JP2012166245A - 金属線材の矯正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】矯正する金属線材に適切な残留応力を付与しつつ、その金属線材の破断を防止することのできる金属線材の矯正装置を提供する。
【解決手段】金属線材の矯正装置１は、複数のローラ１０が間隔を開けて一列に配列された第１のローラ群１１Ａと第２のローラ群１１Ｂが千鳥状に組み合わされて配設されている。この第１のローラ群１１Ａ及び第２のローラ群１１Ｂのローラ１０を、相対するローラ群に対して接近離隔する方向に移動可能とする弾性体１４を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属線材の矯正装置に関する。

金属ワイヤは、例えば複数本が撚り合わされた金属コードとしてタイヤ等のゴム物品を補強するために用いられる。ゴム物品に金属コードが用いられているとき、金属コードは、外部から応力を繰り返し受けるため、疲労による破壊を抑制するように、耐久性に優れることが求められる。金属コードの耐破壊疲労特性は、撚り合わされる前の金属ワイヤの残留応力に影響を受けることが知られている。この残留応力は金属ワイヤを製造するときに行われる伸線加工によって引張方向の残留応力として生じ、その後の工程を経て不均一に残留することがある。不均一な残留応力は、耐破壊疲労特性にとって好ましくない。また、金属ワイヤの表面の残留応力を、伸線により生じる引張方向の残留応力から、圧縮方向の残留応力へ変えると、耐破壊疲労特性を向上できるので望ましい。

伸線後に残留応力を付与する方法としては、ショットピーニング等の方法がある（特許文献１）。しかし、ショットピーニングのためには、大掛かりな専用の設備を設ける必要があるため、設備投資が嵩む。そればかりか、ショットピーニング工程という、時間を要する別途の工程を行う必要があるため、生産性が悪くなる。さらに、鋼球等を吹き付けることから、ワイヤの表面に微細疵が生じる等、表面状態が悪化するおそれがある。

そこで、金属ワイヤの製造時において、伸線後の金属線材を、千鳥足状に配置したローラ群よりなる矯正装置に通し、この矯正装置の各ローラに当該線材を巻き付けて変形させることにより矯正する方法がある（特許文献２）。この矯正方法によれば、金属ワイヤの表面に圧縮方向の残留応力を付与することができ、また、残留応力の不均一を解消することができる。更に、金属ワイヤの真直性を向上させることもできる。

特開平５−１７７５４４号公報 特開平５−１０４１８１号公報

上述した矯正装置を用いた矯正方法においては、金属ワイヤに所定の残留応力が付与されるように、適切なローラ径や巻き付け角度になる矯正装置を用いて、矯正する前の金属線材の材料や径などに応じた適切な張力を付与しつつ、金属ワイヤの矯正を行っていた。つまり矯正装置は固定式であり、生産条件によってその各部材構成を大きく変えることはなかった。

しかしながら、従来の固定式の矯正装置では、矯正する前の種々の径になる金属線材に応じて適切な残留応力を付与するのが難しい場合があった。また、矯正する前の金属線材は、最終伸線におけるダイス状態や潤滑性の変化によって、矯正加工での張力が変わることがある。また、金属線材に求められる品質（高張力や延性）に応じて伸線条件を変えた場合、矯正装置により付与される残留応力が変わってしまうので、矯正加工での張力を変えることがある。この張力が過大になった場合には金属線材の破断が生じるおそれがあり、逆に過小になった場合には、金属線材に十分な残留応力を付与するのが難しくなることがあった。

本発明は、上記の問題を有利に解決するものであり、矯正する金属線材に適切な残留応力を付与しつつ、その金属線材の破断を防止することのできる金属線材の矯正装置を提供することを目的とする。

本発明の金属線材の矯正装置は、複数のローラが間隔を開けて一列に配列された第１のローラ群及び第２のローラ群の組み合わせによって千鳥足状に配設された複数のローラを備え、これらのローラに金属線材を巻付けて残留応力を付与する金属線材の矯正装置において、第１のローラ群及び第２のローラ群のローラを、相対するローラ群に対して接近離隔する方向に移動可能とする弾性体を備えることを特徴とする。

本発明の金属線材の矯正装置においては、弾性体は、ローラを保持して移動可能な保持部材に接続して設けられる構成とすることができる。また、この弾性体は、ローラを保持して移動可能な保持部材と、この保持部材が取り付けられる基盤との間に介挿される構成とすることもできる。この弾性体は、矯正前の金属線材の剛性と矯正後の金属線材に付与する残留応力とに応じた弾性特性を有するものとすることができる。この弾性体の具体例は金属ばねとすることができる。

本発明によれば、金属線材の矯正装置のローラを移動可能にするための弾性体を備えることにより、この弾性体の弾性変形によって金属線材に所望の残留応力を付与するようにローラを押圧することができるとともに、金属線材に必要以上の張力が加わった場合にはこの張力を緩和するような向きにローラを移動させることができ、よって金属線材に適切な残留応力を付与しつつ、その金属線材の破断を防止することができる。

本発明の一実施形態の矯正装置の模式的な平面図である。 図１に示した矯正装置の動作を説明する模式的な平面図である。 本発明の別の実施形態の矯正装置の模式的な平面図である。 本発明の別の実施形態の矯正装置の模式的な平面図である。

本発明の金属線材の矯正装置の実施形態を、図面を用いて具体的に説明する。図１に模式的な平面図で示す本実施形態の矯正装置１は、千鳥足状に配設された複数のローラ１０を有している。これらのローラ１０は、所定の間隔を開けて一列に配列された第１のローラ群１１Ａと、この第１のローラ群１１Ａの近傍で、所定の間隔を開けて一列に配列された第２のローラ群１１Ｂとに分類できる。この第１のローラ群の各ローラ１０は、そのローラ１０の回転軸１０ａが、第１の保持部材１２Ａの表面から垂直方向に固着されることにより、この第１の保持部材１２Ａに対して回動可能に取り付けられている。また、第２のローラ群の各ローラ１０は、そのローラ１０の回転軸１０ａが第２の保持部材１２Ｂの表面から垂直方向に固着されることにより、第２の保持部材１２Ｂに対して回動可能に取り付けられている。これらの第１のローラ群１１Ａと第２のローラ群１１Ｂとが、互いの近傍に位置するように組み合わされて、ローラ１０は上述のように千鳥足状に配設されている。

第１の保持部材１２Ａ及び第２の保持部材１２Ｂはそれぞれ平板形状を有していて、いずれも矯正装置１の基盤１３上で移動可能に配設されている。この基盤１３の幅方向両端部には、側壁１３ａが立設されている。この側壁１３ａと第１の保持部材１２Ａとに接続して、弾性体としての金属ばね１４が伸縮可能に取り付けられている。同様に、側壁１３ａと第２の保持部材１２Ｂとに接続して、弾性体としての金属ばね１４が伸縮可能に取り付けられている。これらの金属ばねが接続された第１の保持部材１２Ａ及び第２の保持部材１２Ｂは、金属ばね１４の伸縮により、互いに接近離隔する方向に移動可能となっていて、これにより、第１の保持部材１２Ａに取り付けられた第１のローラ群１１Ａと、第２の保持部材１２Ｂに取り付けられた第２のローラ群１１Ｂもまた、互いに接近離隔する方向に移動可能となっている。

図１に示した矯正装置１は、金属ワイヤの製造設備における伸線装置の最終ダイスと、巻取り装置との間に設置される。最終ダイスでの伸線後の金属線材を矯正するために、矯正装置１は、金属線材を第１のローラ群１１Ａのローラ１０と第２のローラ群１１Ｂのローラ１０とに交互に巻付けながら案内する。各ローラ１０への巻付けによって、金属線材の表面に曲げの塑性歪が導入される結果、圧縮方向の残留応力を生じさせることができる。また、この矯正装置１による矯正加工により、金属線材の真直性も向上させることができる。

この矯正装置１による矯正加工において、金属線材に生じさせる残留応力の程度についての重要な因子として、各ローラ１０の径、ローラ１０のピッチ（一列に配列されたローラ間距離）、ローラ１０の噛み量（第１のローラ群１１Ａのローラ１０における第２のローラ群１１Ｂに向かう方向の最先部と、第２のローラ群１１Ｂのローラ１０における第１のローラ群１１Ａに向かう方向の最先部との重なり量）及び矯正中に線材に加えられる張力がある。これらの因子のうち、ローラ１０の径及びローラ１０のピッチについては、適切な残留応力を生じさせることができるような適切な値にする。そして、ローラ１０の噛み量について、金属ばね１４の伸縮による第１のローラ群１１Ａ及び第２のローラ群１１Ｂのローラ１０の接近離隔により調整する。

本実施形態では、金属ばね１４の長さ及びばね特性が、金属線材の状態、例えば線材の径や最終伸線におけるダイス状態や潤滑性の変化に応じて、適切な残留応力が得られるような特性を有するものを適用する。換言すれば弾性体としての金属ばね１４は、矯正前の金属線材の剛性と矯正後の金属線材に付与する残留応力とに応じて調整された弾性特性を有するものとする。このことにより、これら線材の径や最終伸線におけるダイス状態や潤滑性の変動が生じた場合であっても、金属ばね１４の伸縮によりローラの噛み量を変動させることで適切な残留応力を生じさせることができ、よって金属線材の状態の変動に迅速かつ柔軟に対応できる。このことは、つまり、金属ばね１４を用いることにより、これらの金属線材の状態に応じて所定の残留応力に自動調整できることを意味している。

本実施形態では、金属ばね１４を用いたローラの噛み量の調整を、矯正中に線材に加えられる張力の調整と組み合わせて実施することもできる。図２（ａ）は、金属線材Ｗに加えられる張力が小さい場合を模式的に示し、矯正装置１の金属ばね１４の伸縮に応じたローラ１０の噛み量Ｘが大きい。図（ｂ）は、金属線材Ｗに加えられる張力が大きい場合を模式的に示し、矯正装置１の金属ばね１４の伸縮に応じたローラ１０の噛み量Ｘが小さい。このようにローラ１０の噛み量の調整と矯正中に金属線材Ｗに加えられる張力の調整とを組み合わせて実施することにより、金属線材Ｗの状態が大きく変動しても適切な残留応力を金属線材Ｗに付与することができる。また、従来技術のように矯正装置のローラの径、ローラのピッチ及びローラの噛み量を固定して、金属線材に加えられる張力の調整のみで残留応力を調整する場合に比べて、同じ残留応力を生じさせる場合の張力を相対的に低下させることができるので、所定の残留応力を所持させるため大きな張力により破断することを抑制することができる。更に、最終伸線におけるダイス状態や潤滑性が突発的に変動し、そのために金属線材Ｗに過大な張力が突発的に加わった場合でも、この張力により金属線材Ｗが巻き付けられたローラ１０を介して金属バネ１４に.力が加わり、金属ばね１０が縮むので、加わった張力は減殺される。したがって、突発的な過大な張力によって金属線材Ｗが破断するのを抑制することができる。

図１に示す実施形態では、金属ばね１４は、基盤１３上に設けられローラ１０を回動可能に保持する保持部材１２Ａ、１２Ｂと接続するように設けられている。保持部材が保持部材１２Ａ及び保持部材１２Ｂというように、第１のローラ群１１Ａ及び第２のローラ群１１Ｂに応じて独立して設けられていることにより、第１のローラ群１１Ａのローラ１０、第２のローラ群１１Ｂのローラをまとめて一度に移動させることができる。

また、図１に示す実施形態では、金属ばね１４が、第１のローラ群１１Ａ又は第２のローラ群１１Ｂを保持する保持部材１２Ａ、１２Ｂと、基盤１３との間に介挿されている。このことにより、簡単な構造で本発明を実施することができる。

本発明の金属線材の矯正装置の別の実施形態を図３に示す。図３に示す矯正装置２について、図１に示した矯正装置１と同一部材については同一符号を付し、以下では重複する説明を省略する。この矯正装置２は、第１のローラ群１１Ａ及び第２のローラ群１１Ｂが、それぞれ第１の保持部材１２Ａ及び第２の保持部材１２Ｂに対して回動可能に取り付けられている点は、図１の矯正装置１と同様である。

これらの第１の保持部材１２Ａ及び第２の保持部材１２Ｂは、平板形状の基盤１３Ａ上で移動可能に配設されている。また、第１の保持部材１２Ａ及び第２の保持部材１２Ｂのそれぞれに接続して、弾性体としての金属ばね１５が伸縮可能に取り付けられている。

図３に示した矯正装置２は、金属ばね１５の伸縮による第１のローラ群１１Ａ及び第２のローラ群１１Ｂのローラ１０の接近離隔によって、ローラ１０の噛み量を調整する。図２の矯正装置２の金属ばね１５が、図１の矯正装置１の金属ばね１４と相違する点は、第１の保持部材１２Ａ及び第２の保持部材１２Ｂが離隔又は接近移動するときにおける、金属ばねが伸張又は圧縮する向きが互いに逆向きである点である。図３に示した矯正装置は、図１に示した矯正装置と同様の効果を有している。

本発明の金属線材の矯正装置の別の実施形態を図４に示す。図４に示す矯正装置３について、図１に示した矯正装置１と同一部材については同一符号を付し、以下では重複する説明を省略する。この矯正装置３は、金属線材を巻きかけるローラ１０に対して個別に弾性体としての金属ばね１６が設けられている例である。これらの金属ばね１６の一方の端部は、各ローラ１０の回転軸と接続するように取り付けられていてもよいし、ローラ１０に対して個別に用意されてローラ１０の回転軸が立設される、図示しない保持部材と接続するように取り付けられてもよい。第１のローラ群１１Ａ及び第２のローラ群１１Ｂが形成されるように、金属体ばね１６の他方の端部は、平板状の基盤１３Ｂの幅方向両端部近傍に固定されて設けられた固定部材１７と接続されていて、このようにして複数のローラは千鳥足状に配列されている。

図４に示した構成により、矯正装置３の各ローラは金属ばね１５の伸縮により、第１のローラ群及び第２のローラ群のローラを、相対するローラ群に対して接近離隔する方向にそれぞれ独立して移動可能となっている。金属ばね１６の長さ及びばね特性が、金属線材の状態、例えば線材の径や最終伸線におけるダイス状態や潤滑性の変化に応じて、適切な残留応力が得られるような特性を有するものを適用する。このことにより、図４に示す矯正装置３は、図１に示した矯正装置１同様に、金属線材の径や最終伸線におけるダイス状態や潤滑性の変動が生じた場合であっても、金属ばね１４の伸縮によりローラの噛み量を変動させることで適切な残留応力を生じさせることができ、よって金属線材の状態の変動に迅速かつ柔軟に対応できる。それに加えて、矯正装置３は、金属ばね１６が、ローラ１０のそれぞれに対応して設けられているから、個々の金属ばね１６を、最適なばね特性がばね特性を有するものにすることにより、上記の効果を、より効果的に得ることができる。
図４では、ローラ１０の全てに金属ばね１０が設けられているが、第１のローラ群１１Ａのうちの少なくとも一個、第２のローラ群１１Ｂのうちの少なくとも一個に、金属ばね１６を設ける態様が本発明に含まれる。

図１〜図４に示した矯正装置１、２及び３において、ローラ１０の数は、図示されたローラの数に限定されず、必要に応じてローラ数を増減させることができる。また、矯正装置１、２及び３では弾性体として金属ばね１４、１５及び１６の例を示しているが、弾性体は金属ばね１４、１５及び１６に限定されるものではない。例えばゴムでもよい。またスポンジ状の弾性を有する多孔体であってもよい。

図１〜図４では、矯正装置１、２及び３を模式的に示しているのであって、図示された部材以外の部材を備えることができる。例えば保持部材１２Ａ及び１２Ｂを基盤１２、１３上で特定の方向のみに移動可能にして、それ以外の方向への移動を規制するための保持部材の案内手段を具備することができる。

図１に示す矯正装置１を用いて、伸線後の鋼線材（炭素量：０．８０質量％）の矯正を行った。また、比較のために、ローラを移動可能とする金属ばねを有しない、すなわちローラが基盤に固定された従来の矯正装置を用いて、実施例と同じ鋼線材の矯正を行った。このときの鋼線材の抗張力及び直径、ローラ１０の径、個数及び噛み量、矯正中の鋼線材の張力を、矯正後の鋼線材の残留応力及び真直性、断線の有無についての評価結果と共に表１に示す。なお、表１において、残留応力の評価は、１０ｃｍ長さの鋼線材の半周面を保護ラッカーで被覆し、その後５０℃の５０％硝酸水溶液中に２０秒浸漬し鋼線材の保護ラッカーで被覆されていない半周面をエッチング溶解し、このエッチング前後での鋼線材の曲がりを、その先端部での傾斜長として計測して行った。この傾斜長が保護ラッカー被覆面側のときは正（引張り）及びこれとは逆のときは負（圧縮）とした。また真直性の測定は、ＪＩＳ Ｇ３５１０（スチールタイヤコード試験方法）６．９．２（アークハイト法）に準じて行い、所定長さの鋼線材を水平で平坦な場所に力学的に拘束しない開放状態で放置したときに描く弧の弦に対する高さＨ（カール径）を測定して評価し、９０ｍｍ未満の場合を○印、９０ｍｍ以上の場合を×印とした。

表１から、金属ばねを備える各実施例は、張力を弱めた場合に噛み量が大きくなっており、つまり、張力の変動に応じて噛み量が変動しており、これにより張力が大きい場合も小さい場合も、矯正後の鋼線材に良好な残留応力と真直性が得られ、また、断線も生じなかった。これに対して、比較例１は、ローラが固定されているため張力を弱めた場合にも噛み量は一定値であり、これにより張力が大きい場合には良好な残留応力と真直性が得られたが、張力が小さい場合には残留応力が正の値、すなわち引張方向の残留応力が生じた。また、抗張力の大きな鋼線材を、従来の矯正装置を用いて矯正を行った比較例２は、張力が大きい場合には断線が生じ、張力が小さい場合には残留応力が正の値、すなわち引張方向の残留応力が生じた。

１、２、３：矯正装置
１０：ローラ
１１Ａ：第１のローラ群
１１Ｂ：第２のローラ群
１２Ａ：第１の保持部材
１２Ｂ：第２の保持部材
１３、１３Ａ、１３Ｂ：基盤
１４、１５、１６：金属ばね（弾性体）

Claims (5)

1. 複数のローラが間隔を開けて一列に配列された第１のローラ群及び第２のローラ群の組み合わせによって千鳥足状に配設された複数のローラを備え、これらのローラに金属線材を巻付けて残留応力を付与する金属線材の矯正装置において、
   第１のローラ群及び第２のローラ群のローラを、相対するローラ群に対して接近離隔する方向に移動可能とする弾性体を備えることを特徴とする金属線材の矯正装置。
2. 前記弾性体は、ローラを保持して移動可能な保持部材に接続して設けられる請求項１記載の金属線材の矯正装置。
3. 前記弾性体は、ローラを保持して移動可能な保持部材と、この保持部材が取り付けられる基盤との間に介挿される請求項１又は２記載の金属線材の矯正装置。
4. 前記弾性体は、矯正前の金属線材の剛性と矯正後の金属線材に付与する残留応力とに応じて調整された弾性特性を有するものである請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属線材の矯正方法。
5. 前記弾性体が、金属ばねである請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属製材の矯正装置。

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