(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
線材の表層部を皮むきダイスで皮削りする皮削りステップと、
前記皮削りされた後の線材の表面から所定の深さまで研削する研削ステップとを含み、
前記研削ステップは、前記皮削りステップの直後に行われ、且つ前記皮削りにより硬化した線材の表面を研削するものであって、
前記所定の深さが、前記皮削りされた後の線材の表面から５μｍ〜２５μｍである
ことを特徴とする、線材の製造方法。
【請求項２】
前記研削ステップは、ベルトグラインダーを用いて線材の表面を研削することを特徴とする、請求項１に記載の線材の製造方法。
【請求項３】
線材を走行させながら連続的に皮削りする装置であって、
前記線材の表層部を、前記線材を皮削りする皮むきダイスを備えた皮削り部と、
前記皮削り部の下流部に続けて設けられ、皮削りされた後の線材の表面から所定の深さまで研削する研削部とを含み、
前記研削部は、皮削りにより硬化した線材の表面を、当該表面から５μｍ〜２５μｍの深さで研削することを特徴とする、線材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ばね用鋼材を含む線材の製造技術に関し、特に、線材の皮削りにおいて表面に形成される加工変質層（以下、硬化層と記載する）を、確実かつ高効率に除去することのできる線材の製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼、銅、アルミニウムなどの金属製の線材（本発明では棒材も線材に含めて記載する）が広く用いられている。このような線材の中に、ばね用鋼線材（本発明では線材に鋼線材も含めて記載する）がある。ばね用鋼線材の一部は、自動車エンジンの弁ばねとして用いられ、特に優れた疲労特性が要求されている。弁ばねの疲労特性の低下を招く要因の一つとして、圧延鋼線材の表面に疵や脱炭層、酸化膜、異物等を含む欠陥が形成されることが挙げられる。このため、このような線材の製造工程においては、線材表面の疵や脱炭層、酸化膜、異物等を含む欠陥部分を除去するために、線材の外皮部分を薄く剥取る皮削りが行われる。
【０００３】
皮削りの方法には、（１）回転バイトによる方法、（２）研削砥石による方法、（３）皮むきダイスによる方法がある。（１）回転バイトによる方法は、削り深さを直径で６ｍｍ程度まで深く取れる利点があるが、処理速度が最大２０ｍ／ｍｉｎ程度までと遅く、らせん状の切削痕が残るという問題がある。（２）研削砥石による方法は、硬い難削材にも対応できる利点があるが、処理速度が５ｍ／ｍｉｎ程度と遅く、削り深さも０．０５ｍｍと浅くしか取れないという問題がある。そこで、表面欠陥の除去のための皮削りには、（３）皮むきダイスによる方法が広く用いられている。皮むきダイスを用いれば、線速は１５０ｍ／ｍｉｎ程度と速く、削り深さも０．２ｍｍ程度取ることができ、生産性、品質ともに優れた線材を得ることができる。このように皮むきダイスを用いた皮削りによって、疲労特性を低下させる原因となる欠陥部分が除去されている。
【０００４】
しかしながら、皮むきダイスを用いた切削後、線材表面には深さ５μｍ程度までの硬化層が生じる。硬化層は線材内部に比べて硬度が上昇しているため、皮むきダイスを用いて切削したままの状態で、後工程の伸線加工や圧造加工を行なうと、加工工具の寿命を短くしたり、硬化層の変形能が低いために割れが生じたりする問題がある。
このような問題を解決するため、皮むきダイスを用いた切削後に、鉛パテンティング処理（ＬＰ処理）を行なって硬化層を軟化焼鈍させるのが一般的である。このＬＰ処理は、鉛を使用するため環境問題が生じ、また鉛の処理コストや加熱コストが問題となるという問題がある。
【０００５】
このようなＬＰ処理の問題を解決するため、バッチ炉による熱処理（ＬＡ処理）も行われている。たとえば、特許第３３５３５３７号公報（特許文献１）は、絞りが３５％以上の圧延鋼線材の表層部を皮削りした後、気相中において、８２３〜９７３Ｋの加熱温度で、且つ加熱温度Ｔ（Ｋ）と加熱時間ｔ（分）がＴ×ｔ１／２＝６７００〜１２０００を満足する範囲で熱処理することを特徴とする伸線性に優れたばね用鋼線材の製造方法を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３３５３５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１に開示されたばね用鋼線材の製造方法でも好適に硬化層を十分に軟化させることができるが、バッチ炉において加熱温度および加熱時間を調整する必要があり、調整を誤ると軟化の度合いが好ましくない場合も発生しうる。また、ＬＡ工程がバッチ炉で処理されるので、皮削り工程とＬＡ工程とを連続してインラインで操業することが難しく効率を上げることができない。
【０００８】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、皮削りにおいて表面に形成される
硬化層を、確実かつ高効率に除去することのできる線材の製造方法および製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明に係る線材の製造方法は、以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明に係る線材の製造方法は、線材の表層部を皮むきダイスで皮削りする皮削りステップと、前記皮削りされた後の線材の表面から所定の深さまで研削する研削ステップとを含むことを特徴とする。
【００１０】
この研削ステップは、前記皮削りにより硬化した線材の表面を研削するように構成することができる。
さらに、この研削ステップは、ベルトグラインダーを用いて線材の表面を研削するように構成することができる。
さらに、所定の深さは、前記皮削りされた後の線材の表面から５μｍ〜２５μｍとするように構成することができる。
【００１１】
また、本発明に係る線材の製造装置は、線材を走行させながら連続的に皮削りする装置であって、前記線材の表層部を、前記線材を皮削りする皮むきダイスを備えた皮削り部と、前記皮削り部の下流部に設けられ、皮削りされた後の線材の表面から所定の深さまで研削する研削部とを含むことを特徴とする。
なお、本発明にかかる線材の製造方法の最も好ましい形態は、線材の表層部を皮むきダイスで皮削りする皮削りステップと、前記皮削りされた後の線材の表面から所定の深さまで研削する研削ステップとを含み、前記研削ステップは、前記皮削りステップの直後に行われ、且つ前記皮削りにより硬化した線材の表面を研削するものであって、前記所定の深さが、前記皮削りされた後の線材の表面から５μｍ〜２５μｍであることを特徴とする。
また、本発明にかかる線材の製造装置の最も好ましい形態は、線材を走行させながら連続的に皮削りする装置であって、前記線材の表層部を、前記線材を皮削りする皮むきダイスを備えた皮削り部と、前記皮削り部の下流部に続けて設けられ、皮削りされた後の線材の表面から所定の深さまで研削する研削部とを含み、前記研削部は、皮削りにより硬化した線材の表面を、当該表面から５μｍ〜２５μｍの深さで研削することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る線材の製造方法および製造装置を用いることにより、皮削りにおいて表面に形成される硬化層を、確実かつ高効率に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る線材の製造装置を模式的に示す図である。
【図２】図１のベルトグラインダーを示す斜視図である。
【図３】評価試料の作成方法を説明するための図である。
【図４】本発明の実施形態に係る線材の製造方法で処理した評価試料および比較例の評価試料における硬度（表面硬さ）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態に係る線材の製造装置および製造方法を、図面に基づき詳しく説明する。
［製造装置］
本発明の実施形態に係る線材の製造装置の特徴は、皮むきダイスによる皮削り工程後に、更に線材表面をベルトグラインダーにより研削（本発明においては研削には研磨を含む。）する工程を設けることにより、皮削り後のＬＡ処理を省略する。このとき、ベルトグラインダーによる削り深さは５μｍ以上として、皮むきダイスによる硬化層を全て削り取るが、生産性や歩留まりを考慮すると削り深さは２５μｍ以下であることが好ましい。
【００１５】
なお、以下の実施形態においては、皮むきダイスによる皮削り工程とベルトグラインダーによる研削工程とを連続的に処理するインライン方式について説明するが、本発明はこのようなインライン方式に限定されるものではない。皮削り工程後に一旦巻き取って別に設けられた研削工程で巻き出しながら研削して巻き取るオフライン方式であっても構わない。
【００１６】
また、以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
図１に、本実施形態に係る線材１００の製造装置１の模式図を示す。図１に示すように、この製造装置１は、前工程で製造されて巻き取られた線材１００を懸架し、皮削り工程へ供給するサプライスタンド１０と、皮削り工程を構成するＳＶヘッド２０と、皮削り工程の後流側に設けられた研削工程を構成するベルトグラインダー３０と、表面を研削された線材１００を巻き取る巻取機４０とで構成される。
【００１７】
ＳＶヘッド２０は、線材１００を皮削りする公知の装置であって、線材１００の表層を切削する皮むきダイスと、その前後に設けられたガイドまたは／および仕上げダイス等と
で構成される。
図２を参照して、研削工程を構成するベルトグラインダー３０について説明する。
このベルトグラインダー３０は、研削砥粒が表面に設けられた無端状の研削ベルト３１と、この研削ベルト３１を線材１００に当接させながら駆動するための駆動ローラ−３２と従動ローラー３３と、研削ベルト３１、駆動ローラ−３２および従動ローラー３３を線材１００の周囲に回転（公転）させるための公転テーブル３４と、線材１００のガイドローラー３５とで構成される。なお、駆動ローラ−３２を回転するモーターおよび公転テーブル３４を回転するモーターについては図示していない。
【００１８】
すなわち、このベルトグラインダー３０は、サプライスタンド１０から連続的に供給される線材１００の表面に、２つのローラー（駆動ローラ−３２および従動ローラー３３）により回転駆動される研削ベルト３１を当接させつつ、線材１００の周囲を２つのローラーおよび研削ベルト３１が回転（公転）する。ここで、２つのローラーの駆動側と従動側、研削ベルト３１の回転方向および公転テーブル３４の回転方向は、図示したものに限定されるものではない。
【００１９】
このベルトグラインダー３０による削り深さの調整（５μｍ〜２５μｍ）は、ベルトグラインダー３０の台数、駆動ローラー３２の回転数、線材１００の送り速度、研削ベルト３１の表面粗さなどを調整することにより行われる。
なお、研削工程に設けられ、皮削り工程後の線材１００の硬化層を研削する装置および方法は、このようなベルトグラインダー３０を用いたものに限定されるものではない。研削工程において、皮削りにより硬化した線材１００の表面を全周に亘り５μｍ〜２５μｍ研削することができるものであれば構わない。
【００２０】
［製造方法］
以上のような構成を備えた線材１００の製造装置１を用いた線材１００の製造方法およびその製造方法により製造された評価試料の評価結果について説明する。
圧延工程で直径７ｍｍに仕上げられた線材（ＳＡＥ９２５４）１００を巻回しサプライスタンド１０へ仕掛ける。サプライスタンド１０から線材１００を供給して、皮削り工程を構成するＳＶヘッド２０で直径６．４ｍｍに皮削りして、研削工程を構成するベルトグラインダー３０で表面から所定の深さ（５μｍ〜２５μｍ）まで研削する。その後、巻取機４０において、ベルトグラインダー３０で研削した後の線材１００を巻き取る。
【００２１】
このような製造方法により製造された線材１００を用いて、図３に示す研磨サンプルを作成して、表面硬さ（表面から５μｍ）と内部の硬さ（表面から１０μｍ、３０μｍ、１００μｍ、５００μｍ、１０００μｍ）とを測定し、表面硬さと内部の硬さ（１０μｍ、３０μｍ、１００μｍ、５００μｍ、１０００μｍの中で最も高い硬度）とを比較することにより、評価した。
【００２２】
・試料作成：２０ｍｍ長さに切断したカットサンプルを傾けて樹脂２００に埋め込み後、研磨
・測定箇所：研磨サンプルのＵ字型の底付近を測定、実深さは測定位置から換算して算出
・測定機器：マイクロビッカース硬度計
・測定荷重：５０ｇｆ
・実施例１：研削深さ  ５．０μｍ
・実施例２：研削深さ１０．０μｍ
・実施例３：研削深さ２５．０μｍ
・実施例４：研削深さ３０．０μｍ
・実施例５：研削深さ３７．５μｍ
・実施例６：研削深さ５０．０μｍ
・比較例１：研削なし
・比較例２：研削深さ  ２．５μｍ
なお、この研磨サンプルのビッカース硬さは、特開平８−５３７３７号公報に開示されるコード法で測定される値を採用した。コード法とは、R.H.Gassner, Metal Progress, M
arch, 59(1978),American Society for Metalsに示された方法である。上述したように、線材１００を埋め込んだ樹脂２００を表層から中心へ向かって斜めに研磨し、研磨面端部から所定の点でビッカース硬さを測定する。本実施形態においては、表面層の硬さを、線材１００の中心方向へ向かって深さ５μｍ、１０μｍ、３０μｍ、１００μｍ、５００μｍ、１０００μｍのそれぞれの部分について測定した。
【００２３】
これらの評価結果を表１に示す。
【００２４】
【表１】
0005881428.tif 000002
【００２５】
表１に示すように、表面から５μｍ以上をベルトグラインダー３０で研削したどの実施例においても、表面（５μｍ深さ）の硬さは、内部の硬さ（１０μｍ〜１０００μｍ深さの中の最高硬さ）よりも硬くなく、表面から２．５μｍしかベルトグラインダー３０で研削していない比較例２またはベルトグラインダー３０で全く研削していない比較例１においては、表面（５μｍ深さ）の硬さは、内部の硬さ（１０μｍ〜１０００μｍ深さの中の最高硬さ）よりも硬い。これらより、実施例においては皮むきダイスにより発生した硬化層を除去できており、比較例においては皮むきダイスにより発生した硬化層を除去できていないことがわかる。
【００２６】
さらに、比較例１、比較例２および実施例１における評価結果を、図４（ａ）、図４（ｂ）および図４（ｃ）にそれぞれ示す。実施例１は、皮むきダイスにより研削した後の線材１００の表面から５．０μｍをベルトグラインダー３０で研削したものであって、内部は表面から１００μｍの箇所で最も硬度が高かった（３６７ＨＶ）。実施例１においては、この内部の最高硬度（３６７ＨＶ）に対して（しきい値）、表面の硬さ（表面から５μｍの箇所での硬さである３５２ＨＶ）の方が低く、表層部の硬化層が除去されていることがわかる。一方、比較例１および比較例２においては（最高硬度を示した内部の箇所もその最高硬度も異なるが）、内部の最高硬度に対して、表面の硬さ（表面から５μｍの箇所での硬さ）の方が高く、表層部の硬化層が除去されていないことがわかる。
【００２７】
なお、これらの評価結果から、ベルトグラインダー３０による研削により加工変質層は発生しないか、もし発生していてもごく薄いまたは硬くないことがわかる。
以上のようにして、本実施形態に係る線材１００の製造装置および製造方法によると、以下の効果が発現する。
（Ａ）皮むきダイスにより表面を切削すると、線材表面には深さ５μｍ程度までの硬化層が生じるが、皮むきダイスによる切削後にベルトグラインダー３０により表面研削することにより、皮むきダイスによる硬化層が除去できる。ベルトグラインダー３０による研削により加工変質層は発生しないか、もし発生しても伸線加工や圧造加工へ影響を与えるものではない。
【００２８】
（Ｂ）ベルトグラインダー３０による研削深さが５μｍよりも浅ければ、硬化層を完全に削り取ることはできず、２５μｍよりも深ければ、ベルトグラインダー３０による研削処理の生産性や歩留まりが低下する。好適な範囲（５μｍ〜２５μｍ）でベルトグラインダー３０で研削するので、確実にかつ高効率で、皮むきダイスによる硬化層を除去することができる。
【００２９】
ところで、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。また、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、たとえば、運転条件、操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。
【符号の説明】
【００３０】
１      線材の製造装置
１０    サプライスタンド
２０    ＳＶヘッド
３０    ベルトグラインダー
４０    巻取機
１００  線材
２００  樹脂
【図４】
0005881428.tif 000003
【図１】
0005881428.tif 000004
【図２】
0005881428.tif 000005
【図３】
0005881428.tif 000006