JP6078813B1 - スクリューバー製造装置及びスクリューバー製造方法 - Google Patents

スクリューバー製造装置及びスクリューバー製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】引抜加工で製造されるスクリューバーの捩じり量をさらに増す手段を提供する。【解決手段】引抜加工機上でダイス901を所望の速度で周方向に回転させながら引き抜くことでスクリューバーを製造する。この回転方向をSdとする。線材Aを引き抜くための引抜駆動力は引抜用ボビン912が回転することで得られるが、この引抜駆動力が大きくなるほどスクリューバーが1回転する為の軸方向の長さ(単位長さ)は長くなる。そこで、後工程の直線機の回転体の回転方向SrをSdと同じ方向にすることで、さらにスクリューバーの捩じり量を増やし、最大捩り強度、捩り弾性限度、弾性捩れ角によりスクリューバーの強度を増すことが可能になる。【選択図】図7

Description

本発明はスクリューバーの製造方法、特に単位長さあたりの捩じり量を増したそれの製造方法に関する。
スクリューバーとは高張力異形鉄筋の一種であり、多角形断面の線材の両端を把持し捩じったような形状のものを言う。ここで「捩じる」とは、「細長いもの」の両端に力を加え、互いに逆の方向に回すこと(小学館「大辞泉」)と定義されており、本書でもこの定義で用いる。
図1は、一般的なスクリューバーを製造する引抜加工機を表す概念図である。なお、あくまでも本図は概念図であり、実際の製造機械はもっと複雑なものであることは言うまでもない。
この引抜加工機は、ダイス901、ダイスホルダー902、材料線材供給用ボビン911、引抜用ボビン912、発動機920、動力伝達機構922、テーブル990を含んで構成される。
線材Aは、加工中の線材を表す。本図は加工中の図であるため、材料のままの断面を有する材料線材A−1と加工後の多角形断面を持つ完成線材A−2の双方が線材Aに含まれる。
線材Aは、当初材料線材供給用ボビン911に材料線材A−1として巻き取られた形で用意される。材料線材供給用ボビン911に巻き取られた状態では線材Aは全て材料線材A−1である。
ダイス901は材料線材A−1を完成線材A−2に塑性変形させるための略円筒形の形状を持つ塑性変形加工用のダイスである。線材Aは、ダイス901の貫通孔901aを通過することで材料線材A−1から完成線材A−2に塑性変形する。
図2は、ダイス901の外観を表す正面図である。また、図3はダイス901の外観を表す斜視図である。このダイス901には貫通孔901a及び勘合穴901dが存在する。
貫通孔901aは、略円筒形の中心軸に引抜加工の対象となる線材Aを通すためにダイス901に設けられた孔である。この貫通孔901aの形状で完成線材A−2の断面形状が決定される。なお本図では貫通孔901aは四角形であるが、三角形または五角形以上の断面であっても良い。
勘合孔901dは、ダイスホルダー902中にダイス901を固定するための勘合部である。また、ダイスホルダー902がダイス901を回転させスクリューバーを製造する際には勘合穴901dを介して駆動力がダイス901に伝達される。
ダイスホルダー902は、引抜用ボビン912から軸方向(図3に図示)に加えられる線材Aを引き抜く力に負けることなくダイス901を保持するための保持具である。また、スクリューバーを作るためダイス901をその周方向(図2に図示)に回動する必要があり、ダイスホルダー902はダイス901に対してその駆動力も提供する。そして、その駆動力は、発動機920から動力伝達機構923を介してダイス901の嵌合孔901dに伝達される。
ダイスホルダー902は、ダイス901を任意の周方向に回動させる。なお、捩じり量が同一のスクリューバーを造る際には、一定の方向に等速度で回動させる必要がある。またその際には、引抜用ボビン912の巻取速度も一定であることが望ましい(現実には巻き取りの前後で駆動軸912aからの距離が変動するので厳密には難しい)。
材料線材供給用ボビン911は、テーブル990に回動可能に設置された筒体である。この材料線材供給用ボビン911は線材Aを引っ張る力によって軸911aを中心に回動する。
引抜用ボビン912も、テーブル990に回動可能に設置された筒体である。この引抜用ボビン912も駆動軸912aを中心に回動可能に設置される。材料線材供給用ボビン911と引抜用ボビン912の大きな違いは、後述する発動機920から直接駆動力が伝達されるか否かである。
加工を行う際、動力伝達機構922を経由して伝達された発動機920の駆動力(回転力)が駆動軸912aに伝達され、この伝達された力で引抜用ボビン912は駆動軸912aを中心に回動する。この動力伝達機構922を通して伝えられた回転力が、引抜加工を行う際の線材Aをダイス901から引き抜く力(引抜駆動力)となる。
なお、引抜用ボビン912は駆動軸912aから着脱可能なように設計されることが望ましい。完成線材A−2を直線機に掛ける際に引抜用ボビン912を共用できれば工数が削減できるからである。
引抜駆動力は単位時間当たりの引抜量を決定する。従って、引抜駆動力が大きいほど生産効率が上がり、製品原価が低下する。よって、引抜駆動力が大きいほど生産計画の面では好ましい。
加工に際しては、材料線材供給用ボビン911に巻き取られた線材Aの端部を細くするなどしてダイス901に設けられた貫通孔901aを通した後、引抜用ボビン912に固定する。このようにすることで、材料線材供給用ボビン911に巻かれた材料線材A−1から所望断面のスクリューバー(完成線材A−2)を製造し、別の引抜用ボビン912に完成線材A−2を巻きとることが可能になる。
なお本明細書における「周方向」とは、線材Aの軸心Xを中心とした回転方向をいう。図2には周方向が記載されているが、必ずしも図の矢印方向なければならないというものではなく、逆回転方向であっても良い。
一方本明細書における「軸方向」とは、線材Aの軸心Xの前後方向、すなわち線材Aの引抜方向をいう。
発動機920は、引抜加工機が必要とする動力を提供する為のモータなどである。
動力伝達機構922は、主動力伝達軸920aから伝えられる駆動力を適当なトルクに変換して駆動軸912aに伝達する為の歯車機構等である。また、動力伝達機構923は、主動力伝達軸920aから伝えられる駆動力を適当なトルクに変換してダイスホルダー902に伝達する為の歯車機構等である。この図では歯車を用いた機械工学的な動力伝達で表しているが、コンピュータ制御よる電気的な駆動力の伝達で実現しても良い。いずれにしても、引抜用ボビン912の回転速度とダイスホルダー902によるダイス901の回転は同期する必要がある。
このようにダイス901を回転させることで、多角形断面を捩じった完成線材A−2を製造することが可能となる。完成した線材A−2は引抜用ボビン912に巻き取られる。引抜用ボビン912がテーブル990から取り外されて、後工程にあたる直線機での作業に完成線材A−2が持ち込まれる。
引抜用ボビン912に巻き取られるということは、完成線材A−2に曲がり癖がついているということになる。従って、最終的にはこの引抜用ボビン912ごと完成線材A−2を直線機に移動して、完成線材A−2の曲がり癖を除去する。そして、その後必要な長さに切断し、実際に用いる長さのスクリューバーを製造する。
なお、スクリューバーでない丸断面形状を有する線材(以下「丸線材」)であっても、ダイス901を回転させることで捩じりを加え、最大捩り強度、捩り弾性限度、弾性捩れ角を改善する方法が提案されている。
特開平06−2035(以下特許文献1)では、鍛練過程でダイスに回転を加えることで、鍛流線22が捩じれた鍛伸材24を製造することが開示されている。この文献では鍛流線が軸心に対し30度から60度の角度を有する場合には、最大捩り強度、捩り弾性限度、弾性捩れ角が改善することが開示されている。
特開平06−2035公開特許公報
しかし、引抜加工機での線材のねじりでは、20cm引き抜くごとに1回転するのが限界であり、これ以上捩じると潤滑油が溜まることで完成線材A−2の表面を傷つけることが多い。また、引抜速度を上げることができず、製造原価の高騰を招き好ましくない。
また、単純に引抜駆動力があげると、より高速でダイス901を回動させなければ「スクリューバーの捩じり量が1回転(360度)するのに要する軸方向の長さ」(以下「単位長さ」)が長くなる。従って、「単位長さ」を維持したまま引抜駆動力を上げるのであればダイス901の回転数を高くする必要があり、そのためにはダイス901に加えられるトルクも大きくする必要がある。結果として発動機920の出力を大きくする必要が出てくるが、これは既存設備の更新を要求することになる場合が多く、あまり好ましい物とは言えない。
本発明の目的は、スクリューバーの単位長さを短くし、スクリューバーの捩じり量を増やす手段、並びにその捩じり量を増やしたスクリューバーの製造方法を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、既存設備を維持したままスクリューバーの捩じり量を増やす手段を提供することにある。
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
なお、本書における「スクリューバー」とは、断面形状には特にこだわるものでなく製造過程で「捩じり」を線材に加えているものを言う。従って断面形状は特に定めるものではなく、引用文献1のように丸断面であっても良い。当然に、断面の「角」を丸くしたもの、すなわち出願人が特願2015−175256で開示した製造方法で作った線材だけでなく、一般的に用いられるツイストバーも当然に含まれるものとする。
本発明に関わる代表的なスクリューバー製造装置は、引抜用ボビンを用いてダイスから引き抜いた完成線材を巻き取る引抜加工機と、完成線材の曲がり癖を回転体で取り除く直線機と、を用い、ダイス及び回転体が回動可能であり、このダイスの回動方向と回転体の回動方向が同じであることを特徴とする。
このスクリューバー製造装置は、引抜用ボビンが着脱可能なことを特徴としても良い。
このスクリューバー製造装置は、引抜機と直線機が引抜用ボビンを共用することを特徴としても良い。
これらのいずれかのスクリューバー製造装置で製造したスクリューバーも本発明の射程に含まれる。
また、これらのスクリューバーを用いて製造された金網及びグレーチングも本発明の射程に含まれる。
本発明に関わる代表的なスクリューバースクリューバーの製造方法は、周方向に略同一速度で回動するダイスの貫通孔から線材を引き抜くことで前記線材を塑性加工する第1の工程と、周方向に略同一速度で回動する回転体の軸中心に前記塑性加工後の前記線材を送ることで前記塑性加工後の前記線材に直線性を付与する第2の工程と、を有し、ダイスの回動方向と回転体の回動方向が同じであることを特徴とする。
このスクリューバーの製造方法において、ダイスの回動トルクを可変とすることを特徴としても良い。
また、このスクリューバーの製造方法において、第1の工程前に前記ダイスの回動トルクを設定する初期設定工程を含むことを特徴としても良い。
このスクリューバーの製造方法において、回転体の回動トルクを可変とすることを特徴としても良い。
また、このスクリューバーの製造方法において、第1の工程前に回転体の回動トルクを設定する初期設定工程を含むことを特徴としても良い。
このスクリューバーの製造方法において、線材の引き抜く際の引抜駆動力を可変とすることを特徴としても良い。
また、このスクリューバーの製造方法において、第1の工程前に引抜駆動力を設定する初期設定工程を含むことを特徴としても良い。
このスクリューバーの製造方法において、線材を回転体に送る速度を可変とすることを特徴としても良い。
また、このスクリューバーの製造方法において、第1の工程前に線材を回転体に送る速度を設定する初期設定工程を含むことを特徴としても良い。
これらのいずれか1記載のスクリューバーの製造方法で製造されたスクリューバーも本発明の射程に含まれる。
また、このスクリューバーを用いて製造された金網及びグレーチングも本発明の射程に含まれる。
本発明を適用することで、スクリューバーの「単位長さ」を短くすることができ、結果としてより捩じり強度の増したスクリューバーを提供することが可能になる。
一般的なスクリューバーを製造する引抜加工機を表す概念図である。 ダイスの外観を表す正面図である。 ダイスの外観を表す斜視図である。 一般的な直線機の外観を表す図である。 一般的な直線機の回転部の内部構造を表す断面図である。 従来の丸線材を直線機に掛ける際のダイス及び回転体の動きを表す概念図である。 本発明に関わるスクリューバーを直線機に掛ける際のダイス及び回転体の動きを表す概念図である。
以下本発明の各実施の形態を図に基づいて説明する。
(従来の後工程の説明)
まず、引抜用ボビン912に巻かれた完成線材A−2がどのような形で利用されるスクリューバーに加工されるか説明する。
引抜用ボビン912に完成線材A−2がまかれるということは、完成線材に曲がり癖がついているということであり、そのままの状態では金網などの用途に使うことができない。これは通常の丸断面形状を持つ鉄線を用いて金網を作る場合でも、スクリューバーを用いて金網を作る場合でも同じである。従って、直線機を用いてこの曲がり癖をとり、その後適当な長さに切断機で切断する必要がある。
図4は一般的な直線機の外観を表す図である。また、図5は一般的な直線機の回転体800の内部構造を表す断面図である。
従来の一般的な直線機は、回転体800と送りロール812、813から構成される。
回転体800は、その内部に独立偏心ガイド801a、801b、801c、801d、801e、801f、801g、801h、801j、801k及びアジャスタボルト802a、802b、802c、802d、802e、802f、802g、802h、802j、802kが含まれる。
回転体800は回転軸Pを中心として、その周方向に回動する。また回転体800の回転軸P上に完成線材A−2が送りロール812、813によって送られる。
回転体800内の独立偏心ガイドは2個1対で構成される。この1対を偏心ユニットと称呼する。本図では、独立偏心ガイド801a、801bで1対、独立偏心ガイド801c,801dで1対、独立偏心ガイド801e、801fで1対、独立偏心ガイド801g、801hで1対、独立偏心ガイド801j、801kで1対となる。従って、本図の直線機では5対の偏心ユニットを持つ。
この独立偏心ガイド1対が回転軸P上で送られる完成線材A−2を押圧することで、完成線材A−2の曲がり癖をとる。これを本図の直線機では5回繰り返すことで、完成線材A−2の曲がり癖をとる。そして、送りロール813の地点まで完成線材が到達した時には、完成線材A―2の曲がり癖は除去された状態になる。
アジャスタボルト802a、802b、802c、802d、802e、802f、802g、802h、802j、802kは、対応する各偏心ガイドの位置を調整する為のボルトである。これを開け閉めすることで、回転体800内での対応する偏心ガイドの位置を調整することが可能になる。すなわち回転体800の回転軸Pからの偏心ガイドまでの距離を設定することが可能になる。
なお、アジャスタボルトと独立偏心ガイドの対応は以下の通りである。
独立偏心ガイド : アジャスタボルト
801a : 802a
801b : 802b
801c : 802c
801d : 802d
801e : 802e
801f : 802f
801g : 802g
801h : 802h
801j : 802j
801k : 802k
回転駆動機811は、軸方向に回転体800を移動させることなく、周方向に回転体800を回転させるためのモータなどの駆動機である。図ではで回転駆動機811が回転体800の前後でそれを保持し、回転体800を周方向に回動させる。
送りロール812は完成線材A−2を回転体に引き込むための駆動力を伴う回転体である。引抜用ボビン912に巻き取られた完成線材A−2を送りロール812が回転体800の回転軸P上に引き込む。逆に送りロール813は曲がり癖が除去された完成線材A−2を送り出す。送り出された完成線材A−2は図示しない切断機によって適当な長さに切断される。
送りロール812、813が完成線材A−2を引き込む速度が早ければ早い方が良いのは自明であろう。すなわち、完成品である切断されたスクリューバーの時間あたり製造本数は送りロール812、813の引き込み速度によって決定されるためである。
しかし、送りロール812、813の送り速度が速くなればなるほど、回転体800の回動速度も速くしなければ十分に曲がり癖が除去できなくなる。よって、送りロール812、813の送り速度を上げた状態と上げる前の状態で同じ捩じり量のスクリューバーを製造するのであれば、送り速度を上げる前の回転体800のそれよりも回動速度を上げる、または返信ユニットの数を増やす必要がある。
この回転体800が送りロール812、813によって送り込まれた完成線材A−2の周方向に回転することで回転体800中の独立偏心ガイド801a、801b、801c、801d、801e、801f、801g、801h、801j、801kが完成線材A−2の周りを回転し、完成線材A−2の曲がり癖を矯正する。
図6は、従来の丸線材を直線機に掛ける際のダイス及び回転体の動きを表す概念図である。なお、理解しやすいように、軸方向に移動させるかのように記載しているが、実際のダイス901及び回転体800は軸方向には固定されている。これらは周方向に回動するのみである(図7も同様)。
引用文献1に記載された捩じれた丸線材などに用いる直線機では、回転体800は完成線材A−2に残る応力(残留応力)を打ち消す方向に回ることが我が国においては一般的であった。すなわちダイス901の回転方向Sdと回転体800の回転方向Srは逆向きになっていた。これは、丸線材に残る残留応力を取り除くことで完成線材A−2の曲がり癖をとることが容易だからである。
(本発明の説明)
図7は、本発明に関わるスクリューバーを直線機に掛ける際のダイス及び回転体の動きを表す概念図である。
本発明においては、引抜加工機のダイス901の回転方向Sdと直線機の回転体800の回転方向Srを同じ方向にする。
なぜなら、スクリューバーはその内部に残った残留応力によって強度を増している。従って、この残留応力を取り除くことで直線性を確保するのは好ましくない。逆に、スクリューバーの場合、残留応力をさらに付加し、捩じりを増すことで強度を上げるほうが好ましい。
すなわち、回転体800の回転によって完成線材A−2に力を加え、さらに捩じり量を増やすのである。
そこで、ダイス901だけでなく、直線機の回転体800を用いてスクリューバーの捩じりを増すことで最大捩り強度、捩り弾性限度、弾性捩れ角をより増やし、スクリューバーの強度及びそれを用いた金網の強度を増すことが可能になる。
(本発明の効果)
スクリューバー製造時に、ダイス901及び回転体800を図6のように回転させると、スクリューバーの「単位長さ」は、20cmにするのが限界であった。
これに対し、図7のようにダイス901及び回転体800を同じ方向に、すなわちスクリューバーの捩じり方向と同じ方向に回転体800を回動させると、特にベストのコンディションで動作させなくてもスクリューバーの単位長さを10cmに、より好適な条件で動作させると単位長さを3cmにすることが可能になる。
引用文献1にも記載されている通り、最大捩り強度、捩り弾性限度、弾性捩れ角は、鍛流線の捩れ角が45度の時に最大となる。本発明を適用することで、結果としてこれに近付く手段を提供することが可能になる。
なお、引抜用ボビン912に巻き取られた完成線材A−2の条件が同じであれば、回転体800のトルク(≒回転体800の角速度)が大きければ大きいほど直線機での処理後のスクリューバーの「単位長さ」を短くすることが可能になる。また、引抜用ボビン912に巻き取られた完成線材A−2の単位長さが短いほど、直線機での処理後のスクリューバーの「単位長さ」を短くすることが可能になることは言うまでもない。
また逆も考えられ、回転体800のトルクが小さければ直線機での処理後のスクリューバーの「単位長さ」を長くすることが可能になる。引抜用ボビン912に巻き取られた完成線材A−2の「単位長さ」が長いほど、直線機での処理後のスクリューバーの「単位長さ」を長くすることが可能になる。
従って、引抜加工機の引抜駆動力とダイス901の回転数(回動トルク)、直線機の完成線材A−2の送り量、回転体800の回転数(回動トルク)、偏心ユニットの数を調整して、所望のスクリューバーを製造する為の引抜加工機及び直線機の組み合わせの選択肢を増やすことも可能になる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは言うまでもない。
例えば上記説明では偏心ユニットを独立偏心ガイド2個で構成していたが、3個以上にしても同様の効果が得られるのは言うまでもない。
また引抜加工機及び直線機の設置後に、引抜加工機の引抜駆動力とダイス901の回転数(回動トルク)、直線機の完成線材A−2の送り量、回転体800の回転数(回動トルク)を制御できるようにすることで、製造可能なスクリューバーの品種を制御できるようにすることも本発明の射程に含まれることは言うまでもない。
(本発明の応用)
本発明に基づくスクリューバー製造方法によって製造されたスクリューバーを用いて、金網やグレーチングを製造することが考えられる。
本発明は、高強度のスクリューバーの製造に利用可能である。
A:線材、
A−1:材料線材、
A−2:完成線材、
P:回転軸、
X:軸心、
800:回転体、
801a、801b、801c、801d、801e、801f、801g、801h、801j、801k:独立偏心ガイド、
802a、802b、802c、802d、802e、802f、802g、802h、802j、802k:アジャスタボルト、
811:回転駆動機、
812、813:送りロール、
901:ダイス、
902:ダイスホルダー、
911:材料線材供給用ボビン、
912:引抜用ボビン、
912a:軸
920:発動機、
922、923:動力伝達機構、
990:テーブル。

Claims (12)

  1. 引抜用ボビンを用いてダイスから引き抜いた完成線材を巻き取る引抜加工機と、
    送りロールにより引き込まれる完成線材の曲がり癖を回転駆動機によって回動する回転体で取り除く直線機と、を用いるスクリューバー製造装置であって、
    前記ダイス及び前記回転体が回動可能であり、
    引き抜き方向を基準とした前記ダイスの回動方向と前記送りロールの引き込み方向を基準とした前記回転体の回動方向が同じであることを特徴とするスクリューバー製造装置。
  2. 請求項1記載のスクリューバー製造装置において、
    前記引抜用ボビンが着脱可能なことを特徴とするスクリューバー製造装置。
  3. 請求項2記載のスクリューバー製造装置において、
    前記引抜機と前記直線機が前記引抜用ボビンを共用することを特徴とするスクリューバー製造装置。
  4. 周方向に略同一速度で回動するダイスの貫通孔から線材を引き抜くことで前記線材を塑性加工する第1の工程と、
    回転駆動機によって周方向に略同一速度で回動する回転体の軸中心に前記塑性加工後の前記線材を送りロールで引き込むことで前記塑性加工後の前記線材に直線性を付与する第2の工程と、
    を有するスクリューバーの製造方法であって、
    引抜方向を基準とした前記ダイスの回動方向と前記送りロールの引き込み方向を基準とした前記回転体の回動方向が同じであることを特徴とするスクリューバーの製造方法。
  5. 請求項4記載のスクリューバーの製造方法において、
    前記ダイスの回動トルクを可変とすることを特徴とするスクリューバーの製造方法。
  6. 請求項5記載のスクリューバーの製造方法において、
    第1の工程前に前記ダイスの回動トルクを設定する初期設定工程を含むことを特徴とするスクリューバーの製造方法。
  7. 請求項4記載のスクリューバーの製造方法において、
    前記回転体の回動トルクを可変とすることを特徴とするスクリューバーの製造方法。
  8. 請求項7記載のスクリューバーの製造方法において、
    第1の工程前に前記回転体の回動トルクを設定する初期設定工程を含むことを特徴とするスクリューバーの製造方法。
  9. 請求項4記載のスクリューバーの製造方法において、
    前記線材の引き抜く際の引抜駆動力を可変とすることを特徴とするスクリューバーの製造方法。
  10. 請求項9記載のスクリューバーの製造方法において、
    第1の工程前に前記引抜駆動力を設定する初期設定工程を含むことを特徴とするスクリューバーの製造方法。
  11. 請求項4記載のスクリューバーの製造方法において、
    前記線材を前記回転体に送る速度を可変とすることを特徴とするスクリューバーの製造方法。
  12. 請求項11記載のスクリューバーの製造方法において、
    第1の工程前に前記線材を前記回転体に送る速度を設定する初期設定工程を含むことを特徴とするスクリューバーの製造方法。
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