JP6818526B2 - 単位長さあたりの捩じり量を増したスクリューバーの製造装置 - Google Patents

Description

本発明はスクリューバーの製造装置、特に単位長さあたりの捩じり量を増したスクリューバーの製造装置に関する。

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、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を用いるものであって、この回転体が回動可能であり、送りロールの引き込み方向を基準とした回転体の回動方向と完成線材の捩じり方向が同じであることを特徴とする。

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 (1)

1. スクリューバーの曲がり癖を取り除く直線機を用いて、単位長さあたりの捩じり量を増したスクリューバーを製造する製造装置であって、
   前記直線機は、
   回転駆動機と、
   前記回転駆動機によって回転軸を中心として前記回転軸の周方向に回動する回転体と、
   スクリューバーを前記回転体の前記回転軸上に引き込むための第１送りロールと、
   前記回転体の前記回転軸上に引き込まれたスクリューバーを前記回転体から送り出すための第２送りロールと、
   を備え、
   前記回転体は、その内部に複数の独立偏心ガイドで構成される偏心ユニットを含み、前記偏心ユニットが前記回転軸上に引き込まれる前記スクリューバーの周りを回転しながら前記スクリューバーを押圧することで前記スクリューバーの曲がり癖を取り除くように構成され、かつ、
   前記回転体は、前記第１送りロール及び前記第２送りロールによる前記スクリューバーの引き込み方向を基準として、前記回転体の回転方向が前記スクリューバーの捩れ方向と同じであることで、前記回転軸上に引き込まれる前記スクリューバーの捩じりを増やすように構成されることを特徴とする、単位長さあたりの捩じり量を増したスクリューバーの製造装置。