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金属ワイヤコイルの形成方法と装置
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- 【要約】
【目的】 予備成形された螺旋ワイヤ(10)を鉛直なほぼ円筒形の壁 (4)を有する成形ピット (1)内に落下させ、成形ピット (1)内で螺旋ワイヤを互いに積み重さねてコイルに成形する形式の金属ワイヤ、特に鋼ワイヤのコイル (7)を成形するための方法の改良。
【構成】 成形ピットの上記壁に向かって放射方向の引力を上記螺旋ワイヤに加え、この引力の方向を成形ピットの軸線を中心として回転運動させる。この引力は回転磁場によって発生するのが望ましい。本発明装置は、螺旋ワイヤに回転運動を与える手段、特に、成形ピット (1)の周りに等間隔に配置された電磁石 (5)等の誘導子と、各電磁石に周期的に直流電流を供給するための手段とを有する。
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- 【特許請求の範囲】
【請求項１】鉛直なほぼ円筒形の壁 (4)を有する成形ピット (1)内に予備成形された螺旋ワイヤ(10)を落下させ、成形ピット (1)内で螺旋ワイヤを互いに積み重さねてコイルに成形する形式の金属ワイヤ、特に鋼ワイヤのコイル (7)を成形するための方法において、成形ピットの上記壁に向かって放射方向の引力を上記螺旋ワイヤに加え、この引力の方向を成形ピットの軸線を中心として回転運動させることを特徴とする方法。
【請求項２】上記引力が回転磁場によって発生されるような磁石で吸引可能な金属ワイヤに適用される請求項１に記載の方法。
【請求項３】上記回転磁場が、成形ピットの周りに等間隔で配置され且つ周期的に直流電流が供給される電磁石によって発生される請求項２に記載の方法。
【請求項４】一度に一の電磁石に電流を供給する請求項３に記載の方法。
【請求項５】隣接する２つの電磁石に同時に電流を供給する請求項３に記載の方法。
【請求項６】上記引力が成形中のコイルの上側部分に加えられる請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】上記引力が成形中のコイルの上側部分の上部の落下中の螺旋ワイヤ(10)に加えられる請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】鉛直な円筒形の壁を有するコイル成形ピットを備えた予備成形された金属ワイヤ、特に鋼ワイヤをコイルに成形するための装置において、成形ピットの軸線を中心とした回転運動を生じさせる放射状の引力を螺旋ワイヤに加える手段を備えていることを特徴とする装置。
【請求項９】上記引力を加える手段が回転磁界を発生させる誘導子である請求項８に記載の装置。
【請求項10】上記誘導子が成形ピット (1)の周りに等間隔に配置された電磁石 (5)であり、これら電磁石に直流電流が周期的に供給するための手段を有する請求項９に記載の装置。
【請求項11】上記螺旋ワイヤ放射状の引力を加える手段が、成形中のコイルの上側部分に対応する高さの位置および／またはその高さより上に位置にある請求項８に記載の装置。
【請求項12】上記誘導子の高さの位置の成形ピットの壁が非磁性材料で作られている請求項９に記載の装置。
- 【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は予備成形された螺旋ワイヤを成形ピット中に落下させて金属ワイヤ、特に鋼ワイヤのコイルを成形(formation) するための方法と装置に関するものである。本発明は、上記成形ピットが上記螺旋ワイヤの直径より大きな内径を有する鉛直な円筒形の壁を有し、螺旋ワイヤがこの円筒形の壁の内部に蓄積されながらコイルに成形される形式の装置に適用される。
【０００２】
【従来の技術】この形式の装置は特に金属ワイヤの圧延（線引き）設備で用いられており、上記のようにして成形されたコイルは次いで圧縮され、結束される。この種の設備では、線引き後に金属ワイヤを螺旋状に予備成形し、予備成形された螺旋ワイヤを冷却コンベヤ上に互いに重なり合った状態でほぼ平らに乗せ、冷却コンベヤの移動時に冷却する。冷却コンベヤの端部で、螺旋ワイヤは成形ピット中へ順次落下する。成形ピットは鉛直な円筒形の壁を有している。この円筒形の壁は螺旋ワイヤの直径よりわずかに大きい内径をしており、成形ピット中へ落下した螺旋ワイヤは互いに積み重なってコイルに成形される。その後は、コイルをピットから抜き出し、圧縮・結束して貯蔵または使用場所へ発送する。この種の設備はフランス国特許出願第 1,383,950号、第 2,057,934号および第2,105,309 号に開示されている。
【０００３】この種の設備では、成形ピット内に配置されている鉛直ポストによって螺旋ワイヤが部分的にはガイドされるが、どうしても互いに無秩序に重なり易い。そのため、成形されたコイルの高さは、螺旋ワイヤを正確に重ねた場合の高さより高くなってしまう。また、上記のように、コイルはその後の軸線方向圧縮時に力が加わるので、無秩序に重なって多くの箇所で交差した螺旋ワイヤが圧縮時に交差領域で傷付く危険性が大きい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上記の問題を解決して、螺旋ワイヤを規則的に配列させ、コイル全体の寸法を小さくし、ワイヤの損傷を防止することが可能なコイル成形方法を提案することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】従って、本発明の対象は、上記形式のワイヤをコイルに成形する方法において螺旋ワイヤ内に落下する間に、成形ピットの壁へ向かった放射方向の引力を螺旋ワイヤに加え、この引力の方向を成形ピットの軸線を中心とした回転運動させることを特徴とする方法にある。
【０００６】本発明の他の対象は、鉛直な円筒形の壁を有するコイル成形ピットを備えた予備成形された金属ワイヤ、特に鋼ワイヤをコイルに成形するための装置にある。本発明の特徴は、成形ピットの軸線を中心とした回転運動を生じさせる放射状の引力を螺旋ワイヤに加える手段を備えている点にある。
【０００７】本発明の方法および装置は、成形中のコイルの螺旋ワイヤを規則的に正しく配列して互いに積層させ、各層の螺旋ワイヤを角度方向に互いにズラすことができるということは理解できよう。換言すれば、各螺旋ワイヤまたは螺旋ワイヤ群は一点で成形ピットの壁と接触し、互いに隣接した２つの螺旋ワイヤまたは螺旋ワイヤ群が互いに接触する点は円周方向に規則的にズレている。従って、螺旋ワイヤはコイル形成時に最適に膨張(foisonnement)される。その結果、所定長さのワイヤに対してコイルの高さ、従ってコイル全体の寸法が小さくなる。さらに、螺旋ワイヤがコイル中に均等に分配されるので、コイルの特性が改善され、コイルの取扱時に変形する危険も少なくなる。こうして成形されたコイルは小型化されるので、後の圧縮作業を短縮または省略することもできる。従って、圧縮装置を省略して製造時間および費用を削減することができ、少なくとも圧縮中のワイヤへの破損の危険を少なくすることができる。
【０００８】本発明の特殊実施例では、磁石により引き付けることが可能な金属ワイヤのコイル成形に本発明方法を適用し、螺旋ワイヤへの引力を回転磁場によって発生させる。この磁場は、コイル成形ピットの周りに等間隔に配置されて周期的に直流電流が供給される電磁石等の誘導子によって発生するのが好ましい。この構成を用いると、コイル形成ピットの壁へ向かって金属の螺旋ワイヤを周期的に引き付ける引力を成形ピット内部で機械要素を使用せずに非常に単純に発生させることができる。さらに、電磁石により発生される磁場を用いることによって、ワイヤの直径、螺旋ワイヤの寸法、螺旋ワイヤを移送する冷却コンベヤの速度および螺旋ワイヤが成形ピット中に落下する落下速度に応じて、引力の大きさと回転磁場の回転速度を容易に調節することができる。
【０００９】さらに、成形ピットの外側に配置された電磁石を用いることによって、電磁石の区域に相当する成形ピットの壁を非磁性材料で作るだけで、従来設備の成形ピットを大幅に変更せずに、それに本発明方法を容易に適合させることが可能になる。本発明の上記以外の特徴および利点は、ワイヤ線引き設備の末端で鋼ワイヤのコイル成形に適用した本発明装置および方法の一例として示す添付図面を参照した以下の実施例からより明瞭になるであろう。
【００１０】
【実施例】図１および図２に示した装置は、鋼ワイヤをコイルに成形するための鉛直な円筒形の壁を有する成形ピット(puits) すなわち成形穴１を有している。この円筒形の壁は下記によって構成されている：(1) 上部スリーブ２; この上部スリーブ２の一部を拡大して、冷却コンベヤ11によって矢印12の方向に送られている螺旋ワイヤ10' を受け入れる受け部にすることもできる。なお、螺旋ワイヤ10' は互いに部分的に重なり合った状態でほぼ平らに冷却コンベヤ11上に乗っている。
(2) 下部スリーブ３; この下部スリーブ３は成形されたコイルを案内し、支持する。また、成形ピットからコイルを抜出す手段（図示せず）を有していてもよい。
(3) 非磁性材料で作られた中間スリーブ４。
【００１１】中間スリーブ４の周囲には、電磁石５ (図示した実施例では５個の電磁石) が間隔を介して配置・固定されている。電磁石５の高さは、電磁石により生じるほぼ全ての磁力線が作動中に中間スリーブ４を通るように、中間スリーブ高さより若干低くする。成形ピット１内部には、鉛直方向に可動な水平トレー６が配置されている。この水平トレー６の上側部分は中間スリーブ４の高さの位置にある。この水平トレー６はコイル７を支持し且つコイル７を順次下げてゆく役目をする。この水平トレー６の上側部分は常に電磁石５により生じる磁界の作動領域内に維持されている。図１はコイル７が形成される最初の時点を示したもので、水平トレー６上に乗ったコイル７の数回分の螺旋ワイヤ10のみしか示されていない。
【００１２】水平トレー６は中央マンドレル８の周りを取り囲んだリングである。この中央マンドレル８の先端は先細りの末端(ogive) ９で終わっている。この末端９は螺旋ワイヤ10が成形ピット１中に落下した際に螺旋ワイヤ10を補助的に案内し、特に、螺旋ワイヤが斜めに落下してコイルの成形が乱されないようにする役目をする。中間スリーブ４の部分にある先細りの末端９は非磁性材料で作られているのが好ましい。しかし、本発明の方法では螺旋ワイヤの落下が案内され且つ規則的にコイルに配列されるので、この先細りの末端９は必須ではない。特に直径の大きなワイヤをコイルにする場合には不要である。
【００１３】図３に示した構成では、電磁石５が「水平に」すなわち水平面にある一つの電磁石の両極間を通る磁力線の一般的な方向が水平面内にあるように配置されている。すなわち、図３に概念的に示した電磁石の磁気ヨークがＵ字形をしており、このＵ字ヨークの両腕の末端で形成される両極は非磁性スリーブ４の高さより若干低い高さだけ鉛直方向に延びており且つ非磁性スリーブ４の外側表面に固定されている。変形実施例では、電磁石を「鉛直方向」すなわち磁力線の一般的な方向が鉛直方向を向くように配置することもできる。電磁石５とそれに電流を供給する手段は、各電磁石が発生した磁界が螺旋ワイヤに加える作用が電磁石と対向している中間スリーブ４と先細り末端９との間の環状領域部分に局在化されるように決定される。換言すれば、電磁石に電流を供給した時点である高さの所に位置した螺旋ワイヤに電磁石が加える引力が、その電磁石に最も近い螺旋ワイヤの弧の部分にしか加わらないようにする。
【００１４】この形式の設備では、成形ピットの内径が螺旋ワイヤの直径より大きいということに留意されたい。例えば、成形ピットの直径は 1,150 mm で、螺旋ワイヤの直径は約 1,050 mm である。各螺旋ワイヤは成形ピット内部で約 100mmだけ自由に水平移動可能である。従って、一つの電磁石が励磁されると、中間スリーブ４の高さの所に位置した落下中の螺旋ワイヤは電磁石と対向した中間スリーブ４の壁から約 100 mm だけ離れ、螺旋ワイヤが水平に対して傾いている場合にはそれ以上離れる。これらの螺旋ワイヤが電磁石の及ぼす引力を受けるようにするためには、電磁石が発生した磁界が、上記の距離すなわち螺旋ワイヤが水平に対して傾いていると考えた場合の少なくとも約 150 mm 以上の深さまで成形ピット内部に進入するようにしければならない。成形ピット中への磁界の進入深さは、成形ピットおよび螺旋ワイヤの直径、先細りの末端９の有無およびその直径に応じて調整しなければならないということは理解できよう。
【００１５】さらに、成形ピットの軸線を中心として磁界を回転させるため、本装置には電磁石５に直流電流を周期的(cycliquement)に供給するための手段（図示せず）が設けられている。この手段は互いに異なる周期で各電磁石に直流電流を送ることができる。例えば各電磁石を参照文字ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅで表した図３の場合、一度に一つの電磁石のみに電流を送り、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ａ・・・の順序またはａ、ｃ、ｅ、ｂ、ｄ、ａ・・・の順序で周期的に電流を供給することができる。さらに、２つの電磁石、好ましくは互いに隣接した２つの電磁石に例えば下記の周期で同時に電流を供給することもできる：ａ＋ｂ、ｃ＋ｄ、ｅ＋ａ、ｂ＋ｃ、ｄ＋ｅ・・・ａ＋ｂ、ｂ＋ｃ、ｃ＋ｄ、ｄ＋ｅ、ｅ＋ａ・・・あるいは、ａ＋ｃ、ｂ＋ｄ、ｃ＋ｅ、ｄ＋ａ、ｅ＋ｂ・・・また、回転方向を逆にすることもできる。
【００１６】
【作用】次に、上記のコイル成形装置の使用方法を説明する。先ず、螺旋ワイヤが冷却コンベヤ11によって運搬されてくる前に、所定の周期に従って各電磁石５に電流を供給する。水平トレー６の上部位置を図１に示す中間スリーブ４の高さにする。最初の螺旋ワイヤ10は成形ピット１内に落下して水平トレー６上に載る。前記のフランス国特許第 2,105,309号（詳細はこの特許を参照されたい) に示されている形式の設備で用いた場合には、最初の螺旋ワイヤは進退自在なツメの上に載る。この進退自在なツメは成形ピット中に挿入され、螺旋ワイヤを把持して水平トレー６の上部位置へ運ぶ役目、すなわち、形成時にコイルを水平トレー上に運ぶ役目をする。
【００１７】各螺旋ワイヤは落下時に電磁石５によって引き付けられる。また、電磁石に周期的に供給された電流によって回転磁界が生じ、螺旋ワイヤは図２に示すように互いに部分的に重なった状態で周方向に分けられる。螺旋ワイヤが堆積され、従ってコイルの高さが増すにつれて、水平トレー６が降下されるが、形成中のコイルの上側部分は中間スリーブの高さの所に残るので、この部分には磁界の作用が加わり続ける。水平トレーの降下は、電磁石の作用が加わる領域のほぼ底部近傍にコイルの上部が維持されるように調節するのが好ましい。従って、磁界は落下中の螺旋ワイヤに優先的に加わるので、螺旋ワイヤを吸引するのに必要な引力は比較的小さくてよい。しかも、落下し終わった直後の螺旋ワイヤにも磁界が作用するので、螺旋ワイヤが例えば弾性で変位することが防止できる。しかし、これより下側にある螺旋ワイヤには磁界の外側にあるので、上側の螺旋ワイヤによって加わる圧力により変位する危険はない。全ての螺旋ワイヤが落下し終わってコイルが完全に形成された時には、水平トレーは最も低い位置に下がっており、そこからコイルが抜き出される。
【００１８】本発明では螺旋ワイヤが規則正しく配列されるので、螺旋ワイヤが不規則に配置され、無秩序に重なり合った従来法で得られるコイルに比較してのコイルの高さが大幅に低くなるということは理解できよう。例えば、直径 5.5mmのワイヤを直径1,050 mmの螺旋ワイヤに予備成形する前記の設備で、一秒当たり約25巻きの螺旋ワイヤの速度で成形ピット内に落下させた場合、各電磁石のコイル中に約40,000アンペア−巻きで作動する直流電流を供給する。５つの電磁石を用い、それらに順次電流を供給した場合に生じる磁界は毎秒約0.25回転の速度で回転する。これによってコイルの高さを30％以上低くすることができた。
【００１９】磁界の回転速度は所定の電磁石への電流供給周期、ワイヤの寸法および螺旋ワイヤの落下速度によって大きく異なるという点に注意する必要がある。この回転速度は電磁石中に電圧を発生させるのに必要な時間、すなわち、生じた磁界で螺旋ワイヤに充分な引力効果を生じさせるのに必要な電磁石への電流の最小限供給時間にも依存する。さらに、電流の供給を停止した瞬間に対する磁界の消失の遅れに起因する電磁石の残留磁化を考慮に入れなければならない。従って、各磁石が発生する磁場作用が互いに妨害し合ったり、無効にし合ったりしないように、電力の供給周期の時間を決める必要がある。そのためには、互いに隣接した２つの電磁石が同一極性を有するように配置するのが望ましい。同じ目的で、１つの電磁石に電流を供給した後、隣の電磁石ではなく、その次の電磁石に電流を供給し、この方法で順次電流を供給していくようなサイクルで各電磁石に電流を供給するのが望ましい。同様に、電磁石の応答時間を小さくするためには、引力効果を生じるには不充分な一定電圧、例えば約90Ｖを電磁石中に常に維持して、動作電圧、この場合には約200 Ｖの動作電圧下で各電磁石に周期的に供給したときの電圧の立上り時間を小さくすることができる。
【００２０】本発明は例として説明した上記装置と方法に限定されるものではない。特に、電磁石の数は変えることができ、互いに隣接するは２つの電磁石の互いに隣り合う極を同じ極性にしたり、反対の極性にすることができる。互いに隣接する極が同一極性である場合には、極の配分が不連続になるのを避けるために電磁石の数は偶数にするのが望ましいことは理解できよう。回転磁界は、電磁気分野の業者に公知の任意の手段、例えば多相誘導子または直流または交流が供給される電気モータのスタータに類似したヨークとコイルを用いて発生させることができる。また、成形ピットの上端部近傍の近くあるいはそれから上下に離れた高さの位置に電磁界の作用を加えることもできる。この場合には、中間スリーブまたは上部スリーブの高さをそれに応じて調整する。
- 【公開番号】特開平７−７５８２８
【公開日】平成７年（１９９５）３月２０日
【発明の名称】金属ワイヤコイルの形成方法と装置
- 【出願番号】特願平３−４０９２５
【出願日】平成３年（１９９１）２月１２日
【出願人】
【識別番号】５９１０４４６２５
【氏名又は名称】ユニメタル （ソシエテ アノニム）
【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＭＥＴＡＬ （ＳＯＣＩＥＴＥ ＡＮＯＮＹＭＥ）
- 【代理人】
【弁理士】
【氏名又は名称】越場 隆
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