JP4442861B2

JP4442861B2 - スチールワイヤの製造法

Info

Publication number: JP4442861B2
Application number: JP2003416637A
Authority: JP
Inventors: 正博楠田; 哲史豊岡; 良市柴田
Original assignee: Tokyo Rope Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Tokyo Rope Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2023-12-15
Also published as: JP2005169484A

Description

本発明は真直性にすぐれたワイヤの製造法に関する。

スチールワイヤは、そのままあるいはソーワイヤ、放電加工ワイヤなどのスチールワーヤ製品、スチールコードやホースワーヤで代表されるゴム補強用部材などに利用されている。
かかるスチールワイヤは、一般に原料鋼線を中間径まで伸線し、それを湿式伸線加工して作られるが、こうした素材としてのスチールワーヤは、その後にたとえば撚り合わせたり、スパイラル状にしたり、平行に引き揃えたりして製品とされるが、その製品の使用状況から、できるだけ真直であることが要望されている。
その真直性は、たとえば、長さ４００ｍｍのワーヤを平面に置いた時の円弧の高さが５０ｍｍ以下であることが望ましいとされている。

この対策として、従来では、ワイヤ製造時に、最終引抜ダイスあるいは上流側数枚ダイスを含めて入線角度及び引き抜き角度を調整することが行われていた。
また、巻き取りラインに上下千鳥状にロールを配した位置固定式矯正ロールにワイヤを通すことで矯正を行っていた。

しかし、こうした先行技術では、いずれもワイヤの曲がり癖が十分に解消されず、真直度レベルが悪いとともに、バラツキが大きいという問題があった。

本発明は前記のような問題を解消するためになされたもので、直線性がすぐれそのバラツキが少なく、回転性も安定したスチールワイヤを簡単に作ることができる方法を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明の製造法は、１．０ｍｍ以下の径を持ち、４００ｍｍ長さのアークハイトが５０ｍｍ以下のスチールワイヤを得るにあたり、伸線加工を終えたスチールワイヤを、それぞれが軸線の周りで自転可能な複数の溝付きロールをパスラインを挟んでしかも捻りピッチＰ´（引取り速度を整直ロールの回転数で割った値）との関係で、Ｐ´/２を避けた間隔で配した整直ロールに通しつつ該整直ロールをパスラインを中心軸として回転させ、ワイヤに異なる方向から複数の螺旋状の癖をつけて表面残留応力を断面の円周上で分散させることにより、螺旋形状の干渉で圧縮応力と引張り応力を消しあうことで曲がり癖を３次元的に矯正させ、続いて整直ロールを通過した３次元スパイラル矯正ワイヤをパスラインを挟んで一対のロールの一方に巻きついで他方に巻いてパスラインに戻す経路で導出しつつ、一対のロールをパスラインを中心軸として前記整直ロールの回転方向と逆方向に回転させることにより前記３次元スパイラル矯正ワイヤに捻りを与えて回転性を除去する」ことを特徴としている。（請求項１）

本発明の請求項１によるときには、ソーワイヤ、放電加工ワイヤなどのスチールワーヤ製品、スチールコードやホースワーヤで代表されるゴム補強用部材に好適な、直線性がすぐれそのバラツキが少ないスチールワイヤを直線性がすぐれそのバラツキが少ない回転性も安定したスチールワイヤを連続的にしかも簡単に作ることができるというすぐれた効果が得られる。

以下添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１ないし図７は本発明によるスチールワイヤの製造法及び装置の一例を示している。図８は整直処理状態を模式的に示している。
図１において、１は湿式伸線機であり、潤滑剤を満たした槽１ａ内に２つのキャプスタン１０ａ、１０ｂを配し、それらの間の移動経路に所要数のダイス１０ｃを配し、出口部位に最終ダイス（仕上ダイス）１０ｄを配している。

Ｗ´は湿式伸線機１に導入される素スチールワイヤであり、原料線材を荒伸線し、熱処理を施したもののほか、熱処理後に表面に黄銅、亜鉛などのめっき層を有するものを含んでいる。該素スチールワイヤＷ´は前記湿式伸線機１に導かれ、順次ダイス１０ｃを通過させられることで引抜き伸線され、最終ダイス１０ｄで軽い減面率で１．０ｍｍ以下の目的径に仕上げられ、引張り強さＹ（Kgf/mm²＝−１７５Ｄ＋２８０以上の特性のスチールワイヤＷとされる。Ｄは線径（mm）である。

２は湿式伸線機１の最終ダイス１０ｄの下流に配した引取り手段であり、直径の大きな駆動キャプスタン２ａと、相対的に径小な従動キャプスタン２ｂから構成され、前記スチールワイヤＷは、それら駆動キャプスタン２ａと従動キャプスタン２ｂに数回巻きつけられることで前記湿式伸線機１中を所定の線速で移動して伸線される。湿式伸線機１を出たスチールワイヤＷは、図３（ａ）のように、外側が伸び（引張り側）、内側が縮んだ（圧縮側）アーチ状の曲がり癖が付き、大きな径のコイル状を呈した状態になる。引取り手段２を経た段階でも同じである。

３は前記引取り手段２の下流に配された整直ロール（回転ならし手段）であり、本発明で大きな特徴をなしている。この整直ロール３は、湿式伸線機１を出たスチールワイヤＷの曲がり癖を矯正する手段であり、すなわち、ワイヤの表面に意図的に３次元螺旋状の癖ないし圧痕（以下、癖と称す）を複数付け、表面残留応力を断面の円周上で分散させることにより、螺旋形状の干渉で圧縮応力側と引張り応力側が交互に形成されるようにするためのものである。

整直ロール３は、全体で３個以上の溝付きロール３０，３１からなり、それぞれが軸線の周りで自転可能となっている。この例では、溝付きロール３０，３１は千鳥状を呈するようにパスラインを挟んで対称的に配されている。しかも、すべての溝付きロール３０，３１は一体となってパスラインを中心軸としてその周りで回転自在となっている。

４はオーバーツイスタであり、前記整直ロール３を通過した３次元スパイラル矯正ワイヤＷ１には回転性（＝残留トーション）が入っているので、過撚りを加えることによって回転性を調整するために使用される。
オーバーツイス４は、一対のロール４ａ、４ｂからなり、パスラインを中心軸としてその周りを回転自在となっている。

５は回転性調整後の３次元螺旋状矯正ワイヤＷ２に残った小波を矯正するための固定ならしロールであり、それぞれが軸線の周りで自転可能な全体で３個以上の溝付きロール５０,５１を、パスラインを挟んで配しているが、全体はパスラインを中心として回転することなく、位置は固定されている。
固定ならしロール５の溝付きロールの数は、前記整直ロールで発生した小波を矯正することが目的であるため、なるべく小さいロール径のものを個数多く、間隔を小さく配置することが好ましく、通常、上３個＋下２個以上である。
６は整直されたスチールワイヤＷＳを巻収する巻取りスプーラである。

前記各部の駆動系は任意であるが、たとえば、図２のようになっている。
７は駆動モータであり、ベルトとプーリなどの第１の伝達手段７０によってキャプスタン１０ｂを回転させるようになっているが、第１の伝達手段７０は同じくベルトとプーリなどの第２の伝達手段７１により引取り手段２の駆動キャプスタン２ａと連絡されている。また、減速機７２０を含む第３の伝達手段７２により、整直ロール３とオーバーツイスタ４が回転されるようになっている。

本発明で特徴としている整直ロール３は、チューブラー型撚線機における３ピン式プリフォーマのようにワイヤを３次元の螺旋状に形付けするものとは異なり、曲がり癖のあるワイヤの３次元矯正手段である。
すなわち、チューブラー型撚線機におけるプリフォーマは、ワイヤを３次元の螺旋状に加工するための手段であり、図１０（ｂ）のように、ワイヤ断面の略同一個所に強接して安定した螺旋形状に形付けする関係から、図１０（ａ）のように、３本のピンやロール８は、撚りピッチＰ（引取り速度を撚線機の回転数で割った値）の略１／２の位置ごとに配置されることが必須である。このため、ワイヤがもともと曲がり癖を有していた場合、ワイヤ断面上の略同一個所をしごいて形付けするため、プリフォーマを通過しても直線化は得られず、図１０（ｃ）のように、曲がり癖を持ったままらせん形状になる。

本発明はこれと違って、ワイヤの断面の各部に分散して複数の螺旋状の癖をつけ、そうしたらせん状の癖同士の干渉によっ引張り応力と圧縮応力を消しあうことで曲がり癖を３次元的に矯正させ、捻りピッチに近いピッチの螺旋形状を持った全体的には真直ぐなワイヤを得るのである。このような整直ロールによる矯正なしに、固定ならしロールだけで矯正しても、安定した良好な直線性は実現できない。

前記整直ロール３を詳細に説明すると、図４ないし図７に一例を示すように、整直ロール３はオーバーツイスタ４とともにパスラインを含むゾーンにユニットとして設置されている。この例では、開閉扉付きの固定ブース９に格納されている。

整直ロール３は、円筒状のロータ３ａを有し、該ロータ３ａは両端に軸３ｂ、３ｂ´を有し、それら軸３ｂ、３ｂ´はブース９に固設されている軸受板３ｄ、３ｄに軸受を介して回転自由に支持されている。軸３ｂ、３ｂ´、はワイヤを導出入させるための貫通孔を中心に有し、半部がロータ内に突入されている。
そして1方の軸３ｂにはプーリ３ｃが固着されており、これに前記第３の伝達系を構成するベルト７２１が懸回され、これによりロータ３ａはパスラインを中心軸としてその周りを回転されるようになっている。

前記ロータ３ａは内部に支壁板３ｅを固着しており、この支壁板に横長の上下ロール台３ｆ、３ｇが固定されている。上ロール台３ｆには３個以上（図面では５個）の自転可能なロール３０が所定の間隔をおいて取り付けられている。
また、下ロール台３ｇには３個以上（図面では４個）の自転可能なロール３１が所定の間隔をおいて取り付けられ、全体として上ロール３０と下ロール３１は千鳥状配置となっている。

前記各ロール３０，３１はそれぞれ外周にＶ状の溝を有し、内径側にはボールベアリング３００、３１０を有し、ロール台３ｆ、３ｇにボルト３３等により植え立てられている。
そして、上ロール台３ｆは支壁板３ｅに当てられ、両端部付近に取り付けたボルト３４によって支壁板３ｅに固定されている。下ロール台３ｇは両端に水平突部３５、３５を有し、またこれよりも内側部分には左右１対の縦長穴３６が板厚を貫いて形成されており、それら縦長穴３６にボルト３４を挿通して支壁板３ｅにねじ込むことで下ロール台３ｇは支壁板３ｅに対し上下方向に位置調整可能となっている。
支壁板３ｅには水平突部と対峙する突片が固定されており、これを通してプッシュロッド３６が突出されることで下ロール台３ｇを上下し、下ロール３０と上ロール３１との軸間距離すなわちワイヤ押し込み量を調整できるようになっている。

本発明の整直ロール３は、前記したようにワイヤの断面の各部に分散して螺旋状の癖をつけ、そうした螺旋状の癖の干渉によって引張り応力と圧縮応力を消しあい、曲がり癖を３次元的に矯正させるものである。
このため、ロール同士の間隔として、プリフォーマの場合と同じような考えでの間隔（撚りピッチＰの略１/２）を採用した場合には、断面の略同一箇所に集中的に癖が付けられるので不可であり、捻りピッチＰ´（引取り速度を整直ロールの回転数で割った値）との関係で、≠Ｐ´/２とする。たとえば引取り速度：２５０ｍ、整直ロールの回転数５０００ｒｐｍとすると、捻りピッチＰ’は５０ｍｍとなる。ロール間隔をＰ´／２＝２５ｍｍにすると、断面の略同一箇所に集中的に癖が付けられるので、不可である。

本発明では、ワイヤは回転しないまま整直ロール（上ロール３０と下ロール３１）が回転することにより、１捻りピッチＰ’間にロールの数だけ螺旋状に癖が付けられる。したがって、各ロールの間隔を、ロール径以上で、かつ、前記のように、Ｐ´／２からずれた大きさにしておけば、ワイヤ断面に螺旋状の癖が分散して付けられ、そうした螺旋状癖の干渉によって曲がりが矯正されるのである。
ロール間隔は前記条件で小さい間隔かもしくは大きい間隔とするが、ワイヤ断面の全周にくまなく螺旋状の癖をつける点、間隔が大きいほど整直ロールが大型化する点からは、小さい間隔とすることが望ましい。しかし、Ｐ´／４前後は、２方向からの癖付けとなるので、あまり好ましくない。

なお、捻りピッチが小さい方が単位長さあたりの癖付け長さが長くなり、整直効果が大きくなる。捻りピッチを小さくするためには、整直ロール３の回転数を高くするか、引取り速度を低くすることになるが、後者は生産性を低下させるので、騒音、振動、ベアリング寿命を考慮して整直ロール３の回転数をたとえば４０００〜７０００ｒｐｍといった高めに設定することが好ましい。

オーバーツイスタ４は、それぞれ外周に溝を形成した一対のロール４ａ、４ｂをアーム４ｃに自転可能に軸支させ、そのアームに一体化した回転軸４ｄをブースに固設されている軸受板４ｅに回転可能に支持させている。回転軸４ｄの軸端にはプーリ４０が固着されており、これに前記第３の伝達系を構成するベルト７２２が懸回され、これらにより一対のロール４ａ、４ｂはパスラインを中心軸としてその周りで回転されるようになっている。

固定ならしロール６は、基本的には前記整直ロール３と同じ構造であるが、支壁板はベースに固定されていて、回転しない。

なお、図示するものは本発明の一例であり、他に種々の構成を採用し得る。
１）整直ロールにおける溝付きロールの数は、少なくとも全体で３個（上２個＋下１個）が必要である。好ましくは、片側４個、他側３個以上であるが、それ以上であれば限定はない。また、溝付きロールは、上下で位相がずれず、１対のロールがワイヤに対して軸対称に配置されたものが並んでいてもよい。
２）実施例では整直処理したワイヤをボビンに巻き取っているが、固定ならしロール６に続いて、所望の加工手段たとえばプリフォーマなどを配置して連続加工するようにしてもよい。

本発明によるワーヤ製造方法を説明すると、素ワイヤＷ’は湿式伸線機１の多数のダイス１０ｃにより伸線され、最終ダイス１０ｄを通過する。かかる伸線は、パスライン上に配されている引取り手段２の駆動キャプスタン２ａと従動キャプスタン２ｂに数回巻きつけられることで速度制御される。

引取り手段２を通ったワイヤＷは、続いて整直ロール３に導入される。この整直ロール３は、自転可能な複数の上ロール３０と自転可能な複数の下ロール３１を、しかも前記した捻りピッチＰ´との関係でＰ’／２から意図的に外れた間隔で配置しており、ワイヤＷは、図８（ａ）のように、それぞれが上ロール３０と下ロールの溝と接しながら通過する。このとき、上ロール３０と下ロール３１を内蔵している筒状のロータ３ａは端部の軸３ｂにベルト及びプーリを介して駆動力が導入されているので、上ロール３０と下ロール３１は所定の回転数でパスラインを中心軸として回転する。

このため、ワイヤＷは断面の略全周に上ロール３０と下ロール３１の数だけ癖がつけられ、その癖は、各ロールがワイヤの移動に応じて自軸の周りで自転することにより過度とならず、しかも上ロール３０と下ロール３１が、捻りピッチＰ’／２から外れた間隔で配置されている関係から、図８（ｂ）のように、断面上で、ロール接点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，ａ，ｂ，ｃ，ｄに対応する各方向から癖が付けられ、その癖は、図８（ｃ）に縞で示すようにワイヤの軸線手方向で螺旋状を描く。この結果、表面残留応力はワイヤの断面の一箇所に集中せず、円周上に分散する。このため、ワイヤがそれまでもっていた曲がり癖は、複数本のらせん状癖の相互干渉作用で矯正される。

続いて、ワイヤＷ1はオーバーツイスタ４に導かれ、パスラインを挟んで一対のロール４ａ、４ｂの一方に巻かれついで他方に巻かれてパスラインに戻される８の字状の経路で導出されつつ、ロール４ａ、４ｂがパスラインを中心軸として前記整直ロールの回転方向と逆方向に回転されることにより、捻られる。

前記整直ロール３を通過したワイヤＷ1は、ここでの処理に伴い回転性（捻れ）が入っており、内部に残留応力が含まれるので、そのまま応力が開放されると回転性が生ずるが、オーバーツイスタ４で整直ロール３と逆方向のねじりをワイヤに与えることにより、残留応力が除去され、回転性が略ゼロに調整されるのである。

こうして回転性が調整されたワイヤＷ２は、続いて固定ならしロール６に導入される。この固定ならしロール６は軸線の周りで自転可能なそれぞれが複数個の上ロール５０と下ロール５１がパスラインを挟んで千鳥状に配されているが、パスラインを中心として公転することなく、位置は固定である。したがってワイヤは上ロール５０と下ロール５１間を通過することにより１８０度対称位置から押圧され、整直ロール３で付けられて残っていた小さな波が矯正される。これにより、真直でかつ回転性が調整されたワイヤＷＳとなって巻取りスプーラ６に巻き取られるのである。

本発明法と装置によりワイヤを製造した。
ワイヤは炭素含有量０．８２％、直径５．５ｍｍの高炭素鋼線材を使用し、１．２２ｍｍ径まで荒伸線して焼入れし、ブラスめっきを施し、湿式連続伸線機で直径０．４２ｍｍに仕上げた。
装置としては、図１に示すものを使用した。整直ロールは、ロール径１６ｍｍのＶ溝付きベアリングロールを８．５ｍｍ間隔に９個（上側に５個、下側に４個）、配した。上ロール同士、下ロール同士の心間距離は１７ｍｍである。

オーバーツイスタは、直径６５ｍｍのロールを対で使用した。固定ならしロールは、直径１４ｍｍのＶ溝付きベアリングロールを上側に１２個、下側に１１個配したものを使用した。
湿式連続伸線機の最終ダイスから導出されたワイヤを引取り手段で引取り、整直ロール、オーバーツイスタ、固定ならしロールを通過させて巻き取った。整直ロールの回転数は５０００ｒｐｍ（ワイヤ速度に対して１回/５０mm＝捻りピッチ）でワイヤ進行方向に対して時計方向とし、オーバーツイスタは回転数９００ｒｐｍでワイヤ進行方向に対して反時計方向（逆回転）とした。

得られたワイヤは、引張り強さ２９０Ｋｇｆ／ｍｍ²であった。真直度を、ＪＩＳＧ３５１０に準拠して、ワイヤを４００ｍにカットし、その試料を平坦面におき、円弧の高さ（アークハイト）を測定した。その結果、１０本の試料の平均は１０ｍｍであり、良好な直線性が得られていた。
これは、整直ロールにおいて、断面０°、１２２．４°、２４４．８°、７．２°、１２９．６°、２５２°、１４．４°、１３６．８°、２５９．２°と約７．２°ずらして３方向から略均等に螺旋状癖付けされたことによる矯正効果であることは明らかである。
また、ＪＩＳＧ３５１０に準拠して回転性の測定も行った。ワイヤの端末をＬ状に折り曲げて固定したままボビンから６ｍ引き出した後、固定端末を開放してその回転数をカウントした。この測定の結果、時計方向、反時計方向がいずれもゼロであった。

整直ロールとして、径が１９ｍｍのＶ溝付きベアリングロールを１０ｍｍ間隔に７個（上側に４個、下側に３個）配し、他を実施例１と同じ条件とした場合も、略同等の直線性が得られた。この場合、断面０°、１４４°、２８８°、７２°、２１６°、０°、１４４°と約７２°ずらせて５方向から略均等に癖が付けられていた。

さらに、整直ロールとして、径が１６ｍｍのＶ溝付きベアリングロールを１１．１１ｍｍ間隔に９個（上側に５個、下側に４個）配し、他を実施例１と同じ条件とした場合も、略同等の直線性が得られた。この場合には、約４０°ずらして９方向から略均等に癖付けされていた。２２．２２ｍｍ間隔も略同一の結果が確認された。

本発明によるスチールワイヤ製造法と装置の概要を示す側面図である。本発明によるスチールワイヤ製造法と装置の概要を示す平面図である。（ａ）は整直ロールの上流でのワイヤの状態を示す側面図、（ｂ）は本発明で得られたワイヤの側面図である。本発明における整直ロールとオーバーツイスタのユニットを示す斜視図である。本発明における整直ロールの部分切欠側面図である。図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。（ａ）は整直ロールでの処理状態を模式的に示す側面図、（ｂ）はワイヤに対するロールの作用位置を示す断面図、（ｃ）は整直ロールを通ったワイヤの残留応力を模式的に示す側面図である。本発明の他の実施態様を示す側面図である。（ａ）はプリフォーマにおけるピン配置と加工状態を示す説明図、（ｂ）はその時のピンの作用点を示す断面図、（ｃ）はワイヤが曲がり癖を有していた場合のプリフォーマ後の状態を示す側面図である。

２引取り手段

３整直ロール
３０上ロール
３１下ロール

４オーバーツイスタ

Claims

「１．０ｍｍ以下の径を持ち、４００ｍｍ長さのアークハイトが５０ｍｍ以下のスチールワイヤを得るにあたり、伸線加工を終えたスチールワイヤを、それぞれが軸線の周りで自転可能な複数の溝付きロールをパスラインを挟んでしかも捻りピッチＰ´（引取り速度を整直ロールの回転数で割った値）との関係で、Ｐ´/２を避けた間隔で配した整直ロールに通しつつ該整直ロールをパスラインを中心軸として回転させ、ワイヤに異なる方向から複数の螺旋状の癖をつけて表面残留応力を断面の円周上で分散させることにより、螺旋形状の干渉で圧縮応力と引張り応力を消しあうことで曲がり癖を３次元的に矯正させ、続いて整直ロールを通過した３次元スパイラル矯正ワイヤをパスラインを挟んで一対のロールの一方に巻きついで他方に巻いてパスラインに戻す経路で導出しつつ、一対のロールをパスラインを中心軸として前記整直ロールの回転方向と逆方向に回転させることにより前記３次元スパイラル矯正ワイヤに捻りを与えて回転性を除去することを特徴とするスチールワイヤの製造法。