JP5474514B2

JP5474514B2 - 螺旋状鋼線、螺旋状鋼線の製造方法及び螺旋型付け回転装置

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Description

本発明は、ブラスめっき鋼線を螺旋状に型付けして形成された耐腐食疲労性に優れた螺旋状鋼線、螺旋状鋼線の製造方法及び螺旋型付け回転装置に関する。

従来よりスチールコードは、ゴム物品の補強材として広く使用されている。例えば、タイヤに用いられるスチールコードは、スチールコードの断面の耐荷重を大きくするとともに耐疲労性を得るために、ブラスめっきが施された鋼線、すなわちブラスめっき鋼線を素線（フィラメント）として束ねて形成している。
このようなスチールコードにおいて、スチールコードの内部の素線がゴムに被覆されない構造の場合には、スチールコード表面に達する傷をタイヤに生じた場合には、傷口から水分が浸透してスチールコードの延長方向に水分が伝播してゴムに被覆されていないスチールコードの素線に錆が生じて、スチールコードの強力やゴム部材との接着性の低下を招き、スチールコードによる補強効果が損なわれてしまうことが知られており、スチールコードを構成するブラスめっき鋼線の耐食性や耐疲労性を向上させる方法が提案されている。

例えば、ブラスめっき鋼線の強度を高める方法として、伸線装置によりブラスめっき鋼線を所定の線径に伸線するときに、伸線装置の最終引抜ダイスによるブラスめっき鋼線の減面率を大きく設定することで強度を高めることができるが、この場合、任意の断面において図４に示すような残留応力分布となり、ブラスめっき鋼線の表面層には引張残留応力が発生してしまい、最終引抜ダイスでの減面率が大きい程表層部における引張残留応力も大きくなるため、この表面層では微細なクラック等が生じやすく、クラックの発生により耐腐食性が低下することが一般的に知られている。

一方、特許文献１に示すように、螺旋状に型付けが施された螺旋状鋼線１０ｄを複数本束ねてスチールコードを得る方法が知られている。湿式伸線加工から矯正加工を経た後のブラスめっき鋼線１０ｃを螺旋状に型付け成型するには、例えば、図５（ａ）に示すような、ブラスめっき鋼線１０ｃの矢印Ｑの牽引方向並びに千鳥状に配置された複数の円柱状の成型ピン５１と、この成型ピン５１が植設された回転体５２を備える螺旋型付け回転装置５０により成型される。なお、矢印Ｑ方向に牽引する力は、ブラスめっき鋼線１０ｃを回転体５２で成型後に、巻き取るための巻き取り手段により発生される。
回転体５２は、螺旋型付け回転装置５０において、ブラスめっき鋼線１０ｃが牽引されるＱ方向と回転中心軸Ｐが平行となるように配置され、この回転体５２の外周面に、牽引方向に植設される複数の成型ピン５１より成る成型部５３を複数備える。
この螺旋型付け回転装置５０によれば、ブラスめっき鋼線１０ｃを回転体５２の成型ピン５１に蛇行状に掛けるとともに、矢印Ｑ方向に牽引しつつ回転体５２を回転中心軸Ｐを中心として回転させることにより、ブラスめっき鋼線１０ｃを螺旋状に塑性変形させて螺旋状鋼線１０ｄに成型することができる。
なお、各成型部は回転体５２の周方向に複数箇所設けられ、それぞれに別々のブラスめっき鋼線１０ｃを同様にピン掛けして同時に引き出すことで束状の鋼線も成型することができる。
しかしながら、前記方法により成型された螺旋状鋼線１０ｄは、図５（ｂ）に示すように、螺旋内側１０Ａの表面層には大きな引張残留応力が発生し、螺旋外側１０Ｂの表面層には、圧縮残留応力が生じている。これは、複数の成型ピン５１に蛇行状に掛けられて型付けされるブラスめっき鋼線１０ｃがＱ方向に牽引されるときに、成型ピン５１の表面と接触するブラスめっき鋼線１０ｃの螺旋内側１０Ａが接触して擦れ、このときに生じる摩擦抵抗力によって螺旋内側１０Ａの表層部に引張残留応力が発生してしまうからである。
このように、表層部に残留引張応力が生じている螺旋状鋼線１０ｄが腐食環境下にさらされた場合には、最大引張残留応力が生じている螺旋内側１０Ａ部分より疲労が進展して腐食の要因となり、耐腐食疲労性を低下させてしまうおそれがある。

また、伸線後のブラスめっき鋼線の引張残留応力を低減する方法としては、特許文献２に示すように、ブラスめっき鋼線に圧縮空気を用いた空気投射式のショットピーニング処理を行う方法が知られている。
また、特許文献３には、伸線されたブラスめっき鋼線を複数本撚り合わせてスチールコードを作製した後、このスチールコードを千鳥状に配置された複数のローラを備えた矯正装置に通して、前記撚り合わされたブラスめっき鋼線の残留応力及び真直性を改善する方法や、特許文献４には、スチールコードを撚り合わせる工程で、張力負荷装置を設け、千鳥状に配置された複数のローラにより曲げ加工を与えてブラスめっき鋼線の表層部に残留応力を与えて表層部の残留応力を制御する方法などが提案されている。

しかしながら、前記伸線後のブラスめっき鋼線にショットピーニング処理を行う方法では、伸線後のブラスめっき鋼線の引張残留応力は低減できるが、螺旋状に型付けされたブラスめっき鋼線の螺旋内側の表層部には依然として引張応力が残るため、耐腐食疲労性を改善することが困難であった。
また、スチールコードを作製した後に矯正装置に通す方法では、ブラスめっき鋼線に傷が入りやすいだけでなく、各ブラスめっき鋼線に残留応力を均一に付与できないといった問題点があった。

特開２００６−２２５８０１号公報特開平７−３０８７０７号公報特開平１０−３２５０８８号公報特開平１０−１２９２１１号公報

本発明は、前記課題を解決するため、ブラスめっき鋼線を螺旋状に型付けして形成された耐腐食疲労性に優れた螺旋状鋼線、螺旋状鋼線の製造方法及び螺旋型付け回転装置を提供する。

本発明の第１の形態として、一方から他方に牽引され、かつ、直線状に延長するブラスめっき鋼線を螺旋状鋼線に成型する螺旋型付け回転装置であって、回転中心軸がブラスめっき鋼線の牽引方向と平行に設定される回転体と、当該回転体の外周面に、牽引方向並びに植設されて、ブラスめっき鋼線が蛇行するように掛けられる複数の成型ピンより成る成型部とを備え、複数の成型ピンはそれぞれ牽引方向に回転し、螺旋状鋼線の表層部周方向の残留応力量を圧縮応力にするようにした。
本発明によれば、螺旋型付け回転装置の複数の成型ピンが牽引方向に回転自在に設けられているので、この複数の成型ピンに蛇行するように掛けられたブラスめっき鋼線が牽引されたときに、成型ピンとブラスめっき鋼線との間に生じる抵抗力が小さいので、螺旋型付け回転装置により成型された螺旋状鋼線は、表層部の１周において周方向の残留応力量が圧縮応力となり、残留引張応力が生じていないので耐腐食疲労性を向上させることができる。

本発明の第２の形態として、各成型部の成型ピンが牽引方向に千鳥状に設けられるようにした。
本発明によれば、直線状に延長するブラスめっき鋼線を螺旋状鋼線に成型するときに、千鳥状に配置された成型ピンに掛けられたブラスめっき鋼線を蛇行するように成型できる。

本発明の第３の形態として、ブラスめっきされた炭素含有量が０．７０重量％以上の高炭素鋼線を湿式伸線加工して直径φ０．１０ｍｍ〜０．６０ｍｍのブラスめっき鋼線に伸線し、当該ブラスめっき鋼線を牽引して螺旋状に成型する螺旋状鋼線の製造方法であって、牽引方向に千鳥状に植設され、牽引方向に回転する複数の成型ピンを外周面に備え、回転中心軸が牽引方向と平行に設定される螺旋型付け回転体の複数の成型ピンにブラスめっき鋼線を蛇行するように掛けて、ブラスめっき鋼線を牽引しつつ螺旋型付け回転体を回転させて螺旋状鋼線の表層部周方向の残留応力量を圧縮応力にするようにした。
本発明によれば、螺旋型付け回転装置の複数の成型ピンが牽引方向に回転自在に設けられているので、この複数の成型ピンに蛇行するように掛けられたブラスめっき鋼線が牽引されたときに、成型ピンとブラスめっき鋼線との間に生じる摩擦抵抗力を小さくできるので、螺旋型付け回転装置により成型された螺旋状鋼線は、表層部の１周において周方向の残留応力量が圧縮応力となり、残留引張応力が生じていないので耐腐食疲労性を向上させることができる。

本発明の第４の形態として、湿式伸線加工後のブラスめっき鋼線を千鳥状に配置された複数のローラ群を備えた矯正装置に直接入線させてローラ間を通過させた後に螺旋状の型付けを施すようにした。
本発明によれば、伸線加工工程を経たブラスめっき鋼線で大きな張力を負荷し、当該ブラスめっき鋼線の表層部に大きな圧縮応力を得てから、螺旋状の型付け工程で、型付け回転体に植設された成型ピンを回転させつつブラスめっき鋼線を型付けすることで、表層部を大きな圧縮応力状態で維持できる。

本発明の第７の形態として、炭素含有量が０．７０重量％以上の高炭素鋼線であり、表面にブラスめっきを有し、直径φ０．１０ｍｍ〜０．６０ｍｍ、かつ、破断強力Ｔｓが３０００ＭＰａ以上であり、螺旋状に型付けされた螺旋状鋼線において、表層部周方向の圧縮残留応力量が１７０ＭＰａ以上であるようにした。
本発明によれば、螺旋状鋼線の表層部周方向の圧縮残留応力量が１７０ＭＰａ以上あるので、螺旋状鋼線をタイヤの補強部材として適用して使用したときに、圧縮残留応力量が除荷されて引張応力に変わることがない。

本発明に係る螺旋状鋼線の製造工程を示す図。本発明に係る実施例における部位を示す図。本発明に係る実施例をまとめた表。伸線工程により伸線されたブラスめっき鋼線の残留応力分布を示す図。従来の螺旋型付け回転装置を示す図。

実施形態
図１（ａ）は、本発明に係るブラスめっき鋼線を螺旋状に型付けする螺旋状鋼線の製造工程を示し、同図において、１は螺旋状鋼線の製造装置を示す。
螺旋状鋼線の製造装置１は、ブラスめっきされた炭素含有量が０．７０重量％以上の高炭素鋼線１０ａを直径φ０．１０ｍｍ〜０．６０ｍｍのブラスめっき鋼線１０ｂに伸線加工する湿式伸線装置１１と、伸線して得られたブラスめっき鋼線１０ｂを真直性が得られるように矯正加工する矯正装置１２と、前記ブラスめっき鋼線を伸線加工及び矯正加工するときに鋼線に張力を与える鋼線駆動装置１３と、図１（ｂ）に示すように、巻枠３０に巻き取られ、この巻枠３０から巻き出される矯正されたブラスめっき鋼線１０ｃを矢印Ｑに示すように一方から他方に牽引するようにし、かつ、直線状に延長するブラスめっき鋼線１０ｃを螺旋状の螺旋状鋼線１０ｄとして成型する螺旋型付け装置１４により構成される。すなわち、巻枠３０は矯正されたブラスめっき鋼線１０ｃを巻き取り、この巻枠３０から巻き出されたブラスめっき鋼線１０ｃが螺旋型付け装置１４に供給される。なお、ブラスめっき鋼線１０ｃの矢印Ｑ方向の牽引力は、巻枠３０でのテンション制御と、螺旋状鋼線１０ｄを巻き取る図外の巻き取り手段（ドラム等）の巻き取り力により付与される。

螺旋状鋼線の製造装置１による螺旋状鋼線１０ｄの製造は、３つの工程により製造される。具体的には、湿式伸線装置１１による湿式伸線工程と、矯正装置１２による矯正工程とよりなり、さらに螺旋型付け装置１４による螺旋型付け工程からなり、伸線加工と矯正加工後、巻枠３０にて一定の張力で巻き取り、その後、螺旋型付け装置に巻枠３０を仕掛けて一定の張力で巻き出して螺旋型付けする工程からなる。

図１（ａ）に示すように、湿式伸線工程の湿式伸線装置１１では、表面にブラスめっきが施された炭素含有量０．７０重量％以上の高炭素鋼線１０ａを複数段のダイスに通線させて所望の線径となるように伸線加工し、伸線加工における最終引抜ダイス１１ｚを通過させて所定の線径、本例では、直径φ０．１０ｍｍ〜０．６０ｍｍに加工して伸線加工後のブラスめっき鋼線１０ｂを矯正装置１２に通線させる。ブラスめっき鋼線１０ｂは、この矯正装置１２から従来では駆動キャプスタン１３ａに巻き付けられていたが、本実施形態では、この駆動キャプスタン１３ａをパスして直接矯正装置１２に通線される。

矯正装置１２では、伸線されたブラスめっき鋼線１０ｂに曲げ加工を加えながら真直性のあるブラスめっき鋼線１０ｃに矯正加工される。
矯正装置１２は、ブラスめっき鋼線１０ｂを真直に矯正加工を行うとともに、９０度向きの異なる前段矯正加工部１６と後段矯正加工部１７とにより構成される。前段矯正加工部１６と後段矯正加工部１７には、ブラスめっき鋼線１０ｂを矯正加工する回転自在に設けられた複数のローラ１６ｃ，１７ｃが矯正加工面１６ａ，１７ａに設けられる。この複数のローラ１６ｃ，１７ｃは、それぞれ、矯正加工面１６ａ，１７ａの長手方向（ブラスめっき鋼線１０ｂの牽引方向）に向けて２列に千鳥状（ジグザク）に配置され、このローラ間をブラスめっき鋼線１０ｂが通過することで矯正加工される。
前段矯正加工部１６の矯正加工面１６ａと後段矯正加工部１７の矯正加工面１７ａの方向は、ブラスめっき鋼線１０ｂの牽引方向に直線状に、かつ、互いのなす角度が直角に配置される。
この矯正加工面１６ａ，１７ａを通過するブラスめっき鋼線１０ｂは、まず、前段矯正加工部１６によりブラスめっき鋼線１０ｂの対向する両側面を矯正加工し、次に後段矯正加工部１７により、前段矯正加工部１６で加工された両側面に直交する両側面を矯正加工することにより、真直性と表層部に圧縮残留応力を有するように加工されたブラスめっき鋼線１０ｃが得られる。
つまり、湿式伸線加工後のブラスめっき鋼線１０ｂを千鳥状に配置された複数のローラ群を備えた矯正装置１２に直接入線させてローラ間を通過させた後に、後述の螺旋状の型付けを施すようにする。
これにより、ブラスめっき鋼線１０ｃは、直径φ０．１０ｍｍ〜０．６０ｍｍ、抗張力が３０００ＭＰａ以上となり、表層部の残留応力が圧縮応力に加工される。
なお、ブラスめっき鋼線１０ｃの表層部に得られる圧縮残留応力量は、前段矯正加工部１６と後段矯正加工部１７を通過するときにブラスめっき鋼線１０ｂに作用する張力により異なる。すなわち、大きな圧縮残留応力量が必要なときは張力を大きく設定すれば良く、小さな圧縮残留応力量が必要なときには張力を小さく設定すれば良い。

鋼線駆動装置１３は、ブラスめっきが施された炭素含有量０．７０重量％以上の高炭素鋼線１０ａを湿式伸線装置１１及び矯正装置１２で加工するときに、高炭素鋼線１０ａが所定の張力で湿式伸線装置１１を通過させて直径φ０．１０ｍｍ〜０．６０ｍｍのブラスめっき鋼線１０ｂに加工し、この伸線されたブラスめっき鋼線１０ｂを矯正装置１２を通線して真直性のあるブラスめっき鋼線１０ｃに加工するように鋼線に張力を与えて牽引するための装置である。
具体的には、鋼線駆動装置１３は、高炭素鋼線１０ａを牽引して最終引抜ダイス１１ｚより引き抜くための力と、伸線されたブラスめっき鋼線１０ｂに張力を与える駆動キャプスタン１３ａと、矯正されたブラスめっき鋼線１０ｃを駆動キャプスタン１３ａとの間で複数回ブラスめっき鋼線１０ｃを掛け渡して一定の張力を得るために設けられる戻しプーリ１３ｂと、矯正されたブラスめっき鋼線１０ｃを駆動キャプスタン１３ａに方向付けするための補助プーリ１３ｃとを備える。
駆動キャプスタン１３ａが回転することにより、ブラスめっきされた高炭素鋼線１０ａが最終引抜ダイス１１ｚから引抜かれてブラスめっき鋼線１０ｂとして加工され、次に矯正装置１２の前段矯正加工部１６のローラ１６ｃ群と後段矯正加工部１７のローラ１７ｃ群とを通過して真直なブラスめっき鋼線１０ｃに加工される。
前記、矯正加工後のブラスめっき鋼線１０ｃは、戻しプーリ１３ｂと駆動キャプスタン１３ａとに掛け渡されて通線された後に巻枠３０に一定の張力で巻き取られる。

螺旋型付け工程において螺旋型付け装置１４は、図１（ｂ）に示すように、巻枠３０から一定の張力で一方から他方に牽引され、かつ、巻き出される直線状に延長するブラスめっき鋼線１０ｃを螺旋状に型付けする螺旋型付け回転装置１４ａを備える。
螺旋型付け回転装置１４ａは、断面正５角形の角柱状に成型された回転体１４ｂと、この回転体１４ｂの外周面をなす各面（本例では５面）において牽引方向Ｑ並びに千鳥状に埋設された複数のベアリング１４ｅと、この複数のベアリング１４ｅの内周面側に支持され回転体１４ｂの外周面から突出するように設けられる円柱状の複数の成型ピン１４ｃとにより構成される。
つまり、螺旋型付け回転装置１４ａは、回転体１４ｂの外周面に複数の成型ピン１４ｃが牽引方向Ｑ並びに千鳥状にベアリング１４ｅを介して牽引方向Ｑに回転自在に植設された形態であり、回転体１４ｂの外周面を構成する各面に設けられる成型ビン１４ｃとベアリング１４ｅにより１組の成型部１４ｄを構成し、この成型部１４ｄは、回転体１４ｂの周方向に複数箇所（本例では５組）設けられている。
なお、螺旋型付け回転装置１４ａの回転体１４ｂを断面正５角形の角柱状としたが、断面形状は、正５角形に限らず、適宜設定すれば良い。
前記、ベアリング１４ｅは、外筒１４ｆと内筒１４ｇと球体１４ｈとより成り、回転体１４ｂに形成された穴１４ｉに外筒１４ｆが嵌合され、内筒１４ｇに成型ピン１４ｃに形成された凸部１４ｊが嵌合され、これにより成型ピン１４ｃは牽引方向Ｑに回転自在となっている。
また、螺旋型付け回転装置１４ａは、ブラスめっき鋼線１０ｃが一方から他方へ牽引されて直線状に延長する牽引方向Ｑと回転中心軸Ｐが平行となるように螺旋型付け装置１４に設けられて回転Ｒする。

このように構成することで、螺旋型付け回転装置１４ａの成型部１４ｄにおいて、千鳥状に配置された成型ピン１４ｃにブラスめっき鋼線１０ｃを蛇行させて通過するようにすることで、ブラスめっき鋼線１０ｃが成型ピン１４ｄを通過させつつ、成型ピン１４ｄが螺旋型付け回転装置１４ａを中心に牽引方向Ｑに回転することで、成型ピン１４ｃの間を蛇行状に掛けられて通過するブラスめっき鋼線１０ｃの表面と成型ピン１４ｃとの間の摩擦抵抗を低減させて螺旋状に型付けを施すことで、螺旋の内側の表層部の残留応力量Ｒｓが大きな圧縮応力状態となり、螺旋状鋼線１０ｄの任意の横断面における表層部全体の周方向の圧縮残留応力量が大きくなり、耐腐食疲労性が向上する。
なお、螺旋型付け回転装置１４ａの回転体１４ｂを断面正５角形の角柱状としたが、断面形状は、正５角形に限らず、適宜設定すれば良い。また、回転体１４ｂの各面により構成される成型部１４ｄには複数の成型ピン１４ｃがそれぞれ設けられるとして説明したが、回転体１４ｂの形状や、成型ピン１４ｃの数量については、適宜設定すれば良く、本発明の効果を得るためには、少なくとも回転体１４ｂの外周面を構成する各面に３本の成型ピン１４ｃがブラスめっき鋼線１０ｃの牽引方向並びに回転自在に植設されれば良い。

前記構成の螺旋状鋼線の製造装置１によれば、螺旋状鋼線１０ｄは次のように製造される。
所定の線径にあらかじめ製造され、スプールと呼ばれる巻枠などに巻き付けられたブラスめっきが施された炭素含有量０．７０重量％以上の高炭素鋼線１０ａは、湿式伸線装置１１の図外の複数のダイスやプーリを通線して徐々に線径が縮径されて湿式伸線装置１１の最終引抜ダイス１１ｚを通過して所望の均一な線径のブラスめっき鋼線１０ｂに加工される。
この最終引抜ダイス１１ｚを通過したブラスめっき鋼線１０ｂは、従来は駆動手段としての駆動キャプスタン１３ａに１周又は、半周巻き付けて、最終引抜ダイス１１ｚなどを通過するブラスめっき鋼線１０ｂに張力を負荷するようにしていたが、本例では、直接矯正装置１２を通過させるようにして鋼線駆動装置１３で直接牽引することで大きな張力を得るようにしている。
伸線されたブラスめっき鋼線１０ｂは、矯正装置１２の前段加工矯正部１６、後段矯正加工部１７のローラ１６ｃ間やローラ１７ｃ間を通過することで真直性のあるブラスめっき鋼線１０ｃに加工される。
前段加工矯正部１６，後段矯正加工部１７のローラ１６ｃ，１７ｃを通過したブラスめっき鋼線１０ｃの表層部には、周方向に均一な圧縮残留応力が得られるように加工される。
表層部に残留応力量Ｒｓの圧縮残留応力の処理が施されたブラスめっき鋼線１０ｃは巻枠３０に巻き取られて、螺旋型付け工程に搬送される。

螺旋型付け工程では、ブラスめっき鋼線１０ｃが巻き付けられた巻枠３０を図外の巻き出し手段に設けて、巻枠３０からブラスめっき鋼線１０ｃを巻き出して、螺旋型付け回転装置１４ａの成型部１４ｄの成型ピン１４ｃに蛇行状に掛け渡し、巻き取り手段の備える図外の巻枠にブラスめっき鋼線１０ｃの先端を固定して、巻き取り手段が回転することでブラスめっき鋼線１０ｃが一方から他方に直線状に延長するように牽引するとともに、螺旋状に型付けされた螺旋状鋼線１０ｄを巻枠に巻き取るようにする。
螺旋型付け回転装置１４ａでは、巻き取り用の巻枠が回転することで、巻き出し用の一定のテンションに制御された巻枠からブラスめっき鋼線１０ｃが巻き出され、回転体１４ｂの成型部１４ｄに回転可能に植設された成型ピン１４ｃに蛇行状にジグザグに掛けられたブラスめっき鋼線１０ｃが牽引されつつ、螺旋型付け回転装置１４ａの回転体１４ｂが回転することにより、成型ピン１４ｃが回転体１４ｂの回転中心軸Ｐ周りに旋回しつつ、牽引されるブラスめっき鋼線１０ｃを成型ピン１４ｃで型付けすることで、ブラスめっき鋼線１０ｃを螺旋状に型付けされた螺旋状鋼線１０ｄに成型される。
この螺旋型付け工程により成型された螺旋状鋼線１０ｄは、螺旋内側の表層部の残留応力量Ｒｓが圧縮応力状態となるように加工され、螺旋状鋼線１０ｄの任意の断面における表層部の周方向の圧縮残留応力量が大きくなることで耐腐食疲労性に優れた螺旋状鋼線１０ｄを製造することができる。

以下、本発明の効果を調べるために、図５（ａ），（ｂ）に示すように、成型ピン５１が固定された螺旋型付け回転装置５０と、成型ピン１４ｃが回転自在に植設された螺旋型付け回転装置１４ａとを用いて螺旋状鋼線１０ｄを作製して腐食疲労性について図２に示す表層部の４点について評価し、その結果を図３の表にまとめた。
本実施例では、表面にブラスめっきされた炭素含有量が０．８０重量％の高炭素鋼線を複数のダイスを用いて湿式伸線装置１１により湿式伸線加工して、直径φ０．３４ｍｍ、かつ、抗張力約３１００ＭＰａ級のブラスめっき鋼線１０ｂに加工し、さらにブラスめっき鋼線１０ｂの表層部の残留応力量Ｒｓが圧縮応力となるように矯正装置１２によりブラスめっき鋼線１０ｃに加工し、螺旋型付け装置１４によりブラスめっき鋼線１０ｃを成型ピンが固定状態で植設された回転体５２と、成型ピンが回転自在に植設された螺旋型付け回転装置１４ａとを用いて螺旋状鋼線１０ｄを作製して耐腐食疲労性について評価した。

比較例１は、表面がブラスめっきされた炭素含有量が０．８０重量％の高炭素鋼線１０ａを駆動キャプスタンに巻き付けて張力を与えることにより湿式伸線装置で湿式伸線加工を行い、最終引抜ダイスを通過させて直径φ０．３４ｍｍとなるように加工した後に、矯正装置の前段，後段矯正加工部を通過させて抗張力が約３１００ＭＰａとなるように加工して、図５に示すように、成型ピン５１が牽引方向Ｑ並びに千鳥状に植設された回転体５２により、螺旋状に型付けされた螺旋状鋼線である。

比較例２は、表面がブラスめっきされた炭素含有量が０．８０重量％の高炭素鋼線を矯正装置を直接経由した張力により湿式伸線装置で湿式伸線加工を行い、最終引抜ダイスを通過させて直径φ０．３４ｍｍとなるように加工した後に、矯正装置の前段，後段矯正加工部を通過させて抗張力が約３１００ＭＰａとなるように加工して、図５に示すように、成型ピン５１が牽引方向Ｑ並びに千鳥状に植設された回転体５２により、螺旋状に型付けされた螺旋状鋼線である。

実施例１は、表面がブラスめっきされた炭素含有量が０．８０重量％の高炭素鋼線を駆動キャプスタンに巻き付けて張力を与えることにより湿式伸線装置で湿式伸線加工を行い、最終引抜ダイスを通過させて直径φ０．３４ｍｍとなるように加工した後に、矯正装置の前段，後段矯正加工部を通過させて抗張力が約３１００ＭＰａとなるように加工して、図１（ｂ）に示すように、成型ピン１４ｃが牽引方向Ｑ並びに千鳥状に回転自在に植設された螺旋型付け回転装置１４ａにより、螺旋状に型付けされた螺旋状鋼線である。

実施例２は、表面がブラスめっきされた炭素含有量が０．８０重量％の高炭素鋼線を矯正加工装置を経由した張力により伸線加工装置で湿式伸線加工を行い、最終引抜ダイスを通過させて直径φ０．３４ｍｍとなるように加工した後に、矯正加工装置の前段，後段加工部を通過させて抗張力が約３１００ＭＰａとなるように加工して、成型ピン１４ｃが牽引方向Ｑ並びに千鳥状に回転自在に植設された螺旋型付け回転装置１４ａにより、螺旋状に型付けされた螺旋状鋼線である。

前記比較例１，２及び実施例１，２により製造した螺旋状鋼線の耐腐食疲労性の評価は以下の方法で行った。
まず、比較例１，２及び実施例１，２により製造した螺旋状鋼線を１００ｍｍの長さに切断し、少量の硝酸イオン及び硫酸イオンを含む水溶液に浸漬し、毎分１０００回転の速度で２９４Ｎ／ｍｍ²の繰り返し応力を与えて螺旋状鋼線が破断するまでの回転数を求めた。
図３の表において、腐食疲労性は、比較例１の破断に至るまでの回転数を１００として指数表示し、この数値が１００よりも大きいと程腐食疲労性に優れていることを表している。

また、螺旋型付けされた螺旋状鋼線の表層部周方向の残留応力量Ｒｓは以下の方法で求めた。
Ｘ線回折装置を用いて以下の測定条件にて求めた。
１．Ｘ線源：ＣｒＫα、２．出力：３８ＫＶ９０ｍＡ、３．コリメータ：１００μｍφ、４．測定法：２Ｄ法、５．応力モデル：Ｂｉ−ａｘｉａｌ（２軸性応力）
Ｘ線回折装置により螺旋状鋼線の任意の横断面における図２（ｂ）に示すような螺旋内側測定点Ｂ，螺旋外側測定点Ａ，螺旋左側測定点Ｃ，螺旋右側測定点Ｄの４個所において測定される螺旋状鋼線軸方向のσ２２の残留応力値を前記各測定点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの周方向残留応力量Ｒｓ（σ１１）として表した。
なお、残留応力値σ２２の残留応力量Ｒｓの単位は、ＭＰａである。
図３の表中におけるσ２２は、図２（ａ）に示すブラスめっき鋼線が牽引される牽引方向を正方向とする。すなわち、σ２２が正値のときには引張残留応力を示し、σ２２が負値のときには圧縮残留応力であることを示している。

図３の表に示すように、腐食疲労性が最も優れているのは、実施例２であり、次に優れているのは、比較例２である。
これは、湿式伸線装置１１の最終引抜ダイス１１ｚを通過したブラスめっき鋼線が直接矯正装置１２に通線されて駆動手段としての駆動キャプスタンにより大きな張力が加えられていることにより、螺旋状鋼線の表層部周方向に残留応力が圧縮残留応力として生じ、腐食疲労性が向上している。
例えば、従来のように湿式伸線装置１１の最終引抜ダイス１１ｚを通過したブラスめっき鋼線をキャプスタンに一回巻き付けて矯正装置１２に通線する方法では、キャプスタンの回転により矯正装置１２にブラスめっき鋼線を入線させるとともに、矯正装置１２から出線させているため小さな張力しか付与できず、矯正装置１２の前段，後段矯正加工部１６，１７によりブラスめっき鋼線の表層部を圧縮残留応力とする加工が十分になされていないからである。

次に、螺旋型付け回転装置１４ａの成型ピンが固定されている場合と、回転自在に設けられている場合の、腐食疲労性への影響について比較例２と実施例２とを比較すると、実施例２の各測定点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおいて、大きな圧縮残留応力量が得られていることが分かる。特に、螺旋内側の測定点Ｂの残留応力量Ｒｓが大きく圧縮応力となっている。これにより、測定点Ｂと直接連続する測定点Ｃ，Ｄの残留応力量Ｒｓにも圧縮応力が大きく得られている。このことから、従来の螺旋型付け回転装置１４ａでは、ブラスめっき鋼線を螺旋状に成型するときに、成型ピン１４ｃと螺旋状鋼線の螺旋内側に摩擦が生じることでこの部位における残留応力が引張残留応力となり、螺旋状鋼線の表層部における周方向全体が圧縮応力状態となることを妨げていたことが分かる。

以上、実施例によれば、ブラスめっき鋼線を螺旋状鋼線に成型するときには、まず、矯正装置１２を通線するブラスめっき鋼線１０ｂに、湿式伸線装置１１の最終引抜ダイス１１ｚと駆動キャプスタン１３ａの駆動により大きな張力を与えて伸線されたブラスめっき鋼線１０ｂを、矯正装置１２により表層部の残留応力が圧縮応力状態となるように加工してブラスめっき鋼線１０ｃに加工し、このブラスめっき鋼線１０ｃを本発明の螺旋型付け回転装置１４ａにより、螺旋状に型付けされる螺旋状鋼線１０ｄの表層部の周方向全体の残留応力量が圧縮応力状態となり、さらに周方向における最も小さな圧縮残留応力でも１７０ＭＰａ以上となるように螺旋状鋼線を製造することができる。また、実質的に同一ピッチで螺旋型付けしたブラスめっき鋼線を複数本、撚り合わせずに束ねて、スチールコードを形成させて、タイヤを構成する部材としてのプライやベルトのゴム補強部材に用い、このプライやベルトのいずれか一方、又は、両方に適用することで、耐久性に優れたタイヤを製造することができる。

また、前記実施例において、本発明の螺旋型付けしたブラスめっき鋼線を単品、又は実質的に同一ピッチで螺旋方付けしたブラスめっき鋼線の複数本を撚り合わせずに束ねて、タイヤを構成する部材のスチールコードとして説明したが、これに限らず、他のゴム物品を補強するゴム物品用補強用スチールコードとして用いても、前記説明した効果を得ることができる。

１０ａ高炭素鋼線、１０ｂ；１０ｃブラスめっき鋼線、１０ｄ螺旋状鋼線、
１１湿式伸線装置、１１ｚ最終引抜ダイス、１２矯正装置、
１３鋼線駆動装置、１３ａ駆動キャプスタン、１３ｂ戻しプーリ、
１４螺旋型付け装置、１４ａ螺旋型付け回転装置、１４ｂ回転体、
１４ｃ成型ピン、１４ｄ成型部、１４ｅベアリング、
１６前段矯正加工部、１７後段矯正加工部。

Claims

一方から他方に牽引され、かつ、直線状に延長するブラスめっき鋼線を螺旋状鋼線に成型する螺旋型付け回転装置であって、
回転中心軸が前記ブラスめっき鋼線の牽引方向と平行に設定される回転体と、当該回転体の外周面に、前記牽引方向並びに植設されて、前記ブラスめっき鋼線が蛇行するように掛けられる複数の成型ピンより成る成型部とを備え、
前記複数の成型ピンはそれぞれ牽引方向に回転し、前記螺旋状鋼線の表層部周方向の残留応力量を圧縮応力にすることを特徴とする螺旋型付け回転装置。
前記各成型部の成型ピンが牽引方向に千鳥状に設けられることを特徴とする請求項１に記載の螺旋型付け回転装置。
ブラスめっきされた炭素含有量が０．７０重量％以上の高炭素鋼線を湿式伸線加工して直径φ０．１０ｍｍ〜０．６０ｍｍのブラスめっき鋼線に伸線し、当該ブラスめっき鋼線を牽引して螺旋状に成型する螺旋状鋼線の製造方法であって、
前記牽引方向に千鳥状に植設され、牽引方向に回転する複数の成型ピンを外周面に備え、回転中心軸が牽引方向と平行に設定される螺旋型付け回転体の前記複数の成型ピンに前記ブラスめっき鋼線を蛇行するように掛けて、ブラスめっき鋼線を牽引しつつ前記螺旋型付け回転体を回転させて前記螺旋状鋼線の表層部周方向の残留応力量を圧縮応力にすることを特徴とする螺旋状鋼線の製造方法。
前記湿式伸線加工後のブラスめっき鋼線を千鳥状に配置された複数のローラ群を備えた矯正装置に直接入線させて前記ローラ間を通過させた後に螺旋状の型付けを施すようにしたことを特徴とする請求項３に記載の螺旋状鋼線の製造方法。
炭素含有量が０．７０重量％以上の高炭素鋼線であり、表面にブラスめっきを有し、直径φ０．１０ｍｍ〜０．６０ｍｍ、かつ、破断強力Ｔｓが３０００ＭＰａ以上であり、螺旋状に型付けされた螺旋状鋼線において、
表層部周方向の圧縮残留応力量が１７０ＭＰａ以上であることを特徴とする螺旋状鋼線。