JP2017196628A

JP2017196628A - 異形金属線の製造方法

Info

Publication number: JP2017196628A
Application number: JP2016087533A
Authority: JP
Inventors: 貴雄山崎; Takao Yamazaki
Original assignee: Sumitomo SEI Steel Wire Corp
Current assignee: Sumitomo SEI Steel Wire Corp
Priority date: 2016-04-25
Filing date: 2016-04-25
Publication date: 2017-11-02

Abstract

【課題】高い歩留りを維持しつつ所望の断面形状を精度よく達成することが可能な異形金属線の製造方法を提供する。【解決手段】異形金属線の製造方法は、金属からなる原料線材を準備する工程と、原料線材を圧延して、長手方向に垂直な断面形状が原料線材に非相似である圧延線材３０を得る工程と、圧延線材３０を引抜き加工して、異形断面を有する異形金属線を得る工程と、を備える。原料線材を圧延して圧延線材３０を得る工程は、長手方向に垂直な断面の外周において、第１の曲率半径を有する第１加工領域１２１Ａと、第２の曲率半径を有する第２加工領域１２１Ｂと、第１の曲率半径および第２の曲率半径よりも小さい第３の曲率半径を有し、第１加工領域１２１Ａと第２加工領域１２１Ｂとをつなぐコーナー加工領域１２１Ｃとを含むロール１２０により圧延が実施される工程を含む。【選択図】図６

Description

本発明は、異形金属線の製造方法に関するものである。

長手方向に垂直な断面の外周が円形以外の形状である、すなわち長手方向に垂直な断面の外周において曲率半径の異なる複数の領域を含む異形断面を有する異形金属線が知られている。異形金属線は、たとえばばねの製造に用いることができる。具体的には、ばねの製造では、たとえば長手方向に垂直な断面が台形状の鋼製の金属線（鋼線）が準備され、互いに平行な二辺のうち短辺側が内側、長辺側が外側となるように当該鋼線がらせん状に加工されることにより、ばねが製造される。上述のような長手方向に垂直な断面が台形状の鋼線の製造方法としては、台形の各辺に対応する４つのロールを用いた圧延により、所望の断面形状を得る方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１１１６１９号公報

圧延によって所望の異形断面を精度よく得ることは容易ではない。異形断面を精度よく得るためには、圧延後の金属線を引抜き加工する方法が考えられる。しかし、単に圧延後に引抜き加工を実施した場合、引抜き工程において焼付きが発生し、異形金属線の歩留りが低下するという問題が生じる場合がある。そこで、高い歩留りを維持しつつ所望の断面形状を精度よく達成することが可能な異形金属線の製造方法を提供することを目的の１つとする。

本発明に従った異形金属線の製造方法は、金属からなり、長手方向に垂直な断面の外周において曲率半径の異なる複数の領域を含む異形断面を有する異形金属線の製造方法である。この異形金属線の製造方法は、上記金属からなる原料線材を準備する工程と、原料線材を圧延して、長手方向に垂直な断面形状が原料線材に非相似である圧延線材を得る工程と、圧延線材を引抜き加工して、上記異形断面を有する異形金属線を得る工程と、を備える。原料線材を圧延して圧延線材を得る工程は、長手方向に垂直な断面の外周において、第１の曲率半径を有する第１加工領域と、第２の曲率半径を有する第２加工領域と、第１の曲率半径および第２の曲率半径よりも小さい第３の曲率半径を有し、第１加工領域と第２加工領域とをつなぐコーナー加工領域とを含むロールにより圧延が実施される工程を含む。

上記異形金属線の製造方法によれば、高い歩留りを維持しつつ所望の断面形状を精度よく達成することができる。

実施の形態１における異形金属線の製造方法の概略を示すフローチャートである。原料線材の長手方向に垂直な断面を示す概略断面図である。実施の形態１における第１圧延工程を説明するための概略斜視図である。実施の形態１における第１圧延工程を説明するための概略断面図である。実施の形態１における第２圧延工程を説明するための概略斜視図である。実施の形態１における第２圧延工程を説明するための概略断面図である。実施の形態１における第１引抜き工程を説明するための概略断面図である。図７の線分ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿う断面を示す概略断面図ある。図７の線分ＩＸ−ＩＸに沿う断面を示す概略断面図ある。実施の形態１における第２引抜き工程を説明するための概略断面図である。図１０の線分ＸＩ−ＸＩに沿う断面を示す概略断面図ある。図１０の線分ＸＩＩ−ＸＩＩに沿う断面を示す概略断面図ある。実施の形態１における第３引抜き工程を説明するための概略断面図である。図１３の線分ＸＩＶ−ＸＩＶに沿う断面を示す概略断面図ある。図１３の線分ＸＶ−ＸＶに沿う断面を示す概略断面図ある。実施の形態２における異形金属線の製造方法の概略を示すフローチャートである。実施の形態２における第２圧延工程を説明するための概略断面図である。実施の形態２における第２引抜き工程を説明するための概略断面図である。

［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。本願の異形金属線の製造方法は、金属からなり、長手方向に垂直な断面の外周において曲率半径の異なる複数の領域を含む異形断面を有する異形金属線の製造方法である。この異形金属線の製造方法は、上記金属からなる原料線材を準備する工程と、原料線材を圧延して、長手方向に垂直な断面形状が原料線材に非相似である圧延線材を得る工程と、圧延線材を引抜き加工して、上記異形断面を有する異形金属線を得る工程と、を備える。原料線材を圧延して圧延線材を得る工程は、長手方向に垂直な断面の外周において、第１の曲率半径を有する第１加工領域と、第２の曲率半径を有する第２加工領域と、第１の曲率半径および第２の曲率半径よりも小さい第３の曲率半径を有し、第１加工領域と第２加工領域とをつなぐコーナー加工領域とを含むロールにより圧延が実施される工程を含む。

本願の異形金属線の製造方法においては、原料線材が圧延されて圧延線材を作製した後、当該圧延線材を引抜き加工することで異形金属線が製造される。そのため、圧延のみにより断面形状が調整される場合に比べて所望の断面形状を精度よく達成することができる。特に、圧延のみにより断面形状を調整する場合、曲率半径が小さいコーナー領域の形状の精度を向上させることは困難である。圧延後に引抜きを実施することにより、曲率半径の小さいコーナー領域の形状を精度よく調整することができる。

また、本発明者の検討によれば、圧延線材が引抜き加工される際に焼付きが発生する主な原因の一つは以下のようなものである。一般に、原料線材の圧延では、金属線の長手方向に垂直な断面の外周において曲率半径の大きい２つの領域を繋ぐコーナー領域（当該２つの領域よりも曲率半径が小さい領域）を加工する場合、曲率半径の大きい当該２つの領域にそれぞれ対応する加工面を有する２つのロールが用いられ、コーナー領域には圧延においてロールが直接接触しない領域が含まれる。このような領域は、ロールによる直接的な加工を受けた領域に比べて加工精度が劣る領域となる。そして、圧延線材が引抜き加工される際には、上記加工精度が劣る領域の存在に起因して、ダイスの入口付近において圧延線材の長手方向に垂直な断面の外周の一部のみがダイスの加工面に接触する状態となる。その結果、引抜き加工において焼付きが発生する。

これに対し、本願の異形金属線の製造方法では、圧延線材を得る工程が、コーナー加工領域を含むロールにより圧延が実施される工程を含む。つまり、圧延線材のコーナー領域は、ロールのコーナー加工領域により直接的に加工された状態となる。そのため、ダイスの入口付近において上述のような不均一な接触状態が発生することが抑制される。その結果、引抜き加工において焼付きが発生することが抑制され、高い歩留りが確保される。

このように、本願の異形金属線の製造方法によれば、高い歩留りを維持しつつ所望の断面形状を精度よく達成することができる。なお、本願において断面の外周が直線である領域は、曲率半径が無限大である領域として取り扱う。

上記異形金属線の製造方法において、圧延線材を引抜き加工して異形金属線を得る工程は、長手方向に垂直な断面の形状が入口側と出口側とで非相似である非相似ダイスにより引抜き加工が実施される工程を含んでいてもよい。このようにすることにより、所望の断面形状を有する異形金属線を得ることが容易となる。

上記異形金属線の製造方法において、圧延線材を引抜き加工して異形金属線を得る工程は、長手方向に垂直な断面の形状が入口側と出口側とで相似である相似ダイスにより引抜き加工が実施される工程を含んでいてもよい。このようにすることにより、圧延線材を引抜き加工して異形金属線を得る工程において、線材の断面を相似縮小することができる。

上記異形金属線の製造方法において、原料線材の長手方向に垂直な断面の断面積に対する、原料線材の長手方向に垂直な断面の断面積と異形金属線の長手方向に垂直な断面の断面積との差の割合である減面率は、１５％以上８５％以下であってもよい。異形金属線の製造においては、長手方向に垂直な断面が異形断面であることに起因して、断面の場所によって加工度が異なる。上記減面率を１５％以上とすることにより、加工度が小さい領域において加工硬化による強度上昇が不足し、引抜き工程において断線する等の不具合の発生を抑制することができる。また、上記減面率を８５％以下とすることにより、加工度が大きい領域において加工度が限界を超えて、引抜き工程において断線する等の不具合の発生を抑制することができる。

上記異形金属線の製造方法において、異形金属線の長手方向に垂直な断面の外周は、第４の曲率半径を有する第１外周領域と、第５の曲率半径を有する第２外周領域と、第４の曲率半径および第５の曲率半径よりも小さい第６の曲率半径を有し、第１外周領域と第２外周領域とをつなぐコーナー領域と、を含んでいてもよい。第６の曲率半径は、０．１ｍｍ以上３．５ｍｍ以下であってもよい。異形金属線の長手方向に垂直な断面の外周における曲率半径が小さい場合、所望の形状を精度よく達成することが難しくなる。本願の異形金属線の製造方法は、曲率半径が３．５ｍｍ以下の場合であっても高い歩留りを維持しつつ所望の断面形状を精度よく達成することができる。そのため、上記第６の曲率半径は３．５ｍｍ以下であってもよい。一方、曲率半径が０．１ｍｍ未満の場合、十分な歩留りを確保しつつ所望の断面形状を精度よく達成することが困難となるおそれがある。そのため、上記第６の曲率半径は０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。所望の断面形状を精度よく達成する観点から、第６の曲率半径は０．２ｍｍ以上であることがより好ましい。

上記異形金属線の製造方法において、上記金属は鋼であってもよい。本願の異形金属線の製造方法は、特に鋼からなる異形金属線（鋼線）の製造に好適である。

上記異形金属線の製造方法において、原料線材の長手方向に垂直な断面は円形であってもよい。入手が容易な円形断面を有する線材を原料線材として採用することにより、異形金属線の製造コストを抑制することができる。

［本願発明の実施形態の詳細］
次に、本発明にかかる異形金属線の製造方法の実施の形態を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

（実施の形態１）
実施の形態１では、異形金属線の製造方法の一例として、鋼からなる異形金属線（異形鋼線）の製造方法について説明する。図１を参照して、本実施の形態における異形金属線の製造方法では、まず工程（Ｓ１０）として原料線材準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、図２を参照して、長手方向に垂直な断面の外周１１が円形である原料線材１０が準備される。原料線材１０としては、たとえば硬引き線、オイルテンパー線などを採用することができる。硬引き線は、たとえばパテンティングが実施された線材を引抜き加工して準備することができる。オイルテンパー線は、たとえばパテンティングが実施された線材を引抜き加工した後、焼入処理および焼戻処理を実施して準備することができる。上記硬引き線およびオイルテンパー線は、パテンティングを実施することなく準備されてもよい。原料線材１０を構成する材料としては、たとえばＪＩＳＧ３５０２（ピアノ線材）に記載の成分組成を有するもの、ＪＩＳＧ３５０６（硬鋼線材）に記載の成分組成を有するもの、ＪＩＳＧ３５６０（ばね用オイルテンパー線）に記載の成分組成を有するもの、ＪＩＳＧ３５６１（弁ばね用オイルテンパー線）に記載の成分組成を有するもの、などを採用することができる。

次に、工程（Ｓ２０）として第１圧延工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、工程（Ｓ１０）において準備された原料線材１０が圧延される。本実施の形態における工程（Ｓ２０）では、原料線材１０が冷間圧延される。その結果、原料線材１０が径方向に押しつぶされ、第１圧延線材２０が得られる。

図３は、工程（Ｓ２０）を実施するための圧延装置の構造の概略を示す斜視図である。図４は、工程（Ｓ２０）を実施するための圧延装置の長手方向に垂直な断面を示す図である。図３および図４を参照して、工程（Ｓ２０）を実施するための圧延装置は、一対のロール１１０を備えている。ロール１１０は、円筒状の形状を有している。ロール１１０の側面が、加工面１１１である。ロール１１０は、円筒面形状を有する加工面１１の中心軸（一対の底面１１２の中心を通る中心軸）である回転軸１１０Ｃ周りに回転可能となっている。一対のロール１１０は、加工面１１１が互いに対向するように、間隔をおいて、かつ回転軸１１０Ｃが平行となるように配置されている。

工程（Ｓ２０）では、工程（Ｓ１０）において準備された原料線材１０が長手方向に沿って進行し、一対のロール１１０の間の領域へと進入する。これにより、原料線材１０は、長手方向に垂直な断面において径方向に圧縮される。その結果、長手方向に垂直な断面の外周２１が、互いに平行な直線状である一対の平坦部２１Ａと、断面の重心から離れる側に突出する曲線状（円弧状）の形状を有し、一対の平坦部２１Ａをつなぐ突出部２１Ｂとを含む、第１圧延線材２０が得られる。

次に、工程（Ｓ３０）として第２圧延工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、工程（Ｓ２０）において得られた第１圧延線材２０がさらに圧延されることにより、長手方向に垂直な断面において長方形状の形状を有する第２圧延線材３０が得られる。

図５は、工程（Ｓ３０）を実施するための圧延装置の構造の概略を示す斜視図である。図６は、工程（Ｓ３０）を実施するための圧延装置の長手方向に垂直な断面を示す図である。図５および図６を参照して、工程（Ｓ３０）を実施するための圧延装置は、一対のロール１２０を備えている。ロール１２０は、円筒状の形状において、外周面に凹部が形成された形状を有している。ロール１２０には、円筒面形状を有する外周面の中心軸（一対の底面１２２の中心を通る中心軸）を含み、軸方向に貫通するように貫通孔が形成されている。ロール１２０は、当該中心軸である回転軸１２０Ｃ周りに回転可能となっている。

外周面に形成された凹部の底面である第１加工領域としての短辺加工領域１２１Ａは、円筒面状の形状を有している。長手方向に垂直な断面において、短辺加工領域１２１Ａは直線状の形状を有している。すなわち、長手方向に垂直な断面において、短辺加工領域１２１Ａの曲率半径（第１の曲率半径）は無限大である。

外周面に形成された凹部の一対の側面である第２加工領域としての長辺加工領域１２１Ｂは、円環状の平面形状を有している。長手方向に垂直な断面において、長辺加工領域１２１Ｂは直線状の形状を有している。すなわち、長手方向に垂直な断面において、長辺加工領域１２１Ｂの曲率半径（第２の曲率半径）は無限大である。一対の長辺加工領域１２１Ｂは、互いに対向するように平行に配置される。一対の長辺加工領域１２１Ｂは、それぞれ短辺加工領域１２１Ａの一対の端部に接続される。長手方向に垂直な断面において、短辺加工領域１２１Ａに沿った直線と一対の長辺加工領域１２１Ｂに沿った直線とは交差（直交）する。

外周面に形成された凹部の底面である短辺加工領域１２１Ａと側面である一対の長辺加工領域１２１Ｂとをつなぐように、一対のコーナー加工領域１２１Ｃが形成されている。長手方向に垂直な断面において、コーナー加工領域１２１Ｃは円弧状の形状を有している。すなわち、長手方向に垂直な断面において、コーナー加工領域１２１Ｃの曲率半径（第３の曲率半径）は、第１の曲率半径および第２の曲率半径よりも小さい。一対のロール１２０は、短辺加工領域１２１Ａが互いに対向するように、間隔をおいて、かつ回転軸１２０Ｃが平行となるように配置されている。短辺加工領域１２１Ａ、長辺加工領域１２１Ｂおよびコーナー加工領域１２１Ｃは、ロール１２０の加工面１２１を構成する。

工程（Ｓ３０）では、工程（Ｓ２０）において得られた第１圧延線材２０が長手方向に沿って進行し、一対のロール１２０の加工面１２１により取り囲まれる領域へと進入する。これにより、第１圧延線材２０は塑性加工を受け、長手方向に垂直な断面の形状が長方形状である第２圧延線材３０が得られる。第２圧延線材３０は、長手方向に垂直な断面の外周３１が、互いに平行な短辺３１Ａと、互い平行な長辺３１Ｂと、短辺３１Ａと長辺３１Ｂとをつなぐコーナー３１Ｃとを含む長方形状の形状を有する。上記工程（Ｓ２０）および（Ｓ３０）は、原料線材１０を圧延して圧延線材（第２圧延線材）を得る工程を構成する。上記工程（Ｓ２０）および（Ｓ３０）において原料線材１０が圧延され、長手方向に垂直な断面形状が原料線材１０に非相似である第２圧延線材３０が得られる。

次に、工程（Ｓ４０）として第１引抜き工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、工程（Ｓ３０）において得られた第２圧延線材３０が引抜き加工されることにより第１引抜き線材４０が得られる。

図７は、工程（Ｓ４０）を実施するための引抜き装置の長手方向αに沿った断面を示す図である。図７を参照して、工程（Ｓ４０）を実施するための引抜き装置は、ダイス１４０を備えている。ダイス１４０には、長手方向αに沿ってダイス１４０を貫通する貫通孔が形成されている。この貫通孔を取り囲む壁面が加工面１４１である。工程（Ｓ３０）において得られた第２圧延線材３０が長手方向に沿って進行してダイス１４０の貫通孔へと進入し、入口１４８に到達すると、第２圧延線材３０の外周面３１がダイス１４０の加工面１４１に接触する。これにより、第２圧延線材３０は加工され、長手方向に垂直な断面の形状が長手方向αに垂直な断面における加工面１４１の形状に対応する形状となるように塑性変形する。そして、第２圧延線材３０がダイス１４０の出口１４９に到達するとダイス１４０の加工面１４１による加工が完了し、第１引抜き線材４０が得られる。

図８は、入口１４８における長手方向αに垂直な断面に対応する図である。また、図９は、出口１４９における長手方向αに垂直な断面に対応する図である。図８を参照して、ダイス１４０の入口１４８では、長手方向αに垂直な断面において、加工面１４１は、第２圧延線材３０の長手方向に垂直な断面における形状に対応する形状を有している。すなわち、入口１４８において、加工面１４１は、互いに平行な一対の短辺加工領域１４１Ａと、互いに平行な一対の長辺加工領域１４１Ｂとを含む長方形状の形状を有する。短辺加工領域１４１Ａと長辺加工領域１４１Ｂとは、コーナー加工領域１４１Ｃにより接続される。短辺加工領域１４１Ａ、長辺加工領域１４１Ｂおよびコーナー加工領域１４１Ｃが、それぞれ第２圧延線材３０の短辺３１Ａ、長辺３１Ｂおよびコーナー３１Ｃに対応する（それぞれ第２圧延線材３０の短辺３１Ａ、長辺３１Ｂおよびコーナー３１Ｃと同一の）形状を有する。

図９を参照して、ダイス１４０の出口１４９では、長手方向αに垂直な断面において、加工面１４１は、所望の第１引抜き線材４０の長手方向に垂直な断面における形状に対応する形状を有している。具体的には、出口１４９において、加工面１４１は、入口１４８における形状を相似縮小した形状を有している。つまり、出口１４９においては、短辺加工領域１４１Ａおよび長辺加工領域１４１Ｂの長さは入口１４８における長さに対して同一の割合で短くなっている。長手方向αに垂直な断面における加工面１４１の形状は、出口１４９に近づくにしたがって出口１４９における形状に近づく。工程（Ｓ４０）では、長手方向に垂直な断面の形状が入口１４８側と出口１４９側とで相似である相似ダイスにより引抜き加工が実施される。工程（Ｓ４０）が実施されることにより、長手方向に垂直な断面において第２圧延線材３０が相似縮小された形状を有する第１引抜き線材４０が得られる。つまり、長手方向に垂直な断面において、第１引抜き線材４０の外周面４１の短辺４１Ａおよび長辺４１Ｂは、第２圧延線材３０の外周面３１の短辺３１Ａおよび長辺３１Ｂの長さに対して同一の割合で短くなっている。また、第１引抜き線材４０の外周面４１のコーナー４１Ｃの曲率半径は、第２圧延線材３０の外周面３１のコーナー３１Ｃの曲率半径に対して上記割合と同一の割合で小さくなっている。

次に、工程（Ｓ５０）として第２引抜き工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、工程（Ｓ４０）において得られた第１引抜き線材４０が引抜き加工されることにより第２引抜き線材５０が得られる。

図１０は、工程（Ｓ５０）を実施するための引抜き装置の長手方向αに沿った断面を示す図である。図１０を参照して、工程（Ｓ５０）を実施するための引抜き装置は、ダイス１５０を備えている。ダイス１５０には、長手方向αに沿ってダイス１５０を貫通する貫通孔が形成されている。この貫通孔を取り囲む壁面が加工面１５１である。工程（Ｓ４０）において得られた第１引抜き線材４０が長手方向に沿って進行してダイス１５０の貫通孔へと進入し、入口１５８に到達すると、第１引抜き線材４０の外周面４１がダイス１５０の加工面１５１に接触する。これにより、第１引抜き線材４０は加工され、長手方向に垂直な断面の形状が長手方向αに垂直な断面における加工面１５１の形状に対応する形状となるように塑性変形する。そして、第１引抜き線材４０がダイス１５０の出口１５９に到達するとダイス１５０の加工面１５１による加工が完了し、第２引抜き線材５０が得られる。

図１１は、入口１５８における長手方向αに垂直な断面に対応する図である。また、図１２は、出口１５９における長手方向αに垂直な断面に対応する図である。図１１を参照して、ダイス１５０の入口１５８では、長手方向αに垂直な断面において、加工面１５１は、第１引抜き線材４０の長手方向に垂直な断面における形状に対応する形状を有している。すなわち、入口１５８において、加工面１５１は、互いに平行な一対の短辺加工領域１５１Ａと、互いに平行な一対の長辺加工領域１５１Ｂとを含む長方形状の形状を有する。短辺加工領域１５１Ａと長辺加工領域１５１Ｂとは、コーナー加工領域１５１Ｃにより接続される。短辺加工領域１５１Ａ、長辺加工領域１５１Ｂおよびコーナー加工領域１５１Ｃが、それぞれ第１引抜き線材４０の短辺４１Ａ、長辺４１Ｂおよびコーナー４１Ｃに対応する（それぞれ第１引抜き線材４０の短辺４１Ａ、長辺４１Ｂおよびコーナー４１Ｃと同一の）形状を有する。

図１２を参照して、ダイス１５０の出口１５９では、長手方向αに垂直な断面において、加工面１５１は、所望の第２引抜き線材５０の長手方向に垂直な断面における形状に対応する形状を有している。長手方向αに垂直な断面の出口１５９における形状は、入口１５８における形状とは非相似となっている。具体的には、出口１５９においては、加工面１５１は台形状（等脚台形状）の形状を有している。長手方向αに垂直な断面において、加工面１５１は、上底加工領域１５１Ｄと、下底加工領域１５１Ｅと、一対の脚加工領域１５１Ｆとを含んでいる。下底加工領域１５１Ｅと脚加工領域１５１Ｆとは、コーナー加工領域１５１Ｇによりつながれている。長手方向αに垂直な断面において、下底加工領域１５１Ｅおよび脚加工領域１５１Ｆは、直線状の（曲率半径が無限大である）形状を有している。長手方向αに垂直な断面において、コーナー加工領域１５１Ｇは円弧状の形状を有している。長手方向αに垂直な断面において、上底加工領域１５１Ｄは、コーナー加工領域１５１Ｇよりも曲率半径が大きい円弧状の形状を有している。

長手方向αに垂直な断面における加工面１５１の形状は、出口１５９に近づくにしたがって出口１５９における形状に近づく。工程（Ｓ５０）では、長手方向に垂直な断面の形状が入口１５８側と出口１５９側とで非相似である非相似ダイスにより引抜き加工が実施される。工程（Ｓ５０）が実施されることにより、長手方向に垂直な断面において、外周面５１が上底５１Ｄと、下底５１Ａと、一対の脚５１Ｂとを含む第２引抜き線材５０が得られる。下底５１Ａと脚５１Ｂとは、コーナー５１Ｃによりつながれる。

次に、工程（Ｓ６０）として第３引抜き工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、工程（Ｓ５０）において得られた第２引抜き線材５０が引抜き加工されることにより完成品である異形金属線（異形鋼線）としての第３引抜き線材６０が得られる。

図１３は、工程（Ｓ６０）を実施するための引抜き装置の長手方向αに沿った断面を示す図である。図１３を参照して、工程（Ｓ６０）を実施するための引抜き装置は、ダイス１６０を備えている。ダイス１６０には、長手方向αに沿ってダイス１６０を貫通する貫通孔が形成されている。この貫通孔を取り囲む壁面が加工面１６１である。工程（Ｓ５０）において得られた第２引抜き線材５０が長手方向に沿って進行してダイス１６０の貫通孔へと進入し、入口１６８に到達すると、第２引抜き線材５０の外周面５１がダイス１６０の加工面１６１に接触する。これにより、第２引抜き線材５０は加工され、長手方向に垂直な断面の形状が長手方向αに垂直な断面における加工面１６１の形状に対応する形状となるように塑性変形する。そして、第２引抜き線材５０がダイス１６０の出口１６９に到達するとダイス１６０の加工面１６１による加工が完了し、完成品である異形金属線（異形鋼線）としての第３引抜き線材６０が得られる。

図１４は、入口１６８における長手方向αに垂直な断面に対応する図である。また、図１５は、出口１６９における長手方向αに垂直な断面に対応する図である。図１４を参照して、ダイス１６０の入口１６８では、長手方向αに垂直な断面において、加工面１６１は、第２引抜き線材５０の長手方向に垂直な断面における形状に対応する形状を有している。すなわち、入口１６８において、加工面１６１は、台形状（等脚台形状）の形状を有している。長手方向αに垂直な断面において、加工面１６１は、上底加工領域１６１Ｄと、下底加工領域１６１Ａと、一対の脚加工領域１６１Ｂとを含んでいる。下底加工領域１６１Ａと脚加工領域１６１Ｂとは、コーナー加工領域１６１Ｃによりつながれている。長手方向αに垂直な断面において、下底加工領域１６１Ａおよび脚加工領域１６１Ｂは、直線状の（曲率半径が無限大である）形状を有している。長手方向αに垂直な断面において、コーナー加工領域１６１Ｃは円弧状の形状を有している。長手方向αに垂直な断面において、上底加工領域１６１Ｄは、コーナー加工領域１６１Ｃよりも曲率半径が大きい円弧状の形状を有している。上底加工領域１６１Ｄ、下底加工領域１６１Ａ、脚加工領域１６１Ｂおよびコーナー加工領域１６１Ｃが、それぞれ第２引抜き線材５０の上底５１Ｄ、下底５１Ａ、脚５１Ｂおよびコーナー５１Ｃに対応する（上底５１Ｄ、下底５１Ａ、脚５１Ｂおよびコーナー５１Ｃと同一の）形状を有する。

図１５を参照して、ダイス１６０の出口１６９では、長手方向αに垂直な断面において、加工面１６１は、所望の第３引抜き線材６０（完成品である異形金属線）の長手方向に垂直な断面における形状に対応する形状を有している。具体的には、出口１６９において、加工面１６１は、入口１６８における形状を相似縮小した形状を有している。つまり、出口１６９においては、上底加工領域１６１Ｄ、下底加工領域１６１Ａおよび脚加工領域１６１Ｂの長さは、入口１６８における長さに対して同一の割合で短くなっている。長手方向αに垂直な断面における加工面１６１の形状は、出口１６９に近づくにしたがって出口１６９における形状に近づく。工程（Ｓ６０）では、長手方向に垂直な断面の形状が入口１６８側と出口１６９側とで相似である相似ダイスにより引抜き加工が実施される。

工程（Ｓ６０）が実施されることにより、長手方向に垂直な断面において第２引抜き線材５０が相似縮小された形状を有する第３引抜き線材６０が得られる。つまり、長手方向に垂直な断面において、第３引抜き線材６０の上底６１Ｄ、下底６１Ａおよび脚６１Ｂの長さは、第２引抜き線材５０の上底５１Ｄ、下底５１Ａおよび脚５１Ｂの長さに対して同一の割合で短くなっている。また、第３引抜き線材６０の外周面６１のコーナー６１Ｃの曲率半径は、第２引抜き線材５０の外周面５１のコーナー５１Ｃの曲率半径に対して上記割合と同一の割合で小さくなっている。

以上の手順により、完成品である異形金属線（異形鋼線）としての第３引抜き線材６０が得られる。第３引抜き線材６０は、長手方向に垂直な断面の外周６１において曲率半径の異なる複数の領域を含む異形断面を有する。異形金属線である第３引抜き線材６０の長手方向に垂直な断面の外周６１は、第４の曲率半径（無限大の曲率半径）を有する第１外周領域としての下底６１Ａと、第５の曲率半径（無限大の曲率半径）を有する第２外周領域としての脚６１Ｂと、第４の曲率半径および第５の曲率半径よりも小さい第６の曲率半径を有し、下底６１Ａと脚６１Ｂとをつなぐコーナー領域としてのコーナー６１Ｃとを含む。このような台形状の断面形状を有する第３引抜き線材６０は、たとえば上底６１Ｄが内側、下底６１Ａが外側となるようにらせん状に加工することでばねを得るためのばね用鋼線として用いることができる。

ここで、本実施の形態の異形金属線の製造方法においては、原料線材１０が圧延されて第２圧延線材３０を作製した後、第２圧延線材３０を引抜き加工することで異形金属線（異形鋼線）としての第３引抜き線材６０が製造される。そのため、圧延のみにより断面形状が調整される場合に比べて所望の断面形状を精度よく達成することができる。

また、本実施の形態の異形金属線の製造方法では、原料線材１０から第２圧延線材３０を得る工程が、一対のコーナー加工領域１２１Ｃを含むロール１２０により圧延が実施される第２圧延工程（Ｓ３０）を含む。工程（Ｓ３０）において、第２圧延線材３０のコーナー３１Ｃは、ロール１２０のコーナー加工領域１２１Ｃにより直接的に加工された状態となる。そのため、工程（Ｓ４０）として実施される第１引抜き工程において、ダイス１４０の入口１４８付近での不均一な接触状態の発生が抑制される。その結果、工程（Ｓ４０）の引抜き加工において焼付きが発生することが抑制され、高い歩留りが確保される。このように、本実施の形態の異形金属線の製造方法によれば、高い歩留りを維持しつつ所望の断面形状を精度よく達成することができる。

本実施の形態の異形金属線の製造方法において、原料線材１０の長手方向に垂直な断面の断面積Ｓ_０に対する、原料線材１０の長手方向に垂直な断面の断面積Ｓ_０と異形金属線である第３引抜き線材６０の長手方向に垂直な断面の断面積Ｓとの差（Ｓ_０−Ｓ）の割合である減面率（Ｓ_０−Ｓ）／Ｓ_０は、１５％以上８５％以下であることが好ましい。上記減面率を１５％以上とすることにより、加工度が小さい領域において加工硬化による強度上昇が不足し、引抜き工程（Ｓ４０）〜（Ｓ６０）において断線する等の不具合の発生を抑制することができる。また、上記減面率を８５％以下とすることにより、加工度が大きい領域において加工度が限界を超えて、引抜き工程（Ｓ４０）〜（Ｓ６０）において断線する等の不具合の発生を抑制することができる。

また、本実施の形態の異形金属線の製造方法において、完成品である異形金属線（異形鋼線）としての第３引抜き線材６０の長手方向に垂直な断面の外周６１のうち、コーナー６１Ｃの曲率半径（第６の曲率半径）は、０．１ｍｍ以上３．５ｍｍ以下、より好ましくは０．２ｍｍ以上３．５ｍｍ以下とすることができる。本実施の形態の異形金属線の製造方法によれば、長手方向に垂直な断面の外周６１にこのような曲率半径のコーナー６１Ｃを有する異形鋼線（第３引抜き線材６０）を高い歩留りを維持しつつ、精度よく製造することができる。

（実施の形態２）
次に、本発明の異形金属線の製造方法の他の実施の形態である実施の形態２について説明する。実施の形態２における異形金属線の製造方法は、基本的には実施の形態１の場合と同様に実施され、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態２においては、圧延を実施するためのロールおよび引抜きを実施するためのダイスの形状を変更することで、第１引抜き工程が省略される点において、実施の形態１の場合とは異なっている。

図１６を参照して、本実施の形態においては、工程（Ｓ１０）および（Ｓ２０）が実施の形態１の場合と同様に実施された後、工程（Ｓ３０）として第２圧延工程が実施される。

図１７は、実施の形態２における工程（Ｓ３０）を実施するための圧延装置の長手方向に垂直な断面を示す図である。図１７を参照して、工程（Ｓ３０）を実施するための圧延装置は、第１ロール１３０と第２ロール１３５とを備えている。第１ロール１３０および第２ロール１３５は、円筒状の形状において、外周面に凹部が形成された形状を有している。第１ロール１３０および第２ロール１３５には、一対の底面の中心を通る中心軸を含み、軸方向に貫通するように貫通孔が形成されている。第１ロール１３０および第２ロール１３５は、それぞれ当該中心軸である回転軸１３０Ｃおよび回転軸１３５Ｃ周りに回転可能となっている。

第１ロール１３０の外周面に形成された凹部の底面である第１加工領域としての下底加工領域１３１Ｇは、円筒面状の形状を有している。長手方向に垂直な断面において、下底加工領域１３１Ｇは直線状の形状を有している。すなわち、長手方向に垂直な断面において、下底加工領域１３１Ｇの曲率半径（第１の曲率半径）は無限大である。

第１ロール１３０の外周面に形成された凹部の側壁である第２加工領域としての下側脚加工領域１３１Ｅは、環状の円錐面形状を有している。長手方向に垂直な断面において、下側脚加工領域１３１Ｅは直線状の形状を有している。すなわち、長手方向に垂直な断面において、下側脚加工領域１３１Ｅの曲率半径（第２の曲率半径）は無限大である。長手方向に垂直な断面において、一対の下側脚加工領域１３１Ｅは、互いに対向するように、下底加工領域１３１Ｇから離れるにしたがって互いに近づくように配置される。一対の下側脚加工領域１３１Ｅは、それぞれ下底加工領域１３１Ｇの一対の端部に接続される。長手方向に垂直な断面において、下底加工領域１３１Ｇに沿った直線と一対の下側脚加工領域１３１Ｅに沿った直線とは鋭角を形成するように交差する。

下底加工領域１３１Ｇと下側脚加工領域１３１Ｅとをつなぐように、一対のコーナー加工領域１３１Ｈが形成されている。長手方向に垂直な断面において、コーナー加工領域１３１Ｈは円弧状の形状を有している。すなわち、長手方向に垂直な断面において、コーナー加工領域１３１Ｈの曲率半径（第３の曲率半径）は、第１の曲率半径および第２の曲率半径よりも小さい。下底加工領域１３１Ｇ、下側脚加工領域１３１Ｅおよびコーナー加工領域１３１Ｈは、第１ロール１３０の加工面１３１を構成する。

第２ロール１３５の外周面に形成された凹部の底面である第１加工領域としての上底加工領域１３６Ｄは、トロイダル面状の形状を有している。長手方向に垂直な断面において、上底加工領域１３６Ｄは円弧状の形状を有している。長手方向に垂直な断面において、上底加工領域１３６Ｄは所定の曲率半径を有している。

第２ロール１３５の外周面に形成された凹部の側壁である第２加工領域としての上側脚加工領域１３６Ｅは、環状の円錐面形状を有している。長手方向に垂直な断面において、上側脚加工領域１３６Ｅは直線状の形状を有している。すなわち、長手方向に垂直な断面において、上側脚加工領域１３６Ｅの曲率半径は無限大である。長手方向に垂直な断面において、一対の上側脚加工領域１３６Ｅは、互いに対向するように、上底加工領域１３６Ｄから離れるにしたがって互いに離れるように配置される。一対の上側脚加工領域１３６Ｅは、それぞれ上底加工領域１３６Ｄの一対の端部に接続される。長手方向に垂直な断面において、上底加工領域１３６Ｄに沿った直線と一対の上側脚加工領域１３６Ｅに沿った直線とは鈍角を形成するように交差する。

上底加工領域１３６Ｄと上側脚加工領域１３６Ｅとをつなぐように、一対のコーナー加工領域１３６Ｆが形成されている。長手方向に垂直な断面において、コーナー加工領域１３６Ｆは円弧状の形状を有している。長手方向に垂直な断面において、コーナー加工領域１３６Ｆの曲率半径は、上底加工領域１３６Ｄの曲率半径および上側脚加工領域１３６Ｅの曲率半径よりも小さい。上底加工領域１３６Ｄ、上側脚加工領域１３６Ｅおよびコーナー加工領域１３６Ｆは、第２ロール１３５の加工面１３６を構成する。

第１ロール１３０と第２ロール１３５とは、下底加工領域１３１Ｇと上底加工領域１３６Ｄとが互いに対向するように、間隔をおいて、かつ回転軸１３０Ｃと回転軸１３５Ｃとが平行となるように配置されている。

実施の形態２の工程（Ｓ３０）では、工程（Ｓ２０）において得られた第１圧延線材２０が長手方向に沿って進行し、第１ロール１３０の加工面１３１と第２ロール１３５の加工面１３６とにより取り囲まれる領域へと進入する。これにより、第１圧延線材２０は塑性加工を受け、長手方向に垂直な断面の形状が台形状である第２圧延線材３０が得られる。実施の形態２における第２圧延線材３０は、長手方向に垂直な断面の外周３１が、上底３１Ｄと、下底３１Ｇと、一対の脚３１Ｅと、上底３１Ｄと脚３１Ｅとをつなぐコーナー３１Ｆと、下底３１Ｇと脚３１Ｅとをつなぐコーナー３１Ｈとを含む台形形状を有する。

次に、工程（Ｓ５０）として第２引抜き工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、本実施の形態の工程（Ｓ３０）において得られた第２圧延線材３０が引抜き加工されることにより、実施の形態１の場合と同様の形状を有する第２引抜き線材５０が得られる。

実施の形態２の工程（Ｓ５０）では、基本的には実施の形態１の工程（Ｓ５０）の場合と同様の構造を有する引抜き装置が用いられ、同様に引抜き加工が実施される。しかし、実施の形態２の引抜き装置に含まれるダイス１７０は、入口における加工面１７１の形状において実施の形態１のダイス１５０とは異なっている。

図１８は、ダイス１７０の入口における長手方向αに垂直な断面に対応する図である。図１８を参照して、ダイス１７０の入口では、長手方向αに垂直な断面において、加工面１７１は、実施の形態２の第２圧延線材３０の長手方向に垂直な断面における形状に対応する形状を有している。すなわち、入口において、加工面１７１は、上底加工領域１７１Ｄと、下底加工領域１７１Ｇと、一対の脚加工領域１７１Ｅと、上底加工領域１７１Ｄと脚加工領域１７１Ｅとをつなぐコーナー加工領域１７１Ｆと、下底加工領域１７１Ｇと脚加工領域１７１Ｅとをつなぐコーナー加工領域１７１Ｈとを含む台形形状を有する。上底加工領域１７１Ｄ、下底加工領域１７１Ｇ、脚加工領域１７１Ｅ、コーナー加工領域１７１Ｆおよびコーナー加工領域１７１Ｈが、それぞれ第２圧延線材３０の上底３１Ｄ、下底３１Ｇ、脚３１Ｅ、コーナー３１Ｆおよびコーナー３１Ｈに対応する（それぞれ第２圧延線材３０の上底３１Ｄ、下底３１Ｇ、脚３１Ｅ、コーナー３１Ｆおよびコーナー３１Ｈと同一の）形状を有する。一方、ダイス１７０の出口での長手方向αに垂直な断面における加工面１７１の形状は、実施の形態１におけるダイス１５０の加工面１５１と同形状である。

長手方向αに垂直な断面における加工面１７１の形状は、出口に近づくにしたがって出口における形状（実施の形態１におけるダイス１５０の出口１５９における加工面１５１と同じ形状）に近づく。工程（Ｓ５０）では、長手方向に垂直な断面の形状が入口側と出口側とで非相似である非相似ダイスにより引抜き加工が実施される。工程（Ｓ５０）が実施されることにより、実施の形態１の場合と同様の形状を有する第２引抜き線材５０が得られる。その後、実施の形態１の場合と同様に工程（Ｓ６０）が実施されて、完成品である異形金属線（異形鋼線）としての第３引抜き線材６０が得られる。

本実施の形態においては、工程（Ｓ３０）として実施される第２圧延工程において第１圧延線材２０が、実施の形態１の場合に比べて完成品である異形金属線（異形鋼線）としての第３引抜き線材６０により近い断面形状を有する第２圧延線材３０へと加工される。そのため、実施の形態１における第１引抜き工程（Ｓ４０）を省略することが可能となる。

なお、上記実施の形態において、工程（Ｓ２０）〜（Ｓ３０）の圧延加工および工程（Ｓ４０）〜（Ｓ６０）の引き抜き加工は、意図的な加熱を実施しない状態で、すなわち冷間加工として実施される。上記圧延加工および引抜き加工の一部または全部は、たとえば再結晶温度未満の温度域への加熱を実施した状態で、すなわち温間加工として実施されてもよい。

また、上記実施の形態においては、異形金属線が鋼からなる場合について説明したが、異形金属線を構成する金属はこれに限られず、鋼以外の金属であってもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本願の異形金属線の製造方法は、断面形状の精度向上が求められる異形金属線の製造に、特に有利に適用され得る。

１０原料線材
１１外周
２０第１圧延線材
２１外周
２１Ａ平坦部
２１Ｂ突出部
３０第２圧延線材
３１外周（外周面）
３１Ａ短辺
３１Ｂ長辺
３１Ｃコーナー
３１Ｄ上底
３１Ｅ脚
３１Ｆコーナー
４０第１引抜き線材
４１外周面
５０第２引抜き線材
５１外周面
６０第３引抜き線材
６１外周面
１１０ロール
１１０Ｃ回転軸
１１１加工面
１２０ロール
１２０Ｃ回転軸
１２１加工面
１２１Ａ短辺加工領域
１２１Ｂ長辺加工領域
１２１Ｃコーナー加工領域
１３０第１ロール
１３０Ｃ回転軸
１３１加工面
１３１Ｅ下側脚加工領域
１３１Ｇ下底加工領域
１３１Ｈコーナー加工領域
１３５第２ロール
１３５Ｃ回転軸
１３６加工面
１３６Ｄ上底加工領域
１３６Ｅ上側脚加工領域
１３６Ｆコーナー加工領域
１４０ダイス
１４１加工面
１４１Ａ短辺加工領域
１４１Ｂ長辺加工領域
１４１Ｃコーナー加工領域
１４８入口
１４９出口
１５０ダイス
１５１加工面
１５１Ａ短辺加工領域
１５１Ｂ長辺加工領域
１５１Ｃコーナー加工領域
１５１Ｄ上底加工領域
１５１Ｅ下底加工領域
１５１Ｆ脚加工領域
１５８入口
１５９出口
１６０ダイス
１６１加工面
１６１Ａ下底加工領域
１６１Ｂ脚加工領域
１６１Ｃコーナー加工領域
１６１Ｄ上底加工領域
１６８入口
１６９出口
１７０ダイス
１７１加工面
１７１Ｄ上底加工領域
１７１Ｅ脚加工領域
１７１Ｆコーナー加工領域
１７１Ｇ下底加工領域
１７１Ｈコーナー加工領域

Claims

金属からなり、長手方向に垂直な断面の外周において曲率半径の異なる複数の領域を含む異形断面を有する異形金属線の製造方法であって、
前記金属からなる原料線材を準備する工程と、
前記原料線材を圧延して、長手方向に垂直な断面形状が前記原料線材に非相似である圧延線材を得る工程と、
前記圧延線材を引抜き加工して、前記異形断面を有する前記異形金属線を得る工程と、を備え、
前記原料線材を圧延して前記圧延線材を得る工程は、長手方向に垂直な断面の外周において、第１の曲率半径を有する第１加工領域と、第２の曲率半径を有する第２加工領域と、前記第１の曲率半径および前記第２の曲率半径よりも小さい第３の曲率半径を有し、前記第１加工領域と前記第２加工領域とをつなぐコーナー加工領域とを含むロールにより圧延が実施される工程を含む、異形金属線の製造方法。
前記圧延線材を引抜き加工して前記異形金属線を得る工程は、長手方向に垂直な断面の形状が入口側と出口側とで非相似である非相似ダイスにより引抜き加工が実施される工程を含む、請求項１に記載の異形金属線の製造方法。
前記圧延線材を引抜き加工して前記異形金属線を得る工程は、長手方向に垂直な断面の形状が入口側と出口側とで相似である相似ダイスにより引抜き加工が実施される工程を含む、請求項１または２に記載の異形金属線の製造方法。
前記原料線材の長手方向に垂直な断面の断面積に対する、前記原料線材の長手方向に垂直な断面の断面積と前記異形金属線の長手方向に垂直な断面の断面積との差の割合である減面率は、１５％以上８５％以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の異形金属線の製造方法。
前記異形金属線の長手方向に垂直な断面の外周は、
第４の曲率半径を有する第１外周領域と、
第５の曲率半径を有する第２外周領域と、
前記第４の曲率半径および前記第５の曲率半径よりも小さい第６の曲率半径を有し、前記第１外周領域と前記第２外周領域とをつなぐコーナー領域と、を含み、
前記第６の曲率半径は０．１ｍｍ以上３．５ｍｍ以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の異形金属線の製造方法。
前記金属は鋼である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の異形金属線の製造方法。
前記原料線材の長手方向に垂直な断面は円形である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の異形金属線の製造方法。