JP5167459B2 - 金属バンドを圧延するための工程 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文記載の無端金属バンドを圧延する工程に関する。

このようなバンドは、例えば、無段階変速装置で使用するために、一般的に周知である金属プッシュ・ベルトの一部を形成し、例えば、欧州特許第ＥＰ−Ａ０ ９５０ ８３０号（特許文献１）に記載されていて周知のものである。このような変速装置は、特に乗用車で一般的に周知であり、使用されている。このようなプッシュ・ベルトでは、バンドが、同心円状に入れ子にした幾つかのこのようなバンドを備える引張り要素の一部として使用される。ここでのバンドは、薄板部材を圧延してチューブを形成し、溶接で上記チューブを閉じ、そのチューブからその後、リングを分離するか切断することにより形成される。最後に、リングを圧延して、比較的小さいバンド厚さにし、これは上記バンドが比較的小さい直径の軸受上で回転運動する場合に、バンドの可撓性および比較的低い材料の内部応力を得るために望ましい。プッシュ・ベルトの品質のためにこの特性が極めて重要であることから、バンドの所望の形状は、引張り要素の個々のバンドごとに非常に正確な方法で個別に達成される。圧延作業後、バンドは、一般的に、上記バンドがプッシュ・ベルトに使用するための準備が整う前に、さらに幾つかの加工または処理ステップを行う。
本出願人は、本出願人による１９７０年のプッシュ・ベルトの発明以来変化していない方法で金属バンドを圧延してきた。その方法の原理は最近、日本特許公報第ＪＰ−１１−２９０９０８号（特許文献２）に公開されている。プッシュ・ベルトおよびそのバンドの特性に対する洞察が進み、無段階変速装置の人気が高まるにつれ、特に技術の現状に応じたバンドの品質要件を鑑みて、さらに本出願人の長年の経験、現代のプッシュ・ベルトの要件、および技術の一般的開発の進歩が反映された完全に現代的なプロセス、および対応する装置を達成するために、圧延プロセスおよび圧延装置の原理を改善する必要性が生じている。特に、プッシュ・ベルトの技術の進歩により、プッシュ・ベルトの単位質量ごとに伝達される動力を増大させることが必要になり、したがってこのために、プッシュ・ベルトの生産プロセスの各部分を、技術的に非常に進歩した状態で実行することが望ましい。

欧州特許第ＥＰ−Ａ０ ９５０ ８３０号 日本特許公報第ＪＰ−１１−２９０９０８号

したがって、本発明の目的の１つは、比較的高品質の、またはとにかく比較的高い均一性を有する圧延バンドを生産する高度な工程を提供することである。

この目的は、本発明により、請求項１の特徴が記載されている部分による措置を追加した圧延工程で達成される。

本発明の措置により、特定のプロセス設定でバンドが圧延され、この設定は、圧延するバンドの材料体積によって決定される。そのために、実際の圧延プロセスの前に、圧延するバンドの材料体積の測定値を、例えば、バンドを圧延する装置の適切な第１の測定モジュールで決定する。
本発明によれば、体積決定は、圧延するバンドの幅と長さと厚さの算術積として実行される。しかし、圧延するバンドの生産方法に応じて、これらのパラメータのうちの１つまたは複数は、既に事前に正確に周知である。本出願人が長年にわたって開発してきた生産プロセスでは、これがバンドの幅および長さに関して適用され、これは上記プロセスでは実際に、非常に正確に実行される溶接および切断プロセスによって薄板材料から生産されている。したがって、特に圧延するバンドの厚さ測定値のみを材料体積の測定値として使用する。この場合、薄板材料の厚さの均一性に生じ得る変動を考慮に入れる。
次に、本発明について、例を参照しながらさらに詳細に説明する。

本発明による圧延プロセスの概要に関し、対応する圧延装置の概略的洞察を提供する。 圧延プロセスの一部を示す。 圧延プロセスの一部を示す。 圧延プロセスの一部を示す。 加える回転速度および圧延力で識別する位相の図であり、この位相は、サイクル時間を最適な方法で短縮するために、本発明による圧延プロセスで使用される。 本発明によるプロセスおよび装置により優れた方法で形成されるようなバンドの側面図および断面図である。

図面中、対応する構造部材には同じ参照番号がつけてある。
図１は、使用する圧延プロセスも見られるような方法で概略的に示した圧延装置を示す。装置は３つの圧延装置部材またはモジュールを備える。図は、このために右から左へと第１の測定モジュール１、ローラ・モジュール２、および第２の測定モジュール３を示す。圧延装置および圧延プロセスは電子制御ユニットで制御され、これについては図示していない。
バンド１０は初期状態で、すなわち圧延前では、その円形で比較的剛性の性質から、リングという用語でも示すことがある。圧延後、バンドは、また、その可撓性の性質からベルトという用語で示すこともある。
測定モジュール１および３は測定ローラ４、５を備え、その周囲に圧延するか他のバンド１０を、バンド１０の厚さＤの測定を実行できるような方法で配置することができる。バンド１０の周囲の数カ所で厚さの測定を実行し、それについて平均値を決定できるように、ローラ４または５のうちの少なくとも一方は駆動可能であることが好ましい。上記駆動可能なローラ４または５は、他方のローラ５または４から離れるように動作できることが好ましく、その場合、バンドは引張応力を受け、これは厚さ測定の正確さ、特に再現性にとって有利である。厚さの測定は、測定ローラ４と５の間に収容された運動センサＤＳによって実行することができる。本発明による厚さ、すなわち平均厚さは、圧延するバンド１０の材料体積を、したがって圧延プロセスのプロセス設定を決定する測定値である。材料体積に関する上記測定値は、圧延するバンドの長さ、および場合によっては幅も同様に決定されれば、さらに正確に決定することができる。このバンドの生産プロセスでは、本発明により、厚さの測定のみを実行すれば十分である。何故なら、バンド１０の長さおよび幅が一定であると仮定され、これは圧延するバンドの既知の生産方法との組み合わせで非常に可能性が高い。この既知の生産方法では、薄板材料を圧延して円筒形を形成し、その時に相互に当たっている薄板材料の側部を相互に溶接して、この方法で生成したチューブをリングに切断することによってバンドが生産される。

ローラ・モジュール２は、２つの回転式ベアリング・ローラ６、７を備え、その第１のローラ７はローラ・モジュール２の中心に配置され、その第２のローラ６は、引張り力Ｆｍ、Ｆｌを加えることによって動作可能であり、その周囲に圧延するバンド１０を配置できるような方法でローラ・モジュール２内に収容される。上記引張り力Ｆｍ、Ｆｌを加えるために、ローラ・モジュール２は第１の起動手段２１を備え、これはこの例示としての実施形態ではモータＭおよびねじスピンドルＳを備え、第１のベアリング・ローラ７に対して回転できるように装着された第２のベアリング・ローラ６でローラ・ホルダー８を動作させることができる。
運動センサＬＳが図示され、そのセンサによってローラ・ホルダー８の基準部材９による後者の動作を決定することができ、それにより圧延バンド１０の長さＬも決定することができる。実際に加えられる引張り力は、これも図示されたロード・セルＬＣによって測定することができる。圧延が終了した後、得られたバンドの長さＬは、運動センサＬＳの助けにより、プロセス中に圧延ローラ１１と第１のベアリング・ローラ７の間に圧延力Ｆｕまたは押込み力Ｆｕを加えずに、上記センサをベアリング・ローラ６および７の周囲で回転させることにより、ベアリング・ローラ６と７の間で測定した距離、およびその直径から正確に決定することができる。本発明により測定したバンド長さＬは、フィードバックによって圧延プロセスの設定を最適化するために使用できるので有利であるが、圧延したバンド１０で実行するその後のプロセス・ステップの制御パラメータとしての役割も果たすことができる。

ローラ・モジュール２は、さらに、一対の支持ローラ１２を備え、これは第１のベアリング・ローラ７、圧延ローラ１１、および支持ローラ１２に作用する圧力ローラ１３に作用する。支持ローラ１２はそれぞれ、その周囲に開口部が設けられ、その開口部を通してバンド１０に隣接する各側でのみ第１のベアリング・ローラ７に作用する。圧力ローラ１３は、この例示としての実施形態ではモータＭおよびねじスピンドルＳを備えた第２の起動手段２２の影響下で、押込み力または圧延力Ｆｕを支持ローラ１２に加えられるような方法で可動状態にてローラ・モジュール２内に収容され、この押込み力Ｆｕは、いわゆるロード・セルＬＣによって測定することができる。支持ローラ１２で第１のベアリング・ローラ７を二重に支持する結果、圧延作業中に圧力ローラ１３によって加えられる押込み力が、支持ローラ１２によってバランスのとれた安定した方法でベアリング・ローラ７に伝達される。上記ベアリング・ローラ７はその後、圧延ローラ１１上のバンド１０の一部によって再び支持され、これは反力Ｆｒによる圧延作業中に押込み力Ｆｕで支持される。ここでは、バンドは、圧延プロセス中に第１のベアリング・ローラ７と圧延ローラ１１の間で回転するように収容される。バンド１０の回転運動は、ここでは上記ローラ６、７、１１、１２および１３のうちの１つまたは複数を、そこで示した矢印で指示されるように駆動することによって達成される。バンド１０の回転運動、およびそれに加わる押込み力Ｆｕの結果、バンド１０の厚さ寸法からその長さおよび幅寸法まで、材料の流れが全周にわたって生じる。バンド１０の動作または回転の方向は、圧延プロセスの品質のために重要であり、圧延プロセスは、これ以外に、ベアリング・ローラ７がバンド１０を圧延ローラ１１から離し、バンド１０の実際の変形が上記バンドの伸張部分で生じるような方法で、バンド１０とローラ１１および７との間の接触部に潤滑剤および冷却剤を連続的に供給して実行する。
圧延プロセス前に各バンド１０で測定した厚さＤに応じて、制御ユニットが関連するバンド１０にとって望ましい引張り力Ｆｌおよび押込み力Ｆｕを決定し、この力は、圧延プロセス中に起動手段２１または２２によって加えられる。

図２、図３および図４は、バンド１０を圧延装置に入れるか、圧延装置から取り出すために、各ローラ６、７、１１、１２および１３の相互に向かう運動、あるいは逆に相互から離れる運動を概略的に示す。そのために、電子制御式運動ユニット（さらには図示せず）が、本発明による圧延装置内に、例えば、電動油圧ユニットまたは図１に示した電子起動空気シリンダＡＣの形態で存在する。この実施形態のこれらの１つは、支持アームによって第１のベアリング・ローラ７に作用し、そのため後者は図２に示した指示ローラ１２に向かって動作することができる。しかし、装置の別の実施形態では、圧力ローラ１３を指示ローラ１２とともに第１のベアリング・ローラ７に向かって動作させることも可能である。このような相互に向かう動作は、圧延するバンド１０を第１および第２のベアリング・ローラ６および７の周囲に配置した後に、比較的小さい締付力または引張り力Ｆｍをバンド１０に加えて実行される。
第１のベアリング・ローラ７が指示ローラ１２と接触すると、図３で示すように圧延ローラ１１のシャフトに力Ｆｐが加わる。これは、圧延ローラ１１も図４に示すように、バンド１０に接触させる。圧延ローラ１１が回転状態で通電されると、上記力Ｆｐによって、バンド１０、支持ローラ１２および圧力ローラ１３が確実にその回転を引き継ぐ。締付力Ｆｍによって、第２のベアリング・ローラ６が確実にバンド１０の回転を引き継ぎ、バンド１０が適正な、またはセンタリングした状態でベアリング・ローラ６および７上で動作する。
実際の圧延プロセス中に、バンド１０が十分に圧延装置に収容され、ローラ６、７、１１、１２および１３が必要な回転速度に到達した後、第２のベアリング・ローラ６によって引張り力Ｆｌが加えられ、圧力ローラ１３によってバンド１０に押込み力Ｆｕがかけられる。この場合、引張り力Ｆｌは第１のベアリング・ローラ７によって支持され、押込み力Ｆｕは最終的に、圧延ローラ１１によって加えられる反力Ｆｒによって支持される。

本発明による圧延プロセス自体は、主に所望の均一なバンド厚さＤを達成することを目的とする。本発明による圧延プロセスは、変位プロセスと考えられ、その場合、リング１０の厚さＤからの材料の流れは、上記リングの長さＬおよび幅Ｂに向かう。そのために、電子制御ユニットが、その目的に適し、バンドの体積測定に応じたアルゴリズムに基づいて、装置がバンド１０にかける押込み力Ｆｕおよび引張り力Ｆｌを決定する。
本発明による圧延プロセスでは、正確なバンド厚さＤとは別に、バンド１０の長さＬに関する高度の正確さを達成することも目指す。したがって、圧延作業後に得られるバンド幅Ｂの安定性は、まだ圧延されていないバンド１０の材料体積の安定性に大きく依存する。圧延するバンド１０の材料体積のサイズの安定性が有限である結果、圧延後に得られるバンド幅Ｂにおける拡散の効果、すなわち実際には欠点であり、したがって望ましくない効果を低下させるために、本発明の特別な実施形態によれば、圧延するバンド１０を少なくとも２つの圧延グループに分割する措置がとられ、このグループは、圧延後に目指すバンドの長さＬによって識別され、そのために圧延プロセスの設定が圧延グループごとに異なる。
実際には、これは、比較的大きい厚さＤのバンド１０を、比較的大きい長さＬまで圧延される第１の圧延グループに入れ、比較的小さい厚さＤのバンド１０を、比較的小さい長さＬに圧延される第２の圧延グループに入れるという意味である。特に、圧延プロセス設定は、第１の圧延グループについて、引張り力Ｆｌと押込み力Ｆｕとの比率が、第２の圧延グループの場合より高いレベルに選択されることを特徴とする。このように許容され、さらには得ようと努力する圧延バンド１０の長さＬの拡散の結果、圧延後に得られるバンド幅Ｂは、実際には個々のバンド１０ごとに呈する拡散が小さくなる。

本発明のこの特別な実施形態では、幾つかのバンド１０が相互に対して同心円状に入れ子になったプッシュ・ベルトの引張り要素で、圧延したバンドを有利に使用し、その目的のために、上記バンドが異なる長さでなければならない。これで、第２の圧延グループからのバンド１０は、第１の圧延グループのバンド１０を入れ子にするために非常に適切である。したがって、引張り要素の圧延バンド１０間で長さＬが異なることは、上記バンドを入れ子にするために有利であり、本発明によれば、引張り要素のバンド１０の幅Ｂの変動を減少させるためにも使用できるので有利である。画定すべき様々な圧延グループの数は、言うまでもなく上記バンドの幅Ｂで想定される最大変動、および引張り要素ごとのバンド１０の数によって決定される。
圧延プロセス中にかけられる押込み力Ｆｕおよび引張り力Ｆｌは、ロード・セルの助けにより測定されている実際に加えた力のフィードバックにより、制御ユニットによって調整される。また、本発明によれば、圧延プロセスの品質は、上記力ＦｌおよびＦｕに基づいて制御されているという事実によってほぼ決定される。これは、ベアリング・ローラ６と７の、および圧延ローラ１１と中心ローラ７の相対的位置に基づいて可能なプロセス制御とは対照的である。
図１で示すように、圧延後に得られるバンドの厚さＤは、第２の測定モジュール３の助けにより測定することができる。厚さの測定は、装置を効率的に使用するためにローラ・モジュール２の外側で実行することが好ましい。このような測定によって、選択した圧延プロセス設定が実際に望ましい圧延結果をもたらすか、チェックすることができ、例えば、第１のベアリング・ローラ７などの摩耗を検出することができる。

本発明によれば、さらに、圧延プロセスの速度を、または１つのバンド１０の圧延に必要なサイクル時間を大幅に短縮することが可能であり、これは、圧延プロセスの主位相ＨＦ中に第１のベアリング・ローラ７の回転速度を、したがってバンド１０の回転速度も比較的高レベルで選択することによって達成される。本発明によれば、ここでは、上記主位相ＨＦ後に、減速位相ＵＦを圧延プロセスに追加する必要があり、後者の位相では、圧延力ＦｕおよびＦｌ、および好ましくは上記回転速度も、主位相ＨＦの場合より大幅に低下する。このような圧延プロセスが図５の線図に示され、ここではサイクル時間ｔに応じて、バンド１０の回転速度ｒｐｍおよび２つの圧延力のうちの一方、この場合は、Ｆｕが一例として与えられている。図５では、点線は比較のために単一圧延位相ＷＦの圧延プロセスを示す。
本発明によれば、上記低下は少なくとも１０％であるが、２５％と５０％の間であることが好ましい。このような圧延プロセスは、主位相にて、バンド１０の厚さのかなりの初期減少が比較的迅速に達成できるが、プロセスの最終結果の正確さまたは安定性が多少犠牲になり、減速位相では、バンド１０の所望の厚さＤが正確に、かつ安定した方法で達成され、また、バンド長さＬにわたって均一に分布するという利点を有する。
上記測定とは別に、実際の経験に基づいて、上記で検討した圧延結果の再現性およびサイクル時間ｔの短縮を含む圧延プロセスの特徴が、圧延ローラ１１と第１のベアリング・ローラ７の間の固有の直径比によって改善されることが判明し、これらのローラ間でバンド１０が圧延され、ローラの一方は図１で示すように他方よりはるかに大きくなければならない。特に、圧延ローラ１１の直径は、第１のベアリング・ローラ７の直径のサイズの少なくとも３倍でなければならないが、好ましくは約４倍である。このような直径比は、圧延ローラ１１の摩耗速度が非常に遅くなるという追加の利点を有し、したがって大部分のケースで作業中に、摩耗のためにベアリング・ローラ７のみを交換する必要があり、これは取り外しと分解点検が比較的容易である。その結果、圧延装置の生産容量および保守費用に有利な影響を及ぼす。

図６は、圧延したバンド１０の側面図および断面図を概略的に示す。この図では、バンド１０の上記パラメータ、すなわち長さＬ、幅Ｂおよび厚さＤが再び図示されている。圧延したバンド１０には、断面図で見て、半径Ｒのアーチ形を設けることができることも図示されている。図は、圧延したバンド１０には、断面図で見て、樽形を設けることができることも示す。すなわち、バンド１０の中心で測定した厚さＤが、バンド１０の縁部付近で測定した厚さＡより大きい。
この圧延装置の構成、特に圧延ローラ１１と第１のベアリング・ローラ７の固有の直径比は、所望のバンド形状を得るために非常に適切である。本発明によれば、ローラ７、１１の少なくとも一方の形状に応じて、バンド１０の断面の所望の形状を得ることも可能である。例えば、本発明によれば、特に上記樽形を得るために、各ローラ７または１１に、例えば、上記ローラを縁部からローラの中心点に向かってわずかに狭くする、すなわち凹状の砂時計状形状を設けることにより、非円筒形の形状を設けることができるので有利である。
以上の記述とは別に、本発明は、また、図面の全ての詳細、上記詳細な説明が当業者によって即座にかつ明白に推論できる程度まで、および特許請求の範囲に記載されている全てに関する。

１ 第１の測定モジュール ２ ローラ・モジュール
３ 第２の測定モジュール ４，５測定ローラ
６，７ 回転式ベアリング・ローラ
８ ローラ・ホルダー
９ 基準部材 １０ バンド
１１ 圧延ローラ

Claims (4)

1. 引張要素を有する金属プッシュ・ベルトの独立型無端バンド（１０）を圧延するための工程であって、前記ベルトの内部で多数の前記バンド（１０）が中心を共有して入れ子となっており、
   第１のステップでは、バンド（１０）が、少なくとも２つの相対的に移動可能で回転可能なベアリング・ローラ（６，７）上に圧延されていない形態で配置され、
   第２のステップでは、前記バンドが、前記第１のベアリング・ローラ（７）の位置で圧延ローラ（１１）と接触するように挿入され、
   第３のステップでは、前記バンドが、前記ローラ（６，７，１１）の少なくとも１つによって駆動される回転運動の間に、前記第１のベアリング・ローラ（７）と前記圧延ローラ（１１）との間に、押込み力（Ｆｕ）が局所的に加えられた状態で挿入され、
   前記バンド（１０）が、前記ベアリング・ローラ（６，７）のうちの第２のベアリング・ローラ（６）の動きによって引張り力（Ｆｌ）を受ける、工程において
   前記圧延工程に先立って、それぞれのバンド（１０）の厚さが計測され、
   相対的に厚さの大きいバンド（１０）は相対的に長い長さに圧延され、
   相対的に厚さの小さいバンド（１０）は相対的に短い長さに圧延される、
   ことを特徴とする工程。
2. 前記圧延工程に先立って、また前記計測された厚さに基づいて、圧延前の前記バンド（１０）が少なくとも２つの圧延グループに分けられ、
   それぞれの前記圧延グループ内のバンド（１０）は同一の引張り力（Ｆ１）と押込み力（Ｆｕ）で圧延され、
   前記引張り力（Ｆ１）と前記押込み力（Ｆｕ）の少なくとも一方が、前記圧延グループの間で異なる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧延工程。
3. 相対的に厚さの大きい前記バンド（１０）からなる第１の圧延グループに対する前記引張り力（Ｆ１）と前記押込み力（Ｆｕ）の比率は、相対的に厚さの小さい前記バンド（１０）からなる第２の圧延グループに対する前記比率よりも大きな値に設定される、ことを特徴とする請求項２に記載の圧延工程。
4. バンド（１０）の前記厚さは、前記バンドの全周に亘って分散された地点における複数の厚さの測定値の平均値として計算される、ことを特徴とする請求項１−３のいずれかに記載の圧延工程。

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