JP7767954B2 - 線材コイルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、銅線等の金属製の線材を巻き取ってコイルを製造する線材コイルの製造方法に関する。

銅線等の金属製の線材を巻き取って製造されるコイルには、コンパクトコイルとルーズコイルがある。特許文献１に記載されるように、コンパクトコイルは、外周面がテーパ形状の巻取治具に線材を巻き取り、コイルコンパクタにより軸方向に押し付けることにより製造され、金属製のバンドにより結束される。一方、ルーズコイルは、コイラーから線材を繰り出してパレットの上にコイル状に巻回して積層することにより製造される。パレットの外周部には棒材からなるポールが複数本取り付けられており、ルーズコイルは、複数本のポールで囲まれた領域内に、その外周面が複数本のポートと接触するように配置される。

特開２００４－１１４１３２号公報

コンパクトコイルは、軸方向に押し付けられているので、ルーズコイルに比べて線材の占積率は高いが、巻取治具やコイルコンパクタを設置する必要があり、コイルの製造コストの増加が避けられない。また、単一のコンパクトコイルは、ルーズコイルに比して小型であり、輸送トラック等に搭載するためのリフト等による搬送回数が増加して輸送コストの増加が避けられない。

これに対し、ルーズコイルは、コイルコンパクタ等の設備が不要であるが、線材の占積率（＝線占積率）が低いという欠点がある。ルーズコイルの線占積率を高めることができれば、１台のパレットに積載することができるコイル重量を増加することができ、コイルの輸送コストを低減することが可能となる。

本発明は、上記の課題に鑑みて創案されたものであり、線材の占積率を高めることができ、コイルの輸送コストを低減することができるルーズコイルを提供することを目的とする。

一実施の形態である線材コイルの製造方法は、上下方向の回転中心軸を中心に旋回するノズルから螺旋状に繰り出される線材を、パレットの上で巻き取ってルーズコイルを製造する線材コイルの製造方法であって、前記線材を巻き取って上面が前記パレットの中央部に向けて下向きに傾斜したすり鉢状の基部コイル部を前記パレットの上面に形成する基部コイル部形成工程と、前記基部コイル部の傾斜した上面に沿わせて前記線材を巻き取って前記基部コイル部の上側に上面が前記中央部に向けて下向きに傾斜した積層コイル部を形成する積層コイル部形成工程と、を有する。

本発明に係るルーズコイルは、上面が下向きに傾斜したすり鉢状の基部コイル部と、基部コイル部の上面に沿わせて線材を巻き取ることにより形成される積層コイル部とを有しているので、線材の占積率が高められ、１台のパレットに積載することができるコイル重量を増加することができ、コイルの輸送コストを低減することができる。

コイラーから繰り出された線材を巻き取って内側コイル部を形成している状態の巻取り機を示す正面図である。 （Ａ）は図１におけるＡ－Ａ線方向の矢視図であり、コイラーの底面を示す。（Ｂ）は図１におけるＢ－Ｂ線方向の矢視図であり、内側コイル部の平面を示す。 開閉シャッターからパレットに落下させた状態の内側コイル部を示す正面図である。 内側コイル部の外側に外側コイル部を組み付けて内側コイル部と外側コイル部とにより形成される初期コイル部を示す正面図である。 初期コイル部の上に基部コイル部を形成している状態を示すコイルの断面図である。 基部コイル部の上側に線材を巻き取って積層コイル部を形成した状態のルーズコイルを示す一部切欠き正面図である。 図６に示されたルーズコイルの平面図である。

＜コイラー式巻取り機＞
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１はコイラーとも言われるコイラー式巻取り機１０（以下、単に「巻取り機１０」ともいう）を示す正面図であり、線材コイルであるルーズコイルを製造するために適用される。巻取り機１０は、荷役台としてのパレット１１を搬送するためのローラコンベア等からなるコンベア１２の上方に配置されている。巻取り機１０には、銅製または銅合金製の線材Ｗが供給される。線材Ｗは、銅または銅合金の溶湯を連続鋳造機に供給した後に、連続鋳造機からの線材用鋳塊を圧延機により圧延加工することによって製造される。巻取り機１０によってパレット１１の上に製造されたルーズコイルは、伸線工程に搬送されて線径が揃えられる。

パレット１１は正方形の枠体や板材等により形成されており、外周部には周方向に間隔を隔てて複数本の棒材つまりポール１３が取り付けられている。図２（Ｂ）に示されるように、パレット１１には６本のポール１３が取り付けられており、これらのポール１３の内側に描かれる仮想線がルーズコイルの外周面にほぼ対応する。

巻取り機１０は支持台１４に装着された回転体１５を有し、回転体１５は支持台１４に設けられた複数のガイドローラ１６により回転自在に支持台１４に装着されている。回転体１５を駆動するために、支持台１４には電動モータ１７が取り付けられており、回転体１５の外周面に押し付けられた駆動ローラ１８が電動モータ１７により回転駆動され、駆動ローラ１８により回転体１５が回転駆動される。

ピンチローラ２１が設けられたボックス２２が支持台１４に取り付けられ、ピンチローラ２１を通過した線材Ｗは、回転体１５に設けられたノズル２３の先端から下方に向けて繰り出される。ノズル２３の先端部は、図２（Ａ）に示されるように、回転体１５の回転中心軸Ｏから一定の半径Ｒの位置に設けられており、線材Ｗはノズル２３の先端部から単位時間当たりの繰り出し長さ、つまり繰り出し速度Ｖは一定に設定されている。回転体１５は、電動モータ１７より回転速度Ｓを変化させることができる。なお、図２（Ａ）においては、ガイドローラ１６と駆動ローラ１８は図示省略されている。

図１に示されるように、巻取り機１０の下方には、２枚の開閉部材２４、２４で構成される開閉シャッターが配置されている。２枚の開閉部材２４、２４は、相互に接近離反移動自在であり、それぞれの開閉部材２４、２４は、図示しない支持台に移動自在に支持されている。なお、図１～図６では、開閉シャッターが２枚の開閉部材２４、２４で構成されるもので説明したが、これに限定されず、例えば６枚の開閉部材で開閉シャッターが構成されていてもよい。

＜初期コイル部形成工程＞
図１は、線材Ｗを巻き取って内側コイル部３１を形成している状態を示している。内側コイル部３１は、開閉部材２４、２４が閉じた状態のもとで回転中心軸Ｏを中心に旋回するノズル２３から線材Ｗを、一定の速度で開閉部材２４、２４の上に繰り出すことにより形成される。線材Ｗは、図１に示されるように、螺旋状に開閉部材２４、２４の上で巻き取られて内側コイル部３１が形成される。内側コイル部３１を形成するときには、既にルーズコイルが製造されたパレット１１はコンベア１２により開閉部材２４、２４の下方から搬出されており、図１に示すように、空（＝線材Ｗが巻き取られていない状態）のパレット１１が開閉部材２４、２４の下方に搬入される。このように、空のパレット１１が移動しているときにも、内側コイル部３１を形成することができるので、連続的にルーズコイルを製造することができる。

内側コイル部形成工程においては、線材Ｗは、径方向内周側から外周側に向けて螺旋状に巻き取られた後に、巻き取られた線材Ｗの上側に積層されるように、径方向外周側から内周側に向けて螺旋状に巻き取られる。これを複数回繰り返すことにより、内側コイル部３１が形成される。なお、線材Ｗを螺旋状に巻き取るときの巻き取り方向は、時計回りでも反時計回りでもどちらでもよい。

図２（Ｂ）に示されるように、内側コイル部３１の外径ｄ２は、パレット１１のうち、６本のポール１３により囲まれる領域の最大外径よりも小径であり、内側コイル部３１はパレット１１の径方向中央部（以下、中央部ともいう）に相当する領域に対応して開閉部材２４、２４の内側に形成される。内側コイル部３１は、外周面３１ａと内周面３１ｂとを有する環状であり、内周面３１ｂの内側には中空孔３０が形成される。

図３に示されるように、開閉部材２４、２４を開くことにより、内側コイル部３１は、パレット１１の中央部に向けて落下されてパレット１１の上の中央部に配置される。この落下工程に引き続いて、図４に示されるように、内側コイル部３１の外側に線材Ｗを巻き取って外側コイル部３２が形成される。これにより、内側コイル部３１と外側コイル部３２とからなる初期コイル部３３が製造される。外側コイル部３２を形成するときにも、線材Ｗは、径方向内周側から外周側に向けて螺旋状に巻き取られた後に、巻き取られた線材Ｗの上側に積層されるように、径方向外周側から内周側に向けて螺旋状に巻き取られる。これを複数回繰り返すことにより、内側コイル部３１の高さと同等の高さを有する外側コイル部３２が形成される。

図４において、直径ｄ１は、内側コイル部３１の中空空間の内径であり、直径ｄ２は、内側コイル部３１の外径である。初期コイル部３３の外周面つまり外側コイル部３２の外周面３２ａはポール１３に接触し、初期コイル部３３が崩れることが抑制される。図４においては、初期コイル部３３の外周部を構成する全ての線材がポール１３にほぼ接触した揃った状態で示されているが、一部の線材Ｗは、ポール１３には接触しないこともある。

図４に示すように、外側コイル部３２を形成するときにおけるノズル２３の旋回速度Ｓは、図１に示すように、内側コイル部３１を形成するときにおけるノズル２３の旋回速度Ｓよりも遅く設定される。つまり、コイル部の径方向外側部を形成するときのノズル２３の旋回速度は、径方向内側部を形成するときのノズル２３の旋回速度よりも遅く設定される。一定の繰り出し速度Ｖで繰り出される線材Ｗの旋回速度Ｓを遅くすると、線材Ｗは旋回速度Ｓが速いときよりも径方向外方に繰り出されて、外側コイル部３２が形成される。このように、線材Ｗの巻取り径はノズル２３の旋回速度Ｓにより調整される。

ノズル２３の旋回速度Ｓは、コイルの径に応じて段階的に変化させてもよく、連続的に無段階に変化させるようにしてもよい。

＜基部コイル部形成工程＞
図５は、初期コイル部３３の上に基部コイル部４１を形成する基部コイル形成工程が終了した状態を示す。基部コイル部４１は、線材Ｗの巻取り回数を中心部よりも外周部を多層とすることによって形成される。図５に示されるように、基部コイル部４１は、外周面４１ａがポール１３に沿って上下方向に延び、上面４１ｂが径方向外周側から内周側に向けて下向きに角度θで傾斜しており、すり鉢形状である。基部コイル部４１の内周面は、内側コイル部３１の内周面３１ｂにほぼ対応している。

なお、図５においては、コイルを形成するための線材Ｗの一部のみが円形断面として示されており、他の部分にはハッチングが付され、線材Ｗは図示省略されている。

＜積層コイル部形成工程＞
基部コイル部４１の傾斜した上面４１ｂの上に、上面４１ｂに沿うように線材Ｗを巻き取ることによって、図６に示されるように、基部コイル部４１の上側には積層コイル部４２が形成される。図６は、積層コイル部４２の巻取り終了時つまり積層コイル部形成工程が終了した状態を示す。

積層コイル部４２の外周面４２ａは、基部コイル部４１の外周面４１ａとほぼ同一である。積層コイル部４２は、線材Ｗを径方向に巻き取ることにより、１層毎に上面４１ｂに沿うように積層されて形成され、基部コイル部４１の上面４１ｂに線材Ｗが多層となった積層コイル部４２が形成される。つまり、積層コイル部４２を構成する上層側のコイルは、下層側のコイルの角度θで傾斜した上面４２ｂの上に形成される。積層コイル部４２を形成する各コイル片は、下側のコイル片の線材Ｗにより、すり鉢状に形成されたコイルの上面に巻き取られて形成されるので、上面に落下する線材Ｗが径方向外側に跳ねることが抑制されるとともに、すり鉢状の上面に積層コイル部４２の線材Ｗが食い込んで基部コイル部４１と積層コイル部４２の占積率が高められる。しかも、積層コイル部４２の断面形状つまり荷姿が改善されるとともに、荷姿の崩れの発生も抑制された。

本発明者らの実験によると、基部コイル部４１の上面４１ｂと積層コイル部４２のすり鉢状の上面４２ｂの下向きの傾斜角度θとしては、１０°以上３０°以下の範囲とすることが、積層コイル部４２の巻取り時の線材Ｗの飛び跳ねやずれ移動を押さえることができ、占積率の向上を達成するには、好ましいことが判明した。

図６においては、初期コイル部３３と基部コイル部４１と積層コイル部４２とからなるルーズコイル４３の外周面が示されており、積層コイル部４２の上部が一部切り欠かれてハッチングにより示されている。

このように、基部コイル部４１および積層コイル部４２を形成するときにおいても、コイル部の径方向外側部を形成するときのノズル２３の旋回速度は、径方向内側部を形成するときのノズル２３の旋回速度よりも、連続的または段階的に遅く設定される。

積層コイル部４２を形成するときには、図６において下層側の積層コイル部４２であるか、上層側の積層コイル部４２であるかによって、ノズル２３の旋回速度を変化させる。上層側の積層コイル部４２は下層側の積層コイル部４２よりもノズル２３に接近しているので、線材Ｗを下層側よりも径方向に広げるために、ノズル２３の旋回速度を遅く設定する。つまり、上層側の積層コイル部４２を形成するときのノズル２３の旋回速度は、下層側の積層コイル部４２を形成するときのノズル２３の旋回速度よりも遅く設定する。その速度の変化は連続的でも段階的でもよい。

ルーズコイル４３の上面には、上述した基部コイル部４１の上面４１ｂに対応して径方向外側から径方向内側に沿って下向き（あるいは径方向内側から径方向外側に沿って上向き）に傾斜した上面４２ｂが形成される。このように、ルーズコイル４３の上面つまり積層コイル部４２の上面４２ｂを径方向に沿って所定の角度θで傾斜した状態に保持すると、ルーズコイル４３の荷崩れを抑制することができる。

すなわち、製造して得られたルーズコイル４３は、線材Ｗが所定の高さまで巻き取られており、その上方に露出して配置された線材Ｗが径方向に沿って所定の角度θで傾斜した状態で巻かれたものからなる。特に、ルーズコイル４３は、上記した所定の角度θが１０°以上３０°以下の範囲であると、リフト等での搬送時や輸送トラック等での輸送時において、線材Ｗの飛び跳ねやずれ移動が押さえられ、荷崩れを生じにくくすることができる。

ルーズコイル４３の製造が完了すると、開閉部材２４、２４は、図６に示されるように、閉じられるとともに、線材Ｗは切断される。線材Ｗの切断は、切断治具によって作業者が切断してもよいし、あるいは自動で切断してもよい。パレット１１は、ルーズコイル４３が積載された状態でコンベア１２により外部に搬出され、新たな空のパレット１１がコンベア１２により開閉部材２４、２４の下方に搬入される。この搬出、搬入過程においては、閉じられた開閉部材２４、２４の上で線材Ｗが巻き取られて、次の内側コイル部３１の製造が開始され、連続的にルーズコイル４３の製造が行われる。

図７は、図６に示したルーズコイル４３の平面図であり、ルーズコイル４３の外径Ｄは、初期コイル部３３の外径Ｄに対応し、中空孔３０の内径は内側コイル部３１の内径ｄ１に対応する。中空孔３０の内周面を構成する線材Ｗは、図５および図６において図示省略されていている。

上述したルーズコイル４３は、最下段コイル部である初期コイル部３３を有しているが、基部コイル部４１と積層コイル部４２からなるルーズコイル４３とすることも可能である。

＜占積率の向上＞
ルーズコイル４３は、基部コイル部４１と、その上側に巻き取られる積層コイル部４２とを有しており、基部コイル部４１のすり鉢状に傾斜した上面４１ｂに積層コイル部４２が上面４１ｂに沿って積層され、積層コイル部４２のすり鉢状に傾斜した上面４２ｂに上層側の積層コイル部が積層されるので、基部コイル部４１と積層コイル部４２におけるコイル片が相互に組み合わされて、線材Ｗの占積率が高められる。

従来の製造方法においては、線材を螺旋状に巻き取って水平の層状に形成されたコイルを上側に積み重ねるようにしている。これに対して、本発明においては、すり鉢状の傾斜した面の上に積層コイル部４２を形成するようにしたので、コイル片相互が組み合わされて、従来の製造方法により形成されたルーズコイルと同じ高さのルーズコイルとしても、ルーズコイル４３の重量が高められる。したがって、パレット１１に搭載されるルーズコイル４３の積載重量（＝コイル重量）を増加させることができ、ルーズコイル４３の輸送コストを低減することができる。

さらに、ルーズコイル４３における線材Ｗの占積率、つまり線占積率が高められると、コイル部を構成する線材Ｗが輸送の際にずれたり、跳ねたりしないので、摩擦による線材Ｗの外傷発生を抑制することができる。また、ルーズコイル４３は、線占積率が良いので、後の伸線工程においてルーズコイル４３から線材Ｗを引き出す際に、線材Ｗのもつれ不良の発生を抑制することができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、基部コイル部４１の上面４１ｂおよび積層コイル部４２の上面４２ｂは、直線状となっているが、それぞれの上面４１ｂ、４２ｂの外周部と内周部とを結ぶ仮想線が傾斜角度θの範囲となっていれば、それぞれの上面４１ｂ、４２ｂを凹面形状や凸面形状としてもよい。

１０…コイラー式巻取り機、１１…パレット、１２…コンベア、１３…ポール、１４…支持台、１５…回転体、１７…電動モータ、２３…ノズル、２４…開閉部材、３０…中空孔、３１…内側コイル部、３２…外側コイル部、３３…初期コイル部、４１…基部コイル部、４２…積層コイル部、４３…ルーズコイル。

Claims (5)

1. 上下方向の回転中心軸を中心に旋回するノズルから螺旋状に繰り出される線材を、パレットの上で巻き取ってルーズコイルを製造する線材コイルの製造方法であって、
   前記線材は、連続鋳造機から供給される線材用鋳塊を圧延機によって圧延加工することにより製造される銅製または銅合金製の線材であり、
   前記線材を前記パレットの上方に配置された開閉シャッターの上で巻き取って内側コイル部を形成する内側コイル部形成工程と、
   前記内側コイル部を前記開閉シャッターから前記パレットの上に落下させる落下工程と、
   前記線材を前記パレットの上に落下した前記内側コイル部の外側に巻き取って外側コイル部を形成して前記内側コイル部と前記外側コイル部からなる初期コイル部を形成する初期コイル部形成工程と、
   前記初期コイル部の上に前記線材を巻き取って上面が前記パレットの中央部に向けて下向きに傾斜したすり鉢状の基部コイル部を前記パレットの上面に形成する基部コイル部形成工程と、
   前記基部コイル部の傾斜した上面に沿わせて前記線材を巻き取って前記基部コイル部の上側に上面が前記中央部に向けて下向きに傾斜した積層コイル部を形成する積層コイル部形成工程と、を有し、
   前記内側コイル部形成工程および前記初期コイル部形成工程では、前記ノズルから一定の速度で繰り出される前記線材を径方向内周側から外周側に向けて螺旋状に巻き取り、巻き取られた前記線材の上側に積層されるように、径方向外周側から内周側に向けて前記線材を螺旋状に巻き取り、これを複数回繰り返す、線材コイルの製造方法。
2. 請求項１に記載の線材コイルの製造方法において、
   前記積層コイル部の巻取り終了時に、前記積層コイル部の上面を前記中央部に向けて下向きに傾斜した状態に保持する、線材コイルの製造方法。
3. 請求項１または２に記載の線材コイルの製造方法において、
   前記ノズルから繰り出される前記線材の繰り出し速度を一定とし、
   前記基部コイル部または前記積層コイル部の径方向外側部を形成するときの前記ノズルの旋回速度は、前記基部コイル部または前記積層コイル部の径方向内側部を形成するときの前記ノズルの旋回速度よりも遅くして前記線材を前記ノズルから繰り出す、線材コイルの製造方法。
4. 請求項３記載の線材コイルの製造方法において、前記ノズルの旋回速度は、前記基部コイル部または前記積層コイル部の径に応じて段階的または連続的に変化させる、線材コイルの製造方法。
5. 請求項３または４に記載の線材コイルの製造方法において、
   前記積層コイル部の上側を形成するときの前記ノズルの旋回速度は、前記積層コイル部の下側を形成するときの前記ノズルの旋回速度よりも遅くして前記線材を前記ノズルから繰り出す、線材コイルの製造方法。