JPS6044053B2 - 金属コイルの製造方法及び同装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は巻き初めの半径と巻き終りの半径が異なるコー
ン型ヘリカル金属コイル（以下金属コイル又はコイルと
いう）の製造方法及び装置に関するものである。

コイル巻きした金属管としては、従来、曲げ半径とピッ
チが一定の所謂螺旋管方式のものが多く知られているが
、最近ては化学機械の冷却用等のために、巻き初めの半
径と巻き終りの半径が異なるコイル状のものが使用され
るようになつた。

然し乍ら、このようなコイル巻き金属管を製造する場合
、従来は、製造すべきコイル巻金属管を１８０合毎、又
はいくつかに分割した形で、近似的な曲げ半径を適宜選
定し金属管に曲げ加工を施した後、溶接組立を行なつて
いるが、この方法では高度の技術、高度の品質管理を必
要とするばかりでなく、次のような問題点がある。１定
尺管を切断することによる損失が発生する。

２ 曲げ加工に際し、１本毎に曲げ半径を変えなければ
ならないので、作業が面倒である。

３組立に際しては、現場合わせにしなければならないの
で、運搬その点で煩雑になる。

４溶接個所が多い上に作業が困難でもあり、また溶接に
より熱歪が生じて、製品の寸法精度が悪くなり、不良品
が多く出る。

５加工費が高くつくため、高価になる。

本発明は上記のような従来技術の問題点を解決し、書き
初めと巻き終りの半径が異なるコイル巻き金属管を比較
的容易に且つ寸法精度良好に製造することは勿論、他の
同様の金属コイルの製造にも適用できる製造方法及び装
置を提供することを目的としてなされたもので、その方
法の構成は、コーン形ヘリカルコイルに製造されるべき
金属条材の先端を、前記コイルにおける各巻の内直径に
対応して放射状をなす数個の支持部を有し且つ回転自在
に形成した巻枠に、前記コイルの巻き始めに対応する手
持部において巻枠の外接線をなすよう位置付けて固定し
、当該金属条材を、前記巻枠の回転軸に直交する回転面
に対し上記コイルのピッチ角乃至はそれと近似する傾斜
角を持たせた状．態で直進するよう拘束しつつ連続的に
推進し乍ら（上記巻枠の回転軸に直角で当該軸から上記
推進される条材に下した基準垂線の交点又はその近傍に
位置する当該条材の先端側を狭幅で高温加熱した直後冷
却すると同時に上記巻枠を回転させる・ことにより、上
記加熱時に推力と巻枠の回転によつて前記金属条材に曲
げ力を付与して塑性変形させる一方、上記巻枠の回転中
心と加熱手段とを、形成される上記コイルの径に対応し
て上記基準垂線の方向で相対移動させ、また、当該巻枠
を、形成される上記コイルのピッチ長さに対応して巻枠
の回転軸方向に移動させ、更に、推進される上記条材を
、形成されるコイルのピッチ角に対応し上記基準垂線を
中心に適宜微小角回転させることにより、前記金属条材
を巻枠に巻取ることを特徴とするものであり、また、装
置の構成は、製造しようとするコーン形ヘリカルコイル
の内径が形成する螺旋円錐状筒体の直径上において放射
状に位置ノ付けられ、外面が階段状をなし、且つ、金属
条材先端の固定手段を有する枠板による巻枠であつて、
当該筒体の軸において回転可能であると共に、当該軸方
向に移動可能とした巻取装置と、上記コイルに製造され
るべき金属条材を上記巻枠のｑ外接線をなし且つ回転軸
に直交する向きにおいて直進るように拘束案内しつつ連
続的に推進させると共に、当該条材の推進軸と巻枠の回
転軸とに直交する基準垂線に平行な方向に於て当該条材
の拘束案内部を移動可能にすることにより、推進され・
る金属条材の先端側を回転軸に沿つて移動する上記巻枠
に対し常にほぼ外接線上に付け、且つ、形成される前記
コイルのピッチ角に対応し前記条材の推進軸を上記平面
内に於て基準垂線を中心に微小角回転できるようにした
金属条材の供給装置と、上記供給装置に取付けられてい
て、推進される金属条材を上記巻枠への外接部近傍にお
いて挿通し、且つ、当該条材をその外側から狭幅で高温
加熱すると共に加熱直後その加熱部分を冷却する装置を
一体に具えた加熱装置とから成ることを特徴とするもの
である。

次に本発明の実施例をその装置の一例の図に拠り説明す
る。

１はワークローラ２と数個の送りローラ３及びカイドロ
ーラ４を水平方向に配列して架設したローラボックスで
、ワークローラ２及び送りローラ３と、ガイドローラ４
とをそれらの間に管Ｐ等の金属条材を略水平な姿勢で挿
通し得るように付設し、ガイドローラ４はそれらを油圧
シリンダ５でワークローラ２及び送りローラ３との間を
調節できるようにしあり、モータ６の回転を減速機７、
チェーンを介しワークローラ２に伝通して、管Ｐを水平
方向において直進的且つ連続的に推進するようになつて
いる。

尚、ローラボックス１は架台８に上下動できるように装
設されている。

即ち、９はローラボックス１の下部に垂直に定着した螺
杆、１０は架台８に定着した取附台、１１はモータ、１
２はその回転軸に定着したウォーム、１３は該ウォーム
に噛合するウォームホィールで、モータ１１はこれを取
附台１０に定着し、ウォームホィール１３は回転自在に
取附けてあり、ウォームホィール１３にその内部にナッ
ト（図示せず）を設け、このナットに前記螺杆９を螺合
して、モータ１１を駆動すれば、ウォーム１２、ウォー
ムホィール１３が回転し、ナットにより螺杆９を介して
ローラボックス１が架台８を案内として上下動するよう
になつている。また、ローラボックス１は架台８と共に
水平面内で適宜角度回転できるようになつている。

即ち、１４は後述する巻枠の取附台、１５は前記架台８
を受ける架台受でいずれも水平な向きであり、１６は一
端を取附台１４の前部中央に垂直な向きのピン１７によ
り枢着し、他端を架台８に一体に定着した連結板、１８
は架台受１５に定着したモータ、１９は略水平な姿勢で
且つ前記ローラ３，４の配列方向と直交する向きで前記
モータの回転軸に連結した螺杆、２０は架台８に定着し
前記螺杆１９に螺合させたナットで、モータ１８を駆動
すれば、螺杆１９が回転し、ナット２０を介して架台８
が架台受１５上をピン１７を軸として水平面内で適宜角
度回転するようになつており、以上を以て管Ｐを水平面
内で直進的、連続的に推進すると共に前記管Ｐの高さ位
置を調節でき且つ適宜角度水平面内で回転できる金属条
材の供給装置を構成する。２１は架台８に取附けた高周
波変成器、２２はそれに接続した環状の高周波誘導子か
ら成る加熱装置で、冷却装置（図示せ）を一体に設けて
あり、その中に管Ｐを挿入して該管Ｐを外側から狭幅で
高温に加熱した後、冷却装置により冷却するようになつ
ている。

尚、加熱装置２２の他の部材との相対位置並びに姿勢に
ついては後述する。２３は、上記管Ｐの回転面に平行な
面内で且つその推進方向に略直交する向きにおいて、取
附台１４の両側に設けたガイドレール、２４は上部中央
に軸受２５を設け両側に前記レール２３に支架させるガ
イドローラ２６を装置した架台、２７は、上記ガイドレ
ール２３は平行な向きにおいて、軸受２５に遊架した軸
、２８は該軸に定着した巻枠で、前記軸２７の同軸上に
おいて、円筒状のドラム２９に、製造すべき金属コイル
の内面形状に即した階段状の外面を有する枠板３ａ，３
０ｂ，３０ｃ，３０ｄを、固定板３１を介して放射状に
等間隔に定着し、枠板３０ａに管Ｐの先端を緊締するク
ランプ３２を装着してある。

３３は取附台１４に配設したモータ、３４は同じく減速
機、３５は、前記軸２７と平行な向きにおいて、該減速
機の出力に連結した螺杆、３６は架台２４の底部に設け
前記螺杆３５に螺合させたナットで、モータ３３を駆動
すれば架台２４がガイドレール２３とガイドローラ２６
の案内により巻枠と一体に、軸２７の長さ方紺向におい
て、前後動できるようになつており、以上を以て巻取装
置を構成する。

ここで、上記加熱装置２２の位置は、金属条材の供給装
置と一体であるためその位置に支配されるが、巻取装置
における巻枠２８の軸２７に沿つた姿勢において当該軸
２７にほぼ直上に位置している。

尚、上記に於けるモータ６，１１，１８，２３は通常可
能変速型のものを用い、また、ピン１７による連結板１
６の取附台１４への枢着位置は、加熱装置２２の直下で
巻枠２８の軸線上になるようにするものとする。

図中３７は管Ｐの接合部である。上記のように構成され
る装置により金属コイルを製造する工程について説明す
れば、次の通りである。

まず、管Ｐを適宜数接合３７して所要の長さとし、ロー
ラボックス１をθ角度第１図に於て左に回転して管Ｐの
推進軸にピッチ角に対応した傾斜角を持たせた後、管Ｐ
の先端を送りローラ３、ガイドローラ４の間を通し、加
熱装置２２の中を通してクランプ３２により枠板３０ａ
に緊締し、モータ６を駆動して管Ｐを直進的、連続的に
推進すると共にモータ３３を駆動して巻枠２８を微進（
第１図の右方）させ且つローラボックス１を微上昇させ
乍ら、加熱装置２２により管Ｐを狭幅に高温加熱した直
後、加熱部分を冷却する操作を行う。

この操作によつて前記管Ｐは、加熱時に、推力と巻枠２
８の回転により、曲げ力を付与されて塑性変形されなが
ら、ローラボックス１の上昇により次第に曲げ半径を大
きくし乍ら曲げられて行き、この実施例では、曲げ角度
が９０度進むと、管Ｐは枠板３０ｂにかかり、更に曲げ
が９０度進むと枠板３０ｃにかかつて次第に曲げ半径が
大きくなりつつ曲げられる。

この間、上記巻枠２８が曲げの進行につれて前方へ進ん
でいるので、前記管Ｐは順次巻枠２８の枠板３０ａ〜３
０ｄの高い段に巻かれて行つて、巻き始めの半径が小さ
くて巻き終りの半径が大きく、且つピッチ角度が一定の
金属コイルＣ１に形成されるのである。

尚、このようにするためには、一例としてモータ６，１
１，１８，３３について速度制御のためのダイヤグラム
を予め作成し、各モータにそれに従つた動作をさせると
よい。

また、ピッチが一定の金属コイルＣ２を製造する場合に
は、曲げ進むにつれて、前記に於ける傾斜角０を変化さ
せる。

そためには、一例としてモータ６，１１，１８，３３に
ついて速度制御のためのダイヤグラムを予め作成し、そ
れに従つた動作をさせるとよい。ダイヤグラムの例とし
ては、ピッチ角度の一定なコイルの場合を第６図に、ま
た、ピッチの一定なコイルの場合を第７図に示す。

これらの図は巻枠の回転角（コイルの巻数Ｔ）に対応し
た管Ｐの送り速度■、曲げ半径Ｒ、ピッチＰ１、傾斜角
（入射角）θの大きさを示すものである。尚、上記金属
コイルＣ１及びＣ２の製造に際し、曲げ加工が進むにつ
れ、曲げ加工がスプリングバック現象により所定の曲げ
半径より僅か乍ら大きくなろうとするが、これを防止す
るためには、第８図乃至第１０図に示すように巻枠２８
の枠板３０ａ〜３０ｄに受け座を設けて、曲げ加工後の
管Ｐを締付治具３９により間接子４０を介在させ又は介
在させないで各枠板に固定すればよい。

この場合、枠板は加熱装置２２の直下を通過するため、
締付治具３９がそれに当らないようにある一定時隙をあ
けておく必要がある。また上記に於ては、管Ｐによる金
属コイルについて、述べたが、管に限られず他の金属条
材でも同様である。

一般に巻き初めの半径Ｒ１と巻き終りの半径Ｒ２が異な
るコーン形ヘリカル金属コイルとしては、第４図に示す
ようにピッチ角度が一定で曲げ角度が進むにつれて曲げ
半径の大きくなるものと、第５図に示すようにピッチが
一定で曲げ角度が進むにつれて曲げ半径の大きくなるも
のとがある。

第１１図は前者の一部を拡大して描いた中心線図で、こ
の曲線の半径を求めるには、基準円となる半径Ｒ。の円
を描き、この基準円と当該曲線の半径の差を任意の所定
角度毎に読み、図式解法又は設計時に於ける曲率曲線の
計算式によつてて前・記所定角度毎に於ける曲線の半径
を知ることにより、曲げ半径を求める。これを図式解法
により説明すれば、曲げ角度θ１に於ける曲率半径はＲ
。＋ΔＲｌ，Ｏ２に於けるそれはＲ。＋ΔＲ２となり、
同様にしてθｎに於けるそれはＲ。十ΔＲｎとなるから
、装置のモータ６，１１，１８，３３を夫々に速度制御
し乍ら作動させれば、Ｃ１のような金属コイルを製造で
きるのである。また、第１２図はピッチが一定で巻き初
めの半径Ｒ１と巻き終りの半径Ｒ２が異なるコーン形ヘ
リ”カル金属コイルの中心線図で、この線図は、同一線
（縦軸）上に基点０，０゛をおき、まずＯを基点として
最初に与えられた半径Ｒ１で１８０度の円ＳｌＳ２を描
き、次にＯ″を基点として半径Ｒｌｌの円をＳ１から１
８０度の円Ｓ２Ｓ３を描き、次いで０を基点として半径
Ｒｌ。

の円を１８０度描くという手法により作図したものであ
る。この線図における金属コイルＣ２は、曲げ半径の中
心点が１８０度毎に移動し、その都度曲げ半径が変えら
れたこととなる。しかし乍ら、曲げ加工中、巻枠２８の
回転軸と管Ｐの推進軸の相対移動は、実質上連続的にな
されるので、曲げ中心の移動は１８０度回転する間に次
の曲げ中心側に移動することとなり、これを連続して曲
げ加工が進むことになる。

この場合に於て、ピッチが一定にするには、傾斜角即ち
入射角θを変化させ乍ら上記曲げ加工して行けばよい。
本発明は上述の通りであつて、本発明方法、装置によれ
ば、巻き初めの半径と巻き終りの半径が異なるコーン形
ヘリカル金属コイルを連続的に製造することができるか
ら、従来のベンドピースを接合し行く方に於ける問題点
をすべて解決でき、成品精度の高い金属コイルを容易且
つ低廉に提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一例の平面図、第２図は同正面図
、第３図は同側面図、第４図及び第５図は本発明により
製造される金属コイルの一例を示すもので、それぞれの
ａは側面図、ｂは正面図、第６図はピッチ角一定の金属
コイルを製造する場合におけるダイヤグラムの一例、第
７図は同じくピッチー定の金属コイルを製造する場合に
おけるダイヤグラムの一例、第８図は巻枠部分の拡大正
面図、第９図は同側面図、第１０図は同じく部分拡大図
、第１１図及び第１２図はピッチー定及びピッチ角一定
の金属コイルの一例の中心線図である。 Ｐ・・・・・・管、１・・・・・・ローラボックス、２
・・・・・・ワークローラ、３・・・・・・送りローラ
、４・・・・・・ガイドローラ、６・・・・・・モータ
、８・・・・・・架台、９・・・・・・螺杆、１０・・
・・・・取附台、１１・・・・・・モータ、１２・・・
・・ウォーム、１３・・・・・ウォームホィール、１４
・・・・・巻枠取附台、１５・・・・・架台受、１６・
・・・・・連結板、１７・・・・・ゼン、１８・・・・
・・モータ、１９・・・・・螺杆、２０・・・・ナット
、２２・ ・・加熱装置、２３・・・・・ガイドレール
、２４・・・・・・架台、２５・・・・・軸受、２６・
・・・・ガイドローラ、２７・・・・・軸、２８・・・
・・巻枠、２９・・・・ドラム、３０ａ〜３０ｄ・・・
・・・枠板、３２・・・・・・クランプ、３３・・・・
・モータ、３５・・・・・螺杆、３６・・・・・・ナッ
ト、３７・・・・・・管の接合部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ コーン形ヘリカルコイルに製造されるべき金属条材
   の先端を、前記コイルにおける各巻の内直径に対応して
   放射状をなす数個の支持部を有し且つ回転自在に形成し
   た巻枠に、前記コイルの巻き始めに対応する支持部にお
   いて巻枠の外接線をなすよう位置付けて固定し、当該金
   属条材を、前記巻枠の回転軸に直交する回転面に対し上
   記コイルのピッチ角乃至はそれと近似する傾斜角を持た
   せた状態で直進するよう拘束しつつ連続的に推進し乍ら
   、上記巻枠の回転軸に直角で当該軸から上記推進される
   条件に下した基準垂線の交点又はその近傍に位置する当
   該条材の先端側を狭幅で高温加熱した直後冷却すると同
   時に上記巻枠を回転させることにより、上記加熱時に推
   力と巻枠の回転によつて前記金属条材に曲げ力を付与し
   て塑性変形させる一方、上記巻枠の回転中心と加熱手段
   とを、形成される上記コイルの径に対応して上記基準垂
   線の方向で相対移動せ、また、当該巻枠を、形成される
   上記コイルのピッチ長さとに対応して巻枠の回転軸方向
   に移動させ、更に、推進される上記条件を、形成される
   コイルのピッチ角に対応し上記基準線を中心に適宜微小
   角回転させることにより、前記金属条材を巻枠に巻取る
   ことを特徴とする金属コイルの製造方法。 ２ 製造しようとするコーン形ヘリカルコイルの内径が
   形成する螺旋円錐状筒体の直径上において放射状に位置
   付けられ、外面が階段状をなし、且つ、金属条材先端の
   固定手段を有する枠板による巻枠であつて、当該筒体の
   軸において回転可能であると共に、当該軸方向に移動可
   能とした巻取装置と、上記コイルに製造されるべき金属
   条材を上記巻枠の外接線をなし且つ回転軸に直交する向
   きにおいて直進するように拘束案内しつつ連続的に推進
   させると共に、当該条件の推進軸と巻枠の回転軸とに直
   交する基準垂線に平行な方向に於て当該条材の拘束案内
   部を移動可能にすることにより、推進される金属条材の
   先端側を回転軸に沿つて移動する上記巻枠に対し常にほ
   ぼ外接線上に位置付け、且つ、形成される前記コイルの
   ピッチ角に対応し前期条材の推進軸を上記平面内に於て
   基準垂線を中心に微小角回転できるようにした金属条材
   の供給装置と、上記供給装置に取付けられていて、推進
   される金属条材を上記巻枠への外接部近傍において挿通
   し、且つ、当該条材をその外側から狭幅で高温加熱する
   と共に加熱直後その加熱部分を冷却する装置を一体に具
   えた加熱装置とから成ることを特徴とする金属コイルの
   製造装置。