｂ）は偏平ワイヤの面圧を説明するための横断面模式図。
【図７】（ａ）はゴムに埋め込まれた丸線ワイヤを示す横断面模式図、（ｂ）はゴムに埋め込まれた偏平ワイヤを示す横断面模式図。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は埋め込まれたワイヤをゴムから引き抜くときの引抜力を測定して評価する手順を説明するための模式図。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は従来の偏平ワイヤをそれぞれ示す横断面模式図。
【符号の説明】
【００４３】
２…丸線ワイヤ、
２Ａ，２Ｂ…偏平ワイヤ、
３…伸線機、
４…偏平化装置、
５…偏平化ローラ（平面プロファイルローラ、加工ローラ）、
６…サイドローラ（曲面プロファイルローラ、加工ローラ）、
７…引取りキャプスタン、
８…巻取り機、
２１…平坦部、２２…円弧部、２３…エッジ部、２８…ゴム、
ＤＬ…長径、ＤＳ…短径、
Ｆ…平坦部長さ、
θ…エッジ角。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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