(57)【要約】      （修正有）【課題】リニアガイド素材製造用のニアネットシェイプ連続圧延設備の提供。【解決手段】素材送給機構２０、張力制御機構３０、少なくとも１組の加熱圧延機構４０を備え、素材送給機構２０が素材を搬送し、張力制御機構３０が素材２１の張力を制御し適度な搬送速度及び搬送張力を保持し、加熱圧延機構４０が、電磁誘導加熱システム４１及び四本ローラ式ニアネットシェイプ圧延機構４２を備え、電磁誘導加熱システム４１が温度帰還制御機構４１１及び周波数・パワー制御システム４１２を有し、温度帰還制御機構４１１が素材２１の表面温度を検知し、周波数・パワー制御システム４１２が素材２１を加熱して圧延に適する温度に保持し、四本ローラ式ニアネットシェイプ圧延機構４２が、４本の遊星歯車状に配列された圧延ローラにより、素材２１に対し圧延式塑性加工を施しその断面の周囲を圧延するリニアガイド素材製造用のニアネットシェイプ連続圧延設備１０。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
素材を搬送する素材送給機構と、
前記素材供給機構で搬送される前記素材の張力を制御して適度な搬送速度及び搬送張力を保持する張力制御機構と、
前記素材送給機構と前記張力制御機構との間に設置される少なくとも１組の加熱圧延機構と、
を備え、
前記少なくとも１組の加熱圧延機構は、
前記素材の表面温度を検知する温度帰還制御機構、及び、当該温度帰還制御機構からフィードバックされた前記表面温度のデータに基づいて電磁誘導加熱方式の周波数及びパワーを調整して前記素材を加熱して圧延に適する温度に保持する周波数・パワー制御システムを有する電磁誘導加熱システムと、
４本の遊星歯車状に配列された４本の圧延ローラを有し、当該４本の圧延ローラそれぞれの４面の圧延面が、圧延押さえ面を画成する４辺をなすように、前記素材の断面の周囲を同時に圧延することによって、前記素材に圧延式塑性加工を施す四本ローラ式ニアネットシェイプ圧延機構と、
を有する
ことを特徴とするリニアガイド素材製造用のニアネットシェイプ連続圧延設備。
【請求項２】
前記少なくとも１組の加熱圧延機構は３組の加熱圧延機構であり、当該３組の加熱圧延機構は連続的に直列に配列されて設置されることを特徴とする請求項１に記載のリニアガイド素材製造用のニアネットシェイプ連続圧延設備。
【請求項３】
前記素材は線材または棒材であることを特徴とする請求項１または２に記載のリニアガイド素材製造用のニアネットシェイプ連続圧延設備。
【請求項４】
前記圧延押さえ面は、標準型、微小型、広軌型、クロスボール型、及びクロスローラ型の何れかの形状をなすことを特徴とする請求項１または２に記載のリニアガイド素材製造用のニアネットシェイプ連続圧延設備。
【請求項５】
前記四本ローラ式ニアネットシェイプ圧延機構の前記４本の遊星歯車状に配列された圧延ローラは、能動輪セット及び従動輪セットを有し、
前記能動輪セットは、相互に対向するように配置されて同じ直径を有し、一対の圧延ローラを同じ回転速度で相互に反対方向に回転させて、前記素材を当該一対の圧延ローラの間に圧入させるように構成され、
前記従動輪セットは、相互に対向するように配置されて同じ直径を有し、自由回転する圧延ローラを束縛しないように構成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載のリニアガイド素材製造用のニアネットシェイプ連続圧延設備。
【請求項６】
前記四本ローラ式ニアネットシェイプ圧延機構の圧延開度は、調節式及び非調節式の何れか一方であることを特徴とする請求項１または２に記載のリニアガイド素材製造用のニアネットシェイプ連続圧延設備。
【請求項７】
前記四本ローラ式ニアネットシェイプ圧延機構は、前記圧延ローラを強制冷却する冷却システムを有することを特徴とする請求項１または２に記載のリニアガイド素材製造用のニアネットシェイプ連続圧延設備。
【請求項８】
前記少なくとも１組の加熱圧延機構の後段には、加工済みの前記素材を冷却する冷却機構を更に備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のリニアガイド素材製造用のニアネットシェイプ連続圧延設備。
【請求項９】
前記張力制御機構の後段には、冷却後の前記素材を裁断する裁断機構を更に備えたことを特徴とする請求項８に記載のリニアガイド素材製造用のニアネットシェイプ連続圧延設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、四本ローラ式圧延式塑性加工によるリニアガイド素材製造用のニアネットシェイプ連続圧延設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在普及するリニアガイド素材を伸線圧延処理により製造する工程を図１に示す。先ず、ワイヤ（鋼線）または棒材に対し球状化のための加熱処理を施して、図２に示す球状化セメンタイト（Ｓｐｈｅｒｏｉｄａｌ  Ｃｅｍｅｎｔｉｔｅ）組織を形成し、ダイヤモンドダイスによる伸線工程または圧延ローラによる圧延工程における硬化加工に起因してガイド内部に微小な亀裂が生じるのを回避する。
図３は炭素鋼のＴＴＴ図（ｔｉｍｅ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｄｉａｇｒａｍ）であり、球状化温度はおよそ７００℃である。同図から理解できるように、変態が終了するまでの所要時間はおよそ１８〜２４時間である。ワイヤまたは棒材の球状化工程の終了後、酸洗い、伸線、または圧延等の工程が実施され、以上の工程を３回以上繰り返すことによって、ワイヤまたは棒材を塑性加工してリニアガイド素材を製造する。次に、塑性加工されたワイヤまたは棒材を再度加熱して正常化処理を施し、リニアガイド内部の球状セメンタイト（Ｓｐｈｅｒｏｉｄａｌ  Ｃｅｍｅｎｔｉｔｅ）組織を取り除く。
加熱工程では束縛力が作用しないが故にリニアガイドはすぐに湾曲したり捩じれたりするため、これを解消するべく、この正常化の加熱処理後に、リニアガイド素材の矯正加工を１回は実施することが必要であった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前述のリニアガイド素材の加工は複雑である上に、球状化工程も１回の実施につきおよそ１８〜２４時間かかるため、作業時間が非常に長くなるとともに加工コストも嵩み過ぎることとなった。この球状化に要する非常に長い時間故にガイド素材の表面で脱炭が生じやすくなり、これはガイド素材の品質不良の原因となった。
【０００４】
そこで、本発明者は、合理的設計を通じて以上述べた課題を効果的に解決するべく鋭意検討を重ねた。
【０００５】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、リニアガイド素材について、製造所要時間を大幅に短縮するとともに、製造コストを節減しつつ、高品質性を達成可能なニアネットシェイプ連続圧延設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した課題を解決するための発明は、素材を搬送する素材送給機構と、前記素材搬送機構で搬送される前記素材の張力を制御して適度な搬送速度及び搬送張力を保持する張力制御機構と、前記素材送給機構と前記張力制御機構との間に設置される少なくとも１組の加熱圧延機構と、を備え、前記少なくとも１組の加熱圧延機構は、前記素材の表面温度を検知する温度帰還制御機構、及び、当該温度帰還制御機構からフィードバックされた前記表面温度のデータに基づいて電磁誘導加熱方式の周波数及びパワーを調整して前記素材を加熱して圧延に適する温度に保持する周波数・パワー制御システムを有する電磁誘導加熱システムと、４本の遊星歯車状に配列された４本の圧延ローラを有し、当該４本の圧延ローラそれぞれの４面の圧延面が、圧延押さえ面を画成する４辺をなすように、前記素材の断面の周囲を同時に圧延することによって、前記素材に圧延式塑性加工を施す四本ローラ式ニアネットシェイプ圧延機構と、を有してなるリニアガイド素材製造用のニアネットシェイプ連続圧延設備である。
なお、上記の適度な搬送速度及び搬送張力とは、後述する実施形態で示すように、例えば、圧延の工程を経たリニアガイド素材が変形したり湾曲したりするのを防止可能とする素材の搬送の速度及び張力等を意味する。
【発明の効果】
【０００７】
このリニアガイド素材製造用のニアネットシェイプ連続圧延設備によれば、例えば単一の製造ラインとして結合されると、ワイヤまたは棒材に対する加熱工程から圧延式塑性加工工程まで全て同一の製造ライン上で実施されるため、連続的な大量生産、製造時間の大幅な短縮、製造コストの節減を実現できる。
コイル状の素材（ワイヤまたは棒状のワイヤ）を加熱する際、温度帰還制御機構及び周波数・パワー制御システムを備えた電磁誘導加熱システムによる電磁誘導加熱方式を採用したことにより、温度を精度良く制御できる。電磁誘導によれば、加熱時間は非常に短く、球状化アニール工程及び正常化加熱工程が不要であり、表面に脱炭が生じない。ワイヤまたは棒材等の素材の加熱後、降伏強度は大幅に低下して極めて好ましい可塑性を有することとなり、製造過程で材料内部に亀裂が入らず、よって高品質のリニアガイド素材が製造可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】従来のリニアガイド素材を製造するためのワイヤ圧延処理の流れを示すフローチャートである。
【図２】炭素鋼の球状化金属組織を示す組織図である。
【図３】炭素鋼の時間−温度を示す変化図である。
【図４】本発明の実施形態のリニアガイド素材製造用のニアネットシェイプ連続圧延設備の概略図である。
【図５】図４の５−５に沿った断面図である。
【図６】本発明の実施形態の標準型圧延成形面の概略図である。
【図７】本発明の実施形態の微小型圧延成形面の概略図である。
【図８】本発明の実施形態の広軌型圧延成形面の概略図である。
【図９】本発明の実施形態のクロスローラ型圧延成形面の概略図である。
【図１０】本発明の実施形態のクロスボール型圧延成形面の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。
【００１０】
以下、リニアガイド素材製造用のニアネットシェイプ連続圧延設備１０について図４及び図５を参照しつつ説明する。同設備１０は、素材送給機構２０、張力制御機構３０、及び少なくとも１組の加熱圧延機構４０を備える。
【００１１】
素材送給機構２０は、素材２１を搬送する例えばワイヤ送給装置等であり、線材／棒材がコイル化された素材２１（不図示）は、圧延前に、搬送ライン上で矯正、洗浄、または酸洗い等の前処理が施される。
【００１２】
また、張力制御機構３０は、後述する圧延ローラ４２０（図５）の駆動に際し、素材２１の張力を制御して適度な搬送速度及び搬送張力を保持する。
【００１３】
さらに、少なくとも１組の加熱圧延機構４０は、素材送給機構２０と張力制御機構３０との間に設置され、電磁誘導加熱（ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  ｈｅａｔｉｎｇ）システム４１及び四本ローラ式ニアネットシェイプ圧延機構４２を備える。電磁誘導加熱システム４１は、温度帰還制御機構４１１及び周波数・パワー制御システム４１２を備えて、当該温度帰還制御機構４１１により、素材２１の表面温度を検知し、当該周波数・パワー制御システム４１２により、当該温度帰還制御機構４１１からフィードバックされた素材２１の表面温度のデータに基づいて、電磁誘導の周波数及びパワーを調整して素材２１の加熱または加熱の停止を行って、素材２１の温度を制御して圧延に適した温度に保持させる。
当然ながら、前述の少なくとも１組の加熱圧延機構４０の前段には、数組の二本ローラ式圧延機（この二本ローラ式圧延機は従来の機構であるため、不図示）が組み合わされて、加熱工程及び圧延式塑性加工工程が数回繰り返されてもよい。その他特記すべき点は、本実施形態の加熱圧延機構４０は、３組（または３組以上）が連続的に直列に配列されて設置されており、加熱工程及び圧延式塑性加工工程が繰り返し行われるように構成されている点である。
【００１４】
図５に示すように、四本ローラ式ニアネットシェイプ圧延機構４２により、素材２１に対し圧延式塑性加工が施される。この四本ローラ式ニアネットシェイプ圧延機構４２は、遊星歯車配列された４本の圧延ローラ４２０を備えて、当該４本の圧延ローラ４２０それぞれの４面の圧延面４２１が、圧延押さえ面４２２を画成する４辺をなすように素材２１の断面の周囲の圧延を同時に行うように構成されている。
本実施形態では、四本ローラ式ニアネットシェイプ圧延機構４２における遊星歯車配列された圧延ローラ４２０は能動輪セット４２３及び従動輪セット４２４を備えている。能動輪セット４２３は、相互に対向するように配置されて同じ直径を有し、一対の圧延ローラ４２０を同じ回転速度で相互に反対方向に回転させて、素材２１を当該一対の圧延ローラ４２０の間に圧入させるように構成されている。
従動輪セット４２４は、同様に、同じ直径を有し相互に対向するように配置されているが、自由回転する圧延ローラ４２０を束縛しないように構成されている。これにより、ワイヤまたは棒材の素材２１の圧入後に、一対の圧延ローラ４２０は摩擦力により自転する。なお、能動輪セット４２３は、図５に示す電力配分装置４２６により駆動される。また、四本ローラ式ニアネットシェイプ圧延機構４２の圧延開度は、調節式及び非調節式の何れか一方である。
【００１５】
より詳細には、四本ローラ式ニアネットシェイプ圧延機構４２は、圧延ローラ４２０を強制冷却する圧延冷却システム４２５を備える。前述の圧延押さえ面４２２は、これを画成する４辺に該当する４面の圧延面４２１の形状に応じて、標準型（図６参照）、微小型（図７参照）、広軌型（図８参照）、クロスローラ型（図９参照）、及びクロスボール型（図１０参照）を含むため、製造される製品の種類及び外形は、標準型、微小型、広軌型、クロスボール型、及びクロスローラ型を含むこととなる。
【００１６】
前述の構成によれば、先ず、加熱圧延機構４０の電磁誘導加熱システム４１によりコイル状のワイヤまたは棒材ワイヤ等の素材２１を加熱し、温度帰還制御機構によりワイヤまたは棒材等の素材２１の表面温度を検知し、周波数・パワー制御システム４１２にフィードバックして、電磁誘導加熱システム４１における周波数及びパワーを調整し、精度の良い温度制御の効果を達成できる。
電磁誘導加熱時間が非常に短いが故に表面に脱炭が発生しない状態で素材２１（ワイヤまたは棒材）を適度な温度まで加熱できる。次に、四本ローラ式ニアネットシェイプ圧延機構４２により素材２１（ワイヤまたは棒材）に対し圧延式塑性加工を施し、素材２１（ワイヤまたは棒材）を加熱すれば、その降伏強度は大幅に低下し且つ極めて好ましい可塑性を有することとなる。
以上のように、製造過程で材料内部に亀裂が入らず、そのうち、圧延式塑性加工工程では、四本ローラ式ニアネットシェイプ圧延機構４２は全て張力・速度制御システム４２７（図５参照）により張力及び速度が制御され、圧延工程でリニアガイド素材が変形したり湾曲したりするのを防止し、所望のサイズを精度良く達成できる。なお、前述の加熱工程及び圧延式塑性加工工程を３回以上繰り返し、円形のワイヤまたは棒材素材２１を塑性加工でリニアガイド素材に加工し、続いて加熱圧延機構４０の冷却機構５０により浸水させて冷却定型させ、さらに続いて裁断機構６０により所望のサイズに裁断する（図４参照）。
【００１７】
以上述べたように、本実施形態は以下の長所を有する。
（１）  全ての設備及び機構が単一の製造ラインとして結合されると、ワイヤまたは棒材の素材に対する加熱工程から圧延式塑性加工工程まで全て同一の製造ライン上で実施されるため、連続的な大量生産、製造時間の大幅な短縮、製造コストの節減を実現できる。
（２）  コイル状の素材（ワイヤまたは棒状のワイヤ）を加熱する際、温度帰還制御機構及び周波数・パワー制御システムを備えた電磁誘導加熱システムによる電磁誘導加熱方式を採用したことにより、温度を精度良く制御できる。電磁誘導によれば、加熱時間は非常に短く、球状化アニール工程及び正常化加熱工程が不要であり、表面に脱炭が生じない。ワイヤまたは棒材等の素材の加熱後、降伏強度は大幅に低下して極めて好ましい可塑性を有することとなり、製造過程で材料内部に亀裂が入らず、よって高品質のリニアガイド素材が製造可能になる。
【００１８】
以上述べた実施形態は、本発明の技術思想及び特徴を説明するためのものにすぎず、当該技術分野を熟知する者に本発明の内容を理解させると共にこれをもって実施可能とさせることを目的とし、本願の特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。従って、本発明の精神を逸脱せずに行う各種の同様の効果をもつ改良又は変更は、特許請求の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００１９】
１０    リニアガイド素材製造用のニアネットシェイプ連続圧延設備
２０    素材送給機構
２１    素材
３０    張力制御機構
４０    加熱圧延機構
４１    電磁誘導加熱システム
４１１  温度帰還制御機構
４１２  周波数・パワー制御システ
４２    四本ローラ式ニアネットシェイプ圧延機構
４２０  圧延ローラ
４２１  圧延面
４２２  圧延押さえ面
４２３  能動輪セット
４２４  従動輪セット
４２５  圧延冷却システム
４２６  電力配分装置
４２７  張力・速度制御システム
５０    冷却機構
６０    裁断機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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