コイル状線材の矯正装置及び矯正方法
【課題】簡易で廉価な装置構成であっても、コイル状の線材を矯正するときの直線性の精度を従来よりも向上することができる矯正装置及び矯正方法を提供する。
【解決手段】回転台と、回転台からコイル状の線材Ｍを引き出す線材供給手段と、矯正平面ＳＨ内に二列に互い違いに配置されるとともに回動自由でかつ外周面に沿って線材が係入する溝を有して線材Ｍを両側面から交互に押圧する複数個の矯正ローラ３１、３２と、を備えるコイル状線材の矯正装置であって、回転台に近い先頭の矯正ローラ３１の前方に矯正平面ＳＨから変位して配置される（変位量△Ｈ）とともに回動自由で、かつ外周面に沿って線材Ｍが係入する溝を有して線材を側面から押圧するねじれ矯正ローラ４を備え、
矯正ローラ３１及びねじれ矯正ローラ４の溝に係入する線材Ｍに矯正平面ＳＨと交わる方向の矯正力ＦＩ、ＦＪを作用させる。
【解決手段】回転台と、回転台からコイル状の線材Ｍを引き出す線材供給手段と、矯正平面ＳＨ内に二列に互い違いに配置されるとともに回動自由でかつ外周面に沿って線材が係入する溝を有して線材Ｍを両側面から交互に押圧する複数個の矯正ローラ３１、３２と、を備えるコイル状線材の矯正装置であって、回転台に近い先頭の矯正ローラ３１の前方に矯正平面ＳＨから変位して配置される（変位量△Ｈ）とともに回動自由で、かつ外周面に沿って線材Ｍが係入する溝を有して線材を側面から押圧するねじれ矯正ローラ４を備え、
矯正ローラ３１及びねじれ矯正ローラ４の溝に係入する線材Ｍに矯正平面ＳＨと交わる方向の矯正力ＦＩ、ＦＪを作用させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイル状に巻回された線材を直線状に矯正する矯正装置及び矯正方法に関し、より詳細には複数個の矯正ローラを用いた矯正装置及び矯正方法における直線性の精度向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワークを圧造成形して所定形状の部品を製造する圧造機では、前段に線材の矯正装置及び切断装置が付属され、長尺の線材を所定長のワークに切断して順次供給するのが一般的である。鋼線などの線材は通常コイル状に巻回された状態で入荷するので、矯正装置は螺旋状に巻き癖のついた線材を直線状に矯正して、切断装置に供給する役割を有している。近年、部品の寸法精度向上に対する要求が厳しくなってきており、前提条件として線材及びワークの直線性の精度向上が重要な課題となっている。特に高精度な部品を製造する場合には直線状の線材を用いる場合もあるが、線材長が限られるため線材交換作業が頻繁となり、また線材の歩留まりが悪く、コストも増加する。したがって、コイル状の線材であっても、高精度に直線状に矯正できる矯正装置が必要である。
【０００３】
この種の矯正装置には、二列に互い違いに矯正ローラを配置して線材の両側面を交互に押圧する方式の装置が多用されている。さらに直線性の一層の精度向上を図るために、２組の矯正ローラ群を直列に用いて水平方向と垂直方向から別々に矯正を行う装置も実用化されている。それでも十分な直線性が得られない場合もあり、特許文献１及び２に新たな技術が提案されている。
【０００４】
特許文献１に開示された「線材の曲りグセ矯正装置」は、矯正ローラ群を線材の移動方向に沿って配置すると共に、その矯正ローラ群を線材の周りに回転させる回転機構を設けたことを特徴としている。そして、線材のよじれ方向と逆方向に矯正ローラ群を回転させることにより、クセ取りを効果的に行うことができる利点を有する、とされている。また、特許文献２に開示された「線材の曲がりと直径の矯正装置」は、線状の材料の移送経路を中心軸として回転する回転保持部と、回転保持部の内部に設置された矯正ローラと、を有している。これにより、張力が加わった材料に対して、矯正に必要な荷重が材料の円周方向３６０度にわたって加わることになり、材料の曲がりの方向にばらつきがある場合でも矯正を行うことができる、とされている。
【０００５】
また、本願出願人は、特許文献１及び２とは異なる方式の矯正装置を特許文献３に開示している。特許文献３の矯正装置は、コイル状の線材が載置される回転台と、基台に配置される複数個の矯正ローラと、回転台または基台を傾ける傾動手段とを備え、線材の円弧部分を含む平面と複数個の矯正ローラによりつくられる矯正平面とが成す変位角を小さくするように制御することを特徴としている。そして、効果を確認する矯正実験で真直度はゼロになり、ほぼ完全な直線に矯正できることが確認されている。つまり、線材の円弧の外側及び内側の真横から付勢することにより、高い直線性で矯正できることが確認されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−３９４６６号公報
【特許文献２】特開２００５−１７７８５７号公報
【特許文献３】特開２００８−１１０３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１と特許文献２の矯正装置は、矯正ローラ群全体を線材の周りに回転させる点では類似した方式であり、従来と比較して装置構成が複雑化・大形化する難点がある。さらに、矯正ローラ群を回転させるための動力源やその制御装置が必要になって、コストも大幅に上昇する。また、特許文献３に開示した矯正装置においては、その効果は確認されているが、やはり傾動手段により装置が複雑化し、制御も煩雑である。
【０００８】
本発明は上記背景に鑑みてなされたものであり、簡易で廉価な装置構成であっても、コイル状の線材を矯正するときの直線性の精度を従来よりも向上することができる矯正装置及び矯正方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のコイル状線材の矯正装置は、コイル状の線材を戴置する回転自在な回転台と、該回転台から前記線材を引き出す線材供給手段と、矯正平面内に二列に互い違いに配置されるとともに回動自由でかつ外周面に沿って前記線材が係入する溝を有して前記線材を両側面から交互に押圧する複数個の矯正ローラと、を備えるコイル状線材の矯正装置であって、前記回転台に近い先頭の前記矯正ローラの前方または複数個の前記矯正ローラの間に前記矯正平面から変位して配置されるとともに回動自由で、かつ外周面に沿って前記線材が係入する溝を有して前記線材を側面から押圧するねじれ矯正ローラを備え、前記矯正ローラ及び前記ねじれ矯正ローラの前記溝に係入する前記線材に前記矯正平面と交わる方向の矯正力を作用させるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
回転台から引き出される線材には、元のコイル形状に起因する螺旋状の巻き癖がついている。巻き癖は、線材の円弧状の曲がり癖と線材自身のねじれによって特徴付けられている。ねじれとは、線材の長さ方向に移動したときの回転を意味する。ねじれのない線材を円弧状に曲げると一回転したときに重なるが、ねじれのある線材を円弧状に曲げると一回転したときに軸線方向に変位して螺旋状を呈する。逆に言えば、コイル状に巻回された線材は、ねじれを有している。本発明は、三次元の螺旋状の巻き癖を有する線材に対し、まずねじれ矯正ローラと矯正ローラの間で螺旋の軸線方向の矯正力を作用させることによりねじれを取り去って二次元の円弧状に矯正し、次に円弧を含む矯正平面内で複数個の矯正ローラにより直線状に高精度に矯正するようにしたことを主旨とする。
【００１１】
本発明の矯正装置では、鋼線や銅線などの線材はコイル状の形態で回転台に戴置され、一端が引き出される。ここで、回転台と矯正ローラとの間に線材供給手段を配設して矯正ローラに線材を押し込む構成と、矯正ローラの後ろ側に線材供給手段を配設して矯正ローラから線材を引き出す構成とがある。いずれの場合でも、線材供給手段により、線材は回転台から引き出されて複数個の矯正ローラに供給される。
【００１２】
複数個の矯正ローラは、二列に互い違いに配置され、さらに回動自由でかつ外周面に沿って前記線材が係入する溝を有している。各矯正ローラの溝の中央を結ぶ面が矯正平面である。供給された線材は、左右交互に矯正ローラの外周面の溝に係入して押圧され、供給平面内を蛇行しながら進んでゆく。一方、ねじれ矯正ローラは、回転台に近い先頭の矯正ローラの前方または複数個の矯正ローラの間に、矯正平面から変位して配置され、さらに回動自由でかつ外周面に沿って前記線材が係入する溝を有している。供給された線材は、ねじれ矯正ローラの外周面の溝にも係入して押圧される。
【００１３】
ここで、ねじれ矯正ローラが矯正平面に対して変位しているので、ねじれ矯正ローラからその後ろ側の矯正ローラに向けて、線材は矯正平面外から矯正平面に徐々に接近し最終的に一致するように曲げられる。このとき、両ローラから線材に対し、矯正平面と交わる方向の矯正力が作用する。矯正力により、線材のねじれを取り去ることができて、螺旋状の巻き癖を円弧状の曲がり癖に矯正することができる。さらに、円弧状の曲がり癖は二次元であるため、矯正平面内に配置された矯正ローラの作用で高精度に矯正できる。
【００１４】
本発明ではさらに、ねじれ矯正ローラが先頭の前記矯正ローラの直前に配置されている、ことが好ましい。
【００１５】
ねじれ矯正ローラの配置は、回転台に近い先頭の矯正ローラの前方または複数個の矯正ローラの間とするが、先頭の前記矯正ローラの直前が好ましい。なぜならば、矯正平面内に配置された矯正ローラは矯正平面内の曲がりのみを矯正し、矯正平面と交わる方向の矯正機能を有さないので、前もって三次元の螺旋状の巻き癖を二次元の円弧状の曲がり癖に矯正しておくことが合理的だからである。
【００１６】
さらに、前記ねじれ矯正ローラの前記矯正平面からの変位量を調整するローラ変位量調整手段を備える、ことが好ましい。
【００１７】
ねじれ矯正ローラの矯正平面からの変位量を調整することにより、矯正平面外から矯正平面に一致するまでの線材経路が変化し、矯正力が変化する。これにより、材質や太さの異なる多種類の線材に対応できる。また、線材が芯体に複数層にわたり往復巻回されている場合、ローラ変位量調整手段は線材の巻き癖の螺旋の方向に応じて変位量を正負反転させることができ、さらには螺旋径の減少に応じて変位量を調整できる。これを行わないと、逆方向の矯正力により誤ってねじれを増加させてしまう場合や、螺旋径とねじれ矯正ローラの変位量が整合せず良好に矯正できない場合が生じ得る。
【００１８】
次に、本発明のコイル状線材の矯正装置は、コイル状の線材を戴置する回転自在な回転台と、該回転台から前記線材を引き出す線材供給手段と、矯正平面内に二列に互い違いに配置されるとともに回動自由でかつ外周面に沿って前記線材が係入する溝を有して前記線材を両側面から交互に押圧する複数個の矯正ローラと、を備えるコイル状線材の矯正装置であって、前記回転台に近い先頭の前記矯正ローラの前方または複数個の前記矯正ローラの間に前記矯正平面に対し傾斜して配置されるとともに回動自由で、かつ外周面に沿って前記線材が係入する溝を有して前記線材を側面から押圧するねじれ矯正ローラを備え、 前記矯正ローラ及び前記ねじれ矯正ローラの前記溝に係入する前記線材に前記矯正平面と交わる方向の矯正力を作用させるようにしてもよい。
【００１９】
ねじれ矯正ローラを矯正平面から変位して配置する代わりに、矯正平面に対し傾斜して配置するようにしてもよい。この態様でも、線材は矯正平面外から矯正平面に徐々に接近し最終的に一致するように曲げられるので、同様の効果が生じる。
【００２０】
次に、本発明のコイル状線材の矯正方法は、回転自在な回転台に戴置されたコイル状の線材を引き出し、矯正平面内に二列に互い違いに配置された回動自由でかつ外周面に沿って前記線材が係入する溝を有する複数個の矯正ローラで前記線材を両側面から交互に押圧して直線状に矯正するコイル状線材の矯正方法であって、前記回転台に近い先頭の前記矯正ローラの前方または複数個の前記矯正ローラの間に前記矯正平面から変位させてまたは前記矯正平面に対し傾斜させて、回動自由でかつ外周面に沿って前記線材が係入する溝を有するねじれ矯正ローラを配置し、該ねじれ矯正ローラで前記線材を側面から押圧し、 前記矯正ローラ及び前記ねじれ矯正ローラの前記溝に係入する前記線材に前記矯正平面と交わる方向の矯正力を作用させるようにしたことを特徴とする。
【００２１】
さらに、前記矯正力により前記線材が有する三次元の螺旋状の巻き癖を二次元の円弧状の曲がり癖に矯正し、複数個の前記矯正ローラにより直線状に矯正する、ようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の矯正装置及び矯正方法によれば、まずねじれ矯正ローラと矯正ローラの間で線材に矯正平面と交わる方向の矯正力を作用させて螺旋状の巻き癖を円弧状の曲がり癖に矯正し、次に円弧を含む矯正平面内で複数個の矯正ローラにより直線状に高精度に矯正することができる。したがって、従来の装置、例えば２組の矯正ローラ群を用いて水平方向と垂直方向から別々に矯正を行う装置よりも、直線性の精度を向上することができる。
【００２３】
また、本発明の矯正装置は、従来の複数個の矯正ローラを用いた矯正装置において、先頭の矯正ローラの高さをライナーにより変更するなどのわずかな構造変更でねじれ矯正ローラの機能を付与して実現できる。したがって、矯正ローラ群全体を回転させる装置と比較し廉価で簡易な装置構成であっても、コイル状の線材を矯正するときの直線性の精度を向上することができる。
【００２４】
さらに、ローラ変位量調整手段を備える態様では、材質や太さの異なる多種類の線材に対応でき、線材が芯体に複数層にわたり往復巻回されている場合にも、良好に矯正できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態のコイル状線材の矯正装置を説明する図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。
【図２】図１の実施形態におけるねじれ矯正ローラの構造を説明する断面図である。
【図３】図１の実施形態において、螺旋状の巻き癖を有する線材に対する矯正作用を説明する部分拡大図である。
【図４】図３とは螺旋状の巻き癖の方向が異なる線材に対する矯正作用を説明する部分拡大図である。
【図５】３種類の確認実験を行った別の実施形態の矯正装置の構成を説明する図であり、（Ａ）は高い角度からの斜視図、（Ｂ）は低い角度からの斜視図である。
【図６】図５の実施形態の矯正装置を用いたねじれ発生確認実験の結果を示す図である。
【図７】図５の実施形態の矯正装置を用いたねじれ矯正確認実験の結果を示す図である。
【図８】図５の実施形態の矯正装置を用いたコイル材矯正確認実験の結果を説明する図であり、（Ａ）は実験結果のグラフを示し、（Ｂ）は真直度の定義を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明を実施するための形態を、図１〜図４を参考にして説明する。図１は本発明の実施形態のコイル状線材の矯正装置１を説明する図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。実施形態の矯正装置１は、図略の回転台及び線材供給手段、基台２、４個の矯正ローラ３１〜３４、ねじれ矯正ローラ４などで構成されている。回転台には、コイル状の線材を消費しても常に繰り出し元の高さを一定に保つことができる装置を用いる。線材供給手段は線材を供給する部位であり、回転台に隣接して基台２との間（図１では右方）、あるいは基台２の後ろ側（図１では左方）に配置されている。線材供給手段には、例えば、一対の対向するローラを回転駆動することにより線材を挟持して繰り出す方式の送りローラ装置を用いる。
【００２７】
基台２は、図１（Ａ）に示されるように、同一高さで水平に配置されたメイン基台２１及びサブ基台２２により構成されている。サブ基台２２は、図中左側の一端２３が回動可能に支持され、右寄り下側の押圧固定部２４がメイン基台２１から延設された支持ロッド２５に貫通支持されている。押圧固定部２４は、バネ部材により常時メイン基台２１から遠ざかるように、図１（Ａ）の下方に向けて付勢されている。一方、支持ロッド２５の先端には、回動可能で押圧固定部２４に当接する操作レバー２６が設けられている。図１（Ａ）において、操作レバー２６の大径部２６１が押圧固定部２４に当接しており、サブ基台２２はメイン基台２１に向けて圧接固定されている。操作レバー２６を図中反時計回りに回動させて手前側に引くと、その狭幅部２６２が押圧固定部２４に当接し、狭幅部２６２と大径部２６１との寸法差だけ押圧固定部２４が図中下方に移動するようになっている。これにより、サブ基台２２は手前側に回動する。上述のようにサブ基台２２を回動式としたのは、最初に線材Ｍをセットする作業を容易とするためである。
【００２８】
また、メイン基台２１の上面側の図中右端には、線材Ｍを通してねじれ矯正ローラ４へ案内するガイド筒２７が設けられている。さらに、メイン基台２１の図中左側に離隔して線材端検出センサ２８が配設されている。線材端検出センサ２８は、回動可能な筒状のセンサ本体部２８１、センサ本体部２８１から径方向外向きに突設された棒状のアーム部２８２、およびアーム部２８２の外周で回転自在な筒体２８３により構成されている。アーム部２８２は線材Ｍの上側に載置され、線材Ｍが移動すると筒体２８３が遊転するようになっている。そして、線材Ｍがなくなるとアーム部２８２は重力に引かれて下方に動き、センサ本体部２８１が回動して線材端を検出するようになっている。線材端検出センサ２８のさらに図中左側には線材切断装置が配置され、直線状に矯正された線材を切断してワークを製作するようになっている。
【００２９】
図示されるように、サブ基台２２の上面側には、図中右側から順番にねじれ矯正ローラ４、第２矯正ローラ３２、及び第４矯正ローラ３４が配設されている。一方、メイン基台２１の上面側には、図中右側に第１矯正ローラ３１、左側に第３矯正ローラ３３が配設されている。これらのローラ４、３１〜３４は、二列に互い違いに配置されている。そして、図中右側から供給される線材Ｍは、ガイド筒２７を通った後、まずねじれ矯正ローラ４に当接し、続いて第１〜第４矯正ローラ３１〜３４の順番に当接して蛇行するようになっている。メイン基台２１の第１及び第３矯正ローラ３１、３３は、押込み調整部３９により図１（Ａ）の上下方向に移動可能とされ、押込み量を調整できるようになっている。一方、サブ基台２２のねじれ矯正ローラ４、第２及び第４矯正ローラ３２、３４の位置は固定されている。押込み量は線材の蛇行の程度を示す量であり、押込み量のゼロは真直な線材がちょうど両側で接して通過する状態を示し、押込み量の正値はその分だけ線材Ｍを蛇行させることを示している。
【００３０】
また、図１（Ｂ）に示されるように、第１〜第４矯正ローラ３１〜３４は同一高さに配置され、外周面の溝の中央高さに矯正平面ＳＨが定められている。これらに対し、ねじれ矯正ローラ４は、変位量△Ｈだけ高く配置されている。
【００３１】
図２は、ねじれ矯正ローラ４の構造を説明する断面図である。ねじれ矯正ローラ４は、ライナー４１、軸受け４２、ローラ体４３、オサエ４４、貫通ボルト４５、及び２個のナット４６、４６で構成されている。ライナー４１は、外径の異なる段差を有する筒状の部材であり、大径部４１１の高さＨを変更できるように複数準備されている。ライナー４１の大径部４１１は、サブ基台２２に設けられた固定孔２２１の真上に配置されている。ライナー４１の小径部４１２の外周側には軸受け４２が嵌入されている。軸受け４２の外側の回転部４２２には、ローラ体４３が水平に固定されている。ローラ体４３は略円板状で、外周面に沿って断面Ｖ字状の溝を有しており、この溝に線材Ｍが係入するようになっている。軸受け４２の内側の固定部４２１の上側には、略環状のオサエ４４が配置されている。オサエ４４とライナー４１の大径部４１１との間で、軸受け４２の固定部４２１を挟持するようになっている。貫通ボルト４５は、サブ基台２２の固定孔２２１、ライナー４１、及びオサエ４４を貫通し、両側がナット４６、４６により締め付けられることで、ねじれ矯正ローラ４全体が固定されている。
【００３２】
なお、断面Ｖ字状の溝は、矯正平面ＳＨから線材Ｍが逸脱しないように安定保持する構造の一例であり、断面Ｕ字状やその他の構造としてもよい。
【００３３】
ねじれ矯正ローラ４は、大径部４１１の高さＨが異なるライナー４１を交換することで、矯正平面ＳＨからの変位量△Ｈを調整できるようになっている。つまり、ライナー４１の交換がローラ変位量調整手段に相当する。一方、第１〜第４矯正ローラ３１〜３４は、ねじれ矯正ローラ４と類似の構造を有し、ライナー４１の大径部４１１の高さＨが一定値で共通している点が異なる。
【００３４】
次に、実施形態の矯正装置１の作用について、図３及び図４を参考にして説明する。図３は、螺旋状の巻き癖を有する線材Ｍに対する矯正作用を説明する部分拡大図である。また図４は、図３とは螺旋状の巻き癖の方向が異なる線材ＭＲに対する矯正作用を説明する部分拡大図である。なお、図中の線材Ｍ、ＭＲの巻き癖は模式的なものであり、巻き癖の直径は実際にはローラ４、３１、３２の直径よりも桁違いに大きい。
【００３５】
図３において、ねじれ矯正ローラ４は第１矯正ローラ３１よりも変位量△Ｈだけ高く配置されている。一方、コイル状の線材Ｍは、長さ方向に進むにつれて下方に向かう螺旋状の巻き癖を有している。つまり、線材Ｍの一端Ｍ１は、外力が作用しない状態では螺旋状の巻き癖に沿って斜め上方を向いている。線材供給手段が線材Ｍを供給すると、一端Ｍ１は、ガイド筒２７を通り抜けた後、ねじれ矯正ローラ４の溝に係入して紙面奥側の当接点Ｉに当接し、次にはわずかに下降しながら矯正平面ＳＨに徐々に接近し、第１矯正ローラ３１の溝に係入して紙面手前側の当接点Ｊに当接して矯正平面ＳＨに一致し、以降は水平に矯正平面ＳＨを通過する。つまり、線材Ｍは、ねじれ矯正ローラ４から第１矯正ローラ３１に向けて、斜め上方に向かう代わりに強制的に斜め下方に向かって供給される。
【００３６】
これにより、ねじれ矯正ローラ４の当接点Ｉから線材Ｍに対し、矯正平面ＳＨに概ね直交する上向きの矯正力ＦＩが作用し、第１矯正ローラ３１の当接点Ｊから線材Ｍに対し、矯正平面ＳＨに概ね直交する下向きの矯正力ＦＪが作用する。これらの矯正力ＦＩ、ＦＪは、線材Ｍからねじれを取り除き、線材Ｍの螺旋状の巻き癖を矯正するように作用する。このとき、線材Ｍには長さ方向の引張応力または圧縮応力も作用している。したがって、長さ方向の力及び矯正力ＦＩ、ＦＪをベクトル的に加えた合成力がミーゼスの降伏条件を満たすと塑性変形が生じ、螺旋のピッチＰを減少させる方向に矯正する。この矯正の度合いは、矯正ローラ４の変位量△Ｈ及び線材Ｍに加わる長さ方向の力に依存して変化する。したがって、線材Ｍの材質、太さ、及び巻き癖の性状に合わせてねじれ矯正ローラ４の変位量△Ｈ及び材料供給手段の繰り出し力または引張力を調整することにより、ピッチＰ＝０の円弧状の曲がり癖に矯正できる。
【００３７】
なお、図４に示されるように、長さ方向に進むにつれて上方に向かう螺旋状の巻き癖の方向が異なる線材ＭＲに対して、ねじれ矯正ローラ４を第１矯正ローラ３１よりも変位量−△ＨＲだけ低く配置するのは当然である。これにより、線材ＭＲに作用する矯正力ＦＩＲ、ＦＪＲの向きは図３の場合と反転し、やはり円弧状の曲がり癖に矯正できる。
【００３８】
図３及び図４のいずれの場合も、二次元の円弧状の曲がり癖に矯正された後の線材Ｍ、ＭＲは、矯正平面ＳＨ内で第１〜第４矯正ローラ３１〜３４により高精度に矯正される。
【００３９】
実施形態の矯正装置１によれば、まずねじれ矯正ローラ４と第１矯正ローラ３１の間で矯正平面ＳＨに概ね直交する矯正力ＦＩ、ＦＪ、ＦＩＲ、ＦＪＲを線材Ｍ、ＭＲに作用させて螺旋状の巻き癖を円弧状の曲がり癖に矯正し、次に円弧を含む矯正平面ＳＨ内で４個の矯正ローラ３１〜３４により直線状に高精度に矯正することができる。
【００４０】
また、実施形態の矯正装置１は、従来の５個の矯正ローラを用いた矯正装置において、先頭の矯正ローラの変位量△Ｈをライナー４１交換により調整することで実現できる。したがって、廉価で簡易な装置構成であっても、コイル状の線材Ｍ、ＭＲを矯正するときの直線性の精度を向上することができる。
【００４１】
さらに、ねじれ矯正ローラ４のローラ変位量調整手段として、高さＨが異なるライナー４１を交換するようにしたので、材質や太さの異なる多種類の線材に対応できる。
【００４２】
なお、ローラ変位量調整手段として、例えば、ねじ送り機構を用いた高さ調整部を設け、手動操作あるいは電動操作によりねじれ矯正ローラ４の高さを調整できるようにしてもよい。すると、線材の巻き癖の螺旋の方向や螺旋径の減少に応じて、ねじれ矯正ローラ４の変位量△Ｈを容易に調整できる。したがって、線材Ｍが芯体に複数層にわたり往復巻回されている場合に好適である。
【００４３】
次に、別の実施形態の矯正装置１０を用いた確認実験結果について説明する。図５は、３種類の確認実験を行った別の実施形態の矯正装置１０の構成を説明する図であり、（Ａ）は高い角度からの斜視図。（Ｂ）は低い角度からの斜視図である。この矯正装置１０は、ねじれ矯正部７と水平矯正部６とを直列に配置して構成されている。ねじれ矯正部７は、３個の第１〜第３ねじれ矯正ローラ７１〜７３を水平な基台５２上に配置して構成されている。また、水平矯正部６は、５個の第５〜第９矯正ローラ６５〜６９を水平な基台５１上に配置して構成されている。２つの基台５１、５２は連結されており、水平で共通な矯正平面が形成されている。線材Ｍ２は図中左方から供給され、まずねじれ矯正部７で矯正され、次に水平矯正部６で矯正されて図中右方へ抜け出るようになっている。
【００４４】
３個の第１〜第３ねじれ矯正ローラ７１〜７３及び５個の第５〜第９矯正ローラ６５〜６９は同一構造であり、ロール直径Ｄ＝５５ｍｍ、相互間のロールピッチＬ＝７０ｍｍで、第３ねじれ矯正ローラ７３と第５矯正ローラ６５との間だけはロールピッチを拡げてある。また、第２ねじれ矯正ローラ７２、第６矯正ローラ６６、及び第８矯正ローラ６８は線材Ｍ２と直交する方向に移動可能で、それぞれ押込み量ｈ２、ｈ６、ｈ８を調整できるようになっている。さらに、３個の第１〜第３ねじれ矯正ローラ７１〜７３は、基台５２との間にライナー５９を挿入することで、高さｔ１〜ｔ３＝２ｍｍだけ高く変位させて設置できるようになっている。なお、以降の実験に用いた線材Ｍ２の材質は鋼材Ｓ４５Ｃで直径６ｍｍ、巻き癖の螺旋径または円弧径は１０００ｍｍである。
【００４５】
まず、第１のねじれ発生確認実験では、ねじれを有さない円弧状の線材Ｍ２を用い、第１〜第３ねじれ矯正ローラ７１〜７３のいずれかを矯正平面から変位させたときに発生するねじれ角θを測定した。なお、実験時の押込み量ｈ２、ｈ６、ｈ８は全てゼロとした。図６は、図５の実施形態の矯正装置１０を用いたねじれ発生確認実験の結果を示す図である。図中の横軸は線材Ｍ２の長さ方向の位置Ｘを示し、縦軸はねじれ角θを示している。図中のグラフ（１）は、第１ねじれ矯正ローラ７１のみをｔ１＝２ｍｍだけ高く変位させた場合を示している。同様に、グラフ（２）は第２ねじれ矯正ローラ７２のみｔ２＝２ｍｍ高く変位させ、グラフ（３）は第３ねじれ矯正ローラ７３のみｔ３＝２ｍｍ高く変位させた場合を示している。
【００４６】
図示されるように、グラフ（１）では、ねじれ角θは線材Ｍ２の長さ方向の位置Ｘに概ね比例している。グラフ（２）では、ねじれ角θはグラフ（１）と比較すると逆回転方向で、値はやや小さめである。また、グラフ（３）では、ねじれ角θはわずかである。これにより、矯正平面に対して変位したねじれ矯正ローラは線材Ｍ２にねじれを発生させる機能を有することと、先頭の第１ねじれ矯正ローラ７１の変位がねじれ角θに最も寄与することが判明した。
【００４７】
次に、第２のねじれ矯正確認実験では、上述のねじれを発生させる機能を線材Ｍ２のねじれの逆回転方向に作用させることにより、線材Ｍ２のねじれを矯正できないかの確認を行った。この実験では、ねじれを有して螺旋状になっている線材Ｍ２を用い、第１ねじれ矯正ローラ７１の高さｔ１を変更して、ねじれ角θを測定した。なお、実験時の押込み量ｈ２、ｈ６、ｈ８は全てゼロとした。
【００４８】
図７は、図５の実施形態の矯正装置１０を用いたねじれ矯正確認実験の結果を示す図である。図中の横軸は線材Ｍ２の長さ方向の位置Ｘを示し、縦軸はねじれ角θを示している。図中のグラフ（４）は、第１ねじれ矯正ローラ７１を矯正平面に対してｔ１＝２ｍｍだけ高く変位させた場合を示し、グラフ（５）は第１ねじれ矯正ローラ７１をｔ１＝０ｍｍで矯正平面内に設置した場合を示している。図示されるように、グラフ（４）では、ねじれ角θは概ねゼロとなり、ねじれを矯正できた。また、グラフ（５）では、長さ方向の位置Ｘに概ね比例したねじれ角θが残り、ねじれを矯正できなかった。
【００４９】
次に、第３のコイル材矯正確認実験では、コイル状の線材Ｍ２を矯正したとき最終的に得られる真直度Ｋの確認を行った。この実験では、ねじれを有して螺旋状になっている線材Ｍ２を用い、第１ねじれ矯正ローラ７１の高さｔ１を変更したねじれ角θの矯正の有無の２ケースについて、水平矯正部６による矯正後の最終的な真直度Ｋを測定した。実験時の押込み量は、第２ねじれ矯正ローラ７２の押込み量ｈ２＝０、第６矯正ローラ６６の押込み量ｈ６＝５ｍｍとし、第８矯正ローラ６８の押込み量ｈ８を実験パラメータとして可変調整した。なお、真直度Ｋは下式及び図８（Ｂ）により求められ、Ｌは線材Ｍ２の基準長さ、Ｑは線材Ｍ２の姿勢を上下で変えたときの最大変歪量である。
【００５０】
真直度Ｋ＝４×Ｑ／（Ｌ×Ｌ）
図８は、図５の実施形態の矯正装置１０を用いたコイル材矯正確認実験の結果を説明する図であり、（Ａ）は実験結果のグラフを示し、（Ｂ）は真直度Ｋの定義を示している。図８（Ａ）の横軸は第８矯正ローラ６８の押込み量ｈ８を示し、縦軸は真直度Ｋを示している。図中のグラフ（６）は、第１ねじれ矯正ローラ７１を矯正平面に対してｔ１＝２ｍｍ変位させ、図７で示されたように線材Ｍ２のねじれ角θを矯正した場合である。また、グラフ（７）は、第１ねじれ矯正ローラ７１をｔ１＝０ｍｍで矯正平面内に設置し、ねじれ角θを残した場合である。
【００５１】
図示されるように、グラフ（６）では、押込み量ｈ８＝ｈ（ｂｅｓｔ）程度において、真直度Ｋの誤差幅Ｋ１、すなわち矯正限界は最小となっている。一方、グラフ（７）では、真直度Ｋの誤差幅Ｋ２はグラフ（６）の２倍以上となっている。つまり、変位させた第１ねじれ矯正ローラ７１で線材Ｍ２のねじれ角θを矯正したことにより、直線性の精度を２倍以上向上できた。
【符号の説明】
【００５２】
１、１０：コイル状線材の矯正装置
２：基台
２１：メイン基台 ２２：サブ基台 ２７：ガイド筒 ２８：線材端検出センサ
３１〜３４：第１〜第４矯正ローラ
４：ねじれ矯正ローラ
４１：ライナー ４２：軸受け ４３：ローラ体
４４：オサエ ４５：貫通ボルト ４６：ナット
５１、５２：基台
６：水平矯正部
６５〜６９：第５〜第９矯正ローラ
７：ねじれ矯正部
７１〜７３：第１〜第３ねじれ矯正ローラ
Ｍ、ＭＲ、Ｍ２：線材
ＳＨ：矯正平面 △Ｈ：変位量 ＦＩ、ＦＪ、ＦＩＲ、ＦＪＲ：矯正力
θ：ねじれ角 Ｋ：真直度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイル状に巻回された線材を直線状に矯正する矯正装置及び矯正方法に関し、より詳細には複数個の矯正ローラを用いた矯正装置及び矯正方法における直線性の精度向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワークを圧造成形して所定形状の部品を製造する圧造機では、前段に線材の矯正装置及び切断装置が付属され、長尺の線材を所定長のワークに切断して順次供給するのが一般的である。鋼線などの線材は通常コイル状に巻回された状態で入荷するので、矯正装置は螺旋状に巻き癖のついた線材を直線状に矯正して、切断装置に供給する役割を有している。近年、部品の寸法精度向上に対する要求が厳しくなってきており、前提条件として線材及びワークの直線性の精度向上が重要な課題となっている。特に高精度な部品を製造する場合には直線状の線材を用いる場合もあるが、線材長が限られるため線材交換作業が頻繁となり、また線材の歩留まりが悪く、コストも増加する。したがって、コイル状の線材であっても、高精度に直線状に矯正できる矯正装置が必要である。
【０００３】
この種の矯正装置には、二列に互い違いに矯正ローラを配置して線材の両側面を交互に押圧する方式の装置が多用されている。さらに直線性の一層の精度向上を図るために、２組の矯正ローラ群を直列に用いて水平方向と垂直方向から別々に矯正を行う装置も実用化されている。それでも十分な直線性が得られない場合もあり、特許文献１及び２に新たな技術が提案されている。
【０００４】
特許文献１に開示された「線材の曲りグセ矯正装置」は、矯正ローラ群を線材の移動方向に沿って配置すると共に、その矯正ローラ群を線材の周りに回転させる回転機構を設けたことを特徴としている。そして、線材のよじれ方向と逆方向に矯正ローラ群を回転させることにより、クセ取りを効果的に行うことができる利点を有する、とされている。また、特許文献２に開示された「線材の曲がりと直径の矯正装置」は、線状の材料の移送経路を中心軸として回転する回転保持部と、回転保持部の内部に設置された矯正ローラと、を有している。これにより、張力が加わった材料に対して、矯正に必要な荷重が材料の円周方向３６０度にわたって加わることになり、材料の曲がりの方向にばらつきがある場合でも矯正を行うことができる、とされている。
【０００５】
また、本願出願人は、特許文献１及び２とは異なる方式の矯正装置を特許文献３に開示している。特許文献３の矯正装置は、コイル状の線材が載置される回転台と、基台に配置される複数個の矯正ローラと、回転台または基台を傾ける傾動手段とを備え、線材の円弧部分を含む平面と複数個の矯正ローラによりつくられる矯正平面とが成す変位角を小さくするように制御することを特徴としている。そして、効果を確認する矯正実験で真直度はゼロになり、ほぼ完全な直線に矯正できることが確認されている。つまり、線材の円弧の外側及び内側の真横から付勢することにより、高い直線性で矯正できることが確認されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−３９４６６号公報
【特許文献２】特開２００５−１７７８５７号公報
【特許文献３】特開２００８−１１０３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１と特許文献２の矯正装置は、矯正ローラ群全体を線材の周りに回転させる点では類似した方式であり、従来と比較して装置構成が複雑化・大形化する難点がある。さらに、矯正ローラ群を回転させるための動力源やその制御装置が必要になって、コストも大幅に上昇する。また、特許文献３に開示した矯正装置においては、その効果は確認されているが、やはり傾動手段により装置が複雑化し、制御も煩雑である。
【０００８】
本発明は上記背景に鑑みてなされたものであり、簡易で廉価な装置構成であっても、コイル状の線材を矯正するときの直線性の精度を従来よりも向上することができる矯正装置及び矯正方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のコイル状線材の矯正装置は、コイル状の線材を戴置する回転自在な回転台と、該回転台から前記線材を引き出す線材供給手段と、矯正平面内に二列に互い違いに配置されるとともに回動自由でかつ外周面に沿って前記線材が係入する溝を有して前記線材を両側面から交互に押圧する複数個の矯正ローラと、を備えるコイル状線材の矯正装置であって、前記回転台に近い先頭の前記矯正ローラの前方または複数個の前記矯正ローラの間に前記矯正平面から変位して配置されるとともに回動自由で、かつ外周面に沿って前記線材が係入する溝を有して前記線材を側面から押圧するねじれ矯正ローラを備え、前記矯正ローラ及び前記ねじれ矯正ローラの前記溝に係入する前記線材に前記矯正平面と交わる方向の矯正力を作用させるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
回転台から引き出される線材には、元のコイル形状に起因する螺旋状の巻き癖がついている。巻き癖は、線材の円弧状の曲がり癖と線材自身のねじれによって特徴付けられている。ねじれとは、線材の長さ方向に移動したときの回転を意味する。ねじれのない線材を円弧状に曲げると一回転したときに重なるが、ねじれのある線材を円弧状に曲げると一回転したときに軸線方向に変位して螺旋状を呈する。逆に言えば、コイル状に巻回された線材は、ねじれを有している。本発明は、三次元の螺旋状の巻き癖を有する線材に対し、まずねじれ矯正ローラと矯正ローラの間で螺旋の軸線方向の矯正力を作用させることによりねじれを取り去って二次元の円弧状に矯正し、次に円弧を含む矯正平面内で複数個の矯正ローラにより直線状に高精度に矯正するようにしたことを主旨とする。
【００１１】
本発明の矯正装置では、鋼線や銅線などの線材はコイル状の形態で回転台に戴置され、一端が引き出される。ここで、回転台と矯正ローラとの間に線材供給手段を配設して矯正ローラに線材を押し込む構成と、矯正ローラの後ろ側に線材供給手段を配設して矯正ローラから線材を引き出す構成とがある。いずれの場合でも、線材供給手段により、線材は回転台から引き出されて複数個の矯正ローラに供給される。
【００１２】
複数個の矯正ローラは、二列に互い違いに配置され、さらに回動自由でかつ外周面に沿って前記線材が係入する溝を有している。各矯正ローラの溝の中央を結ぶ面が矯正平面である。供給された線材は、左右交互に矯正ローラの外周面の溝に係入して押圧され、供給平面内を蛇行しながら進んでゆく。一方、ねじれ矯正ローラは、回転台に近い先頭の矯正ローラの前方または複数個の矯正ローラの間に、矯正平面から変位して配置され、さらに回動自由でかつ外周面に沿って前記線材が係入する溝を有している。供給された線材は、ねじれ矯正ローラの外周面の溝にも係入して押圧される。
【００１３】
ここで、ねじれ矯正ローラが矯正平面に対して変位しているので、ねじれ矯正ローラからその後ろ側の矯正ローラに向けて、線材は矯正平面外から矯正平面に徐々に接近し最終的に一致するように曲げられる。このとき、両ローラから線材に対し、矯正平面と交わる方向の矯正力が作用する。矯正力により、線材のねじれを取り去ることができて、螺旋状の巻き癖を円弧状の曲がり癖に矯正することができる。さらに、円弧状の曲がり癖は二次元であるため、矯正平面内に配置された矯正ローラの作用で高精度に矯正できる。
【００１４】
本発明ではさらに、ねじれ矯正ローラが先頭の前記矯正ローラの直前に配置されている、ことが好ましい。
【００１５】
ねじれ矯正ローラの配置は、回転台に近い先頭の矯正ローラの前方または複数個の矯正ローラの間とするが、先頭の前記矯正ローラの直前が好ましい。なぜならば、矯正平面内に配置された矯正ローラは矯正平面内の曲がりのみを矯正し、矯正平面と交わる方向の矯正機能を有さないので、前もって三次元の螺旋状の巻き癖を二次元の円弧状の曲がり癖に矯正しておくことが合理的だからである。
【００１６】
さらに、前記ねじれ矯正ローラの前記矯正平面からの変位量を調整するローラ変位量調整手段を備える、ことが好ましい。
【００１７】
ねじれ矯正ローラの矯正平面からの変位量を調整することにより、矯正平面外から矯正平面に一致するまでの線材経路が変化し、矯正力が変化する。これにより、材質や太さの異なる多種類の線材に対応できる。また、線材が芯体に複数層にわたり往復巻回されている場合、ローラ変位量調整手段は線材の巻き癖の螺旋の方向に応じて変位量を正負反転させることができ、さらには螺旋径の減少に応じて変位量を調整できる。これを行わないと、逆方向の矯正力により誤ってねじれを増加させてしまう場合や、螺旋径とねじれ矯正ローラの変位量が整合せず良好に矯正できない場合が生じ得る。
【００１８】
次に、本発明のコイル状線材の矯正装置は、コイル状の線材を戴置する回転自在な回転台と、該回転台から前記線材を引き出す線材供給手段と、矯正平面内に二列に互い違いに配置されるとともに回動自由でかつ外周面に沿って前記線材が係入する溝を有して前記線材を両側面から交互に押圧する複数個の矯正ローラと、を備えるコイル状線材の矯正装置であって、前記回転台に近い先頭の前記矯正ローラの前方または複数個の前記矯正ローラの間に前記矯正平面に対し傾斜して配置されるとともに回動自由で、かつ外周面に沿って前記線材が係入する溝を有して前記線材を側面から押圧するねじれ矯正ローラを備え、 前記矯正ローラ及び前記ねじれ矯正ローラの前記溝に係入する前記線材に前記矯正平面と交わる方向の矯正力を作用させるようにしてもよい。
【００１９】
ねじれ矯正ローラを矯正平面から変位して配置する代わりに、矯正平面に対し傾斜して配置するようにしてもよい。この態様でも、線材は矯正平面外から矯正平面に徐々に接近し最終的に一致するように曲げられるので、同様の効果が生じる。
【００２０】
次に、本発明のコイル状線材の矯正方法は、回転自在な回転台に戴置されたコイル状の線材を引き出し、矯正平面内に二列に互い違いに配置された回動自由でかつ外周面に沿って前記線材が係入する溝を有する複数個の矯正ローラで前記線材を両側面から交互に押圧して直線状に矯正するコイル状線材の矯正方法であって、前記回転台に近い先頭の前記矯正ローラの前方または複数個の前記矯正ローラの間に前記矯正平面から変位させてまたは前記矯正平面に対し傾斜させて、回動自由でかつ外周面に沿って前記線材が係入する溝を有するねじれ矯正ローラを配置し、該ねじれ矯正ローラで前記線材を側面から押圧し、 前記矯正ローラ及び前記ねじれ矯正ローラの前記溝に係入する前記線材に前記矯正平面と交わる方向の矯正力を作用させるようにしたことを特徴とする。
【００２１】
さらに、前記矯正力により前記線材が有する三次元の螺旋状の巻き癖を二次元の円弧状の曲がり癖に矯正し、複数個の前記矯正ローラにより直線状に矯正する、ようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の矯正装置及び矯正方法によれば、まずねじれ矯正ローラと矯正ローラの間で線材に矯正平面と交わる方向の矯正力を作用させて螺旋状の巻き癖を円弧状の曲がり癖に矯正し、次に円弧を含む矯正平面内で複数個の矯正ローラにより直線状に高精度に矯正することができる。したがって、従来の装置、例えば２組の矯正ローラ群を用いて水平方向と垂直方向から別々に矯正を行う装置よりも、直線性の精度を向上することができる。
【００２３】
また、本発明の矯正装置は、従来の複数個の矯正ローラを用いた矯正装置において、先頭の矯正ローラの高さをライナーにより変更するなどのわずかな構造変更でねじれ矯正ローラの機能を付与して実現できる。したがって、矯正ローラ群全体を回転させる装置と比較し廉価で簡易な装置構成であっても、コイル状の線材を矯正するときの直線性の精度を向上することができる。
【００２４】
さらに、ローラ変位量調整手段を備える態様では、材質や太さの異なる多種類の線材に対応でき、線材が芯体に複数層にわたり往復巻回されている場合にも、良好に矯正できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態のコイル状線材の矯正装置を説明する図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。
【図２】図１の実施形態におけるねじれ矯正ローラの構造を説明する断面図である。
【図３】図１の実施形態において、螺旋状の巻き癖を有する線材に対する矯正作用を説明する部分拡大図である。
【図４】図３とは螺旋状の巻き癖の方向が異なる線材に対する矯正作用を説明する部分拡大図である。
【図５】３種類の確認実験を行った別の実施形態の矯正装置の構成を説明する図であり、（Ａ）は高い角度からの斜視図、（Ｂ）は低い角度からの斜視図である。
【図６】図５の実施形態の矯正装置を用いたねじれ発生確認実験の結果を示す図である。
【図７】図５の実施形態の矯正装置を用いたねじれ矯正確認実験の結果を示す図である。
【図８】図５の実施形態の矯正装置を用いたコイル材矯正確認実験の結果を説明する図であり、（Ａ）は実験結果のグラフを示し、（Ｂ）は真直度の定義を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明を実施するための形態を、図１〜図４を参考にして説明する。図１は本発明の実施形態のコイル状線材の矯正装置１を説明する図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。実施形態の矯正装置１は、図略の回転台及び線材供給手段、基台２、４個の矯正ローラ３１〜３４、ねじれ矯正ローラ４などで構成されている。回転台には、コイル状の線材を消費しても常に繰り出し元の高さを一定に保つことができる装置を用いる。線材供給手段は線材を供給する部位であり、回転台に隣接して基台２との間（図１では右方）、あるいは基台２の後ろ側（図１では左方）に配置されている。線材供給手段には、例えば、一対の対向するローラを回転駆動することにより線材を挟持して繰り出す方式の送りローラ装置を用いる。
【００２７】
基台２は、図１（Ａ）に示されるように、同一高さで水平に配置されたメイン基台２１及びサブ基台２２により構成されている。サブ基台２２は、図中左側の一端２３が回動可能に支持され、右寄り下側の押圧固定部２４がメイン基台２１から延設された支持ロッド２５に貫通支持されている。押圧固定部２４は、バネ部材により常時メイン基台２１から遠ざかるように、図１（Ａ）の下方に向けて付勢されている。一方、支持ロッド２５の先端には、回動可能で押圧固定部２４に当接する操作レバー２６が設けられている。図１（Ａ）において、操作レバー２６の大径部２６１が押圧固定部２４に当接しており、サブ基台２２はメイン基台２１に向けて圧接固定されている。操作レバー２６を図中反時計回りに回動させて手前側に引くと、その狭幅部２６２が押圧固定部２４に当接し、狭幅部２６２と大径部２６１との寸法差だけ押圧固定部２４が図中下方に移動するようになっている。これにより、サブ基台２２は手前側に回動する。上述のようにサブ基台２２を回動式としたのは、最初に線材Ｍをセットする作業を容易とするためである。
【００２８】
また、メイン基台２１の上面側の図中右端には、線材Ｍを通してねじれ矯正ローラ４へ案内するガイド筒２７が設けられている。さらに、メイン基台２１の図中左側に離隔して線材端検出センサ２８が配設されている。線材端検出センサ２８は、回動可能な筒状のセンサ本体部２８１、センサ本体部２８１から径方向外向きに突設された棒状のアーム部２８２、およびアーム部２８２の外周で回転自在な筒体２８３により構成されている。アーム部２８２は線材Ｍの上側に載置され、線材Ｍが移動すると筒体２８３が遊転するようになっている。そして、線材Ｍがなくなるとアーム部２８２は重力に引かれて下方に動き、センサ本体部２８１が回動して線材端を検出するようになっている。線材端検出センサ２８のさらに図中左側には線材切断装置が配置され、直線状に矯正された線材を切断してワークを製作するようになっている。
【００２９】
図示されるように、サブ基台２２の上面側には、図中右側から順番にねじれ矯正ローラ４、第２矯正ローラ３２、及び第４矯正ローラ３４が配設されている。一方、メイン基台２１の上面側には、図中右側に第１矯正ローラ３１、左側に第３矯正ローラ３３が配設されている。これらのローラ４、３１〜３４は、二列に互い違いに配置されている。そして、図中右側から供給される線材Ｍは、ガイド筒２７を通った後、まずねじれ矯正ローラ４に当接し、続いて第１〜第４矯正ローラ３１〜３４の順番に当接して蛇行するようになっている。メイン基台２１の第１及び第３矯正ローラ３１、３３は、押込み調整部３９により図１（Ａ）の上下方向に移動可能とされ、押込み量を調整できるようになっている。一方、サブ基台２２のねじれ矯正ローラ４、第２及び第４矯正ローラ３２、３４の位置は固定されている。押込み量は線材の蛇行の程度を示す量であり、押込み量のゼロは真直な線材がちょうど両側で接して通過する状態を示し、押込み量の正値はその分だけ線材Ｍを蛇行させることを示している。
【００３０】
また、図１（Ｂ）に示されるように、第１〜第４矯正ローラ３１〜３４は同一高さに配置され、外周面の溝の中央高さに矯正平面ＳＨが定められている。これらに対し、ねじれ矯正ローラ４は、変位量△Ｈだけ高く配置されている。
【００３１】
図２は、ねじれ矯正ローラ４の構造を説明する断面図である。ねじれ矯正ローラ４は、ライナー４１、軸受け４２、ローラ体４３、オサエ４４、貫通ボルト４５、及び２個のナット４６、４６で構成されている。ライナー４１は、外径の異なる段差を有する筒状の部材であり、大径部４１１の高さＨを変更できるように複数準備されている。ライナー４１の大径部４１１は、サブ基台２２に設けられた固定孔２２１の真上に配置されている。ライナー４１の小径部４１２の外周側には軸受け４２が嵌入されている。軸受け４２の外側の回転部４２２には、ローラ体４３が水平に固定されている。ローラ体４３は略円板状で、外周面に沿って断面Ｖ字状の溝を有しており、この溝に線材Ｍが係入するようになっている。軸受け４２の内側の固定部４２１の上側には、略環状のオサエ４４が配置されている。オサエ４４とライナー４１の大径部４１１との間で、軸受け４２の固定部４２１を挟持するようになっている。貫通ボルト４５は、サブ基台２２の固定孔２２１、ライナー４１、及びオサエ４４を貫通し、両側がナット４６、４６により締め付けられることで、ねじれ矯正ローラ４全体が固定されている。
【００３２】
なお、断面Ｖ字状の溝は、矯正平面ＳＨから線材Ｍが逸脱しないように安定保持する構造の一例であり、断面Ｕ字状やその他の構造としてもよい。
【００３３】
ねじれ矯正ローラ４は、大径部４１１の高さＨが異なるライナー４１を交換することで、矯正平面ＳＨからの変位量△Ｈを調整できるようになっている。つまり、ライナー４１の交換がローラ変位量調整手段に相当する。一方、第１〜第４矯正ローラ３１〜３４は、ねじれ矯正ローラ４と類似の構造を有し、ライナー４１の大径部４１１の高さＨが一定値で共通している点が異なる。
【００３４】
次に、実施形態の矯正装置１の作用について、図３及び図４を参考にして説明する。図３は、螺旋状の巻き癖を有する線材Ｍに対する矯正作用を説明する部分拡大図である。また図４は、図３とは螺旋状の巻き癖の方向が異なる線材ＭＲに対する矯正作用を説明する部分拡大図である。なお、図中の線材Ｍ、ＭＲの巻き癖は模式的なものであり、巻き癖の直径は実際にはローラ４、３１、３２の直径よりも桁違いに大きい。
【００３５】
図３において、ねじれ矯正ローラ４は第１矯正ローラ３１よりも変位量△Ｈだけ高く配置されている。一方、コイル状の線材Ｍは、長さ方向に進むにつれて下方に向かう螺旋状の巻き癖を有している。つまり、線材Ｍの一端Ｍ１は、外力が作用しない状態では螺旋状の巻き癖に沿って斜め上方を向いている。線材供給手段が線材Ｍを供給すると、一端Ｍ１は、ガイド筒２７を通り抜けた後、ねじれ矯正ローラ４の溝に係入して紙面奥側の当接点Ｉに当接し、次にはわずかに下降しながら矯正平面ＳＨに徐々に接近し、第１矯正ローラ３１の溝に係入して紙面手前側の当接点Ｊに当接して矯正平面ＳＨに一致し、以降は水平に矯正平面ＳＨを通過する。つまり、線材Ｍは、ねじれ矯正ローラ４から第１矯正ローラ３１に向けて、斜め上方に向かう代わりに強制的に斜め下方に向かって供給される。
【００３６】
これにより、ねじれ矯正ローラ４の当接点Ｉから線材Ｍに対し、矯正平面ＳＨに概ね直交する上向きの矯正力ＦＩが作用し、第１矯正ローラ３１の当接点Ｊから線材Ｍに対し、矯正平面ＳＨに概ね直交する下向きの矯正力ＦＪが作用する。これらの矯正力ＦＩ、ＦＪは、線材Ｍからねじれを取り除き、線材Ｍの螺旋状の巻き癖を矯正するように作用する。このとき、線材Ｍには長さ方向の引張応力または圧縮応力も作用している。したがって、長さ方向の力及び矯正力ＦＩ、ＦＪをベクトル的に加えた合成力がミーゼスの降伏条件を満たすと塑性変形が生じ、螺旋のピッチＰを減少させる方向に矯正する。この矯正の度合いは、矯正ローラ４の変位量△Ｈ及び線材Ｍに加わる長さ方向の力に依存して変化する。したがって、線材Ｍの材質、太さ、及び巻き癖の性状に合わせてねじれ矯正ローラ４の変位量△Ｈ及び材料供給手段の繰り出し力または引張力を調整することにより、ピッチＰ＝０の円弧状の曲がり癖に矯正できる。
【００３７】
なお、図４に示されるように、長さ方向に進むにつれて上方に向かう螺旋状の巻き癖の方向が異なる線材ＭＲに対して、ねじれ矯正ローラ４を第１矯正ローラ３１よりも変位量−△ＨＲだけ低く配置するのは当然である。これにより、線材ＭＲに作用する矯正力ＦＩＲ、ＦＪＲの向きは図３の場合と反転し、やはり円弧状の曲がり癖に矯正できる。
【００３８】
図３及び図４のいずれの場合も、二次元の円弧状の曲がり癖に矯正された後の線材Ｍ、ＭＲは、矯正平面ＳＨ内で第１〜第４矯正ローラ３１〜３４により高精度に矯正される。
【００３９】
実施形態の矯正装置１によれば、まずねじれ矯正ローラ４と第１矯正ローラ３１の間で矯正平面ＳＨに概ね直交する矯正力ＦＩ、ＦＪ、ＦＩＲ、ＦＪＲを線材Ｍ、ＭＲに作用させて螺旋状の巻き癖を円弧状の曲がり癖に矯正し、次に円弧を含む矯正平面ＳＨ内で４個の矯正ローラ３１〜３４により直線状に高精度に矯正することができる。
【００４０】
また、実施形態の矯正装置１は、従来の５個の矯正ローラを用いた矯正装置において、先頭の矯正ローラの変位量△Ｈをライナー４１交換により調整することで実現できる。したがって、廉価で簡易な装置構成であっても、コイル状の線材Ｍ、ＭＲを矯正するときの直線性の精度を向上することができる。
【００４１】
さらに、ねじれ矯正ローラ４のローラ変位量調整手段として、高さＨが異なるライナー４１を交換するようにしたので、材質や太さの異なる多種類の線材に対応できる。
【００４２】
なお、ローラ変位量調整手段として、例えば、ねじ送り機構を用いた高さ調整部を設け、手動操作あるいは電動操作によりねじれ矯正ローラ４の高さを調整できるようにしてもよい。すると、線材の巻き癖の螺旋の方向や螺旋径の減少に応じて、ねじれ矯正ローラ４の変位量△Ｈを容易に調整できる。したがって、線材Ｍが芯体に複数層にわたり往復巻回されている場合に好適である。
【００４３】
次に、別の実施形態の矯正装置１０を用いた確認実験結果について説明する。図５は、３種類の確認実験を行った別の実施形態の矯正装置１０の構成を説明する図であり、（Ａ）は高い角度からの斜視図。（Ｂ）は低い角度からの斜視図である。この矯正装置１０は、ねじれ矯正部７と水平矯正部６とを直列に配置して構成されている。ねじれ矯正部７は、３個の第１〜第３ねじれ矯正ローラ７１〜７３を水平な基台５２上に配置して構成されている。また、水平矯正部６は、５個の第５〜第９矯正ローラ６５〜６９を水平な基台５１上に配置して構成されている。２つの基台５１、５２は連結されており、水平で共通な矯正平面が形成されている。線材Ｍ２は図中左方から供給され、まずねじれ矯正部７で矯正され、次に水平矯正部６で矯正されて図中右方へ抜け出るようになっている。
【００４４】
３個の第１〜第３ねじれ矯正ローラ７１〜７３及び５個の第５〜第９矯正ローラ６５〜６９は同一構造であり、ロール直径Ｄ＝５５ｍｍ、相互間のロールピッチＬ＝７０ｍｍで、第３ねじれ矯正ローラ７３と第５矯正ローラ６５との間だけはロールピッチを拡げてある。また、第２ねじれ矯正ローラ７２、第６矯正ローラ６６、及び第８矯正ローラ６８は線材Ｍ２と直交する方向に移動可能で、それぞれ押込み量ｈ２、ｈ６、ｈ８を調整できるようになっている。さらに、３個の第１〜第３ねじれ矯正ローラ７１〜７３は、基台５２との間にライナー５９を挿入することで、高さｔ１〜ｔ３＝２ｍｍだけ高く変位させて設置できるようになっている。なお、以降の実験に用いた線材Ｍ２の材質は鋼材Ｓ４５Ｃで直径６ｍｍ、巻き癖の螺旋径または円弧径は１０００ｍｍである。
【００４５】
まず、第１のねじれ発生確認実験では、ねじれを有さない円弧状の線材Ｍ２を用い、第１〜第３ねじれ矯正ローラ７１〜７３のいずれかを矯正平面から変位させたときに発生するねじれ角θを測定した。なお、実験時の押込み量ｈ２、ｈ６、ｈ８は全てゼロとした。図６は、図５の実施形態の矯正装置１０を用いたねじれ発生確認実験の結果を示す図である。図中の横軸は線材Ｍ２の長さ方向の位置Ｘを示し、縦軸はねじれ角θを示している。図中のグラフ（１）は、第１ねじれ矯正ローラ７１のみをｔ１＝２ｍｍだけ高く変位させた場合を示している。同様に、グラフ（２）は第２ねじれ矯正ローラ７２のみｔ２＝２ｍｍ高く変位させ、グラフ（３）は第３ねじれ矯正ローラ７３のみｔ３＝２ｍｍ高く変位させた場合を示している。
【００４６】
図示されるように、グラフ（１）では、ねじれ角θは線材Ｍ２の長さ方向の位置Ｘに概ね比例している。グラフ（２）では、ねじれ角θはグラフ（１）と比較すると逆回転方向で、値はやや小さめである。また、グラフ（３）では、ねじれ角θはわずかである。これにより、矯正平面に対して変位したねじれ矯正ローラは線材Ｍ２にねじれを発生させる機能を有することと、先頭の第１ねじれ矯正ローラ７１の変位がねじれ角θに最も寄与することが判明した。
【００４７】
次に、第２のねじれ矯正確認実験では、上述のねじれを発生させる機能を線材Ｍ２のねじれの逆回転方向に作用させることにより、線材Ｍ２のねじれを矯正できないかの確認を行った。この実験では、ねじれを有して螺旋状になっている線材Ｍ２を用い、第１ねじれ矯正ローラ７１の高さｔ１を変更して、ねじれ角θを測定した。なお、実験時の押込み量ｈ２、ｈ６、ｈ８は全てゼロとした。
【００４８】
図７は、図５の実施形態の矯正装置１０を用いたねじれ矯正確認実験の結果を示す図である。図中の横軸は線材Ｍ２の長さ方向の位置Ｘを示し、縦軸はねじれ角θを示している。図中のグラフ（４）は、第１ねじれ矯正ローラ７１を矯正平面に対してｔ１＝２ｍｍだけ高く変位させた場合を示し、グラフ（５）は第１ねじれ矯正ローラ７１をｔ１＝０ｍｍで矯正平面内に設置した場合を示している。図示されるように、グラフ（４）では、ねじれ角θは概ねゼロとなり、ねじれを矯正できた。また、グラフ（５）では、長さ方向の位置Ｘに概ね比例したねじれ角θが残り、ねじれを矯正できなかった。
【００４９】
次に、第３のコイル材矯正確認実験では、コイル状の線材Ｍ２を矯正したとき最終的に得られる真直度Ｋの確認を行った。この実験では、ねじれを有して螺旋状になっている線材Ｍ２を用い、第１ねじれ矯正ローラ７１の高さｔ１を変更したねじれ角θの矯正の有無の２ケースについて、水平矯正部６による矯正後の最終的な真直度Ｋを測定した。実験時の押込み量は、第２ねじれ矯正ローラ７２の押込み量ｈ２＝０、第６矯正ローラ６６の押込み量ｈ６＝５ｍｍとし、第８矯正ローラ６８の押込み量ｈ８を実験パラメータとして可変調整した。なお、真直度Ｋは下式及び図８（Ｂ）により求められ、Ｌは線材Ｍ２の基準長さ、Ｑは線材Ｍ２の姿勢を上下で変えたときの最大変歪量である。
【００５０】
真直度Ｋ＝４×Ｑ／（Ｌ×Ｌ）
図８は、図５の実施形態の矯正装置１０を用いたコイル材矯正確認実験の結果を説明する図であり、（Ａ）は実験結果のグラフを示し、（Ｂ）は真直度Ｋの定義を示している。図８（Ａ）の横軸は第８矯正ローラ６８の押込み量ｈ８を示し、縦軸は真直度Ｋを示している。図中のグラフ（６）は、第１ねじれ矯正ローラ７１を矯正平面に対してｔ１＝２ｍｍ変位させ、図７で示されたように線材Ｍ２のねじれ角θを矯正した場合である。また、グラフ（７）は、第１ねじれ矯正ローラ７１をｔ１＝０ｍｍで矯正平面内に設置し、ねじれ角θを残した場合である。
【００５１】
図示されるように、グラフ（６）では、押込み量ｈ８＝ｈ（ｂｅｓｔ）程度において、真直度Ｋの誤差幅Ｋ１、すなわち矯正限界は最小となっている。一方、グラフ（７）では、真直度Ｋの誤差幅Ｋ２はグラフ（６）の２倍以上となっている。つまり、変位させた第１ねじれ矯正ローラ７１で線材Ｍ２のねじれ角θを矯正したことにより、直線性の精度を２倍以上向上できた。
【符号の説明】
【００５２】
１、１０：コイル状線材の矯正装置
２：基台
２１：メイン基台 ２２：サブ基台 ２７：ガイド筒 ２８：線材端検出センサ
３１〜３４：第１〜第４矯正ローラ
４：ねじれ矯正ローラ
４１：ライナー ４２：軸受け ４３：ローラ体
４４：オサエ ４５：貫通ボルト ４６：ナット
５１、５２：基台
６：水平矯正部
６５〜６９：第５〜第９矯正ローラ
７：ねじれ矯正部
７１〜７３：第１〜第３ねじれ矯正ローラ
Ｍ、ＭＲ、Ｍ２：線材
ＳＨ：矯正平面 △Ｈ：変位量 ＦＩ、ＦＪ、ＦＩＲ、ＦＪＲ：矯正力
θ：ねじれ角 Ｋ：真直度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイル状の線材を戴置する回転自在な回転台と、該回転台から前記線材を引き出す線材供給手段と、矯正平面内に二列に互い違いに配置されるとともに回動自由でかつ外周面に沿って前記線材が係入する溝を有して前記線材を両側面から交互に押圧する複数個の矯正ローラと、を備えるコイル状線材の矯正装置であって、
前記回転台に近い先頭の前記矯正ローラの前方または複数個の前記矯正ローラの間に前記矯正平面から変位して配置されるとともに回動自由で、かつ外周面に沿って前記線材が係入する溝を有して前記線材を側面から押圧するねじれ矯正ローラを備え、
前記矯正ローラ及び前記ねじれ矯正ローラの前記溝に係入する前記線材に前記矯正平面と交わる方向の矯正力を作用させるようにしたことを特徴とするコイル状線材の矯正装置。
【請求項２】
前記ねじれ矯正ローラが先頭の前記矯正ローラの直前に配置されている請求項１に記載のコイル状線材の矯正装置。
【請求項３】
前記ねじれ矯正ローラの前記矯正平面からの変位量を調整するローラ変位量調整手段を備える請求項１または２に記載のコイル状線材の矯正装置。
【請求項４】
コイル状の線材を戴置する回転自在な回転台と、該回転台から前記線材を引き出す線材供給手段と、矯正平面内に二列に互い違いに配置されるとともに回動自由でかつ外周面に沿って前記線材が係入する溝を有して前記線材を両側面から交互に押圧する複数個の矯正ローラと、を備えるコイル状線材の矯正装置であって、
前記回転台に近い先頭の前記矯正ローラの前方または複数個の前記矯正ローラの間に前記矯正平面に対し傾斜して配置されるとともに回動自由で、かつ外周面に沿って前記線材が係入する溝を有して前記線材を側面から押圧するねじれ矯正ローラを備え、
前記矯正ローラ及び前記ねじれ矯正ローラの前記溝に係入する前記線材に前記矯正平面と交わる方向の矯正力を作用させるようにしたことを特徴とするコイル状線材の矯正装置。
【請求項５】
回転自在な回転台に戴置されたコイル状の線材を引き出し、矯正平面内に二列に互い違いに配置された回動自由でかつ外周面に沿って前記線材が係入する溝を有する複数個の矯正ローラで前記線材を両側面から交互に押圧して直線状に矯正するコイル状線材の矯正方法であって、
前記回転台に近い先頭の前記矯正ローラの前方または複数個の前記矯正ローラの間に前記矯正平面から変位させてまたは前記矯正平面に対し傾斜させて、回動自由でかつ外周面に沿って前記線材が係入する溝を有するねじれ矯正ローラを配置し、該ねじれ矯正ローラで前記線材を側面から押圧し、
前記矯正ローラ及び前記ねじれ矯正ローラの前記溝に係入する前記線材に前記矯正平面と交わる方向の矯正力を作用させるようにしたことを特徴とするコイル状線材の矯正方法。
【請求項６】
前記矯正力により前記線材が有する三次元の螺旋状の巻き癖を二次元の円弧状の曲がり癖に矯正し、複数個の前記矯正ローラにより直線状に矯正する請求項５に記載のコイル状線材の矯正方法。
【請求項１】
コイル状の線材を戴置する回転自在な回転台と、該回転台から前記線材を引き出す線材供給手段と、矯正平面内に二列に互い違いに配置されるとともに回動自由でかつ外周面に沿って前記線材が係入する溝を有して前記線材を両側面から交互に押圧する複数個の矯正ローラと、を備えるコイル状線材の矯正装置であって、
前記回転台に近い先頭の前記矯正ローラの前方または複数個の前記矯正ローラの間に前記矯正平面から変位して配置されるとともに回動自由で、かつ外周面に沿って前記線材が係入する溝を有して前記線材を側面から押圧するねじれ矯正ローラを備え、
前記矯正ローラ及び前記ねじれ矯正ローラの前記溝に係入する前記線材に前記矯正平面と交わる方向の矯正力を作用させるようにしたことを特徴とするコイル状線材の矯正装置。
【請求項２】
前記ねじれ矯正ローラが先頭の前記矯正ローラの直前に配置されている請求項１に記載のコイル状線材の矯正装置。
【請求項３】
前記ねじれ矯正ローラの前記矯正平面からの変位量を調整するローラ変位量調整手段を備える請求項１または２に記載のコイル状線材の矯正装置。
【請求項４】
コイル状の線材を戴置する回転自在な回転台と、該回転台から前記線材を引き出す線材供給手段と、矯正平面内に二列に互い違いに配置されるとともに回動自由でかつ外周面に沿って前記線材が係入する溝を有して前記線材を両側面から交互に押圧する複数個の矯正ローラと、を備えるコイル状線材の矯正装置であって、
前記回転台に近い先頭の前記矯正ローラの前方または複数個の前記矯正ローラの間に前記矯正平面に対し傾斜して配置されるとともに回動自由で、かつ外周面に沿って前記線材が係入する溝を有して前記線材を側面から押圧するねじれ矯正ローラを備え、
前記矯正ローラ及び前記ねじれ矯正ローラの前記溝に係入する前記線材に前記矯正平面と交わる方向の矯正力を作用させるようにしたことを特徴とするコイル状線材の矯正装置。
【請求項５】
回転自在な回転台に戴置されたコイル状の線材を引き出し、矯正平面内に二列に互い違いに配置された回動自由でかつ外周面に沿って前記線材が係入する溝を有する複数個の矯正ローラで前記線材を両側面から交互に押圧して直線状に矯正するコイル状線材の矯正方法であって、
前記回転台に近い先頭の前記矯正ローラの前方または複数個の前記矯正ローラの間に前記矯正平面から変位させてまたは前記矯正平面に対し傾斜させて、回動自由でかつ外周面に沿って前記線材が係入する溝を有するねじれ矯正ローラを配置し、該ねじれ矯正ローラで前記線材を側面から押圧し、
前記矯正ローラ及び前記ねじれ矯正ローラの前記溝に係入する前記線材に前記矯正平面と交わる方向の矯正力を作用させるようにしたことを特徴とするコイル状線材の矯正方法。
【請求項６】
前記矯正力により前記線材が有する三次元の螺旋状の巻き癖を二次元の円弧状の曲がり癖に矯正し、複数個の前記矯正ローラにより直線状に矯正する請求項５に記載のコイル状線材の矯正方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１１０５６９（Ｐ２０１１−１１０５６９Ａ）
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６８２９２（Ｐ２００９−２６８２９２）
【出願日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【出願人】（０００１１７００９）旭サナック株式会社 (194)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【出願人】（０００１１７００９）旭サナック株式会社 (194)
【Ｆターム（参考）】
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