JP2016013574A - 管材、棒材、形材及び同様の素材を加工するための、一列に配置された複数の機械を備える装置 - Google Patents

Abstract

【課題】細長形状の素材を加工するための装置の提供。
【解決手段】装置は、素材Ｃの供給方向と一致する長手方向ｘに沿って一列に配置された複数の機械１０、１２、１４を備える。各機械１０、１２、１４は、素材Ｃに同時に作用するようにそれぞれのモータによって回転するように構成されたローラ１８、２０、２２と、これらのモータを制御するように構成された制御ユニットとを備える。各機械１０、１２、１４は、加工される素材Ｃによって長手方向ｘに沿って機械のローラ１８、２０、２２に加えられる全体的な反力の測定値を機械の制御ユニットに提供するように適合された測定手段２４を備える。各機械１０、１２、１４の制御ユニットは、加工される素材Ｃによって長手方向ｘに沿って機械のローラ１８、２０、２２に加えられる全体的な反力がゼロを含む所定の値と等しくなるように、機械のローラ１８、２０、２２をトルク制御するように構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば管材、棒材、形材及び帯材などの細長形状の素材を加工するための装置に関するものであり、一列に配置された複数の機械を備え、複数の機械は、長手方向、すなわち装置に沿って素材が動かされる方向の成分を有する力を素材に加えるように、加工される素材に同時に作用するように適合されたモータ駆動ローラ又は他のモータ駆動加工部材を備える。

本発明は、特に、ステンレス鋼の中空形材からなる導体から超伝導コイルを形成するための装置に関連して考え出されたものであり、本明細書において例示される。しかし、以下の説明から明らかになるように、同じ素材に同時に作用するように一列に配置された複数の機械を備える、管材、棒材、形材及び帯材などの細長形状の素材を加工するための他のいかなる装置にも適用可能である。

超伝導コイルを形成するための典型的な装置は、基本的に、巻き出し及び矯正ユニットと、曲げ及び巻き取りユニットとを備える。巻き出し及び矯正ユニットは、一定半径で曲げられ円筒らせん経路に沿って巻かれた導体により形成される鉛直軸コイルから巻き出し矯正された導体を供給するように設計される。この目的のため、巻き出し及び矯正ユニットは、コイルをその鉛直軸の周りに回転させ、それと同時に、コイルから出てきた導体を矯正装置によって直線矯正する。曲げ及び巻き取りユニットは、直線矯正された導体を曲げるように構成された曲げ装置と、曲げ装置から出てきた曲げられた導体が置かれるロータリ・テーブルとを備え、それによって１組のターン（巻き）が形成され、超伝導コイルが作製される。追加の装置を、巻き出し及び矯正ユニットと曲げ及び巻き取りユニットとの間に設けることができる。その追加の装置は、巻き出し及び矯正ユニットから出てきた矯正された導体を加工するように配置され、例えば、導体をさらに矯正するように矯正装置の下流に配置される１つ又は複数の仕上矯正装置を含む。

導体が最初の矯正工程から最終の曲げ工程までの間に受けなければならない加工は、巻き出し及び矯正ユニットと曲げ及び巻き取りユニットとの間にある導体の直線部分に沿って一列に配置され、例えばローラのような加工部材、すなわち長手方向成分を有する力を導体に加えるように導体に作用するようにそれぞれのモータによって回転される加工部材を備える機械によって行われる。

そうした装置では、当然、導体に対する相対的なスリップ、並びに、座屈に起因した導体の不安定性の危険を回避するように、様々な機械のモータ駆動加工部材の回転を制御しなければならない。

モータ駆動加工部材の制御の実行可能な方法として、一列に配置された様々な機械の速度／位置を同期させることが挙げられる。しかし、そうした制御方法は、いくつかの欠点による影響を受ける。

第一に、導体の前方移動がすべての機械で同様であることが明確であるとしても、それは必ずしもすべてのローラが同じ周速度を有していなければならないことにはならない。実際、第１の矯正機及び曲げ機は、ともに、導体の直線状部分の速度よりも外弧における速度がより速く内弧における速度がより遅い湾曲部分（さらに、特に曲げ機では、一定でない曲率半径を有する湾曲部分）に作用するモータ駆動ローラを有する。同じことは、導体をＳ字様形状に若干変形させる仕上矯正機にもよくあてはまる。周速度のそうした違いによって、導体に長手方向の力が生じ、これが（牽引力の場合は）スリップ又は、スリップ及び／又は（圧縮力の場合は）座屈不安定性を招くことになる。

第二に、ローラ機械の全体的な速度伝達比は明確でなく、近似的である。したがって、一列に配置された他の機械と速度／位置を同期させると、速度伝達比を推定する過程で誤差が重なり、それによって、必然的に導体に長手方向の牽引力又は圧縮力が発生し、スリップ及び／又は座屈不安定性に陥ってしまう。同じことは、理想的には互いに同一である、一列に配置された機械間の、たとえ小さくても機械の製作公差に起因する幾何形状の違いによっても起こる。

したがって、本発明の目的は、例えば管材、棒材、形材及び帯材のような細長形状の素材を加工するための装置であって、一列に配置され、長手方向成分を有する力を加工される素材に加えるように素材に同時に作用するようにモータによって回転される加工部材を備える複数の機械を有するタイプの装置を提供することであり、それによりスリップ及び／又は座屈の不安定性による、加工される素材への影響を防止することができる

上記のおよびその他の目的は、添付の独立請求項１に記載された構成を有する装置による本発明によって完全に達成される。

本発明の有利な具体例が、従属請求項に記載されており、その内容は、以下の説明と一体の部分及び一体化する部分であるとみなされるべきである。

簡潔には、本発明は、装置の各機械に、素材によって長手方向に沿って機械に加えられる全体的な反力を測定するための測定手段を装備し、素材によって長手方向に沿って機械に加えられる全体的な反力がゼロを含む所定の値と等しくなるように、各機械の加工部材に連結されるモータを制御するという発想に基づいている。

素材によって長手方向に機械に加えられる全体的な反力がゼロと等しくされるということは、機械のモータ駆動加工部材によって素材に加えられるトルクは、その加工向けに設計された機械による加工（直線矯正、曲げなど）の実施に絶対に必要なトルクであるということである。そうした条件下では、機械は、素材に対して中立であり、機械のモータ駆動加工部材と素材との間の望ましくないスリップが回避される。

モータ駆動加工部材に連結されるモータは、例えば確実にある牽引力が素材に加えられる必要がある場合、ゼロ以外の長手方向に沿った素材の反力を機械にかけるように制御されてもよい。

素材によって長手方向に沿って機械に加えられる全体的な反力の測定を可能にするために、機械は、長手方向の並進の自由度を有して支持構造体に取り付けられ、機械に加えられる長手方向の力を測定するために測定手段が機械と支持構造体との間に設けられることが好ましい。この力が、素材によって長手方向に機械に加えられる全体的な反力を表している。機械は、例えば、転がり接触ガイドのような低摩擦の直線状のガイドによって支持構造体に取り付けることができる。ロードセル又は同様の力測定装置が、機械に長手方向に（素材によって加えられる反力の結果として）作用する力を測定するように、機械と支持構造体との間に取り付けることができる。

本発明の特徴及び利点は、添付の図面を参照して、単なる非限定的な例として与えられる以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。

本発明が適用できる一列に配置された複数の機械を備える細長形状の素材を加工するための装置の一例としての、超伝導コイルを形成するための装置の概略図。 図１の装置の一部を形成する曲げ機の斜視図。 図２の曲げ機に素材から長手方向に加えられる力を測定するための力測定装置を拡大して詳細に示す斜視図。 図２の曲げ機の側面図。

まず図１を参照すると、コイルＡを形成するために一定半径の円筒らせん形状の経路に沿って巻かれたステンレス鋼の中空形材からなる導体Ｃから超伝導コイルＢを作製するための装置が、導体Ｃが前方に動かされる供給方向と一致する長手方向ｘに沿って一列に配置された複数の機械を備えている。

より詳細には、図１に示された実施例では、装置は、コイルＡから巻き出された導体Ｃを矯正するための第１の矯正機１０と、第１の矯正機１０からの導体Ｃを仕上矯正するための１つ又は複数の追加の矯正機１２と、鉛直方向の回転軸線ｚの周りに回転可能に取り付けられたロータリ・テーブル１６と協働してコイルＢを形成するように所望の曲率半径で導体Ｃを曲げるための曲げ機１４とを備える。装置は、さらに、所定の前進速度で長手方向ｘに素材を前方に移動させる供給装置（詳細には図示せず）を備える。機械１０、１２、１４および供給装置は、それ自体が既知のタイプのものであり、本明細書では詳細に説明しない。本発明の目的のために、以下の点に言及する価値がある。すなわち、すべてのこれらの機械は、モータ駆動加工部材、特にモータ駆動ローラを備え、モータ駆動ローラは、それぞれのモータ、とりわけ電気モータ又は油圧モータによってそれぞれの回転軸線の周りでそれぞれ回転させられる。モータ駆動加工部材は、摩擦によって導体Ｃを動かしそれを長手方向ｘに前方に移動させる機能と、導体Ｃを変形させそれを矯正する（これは、矯正機１０、１２のローラの場合である）又はそれを曲げる（これは、曲げ機１４のローラの場合である）機能の両方を有する。

次に、図２〜図４を参照すると、曲げ機１４は、それ自体が既知のやり方であるが、３つのローラ１８、２０、２２、すなわち鉛直方向の回転軸線ｚ１周りに回転可能な第１のローラ１８、鉛直方向の回転軸線ｚ２周りに回転可能な中間ローラ２０、および鉛直方向の回転軸線ｚ３周りに回転可能な曲げローラ２２を備える。３つのローラ１８、２０、２２は、（図２〜図４には示されない）導体Ｃが曲げ機１４を通って動くように配置される。第１のローラ１８および曲げローラ２０が導体の一方の側にあり、中間ローラ２２は反対側にある。曲げ機は、さらに、本明細書に示される以外の構成を有することができる。例えば、上述した３つのローラの他に追加のローラを備えることもできる。

３つのローラ１８、２０、２２は、（図示されないが、それ自体が既知のタイプの）それぞれの電気モータによって、それぞれの回転軸線ｚ１、ｚ２、ｚ３の周りに回転される。本発明によれば、電気モータは、導体Ｃによって長手方向ｘに前記ローラしたがって機械に加えられる全体的な反力が、例えばゼロである所定の値と等しくなるように、それぞれのローラ１８、２０、２２にトルクを加えるように制御ユニット（図示せず）によってトルク制御される。導体によって機械に加えられる全体的な反力は、このように、制御ユニットによって、機械の個別のローラに加えられるトルクを修正するためのフィードバック変数として使用される。

図面に示された実施例によれば、測定装置２４は、曲げ機１４に連結され、導体Ｃによって長手方向ｘに機械に加えられる全体的な反力を測定する。制御ユニットは、反力は所定の値と等しいという上述の条件を満たすために、測定装置２４によって、提供される導体Ｃにより曲げ機１４に加えられた全体的な反力の値に基づいて、各ローラ１８、２０、２２に加えられるべきトルクを計算するように構成される。

機械に加えられる全体的な反力の値に基づいた、上述した条件を満たすように機械の各モータ駆動ローラに加えられるべきトルクは、例えば、前もって、個別のローラのトルク値の間で比例基準を定めることによって決定することができる。同じ機械にある個別のローラのトルク値間の比例基準は、導体とローラとの間で作用する垂直抗力係数に基づく。この係数は、少なくとも導体の長手方向ｘに対して垂直な成分（主成分）に限っていえば、静力学の法則から近似的に知ることができる。例えば、ローラ１８、２０、２２間の長手方向のピッチが同じである図２〜図４に示されるような３つのローラを含む曲げ機では、少なくとも半径が大きい場合、導体Ｃは、単純にその端部で支持されその中央に荷重がかけられる梁としてモデル化できるので、中間ローラ２０と導体Ｃとの間に作用する垂直抗力は、端にある２つのローラ（第１のローラ１８及び曲げローラ２２）のそれぞれと導体Ｃとの間に作用する垂直抗力の２倍であると近似できる。ローラ１８、２０、２２に加えられるべきトルクは、この割合に従うことになり、３つのローラにおいて、摩擦角が３つのローラでほぼ同じであるので、ローラと導体との間で作用する長手方向の力と、スリップを起こすまでに許容される長手方向の最大力との間に、その同じ割合が適用される。

あるいは、機械のモータ駆動ローラのそれぞれに加えられるべきトルクは、導体と各モータ駆動ローラとの間で作用する垂直抗力の実測値から決めることもできる。

導体Ｃによって長手方向ｘに曲げ機１４に加えられる全体的な反力の測定を可能にするために、機械を長手方向ｘの並進の自由度を有して支持構造体２６に取り付け、機械に加えられる長手方向ｘに沿った力を測定するために、測定装置２４の一方の側面を曲げ機１４に連結し、他方の側面を支持構造体２６に連結することが有利である。この力が、導体Ｃによって機械のローラ１８、２０、２２に加えられる全体的な反力を表している。本明細書で提案する実施例によれば、曲げ機１４は、転がり接触ガイドのような低摩擦の直線状のガイド２８に取り付けられる。ガイド２８は、支持構造体２６に固定され、長手方向ｘに向けられる。測定装置２４としてのロードセルが、機械１４と支持構造体２６との間に取り付けられる。

曲げ機１４に関して言及した上記の説明は、装置の一部を形成する他の機械（第１の矯正機１０及び追加の矯正機１２）のすべてに適用できる。これらの機械においても、モータ駆動ローラを駆動するモータは、実際には、導体によって長手方向に機械に加えられる全体的な反力が例えばゼロである所定の値と等しくなるように、それぞれのローラにトルクを加えるように、それぞれの制御システムによってトルク制御され、適当な測定手段が、導体によって機械に加えられる全体的な反力を測定するように設けられる。

したがって、本発明の利点の１つは、装置の各機械が、一列に配置された様々な機械の複雑に連係した制御を必要としないで、単純な局所フィードバック・ループにより自己調節可能であることである。

当然ながら、本発明の原理を変更せずに、添付の特許請求の範囲に記載される保護範囲から逸脱することなく、単なる非限定的な実施例として説明し図示した実施例及び構造の詳細に対して、大幅な変更を加えることも可能である。

Claims (8)

1. 素材（Ｃ）の供給方向に一致する長手方向（ｘ）に沿って一列に配置された複数の機械（１０、１２、１４）を備える、管材、棒材、形材及び帯材のような細長形状の素材（Ｃ）を加工するための装置であって、
   前記機械（１０、１２、１４）のそれぞれが、回転軸線（ｚ１、ｚ２、ｚ３）の周りに回転できるように取り付けられ、前記長手方向（ｘ）に向く成分を有する力を前記素材（Ｃ）に加えるように前記素材（Ｃ）に作用するように適合された少なくとも１つの加工部材（１８、２０、２２）と、該少なくとも１つの加工部材（１８、２０、２２）を回転させるモータ手段と、前記モータ手段を制御する制御ユニットとを備える、
   前記装置において、
   各機械（１０、１２、１４）が、加工される前記素材（Ｃ）によって前記長手方向（ｘ）に沿って前記機械に加えられる全体的な反力の測定値を前記機械の前記制御ユニットに提供する測定手段（２４）を備え、
   各機械（１０、１２、１４）の前記制御ユニットは、前記測定手段によって提供された、加工される前記素材（Ｃ）によって前記長手方向（ｘ）に沿って前記機械に加えられた前記全体的な反力の値が、ゼロを含む所定の値と等しくなるように、前記モータ手段を制御するように構成されることを特徴とする、装置。
2. 前記機械（１０、１２、１４）のうちの少なくとも１つが、前記長手方向（ｘ）への並進運動の自由度を有してそれぞれの支持構造体（２６）に取り付けられ、前記少なくとも１つの機械（１０、１２、１４）の前記測定手段（２４）が、前記機械（１０、１２、１４）と前記支持構造体（２６）との間に配置される請求項１に記載された装置。
3. 前記少なくとも１つの機械（１０、１２、１４）が、直線状のガイド（２８）によって、前記それぞれの支持構造体（２６）に取り付けられている請求項２に記載された装置。
4. 前記測定手段（２４）が、前記少なくとも１つの機械（１０、１２、１４）に一方の側面が連結され、前記それぞれの支持構造体（２６）に他方の側面が連結されたロードセルを備える請求項２又は請求項３に記載された装置。
5. 前記モータ手段が、各加工部材（１８、２０、２２）に対してそれぞれのモータを備える請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載された装置。
6. 各機械（１０、１２、１４）の前記制御ユニットが、前記機械の各モータをトルク制御するように構成された請求項５に記載された装置。
7. 前記機械（１０、１２、１４）のうちの少なくとも１つの前記制御ユニットが、所定の比例基準に基づいて、前記機械の前記モータによって加えるべきトルクを定めるように構成された請求項６に記載された装置。
8. 前記機械（１０、１２、１４）のうちの少なくとも１つが、前記素材と各加工部材（１８、２０、２２）との間に加えられる垂直抗力を測定するための追加の測定手段を備え、前記少なくとも１つの機械（１０、１２、１４）の前記制御ユニットが、前記追加の測定手段によって提供される前記力の測定値に基づいて、前記機械の前記モータによって加えるべき前記トルクを定めるように構成された請求項６に記載された装置。