JP2981038B2 - 金属線材の残留応力及び真直性の矯正方法 - Google Patents

金属線材の残留応力及び真直性の矯正方法

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    • B21FWORKING OR PROCESSING OF METAL WIRE
    • B21F1/00Bending wire other than coiling; Straightening wire
    • B21F1/02Straightening

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Wire Processing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は車両用タイヤ、コンベ
アベルト及びホース等のゴム製品の補強に供されに金属
線材において、その表面に残留した応力及び線材の真直
性を矯正する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ゴム製品の補強材として使用するスチー
ルコードは、その線径が0.05〜0.08mmの金属線材又はそ
れらが撚合わされたもので、このような金属線材は線材
をダイスに通して行う伸線加工によって得られる。また
この金属線材を補強材として用いたゴム製品は、その使
用時に繰り返しの変動応力を受けるため、長時間使用し
た場合に疲労破壊を起こし易いところから、高い耐久性
すなわち高い機械的疲労性が求められる。一方伸線加工
後の金属線材の表面には引張り応力が残留するため、ゴ
ム製品の耐久性を向上するには線材表面の残留応力を均
一な圧縮応力に変化させることが要求される。またゴム
製品に成形したときに金属線材に不均一な応力が加わら
ないように、さらに同様の理由から金属線材を用いて撚
り合わせたケーブルでの真直性を確保するために、金属
線材には真直性の高いことも要求される。
【0003】複数の金属ワイヤーからなる金属ケーブル
に均一な残留応力を付与する方法について特開昭57−14
9578号公報には、主に金属ケーブルを複数の案内ローラ
ーを通過させ折曲−非折曲処理を行うことで残留圧縮応
力を実質的に均一分散することが開示されているが、ロ
ーラーに金属ケーブルを通過させるときにケーブルを構
成する複数の金属線材が点接触下で相互に押圧されるた
め、金属線材に傷が入り易く均一に残留圧縮応力を付与
することができないという問題点があった。
【0004】また特開昭64−78636 号及び特開平2−30
347 号各公報には、矯正ローラーを通過させ線材の真直
性を改善する方法、すなわち真直性を改善するのに必要
な曲げ及び引張りを与える方法が開示されているが、耐
疲労性を改善するための残留圧縮応力の付与についての
記載はなく、また線材の引張り抵抗を高める為の駆動部
またはストレートナーの回転体を回転させるための駆動
部を必要とする不利があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、伸線され
た金属線材に残留圧縮応力及び良好な真直性を同時に付
与する為の処理方法について提案することを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明は、千鳥足状に
配置したローラー群に金属線材を通して各ローラーに金
属線材を順に接触させ、金属線材の残留応力及び真直性
を矯正するに当たり、上記ローラー群には金属線材の径
dに対しd/2R<0.015 の関係を満足する径Rのロー
ラーを用い、各ローラーにおける金属線材の接触域がな
す弧に対する中心角を、金属線材の入側から少なくとも
2個の前段ローラー群では50°以上とし、この前段ロー
ラー群に続く少なくとも5個の後段ローラー群では前段
ローラー群での角度から3°以下まで漸減することを特
徴とする金属線材の残留応力及び真直性の矯正方法及び
上記の処理を金属線材周面の相異なる部分に2度施すこ
とを特徴とする方法である。また実施に当たり、金属線
材に高張力を付加することが有利である。
【0007】さて図1に、この発明の方法で直接用いる
矯正装置Aを示す。この矯正装置Aは伸線装置の最終ダ
イスと巻取り装置の間に設置し、金属線材の矯正に供す
る。矯正装置Aは、千鳥足状に配置したローラー1a〜1c
からなる前段ローラー群1と、この前段ローラー群1に
連続し同様に千鳥足状に配置したローラー2a〜2gからな
る後段ローラー群2とで構成し、前段ローラー群1で圧
縮応力を付加した後、後段ローラー群2で真直性を付加
するものである。金属線材3は、まず入側のガイドロー
ラー4を介して前段ローラー群1、次いで後段ローラー
群2へ導入され、前段ローラー群1及び後段ローラー群
2の各ローラーの周面に形成した断面V字状の溝に案内
されて、各ローラーとの接触下に前段ローラー群1及び
後段ローラー群2を通り、矯正がなされる。
【0008】ここでローラーの径Rは、金属線材の径d
に対し d/2R<0.015 ----(1) の関係を満足することが肝要である。次に千鳥足状をな
すローラー群の配置を、図2に示す、各ローラーにおけ
る金属線材の接触域がなす弧に対する中心角(以下巻付
け角という)αに基づいて設定することが肝要である。
すなわち前段ローラー群1では巻付け角αが50°以上に
なるように各ローラーの配置を設定する一方、後段ロー
ラー群2では線材の出側に向かうに従って巻付け角αが
漸減する設定とする。後段ローラー群2のローラー2a〜
2gにおける巻付け角αは、該ローラー群2の出側に向か
って3°以下に漸減させるが、減少幅は等間隔であって
もよいし任意の間隔であってもよい。また巻付け角αは
隣合うローラー同士の位置関係で調節することができ、
具体的には図3に示すように、金属線材通過方向におけ
る隣り合うローラーの中心軸間距離(以下ピッチと示
す)Pと上記通過方向に直交する方向における隣り合う
ローラーの中心軸間距離(以下噛み深さと示す)Hとを
調節すればよい。なお図示例では前段ローラー群1のロ
ーラー個数を3個及び後段ローラー群2のローラー個数
を7個としたが、金属線材の種類、さらには目的とする
真直性の程度等に応じて増加又は減少することができ
る。
【0009】また上記した矯正装置Aを2組用いて、図
4に示すように金属線材3の相異なる面、好ましくは図
示のように互いに90°離間した面に対して曲げ加工を施
すことによって、圧縮応力及び真直性の付与をより確実
に達成できる。
【0010】さらに金属線材の長手方向に高張力を付加
することが、圧縮応力及び良好な真直性を付与する上で
有利である。例えば図5(a) に示すように、最終ダイス
5で伸線された金属線材3は、引続き引抜き駆動装置で
あるキャプスタン6に巻付けた後、上記した矯正装置A
を通過しガイドローラー7に案内された後、巻取り装置
8によって巻取られ、この巻取り装置8の駆動力を利用
して張力を付加する。しかしこの手法では、巻取り装置
8の金属線材巻き取るための駆動力は通常大きな駆動力
を必要としないため、張力を大きくできない。従って張
力を大きくする場合は、最終ダイス5を出た金属線材3
の通過経路を変えることで実現できる。
【0011】すなわち図5(b) に示すように、最終ダイ
ス5を通過した金属線材3を直ちに矯正装置Aに導いて
通過させた後にキャプスタン6によってダイス5からの
引抜き力を与えることで、この引抜き力をそのまま矯正
装置Aでの金属線材の張力とすることができ、さらにこ
の引抜き力は最終ダイスにおける加工減面率を調整する
ことで0から破断強力まで制御できる。またキャプスタ
ン6による伸線加工に要する引張り駆動力を得るために
は、同図(a) に示したように、キャプスタン6に金属線
材を複数回巻付けるのが通例であるが、同図(c) に示す
ようにキャプスタン6に巻付ける回数を減少することで
同図(a) と(b) との中間の張力にすることができ、この
場合伸線加工に必要な駆動力の不足分は、金属線材3を
矯正装置A通過後にガイドローラー7から再びキャプス
タン6に巻付けることで得られる。さらにキャプスタン
6に巻付ける回数は、同図(d) に示すように、キャプス
タン6近傍に補助ローラー9を設けてバイアスを取るこ
とで、より細かく設定することができる。
【0012】
【作用】伸線加工後の金属線材の主に表層に残留した引
張り応力は、該金属線材を上記した式(1) に従う径のロ
ーラーからなる前段ローラー群に巻付け角α:50°以
上で通して圧縮応力を付与することで解消し得る。すな
わち金属線材を、上記した式(1) に従う径のローラーに
巻付け角α:50°以上で接触させることによって、金属
線材の表面に引張りの塑性領域までの曲げ歪を与え、そ
の後自然状態に開放することで圧縮歪を与え得る。ここ
で巻付け角を50゜以上に限定するのは、金属線材の有す
る剛性及び金属線材の通過速度が非常に速い場合は、そ
の慣性力のため、50゜未満の巻付け角では、ローラー径
に比例した曲げ歪を与えることができないからである。
【0013】ここで巻付け角αを50°以上、より好まし
くは60°以上とすることで大きな圧縮応力を付与できる
が、巻付け角αが70°をこえても圧縮応力の増加はな
い。また上記の作用を期待するには少なくとも2個のロ
ーラーが必要であるが、5個をこえても効果の増加を望
めない上、大きな設備を必要としコスト面で不利をまね
くため、5個以下とすることが好ましい。さらにローラ
ー径を小さくすることによって大きな圧縮応力を付与し
得るが、ローラー径が極端に小さくなるとローラーの回
転速度が速くなってローラー寿命が低下するため、径が
0.10〜0.80mmの金属線材を処理する場合はローラー径を
6.7〜53.3mmの範囲とすることが好ましい。
【0014】次に金属線材を後段ローラー群に通すに当
たり、各ローラーでの巻付け角αを出側に向かって3°
以下まで漸減することによって、高い真直性を付与す
る。すなわち真直性の異なる金属線材に対し前段ローラ
ー群1及び後段ローラー群2の入側ローラーにおいて大
きな曲率での曲げ加工を施した後、後段ローラー群2の
複数のローラーへの巻付け角を漸減して曲げ加工歪を漸
減させることで、高い真直性を与える矯正を分割して徐
々に行うことができる。
【0015】上記の作用を期待するには少なくとも5
個、より好ましくは7個以上のローラーが必要である
が、10個程度とすることが真直性の付与とローラーの耐
久性とを両立する上で有利である。また最終ローラーで
の巻付け角αが3°をこえると、最終の曲げ加工によっ
て所期する真直性が得られないため、3°以下とする。
【0016】
【実施例】図1に示した矯正装置を用いて、熱処理後に
複数のダイスを通して0.175 mmの線径に伸線加工した鋼
線材(JIS G3506 SWRH72A )に、圧縮応力及び真直性を
付与する処理を、線材通過速度:700mm/min の下で施し
た。すなわち前段ローラー群1及び後段ローラー群2の
ローラー径、ローラー個数及び巻付け角を表1に従って
設定した矯正装置を用いて処理した。かくして得られた
鋼線材の残留応力及び真直性についての測定結果を表1
に併記する。
【0017】なお鋼線材表層の残留応力の定量的測定
は、図6(a) に示す10cm長さの鋼線材3の半周面を、同
図(b) に示すように保護ラッカー10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3の保護ラッ
カー10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3の曲がりを、同図(c)
に示すように、その先端部での傾斜長Lとして計測して
行った。この傾斜長L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、図7に示すように、所定の長
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)を測定し評価した。ちなみに最終の線引きダイ
スを通過した直後の鋼線材の真直性は4cmであり、疲労
性能又は次の撚線工程での加工性の点から必要とされる
真直性は30cm以上である。
【0018】
【表1】
【0019】同表から、この発明に従って得られた適合
例1〜3では鋼線材表層の残留応力を圧縮にすることが
できたのに対し、比較例1〜2ではローラー径が上記し
た式(1) を満足しないため鋼線材表層の残留応力を圧縮
にし得ないことがわかる。また適合例4〜8と比較例3
との比較から、前段ローラー群1のローラー個数を2以
上、好適には5以上にすることでより大きな圧縮応力が
得られることがわかる。次に適合例9〜13と比較例4と
の比較において、前段ローラー群1の巻付け角を50°以
上にすることで残留圧縮応力が得られることがわかり、
さらに60°以上でより大きな残留圧縮応力が得られる一
方、70°以上で残留圧縮応力の増加は認められないこと
もわかる。適合例14〜18と比較例5及び7との比較にお
いて、後段ローラー群2のローラー個数を7個以上にし
かつローラーの巻付け角を漸減したときの出側巻付け角
を1〜3°にすることによって、30cm以上の真直性が得
られることがわかる。
【0020】また図4に示したところに従って、2組の
矯正装置を用いて鋼線材周面の互いに90°離間した位置
に、上記処理と同様の条件での処理を行った。かくして
得られた鋼線材の残留応力及び真直性について調査した
結果を表2に示すように、2度にわたる矯正を施すこと
によって、鋼線材の円周方向での残留圧縮応力のばらつ
き及び真直性のばらつきを低減することができる。
【0021】
【表2】
【0022】さらに矯正装置を通過するときの張力を変
化させたときの残留圧縮応力の平均値及びばらつき値の
測定結果を表3に示した。同表に示す通り、張力を大き
くすることで大きな残留圧縮応力を均一に得ることがで
き、特に繰返し曲げ疲労性に対し有利である。
【0023】
【表3】
【0024】
【発明の効果】この発明の方法によれば、伸線された金
属線材に複雑な装置を用いることなく、圧縮応力と優れ
た真直性を付与することができ、この金属線材をゴム製
品に適用することで高い耐疲労性のゴム製品を提供しを
得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明で用いる矯正装置を示す模式図であ
る。
【図2】ローラー群への金属線材の通過形態を示す模式
図である。
【図3】ローラーの配置を示す模式図である。
【図4】矯正装置の組合わせを説明する模式図である。
【図5】最終ダイスから巻取りまでの金属線材の通過経
路を示す模式図である。
【図6】残留応力の測定要領を説明する模式図である。
【図7】カール径の測定要領を説明する模式図である。
【符号の説明】
1 前段ローラー群 1a ローラー 1b ローラー 1c ローラー 2 後段ローラー群 2a ローラー 2b ローラー 2c ローラー 2d ローラー 2e ローラー 2f ローラー 2g ローラー 3 金属線材 4 ガイドローラー 5 最終ダイス 6 キャプスタン 7 ガイドローラー 8 巻取り装置 9 補助ローラー 10 保護ラッカー

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 千鳥足状に配置したローラー群に金属線
    材を通して各ローラーに金属線材を順に接触させ、金属
    線材の残留応力及び真直性を矯正するに当たり、上記ロ
    ーラー群には金属線材の径dに対しd/2R<0.015 の
    関係を満足する径Rのローラーを用い、各ローラーにお
    ける金属線材の接触域がなす弧に対する中心角を、金属
    線材の入側から少なくとも2個の前段ローラー群では50
    °以上とし、この前段ローラー群に続く少なくとも5個
    の後段ローラー群では前段ローラー群での角度から3°
    以下まで漸減することを特徴とする金属線材の残留応力
    及び真直性の矯正方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の処理を、金属線材の相
    異なる面に2度施すことを特徴とする金属線材の残留応
    力及び真直性の矯正方法。
  3. 【請求項3】 金属線材に高張力を付加する請求項1又
    は2に記載の方法。
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