JP6161030B2 - スパイラル管製造装置 - Google Patents

Description

この発明は、空調用ダクトや排気管、排水管などに関し、特に、帯材を螺旋状に巻回して形成されているスパイラル管の製造装置に関する。

例えば空調用ダクトでは、帯状の金属板を螺旋状に巻回して円筒状に形成したスパイラルダクト（スパイラル管）が広く使用されている。また、このようなスパイラルダクトの製造において、はぜ折り加工や成形加工によって発生した傷を確実に補修することが可能、という製造装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００３−０８０３１０号公報

ところで、設置場所や用途などに応じてスパイラルダクトの径は様々であり、必要な強度や剛性を確保するために、径が大きい場合には板厚を厚くする必要があった。しかしながら、スパイラルダクトの板厚を厚くするとダクトの重量が増加し、搬送や取付作業等の負担が大きくなるばかりでなく、材料費もかさむことになる。

そこでこの発明は、板厚を薄くすることが可能なスパイラル管の製造装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、帯材の一方の側縁に第１のハゼを形成する第１のハゼ形成手段と、前記第１のハゼに係合する第２のハゼを前記帯材の他方の側縁に形成する第２のハゼ形成手段と、前記第１のハゼと第２のハゼとが形成された帯材を螺旋状に巻き、互いに隣接する前記第１のハゼと第２のハゼとを係合することで、軸心が真っ直ぐな円管部を形成する巻き成形手段と、を備え、前記巻き成形手段は、円環状で内周面に周方向に延びるリブ形成部が形成された成形冶具を備え、前記成形冶具の内面に沿って前記帯材を巻き、かつ、押圧部材で前記帯材を前記リブ形成部側に押圧して前記円管部に周方向に延びる凸状の補強リブを形成する、ことを特徴とするスパイラル管製造装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のスパイラル管製造装置において、長い帯状の被加工材を長手方向に所定の軌跡で切断して、前記帯材を形成する切断手段を備える、ことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のスパイラル管製造装置において、前記第２のハゼ形成手段は、前記帯材の幅方向に移動自在となっている、ことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３に記載のスパイラル管製造装置において、前記巻き成形手段は、内径が異なる複数の前記成形冶具を着脱自在に備える、ことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、帯材が螺旋状に巻かれて隣接する側縁が接続され、かつ、周方向に延びる補強リブが形成されているため、スパイラル管を薄板化して、軽量化や材料費の削減などを達成することが可能となる。例えば、スパイラル管の径が大きくなると、所定・所望の強度・剛性を得るにはスパイラル管（帯材）を厚板化しなければならないが、補強リブによってスパイラル管の強度・剛性が上がるため、スパイラル管を薄板化することができる。換言すれば、同じ板厚であっても、所定の強度・剛性を確保して大径のスパイラル管を製造することが可能となる。

また、請求項１に記載の発明によれば、ハゼが形成された帯材が螺旋状に巻かれて円管部が形成されるとともに、補強リブが形成されるため、円管部と補強リブとを別の装置で形成する必要がなく、製造に要する労力や時間、費用を削減することができる。また、成形冶具の内面に沿って帯材を螺旋状に巻くため、帯材のスプリングバックによる変形が抑制され、より精度高く、かつ容易に帯材を螺旋状に巻くことができる。

請求項２に記載の発明によれば、長い帯状の被加工材を長手方向に所定の軌跡で切断して帯材が形成されるため、製造するスパイラル管の径や長さ、必要強度などに応じた所定の帯材を形成して、所定・所望のスパイラル管を製造することが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、第２のハゼ形成手段が帯材の幅方向に移動自在なため、製造するスパイラル管の大きさ・径に応じて被加工材の幅の大きさを変える場合でも、被加工材つまり帯材の幅の大きさに合わせて第２のハゼ形成手段を移動させることで、複数の大きさ・径のスパイラル管を製造することができる。すなわち、ひとつの本製造装置で、複数の大きさ・径のスパイラル管を製造することができ、設備費を著しく削減することが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、内径が異なる成形冶具を着脱自在なため、製造するスパイラル管の大きさ・径に応じた内径の成形冶具を装着することで、複数の大きさ・径のスパイラル管を製造することができる。

この発明の実施の形態に係るスパイラル管を示す正面図である。 図１のスパイラル管の一部拡大図である。 図１のスパイラル管におけるダブルはぜとシングルはぜの係合状態と、補強リブとを示す断面図である。 この発明の実施の形態に係るスパイラル管製造装置を示す平面図の一部である。 図４の続きの平面図である。 この発明の実施の形態に係るスパイラル管製造装置を示す正面図の一部である。 図６の続きの正面図である。 図４〜７のスパイラル管製造装置によるコイル材の切断軌跡を示す図である。

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

図１は、この発明の実施の形態に係るスパイラル管１を示す正面図である。このスパイラル管１は、断面が円筒状の空調用ダクトであり、軸心が真っ直ぐな円管部１１は、空気（流体）を直線的に距離Ｌ１だけ流すための管部であり、距離Ｌ１は、スパイラル管１が取り付けられる施工現場に応じた所望・任意の長さに設定されている。

また、円管部１１には、周方向に延びる補強リブ１２が形成されている。この補強リブ１２は、図２、３に示すように、断面形状が管内側から管外側に突出した凸状・逆Ｕ字状で、円管部１１の全長にわたって、所定の間隔で連続的（螺旋状）に形成されている。すなわち、後述する係合部１３と係合部１３との間に（係合部１３に並列に）、複数の補強リブ１２が形成されている。

このようなスパイラル管１は、両側縁が直線状の帯材２（図８）が、螺旋状に巻かれて互いに隣接する側縁と側縁とが接続されることで、軸心が真っ直ぐな円管部１１が形成されている。この帯材２の長さＬ１１は、スパイラル管１の筒径に基づいて、距離Ｌ１の円管部１１が形成されるように設定されている。

このような帯材２の一方の側縁に、図３に示すようなダブルはぜ（第２のハゼ）２ａが形成され、他方の側縁に、シングルはぜ（第１のハゼ）２ｂが形成されている。そして、帯材２が螺旋状に巻かれ、互いに隣接するダブルはぜ２ａとシングルはぜ２ｂとが係合・接続されることで、円管部１１が形成されている。ここで、図１〜３中の符号１３は、ダブルはぜ２ａとシングルはぜ２ｂとが係合・接続された係合部を示し、この係合部１３は、スパイラル管１の強度・剛性を高める機能をも備えている。

このような構成のスパイラル管１によれば、帯材２が螺旋状に巻かれて円管部１１が接続され、かつ、円管部１１の全長にわたって、周方向に延びて螺旋状に係合部１３と補強リブ１２が形成されているため、スパイラル管１を薄板化して、軽量化や材料費の削減などを達成することが可能となる。例えば、スパイラル管１の径が大きくなると、所定・所望の強度・剛性を得るにはスパイラル管１（帯材２）を厚板化しなければならないが、補強リブ１２によってスパイラル管１の強度・剛性が上がるため、スパイラル管１を薄板化することができる。換言すれば、同じ板厚であっても、所定の強度・剛性を確保して大径のスパイラル管１を製造することが可能となる。

次に、図４〜７は、スパイラル管１を製造するスパイラル管製造装置１００を示す平面図と正面図であり、図４の矢印Ａと図５の矢印Ａとを合わせることで全体の平面図が構成され、図６の矢印Ｂと図７の矢印Ｂとを合わせることで全体の正面図が構成される。このスパイラル管製造装置１００は、主として、カット形成ステージ１０１と巻き成形ステージ（巻き成形手段）１０２とを備えている。

カット形成ステージ１０１は、長い帯状のコイル材（被加工材）Ｍが設置されたアンコイラ１０３の下流側に設置され、外縁ローラユニット（第２のハゼ形成手段）１０４とカッタユニット（切断手段）１０５と内縁ローラユニット（第１のハゼ形成手段）１０６とを備えている。アンコイラ１０３は、コイル状に巻かれたコイル材Ｍを巻き出す装置であり、外縁ローラユニット１０４は、アンコイラ１０３から巻き出されたコイル材Ｍの両側縁にダブルはぜ（第２のハゼ）２ａを形成するものである。

具体的には、コイル材Ｍの長手方向に沿って、複数の外縁ローラ１４１が配設され、各外縁ローラ１４１でコイル材Ｍの側縁を順次曲げて、図３に示すようなダブルはぜ２ａを形成する。ここで、図３に示すダブルはぜ２ａおよびシングルはぜ２ｂは、ダブルはぜ２ａとシングルはぜ２ｂとが係合・接合された状態を示し、外縁ローラユニット１０４や内縁ローラユニット１０６で形成される形状とは、異なる。つまり、図３に示すような係合が可能な形状に、各ローラユニット１０４、１０６で形成される。

また、外縁ローラユニット１０４は、コイル材Ｍの幅方向、つまり後述するカット材（帯材）２の幅方向に移動自在となっている。すなわち、各外縁ローラ１４１が配設されたローラフレームが、コイル材Ｍの幅方向に移動・調整自在に配設され、第１の移動モータユニット１４２によって駆動されるようになっている。また、このような外縁ローラユニット１０４の移動・調整は、第１の制御盤１１１で制御され、コイル材Ｍの幅寸法、あるいは製造対象のスパイラル管１の管径などのパラメータを入力することで、入力されたパラメータに適合するように制御される。このように、製造対象のスパイラル管１に応じて、使用するコイル材Ｍの幅寸法、板厚が予め設定され、コイル材Ｍの幅寸法などを変えることで、所定のスパイラル管１が製造できるようになっている。

カッタユニット１０５は、コイル材Ｍを長手方向に所定の軌跡で切断して、２つのカット材（帯材）２を形成するものであり、外縁ローラユニット１０４の下流側に配設されている。すなわち、コイル材Ｍを切断するカッタが、コイル材Ｍの幅方向の任意の位置に配置可能となっている。そして、カッタの位置が設定された後に、コイル材Ｍが送られることでコイル材Ｍを直線状に切断する。このようなカッタの位置は、第１の制御盤１１１でプログラム制御され、製造対象のスパイラル管１の管径、長さあるいはコイル材Ｍの幅寸法などのパラメータを入力することで、入力されたパラメータに適合するように制御される。ここで、この実施の形態では、図８に示すように、コイル材Ｍの中央を切断する場合、つまり、同じ形状の２つの帯材２を形成して、同じ形状の２つのスパイラル管１を製造する場合について、主として説明する。また、図８中の二点鎖線が、カッタユニット１０５による切断軌跡である。

内縁ローラユニット１０６は、カット材２の切断縁にシングルはぜ（第１のハゼ）２ｂを形成するものであり、カッタユニット１０５の下流側に配設されている。具体的には、コイル材Ｍの長手方向に沿って、複数の内縁ローラ１６１が配設され、各内縁ローラ１６１でカット材２の切断縁（内縁）を順次曲げて、図３に示すようなシングルはぜ２ｂを形成する。また、外縁ローラユニット１０４と同様に、第２の移動モータユニット１６２によって、コイル材Ｍ・カット材２の幅方向に移動自在で、第１の制御盤１１１にコイル材Ｍの幅寸法などのパラメータを入力することで、入力されたパラメータに適合するように移動制御される。このように、この実施の形態では、内縁ローラユニット１０６も移動自在となっているが、カッタユニット１０５による切断の直後にシングルはぜ２ｂを形成することなどで、内縁ローラユニット１０６の位置を固定してもよい。

このようにして、外縁ローラユニット１０４でカット材２の外側縁（他方の側縁）にダブルはぜ２ａを形成し、内縁ローラユニット１０６でカット材２の切断縁にシングルはぜ２ｂを形成する。ここで、ダブルはぜ２ａをコイル材Ｍの状態で最初に形成しているが、結果的にカット材２の外側縁にダブルはぜ２ａを形成すればよく、例えば、コイル材Ｍを切断してカット材２とした後に、カット材２の外側縁にダブルはぜ２ａを形成してもよい。

また、外縁ローラユニット１０４と内縁ローラユニット１０６とは、２つのカット材２に対してそれぞれ設けられている。すなわち、コイル材Ｍの両側縁に対して、それぞれ外縁ローラユニット１０４が配設され、各カット材２の内縁（切断縁）に対して、それぞれ内縁ローラユニット１０６が配設されている。

ダブルはぜ２ａとシングルはぜ２ｂとが形成されたカット材２は、それぞれガイドフィーダ１０７を介して巻き成形ステージ１０２に送られる。ここで、ガイドフィーダ１０７は、カット材２を巻き成形ステージ１０２に案内・ガイドするとともに、ダブルはぜ２ａやシングルはぜ２ｂを整える機能を備えている。すなわち、カット形成ステージ１０１において、あるいはカット形成ステージ１０１後に、はぜ２ａ、２ｂが歪んだり、曲がったりする場合があり、このような変形したはぜ２ａ、２ｂを所定形状のガイド冶具に通すことで、正規の形状に整えるものである。

また、ガイドフィーダ１０７は、図５に示すように、コイル材Ｍ・カット材２の幅の大きさや送り角度などに応じて、水平方向に回動（首振り）自在となっている。このようなガイドフィーダ１０７とカット形成ステージ１０１との間は、カット材２への張力を調整するステージ・空間となっている。すなわち、カット形成ステージ１０１と巻き成形ステージ１０２とで、工程速度が異なる場合があり、この場合にカット材２に過剰な張力が加わることを防止するために、このステージでカット材２を弛ませた状態で、巻き成形ステージ１０２に送るものである。

巻き成形ステージ１０２は、カット形成ステージ１０１からのカット材２を螺旋状に巻いてスパイラル管１を成形するステージであり、複数の管径のスパイラル管１を成形できるようになっている。具体的には、図７に示すように、内径が異なる複数の円環状の成形冶具１２１を着脱自在に備え、フィーダで成形冶具１２１の内側にカット材２を送り込む。これにより、カット材２が成形冶具１２１の内面に沿って流れ、互いに隣接するダブルはぜ２ａとシングルはぜ２ｂとが重なりながら、カット材２が螺旋状に巻かれていく。そして、ダブルはぜ２ａとシングルはぜ２ｂとが重なった部分を冶具で押圧して、係合・接合していく。

このような巻回、係合を連続的に行うことで、円管部１１つまりスパイラル管１を成形する。また、成形冶具１２１の周囲には、放射線状に複数の押さえアーム１２２が配設され、成形されてきたスパイラル管１を押さえアーム１２２で押さえながら、形を整えて保持する。そして、スパイラル管１が成形された後に、カット材２を切断してスパイラル管１を切り離すものである。

ここで、成形冶具１２１の内径は、製造対象のスパイラル管１の管径・外径と同寸法に設定されている。すなわち、特定の管径のスパイラル管１を製造する場合に、これに対応する所定の内径の成形冶具１２１を装着する。さらに、各押さえアーム１２２は、アーム支持１２３に着脱自在に配設され、配設位置を変えることで、管径が異なるスパイラル管１に対応できるようになっている。

さらに、成形冶具１２１の内周面には、断面が凹状で周方向に螺旋状に延びるリブ形成部が形成されている。そして、上記のようにして、カット材２が成形冶具１２１の内面に沿って螺旋状に巻かれていく際に、押圧部材（ローラ）でカット材２をリブ形成部側に押圧することで、カット材２がリブ形成部に沿って変形する。これにより、円管部１１に、周方向に延びる上記のような補強リブ１４が形成されるようになっている。このように、成形冶具１２１は、補強リブ１４を形成するリブ形成手段を兼ねている。

このような巻き成形ステージ１０２が、２つのカット材２に対してそれぞれ設けられている。また、フィーダによるカット材２の成形冶具１２１への送り速度や、カット材２の切断タイミングなどは、第２の制御盤１２４で制御されるようになっている。すなわち、製造対象のスパイラル管１のタイプを第２の制御盤１２４に入力することで、入力されたタイプに適合するように送り速度や切断タイミングなどが自動制御される。

次に、このような構成のスパイラル管製造装置１００の作用および、スパイラル管製造装置１００によるスパイラル管製造方法について説明する。

まず、製造対象のスパイラル管１の管径に適合したコイル材Ｍをアンコイラ１０３にセットし、巻き成形ステージ１０２において所定の内径の成形冶具１２１を装着する。次に、第１の制御盤１１１にコイル材Ｍの幅寸法などを入力して、外縁ローラユニット１０４と内縁ローラユニット１０６とを所定の位置に移動させるとともに、カッタユニット１０５による切断位置・軌跡を設定する。さらに、第２の制御盤１２４にスパイラル管１のタイプを入力して、巻き成形ステージ１０２における送り速度や切断タイミングなどを調整する。

次に、スパイラル管製造装置１００を稼働させると、アンコイラ１０３から巻き出されたコイルＭがカット形成ステージ１０１に送られ、外縁ローラユニット１０４によってコイル材Ｍの両側縁にダブルはぜ２ａが形成される（第２のハゼ形成ステップ）。続いて、カッタユニット１０５によって、コイル材Ｍが所定の形状・幅に切断されて（切断ステップ）、上記のような２つのカット材２が形成され、続く内縁ローラユニット１０６によって、各カット材２の切断縁にシングルはぜ２ｂが形成される（第１のハゼ形成ステップ）。

次に、各カット材２が、ガイドフィーダ１０７を介して巻き成形ステージ１０２に送られる。そして、巻き成形ステージ１０２において、上記のようにして、成形冶具１２１の内面に沿ってカット材２が螺旋状に巻かれ、ダブルはぜ２ａとシングルはぜ２ｂとが係合・接合される（巻き成形ステップ）とともに、上記のような補強リブ１４が形成されて（リブ形成ステップ）、円管部１１さらにはスパイラル管１が成形される。このような工程を連続的に行うことで、スパイラル管１が連続的に製造されるものである。

以上のように、このスパイラル管製造装置１００およびスパイラル管製造方法によれば、帯材２が螺旋状に巻かれて円管部１１が形成されるとともに、補強リブ１２が形成されるため、円管部１１と補強リブ１２とを別の装置、方法で形成する必要がなく、製造に要する労力や時間、費用を削減することができる。

また、外縁ローラユニット１０４と内縁ローラユニット１０６とを移動、調整するとともに、カッタユニット１０５による切断位置を所定の位置に設定し、巻き成形ステージ１０２における送り速度や切断タイミングなどを調整して、所定の内径の成形冶具１２１を装着することで、複数の管径のスパイラル管１を成形することができる。すなわち、ひとつの本製造装置１００で、複数の大きさ・径のスパイラル管１を製造することができ、設備費を著しく削減することが可能となる。

さらに、外縁ローラユニット１０４と内縁ローラユニット１０６と巻き成形ステージ１０２とが、２つのカット材２に対してそれぞれ設けられているため、２つのカット材２を同時に加工して、２つのスパイラル管１を同時に製造することができる。この結果、生産性が向上し、しかも、上記のように、複数の大きさ・径のスパイラル管１を製造することができるため、稼働率、生産効率が著しく高いものとなる。

また、成形冶具１２１の内面に沿ってカット材２を螺旋状に巻くため、カット材２のスプリングバックによる変形が抑制され、より精度高く、かつ容易にカット材２を螺旋状に巻くことができる。

さらに、カッタをコイル材Ｍの幅方向の任意の位置に配置可能で、コイル材Ｍを任意の位置で切断可能なため、製造するスパイラル管１の径や長さ、必要強度などに応じた幅の帯材２を形成して、所定・所望のスパイラル管１を製造することが可能となる。すなわち、カッタをコイル材Ｍの中央からずらして配置すると、幅が広い帯材２と幅が狭い帯材２とが形成される。そして、例えば、同径の成形冶具１２１で各帯材２を巻くと、幅が広い帯材２では、係合部１３の間隔が広く距離Ｌ１が長いスパイラル管１が製造され、幅が狭い帯材２では、係合部１３の間隔が狭く距離Ｌ１が短いスパイラル管１が製造される。また、大径の成形冶具１２１で幅が広い帯材２を巻いて、大径で係合部１３の間隔が広いスパイラル管１を製造し、小径の成形冶具１２１で幅が狭い帯材２を巻いて、小径で係合部１３の間隔が狭いスパイラル管１を製造することで、外径および係合部１３の間隔が異なるが距離Ｌ１が同じである、２つのスパイラル管１を製造することが可能になる。このように、外径や長さ（距離Ｌ１）、あるいは係合部１３の間隔（強度・剛性）が異なる２タイプのスパイラル管１を、同時に製造することができるものである。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、カッタユニット１０５つまり切断ステップでコイル材Ｍを切断しているが、帯材２と同じ幅のコイル材Ｍやストリップ材（定尺材）を用いることで、これらを切断しないでそのまま帯材２として使用するようにしてもよい。

また、スパイラル管製造装置１００において、成形冶具１２１がリブ形成手段を兼ねているが、成形冶具１２１でカット材２を螺旋状に巻く前に、カット材２に補強リブ１４を形成してもよい。さらに、第１の制御盤１１１と第２の制御盤１２４とを別体としているが、一体的に設けてもよい。

この発明は、空調用ダクトに限らず、排気管や排水管など、その管にも適用可能である。

１ スパイラル管
１１ 円管部
１２ 補強リブ
２ 帯材、カット材
２ａ ダブルはぜ（第２のハゼ、側縁）
２ｂ シングルはぜ（第１のハゼ、側縁）
１００ スパイラル管製造装置
１０１ カット形成ステージ
１０２ 巻き成形ステージ（巻き成形手段）
１０３ アンコイラ
１０４ 外縁ローラユニット（第２のハゼ形成手段）
１０５ カッタユニット（切断手段）
１０６ 内縁ローラユニット（第１のハゼ形成手段）
１０７ ガイドフィーダ
１２１ 成形冶具（リブ形成手段）
Ｍ コイル材（被加工材）

Claims (4)

1. 帯材の一方の側縁に第１のハゼを形成する第１のハゼ形成手段と、
   前記第１のハゼに係合する第２のハゼを前記帯材の他方の側縁に形成する第２のハゼ形成手段と、
   前記第１のハゼと第２のハゼとが形成された帯材を螺旋状に巻き、互いに隣接する前記第１のハゼと第２のハゼとを係合することで、軸心が真っ直ぐな円管部を形成する巻き成形手段と、
   を備え、前記巻き成形手段は、円環状で内周面に周方向に延びるリブ形成部が形成された成形冶具を備え、前記成形冶具の内面に沿って前記帯材を巻き、かつ、押圧部材で前記帯材を前記リブ形成部側に押圧して前記円管部に周方向に延びる凸状の補強リブを形成する、ことを特徴とするスパイラル管製造装置。
2. 長い帯状の被加工材を長手方向に所定の軌跡で切断して、前記帯材を形成する切断手段を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載のスパイラル管製造装置。
3. 前記第２のハゼ形成手段は、前記帯材の幅方向に移動自在となっている、
   ことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のスパイラル管製造装置。
4. 前記巻き成形手段は、内径が異なる複数の前記成形冶具を着脱自在に備える、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のスパイラル管製造装置。

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