JPH0673674A - ゴム補強用スチールワイヤ - Google Patents

ゴム補強用スチールワイヤ

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JPH0673674A JP25047892A JP25047892A JPH0673674A JP H0673674 A JPH0673674 A JP H0673674A JP 25047892 A JP25047892 A JP 25047892A JP 25047892 A JP25047892 A JP 25047892A JP H0673674 A JPH0673674 A JP H0673674A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ゴムとの接着性がよくしかも適度の伸びと良好
な耐疲労性を有し、比較的安価に量産することが可能な
ゴム補強用スチールワイヤを提供することにある。 【構成】炭素量が0.6%以上の高炭素鋼をベースとし
て、その最外層にゴム接着性を付与するめっきを持ちゴ
ム補強用として用いられるスチールワイヤにおいて、前
記スチールワイヤが、形付け率が200%以上で、かつ
破断時伸びが6.0%以上となるように強いクリンプ加
工を施されることで、ワイヤ表面の残留応力が、円周方
向において曲げ加工の内側、外側で低引張り或いは圧縮
側の残留応力となっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はゴム補強用スチールワイ
ヤ、とりわけ低引張表面残留応力特性を有するゴム補強
用スチールワイヤに関する。
【0002】
【従来の技術及びその技術的課題】スチールラジアルタ
イヤ、高圧ホース、コンベアベルトなどのゴム製品の補
強材としてのスチールコードが汎用されており、かかる
スチールコードは、一般に、炭素量が0.6%以上の高
炭素鋼からなる直径が0.05〜0.80mmのスチール
ワイヤが用いられ、スチールワイヤにはゴムとの接着性
をよくするため、最外層に銅、黄銅、亜鉛またはそれら
を主成分とする合金のめっきが施されている。こうした
ゴム補強用のスチールワイヤは、補強効果を高めるた
め、冷間加工特にダイスを用いた引き抜き方法により、
材料の強度を高くするようにしている。
【0003】しかしこの時のダイス引き抜きにより、ス
チールワイヤの表面には一般に引張り側の残留応力が残
り、その表面に存する残留応力に付加してゴム製品中で
引張りや曲げの応力を受ける事になる。このため、かか
る繰り返し応力により、スチールワイヤには疲労現象が
現れ、亀裂の発生や伝播が進行し、ひいては、ゴム補強
製品の強度や疲労性の劣化につながる。こうしたことか
ら、スチールワイヤ表面に残留する引張応力は低いほど
よく、望むべくは圧縮側にあることが望ましいとされて
いる。こうした観点から、引き抜き加工後のスチールワ
イヤに多数の小径ロールを用いて曲げ加工を施したり、
スチールワイヤ表面にショットブラストを施したりして
残留応力を低減させるようにする方法などが提案されて
きている。
【0004】しかし、小径ロール曲げ方式では、破断荷
重の低下などの物性の低下や、直線性の低下を招くほか
に、ゴム用補強材の重要な特性であるゴムとの接着性を
付与するめっき層に傷が入りやすい欠点を持つ。一方、
ショットブラスト方式は、細粒子をスチールワイヤ表面
にぶつけるため、細かい砂粒が残留したり、その砂粒に
よってめっき層に傷が付く問題が生ずるので、ゴム用補
強材には不適当である。その他の処理法として熱処理に
よる応力の緩和も可能であるが、ゴム接着用のめっきが
加熱により酸化を受けて接着性が阻害されてしまうとい
う問題がある。
【0005】本発明は前記のような問題点を解消するた
めに研究して創案されたもので、その目的とするところ
は、ゴムとの接着性がよくしかも適度の伸びと良好な耐
疲労性を有し、比較的安価に量産することが可能なゴム
補強用スチールワイヤを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、炭素量が0.6%以上の高炭素鋼をベースと
して、その最外層にゴム接着性を付与するめっきを持ち
ゴム補強用として用いられるスチールワイヤにおいて、
前記スチールワイヤが、形付け率が200%以上で、か
つ破断時伸びが6.0%以上となるように強いクリンプ
加工が施されることで、ワイヤ表面の残留応力が、円周
方向において曲げ加工の内側、外側で低引張り或いは圧
縮側の残留応力となっている構成としたものである。
【0007】以下本発明を詳細に説明する。スチールワ
イヤはゴムマトリックス中に埋設され、ゴムと接着され
ることによって補強材として機能するものであり、この
ため、通常、炭素含有量が0.6%以上の高炭素鋼を直
径が3.0〜0.3mmに伸線加工したものが出発材とし
て使用される。炭素含有量が0.6%を下回る量では強
度が低く、補強効果が小さいため不適当である。上限は
炭素の均一固溶限が1.0%以下であることから、一般
に0.7〜0.92%、主として0.8%台である。こ
のめっき付きワイヤは引き続き伸線加工される。この伸
線加工は引抜きダイスが用いられ、0.05〜0.80
mmの範囲内で所定の直径になるまで冷間で複数段実施さ
れる。この引き抜き加工により、ワイヤの強度が向上さ
れまた表面の平滑化がなされるが、表面には引張り側の
残留応力が残る。
【0008】この引張表面残留応力対策として、本発明
は、基本的には、引き抜き加工された引張り側の残留応
力分布を持つ直線状のワイヤにクリンプ加工を施し、図
1に示すように、2次元的に連続した波状屈曲部1,1
を形成するものである。このような波状屈曲部1,1を
有するスチールワイヤは、ゴム中でのある程度の伸びに
も追随することができ、ワイヤ円周方向、つまり曲げ加
工を施した外側は圧縮応力分布、内側は引張の応力分布
を有するようになる。すなわち、スチールワイヤは引張
応力を受けると、曲げの内側においては外側より大きな
引張応力が作用するので、こうした部分が疲労の起点と
なり、外側からの破壊は少なくなる。このことから発明
者らはクリンプ加工に注目し、曲げ加工を施したワイヤ
の外側はもとより、内側においても表面残留応力が低引
張側あるいは圧縮側の残留応力を持つワイヤが製造でき
るのではないかと鋭意研究を進め、試みとして、波状屈
曲部1の山の高さH、ワイヤ径dにおいて、形付け率
(H/d×100)を130%として歯車状の凹凸を有す
る加工機構にワイヤを通して、クリンプ加工を行ってみ
た。
【0009】しかし、クリンプ加工を施したワイヤの曲
げ加工部応力状態について調査したところ、上記のよう
な弱加工によっても、ゴム用補強材の重要な物性である
破断時伸びを、2.5%以上とすることができるが、表
面残留応力について理想的な結果は得られなかった。そ
こで前記条件で表面残留応力の改善効果が得られなかっ
た理由を検討した。その結果、上記条件では形付け率が
小さい弱加工であることから、図5に示すように歯型2
00,200,300の間でゆるい単純曲げ加工のみが
行なわれ、曲げ径が大きいため、ワイヤWが歯型を離れ
る際に図6の矢印で示すような伸び挙動を生じたものと
考えられた。そこで、冷間引き抜き加工により製造され
たワイヤに対するクリンプ加工を形付け率を130〜3
20まで種々変えて施し、形付け率と曲げ加工部の応力
状態についての相関関係を精査解析し、ゴム用補強材に
おける重要な物性のひとつとして破断時伸びをも勘案し
て、クリンプ加工の最適加工条件を求めた。
【0010】この結果、形付け率(H/d×100)を2
00%以上にしてクリンプ加工すると、ワイヤ円周方向
の表面残留応力が再配置され、曲げ加工の外側或いは内
側においても低引張り、圧縮側の残留応力を残すことが
できることがわかった。なお、表面残留応力はX線回折
法とりわけ、α−Feの(220)結晶間隔から求められ
たものを基準とする。詳述すると、100〜200μm
φという微小部のみにX線を照射し、2θとSIN2ψ
線図により直線部の得られるSIN2ψ値の0.1〜
0.5の範囲の勾配により応力を求める方法としたもの
であり、この方法により表面からワイヤ中心に向かって
10μmの残留応力を精度よく定量的に測定できる。
【0011】図2ないし図4はこのような形付け率を大
きくして強加工する方法を示しており、ワイヤWは、2
つの第1歯型2,2のアール付きエッジ20,20と第
1歯型2,2と噛み合う第2歯型3の先端両側アール付
きエッジ30,30の4点に当接して加工されるが、本
発明は、第1歯型2,2と第2歯型3との隙間(バック
ラッシュ)4を故意に大きく設定するものである。こう
すれば、第1歯型2,2と第2歯型3との隙間4が大き
いため、加工の際ワイヤWが歯型の中に引き込まれ易く
なり、そのため、図3に示すように、形付け率の小さい
場合に比べ曲げ径Rが小さくなり、曲げ加工部10が座
屈型の加工となる。この時、第2歯型3の先端両側アー
ル付きエッジ30,30が図2の矢印のように曲げ加工
部10の内側から直辺部100,100同士の角度θを
押し広げようとする。これにより曲げ加工部10は、ワ
イヤWが歯型を離れる際に、図4のようにむしろ縮まる
ような動き(スプリングバック現象)を生じるため、曲げ
加工部10の外側は低引っ張り、内側は圧縮側の残留応
力を示すようになる。
【0012】かかる特性が得られるのは形付け率が20
0%以上であり、これを下回る形付け率では上記表面残
留応力特性が不十分である。しかし形付け率が過度に高
いと、表面残留応力の改善効果は十分充たすものの、伸
びが大きすぎてゴム補強材としての役割を果たさなくな
るため適当でなく、上限の形付け率が300%である。
なお、形付けピッチ長さPは、線径倍率(P/d)において
4.5〜20とするのが適当である。その理由は、線径
倍率が4.5以下になると、クリンプ成形時に用いる歯
型が緻密化し、歯型がワイヤに接する部分のアールが取
りにくいなどの問題があり、実用的でない。また、線径
倍率が20以上ではワイヤがクリンプ加工前に有してい
る曲りくせがクリンプ加工後も残ってしまい適当でない
からである。
【0013】
【実施例】次に、実施例について述べる。高炭素鋼(C:
0.82%、Si:0.2%、Mn:0.45%、P:0.01%、S:0.005%残部鉄
及び不可避的不純物)1.70mmφの線材に拡散めっ
き法により、銅、亜鉛めっきを施し、その後熱処理によ
りめっき層を合金化して、63.5%Cu、付着量4.
0g/kgのめっきを施した。このワイヤを引き抜きダ
イスを用いて順次細径に伸線加工を行ない、0.30m
mφのワイヤを得た。こうして得られた直線状ワイヤに
対し、心間距離100mm、歯型:並歯、歯数98、歯高
さ1.5mmの一対の歯型を用い、クリンプ加工をピッチ
の線径倍率(P/d):12で、形付け率を下記のよう
に変化させて施し、それぞれのワイヤについて曲げ加工
部の残留応力分布の測定及び破断時伸びの測定を実施し
た。残留応力はX線回折法よりα−Feの200結晶間
隔から求めた。その結果を表1に示す。
【0014】
【表1】
【0015】この表1から、形付け率を200%以上、
300%未満とすることにより、6.0〜15%の良好
な破断時伸び特性を有ししかも表面残留応力が曲げ加工
部の外側あるいは内側でも低引張りまたは圧縮側とする
ことができていることがわかる。
【0016】
【発明の効果】以上の結果のように、本発明によれば、
形付け率(H/d×100)200%以上のクリンプ加
工を施しているため、破断時伸びが6.0%以上でかつ
曲げ加工部の外側、或いは内側での表面残留応力が低引
張り、或いは圧縮側となり、耐疲労性を向上できるとい
うすぐれた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるゴム補強用スチールワイヤの一実
施例を示す拡大側面図である。
【図2】本発明におけるクリンプ加工状態を示す説明図
である。
【図3】図2の部分的拡大図である。
【図4】加工歯型を出た直後の曲げ加工部の状態を示す
説明図である。
【図5】本発明条件範囲外のクリンプ加工状態を示す説
明図である。
【図6】図5において加工歯型を出た直後の曲げ加工部
の状態を示す説明図である。
【符号の説明】
1 波状屈曲部 10 加工部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炭素量が0.6%以上の高炭素鋼をベース
    として、その最外層にゴム接着性を付与するめっきを持
    ちゴム補強用として用いられるスチールワイヤにおい
    て、前記スチールワイヤが、形付け率が200%以上
    で、かつ破断時伸びが6.0%以上となるように強いク
    リンプ加工を施されることで、ワイヤ表面の残留応力
    が、円周方向において曲げ加工の内側、外側で低引張り
    或いは圧縮側の残留応力となっていることを特徴とする
    ゴム補強用スチールワイヤ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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