(57)【要約】  厚い金属シートから作製される極細金属ワイヤー用スプール（２０）は、コア（２２）と、コア（１２）に結合された２つのフランジ（２４）とを備える。コア（２２）は、同心二重ドラム、すなわち、内径ｄを有する内側ドラム（２６）および外径Ｄを有する外側ドラム（２８）を備える。スプールはフランジ上の側圧の荷重分布を変更し、変形に対抗するスプールの構造的剛性をさらに改良する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、
前記コアに結合された２つのフランジと、
を備えた極細金属ワイヤー用の厚い金属シート製のスプールにおいて、
前記コアが、内径ｄを有する内側ドラムおよび外径Ｄを有する外側ドラムからなる同心二重ドラムで構成されていることを特徴とする、スプール。
【請求項２】
前記金属シートの厚さが２．５ｍｍ〜７．０ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載のスプール。
【請求項３】
前記金属シートの厚さが３．０ｍｍ〜５．０ｍｍであることを特徴とする、請求項２に記載のスプール。
【請求項４】
前記外側ドラムの前記外径Ｄが、前記内側ドラムの前記内径ｄの１．３倍〜２．１倍であることを特徴とする、請求項３に記載のスプール。
【請求項５】
前記各フランジの径φが、前記内側ドラムの前記内径ｄの２．２倍〜２．８倍であることを特徴とする、請求項４に記載のスプール。
【請求項６】
比率φ／Ｄが１．０〜２．０であることを特徴とする、請求項５に記載のスプール。
【請求項７】
前記比率φ／Ｄが１．３〜１．６であることを特徴とする、請求項６に記載のスプール。
【請求項８】
前記外側ドラムの高さＨが、前記内側ドラムの前記内径ｄの２．０倍〜３．０倍であることを特徴とする、請求項７に記載のスプール。
【請求項９】
前記各フランジが、１個の中心孔と前記中心孔の周りに均一に分布したスロットとを有することを特徴とする、請求項８に記載のスプール。
【請求項１０】
前記内側ドラムの外周が、前記内側ドラムの両端で前記フランジの前記中心孔の内周に溶接されていることを特徴とする、請求項９に記載のスプール。
【請求項１１】
前記外側ドラムの内周が、前記外側ドラムの両端で前記フランジ上の前記均一に分布したスロットに溶接されていることを特徴とする、請求項１０に記載のスプール。
【請求項１２】
前記外側ドラムの外周が、前記外側ドラムの前記両端で前記フランジの表面に溶接されていることを特徴とする、請求項１１に記載のスプール。
【請求項１３】
支持プレートが、前記内側ドラムの外周と前記外側ドラムの内周との間に溶接されていることを特徴とする、請求項９に記載のスプール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は極細金属ワイヤーが巻き付けられるスプールに関する。より詳細には、本発明は、ワイヤーソー用のワイヤー（以下、「ソーワイヤー」と呼ばれる）またはゴムホースを補強するためのワイヤー（以下、「ホースワイヤー」と呼ばれる）のような極細金属ワイヤーを巻き付けるための厚い金属シート製のスプールに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に示されているように、従来のスプール１０は、コア１２と２つのフランジ１４とを有する。２つのフランジ１４はコア１２の両端に溶接されている。コア１２および２つのフランジ１４は、機械構造用炭素鋼のような厚い金属シート製である。
【０００３】
上記スプールに巻き付けられる極細金属ワイヤーは、たとえば、０．１２〜０．１６ｍｍ以下の径を有し、ソーワイヤーとして役立つ極細金属ワイヤー、または、約０．２０〜０．８０ｍｍの径を有し、ホースワイヤーとして役立つ極細金属ワイヤーである。別の用途は、約０．１２〜０．４０ｍｍの径を有し、ゴム製品を補強するため撚りスチールコードのためのワイヤーとして役立つ極細金属ワイヤーである。
【０００４】
上記極細金属ワイヤーが所定の張力（たとえば、４〜１５ニュートン）の下でスプールに巻き付けられる場合、巻き付け張力は高い締め付け張力をコアに生じさせ、その結果、フランジを離すように押す大きな力をフランジに印加する。そして、この離すように押す力（以下、「側圧」と呼ばれる）は、両端にあるフランジを互いに分離する方向に押圧する。
【０００５】
典型的な用途では、ソーワイヤーはマイクロチップ用のシリコンを切断するために使用される。材料の浪費を排除し、高い生産性を維持するため、顧客は、径０．１２ｍｍおよび長さ８００ｋｍの極細ワイヤーを巻き付けるスプールを要求している。金属ワイヤーの径が小さくなるにつれて、または、巻き付け張力が大きくなるにつれて、または、ワイヤーの往復する巻数が多くなるにつれて、発生される側圧が大きくなる。
【０００６】
このような側圧に耐える十分な強度および剛性を与えるため、従来のスプール１０は、厚さが約２０ｍｍ〜５０ｍｍの厚い金属シートを利用する。したがって、従来のスプールは非常に重みがあるので、スプールの操作性は非常に悪くなり、スプールは高い輸送コストがかかる。さらに、従来のスプールは材料および取り扱いの高いコストがかかる。
【０００７】
その上、側圧は過度に大きいので、この機械的に強度のあるスプールでさえフランジおよびドラムの塑性変形を回避できない。数回の繰り返しの使用後、スプールの変形が進行するか、または、スプールが破損し使用できなくなる。すなわち、従来のスプールは、高いコストに見合う耐久性を確保できないという欠点がある。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、充分な機械的強度と繰り返し使用可能性を有し、同時に重量およびコストの削減を実現する特別な極細金属ワイヤー用のスプールおよびその製造方法とを提供することである。
【発明の概要】
【０００９】
本発明は、極細金属ワイヤー用の厚い金属シート製スプールに関する。スプールは、コアと、ドラムに結合された２つのフランジとを備える。コアは、同心二重ドラム、すなわち、内径ｄを有する内側ドラムおよび外径Ｄを有する外側ドラムをさらに備える。本発明は側圧の荷重分布を変更し、変形に対抗するスプールの構造的剛性をさらに改良する。
【００１０】
以下、本発明は添付図面を参照してより詳細に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来のスプールの断面図である。
【図２】本発明に係るスプールのＡ−Ａによる断面図である。
【図３】従来のスプールによるフランジ上の側圧の荷重分布を示す概略図である。
【図４】本発明に係るスプールによるフランジ上の側圧の荷重分布を示す概略図である。
【図５】本発明に係るスプールの側面図である。
【図６】内側ドラムの外周とフランジの中心孔の内周との間の溶接部の詳細図である。
【図７】外側ドラムの内周とフランジ上に均一に分布したスロットとの間の溶接部の詳細図である。
【図８】外側ドラムの外周とフランジの表面との間の溶接部の詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１には、従来のスプールの断面図が示されている。スプール１０は、コア１２と、該コア１２に結合された２つのフランジ１４とを有する。
【００１３】
図２には、本発明に係るスプールのＡ−Ａによる断面図が示されている。スプール２０は、コア２２と、コア２２に結合された２つのフランジ２４とを有し、コア２２は同心二重ドラム、すなわち、内径ｄを有する内側ドラム２６と、外径Ｄを有する外側ドラム２８とを備える。
【００１４】
図３に示されているように、フランジ１４は、極細金属ワイヤーの張力から発生された側圧Ｆ２を受ける。フランジ１４のスライス上の荷重分布は、一端で支持され、側圧Ｆ２が均一に分布した梁として簡略化可能である。しかし、図４に示されているように、フランジ２４は極細金属ワイヤーの張力から発生された側圧Ｆ４を受ける。フランジ２４のスライス上の荷重分布は、一端および中央の両方で支持され、側圧Ｆ４が均一に分布した梁として簡略化可能である。この両持ち梁は片持ち梁より構造強度が高い。
【００１５】
その上、以下の点が見出された。
１．コアに巻き付けられる極細金属ワイヤーの層の数が多いほど、より多くの金属ワイヤーがコアに張力を加えるので、コア上の圧力が高くなる。
２．コアに巻き付けられる極細金属ワイヤーの層の数が多いほど、より多くの金属ワイヤーがフランジに張力を加えるので、フランジ上の側圧が高くなる。
【００１６】
したがって、外側ドラムの外径Ｄを増大することは、ドラムに巻き付けられる極細金属ワイヤーの層を削減するために役立ち、コア上の圧力およびフランジ上の側圧を低減するためにさらに役立つ。その上、φおよびＤが増大されるとき、巻き付けおよび巻き戻し工程中のスプールの回転速度は減少し、これはフランジ付近でのワイヤーの位置決めをより良く制御し、問題をより少なくすることになる。しかし、スプールはソー装置の空間に適合すべきであるので、外側ドラムの外径およびフランジの外径の拡大には常に限界がある。したがって、外径Ｄは内径ｄの１．３倍〜２．１倍であり、フランジの外径φは内径ｄの２．２倍〜２．８倍である。
【００１７】
さらなる改良は、ドラム上の極細金属ワイヤーの層をさらに削減するためスプールの高さＨを延長することである。スプールはソー装置の空間に適合すべきであるので、スプールの高さＨの延長には限界がある。したがって、スプールの高さＨ、すなわち、外側ドラムの高さＨは、内径ｄの２．０倍〜３．０倍である。
【００１８】
従来のスプールであるスプール０と、本発明に係るスプールであるスプール１およびスプール２との間の以下の比較は、改良および利点をさらに示すことが可能である。図１に示されているように、従来のスプールは、以下の仕様：
ｄ＝１５０ｍｍ
φ＝３１５ｍｍ
Ｈ＝３１５ｍｍ
を有する。一方、本発明に係るスプールは、図２に示されているように、以下の仕様を有する。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
スプール、すなわち、従来のスプールであるスプール０と、本発明に係る２つのスプールであるスプール１およびスプール２とが同量の極細金属ワイヤーを巻き付ける場合、従来のスプールと比較すると、本発明に係るスプールのコア上の圧力とフランジ上の側圧とは著しく減少し、その上、構造的剛性は著しく増加する。
【００２１】
コアおよびフランジ上の荷重分布の改良と、スプールの構造的剛性の改良とによって、本発明は、従来のスプールと同等であるスプールを製作するために２．５ｍｍ〜７．０ｍｍ、好ましくは、３．０ｍｍ〜５．０ｍｍの厚さを有するより薄い金属シートを使用可能である。
【００２２】
以下の表は、本発明に係るスプールの改良および利点を示している。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
上記比較テストは、比率φ／Ｄもまたこの２重ドラムスプールのために重要であることをさらに明らかにする。比率φ／Ｄが小さいほど、使用後のスプールの変形は小さいので、スプールの再使用の回数が多くなる。しかし、比率φ／Ｄにはある程度の限界がある。一方で、比率φ／Ｄの下限は、フランジの外径φがスプールを使えるようにするために外側ドラムの外径Ｄより大きくなるべきであるので、１．０より大きくなるべきである。他方で、比率φ／Ｄの上限は、フランジが外側ドラムを越える高さが大きいほど、使用後のスプールの変形が大きくなるので、２．０を越えるべきでない。したがって、比率φ／Ｄは１．０〜２．０であり、より好ましくは、１．３〜１．６である。
【００２５】
図５に示されているように、フランジ２４は、１個の中心孔３０と、中心孔の周りに均一に分布したスロット３２とを有する。図６に示されているように、内側ドラム２６の外周とフランジ２４の中心孔３０の内周との間に溶接部が存在する。図７に示されているように、外側ドラム２８の内周とフランジ２４の均一に分布したスロット３２との間に溶接部が存在する。上記配置には以下の利点がある。
１．内側ドラムとフランジとの間の接続を改良する。
２．外側ドラムとフランジとの間の接続を改良する。
３．内側ドラムと外側ドラムとの間の接続を確実にする。
４．外側ドラムとフランジとの間の制限された溶接部のためにフランジの変形を制限する。
５．簡略化された構造のため容易に製造できる。
【００２６】
図８に示されているように、外側ドラム２８の外周とフランジ２４の表面との間に溶接部が存在する。この溶接部は、外側ドラムとフランジとの間の接続をさらに改良し、スプールの構造的剛性を改良する。
【００２７】
本発明に係るスプールを製造する方法は以下のステップを含む。
１．フランジ２４が厚い金属シートのプレス加工により製造され、フランジ２４の外周が折り畳み手順によって概ね補強される。中心孔３０と均一に分布したスロット３２とがプレス加工によって製造される。
２．内側ドラム２６および外側ドラム２８が金属シートを円筒形状に曲げることにより形成される。
３．内側ドラム２６の外周がフランジ２４の中心孔３０の内周に溶接される。
４．外側ドラム２８の内周がフランジ２４の均一に分布したスロット３２に溶接される。
５．外側ドラム２８の外周がフランジ２４の表面に溶接される。
６．内側ドラム２６の両端は装置上のスプールの搭載の実現を容易にするため面取り角を有することが可能である。
７．外側ドラム２８の外周とフランジ２４の表面との間の溶接部は、滑らかな巻き付けおよび巻き戻し工程を実現し易くするため、切断し、丸くすることが可能である。
【００２８】
本発明の別の改良は、図９に示されているように、内側ドラム２６の外周と外側ドラム２８の内周との間にいくらかの支持プレート３４を溶接することである。支持プレート３４は、変形に対する外側ドラム２８の強度を改良し、内側ドラム２６と外側ドラム２８とを確実に同心にする。
【００２９】
本発明のさらなる改良は、図１０に示されているようにフランジ２４の中心孔３０の周りに面取り角を作り、外側ドラム２８の両端をフランジ２４の表面に溶接することである。したがって、スプールが極細ワイヤーで荷重を加えられているとき、内側ドラム２６の両端がフランジ２４の表面に接して圧力を受けているので、内側ドラム２６の両端とフランジ２４の表面との間を溶接する必要がない。
【符号の説明】
【００３０】
１０  従来のスプール
１２  従来のスプールのコア
１４  従来のスプールのフランジ
２０  本発明に係るスプール
２２  本発明に係るスプールのコア
２４  本発明に係るスプールのフランジ
２６  本発明に係るスプールの内側ドラム
２８  本発明に係るスプールの外側ドラム
３０  本発明に係るスプールのフランジの中心孔
３２  本発明に係るスプールのフランジ上に均一に分布したスロット
ｄ  内側ドラム２６の内径
Ｄ  外側ドラム２８の外径
φ  フランジ２４の外径
Ｈ  外側ドラム２８の高さ
Ｆ２  フランジ１４に加わる側圧
Ｆ４  フランジ２４に加わる側圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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