JPH07251365A - 仕上げ面上の光学的チャッターマークを目立たなくする方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 表面仕上げ装置によって仕上げられたワーク
ピース表面に発生する光学的チャッターマークを目立た
なくする。 【構成】 長手軸を中心として回転駆動されるローラに
よって研摩手段を、移動するワークピース表面に押し付
けることによりワークピースの表面仕上げを行う仕上げ
装置において使用される光学的チャッターマークを目立
たなくする装置である。本発明の装置は、前記ローラに
接続されており、ローラの回転周波数よりも高い周波数
の軸方向振動を当該ローラに与える。この結果、光学的
チャッターマークを目立たなくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属製ワークピースの
表面仕上げに関する。さらに詳しくは、ワークピース表
面上で工具を回転させることに起因する光学的なチャッ
ターマークを目立たなくする方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】シー
ト状材料、特に金属製のシート状材料は、シートに圧力
をかけて厚さを減じたり、シート表面に研磨面を押し付
けて所望の表面仕上げを行う機械加工を施されることが
多い。例えば図１に示された圧延機は、対向して配置さ
れたローラの圧力によって厚いシートを薄いシートへと
加工する。図２に示された表面仕上げ装置は、例えば回
転する研磨面をシートに押し付けて精巧な表面仕上げを
行う。ローラによって厚さを減じる工程(図１参照)と表
面仕上げ工程(図２参照)とはまったく異なる工程である
が、両工程によって処理されたワークピースは“光学的
チャッター"として知られる同一の欠陥を有することが
多い。

【０００３】光学的チャッターは、外見上ワークピース
の表面上に暗い帯と明るい帯とが交互に現れるパターン
である。通常、各帯の幅は、装置中の１つの回転部材の
速度、および装置中におけるワークピースの送り速度に
関連する。“物理的チャッター"は測定可能なワークピ
ースのサイズの変動であるが、光学的チャッターは表面
特性の外見上の欠陥であって正確な測定が困難または不
可能である点において、光学的チャッターは物理的チャ
ッターと区別することができる。物理的チャッターは、
一般的には、機械の構成要素を精巧にして許容差の非常
に小さい完全に円形のローラやベアリング等を使用する
ことにより改善されてきた。しかし、これまで光学的チ
ャッターは十分に改善されていない。実際、欠陥の見当
たらない理想的な装置を使用して仕上げられたワークピ
ースにも光学的チャッターが発生する。そして、ワーク
ピースを物理的、光学的、または化学的に分析しても、
光学的チャッターの原因を説明することはできない。こ
のように、最適な設計がなされた仕上げ装置を使用した
としても、ワークピースに光学的なチャッターマークが
生じる。

【０００４】一般的に受け入れられている光学的チャッ
ターについての説明は、仕上げられるワークピースに対
して接近したり遠ざかったりするローラの振動(すなわ
ち、ワークピースに直交する方向におけるローラの振
動)によって光学的チャッターが生じるというものであ
る。それらは、例えば、アイロン・アンド・スティール・
エンジニア、1993年１月号に掲載されたジェラルド・エ
ル・ネスラー等による“冷間圧延機におけるチャッター
の原因の特定(Identification of Chatter Sourcesin C
old Rolling Mills)"や、同１月号に掲載されたレン-ミ
ン・ガオ等による“圧延機のチャッター振動現象の有限
要素法による分析(Analysis of Chatter Vibration Phe
nomena of Rolling Mills using Finite Element Analy
sis)"に記載されている。図１および２に示されている
ように水平に配置された装置内にワークピースが送られ
る場合、垂直方向のローラの振動が光学的チャッターの
原因であると考えられる。本明細書においては、これを
“垂直ローラ振動"と呼ぶ。研磨ローラまたはバックア
プローラが不安定であったり完全な円形でなかったりす
る場合に半径方向の力が発生し、この半径方向の力によ
って垂直ローラ振動が生じると考えられる。

【０００５】ワークピースに光学的チャッターマークを
生じさせる代表的な工程をよく理解するために、図１お
よび２について言及する。図１の圧延機20はワークピー
ス(例えば、金属製シート)の厚さを所定の厚さに減じる
ものであって、駆動ローラ24およびバックアップローラ
26を備えている。駆動ローラ24は、多数のワーキングロ
ーラ30を支持するローラケージ28を備えている。各ワー
キングローラ30はローラケージ28内で自由回転が可能で
ある。駆動ローラ24は軸34を中心として矢印32の方向に
回転する。

【０００６】バックアップローラ26は、駆動ローラ24に
近接した位置に間隔をおいて配置されている。この間隔
は、ワークピースの初期の厚さよりも小さい。バックア
ップローラ26は、多数のワーキングローラ30を支持する
ローラケージ28を備えている。ワーキングローラ30は、
矢印39および41の方向に回転する。バックアップローラ
26は軸38を中心として矢印36の方向に回転し、駆動ロー
ラおよびバックアップローラの周面がワークピース22を
矢印Ｄの方向に送る。

【０００７】実際の操作においては、ワークピース22は
図中左側から圧延機20の駆動ローラ24およびバックアッ
プローラ26の間に送られ、厚さが減じられた状態で右側
へと出てくる。ローラ間の間隔がワークピースの初期の
厚さよりも小さいので、ローラがワークピースを圧縮
し、ワークピースは塑性変形して薄肉化される。ワーク
ピース22は圧延機20を通過する際、常に駆動ローラ24お
よびバックアップローラ26と転がり接触をしており、接
触領域において相当の相対移動またはすべりを生じてい
る。ワークピース22が塑性変形するので、駆動ローラ24
またはバックアップローラ26の表面欠陥はすべてワーク
ピース表面に転写される。したがって、一般に、ローラ
表面は非常に平滑であって、非常に精密な仕上げを行い
得る研磨装置で仕上げられていることが多い。しかし、
平滑なローラが使用された場合であっても光学的チャッ
ターマークが現れる。光学的チャッターマークは、前述
の如く、ローラ24またはローラ26、あるいは両方のロー
ラの垂直ローラ振動によって生じると考えられていた。

【０００８】図２は、ワークピース42の表面仕上げを行
う装置40を示している。ワークピース42は、例えば、前
述のように単一のシートであってもよいし、連続的なコ
イル材料であってもよい。駆動ローラ44は軸50を中心と
して回転して、研磨ベルト46を矢印48の方向に回転させ
る。回転方向は一般に、送り方向に対して逆方向または
順方向である。矢印48で示される回転方向は順方向であ
るが、必要に応じて回転方向を逆方向にすることもでき
る。アイドルローラ52が駆動ローラ44に対して間隔をお
いて配置されており、研磨ベルト46のテンションを維持
している。代わりの例として、駆動ローラ44の表面を研
磨面として構成した場合には、研磨ベルト46およびアイ
ドルローラ52は不要となる。

【０００９】ワークピース42は、制御された速度で仕上
げ装置40内に送られる。送り速度は、駆動ローラ56、ア
イドルローラ58、およびベルト60を備える送り機構54に
よって制御される。駆動ローラ56はベルト60を矢印64の
方向に回転させるとともに、ベルト60のテンションを維
持する。ベルト60の外表面はワークピース42と摩擦係合
し得るものであって、ワークピース42がベルト60に対し
てすべるのを防止する。バックアップローラ66がベルト
60の下方において駆動ローラ44の真下に配置されてお
り、ワークピース42を駆動ローラ44に対して押し付ける
圧縮面を提供する。

【００１０】ワークピース42が表面仕上げ装置40内へと
送られる速度は、駆動ローラ44の表面速度よりも小さ
い。この結果、ワークピース42と研磨ベルト46とが相対
的に移動することとなり、それに対応して研磨作用が生
じる。このように、研磨部材がワークピース42の表面に
対して多数の平行なスクラッチ(引っかき傷)からなる仕
上げを行う。図示された表面仕上げ装置等を使用した場
合にも光学的チャッターマークが生じる。前述のよう
に、光学的チャッターマークは、ローラ44またはローラ
66、あるいは両方のローラの垂直ローラ振動によって生
じると考えらる。

【００１１】光学的チャッターは、多くのワークピース
(例えば、金属製シート)においては外見上の表面状態で
あって構造的な欠陥ではないので、これまで注意を向け
るべき欠陥として認識されていなかった。しかし、大型
サイズで視覚的な要素が重要となる表面仕上げが施され
た金属製シートが要求されるようになった。例えば、ビ
ルディングの外装に使用される金属性シートである。そ
のような金属性シートにおいては、光学的チャッターが
目立ち、ビルディング全体の外観を大きく損ねてしまう
だろう。

【００１２】したがって、金属製ワークピースの仕上げ
を、ローラを使用して経済的に、しかも光学的チャッタ
ーの発生を防止して行うことができれば、それは明らか
に有益である。

【００１３】

【発明の開示】本発明に係る光学的チャッターマークを
目立たなくする装置は、長手軸を中心として回転駆動さ
れるローラによって研摩手段を、移動するワークピース
表面に押し付けることによりワークピースの表面仕上げ
を行う仕上げ装置に取り付けて使用される。本発明の装
置は、前記ローラに接続されており、ローラの回転周波
数よりも高い周波数の軸方向振動を当該ローラに与え
る。この軸方向の振動の周波数は、ローラの回転周波数
よりも十分に大きく、光学的チャッターマークを目立た
なくすることができる。本発明の装置は、一つの実施例
においては、前記ローラに軸方向の振動を与えるカム手
段をさらに有している。カム手段は、前記ローラの中心
軸と同心状に、かつ当該中心軸を横断する方向に向けら
れた円形面と、ローラの中心軸と同心状に配置されてお
り、前記円形面上に円形のカム面を規定するカムレース
と、カムレースと転がり接触し、ローラが回転している
間中常にカム面上を接触しつつ移動するカム駆動手段
と、カムレースの表面に複数形成されており、ローラが
回転する際に当該ローラに軸方向の振動を与えるカム突
出部と、を備えている。

【００１４】また本発明によれば、長手軸を中心として
回転駆動されており研磨手段をワークピースに押し付け
るローラを有する仕上げ装置と組み合わせて使用される
装置が提供される。この装置は、前記ローラに接続され
当該ローラが回転する際に軸方向の振動を与える振動手
段を備えている。この軸方向の振動の周波数は、ローラ
の回転周波数よりも十分に大きく、光学的チャッターマ
ークを目立たなくすることができる。

【００１５】さらに本発明によって、シャフト軸を中心
として回転駆動されるローラを有する仕上げ装置によっ
て仕上げられるワークピース表面上に発生する光学的チ
ャッターマークを目立たなくする方法が提供される。本
発明の方法においては、前記ローラが回転する際に、当
該ローラにローラの回転周波数よりも大きな周波数の軸
方向振動が与えられる。

【００１６】

【実施例】一般に受け入れられている光学的チャッター
についての説明とは異なり、本発明においては、これま
で認識されていなかったローラの軸方向の振動が仕上げ
表面にスクラッチの周期的なパターンを形成し、これに
起因して光学的チャッターが発生すると考える。周期的
なパターンは、仕上げ面に対する研磨ローラの異なる２
つの動きが重なり合うことによって生じる。第１の動き
は、ローラが長手軸を中心に回転することによるローラ
表面の直線的な移動である。この動きは、ワークピース
を含む平面内においてローラの長手軸に対して直角方向
の移動であって、ローラ表面に対して接線方向になる。
第１の動きのみを考えると、仕上げ装置内におけるワー
クピースの送り方向に平行な直線状のスクラッチが形成
される。第２の動きは、ローラの長手軸(回転軸)に沿う
軸方向の振動である。第２の動きのみを考えると、仕上
げ装置内におけるワークピースの送り方向に直交するス
クラッチが形成される。

【００１７】研磨仕上げ工程においては、前記２つの動
きが互いに組み合わされて重なり合う。このように、全
体としてのスクラッチパターンは、前記２つの個々のス
クラッチパターンが重なり合ったものとして現れる。こ
の結果、ワークピース表面は、ある基準線に対して正の
方向に傾斜するスクラッチを有する領域または帯と、負
の方向に傾斜するスクラッチを有する領域または帯とを
有するに至る。正の方向に傾斜するスクラッチを有する
帯は、ローラが前記基準線から離れる方向に向かって振
動するときに生じる。負の方向に傾斜するスクラッチを
有する帯は、ローラが前記基準線に向かう方向に振動す
るときに生じる。したがって、研磨ローラが軸方向に振
動する間に２つの帯が交互に現れる。

【００１８】光源の位置や他の要因にもよるが、負の傾
斜のスクラッチを有する帯は、基準線に向かう方向に光
を反射する傾向がある。よって、基準線の方向から見る
と明るく見える。一方、正の傾斜のスクラッチを有する
帯は、基準線から離れる方向に光を反射する傾向があ
る。よって、基準線の方向から見ると暗く見える。この
ように、交互に現れる明るい帯と暗い帯が光学的チャッ
ターマークである。すなわち、ローラの軸方向の振動が
光学的チャッターの原因であると考える。

【００１９】光学的チャッターマークについての以上の
説明が正しいことが、仕上げ装置のローラの軸方向の振
動を測定し、当該装置を使用してワークピースを仕上
げ、ワークピース上に現れたスクラッチパターンを測定
し、そして測定された振動およびスクラッチパターンと
ワークピース上に現れた光学的チャッターマークとを比
較することによって、実証された。この説が正しいこと
を実証するためのテスト手法は以下の通りである。

【００２０】線形可変移動変成器(liner variable disp
lacement transformer:以下、ＬＶＤＴという)を使用し
て、研磨仕上げ装置の操作中における研磨ローラの軸方
向の振動が測定された。使用されたＬＶＤＴは、ニュー
ジャージー州ペンソーキンにあるルーカス・コントロー
ル・システムズ・プロダクツ社の型番LBB-375PA-100のも
のであった。ＬＶＤＴは、仕上げ装置の研磨ローラを支
持する回転シャフトの中心にその可動コアが接触するよ
うに配置された。ＬＶＤＴの外部固定ハウジングが仕上
げ装置のフレームに固定された。このようにすれば、仕
上げ装置のシャフトが装置フレームに対して軸方向に相
対的に移動した場合に、ＬＶＤＴの可動コアがＬＶＤＴ
ハウジングに対して相対的に移動する。ＬＶＤＴの可動
コアが移動すると、仕上げ装置のシャフト位置に直接関
連する大きさの電圧が発生する。以上のような構成にお
いて、ＬＶＤＴは0.00013mm(0.000005インチ)の精度で
シャフトの移動量を測定することができる。

【００２１】ＬＶＤＴからの出力は、連続的に変動する
電圧である。ＬＶＤＴを適正に作動させるためには、正
確な参照電圧をＬＶＤＴに与える必要がある。そして、
このことは、信号処理装置をＬＶＤＴに接続することに
より達成された。その信号処理装置は、ルーカス・コン
トロール・システムズ・プロダクツ社の型番ATA-101のも
のであった。その信号処理装置は、シャフトの軸方向の
移動量に対応する測定電圧を表示するのに最も適したス
ケールを選択することができる。信号処理装置からの出
力電圧がコンピュータに送られて、シャフトの軸方向の
移動量が視覚的に表示された。コンピュータは、テネシ
ー州ノックスビルにあるコンピューテイショナル・シス
テムズ社(ＣＳＩ)のソフトウェアであるウェーブパック
パッケージ(Wavepack Package)、バージョン2.40および
マスタートレンド(Master Trend)、バージョン3.02を使
用していた。

【００２２】仕上げ装置は、ミネソタ州ミネアポリスに
あるタイムサーバーズ社の50インチ・スピード・バッファ
であった。この仕上げ装置の研磨ローラとして、ミネソ
タ州セントポールにあるミネソタ・マイニング・アンド・
マニュファクチュアリング社のクリーニングブラシ(7A
ミディアム・カッティング・アンド・ポリッシング・クリー
ニング・ブラシ)が使用された。駆動ローラは、その軸方
向において中央位置から両側に0.0254mm(0.001インチ)
よりも僅かに大きい距離を移動しただけであった。

【００２３】ＬＶＤＴは、長手軸を中心として回転する
ローラの横方向の移動量を測定した。“横方向"とは、
仕上げ装置内においてワークピースが送られる方向に対
して横方向という意味である。前記ソフトウェアのプロ
グラムが図３に示されるグラフを作成した。このグラフ
は、ローラの横方向の変位をローラの回転量の関数とし
てプロットしたものである。グラフは全体として、長手
軸を中心としてローラが２回転した際のデータを示して
いる。１回転から２回転にかけてのグラフ形状が０回転
から１回転にかけてのグラフ形状と整合しており、横方
向の変位の周期性が明らかにされている。

【００２４】図３で説明したようにローラシャフトの横
方向の振動の測定および記録を終えた後で、ワークピー
スのサンプルが仕上げ装置内に送られた。ワークピース
は、幅30.5cm(12.0インチ)、長さ61.0cm(24.0インチ)、
厚さ0.16cm(0.0625インチ)のアルミニウム製シートであ
った。仕上げ装置内に送る前のサンプル表面のスクラッ
チが最小限となるように注意が払われた。研磨ローラに
よって十分な圧力がワークピースに負荷されて、ワーク
ピース表面全体に均一にスクラッチが形成された。研磨
ローラの回転速度は600RPMであり、ワークピースは仕上
げ装置に0.37m／秒(72フィート／分)で送られた。研磨
ローラの回転速度および送り速度は、研磨ローラが１回
転する間に3.8cm(1.5インチ)のワークピースが装置を通
過するように選択された。チャッターマークの発生は研
磨ローラの回転速度に直接関係するので、以上のように
作動パラメータを設定することによりワークピースの長
さ3.8cm(1.5インチ)の部分に丁度１周期分のチャッター
マークが形成される。

【００２５】スクラッチパターンの全体的な形状特性が
以下のようにして測定された。0.038cm(0.015インチ)×
4.32cm(1.7インチ)のワークピース表面をほぼ180倍に拡
大した顕微鏡写真が、ワークピースの長手方向つまり送
り方向に沿って、複数枚撮られた。各顕微鏡写真の端部
同士をつなぎ合わせて丈夫な表面上に貼り付けて、ワー
クピース表面を視覚的に拡大した。顕微鏡写真の長さ方
向に沿うスクラッチをワークピース表面のものと対応さ
せるために、隣接する部分の顕微鏡写真が順番に並ぶよ
うに注意が払われた。組み合わせられた顕微鏡写真の実
際のサイズは、幅約7.6cm(3.0インチ)、長さ約6.1m(20
フィート)であった。並べ合わされた顕微鏡写真に沿っ
て棒材を固定することにより基準線が設定され、基準線
からのスクラッチの変位が測定された。

【００２６】貼り付けられた顕微鏡写真上で観察する
と、ワークピース表面に形成された各スクラッチの長さ
は、ほぼ13.2cm(5.0インチ)〜25.4cm(10.0インチ)であ
った。スクラッチパターン全体の特性を図式化するため
に、以下のように、ワークピースの長さ方向に沿う多数
のスクラッチの特性が測定され、組み合わされた。貼り
合わされた一連の顕微鏡写真の端部付近のスクラッチが
１つ選択され、このスクラッチ上の１点と前記基準線と
の間の距離が測定され記録された。この測定には、0.00
76cm(0.003インチ)以下の精度での測定が可能なマイク
ロメータが使用された。顕微鏡写真はワークピース表面
を180倍に拡大したものであるから、顕微鏡写真上での
0.0076cm(0.003インチ)以下の精度は、実際のワークピ
ース上においては5.08×10^-5cm(0.00002インチ)以下の
精度があるということになる。並べられた顕微鏡写真の
長さ方向に沿って、5.1cm(2.0インチ)間隔で測定が続け
られた。顕微鏡写真はワークピース表面を180倍に拡大
したものであるから、有効な測定間隔はサンプル上では
ほぼ0.0381cm(0.015インチ)である。

【００２７】最初のスクラッチの終端部までくると、次
に測定されるスクラッチが選択される。いかなる場合に
も次のスクラッチは、前のスクラッチが終結する以前に
始まるものであって、しかも前のスクラッチよりも基準
線に近いか、またはより離れているものであった。前の
スクラッチの終端部と次のスクラッチの始端部との間の
垂直方向における距離を無視することにより、次のスク
ラッチは前のスクラッチに対して標準化された。つま
り、基準線から見て、次のスクラッチの始端部が前のス
クラッチの終端部よりも遠い場合には、次のスクラッチ
に沿う各測定値からその差を引き算するのである。同様
に、基準線から見て、次のスクラッチの始端部が前のス
クラッチの終端部よりも近い場合には、次のスクラッチ
に沿う各測定値に対してその差を足し算するのである。
貼り合わされた顕微鏡写真の全長にわったて、以上のよ
うな、測定、標準化、および記録が5.1cm(2.0インチ)間
隔で繰り返された。標準化を行うことにより、顕微鏡写
真の全長にわたって延びる合成された１本のスクラッチ
についての測定値が得られる。

【００２８】以上の情報がグラフ化されて、横軸を顕微
鏡写真に沿った距離、縦軸をスクラッチ上の点と基準線
との間の距離とした初期データ曲線が得られた。基準線
が顕微鏡写真に対して不注意にも傾斜していた場合のあ
らゆる影響を除去するために、初期データ曲線に対し
て、最小自乗法による線形回帰線が計算された。そし
て、初期データ曲線から回帰曲線を引いて、最終データ
曲線が得られた。研磨ローラの１回転に対応するワーク
ピース上の距離における、最終データ曲線の一部分が図
４に示されている。横軸は、ローラの回転量およびワー
クピースサンプルの送り距離(mm)を示している。縦軸
は、スクラッチ上の各点と基準線との間の標準化された
距離を示している。0.0回転から1.0回転における最終デ
ータ曲線の部分が、1.0回転から2.0回転において繰り返
されている。

【００２９】図４は、前述のようにして得られた合成ス
クラッチ上における測定値をグラフ化したものである。
正の傾斜を有する曲線部分は、基準線に対して正の傾斜
を有するスクラッチを示している。負の傾斜を有する曲
線部分は、基準線に対して負の傾斜を有するスクラッチ
を示している。スクラッチパターンが振動していること
の理解を容易にするために、縦軸のスケールは、横軸に
対して250倍に拡大されていることに注意すべきであ
る。

【００３０】図３および４は、比較のために互いの縦軸
が一直線上にくるように上下に並べられている。比較の
便宜のため、図３における軸方向の移動量および図４に
おけるスクラッチの位置は、ともに250倍に拡大されて
いることに注意すべきである。図３および４を比較する
と、図３に示されるローラの軸方向の移動量と図４に示
される合成スクラッチの特性との間には非常に強い相関
関係があることが分かる。

【００３１】図５においては、図３および４と整合する
スケールでワークピースの仕上げ表面が示されている。
つまり、ワークピースの横軸に沿う長さは、研磨ローラ
が２回転する間に仕上げ装置内に送られたサンプルワー
クピースの長さである。このように、図５に示された外
見上の表面特性を、図４にプロットされたスクラッチ特
性および図３にプロットされたシャフト移動量のデータ
と比較する。図５のワークピース上には、暗い帯と明る
い帯が交互に現れている。これが光学的チャッターであ
る。暗い帯は、図３および４における曲線が負の傾斜を
有している領域に存在している。明るい帯は、図３およ
び４における曲線が正の傾斜を有している領域に存在し
ている。表面仕上げが施されたワークピース上の光学的
チャッターマークとスクラッチの方向および軸方向のシ
ャフト移動量の両方との間には強い相関関係がある。以
上のようにして、光学的チャッターは“垂直ローラ振
動"ではなくシャフトの軸方向の振動によって生じると
いう理論が正しいということが実証された。

【００３２】以上のような光学的チャッターの真の原因
を念頭においた上で、本発明は、ワークピース上の光学
的チャッターを目立たなくする方法および装置に関す
る。図６は、本発明の装置が取り付けられた仕上げ装置
110を示している。仕上げ装置110は、鋼で作られたフレ
ーム112から構成されている。フレーム112上にはパネル
114が取り付けられており、仕上げ装置110の作動領域の
少なくとも一部分を取り囲み、装置の作動時における騒
音を減じている。ドア116(開いた状態で図示されてい
る)を開けて、仕上げ装置110の主要作動要素にアクセス
することができる。一般にドア116は、安全のため、装
置作動中は閉じられている。

【００３３】送りテーブル118はワークピースを仕上げ
装置110内に送るものであり、矢印122の方向に移動する
コンベヤ120を備えている。コンベヤ120は、仕上げ装置
110内に配置されたモータ(図示せず)によって駆動され
る。コンベヤ120は、フリーローラ124および駆動ローラ
(図示せず)に支持されている。駆動ローラは前記モータ
に接続されている。

【００３４】送りテーブル118は上下に移動することが
可能であって、多様な厚さのワークピースを受け入れる
ことができる。図示された例においては、テーブル118
の上下動は、手動クランク126によって調整される。手
動クランク126は、仕上げ装置110内のジャッキ装置(図
示せず)を介してテーブル118に接続されている。作業者
は、手動クランク126を適切な方向に回転させることに
より、テーブル118を上昇または下降させることができ
る。テーブル118の上下動を許容するために、装置の前
面パネルおよび背面パネルには開口部128が形成されて
いる。

【００３５】コンベヤ120の上側にはピンチローラ130が
配置されている。ピンチローラ１３０はスプリング１３
２によって下方に付勢されている。ピンチローラ130は
仕上げが行なわれるワークピースの上面と当接係合し
て、ワークピースをコンベヤ120に対して押圧する。そ
してワークピースは仕上げ装置110内を通過する。

【００３６】仕上げヘッド134は、上部のアイドルロー
ラ136および下部の駆動ローラ138を備えている。これら
のローラはエンドレス研磨ベルト140を支持している。
アイドルローラ136の表面は平滑であって、研磨ベルト1
40が通過する際の摩擦を最小限にしている。一方、駆動
ローラ138はアイドルローラ136よりも直径が大きく、研
磨ベルト140に対して適度の摩擦をもって接触する。駆
動ローラ138の表面は弾性材料からなっており、ベルト1
40と係合して共に回転する。駆動ローラ138は、できる
限り均一にワークピースと接触するように、加工されバ
ランスがとられている。

【００３７】研磨ベルト140は、研磨材がコートされた
もの等が好ましい。ワークピースに対して施し得る多様
な表面仕上げのうちの１つを行うために、多種の研磨材
および砥粒を利用することができる。例えば、砥粒や朱
子を利用して表面仕上げを行うことができる。つまり、
打抜き、中ぐり、または剪断によって平坦面に生じた凹
凸に対する仕上げを行うことができる。

【００３８】ベルト140には、空気によって作動するテ
ンショナ142によって自動的にテンションが付与され
る。テンショナ142は、アイドルローラ136と駆動ローラ
138との間の間隔を調整して、ベルト140の所望のテンシ
ョンを維持する。ベルト140の均一な走行を確保するた
めに利用できる他の調整手段としてはトラッキングアジ
ャスタ144がある。トラッキングアジャスタ144は回転可
能であって、カム(図示せず)と係合する。トラッキング
アジャスタ144を回転させると、カムがアイドルローラ1
36の端部を上方または下方に移動させる。これにより、
ベルト140をアイドルローラ136および駆動ローラ138上
の実質的な中央位置において走行させることができる。
作業者が仕上げ装置110の運転開始および停止を容易に
行えるように、パワー制御装置146が設けられている。

【００３９】仕上げ装置110の別の例においては、駆動
ローラ138に代えて、駆動ローラの外周面上に配置され
た研磨スリーブを使用することができる。その場合に
は、アイドルローラ136およびベルト140を省略すること
ができる。研磨スリーブの外周面を構成する研磨材によ
ってワークピースは仕上げられる。さらに他の例におい
ては、駆動ローラ138は、接着剤を使用して研磨材をロ
ーラ表面に直接接着した砥石車であってもよい。

【００４０】駆動ローラ138は電動モータ(図示せず)に
よって駆動される。電動モータは、駆動システムによっ
て直接、歯車群を介して、またはプーリ-ベルトシステ
ムを介して駆動ローラ138に接続されている。モータと
駆動システムとの位置合わせが少しでもずれると駆動ロ
ーラ138が軸方向に移動して仕上げ面に光学的チャッタ
ーマークが生じるので、モータと駆動システムとを正確
に位置合わせすることが重要である。しかし、本発明の
装置においては、システム要素を正確に位置合わせする
ことが困難であったり、そのために費用がかさむという
ことはない。すなわち、システム要素はある程度の精度
で位置合わせされればよい。

【００４１】本発明の装置は、軸方向の振動を誘発する
軸方向振動発生装置を備えている。この装置はローラを
支持するシャフトに接続されており、駆動ローラ138を
高い周波数で軸方向に振動させる。軸方向の振動周波数
が高い場合、ローラは仕上げ面に高周波チャッターマー
ク(すなわち、交互に現れる明るい帯および暗い帯の幅
が非常に小さいチャッターマーク)を形成する。各帯の
幅が非常に狭いので、チャッターマークはまったく認識
されない。このようにして、ワークピースに存在する光
学的チャッターが目立たなくなり、この結果、ワークピ
ース表面の外観上の問題がなくなる。

【００４２】図示された例においては、軸方向振動発生
装置は９つの突出部の有するカムを備えている。これに
より、シャフトが１回転する間に当該シャフトに９往復
の軸方向の振動が与えられる。図７に示された軸方向振
動発生装置150は、回転部分152と固定部分154とを備え
ている。回転部分152は高級鋼(high grade steel)製の
ディスクであることが好ましい。回転部分152の一方側
の面156は中央領域に円形の凹部158を有している。円形
の凹部158は、その周囲で外側に延在する円形のリップ
部160によって規定される。凹部158およびリップ部160
が協働して、駆動ローラ138のシャフト162と係合する。
回転部分152とシャフト162とが互いに固定されることに
より、シャフト162が回転すると回転部分152も回転す
る。

【００４３】回転部分152の前記面156と反対側の面164
は円形である。面164は、外縁付近にカムレース166を有
している。図７においては、カムレース166の波打つリ
ボンのような形状を分かり易くするために拡大して示さ
れている。実際のこの波の谷間から頂部までの高さは、
0.0254〜0.127mm(0.001〜0.005インチ)程度である。カ
ムレース166の外径は内径よりも大きいので、頂部およ
び谷間はそれぞれ、円形面164の半径に等しい半径を有
する円弧状の軌跡を描く。したがって、隣接する頂部と
頂部との間の距離は、カムレース166の内径部において
計測した場合よりも外径部において測定した場合の方が
大きい。

【００４４】好ましい実施例においては、カムレース16
6は９つの頂部168と９つの谷間172を有している。この
ことは、駆動ローラ138に対して１回転の間に９回の軸
方向往復振動が誘発されることを意味する。駆動ローラ
138の回転周波数(回転数)に比べて十分に高い周波数で
振動が起こり、光学的チャッターマークを目立たなくす
ることができる限りにおいて、回転数に対する振動数の
比率は９:１よりも大きくすることも小さくすることも
できる。例えば、回転数に対する振動数の比率が５:１
〜25:１であれば、チャッターマークを目立たなくする
のに必要な高い周波数を発生することができる。振動数
と回転数に対する比率は、チャッターマークに与える影
響が最も大きいので、それらの要素に対して要求される
値は送り速度および仕上げ装置の特性に依存して変わ
る。

【００４５】軸方向振動発生装置150の固定部分154は、
カム駆動手段180、自在継手182、および取付プレート18
4を有している。カム駆動手段180は、高級鋼からなる中
実の金属製シリンダであって、対向する２つの面186お
よび188を有している。下面186は、回転部分152のカム
レース166から間隔をおいた近傍の位置に位置してい
る。下面186にはカム駆動ローラ190が配置されており、
カムレース166と転がり接触をする。図８にカム駆動ロ
ーラ190が示されている。回転中において、カム駆動ロ
ーラ190のそれぞれは、常に他のローラと同様のカムレ
ース166上の部分と接触する。したがって、シャフト162
には軸方向の力のみが負荷され、シャフト162を揺動さ
せるような力が加わることはない。したがって、カムレ
ース166の波打つ表面の頂点上に各ローラ190が同時に位
置する。以上のことを確実に達成するために、カム駆動
ローラ190はカム駆動手段180上に等間隔で配置され、カ
ムレース166上の波の数がローラ190の数の倍数とされ
る。したがって、好ましい実施例においては、図面に示
されているように、３つのカム駆動ローラ190が使用さ
れ、カムレース166上には９つの波形部分が形成されて
いる。波形部分およびカム駆動ローラの数は、他の組み
合わせを採用することも可能である。

【００４６】カム駆動ローラ190は、カム駆動手段180の
下面186に形成された凹部192内に配置されている。凹部
192は、カム駆動ローラ190がその内部で自由回転が可能
となるサイズとされている。好ましい実施例において
は、カム駆動ローラ190には軸方向に貫通する貫通口194
が形成されている。カム駆動ローラ190が凹部192内に配
置されると、貫通口194の長手軸はカム駆動手段180の下
面186の中心から放射状に延びる直線と重なる。

【００４７】貫通口194は、カム駆動手段180に形成され
た半径方向に延びる貫通口196と一直線上に並ぶ。貫通
口196は、凹部192の中央に形成されており、もっも奥の
部分にはねじが切られている。ボルト198がカム駆動手
段180の貫通口196およびカム駆動ローラ190の貫通口194
に通され、貫通口196のねじの切られた奥の部分とねじ
係合する。カム駆動ローラ190がボルト198を回転軸とし
て自由回転し得るように、ボルト198がカム駆動ローラ1
90の貫通口194と係合する。

【００４８】カム駆動手段180の上面188は、自在継手18
2の一端面99に例えば溶接等によって強固に接合されて
いる。自在継手182は、カム駆動ローラ190とカムレース
166とが接触し続けることを確実とする。自在継手182の
他端面202は、取付プレート184に例えば溶接等によって
強固に固定されている。理想的な軸方向振動発生装置15
0の自在継手182は、カム駆動手段180とカムレース166と
の位置合わせがづれて、ローラ190の荷重がカムレース1
66に不均一に作用することを防止する。しかし、高い精
度で組み立てられた軸方向振動発生装置においては自在
継手182は必要ではない。つまり、自在継手は任意要素
である。自在継手182を使用しない場合、カム駆動手段1
80の上面188は取付プレート184に直接取り付けられる。
取付プレート184により、カム駆動手段180が仕上げ装置
110のフレーム部200に確実に取り付けられる。好ましい
実施例においては、取付プレート184は金属製プレート
であって、仕上げ装置110のフレーム部200にボルトまた
は溶接を利用して取り付けられる。

【００４９】図９は、駆動ローラ138に取り付けられた
本発明の装置を示している。スプリング204が、駆動ロ
ーラ138の右側端部とフレーム部200との間でシャフト16
4の周囲に配置されている。スプリング204は、駆動ロー
ラ138を図中左方向に付勢して、カムレース166をカム駆
動ローラ190に対して圧接する。好ましい実施例におい
ては、スプリング204の付勢力はほぼ300ポンドである
が、適切な付勢力は、振動周期、振動振幅、およびロー
タの質量に基づいて選択される。200〜600ポンドの付勢
力が好ましいと考えられる。

【００５０】軸方向振動発生装置150は、駆動ローラ138
が１回転する間に、当該駆動ローラ138に対して軸方向
に９往復の振動を与える。この強制振動の振幅はほぼ0.
127mm(0.005インチ)程度が予定されているが、実際の振
幅は減衰によってそれよりも小さくなる。しかし、この
ように制限された軸方向振動が光学的チャッターマーク
をほとんど目立たなくするのに有効である。

【００５１】本発明の方法および装置を以下の例におい
てさらに詳しく説明する。例本発明の軸方向振動発生装
置を備えた仕上げ装置が準備された。軸方向振動発生装
置は仕上げ装置の研磨ローラから取り外してローラに対
する軸方向の振動の影響をなくすることも、研磨ローラ
に取り付けて本発明による軸方向の周波数の高い振動を
与えることもできた。比較例として、軸方向振動発生装
置を備えていない仕上げ装置を使用してワークピースが
仕上げられた。まったく同じワークピースを用いて、例
１においては、軸方向振動発生装置を備えた仕上げ装置
を使用して仕上げが行なわれた。そして、２つのワーク
ピースが比較された。

【００５２】各例において使用されたワークピースは、
幅10.2cm(4.0インチ)、長さ61.0cm(24.0インチ)、厚さ
1.52mm(0.0625インチ)のアルミニウム製シートであっ
た。仕上げ後のワークピースの表面には、ローラの跡(m
ill-run)が残されていた。

【００５３】各例において使用された仕上げ装置は、前
記タイムサーバーズ社の“50インチ・スピード・バッフ
ァ"であった。使用されたローラは前記ミネソタ・マイニ
ング・アンド・マニュファクチュアリング社の7Aミディア
ム・カッティング・アンド・ポリッシング・クリーニング・
ブラシであった。このローラは、直径がほぼ27.94cm(1
1.0インチ)で、長さがほぼ127cm(50インチ)であった。
サンプルワークピースの幅は僅か10.16cm(4.0インチ)で
あったので、ローラはサンプルワークピースに対して常
に僅か10.16cm(4.0インチ)の長さの部分のみにおいて接
触していた。

【００５４】研磨ローラの回転速度は600RPMであり、研
磨ローラを通過するワークピースの送り速度は0.254m／
秒(50フィート／分)であった。ワークピースが仕上げ装
置内を通過した。サンプルに対する研磨ローラの圧接力
はワークピースの全幅にわたって均一となるように調整
された。

【００５５】例１において使用された仕上げ装置は、図
９で説明した本発明の軸方向振動発生装置を備えてい
た。突出した９つのカム部の高さは0.127mm(0.005イン
チ)であるから、ローラは１回転する間に0.127mm(0.005
インチ)の振幅で軸方向に９往復だけ振動するはずであ
る。実際の振幅は、仕上げ装置自体の減衰効果によって
それよりも小さかった。研磨ローラの回転速度は600RPM
であるから、研磨ローラの軸方向振動の周波数は5400サ
イクル／分となる。比較例 軸方向振動発生装置を備えていない前述の仕上げ装置を
使用して、サンプルワークピースの仕上げが行なわれ
た。サンプルワークピースは手で仕上げ装置内のピンチ
ローラ下方に送られ、ピンチローラに送られて研磨ロー
ラを通過した。駆動研磨ローラは、ワークピースの送り
方向とは逆の方向に回転していた。

【００５６】ワークピースの表面には、送り方向に対し
て横断方向に延びる明るい帯と暗い帯とが交互に現れ
た。つまり、光学的チャッターマークが現れた。各帯の
幅はほぼ1.3cm(0.5インチ)で、スクラッチの形成方向に
対してほぼ直角の方向からワークピース表面に対してほ
ぼ30°の角度をもって見た場合に最も目立った。例１ 仕上げ装置に軸方向振動発生装置が取り付けられ、この
装置内に他のワークピースが手で送られた。この場合に
も、ワークピースはピンチローラの下方に送られ、研磨
ローラはワークピースの送り方向に対して逆向きに回転
していた。

【００５７】ワークピース表面は滑らかに仕上げられて
おり、その仕上げ面は送り方向に形成された多数のスク
ラッチからなるものであった。光学的チャッターマーク
が観察されたが、比較例のワークピースと比べるとほと
んど目立たないものであった。このように、本発明の方
法および装置によれば、従来の仕上げ装置を使用してワ
ークピースの表面仕上げを行い、光学的チャッターマー
クをほとんど目立たなくすることができる。

【００５８】本発明の方法および装置は、多くの特徴お
よび利点を備える。仕上げ装置に本発明の装置を取り付
けても材料の処理速度が遅くなることはないので、表面
仕上げを向上させるために仕上げラインのライン速度が
犠牲になることもない。しかも、光学的チャッターマー
クを目立たなくする本発明の装置は比較的経済的に組み
立てることができ、既存の仕上げ装置に比較的容易に取
り付けることができる。つまり、既存の仕上げ装置に本
発明の装置を取り付けることにより、経済的に光学的チ
ャッターの問題を解決することができる。本発明の方法
および装置は、将来の仕上げ装置に対しても、その改善
のために容易に適応させることができるだろう。

【００５９】いくつかの実施例を通して本発明を説明し
たが、当業者であれば、本発明の技術的範囲から逸脱す
ることなく、前記実施例に対して多くの変更を行うこと
は容易である。例えば、カムレースを装置のフレームに
固定して、カム駆動ローラをシャフトとともに回転させ
ることもできる。したがって、本発明の技術的範囲はこ
こに説明した構成に限定されるものではなく、特許請求
の範囲に記載した文言およびそれと均等な構成によって
のみ規定されるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 圧延機の概略側面図である。

【図２】 表面仕上げ装置の概略側面図である。

【図３】 表面仕上げ装置の駆動ローラのシャフトの軸
方向移動量をシャフトの回転量の関数として示すグラフ
である。

【図４】 チャッターマークの原因となる基準線からの
スクラッチパターンの変位をワークピースの送り量の関
数として示している。このスクラッチパターンは図３に
示されたシャフトの軸方向の移動によって生じる。

【図５】 図４のスクラッチパターンによって生じる光
学的チャッターマークを示す説明図である。

【図６】 本発明の軸方向振動発生装置が取り付けられ
た表面仕上げ装置の斜視図である。

【図７】 本発明の軸方向振動発生装置の正面図であ
る。

【図８】 図７の軸方向振動発生装置のカム駆動手段を
下方から見た底面図である。

【図９】 図７の軸方向振動発生装置が取り付けられた
駆動ローラの正面図である。

【符号の説明】

20 圧延機 22 ワークピース 24 駆動ローラ 26 バックアップローラ 28 ローラケージ 30 ワーキングローラ 34 駆動ローラの中心軸 38 バックアップローラの中心軸 40 表面仕上げ装置 42 ワークピース 44 駆動ローラ 46 研磨ベルト 50 駆動ローラの中心軸 52 アイドルローラ 54 送り機構 56 駆動ローラ 58 アイドルローラ 60 ベルト 66 バックアップローラ 99 自在継手の一端面 110 仕上げ装置 112 フレーム 114 パネル 116 ドア 118 送りテーブル 120 コンベヤ 124 フリーローラ 126 手動クランク 128 開口部 130 ピンチローラ 132 スプリング 134 仕上げベルト 136 アイドルローラ 138 駆動ローラ 140 エンドレス研磨ベルト 142 テンショナ 144 トラッキングアジャスタ 146 パワー制御装置 150 軸方向振動発生装置 152 回転部分 154 固定部分 156 回転部分の一面 158 凹部 160 リップ部 162 駆動ローラのシャフト 164 回転部分の一面 166 カムレース 168 頂部 172 谷間 180 カム駆動手段 182 自在継手 184 取付プレート 186 カム駆動手段の下面 188 カム駆動手段の上面 190 カム駆動ローラ 192 凹部 194 カム駆動ローラの軸方向貫通口 196 カム駆動手段の貫通口 198 ボルト 200 仕上げ装置のフレーム部 202 自在継手の他端面 204 スプリング

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長手軸を中心として回転駆動されるロー
   ラ(138)によって研摩手段を、移動するワークピース(4
   2)表面に押し付けることによりワークピース(42)の表面
   仕上げを行う仕上げ装置(110)において使用される光学
   的チャッターマークを目立たなくする装置であって、 前記ローラ(138)に接続されており、ローラの回転周波
   数よりも高い周波数の軸方向振動を当該ローラに与える
   ことを特徴とする、軸方向振動発生装置。
2. 【請求項２】 前記ローラ(138)に軸方向の振動を与え
   るカム手段をさらに有する請求項１記載の装置であっ
   て、 当該カム手段は、(a)前記ローラ(138)の中心軸と同心状
   に、かつ当該中心軸を横断する方向に向けられた円形面
   (164)、(b)ローラ(138)の中心軸と同心状に配置されて
   おり、前記円形面(164)上に円形のカム面を規定するカ
   ムレース(166)、(c)カムレース(166)と転がり接触し、
   ローラ(138)が回転している間において常にカム面上を
   接触しつつ移動するカム駆動手段(190)、および(d)カム
   レース(166)の表面に複数形成されており、ローラが回
   転する際に当該ローラに軸方向の振動を与えるカム突出
   部、を備えていることを特徴とする、軸方向振動発生装
   置。
3. 【請求項３】 長手軸を中心として回転駆動されており
   研磨手段をワークピース(42)に押し付けるローラ(138)
   を有する仕上げ装置(110)と組み合わせて使用される請
   求項１または２記載の装置であって、 当該装置は、ローラ(138)に接続され当該ローラが回転
   する際に軸方向の振動を与える振動手段を備えており、 この軸方向の振動の周波数は、ローラ(138)の回転周波
   数よりも十分に大きく、光学的チャッターマークを目立
   たなくすることができることを特徴とする、軸方向振動
   発生装置。
4. 【請求項４】 シャフト軸を中心として回転駆動される
   ローラ(138)を有する仕上げ装置(110)によって仕上げら
   れるワークピース(42)表面上に発生する光学的チャッタ
   ーマークを目立たなくする方法であって、 前記ローラ(138)が回転する際に、当該ローラにローラ
   の回転周波数よりも大きな周波数の軸方向振動を与える
   ことを特徴とする、方法。