JP4011161B2 - エラストマー製品補強用スチールコード - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴムタイヤ、コンベヤベルト、タイミングベルト、その他のエラストマー製品の補強に適したスチールコードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ここ二、三十年来、製造工程数を減らし、素線を更に太くし、更に少なくした、更に簡単な構造のスチールコードを求める傾向がスチールコード技術分野で続いている。複数ストランドから成るスチールコードは、この傾向に従い、層スチールコード構造のもの(layered steel cord constructions)、すなわち、例えば３＋６、３＋９、３＋９＋１５のような、心と一つ以上の層とから成るスチールコードに置き換えられて来た。これらの層スチールコード構造のもののうちでは、例えば３×０．２０＋６×０．３５（直径０．２０ｍｍの素線３本で心が構成され、直径０．３５ｍｍの素線６本で層が構成されている構造）のような、３＋６構造のものが、広く用いられているものである。前記の傾向を更に続け、同時に、スチールコードの個々の素線の間へのゴムの完全な浸透の達成を試みつつ、この３×０．２０＋６×０．３５構造を１＋６構造で置き換えるための努力がなされて来た。その理由は、３＋６構造が、製造時に二つの撚り工程を必要とするに対し、１＋６構造は製造時にただ一つの撚り工程を必要とするのみであるということになる。しかし、今迄のところ、これらの努力は成功していない。
【０００３】
３×０．２０＋６×０．３５のものを１×０．３５＋６×０．３５のもので置き換えることが失敗したのは、１＋６のものが心素線移動(core migration)と圧縮特性不良とに悩まされ、６本の層素線と１本の心素線との間にゴムが浸透しなかったからであった。
【０００４】
ＷＯ−Ａ−８９／０９３０５に示されたような１×０．３８＋６×０．３５構造のものにおいては心素線移動の問題は、すくなくとも一部が解決されていたが、このものは、いくつかの場合に、層中の素線同士が相手方に向って移動し得て、ゴムが浸入できない隙間を作ってしまうことにより、ゴム浸透度の不充分さを経験した。
【０００５】
もう一つの欠点は、二つの相異なる直径のものを用いることにより、製造中に素線を取り違える危険があることと、心にではなく層に太い素線が配されたとき心素線移動の危険が更に大きくさえなり得ることである。
【０００６】
層素線のうちの一本以上を、これらが波状の形を得るように塑性変形させた１×ｄ₁ ＋６×ｄ₂ 構造を提案するための努力も試みられた。この波状の形の目的は、ゴムの浸透を許す微小間隙を層素線と心素線との間につくり出すことであった。実験の結果、この波形の高さが大きくなり過ぎた場合に、又は、心素線の直径ｄ₁ が層素線の直径ｄ₂ より実質的に大きい場合にのみ、ゴムの浸透が充分であった。
【０００７】
更なる試みがＥＰ−Ａ−０ ５５１ １２４とＥＰ−Ａ−０ ６１９ ３９８とに開示されている。そこでは、必要な微小間隙を層素線と心素線との間につくり出すために、層素線にではなく、心素線に塑性変形が与えられた。この場合も同様に、波形の高さが大き過ぎる場合に、又は、心素線の直径ｄ₁ が層素線の直径ｄ₂ より実質的に大きい場合にのみ、ゴムの浸透が充分であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記従来のものの欠点を防止することを意図しており、ゴムが充分に浸透し得る層スチールコードを提供することを目的とする。心素線の直径と層素線の直径とをほぼ等しくした層スチールコードを提供することも、本発明の目的の一つである。本発明の別の目的は、１回だけの撚り工程を用いて製造できる層スチールコードを提供することである。本発明の更に別の目的は、圧縮特性(compression behavior)が３＋６構造のものとほぼ同じレベルのスチールコードを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、心(core)と該心を包囲した層とを備えたスチールコードが提供される。該心は１本ないし４本の心素線を有し、該層は３本ないし１０本の層素線を有する。前記心素線のうち１本以上が第一の波形を有し、前記層素線のうち１本以上が第二の波形を有する。本発明の特徴は、前記第一の波形が前記第二の波形と実質的に異なっていることにある。「第一の波形が前記第二の波形と実質的に異なっている」という文言は、前記第一の波形の高さ、位相、波形ピッチ、一連の高調波（平面上への投影像について数学的フーリエ分解により求められる）、又はこれらのどのような組合せも、前記第二の波形の高さ、位相、波形ピッチ、一連の高調波又は、対応するこれらの組み合せと実質的に異なっているということを意味する。前記心素線は平らな波形すなわちほぼ一平面内に存在する波形、又は、立体的な、すなわち空間的な波形を有し得る。前記層素線は、空間的な波形を有するのが望ましい。
本明細書において、波形の「高さ」とは、当該素線の中心線が描く波形における谷底からの、山頂の高さに当該素線の直径を加えたもの、すなわち、当該素線の波形部の上下外幅を意味する。
【００１０】
本発明によるスチールコードの、好ましい一実施形態において、心素線の本数は１に等しく、層素線の本数は６に等しく、該心素線の直径が該層素線の直径にほぼ等しく、該心素線が、該心素線をゆるく噛み合った二つの歯付車の間を通して得られた形状、すなわちクリンプ形状(crimp form)を有し、該層素線が、ＷＯ−Ａ−９５／１６８１６に開示されているような多角形状が得られるように、多角形状に予め成形されている。
【００１１】
層素線、すなわちスチールコードの横断面において半径方向外側に位置した素線に前記多角形状が与えられるならば、該多角形状はゴムの浸透を増進するのに適した形状である、ということを本発明の発明者は実際に発見した。予め多角形状に成形された、外側の素線と、心素線における空間的な、或いは平らなクリンプ形状とを組合わせると、ゴムの浸透度を同じに保ったままで心素線のクリンプ形状の波形の高さを小さくし得るスチールコードを得ることができる。
【００１２】
本発明によるスチールコードの、好ましい実施形態においては次の要件の一つ以上が充たされている。
＊心素線の前記第一の波形が第一の高さを有する。該第一の高さは、該心素線の直径の１．３ないし１．８倍、好ましくは１．３ないし１．６倍である。
＊該心素線の前記第一の波形が第一の波形ピッチを有し、該ピッチは該心素線の直径の１０ないし２０倍である。
＊該心素線の前記第一の波形が第一の波形ピッチを有し、該ピッチは層ツイストピッチの０．２０ないし０．４０倍である（層ツイストピッチは、心の周囲における、層素線のツイストピッチである）。
＊該心素線の前記第一の波形が、０．８ｍｍ以上の曲率半径を有する。
【００１３】
本明細書において、用語「ツイストピッチ」は用語「波形ピッチ」から区別される。用語「ツイストピッチ」は用語「撚りの長さ」と同じ意味を有し、一つのコードにおける、又は一つのストランドにおける一要素（素線又はストランド）が３６０°だけ回転するに要する軸方向長さを意味しており、ミリメートル単位で示される。
【００１４】
本明細書において、用語「波形ピッチ」は、撚りの前に予め成形することによってのみ生じた波形の一サイクル（或は周期）を形成するに必要な軸方向距離を意味する。すなわち、その波形は、下流での撚りプロセスによって生じたものではない。「波形ピッチ」もミリメートル単位で示される。「波形ピッチ」及び「ツイストピッチ」の何れも、撚りを終えた最終製品としてのコードについて測定される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
添付図面を参照して本発明を更に詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明によるスチールコード１０の第一の実施形態の横断面を示す。１本の心素線１２が６本の層素線１４に包囲されている。該心素線１２は、ほぼ１平面内に存在するクリンプ形状を有する。クリンプ形状１６は破線で図示されている。包囲している前記層素線１４は、破線で示される多角形状の波形１８を有する。
【００１７】
図２は本発明によるスチールコード１０の第二の実施形態の横断面を示す。図１に示された実施形態との違いは、心素線１２が、この場合、ほぼ平らな波形の代わりに空間的な波形１６を有することにある。
【００１８】
本発明によるスチールコードにおけるゴムの浸透度が高いことの、可能な説明は次の通りである。同じ波形（すなわち同じ位相、同じ高さ、同じピッチ、同じ高調波）を心素線と層素線との両方に与えた場合には、当該コードの素線が外力を受けていないときにのみ、高いゴム浸透度が得られる。曲げ或は引張りの力のような外力が当該コードの素線に作用すると直ちに心素線の波形と層素線の波形とは互いに割り込み合って、せっかく作られていた微小間隙を閉じてしまい、ゴムの完全な浸透を不可能にする。心素線における第一の波形と層素線における第二の波形とを相異ならせれば、これらの波形が外力によって互いに割り込み合わせられることが防がれる。その結果、微小間隙は、どのような環境下にあっても開いたままであり、ゴムの浸透は保証される。
【００１９】
図３は、本発明によってスチールコードを製造する方法の一つを略図的に示す。図３の左側から始まって、心素線１２が供給スプール２０から繰り出され、二つの歯付車２２の間に導入されてクリンプ形状(crimp form)を与えられる。心素線１２の進路にほぼ一致する軸心を中心として、前記二つの歯付車２２は、回転数ｎＣで回転させられる場合と、させられない場合がある。回転方向と正確な回転速度ｎＣとに応じて、心素線のための平面的な、或は空間的な波形が得られる。６本の層素線１４が供給スプール２４から繰り出されて予成形機(preformer) ２６へと導かれる。予成形機２６は外力によって駆動されるものではなく、層素線１４を通過させることによって回転させられる。予成形機２６は層素線１４に、最大値と最小値とを交互に繰返す曲率半径を与える。予成形機２６の作用と、下流でのダブルツイスタの作用とによって層素線１４に多角形形状が与えられる。
【００２０】
先に引用した特許出願ＷＯ−Ａ−９５／１６８１６には、予め多角形形状に成形することについての詳細な説明と分析的検討事項とが記述されている。クリンプ波形状が与えられた前記の心素線１２と、予め多角形形状に成形された層素線１４とは、撚りダイ２８で一緒にされ、ダブルツイスタへと導かれる。これらの素線は案内プーリ３０を経由して第一の撚りを受け、回転速度ｎＢで回転しているフライヤ３２を通り、変向プーリ３４を通過して第二の最後の撚りを受け、撚られたコードとしてスプール３６に巻き取られる。
【００２１】
本発明による一つのスチールコードが、他のスチールコードと、ゴム浸透及び圧縮特性に関して比較された。表１には、その結果が要約されている。
【００２２】
【表１】

【００２３】
表１において、ＢＥＴＲＵはＮ．Ｖ．ＢＥＫＡＥＲＴ Ｓ．Ａ．が所有する登録商標であり、ＷＯ−Ａ−９５／１６８１６による、予め多角形形状に成形された１本以上の素線を有するスチールコードを示す。略語「ｃｒ」は、当該素線が二つの歯付車の間を通されて平面的な、又は、空間的なクリンプ形状が与えられていることを示す。略語「ＨＴ」は高張力鋼を意味する。
【００２４】
表１において、ゴムの浸透度は、二つの異なる方法で測定されている。第一の方法は、いわゆるアスペクト比(aspect ratio)を求めるものであり、次の方法によって心素線について測定される。供試スチールコードは、エラストマー製品製造時の条件と同等の条件下でゴムによって包囲される。次に個々のスチール素線がほぐされ取り出される。当該スチール素線の全長に対する、ゴムで覆われた部分の長さの比をアスペクト比とする。第二の方法は、便利であり、かつ、よく知られている圧力降下試験(pressure drop test)である。ゴムに埋め込まれた状態のスチールコードに空気圧を加えて、圧力降下がなければ、すなわち空気洩れがなければ、スチールコード内にゴムが完全に浸透していると判断される。
表１において、圧縮特性は、ゴムに埋め込まれたスチールコードの圧縮試験によって求められたものである。
【００２５】
表１からわかるように、心素線の波形部の上下外幅の減少、従って波形の高さの減少にも拘わらず、本発明によるスチールコードは、ゴムの浸透度の維持、及び改善をも許す。
【００２６】
【発明の効果】
表１から更にわかるように、本発明のスチールコードは、３＋６構造のものとほぼ同等の圧縮特性を得る。しかしながら、３＋６構造のものと比較すると、本発明のコードは、製造時に撚り工程を１回しか必要とせず、ゴムの浸透度を非常に高くできるという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるスチールコードの第一の実施形態の断面図である。
【図２】本発明によるスチールコードの第二の実施形態の断面図である。
【図３】本発明によるスチールコードを製造する方法の説明図である。
【符号の説明】
１０ スチールコード
１２ 心素線
１４ 層素線
２０ 供給スプール
２２ 歯付車
２４ 供給スプール
２６ 予成形機
２８ 撚りダイ
３０ 案内プーリ
３２ フライヤ
３４ 変向プーリ
３６ スプール

Claims (13)

1. 心と該心を包囲した層とを備え、該心が１本ないし４本の心素線を有し、該層が３本ないし１０本の層素線を有し、前記心素線のうち１本以上が第一の波形を有し、前記層素線のうち１本以上が第二の波形を有し、該第一の波形が該第二の波形と実質的に異なっており、 前記第一の波形がクリンプ形状の波形であり、前記第二の波形が多角形状の波形である、エラストマー製品補強用スチールコード。
2. 前記第一の波形が第一の高さを有し、前記第二の波形が第二の高さを有し、該第一の高さが該第二の高さと実質的に異なる、請求項１に記載のエラストマー製品補強用スチールコード。
3. 前記第一の波形が第一の波形ピッチを有し、前記第二の波形が第二の波形ピッチを有し、該第一の波形ピッチが該第二の波形ピッチと実質的に異なる、請求項１又は２に記載のエラストマー製品補強用スチールコード。
4. 前記第二の波形が空間的な波形である、請求項１ないし３の何れかに記載のエラストマー製品補強用スチールコード。
5. 前記第一の波形が、ほぼ平面的な波形である、請求項１ないし４の何れかに記載のエラストマー製品補強用スチールコード。
6. 前記第一の波形が、実質的に空間的な波形である、請求項１ないし４の何れかに記載のエラストマー製品補強用スチールコード。
7. 前記心素線の数が１本である、請求項１ないし６の何れかに記載のエラストマー製品補強用スチールコード。
8. 前記層素線の数が６本である、請求項１ないし７の何れかに記載のエラストマー製品補強用スチールコード。
9. 前記心素線の直径が前記層素線の直径に等しい、請求項１ないし８の何れかに記載のエラストマー製品補強用スチールコード。
10. 前記第一の高さが、前記心素線の直径の１．３倍ないし１．８倍である、請求項７ないし９の何れかに記載のエラストマー製品補強用スチールコード。
11. 前記第一の波形ピッチが、前記心素線の直径の１０倍ないし２０倍である、請求項７ないし１０の何れかに記載のエラストマー製品補強用スチールコード。
12. 前記層素線が前記心の周囲において層ツイストピッチを有して撚られ、前記第一の波形ピッチが該層ツイストピッチの０．２０倍ないし０．４０倍である、請求項７ないし１０の何れかに記載のエラストマー製品補強用スチールコード。
13. １．０ｍｍより大きい曲率半径を前記第一の波形が有する、請求項１ないし１２の何れかに記載のエラストマー製品補強用スチールコード。

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