(57)【要約】【課題】熱を持つ線材を多層に重ねて巻取りリールに巻き取った際、その後の自然冷却中に、熱収縮による線材同士の接触圧力の増大を抑制する巻取り方法を提供する。【解決手段】前工程から搬送されて基準位置を通過した線材がリールに巻き取られる層を予測して、層ごとに予め決められたリール回転数の目標値に従ってリールの回転を制御し、前記リールに巻き取る前の線材の通線速度を変化させて、リールに巻取り開始位置に達した段階の線材の温度を、内側の層に巻き取られる線材の温度に比較して外側の層に巻き取られる線材の温度が低くなる温度勾配を持たせる冷却を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱加工した線材を多層に重ねて巻取るリール巻取り方法において、
前工程から搬送されて基準位置を通過した線材がリールに巻き取られる層を予測して、層ごとに予め決められたリール回転数の目標値に従ってリールの回転を制御し、
前記リールに巻き取る前の線材の通線速度を変化させて、リールに巻取り開始位置に達した段階の線材の温度を、内側の層に巻き取られる線材の温度に比較して外側の層に巻き取られる線材の温度が低くなる温度勾配を持たせる冷却を行うことを特徴とするリール巻取り方法。
【請求項２】
請求項１記載のリール巻取り方法において、
前記層ごとに予め決められたリール回転数の目標値は、線材の巻取りが終了した後の冷却過程をシミュレーションして、予め設定した線材同士の接触圧力の最大値を上回らない、リールの巻取り開始位置における巻取り層ごとの線材の温度レンジと、その温度まで冷却するために必要なリール回転数のレンジを予め計算して、データベースに記憶されていたものを読み出して得られる
ことを特徴とするリール巻取り方法。
【請求項３】
請求項２記載のリール巻取り方法において、
巻取り開始位置における線材温度が前記データベースから抽出した温度レンジに収まるように、前記リールの回転数を線材が前記リールに巻きつく層に応じて制御することを特徴とする巻取り方法。
【請求項４】
加熱加工した線材を多層に重ねて巻取るリール巻取り方法において、
前工程から搬送されて基準位置を通過した線材がリールに巻き取られる層を予測して、層ごとに予め決められた線材の冷却度合いの目標値に従って冷却装置の冷却度を制御し、
リールに巻取り開始位置に達した段階の線材の温度を、内側の層に巻き取られる線材の温度に比較して外側の層に巻き取られる線材の温度が低くなる温度勾配を持たせる冷却を行うことを特徴とするリール巻取り方法。
【請求項５】
請求項４記載のリール巻取り方法において、
前記層ごとに予め決められた線材の冷却度合いの目標値は、線材の巻取りが終了した後の冷却過程をシミュレーションして、予め設定した線材同士の接触圧力の最大値を上回らない、リールの巻取り開始位置における巻取り層ごとの線材の温度レンジと、その温度まで冷却するために必要な冷却装置の冷却度を予め計算して、データベースに記憶されていたものを読み出して得られることを特徴とするリール巻取り方法。
【請求項６】
加熱加工した線材を多層に重ねて巻取るリール巻取り方法において、
前工程から搬送されて基準位置を通過した線材がリールに巻き取られる層を予測して、層ごとに予め決められた線材の冷却度合いの目標値に従って冷却装置の冷却度を制御すると共に、層ごとに予め決められたリール回転数の目標値に従ってリールの回転を制御し、
前記リールに巻き取る前の線材の通線速度を変化させると共に、冷却装置による巻取り前の線材の冷却によって、リールに巻取り開始位置に達した段階の線材の温度を、内側の層に巻き取られる線材の温度に比較して外側の層に巻き取られる線材の温度が低くなる温度勾配を持たせる冷却を行うことを特徴とするリール巻取り方法。
【請求項７】
加熱加工した線材を多層に重ねて巻取るリール巻取り装置において、
前工程より搬送される線材の基準位置と、リール巻取り開始位置での線材の温度を計測する手段と、
搬送途中の線材の通線速度を計測する手段と、
リールの回転数を多段階に変更可能なリール制御機構と、
前記温度計測手段より温度と、通線速度計測手段より通線速度を入力する入力部と、予め線材の巻取りが終了した後の冷却過程をシミュレーションして、予め設定した線材同士の接触圧力の最大値を上回らない、リールの巻取り開始位置における巻取り層ごとの線材の温度レンジと、その温度まで冷却するために必要なリール回転数のレンジを予め計算したデータを記憶したデータベースと、および基準位置を通過した線材がリールに巻き取られる層を予測して、層ごとに予め決められたリール回転数の目標値を前記データベースより読み出して、前記リール制御機構にリールの回転数の制御を指示する演算部とを備えた制御部とを有することを特徴とするリール巻取り装置。
【請求項８】
加熱加工した線材を多層に重ねて巻取るリール巻取り装置において、
前工程より搬送される線材の基準位置と、リール巻取り開始位置での線材の温度を計測する手段と、
搬送途中の線材の通線速度を計測する手段と、
搬送途中の線材を多段階に冷却制御が可能な冷却制御機構と、
前記温度計測手段より温度と、通線速度計測手段より通線速度を入力する入力部と、予め線材の巻取りが終了した後の冷却過程をシミュレーションして、予め設定した線材同士の接触圧力の最大値を上回らない、リールの巻取り開始位置における巻取り層ごとの線材の温度レンジと、その温度まで冷却するために必要な冷却装置の冷却度を予め計算したデータを記憶したデータベースと、および基準位置を通過した線材がリールに巻き取られる層を予測して、層ごとに予め決められた線材の冷却度合いの目標値を前記データベースより読み出して、前記冷却制御機構に冷却装置の冷却度制御を指示する演算部とを備えた制御部とを有することを特徴とするリール巻取り装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱を持った線材の加工後の巻取り工程において、コイル状に線材を巻き取った後の冷却中の熱変形によって発生する不良を抑える巻取り方法および巻取り装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加熱加工された線材は、加工後に次工程または納品までの保管のため、リール巻取り機を用いて多層に重ねた状態（以下コイル状）に巻き取られる。
例えば図７に示すように、コイル状に巻き取られた線材(ここでは矩形線の例を示す)は密集した状態になる。また、熱を持った材料(線材)は、冷却中に熱変形を起こすため、巻取り終了後に線材が熱を持った状態で保管すると、線材が密集した状態で熱変形を起こすため、材料(線材)同士の接触圧力が変化し、接触圧力が許容値以上に高くなると、線材の変形、損傷などの不良を起こす場合がある。そのため、図８に示すように、材料の熱変形を無視できる領域まで線材を冷却したのちにコイル状に巻き取るのが理想的な巻取り方法である。
【０００３】
本技術分野の背景技術として、特開２０１０−８９１０７号公報（特許文献１）がある。この公報には、「圧延材を水冷手段１Ａで所定の温度まで冷却してダウンコイラ２でコイル３に巻き取った後、熱延コイル置場５で室温までコイルを冷却する方法」と記載されている（要約参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−８９１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前述の従来の巻取り方法は、材料の特性上急冷ができない場合、また前工程（熱処理など）の出口から巻取り機の入り口から巻取り工程までの短い距離での冷却が不十分になる場合など適用できない場合がある。前工程を終えた線材が巻き取られるまでの距離を長くする方法も考えられるが、現場での設置スペースなど実用上の課題がある。そのため、線材が熱を持った状態でコイル状に巻き取られ、保管されることが通常行われる。
【０００６】
従来は、製造された線材を巻取り工程へ供給する通線速度が一定となっている場合が多く、前工程が終了してから、巻取りが開始されるまでの自然冷却の時間はほぼ一定である。そのため、リールに巻き取られる線材は常に一定の温度で巻き取られていた。そのような場合には、最初に巻き取られた線材、すなわちコイルの内側にある線材は、後から巻き取られる線材より冷却時間が長いため、リールへの巻取りが完了した瞬間のコイルの外側の温度はコイルの内側の温度より高くなる。
【０００７】
図９に従来の方法で線材が巻き取られた時の、巻取り終了後の温度変化を示す。コイルの外側の層、すなわち表面に近い層は、熱が逃げやすく、内側の層よりも早く温度が低下する。図１０に線材の巻き取り後の回転方向１周あたりの熱収縮率を示す。熱収縮率は温度変化に比例するため、表面に近い層ほど大きく収縮し、下にある層を圧下する。その結果、線材同士の接触圧力が増大し、疵、巻き崩れ、残留応力など品質低下の要因となる。
【０００８】
本発明は、熱を持つ線材の巻き取り終了後の自然冷却中に発生する熱収縮による線材同士の接触圧力の増大を抑制する巻取り方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明では、加熱加工した線材を多層に重ねて巻取るリール巻取り方法において、前工程から搬送されて基準位置を通過した線材がリールに巻き取られる層を予測して、層ごとに予め決められたリール回転数の目標値に従ってリールの回転を制御し、前記リールに巻き取る前の線材の通線速度を変化させて、リールに巻取り開始位置に達した段階の線材の温度を、内側の層に巻き取られる線材の温度に比較して外側の層に巻き取られる線材の温度が低くなる温度勾配を持たせる冷却を行うようにした。
【００１０】
また、上記課題を解決するために本発明では、リール巻取り方法において、線材の巻取りが終了した後の冷却過程をシミュレーションして、予め設定した線材同士の接触圧力の最大値を上回らない、リールの巻取り開始位置における巻取り層ごとの線材の温度レンジと、その温度まで冷却するために必要なリール回転数のレンジを予め計算して、データベースに記憶しておき、該データベースより層ごとに予め決められたリール回転数の目標値を読み出してリールの回転を制御するようにした。
【００１１】
また、上記課題を解決するために本発明では、リール巻取り方法において、巻取り開始位置における線材温度が前記データベースから抽出した温度レンジに収まるように、前記リールの回転数を線材が前記リールに巻きつく層に応じて制御するようにした。
【００１２】
また、上記課題を解決するために本発明では、加熱加工した線材を多層に重ねて巻取るリール巻取り方法において、前工程から搬送されて基準位置を通過した線材がリールに巻き取られる層を予測して、層ごとに予め決められた線材の冷却度合いの目標値に従って冷却装置の冷却度を制御し、リールの巻取り開始位置に達した段階の線材の温度が、前記データベースから抽出した温度レンジに収まるように冷却を行うようにした。
【００１３】
また、上記課題を解決するために本発明では、加熱加工した線材を多層に重ねて巻取るリール巻取り装置と、前工程より搬送される線材の基準位置と、リール巻取り開始位置での線材の温度を計測する手段と、搬送途中の線材の通線速度を計測する手段と、リールの回転数を多段階に変更可能なリール制御機構と、前記温度計測手段より温度と、通線速度計測手段より通線速度を入力する入力部と、予め線材の巻取りが終了した後の冷却過程をシミュレーションして、予め設定した線材同士の接触圧力の最大値を上回らない、リールの巻取り開始位置における巻取り層ごとの線材の温度レンジ、およびその温度まで冷却するために必要なリール回転数のレンジを予め計算したデータを記憶したデータベースと、および基準位置を通過した線材がリールに巻き取られる層を予測して、層ごとに予め決められたリール回転数の目標値を前記データベースより読み出して、前記リール制御機構にリールの回転数の制御を指示する演算部とを備えた制御部とを有するように構成した。
【００１４】
また、上記課題を解決するために本発明では、加熱加工した線材を多層に重ねて巻取るリール巻取り装置と、前工程より搬送される線材の基準位置と、リール巻取り開始位置での線材の温度を計測する手段と、搬送途中の線材の通線速度を計測する手段と、搬送途中の線材を多段階に冷却制御が可能な冷却制御機構と、前記温度計測手段より温度と、通線速度計測手段より通線速度を入力する入力部と、予め線材の巻取りが終了した後の冷却過程をシミュレーションして、予め設定した線材同士の接触圧力の最大値を上回らない、リールの巻取り開始位置における巻取り層ごとの線材の温度レンジ、およびその温度まで冷却するために必要な冷却装置の冷却度を予め計算したデータを記憶したデータベースと、および基準位置を通過した線材がリールに巻き取られる層を予測して、層ごとに予め決められた線材の冷却度合いの目標値を前記データベースより読み出して、前記冷却制御機構に冷却装置の冷却度制御を指示する演算部とを備えた制御部とを有するように構成した。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、十分に冷却されていない線材を巻き取る際に、巻取り終了後の線材の熱収縮によって生じる線材同士の接触圧力の増大を抑えることができるため、過大な接触圧力によって発生する不良をなくすことができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態１の巻取り装置の構成図である。
【図２】温度レンジ、リール回転数データベースを予め作成する処理のフローチャートである。
【図３（ａ）】本発明の巻取り速度制御部の処理の流れを説明するフローチャート１である。
【図３（ｂ）】本発明の巻取り速度制御部の処理の流れを説明するフローチャート２である。
【図４】温度レンジ・リール回転数データベースの構成を説明する図である。
【図５】通線速度履歴テーブルの構成を説明する図である。
【図６】巻取り終了直後の線材が均質の場合と径方向に温度勾配をつけた場合のコイル表面層と最下層の温度変化を示したグラフである。
【図７】リールとリールに巻きついた線材を示した図の例である。
【図８】巻取り前に線材を急冷する巻取り方法を示した図の例である。
【図９】従来の巻取り方法で材料を巻取った時の、コイルの表面に近い層と内部に近い層の巻取り終了後の温度を示したグラフである。
【図１０】従来の巻取り方法で材料を巻取った時の、コイルの表面に近い層と内部に近い層の巻取り終了後の熱収縮率を示したグラフである。
【図１１】本発明の実施形態２の巻取り装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１８】
本実施例は、巻取り装置内のリールへ線材を巻き取る際に、線材が巻きつく層に応じて、より上層に巻き付くほどリールの回転数を低下させる制御を行う。リールの回転数を低下させることは、前工程から供給される線材を、リールの巻き取り位置まで移動させる通線速度を低下させることであり、その搬送時間を長くすることで、空冷時間を長くすることによって温度をより低く下げる効果がある。
【００１９】
以上のように、線材が巻きつく層が上層になるほどリールの回転数を低下させて制御することで、コイルの表面に近い層の巻取り終了直後の温度をコイルの内側の層より低い状態にして、巻取り終了後の冷却速度を内側に近い層に合わせることよって熱収縮を抑え、線材同士の接触圧力の増加を抑えるものである。
【００２０】
図１は、本実施例の巻取り装置の構成図の例である。
巻取り装置１００は、前工程から供給された線材をモーター駆動のリールによって巻き取る装置である。前工程から供給され搬送中の線材を、基準位置１１にある温度計１(１０１)、及び巻取り開始位置１２にある温度計２(１０２)によって、それぞれ線材の温度を測定する（放射温度計使用）。
【００２１】
通線速度計測部１０３は、線材の通線速度を、位置１３に設置した速度センサにより計測して、同時に巻取り開始からの経過時間(巻取り時間)を例えばストップウォッチにより計測する。
【００２２】
制御部１０４は、温度計１(１０１)より基準位置１１にある線材の温度、温度計２(１０２)より巻取り開始位置１２にある線材の温度、通線速度計測部１０３より線材の通線速度と巻取り時間を入力して、リールの回転速度を決定して、リール制御機構１０５にリールの回転速度の制御を指示する。
リール制御機構１０５は、制御部１０４からのリールの回転速度の制御の指示に従い、リールの回転速度を指定された回転速度まで変更する。
【００２３】
制御部１０４は、入力部１１０、演算部１２０、及び記憶部１３０より構成される。
入力部１１０は、温度計１(１０１)、温度計２(１０２)、通線速度計測部１０３からの各入力を受け付けるとともに、図には示していないが、外部の計算システムによって作成された温度レンジ、リール回転数データベースのデータ入力を受け付ける。
演算部１２０は、巻取り装置１００において線材をリールへ巻き取る処理の間、線材が巻き取られる層を確認して、層に対応したリール回転速度の制御値を算出する巻取り速度制御部１２１と、予め温度レンジ、リール回転数データベース１３１を登録するデータベース登録部１２２を有する。
記憶部１３０は、線材品種・巻取りリール型番毎に、線材が巻取り開始位置１２に到達した時に、巻き取られる層毎に温度レンジの上限値と下限値、及びリール回転数の上限値と下限値を予めシミュレーションに基づいて決定したデータを保有する温度レンジ、リール回転数データベース１３１と、通線速度計測部１０３により計測した巻取り時間、基準位置温度、及び通線速度の履歴を記録する通線速度履歴テーブル１３２とを有する。
【００２４】
図２に、温度レンジ、リール回転数データベース１３１を予め作成する処理のフローチャートを説明する。
【００２５】
ステップＳ１では、線材を一定の通線速度で巻き取る従来の巻取り方法で巻き取り、巻取り終了直後の温度分布を測定する。測定は、例えばリールの端部のフランジを外すか、溝を形成して、放射温度計を使用して、線材の各層の温度を層方向に分布を測定する。
【００２６】
ステップＳ２では、ステップＳ１で測定された巻取り終了直後の温度分布を巻取り終了後のリールに巻かれた線材のシミュレーションモデルに付与して、巻取り終了後の線材の温度変化と最大接触圧力を計算する。シミュレーションモデルは、図７に示すように、例えば線材が矩形線の場合には、整列に巻かれて隙間がほとんど無い状態で、線材の材質の一体化した剛体状の円筒がリールに嵌め込まれたモデルと仮定できる。このモデルに対して有限要素法を使用して、巻取り終了後の冷却過程の解析を行い、モデル内の線材面の各位置における温度の変化の履歴と、面圧の解析を行う。この解析によって、最大接触圧力を計算する。
【００２７】
ステップＳ３では、巻取り後の冷却過程で線材同士の接触圧力を許容値以内に抑えるように出来る巻取り直後の各層の温度レンジを求める。
本発明では、巻取り装置１００を用いて線材を巻取り終了直後に線材の外側の温度が線材の内側の温度より低い状態になるように巻き取った場合に、線材同士の接触圧力が低減することをシミュレーションにより確かめた。そのシミュレーション手法を使用して、巻き取り後の線材の熱収縮によって線材の品質低下が起こらないと確かめられた許容最大接触圧力を設定して、この許容最大接触圧力以内に、巻取り後の冷却過程で線材同士の接触圧力を抑えられる巻取り直後の各層の線材の温度レンジを算出する。
【００２８】
具体的には、リールに巻き取り終了直後の各層に巻き取られた線材の温度に、リールの内側より外側にある層に巻かれた線材の温度が順次低くなるような温度勾配を初期値として与え(例えば、各層の温度の勾配としてＴ度ずつ低くなるような温度勾配を与える)、種々の温度勾配のパターンごとに前記ステップＳ２に記載したシミュレーションを実行して、最大接触圧力を計算し、その最大接触圧力が許容最大接触圧力以下である温度勾配パターンを探す。複数見つかれば、総巻取り時間がより短くなる方を採用する。そして、そのように求められた各層の温度勾配に基づき、リールに巻き取られた直後の各層の線材の温度のレンジを、１層に巻きつく線材の長手方向の温度勾配に幾何学的に変換して求める。
【００２９】
ステップＳ４では、線材が巻取り終了直後にステップＳ３で計算した温度勾配を持つように、基準位置１１にある線材が巻取り開始位置１２に到達した時の温度の上限値と下限値（以下温度レンジ）と、その温度レンジになるように制御すべきリールの回転数の上限値と下限値（以下回転数レンジ）を計算する。
すなわち、層毎の巻き取り開始位置１２における材料の温度レンジとリールの回転数レンジを与えたときの巻取り終了直後の半径方向の温度勾配を出力するシミュレーション（熱伝達計算）を用いて、ステップＳ３で求めた巻取り終了直後の各層の線材の半径方向の温度勾配になるパターンを探す。
【００３０】
ステップＳ５では、１つの線材品種、および１つの巻取りリール型番の組合せ毎に、ステップＳ１からステップＳ４までの処理によって、巻取り装置１００が線材をリールへ巻き取る処理の制御に使用される温度レンジデータとリール回転数レンジデータを作成したものをデータベース１３１へ登録する。ステップＳ１からステップＳ４までの処理、及びステップＳ５の作成したデータを送出するところまでは、外部のデータベース作成システムにおいて実行されて、図１に図示されないネットワークを介して、制御部１０４の入力部１１０がデータを受付け、入力する。そして、データベース登録部１２２が、受付けたデータに基づいて、記憶部１３０に温度レンジ・リール回転数データベース１３１を登録する。
温度レンジ・リール回転数データベース１３１は、図４に示すように、線材品種１３１ａ、巻取りリール型番１３１ｂ、層番号１３１ｃ、温度レンジ上限１３１ｄ、温度レンジ下限１３１ｅ、リール回転数上限１３１ｆ、及びリール回転数下限１３１ｇのデータ項目を少なくとも有するデータレコードにより構成される。
図４のデータベースの２行目には、線材品種がＷＲ０１の線材を、巻取りリール型番がＲＡ０２の巻取りリールに巻取りを行う場合に、第１層目に巻かれる線材が巻取り位置１２に達した時に、線材の温度が６０２．５℃から５９７．５℃の間になるように線材の通線速度を制御する必要があることを示している。そのために、リール回転数を１０２．７rpmから１０１．８rpmの間に制御する必要があることを示している。
【００３１】
なお、線材が製造される前工程における製造条件によって、前工程から供給された直後の線材の温度に変動が起こることが予想される。そのため、データベースのデータを作成する場合には、前工程で線材が製造された条件と、基準位置１１を線材が通過する際の線材の基準温度Ｔd0を図４のデータベースにリンクさせて登録しておく。
図３(a)、及び図３(b)は、巻取り装置１００の制御部１０４の巻取り速度制御部１２１の処理の流れを説明するフローチャートの例である。
巻取り速度制御部１２１は、フローチャートの処理において、図５に示す通線速度履歴テーブル１３２にデータを記録すると共に、データを参照する。
【００３２】
ステップＳ１０の初期設定処理は、リールに線材の端部を巻き付けて巻取りを開始して、リールの回転数を加速する段階の処理である。図５の通線速度履歴テーブル１３２に、巻取り開始を表す巻取り時間１３２ａが０、その時の基準位置１１の温度Ｔ1＝６３４．２℃と、通線速度１３２ｃが０であるデータレコードと、加速段階の巻取り時間が５ｓ、その時の基準位置１１の温度Ｔ1＝６３４．０℃と、通線速度が６０９．４であるデータレコードが記録された例を示す。そして、通線速度が所定の値に達した時に、ステップＳ１１へ移行する。
【００３３】
ステップＳ１１では、基準位置１１を測定する温度計１(１０１)より基準位置温度Ｔ1と、測定位置１３において通線速度計測部１０３が測定する線材の通線速度と、通線速度計測部１０３のタイマーがカウントする巻取り時間を取得する。
ステップＳ１２では、取得した基準位置温度Ｔ1、通線速度、及び巻取り時間を、通線速度履歴テーブル１３２に記録する。
【００３４】
ステップＳ１３では、ステップＳ１１の時点で基準位置１１にあった線材が、巻取り開始位置１２まで到着した時に、何層目ｎに巻き取られるかを、通線速度履歴テーブル１３２のデータより既にステップＳ１１の時点までにリールに巻き付けられた線材の長さと、および基準位置１１と巻取り開始位置１２との距離Ｓとから計算する。
【００３５】
ステップＳ１４では、温度レンジ、リール回転数データベース１３１を、現在の線材品種、巻取りリール型番、ステップＳ１３で算出した層番号ｎに従って検索して、リール回転数の上限値１３１ｆ、下限値１３１ｇを読み出す。
【００３６】
ステップＳ１５では、ステップＳ１１で取得した線材の通線速度から換算した現在のリールの回転数が、ステップＳ１４で読み出したリール回転数の上限値、下限値のレンジに収まるか判定する。収まるならばステップＳ２１へ移行し、収まらなければステップＳ１６へ移行する。
ステップＳ１６では、ステップＳ１４で温度レンジ、リール回転数データベース１３１より読み出したリール回転数の上限値１３１ｆ、及び下限値１３１ｇより、例えばその中間値をリール回転数の変更値として、リール制御機構１０５へリール回転数の変更を指示する。
ステップＳ１７では、リール制御機構１０５へ変更を指示したリール回転数によって線材の通線速度が変わる目標値となる通線速度Ｖ2を計算する。
【００３７】
ステップＳ１８では、現時点の通線速度Ｖ1、巻取り時間Ｔr2を通線速度計測部１０３より、および基準位置温度Ｔ1を温度計１(１０１)よりそれぞれ取得する。
ステップＳ１９では、現在取得した通線速度Ｖ1が、ステップＳ１６で指示したリール回転数の変更によって変更後の通線速度Ｖ2と変わったか否かを確認する。許容誤差内で、通線速度Ｖ1と通線速度Ｖ2とが一致すればステップＳ２０へ移行し、一致しなければ、再度ステップＳ１８を繰り返す。
ステップＳ２０では、リール回転数の変更が線材の通線速度に反映された時点の巻取り時間Ｔr2、通線速度Ｖ1、および基準位置温度Ｔ1を通線速度履歴テーブル１３２へ記録する。
【００３８】
ステップＳ２１では、ステップＳ１２において通線速度履歴テーブル１３２に記録した巻取り時間Ｔr1で基準位置１１にあった線材が、巻取り開始位置１２に到達する時点まで待ち、到達した時の線材の温度Ｔ2を温度計２(１０２)より取得する。
【００３９】
ステップＳ２２では、ステップ２１で取得した線材の温度Ｔ2が、温度レンジ、リール回転数データベース１３１より読み出された該当層(層番号ｎ)に対応する温度レンジ(上限値１３１ｄ、下限値１３１ｅ)内に収まるか否かを判定する。ここでの判定は、基準位置１１を通過した時の線材の温度Ｔ1が、巻取り開始位置１２まで達した時の温度Ｔ2まで冷却されて、その温度Ｔ2が、目標とする温度レンジ内に納まるか否かである。ここで、温度レンジ、リール回転数データベース１３１のデータを作成した時の線材が基準位置１１を通過した時の温度は、基準温度Ｔd0(データベース作成時の設定値)として記録されている。今回の巻取り時間Ｔr1における基準位置１１を通過した時の線材の温度Ｔ1と、基準温度Ｔd0との誤差Ｅtpにより、データベース１３１から読み出した温度レンジ(上限値１３１ｄ、下限値１３１ｅ)を補正する。すなわち、温度レンジ上限値＋誤差Ｅtp、温度レンジ下限値＋誤差Ｅtpによって、温度レンジ、リール回転数データベース１３１より読み出された該当層(層番号ｎ)に対応する温度レンジを補正して、ステップ２１で取得した線材の温度Ｔ2が、補正された温度レンジ(上限値、下限値)内に収まるか否かを判定する。その結果、収まればステップＳ３１へ移行し、収まらなければステップＳ２３へ移行する。
【００４０】
ステップＳ２３では、巻取り開始位置１２に到達した時の温度Ｔ2が目標とする温度レンジ内に納まらなかった理由として、巻取り時間Ｔr1に基準位置１１を通過した線材が巻取り開始位置１２に到達した間に、巻取り時間Ｔr2に通線速度が変わったか否かを判定する。変わっていればステップＳ２４へ移行し、変わっていなければステップＳ２６へ移行する。
【００４１】
ステップＳ２４では、巻取り時間Ｔr2に基準位置１１を通過した線材が巻取り開始位置１２に到達する時点まで待ち、到達した時の線材の温度Ｔ2を温度計２(１０２)より取得する。
【００４２】
ステップＳ２５では、ステップ２４で取得した線材の温度Ｔ2が、温度レンジ、リール回転数データベース１３１より読み出された該当層(層番号ｎ)に対応する温度レンジ(上限値、下限値)内に収まるか否かを判定する。なお、ここでも、ステップＳ２２の処理と同様に温度レンジを補正して判定する。その結果、収まればステップＳ３１へ移行し、収まらなければステップＳ２６へ移行する。
【００４３】
ステップＳ２６では、巻取り開始位置１２の線材の温度Ｔ2が、補正した温度レンジ上限値を超える場合は、リール回転数を温度レンジ、リール回転数データベース１３１より読み出された該当層(層番号ｎ)に対応するリール回転数下限値１３１ｇへ、又は巻取り開始位置１２の線材の温度Ｔ2が、補正した温度レンジ下限値を下回る場合は、リール回転数をリール回転数上限値１３１ｆへ変更するようにリール制御機構１０５へ指示を発行する。
【００４４】
ステップＳ２７では、リール制御機構１０５へ変更を指示したリール回転数によって線材の通線速度が変わる目標値となる通線速度Ｖ2を計算する。
ステップＳ２８では、現時点の通線速度Ｖ1、巻取り時間Ｔr1を通線速度計測部１０３より、および基準位置温度Ｔ1を温度計１(１０１)よりそれぞれ取得する。
【００４５】
ステップＳ２９では、現時点の通線速度Ｖ1、巻取り時間Ｔr1、および通線速度履歴テーブル１３２の履歴データにより、リールに巻き取った線材の総累積長さを計算して、残りの線材長が所定長より短くなった場合に、巻き取り終了と判定してステップＳ３２へ移行する。巻き取り終了と判定しない場合は、ステップＳ３０へ移行する。
【００４６】
ステップＳ３０では、現在取得した通線速度Ｖ1が、ステップＳ２６で指示したリール回転数の変更によって変更後の通線速度Ｖ2と変わったか否かを確認する。許容誤差内で、通線速度Ｖ1と通線速度Ｖ2とが一致すればステップＳ１２へ移行し、一致しなければ、再度ステップＳ２８を繰り返す。
【００４７】
ステップＳ３１では、ステップＳ２９の処理と同様に現時点の通線速度Ｖ1、巻取り時間Ｔr1又は巻取り時間Ｔr2、および通線速度履歴テーブル１３２の履歴データにより、巻き取り終了を判定して、巻き取り終了と判定ならばステップＳ３２へ移行し、巻き取り終了と判定しない場合は、ステップＳ１１へ移行する。
【００４８】
ステップＳ３２では、リール制御機構１０５にリールの回転の減速、および停止の指示を発行して、巻き取り処理の制御を終了する。
【００４９】
以上に説明した巻取り機１００を用いて、巻取り終了直後にコイルの外側の温度がコイルの内側の温度より低い状態になるように巻き取った場合に、線材同士の接触圧力が低減することを図６と表１を用いて示す。
【００５０】
巻取り装置１００を用いて、図３(a)および図３(b)のフローチャートに示す処理を行い、高さ３ｍｍの角線の巻取り終了直後の線材温度を６００℃で均一にした場合（以下条件(A)）と、コイルの内側が６００℃、外側が５６５℃になるように温度に勾配を持たせた場合（以下条件(B)）の冷却中の接触圧力の増加量を、熱変形連成有限要素解析によりリールの空冷過程を評価した。
【００５１】
解析条件を以下に示す。
・材質：１５Ｃｒ鋼
・巻取り線材外径：４００ｍｍ
・リール巻取り内径：２５０ｍｍ
・リール巻取り幅：１５００ｍｍ
・環境温度：２０℃
図６は、条件(A)と条件(B)のコイル表面層と最下層の温度変化を示したグラフである。
表１は、条件(A)と条件(B)の表面層と最下層の温度低下を比較した表である。
【００５２】
【表１】
2013158793.tif 000003
条件(A)では、線材の表面層の温度低下が最下層の温度低下を３５．５℃上回るのに対し、条件(B)では冷却中に常に表面層の温度低下が最下層の温度低下を下回る。よって、巻取り終了直後の時点で、コイルの外側にある線材の温度が内側にある線材の温度より低い状態にすると、その後の自然冷却中に線材同士の温度低下による面圧の増大が低減する。
【実施例２】
【００５３】
本実施例は、実施例１と同様の効果を得るため、多段階に冷却度合いを制御可能な冷却装置を用いてコイルの巻取り層によって異なる条件(冷却度)で線材を冷却し、巻取り中に長手方向に温度勾配を持たせるようにするものである。
図１１は実施例２における巻取り装置の構成図の例である。
【００５４】
実施例１で示した巻取り装置では、リールに巻き取られる線材に温度勾配を付けるため、線材がリール巻取り開始位置１２まで搬送される間に空冷される時間を制御している。すなわち、リール回転数を増減させて、線材が巻取り開始位置に達した時の温度を、層ごとに設定された目標値に制御している。
【００５５】
これに対して実施例２に示した巻取り装置では、線材の通線速度は一定にして、冷却装置の冷却の度合い(冷却度と呼ぶ)を増減させて、線材が巻取り開始位置に達した時の温度を、層ごとに設定された目標値に制御している。
すなわち、実施例１のリール回転数を上げることは空冷時間が短くなって巻取り開始位置に到達時の線材の温度は高くなるが、これに対応して実施例２では、冷却装置の冷却度を下げることによって、線材の冷却による温度低下量が少なくなって巻取り開始位置に到達時の線材の温度は高くなる。また、実施例１のリール回転数を下げることは空冷時間が長くなって巻取り開始位置に到達時の線材の温度は低くなるが、これに対応して実施例２では、冷却装置の冷却度を上げることによって、線材の冷却による温度低下量が大きくなって巻取り開始位置に到達時の線材の温度は低くなる。
【００５６】
従って、実施例２では図２に示すデータベースを作成する処理と同様にして、図４のリール回転数上限１３１ｆを冷却度下限と置換えて、リール回転数下限１３１ｇを冷却度上限と置換えた温度レンジ、冷却度データベース１３３を予め作成して、記憶部１３０に記憶しておく。なお、実施例２における冷却度の上限値は、巻取り開始から終了までの冷却度が、線材同士の接触圧力の許容値を下回る範囲で最小になるように設定する。
【００５７】
そして、実施例２では、図５に示す通線速度履歴テーブル１３２が巻取り開始時の加速段階の速度履歴も含めて実施例１と同様に作成される。
冷却度制御部１２３は、基準位置１１にある線材が巻取り開始位置１２に到達した時の巻取り層の情報と、データベース１３３の温度レンジ、および冷却度の情報と、温度計１(１０１)と温度計２(１０２)によって測定された線材温度から、基準位置１１にある線材が巻取り開始位置１２に到達した時に所定の温度レンジまで冷却するように冷却装置制御機構２０５を制御する。
【００５８】
その他の構成は、既に説明した図１に示された同一符号を付された構成と、同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。
実施例２は、冷却装置のみの制御で線材に温度勾配を持たせるものであり、リールは従来と同じ速度で回転させる。
【００５９】
したがって、実施例２では図３(a)及び図３(b)のフローチャートは、リール回転数を変えるステップは、冷却装置の冷却度を変える処理に置換える。また、実施例１ではリール制御機構１０５にリール回転数を変える指示を発行してから、実際に通線速度が変わるまでの遅れを確認する処理を入れていたが、実施例２では該当する処理は必要が無い点が相違して、それ以外は共通する。
図６、表１に示した効果は、実施例２でも同じであるため、説明は省略する。
【実施例３】
【００６０】
実施例１で開示したリール回転数を制御する機構によって、巻取り終了直後にコイルの外側の温度がコイルの内側の温度より低い状態になるように巻き取る装置に、実施例２で開示した冷却装置の冷却度を多段階に制御する機構を並存させて、線材の冷却の効率化を向上させる実施例も考えられる。
この場合には、温度レンジ、リール回転数データベース１３１と温度レンジ、冷却度データベース１３３の両データベースの情報を予め作成して記憶し、図３(a)及び図３(b)のフローチャートは、実施例１と実施例２の両ステップを含めたフローチャートとなる。
【符号の説明】
【００６１】
１１    基準位置
１２    巻取り開始位置
１３    速度センサ位置
１００  巻取り装置
１０１  基準位置１１にある温度計１
１０２  巻取り開始位置１２にある温度計２
１０３  通線速度計測部
１０４  制御部
１０５  リール制御機構
１１０  入力部
１２０  演算部
１２１  巻取り速度制御部
１２２  データベース登録部
１２３  冷却度制御部
１３０  記憶部
１３１  温度レンジ、リール回転数データベース
１３２  通線速度履歴テーブル
１３３  温度レンジ、冷却度データベース
２００  巻取り装置
２０５  冷却装置制御機構
３０１  リールに巻きついた線材の断面図
【図１】
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【図２】
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【図３（ａ）】
2013158793.tif 000006
【図３（ｂ）】
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【図４】
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【図５】
2013158793.tif 000009
【図６】
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【図７】
2013158793.tif 000011
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2013158793.tif 000014
【図１１】
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