JPH11254520A - 合成樹脂製コイルの製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 大径の熱可塑性樹脂モノフィラメントから寸
法安定性と形状安定性の良好な合成樹脂製コイルを、連
続的かつ効率的に製造可能な製造装置を提供する。 【解決手段】 緊張状態で進行する熱可塑性樹脂モノフ
ィラメント10の予熱ゾーン20と、前記モノフィラメント
を直ちに巻き取る回転賦形軸30と、前記モノフィラメン
トの前記回転賦形軸30に対する巻取方向を規制する円筒
状の案内ガイド40と、巻き取られたモノフィラメントか
らなるコイル状物70の１０ピッチ以上の部分を適宜な圧
力で押圧して、形状を均一化する押えロール50と、前記
コイル状物70を急冷する冷却手段60とを備えた合成樹脂
製コイルの製造装置において、前記案内ガイド40に、前
記予熱されたモノフィラメント10を前記回転賦形軸30の
外周接線方向へ導くリード手段を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱可塑性樹脂モノ
フィラメントから合成樹脂製コイルを製造する装置に関
するものであり、さらに詳しくは、大径の熱可塑性樹脂
モノフィラメントを素材に用いた場合であっても、すぐ
れた賦形性のもとに、寸法安定性と形状安定性の良好な
合成樹脂製コイルを、連続的かつ効率的に製造可能な合
成樹脂製コイルの製造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】各種電気、機械機器や雑貨および玩具な
どの分野でいわゆるばねとして使用されるコイルの素材
としては、従来から金属線条が使用されてきたが、金属
製のコイルは、錆びを生じ易く耐久性に劣ること、着色
できないこと、特に末端が鋭利なため怪我や事故を招き
やすいこと、および重く取扱いや保管が困難であること
などの欠点があることから、近年ではこれらの欠点のな
い合成樹脂製のコイルが注目されている。

【０００３】そして、従来の合成樹脂製コイルの製法と
しては、（１）一体成形法、（２）賦形軸に樹脂線状体
を巻き付けた状態で加熱する方法、および（３）加熱し
た賦形軸に樹脂線状体を巻き付ける方法が知られてい
る。

【０００４】しかしながら、上記（１）法では、成形金
型の作成に莫大な費用を要するばかりか、得られる成形
物の強度が劣るという問題があった。また、上記（２）
および（３）法では、スパイラル状の溝を有する賦形軸
を用いるため、線径やコイルピッチの変更への対応が困
難であり、しかも特に上記（２）法では、連続的な製造
プロセスを採用できないばかりか、これらの方法では樹
脂線状体への熱履歴にムラを生じ易いため、寸法安定性
および形状安定性が均一な成形物を得ることが困難であ
るという問題があった。

【０００５】そこで、本出願人は、上記の問題を解決し
て、寸法安定性と形状安定性の良好な合成樹脂製コイル
を製造する方法として、合成樹脂モノフィラメントを緊
張状態で進行させ、モノフィラメント素材のガラス転移
温度以上、融点以下の温度に予熱した後、直ちに回転す
る賦形軸に巻き取り、次いで巻き取られたモノフィラメ
ントを急冷する方法（特公平５−７２２５１号公報）を
提案した。

【０００６】すなわち、上記本出願人による提案は、図
５に示したように、矢印ロ方向に回転する賦形軸３に対
し、緊張状態で矢印イ方向に進行するモノフィラメント
１を、賦形軸３に巻き取る寸前において予熱装置２を通
すことによって、そのガラス転移温度以上、融点以下の
温度に予熱し、賦形軸３に巻き取られたモノフィラメン
ト１に対し図示しない冷却管から冷水または冷風を吹き
付けて急冷し、収縮固定させることにより、合成樹脂製
コイル７を矢印ハ方向へと連続的に製造することを特徴
とする方法である。なお、図５における符号４はモノフ
ィラメント１を賦形軸３に正確に案内し、かつ賦形軸３
に巻き取られたモノフィラメントが反対方向へ移動しな
いようにその進行方向を規制する案内ガイドであり、ま
た符号５は賦形軸３に巻き取られたモノフィラメントを
押圧し固定し、その形状を均一化する機能を果たす押え
ロールである。

【０００７】しかるに、最近では、合成樹脂製コイルに
対する要求性能は益々高度化しており、例えば素材モノ
フィラメントの直径が３．０ｍｍ以上で、より高強力を
備えたコイルの実現が求められている。

【０００８】しかしながら、上記本出願人が提案した方
法では、直径が３．０ｍｍ以上、特に５．０ｍｍ以上の
大径合成樹脂モノフィラメントを素材として用いてコイ
ルを製造する場合の賦形性を十分に満足することができ
なかった。すなわち、上記の方法では、案内ガイド４の
モノフィラメント導入部に、糸受け切欠き４´を設け
て、モノフィラメント１を賦形軸３の軸心方向へ案内す
るように規制しているが、素材モノフィラメント１の直
径が３．０ｍｍ以上、特に５．０ｍｍ以上に大径化する
と、モノフィラメント自体の硬さの影響が大きくなっ
て、前記糸受け切欠き４´から賦形軸３へとモノフィラ
メント１を正確に案内することが困難となり、賦形軸３
への巻き始め部分に巻き取られたモノフィラメント１に
緩みを生じたり、賦形軸３に巻き取られたモノフィラメ
ント１が反対方向へ移動する傾向となるため、賦形性が
低下して寸法安定性および形状安定性が均一な合成樹脂
製コイルを得ることができなくなるという問題を包含し
ていたのである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来技術における問題点の解決を課題として検討した結果
達成されたものである。

【００１０】したがって、本発明の目的は、大径の熱可
塑性樹脂モノフィラメントを素材に用いた場合であって
も、すぐれた賦形性のもとに、寸法安定性と形状安定性
の良好な合成樹脂製コイルを、連続的かつ効率的に製造
可能な合成樹脂製コイルの製造装置を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の合成樹脂製コイルの製造装置は、緊張状
態で進行する熱可塑性樹脂モノフィラメントを、このモ
ノフィラメント素材樹脂のガラス転移温度以上、融点以
下の温度に予熱する予熱ゾーンと、この予熱ゾーンに近
接配置され、前記予熱されたモノフィラメントを直ちに
巻き取る回転賦形軸と、この回転賦形軸を貫通して直交
配置され、前記モノフィラメントの前記回転賦形軸に対
する巻取方向を規制する円筒状の案内ガイドと、この案
内ガイドに近接して平行配置され、前記回転賦形軸に巻
き取られたモノフィラメントからなるコイル状物の１０
ピッチ以上の部分を適宜な圧力で押圧して、前記コイル
状物の形状を均一化する押えロールと、この押えロール
の周辺に配置され、前記コイル状物を急冷する冷却手段
とを備えた合成樹脂製コイルの製造装置において、前記
案内ガイドに、前記予熱されたモノフィラメントを前記
回転賦形軸の外周接線方向へ導くリード手段を設けたこ
とを特徴とする。

【００１２】なお、本発明の合成樹脂製コイルの製造装
置においては、リード手段が、案内ガイドの端面をその
周縁部から回転賦形軸の周縁にかけて切欠くことにより
形成した導入部と、案内ガイドの端面を前記導入部から
徐々に切り上げ形成した螺旋壁とからなること、前記導
入部の切欠き高さを熱可塑性樹脂モノフィラメントの直
径よりも大きく形成したこと、および前記螺旋壁を案内
ガイドの端面円周の９０°以上の部分に形成したことが
好ましい条件であり、これらの条件を適用することによ
って、一層すぐれた効果の取得を期待することができ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面にしたがって本発明の
合成樹脂製コイルの製造装置について説明する。

【００１４】図１は本発明の合成樹脂製コイルの製造装
置の平面図、図２は図１の矢視Ａ側面図、図３は図１の
矢視Ｂ側面図、図４は賦形軸と案内ガイドの部分を示す
拡大斜視図である。

【００１５】図示したように、本発明の合成樹脂製コイ
ルの製造装置は、緊張状態で進行する熱可塑性樹脂モノ
フィラメント１０を、このモノフィラメント素材樹脂の
ガラス転移温度以上、融点以下の温度に予熱する予熱ゾ
ーン２０と、この予熱ゾーン２０に近接配置され、予熱
されたモノフィラメント１０を直ちに巻き取る回転賦形
軸３０と、この回転賦形軸３０を貫通して直交配置さ
れ、モノフィラメント１０の回転賦形軸３０に対する巻
取方向を規制する円筒状の案内ガイド４０と、この案内
ガイド４０に近接して平行配置され、回転賦形軸３０に
巻き取られたモノフィラメント１０からなるコイル状物
７０を適宜な圧力で押圧して、コイル状物７０の形状を
均一化する押えロール５０と、この押えロール５０の周
辺に配置され、賦形されたコイル状物７０を急冷する冷
却手段６０とから構成されている。

【００１６】上記の構成からなる本発明の製造装置を用
いて合成樹脂製コイルを製造するに際しては、モノフィ
ラメント１０を図示していないボビンなどから解舒し、
矢印ロ方向に回転する回転賦形軸３０に対し、矢印イ方
向に緊張状態で進行させ、これを回転賦形軸３０に巻き
取る。

【００１７】モノフィラメント１０は、回転賦形軸３０
に巻き取られる直前において予熱ゾーン２０に入り、素
材樹脂のガラス転移温度以上、融点以下の温度に予熱さ
れる。ここで、予熱温度が素材樹脂のガラス転移温度未
満では、モノフィラメント１０をコイルに賦形しにくく
なるばかりか、得られるコイル７０の寸法安定性および
形状安定性が悪くなり、また予熱温度が素材樹脂の融点
を越えると、モノフィラメントが切断しやすくなるばか
りか、得られるコイル７０の均一性が低下する傾向とな
るため好ましくない。

【００１８】予熱ゾーン２０の形態としては、管状物内
を電熱ヒーターや赤外線などの熱源で加熱し、この乾熱
雰囲気中にモノフィラメント１０を通過させるようにし
たものが好ましいが、それ以外にも熱媒浴や高温水蒸気
浴などを採用することもできる。予熱ゾーン２０の長さ
は、モノフィラメント１０がその通過速度に応じて賦形
可能な程度に軟化するに十分な長さ、通常は１０〜４０
０ｃｍ程度の長さが選択される。

【００１９】予熱ゾーン２０を通過することにより軟化
したモノフィラメント１０は、次いで案内ガイド４０を
介して回転賦形軸３０に巻き取られる。

【００２０】案内ガイド４０は、モノフィラメント１０
を回転賦形軸３０に正確に案内し、かつ巻き取られたモ
ノフィラメント１０が回転賦形軸３０の反対方向に移動
しないように、モノフィラメント１０の進行方向を規制
するための機能するものであり、回転賦形軸３０を貫通
して直交配置され、図示しない装置本体に固定されてい
る。

【００２１】案内ガイド４０には、予熱されたモノフィ
ラメント１０を回転賦形軸３０の外周接線方向へ導くリ
ード手段が設けられていることが重要であり、このリー
ド手段は、図４に示したように、案内ガイド４０の端面
４１をその周縁部から回転賦形軸３０の周縁にかけて切
欠くことにより形成した導入部４２と、案内ガイド４０
の端面４１を前記導入部４１から徐々に切り上げ形成し
た螺旋壁４３とから形成されている。

【００２２】このようにリード手段を形成することによ
って、予熱されたモノフィラメント１０はまず導入部４
１に沿って回転賦形軸３０の接線方向へ案内され、次い
で螺旋壁４３に沿って回転賦形軸３０に確実に巻き付け
られることになるため、モノフィラメント１０を回転賦
形軸３０の外周へ正確に案内することができ、例えモノ
フィラメント１０の直径が大径であったとしても、巻き
取られたモノフィラメント１０に緩みや逆行を生じるこ
とを確実に防止して、すぐれた賦形性のもとに寸法安定
性および形状安定性が均一な合成樹脂製コイルを製造す
ることが可能となる。

【００２３】この場合に、導入部４２の切欠き高さｈ
は、モノフィラメント１０の直径よりも大きく形成する
ことが望ましく、この切欠き高さｈがモノフィラメント
１０の直径未満では、モノフィラメント１０を回転賦形
軸３０の接線方向へ確実に案内することができなくな
り、得られるコイルの寸法安定性などが低下する傾向と
なるため好ましくない。

【００２４】また、螺旋壁４３は、案内ガイド４０の端
面４１円周の９０°以上の部分に形成することが望まし
く、形成部分が端面４１円周の９０°未満の場合には、
モノフィラメント１０を回転賦形軸３０に確実に巻き付
けることができなくなり、得られるコイル７０のピッチ
などがバラつき、その形状安定性などが阻害される傾向
となるため好ましくない。なお、螺旋壁４３は先端方向
にしたがって浅く、テーパー状になっていることが望ま
しく、案内ガイド４０の端面４１円周に形成する部分の
長さやテーパー具合を増減することによって、得られる
コイルのピッチ幅や傾斜角度を調整することが可能であ
る。

【００２５】回転賦形軸３０は、目的とするコイルの内
径に等しい外径を有し、巻き取られたモノフィラメント
１０の進行方向と反対側に位置する駆動装置（図示せ
ず）により、矢印ロ方向に回転されている。この回転賦
形軸３０の素材としては金属が好ましく、その断面形状
も目的とするコイルの形状にあわせて真円、楕円、三
角、四角および矩形などの任意の形状を選択することが
できる。なお、回転賦形軸３０は特に加熱する必要はな
く、その長さも押えロール５０から２０ｃｍ以上、好ま
しくは５０ｃｍ以上延長したものであればよい。

【００２６】案内ガイド４０を経て回転賦形軸３０に巻
き取られたモノフィラメント１０は、回転賦形軸３０の
回転、案内ガイド４０による位置規制および巻き取られ
るまでの緊張状態の作用により、回転賦形軸３０の先端
方向（矢印ハ方向）へ自動的に進行し、同時に回転賦形
軸３０の上方から押えロール５０により押圧されて巻き
取られ、スパイラル形状が安定化されたコイル７０とな
る。

【００２７】押えロール５０はゴムおよび／または金属
素材から作られたものであって、賦形されたコイル７０
の１０ピッチ以上、好ましくは１５〜４０ピッチ程度を
押圧する幅を有し、かつ直径が３〜１０ｃｍ程度のもの
が通常用いられるが、モノフィラメント１０およびコイ
ル７０を損傷せしめることがない点からは、少なくとも
表面をゴム製としたものの使用が好適である。

【００２８】この押えロール５０は、その軸５１に圧力
をかけて、回転賦形軸３０に巻き取られたコイル７０を
適度に押圧しているので、回転賦形軸３０の回転に伴な
って自動的に回転するが、場合によっては軸５１に駆動
装置を連結することにより、回転賦形軸３０と同じ表面
速度となるように強制的に回転させることもできる。

【００２９】そして、この押えロール５０は、回転賦形
軸３０に巻き取られたコイル７０を固定し、その形状を
均一化する機能を果たし、押えロール５０を用いない場
合には、ピッチや直径などのが不均一化したコイルを生
じることがあるため好ましくない。

【００３０】回転賦形軸３０に巻き取られ、かつ押えロ
ール５０で押圧されてスパイラル状に賦形されたコイル
７０は、次いで冷却手段６０で急冷されることにより収
縮固定し、その形状が安定化されたものとなる。この急
冷は、押えロール５０の位置における押圧とほぼ同時に
行なうことが望ましく、図示したように回転賦形軸３０
の横方向または下方向から、冷却手段としての冷却管６
０により冷風または冷水をコイル７０に向けて吹き付け
るか、または押えロール５０の上方向からコイル７０に
向けて冷水を散布することにより行なうのが好ましい。

【００３１】このように賦形、収縮、固定されたコイル
７０は、そのまま回転賦形軸３０の先端方向（矢印ハ方
向）へ自動的に送り出され、所望の長さに切断するなど
の作業を経て目的とする製品となる。

【００３２】そして、案内ガイド４０の導入部４２の幅
や傾斜角度、同じく螺旋壁４３の長さなどを適宜変更す
るか、あるいは回転賦形軸３０の巻き取り開始位置から
やや後方にピッチ規制ガイドを設けるなどの手段によ
り、得られるコイル７０のピッチ幅を適宜変更すること
ができ、これにより目的とするバネ形状、例えば引張バ
ネまたは圧縮バネなどの形状を適宜選択することが可能
である。

【００３３】また、直径や断面形状の異なる回転賦形軸
３０に交換することによって、種々の直径および断面形
状を有するコイル７０を製造することが可能である。

【００３４】本発明の製造装置に適用される熱可塑性樹
脂モノフィラメントとは、熱収縮性および熱固定性を有
するモノフィラメントであり、具体的にはポリエチレン
テレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどのポ
リエステル、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１
２、ナイロン６１０などのポリアミド、ポリエチレン、
ポリプロピレンなどのポリオレフィンおよびポリ塩化ビ
ニル、ポリフッ化ビニリデンなどのポリハロゲン化ビニ
ルなどの熱可塑性樹脂を溶融紡糸、延伸および必要に応
じて熱固定してなるモノフィラメントである。なかでも
ポリエステルから得られるモノフィラメントは、特に寸
法安定性および形状安定性にすぐれたコイルが得られる
点で最も好ましく使用される。

【００３５】なお、熱可塑性樹脂モノフィラメントの素
材樹脂には耐熱剤、耐候剤、紫外線安定剤、平滑剤、難
燃剤、帯電防止剤、砥材、可塑剤、核剤および着色剤な
どの通常の添加剤を含有させることができ、特に各種顔
料や染料などの着色剤を含有させることにより、所望の
色に着色したコイルを得ることができる。

【００３６】これら熱可塑性モノフィラメントの直径
は、０．５〜１０ｍｍ、特に１．０〜７．０ｍｍの範囲
から任意に選択することができ、本発明の製造装置によ
れば、なかでも直径が３．０ｍｍ、特に５．０ｍｍを越
える大径モノフィラメントの賦形が可能であることか
ら、従来に比し大型のコイルを製造することができる。

【００３７】熱可塑性モノフィラメントの断面形状は、
真円形に限らず、楕円形、三角形、四角形および矩形な
どの任意の形状を選択することができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の合成樹脂
製コイルの製造装置によれば、大径の熱可塑性樹脂モノ
フィラメントを素材に用いた場合であっても、すぐれた
賦形性のもとに、寸法安定性と形状安定性の良好な合成
樹脂製コイルを、連続的かつ効率的に製造することがで
き、得られる合成樹脂製コイルは各種電機・機械機器、
雑品、雑貨および玩具などの分野で使用される圧縮ばね
または引張ばねとして有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の合成樹脂製コイルの製造装置の
平面図である。

【図２】図２は図１の矢視Ａ側面図である。

【図３】図３は図１の矢視Ｂ側面図である。

【図４】図４は賦形軸と案内ガイドの部分を示す拡大斜
視図である。

【図５】図５は従来の合成樹脂製コイルの製造装置の平
面図である。

【符号の説明】

１０ 熱可塑性樹脂モノフィラメント ２０ 予熱ゾーン ３０ 回転賦形軸 ４０ 案内ガイド ４１ 端面 ４２ 導入部 ４３ 螺旋壁 ５０ 押えロール ５１ 軸 ６０ 冷却手段（冷却管） ７０ 合成樹脂製コイル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 緊張状態で進行する熱可塑性樹脂モノフ
   ィラメントを、このモノフィラメント素材樹脂のガラス
   転移温度以上、融点以下の温度に予熱する予熱ゾーン
   と、この予熱ゾーンに近接配置され、前記予熱されたモ
   ノフィラメントを直ちに巻き取る回転賦形軸と、この回
   転賦形軸を貫通して直交配置され、前記モノフィラメン
   トの前記回転賦形軸に対する巻取方向を規制する円筒状
   の案内ガイドと、この案内ガイドに近接して平行配置さ
   れ、前記回転賦形軸に巻き取られたモノフィラメントか
   らなるコイル状物の１０ピッチ以上の部分を適宜な圧力
   で押圧して、前記コイル状物の形状を均一化する押えロ
   ールと、この押えロールの周辺に配置され、前記コイル
   状物を急冷する冷却手段とを備えた合成樹脂製コイルの
   製造装置において、前記案内ガイドに、前記予熱された
   モノフィラメントを前記回転賦形軸の外周接線方向へ導
   くリード手段を設けたことを特徴とする合成樹脂製コイ
   ルの製造装置。
2. 【請求項２】 前記リード手段が、案内ガイドの端面を
   その周縁部から回転賦形軸の周縁にかけて切欠くことに
   より形成した導入部と、前記案内ガイドの端面を前記導
   入部から徐々に切り上げ形成した螺旋壁とからなること
   を特徴とする請求項１に記載の合成樹脂製コイルの製造
   装置。
3. 【請求項３】 前記導入部の切欠き高さを熱可塑性樹脂
   モノフィラメントの直径よりも大きく形成したことを特
   徴とする請求項２に記載の合成樹脂製コイルの製造装
   置。
4. 【請求項４】 前記螺旋壁を、案内ガイドの端面円周の
   ９０°以上の部分に形成したことを特徴とする請求項２
   または３に記載の合成樹脂製コイルの製造装置。