JP3139839B2 - 管内振動輸送方法およびその装置 - Google Patents

管内振動輸送方法およびその装置

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JP3139839B2 JP04175484A JP17548492A JP3139839B2 JP 3139839 B2 JP3139839 B2 JP 3139839B2 JP 04175484 A JP04175484 A JP 04175484A JP 17548492 A JP17548492 A JP 17548492A JP 3139839 B2 JP3139839 B2 JP 3139839B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、管内振動輸送方法お
よびその装置に関する。この発明は、ブロック状体、粉
粒体などの管内への充填、または線状体の管内への挿通
に利用される。管として鋼、アルミニウム、銅などの金
属管、プラスチックなどの非金属管が用いられる。粉粒
体としては溶接用フラックス、酸化物超伝導材料の粉末
などがある。
【0002】
【従来の技術】長尺の管、たとえば数十mを超える長さ
の管に粉粒体を充填し、あるいは線状体を挿通する場
合、作業のしやすさのために管をコイル状に巻き取った
状態で、粉粒体あるいは線状体を管内輸送することが行
われている。このような管内輸送の方法として振動輸送
方法が知られている。たとえば、特開昭63−1898
15号公報で開示された管内への光ファイバ挿通方法が
ある。この技術では、管をコイル状に巻いて管のコイル
を形成し、管の任意の点がら旋状の経路に沿って往復動
するように管のコイルを振動させ、管のコイルに上記振
動を与えながら管の一端から光ファイバを供給する。こ
の技術では、たとえば直径が2 mm 以下で、10 km 程
度の長さの管に光ファイバを挿通することができる。な
お、光ファイバを管に挿通する他の方法として、金属テ
ープを管状に成形し、テープの両側縁を溶接して管を製
造しながら光ファイバを挿入する方法がある。しかし、
この方法では、溶接熱により光ファイバを損傷する虞れ
がある。
【0003】上記光ファイバ挿通方法を実施する装置と
して、たとえば実開平1−15691号公報で開示され
た粉粒体または線状物入り管の製造装置がある。この製
造装置は、架台、架台上に支持ばねを介して置かれた振
動テーブル、および振動テーブルに取り付けられた一対
の振動モーターを備えている。そして、上記一対の振動
モーターは振動テーブルの垂直な中心軸に関して互いに
向き合った位置にあるとともに、これらモーターの回転
軸が振動テーブル面に対して互いに逆方向に傾斜する姿
勢となっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術では、
輸送に長時間を要していた。たとえば、特開昭63−1
89815号公報の光ファイバ挿通方法の例では、内径
1.6 mm 、長さ10 km の鋼管に光ファイバを挿通す
るのに2500分を要している。したがって、生産効率
を上げるために、管内での輸送速度を更に高くすること
が望まれている。この発明は、高速で輸送物を管内輸送
することができる管内振動輸送方法およびその装置を提
供しようとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明の管内振動輸送
方法は、管をコイル状に巻いた管のコイルをコイル軸が
垂直なるように支持し、管のコイルをコイル軸回りに振
動させ、管の一端から輸送物を供給して管内を輸送する
方法において、ら旋軸が上記コイル軸に一致するら旋に
沿うとともにら旋に接する垂直面内で管の任意の点がだ
円または円を描くように管のコイルを振動させる。
【0006】図1はこの発明で実施される、管の任意の
点(着目点)pの種々の軌跡を垂直面に投影して示して
いる。βは、ら旋角である。図1(a)は、軌跡l1
長軸がら旋sに沿っただ円である。図1(b)は、軌跡
2 が短軸がら旋sに沿っただ円である。図1(c)
は、軌跡l3 が円の場合を示している。どのような軌跡
が最適であるかは、輸送条件によって決められる。管の
着目点pはら旋sに沿って振動するので、実際にはz軸
方向(図3参照)の運動成分ももっている。しかし、管
のコイルの曲率半径に比べて振幅は非常に小さい(一般
に百分の一以下)ので、輸送速度を求める理論計算また
は数値計算では、上記のように垂直面(図3のxy面)
に投影した軌跡であっても実用的な精度で十分近似でき
る。
【0007】振動の振幅および周期、ならびにだ円の場
合における長軸の傾きの最適値、つまり最大速度を与え
る値は、管のコイルの曲率半径およびら旋角、輸送物の
大きさおよび形状、管径、ならびに管内壁面と輸送物と
の間の摩擦係数によって変化する。管のコイルの曲率半
径等が与えられれば、数値計算または実験により上記最
適値を求めることができる。また、振動の軌跡(円、だ
円の径、およびだ円の長径の傾斜角)は、後述のように
振動モーターの姿勢を調整することにより所要の値を得
ることができる。
【0008】この発明の管内振動輸送装置は、架台と、
架台上に支持ばねを介して支持された振動テーブルと、
振動テーブルに取り付けられた一対の振動モーターとを
備え、一対の振動モーターは振動テーブルの垂直な中心
軸に関して互いに向き合った位置にあるとともに、これ
ら振動モーターの回転軸が振動テーブル面に対して同じ
角度で互いに逆方向に傾斜する姿勢となっている。そし
て、振動モーター回転軸が更に振動テーブルの中心軸
を含む垂直面に対し同じ角度で互いに逆方向に傾斜する
姿勢となっている。
【0009】図2は、振動モーターのいろいろな姿勢を
真上から見た状態を示している。図2(a)は、振動モ
ーター21,22を垂直姿勢にした状態、すなわちモー
ター軸が垂直となった姿勢を示している。この場合に
は、管の着目点は水平面内で回転振動し、管内の輸送物
を前進させることはできない。図2(b)は、従来の振
動モーター21,22の姿勢を示しており、モーター軸
Lは垂直面xyに平行かつ水平面xzに対して傾斜して
いる。この場合には、管の着目点はら旋に沿って振動
し、管内の輸送物を前進させることができる。図2
(c)および(d)は、この発明の振動モーター21,
22の姿勢を示している。図2(c)では、上側のモー
ター軸が外側に向くようにして、垂直面xyおよび水
平面xzに対して傾斜している。図2(d)では、上側
のモーター軸が内側に向くようにして、垂直面xyお
よび水平面xzに対して傾斜している。
【0010】図3は、この発明における振動モーターの
偏心重り23の回転軌跡25を示している。軌跡26は
上記軌跡25を垂直面xyに投影して示している。軌跡
28は従来の振動による軌跡を垂直面xyに投影して示
している。
【0011】
【作用】図1に示すように管の着目点はら旋に沿うだけ
ではなく、更に垂直面内でループを描いて運動する。管
壁の底面が上昇した状態で輸送物は底面から離脱し、底
面が下降し、後退した状態で底面に着地する。したがっ
て、1サイクル当たりの輸送物の飛行距離は長くなり、
輸送速度は大きくなる。
【0012】振動モーターの回転軸の傾斜角を調整する
ことにより、管の着目点の軌跡を変えることができる。
すなわち、図3においてモーター軸線Lは従来の場合を
示しており、垂直面xy内において垂直線yに対してα
傾斜している。この発明では、モーター軸線Mは上記モ
ーター軸線Lを更にx軸回りにλ回転したものとなって
いる。この結果、振動モーターの偏心重り23の垂直面
xyにおける水平方向の変位xおよび垂直方向の変位y
は次のようになる。
【0013】x=AX sin(ωt+ψ) …(1) y=AY sin ωt …(2) ここで、AX は振幅のx成分を、またAY は振幅のy成
分をそれぞれ表わしてれいる。ωは角速度であって、振
動モーターの偏心重りの回転角速度に等しい。また、ψ
は位相角であって、上記傾斜角αおよびλと次のような
関係がある。 ψ= tan-1( tanλ/sinα) …(3) 上記式(1)および(2)は、だ円を表わし、特にAX
=AY 、かつψ=0の場合には円となる。垂直面xyに
投影した偏心重りの回転軌跡が上記のようにループを描
くことにより、管にはら旋に垂直な方向の力も作用す
る。この結果、管の着目点がら旋に沿うとともにら旋に
接する垂直面内でだ円または円を描くように、管は運動
する。傾斜角αおよびλを変えることにより、管の着目
点の運動軌跡の形状つまり輸送速度を調節することがで
きる。
【0014】
【実施例】図4および5は、この発明の管内振動輸送装
置の一例を示している。架台11は振動しないように床
面10に強固に固定されている。架台11上面の四隅に
は振動テーブル支持用のコイルばね13が取り付けられ
ている。架台11上には、支持ばね13を介して正方形
の盤状の振動テーブル15が支持されている。振動テー
ブル15の下面から支持フレーム16が下方に延びてい
る。
【0015】振動テーブル15の支持フレーム16に
は、一対の振動モーター21,22が取り付けられてい
る。一方の振動モーター21は、他方の振動モーター2
2を振動テーブル15の中心軸線C回りに180度回転
した位置および姿勢にある。また、振動モーター21,
22はこれらのモーター軸線Mが図3に示すように、垂
直線yに対してα、垂直面xyに対してλ傾斜してい
る。
【0016】振動モーター21,22の回転軸の両端に
は偏心重り23が固着されており、偏心重り23の回転
による遠心力により振動テーブル15にこれの面に対し
斜め方向の加振力を与える。この一対の振動モーター2
1,22は振動数および振幅が互いに一致し、加振力が
互いに180度ずれるように駆動される。したがって、
この一対の振動モーター21,22による振動を合成す
ると、中心軸が振動テーブル15の中心軸線Cと一致す
るら旋に沿い、かつだ円を描くように振動テーブル15
は振動する。振動テーブル15は上記のように支持ばね
13を介して架台11に取り付けられているので、振動
テーブル15の振動は架台11に伝わらない。
【0017】ボビン軸が振動テーブル15の中心軸線C
に一致するようにして、ボビン31が振動テーブル15
上に金具33により固定されている。ボビン31には、
粉粒体、線状体などが充填または挿通される管35が、
コイル状に巻き付けられている。
【0018】上記のように構成された装置において、粉
粒体などの輸送物は管35のコイル36の下端から供給
される。振動モーター21,22を駆動すると、偏心重
り23に作用する遠心力により、振動テーブル15に周
期的なトルクが作用する。この結果、管35のコイル3
6は振動し、粉粒体などの輸送物は管内壁の底面を滑
り、滑りなしで底面と共に、または底面より離脱して飛
行するなどしてら旋に沿って前進する。輸送物が光ファ
イバなどの線状体の場合には、線状体をリールに巻き取
っておき、リールを回転駆動して線状体を積極的に送り
出す。場合によっては、線状体に後方に向かう力をでき
るだけ小さくするように、リールの回転速度を制御して
線状体の供給速度を適切な値に保持する。
【0019】ここで、管に短い円柱状ブロックを供給し
た場合の理論計算結果および実験結果について説明す
る。輸送条件は次の通りである。 管 内 径:0.44 mm 管コイル径:840 mm ら旋角:1゜ ブロック径:0.2 mm 摩擦係数:0.4 角 速 度:125.66 rad/sec(20Hz) 振幅AX :3.07 mm 振幅AY :0.832 m
m
【0020】図6は、位相角とブロックの管に対する変
位量との関係を数値計算した結果を示している。この図
から明らかなように位相角が約60゜のとき、変位量が
最大となっており、従来法(位相角0゜)と比べると約
3倍となっている。
【0021】図7はこの発明の方法の場合のブロックの
前進状態(変位量)を示しており、図8は従来法の場合
のブロックの前進状態を示している。これらの線図を比
較すると明らかなように、この発明では各サイクルにお
ける後退量が従来法に比べて約1/3となっている。ま
た、この発明の前進量は従来のものに比べて、約3倍と
なっている。
【0022】なお、上記数値計算の結果は実験値とよく
一致していることが確かめられている。
【0023】
【発明の効果】この発明の管内振動輸送方法では、管の
着目点がら旋に沿うとともにら旋に接する垂直面内で円
またはだ円を描くように、管のコイルを振動させるの
で、輸送物を高い輸送速度で管内を輸送することができ
る。
【0024】この発明の管内振動輸送装置では、振動モ
ーターの回転軸を振動モーターの中心を結ぶ線に垂直な
面に対して互いに逆方向に傾斜する姿勢とすることによ
り、上記管内振動輸送方法を容易に実施することができ
る。また、垂直面に対する振動モーターの回転軸の傾斜
角を調整することにより、多様な振動パターンを形成す
ることができるので、最適なパターンを選択することに
より最大の輸送速度を得ることができる。さらに、振動
モーターの取付け姿勢を変えるだけであるから、既設の
装置にこの発明を応用することは容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による振動軌跡を模式的に示す図面で
ある。
【図2】振動モーターの種々の姿勢を示す平面図であ
る。
【図3】この発明の振動モーターの回転軸の傾斜と、そ
れによる振動モーターの偏心重りの運動軌跡を説明する
図面である。
【図4】この発明の方法を実施する装置の一例を示す正
面図である。
【図5】図4に示す装置の平面図である。
【図6】位相角と輸送物の変位量(短円柱状ブロック)
との関係を示す線図である。
【図7】この発明において、回転角と上記ブロックの管
に対する変位および管の変位との関係を示す線図であ
る。
【図8】従来法において、回転角と上記ブロックの管に
対する変位および管の変位との関係を示す線図である。
【符号の説明】
11 架台 13 支持ばね 15 振動テーブル 16 支持フレーム 21 振動モーター 22 振動モーター 23 偏心重り 31 ボビン 35 管 36 管のコイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長屋 幸助 群馬県桐生市広沢町6丁目838番地の19 (72)発明者 龍 宇光 群馬県桐生市東2丁目4番34号 横塚マ ンション201号 (56)参考文献 特開 平2−89594(JP,A) 特開 昭63−189815(JP,A) 実開 昭64−15691(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/00 B23K 35/40 G02B 6/44

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 管をコイル状に巻いた管のコイルをコイ
    ル軸が垂直なるように支持し、管のコイルをコイル軸回
    りに振動させ、管の一端から輸送物を供給して管内を輸
    送する方法において、ら旋軸が前記コイル軸と一致する
    ら旋に沿うとともにら旋に接する垂直面内で前記管の任
    意の点がだ円または円を描くように管のコイルを振動さ
    せることを特徴とする管内振動輸送方法。
  2. 【請求項2】 架台と、架台上に支持ばねを介して支持
    された振動テーブルと、振動テーブルに取り付けられた
    一対の振動モーターとを備え、前記一対の振動モーター
    は前記振動テーブルの垂直な中心軸に関して互いに向き
    合った位置にあるとともに、これら振動モーターの回転
    軸が振動テーブル面に対して同じ角度で互いに逆方向に
    傾斜する姿勢となっている装置において、前記振動モー
    ター回転軸が更に前記振動テーブルの中心軸を含む垂
    直面に対し同じ角度で互いに逆方向に傾斜する姿勢とな
    っていることを特徴とする管内振動輸送装置。
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