(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
線材を挟持する無駆動または駆動の２本以上の溝付き加工用ロールを配置してなるローラダイスに対しパスライン方向に押込み力を付与して線材を押し込むとともに、該線材を筒状ガイドでパスライン方向に案内し、線材の押込み速度と、パスラインに垂直な断面内で線材とダイスの相対位置（オフセット）の２次元方向(ｘ軸方向、ｙ軸方向)の周期的に変化する速度とを調整することにより、線材のｘ軸、ｙ軸方向のオフセット量のパスライン方向にわたる分布を自在に制御して任意のピッチおよびらせん半径のらせん線材を得ることを特徴とするらせん線材の製造方法。
【請求項２】
線材を挟持する駆動の２本以上の溝付き加工用ロールに対しパスライン方向に線材を噛み込ませとともに、該線材を筒状ガイドでパスライン方向に案内し、線材の噛込み速度と、パスラインに垂直な断面内で線材とロールの相対位置（オフセット）の２次元方向(ｘ軸方向、ｙ軸方向)の周期的に変化する速度とを調整することにより、線材のｘ軸、ｙ軸方向のオフセット量のパスライン方向にわたる分布を自在に制御して任意のピッチおよびらせん半径のらせん線材を得ることを特徴とするらせん線材の製造方法。
【請求項３】
線材を挟持する無駆動または駆動の２本以上の溝付き加工用ロールを備えた前段および前段に近接して配置された穴ダイスまたは複数のロールからなるローラダイスを備えた後段の２段からなり、前段および後段の各パスラインは互いに角度を有するダイス部を用いたらせん線材の製造方法であって、線材を前段パスライン方向に押し込むとともに筒状ガイドでパスライン方向に案内し、前記溝付き加工用ロールで線材を挟持した前段を前段パスラインに垂直な面内で回転させながら前記後段のダイスに供給し、押込み速度、前段回転速度および前記角度を調整することにより、線材のｘ軸、ｙ軸方向のオフセット量のパスライン方向にわたる分布を自在に制御して任意のピッチおよびらせん半径のらせん線材を得ることを特徴とするらせん線材の製造方法。
【請求項４】
線材を挟持する無駆動または駆動の２本以上の溝付き加工用ロールを配置してなるローラダイスと、該ローラダイスの入側に設けたパスライン方向に線材を押し込むための材料押込み装置と、該線材をパスライン方向に案内する筒状ガイドと、前記ローラダイスに付設しかつパスラインに垂直な断面内で線材とダイスの相対位置（オフセット）を２次元方向(ｘ軸方向、ｙ軸方向)に周期的に変化させる機構とを有し、押込み速度とオフセット方向速度(ｘ軸、ｙ軸方向の速度)を調整することにより、線材のｘ軸、ｙ軸方向のオフセット量のパスライン方向にわたる分布を自在に制御して任意のピッチおよびらせん半径のらせん線材を得ることを特徴とするらせん線材の製造装置。
【請求項５】
線材を挟持する駆動の２本以上の溝付き加工用ロールと、該加工用ロールに噛み込まれた線材をパスライン方向に案内する筒状ガイドと、該加工用ロールまたは前記ガイドのハウジングに付設しかつパスラインに垂直な断面内で線材とロールの相対位置（オフセット）を２次元方向(ｘ軸方向、ｙ軸方向)に周期的に変化させる機構とを有し、線材のロールに対する噛込み速度とオフセット方向速度(ｘ軸、ｙ軸方向の速度)を調整することにより、線材のｘ軸、ｙ軸方向のオフセット量のパスライン方向にわたる分布を自在に制御して任意のピッチおよびらせん半径のらせん線材を得ることを特徴とするらせん線材の製造装置。
【請求項６】
線材を挟持する無駆動または駆動の２本以上の溝付き加工用ロールを備えた前段および前段に近接して配置された穴ダイスまたは複数のロールからなるローラダイスを備えた後段の２段からなり、前段および後段の各パスラインは互いに角度を有するダイス部と、前段の入側に設けた前段パスライン方向に線材を押し込むための材料押込み装置と、該材料押込み装置と前記前段との間に設けられた、線材をパスライン方向に案内する筒状ガイドと、前段パスラインに垂直な面内で前段を回転させる機構とを有し、押込み速度、前段回転速度および前記角度を調整することにより、線材のｘ軸、ｙ軸方向のオフセット量のパスライン方向にわたる分布を自在に制御して任意のピッチおよびらせん半径のらせん線材を得ることを特徴とするらせん線材の製造装置。
【請求項７】
前記加工用ロールまたは前記ダイス部が、２本、３本または４本のロールであることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項記載のらせん線材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ローラダイスを用いて所望のピッチとらせん半径を有するらせん線材を効率的に製造する方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、土木建築用構造物、自動車用タイヤの補強材等に利用されている鋼線は、直線状の線材を複数束ねた構造で使用されている。
本件発明者の一人は、特開平８−２９１５８７号公報（特許第３２４９０３０号）にあるように、生物組織体が有する強靱性及び新陳代謝機能に着目し、該生物組織体を構成するコラーゲン繊維を人工的に形成した、らせん体を使用して小型化及び軽量化を図りながら高い強靱性を得ると共に寿命を永続化できる構成物を提供する、らせん線材を発明した。
【０００３】
【発明が解決しようとする問題点】
上述した先行技術においては、らせん線材そのものの形態やそれを集合固定して柱材、壁材などの構成物を形成することについては説明されているが、らせん線材の具体的な製造手段に関して明確には開示していない。一般に、このようならせん線材を製造する方法として、らせん状の孔を開けた半割りダイスを用いて製造することが考えられるが、特に細径(≦φ２mm)線材の場合、加工精度に限界があるため、ダイスが焼き付き易く、また、生産性やコスト面で限界がある。このため効率的でかつ実現性のあるらせん線材の製造手段の確立が強く要望されているのが実情である。
【０００４】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、任意の線材長手方向のピッチ、それに直角な面内のらせん半径をもつらせん線材を自在に得ることが可能な製造方法、およびその方法を効果的に実施し得る高能率かつ高制御性を有する加工装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【問題点を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の要旨は次の通りである。
（１）線材を挟持する無駆動または駆動の２本以上の溝付き加工用ロールを配置してなるローラダイスに対しパスライン方向に押込み力を付与して線材を押し込むとともに、該線材を筒状ガイドでパスライン方向に案内し、線材の押込み速度と、パスラインに垂直な断面内で線材とダイスの相対位置（オフセット）の２次元方向(ｘ軸方向、ｙ軸方向)の周期的に変化する速度とを調整することにより、線材のｘ軸、ｙ軸方向のオフセット量のパスライン方向にわたる分布を自在に制御して任意のピッチおよびらせん半径のらせん線材を得ることを特徴とするらせん線材の製造方法。
（２）線材を挟持する駆動の２本以上の溝付き加工用ロールに対しパスライン方向に線材を噛み込ませとともに、該線材を筒状ガイドでパスライン方向に案内し、線材の噛込み速度と、パスラインに垂直な断面内で線材とロールの相対位置（オフセット）の２次元方向(ｘ軸方向、ｙ軸方向)の周期的に変化する速度とを調整することにより、線材のｘ軸、ｙ軸方向のオフセット量のパスライン方向にわたる分布を自在に制御して任意のピッチおよびらせん半径のらせん線材を得ることを特徴とするらせん線材の製造方法。
（３）線材を挟持する無駆動または駆動の２本以上の溝付き加工用ロールを備えた前段および前段に近接して配置された穴ダイスまたは複数のロールからなるローラダイスを備えた後段の２段からなり、前段および後段の各パスラインは互いに角度を有するダイス部を用いたらせん線材の製造方法であって、線材を前段パスライン方向に押し込むとともに筒状ガイドでパスライン方向に案内し、前記溝付き加工用ロールで線材を挟持した前段を前段パスラインに垂直な面内で回転させながら前記後段のダイスに供給し、押込み速度、前段回転速度および前記角度を調整することにより、線材のｘ軸、ｙ軸方向のオフセット量のパスライン方向にわたる分布を自在に制御して任意のピッチおよびらせん半径のらせん線材を得ることを特徴とするらせん線材の製造方法。
（４）線材を挟持する無駆動または駆動の２本以上の溝付き加工用ロールを配置してなるローラダイスと、該ローラダイスの入側に設けたパスライン方向に線材を押し込むための材料押込み装置と、該線材をパスライン方向に案内する筒状ガイドと、前記ローラダイスに付設しかつパスラインに垂直な断面内で線材とダイスの相対位置（オフセット）を２次元方向(ｘ軸方向、ｙ軸方向)に周期的に変化させる機構とを有し、押込み速度とオフセット方向速度(ｘ軸、ｙ軸方向の速度)を調整することにより、線材のｘ軸、ｙ軸方向のオフセット量のパスライン方向にわたる分布を自在に制御して任意のピッチおよびらせん半径のらせん線材を得ることを特徴とするらせん線材の製造装置。
（５）線材を挟持する駆動の２本以上の溝付き加工用ロールと、該加工用ロールに噛み込まれた線材をパスライン方向に案内する筒状ガイドと、該加工用ロールまたは前記ガイドのハウジングに付設しかつパスラインに垂直な断面内で線材とロールの相対位置（オフセット）を２次元方向(ｘ軸方向、ｙ軸方向)に周期的に変化させる機構とを有し、線材のロールに対する噛込み速度とオフセット方向速度(ｘ軸、ｙ軸方向の速度)を調整することにより、線材のｘ軸、ｙ軸方向のオフセット量のパスライン方向にわたる分布を自在に制御して任意のピッチおよびらせん半径のらせん線材を得ることを特徴とするらせん線材の製造装置。
（６）線材を挟持する無駆動または駆動の２本以上の溝付き加工用ロールを備えた前段および前段に近接して配置された穴ダイスまたは複数のロールからなるローラダイスを備えた後段の２段からなり、前段および後段の各パスラインは互いに角度を有するダイス部と、前段の入側に設けた前段パスライン方向に線材を押し込むための材料押込み装置と、該材料押込み装置と前記前段との間に設けられた、線材をパスライン方向に案内する筒状ガイドと、前段パスラインに垂直な面内で前段を回転させる機構とを有し、押込み速度、前段回転速度および前記角度を調整することにより、線材のｘ軸、ｙ軸方向のオフセット量のパスライン方向にわたる分布を自在に制御して任意のピッチおよびらせん半径のらせん線材を得ることを特徴とするらせん線材の製造装置。
（７）前記加工用ロールまたは前記ダイス部が、２本、３本または４本のロールであることを特徴とする（４）〜（６）のいずれか１項記載のらせん線材の製造装置。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図面に基づいて詳細に説明する。最初に、らせん線材の加工製造装置について説明する。
図１は本発明に係る加工装置の一例を示す概略図である。図示の装置は基本的には、加工される金属線材１を挟持する２本の溝付き加工用ロール２を配置してなるローラダイス３と、該ローラダイス３の入側に線材パスライン（ｚ軸方向）に沿って配設された、２本の水平ロール４および２本の竪ロール５からなる押込み装置６とから構成される。加工用ロール２はモータ７にて駆動されており、また、押込み装置６の水平ロール４もモータ８により駆動されているが、必要に応じて竪ロール５についても駆動することもできる。
【０００７】
加工用ロール２は図示していないが、その軸受け装置、駆動部、検出部などを含めて実際にはハウジング９（図では一点鎖線で略示している）などによって全体を保持収容されており、便宜上、ローラダイス３はこのハウジング９を含めて指している。また、水平ロール４および竪ロール５についても同様にハウジング１０などで保持収容されており、図ではこれらロールとハウジング１０を含めて押込み装置６としている。更に、ローラダイス３と押込み装置６との間には、線材１を案内するガイド１１が設置されている。
一方、上記のローラダイス３のハウジング９には、ｘ軸方向変位用モータ１２およびｙ軸方向変位用モータ１３が付設され、これらモータの動作によってローラダイス３はパスラインに直角の断面内における２次元方向（ｘ軸方向とｙ軸方向）に摺動可能になっている。
【０００８】
実際の操業に際しては、所望径の線材１を押込み装置６の入側から送給して水平ロール４に噛み込ませ、竪ロール５およびガイド１１を経てローラダイス３に送り込み、加工用ロール２に噛み込ませる。一定速度でパスライン方向に送り込まれた線材１は、ローラダイス３位置にて加工用ロール２に噛み込まれた状態でｘ軸変位モータ１２およびｙ軸変位モータ１３により強制的にパスラインに垂直な面内における変位を付与され、ローラダイス３かららせん状に加工されて送り出されてくる。
図示の例では加工用ロール２をモータ７による駆動形式としたが、これは材料の噛み込みの容易さとともに駆動ロールとすることで線材に軽度の圧下力を作用させて最終径に精度良く圧延することを狙ったものである。必要に応じて加工用ロール２を無駆動方式としても良いことは勿論である。
【０００９】
このように本発明においては、ｚ軸方向の線材押込み装置６およびｘｙ軸変位自在なローラダイス３とにより、ローラダイスの加工用ロール２に、ｚ軸方向の送りと、ｘ軸・ｙ軸方向に周期的な変位を付与することができることから、ｚ軸の送り速度（押込み速度）、ｘ軸・ｙ軸の変位速度を制御することにより、任意のピッチとオフセット量（らせん半径）をもつらせん線材を連続して製造することが可能となる。
従って、目標とするピッチ、らせん半径に基づいて予め算出した押込み速度、ｘ軸・ｙ軸変位量と速度を押込み装置およびローラダイスの駆動部に設定入力しておけば、所望のピッチおよびらせん半径を持つらせん線材が連続して製造し得ることになる。なお、必要に応じてローラダイスの位置、加工された線材のピッチやオフセット量が設定された範囲に入っているか否かを検出装置を用いてその都度チェックし、そのデータに基づいて各駆動部をフィードバック制御すれば、精度よくらせん線材を得ることができる。
【００１０】
本発明に係る製造装置を実際に制御する場合には、例えば下記のような具体的な要素が必要とされる。加工用ローラ２についてモータにより与えられるｘ軸、ｙ軸方向変位の振幅を同じ値０．５ａ、角速度を同じ値ω、時間をｔとした場合、ｘｙ軸方向の位相と速度は次のように表される。
ｘ軸方向の変位ｕｘ＝０．５ａ・cos(ωｔ)
ｙ軸方向の変位ｕｙ＝０．５ａ・sin(ωｔ)
ｘ軸方向の速度ｖｘ＝−０．５ａω・sin(ωｔ)
ｙ軸方向の速度ｖｙ＝０．５ａω・cos(ωｔ)
また、ｚ軸方向の加工速度ｖｚ＝ｂとすれば、ローラ２は、ｘ軸、ｙ軸面内で周期Ｔ＝２π／ωの円運動をし、ピッチｐは、
ｐ＝ｖｚ・Ｔ＝ｂ・２π／ω
山部の最大高さと谷部の最低高さとの差ｈは、
ｈ＝ａ＋ｄ  （ｄ：線材直径）
になる。
【００１１】
次に、図２は本発明に係る加工装置の他の例を示すもので、図１に示した押込み装置を省略した形式のものである。図２に示す装置は、駆動の２本以上の加工用ロール２を配置してなるローラダイス３、該ローラダイス３の入側に設けたガイド１１と、該ガイド１１を保持するハウジング１４とから構成される。この例ではローラダイス３は２次元方向(ｘ軸方向、ｙ軸方向)には変位せず、ハウジング１４側が２次元方向に変位するようになっている。
このため、ハウジング１４にはパスラインに垂直な断面内で線材とロールの相対位置（オフセット）を２次元方向(ｘ軸方向、ｙ軸方向)に周期的に変化させる機構、すなわち図示するようなｘ軸方向変位モータ１２およびｙ軸方向変位モータ１３が付設されている。
【００１２】
この図２に示す機構によっても、線材のロール２に対する噛込み速度とオフセット方向速度(ｘ軸、ｙ軸方向の速度)を調整することにより、線材のｘ軸、ｙ軸方向のオフセット量のパスライン方向にわたる分布を自在に制御して図１と同様に任意のピッチおよびらせん半径のらせん線材を得ることができる。この場合、線材が加工用ロール２に噛み込んだ時点で、ハウジング１４を２次元方向に変位させるが、加工用ロール２が駆動となっているので、事前にらせん状に加工された線材がロール２から押し出される状態となる。
【００１３】
次に、図３は、ダイス部が前段および後段の２段からなり、前段は２ロール以上（図では３ロール）の加工用ロール２を備えたローラーダイス３から、後段は前段に近接して配置される穴ダイス２′から構成され、前段側のパスラインは押込み装置６、入側ガイド１１と同一で、後段側のパスラインは前段側のパスラインと角度θをなしている。また、ローラーダイス３のハウジング９は、モータ１２により前段側のパスラインに対し垂直な面内で回転可能になっている。
このため、押込み装置６および入側ガイド１１を通って加工用ロール２および穴ダイス２′に噛み込まれる線材１は、モータ１２によりローラーダイス３を回転することにより、加工用ロール２および穴ダイス２′かららせん状に加工されて押し出されることとなる。穴ダイスは、場合によっては２ロール以上のロールタイプとすることもできる。この図３に示す装置によっても、押込み速度、ローラーダイス３の回転速度および角度θを適宜調整することにより、任意のらせん半径およびピッチの線材を得ることができる。
【００１４】
本発明においては線材を確実に掴持して必要とされる変位を与えるために、線材を挟持するローラダイス方式を採用したが、このダイスを構成する加工用ロール２としては２ロール形式のものを例示している。しかし、本発明ではこれに限らず該加工用ロール２は実用上、図４(ａ)、(ｂ)、(ｃ)に示すように、各々２ロール（ａ）以外にも、３ロール（ｂ）、４ロール（ｃ）を採用することができる。図４においては各形式の場合の素材とロール孔形形状を示している。いずれの形式を選択するかは、加工する線材の材質、サイズ、用途などを勘案して適宜決めれば良い。
なお、図４における各記号の意味は次の通りである。
Ｄ：ロール直径  ｒo：素材半径  ｒg：孔形半径  Ｙo：素線中心よりロール溝底までの距離  ΔＢ：幅広がり量
【００１５】
次に、図５は本発明により得られたらせん線材の一例を示す斜視図であり、図６はらせん線材のらせん状態を示す平面図である。
図５及び図６に示すらせん線材１の山部最大高さと谷部最低高さの差は、線材直径の約２倍のらせん径からなり、山部１ａと谷部１ｂとがほぼ相対する形状で、谷部がらせん中心ｃとほぼ一致するか、そのらせん中心より外側に位置するように所定のピッチｐおよび振幅０．５ａでらせん巻回されて形成される。なお、図５はらせん巻方向が右巻きのらせん線材を示しているが、らせん巻き方向はこれに限定されるものではなく、左巻きのものであってもよい。
【００１６】
なお、図示した実施例では、加工用駆動２ロールと押込み装置に水平２ロール＋竪２ロールを用いたが、本発明はこれに限ることなく、他の態様、例えば、加工ロールを無駆動の場合、加工ロールを３ロールもしくは４ロールにした場合、押込み装置の押込みロールを水平ロールまたは竪ロールの１組にした場合、押込みロールを３ロールまたは４ロールにした場合、押込み装置にシリンダ等ロール以外を用いた場合についても、同様に目標とするらせん線材を製造可能である。
【００１７】
本発明においてロール自体の駆動やローラダイスの変位のために使用するモータ類は、特別のものではなく、通常のものを用いればよいが、ローラダイス３をｘｙ軸方向に変位させるモータは、設定された動作を迅速にかつ精度よく遂行し得る制御用モータとして汎用されているサーボモータを使用することが好ましい。勿論、同様な動作を遂行できるものであれば、シリンダー機構などの他の機械的な手段によって代替させることも可能である。
【００１８】
【実施例】
［実施例１］
図１の２ロールのローラダイスおよび押込み装置を有する加工装置を用いたらせん線材の加工例に基づいて説明する。
［実施条件］
・被加工素材：径φ２mmの鋼線材
・加工用ロール：無駆動、Ｄ＝１５０mm、ｒg＝３．６mm、Ｙｏ＝０．９９５mm
ΔＢ＝０．００２mm
・加工速度（ｚ軸方向押込み速度）：１０m/min
・ローラダイスのｘ、ｙ軸の速度、振幅:５m/min、２mm
・押込み装置：水平駆動２ロール＋竪２ロール
以上の条件により実施した結果、ピッチ２５mm、山部〜谷部長さ４mmのらせん線材を連続して支障無く製造することができた。
【００１９】
［実施例２］
図２の２ロール形式の圧延機を用いたらせん線材の加工例に基づいて説明する。
［実施条件］
・被加工素材：径φ２mmの鋼線材
・加工用ロール：駆動、Ｄ＝１５０mm、ｒg＝３．６mm、Ｙｏ＝０．９９５mm
ΔＢ＝０．００２mm
・加工速度（ｚ軸方向押込み速度）：１０m/min
・ガイド（ハウジング）のｘ、ｙ軸の速度、振幅:５m/min、２mm
・押込み装置：無し
以上の条件により実施した結果、ピッチ２５mm、山部〜谷部長さ４mmのらせん線材を連続して支障無く製造することができた。
【００２０】
［実施例３］
図３の加工用ロールが２段からなる形式の加工装置を用いたらせん線材の加工例に基づいて説明する。
［実施条件］
・被加工素材：径φ２mmの鋼線材
・加工用ロール：無駆動
・ハウジングの回転速度：４００rpm
・後段パスラインの前段に対する角度θ：３０度
前段：３ロール、Ｄ＝２６mm、ｒg＝５．５mm、Ｙｏ＝０．９９５mm、ΔＢ＝０．００２mm
後段：穴ダイス、孔径：φ２．１mm
・加工速度（ｚ軸方向押込み速度）：１０m/min
・押込み装置：水平駆動２ロール×２段
以上の条件により実施した結果、ピッチ２５mm、山部〜谷部長さ４mmのらせん線材を連続して支障無く製造することができた。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明した本発明方法により、ピッチおよびらせん山部最大値と谷部最低値との差を任意の値に設定し得るらせん線材を高能率に製造可能である。また、本発明の製造装置により、上記の方法を効果的に実施できるとともに、設備的にも従前のローラダイスを活用できる利点がある。従って、本発明は土木建築用構造物や自動車用タイヤ等に用いる鋼線としてらせん線材を有効に供給できることから、その産業上の利益は非常に大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のらせん線材加工装置の一実施例を示す図である。
【図２】本発明のらせん線材加工装置の他の実施例を示す図である。
【図３】本発明のらせん線材加工装置の更に他の実施例を示す図である。
【図４】  (ａ)、(ｂ)、(ｃ)は、各々、加工用２ロール、３ロール、４ロールを示す図である。
【図５】本発明により得られるらせん線材の一例を示す略体斜視図である。
【図６】図５のらせん線材のらせん状態を示す平面図である。
【符号の説明】
１：線材                          １ａ：山部
１ｂ：谷部                        ２：加工ロール
２′：穴ダイス                    ３：ローラダイス
４：水平ロール                    ５：竪ロール
６：押込み装置                    ７：加工ロール駆動モータ
８：押込み装置駆動用モータ        ９：ハウジング（ローラダイス側）
１０：ハウジング（押込み装置側）  １１：ガイド
１２：加工ロールｘ軸変位用モータ  １３：加工ロールｙ軸変位用モータ
１４：ガイドのハウジング
【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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