JPS6330264B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は概略的に連続的な形成工程から巻取り
装置への生成時の連続的フイラメントの先導部の
張力付与に関し、詳細には高速連続鋳造工程で移
動する焼入れ面を離れて高速で移動する連続的金
属フイラメント、特にガラス性合金ストリツプの
先導部の巻取器による張力付与に関する。

ガラス性合金はその多結晶形を特徴づける特性
に比較してその特異な物理的特性により多大な技
術的関心を生ずるものである。このような物質の
性質及びその特徴についての概説はJ.Jギルマン
（Gilman）による「金属性ガラス（metallic
glasses）」、28：5Physics Today（今日の物理学）
（1975）に与えられている。H.チエン（chen）及
びD.ポルク（polk）の1974年12月24日に発行さ
れた「新規な非晶質金属……（novel
amorphous metals……）」という名称の米国特
許3856513号明細書に代表的な例が示されており、
ここで参照に付すものである。「ガラス性金属
（glassy alloy）」という用語は液体状態から、典
型的には約50％以下の結晶性を有するほぼ非晶質
の固体状態まで急速に焼入れされる金属及び合金
について言うものであり、「非晶質金属合金
（amorphous matal alloy）」及び「金属性ガラ
ス（metallic glass）」のような用語の同義語と
している。ガラス性合金は文献によく記載されて
いる。広範な背景について「金属性ガラス
（metallic glasses）」、米国金属協会（Omerican
Society For metals）（1978）を参照されたい。

ガラス性合金の連続的フイラメントを製造する
とき、ここに参照として付すT.ナラシマン
（Narasimhan）の1978年３月６日に発行された
「金属製ストリツプの連続鋳造法（Continuous
Castiny method for metallic Strips）」という
名称の米国特許第4142571号明細書に体表的に示
されるように、加圧された貯槽から押出しノズル
を通じて高速回転焼入れ面に溶融合金を押出すこ
とにより、適当な溶融合金が極端な焼入れ速度、
通常少くとも約10⁶℃／secで焼入れされるのが典
型的である。このようなフイラメントは必ず細
く、フイラメントの横方向寸法及び断面に関しあ
る程度の選択がなされるけれども、典型的には実
質的な結晶化を防ぐための極端な熱伝達の必要性
により約25ないし100ミクロメータである。かく
して「フイラメント」という用語は針金状フイラ
メントと共に幅の狭いストリツプ及び幅広いスト
リツプを含むものとする。

商業的にはここに参照として付すS.キヤベツシ
（Kavesh）の1976年２月17日発行された「連続的
金属フイラメントを製造するための装置
（Apparatus For Production of Continuous
metal Filaments）」という名称の米国特許第
3938583号明細書に代表的に示されるように、生
成時のフイラメントをその鋳造工程で巻取るのが
望ましい。しかしながら生成時のフイラメントを
鋳造工程で巻取り始めるのは少なくとも２つの理
由で特に困難である。第１に線形鋳造速度は高
く、典型的には毎分1000ないし2000メートル（毎
時37ないし75マイル）である。鋳造工程から巻取
機への生成時フイラメントに張力付与するため
に、高速フイラメントの先導部は回転焼入れ面を
離れるときに把持され巻取器に移されなければな
らない。張力付与は迅速かつ正確になされなけれ
ばならず、そうしないとフイラメントのもつれ部
分が急速に蓄積してゆく。第２に張力付与の間に
フイラメントにかかる張力は限度内に維持されな
ければならない。この張力はフイラメントの破壊
的な振動（過度の「揺動（flutter）」）を実質的に
減衰させるのに十分でなければならないが、焼入
れ作用を損壊させるほどであつてはならない。

高速フイラメントの張力付与において吸引器を
用い、それにより移動するフイラメントの先導部
がその後にフイラメントを巻取器へ移動させるよ
うに吸引器のノズルに引通されるようにすること
は従来行なわれている。この方法にはいくつかの
欠点がある。第１にこの工程は通常手動でなされ
る。第２にこのような吸引器によつて生ずるノイ
ズ・レベルはすぐ近くで100dBを超えることがよ
くある。第３に吸引されるフイラメントの幅に実
際上限度があり、これは金属フイラメントについ
て大体８ないし10cmである。第４に吸引器を通る
乱流によりフイラメントに振動が生ずる。

高速連続鋳造工程から生成後の巻取器まで直接
連続的に形成されたフイラメントに張力付与する
際の従来の手法のこれらの欠点は、迅速、自動
的、正確かつ比較的静かな方法で、またさらに複
雑なフイードバツク制御をせずに張力付与の間フ
イラメント張力の制御を可能にする方法でこのよ
うな張力付与をなす本発明により克服される。

本発明は直接高速連続形成工程から生成後の巻
取機への急速に前進するフイラメント、特にガラ
ス性合金ストリツプの自動的張力付与を与えるも
のである。このような張力付与は、急速に前進す
るフイラメントの先導部を２つの反対方向に回転
するブラシロールの挾持部に係合させ、それから
この状態で巻取器まで移動させてフイラメントを
巻取り面に載置し、そのときにフイラメントが自
動的に作動する切断把持機構により巻取器に固着
されて生成時のフイラメントの巻取りが行なわれ
るようにすることによりなされる。

連続的形成操作部から回転巻取車への急速に前
進する生成時のフイラメントの張力付与をなすた
めの本発明の方法は (a) 前進するフイラメントの素片のすべり摩擦張
力を生ぜしめるのに十分な程度にフイラメント
の速度を越える周速度を有する、２つの反対方
向に回転するブラシロールの挾持部にフイラメ
ントの先導部を通過させ、 (b) フイラメント素片を回転する巻取り面に載置
するように巻取車上を通る所定の経路に沿つて
ブラシロールを移動させ、 (c) フイラメントをその巻取面上に接する弧内で
切断し、前進するフイラメント素片の先導部を
巻取り面に固着し、前進するフイラメントの巻
取りが行なわれるようにする ステツプからなる。

ステツプ(a)はさらに、ブラシロールの面と前進
するフイラメントとの間の速度差に従い、またフ
イラメント・ブラシの接触相互作用の程度に従つ
て、ブラシロールにより前進するフイラメントに
かかる張力を選定することを含むのが望ましい。

連続的形成操作部から回転巻取車への急速に前
進する生成時のフイラメントの張力付与を行なう
ための本発明の装置は (a) フイラメントを挾持部に通し前進するフイラ
メント素片に張力をかけるようにした、選定可
能な干渉度及び対向回転の速度を有する２つの
挾持ブラシロールと、 (b) 該ブラシロールを巻取車上を通る所定の経路
に沿つて移動させてフイラメントの素片を載置
するための移送手段と、 (c) フイラメントを巻取り面で切断し、前進する
フイラメントの素片を巻取り面に固着するため
の把持手段 との要素からなる。

さらに詳細な説明は以下に図示の実施例を参照
してなされる。

詳細に図面を参照すると、第１図において、ガ
ラス性合金フイラメントを連続鋳造するための典
型的な従来技術による装置が本発明の一般的使用
を指摘するために示されている。溶融合金が加熱
機素２を設けたるつぼ１に入つている。不活性ガ
スでるつぼを加圧するとるつぼの底部のノズル９
を通じて溶融合金の流れが回転焼入車３上に押出
される。凝固した、移動するフイラメント４は焼
入車からの分離点の後に巻取車５上に送られ、巻
取車５にはフイラメントにかかる巻取り張力を調
整するためトルク制御装置（図示せず）を設けて
もよい。

従来のように巻取りを始めるため、吸引器（図
示せず）を用いてフイラメントが張力付与され、
それにより前進するフイラメントの先導部が吸引
ノズルに引通される。それから操作者は吸引器を
操作して前進するフイラメントを、前進するフイ
ラメントの速度にほぼ釣合う速度で回転する巻取
車の巻心上に載置する。それから光電検出器及び
ソレノイド等のトリガー装置６が巻取車に取付け
られた回動可能なばね負荷された把持機素７を解
放し、巻取りが鋳造工程に従つて行なわれる。こ
のような装置の代表的な例がここで参照に付す
R.スミス（Smith）らの1978年９月26日に発行さ
れた「送行フイラメント把持機構（mouing
Filament gripping mechanism）」という名称の
米国特許第4116394号明細書に示されている。巻
取車が一杯になると、前進するフイラメントが切
断され、従来の移送装置（図示せず）により空の
回転巻取器に移送されよう。

前述の従来の方法での前進するガラス性合金フ
イラメントの巻取器による張力付与、典型的には
毎分2200メートルまでのフイラメントの高い速度
のため特に困難で穴長になる。フイラメントの所
望の特性を保持しようとすればこの大きさの速度
は実際の操作に不可欠となることが多い。前述の
ようなガラス性合金フイラメントは、非晶質合金
を生ずるのに必要とされる極端な焼入速度に達す
るように高速度で旋回する。

第２及び３図にそれぞれ本発明の実施例の側面
図及び端面図が示されている。この装置は高速連
続鋳造工程から直接生成フイラメントの巻取器に
急速に前進するフイラメントを自動的に張力付与
するための手段を与える。実体的には２つの反対
方向に回転するブラシロールが急速に前進するフ
イラメントが最初に形成操作部を離れるときに挾
持接触して係合し、挾持状態で張力をかけ、それ
から巻取車上を移動してフイラメントを回転巻取
り面上に載置し、このときにフイラメントが前述
の自動的に作動する切断及び把持装置により巻取
車に固着される。

挾持接触状態で反対方向に回転する２つのブラ
シロール１５が、これに組合せたロール駆動モー
タ１７と、前進するフイラメント素片を収容する
巻取りバスケツトあるいは好ましくは前進するフ
イラメント素片を後の再生工程用のスクラツプと
して側方にそらせる単純なそらせ板１８とを有す
る適当な枠体１６内に装着されている。この構造
体は集合的に「巻取りヘツド」１９と称する。巻
取りヘツド１９は横断ブロツク２１内の溝孔を垂
直に摺動自在に通過する２本の管状支持部材２０
により垂直方向に支持されている。支持部材はそ
の上端においてカム板２４のカム面に沿つて追従
するようにしたローラ支承部を有するカムフオロ
ワー・ブロツク２２に固着されている。カム板２
４は枠部材２５全体の上部に固着されている。横
断ブロツク２１は従来の空気作動シリンダ２６あ
るいは他の従来の作動装置によりこの構造体を水
平に横切つて駆動される。かくして横断ブロツク
が構造体を直接横切つて駆動されると、カムフオ
ロワー・ブロツク２２がカム面２３に追従してヘ
ツド支持部材２０を横断ブロツク２１を通り垂直
に自由に摺動させ、それによりフイラメントの接
合した巻取りヘツド１９を巻取車２８より上及び
下に移動させて前進するフイラメントを回転巻取
り面２７に載置する。垂直方向作動モータあるい
は空気作動シリンダ等がカム２４の代りにそのま
ま用いられよう。張力付与のこの時点で例えば光
電検出器あるいはマイクロスイツチにより押下げ
ローラ２９が作動し、それによつてローラ２９が
垂直方向から揺動し、フイラメントの間隙が水平
方向に入るようにし、それから空気作動シリンダ
により下方に駆動されてフイラメントを巻取車２
８の後方に押下げそれによつて巻取り面２７への
フイラメントの接触弧を強化する。この時点で切
断及び把持機構８が作動して前進したフイラメン
ト素片を切断し前進するフイラメントを巻取車に
把持あるいは固着し、連続鋳造操作に従つて巻取
りが行なわれる。鋳造工程の中断によりさらに張
力付与操作が必要になるまで巻取りヘツド１９は
巻取車２８の後方で不作動のままである。

ブラシロールは前進するフイラメントを把持し
張力を加える作用をなす。ブラシロールは後述の
ようにワイアブラシが好ましいが、鋳造が始まる
とき前進するフイラメントの先導部が最初に焼入
車から離れるとフイラメントがブラシロールの挾
持部に向かうようにフイラメント鋳造工程を並置
されている。かくして前進するフイラメントは巻
取器による張力付与のため「把持された」という
ことになる。張力付与の間ロール挾持部を通過す
る前進したフイラメント素片は、挾持部内に入る
前進するフイラメント素片に対し、便宜的に側方
にそらせられる。フイラメントがブラシ面間に確
実にあるようにするためロールの前にＶ字形ガイ
ドを装着してもよい。遮壁３０でブラシロールを
覆つて挾持入口での風乱流を減少させ、それによ
りフイラメントの揺動を減少させようとする。

前進するフイラメントに張力を加えるため、ブ
ラシロールはその面速度が前進するフイラメント
の速度を越えるような速度で駆動され、それによ
つてフイラメントをすべり摩擦接触するように張
力を加える。前述のように破壊性の波状縦方向振
動が鋳造車と巻取りヘツドとの間に生ずるのを防
ぐために通常張力が必要である。ブラシロールと
すべり摩擦の関係で張力を加えることの主要な利
点は正確な速度制御のために複雑なフイードバツ
ク制御装置を必要としないということである。フ
イラメントの張力はフイラメント・ロールの速度
差及び挾持部のフイラメント・ロールの接触相互
作用という２つの主要な面で制御される。

概略的にフイラメント・ブラシの速度差が増大
するとフイラメントの張力は増大する。例として
毎分約900メートルで移動する幅約１インチ
（2.54cm）厚さ約50ミクロメートルのフイラメン
トがフイラメントより約40％大きい面速度、すな
わち約2700r／ｍで駆動させる直径約６インチ
（15.2cm）のワイヤブラシロールによつて張力を
加えられるものとする。ガイドラインとしてロー
ルの回転により前進するフイラメントに生ずる揺
動を最小にするためロールのｒ／ｍは張力に関し
て許容できる範囲で最小にすべきである。

フイラメントの張力の制御における第２の主要
な面は挾持部のフイラメントとロールとの間の
「接触相互作用」の程度、すなわち挾持部におけ
るフイラメントの把持強度である。概略的に接触
相互作用が増大するとロールによつて加えられる
フイラメントの張力は大きくなる。接触相互作用
の程度は表面の損傷に対するフイラメントの感応
性によつて制限され、主として３つの要因により
選定可能である。各要因の効果が増大すると、接
触相互作用は増大する傾向になる。第１にブラシ
ロールの直径により挾持部の接触面が決定され
る。第２に挾持部におけるブラシの相互干渉（挾
持部におけるブラシの針毛の重なり）は強い要因
となる。ブラシの相互干渉は速度により決定され
ることも強調すべきである。例としてみると、よ
り合せた鋼製ワイアの針毛は遠心力をかけるとか
なり長くなるであろう。静止しているブラシは例
えば0.1ないし0.2cmというある量だけ離れている
が、操作中の速度では相互干渉接触状態で反対方
向に回転するというのが極く一般的である。第３
にブラシの性質により針毛の硬さ、粗さ、数密度
を考慮したかなりの設計範囲の可能性が生ずる。

かくしてブラシロールにより前進するフイラメ
ントにかかる張力は、ロールの周速度がフイラメ
ントの速度を越える程度に応じ、またフイラメン
ト・ブラシの接触相互作用の程度に応じて選定可
能である。フイラメントの張力は前進するフイラ
メントにおける破壊性の揺動を減衰させるのに十
分な大きさでなければならないが、連続鋳造操作
を乱すほど大きくしてはならない。例えば過大の
張力（ロール速度）によつて生ずる１つの問題と
して前進するフイラメントの焼入車からの離脱点
の不安定性があり、それによりフイラメントに大
きな破壊性の揺動が生ずる。

第４Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤ図に鋳造車３から生成フ
イラメントの巻取器２８へのフイラメント４の張
力付与の間の装置の操作順序が概略的に示されて
いる。第４Ａ図において、鋳造が始まると前進す
るフイラメントの先縁部が焼入車から離れた後に
ブラシロールの挾持部に入つてくるようにしてブ
ラシロール１５の挾持部が鋳造操作部に並置され
ている。張力付与の順序のこの時点で前進したフ
イラメント素片３１が適切に側方にそれるように
して前進するフイラメントが巻取りヘツド１９に
把持され張力を加えられる。次に移送ブロツク２
１が巻取りヘツド１９を巻取器２８の方へ移動さ
せ始める。第４Ｂ図においてカムフオロワー・ブ
ロツク２２がカム面２３に沿つて移動する結果と
して巻取りヘツドが巻取器上に移動している。第
４Ｃ図においては巻取りヘツドが巻取器の後方下
側に移動していて前進するフイラメント４を回転
巻取り面２７上に載置する。巻取り面の周速度が
前進するフイラメントの速度と釣合つてフイラメ
ントの冷却時に熱収縮できるように回転速度が調
整されている。張力付与の順序のこの時点で押下
げローラ２９が作動する。第４図においては巻取
器へのフイラメントの接触角を強化して切断及び
把持操作を容易にするため押下げローラ２９がフ
イラメントを巻取器の後方に押下げている。この
時点で切断及び把持装置が作動して前進したフイ
ラメント素片を切断し前進するフイラメントを巻
取器に固着し、それにより生成フイラメントの巻
取りが行なわれる。この最終的状態でさらに張力
付与が必要とされるまで巻取りヘツドは不作動の
ままである。

カムフオロワー・ブロツク２２がカム面２３、
特にカム面の上方に傾斜した部分に追従する容易
さを助長するため巻取りヘツド１９の釣合せ機構
を含むのが好ましい。第３図に適当な釣合せ機構
が示されているが、これは巻取りヘツド１９に固
着された金属ストリツプ３３を巻付けようとする
ばね負荷されたリール３２を含む。釣合せ用リー
ル３２は調整可能なばね張力を有する。

第５図に押下げローラ２９が初めの開いた位置
（上方）及び最後の押下げ位置（下方）での端面
図としてより詳細に示されている。押下げローラ
はばね負荷された接合部４２でフオロワー・ブロ
ツク４０に回動自在に取付けられている。フオロ
ワー・ブロツクは空気作動シリンダ等の従来の駆
動装置により軌道４２内で下方に駆動される。フ
オロワー・ブロツクが下方に駆動されると、押下
げローラの軸は垂直の位置から水平の位置まで回
動する。作動時に巻取りヘツド１９が巻取り器２
８の後方に移動して前進するフイラメント４を巻
取り面２７上に載置すると、押下げローラ２９は
巻取りヘツドとフイラメントとの間隙ができる上
方の位置にある。それから押下げローラ２９と共
にフオロワー・ブロツク４０を下方に駆動し、そ
れによりフイラメント４を押下げローラ２９と共
に巻取器２８の後方に押下げることにより押下げ
ローラ２９が作動する。従つて巻取り面２７への
前進するフイラメント４の接触弧は切断及び把持
操作を容易にするため強化される。回転巻取器２
８上の切断及び把持機素７が作動すると、機素７
の下がる間にある程度の時間が経過する。この時
間間隔は回転巻取器の回転角度に対応し、「降下
角度（fall angle）」と称し、回転速度によるも
のである。かくして押下げローラにより強化され
る接触角は切断及び把持の降下角度に等しいか、
これより大きくなければならない。

前述のように、ブラシロールによる張力付与は
焼入車と巻取りヘツドとの間にフイラメントを緊
張させて維持するためである。しかしながらある
状況ではフイラメントの大きさ、鋳造速度及び最
大張力付与距離を考慮して、緊張状態を維持する
ために必要な張力は、フイラメント表面が損傷を
受けたり、脆弱な焼入れ領域におけるできたての
フイラメントが破損するような合理的な限度を越
えてもよい。これらの異常な状況において、フイ
ラメントを緊張させるために必要なブラシロール
による張力の程度は、巻取りヘツドの速度の半分
で動くブラシロールと焼入車との中間に支持ロー
ラを設けることにより減小させてもよい。支持ロ
ーラの速度ベクトルは瞬間的に同じ方向を有する
が、巻取りヘツドの速度の半分の大きさである。
支持ローラの効果はフイラメントの振動波をより
小さい振幅の高調波にすることである。

本発明の好ましい実施例を図示及び説明した
が、本発明はその範囲内において他に種々な実施
形態となし得ることが当業者に理解されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は凝固したフイラメントが直接巻取車に
巻取られるようにして溶融合金がノズルを通じて
焼入れロール上に押出される、ガラス性合金フイ
ラメントの連続鋳造及び生成フイラメントの巻取
りを行なうための従来技術の装置を示している。
第２図は２つの反対方向に回転するブラシロール
が急速に前進するフイラメントにその最初に鋳造
操作部を離れるときに係合して張力を加え、それ
から巻取車上を移動して回転巻取面上にフイラメ
ントを載置し、フイラメントが自動的に切断され
て巻取り面に固着される、本発明の張力付与装置
の全体的な側面図を示している。第３図は第２図
に関する装置の端面図を示している。第４Ａ，
Ｂ，Ｃ及びＤ図は急速に前進するフイララメント
を巻取器上に張力付与する際の装置の動作順序を
概略的に示している。第５図はフイラメントを巻
取車の後方に押下げるための押下げローラをその
始め（上方）及び終り（下方）の位置で示してい
る。 ４……フイラメント、８……把持機素、１５…
…ブラシロール、２７……巻取り面、２８……巻
取車、２９……押下げローラ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 連続的形成操作によつて高速度で前方に押し
   出されてくるフイラメントを張力付与された状態
   に保ちながら回転している巻取車上に連続的に巻
   取るための張力付与の方法であつて、 (a) 前記フイラメントの前進してくる素片に引張
   り力がかかり得る程度に前記フイラメントの前
   進速度を越えている周速度をもつて互いに反対
   方向に回転している２つのブラシロールの挾持
   部（ニツプ）に前記フイラメントの先導部を通
   し、 (b) 前記巻取車の上部を通るあらかじめ定めた経
   路に沿つて前記ブラシロールを移動させて前記
   フイラメントの一部を前記巻取車の回転してい
   る巻取り面上にのせるようにし、 (c) 前記フイラメントを、フイラメントが巻取り
   面に接している円弧部分内の位置で切断し、か
   つ該フイラメントの前進素片の先導部を巻取り
   面に固定し、このようにして前記巻取り車上へ
   の前進フイラメントの巻取りを進行せしめるこ
   とからなる、連続形成フイラメントへの張力付
   与の方法。 ２ 前記工程(a)において、前記ブラシロールによ
   り前記前進フイラメントにかける張力を、ブラシ
   ロールの回転外周面の周速度と前進フイラメント
   の前進速度との速度差およびフイラメント−ブラ
   シ相互の接触の度合の違いによつて調節する、特
   許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 前記工程(b)において、前記巻取車の後方にお
   いて前進中のフイラメントを押し下げて巻取車表
   面へのフイラメントの弧状接触を強める特許請求
   の範囲第１項に記載の方法。 ４ 前記フイラメントがガラス質合金ストリツプ
   からなるフイラメントである特許請求の範囲第１
   項に記載の方法。 ５ 連続的形成操作によつて高速度で前方に押し
   出されてくるフイラメントを張力付与された状態
   に保ちながら回転している巻取車上に連続的に巻
   取るための張力付与の装置であつて、 (a) 前記フイラメントを挾持部に通し前記前進す
   るフイラメント素片に張力を加えるようにし
   た、調節可能な接触度及び対向回転速度を有す
   る２つの挾持ブラシロールと、 (b) 該ブラシロールを前記巻取車上を通る所定の
   経路に沿つて移動させて前記フイラメント素片
   を前記巻取車の巻取り面上に載置するための移
   送手段と、 (c) 前記フイラメントを巻取り面で切断し、前記
   前進するフイラメント素片を巻取り面上に固着
   するための切断−把持手段 との機素からなることを特徴とする張力付与装
   置。 ６ 前記前進するフイラメントを前記巻取車の後
   方で押下げて前記フイラメントの巻取り面への弧
   状接触の接触度を強化するための押下げ手段をさ
   らに含むことを特徴とする特許請求の範囲第５項
   に記載された装置。 ７ 前記所定の経路がカム面で、前記移送手段が
   前記カム面に追従するようにしたカムフオロワ
   ー・ブロツクを含むことを特徴とする特許請求の
   範囲第５項に記載された装置。