JP4612285B2

JP4612285B2 - らせん線材の製造装置

Info

Publication number: JP4612285B2
Application number: JP2003162492A
Authority: JP
Inventors: 康嗣吉村; 暢彦桂; 武美堤野
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2003-06-06
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2023-06-06
Also published as: JP2004358537A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、らせん線材の製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、土木建築用構造物，自動車用タイヤの補強材等に利用されている鋼線は直線状の線材を複数束ねた構造で使用されている。本件発明者の一人は、特開平８−２９１５８７号公報（特許第３２４９０３０号）にあるように、生物組織体が有する強靭性および新陳代謝機能に着目し、該生物組織体を構成するコラーゲン繊維を人工的に形成したらせん体を使用して小型化および軽量化を図りながら高い強靭性を得ると共に寿命を永続化できる構成物を提供するらせん線材を発明した。
【０００３】
【発明が解決しようとする問題点】
一般にこのようならせん線材を製造する方法として、らせん状の孔を開けた半割りダイスを用いて製造することが考えられるが、特に細径線材の場合、加工精度に限界があるため、ダイスが焼き付き易く、また、生産性やコスト面で限界がある。このため効率的でかつ実現性のあるらせん線材の製造手段の確立が強く要望されているのが実情である。
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、任意の線材長手方向のピッチ、それに直角な面内のらせん半径を持つらせん線材を自在に得ることが可能な装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【問題点を解決するための手段】
本発明の第１態様であるらせん線材の製造装置は、前段および後段の２段からなり、前段および後段の各パスラインは互いに角度を有するダイス部と、前段の入側に設けた前段パスライン方向に線材を押し込むための材料押し込み手段とを含み、前記前段ダイス部は、中心軸線上の貫通孔を通して線材を導入するような円筒状の前段ダイス部本体と、該前段ダイス部本体の外周に回転自在に取り付けられたハウジングと、該ハウジングに取り付けられた定置自由回転可能な複数の前段ローラーダイスと、前記ハウジングを回転させる前段回転手段とを有し、前記後段ダイス部は、前記ハウジングに取り付けられて線材を案内する穴ダイスを持つ線心保持部と、前記ハウジングに設けられ、前記前段および後段の各パスラインのなす角度を変更できるように、前記穴ダイスの位置を変更できるようにしたパスライン角度調整手段とを含み、該パスライン角度調整手段は、前記ハウジングに揺動自在に取り付けられ、前記穴ダイスを取り付け、かつ、２本のアームが連結部材で門形に構成された門形レバーと、該門形レバーの２本のアームの中間に前記ハウジングの中心軸線を通過させた状態で、前記アームの揺動半径を含む仮想平面が前記ハウジングの中心軸線に対し傾斜し、該平面と前記ハウジングの中心軸線とのなす角度が調節可能とされた操作部とを含むことを特徴としている。
【０００５】
本発明の第２態様であるらせん線材の製造装置は、第１態様に加え、前記線心保持部は、取付板と、該取付板にねじ込まれた取付筒と、該取付筒内に支持された穴ダイスを含むことを特徴としている。
【０００６】
本発明の第３態様であるらせん線材の製造装置は、第１態様に加え、前記穴ダイスは外形が短円柱状部材からなり、その中心軸線回りに回転自在に保持され、中心軸線に同心に線材案内孔が設けられ、該線材案内孔は、中心軸線を含む断面において、線材送り方向で入口から出口に向けて直径が滑らかに縮小し、最小孔部に至り、再び拡大する円錐孔であり、前記最小孔部が入口近くに位置していることを特徴としている。
【０００７】
本発明の第４態様であるらせん線材の製造装置は、第１態様に加え、複数の前記ローラーダイスは、ローラー本体の両側から軸が突設され、ローラー本体の外周に円弧状断面を持つ円周溝が形成され、線材を円周溝で囲むように、ダイス保持部材に配置され、該ダイス保持部材は円板台座と、そこに組付けられて全体として円形外形をなすように、同一形状，大きさからなる複数の扇形部材からなることを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施態様を図面に示す一実施例にもとづき説明する。図１，２，３，４において、前段２０および後段３０の２段からなり、前段および後段の各パスラインが互いに角度を有するダイス部２０，３０を使用する。そして、前段パスラインに垂直な面内で前記前段ダイス部２０と後段ダイス部３０を回転させながら、前記前段ダイス部２０から後段ダイス部３０を通して、前段の入側に設けた前段パスライン方向に線材を押し込むための材料押し込み部１０で、パスライン方向に線材１を送るのである。そして、前記線材送り速度、前記ダイス部の回転速度および前記パスライン角度の少なくともいずれか１つの値を調整するのである。
【００１２】
図５，６，７において、前段ダイス部２０では、中心軸線上の貫通孔を線材案内パイプ１４を通して、線材１を導入する円筒状の前段ダイス部本体２１が設けられる。前記前段ダイス部本体２１の外周に後記受動プーリ２６ａを介して、環状のハウジング２５が回転自在に取り付けられる。ハウジング２５は外形が正方形状で、中心に後記スペーサー２２を貫通させる円孔を有し、背向する２片から線材送り方向に第１ブラケット２５ｂが突設され、他の１片の中央から線材送り方向に直角方向に第２ブラケット２５ｃが突設される。
【００１３】
図７，９において、ハウジング２５の中心円孔に同心に円環スペーサー２２が固定され、これにダイス保持部材２３がボルトで着脱自在に取り付けられ、この保持部材に定置自由回転可能な複数（３個）の前段ローラーダイス２４が保持される。ダイス保持部材２３は円板台座２３ａと、そこに組付けられて全体として円形外形をなすように、同一形状，大きさからなる３個の扇形部材２３ｂからなる。
【００１４】
図９において、３個のローラーダイス２４の各々は、ローラー本体の両側から軸が１体突設され、ローラー本体の外周に円周溝（円弧断面を持つ）が形成されている。線材を円周溝で挟むように、ダイス保持部材２３に配置される。
【００１５】
図７，９において、各扇形部材には、ローラーダイス本体を収容する区画および軸を収容する穴が設けられる。そして、扇形部材にローラー軸をはめ込んだ状態で、これらの３組を円形に組みつけて円板台座２３ａに定置させ、両者をボルトで止める。更に、これをスペーサー２２に同心にボルトで止める。このとき、スペーサー２２の中心を貫通した線材案内パイプ１４の先端が、円板台座２３ａの線材孔に軸受を介して臨む。
【００１６】
図３において、前記ハウジング２５を回転させる前段回転手段２６として、前記前段ダイス本体２１の外周に回転自在にタイミング受動プーリ２６ａが設けられ、これに対し、間隔を存してタイミング駆動プーリ２６ｂが設けられ、これらの両プーリ間にタイミングベルト２６ｃが張設され、駆動プーリ２６ｂに回転モーター（図示省略）が接続される。
【００１７】
前記ハウジング３１にパスライン角度調整手段３２が取り付けられる。即ち、ハウジングの第１ブラケットに支持ピン３２ｂで、門形レバー３２ａ（２本のアームが連結部材で門形に構成される）が揺動自在に取り付けられる。該門形レバーの２本のアームの中間に前記ハウジングの中心軸線を通過させた状態で、前記アームの揺動半径を含む仮想平面が前記ハウジングの中心軸線に対し傾斜し、該平面と前記ハウジングの中心軸線とのなす角度が調節可能とされるよう、操作部３２ｃが設けられる。即ち、ハウジングの第２ブラケット３１ｃに支持されたピン３２ｄに、回動自在に支持されたリンクボルト３２ｅがレバー３２ａの連結部材を融通貫通し、この貫通する部分を挟んでナット３２ｆがねじ込まれる。
【００１８】
前記レバー３２ａには、線材を案内する穴ダイス３１ｄを持つ線心保持部３１が取り付けられる。即ち、レバー３２ａの内側に矩形取付板３１ａが固定され、これに、取付筒３１ｂがねじ込まれ、固定ナット３１ｃで固定される。そして、この取付筒３１ｂ内に穴ダイス３１ｄが回転自在に支持される。
【００１９】
図７において、穴ダイス３１ｄは外形が短円柱状部材からなり、その中心軸線回りに回転自在に軸受けで保持されている。そして、中心軸線に同心に線材案内孔が設けられている。この線材案内孔は、中心軸線を含む断面において、線材送り方向（入口から出口に向け）に直径が滑らかに縮小し、最小孔部に至り、再び拡大する円錐孔であり、最小孔部が入口近くに位置する。
【００２０】
以上において作動状態を説明する。図７，８において、両方のパスラインＰＬ１、ＰＬ２のなす角度θが零の状態で、所望径の線材１を押し込み部１０の入側から送り込んで水平ロール１１に噛み込ませ、ローラーダイス２４に送り込み、さらに穴ダイス３１ｄの穴を通過させる。次に後段パスラインＰＬ２を前段パスラインＰＬ１に対し角θだけ傾ける。そして、回転モーターにより、ローラーダイス２４、ダイス保持部材２３および穴ダイス３１ｄを強制的に前段パスラインＰＬ１に垂直な面内で回転させる。このため、一定速度で前段パスライン方向に送り込まれた線材１は、ローラーダイス２４の位置で案内された状態で、穴ダイス３１ｄかららせん状に加工されて送り出されてくるのである。
【００２１】
今、これを作業の順序に従って説明する。図４に示すように、素材の直径ｄとし、製造が求められるらせん線材の直径Ｄ，ピッチＰとすれば、らせん線材のリードＬはＬ＝√｛（πＤ）²＋Ｐ²｝となる。ピッチＰとリードＬとのなす角はβとなる。
【００２２】
図７で前段回転部２６が停止し、両方のパスラインＰＬ１、ＰＬ２のなす角度θが零の状態で、先ず、線材１を案内パイプ１４を通してローラーダイス２４に導き、３個のローラーで形成される円形に近い孔を通し、次いで、穴ダイス３１ｄの孔を通してその出口付近まで送って止める。次に、図８でパスライン角度調整部３２の操作部３２ｃのナット３２ｆを回して、レバー３２ａの末端側をリングボルト３２ｅの末端側へ移動させる。これにより、前段パスラインＰＬ１に対し、後段パスラインＰＬ２が角度θがβに傾斜する。また、πＤに対応して線心保持部３１の取付筒３１ｂをネジを介して回転させ、穴ダイス３１ｄの取付位置を調節する。
【００２３】
そして、穴ダイス３１ｄが前段パスラインＰＬ１を中心に一回転する間に、線材をＬだけ送るように各々速度を決め、穴ダイス３３１の回転と線材の送りを開始する。そして、数ピッチ分だけ送って停止させ、その製品を計測し、設計通りに仕上がっていないときには、前記角βおよび穴ダイス３１ｄの取付位置を調節する。この作業を数回繰り返すことにより、設計値に一致した製品が得られることになる。このように、線材の太さ，応力やダイス部と線材との隙間の大小などにより、設計値（理論値）と製品仕上がり値が一致しない場合には、前記角βより大きい角度θおよび穴ダイス３１ｄの取付位置を調節する。または、線材送り速度と穴ダイスの回転速度を調節する。
【００２４】
このように本発明においては、ｚ軸方向の線材押し込み部１０，ローラーダイス２４およびｘｙ軸変位自在な穴ダイス３１ｄにより、穴ダイス３１ｄに、ｚ軸方向の送りと、ｘ軸・ｙ軸方向に周期的な変位を付与することができることから、ｚ軸の送り速度（押し込み速度）、ｘ軸・ｙ軸の変位速度（穴ダイスの回転速度）、およびパスライン角度を制御することにより、任意のピッチとオフセット量（らせん半径）を持つらせん線材を連続して製造することが可能となる。
【００２５】
本発明に係る製造装置を実際に制御する場合には、例えば下記のような具体的な要素が必要とされる。穴ダイス３１ｄについてモーターにより与えられるｘ軸・ｙ軸方向変位の振幅を同じ値ａ，角速度を同じ値ω，時間をｔとした場合、ｘｙ軸方向の位相と速度は次のように表される。
ｘ軸方向の変位Ｕｘ＝ａ・cos（ωｔ）
ｙ軸方向の変位Ｕｙ＝ａ・sin（ωｔ）
ｘ軸方向の速度Ｖｘ＝−ａω・sin（ωｔ）
ｙ軸方向の速度Ｖｙ＝ａω・cos（ωｔ）
また、ｚ軸方向の加工速度Ｖｚ＝ｂとすれば、穴ダイス３１ｄはｘ軸・ｙ軸面内で周期Ｔ＝２π／ωの円運動をし、ピッチｐは、ｐ＝Ｖｚ・Ｔ＝ｂ・２π／ω山部の最大高さと谷部の最低高さとの差ｈは、ｈ＝ａ＋ｄ（ｄ：線材直径）になる。
【００２６】
次に、図１０は本発明により得られたらせん線材の一例を示す平面図である。らせん線材１の山部最大高さと谷部最低高さの差は、線材直径の約２倍のらせん径からなり、山部１ａと谷部１ｂとがほぼ相対する形状で、谷部がらせん中心ｃとほぼ一致するか、そのらせん中心より外側に位置するように所定のピッチｐおよび振幅ａでらせん巻回されて形成される。なお、図１０はらせん巻方向が右巻きのらせん線材を示しているが、左巻きのものであってもよい。
【００２７】
本発明においては、線材を確実に案内して必要とされる変位を与えるために、前部ダイス部２０で線材を囲むローラーダイス２４を採用した。このローラーダイスは実用上、図１１(a),(b),(c)に示すように、各々２ロール(a)，３ロール(b)，４ロール(c)を採用することができる。穴ダイスに替えてもよい。また、後部ダイス部３０で穴ダイスはローラーダイスでもよい。ここで、図１１における各記号の意味は次のとおりである。
Ｄ：ロール直径，Ｒｏ：素材半径，Ｒｇ：溝底の半径，Ｓ：線材と溝底との間隙，ΔＢ：幅広がり量
【００２８】
なお、角度調整部３２，穴ダイス取付筒３１ｂは電動モーターで駆動させてもよい。
【００２９】
〔実施例〕
（実施条件）
・被加工素材：径φ３.２ｍｍ
・ローラーダイス：無駆動
・ハウジングの回転速度：３６５rpm
・後段パスラインの前段に対する角度θ：３０度
前段：ローラーダイス（ロールが３本）
ロール径Ｄ：１５ｍｍ，
被加工素材半径Ｒｏ：１.６ｍｍ
ロール接触面半径Ｒｇ：２.２ｍｍ
ロールと被加工素材の隙間Ｓ：０.００５ｍｍ
隣接するロール間の隙間ΔＢ：０.３ｍｍ
・後段穴ダイス内径：４.２ｍｍ
・加工速度（ｚ軸方向押し込み速度）：９ｍ／min
・押し込み装置：水平駆動２ロール×２段
以上の条件により実施した結果、ピッチ２２ｍｍ、山部・谷部高さの差ｈが６.４ｍｍのらせん線材を継続して支障なく製造することができた。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は土木建築用構造物や自動車用タイヤ等に用いる鋼線としてらせん線材を有効に供給できることから、その産業上の利益は非常に大きい。
【００３１】
請求項１の発明によれば、ピッチおよびらせん山部最高値と谷部最低値との差を任意の値に設定し得るらせん線材を高能率に製造可能である。また、前段ダイスにローラーダイスを用いることにより、線材の送りがスムーズに行われる。また、パスライン角度調整手段の構成が簡単となり、角度調整が容易となる。
【００３２】
請求項２の発明によれば、請求項１の効果に加え、特に、取付筒の取付板へのねじ込み量を変えることにより、らせん線材の直径の微調整が可能となる。
【００３３】
請求項３の発明によれば、請求項１の効果に加え、特に、穴ダイスを回転自在に保持したことにより、線材の案内がスムーズに行える。
【００３４】
請求項４の発明によれば、請求項１の効果に加え、特に、複数のローラーダイスの位置決めと組付けが容易となった。
【００３５】
請求項５の発明によれば、ピッチおよびらせん山部最高値と谷部最低値との差を任意の値に設定し得るらせん線材を高能率に製造可能である。また、前段ダイスにローラーダイスを用いることにより、線材の送りがスムーズに行われる。
特に、取付筒の取付板へのねじ込み量を変えることにより、らせん線材の直径の微調整が可能となる。
【００３６】
請求項６の発明によれば、ピッチおよびらせん山部最高値と谷部最低値との差を任意の値に設定し得るらせん線材を高能率に製造可能である。また、前段ダイスにローラーダイスを用いることにより、線材の送りがスムーズに行われる。
特に、穴ダイスを回転自在に保持したことにより、線材の案内がスムーズに行える。
【００３７】
請求項７の発明によれば、ピッチおよびらせん山部最高値と谷部最低値との差を任意の値に設定し得るらせん線材を高能率に製造可能である。また、前段ダイスにローラーダイスを用いることにより、線材の送りがスムーズに行われる。
特に、複数のローラーダイスの位置決めと組付けが容易となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の全体斜視図である。
【図２】図１の斜上方から見た全体斜視図である。
【図３】図１の分解斜視図である。
【図４】本発明の原理的説明図である。
【図５】本発明装置の正面図である。
【図６】図５の右側面図である。
【図７】図６のＹ7−Ｙ7断面図である。
【図８】図７におけるパスライン角度の変更説明図である。
【図９】図７のＹ9−Ｙ9断面図である。
【図１０】本発明により得られたらせん線材の平面図である。
【図１１】 (ａ),(ｂ),(ｃ)は、各々、ローラーダイスが２個,３個,４個を示す図である。
【符号の説明】
ＰＬ１前段パスライン
ＰＬ２後段パスライン
１線材
１ａ山部
１ｂ谷部
１０線材押し込み部（手段）
１１水平ロール
１２押し込み装置駆動用モーター
１３ハウジング
１４線材案内パイプ
２０前段ダイス部
２１前段ダイス部本体
２２スペーサー
２３ダイス保持部材
２４ローラーダイス
２５ハウジング（回転環）
２５ａ環状本体
２５ｂ第１ブラケット
２５ｃ第２ブラケット
２６前段回転部（手段）
２６ａタイミング受動プーリ
２６ｂタイミング駆動プーリ
２６ｃタイミングベルト
３０後段ダイス部
３１線心保持部
３１ａ取付板
３１ｂ取付筒
３１ｃ固定ナット
３１ｄ穴ダイス
３２パスライン角度調整部（手段）
３２ａレバー
３２ｂ支持ピン
３２ｃ操作部
３２ｄボルト
３２ｅリングボルト
３２ｆナット

Claims

前段および後段の２段からなり、前段および後段の各パスラインは互いに角度を有するダイス部と、前段の入側に設けた前段パスライン方向に線材を押し込むための材料押し込み手段とを含み、
前記前段ダイス部は、中心軸線上の貫通孔を通して線材を導入するような円筒状の前段ダイス部本体と、該前段ダイス部本体の外周に回転自在に取り付けられたハウジングと、該ハウジングに取り付けられた定置自由回転可能な複数の前段ローラーダイスと、前記ハウジングを回転させる前段回転手段とを有し、
前記後段ダイス部は、前記ハウジングに取り付けられて線材を案内する穴ダイスを持つ線心保持部と、前記ハウジングに設けられ、前記前段および後段の各パスラインのなす角度を変更できるように、前記穴ダイスの位置を変更できるようにしたパスライン角度調整手段とを含み、
該パスライン角度調整手段は、前記ハウジングに揺動自在に取り付けられ、前記穴ダイスを取り付け、かつ、２本のアームが連結部材で門形に構成された門形レバーと、該門形レバーの２本のアームの中間に前記ハウジングの中心軸線を通過させた状態で、前記アームの揺動半径を含む仮想平面が前記ハウジングの中心軸線に対し傾斜し、該平面と前記ハウジングの中心軸線とのなす角度が調節可能とされた操作部とを含むことを特徴とするらせん線材の製造装置。
前記線心保持部は、取付板と、該取付板にねじ込まれた取付筒と、該取付筒内に支持された穴ダイスを含むことを特徴とする請求項１記載のらせん線材の製造装置。
前記穴ダイスは外形が短円柱状部材からなり、その中心軸線回りに回転自在に保持され、中心軸線に同心に線材案内孔が設けられ、該線材案内孔は、中心軸線を含む断面において、線材送り方向で入口から出口に向けて直径が滑らかに縮小し、最小孔部に至り、再び拡大する円錐孔であり、前記最小孔部が入口近くに位置していることを特徴とする請求項１記載のらせん線材の製造装置。
複数の前記ローラーダイスは、ローラー本体の両側から軸が突設され、ローラー本体の外周に円弧状断面を持つ円周溝が形成され、線材を円周溝で囲むように、ダイス保持部材に配置され、該ダイス保持部材は円板台座と、そこに組付けられて全体として円形外形をなすように、同一形状，大きさからなる複数の扇形部材からなることを特徴とする請求項１記載のらせん線材の製造装置。