(57)【要約】【課題】設備長を大きくすることなく、線材内部の歪みや残留応力が線材の長さ方向及び円周方向で均一になるように線材を矯正すること。【解決手段】直径軸に対して対称な周面位置に形成された一対の凹部が長さ方向に周期的に存在する線材１０を矯正する矯正方法であって、線材１０の長さ方向に沿って配列された複数のロール対の間に線材１０を挿通し、各ロールの周面に形成された凸部を凹部に嵌合させることによって複数のロール対によって線材１０を把持し、隣接するロール対の相対回転角度の向きが交互に反転するように線材１０を把持している各ロール対を線材の軸心を回転軸として回転させることによって、線材１０の長さ方向に沿って交互に逆方向の捻り変形を加える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径軸に対して対称な周面位置に形成された一対の凹部が長さ方向に周期的に存在する線材を矯正する線材の矯正方法であって、
前記線材の長さ方向に沿って配列された複数のロール対の間に前記線材を挿通し、各ロールの周面に形成された凸部を前記凹部に嵌合させることによって複数のロール対によって線材を把持する把持ステップと、
隣接するロール対の相対回転角度の向きが交互に反転するように線材を把持している各ロール対を線材の軸心を回転軸として回転させることによって、線材の長さ方向に沿って交互に逆方向の捻り変形を加える捻り変形ステップと、
を含むことを特徴とする線材の矯正方法。
【請求項２】
前記捻り変形ステップは、線材の最も入側にある一組目のロール対は回転させずに、二組目以後のロール対の相対回転角度を線材の入側から出側に向かって減少させるステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の線材の矯正方法。
【請求項３】
直径軸に対して対称な周面位置に形成された一対の凹部が長さ方向に周期的に存在する線材を矯正する線材の矯正装置であって、
前記線材の長さ方向に沿って配列され、前記線材が挿通された際に周面に形成された凸部を前記凹部に嵌合させることによって線材を把持する複数のロール対と、
隣接するロール対の相対回転角度の向きが交互に反転するように線材を把持している各ロール対を線材の軸心を回転軸として回転させる回転機構と、
を備えることを特徴とする線材の矯正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直径軸に対して対称な周面位置に形成された一対の凹部が長さ方向に周期的に存在する線材の矯正方法及び矯正装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、棒鋼は、熱間圧延工程において線材を螺旋状に巻き取ることによって形成されたコイルを素線として、コイルから線材を払い出し、切断機を利用して線材を所定の長さに切断することによって製造される。ところが、線材には、コイル状にしたことによる曲がりや捻り、切断機に導入することによって発生する捻りにより、長さ方向に不均一な癖がついている。このような背景から、この長さ方向の不均一な癖を連続的に矯正し、線材を連続的に直線状にする技術が提案されている。具体的には、特許文献１には、螺旋状の巻き癖を円弧状の曲がり癖に矯正した後、複数個のローラによって円弧を含む矯正平面内で線材を直線状に矯正する技術が記載されている。
【０００３】
特許文献２には、線材を両側から挟むようにローラを千鳥状に配置した矯正機を３個以上直列に配設し、線材の状況に応じて矯正機の矯正方向を設定する技術が記載されている。特許文献３〜５には、矯正機を利用して線材に曲げ曲げ戻しを付与しながら矯正機全体を線材の進行方向まわりに回転させるスピンナー矯正技術が記載されている。非特許文献１，２には、ロータリーストレーナーと呼ばれる矯正機を利用して線材に曲げ曲げ戻しを付与する技術が記載されている。直線状に矯正された線材は、所定の長さに切断されて棒鋼となり、棒鋼は、様々な形状に曲げ加工されて例えばコンクリート構造物の鉄筋として利用される。なお、線材は、曲げ加工後に所定の長さに切断されて棒鋼とされることもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１１０５６９号公報
【特許文献２】特開平０９−２６２６３４号公報
【特許文献３】特開平０６−３９４６６号公報
【特許文献４】特開平０５−１３８２７８号公報
【特許文献５】特開平０４−３３９５３２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】生産研究、第８巻、第３号、p.97-102
【非特許文献２】矯正加工、p.130-155,202-205、コロナ社
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年、鉄筋としての棒鋼の利用技術が発達し、複雑な形状に精度よく曲げ加工できる線材が求められている。複雑な形状に精度よく曲げ加工できる線材を製造するためには、線材が長さ方向に沿って直線状に矯正されているだけでなく、線材内部の歪みや残留応力が線材の長さ方向及び円周方向で均一になっていることが必要である。これは、線材内部の歪みや残留応力が長さ方向及び円周方向で均一でないと、曲げ加工後の線材の形状にばらつきが生じるためである。
【０００７】
しかしながら、特許文献１，２や非特許文献１，２記載の繰り返し曲げ矯正技術によれば、線材の長さ方向の歪みや残留応力を均一にすることはできるが、円周方向の歪みや残留応力は原理的に均一にすることはできない。なお、特許文献２記載の技術のように線材の長さ方向に沿って矯正機を複数台直列に並べて線材を多軸で矯正すれば、矯正機の台数を増やすほど円周方向の歪みや残留応力の均一性は良好になる。しかしながら、この場合には、設備長が著しく長くなり、また原理的には矯正機の台数をどんなに増やしても円周方向の歪みや残留応力は完全に均一にはならない。
【０００８】
一方、特許文献３〜５記載のスピンナー矯正技術によれば、僅かな捻り変形が加わるために、単純な曲げ曲げ戻し方式の矯正技術よりは円周方向の歪みや残留応力の均一性は向上する。しかしながら、スピンナー矯正技術の主な加工は曲げ曲げ戻し加工であり、曲げの軸が線材の長手方向で変化するために、線材の長さ方向における歪みや残留応力は均一にならない。
【０００９】
一般に、線材の内部には、熱間圧延後に残留する歪み、コイルからの払い出しによる歪み、矯正機への挿入に伴う歪み等、様々な歪みや残留応力が長さ方向及び円周方向に存在している。このような背景から、複雑な形状に精度よく曲げ加工できる線材を製造するために、線材内部の歪みや残留応力が線材の長さ方向及び円周方向で均一になるように線材を矯正可能な技術の提供が期待されていた。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、設備長を大きくすることなく、線材内部の歪みや残留応力が線材の長さ方向及び円周方向で均一になるように線材を矯正可能な線材の矯正方法及び矯正装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る線材の矯正方法は、直径軸に対して対称な周面位置に形成された一対の凹部が長さ方向に周期的に存在する線材を矯正する線材の矯正方法であって、前記線材の長さ方向に沿って配列された複数のロール対の間に前記線材を挿通し、各ロールの周面に形成された凸部を前記凹部に嵌合させることによって複数のロール対によって線材を把持する把持ステップと、隣接するロール対の相対回転角度の向きが交互に反転するように線材を把持している各ロール対を線材の軸心を回転軸として回転させることによって、線材の長さ方向に沿って交互に逆方向の捻り変形を加える捻り変形ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る線材の矯正方法は、上記発明において、前記捻り変形ステップは、線材の最も入側にある一組目のロール対は回転させずに、二組目以後のロール対の相対回転角度を線材の入側から出側に向かって減少させるステップを含むことを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る線材の矯正装置は、直径軸に対して対称な周面位置に形成された一対の凹部が長さ方向に周期的に存在する線材を矯正する線材の矯正装置であって、前記線材の長さ方向に沿って配列され、前記線材が挿通された際に周面に形成された凸部を前記凹部に嵌合させることによって線材を把持する複数のロール対と、隣接するロール対の相対回転角度の向きが交互に反転するように線材を把持している各ロール対を線材の軸心を回転軸として回転させる回転機構と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る線材の矯正方法及び矯正装置によれば、設備長を大きくすることなく、線材内部の歪みや残留応力が線材の長さ方向及び円周方向で均一になるように線材を矯正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態である矯正装置の構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示す矯正装置によって矯正される線材を示す図である。
【図３】図３は、図１に示すロールの構成を示す模式図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態である線材の矯正方法を説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の発明者らは、線材内部の歪みや残留応力を線材の長さ方向及び円周方向で均一にするためには、曲げ曲げ戻し方式による矯正ではなく捻り捻り戻し方式による矯正が有効であることを知見した。また、厳しい加工精度が要求される線材のうち、異形線材には、リブと呼ばれる線材の長さ方向に伸びる突起が線材の直径軸に対して対称な周面位置に設けられている。また、異形線材には、節と呼ばれる線材の周方向に伸びる突起が線材の周面位置に設けられており、この節は線材の長さ方向に周期的に設けられている。従って、線材の周面におけるリブと節とで囲まれる部分は凹部となっており、この凹部も直径軸に対して対称な周面位置に形成され、且つ、線材の長さ方向に周期的に存在するものとなる。本発明の発明者らは、線材の矯正の際にこの凹部を積極的に利用することとした。以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である線材の矯正装置及びその矯正方法について説明する。
【００１７】
〔矯正装置の構成〕
始めに、図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態である矯正装置の構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態である矯正装置の構成を示す模式図である。図２は、図１に示す矯正装置によって矯正される線材を示す図である。図３は、図１に示すロールの構成を示す模式図である。なお、図１では、矯正装置の入側に配置されるコイルからの線材の払い出し装置や矯正装置の出側に配置される切断機や曲げ加工機等の図示を省略している。また、以下では、線材の長さ方向（送り方向）をｘ軸方向、水平面内においてｘ軸方向と直交する方向をｙ軸方向、ｘ軸方向及びｙ軸方向と直交する鉛直方向をｚ軸方向と定義する。
【００１８】
図１に示す矯正装置１によって矯正される線材１０は、図２に示すように、直径軸に対して対称性を有する周面位置に形成された一対の凹部１１ａ，１１ｂ及び一対の凹部１１ｃ，１１ｄ（凹部１１ｄの図示は省略）をｘ軸方向に沿って周期的に有している。より詳しくは、一対の凹部１１ａ，１１ｂは、線材１０の入側から見た場合、ｘ軸方向に沿って所定間隔毎に線材１０の左右位置に形成されている。また、一対の凹部１１ｃ，１１ｄ（凹部１１ｄの図示は省略）は、線材１０の入側から見た場合、ｘ軸方向に沿って所定間隔毎に線材１０の上下位置に形成されている。
【００１９】
図１に示すように、矯正装置１は、ｚ軸方向を回転軸とするロール対２０ａ，２０ｂ、ロール対２１ａ，２１ｂ、ロール対２２ａ，２２ｂ、及びロール対２３ａ，２３ｂを備えている。また、各ロール対は、ｘ軸方向に沿って配列されている。なお、本実施形態では、矯正装置１は４組のロール対を備えているが、ロール対の組数は最低３組あればよく、好ましく５組以上９組以下である。ロール対の組数に上限はないが、組数が多くなると、設備長が大きくなり、また設定やメンテナンスが煩雑になってしまうので望ましくない。
【００２０】
図３に示すように、ロール対を構成する各ロールの周面には、線材１０に形成された一対の凹部１１ａ，１１ｂに嵌合する複数の凸部２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ（凸部２４ｄは図示せず）が線材１０に形成された凹部の長さ方向の間隔と同じ間隔でロールの周方向に沿って配列されている。各ロール対は、線材１０に形成された一対の凹部１１ａ，１１ｂに凸部を嵌合させることによって、ｙ軸方向から線材１０を把持（グリップ保持）することができる。また、各ロール対は、図示しない回転機構によって線材１０の軸心Ｏを中心としてｙｚ平面内で一体で回転可能に構成されている。
【００２１】
〔矯正方法〕
次に、図４を参照して、図１に示す矯正装置１による線材１０の矯正方法について説明する。
【００２２】
図４は、本発明の一実施形態である線材の矯正方法を説明するための概念図である。図１に示す矯正装置１により線材１０を矯正する際には、始めに、各ロール対を構成するロールの回転軸の向きをｚ軸方向に合わせた後、線材１０の先端部をロール対を構成するロール間に導入し、線材１０をｘ軸方向に搬送する。この際、各ロール対を構成するロールに形成された凸部が線材１０に形成された一対の凹部１１ａ，１１ｂに嵌合するようにしてｙ軸方向から線材１０を把持する。なお、本実施形態では、ロールに形成された凸部は一対の凹部１１ａ，１１ｂに嵌合することとしたが、ロールの回転軸がｙ軸方向に平行になるように線材１０の軸心Ｏを中心として各ロール対を回転させることによって凸部を一対の凹部１１ｃ，１１ｄに嵌合させてもよい。
【００２３】
次に、図４に示すように、隣り合うロール対の相対回転角度（相対捻り角度）の向きがｘ軸方向に交互に反転するように各ロール対を線材１０の軸心Ｏを中心として回転させる。すなわち、入側から二組目のロール対２１ａ，２１ｂの把持方向を一組目のロール対２０ａ，２０ｂの把持方向（図の例ではｙ軸方向）から時計回りに傾けた方向とし、三組目のロール対２２ａ，２２ｂの把持方向を二組目のロール対２１ａ，２１ｂの把持方向から反時計回りに傾けた方向とし、四組目のロール対２３ａ，２３ｂの把持方向を三組目のロール対２２ａ，２２ｂの把持方向から時計回りに傾けた方向とする。具体的には、一組目のロール対２０ａ，２０ｂの把持方向に対する、二組目のロール対２１ａ，２１ｂの把持方向の角度をψ１、三組目のロール対２２ａ，２２ｂの把持方向の角度をψ２、四組目のロール対２３ａ，２３ｂの把持方向の角度をψ３としたとき、ψ１＞ψ２及びψ３＞ψ２を満足させるように、各ロール対を線材の軸心Ｏを中心として図示矢印で示したように回転させる。この際、入側一組目のロール対２０ａ，２０ｂは線材１０の向きを安定させ、他のロール対の回転角度の基準とするため、ロールの回転軸の向きをｚ軸方向に合わせて固定する。これにより、線材１０に対してｘ軸方向に沿って交互に逆方向の捻り変形を加えることができる。
【００２４】
なお、各ロール対の直前のロール対に対する相対回転角度の絶対値は出側に向かって漸減していくことが好ましい。すなわち、始めにロール対２１ａ，２１ｂによって線材１０内に存在する歪みより大きな歪みを線材１０に与えて線材１０内の歪みを円周方向で均一にし、後段のロール対によって交互に逆転しながら漸減する歪みを線材１０に与えるようにして円周方向の歪みを均一に小さくすることが望ましい。これは、各ロール対の隣り合うロール対との相対回転角度を以下のように設定することで行うことができる。すなわち、上述の通り、二組目から四組目の各ロール対の把持方向について、一組目のロール対に対してそれぞれ角度ψ１,ψ２,ψ３をもたせたとき、｜ψ１｜＞｜ψ１−ψ２｜＞｜ψ２−ψ３｜を満足するようにする。これにより、図４に示すように、各ロール対の回転軸の傾け方向は入側一組目のロール対２０ａ，２０ｂに対して同一の方向（本例では入側から見て時計回り方向の回転）になり、最終的に長さ方向及び円周方向の歪み及び残留応力を均一にすることができる。なお、図４の例では四組のロール対をｘ軸方向に配列した場合について説明したが、隣り合うロール対の相対回転角度の向きが反転するように各ロール対の軸心Ｏを中心として回転させれば、ｘ軸方向に配列されるロール対の数はこれに限定されない。この場合においても、各ロール対の直前のロール対に対する相対回転角度の絶対値は出側に向かって漸減していくことが好ましい。
【００２５】
また、少なくとも二組目のロール対２１ａ，２１ｂの回転軸の一組目のロール対２０ａ，２０ｂの回転軸に対する相対回転角度ψ１は絶対値で以下に示す数式（１）により算出される値より大きいことが望ましい。ここで、数式（１）中、パラメータＬはｘ軸方向におけるロール対のピッチ［ｍｍ］、パラメータＤは線材１０の直径を表している。なお、相対回転角度ψ１の上限は特にないが、負荷が大きくなりすぎたり、ロール対が線材１０を把持できなくなったりすることを抑制するために、数式（１）から求められる値の１０倍以下とすることが好ましい。
【００２６】
【数１】
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【００２７】
〔実施例〕
本実施例では、本発明及び特許文献１記載の矯正方法を利用して、直径１０００［ｍｍ］のコイルから深さ１［ｍｍ］の長方形状（円周方向３．５［ｍｍ］×長さ方向２［ｍｍ］のリブが長さ方向に６［ｍｍ］間隔で付与された直径６［ｍｍ］の線材（Ｓ４５Ｃ鋼）を払い出して線材を矯正した。本発明の矯正方法では、ロール対の組数を９組、ロールピッチを５０［ｍｍ］、一組目のロール対に対する二組目のロール対の相対回転角度ψ１を１２［°］、一組目のロール対に対する九組目のロール対の相対回転角度ψ８を０．５［°］とし、二組目〜九組目のロールの前組目ロール対に対する相対回転角度の絶対値は直線状に漸減するように設定した。また、隣り合うロール対の相対回転角度の向きが交互に反転するようにした。特許文献１記載の方法は該特許文献１の段落００４９〜００５１記載の方法を利用した。
【００２８】
本発明及び特許文献１記載の矯正方法によって矯正された線材を切断して３００［ｍｍ］ピッチで２０本の線材を作製した。その結果、線材の真直度Ｋ（特許文献１の段落００５０参照）はいずれの矯正方法でもほぼゼロであった。次に、各鋼線を１００［ｍｍ］ピッチで同一平面内で折り曲げてコの字型に成形し、平面上に静置したときの先端の面外変形量を測定した。その結果、本発明の矯正方法では、いずれの鋼線でも面外変形量は全くなかった。これに対して、特許文献１記載の矯正方法では、平均３［ｍｍ］、最大１０［ｍｍ］の面外変形が発生した。以上のことから、本発明の矯正方法によって、設備長を長くすることなく、線材内部の歪みや残留応力が線材の長さ方向及び円周方向で均一になるように線材を矯正し、線材を複雑な形状に精度よく加工できることが確認された。
【００２９】
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
【符号の説明】
【００３０】
１  矯正装置
１０  線材
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ  凹部
２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ  ロール
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ  凸部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2014087834.tif 000007