(57)【要約】【課題】従来のテンションレベラーでは矯正後の材料に大きな残留応力があり、裁断、印刷等の加工が困難という問題があった。これはテンションレベラーがロールを使って材料を曲げて矯正しているためである。【解決手段】テンションレベラーの入出口ブライドルロール間で加圧ユニットを置き材料を曲げないで、側面に水圧又は弾性体のライニングをしたロールによって圧力をかけ、引張りによる矯正を行う。加圧ユニットで水圧を利用するものはラビリンスシールを使って流体の漏洩を抑制している。引張り矯正過程で材料に曲げが加えられることがなく、また摩擦が介在が少ないので、形状矯正後の材料の残留応力が極めて少ない。【選択図】    図１
2006061984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入側ブライドルロールと、その周速よりやや大きい周速の出側ブライドルロールがあって、材料を前記両ブライドルロールに巻き掛けて、両ブライドルロール間で材料を曲げないで、材料の側面に加圧ユニットによって圧力を加え、両ブライドルロールの周速差により材料を塑性延伸して矯正することを特徴とするテンションレベラー。
【請求項２】
前記入側と出側の両ブライドルロールのいずれか又は両方をピンチロールに代替したことを特徴とする請求項１記載のテンションレベラー。
【請求項３】
材料との隙間に平面ラビリンスシール又は静水圧ラビリンスシールを用いて、材料の側面に水圧又は静水圧を加えることを特徴とする請求項１記載のテンションレベラーに使用した水圧加圧ユニット。
【請求項４】
材料の側面の短い区間を、ライニングロールにより材料の側面を加圧して引張矯正することを特徴とする請求項１記載のテンションレベラーに使用したのロール加圧ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は板、棒などの金属材料（以下材料という）の形状不良を矯正するテンションレベラーに関する。
【背景技術】
【０００２】  従来用いられているテンションレベラーは、入側ブライドルロールと出側ブライドルロールによって材料に張力をかけ、上下の２群に分けて千鳥型に配置された円筒型のロールを用いて、材料に繰り返し曲げを加えて矯正を行う。（例えば、特許文献１並びに非特許文献１参照）。これらのテンションレベラーは、通常、伸長ロール部と形状修正ロール部があり、いずれもロールを使用して材料を曲げかつ引張って矯正している。そのため矯正後の材料は、残留応力の釣合いによって、外見上は平坦又は真直になっているが、矯正後材料内部に大きな残留応力がある。（例えば、非特許文献２参照）【０００３】
【特許文献１】特許第３４４００８３号公報。
【非特許文献１】日本塑性加工学会編、矯正加工、コロナ社、１９９２年１月２０日発行、Ｐ．９０〜１２９。
【非特文献２】
日本鉄鋼協会発行講演論文集、材料とプロセス、２００３年３月１日発行、Ｖｏｌ．１６（２００３）Ｎｏ．２  Ｐ．３８４〜３８７。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  以上述べたように従来のテンションレベラーで矯正をした材料は、内部に大きな残留応力があり、その後の加工、すなわち裁断、表面の溶解除去、熱処理等により残留応力が開放されるに従って再度変形し、例えば、材料の表面に印刷等をするとき不都合を生じていた。【０００５】  本発明は従来のテンションレベラーで矯正した材料の残留応力の問題を解決しようとするものであり、材料の真直性又は平坦性の達成のみならず、残留応力が極めて少なく、その後の加工において変形が少く使用しやすい材料に矯正できるテンションレベラーを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  上記目的を達成するため本発明のテンションレベラーは、入側ブライドルロール、出側ブライドルロール、加圧ユニット並びに加圧ユニットの前後の入り側のピンチロール及び出側のピンチロールから成り立っている。加圧ユニットは材料の側面に短い区間、水圧等の高圧力をかけ、材料の長て方向の抗張力を減らすことを目的とする装置である。出側ブライドルロールの周速は入側ブライドルロールの周速よりやや大きく入側出側両ブライドルロールには周速差がある。従って、前記入側出側両ブライドルロール間に巻き掛けた材料は引っ張られ、加圧ユニットを通過するとき、前記入側出側両ブライドルロールの周速差により決まる一定の延伸率で塑性延伸されて矯正される。【０００７】  本発明の加圧ユニットの目的は材料が塑性延伸される矯正位置を前記入側出側両ブライドルロールから離して、入側出側両ブライドルロールの開で材料を曲げないで引張矯正を行うためである。もし加圧ユニットが設置されていなかったときは、材料の延伸は入側ブライドルロールの出口から出側ブライドルロール入り口までの間の材料の強度のばらつきによる抗張力が最も少ないところで集中して起こり、材料は全長に亘る一様な矯正はできない。加圧ユニットが設置されているときは、材料が加圧ユニットの中心部に入ると直ちに塑性延伸し、その瞬間矯正され、材料はその全長に亙ってほぼ一様に矯正される。【０００８】  矯正過程に材料に曲げが加えられることがなく、また摩擦力の介在も極めて少ないので、矯正後の材料の残留応力は極めて小さい。上降伏点と下降伏点の差が大きい材料は、入側ブライドルロールの出口前と出側ブライドルロールの入り口後において、材料は曲げられており、かつ、そこでは大きな力で引張られているので、降伏域が断面の全体に広がると、その位置で塑性伸びが起こり材料は矯正できない。これを避けるため、入り側ブライドルロールの出口と出側ブライドルロールの入り口付近において材料の引張力を減らし、材料を曲げないで張力を加えることができる入り側のピンチロールと出側のピンチロールを置いて引張力の一部を負担させて、材料の塑性延伸が必ず加圧ユニットの位置で起きるようにする。ただし、後述の表１の有効度が十分大きいときは、入り側のピンチロールと出側のピンチロールは設置の必要がない。【０００９】  加圧ユニットには静水圧加圧ユニット、対面加圧ユニット並びにロール加圧ユニットの３種がある。前２者を水圧加圧ユニットといい、それには水圧ダイスが用いられ、使用する流体は水、油又は両者の混合物その他の流体である。静水圧加圧ユニットに組込まれている水圧ダイスは静水圧ダイスという。材料は静水圧ダイスによって材料の側面全周が、短い区間高静水圧で加圧され、材料の長て方向の抗張力を減らし、引張りにより矯正される。材料が静水圧ダイス内において誘起する最大せん断応力は、材料の軸心と４５度をなすいずれの傾斜面でも同じく起こり、その価は引張応力と側面の圧縮応力の絶対値の和の半分である。ここで静水圧とは材料の全周が流体にぬれるような水圧のかけ方をいう。【００１０】  静水圧加圧ユニットに組込まれた静水圧ダイスはその１側面から高圧の流体を注入し、他の２側面に材料の入り口及��出口である開口部がある。流体は高圧を保ち材料の側面を圧縮する。開口部と材料の外郭の隙間から高圧の流体が漏出する。この流体の漏出量を抑制するため開口部にラビリンスシールを設ける。漏出する流体の量は開口部の開口面積と材料断面積の差である隙間面積に比例し、かつ、ラビリンスシールのフイン数の平方根に逆比例するので、開口部をできるだけ材料の形状に密接して隙間を小さくし、かつ、ラビリンスシールのフイン数を多くして、漏出する流体の量を最小限に抑える。それでも漏出する流体があるが、流体は備えられたポンプから絶えず補給される。【００１１】  対面加圧ユニットに組込まれている１組の水圧ダイスを対面水圧ダイスという。材料の対向する２側面、板にはその表裏両面、の短い区間に高水圧をかけ材料を加圧して、材料の長て方向の抗張力を減らし、引張りによる材料の矯正を行う。対面水圧ダイスの側面に材料の入り口及び出口があり、対面水圧ダイスの中心の表裏にそれぞれ流体の流入口があり高圧の流体が流入する。流入口の周囲に平面ラビリンスシールがありシール面は材料の表裏２面と極めて狭い隙間を保って対向している。従って平面ラビリンスシールの中心部の流体は高圧を保ち、その流体圧により材料を圧縮する。材料内に誘起される最大せん断応力は、材料の軸心に直角な断面の長軸を通りかつ材料の軸心と４５度をなす傾斜面で起こり、その価は引張応力と側面の圧縮応力の絶対値の和の半分である。平面ラビリンスシールから漏れ出た圧力を失った流体は材料の入り口及び出口から排出される。その他の機能は上記静水圧加圧ユニットに準ずる。表１の最右列に対面加圧ユニットを使用した矯正の仕様を例示した。【００１２】  ロール加圧ユニットは、入側出側両ブライドルロールの間に置き、その中に上下２本の円筒形のライニングロールを組込んでいる。ライニングロールにはプラスチック又はゴム等の金属に較べて弾性係数が低いけれども、なお必要な価の弾性係数と強度を持つライニングが施されていて、そのライニングロールの押圧によって変形して板と面接触する。材料は狭い長方形の接触面でライニングロールに加圧されて長て方向の抗張力が減り、ライニングロールの中心位置で塑性延伸して矯正目的が達成される。ライニングロールは曲げ抑制が必要なときにはバックアップをする。ここにいうライニングロールは必ずしもプラスチック又はゴム等を重層的に張り付けたものばかりでなく、一般に円筒表面がプラスチック又はゴム等で覆われたものをいう。材料が丸棒のときには丸棒を囲んで回りに２〜６本のライニングロールを配置し、ライニングロールの表面には孔型を掘る。【００１３】  表１の中央部の４列はロール加圧ユニットのライニングロールのライニングとして、天然ゴム、ナイロン、エポキシ樹脂又は金属材料を選択し、ロール加圧ユニットの特性を計算したものである。表中のＬ．Ｒ．はライニングロールを表す。それぞれのライニングの弾性係数と板の弾性係数、ライニングロールの半径と圧下力の大きさからヘルツ接触理論を用いて接触応力を計算した。ライニングロールの変形による接触弦幅と変形弧高さが計算できる。弾性係数の大きい金属をライニングにしたときは変形弧高さが少な過ぎて材料の厚さのばらつ��等によりライニングロールが安定して材料に接触できないので矯正には不適当である。ライニングロール圧下力の強さと摩擦係数から引張摩擦抵抗が計算できる。すなわち引張摩擦抵抗は材料がライニングロールの中心で延伸するとき、ライニングロールの出側と材料の摩擦によって材料の延伸に抵抗する力である。この価を減らすためライニングロール表面は潤滑する。ライニングロールの接触圧力のかかる範囲は狭い長方形であって、接触圧力による材料幅の変化は拘束され、材料内に幅拘束圧力が誘起する。降伏条件の塑性せん断応力、平均垂直応力と理論最大引張応力はミゼスの降伏条件から計算した。Ｂ．Ｒ．の間の張力とは入側ブライドルロールと出側ブライドルロールの間の矯正に必要な材料にかかる張力をいう。有効度とは、ロール加圧ユニットの作用による材料の抗張力の低下の価から上記引張摩擦抵抗を差引いた価、の元の材料の抗張力の価に対する割合をいう。すなわち加圧ユニットによる必要なＢ．Ｒ．の間の張力の低下割合を示す。この価は材料が矯正可能か否かの判断指標であり、正値であって、かつ入側出側両ブライ
【表１】
2006061984.tif 000003
ドルロール間の材料の引張強度のばらつきの割合よりも大きくなければならない。しかしながら材料が帯鋼のように長尺でも、その全長に亘るばらつきの割合を考慮する必要はない。有効度は多くの項目、すなわち材料の厚さ、ライニングと材料の弾性係数、材料の降伏点、ライニングロール圧下力とその半径及びライニングロールと材料間の摩擦係数の関数であり、本発明のテンションレベラーの設計においては、表１を参照しその例に倣いこれらの項目の値を決定する。天然ゴムのライニングロールの欄は有効度が負数であるため、弾性係数の高い材料の矯正はできないことを示す。
【発明の効果】
【００１４】  本発明のテンションテベラーで矯正した材料の残留応力は、残留応力が各種矯正機の中で最も少ないと評価されているストレッチャーレベラーで矯正した板の残留応力に準ずる価でり、従来のテンションレベラーと比較して、残留応力が極めて少ないことが期待できる。すなわち矯正点で材料は曲応力がなく、水圧加圧ユニットでは矯正過程で摩擦が介在せず、ロール加圧ユニットでも加圧の強さはスキンパスミル等に比較して１桁少なく、従って摩擦の介在も少ないからである。残留応力は表１ののライニングロールのライニング材質がエポキシ樹脂のとき板表面で５．０×１０６Ｐａの圧縮応力、板の中心で１．６３×１０６Ｐａの引張応力程度と計算される。ライニングがナイロンのときは残留応力は更に少ない。ストレッチャーレベラーに比較すれば、本発明の矯正工程は連続で材料が長尺のまま行うので高能率であり、かつグリップ跡が付いた両端把持跡と糸巻き状に変形した板の両縁を切り落とす必要がないので歩留まりが高い。従来のテンションレベラーに較べ矯正時の材料の引張力が強いので材料のピンホールその他の欠陥が検出されるのはストレチャーレベラーと変わらず信頼性の高い材料が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】  以下本発明の実施の形態を図１〜図１０に示す。【００１６】  図１は本発明のテンションレベラーであって、入側ブライドルロール１、２と出側ブライドルロール３、４の間に水圧加圧ユニット５を置いて、材料６を前記入側出側両ブライドルロール１、３間で引張って矯正を行う。矢印は材料６の進行方向を示す。押さえロール９は材料６に入側ブライドルロール２と出側ブライドルロール４に初張力を与えるため設置される。材料６が水圧加圧ユニット５を通過するとき、材料６を曲げることなく、入側出側両ブラドルロール１、２と３、４の周速差により決まる一定の延伸率で塑性延伸されて矯正が行われる。更に、材料６によっては、水圧加圧ユニット５の位置で矯正に必要な引張力を与えたとき、入側ブライドルロール１の出口と出側ブライドルロール３の入り口近傍で材料６が曲がっているため、曲げ応力と引張応力の和で降伏し、材料６の降伏応力に弛緩があり、かつ表１の有効度が小さいために、該位置で塑性延伸を起こすと材料６は矯正できない。これを避けるため、入り側と出側にピンチロール１２を置いて必要な張力の一部を追加負担する。ただし表１の有効度が十分大きいときは入り側のピンチチロール１２と出側のピンチロール１２をは設置する必要はない。【００１７】  出側ブライドルロール３、４は外部動力によって駆動され、材料６を牽引すろので動力を消費し、入側ブライドルロール１、２は材料６を制動するから動力が返還される。この動力の消費の大部分を返還された動力によりまかなうため、入側出側両ブラドルロール１、２と３、４の駆動系は（図面に表示されていないけれども）機械的又は電気的に結ばれていて動力の循環が行われる。加圧ユニット５は材料６の種類や機能によって異なり、静水圧加圧ユニット１５又は対面加圧ユニット２５の２種がある。静水圧加圧ユニット１５は静水圧ダイス１７、対面加圧ユニット２５は対面水圧ダイス２７、２８が使用される。【００１８】  実施例１は材料６の形状が細線１６である。図１の静水圧加圧ユニット１５には静水圧ダイス１７組込まれる。図２は静水圧ダイス１７の立面断面図、図３は図２のＡ−Ａ断面図である。静水圧ダイス１７は多数のフイン板８をフインケース７に納め、両端をねじ蓋１０で締付けたもので、その中心の供給孔１１から高圧の流体が流入する。フイン板８の中心に小穴があけられ、この小穴の総てに細線１６が通される。高圧の流体の圧力は細線１６の周囲を圧縮しその部の延伸を助ける。フイン板８の中心の小穴と細線１６の外径の隙間はオリフィスを形成し、多数のフィン板８は静水圧ラビリンスシール４１になり、流体の漏れを抑制する。静水圧ダイス１７からの流体の漏出量は公知のベルヌーイの式を用いて計算することができる。流体圧の全ヘッドが供給孔１１からそれぞれ両端のねじ蓋１０に至るフイン板８の数に分割されるため漏出量が少ない。【００１９】  実施例２は材料６の形状が板１８の場合である。図４は板１８の矯正に使用する対面加圧ユニット２５の立面図を示す。図５は図４のＢ−Ｂ線断面図である。対面加圧ユニット２５はフレーム２１に組込まれた対面水圧ダイス２７、２８、上ビーム２４、下ビーム２６と上ビーム２４支持をする油圧サーボシ��ンダー１３より成り立っている。対面水圧ダイス２７、２８の詳細は図６に示し、そのＣ−Ｃ線拡大平面図とＤ−Ｄ線拡大断面図を図７、図８に示す。対面水圧ダイス２７、２８の平面ラビリンスシール３１は多数のフインが削り出されたもので、これによって同数のオリフイスを作り、その中心に供給口３６から高圧の流体が流入するが平面ラビリンスシール３１にせき止められて、流体は圧力を保持して板１８の表裏両面を高圧で押圧する。【００２０】  対面加圧ユニット２５の一対の対面水圧ダイス２７、２８は板１８の厚さに応じて、油圧サーボシリンダー１３で上下位置が調整可能であり、また板１８に対して極めて狭い隙間を保持して対向しなければならない。従って対面水圧ダイス２７、２８を取り付ける上ビーム２４、下ビーム２６は剛性が高く、必要な自働たわみ補正装置（図面に記載されていない）をもっている。フレーム２１は対面加圧ユニット２５の諸装置の取付け枠である。その他の機能は実施例１に準ずる。【００２１】  図９は実施例３でロール加圧ユニット３５を使用した。ロール加圧ユニット３５には２本の円筒形のライニングロール２２が組込まれ、材料である板１８の上下面を挟んで必要な一定の力で互いに押圧して板１８の表裏を加圧する。図１０はライニングロール２２を示し、そのロール胴２９にはプラスチック又はゴム等のライニング２３が施されていて、それが変形して板１８と面接触する。板１８は加圧されて長て方向の抗張力が減りロール加圧ユニット３５の中心位置で板１８が延伸されて矯正目的が達成される。【００２２】  以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば入側出側両ブライドルロールをピンチロール等他の牽引装置に交替する等、種種の変更、改良、組合せ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【産業上の利用可能性】
【００２３】  電子産業で使用される機器の配線には直径０．００００２−０．０００１ｍの極細金属線が用いられるが、極僅かの内部応力の不釣合いも大きな曲がりの原因になっている。また、直径数ミリメートルの印刷機の印刷ヘッドガイド用の棒、テレビションのシャドウマスクや印刷する食物の缶の薄板等で残留内部応力による形状不良が問題となっている。本発明のテンションレベラーにより処理された材料は、残留応力が少なく、かつ板の平坦度や棒の真直性が良いので、これらの製品の製造工程を改善し、歩留まり向上に役立つことが期待される。ラビリンスシールの採用が本発明の水圧加圧ユニットの実現を可能にしたもので、高圧流体の消費量はラビリンスシールにより極めて少なくして、運転費を節約することができる。ロール加圧ユニットは水圧に代わってライニングしたロールの加圧力を利用して材料を加圧して抗張力を減らしロール加圧ユニットの中心位置で材料を伸ばし矯正目的を達成する。また本発明に流体を供給することができる高圧のポンプは容易に市場で供給を受けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】  水圧加圧ユニットを用いたテンションレベラーの立面図
【図２】  静水圧ダイスの立面断面図
【図３】  図２のＡ−Ａ矢視断面図
【図４】  対面加圧ユニットの立面図
【図５】  図４のＢ−Ｂ矢視断面図
【図６】  対面水圧ダイスの立面断面図
【図７】  図６のＣ−Ｃ矢視拡大平面図
【図８】  図６のＤ−Ｄ矢視拡大断面図
【図９】  ロール加圧ユニットを用いたテンションレッベラー立面図
【図１０】  ライニングロールの立面断面図
【符号の説明】
【００２５】  １、２、  入側ブライドルロール
３、４、  出側ブライドルロール
５、  加圧ニット
６、  材料
７、  フインケース
８、  フイン板
９、  押さえロール
１０、ねじ蓋
１１、供給孔
１２、ピンチロール
１３、油圧サーボシリンダー
１５、静水圧加圧ユニット
１６、細線
１７、静水圧ダイス
１８、板
１９、ポンプ
２１、フレーム
２２、ライニングロール
２３、ライニング
２４、上ビーム
２５、対面加圧ユニット
２６、下ビーム
２７、２８、対面水圧ダイス
２９、ロール胴
３１、平面ラビリンスシール
３５、ロール加圧ユニット
３６、供給口
４１、静水圧ラビリンスシール
【図１】
2006061984.tif 000004
【図２】
2006061984.tif 000005
【図３】
2006061984.tif 000006
【図４】
2006061984.tif 000007
【図５】
2006061984.tif 000008
【図６】
2006061984.tif 000009
【図７】
2006061984.tif 000010
【図８】
2006061984.tif 000011
【図９】
2006061984.tif 000012
【図１０】
2006061984.tif 000013