JP5005648B2

JP5005648B2 - 螺旋体製造装置、螺旋体、及びスパイラル

Info

Publication number: JP5005648B2
Application number: JP2008257124A
Authority: JP
Inventors: 哲郎野間
Original assignee: 株式会社京スパ
Priority date: 2008-10-02
Filing date: 2008-10-02
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2028-10-02
Also published as: JP2010082677A

Description

本発明は、螺旋体製造装置、螺旋体、及びスパイラルに関する。

例えば、籾などの穀物、家畜のスラッジ及び配合飼料、鉱物等の粉体又は粒体状の搬送に使用されるスクリューコンベアには、螺旋体からなるスクリュー（以下、スパイラルという）が使用される。このスパイラルは、例えば、厚さ１．５ｍｍ〜９ｍｍ、幅２０ｍｍ〜１００ｍｍの鋼板を用いて、種々の方法で製造される（特許文献１〜特許文献４）。

特許文献１のものは、鋼板のスリッター材、平鋼等の長尺材を用いて、スパイラルの外周になる部分を圧延により延ばすことでスパイラルを成型する。特許文献２のものは、鋼板のスリッター材、平鋼等の長尺材を、各種ガイドで倒れを防止しながら、また外部機構でピッチを調整しながらシャフトに連続して巻き付け、スパイラルを製造する。特許文献３のものは、材料厚さに近い幅の溝付きローラーの組み合わせでスパイラル加工するもので、小型で外形/内径の比の小さいスパイラルの製造に適している。特許文献４のものは、鋼板から円板を切り出し、軸穴と切り目を入れてプレス、または引き伸ばし等で１ピッチのスパイラルを製造する。これを溶接にて繋ぎ合わせれば連続したスパイラルが製造できる。
特開平１１−１６９９９２号公報特表２００１−５２６１１６号公報特開平６−５５２２３号公報特開２００５−５４３８８号公報

特許文献１に記載の方法は、長尺のスパイラルを連続して製造することはできるが、スパイラルの外周になる部分を圧延により延ばすと外周部が薄肉となり、耐摩耗性に劣る。また、寸法バラツキが大きくなる。特許文献２の方法は、各種ガイドで倒れを防止しながらシャフトに長尺材を連続して巻き付け、スパイラルを製造するものであるが、延性の小さい高強度な材料や、シャフトの径に対するスリッター又は平鋼の幅の割合の大きい製品は、材料供給時に軸方向に折れ曲がったり、倒れ込んだりして巻きづらいという欠点がある。また、この方法は直接ピッチの大きなスパイラルを製造することを目的としているため一旦ピッチの小さな螺旋体を製作した後ピッチを広げてスパイラルを製造する方法に較べてより倒れやすい（外径/内径の比の大きいものが製造出来ない）という欠点もある。シャフトに長尺材を巻きつけるためには、長尺材を引張り込むための張力と曲げるための張力が必要である。このため、曲げ加工中の長尺材の軸方向には大きな圧縮力がかかり、材料は軸方向に折れ曲がる（湾曲する）か、チャック（固定部）方向に倒れ込もうとする。強度が大きい材料や、シャフトの径に対する長尺材の板幅の割合が大きい材料は、これらの張力が大きいため、材料が折れ曲がり易く、長尺材が軸方向へ倒れ込み易いことから、このような材料は螺旋加工が困難であった。さらに、特許文献４の方法は、スパイラルの外径/内径の比の大きいものが製造出来るが、１ピッチ分のスパイラルしか製造できず、連続した螺旋体を得るには溶接を行う必要があるため、生産効率が悪いという欠点がある。

また、従来では、スパイラルの耐摩耗性を上げるために、ＳＰＣＤに浸炭処理や窒化処理を施して、硬度の向上を図る必要があり、処理工程が多くなるという問題もあった。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みて、耐摩耗性向上を目的に延性の小さい高強度な材料や、シャフトの径に対する板幅の割合の大きい材料にも適用でき、しかも寸法ばらつきの少ない螺旋体を効率良く製造する螺旋体製造装置、それにより製造された螺旋体及びスパイラルを提供する。

本発明の螺旋体製造装置は、シャフトと、シャフトに連結されてシャフトに回転力を付与する駆動手段とを備え、平板状の金属の長尺材の一端部をチャックにて固定し、前記長尺材の幅方向がシャフト軸心に対して直交する方向に沿って供給されるように拘束材にて拘束しながら、シャフトが回転することによってシャフトに巻き付けられて螺旋体を形成する螺旋体製造装置であって、前記拘束材は、重ね合わされた状態で前記シャフトに外嵌されて螺旋溝を形成する一対の金型を備え、前記金型の螺旋溝にて長尺材を挟持して拘束しながら形成される螺旋体のピッチ数の増加に伴って、一対の金型をそのピッチ分ずつ反チャック側へ移動し、前記金型は、長尺材の供給時において、長尺材の巻き付け開始側への倒れを防止する案内面を有し、前記案内面は、軸心と直交する平面とのなす角が０．０５°〜２．０°の範囲であるテーパ面であり、長尺材の巻き付け開始側の金型には、内径側に前記テーパ面を設け、他方の金型には、外径側に前記テーパ面を設け、一方の金型のテーパ面と他方の金型のテーパ面との傾斜角度を同一としたものである。

本発明の螺旋体製造装置では、拘束材である一対の金型にて長尺材を両側から拘束する。これにより、延性が小さい高強度な材料や、シャフトの径に対する長尺材の板幅の割合が大きい材料であっても、長尺材の供給時の姿勢をシャフト軸心に対して直交する方向に維持することができる。これにより、長尺材が軸方向に折れ曲がったり（湾曲したり）、チャック方向（固定部の方向）に倒れ込んだりするのを防止することができる。

前記金型は、長尺材の供給時において、長尺材の巻き付け開始側への倒れを防止する案内面を有するものとできる。この場合、前記案内面は、軸心と直交する平面とのなす角が０．０５°〜２．０°の範囲であるテーパ面であり、長尺材の巻き付け開始側の金型には、内径側に前記テーパ面を設け、他方の金型には、外径側に前記テーパ面を設け、一方の金型のテーパ面と他方の金型のテーパ面との傾斜角度を同一とすることができる。これにより、シャフトへ長尺材を供給する際に、シャフトの軸線と直交する平面に対して、長尺材の巻き付け開始側と逆の方向に長尺材を傾斜させることができる。

前記シャフトの螺旋体形成範囲にローレット目を施すことができる。これにより、長尺材がシャフトに密着して一体的となり、シャフトと螺旋体間の摩擦力が増大する。このため既に巻きつけられた螺旋体にかかる張力を低くすることができる。特に螺旋体の巻き始めはチャック側に倒れ込んだり、折れ曲がる（湾曲）傾向が強いため、このローレット目は長尺材の巻き始めから螺旋体にして６巻き程度施すだけでも大きな効果をもたらす。

前記本発明の螺旋体製造装置にて製造された螺旋体として、伸びが２２％以上、引張強度が４４０Ｎ／ｍｍ^２以上の板材からなり、巻き付け後において、板幅ｗとシャフトの径ｄとの比ｗ／ｄが０．６以上の高強度なものを製造することができる。

前記本発明の螺旋体製造装置にて製造されたスパイラルとして、前記螺旋体を、さらに軸方向に引張って所定寸とする。なお、本明細書中、螺旋体とは、本製造装置で製造した巻き付け加工直後のものを意味し、スクリューコンベヤーに使われるまでピッチ調整したものをスパイラルと表現する。

本発明の螺旋体製造装置によれば、延性が小さい高強度な材料や、シャフトの径に対する板幅が大きい材料を使用しても、長尺材が軸方向に折れ曲がったり（湾曲したり）、チャック方向に倒れ込んだりするのを防止することができる。このため、高強度な材料を使用して耐摩耗性の高い螺旋体を製造することができる。また、螺旋体の製造後に、硬度を向上させるための処理を施す必要がなくなって、製造時間の短縮化、製造コストの低減を図ることができる。しかも、シャフトに長尺材を巻き付けて螺旋体を形成する方法を採用しているので、寸法ばらつきが少ない螺旋体を効率良く製造することができる。また、本発明により外径/内径の比が大きいスパイラルの製造が可能となったため、スクリューコンベヤーの搬送能力などの機能の向上につながる。

シャフトへ長尺材を供給する際に、シャフトの軸線と直交する平面に対して、長尺材の巻き付け開始側と逆の方向に長尺材を傾斜させると、長尺材が軸方向に折れ曲がったり（湾曲したり）、チャック方向に倒れ込んだりするのを一層防止することができる。すなわち、シャフトへ長尺材を供給する初期（巻き始め）には、長尺材のチャックによって、与えられる張力が主となるため長尺材が倒れ、又は湾曲が発生し易い。このため、長尺材の供給時に、長尺材を反チャック側に傾斜させることによって、チャックへ倒れるのを防止することができる。

前記シャフトの少なくとも螺旋体形成範囲にローレット目を施すと、既に巻きつけられた螺旋体にかかる張力を低くすることができ、螺旋体の倒れや湾曲を防止することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

本発明の螺旋体製造装置は、籾などの穀物、家畜のスラッジ及び配合飼料、鉱物等の粉体又は粒体状の搬送等に使用されるスクリューコンベアに使用される螺旋体からなるスパイラルを製造するものである。

螺旋体製造装置は、図１に示すように、螺旋体１９の材料である金属の長尺体（本実施形態では、鋼板）１が巻きつけられるシャフト２と、シャフト２に連結されてシャフト２に回転力を付与する駆動手段３と、シャフト２に外嵌されて、駆動手段３からの駆動力をシャフト２に伝達する駆動部４と、シャフト２に外嵌されるとともに、駆動部４に当接するシャフトホルダー５と、長尺体１の一端部を固定するチャック６と、長尺体１を供給方向に拘束する拘束材７と、拘束材７を保持して軸方向に自在に移動する金型ベース１６とを備えている。

シャフト２は、図２に示すように、螺旋体形成範囲２ａと駆動部取付範囲２ｂと、本体端部取付範囲２ｃとを有する。螺旋体形成範囲２ａには、ローレット目８が施されている。また、駆動部取付範囲２ｂには、図３に示すように、周方向に沿って１２０°ピッチで３つの切欠部９が形成されている。

前記拘束材７は、図４及び図５に示すように、重ね合わされて螺旋溝１３を形成する一対の第１金型７ａ、第２金型７ｂから構成される。これにより、シャフト２へ長尺材１を供給する際に、第１金型７ａ、第２金型７ｂにて長尺材１を挟持して拘束することができる。第１金型７ａ（第２金型７ｂ）は円形であり、中央部には孔部１１を有しており、この孔部１１がシャフト２に挿通されることにより、シャフト２に外嵌される。また、孔部１１から外径面に連通するスリット１２が設けられている。そして、一方のスリット側端部１６ａを図５の右側、他方のスリット側端部１６ｂを図５の左側となるように捩っている。これにより、第１金型７ａと第２金型７ｂとを重ね合せたときに、長尺体１が挟持される螺旋溝１３が形成される。以上は左巻き螺旋体の製造金型であるが右巻きの製造金型は第一金型１６ａと第二金型１６ｂの捩り方向が逆になる。

第１金型７ａの外径部には、図６に示すように、軸方向内方へ傾斜するテーパ面１４を有しており、このテーパ面１４は、軸心と直交する平面に対して１．０°傾斜している。また、第２金型７ｂの内径部には、図７に示すように、軸方向内方へ傾斜するテーパ面１５を有しており、このテーパ面１５は、軸心と直交する平面に対して１．０°傾斜している。つまり、第１金型７ａと第２金型７ｂの傾斜角度を同一としている。これにより、シャフト２へ長尺材１を供給する際に、長尺材１をシャフト２の軸線と直交する平面に対して反チャック側へ傾斜させることができる。テーパ面１４、１５は、軸心と直交する平面に対して０．０５°〜２．０°範囲で傾斜させるのが好ましい。０．０５°よりも小さいと、金型７ａ、７ｂの製作誤差により、長尺材１の傾斜を確実に得られることができず、２．０°よりも大きいと、長尺材１の供給時において、長尺材１が金型側に強く倒れかかったり、張力がかかって湾曲が発生したりする。

次に、本発明の螺旋体製造装置を用いて螺旋体１９を製造する方法について説明する。材料の長尺材１としては、例えば、伸びが２２％以上、引張強度が４４０Ｎ／ｍｍ^２以上の鋼板のスリッター材を用いる。まず、材料である長尺材１の一端部をチャック６に固定するとともに、長尺材１を第１金型７ａ及び第２金型７ｂとで挟持する。

駆動手段３の駆動力により、駆動部４及びシャフトホルダー５によってシャフト２に回転力が付与され、シャフト２はチャック６と一体的に回転する。これにより、第１金型７ａと第２金型７ｂとで挟持された長尺材１は、第１金型７ａと第２金型７ｂとで形成される螺旋溝１３を通ってシャフト２に巻き込まれることにより徐々にピッチ数を増やしていき、螺旋体１９を形成する。螺旋体１９のピッチ数の増加に伴って、第１金型７ａ、及び第２金型７ｂは金型ベース１６に保持されつつ、そのピッチ分ずつ反チャック部側へ移動する。

長尺材１をシャフト２に供給する際、長尺材１は、反チャック側に約１°傾斜して供給される。これにより、長尺材１は、供給時の姿勢をシャフト２の軸線に直交する平面に対して僅かに傾斜した状態を維持したまま、シャフト２へ巻き付けを開始することができ、長尺材１が軸方向に折れ曲がったり（湾曲したり）、チャック方向に倒れ込んだりするのを防止することができる。

しかも、シャフト２にはローレット目８が施されている。シャフト２へ長尺材１を供給する際には、チャック６によって与えられる張力が主となるため長尺材１が倒れ、又は湾曲が発生し易い。このため、シャフト２の螺旋体形成範囲２ａにローレット目８を施すことにより、長尺材１がシャフト２に密着して一体的となり、シャフト２と螺旋体の間の摩擦力が増大する。このため、既に巻きつけられた螺旋体１９にかかる張力を低くすることができる。このローレット目８は、鋼板の厚みに応じてｍ０．２〜ｍ０．５の範囲で形成され、例えば、板厚が４ｍｍ以下ではｍ０．２〜ｍ０．３、板厚が４ｍｍを超えるとｍ０．５とするのが好ましい。これは、板厚に対してローレット目８が浅いと、シャフト２による材料の引き込み力が十分に得られず、ローレット目８が深すぎると、ローレット目８を起点としてシャフト側で材料に圧壊が発生する原因となるからである。

このようにして製造された螺旋体１９を、所定ピッチになるまで引き伸ばして図８に示すようなスパイラル２０を形成する。この場合、巻き付け後の板幅ｗとシャフト２の径ｄとの比ｗ／ｄ（加工度の大きさを示す指標）は０．７以上である。

このように、本発明の螺旋体製造装置は、延性が小さい高強度な材料や、シャフト２の径ｄに対する板幅ｗが大きい材料を使用しても、長尺材１が軸方向に折れ曲がったり（湾曲したり）、チャック方向に倒れ込んだりするのを防止することができる。このため、高強度な材料を使用して耐摩耗性の高い螺旋体１９を製造することができる。このため、スパイラル３０の製造後に、硬度を向上させるための処理を施す必要がなくなって、製造時間の短縮化、製造コストの低減を図ることができる。しかも、シャフト２に長尺材１を巻き付けて螺旋体１９を形成する方法を採用しているので、寸法ばらつきが少ない螺旋体１９を効率良く製造することができる。

シャフト２へ長尺材１を供給する際に、シャフト２の軸線と直交する平面に対して、長尺材１の巻き付け開始側（チャック側）と逆の方向に長尺材１を傾斜させると、長尺材１が軸方向に折れ曲がったり（湾曲したり）、チャック方向に倒れ込んだりするのを一層防止することができる。すなわち、シャフト２へ長尺材１を供給する際には、チャック６によって、与えられる張力が主となるため長尺材１が倒れ、又は湾曲が発生し易い。このため、長尺材１の供給時に、長尺材１を反チャック側に傾斜させることによって、チャック側へ倒れるのを防止することができる。

前記シャフト２の螺旋体形成範囲２ａにローレット目８を施して、長尺材１の供給時において、長尺材１がシャフト２に密着して一体的となり、シャフト２に巻きつける際の摩擦力を大とすることができる。このため既に巻きつけられた螺旋体１９にかかる張力を低くすることができる。

前記本発明の螺旋体製造装置にて製造された螺旋体１９として、伸びが２２％以上、引張強度が４４０Ｎ／ｍｍ^２以上の板材からなり、巻き付け後において板幅ｗとシャフトの径ｄとの比ｗ／ｄが０．６以上のものを製造すると、高強度の螺旋体１９を製造することができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、シャフト２に施すローレット目８は、シャフト２の長尺材１の巻き始め部にのみ施すことができる。シャフト２の径ｄや長さ、及び回転速度は、製造すべきスパイラルの径や長さに応じて種々のものを採用することができる。また、長尺材１の厚さや幅ｗとしても種々の寸法のものを採用することができる。螺旋体１９の巻数も任意に設定することができる。実施形態では、第１金型７ａと第２金型７ｂとの２枚の金型で長尺材１を挟持したが、長尺材１を挟持できるものであれば、３枚以上の金型を用いてもよい。また、１６と第一金型７ａとの間に片面のみ螺旋状のスペーサーを使用したが、この両者を一体化した第一金型としてもよい。

まず、長尺材として、材料ＳＰＣＤ、厚さ１．６ｍｍ、板幅ｗを変動させ、螺旋体製造装置の拘束材の傾き角度、及びシャフトのローレット目の有無を変化させて螺旋体を製造した結果を表１に示す。なお、シャフトの径ｄは４０ｍｍである。巻き付け後における板幅ｗとシャフト２の径ｄとの比ｗ／ｄは、加工度の大きさを示す指標である。

実施Ｎｏ．１及び実施Ｎｏ．２の螺旋体製造装置は、拘束材の傾きが０であり、シャフトにローレット目を施さない螺旋体製造装置である。この螺旋体製造装置を用いて螺旋体を製造した場合、加工中に螺旋体の倒れと湾曲が生じないｗ／ｄは、実施Ｎｏ．１の１．０８までであった。次に、実施Ｎｏ．３及び実施Ｎｏ．４の螺旋体製造装置は、拘束材の傾きが０であり、シャフトにｍ０．２のローレット目を施した螺旋体製造装置である。この螺旋体製造装置を用いて螺旋体を製造した場合、ｗ／ｄは、実施Ｎｏ．３の１．１８までとなり、その値を大きくすることができた。次に、実施Ｎｏ．５〜実施Ｎｏ．１４の螺旋体製造装置は、拘束材の傾きを０．１°〜２°まで変化させ、シャフトにｍ０．２のローレット目を施した螺旋体製造装置である。拘束材の傾きが０．１°である場合、ｗ／ｄは、実施Ｎｏ．５の１．３０までとなり、拘束材の傾きが１°である場合、ｗ／ｄは、実施Ｎｏ．７の１．３５までとなり、拘束材の傾きが１．５°である場合、ｗ／ｄは、実施Ｎｏ．１１の１．３０までとなり、拘束材の傾きが２°である場合、ｗ／ｄは、実施Ｎｏ．１４の１．１８までとなり、その値を大きくすることができた。

次に、長尺材として、材料ＳＡＰＨ４４０（４４０Ｎ／ｍｍ^２、伸び２９％以上）、厚さ２．０ｍｍ、幅ｗを変動させ、螺旋体製造装置の拘束材の傾き角度、及びシャフトのローレット目の有無を変化させて螺旋体を製造した結果を表２に示す。なお、シャフトの直径ｄは４０ｍｍである。

実施Ｎｏ．１〜実施Ｎｏ．３の螺旋体製造装置は、拘束材の傾きが０であり、シャフトにローレット目を施さない螺旋体製造装置である。この螺旋体製造装置を用いて螺旋体を製造した場合、加工中に螺旋体の倒れと湾曲が生じないｗ／ｄは、実施Ｎｏ．３の０．６０までであった。これは、材料ＳＰＣＤ（２７０Ｎ／ｍｍ^２、伸び４０％以上）、厚さ２．３ｍｍを使用した場合のｗ／ｄ（１．１０以上）と比較すると、大きく下回っている。しかしながら、シャフトにｍ０．２のローレット目を施した螺旋体製造装置を用いると、ｗ／ｄは、実施Ｎｏ．４の０．６５と向上する。また、シャフトにｍ０．５のローレット目を施し、かつ、拘束材の傾きが１°である場合、ｗ／ｄは、実施Ｎｏ．５の１．１０までとなり、高強度な材料（ＳＡＰＨ４４０）であっても、ｗ／ｄの値を大きくすることができた。

次に、長尺材として材料ＳＰＦＨ４９０（４９０Ｎ／ｍｍ^２、伸び２３％以上）、厚さ２．０ｍｍ、幅ｗを変動させ、螺旋体製造装置の拘束材の傾き角度、及びシャフトのローレット目の有無を変化させて螺旋体を製造した結果を表３に示す。なお、シャフトの直径ｄは４０ｍｍである。

実施Ｎｏ．１〜実施Ｎｏ．４の螺旋体製造装置は、拘束材の傾きが０であり、シャフトにローレット目を施さない螺旋体製造装置である。この螺旋体製造装置を用いて螺旋体を製造した場合、加工中に螺旋体の倒れと湾曲が生じないｗ／ｄは、実施Ｎｏ．４の０．５５までであった。これは、材料ＳＰＣＤ（２７０Ｎ／ｍｍ^２、伸び４０％以上）、厚さ２．３ｍｍを使用した場合のｗ／ｄ（１．１０以上）と比較すると、大きく下回っている。しかしながら、シャフトにｍ０．２のローレット目を施した螺旋体製造装置を用いると、ｗ／ｄは、実施Ｎｏ．５の０．６０と向上する。また、シャフトにｍ０．５のローレット目を施し、かつ、拘束材の傾きが１°である場合、ｗ／ｄは、実施Ｎｏ．８の１．１０までとなり、高強度な材料（ＳＰＦＨ４９０）であっても、ｗ／ｄの値を大きくすることができた。

本発明の実施形態を示す螺旋体製造装置の簡略正面図である。本発明の実施形態を示す螺旋体製造装置に使用されるシャフトの正面図である。前記図２のシャフトの側面図である。本発明の実施形態を示す螺旋体製造装置に使用される拘束材の側面図である。前記図４の拘束材の正面図である。第１金型の断面図である。第２金型の断面図である。本発明の実施形態を示す螺旋体製造装置にて製造したスパイラルの正面図である。

符号の説明

１長尺材
２シャフト
３駆動手段
７拘束材
８ローレット目
１３螺旋溝
１４、１５テーパ面
１９螺旋体

Claims

シャフトと、シャフトに連結されてシャフトに回転力を付与する駆動手段とを備え、平板状の金属の長尺材の一端部をチャックにて固定し、前記長尺材の幅方向がシャフト軸心に対して直交する方向に沿って供給されるように拘束材にて拘束しながら、シャフトが回転することによってシャフトに巻き付けられて螺旋体を形成する螺旋体製造装置であって、
前記拘束材は、重ね合わされた状態で前記シャフトに外嵌されて螺旋溝を形成する一対の金型を備え、前記金型の螺旋溝にて長尺材を挟持して拘束しながら形成される螺旋体のピッチ数の増加に伴って、一対の金型をそのピッチ分ずつ反チャック側へ移動し、前記金型は、長尺材の供給時において、長尺材の巻き付け開始側への倒れを防止する案内面を有し、前記案内面は、軸心と直交する平面とのなす角が０．０５°〜２．０°の範囲であるテーパ面であり、
長尺材の巻き付け開始側の金型には、内径側に前記テーパ面を設け、他方の金型には、外径側に前記テーパ面を設け、一方の金型のテーパ面と他方の金型のテーパ面との傾斜角度を同一としたことを特徴とする螺旋体製造装置。
前記シャフトの螺旋体形成範囲にローレット目が施されていることを特徴とする請求項１の螺旋体製造装置。
前記請求項１又は請求項２に記載の螺旋体製造装置にて製造されたことを特徴とする螺旋体。
伸びが２２％以上、引張強度が４４０Ｎ／ｍｍ ² 以上の板材からなり、巻き付け後において板幅ｗとシャフトの径ｄとの比ｗ／ｄが０．６以上であることを特徴とする請求項３の螺旋体。
請求項３又は請求項４の螺旋体をさらに軸方向に引張って所定寸としたことを特徴とするスパイラル。