專利名稱：單線鋼絲繩及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及各種車輛用輪胎的加強(qiáng)所使用的單線鋼絲繩及其制造方法，尤其涉及埋入輪胎皮帶部(タイヤベ ル ト部)用的單線鋼絲繩及其制造方法。
背景技術(shù)：
近來，作為推進(jìn)防止地球溫暖化的一個環(huán)節(jié)，廢氣總量限制非常嚴(yán)格，而且正加快改善汽車的燃油消耗率，從輪胎輕量化的目的出發(fā)，正盛行著欲將橡膠部分的壁厚做薄的做法。因此，對于開發(fā)作為輪胎加強(qiáng)材料的鋼絲繩，汽車界寄予了較大的期望。再從今后改善地球環(huán)境的觀點出發(fā)，當(dāng)務(wù)之急是使輪胎薄壁輕量化，并開發(fā)重視汽車行駛時的輪胎性能、尤其改善轉(zhuǎn)彎能力和乘坐舒適性的單線鋼絲繩。
轎車用徑向輪胎的皮帶層設(shè)在車輪踏面(トレッド)與胎體(カ-カス)之間，作為沿圓周方向張掛的皮帶，具有象環(huán)箍那樣牢牢地緊固胎體而提高車輪踏面剛性的功能。該皮帶層的功能對于輪胎支承車重來說是必不可少的，并具有發(fā)揮轉(zhuǎn)彎能力的作用。
對于輪胎皮帶層，一般使用將多根鋼絲絞合后的1×n結(jié)構(gòu)的鋼絲繩。如此絞合線結(jié)構(gòu)的鋼絲繩雖然具有較高的剛性，但其相反面，因在路面為凹凸的非柏油馬路上輪胎的回跳力太強(qiáng)，而使乘坐心情變差。另外，因在車輪踏面表面上容易產(chǎn)生龜裂，而使得雨水等從龜裂處進(jìn)入輪胎內(nèi)部，并使得鋼絲繩早期腐蝕。此外，一旦輪胎產(chǎn)生變形或振動，絞合后的鋼絲就互相摩擦而產(chǎn)生磨損的所謂摩擦磨損，從而有使鋼絲繩產(chǎn)生大幅度的疲勞惡化的問題。
為解決這些問題，提出了如下一種方案將圓形鋼絲構(gòu)成的單線鋼絲繩用于輪胎皮帶層，來代替絞合線結(jié)構(gòu)的鋼絲繩。因為單線鋼絲繩與絞合線結(jié)構(gòu)的鋼絲繩相比可撓性優(yōu)異。
但是，現(xiàn)有的圓形鋼絲結(jié)構(gòu)的單線鋼絲繩和絞合線(1×n)結(jié)構(gòu)的鋼絲繩存在著如下那樣的問題。
作為用來評價鋼絲繩性能的特性，可舉例出“衰減”(キル)和“弧高”2種?！八p”是用來評價繩自身內(nèi)在的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的繩特性之一?！盎「摺笔怯脕碓u價鋼絲繩直線性的繩特性之一。若衰減有誤差或偏移，或者弧高太大，則是因為在輪胎制造過程的壓延工序(在較薄的橡膠片上并排敷設(shè)鋼絲繩，再在其上覆蓋1塊較薄的橡膠片，在橡膠片之間夾入鋼絲繩的工序)中，壓延片材上產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)或鼓起等不良情況的緣故。
但是，在現(xiàn)有的絞合線結(jié)構(gòu)(1×n)的鋼絲繩或單線圓形鋼絲繩中，因為鋼絲的材質(zhì)和拉絲機(jī)或絞線機(jī)等的機(jī)械原因，容易產(chǎn)生衰減或弧高的變動。尤其因為衰減的變動較大，故即使是一般的質(zhì)量保證水平，目前也對每產(chǎn)品進(jìn)行檢查。
(1)衰減作為輪胎使用的鋼絲繩的性能，鋼絲繩的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩、即繩自身內(nèi)在的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩(衰減)的評價尤其重要。下面，參照

圖1來說明衰減。
衰減的測定方法是，將產(chǎn)品完成后的卷線筒1上的鋼絲繩末端部2c折成L字狀，在固定于固定件(未圖示)上的狀態(tài)下，如圖1所示，從卷線筒1上引出僅長度為L1(=6m)，然后，從固定件上卸下鋼絲繩末端部2c，對鋼絲繩2的旋轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行計數(shù)。在通常的S形絞合的情況下，將與絞合方向同方向(順時針方向)旋轉(zhuǎn)的場合設(shè)作加號衰減(+)，將與絞合方向相反方向(逆時針方向)旋轉(zhuǎn)的場合設(shè)作減號衰減(-)。一般，若衰減是在2轉(zhuǎn)以內(nèi)的旋轉(zhuǎn)數(shù)就良好，該鋼絲繩在實用上可以說無問題。
(2)弧高作為輪胎皮帶部所使用的鋼絲繩的性能，處于非約束狀態(tài)的鋼絲繩的直線性的評價(弧高)是重要的。下面，結(jié)合圖2來說明弧高。
在使切斷成圖2(a)所示長度L2(=400mm)的鋼絲繩2的兩端如圖2(b)那樣與平板3接觸的狀態(tài)下，鋼絲繩2所形成的圓弧高度AH就是弧高。通常，若弧高AH是在30mm以內(nèi)就良好。該鋼絲繩在實用上可以說無問題。
(3)轉(zhuǎn)彎能力和乘坐舒適性作為鋼絲徑向輪胎所要求的性能之一，可舉例有在高速行駛時方向盤轉(zhuǎn)動良好，即，為避免危險的轉(zhuǎn)彎能力較大。另外，現(xiàn)有技術(shù)雖然是使用剛性較高的鋼絲繩，但對于非柏油路面的凹凸，由于輪胎完完全全承受上下振動，故乘坐心情惡化。如此，對于輪胎皮帶層的加強(qiáng)用鋼絲繩今后所要求的性能，是轉(zhuǎn)彎時的朝向橫方向的耐久力和行駛時的乘坐心情的良好這兩種。兼?zhèn)溥@兩種的性能，對于今后的鋼絲繩來說是重要的。
(4)輪胎橡膠的薄壁化近來，汽車有著朝向重視防止地球溫暖化對策的設(shè)計低燃油消耗率車輛的傾向，隨之，對于輪胎也要求輕量化。但是，在現(xiàn)有的絞合線結(jié)構(gòu)鋼絲繩或單線圓形鋼絲繩中，輪胎的橡膠薄壁化的改進(jìn)有界限。
發(fā)明的公開本發(fā)明的目的是，提供一種單線鋼絲繩及其制造方法，它可使轉(zhuǎn)彎能力增大、乘坐舒適性優(yōu)異且可實現(xiàn)輪胎橡膠薄壁化。
要提高轉(zhuǎn)彎時的朝向橫方向的耐久力，使用橫方向的剛性(面內(nèi)彎曲剛性)E1較高的鋼絲繩是重要的。另外，要使乘坐心情良好，使用縱向剛性(面外彎曲剛性)E2具有適當(dāng)強(qiáng)度的鋼絲繩，以柔軟地承受輪胎接地面的凹凸、減輕乘坐者所感覺的搖搖晃晃的乘坐心情的惡化是有效的。
為使皮帶部的鋼絲繩兼?zhèn)漭^高的耐久力和可撓性，面內(nèi)彎曲剛性E1大于面外彎曲剛性E2(E1＞E2)、剛性具有方向性是重要的。
但是，在現(xiàn)有的絞合線結(jié)構(gòu)鋼絲繩和單線圓形鋼絲繩的情況下，即使實施帶二維形狀(齒輪蜷曲)(キヤクリソプ)或帶三維形狀螺旋形，橫方向的剛性E1與縱向的剛性E2之間也基本沒有差別。因此，不能同時滿足轉(zhuǎn)彎時的朝向橫方向的耐久力和縱向的乘坐舒適性兩種性能。即，若將重點放在耐久力方面，則乘坐心情惡化，而若將重點放在乘坐心情方面，則不能獲得耐久力這種二律背反的關(guān)系。
然而，提出了如下一種方案將日本發(fā)明專利公開1995年第1915號公報所揭示的單線鋼絲繩用于輪胎的皮帶層，來代替圓形鋼絲繩構(gòu)成的單線鋼絲繩。這種單線鋼絲繩是將鋼絲扁平化、使用例如日本發(fā)明專利公開1998年第25680號公報所揭示的裝置進(jìn)行二維的波紋加工而成，由于與橡膠的緊密性優(yōu)異、耐彎曲剛性高，故若將其用于轎車用輪胎的皮帶部，就可獲得優(yōu)異的操縱穩(wěn)定性。但是，該單線鋼絲繩不利于輪胎橡膠的薄壁化，且乘坐心情也未必能說良好。
因此，發(fā)明者們，為使輪胎薄壁輕量化和提高性能而作了銳意的研究，結(jié)果完成如下所述的本發(fā)明。
本發(fā)明的單線鋼絲繩，具有通過圓形鋼絲的扁平化而相對的2個扁平面和相對的2個圓曲面，其特點是，其短徑D與長徑W的扁平比D/W設(shè)在0.5～0.95的范圍內(nèi)，且至少在短徑方向帶有波紋，一個扁平面朝向輪胎接地面?zhèn)鹊芈袢胼喬テР恐惺褂谩?br> 本發(fā)明的單線鋼絲繩的制造方法，系一個扁平面朝向輪胎接地面?zhèn)鹊芈袢胼喬テР恐惺褂玫膯尉€鋼絲繩的制造方法，其特點是，具有如下工序(a)為使短徑D與長徑W的扁平比D/W處于0.5～0.95的范圍而將圓形鋼絲扁平化的工序；(b)在所述工序(a)中被扁平化的扁平鋼絲的短徑方向進(jìn)行波紋加工的工序。
此外，在所述工序(a)之前，最好具有在與所述短徑波紋加工工序(b)中的波紋方向相正交的方向?qū)A形鋼絲進(jìn)行波紋加工的長徑波紋加工工序。在該場合，最好在所述工序(a)中將扁平比D/W設(shè)在0.80～0.95的范圍內(nèi)。
在僅在短徑方向進(jìn)行帶蜷曲波紋加工的單線鋼絲繩(型式1的鋼絲繩)中，最好將扁平比D1/W1設(shè)在0.50～0.95的范圍內(nèi)。
將扁平比D1/W1的上限值設(shè)成0.95的理由是當(dāng)扁平比超過0.95、鋼絲接近正圓時，經(jīng)壓延的衰減(旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩)的降低效果不明顯，以及長徑方向與短徑方向的剛性不產(chǎn)生差異。
另一方面，將扁平比D1/W1的下限值設(shè)成0.50的理由是因為在使用0.82％的高碳素鋼而作為鋼絲繩用的鋼絲實施拉絲后的鋼絲中具有300kgf/mm2左右的較高的抗拉強(qiáng)度，故在進(jìn)行低于扁平比0.50的高扁平率的壓延時，有時在壓延后的鋼絲上產(chǎn)生裂紋。
短徑方向的波紋高度F1的最大值最好做成0.3mm。若超過該數(shù)值而將波紋高度F1做得過分大，則橡膠部成為厚壁，脫離了輪胎輕量化的目的。
另一方面，短徑方向的波紋高度F1的最小值最好做成0.05mm。為使弧高AH降低到30mm以內(nèi)(判定合格)，最低也需要0.05mm高度的波紋。
另外，波紋間距P1最好設(shè)成2～20mm。因為該范圍內(nèi)是實用的波紋間距。
這里所謂的“波紋”是指將彈性極限以上的應(yīng)力賦予鋼絲而將鋼絲形成二維或三維的形狀。
另外，這里所謂的“蜷曲波紋”是指將鋼絲形成在一個平面內(nèi)反復(fù)相同波紋的二維的形狀。作為該蜷曲波紋的代表，有在1對齒輪間咬入鋼絲而成形的齒輪蜷曲波紋加工。另外，蜷曲波紋還包含從側(cè)方將三維形狀的螺旋鋼絲壓扁而做成二維形狀的加工。
另外，這里所謂的“圓弧波紋”是指將鋼絲形成在1個平面內(nèi)未包含直線部的僅由平滑連接的曲線組合而成的二維形狀作為該圓弧波紋的代表，有在1對滾柱間咬入鋼絲而成形的滾柱波紋加工。
另外，由于僅短徑方向進(jìn)行的波紋加工的鋼絲繩(型式1的鋼絲繩)，延伸的設(shè)定區(qū)域較低，故當(dāng)在該型式1中必須進(jìn)行遮蓋物未被隔開的延伸時，使用在延伸的設(shè)定區(qū)域的較高的兩方向已進(jìn)行波紋加工的鋼絲繩(型式2的鋼絲繩)。
型式2的鋼絲繩的扁平比D2/W2((D2；扁平鋼絲的短徑)/(W2；扁平鋼絲的長徑))最好設(shè)在0.80～0.95的范圍。將扁平比的上限值設(shè)成0.95的理由是當(dāng)扁平比超過0.95、鋼絲接近正圓時，經(jīng)壓延的衰減(旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩)的降低效果不明顯，以及長徑方向與短徑方向的剛性不產(chǎn)生差異。另外，將扁平比的下限值設(shè)成0.8的理由是由于在型式2的鋼絲繩中在拉絲后實施長徑方向蜷曲加工、驅(qū)動滾輪壓延加工和短徑方向蜷曲加工的3次加工，故可防止因在壓延加工中給予鋼絲的損傷所造成的強(qiáng)度下降。
在型式2的鋼絲繩中，最好將短徑方向的蜷曲波紋高度F3的最大值設(shè)成0.3mm、將長徑方向的蜷曲波紋高度F2設(shè)成0.05～0.5mm的范圍。將短徑方向的波紋加工高度F3的最大值設(shè)成0.3mm的理由是若將波紋高度做得過分大，則輪胎橡膠成為厚壁，脫離了輕量化的目的。將長徑方向的波紋加工高度F2的最大值設(shè)成0.5mm的理由是若將波紋高度做得比0.5mm還大，則鋼絲繩的延伸變得更大，并且因鋼絲繩互相的并排而使波峰和波谷相對，鋼絲繩間的間隙不整齊就明顯，不是最好。另外，將長徑方向的波紋加工高度F2的最小值設(shè)成0.05mm的理由是若將波紋高度做得比0.05mm還小，則弧高AH就不能降低到30mm以內(nèi)(判定合格)。
波紋間距P2、P3，最好長徑方向和短徑方向都設(shè)在2～20mm范圍。因為該范圍內(nèi)是實用的波紋間距。但是，波紋間距的設(shè)定長度是由于長徑方向與短徑方向的間距不均勻性消失的理由，故相對于短徑方向的間距長度P3，將長徑方向的間距長度P2設(shè)定成正數(shù)倍。
另外，對于構(gòu)成鋼絲，最好使用抗拉強(qiáng)度為300～380kgf/mm2級的高張力鋼絲。其原因是為獲得單線鋼絲繩所需的抗斷強(qiáng)度，須將鋼絲的抗拉強(qiáng)度設(shè)成280kgf/mm2以上；另一方面，當(dāng)鋼絲的抗拉強(qiáng)度超過400kgf/mm2時，鋼絲變脆而容易產(chǎn)生斷線。
另外，對于構(gòu)成鋼絲，最好使用碳素含有量為0.75～0.95重量％的高張力鋼絲。其原因是為獲得單線鋼絲繩所需的抗斷強(qiáng)度，須將鋼絲的碳素含有量設(shè)成0.7重量％以上；另一方面，當(dāng)鋼絲的碳素含有量超過1.0重量％時，鋼絲變脆而容易產(chǎn)生斷線。
附圖的簡單說明圖1是用來說明單線鋼絲繩的衰減的模式圖；圖2(a)是表示切斷成規(guī)定長度的鋼絲繩的圖，(b)是用來說明鋼絲繩的弧高測定方法的圖；圖3是表示本發(fā)明第1實施形態(tài)的單線鋼絲繩的制造方法的工序圖；圖4(a)是表示第1實施形態(tài)的單線鋼絲繩的制造流水線的概要圖，(b)是各工序中的單線鋼絲繩的大致輪廓模式圖，(c)是各工序中的單線鋼絲繩的橫剖視圖；圖5是表示扁平化裝置(驅(qū)動滾輪壓延裝置)的主要部分的主視圖；圖6是表示扁平化裝置(驅(qū)動滾輪壓延裝置)的主要部分的側(cè)視圖；圖7是表示圓弧波紋裝置(滾柱加工裝置)概要的主視圖；圖8是表示圓弧波紋裝置(滾柱加工裝置)概要的側(cè)視圖；
圖9是表示圓弧波紋裝置(滾柱加工裝置)主要部分的局部放大圖；圖10(a)是齒輪蜷曲波紋單線鋼絲繩(0.25HT)的大致輪廓模式圖，(b)是圓弧波紋單線鋼絲繩(0.25HT)的大致輪廓模式圖，(c)是齒輪蜷曲波紋單線鋼絲繩(0.30HT)的大致輪廓模式圖，(d)是圓弧波紋單線鋼絲繩(0.30HT)的大致輪廓模式圖，(e)是齒輪蜷曲波紋單線鋼絲繩(0.35HT)的大致輪廓模式圖，(f)是圓弧波紋單線鋼絲繩(0.35HT)的大致輪廓模式圖。
圖11(a)是第1實施形態(tài)的單線鋼絲繩(型式1的鋼絲繩)的橫剖視圖，(b)是第1實施形態(tài)的單線鋼絲繩(型式1的鋼絲繩)的大致輪廓模式圖，(c)是埋入第1實施形態(tài)的單線鋼絲繩(型式1的鋼絲繩)后的鋼絲徑向輪胎的橫剖模式圖。
圖12是表示本發(fā)明第2實施形態(tài)的單線鋼絲繩的制造方法的工序圖；圖13(a)是表示第2實施形態(tài)的單線鋼絲繩的制造流水線的概要圖，(b)是各工序中的單線鋼絲繩的大致輪廓模式圖，(c)是各工序中的單線鋼絲繩的橫剖視圖；圖14(a)是第2實施形態(tài)的單線鋼絲繩(型式2的鋼絲繩)的橫剖視圖，(b)是第2實施形態(tài)的單線鋼絲繩(型式2的鋼絲繩)的大致輪廓模式圖，(c)是埋入第2實施形態(tài)的單線鋼絲繩(型式2的鋼絲繩)后的鋼絲徑向輪胎的橫剖模式圖；圖15(a)是表示比較例子1的單線鋼絲繩的橫剖視圖，(b)是表示比較例子1的單線鋼絲繩的大致輪廓模式圖；圖16(a)是表示比較例子2的單線鋼絲繩的橫剖視圖，(b)是表示比較例子2的單線鋼絲繩的大致輪廓模式圖；圖17是表示各個實施例和比較例子的單線鋼絲繩以說明鋼絲繩剛性的橫剖視圖；圖18是表示用于皮帶耐久試驗的試驗片的立體圖；圖19是用于皮帶耐久試驗的試驗片的橫剖視圖；圖20是表示皮帶耐久試驗機(jī)的概要圖；實施發(fā)明的最佳形態(tài)下面，結(jié)合附圖來說明本發(fā)明的各種的較佳實施形態(tài)。
使用圖3和圖4(a)所示的制造方法來制造圖4(b)、(c)和圖11(a)、(b)所示的型式1的單線鋼絲繩2A，再使用該單線鋼絲繩2A來制造圖11(c)所示的鋼絲徑向輪胎10A。另外，使用圖12和圖13(a)所示的制造工序來制造圖13(b)、(c)和圖14(a)、(b)所示的型式2的單線鋼絲繩2B，再使用該單線鋼絲繩2B來制造圖14(c)所示的鋼絲徑向輪胎10B。
下面分別詳細(xì)說明。
(實施例1及實施例2；型式1的鋼絲繩)以碳素含有量為0.82±0.02重量％的鋼絲為毛坯絲進(jìn)行準(zhǔn)備(工序S1)。在加熱爐內(nèi)將該毛坯絲在950℃的溫度加熱保持30秒鐘后，在使用砂的流化床爐內(nèi)，在550℃的溫度加熱保持8秒鐘的條件下淬火(工序S2)，用電鍍液，以銅63重量％、鋅37重量％的組分對毛坯絲表面進(jìn)行鍍黃銅(工序S3)，用拉絲機(jī)5對電鍍鋼絲進(jìn)行拉絲加工，抗拉強(qiáng)度做成308～312kgf/mm2范圍的高張力鋼絲2(工序S4)。拉絲后的鋼絲2的直徑是0.40mm。另外，每1kg鋼絲電鍍的黃銅的附著量約為4g。
繼續(xù)將圓形線鋼絲2送到驅(qū)動滾輪壓延裝置7，通過上下1對壓延滾輪71、72將其壓扁，做成0.3mm×0.46mm(短徑×長徑)尺寸的扁平鋼絲2a(工序S5)。
現(xiàn)結(jié)合圖5及圖6來說明驅(qū)動滾輪壓延裝置(扁平加工機(jī))7。扁平加工機(jī)7具有上下1對軋輥滾輪71、72。上滾輪71與由電動機(jī)78旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的驅(qū)動軸73連接，下滾輪72與由電動機(jī)79旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的驅(qū)動軸74連接。在驅(qū)動軸73、74上安裝有大齒輪76，大齒輪76分別與安裝在各電動機(jī)78、79的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸上的小齒輪77嚙合。在各滾輪71、72的周面分別形成有規(guī)定凹狀的軋輥71a、72a。各滾輪軸73、74通過軸承73a、74a而連接支承在托架73b、74b上。下托架74b固定在壓延裝置的框架(未圖示)上，上托架73b用調(diào)整螺釘75與下托架74b連接。當(dāng)轉(zhuǎn)動調(diào)整螺釘75時，上托架73b與上滾輪71一起升降，上滾輪71與下滾輪72間的間隙產(chǎn)生變化。另外，對于滾輪間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)，也可使用油壓缸機(jī)構(gòu)來代替調(diào)整螺釘75。
圓形鋼絲2被咬入上下滾輪71、72的軋輥71a、72a間，從上下被壓扁，成為扁平鋼絲2a。繼續(xù)將扁平鋼絲2a送到波紋加工機(jī)8，用滾柱83a、83b在短徑方向?qū)⑵溥M(jìn)行波紋加工，獲得單向波紋的扁平鋼絲繩2A(工序S6)。
現(xiàn)結(jié)合圖7和圖8來說明波紋加工機(jī)8。在波紋加工機(jī)8的殼體81內(nèi)容納有上下一對大滾輪82a、82b。殼體81具有入口導(dǎo)向體85和出口導(dǎo)向體86。鋼絲2通過入口導(dǎo)向體85而被導(dǎo)入殼體81內(nèi)，通過大滾輪82a、82b間，再通過出口導(dǎo)向體86而從殼體81送出。
如圖9所示，在大滾輪82a、82b的外周等間隔地設(shè)有保持架87a、87b，在各保持架87a、87b上分別安裝有小直徑的滾柱83a、83b。在相鄰滾柱83a(83b)與滾柱83a(83b)之間安裝成基本無間隙。上滾輪82a與齒輪84a同軸連接，下滾輪82b與齒輪84b同軸連接。上下的齒輪84a、84b互相嚙合。利用兩齒輪84a、84b而不會產(chǎn)生上下滾輪82a、82b間的滑動，從而能可靠地使上下滾輪82a、82b同步旋轉(zhuǎn)。
一旦鋼絲2被咬入大滾輪82a、82b間，則因為上下的滾柱83a、83b而受到彎曲，如圖10(b)、(d)、(f)所示，被制成平滑連續(xù)的圓弧狀的波紋。在這種情況下，滾柱83a、83b的直徑D有必要做得比鋼絲直徑d足夠大。另外，最好將滾柱83a、83b的直徑D做成鋼絲直徑d的5～50倍的范圍。
另外，也可使用日本發(fā)明專利公開1998年第25680號公報所揭示的齒輪蜷曲加工機(jī)來代替上述圓弧波紋加工機(jī)8對鋼絲2進(jìn)行二維的蜷曲波紋加工。這種經(jīng)齒輪蜷曲加工機(jī)作波紋加工后的鋼絲2K外觀如圖10(a)、(c)、(e)所示。
如表1和圖11(a)、(b)所示，實施例1和2(型式1)的鋼絲繩2A分別是，短徑方向的波紋高度F1為0.1mm、0.1mm，短徑D1為0.30mm、0.36mm，長徑W1為0.46mm、0.44mm，扁平比D1/W1為0.65、0.82，波紋間距P1為6mm、6mm。
此外，將鋼絲繩2A卷繞在卷繞機(jī)9的滾筒上，將該滾筒安裝在裁斷流水線的供給側(cè)處，利用切斷機(jī)(未圖示)將鋼絲繩2A裁斷成規(guī)定長度(工序S7)。裁斷鋼絲繩2A的長度為200m。另外，如表1所示，鋼絲繩2A的衰減為0～0.75轉(zhuǎn)(平均為0.5轉(zhuǎn))，弧高AH為10～28mm(平均為15mm、24mm)。
實施例1和2(型式1)的鋼絲繩2A，短徑方向的剛性指數(shù)G2為74、97，長徑方向的剛性指數(shù)G1為149、114，剛性比G1/G2為2.00、1.18。另外，“剛性指數(shù)”是，處于將圓形鋼絲的剛性G3作為基準(zhǔn)值100時的比例下，分別對圖17所示的2個方向所作的測定。另外，判明了型式1的鋼絲繩2A的抗斷拉伸處于2.5～3.5％的低區(qū)域內(nèi)。
對裁斷鋼絲繩2A進(jìn)行以規(guī)定間距平行地并排敷設(shè)在生橡膠片上的所謂壓延工序(工序S8)。在該壓延工序S8中，將鋼絲繩2A并排敷設(shè)成一個扁平面與生橡膠片面平行。由于裁斷鋼絲繩2A的弧高AH較小，故容易并排敷設(shè)裁斷鋼絲繩2A。并排敷設(shè)的間距間隔例如是1.2mm。
將橡膠片裁斷成規(guī)定尺寸(工序S9)。使埋入鋼絲繩2A以互相規(guī)定角度交叉而使2塊裁斷片12A、14A重疊在輪胎形狀的橡膠成形品的皮帶部上。再將具有車輪踏面18的橡膠構(gòu)件16貼附在外側(cè)(第2層)的裁斷片14A上，由此，鋼絲繩2A完全被埋入橡膠中(工序S10)。將這樣裝配后的成形品加熱到規(guī)定溫度，使其一體化，獲得圖11(c)所示的輪胎制品10A(工序S11)。
在這種輪胎制品10A中，鋼絲繩2A的與皮帶層12A、14A相鄰的短徑部配置成一定間隔，且針對輪胎的旋轉(zhuǎn)方向而向斜方向并排配置。這種結(jié)構(gòu)，可將橫向的剛性E1硬化而提高耐久力，相反，可軟化縱向的剛性E2而提高柔軟的乘坐舒適性。
下面結(jié)合圖12和圖13(a)、(b)、(c)來說明型式2的單線鋼絲繩及其制造方法。
(實施例3及實施例4；型式2的鋼絲繩)以碳素含有量為0.82±0.02重量％的鋼絲為毛坯絲進(jìn)行準(zhǔn)備(工序S21)。在加熱爐內(nèi)將該毛坯絲在950℃的溫度加熱保持30秒鐘后，在使用砂的流化床爐內(nèi)，在550℃的溫度加熱保持8秒鐘的條件下淬火(工序S22)，用電鍍液，以銅63重量％、鋅37重量％的組分對毛坯絲表面進(jìn)行鍍黃銅(工序S23)，用拉絲機(jī)5對電鍍鋼絲進(jìn)行拉絲加工，抗拉強(qiáng)度做成308～312kgf/mm2范圍的高張力鋼絲2(工序S24)。拉絲后的鋼絲2的直徑是0.40mm。另外，每1kg鋼絲電鍍的黃銅的附著量約為4g。
繼續(xù)將鋼絲2送到波紋加工及8，通過滾柱83a、83b對其在長徑方向進(jìn)行波紋加工，做成在單向有圓弧波紋的鋼絲2b1(工序S25)。另外，也可使用日本發(fā)明專利公開1998年第25680號公報所揭示的齒輪蜷曲加工機(jī)來代替上述的圓弧波紋加工機(jī)8。
繼續(xù)將鋼絲2b1送到扁平加工機(jī)7，通過1對壓延滾輪71、72從上下將其壓扁，做成0.36mm×0.44mm(短徑×長徑)尺寸的扁平鋼絲2b2(工序S26)。而在扁平加工機(jī)7處使用圖5和圖6所示的裝置。
繼續(xù)將扁平鋼絲2b2送到波紋加工機(jī)8，通過1對滾柱83a、83b對其在短徑方向進(jìn)行波紋加工，獲得在雙向有圓弧波紋的扁平鋼絲繩2B(工序S27)。另外，也可使用日本發(fā)明專利公開1998年第25680號公報所揭示的齒輪蜷曲加工機(jī)來代替上述的圓弧波紋加工機(jī)8。
如表1和圖14(a)、(b)所示，實施例3和4(型式2)的鋼絲繩2B分別是，長徑方向的波紋高度F2為0.1mm、0.1mm，短徑方向的波紋高度F3為0.1mm、0.1mm，短徑D2為0.36mm、0.38mm，長徑W2為0.44mm、0.43mm，扁平比D2/W2為0.82、0.88，長徑方向的波紋間距P2為6mm、6mm，短徑方向的波紋間距為3mm、3mm。
此外，將鋼絲繩2B卷繞在卷繞機(jī)9的滾筒上，將該滾筒安裝在裁斷流水線的供給側(cè)處，利用切斷機(jī)(未圖示)將鋼絲繩2B裁斷成規(guī)定長度(工序S28)。裁斷鋼絲繩2B的長度為200m。另外，如表1所示，鋼絲繩2B的衰減為0～0.75轉(zhuǎn)(平均為0.5轉(zhuǎn))，弧高AH為8～20mm(平均為12mm、17mm)。
型式2的鋼絲繩2B，短徑方向的剛性指數(shù)G2為94、97，長徑方向的剛性指數(shù)G1為111、109，剛性比G1/G2為1.18、1.12。另外，“剛性指數(shù)”是，處于將圓形鋼絲的剛性G3作為基準(zhǔn)值100時的比例下，分別對圖17所示的2個方向所作的測定。另外，判明了型式2的鋼絲繩2B的抗斷拉伸處于3.0～5.0％的高區(qū)域內(nèi)。
對裁斷鋼絲繩2B進(jìn)行以規(guī)定間距間隔平行地并排敷設(shè)在生橡膠片上的所謂壓延工序(工序S29)。在該壓延工序S29中，將鋼絲繩2B并排敷設(shè)成一個扁平面與生橡膠片面平行。由于裁斷鋼絲繩2B的弧高AH較小，故容易并排敷設(shè)裁斷鋼絲繩2B。并排敷設(shè)的間距間隔例如是1.2mm。
將橡膠片裁斷成規(guī)定尺寸(工序S30)。使埋入鋼絲繩2B以互相規(guī)定角度交叉而使2塊裁斷片12B、14B重疊在輪胎形狀的橡膠成形品的皮帶部上。再將具有車輪踏面18的橡膠構(gòu)件16貼附在外側(cè)(第2層)的裁斷片14B上，由此，鋼絲繩2B完全被埋入橡膠中(工序S31)。將這樣裝配后的成形品加熱到規(guī)定溫度，使其一體化，獲得圖14(c)所示的輪胎制品10B(工序S32)。
適用于型式2的扁平鋼絲截面的扁平比((D2扁平鋼絲的短徑)/(W2扁平鋼絲的長徑))為0.80～0.95。
將扁平比的上限值設(shè)成0.95的理由是當(dāng)扁平比超過0.95、鋼絲接近正圓時，經(jīng)壓延的衰減(旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩)的降低效果不明顯，以及長徑方向與短徑方向的剛性不產(chǎn)生差異。
另外，將扁平比的下限值設(shè)成比型式1的0.50還高的0.80的理由是由于型式2實施在拉絲后長徑方向蜷曲加工+驅(qū)動滾輪壓延加工+短徑方向蜷曲加工的3次加工，故蜷曲加工次數(shù)比型式1多1次，從而可實現(xiàn)防止因在壓延加工中給予鋼絲的損傷所造成的強(qiáng)度下降的目的。
長徑方向的波紋高度設(shè)在0.05～0.5mm的范圍內(nèi)。將長徑方向的波紋加工高度的最大值設(shè)在0.5mm是因為若將波紋高度做得太大，則鋼絲繩的延伸變得過分大，并且因鋼絲繩互相的并排而使波峰和波谷相對，鋼絲繩間的間隙不整齊就明顯，不是最好。
將短徑方向的波紋加工高度的最大值設(shè)成0.3mm是因為若將波紋高度做得過分大，則輪胎橡膠成為厚壁，脫離了輕量化的目的。而將其最小值設(shè)成0.05mm是因為若不將短徑方向的波紋加工做成最小程度，弧高AH就不能降低到30mm以內(nèi)的規(guī)格。
上述型式2的鋼絲繩，弧高AH(直線性)做成12mm、17mm是較好，而且衰減(旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩)具有做成0.5轉(zhuǎn)、即大致接近于零的良好的質(zhì)量。
另外，埋設(shè)型式2的輪胎，可期望與型式1同等的耐久力和效果，即，由橫向的硬剛性所產(chǎn)生的耐久力和由縱向的軟剛性所產(chǎn)生的乘坐心情良好的效果。
下面，結(jié)合圖15(a)、(b)及圖16(a)、(b)來說明比較例子1～3的單線鋼絲繩。
(比較例1；圓形線二維蜷曲波紋鋼絲繩)
使用與上述實施例相同的毛坯絲來制造圖15(a)、(b)所示的截面為圓形線二維蜷曲波紋的單線鋼絲繩2C作為比較例1。如表1所示，比較例1的鋼絲繩2C的直徑D是0.40mm，波紋間距P是6mm。另外，短徑方向的剛性指數(shù)G2為100，長徑方向的剛性指數(shù)G1為103，剛性比G1/G2為1.03。此外，鋼絲繩2C的弧高AH(直線性)是39mm，衰減(旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩)是1.0轉(zhuǎn)。
(比較例2；圓形線三維螺旋加工鋼絲繩)使用與上述實施例相同的毛坯絲來制造圖16(a)、(b)所示的截面為圓形線三維螺旋加工的單線鋼絲繩2D作為比較例2。如表1所示，比較例2的鋼絲繩2D的直徑D為0.40mm，螺旋間距P為6mm。另外，短徑方向的剛性指數(shù)G2為100，長徑方向的剛性指數(shù)G1為100，剛性比G1/G2為1.00此外，鋼絲繩2D的弧高AH(直線性)是18mm，衰減(旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩)是0.5轉(zhuǎn)。
(比較例3；圓形線鋼絲繩)使用與上述實施例相同的毛坯絲來制造圖17所示的截面為圓形鋼絲所構(gòu)成的單線鋼絲繩2作為比較例3。如表1所示，比較例3的鋼絲繩2的直徑D是0.40mm。另外，短徑方向的剛性指數(shù)G2為100，長徑方向的剛性指數(shù)G1為100，剛性比G1/G2為1.00。此外，圓形鋼絲繩2的弧高(直線性)是45mm，衰減(旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩)是2.5轉(zhuǎn)。
分別制造上述的型式1和型式2的各鋼絲繩，研究各特性，結(jié)果可確認(rèn)有如下敘述的①～⑤的效果。
①因扁平加工而使衰減(鋼絲內(nèi)在的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩)降低的效果(a)衰減是用來保證鋼絲繩質(zhì)量的重要的性能之一。當(dāng)用拉絲機(jī)直接制作單線鋼絲繩時，可用拉絲機(jī)控制衰減是特別重要的。通常，若對拉絲后的圓形鋼絲測定衰減，則為1～5次左右的轉(zhuǎn)數(shù)。
本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)通過將圓形鋼絲扁平化而可將衰減降低到大致零附近。通過對鋼絲進(jìn)行驅(qū)動滾輪的壓延，而可穩(wěn)定地制作衰減為0～1次的低水準(zhǔn)的單線鋼絲繩，可對以往實施的衰減的全數(shù)檢查變更成抽樣檢查(定期管理)。由此，可使檢查頻度急劇減少而大幅度減少作業(yè)，并且比以往更可制作衰減穩(wěn)定的鋼絲繩。
(b)對于扁平鋼絲，被發(fā)現(xiàn)，長徑方向的剛性G1是比短徑方向的剛性G2還大的剛性異向性。將所述扁平鋼絲的長徑方向的剛性G1和短徑方向的剛性G2與現(xiàn)有的圓形鋼絲的剛性G3比較，判明了下式(1)的關(guān)系G1＞G3＞G2…(1)由于在輪胎的皮帶層上使鋼絲繩扁平面與輪胎接地面相對地配置扁平鋼絲繩，故與現(xiàn)有的圓形鋼絲相比，輪胎的橫向的剛性E1較強(qiáng)。由此，轉(zhuǎn)彎能力優(yōu)異，輪胎的縱向的剛性E2變小，且由于整體輪胎的柔軟性增大，故乘坐心情也變好。
②因波紋加工而使弧高AH(鋼絲的直線性)降低的效果(a)未作波紋加工的扁平鋼絲的弧高AH較大，作為鋼絲繩是不合適的，但在最后工序中，通過在扁平鋼絲的短徑方向上進(jìn)行波紋加工，從而可使弧高AH得到大幅度的改善，可將弧高AH降低到一般鋼絲繩的控制范圍內(nèi)(≤30mm)。
(b)通過使用2種型式的波紋加工，可確保鋼絲繩所必要的延伸型式1的鋼絲繩2A是在短徑方向作波紋加工的，抗斷拉伸處于2.5～3.5％的低區(qū)域。
型式2的鋼絲繩2B是在長徑方向與短徑方向作波紋加工的，抗斷拉伸處于3.0～5.0％的高區(qū)域。
③薄壁化通過將波紋的扁平單線鋼絲繩配置成使扁平面朝向輪胎接地面，從而可將橡膠壁厚做得比現(xiàn)有的圓形鋼絲所構(gòu)成的單線鋼絲繩或1×n絞合線鋼絲繩還薄，可使輪胎輕量化。
④降低成本不完全使用絞線機(jī)，而在作為絞線工序的前道工序的拉絲機(jī)處設(shè)置扁平加工機(jī)(驅(qū)動滾輪壓延裝置)和波紋加工機(jī)(滾柱加工裝置或齒輪蜷曲加工裝置)，通過對拉絲后的鋼絲連續(xù)實施扁平化壓延和波紋加工，從而可制造扁平單線鋼絲繩。由此，除了省卻了絞合工序外，拉絲機(jī)的加工速度是比使用現(xiàn)有的絞線機(jī)的單線鋼絲繩的場合約高3倍的高速，可大幅度而又經(jīng)濟(jì)地降低成本。
⑤耐疲勞性的評價各單線鋼絲繩的耐疲勞性用圖20所示的皮帶耐久試驗機(jī)60來評價。如圖18和圖19所示，試驗片90具有將5根單線鋼絲繩2(2A、2B、2C、2D)等間距間隔地、一排地埋入橡膠構(gòu)件91的腹側(cè)的試料層和將2+2×0.25結(jié)構(gòu)的5根絞合線鋼絲繩93等間距間隔地、一排地埋入橡膠構(gòu)件91的背側(cè)的被骨層。順便說一下，試驗片90的各部分尺寸是，厚度T為6mm，寬度W為12mm，長度L4為400mm。皮帶耐久試驗機(jī)60具有直徑為20mm的滾輪61。上述試料層處于腹側(cè)(內(nèi)側(cè))而將試驗片90繞掛在該滾輪61上，在其兩端分別安裝配重62，試驗片90承受60kgf的負(fù)荷。將試驗片90的行程設(shè)為50mm，以每分60次的循環(huán)切換方向，對其重復(fù)2000次。
試驗結(jié)束后，在試驗片90的試料層上照射軟X線，拍攝X線透過照片，觀察該X線透過照片，對每個試料的鋼絲繩(鋼絲)的斷裂部位數(shù)目(NBR)進(jìn)行計數(shù)。試驗數(shù)是將5根鋼絲繩作為1組用平均值進(jìn)行評價。
表1

權(quán)利要求
1．一種單線鋼絲繩，系由1根鋼絲構(gòu)成的單線鋼絲繩，具有通過圓形鋼絲的扁平化而相對的2個扁平面和相對的2個圓曲面，其特征在于，其短徑D與長徑W的扁平比D/W設(shè)在0.5～0.95的范圍內(nèi)，且至少在短徑方向帶有波紋，一個扁平面朝向輪胎接地面?zhèn)鹊芈袢胼喬テР恐惺褂谩?br> 2．如權(quán)利要求1所述的單線鋼絲繩，其特征在于，所述波紋是僅短徑方向的蜷曲加工。
3．如權(quán)利要求2所述的單線鋼絲繩，其特征在于，將所述蜷曲加工的波紋高度設(shè)在0.05～0.3mm的范圍內(nèi)。
4．如權(quán)利要求1所述的單線鋼絲繩，其特征在于，所述波紋是分別在短徑方向和長徑方向所作的蜷曲加工。
5．如權(quán)利要求4所述的單線鋼絲繩，其特征在于，所述蜷曲加工的短徑方向的波紋高度設(shè)在0.05～0.3mm的范圍內(nèi)，長徑方向的波紋高度設(shè)在0.05～0.5mm的范圍內(nèi)。
6．如權(quán)利要求4所述的單線鋼絲繩，其特征在于，所述扁平比D/W設(shè)在0.80～0.95的范圍內(nèi)。
7．如權(quán)利要求1所述的單線鋼絲繩，其特征在于，所述波紋的間距間隔設(shè)在2～20mm的范圍內(nèi)。
8．如權(quán)利要求1所述的單線鋼絲繩，其特征在于，所述波紋是在一個平面內(nèi)未包含直線狀部分的僅由平滑連續(xù)的曲線部構(gòu)成的滾柱加工。
9．如權(quán)利要求8所述的單線鋼絲繩，其特征在于，所述波紋，是使從由圓弧的組合、正弦波曲線、擺線(螺旋形曲線)的連續(xù)弧、心臟線(心臟形曲線)的連續(xù)弧以及等切面曲線(懸鏈線形曲線)的連續(xù)弧所構(gòu)成的群中選出的1個或2個以上組合而成的平滑連續(xù)的曲線。
10．如權(quán)利要求8所述的單線鋼絲繩，其特征在于，所述波紋是僅短徑的滾柱加工。
11．如權(quán)利要求8所述的單線鋼絲繩，其特征在于，將所述滾柱加工的波紋高度設(shè)在0.05～0.3mm的范圍內(nèi)。
12．如權(quán)利要求8所述的單線鋼絲繩，其特征在于，所述波紋是分別在短徑方向和長徑方向所作的滾柱加工。
13．如權(quán)利要求12所述的單線鋼絲繩，其特征在于，所述滾柱加工的短徑方向的波紋高度設(shè)在0.05～0.3mm的范圍內(nèi)，長徑方向的波紋高度設(shè)在0.05～0.5mm的范圍內(nèi)。
14．如權(quán)利要求12所述的單線鋼絲繩，其特征在于，所述扁平比D/W設(shè)在0.80～0.95的范圍內(nèi)。
15．如權(quán)利要求1所述的單線鋼絲繩，其特征在于，所述圓形鋼絲具有280～450kgf/mm2范圍的抗拉強(qiáng)度。
16．如權(quán)利要求1所述的單線鋼絲繩，其特征在于，所述圓形鋼絲具有0.07～1.00重量％的碳素含有量。
17．一種單線鋼絲繩的制造方法，系一個扁平面朝向輪胎接地面?zhèn)鹊芈袢胼喬テР恐惺褂玫膯尉€鋼絲繩的制造方法，其特征在于，具有如下工序(a)為使短徑D與長徑W的扁平比D/W處于0.5～0.95的范圍而將圓形鋼絲扁平化的工序；(b)在所述工序(a)中被扁平化的扁平鋼絲的短徑方向進(jìn)行波紋加工的工序。
18．如權(quán)利要求17所述的單線鋼絲繩的制造方法，其特征在于，所述工序(b)中，對扁平鋼絲進(jìn)行齒輪蜷曲加工或滾柱加工。
19．如權(quán)利要求17所述的單線鋼絲繩的制造方法，其特征在于，在所述工序(a)之前，還具有在與所述短徑波紋加工工序(b)中的波紋方向相正交的方向?qū)A形鋼絲進(jìn)行波紋加工的長徑波紋加工工序。
20．如權(quán)利要求18所述的單線鋼絲繩的制造方法，其特征在于，在所述工序(a)中，將扁平比D/W設(shè)在0.80～0.95的范圍內(nèi)。
全文摘要
一種單線鋼絲繩,具有通過圓形鋼絲的扁平化而相對的2個扁平面和相對的2個圓形曲面,其短徑D與長徑W的扁平比D/W設(shè)在0.50～0.95的范圍內(nèi),且在至少短徑方向帶有波紋,一個扁平面朝向輪胎接地面?zhèn)鹊芈袢胼喬テР恐惺褂?。本發(fā)明具有較高的耐久力和良好的乘坐舒適性,并可實現(xiàn)輪胎的輕量化。
文檔編號D07B7/02GK1311835SQ99809136
公開日2001年9月5日 申請日期1999年12月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月24日
發(fā)明者山上明男, 中山誠, 柴田良市 申請人:東京制綱株式會社