JP2004520162A - アルミニウムストリップの貯蔵と輸送 - Google Patents

Abstract

本発明は、巻き取ったアルミニウムストリップで巻取り中とその後に生じるクリープ変形の問題を取り扱っており、その問題は、ストリップの幅方向に渡るプロフィルが平坦でなく、通常は、縁部より中央部で厚いことにより生じる。これを解決するのに、本発明は、張力が、コイル巻取りのスプール１がコイルの中央部で縁部よりも大きな支持力を与えるように規定する。これを達成する種々の方法を述べているが、一例は、図示のごとく、スプール１の中央部２をその端部３より大きな直径にする。正クラウンを持ってこのスプールに巻き取られるストリップは、著しく低減したクリープ歪みを示し、クリープ変形を低減させることが判った。

Description

【０００１】
本発明は、アルミニウム又はその合金から作ったストリップ材料の貯蔵と輸送に適したスプールに関し、さらに、スプールにそのような材料を巻き取る方法に関する。
【０００２】
リトグラフ印刷用に使用するようなアルミニウムストリップは、貯蔵輸送用の大きな鋼製又はファイバー製のスプールに張力をかけてコイルに巻き取られている。スプールは、一様な外径とストリップ材料幅を完全に支持するに十分な長さを有する円筒状で、実際にはしばしばストリップをわずかに超えて片側に伸びている。ストリップ材料の巻取りがストリップの平坦度に影響することは知られている。スプールに巻き取り直後は平坦であったアルミニウムストリップ材料は、ストリップの幅を横切って生じる不均一な応力によりストリップにクリープが生じて、平坦度が外れるようになる。アルミニウムは、例えば、鋼よりはるかにクリープが生じやすいので、巻き取りに特別な問題を生じる。
【０００３】
コイルにしたときにストリップの幅方向に生じる不均一な応力は、ストリップの幅を横切ってストリップ厚さがわずかに変化していて、通常は、厚さが縁部より中央部でわずかに厚いこと(正クラウン)から生じる。厚さがこのように変わると、コイルはわずかに樽状になり、即ち、縁部より中央部が大きな径になる。これは、また、コイルの中央部で縁部よりも巻き取り張力が大きくなる。
【０００４】
アルミニウムストリップの製造方法は、ストリップが正クラウンになるように一般にはなされており、負クラウン(外側縁部が中央部より厚いことを意味する)では、特に、後の組立工程で予見できない取り扱いを要する。製造方法が多段階工程であるから、製品のどの部分でも負クラウンにならないように誤差を見込む必要がある。それで、製造工程は、中央部の厚みが、両側の縁部の厚みより少なくとも０．３％大きくなるようにクラウンを意図して設けるように設定している。誤差に注意して、中央部は、ストリップのどの点でも約０．１％より小さくならないように、両側縁部より厚くしてある。しかし、通常は、製造工程では、クラウンは、中心部を両側縁部よりおおよそ５％厚くするように設定されているが、１％以下でも可能であり、実用的に最大値は２％である。
【０００５】
クリープは、コイルにされている間に生じ、時には、アルミニウムの加温により生じやすく、それは、冷間圧延、洗浄などの前処理や塗装後の焼付けの過程で生じる。クリープは、コイル中で室温でも、クリープ速度がある程度小さくなるように応力が緩和されるまで続く。
【０００６】
一巻分のアルミニウムストリップをスプール回りに張力を加えて巻き取ると、新しい巻取り分おのおのが、その下にすでに巻き取った前の巻取り分の材料に内圧を増加させるように加える。その結果、ストリップの平坦度がコイルのその位置に応じて変化する。例えば、コイルの外側の巻取り分(lap)(換言すれば、包み(wrap))からのストリップは中心線に沿って伸びるが、内側包みからのストリップは、その縁部に沿って伸びる。前者は中伸び(long-middle)といわれ、後者は、波打ち縁(wavy edges)と呼ばれる。
【０００７】
アルミニウムストリップをスプールに巻取っているときは、スプールは巻取り作業中にスプールを回転させるマンドレルに装着されている。スプールは、ストリップの巻取りが完了すれば、マンドレルから取り外す。特にファイバースプールでは、巻き取ったコイルからの圧力で変形することがあり、これが、平坦度外れに関連して上述した問題を一層悪化させる。コイルからの圧縮力は、スプールを半径方向内側に変形させ、内側巻取り分を短くし、それ故、内側巻取り分の張力を反転させる。図１は、従来のスプールについて、巻取りの２４時間後、コイルのクリープ歪み(ｉ-単位で)の予測モデルを示している。ストリップの中央部の内側巻取り分に圧縮歪みが明瞭に見られ、ストリップの中央部のいずれかの側部には大きな正の歪みがある。このモデルは、内側巻取り分のストリップが四分の一ポケット(quarter pockets)のある波打ち縁を有することを予測している。四分の一ポケットは、ストリップ幅の四分の一に等しい距離で、ストリップの長手方向の縁部から板面内に長手方向の平行な線に沿ってストリップの伸びにより形成されている。
【０００８】
Schnell ら(Metalwissenschaftund Technik vol. 8 August 1986) は、平坦度外れの問題を記述してその効果を説明しようとしているが、解決策はなんら示していない。
【０００９】
巻取りによる平坦度外れを軽減する試みもあるが、これらは、ストリップの直伸の後処理に焦点を当てている。しかし、ＪＰ１１−１７９４２２は、凹クラウンの輪郭を有するスプールを用いて、凸クラウンを持つ鋼ストリップ材の平坦度を制御する方法を記載している。
【００１０】
ＪＰ０９−０５７３４４とＪＰ０９−０７６０１２は、マンドレルに鋼ストリップを巻き取る同様の方法を記載している。両方の場合は、凸クラウンを規定するためのスリーブをマンドレルに嵌め合わせて、巻き取るべき鋼ストリップの幅の中心を位置決めしている。
【００１１】
本発明は、クリープで生じる変形を低減してストリップの平坦度を改善するようにスプールにアルミニウムストリップを巻き取る装置と方法を提供するものである。本発明は、特に、アルミニウムストリップ材のコイルの内側巻取り部分の波打ち縁による平坦度外れを低減することに関係している。
【００１２】
すでに述べたように、従来の円筒スプールは、ストリップ材のための外側支持面を円筒形状に規定している。ストリップ材がその幅方向にわたって一定な厚みがあれば、スプールはそのストリップ材の幅方向にわたって実質的に一定な支持力を提供すればよく、クリープを生じさせるような不均一な応力は生じないであろう。しかし、ストリップが正クラウンを有する場合には、従来のスプールは、縁部よりも中央部により大きな支持力を与えて、この変形の正確なプロフィルは、ストリップの幅にわたるプロフィルの形状に依存する。前記ＪＰ１１−１７９４２２は、この要求を満たすようにスプールの外形が幅方向にわたるストリップの外形に逆に適合するように規定しており、その目的は、幅方向に一様な厚みがあったなら得られたであろう状況を真似て、幅方向のストリップ厚み変化で生じる不均一な応力を打ち消すようにするもので、ここに、正のクラウンを有するストリップについては、スプールの外径は凹状にし、また逆の場合には逆にする。
【００１３】
本発明の第一の態様は、アルミニウムストリップ材を巻き取る装置環提供するもので、装置は、マンドレルとマンドレルに着脱可能に装着されるスリーブと正クラウンを有するアルミニウムストリップ材とから成るコイル集合体を含み、コイル集合体はストリップ材が巻き取られるべき支持面を有し、コイル集合体は、ストリップ材の内側巻取り分を巻き取る過程でクラウンを支持する支持面の一部によって提供される支持力が支持面の残部によって提供される支持力より大きくするように支持面が支持力プロフィルを備えるように適合されている。
【００１４】
ストリップ材の製造をする圧延工程の正常で自然な結論は、クラウンをストリップ材の幅に対して中心に位置付けることであるが、次の工程、例えば、広幅のストリップを狭幅に加工するスリット工程が、巻取り中に中心をはずすことは、あり得る。本発明の教示するところは、クラウンの位置がどこであろうと、クラウンはストリップ材に対して中心に位置づけられていると仮定して適用できることであり、この場合、ストリップ材の少なくとも内側巻取り分を巻き取る過程では、ストリップ材の中心位置にかかる支持力がストリップ材の両側縁部にかかる力より大きくなる。
【００１５】
支持面の支持力プロフィルは、スプールの形状及び/又は性質の改変、ないし巻き取るべきストリップ材の適合又は両者の組み合わせによって提供することができる。コイル集合体をその支持面が必要な支持プロフィルを備えるように適合させることは、いくつかの方法で達成できる。例えば、スプールは、中央部における直径が端部における直径より大きくするように支持面を規定するように輪郭を設ける。こうすれば、ストリップ材の巻取り中に、ストリップ材の中央部に縁部領域よりも大きい引張り応力が、特に、内側の巻取り分に、作用する。
【００１６】
中央部の大径部と縁部の小径部との境界は、状況に応じて、１つ以上の段部であってもよく、また、滑らかな移行部であってもよく、さらに両者の組み合わせでもよい。こうして、支持面の輪郭は、巻き取るべきストリップ材の予定した幅に渡って延びる滑らかな凸面から、ストリップ幅より狭い幅の中央部領域で縁部領域よりも大きな径の段差を有する円筒面にまで変わり得る。
【００１７】
そのような凸状支持面を有するスプールの使用は、巻き取ったストリップの内側巻取り分での応力分布を変えて、その後のクリープ歪みを減らすことができる。本発明の輪郭を設けたスプールの使用により、ストリップ幅の中央部における巻取り引張り力の集中が、巻取りのはじめに生じる。これは、厳密な平坦度要件を適用したときにコイルの内側巻取り分から切り取らなければならないストリップの量を減らす。これに対して、通常の円筒状スプールでは、巻取り引張り力の集中は、かなりの巻取り分が巻き取られた後で生じる。そこから、本発明は、リトグラフ印刷に使用する材料のように厳しい平坦度が要求されるアルミニウムストリップ材で使用すれば特別の利点がある。
【００１８】
必要な支持力プルフィルは、スプールそれ自体の外形の物理的なプロフィルを変えても、あるいは、普通の円筒面スプールにプロフィル要素を加えても得られ、あるいは両者の組み合わせも利用できる。例えば、プロフィル要素が、スリーブの形で、普通の円筒面スプールの外側に嵌合して、スプールのその中央部での支持面の有効直径を増加することができる。このスリーブは、巻き取るべきストリップの幅より小さい長さがある。この配置は、通常の円筒スプールが使用できる利点があり、長い管材から適当な長さで簡単に切り出して非常に安価に作ることができる。いくらか複雑なものは、プロフィルチューブのように、別個の部品として作らなければならないことであり、これは、もっと高価である。この産業分野では、スプールは、使い捨てとみなされているので、コストは重要な要素である。
【００１９】
普通の円筒スプールを利用する別の方法は、プロフィル要素をストリップ材の先頭部で実現しようとするもので、例えば、ストリップをその先頭部で舌状にして、ストリップの残部より狭幅にする。舌状片は、長手方向に、スプールの外周にほぼ等しい長さを持っている。こうして、巻取りが始まれば、最初の一巻き分が舌状片で形成され、上述したプロフィル要素を有効に形成することができる。舌状片、即ち、そのように形成したプロフィル、の厚さは、好都合なことに、ストリップ材の厚さに等しい。これより大きい厚さが必要ならば舌状片の長さを増加すればよく、ストリップの全幅がまき始まる前に２回またはそれ以上巻き着ける。舌状片の長さは、好ましくは、スプール外周のｎ倍に等しくし、但し、ｎは整数である。
【００２０】
１つの例は、舌状片の幅は、コイル集合体回りにストリップ材の数回巻取り分にわたって狭幅からストリップの全幅まで増加する。
【００２１】
所要の支持力プロフィルを提供するようにアルミニウムストリップ材を適合させる別の方法は、シート、例えば、アルミニウムのシートを、ストリップ材の先頭部の表面に、例えば、接着、機械的取付け、溶接、スポット溶接で、取着させるもので、そのようなシートは、ストリップ材より狭い幅を有し、ストリップ材の中央部に対して中心に配置され、そのシートの材料は、ストリップが巻き取られるとき、スプールにスプール両端部より大きな有効外径をスプールの中央部に与えるのに効果的である。そのシート材料は、好ましくは、スプールの外周のｎ倍の長さを有しており、但し、ｎは整数である。
【００２２】
スプールを所要の支持力プロフィルを提供するように適合させる別の方法は、スプールの支持面の長さに沿って、スプールの支持力の強度を変更することである。ストリップがスプールに巻き取るとき圧縮力がスプール上に半径方向内側に働き、スプール材料に圧縮を生じさせる。従来は、スプールは、少なくとも支持面を規定する長さのその部分に沿って、軸方向に一定な断面で構成されている。これは、圧縮力によって生じるスプールの歪みが巻き取られるストリップ材の幅にわたって実質的に一定であることを確保している。しかし、断面が軸に沿って一様でないなら、圧縮力の効果は、支持面の長さにわたって違ってくる。これは、幅方向のその位置によって、巻き取られるストリップ材についての異なった有効支持力に変換する。それ故、スプールの中央部の断面が、縁部領域より大きければ、例え支持面それ自体が従来の円筒形であっても、所要の支持力プロフィルが達成できる。同様の効果は、支持力を弱めることによっても達成でき、その支持力は、支持面の形状を変更することなくスプールがその強度を下げるために特定の領域で材料を除去することにより提供することができる。例えば、支持面の端部領域が与える支持力は、端部で材料に指状にスリットを切り込むようにして、中心領域で与えられる支持力より低下させることができ、指状部は、コイルがスプールに巻き取られたとき、部分的に陥没する(即ち、内側に動く)。
【００２３】
支持面が必要な支持力プロフィルを示すようにスプールを適合させるもうひとつの方法は、長さ方向にわたってスプールの材料の剛性又は硬さを変えることであり、例えば、中央部を、両端部領域より、剛性又は硬さの大きい材料から形成する。これは、材料自体の持っている剛性又は硬さを変えることによっても、また、前記の方法にいくらか似ているが、開口部またはスリットを形成して材料を局部的に弱めることによっても、変更できる。
【００２４】
従来法は、スプールはマンドレルに装着され、マンドレルは、巻取り中はスプールを回転させるように駆動されることはすでに述べた。マンドレルを使用して、従来のスプールを、その支持面が前述のようにその長さ方向に沿って変わる支持力プロフィルを提供するように、改造することは可能である。例えば、マンドレルは、スプールがマンドレル上の所定の位置にあるとき中央部でのスプールの支持面の直径が両端部より大きくなるように変形させるようにすることである。その場合には、マンドレルは通常は膨張するタイプであり、巻取り完了後は引抜きのために収縮する。
【００２５】
これら種々の技術は、所望の支持力プロフィルを得るために組み合わせて利用することもできる。
【００２６】
１つの実施形態は、スプールは、支持面の支持力プロフィルが、巻き取られるものと同じで従来の真直ぐな円筒スプールに巻き取られたストリップ材の外側巻取り分がマンドレルを除去した後に生じる半径方向の変位を表すグラフの形に少なくともおおよそ合致するように適合させている。
【００２７】
本発明の第２の態様では、正クラウンを有するアルミニウムストリップ材を巻き取る方法を提供するもので、ストリップ材はスプールとマンドレルとから成るコイル集合体に供給され、コイル集合体が回転して、コイル集合体の支持面回りにストリップ材を巻取り、その後、マンドレルを除去するもので、その特徴は、巻き取られたストリップ材の少なくとも内側巻取り分の巻取り中に、コイル集合体がクラウンを支持する支持面のその部分によって与える支持力が支持面の他の部分が与える支持力より大きいことにある。
【００２８】
これに代えて、単独か又は本発明の上記の態様と組み合わせるかして、コイルを巻取りながら、アルミニウムストリップに張力を加える。張力は、ストリップの先端部がスプールを掴むまではかけないが、これは、通常は、回転が最初の巻取りを完了するのに一致するすぐ後である。好ましくは、最初の数回の巻取り分が高い張力で巻き取られ、第二の低い張力が後の巻取り分に巻取り中にかけられる。コイルの大部分は、貯蔵と輸送に安定して巻取りを維持するに十分である公称張力で巻き取られる。第二の低い(公称の)引張り力は、第一の高い張力より、少なくとも１０％低く、好ましくは、少なくとも２０％低い。さらに、第二の張力は、第一の張力より８０％以下だけ低く、好ましくは、５０％以下だけ低い。この巻取り張力は、高い張力から低い張力に連続的に低下するようにしてもよく、この低下は、コイルの全巻取り分の初めの半分の巻取り過程で行うのが好ましい。これは図１７に概念的に示してあり、この図は、短い範囲の部分（曲線ａ）を高い張力で、また、それに続く残部をより低い張力(公称張力)で示している。高い張力から低い張力への移行は、曲線ａで示すように比較的急速であるか、もっと遅くてもよく、曲線ｂ又はｃに示すように高い張力でのより短い部分があってもなくてもよい。最初の巻取り分に関連した張力の蓄積は示していない。
【００２９】
ここで、アルミニウムに言及しているのは、アルミニウムとその合金をさしていると理解すべきである。
【００３０】
ここでは、平坦度と平坦度はずれ(off-flatness)とに言及している。この文書の文脈において、平坦度外れは、ストリップの長手方向又は巻取り方向に沿って異なった点で測定したストリップの幅を横切る歪みの差であると理解される。
本発明の実施形態を、添付図面を参照して例として説明する。
【００３１】
スプール１は、アルミニウムストリップ材の貯蔵輸送用であるが、図２に示す。スプール１は、概して円筒であるが、中央クラウン領域を持っており、そこでは、スプールの外径が、縁部のそれより大きい。スプールの長さは、ストリップを完全に支持するもので、実際的には、スプールがストリップの幅と少なくとも同じ長さであり、実際には、より長いが、特別の条件を満たすために、ある状況では、わずかであるが、ストリップの幅より狭く、多分、約５０ｍｍまで短くてもよい。スプールの外径は、縁部領域３から中央領域２まで、一様な直径の平坦域に連続的に増加している。縁部と中央部との直径の差は、１０ｍｍ以上である。ある用途では、 縁部領域３は、コイルの狭い中央部だけを支持するように残して切り取られてもよい。そのような狭いスプール又は非常に高いクラウン領域２を有するスプールは、コイルの内側巻取り分を支持している。縁部領域２とクラウン３との間の高さの好ましい差は、０．０２から１．０ｍｍであり、好ましくは、０．０５から０．３ｍｍで、一層好ましくは、０．０５から０．１０ｍｍである。
【００３２】
スプール１の形状は、図３に示すプロフィルに合致するものでもよく、これは、直状の円筒形のスプール上で、外側巻取り分の半径方向のマンドレルを抜いた後の変位の予測モデルを示している。見て判るように、ストリップの最大変位、この場合は、０．０７ｍｍであるが、ストリップの中心部にあって、その変位は、最大値からおおよそ８００ｍｍ幅の中心領域にわたって急速にゼロに低下する。しかし、最大変位量は、ストリップ上のクラウンの高さと、コイル中巻取り数に依存している。スプール１が図３に示す形状を有する場合には、アルミニウムストリップの内側巻取り分のフープ応力の分布は、外側巻取り分のフープ応力の分布と同様である。フープ応力は、ストリップの単位断面積当たりの巻取りコイルの外周方向に働いている引張り力の測定値である。
【００３３】
本発明に従い改造したスプール１にアルミニウムストリップを巻き取る効果は、図４ないし図６に示してある。図４で、従来の直状円筒への巻取り中に、三つの巻取り分の幅を横切るフープ応力の分布が示してある。見てわかるように、最も内側がまき始められている間はフープ応力がストリップ幅の中央８００ｍｍに広がっているが、三番目の位置を巻き取るときには６００ｍｍ広さに狭まっている。 この効果は、コイルの大よそ５０ｍｍの積重ね（build up）で飽和している。マンドレルを引抜いた後は、ストリップ広さの５００ｍｍにわたって応力が反転して、内側の大きな圧縮応力の両側に残留応力の１／４ポケットを残している。
【００３４】
図５は、図３に関連して説明した形状を有するスプールに巻取り中のアルミニウムストリップについて同様のフープ応力の分布を示すが、ここでは、巻取り中巻取り張力がストリップ幅の中央５００ｍｍだけ広がっているが、マンドレル除去後の中央部に張力ポケットはない。中央部にわたってクラウンを有する凸状のスプール形状を使用すると、平坦度を改善したストリップが得られる。その中央部でスプールの外径を少し変えただけでコイル応力に劇的な効果が得られる。
【００３５】
図３に示した形状のスプールを作るのは困難かもしれないが、シート平坦度を同様に改善することの可能な形状は、容易に構成することができる。例えば、大よそ円筒状で変形可能なスプールは、スプールの中央部と縁部との間で直径が変わるようなマンドレルと組み合わせて、使用することができる。マンドレルが正クラウンであるとスプールは同様のクラウンに変形する。理想的には、マンドレルは、中央のクラウンの領域の両側でスプールがマンドレルと接触しないように構成することができる。
【００３６】
しかしながら、好ましいスプール構造は、直状円筒スプールの中央部で高くなったクラウンを形成する或る長さのストリップを使用する。例えば、一様な直径の従来の円筒スプールを変更して、厚さ０．２８ｍｍで幅が約５２５ｍｍの長さの短い金属ストリップ（例えば、アルミニウム）をスプールの中央部２付近に１回以上巻き着けてスリーブを作る。そこで、巻き取られるアルミニウムストリップは、この改変スプールに普通のように巻き取られる。スプールは金属から作る必要はなく、天然繊維、プラスチック、その他丈夫な材料から作ってもよい。また、スリーブがスプールの分離した一部であるときは、所望の厚さと幅に容易に成すことができる。図６は、上記改変したスプールを使用して３箇所についてのフープ応力を示すが、判るように、その改変スプールの使用の効果は、図５に示したものと同様である。特に、ストリップの内側巻取り分には四分の一ポケットは、生じていない。図６は、４６０ｍｍ幅の矩形クラウンを有するスプールに基づいて描かれている。矩形状クラウンは、５ｍｍの積重ね後には、コイルクラウンによって集中するその後の巻き取り分の応力と同じに内側の巻取り分の応力を集中する。これで、ストリップの中央部でスプール径が増加した効果が、マンドレル除去後の内側巻取り分での幅方向範囲のフープ応力を低減させる。このことは、図４中の最初の位置でのフープ応力曲線を図６中の対応曲線と比較すればわかる。違いは、直径が増加した領域がコイルの中央部を支持して、その外側領域を支持しないまま絶対フープ応力が低いことから生じる。
【００３７】
さらに次の実施例では、図７に示すが、従来の平坦な円筒スプール(不図示)を、アルミニウムストリップの巻き取りに使用している。スプールの中央部でクラウンを設けるために、ストリップの先頭部をストリップの幅より狭い幅の舌状片１１を形成するために加工している。スプール上中央部に舌状片１１の先頭部１２が位置付けられて、最初の一回以上の巻取り分が、スプールの中央部に積み重なる。その後に、ストリップ１０は、全幅になり、ストリップ巻取りが通常のように続く。このようにして、ストリップそれ自体の先頭部がスプールの凸状面を形成するのに使用して、張力が全幅のストリップのもっとも内側の巻取り分の中央部に働く。図７は、舌状片の三つの可能な形状を示している。図７Ａにおいては、舌状片は矩形状であり、全幅に変化する実質的な段部がある (実際には角部に応力低減のために丸みを設けるが)。図７Ｂと図７Ｃとは、先頭の縁部から全幅部への緩やかな変化を使用して、ストリップが処理機を通過するとき、露出した角部の引掛かりの可能性を低下させる。図７Ｂと図７Ｃには、凹んだ曲りが示されているが、真直ぐな側部も利用できて、状況にあった最も良い形状が実験的に決められる。
【００３８】
舌状片の長さＩは、スプール回りの少なくとも一回の外周に等しくすべきであるが、これが十分な厚さにならないときは、より長い舌状片も利用でき、好ましくは、スプールの外周長さの倍数の長さに等しくし、倍数以外では、巻取り中に不平衡な力を生じる。
【００３９】
さらに別の例は、図８に示すが、従来の平坦な円筒スプール(不図示)を使用して、ストリップ１０がその先頭部で、薄い材料のシート１３を一の面に取着するように改造されている。この材料は、例えば、接着剤で取着されたアルミニウムでよい。ストリップ１０がスプール回りに巻き取られたときには、シート１３の厚さがストリップ１０の幅の中央部でスプールの有効直径を増加させる働きをし、上述と同じ効果を与える。必要なら、さらに１枚以上のシート(不図示)をそのシートの上に取着して、厚さを増してもよく、これらの余分のシートは、ストリップ１０の反対面に取着されても良い。このように取着された余分のシートは、シート１３と同じ形状である必要はないが、シート１３に段差のある縁を作るので小さいほうが良い。
【００４０】
ストリップの長手方向におけるシート１３の長さは、少なくとも、スプールの外周に等しくし、可能なら、図７の舌状片１１に関連して述べたように、その倍数にする。
【００４１】
図９には、従来の直状円筒スプール、凸状のクラウン（正クラウン）スプール、及び、縁部スリーブを有するスプールについて、巻取り後２４時間した第一の部分の幅にわたるクリープ歪みを示す。図９では、クリープ歪みが、
ε_ｒ・１０^５
で定義されるｉ−単位で与えている。ε_ｒは、相対歪みであり、
ε_ｒ＝ΔＬ／Ｌ_ａ
で与えられ、ここで、ΔＬ＝長さ変化、Ｌ_ａ＝ストリップの幅にわたる全位置における平均の初期長さである。
【００４２】
図９から判るように、従来のスプールについては、歪みは、ストリップ幅の中央部両側８００ｍｍにわたって延びており、ストリップは、最も内側の巻取り分で、縁が波打ちした平坦度からのはずれを示しているように見える。凸状のクラウンスプールに巻き取ったストリップでは、中央部から両側わずか５００ｍｍでより少ない縁波打ちのある平坦度外れを示している。縁スリーブのスプールでは、中央部と縁部の間の歪みに大きな差異と大きな平坦度外れを生じている。この後者は、先行技術のＪＰ１１−１７９４２２におおよそ対応している。
【００４３】
図１０において、クリープ歪みに換算して（ｉ-単位）、アルミニウムストリップの全長にわたって生じている平坦度の変化を示しており、従来のスプールについて示した図１と対照できる。最も顕著なのは、内側巻取り分で、図１のストリップ縁部に向けた正の歪みが図１０からは消えていることである。波打ち縁効果の大きさも、図１０においては、著しく低下している。図１０は、こうして、従来の巻取り法を用いてよく見られるような平坦度外れ効果が、上述した輪郭を設けたスプールと巻取り法を使用すれば、避けることができるか少なくとも低減できることを実証している。
【００４４】
正の輪郭を有するスプールもまた、スプールの軸方向端部を弱めることによっても達成できる。例えば、スプールの端部にスリットをスプール幅の約１／４の距離まで入れることができ、これは、コイルの圧縮荷重により端部を収縮させて(例えば、端部がマンドレルに支持されないか、または、マンドレルからの支持力低下するとき)、中央部を凸状クラウンにする。 アルミニウムストリップの二三巻き後には、スプールによって有利な形状が採用できる。さらに別のものは、スプールの中央部の範囲を、端部とは違った材料で構成することもでき、中央部の材料は、スプールにストリップ材が巻き取られるとき端部領域が巻取りで圧縮荷重を受けて中央部よりも大きく変形するように、一層剛性にする。
【００４５】
上記説明は、凸状スプールを用いて巻取りアルミニウムストリップの平坦度外れの効果を低減するのに焦点を当てている。平坦度外れの効果の制御は、巻取り中のストリップの張力を制御して調節することによっても可能である。平坦度外れの効果の軽減には、ストリップにかかる張力を、初期の巻取り分について、高くして、例えば、３０ＭＰａまでにして、外側巻取りの際には、低い張力に下げる。この張力低下は、ストリップ全長の半分まで行うことができる。しかし、この張力の低下は、ストリップ全長の三分の一までにすればより好ましい。
【００４６】
凸状スプールの初めの予測モデルは、最初の巻取りの最大巻取り張力が、外側巻取り分のそれの２倍であり、その低減がコイルの２５ｍｍの積重ねを超えたときなされることを仮定して（従来法と呼ぶ）、作られていた。図１１と図１２は、巻取り張力の凸状スプールに巻き取ったアルミニウムストリップの平坦度に及ぼす効果を示している。図１１では、巻取り直後のストリップの中心線に沿ったクリープ歪みが、従来法を使用して従来の直状のスプールと、従来法を使用して凸状スプールと、初期１０ＭＰａの巻取り張力で凸状スプールと、初期１５ＭＰａの巻取り張力で凸状スプールとにそれぞれ巻き取ったアルミニウムストリップについてプロットしてある。最後の二つの場合は、巻取り張力を、コイルの最初の１５ｍｍの積重ねの過程で、初期値の半分に指数関数的に低減させた。コイル積重ねを続けるにつれて、クリープが実質的には生じなくなるレベルまで、例えば、初期の張力の約１０ないし５０％まで、張力を低下できるのは利点である。図１１から、凸状スプールをもっと大きな巻取り張力と組み合わせると、コイルの内側巻取り分にクリープ歪みが著しく大きくなり、初期張力が大きいほど、巻取り中の内側巻取り分の長手方向中央側の歪みが大きくなることがわかる。図１２は、比較のため同じであるが、巻取り後２４時間後の例を挙げるが、初期巻取り張力が大きいと２４時間後の内側巻取りの圧縮歪みが小さくなっている。図１２から、１５ＭＰａの初期巻取り張力では、そのストリップは、スプールに非常に近い巻取り分では平坦であり、波打った縁部は約２５ｍｍに積み重なる。
【００４７】
内側の巻取りを調節することができるような巻取り張力を調節する色々な構造のスプールと種々の方法の巻取りとの詳細を挙げているが、これらは、例示に過ぎず、本発明の精神と範囲は、上記特定の例に限定されるものではない。
【００４８】
実施例
厚さ０．２８ｍｍ、幅１０５０ｍｍで正クラウンプロフィルに冷間圧延したＡＡ１０５０合金を従来法を用いて、１７５０ｍｍの外径のコイルに巻き取った。４つのコイルは、それぞれ以下のスプールで作った。
【００４９】
１） 円筒スプール（比較例）
２） 円筒スプールで、１）に同様であるが、スプールの各端部に、中央部両側５００ｍｍの範囲にまで延び８個の等間隔のスリットを有する。
３） １）に同様であるが、スプールの中心部に巻き取るアルミニウムストリップの０．１５ｍｍ厚さ、５００ｍｍ幅の一巻き分を有する。
４） ３）に同じであるが、ストリップの厚さ０．３ｍｍである。
【００５０】
巻取り後２４時間して、コイルを巻き解いて、シート全長にわたって等間隔で、４ｍ長さの平坦用サンプルを採った。サンプルは、スタート位置よりも、コイルのスプール縁部側に互いに近くで採った。サンプルを平坦な鋼製テーブル上において、変位計により、ｉ−単位で歪みを表して、平坦度のずれの程度を測定することにより、平坦度を測定した。結果は、コイルの色々な点での平坦度外れの大きさの等高線でそれぞれ図１３から図１６にプロットした。すべての図で、０．２５ｉ−単位の段差の等高線で示してある。これらの図から、クラウンのあるスプールが、２．５倍程度で平坦度はずれが低減されたことが判る。これは著しい改善である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】従来のスプールに巻き取ったアルミニウムストリップについてのクリープ歪みの予測モデルを示す。
【図２】本発明のスプールの模式的斜視図である。
【図３】従来の円筒のスプールに巻き取ったアルミニウムストリップの外側巻き取り分のマンドレルを取り外した後の変位の予測モデルを示す図。
【図４】従来のスプールに巻き取る過程のコイルの３点上の幅方向にわたるマンドレルを取り外した後のフープ応力の分布の予測図を示す。
【図５】本発明に関して図４と同じ三つの巻取り分の幅方向にわたるマンドレルを取り外した後のフープ応力の分布のモデル予測図を示す。
【図６】本発明に関して図４と同じ三つ巻取り分の幅方向にわたるマンドレルを取り外した後の別のフープ応力の分布のモデル予測図を示す。
【図７】Ａ、Ｂ、Ｃは、巻き取るべきアルミニウムストリップの先頭部の平面図であり、成形した端部を示す。
【図８】巻き取るべきアルミニウムストリップの先端部の平面図であり、成形した端部を示す。
【図９】従来のスプール、本発明のスプール、及びＪＰ １１−１７４４２ の先行技術と同様のスプールについての巻取り直後半径方向５ｍｍでの初めの巻取り分の幅方向にわたるクリープ歪みのモデル予測図を示す。
【図１０】本発明の中央部スリーブを有するスプールに巻き取って１２時間したアルミニウムストリップのクリープ歪みのモデル予測図を示す図。
【図１１】始めの巻取り張力に対するクリープ歪みの予測モデルと巻取り直後のスプール輪郭を示す。
【図１２】始めの巻取り張力に対するクリープ歪みの予測モデルと巻取り１２時間後のスプール輪郭を示す。
【図１３】巻取りストリップに実施された試験の結果を示すストリップ長さに沿った位置に対するストリップ幅方向に渡る位置のグラフを示す。
【図１４】巻取りストリップに実施された試験の結果を示すストリップ長さに沿った位置に対するストリップ幅方向に渡る位置のグラフを示す。
【図１５】巻取りストリップに実施された試験の結果を示すストリップ長さに沿った位置に対するストリップ幅方向に渡る位置のグラフを示す。
【図１６】巻取りストリップに実施された試験の結果を示すストリップ長さに沿った位置に対するストリップ幅方向に渡る位置のグラフを示す。
【図１７】巻取りの進行に従い加えられる巻取り張力の変化を示すグラフ。

Claims (31)

1. マンドレルと、マンドレルに着脱可能に装着されるスプールと、正クラウンのアルミニウムストリップ材と、を含むコイル集合体から成り、
   コイル集合体が、ストリップ材が巻き取られるべき支持面を有し、コイル集合体は、ストリップ材の少なくとも内側巻取り分の巻取り過程で、その支持面が、クラウンを支持する支持面の部分がその支持面の残りの部分よりも大きな支持力を与える支持力プロフィルを提供するように、適合されていることを特徴とするアルミニウムストリップ巻取り装置。
2. クラウンがストリップ材の幅の中央部に設けられて、ストリップ材の該中央部に与える支持力がそのストリップ材の両端部に与える支持力より大きくした請求項１に記載の装置。
3. ストリップ材の張力を制御するための１つ以上の張力ロールと張力制御装置を含み、ストリップ材が、第１の高い張力から第２の低い張力で巻き取られるようにした請求項１又は２に記載の装置。
4. スプールが、ストリップ材の幅に少なくとも等しい請求項１ないし３いずれかに記載の装置。
5. 支持面の支持力プロフィルが、スプールを適合させることによって提供される請求項１ないし４いずれかに記載の装置。
6. スプールは、クラウンを支持するスプールの部分での外径が、スプールの両端部の一方又は両方での外径より大きい請求項５に記載の装置。
7. スプールが、スプールの当該部分での外形側に突出したクラウンを有するように輪郭を設けた請求項６に記載の装置。
8. 外形側突出したクラウンが矩形状である請求項７に記載の装置。
9. スプールが、円筒状であって、実質的に一様な直径を有し、且つ、スプールの一端又は両端から伸びるスリットを有する請求項５に記載の装置。
10. スリットが、スプールの全長の大よそ１／４まで伸びている請求項９に記載の装置。
11. クラウンを支持するスプールの部分が、スプールの両端部を形成する材料より剛性の大きい材料で形成されている請求項５に記載の装置。
12. 該支持面の支持力プロフィルが、スプールから分離した手段によって与えられる請求項１ないし４いずれかに記載の装置。
13. 該スプールが、直状の円筒形状である請求項１２に記載の装置。
14. 該支持面の支持力プロフィルが、クラウンを支持するスプールの部分に装着された外側スリーブにより提供され、外側スリーブが、ストリップ材の幅より小さい幅を有する請求項１２又は１３に記載の装置。
15. 外側スリーブが円筒形状であり、スプールに嵌め入れられて、スプールが当該部分での有効外径が、スプールの両端部の一方又は双方での有効外径より大きくされている請求項１４に記載の装置。
16. 当該支持面の支持力プロフィルが、ストリップ材の形状によって提供される請求項１２又は１３に記載の装置。
17. ストリップ材の先端部がストリップ材の幅より狭い幅を有する舌状片として形成され、舌状片が、ストリップ材を巻き取るとき、スプールの両端部の一方又は両方の有効直径より、クラウンを支持するスプールの部分で大きい有効直径をスプールに備えさせる請求項１６記載の装置。
18. 舌状片の長さが、ストリップ材の長手方向で、スプールの外周のｎ倍にほぼ等しく、但しｎはゼロより大きい整数である請求項１７に記載の装置。
19. 材料のシートがストリップ材の先端部表面に取着され、該シートがストリップ材の幅より狭い幅を有し、シートは、ストリップ材が巻き取られるとき、スプールの両端部の一方又は両方でのスプールの有効直径より、クラウンを支持するスプールの部分での大きい有効直径をスプールに提供する請求項１６に記載の装置。
20. 該シートの材料が、ストリップ材の長手方向で、ストリップ材の長手方向で、スプールの外周のｎ倍にほぼ等しい長さを有し、但し、ｎはゼロより大きい整数である請求項１９に記載の装置。
21. シートがアルミニウムから作られている請求項１９又は２０に記載の装置。
22. 該支持面の支持力プロフィルが、巻取りの前に、スプールの周りに１回以上巻き着けた長さの材料により提供され、該長さの材料が、ストリップ材の幅より狭い幅を有し、その長さが、スプールの両端部の一方又は両方でのスプールの有効直径より、クラウンを支持するスプールの部分での大きい有効直径をスプールに提供するに有効である請求項１２又は１３に記載の装置。
23. 該支持表面の支持力が、巻き取られるべき材料と同じ型のストリップ材が従来の直状の円筒スプールに巻き取られた外側巻取り分の半径方向変位の変化を表すグラフ形状に少なくとも大よそ合致させるようにした請求項１ないし２２いずれかに記載の装置。
24. 正クラウンを有するアルミニウムストリップ材をコイルに巻き取る方法であって、ストリップ材を、スプールとマンドレルとから成る集合体に供給し、コイル集合体が回転されてコイル集合体の支持面回りにストリップ材を巻取り、その後に、マンドレルを引抜くもので、該巻取り方法が巻き取られたストリップ材の少なくとも内側巻取り分を巻取る過程で、コイル集合体は、支持面がクラウンを支持する支持面の部分によって提供される支持力が、支持面の残部により提供された支持力より大きい該支持力をスプールに提供するように、適合されていることを特徴とするアルミニウムストリップ材の巻取り方法。
25. クラウンが、ストリップ材の幅の中央部に配置され、ストリップ材の該中央部に提供される支持力が、ストリップ材の両端部に提供される支持力より大きい請求項２４に記載の方法。
26. ストリップ材の初期巻取り分を巻取り中に、第１の高い張力をストリップ材にかけて、さらに、後の巻取り分の巻取り中に第２の低い張力をストリップ材にかけるようにした請求項２４又は２５に記載の方法。
27. マンドレルが，スプール内の所定位置にあるときに、クラウンを支持する部分でスプールの外径が両端部の一方又は両方でのすプールの外径より大きくするようにスプールを変形させて、マンドレルがコイルの除去のために収縮可能にした請求項２４ないし２６いずれかに記載の方法。
28. 巻き取りに先立って、ある長さの材料をスプール回りに１回以上巻き込んで、その長さの材料がストリップ材の幅より狭い幅を有して、クラウンを支持する支持面の部分の外径を、両端部の一方又は両方の外径よりも大きくする請求項２４ないし２６いずれかに記載の方法。
29. ストリップ材先端部にはストリップ材の幅より狭い幅を有する舌状片を形成して、舌状片で巻取りを開始して、クラウンを支持する支持面の部分の外径を両端部の一方又は両方の外径よりも大きく規定するように、巻取り片がスプールの支持面に支持力プロフィルを作るようにした請求項２４ないし２６いずれかに記載の方法。
30. 舌状片の幅が狭い幅から、コイル集合体回りのストリップ材の最初の二三回の巻取り分でストリップ材の全幅に増加させる請求項２９に記載の方法。
31. 材料のシートが、ストリップ材の先端部表面に取着され、該シートがストリップ材の幅より狭い幅を有し、シートは、ストリップ材が巻き取られるとき、スプールの両端部の一方又は両方でのスプールの有効直径より、クラウンを支持するスプールの部分での大きい有効直径をスプールに提供する請求項２４ないし２６いずれかに記載の方法。

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