(57)【要約】【課題】被覆ゴムとの接着性に優れるとともに伸線性にも優れたスチールワイヤ材を提供することを目的とする。【解決手段】スチールワイヤ材１０のワイヤ本体１１の周面に形成されたブラスめっき層１２を、多層めっき構造とするとともに、ワイヤ本体１１側の合金層２１〜２８（第１層〜第８層）を、加工性（伸線性）が良好である高Ｃｕ層（Ｃｕ組成比；６５〜７５ｗｔ％）とし、表面側の合金層３１〜３４（第９層〜第１２層）を、接着耐久性が良好である低Ｃｕ層（Ｃｕ組成比；５０〜６０ｗｔ％）とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スチールワイヤを製造する伸線工程に供給される、ワイヤ本体とこのワイヤ本体の周面にめっき層を有するスチールワイヤ材であって、上記めっき層はＣｕ−Ｚｎ合金から成り、ＣｕとＺｎの組成比がめっき層の深さ方向で異なっていることを特徴とするスチールワイヤ材。
【請求項２】
上記めっき層は、ＣｕとＺｎとを交互に各々１回ずつめっきを行って１層としたものを複数層積層して形成した後、熱拡散処理を行って合金化することを特徴とする請求項１に記載のスチールワイヤ材。
【請求項３】
上記めっき層は、上記１層毎のＣｕとＺｎの組成比または積層した各層毎のＣｕとＺｎの組成比が互いに異なっていることを特徴とする請求項２に記載のスチールワイヤ材。
【請求項４】
上記めっき層の表面側の層はＣｕの組成比が５０〜６０ｗｔ％である低Ｃｕ層であり、内部の下地側の層はＣｕの組成比が６５〜７５ｗｔ％である高Ｃｕ層であることを特徴とする請求項３に記載のスチールワイヤ材。
【請求項５】
上記めっき層は、電解めっきまたは無電解めっきにより形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のスチールワイヤ材。
【請求項６】
上記めっき層は、スパッタリング、ＰＶＤ、ＣＶＤ、または、プラズマ法により形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のスチールワイヤ材。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれかに記載のスチールワイヤ材を伸線処理して得られることを特徴とするスチールワイヤ。
【請求項８】
請求項７に記載のスチールワイヤの複数本を撚り合わせて成ることを特徴とするスチールコード。
【請求項９】
骨格となるカーカスプライと、このカーカスプライの径方向外側に配置されたベルトとを備えた空気入りタイヤであって、上記カーカスプライ及びベルトのいずれか一方または両方に請求項７に記載のスチールワイヤまたは請求項８に記載のスチールコードが用いられていることを特徴とする空気入りタイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、空気入りタイヤや工業用ベルト等のゴム物品用補強部材として使用されるスチールワイヤを線材から製造する際の中間材であるスチールワイヤ材に関するもので、特に、伸線加工性が良好で、かつ、ゴムとの接着性に優れたスチールワイヤを製造するために用いられるスチールワイヤ材に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゴム物品の典型例である空気入りラジアルタイヤでは、骨格となるカーカスプライやこのカーカスプライの径方向外側に配置されるベルトに、その表面にブラスめっきが施されたスチールワイヤを複数本撚り合わせたスチールコードや、上記スチールワイヤの単線から成るスチールコードをゴムで被覆したものを適用し、主に、上記スチールコードによりタイヤの補強を図っている。
スチールコードをタイヤの補強部材として活用するには、上記スチールコードと上記被覆ゴムとを確実に接着する必要があることから、通常、上記スチールコードを構成するスチールワイヤの周面にはブラスめっきが施されている。
スチールワイヤは、一般には、０．７０〜０．９０ｗｔ％の炭素を含む高炭素鋼材を所定の中間線径まで伸線した後、パテンティング処理並びにブラスめっき処理を施してスチールワイヤ材とし、このスチールワイヤ材を、最終湿式伸線工程にて、最終線径まで伸線することにより製造されている。このような一般的な製造方法においては、ブラスめっき処理としては、パテンティング処理した高炭素鋼材に電解めっきによる銅めっきと亜鉛めっきとを各々１回ずつ施した後、熱拡散処理を行って上記めっきされた銅（Ｃｕ）と亜鉛（Ｚｎ）とを合金化させる拡散めっき法が使用されている。
【０００３】
このようなブラスめっきにおいては、ゴムとの接着性を確保するために、ブラスにおけるＣｕとＺｎの割合やめっき厚を適正化することが従来より検討されている。その結果、ゴム被覆時におけるスチールコードとゴムとの接着性については改善されてきているものの、それでもなお、接着相手であるゴムに対して種々の条件が要求されている。例えば、上記スチールコードをタイヤに用いる場合、タイヤの加硫成形時におけるスチールコードとゴムとの接着速さや接着力を確保すること（いわゆる、初期接着性）、及び、加硫成形されたタイヤの使用時に水分や熱によりスチールコードとゴムとの間に形成されている接着層が劣化しないこと（いわゆる、接着耐久性）が要求されている。
そして、この初期接着性及び接着耐久性を改善すべく様々な提案がなされてきている。
例えば、特許文献１，２には、めっき成分にＦｅやＮｉなどの合金元素を添加して、ブラスめっきの表面層を合金化することにより接着性を改善することが記載されている。
また、特許文献３には、ブラスめっき層の最表面の酸素比率Ａ（Ａ＝Ａ（Ｏ）／｛Ａ（Ｃｕ）＋Ａ（Ｚｎ）＋Ａ（Ｏ）｝）を限定することにより接着性を改善することが記載されている。
特許文献４には、銅めっき及び亜鉛めっきを交互に２回以上繰り返し、更に、最外層を銅めっきとすることにより、銅と亜鉛の熱拡散を容易にして、めっき組成を安定化させることにより接着性を改善することが記載されている。
特許文献５には、銅めっき及び亜鉛めっきを交互に２回以上繰り返し、更に、最外層を銅めっきとした後、最終湿式伸線時の摩擦熱により銅と亜鉛の熱拡散を行うことにより、ゴムとの接着性が良好な鋼線を容易に得られることが記載されている。
特許文献６には、熱拡散処理工程を省略するため、プラズマ処理にて銅層及び亜鉛層の多層化を図ることが記載されている。
また、特許文献７には、熱拡散後のブラスめっき層のＣｕ比を５１〜６１ｗｔ％とするとともに、ブラスめっき層に対して電解方式による化成皮膜処理を施してブラスめっき層の表面に燐酸鉄皮膜を形成することにより、金属ワイヤの伸線性を損なうことなく、ゴム物品に対する金属ワイヤの湿熱・経年接着性の低下を十分抑制できることが記載されている。
【特許文献１】特開平８−２０９３８６号公報
【特許文献２】特開２００２−１３０８１号公報
【特許文献３】特開２００４−６８１０２号公報
【特許文献４】特開昭５８−５８２９７号公報
【特許文献５】特公昭６０−５７５２０号公報
【特許文献６】国際公開２００５／０９５０７８号公報
【特許文献７】特開２００７−１８６７３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１〜３に記載された技術は、いずれも接着性にある程度の改善は見られるものの、十分な初期接着性能と接着耐久性能とをともに満足できるものではなかった。
また、特許文献４に記載された技術は、熱拡散処理の容易さとめっき組成の制御については効果があるものの、接着性については改善されていなかった。
一方、特許文献５，６に記載された技術では、熱拡散処理を実施せずに最終伸線を行っているが、通常の熱拡散処理を行ったものと比較すると、少なからず伸線性（生産性）に問題がある。
更に、特許文献７に記載された技術では、従来の工程に加えて、電解化成皮膜処理工程が必要なことから、工程増によるコストアップに繋がってしまう。
【０００５】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、被覆ゴムとの接着性に優れるとともに伸線性にも優れたスチールワイヤ材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】
【０００６】
本願の請求項１に記載の発明は、スチールワイヤを製造する伸線工程に供給される、ワイヤ本体とこのワイヤ本体の周面にめっき層を有するスチールワイヤ材であって、上記めっき層はＣｕ−Ｚｎ合金から成り、ＣｕとＺｎの組成比がめっき層の深さ方向で異なっていることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のスチールワイヤ材であって、上記めっき層が、ＣｕとＺｎとを交互に各々１回ずつめっきを行って１層としたものを複数層積層して形成した後、熱拡散処理を行って合金化することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のスチールワイヤ材であって、上記めっき層が上記１層毎のＣｕとＺｎの組成比または積層した各層毎のＣｕとＺｎの組成比が互いに異なっていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のスチールワイヤ材であって、上記めっき層の表面側の層はＣｕの組成比が５０〜６０ｗｔ％である低Ｃｕ層であり、内部の下地側の層はＣｕの組成比が６５〜７５ｗｔ％である高Ｃｕ層であることを特徴とする。
【０００７】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載のスチールワイヤ材であって、上記めっき層が電解めっきまたは無電解めっきにより形成されたことを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載のスチールワイヤ材であって、上記めっき層がスパッタリング、ＰＶＤ、ＣＶＤ、または、プラズマ法により形成されたことを特徴とするものである。
また、請求項７に記載の発明は、ゴム物品用補強材等に用いられるスチールワイヤであって、請求項１〜請求項６のいずれかに記載のスチールワイヤ材を伸線処理して得られたものである。
請求項８に記載の発明は、ゴム物品用補強材等に用いられるスチールコードであって、請求項７に記載のスチールワイヤの複数本を撚り合わせて成ることを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、骨格となるカーカスプライと、このカーカスプライの径方向外側に配置されたベルトとを備えた空気入りタイヤであって、上記カーカスプライ及びベルトのいずれか一方または両方に請求項７に記載のスチールワイヤまたは請求項８に記載のスチールコードが用いられていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のスチールワイヤ材は、ブラスめっき層の組成が深さ方向で異なるので、表面層に要求される性能と内部の下地側の層とに要求される性能とが異なる場合でも、それらの要求に応じることができる。表面側をＣｕの組成比の小さい低Ｃｕ層とし、内部をＣｕの組成比の大きな高Ｃｕ層とすれば、接着耐久性と伸線性とをともに向上させることができる。このとき、上記低Ｃｕ層のＣｕの組成比を５０〜６０ｗｔ％とし、上記高Ｃｕ層のＣｕの組成比を６５〜７５ｗｔ％とすれば、スチールワイヤ材の伸線性を確実に向上させることができるとともに、このスチールワイヤ材を伸線して得られるスチールワイヤの接着耐久性を確実に向上させることができる。
また、上記めっき層を、ＣｕとＺｎとを交互に各々１回ずつめっきを行って１層としたものを複数層積層して形成した後、熱拡散処理を行って合金化すれば、めっき層の組成を深さ方向で確実に異なるようにすることができる。このとき、必要に応じて、１層毎のＣｕとＺｎの組成比または積層した各層毎のＣｕとＺｎの組成比が互いに異なるようにすれば、めっき層の組成の制御を確実に行うことができる。
上記めっき層は、電解めっきまたは無電解めっきにより形成しても、スパッタリング、ＰＶＤ、ＣＶＤ、または、プラズマ法により形成してもよい。
また、上記スチールワイヤ材を伸線処理して得られたスチールワイヤを複数本撚り合わせて形成したスチールコードを用いれば、初期接着性能と接着耐久性能とに優れたゴム物品用補強部材を製造することができる。
更に、空気入りタイヤのカーカスプライやベルトに、本発明のスチールワイヤまたはスチールコードを用いれば、空気入りタイヤの耐久性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
最良の形態
以下、本発明の最良の形態について図面に基づき説明する。
図１は、本最良の形態に係るスチールワイヤ材１０の断面を示す模式図である。本発明のスチールワイヤ材１０は、ワイヤ本体１１と、このワイヤ本体１１の周面に形成されたブラスめっき層１２とを備えている。
上記ワイヤ本体１１は炭素の含有率が０．７〜０．９ｗｔ％の高炭素鋼材を所定の線径まで伸線した後パテンティング処理したものである。また、上記ブラスめっき層１２は、Ｃｕ−Ｚｎ合金から成り、上記ワイヤ本体１１に、電解めっきによるＣｕめっき及びＺｎめっきを施した後、その上にＣｕめっき及びＺｎめっきを施すという処理を繰り返し、上記一対のＣｕめっきとＺｎめっきにより形成された一対のめっき層を複数層積層する多層めっきを行った後、熱拡散処理を施して得られる。
上記のように、ＣｕめっきとＺｎめっきにより形成された一対のめっき層を形成した後に、その上にもう一対のＣｕめっきとＺｎめっきによるめっき層を形成したものに熱拡散処理を施すと、同じ層のＣｕとＺｎとの間の拡散は進みやすいが、異なる層、すなわち、上下に隣接する下層のＺｎと上層のＣｕとの間では拡散が進みにくいので、熱拡散処理後には、それぞれが、ＣｕめっきとＺｎめっきにより形成された一対のめっき層に対応するＣｕ−Ｚｎ合金層２１〜２８、及び、Ｃｕ−Ｚｎ合金層３１〜３４が積層されたブラスめっき層１２が形成される。これは、Ｚｎが酸化しやすい金属であり、各々のめっきをする間に行う水洗処理などにより、Ｚｎめっきの表面、すなわち、一対のめっき層の表面に酸化物層が形成されるからで、この酸化物により異なる対間で拡散が進みにくくなるからである。
したがって、各めっき層で、Ｃｕのめっき量とＺｎのめっき量とをそれぞれ制御することにより、Ｃｕ−Ｚｎ合金層２１〜２８及びＣｕ−Ｚｎ合金層３１〜３４のＣｕ組成比を互いに異なるＣｕ組成比とすることができる。
一般的な、単層のブラスめっき層では、接着性と伸線性（生産性）とのバランスを考えて、Ｃｕの組成比を６３ｗｔ％程度にしているが、本例では、ワイヤ本体１１側の合金層２１〜２８（第１層〜第８層）を、加工性（伸線性）が良好である高Ｃｕ層（Ｃｕ組成比；６５〜７５ｗｔ％）とし、表面側の合金層３１〜３４（第９層〜第１２層）を、接着耐久性が良好である低Ｃｕ層（Ｃｕ組成比；５０〜６０ｗｔ％）とした。
このようなスチールワイヤ材１０は、伸線性（生産性）がよいので、これを伸線してスチールワイヤを製造すれば、スチールワイヤの生産性を向上させることができる。また、上記スチールワイヤは、接着性、特に接着耐久性に優れているので、スチールワイヤを単線で用いたスチールコードや、上記スチールワイヤを複数本撚り合わせて形成したスチールコードを用いれば、初期接着性能と接着耐久性能とに優れたゴム物品用補強部材を製造することができる。
更に、空気入りタイヤのカーカスプライやベルトに、本発明のスチールワイヤまたはスチールコードを用いれば、空気入りタイヤの耐久性を向上させることができる。
【００１０】
なお、上記最良の形態では、Ｃｕ−Ｚｎ合金層を１２層とし、内側の合金層２１〜２８を８層、表面側の合金層３１〜３４を４層としたが、これに限るものではない。上記Ｃｕ−Ｚｎ合金層の総層数や組成比が互いに異なる合金層のＣｕ組成比については、めっきするワイヤ本体１１の材質や寸法、被覆するゴムの特性、更には、ダイスの減面率などの伸線条件などにより適宜決定すればよい。すなわち、上記Ｃｕ−Ｚｎ合金層は、上記１層毎のＣｕとＺｎの組成比を異ならせてもよいし、本例のように、積層した各層毎のＣｕとＺｎの組成比が互いに異なっているようにしてもよい。
また、上記例では、めっき層１２を電解めっきにより形成した場合について説明したが、無電解めっきなどの他の湿式法により形成してもよい。あるいは、上記めっき層１２を、スパッタリング、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、または、プラズマ法を含む乾式法により形成しても、同様の効果を得ることができる。
【実施例】
【００１１】
中間伸線を経た直径１．７２ｍｍφのスチールワイヤ材の周面に、以下の表１に示す条件のブラスめっきを施した後、このスチールワイヤ材を最終湿式伸線に供してスチールワイヤを製造して、スチールワイヤ材の伸線性を調べた。また、上記スチールワイヤを撚り合わせてスチールコードを製造し、このスチールコードとゴムとの接着耐久性を調べた。
本発明１，２は、めっき層が１２層で、内部側の１〜８層がＣｕの組成比が高く、表層側の９〜１２層がＣｕの組成比が低いブラスめっき層を有するスチールワイヤ材を用いたものである。
比較例は、めっき層は多層であるがＣｕの組成比が同じブラスめっき層を有するスチールワイヤ材を用いたものである。
従来例は、単層のブラスめっき層を有するスチールワイヤ材を用いたものである。
なお、めっき層全体のＣｕの組成比はいずれの場合も６３ｗｔ％であり、めっき付着量も３．７ｇ／ｋｇで統一した。
伸線性は、ブラスめっきが施されたスチールワイヤ材に最終湿式伸線に供したときのダイス寿命により評価した。評価値は、従来例でのダイス寿命を１００とした指数で表した。この値が大きいほど、伸線性に優れている。
接着耐久性は、スチールワイヤを１×３構造に撚り合わせてスチールコードを製造した後、これを等間隔に並べ、両側からゴムでコーティングしてから、１６０℃×２０分の加硫を行ってゴム−スチールコード複合体を作製し、このゴム−スチールコード複合体を温度７５℃、湿度９５％の大気圧雰囲気中で７〜１４日放置し、その後、ゴムからスチールコードを剥離して、そのときのゴム付着率により評価した。評価値は、従来例でのゴム付着率を１００とした指数で表した。この値が大きいほど、接着耐久性が良好である。
【表１】
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表１の結果から明らかなように、ブラスめっき層の表面側を接着耐久性に優れた低Ｃｕ層とし内部側を伸線性に優れた高Ｃｕ層とした実施例１，２は、伸線性に優れるとともに、接着耐久性にも優れていることが確認された。
これに対して、ブラスめっき層を多層にしただけの比較例では、初期接着性は従来例よりも向上したが、伸線性、接着耐久性については、従来例とほぼ同程度であった。
これにより、ブラスめっき層を多層にしただけでは、伸線性、接着耐久性の向上は望めないことがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００１２】
本発明によれば、伸線加工性が良好で、かつ、ゴムとの接着性に優れたスチールワイヤを製造することができるので、生産性を向上させることができるとともに、初期接着性能と接着耐久性能とに優れたカーカスプライやベルトなどのゴム物品用補強部材や、これらのゴム物品用補強部材を用いた耐久性に優れた空気入りタイヤを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の最良の形態に係るスチールワイヤ材の断面を示す模式図である。
【符号の説明】
【００１４】
１０  スチールワイヤ材、１１  ワイヤ本体、１２  ブラスめっき層、
２１〜２８  内部側の合金層、３１〜３４  表面側の合金層。
【図１】
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