説明

テンションレベラー

【課題】従来のテンションレベラーでは矯正後の材料に大きな残留応力があり、裁断、印刷等の以後の加工が困難という問題があった。これはテンションレベラーがロールを使って材料を曲げて矯正しているためである。
【解決手段】テンションレベラーの入出口ブライドルロール間で金属帯版の表裏両面に中空ロールによって圧力をかけ、引張りによる矯正を行う。引張り矯正過程で材料に曲げが加えられることがなく、形状矯正後の材料の残留応力が少ない。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は金属材料の帯板(以下材料という)の形状不良を矯正するテンションレベラーに関する。
【背景技術】
【0002】
従来用いられているテンションレベラーは、入側ブライドルロールと出側ブライドルロールによって材料に張力をかけ、上記材料を上記両ブライドルロール間にある上下2群に分けて千鳥型に配置された円筒型のロールを用いて、材料に繰り返し曲げを加えて矯正を行う。(例えば、特許文献1並びに非特許文献1参照)。
これらのテンションレベラーは、通常、伸長ロール部と形状修正ロール部があり、いずれもロールを使用して材料を曲げかつ引張って矯正している。そのため矯正後の材料は、残留応力の釣合いによって、外見上は平坦になっているが、材料内部に大きな残留応力がある。(例えば、非特許文献2参照)
材料を上記両ブライドルロール間で張力をかけ、繰り返し曲げを加えることなく矯正することも行われているが引張力が過大であり、かつ両ブライドルロールで滑りにより材料表面に傷が付き易い。
【0003】
【特許文献1】特許第3440083号公報。
【非特許文献1】日本塑性加工学会編、矯正加工、コロナ社、1992年1月20日発行、P.90〜129。
【非特文献2】
日本鉄鋼協会発行講演論文集、材料とプロセス、2003年3月1日発行、Vol.16(2003)No.2 P.384〜387。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
以上述べた従来のテンションレベラーで矯正した材料は、内部に大きな残留応力があり、その後の加工、すなわち裁断、表面の溶解除去、熱処理等により残留応力が開放されるに従って再度変形し、例えば、材料の表面に印刷等をするとき不都合を生じていた。
【0005】
本発明は従来のテンションレベラーで矯正した材料の残留応力の問題を解決しようとするものであり、材料の平坦性の達成のみならず、残留応力が少なく、その後の加工において変形が少く使用しやすい材料に矯正できるテンションレベラーを得ることを目的とする。さらに矯正に必要な引張力をできる限り軽減できることが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するため本発明のテンションレベラーは、入側ブライドルロール、出側ブライドルロール並びに上記両ブライドル間に設置された加圧ユニットから成り立っている。加圧ユニットは材料の表裏面の全幅に亘り短い区間、高圧力をかけ、材料の長さ方向の抗張力を減らすことを目的とする装置である。出側ブライドルロールの周速は入側ブライドルロールの周速よりやや大きく両ブライドルロールには周速差がある。従って、上記入側出側両ブライドルロール間に巻き掛けた材料は引っ張られ、加圧ユニットを通過するとき、上記両ブライドルロールの周速差により決まる一定の延伸率で塑性延伸されて矯正される。
【0007】
本発明の加圧ユニットの目的は材料を入側出側両ブライドルロールの間で曲げないで引張矯正を行うためである。加圧ユニットが設置されていなかったときは、材料の延伸は入側ブライドルロールの出口から出側ブライドルロール入口までの材料の強度のばらつきによる抗張力が最も少ないところで集中して起こり、材料は全長に亘る一様な矯正はできない。加圧ユニットが設置されているときは、材料が加圧ユニットの中心部に入ると直ちに塑性延伸し、その瞬間矯正され、材料の進行に従ってその全長に亙りほぼ一様に矯正される。矯正過程に材料に曲げが加えられることがなく、矯正後の材料の残留応力は小さい。
【0008】
加圧ユニットには上下2本の円筒形金属製の中空ロールが材料を挟むように組込まれてでいる。その中空ロールの互いの押圧によって中空ロールの軸心に直角な円形断面がやや扁平に変形し、さらに材料との接触圧で中空ロール表面が変形して材料となじみ面接触する。材料は狭い長方形の接触面で中空ロールに加圧され、上記両ブライドルロールの張力と相俟って中空ロールの中心線位置で塑性延伸して、矯正目的が達成される。塑性延伸は材料の引張試験の歪み(横軸)ー応力(縦軸)曲線の勾配が小さくなって、なるべく零に近かずくまで延伸する。鋼では降伏点伸びがこの条件を満たしているので降伏点で延伸することが多い。加圧ユニットの材料に接するロールに中空ロールを用いる理由は中空ロールの形状の柔軟性にある。中実ロールは剛性が高く変形し難いので、材料とロール自身の極めて僅かの寸法誤差でも、材料とロールの接触圧に大きな差を生ずるため、材料に接するロールには使用できない。中空ロールの曲がりを抑制するため必要な場合は、バックアップロールを用いる。
【0009】
材料を矯正する時に必要な加圧ユニットの特性は塑性理論を用いて計算し推定できる。すなわち、中空ロール胴と材料の弾性係数、中空ロールの直径と圧下力の大きさからヘルツ接触理論を用いて接触応力を計算できる。中空ロールは円形断面がやや扁平に変形すると共に、ヘルツ応力による局部変形よって接触による接触弦幅と変形弧高さが計算できる。中空ロールの圧下力の強さと、中空ロールと材料間の摩擦係数から引張摩擦抵抗が計算できる。ここに引張摩擦抵抗とは材料が上記両ブライドルロール間で引張られ、中空ロールの中心線位置で塑性延伸するとき、中空ロールの入側、出側と材料の摩擦によって材料の延伸に抵抗する力である。この価が少ないほど材料が塑性延伸しやすいので、引張摩擦抵抗を減らすため中空ロール表面は強制潤滑する。また、材料の延伸と中空ロールとの接触圧力による材料幅の変化は拘束され、材料内に幅拘束力が誘起する。上記両ブライドルロールの間の矯正に必要な材料にかかる張力は材料の塑性せん断応力、材料の矯正位置の3主軸応力からミゼスの降伏条件を用いてて計算し推定できる。同時にこの張力は材料の厚さと幅、中空ロールと材料の弾性係数、材料の降伏点と加工硬化度、中空ロール圧下力とその直径及び中空ロールと材料間の摩擦係数の関数であり、加圧ユニットの仕様と材料の特性からその値を理論的に計算して推定できる。
【0010】
矯正する材料の耐力が抗張力に比して著しく低い場合には、入側ブライドルロール内で材料の伸長が始まり材料がブライドルロール表面を滑って傷が付く場合がある。この場合、入側ブライドルロールと加圧ユニット一対を追加し、ブライドルロール、加圧ユニット、ブライドルロール、加圧ユニット及びブライドルロールを連設し、2番目ブライドルロールを入側出側共用のブライドルロールとすれば、2台の加圧ユニットを通過する材料の張力に差をつけて階段的に強くすることができるのでこの問題が解決することができる。
【0011】
本発明のテンションテベラーで矯正した材料の残留応力は、残留応力が各種矯正機の中で最も少ないと評価されているストレッチャーレベラーで矯正した材料の残留応力に準ずる価でり、従来のテンションレベラーと比較して、残留応力が極めて少ないことが期待できる。すなわち矯正点で材料は曲応力がなく、加圧ユニットの加圧の強さはスキンパスミル等に比較して少なく、材料の矯正工程で比較的摩擦の介在も少ないからである。本発明のテンションレベラーで矯正した材料の残留応力は被矯正材の特性、テンションレベラーの仕様並びに運転方法により大きく変動するけれども、材料表面で15〜40MPaの圧縮応力、材料の中心で10〜20MPaの引張応力程度と計算される。本発明の矯正工程は連続で材料が長尺のまま行うので高能率である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下本発明の実施の形態を図1〜図5に示す。
図1は本発明のテンションレベラーであって、入側ブライドルロール5と出側ブライドルロール6の間に加圧ユニット1を置いて材料Sの表裏を圧縮し、材料Sを上記入側出側両ブライドルロール5,6間で引張って矯正を行う。矢印は材料Sの進行方向を示す。上記両ブライドルロール5,6は材料Sに強い引張力をあたえるため大小複数の大径ブライドルロール52、小径ブライドルロール53からなり、加圧ユニット1の前後は引張力が強いので材料の曲げによる降伏をさけるため大きい直径にする。押さえロール51は材料Sに入側ブライドルロール5と出側ブライドルロール6において初張力を与えるため設置される。材料Sが加圧ユニット1を通過するとき、材料Sを曲げることなく、入側出側両ブラドルロール5と6の周速差により決まる一定の延伸率で塑性延伸されて矯正が行われる。
【0013】
入側出側両ブラドルロール5,6の駆動系は(図面に表示されていないけれども)機械的又は電気的に結ばれていて上記両ブラドルロール5,6の間で材料Sの張力を介して動力の循環が行われる。入側ブライドルロール5は材料Sの進行を制動するので動力が上記駆動系に返還される。出側ブライドルロール6は材料Sを牽引すろので動力を消費し、その消費の大部分を入側ブライドルロール5から返還された動力によりまかなうため、上記駆動系は少ない動力を外部から供給することで運転できる。
【0014】
図2、図3は実施例1の加圧ユニット1を示す。加圧ユニット1には2本の円筒形の中空ロール3が組込まれ、さらに中空ロール3はバックアップロール4で支持されている。バックアップロール4の上バックアップロールチョック12は圧下装置21で押されているので、図4は中空ロール3を示し、そのロール胴31は変形しやすいようエンドプレート32で構成されている。加圧ユニットの稼動時には、ロール胴31はやや扁平に変形して材料Sと面接触する。材料Sは加圧されて長て方向の抗張力が減りより少ない延伸力で加圧ユニット1の中心位置で入出側両ブライドルロールの周速差により一定の伸び率で延伸され矯正目的が達成される。
図4は中空ロール3を示し、そのロール胴31は中空で変形しやすいようエンドプレート32で構成されている。
図5はバックアップロール4を示し、ロール胴41は中実であり、全体として剛性が高く中空ロール3をバアックアップして曲がりを防ぐ。
【0015】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば入側出側両ブライドルロールをピンチロール等他の牽引装置に交替することや、中空ロールの胴と軸の間にハブに代わってプラスチックスを充填する等、種々の変更、改良、組合せ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【産業上の利用可能性】
【0016】
テレビションのシャドウマスクや印刷する食物缶の薄板等で残留内部応力による形状不良が問題となっている。本発明のテンションレベラーにより処理された材料は、残留応力が少なく、かつ材料の平坦度が良いので、これらの製品の製造工程を改善し、歩留まり向上に役立つことが期待される。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】 加圧ユニットを用いたテンションレベラーの立面図
【図2】 加圧ユニットの立面図
【図3】 図2のA−A矢視断面図
【図4】 中空ロールの断面図
【図5】 バックアップロールの立面図
【符号の説明】
【0018】
1、加圧ユニット
3、中空ロール
4、バックアップロール
5、入側ブライドルロール
6、出側ブライドルロール
11、スタンド
12、上バックアップロールチョック
13、下バックアップロールチョック
14、中空ロールチョック
16、バックアップロールチョック保持板
17、中空ロールチョック保持板
18、中空ロールバランスシリンダー
19、バックアップロールバランスシリンダー
20、上連結はり
21、ロール圧下装置
22、下連結はり
31、中空ロール胴
32、中空ロールハブ
33、中空ロール軸受
34、中空ロール軸
41、バックアップロール
42、バックアップロール軸受
51、押さえロール
52、大径ブライドルロール
53、小径ブライドルロール
S、材料

【特許請求の範囲】
【請求項1】
入側ブライドルロールと、入側ブライドルロールの周速よりやや大きい周速の出側ブライドルロールがあって、帯板を上記両ブライドルロールに巻き掛けて、上記両ブライドルロール間で帯板を曲げないで、帯板の表裏面を一対の中空ロールにより加圧し、両ブライドルロールの周速差により帯板を塑性延伸して矯正することを特徴とするテンションレベラー。
【請求項2】
入側ブライドルロールと出側ブライドルロールの周速差と一対の中空ロールの相互押付け力を制御し、帯板を塑性延伸して矯正することを特徴とする請求項1記載のテンションレベラーの帯板矯正方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2009−34726(P2009−34726A)
【公開日】平成21年2月19日(2009.2.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−223240(P2007−223240)
【出願日】平成19年8月2日(2007.8.2)
【出願人】(598082031)クライテック株式会社 (2)
【Fターム(参考)】