JP6007252B2 - 金属ワイヤの欠陥を抽出除去する装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤドローイング（wire drawing）中または後に、金属ワイヤ、好ましくは鋼ワイヤの欠陥を抽出除去する装置に関する。当該装置は既存のワイヤドローベンチ（wire drawing bench）への付加物として実施することができ、またはリワインド中に傷、弱点、または他のワイヤ異常を検出するワイヤ巻取り機上に置くことができる。装置を動作させ、調節する方法も提供される。

金属ワイヤおよびより具体的には高強度（２５００Ｎ／ｍｍ^２より強い）細ゲージ（０．３０ｍｍより細い）鋼線が、あらゆる種類の用途において益々使用されている。その用途はもはや、例えば、鋼線がタイヤベルトにその剛性をまたはタイヤカーカスにその強度をもたらす、トラック用タイヤの補強用のスチールコードに限定されない。また、高強度細ゲージワイヤは、エレベータカートを持ち上げるのに使用されるベルトを補強するスチールコードに、同期ベルトを補強することなどの機械的用途に、およびさらにはソーイングワイヤとして貴重な硬質の脆性材料を鋸断することにも用途を見出している。

高強度かつ細ゲージで鋼線を作製することには特別な問題がある。（クレーンロープを作製するなどのための）低強度細ゲージワイヤの方が原料の傷に遙かに寛容である。例えば、ワイヤロッド内に存在する変形しない含有物の影響は、細い高強度ワイヤに対してよりも太い低強度ワイヤに対しての方が小さい。なぜなら、ワイヤの横断面全体に対して変形しない含有物により占められる領域が、細い高強度ワイヤよりも太い低強度ワイヤの場合がより少ないからである。そのような含有物はワイヤドローイング工程におけるワイヤ破壊によって製造ロスをもたらす可能性がある一方、当該ワイヤ破壊が発見されないまま通過し最終製品内に存在している場合に、より大きな影響を及ぼす可能性がある。ワイヤ端部がベルトの外に出始めるので、エレベータベルト内の壊れたワイヤが、例えばそのワイヤを有するベルトの早過ぎる寿命をもたらす可能性がある。ワイヤソーでは、ワイヤの予期せぬ破壊が、その工程の完全な停止および貴重な時間と材料の損失につながる。

したがって、出願人のモットーは「破断を自社内に留めること」、すなわち顧客またはエンドユーザが損失の問題や安全性の問題に直面することがないように、ワイヤの弱点がワイヤの製造中またはその直後に検出され、除去される方がよいということである。

ワイヤの内部または表面の傷を検出する（それらの殆どは磁気誘導測定に基づく）システムが利用可能であるが、これらのシステムは、問題がある場合にマークを付けるだけで、それを除去しない。除去は、その点での破損により全弱点を抽出除去するだけで最良に実施される。これは、試験デバイスを通して全長を連続的に走らせることにより、ワイヤをある試験長さに亘って最小試験張力に提示することにより実施することができる。次いで試験中に生じるあらゆる破断が、顧客またはエンドユーザが免れる破断である。

ワイヤがドローイング直後に「オンライン引張試験」に継続的にかけられる装置が記載されている。例えば特許文献１を参照すると、ワイヤは、滑車装置（block-and-tackle system）と同じように、１つは固定され１つは可動である２つの滑車に亘って誘導されている。自重作動システム、空気圧作動システム、または油圧作動システムにより、可動滑車に荷重がかけられ、結果的にワイヤに引張応力をもたらす。かけられる引張応力のレベルは、使用中にワイヤにかけられる張力（これは、ソーイングワイヤに関するので、鋸盤によりワイヤにかけられる張力である）とワイヤの破断荷重の最大約７０％までの間である。

同じ機械的原理の代替的使用が特許文献２に記載されている。力のレベルをワイヤの破断荷重の４０〜９０％に高めることにより、ワイヤの引張残留応力を低減することができると主張されている。

この種の滑車システムの問題は、それらがドローイングマシンまたはワイヤリワインダの背後に空間を必要とすることである。また、張力量を制御する張力制御システムが所望より多くの場所を占める。したがって、発明者らは、既存のドローベンチおよび／または巻取り機上に容易に組み込むことができかつ張力制御が容易でより占有面積が少ない解決策を探し求めた。

特開２０００−１６７６１８号公報 特開２００７−１１８０６７号公報

本発明の主要な目的は、欠陥が顧客またはエンドユーザまで到達しないように、その欠陥の所で破断（fracture）を生成することにより、ドローイングされた金属ワイヤ、好ましくは鋼線の欠陥を抽出除去する装置を提供することである。さらなる目的が、小型で既存のワイヤドローベンチおよび／または巻取り機上に容易に組み込むことができる装置を提供することである。別の目的は、制御が簡単なシステムを有することである。本発明の最後の目的は、装置を作動させる方法を提供することである。

本発明の第１の態様によれば、装置が特許請求されている。当該装置は２つのキャプスタンを含む。この用途のための「キャプスタン」は、円筒を考慮した、平坦な表面を有する滑車であり、ワイヤと表面との間の摩擦によりその上で走るワイヤに力を伝達するために、完全なまたは部分的なワイヤループが巻き付けられている。キャプスタンの平坦な表面は一定の直径を画定している。キャプスタンは、それらが固定してまたは回転可能に取り付けられている軸上で回転することができる。「固定して」は、軸とキャプスタンとの間で相対回転が不可能であることを意味し、「回転可能に」は、キャプスタンと軸との間で相対回転が可能であることを意味する。

装置は、第１軸に取り付けられかつ第１キャプスタン直径Ｄ１を有する第１キャプスタンと、第２軸に取り付けられかつ第２キャプスタン直径Ｄ２を有する第２キャプスタンとを含む。用語「第１」および「第２」は、「第１キャプスタン」は、使用中ワイヤが、可能性として滑車、プーリおよび他のデバイス上で、その後はワイヤが装置を離れる第２キャプスタンまでさらに移動する前に、ワイヤが最初に到達するキャプスタンでなければならないという意味の順序であることを示唆する。軸自体は回転可能であり、被駆動式または非被駆動式とすることができる。被駆動式は、基準系（frame of reference）から、回転原動力（すなわちトルク）が（例えば、直接駆動モータ、ベルト、ウォーム−ウォームギア、ギアボックス、または任意の他種のトルク伝達により）軸にかけられることを意味する。非被駆動式は、基準系に対して、例えば軸が軸受上に取り付けられているために、軸が常に自由に回転することができることを意味する。

使用中、軸は、第１軸はＷ１の（「１秒当たりの半径」で表される）角速度で、第２軸は第２の角速度Ｗ２で、（非被駆動軸の場合には）回転し、または（被駆動軸の場合には）回転させられる。角速度および直径は、ワイヤが存在しない状態で、第２キャプスタンの周速が第１キャプスタンの周速より大きいように、またはＤ２×Ｗ２／２がＤ１×Ｗ１／２より大きい、したがって、またＤ２×Ｗ２がＤ１×Ｗ１より大きいように、選択される。角速度は軸に別々に設定することができ、例えば、両軸が、定められた角速度Ｗ１およびＷ２を有する別々のモータで駆動される。両軸の角速度がＷ１：Ｗ２の固定ギア比で互いに連結されている場合がより好ましい。次いで、第１軸が角速度Ｗ１で駆動された場合、第２軸は角速度Ｗ２で回転し、逆もまた同様である。特定の好適な実施形態が、軸がどれも駆動されないが、両軸が固定ギア比Ｗ１：Ｗ２で互いに連結されている場合である。このようにして、装置は、それを通って引っ張られているワイヤで駆動されるスタンドアロンのユニットとして、既存のワイヤ経路内に導入することができる。

フィルタリング装置は、前記第１キャプスタンが第１軸に固定取付けされるか、または前記第２キャプスタンが第２軸に固定取付けされる一方、前記第２キャプスタンがトルク生成継ぎ手を介して前記第１キャプスタンに連結されている点で特徴付けられる。

装置の動作原理は以下の通りである：ワイヤがデバイスに進入すると、それはその周囲に巻き付いているワイヤループにより第１キャプスタン上に保持される。ワイヤは、ワイヤと第１キャプスタンの間で滑りが生じないように十分な張力で保持されている（さらに参照）。次いで、ワイヤは、周速（Ｗ２×Ｄ２／２）が第１キャプスタンの周速（Ｗ１×Ｄ１／２）より少なくとも大きい第２キャプスタンに誘導される。やはり、滑りが生じないように、十分なループが第２キャプスタンの周囲に巻き付いている。

仮に、第２軸と第２キャプスタンの間の連結が剛性であったなら、ワイヤに適用された伸長（（Ｗ２×Ｄ２／Ｗ１×Ｄ１）−１）ε_{ｆｉｘｅｄ}がもたらされたであろう。この伸長が、ワイヤの破断伸びＡ_ｔにおける最適の伸長より大きい場合には、ワイヤは簡単に破損したであろう。破断伸びＡ_ｔは、一般に、それほど大きくなく、通常は想定される鋼線種では３％未満なので、比Ｗ２×Ｄ２／Ｗ１×Ｄ１の非常に厳密な制御が必要とされる。

また、固定伸長を適用する場合、その適用は純粋に摩擦ベースであり、この摩擦はワイヤ特性、キャプスタンの表面と表面との状態、ならびにさらには温度および湿度などの環境条件に応じて変動する可能性があるという問題がある。キャプスタン上でのワイヤの冷却が、例えば、キャプスタンの適用された伸長に加わる熱収縮に繋がる。これは、例えば摩擦が安定しており（ワイヤが流体潤滑油中に浸漬されており、キャプスタンが冷却されており、一定の温度にある）かつドローダイス（drawing die）により伸長が課せられる、湿式ワイヤドローマシン（wet wire drawing machine）に起こることに反する。

発明者らは、意外にも、第１キャプスタンと第２キャプスタンの間にトルク生成継ぎ手を導入することにより、摩擦に対する感受性および比Ｗ２×Ｄ２／Ｗ１×Ｄ１により適用される伸長の制御の必要を大いに解消することを見出した。この継ぎ手の存在は、第１キャプスタンから第２キャプスタンへのワイヤ移動に対する一定の力を含み、もはやワイヤに一定の伸長を課さない。さらに、トルク生成デバイスの簡単な調節は、０より大きくＦ_{ｆｉｘｅｄ}より小さいかまたはそれに等しい任意の張力をワイヤにかけることを可能にし、Ｆ_{ｆｉｘｅｄ}はＡＥε_{ｆｉｘｅｄ}に等しく、ここで、Ａは横断面面積であり、Ｅはワイヤの係数である。

さらに付け加えると、比（Ｗ２×Ｄ２／Ｗ１×Ｄ１）−１は、ワイヤの総伸長Ａ_ｔより実質的に高く選択することができる。継ぎ手により生成されたトルクを固定継ぎ手のトルクより低く維持することにより、ワイヤに高過ぎる伸長が課せられるリスクがない。

トルク生成デバイスの存在により、第２キャプスタン上のワイヤの線速度が、第１キャプスタンの線速度より高くなる。この差は比Ｗ２×Ｄ２／Ｗ１×Ｄ１によって決まる。第２キャプスタン上のワイヤの線速度Ｖ２は、第１キャプスタン上のワイヤの線速度Ｖ１より若干高くなるだけである。線速度Ｖ２／Ｖ１の比は、伸長＋１（ε＋１）に等しく、伸長はワイヤの張力の結果である。そのため、使用中にワイヤが存在するか否かに関わらず、第２の線速度は第１の線速度より大きい。

トルク生成継ぎ手は、第１キャプスタンを第２キャプスタンに機械的に接続している軸、ベルトまたは歯車により形成される力の経路に沿った様々な場所に据えることができる。この力の経路は、使用中にワイヤにより形成される力の経路と釣り合っている。トルク生成継ぎ手に好適な位置が以下の通りである：
・ トルク生成継ぎ手が第２軸と第２キャプスタンの間に配置されている；
・ トルク生成継ぎ手が第１軸と第１キャプスタンの間に配置されている；
・ トルク生成継ぎ手が第１軸と第２軸の間に配置されている、または；
・ トルク生成継ぎ手が第１キャプスタンと第２キャプスタンの間に配置されている。

参照により、トルク生成継ぎ手は調節可能である。調節は個々のステップにおいてとすることができるか、または連続的とすることができる。

可能性のあるトルク生成継ぎ手は単純な摩擦継ぎ手であり、そこでは摩擦体（例えばリングの形の制動パッド）が、垂直の制御された力で制動ディスクに押し付けられる。ここでの問題が制動パッドの磨耗、生成される熱、および生成されるトルクを制御する難しさである。他のトルク生成継ぎ手が粉体継ぎ手であり、そこではトルクが、制御された垂直の力で共に押圧されたディスク間で粉体、通常は金属粉体で伝達される。粉体が強磁性体である場合、粉体の明らかな粘性を、例えば電磁コイル（電磁粉体継ぎ手）からの磁場により制御することができる。また、流体継ぎ手を使用することができ、いくつかのディスク対（例えば、キャプスタンに接続されている偶数ディスク、第２軸に接続されている奇数ディスク）の間の流体がトルクを伝達する。これは、粘度（粘性流体継ぎ手）の変化に因るか、または羽根車−ランナータービンの組合せによる運動量の変化に因るかのどちらかであり得る。

しかし、最高に好適な継ぎ手が磁気継ぎ手である。磁気継ぎ手では、例えば軸に固定されている、ネオジム−鉄ベースまたはサマリウム−コバルトベースの磁石などの現在の高性能磁石である、交番極性（alternating pole）永久磁石のリングが、間隙により、対応するキャプスタン駆動孔に固定されている交番極性磁石のリングから分離されている。トルクが軸またはキャプスタンのどちらかに作用する場合、このトルクは磁場によりキャプスタンおよび軸それぞれに伝達される。磁石数は伝達の円滑性を決定する（磁石が多いほど円滑である）。永久磁石の磁場強度が距離で急速に低下するので、伝達されるトルク量は間隙の幅に左右される。したがって、生成されるトルクの調節は、間隙の簡単な調節により達成される。したがって、磁気継ぎ手を最も好適な継ぎ手にする垂直力の制御は必要ない。間隙内には、真空、または空気、または流体、または分離ディスクもしくは分離ブッシングが存在してもよい。

基本的に２つの設計がある：軸方向設計があり、磁力線が回転軸に平行に走っている（その場合、磁石がディスク上に配置されている）か、または半径方向設計があり、磁石の磁力線が径方向に走っている。その場合、磁石リングは一方が他方の中に取り付けられている。半径方向設計は軸とキャプスタンの間の継ぎ手の容易な取付けを可能にするので、それが最も好適である。

軸は互いに平行な平面内に配置されていることが好ましい。より好ましいのは、軸が互いに平行である場合である。あるいはまたはさらに、キャプスタンの表面上に到達しているワイヤおよびそれから離れるワイヤが軸に垂直な平面内にあるように、軸とキャプスタンとが組織されている場合が好ましい。軸が平行である場合、これは、もし（プーリまたはローラなどの）偏向器がワイヤ経路内に存在しないとすれば、両キャプスタンが同一平面内に配置されていることを示唆している。これにより、ギアをキャプスタンの平面に平行な平面内の軸間に配置することができるので、両軸間の固定ギア装置がより容易になる。また、軸は同軸とすることができすなわち一方の軸が他方の軸の内部にあり、他方の軸は中空シャフトの形を取っている。

最も好適な実施形態が、第１軸および第２軸が合体し、全く同一のものである場合、すなわち軸が１つしかない場合である。この第１の利点が、当然、軸を省くことである。第２の利点が、ギア比Ｗ１：Ｗ２が１：１に自動的に固定されることである。第３の利点が、空間が省かれることである。第４の利点が、このようにして、フィルタリング装置を備えて、ワイヤドローベンチおよび／またはワイヤ巻取り機などのキャプスタンが既に存在する既存のマシンを改造することが可能になることである。この単一軸は被駆動式または非被駆動式とすることができる。被駆動式の軸を、例えばワイヤドローキャプスタンまたは巻取り機キャプスタンの駆動軸とすることができる。特に好適な実施形態が、この単一軸が非被駆動式である場合である。次いで、装置を、スタンドアロンのユニットとしてワイヤ経路内に導入することができる。次いで、装置は、それを通って引っ張られているワイヤにより駆動され、依然として欠陥フィルタとして機能しているままである。

この単一軸実施形態においてワイヤを第１キャプスタンから第２キャプスタンまで案内するために、１つまたは複数の反転ローラをワイヤ経路内に導入することができる。１つの反転ローラが原理上十分である。反転ローラ上で、ワイヤが第１キャプスタンから第２キャプスタンまで誘導される。反転ローラは、ワイヤに逆曲げが誘発されないように導入されることが好ましい。したがって、その経路上のワイヤを辿っている場合、曲がりは常に同一方向にある。逆曲げがワイヤに捩れを導入する可能性がある。

さらなる張力制御を、反転ローラを制動または駆動することにより導入することができる。反転ローラがＷ１×Ｄ１／２より大きい線速度で駆動された場合、ワイヤは、第１キャプスタンと反転ローラの間でさらにぴんと張られ、反転ローラと第２キャプスタンの間の張力は低下する。あるいは、反転ローラは制動することができ、その場合、反転ローラと第２キャプスタンの間の張力は増大する一方、第１キャプスタンと反転ローラの間の張力は低下する。

良好な代替的実施形態が２つのローラが存在する場合である。第１ローラは第１キャプスタンに関連しており、第２ローラは第２キャプスタンに関連している。両ローラは互いに独立して回転することができる。ローラの機能は、キャプスタン上のその後続のループが互いに干渉するであろうことを防止することである。ワイヤループをローラおよび関連するキャプスタン上にかけることにより、単一のキャプスタン上の後続のループが広がり、走行中に互いを妨げない。この広がりは、さらに、単一軸に対して小角度下に反転ローラ軸を置く（が両方とも依然として同一平面にある）ことにより影響を受ける可能性がある。

さらに好適な実施形態では、整直デバイス（straightening device）が装置のワイヤ経路内に導入される。整直デバイスまたは「ストレートナ」が、実質的に単一の平面にある一連の溝付きローラであり、その平面での反復逆曲げがワイヤ上に望ましい残留応力を誘発する。ストレートナを使用する目的が多様である可能性がある：それらは、ワイヤに一定の撓み（撓みは、自由に懸下された場合にワイヤにより取り入れられる全体的な湾曲である）をもたらすために、または正反対に、ワイヤを真っ直ぐにするために、導入することができる。また、それらを使用して、ワイヤ上の残留内部応力に影響を及ぼすことができる。表面における圧縮応力が、例えば、ワイヤの耐疲労性を向上させることが既知である。その点に関して、米国特許第４，６１２，７９２号を参照されたい。別の用途が、基準平面の若干上方または下方に溝付きローラを置くことにより、ワイヤまたはさらにはコード上に捩れを誘発することである。ストレートナは通常、組み合わせられる：異なるストレーナが基準平面間に角度を有して直列に置かれる（例えば、垂直）一方、ワイヤはこれらの平面の交線に沿って実質的に揃えられる。

ストレートナの機能は込み入っており、複雑である。しかし、ストレートナの適正な機能にとって重要なパラメータが、それを通って走っているワイヤの張力が一定でかつ好ましくは制御可能でなければならないことである。これは記載されている装置で達成される。ストレートナを第１キャプスタンと第２キャプスタンの間のワイヤ経路内に置くことにより、その機能は大いに向上し、変化する傾向が少ない。

ワイヤ経路は複数の区域に分割することができる。（もしあれば）反転ローラ上に伸ばされている可能性がある第１キャプスタン上のワイヤループである進入区域がある。「進入区域」内のワイヤは、ワイヤの進入張力Ｔ_１（すなわちキャプスタンの前の張力）で進入し、張力は、「張力区域」の張力Ｔ_２まで上昇する。「張力区域」は、ワイヤが第１キャプスタンを離れ、第２キャプスタンに到達し、それにより反転ローラを通過する可能性がある所である。「張力区域」では、張力はトルク生成継ぎ手により誘発された張力であり、制御される。最後に、ワイヤは「出口区域」のループを通って出る。「出口区域」では、ワイヤは張力Ｔ_２で進入し、Ｔ_２より高い可能性があるがそれより低いことが好ましい出口張力Ｔ_３で出る。出口区域は、反転ローラ上に伸ばされている可能性があるワイヤが第２キャプスタンに進入した場合に開始し、そのキャプスタンから抜け出る。

ストレートナを進入区域、張力区域、または出口区域内に配置することができる。そこでは張力が安定しておりかつ制御可能であるので、ストレートナは張力区域内に配置されることが好ましい。進入区域内では、張力は、Ｔ_１とＴ_２の間で変動する可能性があり、ループの位置およびキャプスタンに対するワイヤの摩擦によって決まる。進入区域の端部に近接するループはＴ_２により近く、進入区域の開始の所のループはＴ_１に近い張力を有する。同じことは、変更すべきことは変更して出口区域でも起こる。張力は、ループの位置およびキャプスタンに対するワイヤの摩擦に応じてＴ_２とＴ_３間で変動する可能性がある。

ストレートナが張力区域内に配置されている場合、ストレートナを通してワイヤを容易にかけるために反転ローラを付加する必要がある可能性がある。

本発明の第２の態様によれば、前述のフィルタリング装置を含むワイヤドローベンチが設けられている。そのようなワイヤドローベンチは、（ドローダイスを通して引っ張られる（pull through）場合に粉末石鹸を活用してワイヤを潤滑化する）乾式ドローベンチとすることができるか、または（ダイス保持器内のダイスが液体潤滑油内に浸漬されている）湿式ドローベンチとすることができる。どちらの場合にも、十分な量の摩擦が装置の正確な機能に重要であるので、フィルタリング装置は最後のドローダイス（この用途のために、「最後のドローダイス」は最小直径を有するダイスである。類義語が「ヘッドダイス（head die）」である）の後にかつ潤滑の外側に配置される。

特に好適な実施形態が、第１キャプスタンが、最後のダイスすなわちヘッドダイスを通して最終旋回径でワイヤを引っ張る最後のダイスすなわちヘッドキャプスタンに続くドローキャプスタンに対応する場合である。次いで、第１軸は、ヘッドキャプスタンの軸に対応している。第２キャプスタンは、第１軸に対して固定ギア比で回転している第２軸上に取り付けられていてもよい。または、さらにより好適であるのは、第２キャプスタンもまた、ヘッドキャプスタンの軸である第１キャプスタンの軸上に取り付けられている場合である。

本発明の第３の態様によれば、本発明の第１の態様によるフィルタ装置を含む巻取り機が特許請求されている。巻取り機は、一般に、（ワイヤを供給する）供給部（pay-off section）と（キャリア上にワイヤを巻き取る）巻取りユニットとを有する。フィルタ装置は既存の巻取り機に容易に組み込むことができる。特に好適な実施形態では、機器を作動させるのに駆動が不要である。キャプスタンは、引っ張られるワイヤにより回転するように作製されている。当然、最終巻取りユニットは、十分な電力を供給してキャプスタンを回転させること、トルク生成継ぎ手により生成されるトルクを克服することができなければならない。

本発明の第４の態様によれば、本発明の第１の態様による装置を使用することにより、鋼線から欠陥を抽出除去する方法が記載されている。第１に、試験下のワイヤが、例えば張力Ｔ_１で、（供給スプールから、ワイヤの生成または処理で知られているドローベンチまたは任意の他のデバイスから）当該装置に供給される。ワイヤは、第１の１つまたは複数のループで第１キャプスタンの周囲にかけられている。ワイヤがキャプスタン上のその出発点に戻り着くと、１つのループが完全である。ワイヤ経路内にストレートナがある場合、ワイヤはそのストレートナを通して誘導することができる。次いで、ワイヤは、第２の１つまたは複数のループで第２キャプスタン上にかけることによりその経路に従う。ワイヤは、張力Ｔ_３で第２キャプスタンから引き出される。第１キャプスタンと第２キャプスタンの間のワイヤ経路（「張力区域」）内では、ワイヤはＴ_２の張力下にある。これは「試験張力」であり、その値は、単にトルク生成継ぎ手を調節することにより調整することができる。

ストレートナデバイスが存在する場合、ワイヤを通して引っ張るのにいくらかの力が必要なので、この試験レベルは、ストレートナに進入する前よりもワイヤがストレートナを通過した後に若干大きくなる。とにかく、そのような偏差はかなり小さい。

ワイヤ上で誘発される試験張力レベルに応じて、様々な結果が達成され得る。試験張力がそのさらなる使用中にワイヤにかけられるワイヤ張力より大きい場合、ワイヤは、欠陥からその使用、要するに第１の有利な使用に十分な程度までフィルタリングされる。例が、マルチワイヤ鋸盤内のソーイングワイヤにかけられる２５Ｎ張力である。試験張力を３０Ｎに設定することにより、既に実質的な欠陥フィルタリングがもたらされる。例えば、試験張力は、ワイヤの破断荷重の２０％または３０％またはさらには４０％より大きく設定することができる。ワイヤが、それらの破断荷重の、殆どのワイヤでは最大約７０％まで、いくつかのワイヤでは最大８０％まで、高引張ワイヤでは最大９０％まで広がるその弾性域内に留まっている限り、フィルタリング効果を除いて、ワイヤ上に特別な変化は誘発されない。

第２の有利な使用が、フィルタリング効果に加えて、試験張力がワイヤの塑性域（すなわち、殆どのワイヤでは７０％より大きく、いくつかのワイヤでは８０％より大きく、特別なワイヤでは９０％より大きい）内にある場合に起こり、ワイヤの変化が誘発され得る。例えば、ワイヤの撓みが修正される可能性がある。別の有利な使用が、ワイヤの残留内部応力を変更することである。ストレートナと組み合わせられた場合、課せられた引張応力に曲げ応力を加えることにより、ストレートナがワイヤ横断面の部分を持ち上げて可塑性にする可能性があるので、この撓み効果または残留内部応力効果がより容易に達成され得る。

装置の正確な動作または方法にとって重要なのは、前記第１の１つまたは複数のループの数および前記第２の１つまたは複数のループの数が、使用中にワイヤと第１キャプスタンの間でかつワイヤと第２キャプスタンの間で滑りが生じないように十分であるべきことである。キャプスタン上の滑りは、一般に、オイラーの摩擦公式によりモデル化されている：キャプスタンＴ_ｏｕｔでの出口張力がＴ_ｉｎ・ｅ^−μθより大きく保持されている場合、ここで、Ｔ_ｉｎはワイヤがキャプスタンに進入する所の張力であり、μは角度摩擦係数（累乗根^−１）であり、θは総接触角（累乗根、１つのループは２πに対応している、「接触」はワイヤとキャプスタンの間にある）であり、滑りは生じない。この基準を第２キャプスタン（Ｔ_２に対するＴ_３）および第１キャプスタン（Ｔ_１に対するＴ_２）に適用することにより、必要な数のループがもたらされる。原則として、出口張力が通常は最低なので、第２の１つまたは複数のループ数は、第１の１つまたは複数のループの数より大きい。

摩擦係数「μ」は十分に高いべきであるので、キャプスタン上での減摩剤（潤滑油、オイル、ワックス等）の使用はなんとしても回避されなければならない。

第１の１つまたは複数のループは、第１キャプスタンと少なくとも１つの反転ローラの間で分割される可能性がある。次いでワイヤとキャプスタンの間の接触角が縮小するので、第１の１つまたは複数のループ数は同時に適合されなければならない。あるいはまたは同時に、第２の１つまたは複数のループは、第２キャプスタンと少なくとも１つの反転ローラとの間で分割される可能性がある。第２の１つまたは複数のループ数は付随して適合されなければならない。

前述の装置を使用する方法が以下の：
・ 試験される、鋼線などの金属ワイヤを供給するステップと、
・ 前記ワイヤを第１の１つまたは複数のループで第１キャプスタンの周囲にかけるステップと、
・ 自由選択で前記ワイヤがストレートナを通して誘導されるステップと、
・ 前記ワイヤを第２の１つまたは複数のループで前記第２キャプスタンの周囲にかけるステップと、
・ 前記装置から前記ワイヤを引き出すステップと
を含み、当該方法において、
トルク生成継ぎ手は、前記第１キャプスタンから前記第２キャプスタンまで進む場合に前記ワイヤ上に一定の試験張力が誘発されるように調節される
ことを特徴とする、方法。

本方法は、前記トルク生成デバイスが前記ワイヤの破断荷重の少なくとも２０パーセントの試験張力を誘発するトルクに調節されるという特徴により、さらに補完することができる。

第１の１つまたは複数のループの数および第２の１つまたは複数のループの数が、ワイヤと第１キャプスタンとの間でかつワイヤと第２キャプスタンとの間で滑りが生じないように十分である、上記２つの方法。

第１軸と第２軸とが、前記第１の１つまたは複数のループが前記第１キャプスタンと前記少なくとも１つの反転ローラとの間で共有されているという特徴をさらに有して合体しており、かつ前記第２の１つまたは複数のループが前記少なくとも１つの反転ローラと前記第２キャプスタンの間で共有されている装置を使用する、上記３つの方法。

部分的に好ましい方法が、キャプスタンが、引っ張られているワイヤにより駆動される場合である。

ワイヤドローマシンの先行技術のヘッドキャプスタンの図である。 本発明の第１の好適な実施形態の図である。 ストレートナを含む、本発明の第２の好適な実施形態の図である。 トルク生成継ぎ手の異なる取付けを有する、本発明の第３の好適な実施形態の図である。 本発明の作動原理の図である。

図１は、ワイヤドローベンチ１００上のヘッドキャプスタンを概略的に示す。ヘッドダイス１０４から出るワイヤ１０２は、ヘッドキャプスタン１０６および反転ローラ１０８上のループ内に案内される。ヘッドキャプスタンは、被駆動軸１２４上に固定取付けされている。また、反転ローラ１０８は、測長ホイール（length counter wheel）のような他の機能を有し得る。いくつかのループの後、ワイヤは滑車１１０上でマシンを離れる。ループ数は、ヘッドダイスを通してワイヤを引き抜くのに必要な力を克服するのに十分である。

図５は、２つの軸を備えた実施形態における装置５００を示す。ワイヤ５１８は、第１キャプスタン５０４上で装置に進入する。ワイヤ５１８は、第１の１つまたは複数のループで第１キャプスタンの周囲にかけられている。第１キャプスタン５０４は、第１軸５０２に固定接続されている。第１キャプスタン５０４は、２×Ｒ_１に等しい直径Ｄ１を有する。この例では、第１軸５０２が駆動される。ワイヤ５１８は、第２キャプスタン５０８までその進路に従う。やはり、ワイヤは、第２の１つまたは複数のループで当該キャプスタン上を巡る。第２キャプスタン５０８は、２×Ｒ_１に等しい直径Ｄ２を有する。

第２キャプスタン５０８が連結されている第２軸５０６は、軸５０６が固定接続されている歯車５１６により駆動される。歯車５１６は、その回転において軸５０２およびしたがってキャプスタン５０４にも固定接続されている歯車５１４と噛合している反転ホイール５１２と噛合している。反転ホイール５１２は、両キャプスタンが等しい方向に回転するように導入されている。万一歯車５１４と５１６とが直接噛み合った（反転ホイールがない）場合、ループの掛けは所望されないワイヤの破断を招くであろう。

第２歯車５１６上の歯数は第１歯車５１４上の歯数より少なく、それにより第２軸の角速度Ｗ２を第１軸の角速度Ｗ１より大きくする。そのため、Ｄ１がＤ２に等しかったとしても、Ｗ１×Ｄ１がＷ２×Ｄ２より小さいという条件は依然として満たされると考えられる。本実施形態では、Ｒ_１は意図的にＲ_２よりいくらか小さく選択されていることにより、比Ｗ２×Ｄ２／Ｗ１×Ｄ１を、試験下でワイヤ５１８の破断Ａ_ｔにおける伸長より上に大きくする可能性がある。

第１キャプスタン５０４の第２キャプスタン５０８への連結は、例えば摩擦ディスク継ぎ手であるトルク生成継ぎ手５１０を介している。本実施形態では、当該継ぎ手は、第２キャプスタンと第２軸の間に配置されている。継ぎ手は垂直摩擦力の増大により調節可能である。第１キャプスタンから第２キャプスタンへ架かっているワイヤの伸びは、継ぎ手により制御可能な試験張力Ｔ_２に晒されている。Ｔ_２より低い局所制動荷重を有するワイヤの任意の欠陥が除去される。試験張力は、例えばワイヤ張力メータ（例えば、Hans-Schmidt）により測定することができる。異なる張力に関して測定された場合、摩擦継ぎ手の調節は、試験張力を設定するのに用いることができる。

第２の１つまたは複数のループ数ｎ_２は、滑りが生じないすなわちＴ_３（出口張力）がＴ_２×ｅｘｐ（−μ・ｎ_２・２π）より大きいように選択される。同様に、第１の１つまたは複数のループ数ｎ_１は、第１キャプスタン上で滑りが生じないすなわちＴ_２（出口張力）がＴ_１×ｅｘｐ（−μ・ｎ_１・２π）より大きいように選択される。Ｔ_１は進入時のワイヤの張力である。

図２は、既存のワイヤドローベンチ上で実施される、フィルタリング装置２００のより実践的な実施形態を示す。やはりヘッドダイス２０４に続くヘッドキャプスタンである第１キャプスタン２０６が、ドローベンチのモータにより駆動される駆動軸２２４上に固定取付けされている。ワイヤ２０２の第１の１つまたは複数のループは、キャプスタン２０６と反転ローラ２０８との間で共有されている４つのループで反転ローラ２０８上にかけられている。第５のループで、ワイヤは、同じ駆動軸２２４上に取り付けられている第２キャプスタン２１２へ移動する。第２キャプスタンは、間に軸受２３０を用いて軸２２４に取り付けられている。したがって、軸が１つだけあるので、Ｗ１はＷ２に等しい。そこから、ワイヤは、約１２ループについて第２キャプスタン２１２および第２の反転ローラ２０８’上で分割される。第２の反転ローラ２０８’は、第１反転ローラ２０８から独立して回転する。第２キャプスタン２１２は、この場合はトルクレベルを確実に設定することができるように指示目盛りを備えた、調節が容易な径方向磁気継ぎ手であるトルク生成継ぎ手２１４を介して、第１キャプスタン２０６に連結されている。トルク生成デバイスは、本実施形態では、第１軸と同一である第２軸と、第２キャプスタンの間に配置されている。

図３に示されているさらなる実施形態では、図２の実施形態は、ワイヤ経路の張力区域内すなわちワイヤが第１キャプスタンから第２キャプスタンへ移動する所に存在するストレートナデバイス３１８を備えて完成されている。図では、同様の部分が同様のユニットおよび１０個の数字で確認される。付加的反転ローラ３１６が、ストレートナ３１８が都合良く取り付けられることを可能にするために導入されている。ストレートナを通過するワイヤ３１２は、一定の試験張力に保たれている。さらに、ストレートナの逆曲げの反復は、ワイヤにさらなる曲げ応力を誘発し、それはワイヤ上の欠陥点を抽出除去することをさらに助ける。

図４では、トルク生成継ぎ手の代替的配置が示されている。装置はやはり単一軸装置であり、第１キャプスタン４０６および第２キャプスタン４１２はどちらも、同一の軸４２４を共有している。ここで、第２キャプスタン４１２は軸４２４に固定接続されている一方、第１キャプスタン４０６は、軸受４３０により軸４２４に回転接続されている。この実施形態では、トルク生成継ぎ手４１４は、第１キャプスタンと第２キャプスタンの間に配置されている。

記載されている様々な実施形態では、キャプスタンはやはり、第１軸を駆動することによってではなく、張力Ｔ_３で第２キャプスタンから引き出されているワイヤにより駆動することができる。実際には、十分なループが第２キャプスタン上に存在する場合、装置を駆動する張力Ｔ_３は、磁気継ぎ手２１４、３１４、４１４により設定されている誘発された試験張力Ｔ_２より低く、ワイヤの滑りを防止する。トルク生成継ぎ手がより高く設定されるほどＴ_２は高く、より多くのループが第２キャプスタン４１２の周囲になければならない。詳細には、図４による実施形態は、原動力が第２キャプスタンを通って進入しかつトルク生成継ぎ手により第１キャプスタンへ伝達されるという点で、スタンドアロンのデバイスとして使用されることに適している。

Claims (14)

1. 金属ワイヤの欠陥を抽出除去する装置であって、
   第１軸上に取り付けられている第１キャプスタンと、
   第２軸上に取り付けられている第２キャプスタンと、
   を含み、利用中に前記第２キャプスタンの外周速度が前記第１キャプスタンの外周速度より大きいものにおいて、
   前記第１キャプスタンが前記第１軸に固定取付けされ、かつ／または、前記第２キャプスタンが前記第２軸に固定取付けされる一方、前記第２キャプスタンは、トルク生成継ぎ手を介して前記第１キャプスタンに連結されており、
   前記トルク生成継ぎ手は、摩擦ベースの継ぎ手、粉体継ぎ手、磁気継ぎ手、流体継ぎ手、油圧継ぎ手を含む群の１つであることを特徴とする、装置。
2. 前記トルク生成継ぎ手は、前記第２軸と前記第２キャプスタンの間にまたは前記第１軸と前記第１キャプスタンの間に配置されている、請求項１に記載の装置。
3. 前記トルク生成継ぎ手は前記第１軸と前記第２軸の間に配置されている、請求項１に記載の装置。
4. 前記トルク生成継ぎ手は前記第１キャプスタンと前記第２キャプスタンの間に配置されている、請求項１に記載の装置。
5. 前記トルク生成継ぎ手により生成されるトルクは調整可能である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記第１軸は前記第２軸に平行である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記第１軸と前記第２軸とは同軸である、請求項６に記載の装置。
8. 前記第１軸と前記第２軸とは同一であり、前記第２キャプスタンの直径Ｄ２は、前記第１キャプスタンの直径Ｄ１より大きく、前記装置は、前記ワイヤを前記第１キャプスタンから前記第２キャプスタンへ案内する１つまたは複数の反転ローラをさらに含む、請求項７に記載の装置。
9. 前記１つの反転ローラは、使用中に前記第１キャプスタンと前記１つの反転ローラの間の前記ワイヤ上の張力レベルを制御するために駆動されるかまたは制動される、請求項８に記載の装置。
10. 前記１つの反転ローラは前記第１キャプスタンに関連しており、第２反転ローラは前記第２キャプスタンに関連しており、前記第１反転ローラと前記第２反転ローラとは独立して回転可能である、請求項８または請求項９に記載の装置。
11. 前記装置のワイヤ経路内に取り付けられている整直デバイスをさらに含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記整直デバイスは、前記第１キャプスタンから前記第２キャプスタンへの前記ワイヤ経路内に取り付けられている、請求項１１に記載の装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の装置を含み、前記第１キャプスタンは、前記ワイヤドローマシン上で最後のダイスに続くドローキャプスタンである、ワイヤドローマシン。
14. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の装置を含み、前記第１および第２キャプスタンは、引っ張られているワイヤにより駆動可能である、巻取り機。

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