JP4678915B2 - Steel filament for reinforcement of rubber articles and method for correcting the same - Google Patents

Steel filament for reinforcement of rubber articles and method for correcting the same Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ゴム物品の補強に供する耐疲労性に優れるスチールフィラメントと、その表面残留応力の矯正方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
車両用タイヤ、コンベアベルトおよびホース等のゴム物品の補強には、スチールフィラメントが撚り合わされたスチールコードを使用するのが、一般的である。このスチールフィラメントをゴム物品に適用するには、フィラメントとゴムとを確実に接着するために、フィラメント周面に真鍮や亜鉛等のめっきを施し、その後ダイスを用いた引き抜き法により、目的の線径まで伸線加工されるが、この引き抜きによりスチールフィラメントの表面に引張り側の残留応力が生じる。
【0003】
一方、車両用タイヤを典型例とするゴム物品は、その使用時に繰り返しの曲げ変形を受けるために、長期の使用による疲労破壊を誘発し易いために、ここに使用される補強材であるスチールフィラメントには、優れた耐疲労性が求められる。しかし、上記のように、伸線後のスチールフィラメントには引張り応力が残留しているために、曲げ変形が繰り返し付与されると、早期に疲労破壊に到る不利があった。
【0004】
ここで、スチールフィラメントの耐疲労性を改良する手段として、スチールフィラメント表面に圧縮側の残留応力を付与することが、提案されている。例えば、 特開平3−113085号公報には、平滑な表面を持ち、且つ長手方向の残留圧縮応力が均一に分散された状態にある全面区域を有し、高張力と組み合わせ大荷重に耐えることが可能な車両用タイヤに関する技術が公開されている。 また、特開平5−104181号公報には、千鳥足状に配置したローラ群に金属線材を通して、伸線された金属線材に圧縮残留応力及び良好な真直性を同時に付与する方法が提案されている。
【0005】
なお、スチールフィラメント表面をショットブラストする方法や、熱処理によって応力を緩和する方法等も提案されている。しかし、ショットブラスト法は、細粒子をスチールフィラメント表面に衝突させるために、細かい砂粒子がフィラメント周面に食い込み残留したり、砂粒によってめっき層に傷がつくことによってゴムとの接着性が損なわれる問題がある。また、熱処理により残留応力を緩和する方法は、表面に施されているめっきが加熱によって酸化し、ゴムとの接着が阻害される問題が有る。従って、従来は、圧縮残留応力を付与するのに、上記の特開平3−113085号公報や特開平5−104181号公報に記載されている、多数の小径ロールを用いて引張り応力下で交互に曲げ加工を施す手法が、一般に用いられていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
かように、スチールフィラメントの表面に圧縮残留応力を付与することにより耐疲労性が向上することは知られているが、このフィラメントの複数本を撚り合わせてスチールコードとして使用する場合に、その撚り工程においてフィラメント表面の残留応力が変化することが、新たに問題となっている。すなわち、スチールコードの撚り方法には、主にチューブラー型およびバンチャー型(ダブルツイスター)の2種類があり、スチールコードに撚られた後のスチールフィラメントの表面残留応力は撚り方法によって異なる形態、つまり圧縮から引張りに転じる場合がある。特に、バンチャー撚りでは、撚りの過程でフィラメントが捻じられながら撚られるために、フィラメントの表面に導入した圧縮側の残留応力が引張り側に変化する傾向は、チューブラー撚りに比べて顕著である。 その結果、スチールフィラメントが本来持っている耐疲労性よりもスチールコード中のスチールフィラメントの耐疲労性は低下することになる。
【0007】
そこで、この発明は、スチールコードに撚り合わせた段階においても優れた耐疲労性を消失することのないスチールフィラメントおよびこのスチールフィラメントを得るためのフィラメントの矯正方法について、提案することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、種々の表面残留応力を付与したフィラメントの試作を重ねて検討を加えた結果、フィラメント表面の残留応力の分布を抑制することが、上記問題点の解消に有効であるのを見出し、この発明を完成するに至った。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明の要旨構成は、次の通りである。
(1) 表面残留応力が圧縮側にあり、かつスチールフィラメントの周上等分少なくとも8か所で測定した前記残留応力の平均値をAとしたときに、各測定点の該残留応力値がA±0.15×Aの範囲にあることを特徴とするスチールフィラメント。
【0011】
(2)上記(1)において、長さ10cmのスチールフィラメントの半周部分をその長手方向にラッカーで被覆してから、濃度50vol%、50℃の硝酸水溶液中でエッチングを施し、このエッチング後にフィラメントの曲がりが最大となった状態の曲がり量を、エッチングされた側にフィラメントが曲がった場合を負およびラッカー被覆側に曲がった場合を正の値としたときの、該曲がり量にて定義される、圧縮残留応力値が、−10mm以下であることを特徴とするスチールフィラメント。
【0012】
(3)上記(1)または(2)において、スチールフィラメントはバンチャー撚線機を用いたコード製造の部材に供することを特徴とするスチールフィラメント。
【0013】
(4)上記(1)ないし(3)において、フィラメント径が0.05〜0.80mmであることを特徴とするスチールフィラメント。
【0014】
(5) 千鳥足状に配置したローラー群にスチールフィラメントを通して各ローラーにスチールフィラメントを順に接触させ、スチールフィラメントの表面に圧縮残留応力を付与するに当り、上記ローラー群にはスチールフィラメントの径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スチールフィラメントの接触域がなす弧に対する中心角を、スチールフィラメント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°以下まで順に漸減した、ローラー群に、スチールフィラメントを通す処理を、該スチールフィラメントの相異なる面に対して、少なくとも4回は施し、該少なくとも4回の処理は、1回目の接触面と2回目の接触面との離間角度θ1を90°、前記1回目及び2回目の接触面と3回目の接触面との離間角度θ2を45°、前記1回目及び2回目の接触面と4回目の接触面との離間角度θ3を45°とすることを特徴とするスチールフィラメントの矯正方法。
【0015】
(6)上記(5)において、スチールフィラメントをローラー群に通す、各回毎に、 スチールフィラメントに加える張力を、該スチールフィラメントの引張強さの1/6以上の範囲で制御することを特徴とするスチールフィラメントの矯正方法。
【0016】
【発明の実施の形態】
さて、スチールフィラメントの耐疲労性は、伸線加工後のフィラメント表面に残留する引張り応力を圧縮側に変化させることによって向上するが、このフィラメントを、コードに撚り合わせた際の加工に起因して、該フィラメントの耐疲労性が再び劣化する。この現象を回避するには、スチールフィラメントの表面残留応力を圧縮側にし、かつ該圧縮残留応力の分布を周方向および長手方向に一様とすることが、肝要である。
【0017】
すなわち、スチールフィラメントの表面に圧縮残留応力を付与するに当り、その圧縮残留応力の分布を長手方向は勿論、周方向で一様にすることが、コード製造時の撚り加工による耐疲労性の劣化を回避するのに、極めて有効である。なぜなら、撚り加工において各フィラメントは任意の方向に曲げられるが、かような外力が加わった際にも、全てのフィラメントが引張り側の残留応力を持たないことが肝要であるからである。つまり、フィラメント表面の圧縮残留応力を周方向で一様にすることによって、どの向きからの外力に対しても、表面残留応力を圧縮側に維持することができるからである。とりわけ、バンチャー撚りでは、捩じりが加わるため、フィラメントにかかる外力の方向は複雑であり、圧縮残留応力を周方向で一様にすることは、極めて重要である。
【0018】
とりわけ、スチールフィラメントの表面の圧縮残留応力の周方向の分布幅を、周上等分少なくとも8か所で測定した残留応力の平均値をAとしたときに、各測定点の残留応力値をA±0.15×A、すなわち0.85A〜1.15Aの範囲にすることが、有利である。すなわち、圧縮残留応力の周方向の分布幅を±0.15×Aの範囲にすることによって、撚り工程において発生する残留応力の変化を、有利に抑制することができる。
【0019】
また、スチールフィラメントには、次の手法によって定量化した表面残留応力を与えることが、好ましい。すなわち、伸線加工後のスチールフィラメントを長さ10cmで切り取り、その表面のめっきを過硫酸アンモニウム水溶液により除去し、次いで、図1に示すように、各フィラメントの半周部分をその長手方向にラッカーで被覆してから、50℃の硝酸水溶液(濃度:50vol %)中でエッチングを施し、このエッチング後にフィラメントの曲がりが最大となったときの曲がり量を表面残留応力値とする。なお、エッチング前にフィラメントが曲がっている場合は、エッチング前後の曲がり量の差を求めて表面残留応力値とする。また、表面残留応力が引張りか圧縮かの判定は、図2に示すように、エッチングされた側にフィラメントが曲がった場合を圧縮、ラッカー被覆側に曲がった場合を引張りとする。そして、以上に従って求めた曲がり量をスチールコードを構成する全フィラメントについて曲がり量を測定し、その測定値を平均したものを、表面残留応力値とする。
【0020】
かように求められるフィラメントの表面残留応力値を−10mm以下にすることが有利である。なぜなら、撚り工程、特にバンチャー撚り工程における、スチールフィラメントの捩じり加工にて、表面残留応力が変化した場合にも、撚り加工前の表面残留応力値を−10mm以下にすることによって上記した分布幅を満足する限り、加工後の表面残留応力は圧縮側にあるから、耐疲労性の改善効果を期待できる。
【0021】
次に、スチールフィラメントの表面残留応力を、引張り側から圧縮側へ移行するとともに、その残留応力分布を一様にするための手段となる、スチールフィラメントの矯正方法について、詳しく述べる。
すなわち、図3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、スチールフィラメントの矯正に供する。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。スチールフィラメント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。
【0022】
ここで、ローラーの径Rは、スチールフィラメントの径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。さらに、千鳥足状をなすローラー群の配置を、図4に示す、各ローラーにおけるスチールフィラメント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。
【0023】
伸線加工後のスチールフィラメントの主に表層に残留した引張り応力は、該スチールフィラメントを上記した式(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。すなわちスチールフィラメントを、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、スチールフィラメント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、スチールフィラメントの有する剛性及びスチールフィラメント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。
【0024】
この巻付け角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のスチールフィラメント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。
【0025】
次に、スチールフィラメントを後段ローラー群に通すに当り、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スチールフィラメント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。
【0026】
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。
【0027】
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5に示すように、スチールフィラメント通過方向における隣り合うローラーの中心軸間距離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Hとを調節すればよい。
【0028】
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、スチールフィラメントの種類、さらには目的とする残留応力値や真直性等に応じて増加又は減少することができる。
【0029】
以上の矯正装置Aを少なくとも4組用いて、図6に示すように、スチールフィラメント3を矯正装置Aに通す処理を、該スチールフィラメントの相異なる面に対して、少なくとも4回は施すことによって、周方向分布の均一な圧縮応力をフィラメントに付与できる。 とくに矯正を4回施す場合は、図7に示すように、互いに45°離間した位置、つまりフィラメント周上の等分8か所でローラー群と接触させることが、好ましい。
【0030】
ここに、スチールフィラメント3をローラー群に4回以上通す際、スチールフィラメント3における各ローラー群と接触する面の順序付けを行うことが、有利である。例えば、図7において、スチールフィラメント3をローラー群に4回通す場合には、I→II→III →IVの順序とし、接触面Iと同IIとの間の離間角度θ1 を90°、接触面IおよびIIのそれぞれと同III との間の離間角度θ2 を45°、そして接触面IおよびIIのそれぞれと同IVとの間の離間角度θ3 を45°とする。つまり、接触面を選定する際、既に矯正した全ての接触面との間で離間角度が最大となる面を選択すればよい。
【0031】
さらに、スチールフィラメントの周方向に均一な圧縮応力を付与するために、該フィラメントに曲げ加工を施す際の張力を制御することが重要である。この発明では、1本のフィラメントに対して少なくとも4回の曲げ加工を施す必要があるが、その際、フィラメントに加える張力は各回の間でばらつきを極力少なくする必要がある。そこで、例えば図8に示すように、最終ダイス5を通過したスチールフィラメント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に巻き付け、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でのスチールフィラメントの張力とすることができる。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からフィラメントの引張り強さまでの制御が可能である。なお、図8における符号7はガイドローラーである。そして、この図8に示したキャプスタン6からガイドローラー7までの工程を、引き続く3組の矯正装置においても同様に再現することによって、4回の曲げ加工を同じ張力下で行うことができる。
【0032】
なお、スチールフィラメントに付与する張力は、該フィラメントの引張り強さの1/6以上であることが好ましい。なぜなら、張力が1/6未満になると、フィラメント表面に加わる塑性変形量が小さくなって、所期する表面圧縮残留応力を付与することが困難になる、おそれがあるからである。
【0033】
【実施例】
図3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0.24mm径に伸線加工したスチールフィラメント(C: 0.8wt%)に圧縮応力を付与する処理を行った。なお、3つのローラーによる前段ローラー群1および7つのローラーによる後段ローラー群2のローラー径は15mm、前段ローラー群1における巻付け角αは60°、後段ローラー群2における巻付け角αは60°から漸減し最終巻き付け角が1°となるように設定した。また、フィラメントの付加張力は35Nおよびフィラメント通過速度は550mm /min とした。
【0034】
上記の処理を、表1に示す3種の条件に従ってフィラメントの表面に付与する残留応力を調整した。表1における残留応力値は、上述した図1および2に示したところに則って測定した値である。なお、表1に示す条件1〜3の残留応力値を得るための具体的処理は、次の通りである。すなわち、
〔条件1〕:圧縮残留応力の付与処理を行わない。従って、フィラメントの全周に引張り応力が残留(比較例)。
〔条件2〕:2組の矯正装置を用いて、図7における接触面IおよびIIをローラー群に通して、圧縮応力付与処理を2方向のみで行った。また、フィラメントの張力制御は前段の矯正装置に図8の装置を適用し、前段の矯正装置のみで行った。従って、残留応力は不均一(比較例)。
〔条件3〕:4組の矯正装置を用いて、図7における接触面I〜IVをローラー群に通して、圧縮応力付与処理を4方向で行った。また、フィラメントの張力制御は、全ての矯正装置に図8の装置を適用して行った。従って、フィラメントの周方向に均一に圧縮応力が付与された。
【0035】
なお、図7に示した、ローラーを対向配置したローラー群を用いて圧縮残留応力を付与する場合、残留応力値はフィラメント周上180 °離間した位置で対称となる。従って、条件3では、フィラメント周上180 °離間した位置間でほぼ同じ残留応力値を示すから、フィラメント周上4か所(I,II,III およびIV)の測定でフィラメント周上の8か所での残留応力値が測定されることになる。
【0036】
【表1】

Figure 0004678915
【0037】
次いで、フィラメントに15Nの張力下で図9に示すようにピッチが15mmになる捻りを導入した。その後、捻じり回転曲げ疲労試験機により疲労牲の比較試験を行った。その試験結果を、表2に示す。
【0038】
ここで、捩じり回転曲げ疲労試験は、15mmのピッチで捻られたスチールフィラメントを曲げ半径25mmの下に回転速度3000RPM で回転させてスチールフィラメントが切断するまでの回転数を測定した。この測定は、表1に示した各条件宛5本のフィラメントを用意して行い、その5本の平均値を求めて、条件1の平均値を1としたときの指数にて、表2に表示した。該指数が大きいほど、耐疲労性に優れていることを示す。
【0039】
【表2】
Figure 0004678915
【0040】
表2から、周方向に均一な表面残留応力処理を行ったスチールフィラメントは、周方向に均一な圧縮残留応力分布が得られ、比較例よりも格段に疲労寿命が伸びることがわかる。
【0041】
【発明の効果】
この発明のスチールフィラメントは、撚り加工を経たコードにおいても疲労性の低下が極めて少ないため、この発明によってゴム物品の補強材に最適の素材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 フィラメントの表面残留応力の測定要領を示す模式図である。
【図2】 フィラメントの表面残留応力の測定要領を示す模式図である。
【図3】 この発明で用いる矯正装置を示す模式図である。
【図4】 ローラー群へのスチールフィラメントの巻付けを示す図である。
【図5】 ローラーの配置を示す図である。
【図6】 矯正装置の組み合わせを説明する模式図である。
【図7】 スチールフィラメントにおけるローラー群との接触面を示す図である。
【図8】 スチールフィラメントに張力を付与する手段を示す図である。
【図9】 スチールフィラメントに付与する捩じりを示す図である。
【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 スチールフィラメント
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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a steel filament excellent in fatigue resistance used for reinforcing rubber articles and a method for correcting the surface residual stress.
[0002]
[Prior art]
For reinforcing rubber articles such as vehicle tires, conveyor belts and hoses, it is common to use steel cords in which steel filaments are twisted together. In order to apply this steel filament to rubber articles, in order to securely bond the filament and rubber, the peripheral surface of the filament is plated with brass, zinc, etc., and then the target wire diameter is drawn by a drawing method using a die. However, the drawing causes a tensile-side residual stress on the surface of the steel filament.
[0003]
On the other hand, rubber articles, typically vehicle tires, are subject to repeated bending deformation during their use, and are therefore prone to fatigue failure due to long-term use. Is required to have excellent fatigue resistance. However, as described above, since the tensile stress remains in the steel filament after drawing, there is a disadvantage in that fatigue fracture occurs at an early stage when bending deformation is repeatedly applied.
[0004]
Here, as a means for improving the fatigue resistance of the steel filament, it has been proposed to apply a compressive residual stress to the surface of the steel filament. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-113085 has a whole surface area having a smooth surface and in which the residual compressive stress in the longitudinal direction is uniformly dispersed, and can withstand high loads in combination with high tension. Technologies related to possible vehicle tires are disclosed. Japanese Laid-Open Patent Publication No. 5-104181 proposes a method of simultaneously applying compressive residual stress and good straightness to a drawn metal wire through a metal wire through a group of rollers arranged in a staggered pattern.
[0005]
In addition, a method of shot blasting the steel filament surface, a method of relaxing stress by heat treatment, and the like have been proposed. However, in the shot blast method, fine particles collide with the surface of the steel filament, so that fine sand particles bite into the periphery of the filament and remain, or the plating layer is damaged by the sand particles, so that adhesion to rubber is impaired. There's a problem. Moreover, the method of relieving the residual stress by heat treatment has a problem that the plating applied to the surface is oxidized by heating and the adhesion to rubber is hindered. Therefore, conventionally, in order to apply compressive residual stress, a large number of small-diameter rolls described in Japanese Patent Laid-Open Nos. 3-113085 and 5-104181 are used alternately under tensile stress. A method of bending is generally used.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, it is known that fatigue resistance is improved by applying compressive residual stress to the surface of the steel filament. However, when a plurality of filaments are twisted and used as a steel cord, the twist A change in residual stress on the filament surface during the process is a new problem. That is, there are mainly two types of twisting methods for steel cords, tubular type and buncher type (double twister), and the surface residual stress of the steel filament after being twisted on the steel cord differs depending on the twisting method, It may turn from compression to tension. In particular, in buncher twisting, the filament is twisted while being twisted, so that the tendency of the residual stress on the compression side introduced to the surface of the filament to change to the tension side is more remarkable than tubular twisting. As a result, the fatigue resistance of the steel filament in the steel cord is lower than the fatigue resistance inherent in the steel filament.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to propose a steel filament that does not lose excellent fatigue resistance even when it is twisted on a steel cord, and a method for correcting the filament to obtain the steel filament.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
As a result of repeated examinations of filaments with various surface residual stresses, the inventors have found that suppressing the residual stress distribution on the filament surface is effective in solving the above problems. The present invention has been completed.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The gist configuration of the present invention is as follows.
(1) When the surface residual stress is on the compression side and the average value of the residual stress measured at least 8 locations on the circumference of the steel filament is A, the residual stress value at each measurement point is A Steel filament characterized by being in the range of ± 0.15 × A.
[0011]
(2) In (1) above , a 10 cm long steel filament is coated with a lacquer in the longitudinal direction, and then etched in an aqueous nitric acid solution having a concentration of 50 vol% and 50 ° C. After this etching, the filament The amount of bending in the state where the bending is maximized is defined by the amount of bending when the filament is bent on the etched side is negative and the case of bending on the lacquer coating side is positive. A steel filament having a compressive residual stress value of -10 mm or less.
[0012]
(3) The steel filament according to the above (1) or (2), wherein the steel filament is used for a member for cord production using a buncher twisting machine.
[0013]
(4) The steel filament according to any of (1) to (3) above, wherein the filament diameter is 0.05 to 0.80 mm.
[0014]
(5) In order to apply a compressive residual stress to the surface of the steel filament by passing the steel filament through the roller group arranged in a staggered pattern, the steel filament is in contact with each roller in turn, the roller group has a diameter d of the steel filament. Using a roller with a diameter R satisfying the relationship d / 2R <0.015, the central angle with respect to the arc formed by the contact area of the steel filament in each roller is 50 ° or more in the group of at least two front rollers from the entrance side of the steel filament. In the at least five subsequent roller groups following the preceding roller group, the steel filaments are passed through the roller groups that have been gradually reduced from the angle of the previous roller group to 3 ° or less in order of the different surfaces of the steel filaments. in contrast, it applied at least four times, said at least four times the processing, The separation angle θ1 between the first contact surface and the second contact surface is 90 °, the separation angle θ2 between the first contact surface and the second contact surface and the third contact surface is 45 °, and the first and second times. A method for correcting a steel filament, wherein a separation angle θ3 between the contact surface and the fourth contact surface is 45 ° .
[0015]
(6) In the above (5) , the steel filament is passed through a group of rollers, and each time, the tension applied to the steel filament is controlled within a range of 1/6 or more of the tensile strength of the steel filament. Steel filament correction method.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Now, the fatigue resistance of steel filaments is improved by changing the tensile stress remaining on the filament surface after drawing to the compression side, but this filament is caused by processing when it is twisted into the cord. The fatigue resistance of the filament deteriorates again. In order to avoid this phenomenon, it is important to make the surface residual stress of the steel filament on the compression side and make the distribution of the compressive residual stress uniform in the circumferential direction and the longitudinal direction.
[0017]
In other words, when compressive residual stress is applied to the surface of the steel filament, the distribution of the compressive residual stress should be uniform not only in the longitudinal direction but also in the circumferential direction. It is extremely effective in avoiding this. This is because, in twisting, each filament is bent in an arbitrary direction, but even when such an external force is applied, it is important that all filaments have no residual stress on the tension side. That is, by making the compressive residual stress on the filament surface uniform in the circumferential direction, the surface residual stress can be maintained on the compression side against an external force from any direction. In particular, in buncher twisting, twisting is applied, so the direction of external force applied to the filament is complicated, and it is extremely important to make the compressive residual stress uniform in the circumferential direction.
[0018]
In particular, when the distribution width in the circumferential direction of the compressive residual stress on the surface of the steel filament is defined as A, the residual stress value at each measurement point is A It is advantageous to have a range of ± 0.15 × A, ie 0.85A to 1.15A. That is, by setting the circumferential distribution width of the compressive residual stress within a range of ± 0.15 × A, it is possible to advantageously suppress the change in the residual stress generated in the twisting process.
[0019]
Moreover, it is preferable to give the surface residual stress quantified to the steel filament by the following method. That is, the steel filament after wire drawing is cut to a length of 10 cm, the plating on the surface is removed with an aqueous solution of ammonium persulfate, and then the half circumference of each filament is covered with lacquer in the longitudinal direction as shown in FIG. Then, etching is performed in a 50 ° C. nitric acid aqueous solution (concentration: 50 vol%), and the amount of bending when the bending of the filament becomes the maximum after this etching is defined as the surface residual stress value. If the filament is bent before the etching, the difference in the amount of bending before and after the etching is obtained as the surface residual stress value. Further, as shown in FIG. 2, the determination of whether the surface residual stress is tension or compression is compression when the filament is bent on the etched side and tension when the filament is bent on the lacquer coating side. And the amount of bending calculated | required according to the above was measured about all the filaments which comprise a steel cord, and what averaged the measured value is made into a surface residual stress value.
[0020]
It is advantageous that the surface residual stress value of the filament thus determined is -10 mm or less. Because, even when the surface residual stress changes in the twisting process of the steel filament in the twisting process, especially the buncher twisting process, the distribution described above is made by setting the surface residual stress value before twisting to -10 mm or less. As long as the width is satisfied, since the surface residual stress after processing is on the compression side, an effect of improving fatigue resistance can be expected.
[0021]
Next, a method for correcting the steel filament, which is a means for making the surface residual stress of the steel filament shift from the tension side to the compression side and making the residual stress distribution uniform, will be described in detail.
That is, FIG. 3 shows a correction apparatus A that is directly used in the method of the present invention. This straightening device A is installed between the final die of the wire drawing device and the winding device, and is used for straightening the steel filament. The straightening device A is composed of a front roller group 1 composed of rollers 1a to 1c arranged in a staggered pattern, and a rear roller group 2 composed of rollers 2a to 2g arranged in a staggered pattern in the same manner. Then, after compressive stress is applied by the front roller group 1, straightness is added by the rear roller group 2. The steel filament 3 is first introduced into the front roller group 1 and then the rear roller group 2 through the guide roller 4 on the entry side, and is formed in a V-shaped cross section formed on the peripheral surface of each roller of the front roller group 1 and the rear roller group 2. Guided by the shaped groove, correction is made through the front roller group 1 and the rear roller group 2 under the contact with each roller.
[0022]
Here, the diameter R of the roller is d / 2R <0.015 with respect to the diameter d of the steel filament.
It is important to satisfy this relationship. Furthermore, it is important to set the arrangement of the staggered roller group based on a central angle (hereinafter referred to as a winding angle) α with respect to an arc formed by the contact area of the steel filament in each roller shown in FIG. That is, in the first stage roller group 1, the arrangement of each roller is set so that the winding angle α is 50 ° or more, while in the second stage roller group 2, the winding angle α is set to gradually decrease toward the exit side of the wire. The winding angle α of the rollers 2a to 2g of the rear roller group 2 is gradually decreased to 3 ° or less toward the exit side of the roller group 2, but the reduction width may be equal or arbitrary. May be.
[0023]
The tensile stress remaining mainly on the surface layer of the steel filament after wire drawing is compressed by passing the steel filament through a group of pre-stage rollers consisting of rollers having a diameter according to the above formula (1) at an angle of α: 50 ° or more. It can be eliminated by applying stress. That is, by bringing the steel filament into contact with a roller having a diameter according to the above formula (1) at a winding angle α: 50 ° or more, the surface of the steel filament is subjected to bending strain up to the plastic region of tension, and then brought into a natural state. Opening can give compressive strain. The reason for limiting the winding angle to 50 ° or more is that if the rigidity of the steel filament and the passing speed of the steel filament are very high, the roller diameter is less than 50 ° because of its inertial force. This is because it is impossible to give a bending strain proportional to.
[0024]
A large compressive stress can be applied by setting the winding angle α to 50 ° or more, more preferably 60 ° or more. However, even if the winding angle α exceeds 70 °, the compressive stress does not increase. In addition, in order to expect the above action, at least two rollers are required. However, if the number of rollers exceeds five, an increase in effect cannot be expected, and a large facility is required, resulting in a disadvantage in cost. It is preferable that Furthermore, it is possible to apply a large compressive stress by reducing the roller diameter. However, if the roller diameter becomes extremely small, the roller rotation speed increases and the life of the roller decreases, so steel filaments with a diameter of 0.10 to 0.80 mm are processed. In this case, the roller diameter is preferably in the range of 6.7 to 53.3 mm.
[0025]
Next, when passing the steel filament through the rear roller group, the winding angle α at each roller is gradually decreased to 3 ° or less toward the outlet side, thereby imparting high straightness. That is, after bending the steel filaments having different straightness with a large curvature at the entrance rollers of the first roller group 1 and the second roller group 2, the winding angle of the second roller group 2 around the plurality of rollers is gradually reduced. By gradually reducing the bending distortion, correction that gives high straightness can be divided and gradually performed.
[0026]
In order to expect the above action, at least 5, more preferably 7 or more rollers are required. However, about 10 rollers are advantageous for achieving both straightness and roller durability. is there. Further, if the winding angle α at the final roller exceeds 3 °, the desired straightness cannot be obtained by the final bending process, so the angle is set to 3 ° or less.
[0027]
Further, the winding angle α can be adjusted by the positional relationship between the adjacent rollers. Specifically, as shown in FIG. 5, the distance P between the central axes of the adjacent rollers in the steel filament passing direction and the above passing direction. What is necessary is just to adjust the distance H between the central axes of the adjacent rollers in the direction orthogonal to.
[0028]
In the illustrated example, the number of rollers in the first roller group 1 is three and the number of rollers in the second roller group 2 is seven. However, depending on the type of steel filament and the desired residual stress value, straightness, etc. It can be increased or decreased.
[0029]
By using at least four sets of the above-described straightening devices A, as shown in FIG. 6, the process of passing the steel filament 3 through the straightening device A is performed at least four times on different surfaces of the steel filaments, A uniform compressive stress with a circumferential distribution can be applied to the filament. In particular, when correction is performed four times, as shown in FIG. 7, it is preferable to contact the roller group at positions separated from each other by 45 °, that is, at eight equal parts on the periphery of the filament.
[0030]
Here, when passing the steel filament 3 through the roller group four or more times, it is advantageous to order the surfaces of the steel filament 3 that come into contact with each roller group. For example, in FIG. 7, when the steel filament 3 is passed through the roller group four times, the order is I → II → III → IV, the separation angle θ 1 between the contact surfaces I and II is 90 °, and the contact is made. The separation angle θ 2 between each of the surfaces I and II and III is 45 °, and the separation angle θ 3 between each of the contact surfaces I and II and IV is 45 °. That is, when selecting the contact surface, it is only necessary to select a surface having a maximum separation angle with all the contact surfaces already corrected.
[0031]
Furthermore, in order to give a uniform compressive stress in the circumferential direction of the steel filament, it is important to control the tension at the time of bending the filament. In this invention, it is necessary to bend at least four times with respect to one filament. At that time, the tension applied to the filament needs to be reduced as little as possible. Therefore, for example, as shown in FIG. 8, the steel filament 3 that has passed through the final die 5 is immediately guided to the correction device A and then wound around the capstan 6, and the pulling force from the die 5 is applied by the capstan 6. Thus, the pulling force can be used as the tension of the steel filament in the straightening device A as it is. This pulling force can be controlled from 0 to the tensile strength of the filament by adjusting the processing area reduction rate in the final die. In addition, the code | symbol 7 in FIG. 8 is a guide roller. Then, the steps from the capstan 6 to the guide roller 7 shown in FIG. 8 are similarly reproduced in the subsequent three sets of correction devices, whereby four bending operations can be performed under the same tension.
[0032]
In addition, it is preferable that the tension | tensile_strength provided to a steel filament is 1/6 or more of the tensile strength of this filament. This is because if the tension is less than 1/6, the amount of plastic deformation applied to the filament surface becomes small, and it may be difficult to impart the desired surface compressive residual stress.
[0033]
【Example】
Using the straightening device shown in FIG. 3, the steel filament (C: 0.8 wt%) which was drawn to a diameter of 0.24 mm through a plurality of dies after the heat treatment was applied with compressive stress. The roller diameter of the first roller group 1 with three rollers and the second roller group 2 with seven rollers is 15 mm, the winding angle α in the first roller group 1 is 60 °, and the winding angle α in the second roller group 2 is 60 °. The final wrapping angle was set to 1 °. The additional tension of the filament was 35 N, and the filament passage speed was 550 mm / min.
[0034]
The residual stress applied to the surface of the filament was adjusted according to the three conditions shown in Table 1 as described above. The residual stress values in Table 1 are values measured in accordance with the places shown in FIGS. 1 and 2 described above. In addition, the specific process for obtaining the residual stress value of the conditions 1-3 shown in Table 1 is as follows. That is,
[Condition 1]: The compressive residual stress is not applied. Therefore, tensile stress remains on the entire circumference of the filament (comparative example).
[Condition 2]: Using two sets of correction devices, the contact surfaces I and II in FIG. 7 were passed through the roller group, and the compressive stress application treatment was performed only in two directions. Further, the filament tension was controlled by applying the apparatus shown in FIG. 8 to the preceding straightening device and using only the preceding straightening device. Therefore, the residual stress is not uniform (comparative example).
[Condition 3]: Using four sets of correction devices, the contact surfaces I to IV in FIG. 7 were passed through the roller group, and the compressive stress application treatment was performed in four directions. The filament tension control was performed by applying the apparatus shown in FIG. 8 to all the correction apparatuses. Therefore, a compressive stress was uniformly applied in the circumferential direction of the filament.
[0035]
In addition, when compressive residual stress is applied using the roller group shown in FIG. 7 in which the rollers are arranged to face each other, the residual stress value is symmetric at a position 180 ° apart on the circumference of the filament. Therefore, in condition 3, since the residual stress values are almost the same between the positions 180 ° apart on the filament circumference, 8 places on the filament circumference are measured by measuring 4 places (I, II, III and IV) on the filament circumference. The residual stress value at is measured.
[0036]
[Table 1]
Figure 0004678915
[0037]
Next, a twist with a pitch of 15 mm was introduced into the filament under a tension of 15 N as shown in FIG. Thereafter, a fatigue comparison test was performed using a torsional rotating bending fatigue tester. The test results are shown in Table 2.
[0038]
Here, in the torsional rotational bending fatigue test, the number of revolutions until the steel filament was cut by rotating a steel filament twisted at a pitch of 15 mm at a rotational speed of 3000 RPM under a bending radius of 25 mm was measured. This measurement is performed by preparing five filaments for each condition shown in Table 1, obtaining an average value of the five filaments, and using an index when the average value of Condition 1 is 1, Table 2 displayed. It shows that it is excellent in fatigue resistance, so that this index | exponent is large.
[0039]
[Table 2]
Figure 0004678915
[0040]
From Table 2, it can be seen that the steel filament that has been subjected to the uniform surface residual stress treatment in the circumferential direction has a uniform compressive residual stress distribution in the circumferential direction and has a significantly longer fatigue life than the comparative example.
[0041]
【The invention's effect】
Since the steel filament of the present invention has very little deterioration in fatigue even in a cord that has undergone twist processing, the present invention can provide an optimal material for the reinforcing material of rubber articles.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing a procedure for measuring the surface residual stress of a filament.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a procedure for measuring the surface residual stress of a filament.
FIG. 3 is a schematic view showing a correction device used in the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing winding of a steel filament around a group of rollers.
FIG. 5 is a diagram showing the arrangement of rollers.
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a combination of correction devices.
FIG. 7 is a view showing a contact surface of a steel filament with a group of rollers.
FIG. 8 is a view showing a means for applying tension to a steel filament.
FIG. 9 is a diagram showing twist applied to a steel filament.
[Explanation of symbols]
1 Front roller group
1a roller
1b roller
1c Roller 2 Rear roller group
2a roller
2b roller
2c roller
2d roller
2e roller
2f roller
2g Roller 3 Steel filament 4 Guide roller 5 Final die 6 Capstan 7 Guide roller

Claims (6)

表面残留応力が圧縮側にあり、かつスチールフィラメントの周上等分少なくとも8か所で測定した前記残留応力の平均値をAとしたときに、各測定点の該残留応力値がA±0.15×Aの範囲にあることを特徴とするスチールフィラメント。When the surface residual stress is on the compression side and the average value of the residual stress measured at least 8 locations on the circumference of the steel filament is A, the residual stress value at each measurement point is A ± 0.15 × A steel filament characterized by being in the range of A. 請求項において、長さ10cmのスチールフィラメントの半周部分をその長手方向にラッカーで被覆してから、濃度50vol%、50℃の硝酸水溶液中でエッチングを施し、このエッチング後にフィラメントの曲がりが最大となった状態の曲がり量を、エッチングされた側にフィラメントが曲がった場合を負およびラッカー被覆側に曲がった場合を正の値としたときの、該曲がり量にて定義される、圧縮残留応力値が、−10mm以下であることを特徴とするスチールフィラメント。In claim 1 , a steel filament having a length of 10 cm is covered with a lacquer in the longitudinal direction, and then etched in an aqueous nitric acid solution having a concentration of 50 vol% and 50 ° C. After this etching, the bending of the filament is maximum. Compressive residual stress value defined by the amount of bending when the amount of bending is negative when the filament is bent on the etched side and positive when the filament is bent on the lacquer coating side Is a steel filament characterized by being -10 mm or less. 請求項1または2において、スチールフィラメントはバンチャー撚線機を用いたコード製造の部材に供することを特徴とするスチールフィラメント。The steel filament according to claim 1 or 2, wherein the steel filament is used for a member for cord production using a buncher twisting machine. 請求項1ないし3のいずれかにおいて、フィラメント径が0.05〜0.80mmであることを特徴とするスチールフィラメント。The steel filament according to any one of claims 1 to 3 , wherein a filament diameter is 0.05 to 0.80 mm. 千鳥足状に配置したローラー群にスチールフィラメントを通して各ローラーにスチールフィラメントを順に接触させ、スチールフィラメントの表面に圧縮残留応力を付与するに当り、上記ローラー群にはスチールフィラメントの径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スチールフィラメントの接触域がなす弧に対する中心角を、スチールフィラメント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°以下まで順に漸減した、ローラー群に、スチールフィラメントを通す処理を、該スチールフィラメントの相異なる面に対して、少なくとも4回は施し、該少なくとも4回の処理は、1回目の接触面と2回目の接触面との離間角度θ1を90°、前記1回目及び2回目の接触面と3回目の接触面との離間角度θ2を45°、前記1回目及び2回目の接触面と4回目の接触面との離間角度θ3を45°とすることを特徴とするスチールフィラメントの矯正方法。In order to apply a compressive residual stress to the surface of the steel filament by bringing the steel filament through the steel filament through the group of rollers arranged in a staggered pattern and sequentially contacting each roller with the steel filament, d / 2R with respect to the diameter d of the steel filament. <Roller with diameter R satisfying the relationship of 0.015 is used, and the central angle with respect to the arc formed by the contact area of the steel filament in each roller is set to 50 ° or more in the group of at least two front rollers from the entry side of the steel filament. In at least 5 subsequent roller groups following the previous roller group, the steel filaments were passed through the roller groups, which were gradually reduced from the angle of the previous roller group to 3 ° or less, with respect to different surfaces of the steel filaments, alms at least four times, said at least four times of treatment, 1 The separation angle θ1 between the eye contact surface and the second contact surface is 90 °, the separation angle θ2 between the first contact surface and the second contact surface and the third contact surface is 45 °, and the first and second times. A method for correcting a steel filament, wherein a separation angle θ3 between the contact surface and the fourth contact surface is 45 ° . 請求項において、スチールフィラメントをローラー群に通す、各回毎に、 スチールフィラメントに加える張力を、該スチールフィラメントの引張強さの1/6以上の範囲で制御することを特徴とするスチールフィラメントの矯正方法。6. The straightening of a steel filament according to claim 5 , wherein the tension applied to the steel filament is controlled within a range of 1/6 or more of the tensile strength of the steel filament each time the steel filament is passed through the roller group. Method.
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