JP2015174090A - 金属線材の直線矯正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】直径が異なった金属線材が供給されても、その金属線材にねじれを与えることなく、確実に直線矯正することができる金属線材の矯正方法を提供する。【解決手段】複数の矯正ローラ３で構成されるローラ群２Ａ，２Ｂを少なくとも２組備え、少なくとも２組のローラ群２Ａ，２Ｂに金属線材Ｗを通過させることで当該金属線材Ｗの曲がりを矯正する金属線材Ｗ用の矯正機１を用いて、金属線材Ｗを直線矯正するに際しては、矯正機１に供給する金属線材Ｗの直径の変化に応じて、２組のローラ群２Ａ，２Ｂの少なくとも一方を金属線材Ｗの進行方向に垂直かつ各ローラ軸に垂直な方向に移動させることを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、金属線材の直線に矯正する方法に関する。

条鋼線材などの金属線材は長尺であるため、圧延後の最終工程にてコイル状に巻き取られるのが一般的である。コイル状に巻き取られた金属線材は、その後に続く加工工程（たとえば引抜き加工、圧造加工など）で巻き出されて使用される。このとき、巻き出した線材は、コイル材に巻き取った際のくせのために湾曲しており、引抜き加工装置（伸線機）、圧造加工装置（フォーマ）、スケール除去装置（ブラスト）などにうまく供給されないという問題があった。

係る湾曲を矯正して線材を直線状にするため、傾斜ローラ式矯正法、回転駒式矯正法、多ローラ式矯正法など種々の直線矯正方法が伸線機やフォーマなどと組み合わせて使用されている。金属線材に対しては、矯正機の簡便さと調整の容易さから、多ローラ式矯正法が一般的に使用されている。
多ローラ式矯正法とは、特許文献１や非特許文献１などに開示されているように、３個以上の溝付の矯正ローラが取り付けられたローラ群を２つ以上用意し、一方のローラ群を水平方向に配備し、他方のローラ群を垂直方向に配置し、これらの複数のローラ群に通した線材を、ローラ群を構成する矯正ローラで塑性変形させ、直線矯正するものである。

特開２０１１−１９４４４３号公報

日本塑性加工学会編、「引抜き加工」コロナ社、１９９０年１０月２５日発行、ｐ．４１〜４２

しかしながら、特許文献１や非特許文献１などに開示された多ローラ式矯正法では、矯正後の線材にねじれが生じる可能性があることが現場の実績として挙がってきている。その要因として、母材であるコイル状の線材にそもそもねじれが含まれており、矯正してもそのねじれを除去しきれないためと考えられる。
しかし、母材にねじれが無い場合でも、矯正機に通した際に線材にねじれが付与される場合がある。また、ねじれが含まれたコイル状の線材を矯正機に通した際に、さらにねじれが付与される場合もある。このように、線材がねじれたまま後工程に送られると、圧造部品などの最終製品の精度に悪影響を与える可能性がある。

本来、金属線材を直線にする役目を有する矯正機が、金属線材に対してねじれを付与する原因は、次の通り考察される。
すなわち、矯正機を構成する２台以上のローラ群のパスセンタがずれているために、例えば、第１のローラ群から出た線材が、続く第２のローラ群の最初の矯正ローラの溝に接触する際に、金属線材の進行方向とは異なる方向の外力を受け、金属線材が曲がりながら最初の矯正ローラに掛かるため、回転方向の外力が掛かってねじれが付与される。

２台以上のローラ群のパスセンタを同一とすればねじれは生じなくなるが、仮にある線径でパスセンタを合わせたとしても、金属線材の直径が変わればパスセンタも変化する。そのため、完全にねじれを抑えるためには、異なる線径に対応できるようパスセンタの違う矯正機を複数組保有する必要があり、矯正機の段取り替え時間、設備費、保管スペースの面での課題がある。これらの課題を解決できる手段は現在のところ見出されていない。

そこで、本発明は、上述の問題に鑑みて、直径が異なった金属線材が供給されても、その金属線材にねじれを与えることなく、確実に直線矯正することができる金属線材の矯正方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係る金属線材の直線矯正方法は、複数の矯正ローラで構成されるローラ群を少なくとも２組備え、前記少なくとも２組のローラ群に金属線材を通過させることで当該金属線材の曲がりを矯正する矯正機を用いて、前記金属線材を直線矯正するに際しては、前記矯正機に供給する金属線材の直径の変化に応じて、前記２組のローラ群の少なくとも一方を金属線材の進行方向に垂直かつ各ローラ軸に垂直な方向に移動させ、前記移動の量Ｌが式（１）を満たすものとされていることを特徴とする。

ここで、
θ：矯正ローラの溝底の角度
Ｄ：基準となる金属線材の直径
ｄ：矯正しようとしている金属線材の直径
ΔＤ：Ｄ−ｄの絶対値

本発明による金属線材の矯正方法によれば、直径が異なった金属線材が供給されても、その金属線材にねじれを与えることなく、確実に直線矯正することができる。

本実施形態が採用される矯正機に金属線材を通過させた状態を示した図である。 矯正機に金属線材を通過させた状態であって、金属線材にねじれが発生している状況を示す図である。 本実施形態が採用されるパスセンタが一致した状況となっている矯正機を示した図である。 矯正ローラを拡大して示した図である。 パスセンタのずれ量を導くための図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の構成をその具体例のみに限定するためのものではない。従って、本発明の技術的範囲は、本実施形態の開示内容のみに限定されるものではない。
図１を参照しながら、本発明が適用される金属線材用の矯正機の構成について説明する。説明においては、図１に図示した方向を用いる。

図１に示す如く、矯正機１は、図示しないフレームを有していて、このフレームに、第１ローラ群２Ａ及び第２ローラ群２Ｂが設けられている。
第１ローラ群２Ａ及び第２ローラ群２Ｂの各々は、複数（例えば、３つや５つ）の矯正ローラ３によって構成されており、複数の矯正ローラ３が、金属線材ＷのパスラインＴ（矯正路）を挟んで対向するように、金属線材Ｗの通過方向に沿って所定の配置間隔を隔てて配置されている。

まず、第１ローラ群２Ａは、矯正ローラ３を３つ用いて、この３つの矯正ローラ３を、各矯正ローラ３の溝４の形成方向（矯正ローラ３の回転方向）がパスラインＴに沿うように配置することによって構成されている。
第１ローラ群２Ａの３つの矯正ローラ３の各々は、金属線材ＷのパスラインＴの上方に１つの矯正ローラ３が配置され、下方に２つの矯正ローラ３が配置されている。３つの矯正ローラ３の各々は、パスラインＴを挟んで千鳥配置されている。つまり、上方の１つの矯正ローラ３は、下方で隣り合う矯正ローラ３の軸心間隔のほぼ中央に対応する位置でパスラインＴに向かうように配置されている。

上述のように３つの矯正ローラ３が配置される第１ローラ群２Ａは、第１台座５Ａによって支持されている。第１台座５Ａは、例えばフレームと同じ材質で構成された板状部材であり、矯正ローラ３が取り付けられる面が前方を向くように配備され、フレームに固定される。第１台座５Ａは、フレームに対して（金属線材Ｗの進行方向に対して）上下方向に移動自在とされている。

一方、第２ローラ群２Ｂが第１ローラ群２Ａと異なる点は、次のとおりである。
つまり、第２ローラ群２Ｂは、第２ローラ群２Ｂの各矯正ローラ３がパスラインＴを挟んで対向する方向（対向方向）が、第１ローラ群２Ａの各矯正ローラ３の対向方向と異なるように配置されている。具体的に、第２ローラ群２Ｂの各矯正ローラ３の対向方向は、第１ローラ群２Ａの各矯正ローラ３の対向方向に対してほぼ９０°回転した向きとなっている。

上述の第２ローラ群２Ｂの配置を実現するために、第２ローラ群２Ｂを支持する第２台座５Ｂは、第２ローラ群２Ｂを支持する支持面が上方を向くようにフレームに取り付けられている。この第２台座５Ｂは、前後方向（金属線材Ｗの進行方向）に移動自在とされている。
図１に示すように、第２ローラ群２Ｂの各矯正ローラ３も、パスラインＴを挟んで該パスラインＴに対して斜め方向に対向し、パスラインＴに沿って千鳥配置されている。

次に、第１台座５Ａ及び第２台座５Ｂに取り付けられている矯正ローラ３の構成について詳しく説明する。
矯正ローラ３は、金属線材Ｗのワイヤ径ｄよりも大きな厚みを有する円板形状を有し、この円板形状の軸心を中心として回転可能な部材である。矯正ローラ３の外周面には、全周にわたって溝４（矯正溝）が形成されている。溝４の形状は、例えばＶ字などである。

このような矯正機１において、金属線材Ｗを第１ローラ群２ＡのパスラインＴを通した上で金属線材Ｗを一方向から矯正したのち、第２ローラ群２ＢのパスラインＴを通すことで、金属線材Ｗの他の方向（９０°回転した方向）から矯正する。
このような矯正機１は、本来、金属線材Ｗを直線にする役目を有するものであるが、実際の操業においては、金属線材Ｗに対してねじれα_ｇを付与する場合があることが知見されている。

図２は、このような不都合が発生している状況を示す図である。
この図は、図１と同じ矯正機１の配置にて、金属線材Ｗの線径が細い場合を示している。図２の場合、矯正機１において、第１ローラ群２Ａのパスセンタと、第２ローラ群２Ｂのパスセンタとが不一致のため、金属線材Ｗにねじれα_ｇが付与される。すなわち、２台以上のローラ群２Ａ，２Ｂのパスセンタがずれているために、あるローラ群２Ａの最後の矯正ローラ３から出た金属線材Ｗが、続くローラ群２Ｂの最初の矯正ローラ３の溝４に接触する際に、金属線材Ｗの進行方向とは異なる方向の外力を受け、金属線材Ｗが曲がりながら最初の矯正ローラ３に掛かるため、回転方向の外力が掛かってねじれα_ｇが付与されてしまう。

そこで、図３のように、第１ローラ群２Ａを支持する第１台座５Ａ、及び第２ローラ群２Ｂを支持する第２台座５Ｂを金属線材Ｗの進行方向に垂直かつ各矯正ローラ３の回転軸に垂直な方向に移動させることにより、パスセンタのずれｇを解消することができ、ねじれα_ｇの付与を抑制するようにしている。詳しくは、第１ローラ群２Ａを指示する第１台座５Ａを上下に動かし、第２ローラ群２Ｂを指示する第２台座５Ｂを前後に動かすようにする。

台座の移動の向きは、金属線材Ｗの直径が減少する（小径となる）場合、第１ローラ群２Ａ及び第２ローラ群２Ｂの矯正ローラ３のうち、可動矯正ローラ３Ａ（ハンドル６にてスライドする矯正ローラ３、一般には奇数個側）が位置する側とされる。
一方、金属線材Ｗの直径が増加する（大径となる）場合は、第１ローラ群２Ａ及び第２ローラ群２Ｂの矯正ローラ３のうち、固定矯正ローラ３Ｂ（一般には偶数個側）が位置する側へ、台座を移動する。

さて、本実施形態の場合、台座の移動量Ｌは、次式を満たすものとする。

ここで、θは矯正ローラ３の溝４底の角度である。Ｄは基準となる金属線材Ｗの直径（Ｄ：元の線径、直前に矯正が行われた金属線材Ｗの線径）であって、この基準となる金属線材Ｗが矯正機１に通された際に、第１ローラ群２Ａと第２ローラ群２ＢとのパスラインＴが一致するように設定されている。一方で、ｄは矯正しようとしている金属線材Ｗの直径（変化後の線径）であり、ΔＤは、Ｄ−ｄの絶対値である（変化量ΔＤ＝｜Ｄ−ｄ｜）。

この関係を満たす台座の移動量Ｌを求め、この移動量Ｌだけ、第１台座５Ａ及び第２台座５Ｂのいずれか一方を移動させることで、金属線材Ｗにねじれα_ｇを与えることなく、確実に直線矯正することができるようになる。
上記した台座の移動量Ｌを導くための関係式（式(１)）は、以下の考えに立脚して導出されたものである。

まず、矯正ローラ３の外周面に形成された溝４は、矯正中の金属線材Ｗが、矯正ローラ３から脱落することを防ぐものである。Ｖ字型の溝４形状では、溝４底の角度θは図４に示す角度で定義される。なお、Ｕ字型およびコの字型の溝４形状では、溝４のＲや幅が金属線材Ｗの直径に対して大きい場合、溝４と金属線材Ｗは平面で接触するため、溝４底の角度θ＝１８０°とみなすことができる。溝４のＲや幅が金属線材Ｗの直径に対して小さい場合は、溝４の角部で金属線材Ｗに疵を付与するおそれがあり実用的ではない。

一方、図５に示す如く、供給する金属線材Ｗの直径の変化によるパスセンタのずれｇは、溝４底の角度θと直径の変化量ΔＤを用いて、

となる。
パスセンタのずれｇの許容量、すなわち金属線材Ｗのねじれα_ｇの許容量は、矯正の後に続く加工工程により異なるが、一般には５°／ｍ未満、より望ましくは２．５°／ｍ未満であり、後工程に悪影響を与えない程度のねじれα_ｇ量である。ねじれα_ｇ量がこれらの値未満になるように、各台座５Ａ，５Ｂを移動させる必要がある。

本発明者らが、第１台座５Ａ、第２台座５Ｂの最適な移動量Ｌを鋭意検討した結果、｜ΔＤ／｛２ｓｉｎ（θ／２）｝−Ｌ｜が、Ｄ／３より小さくなるよう、より望ましくはＤ／６より小さくなるように移動量Ｌを調整すれば、ねじれα_ｇを５°／ｍ未満、より望ましくは２．５°／ｍ未満に抑えることができ、後工程に悪影響を与えないことが分かった（詳細は以下の実施例を参照）。
［実施例］
図１に示すような矯正機１により、式（１）を満たすように、金属線材Ｗを矯正した結果を、表１に示す。なお、矯正時の条件は、以下の通りである。
（条件）
・金属線材の材質 ： Ｓ４５Ｃ （ＪＩＳＧ４０５１、熱間圧延まま）
・送り出し ： 舞輪式サプライスタンド
・巻取 ： 縦取式伸線機
・通材速度 ： ３０ｍ／分

例えば、発明例０２を見てみると、式(１)の左辺の値がＤ／３＝３．３ｍｍであるのに対し、式(１)の右辺の値が０である。つまり、発明例０２は式(１)を満たし、ねじれα_ｇが０°／ｍとなり、金属線材Ｗが直線に矯正されていることが分かる。
一方、比較例０２を見てみると、式(１)の左辺の値がＤ／３＝３．３ｍｍであるのに対し、式(１)の右辺の値が３．５ｍｍである。つまり、比較例０２は式(１)を満たさず、金属線材Ｗにねじれα_ｇ＝５°／ｍ付与されていることが分かる。

この表１から明らかなように、式(１)を満たすような移動量Ｌを第１台座５Ａ、第２台座５Ｂに付与することで、直線矯正後の金属線材Ｗに残存するねじれα_ｇを５°／ｍ未満、より望ましくは２．５°／ｍ未満に抑えることが可能となる。
ところで、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、動作条件や測定条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

１ 矯正機
２Ａ 第１ローラ群
２Ｂ 第２ローラ群
３ 矯正ローラ
３Ａ 可動矯正ローラ
３Ｂ 固定矯正ローラ
４ 矯正溝
５Ａ 第１台座
５Ｂ 第２台座
６ ハンドル
Ｗ 金属線材

Claims (1)

1. 複数の矯正ローラで構成されるローラ群を少なくとも２組備え、前記少なくとも２組のローラ群に金属線材を通過させることで当該金属線材の曲がりを矯正する矯正機を用いて、前記金属線材を直線矯正するに際しては、
   前記矯正機に供給する金属線材の直径の変化に応じて、前記２組のローラ群の少なくとも一方を金属線材の進行方向に垂直かつ各ローラ軸に垂直な方向に移動させ、前記移動の量Ｌが式（１）を満たすものとされている
   ことを特徴とする金属線材の直線矯正方法。
   
   ここで、
   θ：矯正ローラの溝底の角度
   Ｄ：基準となる金属線材の直径
   ｄ：矯正しようとしている金属線材の直径
   ΔＤ：Ｄ−ｄの絶対値