橡胶物品增强用钢丝及使用其的橡胶物品的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及橡胶物品增强用钢丝（以下还简称为"丝（wire) "）及使用该丝的橡 胶物品，具体地，本发明涉及具有扁平的截面形状并且相比于现有技术具有优异的弯曲疲 劳性能的橡胶物品增强用钢丝，以及使用该丝的橡胶物品。
【背景技术】
[0002] 近些年，对减轻轮胎重量以改善机动车的燃烧效率的需求已经增加。为了满足该 需求，过去已经考察了作为用于增强轮胎的构件而在带束中使用的钢丝的结构，并且已经 对该结构提出了各种新的技术。例如，专利文献1至3提出了橡胶物品增强用钢丝，其能够 在通过允许丝的截面形状具有履带（track)截面形状、矩形截面形状和椭圆截面形状来实 现重量减轻的同时改善了轮胎的耐久性。
[0003] 另外，因为会对钢丝施加拉力和弯曲力，所以对能够埋设在诸如轮胎和工业用带 束等的橡胶物品中的钢丝来说，弯曲疲劳性能是重要的。对于该问题，专利文献4提出了一 种具有扁平的截面形状的橡胶物品增强用钢丝，其为优选作为用于增强轮胎的带束的材料 的丝，并且通过允许该丝具有表面粗糙度在预定值或预定值以下的平滑表面以及通过允许 该丝具有预定的截面形状，而能够在不使各种轮胎性能低下的情况下改善疲劳耐久性。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1 :日本实开昭56-13003号公报
[0007] 专利文献2 :日本特开昭61-12989号公报
[0008] 专利文献3 :日本特开2000-301913号公报
[0009] 专利文献4 :日本特开2009-41170号公报
【发明内容】
[0010] 发明要解决的问题
[0011] 然而，考虑到诸如轮胎和工业用带束将来的更长的寿命，相比于现有技术中的丝 的弯曲疲劳性能，将弯曲疲劳性能改善至优异的水平是重要的，当前期望建立作为现有技 术的替换手段的新技术。
[0012] 因而，本发明的目的在于提供具有扁平的截面形状并且相比于现有技术具有优异 的弯曲疲劳性能的橡胶物品增强用钢丝，以及使用该丝的橡胶物品。
[0013] 用于解决问题的方案
[0014] 作为用于解决上述问题的深入研究的结果，本发明人发现，在对丝施加拉力或弯 曲力的情况下，丝的耐久性会受到丝中的维氏硬度分布的影响。作为基于该发现的进一步 深入研究的结果，本发明人发现通过按如下所述地使丝中的维氏硬度分布充分，能够解决 上述问题，因而完成了本发明。
[0015] 换言之，本发明的橡胶物品增强用钢丝为橡胶物品增强用钢丝，其包括具有长径 和短径的宽度方向截面，所述长径和所述短径彼此实质上垂直，其中
[0016] 假设长径为W，短径为T，穿过所述长径的宽度方向上的中央且与短径方向平行的 直线为L1，穿过所述短径的宽度方向上的中央且与长径方向平行的直线为L2，所述L1与所 述L2的交点为中心点C，从该中心点C至表面的距离的一半以内的区域为中心区域Rc，该 中心区域Rc外侧的区域为表层区域Rs，则所述中心区域Rc的维氏硬度Hvc大于所述表层 区域Rs的维氏硬度Hvs ;并且
[0017] 假设所述表层区域Rs中的、所述Ll上的维氏硬度为Hvl，所述表层区域Rs中的、 所述L2上的维氏硬度为Hv2,则满足由下述式（1)至式（4)所表示的关系：
[0018] Hvc-Hvl ^ 150(1)；
[0019] Hvc-Hv2 ^ 150(2)；
[0020] Hvl/Hvc X 100 彡 85. 11 (3);以及
[0021] Hv2/Hvc X 100 彡 79. 84 (4)。
[0022] 在本发明的丝中，假设所述Ll上的、距所述中心点C的距离为RlXT的点处的维 氏硬度为Hv3,所述L2上的、距所述中心点C的距离为R2XW的点处的维氏硬度为Hv4,其 中0〈R1〈0. 5,0〈R2〈0. 5,则优选满足由下述式（5)至式（7)所表示的关系：
[0023] 3.0^ ff/T ^7.0 (5)；
[0024] -167 X Rl2-117 X R1+630 彡 Hv3 彡-167 X Rl2-417 X R1+950 (6);以及
[0025] -375 X R22-175 X R2+630 彡 Hv4 彡-500 X R22-150 X R2+950 (7)。
[0026] 在本发明的丝中，假设所述中心点C处的维氏硬度为HvO,所述L2上的、距所述中 心点C的距离为0.4W的位置处的维氏硬度为Hv5,则优选满足由下述式（8)所表示的关系：
[0027] 150 彡 Hv〇-Hv5 彡 60。
[0028] 此外，在本发明的丝中，对于所述Ll上的维氏硬度，所述中心点C处的维氏硬度 HvO最高；假设所述Ll上的、距所述中心点C的距离为0. 25T的位置处的维氏硬度为Hv6， 所述LI上的、距所述中心点C的距离为0. 45T的位置处的维氏硬度为Hv7,所述L2上的、 距所述中心点C的距离为0. 25W的位置处的维氏硬度为Hv8,所述L2上的、距所述中心点C 的距离为0.45W的位置处的维氏硬度为Hv9,则优选满足由下述式（9)和式（10)所表示的 关系：
[0029] 0· 55 X (Hv0+Hv7)彡 Hv6 彡 0· 45 X (Hv0+Hv7) (9);以及
[0030] 0· 55X (Hv0+Hv9)彡 Hv8 彡 0· 45X (Hv0+Hv9) (10)。
[0031] 此外，在本发明的丝中，假设所述中心点C处的维氏硬度为HvO，所述Ll上的、距所 述中心点C的距离为0. 3T的位置处的维氏硬度为Ην?ο,所述L2上的、距所述中心点C的距 离为0.3W的位置处的维氏硬度为Hvll，则优选满足由下述式（11)所表示的关系：
[0032] 105彡Hvll/HvlOX 100彡94(11)。在本发明的丝中，所述中心点C处的维氏硬度 HvO优选为630至950。
[0033] 在本发明的橡胶物品中，埋设有作为增强材料的本发明的橡胶物品增强用钢丝。
[0034] 在本发明的橡胶物品中，所述橡胶物品增强用钢丝的长径优选与面内方向一致地 排列对齐。
[0035] 发明的效果
[0036] 根据本发明，能够提供具有扁平的截面形状并且相比于现有技术具有优异的弯曲 疲劳性能的橡胶物品增强用钢丝，以及使用该丝的橡胶物品。
【附图说明】
[0037] 图1示出本发明的橡胶物品增强用钢丝的截面形状的一示例。
[0038] 图2是示出式⑷中的Hv3的上限和下限的图。
[0039] 图3是示出式（5)中的Hv4的上限和下限的图。
[0040] 图4示出本发明的橡胶物品增强用钢丝的截面形状的另一示例。
[0041] 图5示出本发明的橡胶物品增强用钢丝的截面形状的再一示例。
【具体实施方式】
[0042] 以下将参照附图来详细说明本发明的实施方式。
[0043] 本发明的橡胶物品增强用钢丝10包括具有长径和短径的宽度方向截面，该长径 和短径彼此基本上垂直。图1示出了本发明的橡胶物品增强用钢丝的截面形状的一示例。 在图示的示例中，宽度方向截面具有如下履带形状：该履带形状包括一对平行的直线部11 以及均向外凸出且彼此面对的一对圆弧部12。在这种情况下，长径意味着丝10的宽度，而 短径意味着丝10的厚度。
[0044] 在本发明的丝10中，假设长径为W，短径为T，穿过长径的宽度方向上的中央且与 短径方向（厚度方向）平行的直线为L1，穿过短径的宽度方向上的中央且与长径方向（宽 度方向）平行的直线为L2, Ll与L2的交点为中心点C，从中心点C至丝10的表面的距离 的一半以内的区域为中心区域Rc(由图中的虚线所围绕的区域），中心区域Rc外侧的区域 为表层区域Rs，则中心区域Rc的维氏硬度Hvc大于表层区域Rs的维氏硬度Hvs。
[0045] 当在丝10埋设在橡胶中的状态下对橡胶物品施加拉力或弯曲力时，同样的拉力 或弯曲力也会施加至内部的丝10。在这种情况下，丝10的中心区域Rc位于弯曲变形的中 轴线（neutral axis)附近，并因此对弯曲力的影响有抵抗作用。因而，在本发明的丝10中， 允许丝10的中心区域Rc的维氏硬度Hvc高于表层区域Rs的维氏硬度Hvs，以确保丝10的 拉伸强度。相比之下，因为丝10的表层区域Rs归因于弯曲变形而会大大地受到拉伸压缩 力，所以表层区域Rs的维氏硬度Hvs被设定成低于中心区域Rc的维氏硬度Hvc，以赋予表 层区域Rs高延展性的材料特性并且抑制作为疲劳断裂的产生原因的表面龟裂的发生。
[0046] 另外，在本发明的丝10中，假设表层区域Rs中的、Ll上的维氏硬度为Hvl，表层区 域Rs中的、L2上的维氏硬度为Hv2,则满足由下述式（1)至式（4)所表示的关系：
[0047] Hvc-Hvl ^ 150(1)；
[0048] Hvc-Hv2 ^ 150(2)
[0049] Hvl/Hvc X 100 彡 85. 11 (3);以及
[0050] Hv2/Hvc X 100 彡 79. 84 (4)。
[0051] 这是因为，当丝10的中心区域Rc的维氏硬度Hvc与表层区域Rs的维氏硬度Hvl 和Hv2之间的差过大时，丝10中弯曲变形的发生可能会导致具有低维氏硬度的位置处的剪 切变形（shear distortion)的集中，从而致使疲劳耐久性低下。
[0052] 在本发明的丝10中，假设在短径方向（厚度方向）上距中心点C的距离为 R1XT(0〈R1〈0. 5)的任意点处的维氏硬度为Hv3,在长径方向（宽度方向）上距中心点C的 距离为R2XW(0〈R2〈0.5)的任意点处的维氏硬度为Hv4,则优选地满足由下述式（5)至式 (7)所表不的关系：
[0053] 3.0^ ff/T ^7.0 (5)；
[0054] -167 X Rl2-117 X R1+630 彡 Hv3 彡-167 X Rl2-417 X R1+950 (6);以及
[0055] -375 X R22-175 X R2+630 彡 Hv4 彡-500 X R22-150 X R2+950 (7)。
[0056] 在W/T小于3.0的情况下，当将本发明的丝10用作用于增强橡胶物品的材料时， 要求丝10具有大的厚度T以获得必要的强度，使得可能会提供不够充分的重量减轻效果。 相比之下，W/T大于7. 0的高扁平率可能会导致丝10在加工期间龟裂，这同样也不是优选 的。
[0057] 另外，当Hv3小于式（6)的上述范围时，可能会使埋设有本发明的丝10的橡胶物 品的耐久性低下。相比之下，当Hv3超出式（6)的上述范围时，存在丝10在其加工期间龟 裂的担心。此外，当Hv4小于式（7)的上述范围时，可能会使埋设有本发明的丝10的橡胶 物品的耐久性低下。相比之下，当Hv4超出式（7)的上述范围时，存在丝10在其加工期间 龟裂的担心。图2是示出式（6)中的Hv3的上限和下限的图，图3是示出式（7)中的Hv4 的上限和下限的图。
[0058] 另外，在本发明的丝10中，假设中心点C处的维氏硬度为HvO, L2上的、距中心点 C的距离为0. 4W的位置处的维氏硬度为Hv5,则优选地满足由下述式（8)所表示的关系：
[0059] 150 彡 Hv〇-Hv5 彡 60。
[0060] 通过允许位于丝10的表层附近的位置处的维氏硬度Hv5小于中心C处的维氏硬 度HvO,能够赋予丝10高的延展性，由此抑制了在丝10的表面发生作为疲劳断裂的产生原 因的龟裂。
[0061] 此外，在本发明的丝10中，对于L