JP3883196B2 - 金属線条体用リール - Google Patents

Description

本発明は、金属線条体用リールに関し、特に、線径が０．２ｍｍに満たない極細金属線条体用として好適な金属線条体用リールに関する。

一般に、金属線条体用リールは、捲胴部と、捲胴部の両端に位置する一対のフランジ部を有し、それら捲胴部およびフランジ部が、構造用炭素鋼（例えばＳ４５Ｃ）などの鋼材で構成されている。そして、このように捲胴部およびフランジ部を鋼材で構成する金属線条体リールは、製造の仕方により、捲胴部とフランジ部とを一体物として削りだした一体物リール（削り出しリール）と、捲胴部とフランジ部とを厚肉鋼材から別々に製作し、溶接により一体化した溶接リール、あるいは、ボルト連結した組立てリールとに分類されている（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、これらのリールは、線径が０．２ｍｍに満たないような極細金属線、例えば線径が０．１２〜０．１６ｍｍあるいはそれ以下のワイヤソー用極細金属線（ソーワイヤ）や、ゴム製品補強用の撚線スチールコード（タイヤコード）の素線としての線径０．１５〜０．４０ｍｍ程度の極細金属線あるいはスチールコードを、所定の張力（例えば０．４〜１．５Ｋｇ）でリールに巻き付ける場合に、その巻付け張力に起因して大きな巻き圧（締め付け力）が捲胴部に作用し、往復して何回も巻き付けることにより、フランジ部に側圧（押し拡げ力）が作用する。そして、巻き付ける金属線条体の線径が小さいほど、巻きピッチが密になるほど、また巻き付け張力が大きいほど、そして巻き付け往復回数が多いほど捲胴部に作用する巻き圧（締め付け力）及びフランジ部に作用する側圧（押し拡げ力）が加速度的に増大する。

そのため、このような極細金属線条体を巻き付けるリールは、捲胴部が巻き圧（締め付け力）に対し、また、側圧がフランジを押し拡げることによる伸びに対して十分な強度を有し、且つ、十分な剛性を有するものでなければならず、フランジ部が、側圧に対し十分な強度を有し、また、側圧による撓みの少ない剛性を有するものでなければならない。側圧によるフランジの撓みは、捲胴部の変形（へこみ）を引き起し、捲胴部の変形はワイヤを巻取るときのハンチングにつながり、断線の要因となる。

また、特に、捲胴部の幅よりもフランジ部の直径が大きい「スリム型リール」の場合には、捲胴部にかかる巻き圧よりもフランジ部にかかる圧力（側圧）の方が遥かに大きく、そのため、フランジ部にかかる圧力が、両フランジ部を外周側で互いに離反する方向に押し拡げる。そして、その側圧は、ワイヤソー用のリールのように、４０〜６０Ｋｇあるいはそれ以上の重量分のソーワイヤを巻き付けた場合には、数トンあるいは数十トンに達することがあり、その結果、捲胴部とフランジ部との連結位置である角部に応力が集中し、この個所に破損が発生しやすい。

一方、フランジ部の直径が捲胴部の幅よりも大きい「胴長リール」の場合、巻き付け張力に起因する圧力が捲胴部に集中し、捲胴部に作用する巻き圧（締め付け力）が大きくなる。そして、この大きな巻き圧（締め付け力）により、捲胴部は中央部分が縮径するように変形し、この変形により、リールは両フランジ部が内側に倒れこむように変形する。このようなリールの場合、捲胴部に破損が発生しやすい。

そのため、従来の、一体物リール、溶接リールあるいは組立てリールは、極細金属線条体を巻き付ける場合に、十分な強度および剛性を確保できるよう、捲胴部及びフランジ部の鋼材の厚みを２０〜５０ｍｍ程度と厚くしており、その結果、リール自体の重量が極めて大きくなり、リールの取り扱い性が悪くなり、運搬コストが高く、材料費や加工コストも高くなっていた。また、そのように捲胴部及びフランジ部の鋼材の厚みを厚くしても、スリム型リールの場合は、さらに捲胴部とフランジ部との接合部の補強が必要であり、胴長リールの場合は、さらに捲胴部に対する補強が必要であった。

特に、一体物リールの場合は、剛性が高く、繰り返し使用に耐えられるが、削り出しであるために材料費や加工コストがかさみ、また、中実構造となるために総重量が増大する。また、ボルト連結の組立リールの場合は、各部を鍛造等で成形できるので材料費および加工コストを低減でき、また、中空構造として軽量化できるが、金属線条体を巻き付けたときの巻き付け張力に起因して発生する側圧（押し拡げ力）によって、フランジ部と捲胴部との間に隙間ができ、その隙間に金属線条体が喰い込むといった問題が発生する。

それに対し、溶接リールは、中空構造とすることができるので、材料費および加工コストを低減できるとともに軽量化でき、しかも、溶接接合により一体化されるので、フランジと巻胴の間に隙間ができてワイヤが喰い込むといった問題が生じることもない。

しかし、溶接リールの場合でも、巻き圧（締め付け力）や側圧（押し拡げ力）に対する強度ならびに剛性を確保するためには、捲胴部に厚肉鋼管を用い、あるいは厚肉鋼板を曲げ加工により円筒形にしたものを用い、フランジ部もまた厚肉鋼板とする必要があって、軽量化の点では極めて不十分である。しかも、捲胴部とフランジ部との溶接部分は、応力（側圧）を完全に吸収できないので、極めて破損度が高い。したがって、溶接リールの場合は、捲胴部およびフランジ部の補強対策、ならびに捲胴部とフランジ部との接合部の破損対策が必要であった。

このように、従来の一体物リール、溶接リールあるいは組立てリールは、いずれの場合も、強度および剛性を確保しつつ十分な軽量化を達成するということができなかった。

そこで、本出願人は、先に、強度および剛性を確保しつつ十分な軽量化を達成できる金属線条体用リールとして、捲胴部と両端のフランジ部とを、薄肉の高張力鋼板をプレス成形してリブ状の補強構造を有する部材として別々に製作し、それらをスポット溶接することにより一体化するプレスリールを開発した（例えば、特許文献２参照。）
特開平１１−１１４７９８号公報 特開２００１−２０６６３６号公報

このように、捲胴部とフランジ部とを高張力鋼板のプレス加工により別々に製作し、溶接して一体化したプレスリールは、軽量であるし、強度および剛性の面でも、ソーワイヤ等の極細金属線条体を巻き付ける場合に、巻き重量３０Ｋｇ程度までは十分な対応が可能である。しかし、従来のプレスリールでは、線径が０．２ｍｍに満たない極細金属線条体を巻き付ける場合に、巻き重量が４０〜６０Ｋｇあるいはそれ以上となると、強度的に対応できなかった。

つまり、従来のプレスリールは、プレス成形した捲胴部とフランジ部とを、捲胴部とフランジ部とが交わる角部でスポット溶接するものであり、その場合、捲胴部とフランジ部の肉厚が合わせて６ｍｍ程度が限界で、肉厚がそれ以上に大きくなると、スポット溶接できなくなる。そのため、巻き重量の増加に対応して鋼板の肉厚を大きくするにも限度がある。

また、スポット溶接に変えて、厚肉鋼材からなる溶接リールと同様に、アーク溶接で角部全周を溶接することも考えられるが、厚みが合わせて数ミリ程度のリールの角部全周をアーク溶接したのでは、溶接時の熱影響でリールが歪み、そのため、リール回転時に芯ぶれが起き、実用に耐えなくなる。

したがって、捲胴部とフランジ部とを溶接により一体化する金属線条体用リールの強度を高め、巻き重量の増加に対応できるようにすることが課題である。

請求項１に係る発明の金属線条体用リールは、円筒状の捲胴部と該捲胴部の両端に位置する一対のフランジ部とで構成され、捲胴部と各フランジ部は、それぞれ別個の板状鋼材から製作され、各フランジ部には、捲胴部の両端部内周にそれぞれ嵌まり込む円筒状連結部が形成され、捲胴部の両端部には、各フランジ部の円筒状連結部と重なり合う位置に円周方向に所定の間隔で貫通穴が形成され、これら貫通穴に捲胴部の径方向外側から溶接により肉もりが施され、該肉もりにより捲胴部と各フランジ部とが接合され一体化している。

この金属線条体用リールは、捲胴部とフランジ部とを、捲胴部側の貫通穴への肉もりの形で溶接するものであるため、アーク溶接により、スポット溶接では困難な厚さまで溶接でき、捲胴部とフランジ部とをスポット溶接で接合していた従来のプレスリールに比べ、鋼板の厚みを大きくし、強度および剛性を高めて巻き重量の増加に対応するようにできる。

また、使用する鋼板の厚みを抑えることにより、リールの軽量化も可能である。

しかも、従来の溶接リールのように捲胴部とフランジ部の角部全周をアーク溶接するのではなく、円周方向に所定の間隔で溶接するので、溶接時の熱影響でリールが歪むようなことはない。

溶接のための貫通穴は、例えば８〜１６個であってよい（後述の実施の形態では、１２個としている。）。

請求項２に係る発明の金属線条体用リールは、請求項１に係る発明の上記金属線条体用リールにおいて、各フランジ部を、捲胴部との連結位置にて角部をなす部位の近傍が板状鋼材の３枚からなる３重構造で、フランジ外周部近傍が２重構造となるようにしたものである。

このように、フランジ部を２重、３重構造とすることにより、側圧に対しフランジ部の強度並びに剛性を高めることができる。そして、応力が最大となる角部近傍が３重構造で、フランジ外周部近傍が２重構造であることにより、フランジ部の強度および剛性を確保できるとともに、たわみに対する復元力（弾力性）を確保できる。

また、請求項３に係る発明の金属線条体用リールは、請求項１又は２に係る発明の上記金属線条体用リールにおいて、捲胴部および一対のフランジを、高張力鋼板から成形したものである。

捲胴部に使用する高張力鋼板としては、例えばＳＡＦＣ（冷間圧延高張力鋼板）、ＳＡＰＨ（熱間圧延高張力鋼板）等が好適である。また、フランジ部に使用する高張力鋼板としては、例えばＳＡＰＨ（熱間圧延高張力鋼板）、ＳＰＣＣ（冷間圧延高張力鋼板）等が好適である。

ただし、捲胴部およびフランジ部に、Ｓ４５Ｃ等の構造用炭素鋼を使用することも可能である。

また、請求項４に係る発明の金属線条体用リールは、請求項３に係る発明の上記金属線条体用リールであって、捲胴部を構成する高張力鋼板の厚みを３．０〜４．０ｍｍとし、フランジ部の少なくとも円筒状連結部を構成する高張力鋼板の厚みを３．０〜４．０ｍｍとしたものである。

捲胴部とフランジ部とは、捲胴部側の貫通穴への肉もりの形で溶接するので、鋼板の厚みに制限はないが、軽量化を図るため、また、曲げ加工あるいはプレス加工により成形するためには、捲胴部の厚みは上限を例えば４．０ｍｍ程度に抑え、フランジ部の厚みも上限を例えば４．０ｍｍ程度に抑えるのがよい。

そして、特に、捲胴部の厚みは３．０〜４．０ｍｍ、フランジ部の少なくとも溶接部位である円筒状連結部の厚みも３．０〜４．０ｍｍとするのがよく、それにより、スポット溶接を使用した従来のプレスリールでは対応できない巻き重量の増大に対応可能となる。

本発明によれば、軽量化を図りつつ、金属線条体リールの強度および剛性を高めて、巻き重量の増加に対応することができ、且つ、溶接時の熱によりリールが歪むのを防止することができる。

以下、図面に基づいて実施の形態を説明する。

図１〜３は実施の形態の一例を示す。図１はリールの断面図、図２はリールの正面図、図３はフランジ部の部分断面図である。

この実施の形態のリールは、例えば人口水晶、シリコン、セラミック等の硬質材料の切断に用いられるソーワイヤ等の、線径０．２０ｍｍ以下の極細金属線条体を巻き付ける金属線条体用リールであって、円筒状の捲胴部１と該捲胴部１の両端に位置する一対のフランジ部２、２とで構成されている。

捲胴部１は、例えば板厚３．５ｍｍの冷間圧延高張力鋼板（ＳＡＦＣ）を円筒状に曲げ加工して製作したものであり、捲胴部１の両端部には、円周方向に一定間隔で複数個（図示の例では１２個）の貫通穴３が形成されている。そして、捲胴部１の内側略中央には、補強リング４が嵌め込まれている。

また、両端のフランジ部２、２は、例えば熱間圧延高張力鋼板（ＳＡＰＨ）を別々にプレス成形してなる、第１部材２ａ、第２部材２ｂおよび第３部材２ｃの３枚の板部材を組み合わせ、一体化したものである。

フランジ部２、２の第１部材２ａは、板厚が例えば３．２ｍｍで、外径が捲胴部１の外径の略２倍、内径が捲胴部１の内径よりやや小さい略円形ドーナツ状に形成され、内径部が内側（捲胴部側）に所定幅突出し、捲胴部１の両端部内周に嵌まり込む円筒状連結部５を構成するよう成形されている。

また、第２部材２ｂは、板厚が例えば２．３ｍｍで、外径が第１部材２ａよりもやや小径の略円板状に形成され、中心部に芯パイプ装着穴６が形成されている。そして、第２部材２ｂには、正面視（図２）にて第１部材２ａの内径部に跨る外周寄りの位置に、外側（反捲胴部側）に膨出する正面視にて略楔形のリブ７が複数個（図示の例では１２個）放射状に形成されている。また、第２部材２ｂには、外周部端縁に、外側（（反捲胴部側）に円弧状に折り曲げた折り曲げ部８が形成されている。

第１部材２ａと第２部材２ｂは、第２部材２ｂが外側（（反捲胴部側）となるよう重ね合わせられる。そして、正面視（図２）にて第２部材２ｂのリブ７間となる外周寄り複数箇所（図示の例では１２箇所）を溶接位置９として、第１部材２ａと第２部材２ｂとがスポット溶接される。そして、第１部材２ａの外周部は、第２部材２ｂの折り曲げ部８を巻き込んで固定するよう外側（（反捲胴部側）に折り返される。第１部材２ａの外周部は、第２部材２ｂ外周部端縁の折り曲げ部８を巻き込んで折り返された部分が、断面リング状の補強部１０を構成する。

また、第３部材２ｃは、板厚が例えば３．２ｍｍで、外径が第２部材２ｂの略２／３の略円板状に形成され、中心部に芯パイプ装着穴１１が形成されている。そして、第３部材２ｃには、正面視（図２）にて第２部材２ｂの各リブ７の径方向内側の略半分に重なり、段面視（図３）にて第２部材２ｂの各リブ７に被さるよう、外側（反捲胴部側）に膨出する正面視にて略楔形のリブ１２が、第２部材２ｂのリブ７と同数（図示の例では１２個）放射状に形成されている。

第３部材２ｃは、第２部材２ｂの外側（（反捲胴部側）に配置される。そして、正面視（図２）にて第３部材２ｃのリブ１２間となる外周寄り複数箇所（図示の例では１２箇所）の溶接位置１３と、内周寄り等間隔複数箇所（図示の例では、４箇所）の溶接位置１４にて、第２部材２ｂと第３部材２ｃとがスポット溶接される。

こうして第１部材２ａと第２部材２ｂと第３部材２ｃとが一体化されることにより、フランジ部２、２が形成される。各フランジ部２、２は、捲胴部１との連結位置にて角部をなす部位（第１部材２ａの内径部）の近傍が３重構造で、外周部近傍が２重構造となる。

そして、これらフランジ部２、２は、捲胴部１の両端に、それぞれ円筒状連結部５、５が捲胴部１の端部内周に嵌まり込む形で組み付けられる。そして、捲胴部１の両端部に形成されている貫通穴５に肉もりするアーク溶接により、捲胴部１と各フランジ部２、２とが接合され一体化される。

そして、両フランジ部２、２の中心（第２部材２ｂおよび第３部材２ｃの芯パイプ装着穴６、１１）を貫通するよう芯パイプ１５が装着され、その芯パイプ１５の両端が、かしめられ、両フランジ部２、２の端面（第３部材２ｃの外面）に固着される。

なお、捲胴部１の材料としては、ＳＡＦＣ（冷間圧延高張力鋼板）のほか、ＳＡＰＨ（熱間圧延高張力鋼板）等が好適である。また、フランジ部２の材料としては、ＳＡＰＨ（熱間圧延高張力鋼板）のほか、ＳＰＣＣ（冷間圧延高張力鋼板）等が好適である。また、捲胴部１及びフランジ部２の材料はＳ４５Ｃ等の構造用炭素鋼であってもよい。

また、捲胴部１を構成する鋼板の厚みは３．０〜４．０ｍｍが好適であり、フランジ部２は、円筒状連結部５を構成する第１部材２ａの厚みを３．０〜４．０ｍｍ、第２部材２ｂの厚みを２．０〜３．０ｍｍ、第３部材２ｃの厚みを３．０〜４．０ｍｍとするのが好適である。

また、フランジ部２、２の第２部材２ｂおよび第３部材２ｃに設けるリブ７、１２の数は、それぞれ８〜１６程度が適当である。

捲胴部１の両端部に設ける貫通穴３の数は、８〜１６個程度が適当である。

そして、本発明の金属線条体用は、ソーワイヤ用に限らず、タイヤコード用等、他の金属線条体用リールとしても適用できることは勿論である。

実施の形態のリールの断面図 実施の形態のリールの正面図 実施の形態のリールのフランジ部の部分断面図

符号の説明

１ 捲胴部
２ フランジ部
２ａ 第１部材
２ｂ 第２部材
２ｃ 第３部材
３ 貫通穴
４ 補強リング
５ 円筒状連結部
６、１１ 芯パイプ装着穴
７、１２ リブ
８ 折り曲げ部
９、１３、１４ 溶接位置（スポット溶接）
１０ 補強部
１５ 芯パイプ

Claims (4)

1. 円筒状の捲胴部と該捲胴部の両端に位置する一対のフランジ部とで構成される金属線条体用リールであって、
   前記捲胴部と各フランジ部は、それぞれ別個の板状鋼材から製作され、
   前記各フランジ部には、前記捲胴部の両端部内周にそれぞれ嵌まり込む円筒状連結部が形成され、
   前記捲胴部の両端部には、前記各フランジ部の円筒状連結部と重なり合う位置に円周方向に所定の間隔で貫通穴が形成され、
   前記貫通穴に前記捲胴部の径方向外側から溶接により肉もりが施され、該肉もりにより前記捲胴部と前記各フランジ部とが接合され一体化していることを特徴とする金属線条体用リール。
2. 前記各フランジ部は、前記捲胴部との連結位置にて角部をなす部位の近傍が前記板状鋼材の３枚からなる３重構造で、フランジ外周部近傍が２重構造とされていることを特徴とする請求項１記載の金属線条体用リール。
3. 前記捲胴部および前記一対のフランジは、高張力鋼板から成形したものである請求項１又は２記載の金属線条体用リール。
4. 前記捲胴部を構成する高張力鋼板の厚みが３．０〜４．０ｍｍで、前記フランジ部の少なくとも前記円筒状連結部を構成する高張力鋼板の厚みが３．０〜４．０ｍｍである請求項３記載の金属線条体用リール。
   

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