(57)【要約】【課題】ブラスめっきが施されたスチールワイヤの生産性を損なうことなくワイヤ表層領域におけるリンの量を抑制し、ゴムとの接着性を向上させることのできるゴム物品補強用スチールワイヤの製造方法およびこの方法に使用する製造装置を提供する。【解決手段】ブラスめっきが施されたスチールワイヤ１０を最終湿式伸線工程で伸線した後、スチールワイヤ１０を、任意に変形されたスチールワイヤ３が密集する中を下記条件、・通過長さＬ（ｍ）：（０．００１８×Ｓ−０．２３）×０．９＜Ｌ＜（０．００１８×Ｓ−０．２３）×１．１（式中、Ｓは伸線スピード（ｍ／分）である）・密集圧力：９０〜１１０ｇ／ｃｍ２（８．８２〜１０．７８ｋＰａ）・任意に変形されたスチールワイヤの線径：０．１ｍｍ以下・密集密度：１．９ｇ／ｃｍ３以上にて通過させ、ブラスめっきが施されたスチールワイヤ１０の表層領域におけるリンの量を抑制する。【選択図】　　　図１
2004091966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラスめっきが施されたスチールワイヤを最終湿式伸線工程で伸線した後、該スチールワイヤを、任意に変形されたスチールワイヤが密集する中を下記条件、
・通過長さＬ（ｍ）：（０．００１８×Ｓ−０．２３）×０．９＜Ｌ＜（０．００１８×Ｓ−０．２３）×１．１
（式中、Ｓは伸線スピード（ｍ／分）である）
・密集圧力：９０〜１１０ｇ／ｃｍ２（８．８２〜１０．７８ｋＰａ）
・任意に変形されたスチールワイヤの線径：０．１ｍｍ以下
・密集密度：１．９ｇ／ｃｍ３以上
にて通過させ、前記ブラスめっきが施されたスチールワイヤ表層領域におけるリンの量を抑制することを特徴とするゴム物品補強用スチールワイヤの製造方法。
【請求項２】
前記ブラスめっきが施されたスチールワイヤの線径が０．１５〜０．４０ｍｍである請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
前記任意に変形されたスチールワイヤが略５ｍｍ程度のカール径でクセ付けされている請求項１または２記載の製造方法。
【請求項４】
ブラスめっきが施されたゴム物品補強用スチールワイヤの製造装置において、該スチールワイヤの通過方向に長尺で、かつ該スチールワイヤを内部に通過させるための入口と出口とを有する箱体と、該箱体の中で前記スチールワイヤの表層領域におけるリンを切削する、任意に変形されたスチールワイヤの密集体と、を具備することを特徴とするゴム物品補強用スチールワイヤの製造装置。
【請求項５】
前記箱体のスチールワイヤ通過方向長さＬ（ｍ）が次式、
（０．００１８×Ｓ−０．２３）×０．９＜Ｌ＜（０．００１８×Ｓ−０．２３）×１．１
（式中、Ｓは伸線スピード（ｍ／分）である）で表される関係を満足する請求項４記載の製造装置。
【請求項６】
前記箱体の上面が、該箱体内部におけるスチールワイヤの密集体を適宜加圧できるように落とし蓋形式となっている請求項４または５記載の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タイヤや工業用ベルトなどのゴム物品の補強に供されるゴム物品補強用スチールワイヤの製造方法およびこの方法に使用する製造装置に関し、詳しくは、ブラスめっきが施されたスチールワイヤの生産性を損なうことなくワイヤ表面のリン量を抑制し、ゴムとの接着性の向上を図ったゴム物品補強用スチールワイヤの製造方法およびこの方法に使用する製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ラジアルタイヤのベルトやカーカス用ボディープライ、および各種工業用ベルト部材などのゴム物品においては、ブラスめっきが施されたスチールワイヤまたはこれを複数本撚り合わせてなるスチールコードをゴムで被覆してなるものを用いることにより、補強効果を得ることが行われている。従ってこの場合、補強効果を十全に得るためにはスチールコードとゴムとの間の接着性を十分に確保することが必要であり、かかる観点からブラスめっきにおける銅と亜鉛との割合やめっき厚さを適正化すること等が検討され、これまでに一定の知見が確立されている。
【０００３】
また、特開昭６３−３３１３５号公報では、ブラスめっきを施したスチールワイヤにおいて、ブラスめっき中にリンを４ｍｇ／ｍ２以上含有させることにより湿熱による接着性の劣化を低減させることが提案されている。
【０００４】
さらに、国際出願ＷＯ０９７／２３３１１号公報には、ブラスめっきが施された線材を、リン酸塩を含む潤滑剤中に浸漬したダイス群を通過させて連続湿式することで得られたスチールワイヤをスプールに巻取り、次いで、前記スプールを撚線機の巻き出し部に装着し、撚線機の巻き出し部と撚線部との間に配設した減面率５％以上の１又は２以上のダイスにより伸線して縮径し、スチールワイヤのブラスめっきの表面に形成された被膜中のリン化合物をリンとして０．２〜０．９ｍｇ／ｍ２の範囲内、酸化亜鉛を２０．０〜７０．０ｍｇ／ｍ２の範囲内とし、これにより、ゴムとの初期接着性が改善されて加流時間の短縮化を実現できることが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本出願人は、ブラスめっきを施したスチールコードとゴムとの間の接着反応を支配するコード表面因子をこれまで以上に機器分析的手法を駆使してコントロールし、詳細に表面を造り込んで、接着性との対応を検討した結果、ブラスめっきのバルク組成が同じである場合には、ブラスめっき表面からワイヤ半径方向内側に５ｎｍの深さまでの表層領域における、酸化物として含まれるリンの量を１．５原子％以下に抑制することが極めて効果的であるとの知見を得、先に特許出願を行った。
【０００６】
かかる表層領域におけるリンの量の抑制方法としては、伸線加工のパススケジュール、ダイスのエントランスやアプローチの形状および角度、ダイスの材質、並びに潤滑剤組成などの調整が有効であることが確認されている。
【０００７】
しかしながら、ワイヤ表層領域におけるリンの量の上記抑制方法では、ダイスと被伸線ワイヤとの間に本来必要な潤滑性が損なわれ、ワイヤの断線、頻繁なダイスの交換などが発生するおそれがあり、スチールワイヤの生産性を低下させてしまうという問題があった。
【０００８】
また、ダイスの材質としてダイヤモンドを使用した場合、通常のダイスより高価となり、スチールコードの製造コストが高くなってしまうという問題があった。
【０００９】
そこで本発明の目的は、ブラスめっきが施されたスチールワイヤの生産性を損なうことなくワイヤ表層領域におけるリンの量を抑制し、ゴムとの接着性を向上させることのできるゴム物品補強用スチールワイヤの製造方法およびこの方法に使用する製造装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のゴム物品補強用スチールワイヤの製造方法は、ブラスめっきが施されたスチールワイヤを最終湿式伸線工程で伸線した後、該スチールワイヤを、任意に変形されたスチールワイヤが密集する中を下記条件、
・通過長さＬ（ｍ）：（０．００１８×Ｓ−０．２３）×０．９＜Ｌ＜（０．００１８×Ｓ−０．２３）×１．１
（式中、Ｓは伸線スピード（ｍ／分）である）
・密集圧力：９０〜１１０ｇ／ｃｍ２（８．８２〜１０．７８ｋＰａ）
・任意に変形されたスチールワイヤの線径：０．１ｍｍ以下
・密集密度：１．９ｇ／ｃｍ３以上
にて通過させ、前記ブラスめっきが施されたスチールワイヤ表層領域におけるリンの量を抑制することを特徴とするものである。これにより、スチールコードの生産性を損なうことなくワイヤ表面のリンの量を所望量まで抑制し、ゴムとスチールコードとの間の接着性を向上させることができる。
【００１１】
本発明の製造方法においては、前記ブラスめっきが施されたスチールワイヤの線径が０．１５〜０．４０ｍｍであるものに好適に適用することができ、また前記任意に変形されたスチールワイヤが略５ｍｍ程度のカール径でクセ付けされていることが好ましい。
【００１２】
また、本発明のゴム物品補強用スチールワイヤの製造装置は、ブラスめっきが施されたゴム物品補強用スチールワイヤの製造装置において、該スチールワイヤの通過方向に長尺で、かつ該スチールワイヤを内部に通過させるための入口と出口とを有する箱体と、該箱体の中で前記スチールワイヤの表層領域におけるリンを切削する、任意に変形されたスチールワイヤの密集体と、を具備することを特徴とするものである。この製造装置は、上記本発明の方法に好適に適用することができる。また、ワイヤ表面のリンの量を抑制するためにダイスの材質を変更する従来方法では各最終伸線機毎への新規ダイスの適用が必要となるが、本発明によれば、伸線後ボビンに巻き取るまでの間で数台分をまとめて処理でき、コスト面、管理面でも有利である。
【００１３】
本発明の製造装置においては、前記箱体のスチールワイヤ通過方向長さＬ（ｍ）が次式、
（０．００１８×Ｓ−０．２３）×０．９＜Ｌ＜（０．００１８×Ｓ−０．２３）×１．１
（式中、Ｓは伸線スピード（ｍ／分）である）で表される関係を満足することが好ましく、また、前記箱体の上面が、該箱体内部におけるスチールワイヤの密集体を適宜加圧できるように落とし蓋形式となっていることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき具体的に説明する。
図１に示す本発明の一実施の形態に係るゴム物品補強用スチールワイヤの製造装置１は、ブラスめっきが施されたスチールワイヤ１０の表層領域におけるリンの量を抑制するための製造装置であり、本発明の方法に好適に適用することができる。かかる製造装置１は、箱体２と、この箱体２の中の任意に変形されたスチールワイヤ３の密集体とからなる。箱体２は、スチールワイヤの通過方向に長尺に形成されており、また、箱体２は、スチールワイヤ１０をその内部にて通過させるための入口４と出口５とを有する。図１に示す例では、箱体２の対向する両側面に設けられた入口４と出口５とは夫々一箇所であるが、同時に複数のスチールワイヤ１０を通過させることができるように、夫々複数の入口４と出口５とを両側面に設けてもよい。
【００１５】
また、箱体２は、内部に充填されたスチールワイヤ３の密集体を容易に加圧することができるように、図１の矢視方向断面図の図２に示すように、上面を落とし蓋６にて形成することが好ましい。この落とし蓋６の上から、スチールワイヤ３の密集体を適宜加圧することにより、スチールワイヤ３の密集体に所望の圧力を付与することができる。
【００１６】
箱体２の中には、図１に示すように、スチールワイヤ３が夫々任意に変形された状態で密集体を形成しているが、このスチールワイヤ３の線径は、０．１ｍｍ以下、好ましくは０．０５〜０．０８ｍｍとする。この線径が０．１ｍｍを超えると、ブラスめっきが施されたワイヤ１０との間に十分な接触が得られず、表層領域におけるリンの切削効果が不十分となる。同様にリンの切削効果を十分に得る上で、任意に変形されたスチールワイヤ３は、図３に示すように略５ｍｍ程度のカール径ｄでクセ付けされていることが好ましい。
【００１７】
本発明のゴム物品補強用スチールワイヤの製造方法においては、上述の製造装置１内を下記の条件で、ブラスめっきが施されたスチールワイヤ１０を最終湿式伸線工程で伸線した後に通過させることにより、ブラスめっきが施されたスチールワイヤ１０の表層領域におけるリンを所望量切削する。
【００１８】
即ち、スチールワイヤ３の密集体が収納された箱体２のスチールワイヤ通過方向長さＬ（ｍ）が次式、
（０．００１８×Ｓ−０．２３）×０．９＜Ｌ＜（０．００１８×Ｓ−０．２３）×１．１
（式中、Ｓは伸線スピード（ｍ／分）である）で表される関係を満足するようにする。この関係が次式、
Ｌ≦（０．００１８×Ｓ−０．２３）×０．９
で表される関係のときは十分なリンの切削効果が得られず、一方、次式
Ｌ≧（０．００１８×Ｓ−０．２３）×１．１
で表される関係のときは表面のブラスめっきまでが切削され、逆にゴムとの接着性が低下してしまうことになる。
【００１９】
また、スチールワイヤ３の密集圧力が９０〜１１０ｇ／ｃｍ２（８．８２〜１０．７８ｋＰａ）となるように、落とし蓋６からの圧力を調整する。この圧力が９０ｇ／ｃｍ２（８．８２ｋＰａ）未満であると十分なリンの切削効果が得られず、一方、１１０ｇ／ｃｍ２（１０．７８ｋＰａ）を超えると表面のブラスめっきまでが切削され、逆にゴムとの接着性が低下してしまうことになる。
【００２０】
さらに、箱体２内スチールワイヤ３の密度は１．９ｇ／ｃｍ３以上、好ましくは２．１〜３．０ｇ／ｃｍ３とする。この密度が１．９ｇ／ｃｍ３未満であると、リンが切削されるブラスめっきワイヤとの間に十分な接触が得られず、リンの切削効果が不十分となる。
【００２１】
本発明の他の実施形態として、図４に示すように、複数の伸線機本体１１（図示する例では７台）による最終湿式伸線工程で伸線された複数のブラスめっきスチールワイヤ１０を１台の箱体２に通過させてもよい。箱体２通過後は、夫々巻き取りリール１２にて巻き取る。尚、本発明のスチールワイヤの製造方法における多段湿式伸線以外の工程、例えば最初の乾式伸線、パテンティング処理、ブラスめっき処理等は常法に従い行うことができる。
【００２２】
本発明においては、周面ブラスめっき層の表面からワイヤ半径方向内方に深さ５ｎｍまでのワイヤ表層領域における酸化物として含まれるリンの含有量を、良好に１．５原子％以下に抑制することができる。リンの含有量が１．５原子％を超えると、それにつれてゴムとの接着速度が遅くなり、所望のゴム接着性を確保するのが難しくなる。リンの量を１．５原子％以下とすることにより、ゴム接着性を安定して得ることが可能になる。
【００２３】
ブラスめっき層の平均厚みは、好適には、０．１３〜０．３０μｍである。ブラスめっき層の平均厚みが０．１３μｍ未満では、鉄地が露出する部分が増加して初期接着性が阻害され、一方、０．３０μｍを超えると、ゴム物品使用中の熱によって過剰に接着反応が進行して、脆弱な接着しか得られなくなる。
【００２４】
また、本発明においては、ブラスめっき層全体における銅および亜鉛の総量に対する銅の比率が６０〜７０重量％であり、かつ、上記ワイヤ表層領域における銅および亜鉛の総量に対する銅の比率が１５〜４５原子％であることが好ましい。ブラスめっき層全体における銅および亜鉛の総量に対する銅の比率が６０重量％未満になると、伸線性が悪化して断線により生産性が阻害され、量産することが難しくなる。一方、７０重量％を超えると、耐熱接着性の耐水分接着性が低下して、ゴム物品、特にタイヤが曝される環境に対して十分な耐久性を維持できなくなる。また、ワイヤ表層領域における銅および亜鉛の総量に対する銅の比率が１５原子％未満であると、ワイヤ表層領域におけるリンの量を上記した１．５原子％以下に制限した場合であっても、ゴムとの接着反応に乏しくなる結果、より優れたゴム接着性の確保が困難となる。一方、４５原子％を超えると、耐熱接着性や耐水分接着性が低下するという不利を招く。
【００２５】
本発明においては、最終湿式伸線工程で伸線した後におけるスチールワイヤ３の線径は、好ましくは０．１５〜０．４０ｍｍであり、かかる線径のときに良好にリンの切削効果が得られる。また、直径が０．４０ｍｍを超えると、使用したゴム物品が曲げ変形下で繰り返し歪みを受けたときに表面歪が大きくなり、座屈を引き起こし易くなる。
【００２６】
伸線加工に供する鋼線材としては、炭素含有率が０．６０〜０．９５重量％の高炭素鋼線材を用いることが好ましく、鋼線材表層部の脱炭を抑制しつつ、初析セメンタイト、初析フェライトあるいはベイナイト等の混在量が少ない均一なパーライト組成を形成するように熱処理することが好ましい。
【００２７】
本発明により製造されたスチールワイヤは、単線で用いてもよく、また、撚線機により常法に従い撚り合わせすることにより、所望の撚り構造のゴム物品補強用スチールコードとして用いてもよい。かかるスチールワイヤを複数本を撚り合わせたスチールコードとして用いる場合、ゴム物品、中でもタイヤのカーカスやベルトの補強材として好適である。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明を実施例、従来例および比較例に基づき説明する。
従来例
約０．８０重量％の炭素を含有する直径約５．５ｍｍの高炭素鋼線材に、直径が約１．７２ｍｍになるまで乾式伸線を施した後、パテンティング処理を施し、次いで銅６３重量％および亜鉛３７重量％の組成を有するブラスめっきを下記の表１に示す付着量で施し、しかる後、リン酸亜鉛を含有する水性潤滑剤に全没させた多段湿式伸線機にて直径０．３０ｍｍまで複数ダイスを使用し伸線加工を行った。
【００２９】
ワイヤの表層領域における酸化物として含まれるリンの量をＸ線光電子分光法に従い計測を行った。Ｘ線光電子分光法に従い計測される光電子の脱出深さ領域において、全元素の原子数と酸化物中のリンの原子数を検出し、全元素の原子数を１００としたときの酸化物中のリン原子数を指数で表示したものを、当該領域における酸化物に含まれるリンの原子％とした。
【００３０】
また、所定の方法で得られたワイヤを撚り合わせ１×３×０．３０ｍｍのスチールコードとし、ＪＩＳ　Ｇ３５１０（１９９２）の参考に規定されたゴム接着試験方法に準拠して下記の初期ゴム接着性試験および劣化後接着性試験を行った。この接着試験で使用したゴムの配合は、天然ゴム１００重量部に対し、カーボンブラック（ＨＦＣ）５０重量部、亜鉛華５重量部、ナフテン酸コバルト（１０％含量）２重量部、、加硫促進剤（ＤＺ）０．５重量部および硫黄５重量部とした。
【００３１】
初期接着性試験は、ゴム被覆コードを１６０℃で夫々５分、９分、１３分、１８分間加圧加硫した後室温で剥離試験を行って評価した。また、劣化後接着性試験は、ゴム被覆コードを１６０℃で１８分間加圧加硫した後、夫々２日、４日、６日劣化させた後室温で剥離試験を行って評価した。劣化は、温度６０℃、湿度９０％の圧力釜に酸素を０．０２ＭＰａ充填した環境下において、水分および酸素を強制的にゴム中へ浸透させることにより行った。評価したゴム付着率は、ゴムからコードを剥離をした後のスチールコードの表面を観察してコード表面が完全にゴムに覆われている場合を１００％とし、ゴムが完全に覆われていない場合を０％として評価した。得られた結果を下記の表１および表２に示す。
【００３２】
実施例および比較例１〜６
めっき付着量を下記の表１および表２に示すように変量とした以外は上記従来例と同様の方法により各スチールワイヤを得た。得られたスチールワイヤを夫々下記の表１および表２に示す条件にて図１に示す製造装置１内を通過させ、従来例と同様にしてスチールコードを製造した。これらコードの表層領域のリンの量並びに初期接着性試験および劣化後接着性試験の結果を下記の表２および表３に夫々示す。
【００３３】
【表１】
2004091966.tif 000003
＊めっき表面からワイヤ半径方向内側へ５ｎｍの深さまでの領域
【００３４】
【表２】
2004091966.tif 000004
＊めっき表面からワイヤ半径方向内側へ５ｎｍの深さまでの領域
【００３５】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、スチールコードの生産性を損なうことなくワイヤ表面のリンの量を抑制し、ゴムとスチールコードとの間の接着性を向上させることができる。この結果、高耐久性を有するゴム物品、例えば、高耐久性タイヤ等の製造が可能となる。また、ワイヤ表面のリンの量を抑制するためにダイスの材質を変更する方法では、各最終伸線機毎への新規ダイスの適用が必要となるが、本発明によれば、伸線後ボビンに巻き取るまでの間で数台分をまとめて処理でき、コスト面、管理面でも有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るスチールワイヤの製造装置を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１に示す矢視Ａ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】密集体を形成するスチールワイヤ１本を取り出して示す説明図である。
【図４】本発明の他の実施の形態に係るスチールワイヤの製造装置を模式的に示す工程図である。
【符号の説明】
１　製造装置
２　箱体
３，１０　スチールワイヤ
４　入口
５　出口
６　落とし蓋
１１　伸線機本体
１２　巻き取りリール
【図１】
2004091966.tif 000005
【図２】
2004091966.tif 000006
【図３】
2004091966.tif 000007
【図４】
2004091966.tif 000008