JP2000167606A

JP2000167606A - 継目無管製造用プラグに用いるセラミック製先端部材及びこれを用いた継目無管製造用プラグ

Info

Publication number: JP2000167606A
Application number: JP10361895A
Authority: JP
Inventors: Katsura Matsubara; 桂松原; Koichi Iwamoto; 孝一岩元; Kazuhiro Urashima; 和浩浦島; Takaaki Toyooka; 高明豊岡; Akira Yorifuji; 章依藤; Taro Kanayama; 太郎金山
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd; Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; Niterra Co Ltd
Priority date: 1998-12-04
Filing date: 1998-12-04
Publication date: 2000-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】強度の低下を招くことなく、穿孔過程での抜
け落ちが容易に防止され、さらにはその軸線がプラグ本
体の軸線に対してずれることが容易に防止されるセラミ
ック製先端部材、及びこれを用いた継目無管製造用プラ
グを提供する。【解決手段】継目無管製造用プラグに用いるセラミッ
ク製先端部材２の後端面の中央の嵌合用凸部６を、外径
が根元から後端に向かってテーパ状で大径となるよう形
成した。そして、この先端部材２の嵌合用凸部６を、２
つの側体３１からなり軸線方向に抜け止め作用をなす異
径部のある保持部材３０で、側面側から挟むようにし、
取付け部材４０で一体化し、取付け部材４０のねじ軸部
４２を本体２１の凹部２５のねじ孔３７にねじ込み、継
目無管製造用プラグ１とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、継目無管製造用プ
ラグに関し、詳しくは、マンネスマン製管法などによっ
て継目無管（シームレス管）を製造する場合に用いられ
る継目無管製造用プラグ（以下、単にプラグともいう）
に関する。

【０００２】

【従来の技術】マンネスマン製管法においては、同方
向、同速度で回転する２個のバレル形（樽形）ロールの
間に、所定温度に加熱された丸鋼片（以下、ビレットと
もいう）を噛み（挟み）こませて回転させながら送り出
し、その丸鋼片の端面中心を、傾斜穿孔圧延機（ピアサ
ーとも称される）のプラグ保持用バー（マンドレルとも
いう）の先端に取り付けられた継目無管製造用プラグに
押し付けることによって圧延、穿孔させ、中空の素管
（継目無管）を製造している。

【０００３】このようなプラグは、通常、低炭素鋼の鋳
鋼製で砲弾（弾丸）形状をしている。そして、後端面に
同軸状で凹設されたマンドレルへの取付け部（嵌合用の
略円柱形空孔）に、プラグ保持用バー（以下、プラグバ
ー又は単にバーともいう）の先端が遊嵌されてビレット
の穿孔圧延に供される。

【０００４】ところで、このようなプラグは、穿孔圧延
工程で加熱されたビレットおよび素管との絶え間ない接
触によって高温にさらされている上に、軸方向のみなら
ず半径方向にも極めて高い圧力（圧縮力）をうけている
など、常時、高温、高圧の過酷な条件下におかれてい
る。このため、その表面は摩耗、溶損、焼付きなどを起
し易い。とくに、ステンレス鋼や高クロム鋼等のように
変形抵抗の大きな合金を穿孔する場合は、ビレットを数
本穿孔しただけでプラグの先端部（頭部）が溶損して使
用できなくなるなど、プラグは短寿命であり、継目無管
の製造コストの増大を招いている。こうした中、プラグ
表面の改質やその構成素材の改良が種々講じられてい
る。

【０００５】プラグ表面の改質策として、プラグの材質
が鋼系金属のものでは、９００〜１０００℃の高温での
熱処理によるスケール付けを施し、表面に数十ないし数
百μｍのスケール被膜を形成し、プラグの寿命の延長を
図ることが行われている。また、特開昭６２−２４４５
０５号公報にはプラグの表面にセラミック溶射処理層を
設ける技術が開示されている。一方、特開昭６０−１５
９１５６号公報にはプラグの素材として、通常の３％Ｃ
ｒ−１％Ｎｉ合金鋼に、Ｍｏ又はＷを１種以上添加する
ことで耐久性向上を図る技術が開示されている。さらに
特開昭６２−２４４５０５号公報にはプラグの先端部の
みを超硬合金製とする技術が開示されている。しかし、
上記いずれの技術もステンレス鋼や高クロム鋼を穿孔す
る場合には、１０本程度のビレットしか穿孔できないの
が実情である。

【０００６】こうした中、特開昭６０−１３７５１１号
公報記載のプラグのように、先端をセラミック製とした
ものも提案されている。このプラグ１は図１７に示した
ように、金属製プラグ本体（母材）２１の先端（本体の
図示左端）の中央に凹部を形成しておく一方、この凹部
にセラミック製先端部材２を同軸状に嵌合するようにし
たものである。すなわち、セラミック製先端部材（以
下、単に先端部材ともいう）２の後端面の中央に嵌合用
凸部６を突出状に設けておき、この嵌合用凸部６を本体
２１の凹部に嵌合させるようにしたものである。このも
のは、穿孔圧延過程で、耐摩耗性、耐溶損性及び耐焼き
付き性等が一番問題となるプラグの先端部分をセラミッ
ク製としたものであり、これにより飛躍的な長寿命化が
得られるとされている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、本願発明者
らにおいて特開昭６０−１３７５１１号公報記載のプラ
グのように、セラミック製先端部材を金属製プラグ本体
（以下、プラグ本体又は単に本体ともいう）に取付けた
ものを試作し、実際に穿孔を試みたところ次のような問
題があった。まず第１に、このものによる穿孔では、そ
の穿孔工程でとくにその穿孔直後に先端部材が抜け落ち
てしまうといった問題があった。すなわちこのような抜
け落ちがあると、次のビレットを連続して穿孔すること
ができないことから製造効率が悪く、したがって、実用
化に向かないといった問題があった。しかも、このよう
な抜け落ちがあると、その落下衝撃で先端部材に亀裂が
入ったり割れなどの破損を起こすなど、その寿命の低下
を招いてしまう。

【０００８】こうした抜け落ちの原因は次のようであ
る。すなわち、特開昭６０−１３７５１１号公報記載の
プラグではセラミック製先端部材を本体の凹部に嵌合し
て取付ける場合には、その嵌合用凸部を単に嵌合するだ
けでなく接着剤により接着するか、或いは嵌合時に本体
側を加熱して焼嵌めすることが提案されている。ところ
が、接着したとしても、穿孔過程での熱によりその接着
剤が変化し、その嵌合が遊嵌状となる。また、焼き嵌め
されていても本体をなす鋼材はセラミックよりも熱膨張
係数が３〜５倍と大きいため、穿孔過程での熱によりそ
の嵌合が遊嵌（弛緩）状となる。このように、先端部材
の嵌合に接着や焼き嵌め方式を用いても、穿孔過程での
熱により遊嵌状態となることから、穿孔直後に急に無負
荷となる反動などに起因して先端部材が抜け落ち破損す
るのである。

【０００９】そして、第２の問題は、穿孔過程でとくに
嵌合用凸部の根元で先端部材が破損し易いということで
ある。その原因は次のように考えられる。すなわち、穿
孔時において嵌合用凸部はその嵌合に隙間ができて遊嵌
状態となる。一方、本体の先端面と先端部材の後端面と
は共に軸線に垂直である。したがって、このような隙間
があると、穿孔抵抗によりその隙間分、先端部材の軸線
が本体の軸線に対して偏心する。このため、先端部材に
は軸線と交差する方向に曲げようとする偏荷重が作用す
る。そして、これが嵌合用凸部の根元近傍において大き
な応力集中を発生させるためと考えられる。

【００１０】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、その目的とするところは、強度の低下を招
くことなく、穿孔過程での抜け落ちが容易に防止され、
さらにはその軸線がプラグ本体の軸線に対してずれるこ
とが容易に防止されるセラミック製先端部材、及びこれ
を用いた継目無管製造用プラグを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
め、請求項１に記載した継目無管製造用プラグに用いる
セラミック製先端部材は、後端面の中央に嵌合用凸部を
備えてなるものにおいて、前記嵌合用凸部に、側面側か
ら挟んだ際に軸線方向に抜け止め作用をなす異径部を形
成したことにある。

【００１２】この先端部材によれば、その嵌合用凸部の
構成により、次のような抜け止め取付け手段を用いるこ
とで先端部材が抜けない継目無管製造用プラグを容易に
実現できる。すなわち、金属製プラグ本体の先端面の中
央の凹部に、後端面の中央に嵌合用凸部を備えてなるセ
ラミック製先端部材をその嵌合用凸部を嵌合して取付け
てなる継目無管製造用プラグにおいて、前記嵌合用凸部
に、側面側から挟んだ際に軸線方向に抜け止め作用をな
す異径部が形成され、該嵌合用凸部を側面側から挟むこ
とで軸線方向への抜け止め作用をなすと共に前記凹部へ
の取付け手段を備えた抜け止め取付け手段を介し、前記
嵌合用凸部を前記凹部に嵌合して取付けたものである。

【００１３】前記セラミック製先端部材では、その嵌合
用凸部に、外径が後端に向かってテーパ状で大径をなす
ようにテーパ部を形成するとよい。なお、嵌合用凸部に
ついて後端とは、嵌合用凸部自体の根元に対する先端を
意味し、嵌合用凸部について後端面とは、同先端の面を
意味するものとする。この際、その嵌合用凸部を外径が
根元から後端（嵌合用凸部自体の先端）に向かってテー
パ状で大径となるように形成すると、嵌合用凸部の形状
の複雑化を招くことなく、側面側から挟んだ際に軸線方
向に抜け止め作用をなす異径部を形成できる。このよう
な異径部は適宜の形状とすれば良く、嵌合用凸部の根元
より先端側の外径を根元の外径より大径としたり、或い
は中間部位を相対的に大径としたり小径としたものでも
よい。なお、横断面は回転を許容するように円形とする
のが適切である。また、その嵌合用凸部を外径が根元か
ら後端に向かってテーパ状で大径となるように形成する
場合には、前記嵌合用凸部のテーパの母線が前記軸線と
なす角度をθ２としたとき、θ２を３〜２０度とすると
よい。

【００１４】なお、前記セラミック製先端部材は、その
後端面を中央が凸となすようにテーパ状に形成するとよ
い。すなわち、前記した継目無管製造用プラグにおい
て、セラミック製先端部材の後端面をその中央が凸とな
すようにテーパ状とし、該後端面を金属製プラグ本体の
先端面に当接するように該先端面をセラミック製先端部
材の後端面のテーパと凹凸が逆の略同一テーパとしてお
くことで、ビレットの穿孔過程で偏荷重つまり軸線方向
に交差する方向の力が作用しない。したがって、穿孔中
の破壊が防止される。なお、前記セラミック製先端部材
の後端面をその中央が凸となすようにテーパ状に形成す
る場合には、前記セラミック製先端部材の後端面のテー
パの母線が該セラミック製先端部材の軸線に垂直な線と
なす角度をθ１としたとき、θ１を３〜３０度とすると
よい。

【００１５】すなわち、このようなプラグによる穿孔に
おいては先端部材にビレットが強く押し付けられること
による穿孔抵抗によって、先端部材はその後端面のテー
パを介して本体の先端面（同一テーパ面）に強く押し付
けられる。この際、先端部材の後端面は、本体の先端面
のテーパに合致するように動こうとし、後端面の中心は
本体の先端面の中心に位置しようとする求心作用がある
から、本体の軸線に対して先端部材の軸線は一致するよ
うになる。

【００１６】このように、後端面を中央が凸となすよう
にテーパ状に形成した先端部材によれば、前記のプラグ
において、本体の先端面をセラミック製先端部材の後端
面のテーパと凹凸が逆の略同一テーパとしておくこと
で、嵌合用凸部の側面側つまり半径方向の外側に隙間が
あっても、両軸線はずれることなく一致するので、穿孔
時における偏心が防止される。これにより、嵌合用凸部
の根元に偏荷重による応力集中が生じないことから、セ
ラミック製先端部材であっても破損し難くなる。

【００１７】なお、前記セラミック製先端部材におい
て、前記嵌合用凸部を外径が根元から後端に向かってテ
ーパ状で大径となるように形成したものでは、その後端
面のテーパの母線が該セラミック製先端部材の軸線に垂
直な線となす角度をθ１とし、前記嵌合用凸部のテーパ
の母線が前記軸線となす角度をθ２としたとき、その両
角度がθ１≧θ２なる関係にすると良い。このようにし
ておくと、嵌合用凸部の根元を挾む角度、つまり後端面
のテーパと嵌合用凸部のテーパの両母線のなす角度が９
０度以上となる。このため、同根元に応力集中を起こし
にくいので破損を招きにくくなる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明に係るセラミック製先端部
材及びこれを用いたプラグの実施形態例について図を参
照して詳細に説明する。図１は、本例のプラグの全体の
側面図、図２は先端部材の拡大側面図、図３はプラグの
先端部分の拡大断面図である。図中１は、本例のプラグ
であり、全体として砲弾（弾丸）形状をなし、その頭部
をなす先端部材２は例えば窒化けい素（Ｓｉ₃Ｎ₄）を
素材として形成され、後方（図１右側）の鋳鋼製のプラ
グ本体２１に取付けられている。

【００１９】先端部材２は砲弾形状の先端部（頭部）の
形状をなし、所定の半径Ｒ１で小球面をなす先端３から
後方（図１右方）に向けて、側面視、所定の半径Ｒ２
（例えばＲ７００ｍｍ）で円弧状をなす円弧状部４を備
えており、後方に向けて径が漸増するように構成されて
いる。先端部材２は、その外側面が後端部（最大外径
部）で、後方に向かって急に縮径するようにして後端面
５を形成し、その後端面５は中央が凸と成すテーパ状に
形成されている。後端面５は円形をなし、そのテーパ
は、母線と先端部材２の軸線Ｊ１に垂直な線（面）とが
なす角度θ１を例えば３〜３０度の範囲で形成されてい
る。なお、以下、この角度θ１を後端面テーパ角度とも
いう。

【００２０】そして、後端面５の中央に本例では横断面
（軸線Ｊ１に垂直な断面）が円形で同軸状にて突出する
嵌合用凸部６を備えている。嵌合用凸部６は、その後端
面７に向かって外径が根元１０から次第に大径となるよ
うにテーパ状に形成されている。そのテーパは、軸線Ｊ
１と嵌合用凸部６の外周の母線とのなす角度θ２を例え
ば３〜２０度の範囲で形成されている。以下、この角度
θ２を凸部テーパ角度ともいう。なお、後端面５と円弧
状部４の外周面とがなす角（稜線）８、そして嵌合用凸
部６の外周面とその後端面７とのなす角９には適宜の大
きさのＲ面取が付けられている。また、嵌合用凸部６の
根元１０つまり後端面５と嵌合用凸部６の側面（外周
面）とがなす隅角には適宜の半径の隅肉が付けられてい
る。

【００２１】一方、本体２１は、プラグ１の砲弾形状部
位のうち、先端部材２に続く後方部位をなすようにその
先端側をなす先端面２２の外径が先端部材２の後端面５
の外径と同一とされ、外周面２２ａが前記先端部材２に
おけるＲ２にて連なる円弧状に形成され、滑らかにプラ
グ１の後端面２３側に至るように形成されている。な
お、本体２１の後端面２３は円形であり、その中央には
図示しないマンドレルへの取付け部（抜け止め取付され
る略円柱形空孔）２４を同軸状に備えている。

【００２２】そして、本体２１の先端面２２には、先端
部材２を取付けるように本例では次のように構成されて
いる。すなわち、本体２１の先端面２２は、中央が凹と
なすようにテーパ状に形成され、その中央には横断面円
形で略円柱状を成す凹部（空孔）２５が形成されてい
る。そしてこの凹部２５の底面（奥所）２６の中央に
は、ねじ孔２７が同軸状に所定の深さ設けられている。
なお、本体２１の先端面２２のテーパは先端部材２の後
端面５と同一テーパとされている。

【００２３】さて、この凹部２５には、先端部材２が次
記する抜け止め取付け手段を介して抜け止め状に取付け
られている。すなわち、本形態では抜け止め取付け手段
は図３〜７に示したように、先端部材２の嵌合用凸部６
を保持、固定し、その下で本体２１の凹部２５に収容す
るようにして取付けられるように構成されている。すな
わち、抜け止め取付け手段は、先端部材２の嵌合用凸部
６を収容して保持するように軸線を含む平面で２分割さ
れ、閉じた状態でコップ形状をなす保持部材３０と、こ
の保持部材３０を本体２１の凹部２５に取付ける取付け
部材４０から構成されている。なお、保持部材３０と取
付け部材４０は本体２１と同程度の熱膨張係数を有する
素材で形成するのが好ましく、同一素材とするのが特に
好ましい。

【００２４】保持部材３０は、軸線を通る平面で２分割
され、両側体３１，３１を閉じた状態で内側中央に嵌合
用凸部６を収容する凸部収容用凹部３２を形成するよう
に構成され、外径が本体２１の先端面２２中央の凹部２
５の内径より僅かに小さい平行円筒形状をなすように構
成されている。ただし、本例では閉じたとき形成される
凸部収容用凹部３２は、奥所に向かって嵌合用凸部６の
テーパと略同一テーパで、つまり先（奥）が大径をなす
ように構成され、嵌合用凸部６を側体３１，３１で挾み
込んだときに略隙間なく入り、その状態での外径が本体
２１の凹部２５の内径よりやや小さくなるように構成さ
れている。なお、凸部収容用凹部３２の開口側端部３３
の内周寄り部位の角３４は、先端部材２の嵌合用凸部６
の根元１０の隅肉に合うアール面取が付けられている。

【００２５】そして嵌合用凸部６を両側体３１，３１で
挾み込み、取付け部材４０を介して本体２１の凹部２５
に嵌合したとき、嵌合用凸部６は保持部材３０から軸線
方向に抜けず、開口側端部３３は本体２１の先端面２２
と共に同一テーパをなすように構成されている。なお、
保持部材３０の底部内面３５と嵌合用凸部６の後端面７
との間には空隙が保持されるように構成され、さらに底
部外面３６には適数のねじ孔３７が設けられている。

【００２６】一方、取付け部材４０は傘形状をなし、円
形で所定の厚さを成す傘（フランジ）状頭部４１と、そ
の中央に突出状に設けられたねじ軸部４２とから形成さ
れている（図７参照）。傘状頭部４１は、嵌合用凸部６
を収容して閉じてなる保持部材３０の底部外面３６の外
径と略同一外径とされている。そして、その傘状頭部４
１の適所には段付き貫通孔４３，４３を備えており、ね
じ軸部４２側から、その段付き貫通孔４３にねじ部材
（例えば六角孔付きボルト）４５を通し、保持部材３０
の底部外面３６に設けられたねじ孔３７に沈頭状にねじ
込む。こうすることで、内部に先端部材２の号用凸部６
を収容して保持部材３０を閉じた状態にし、一体化でき
るように構成されている。なお、ねじ軸部４２は、本体
２１の先端面２２の凹部２５内のねじ孔２７に螺着可能
に形成されている。

【００２７】しかして、先端部材２の嵌合用凸部６を保
持部材３０の凸部収容用凹部３２内に収容し、つまり両
側体３１，３１で挾むようにし、その底部外面３６に取
付け部材４０の傘状頭部４１を突合わせる。その下で、
六角孔付きボルト４５を段付き貫通孔４３を通して底部
外面３６のねじ孔３７にねじ込み、先端部材２を保持部
材３０および取付け部材４０からなる抜け止め取付け手
段にて一体化する。このように一体化したものを、先端
部材２を把持して取付け部材４０のねじ軸部４２を本体
２１の凹部２５の底面２６のねじ孔２７にねじ込む。こ
うすることで、先端部材２は本体２１の凹部２５に抜け
止め取付け手段を介して抜け止め状に取付けられる。

【００２８】なお、先端部材２が保持部材３０にきつく
保持（固定）されない場合（遊嵌状態の場合）には、保
持部材３０と先端部材２との間（接合界面）を接着剤で
接着しておくとよい。このようにしておけば、本体２１
の凹部２５のねじ孔２７に取付け部材４０のねじ軸部４
２をねじ込む際のねじ込みが安定するためである。な
お、接着剤は穿孔時の熱で燃焼してしまう。そして本例
では、先端部材２を成すセラミックと保持部材３０をな
す金属との熱膨張差で、先端部材２の嵌合用凸部６の外
周面には隙間が発生し、先端部材２は保持部材３０の内
部で軸線回りに回転可能となる。ただし、嵌合用凸部６
の側面側は先太のテーパを成していることから抜け出る
ことはない。

【００２９】このような本例の先端部材２を取付けてな
るプラグ１は、その後端面２３の取付け部２４を図示し
ないマンドレル（プラグ保持用バー）の先端に抜け止め
遊嵌状に取付けてビレットの圧延穿孔に供される。そし
て、このようなプラグ１でビレット（図示せず）を穿孔
圧延する際には、ビレットが図示しない一対の樽形ロー
ルに噛み込まれて圧縮を受けながらロールの摩擦力で回
転すると共にパスライン方向（図１右）に前進し、本例
のプラグ１の先端に押し付けられて穿孔され、ロールと
プラグ１の側面（外周面）の間で圧延されて素管とな
る。

【００３０】そして、このような穿孔工程においてプラ
グ１は、ビレットの進行方向のスラスト荷重や、これに
垂直なロール荷重等の負荷をうけ、さらに１２００℃前
後に加熱されたビレットからの伝熱や、加工発熱、摩擦
熱等により、高温、高圧力下にさらされる。とくにプラ
グ頭部つまり先端部材２は熱的、応力的にも最も厳しい
状態となる。しかし、本例プラグ１では、頭部が耐熱性
にすぐれたセラミック製先端部材２からなるため、この
ような過酷な条件下での使用に適している。

【００３１】また、穿孔時の熱による熱膨張係数の差に
て保持部材３０の中にてその両側体３１の内面と、先端
部材２の嵌合用凸部６との側面間に隙間ができても、嵌
合用凸部６の後端面７側が大径を成していることから穿
孔前や穿孔後に先端部材２が抜け落ちることが防止され
る。したがって、連続穿孔が中断してしまうことなどの
不具合の発生もなく、円滑な穿孔が図られる。また、抜
け落ちがないことから先端部材２の破損も防止される。

【００３２】さらに、本例では先端部材２の後端面５が
中央が凸となすテーパ状に形成されているため、次のよ
うな効果もある。すなわち、このような穿孔工程におい
て、先端部材２がパスライン方向（図１中右方向）に押
付けられると、その後端面５はそのテーパを介して本体
２１の先端面２２（同一テーパ面）に押し付けられる。
このとき、本体２１の軸線Ｊ２に対して先端部材２の軸
線Ｊ１が一致するように動こうとする求心作用があるか
ら、嵌合用凸部６の半径方向外側に隙間があっても、穿
孔時において本体２１の軸線Ｊ２に対して先端部材２の
軸線Ｊ１が偏心することがない。

【００３３】したがって、先端部材２には穿孔時に偏荷
重（軸線に交差する方向の力）を受けないことから、セ
ラミックからなるといえどもその嵌合用凸部６の根元１
０などの応力集中の発生し易い箇所を起点とする亀裂
（破損）が発生し難く、安定した穿孔を行うことができ
る。かくして、１３Ｃｒ鋼やＳＵＳ３０４のような高合
金鋼製のビレットを穿孔する際でもその長寿命化を図る
ことができる。さらに、偏心が防止される結果、穿孔さ
れる管の偏肉や内面の傷の発生を防止する効果も期待さ
れる。

【００３４】なお、後端面５のテーパ角度（後端面テー
パ角度）θ１は、求心作用の点からは大きく、すなわち
軸線Ｊ１と後端面５のテーパの母線とがなす角度を小さ
目とするのが好ましいが、あまり小さくすると楔作用に
より本体２１の先端面２２を押し広げて変形させたり、
本体２１の先端面２２の外周寄り部位が鋭角となり強度
上好ましくない。したがって、これらを考慮し、適宜の
角度に設定すればよいが、その角度θ１は３〜３０度と
するか、より好ましくは１０〜２０度とするのが適切で
ある。

【００３５】もっとも嵌合用凸部６を本例のようにテー
パ状に先太としたときは、嵌合用凸部６の凸部テーパ角
度θ２と後端面５の後端面テーパ角度θ１を、θ１≧θ
２となるようにするべきである。このようにすると、後
端面５と嵌合用凸部６の両方の母線のなす角度が９０度
以上となるため、その根元１０に応力集中が生じ難くな
り、破損防止効果も高くなるためである。すなわち、逆
にθ１＜θ２とする場合は、嵌合用凸部６の根元１０に
応力集中が生じ易くなり好ましくない。なお、後端面５
をその中央が凹と成すテーパ状と形成し、本体２１の先
端面２２をこれに合う逆テーパとすることでも求心作用
はあるが、強度の低下を招くので好ましくない。この意
味でも根元１０の隅角の隅肉アールはその半径を大きめ
とするのが好ましい。

【００３６】さて次に前記した形態の先端部材２付きプ
ラグ１及び図１７に示した従来のセラミック製先端部材
（後端面が軸線に対して垂直で嵌合用凸部が同径の円柱
状で突出するもの）をその後端面で金属製プラグ本体に
嵌合接着したプラグを各々１つずつ製造し、下記条件
下、実機による圧延穿孔試験を行い、プラグの破損（摩
耗・変形）状況などその耐久性を比較した。

【００３７】ただしプラグの形状、サイズはいずれも同
一で、最大外径１５４ｍｍ、全長（先端から後端面（本
体の後端面）までの長さ）が４９０ｍｍ。本例のプラグ
１と接着方式のものにおける先端部材の露出する軸線方
向の長さは４０ｍｍ。そして、Ｒ１は２０ｍｍ、Ｒ２は
７００ｍｍ、その最大外径は５５ｍｍ。また、本例の先
端部材２の嵌合用凸部６の根元寄り部位の最小外径は２
０ｍｍ、嵌合用凸部６のテーパ角度θ２は５度、後端面
５のテーパ角度θ１は１５度とした。

【００３８】一方、前記形態と、比較例のセラミック製
先端部材は次のようにして製造した。セラミックは平均
粒径１．０μｍ、α率９５％のＳｉ₃Ｎ₄（窒化けい
素）粉末を主成分とし、これに平均粒径２．０μｍのＹ
ｂ₂Ｏ₃粉末、平均粒径１．０μｍのＡｌ₂Ｏ₃粉末な
どの焼結助剤やバインダーを適量添加して混合した後、
その混合物を噴霧乾燥し造粒した。そして、５０００ｋ
ｇｆ／ｃｍ²でプレス成形（ＣＩＰ成形）し、窒素雰囲
気中１７５０℃で４時間焼成して製作した。他方、前記
形態と、比較例のプラグ本体は、いずれも０．３％Ｃ−
３％Ｃｒ−１％Ｎｉ系合金鋼を鋳込み成形し、そして約
９００℃の熱処理にて厚さ２００μｍのスケール被膜を
形成したものである。

【００３９】また、穿孔条件は次に示した通りである。
被圧延材（ビレット）は１３Ｃｒ鋼、ビレット寸法：
外径１９０ｍｍ、長さ２５００ｍｍ、素管寸法：外径２
００ｍｍ（肉厚２０ｍｍ）、全長６５００ｍｍ、圧延
温度：１２００℃。圧延穿孔は連続して行ったが、１回
穿孔するごとに、プラグを十分冷却し、その頭部の溶
損、摩耗、変形を目視により判断し、問題がなければ次
の穿孔試験を行った。ただし、本体２１で焼付きを起こ
した場合、セラミック製先端部材を取外し、新品の本体
２１に取付けて穿孔試験を１００回継続することにし
た。結果は、次のようであった。

【００４０】本形態のプラグでは１００回の穿孔におい
て先端部材の抜け落ちや割れは１回も発生しなかった。
そして、１００回目の穿孔後も頭部に変形や摩耗の異常
はなかった。さらに、嵌合用凸部の根元における破損も
発生しなかった。これは、後端面のテーパにて偏心が確
実に防止された結果と考えられる。

【００４１】一方、接着方式のプラグでは、１回目の穿
孔直後に先端部材が抜け落ちてしまい、連続的使用がで
きなかった。このため再度先端部材を接着して穿孔を継
続した。しかし、６回目の穿孔途中で嵌合用凸部の根元
で破損した。これは先端部材の後端面にテーパがないた
め、穿孔過程で先端部材の軸線が本体の軸線に対して偏
心し、これによる偏荷重の発生が嵌合用凸部の根元部位
へ大きな応力集中を発生させたことによるものと考えら
れる。

【００４２】前記形態では、嵌合用凸部を外径が根元か
ら後端に向かってテーパ状で大径としたものを例示した
が、図８に示した先端部材２の嵌合用凸部６のように後
端面寄り部位に、後端に向かってテーパ状で大径をなす
テーパ部６ａとしてもよい。また、図９に示した先端部
材２の嵌合用凸部６のようにテーパ状でなく膨拡部６ｂ
を形成しておいてもよい。いずれの異径部も側面側から
挟んだ際に軸線方向に抜け止め作用をなすためである。
ただしいずれにおいても、後端面５は、その中央が凸と
なすようにテーパ状に形成するとよい。

【００４３】また前記形態におけるプラグでは、２つ割
りの保持部材で嵌合用凸部を側面側から挟むことで軸線
方向への抜け止め作用をなすようにした。しかし、抜け
止め作用をなすと共に凹部への取付け手段を備えた抜け
止め取付け手段は、適宜の構造として具体化すれば良
い。

【００４４】図１０は、抜け止め手段をなす保持部材５
０をコップ形状で一体のものとし、その内部（凹部）を
軸線に平行な円柱形空孔とし、開口端部５３寄りの外周
面に周方向に所定の間隔で（例えば等角度間隔で３箇所
以上）ねじ孔５４を貫通状に設けておき、止めねじ５９
で押さえて抜け止め作用をなすようにしたものである。
すなわち、円柱形空孔の内径は、図１の先端部材２の嵌
合用凸部６の最大外径以上としておく。そして、例えば
その先端部材２の嵌合用凸部６を円柱形空孔に挿入し、
ねじ孔５４に外側から止めねじ５９を締め付けるのであ
る。このものでは、前記プラグのように取付け手段（取
付け部材４０）を別体としておくことなく、例えば保持
部材５０の底部外面の中心にねじ軸部５２を一体的に形
成しておき、このねじ軸部５２を本体２１の凹部２５の
ねじ孔２７にねじ込むことで取付け手段となすこともで
きる。

【００４５】図１１，１２は、図１０の抜け止め取付け
手段において、ねじ止めに代わる抜け止め手段を示した
ものである。このものは、保持部材６０を前同様にコッ
プ形状で一体のものとし、その内部を軸線に平行な円柱
形空孔とし、開口端部６３寄りの外周面から、ばね性の
あるＥ形止め輪形状の有端リング（Ｅ形リングという）
６８をその内周側の爪先６９が嵌合用凸部６の根本寄り
部位を挟むようにしたものである。

【００４６】このものは、保持部材６０には、Ｅ形リン
グの外周面側が装着時に外周面から突出しないように、
所定の角度間隔で、適数の爪嵌入孔６４を貫通して設
け、外周面側にリング状溝６５を設け、先端部材２の嵌
合用凸部６を円柱形空孔に挿入した後、Ｅ形リングを外
側からリング状溝６５及び爪嵌入孔６４に嵌込むことで
先端部材２を抜け止め状に保持するようにしたものであ
る。しかして、このように抜け止め状とした後、本体２
１の凹部２５のねじ孔２７にねじ込めばよい。

【００４７】さらに、前記においてはねじ軸部を本体の
凹部のねじ孔にねじ込んで取付けたが、その取付け手段
はこれに限定されるものではなく、適宜の取付け手段を
用いれば良い。図１３〜１６は、抜け止め手段をなす保
持部材７０が図３に示した２体（２つ割）のもので、そ
の底部外面３６に、その外径と同径の円形板７２をねじ
止めして一体化したものにおいて、円形板７２の周面に
半径外方に突起（爪）７５を突出形成しておく。一方、
本体２１の凹部２５の底面の周縁には、その突起７５の
幅、高さ以上をなすリセス７６を周設しておくと共に、
凹部２５の内周面の軸線方向に沿って凹部２５の開口つ
まり本体２１の先端面２２から底面（奥所）のリセス７
６に向けて突起７５が通る幅、高さの溝７７を形成して
おくのである。

【００４８】しかして、先端部材２の嵌合用凸部６を挟
み付けて円形板７２で固定したものを、その突起７５が
凹部２５の開口側の溝７７に臨むように、そして奥まで
押込み、左右に適宜回転するのである。このようにすれ
ば、穿孔過程で保持部材が回転しても、略抜け止め状に
取付けることができる。なお、穿孔過程における回転に
起因する抜け止めを完全に防止するためには、本体２１
の凹部２５内周面の軸線方向に沿う溝７７は、図１６
中、２点鎖線で示したようにクランク状に屈曲して形成
しておくとよい。

【００４９】本発明に係るプラグ及び先端部材は、エロ
ンゲーターミル、リーラー、マンドレル、プラグミルな
どの穿孔若しくは圧延用のプラグ（芯金）およびその先
端部材として広く適用できる。また、本発明に係るプラ
グおよびその先端部材はステンレス鋼や高合金鋼などの
難加工材を穿孔する場合にとくにその効果を発揮するも
のであるが、普通鋼や低合金鋼の穿孔に用いても有用で
あることはいうまでもない。

【００５０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
かかるセラミック製先端部材によれば、その嵌合用凸部
の構成により、同先端部材が金属製プラグ本体から抜け
ない継目無管製造用プラグを容易に得ることができる。
そして、このようなセラミック製先端部材を用いた本発
明のプラグによれば、先端部材の金属製プラグ本体から
の抜け落ちが防止されるので連続穿孔が可能となり、高
合金鋼のビレットを穿孔、圧延する場合でも長寿命化を
図ることができる上に、効率的に継目無し管を得ること
ができる。

【００５１】また、前記セラミック製先端部材の後端面
をその中央が凸となすようにテーパ状に形成したもので
は、先端部材の破壊を容易に防止することができる。す
なわち、このような先端部材は、これが取付けられる金
属製プラグ本体の先端面を先端部材の後端面と凹凸が逆
の略同一テーパとしておくことで、ビレットの穿孔過程
で、先端部材の軸線が本体の軸線に一致するように動こ
うとするため、偏心が防止される。これにより、偏荷重
つまり軸線方向に交差する方向の力が作用しないように
することができるため、嵌合用凸部の根元などを起点と
する破損を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るセラミック製先端部材を用いた継
目無管製造用プラグの全体の側面図。

【図２】図１の先端部材の拡大側面図。

【図３】図１のプラグの先端部分の拡大断面図。

【図４】抜け止め取付け手段をなす保持部材の側体の斜
視図。

【図５】両側体を閉じてなる保持部材を開口側から見た
図。

【図６】両側体を閉じてなる保持部材を底面側から見た
図。

【図７】取付け部材をねじ軸部側から見た図。

【図８】先端部材の別形態の側面図。

【図９】先端部材の別形態の側面図。

【図１０】抜け止め取付け手段の別例を説明する側断面
図。

【図１１】抜け止め取付け手段の別例を説明する側断面
図。

【図１２】図１１のＡ−Ａ線断面図。

【図１３】抜け止め取付け手段の別例を説明する側断面
図。

【図１４】図１３の本体の側断面図。

【図１５】図１４の本体を全端面側から見た図。

【図１６】図１５のＢ−Ｂ線断面図。

【図１７】従来のセラミック製先端部材を用いた継目無
管製造用プラグの要部側面図。

【符号の説明】

１継目無管製造用プラグ２セラミック製先端部材５先端部材の後端面６嵌合用凸部１０嵌合用凸部の根元２１プラグ本体２３本体の先端面２５本体の先端部の凹部３０保持部材（抜け止め取り付け手段） θ２凸部の先太をなすテーパ角度 θ１後端面テーパ角度Ｊ１先端部材の軸線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岩元孝一名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内 (72)発明者浦島和浩名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内 (72)発明者豊岡高明愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内 (72)発明者依藤章愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内 (72)発明者金山太郎愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】後端面の中央に嵌合用凸部を備えてなる
ものにおいて、前記嵌合用凸部に、側面側から挟んだ際に軸線方向に抜
け止め作用をなす異径部を形成したことを特徴とする、
継目無管製造用プラグに用いるセラミック製先端部材。
【請求項２】後端面の中央に嵌合用凸部を備えてなる
ものにおいて、前記嵌合用凸部に、外径が後端に向かってテーパ状で大
径をなすテーパ部を形成したことを特徴とする、継目無
管製造用プラグに用いるセラミック製先端部材。
【請求項３】後端面の中央に嵌合用凸部を備えてなる
ものにおいて、前記嵌合用凸部を外径が根元から後端に向かってテーパ
状で大径となるように形成したことを特徴とする、継目
無管製造用プラグに用いるセラミック製先端部材。
【請求項４】前記嵌合用凸部のテーパの母線が軸線と
なす角度をθ２としたとき、θ２を３〜２０度としたこ
とを特徴とする、請求項３記載の継目無管製造用プラグ
に用いるセラミック製先端部材。
【請求項５】前記セラミック製先端部材の後端面をそ
の中央が凸となすようにテーパ状に形成したことを特徴
とする、請求項１、２、３又は４記載の継目無管製造用
プラグに用いるセラミック製先端部材。
【請求項６】前記セラミック製先端部材の後端面のテ
ーパの母線が該セラミック製先端部材の軸線に垂直な線
となす角度をθ１としたとき、θ１を３〜３０度とした
ことを特徴とする、請求項５記載の継目無管製造用プラ
グに用いるセラミック製先端部材。
【請求項７】前記セラミック製先端部材の後端面のテ
ーパの母線が該セラミック製先端部材の軸線に垂直な線
となす角度をθ１とし、前記嵌合用凸部のテーパの母線
が前記軸線となす角度をθ２としたとき、θ１≧θ２と
なる関係としたことを特徴とする、請求項５又は６記載
の継目無管製造用プラグに用いるセラミック製先端部
材。
【請求項８】金属製プラグ本体の先端面の中央の凹部
に、後端面の中央に嵌合用凸部を備えてなるセラミック
製先端部材をその嵌合用凸部を嵌合して取付けてなる継
目無管製造用プラグにおいて、前記嵌合用凸部に、側面側から挟んだ際に軸線方向に抜
け止め作用をなす異径部が形成され、該嵌合用凸部を側
面側から挟むことで軸線方向への抜け止め作用をなすと
共に前記凹部への取付け手段を備えた抜け止め取付け手
段を有することを特徴とする継目無管製造用プラグ。
【請求項９】セラミック製先端部材の後端面をその中
央が凸となすようにテーパ状とし、該後端面を金属製プ
ラグ本体の先端面に当接するように該先端面をセラミッ
ク製先端部材の後端面のテーパと凹凸が逆の略同一テー
パとしたことを特徴とする請求項８記載の継目無管製造
用プラグ。