JP2001087804A

JP2001087804A - セラミック製継目無管製造用プラグ及び継目無管製造用プラグに用いるセラミック製先端部材

Info

Publication number: JP2001087804A
Application number: JP26859499A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Iwase; 茂岩瀬; Kazuhiro Urashima; 和浩浦島; Katsura Matsubara; 桂松原; 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: 1999-09-22
Filing date: 1999-09-22
Publication date: 2001-04-03

Abstract

(57)【要約】【課題】セラミック製プラグで、ビレットを穿孔圧延
する際、プラグ保持用バーの軸線に対し、同プラグの軸
線がずれるのを防ぐ。【解決手段】後端面７の中央に、プラグ保持用バー１
０３に取付けられる嵌合部８を同軸状に備えたプラグ１
で、後端面７を中央が凸となすテーパ状に形成する。そ
のテーパの角度はプラグの軸線Ｊ１に垂直な面に対し５
〜３０度とした。このプラグ１の嵌合部８をバー１０３
の端面で、プラグ１の後端面７と同じテーパで凹凸を逆
にしたものに嵌合させて穿孔に用いるとき、穿孔抵抗に
よってプラグ１はその後端面７のテーパをバー１０３の
テーパをなす端面１０５に押し付けられる。このとき、
プラグ１の軸線Ｊ１はバー１０３の軸線Ｊ２に一致しよ
うとする求心作用があるから、プラグ１はバー１０３と
偏心しない。

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）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】図１５はこのようなプラグ１の一例を示し
たもので、通常、鋳鋼製で砲弾（弾丸）形状をしてい
る。このものは、後端面７に同軸（心）状で例えば凹設
された嵌合部（マンドレル装着孔）２８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い、図中
２点鎖線で示す）１０３の先端の嵌合部１２４が遊嵌さ
れてビレット１０２の穿孔圧延に供される。

【０００４】このようなプラグ１は、穿孔圧延工程で加
熱されたビレット１０２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だけでなく、軸方向のみ
ならず半径方向にも極めて高い応力（圧縮力）をうけて
いるなど、常時、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く、し
たがって、その対策としてプラグ１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。

【０００５】こうした中、その寿命向上のため、図１５
に示した継目無管製造用プラグ全体を略同一形状のま
ま、従来の鋼系金属に代えて耐熱性、耐摩耗性、摺動特
性に優れる窒化けい素等のセラミック製としたものや、
特開昭６０−１３７５１１号公報記載のプラグのよう
に、その先端部分を構成するセラミック製先端部材を金
属製プラグ本体（以下、単に本体ともいう）の先端側に
同軸状に取り付けたものが提案されている。すなわち、
図１６に示したプラグ２００のように、先端から所定長
さＬの領域をセラミック製先端部材３０１とし、その後
端面３０７の中央に金属製本体２０１に取付けられるよ
うに凸設された嵌合部３０８を設け、これを本体２０１
の先端側の凹部２１４に嵌合させるようにしたものであ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
セラミック製継目無管製造用プラグ（以下、セラミック
製プラグ又は単にプラグともいう）やセラミック製先端
部材（以下、先端部材ともいう）は、セラミックの持つ
前記のような長所のある一方で金属製プラグに比べると
穿孔加工時に突然に破壊が起こる危険性が高いといった
問題があった。この原因は、セラミックは靭性が低いた
め、繰返し使用による疲労に弱いことに基づくものと考
えられるが、本願発明者による試験、研究によれば、さ
らに次の理由によることが判明した。

【０００７】セラミック製プラグは、金属製のプラグ保
持用バーの先端に取付けて使用される。このうち、図１
５，１７に示したようにセラミック製プラグ１の後端面
７に凹設された嵌合部（以下、嵌合用凹部ともいう）２
８の有るものでは、バー１０３側の先端の凸部１２４に
これを嵌合するようになっている。この際、バー１０３
を成す金属の熱膨張係数がプラグ１をなすセラミックよ
りはるかに大きいことを考慮し、締まり嵌状態となって
セラミック製プラグ１に引張り応力が作用して破壊され
ないように、両者の嵌合部（凸部と凹部）の径が設定さ
れる。このため、図１７に示したように実際には穿孔過
程ではその隙間分、プラグ１の軸線Ｊ１はバー１０３の
軸線Ｊ２に対して偏心してしまう。つまり、この隙間
分、セラミック製プラグ１は、バー１０３の軸線Ｊ２に
対して半径方向にずれてしまうことになる。

【０００８】このような偏心は、ビレットを穿孔する際
にプラグ１に偏荷重ないし軸線に交差する方向の力を作
用させるため、嵌合部２８にはその径方向に力が加わ
り、プラグ１の嵌合用凹部２８の奥所（底）の隅角部２
９近傍に局所的に引張り応力が作用する。しかして、プ
ラグ１の使用過程ではその繰返しによる疲労の蓄積、増
大を招き、プラグ１の凹部２８の奥所の隅角部２９のよ
うに応力集中が生じやすい部位を起点としてセラミック
製プラグに亀裂が入り、破壊に至るのである。

【０００９】また、図１８に示したように、セラミック
製プラグ１の後端面７に凸設された嵌合部（以下、嵌合
用凸部ともいう）８のあるものでは次のようである。す
なわち、このようなものでは、嵌合用凸部８に金属製の
バー１０３側の凹部１１４を嵌合させるため、両者の熱
膨張係数の差により、その嵌合における隙間が一層大き
くなることから、プラグ１の軸線Ｊ１はバー１０３の軸
線Ｊ２に対して前記の場合よりも大きく偏心する。した
がって、このものではさらに偏荷重がかかりやすく、プ
ラグ１の嵌合用凸部８の根元９に応力集中が生じ、この
部位を起点としてプラグに亀裂が入り、破壊に至るので
ある。

【００１０】こうした問題は、プラグ全体がセラミック
製のもののみならず、図１６に示したセラミック製先端
部材３０１を金属製プラグ本体２０１の先端側に嵌合す
る構造のものにおいても同様の理由から、その先端部材
３０１の嵌合部３０８において発生する。またセラミッ
ク製プラグやセラミック製先端部材においては、バーへ
の取り付け形態にかかわらず、つまり嵌合用凸部又は嵌
合用凹部にかかわらず、このような偏心があると、その
偏心分、穿孔された管に偏肉が発生しやすく、品質の低
下を招く原因ともなる。しかも、セラミック製先端部材
を金属製プラグ本体に取付けてプラグをなすものでは、
弾丸形状の先端側外周縁つまり先端部材の後端面の外周
縁に、熱膨張係数の差に基いて段差が発生するため、管
内面に傷をつける原因ともなる。

【００１１】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、ビレットを穿孔
圧延する際において、プラグ保持用バーの軸線に対し、
軸線がずれることのないセラミック製プラグやセラミッ
ク製先端部材を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
め、本発明は、後端面の中央に、プラグ保持用バー側に
取付けられるように凸設又は凹設された嵌合部を同軸状
に備えたセラミック製継目無管製造用プラグであって、
前記後端面を中央が凸又は凹となすようにテーパ状に形
成したことを特徴とする。

【００１３】しかして、このようなプラグは、その嵌合
部に嵌合する嵌合部を備えた例えばプラグ保持用バーの
端面であって、プラグの後端面と同じテーパで凹凸を逆
にしたものに遊嵌状態で嵌合させて穿孔に用いる。この
穿孔においては、プラグの先端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、プラグはその後
端面のテーパを介してバーの端面（同一テーパ面）に強
く押し付けられる。この際、プラグの後端面は、バーの
端面のテーパに一致するため、バーの端面の中心に位置
しようとする求心作用があるから、バーの軸線に対して
プラグの軸線は常に一致するようになる。すなわち、本
発明のプラグはその後端面のテーパによってその軸線を
バーの軸線に一致するように動こうとするから、嵌合部
の半径方向（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。

【００１４】このように本発明のプラグにおいては、バ
ーの端面のうちプラグの後端面のテーパが当接する部位
をそのテーパと同じか略同じテーパで形成しておくこと
で、穿孔時における偏心が防止される。これにより、嵌
合部が凸設されたもの（嵌合用凸部）或いは凹設された
もの（嵌合用凹部）でも、嵌合用凸部の根元や嵌合用凹
部の奥所（底面）の隅角に偏荷重による応力集中を生じ
ないことから、セラミック製プラグであっても破損し難
くなる。しかも、偏心が防止される結果、穿孔される管
の偏肉も防止され、その品質向上も期待される。

【００１５】後端面のテーパは、凸となすテーパでも、
凹となすテーパでもよい。後端面のテーパを凸となすテ
ーパとする場合、前記テーパ角度を大きくすると、相手
部材をなすバーの端面を押し広げる作用があるため、そ
の変形を招いてしまう。さらにプラグが嵌合用凹部を備
えたものでは、嵌合用凹部の内（周）面と後端面とのな
す角（稜線）が鋭くなり、セラミック製品としては欠け
易く好ましくない。一方で、前記テーパ角度が小さいと
前記した求心作用が低下する。これらのことを考慮する
と、後端面のテーパを凸となすテーパとする場合には、
そのテーパの角度は、継目無管製造用プラグの軸線に垂
直な面に対し、５〜３０度の範囲とするのが好ましい。

【００１６】なお後端面のテーパを凹となすテーパとす
ると、バーの端面が凸となすテーパとなる。このため、
テーパ角度を、継目無管製造用プラグの軸線に垂直な面
に対して大きくし過ぎると、穿孔時における軸方向の圧
縮力によるバーの端面の楔作用によって、逆にプラグの
後端面が押し広げられる作用を強く受ける。したがっ
て、プラグの嵌合部が凸設されたものではその凸部（嵌
合用凸部）の根元に引張り応力が作用するし、嵌合部が
凹設されたものではその凹部の奥所（底面）の隅角で引
張りの応力集中が発生する。このような応力集中は、い
ずれもセラミックには好ましくない。同応力集中箇所が
破壊の起点となりやすいためである。しかも、後端面の
外周縁つまり後端面とプラグの外周面との交差（稜線）
部が鋭角状になり好ましくない。一方で、前記テーパ角
度が小さいと求心作用が低下する。これらのことを考慮
すると、後端面のテーパを凹となすテーパとする場合に
は、そのテーパの角度は、継目無管製造用プラグの軸線
に垂直な面に対し、５〜１０度の範囲とするのが好まし
い。

【００１７】また、本発明は、全体がセラミックからな
るプラグのみならず、先端部材のみセラミックからなる
プラグ、つまり継目無管製造用プラグに用いるセラミッ
ク製先端部材においても同様に成立する。すなわち、継
目無管製造用プラグの先端部分を構成するセラミック製
先端部材であって、後端面の中央に、継目無管製造用プ
ラグ本体に取付けられるように凸設又は凹設された嵌合
部を同軸状に備えたものにおいて、前記後端面を中央が
凸又は凹となすようにテーパ状に形成することで、前記
したプラグと同様の作用ないし効果がある。

【００１８】しかも、このものではプラグ本体に対し偏
心しないことから、前記の効果に加え、先端部材と本体
との接合部の外周縁に段差が発生することも防止でき
る。すなわち、穿孔時における温度においてセラミック
製先端部材と金属製本体との接合部の外周縁の径が一致
するように設定しておくことで、内面に傷を付けること
がないので表面粗さも向上し内面精度の高い素管とな
る。

【００１９】なお、この場合のテーパ角度も適宜に設定
すればよいが、前記プラグと同様にするのがよい。つま
り、前記後端面を中央が凸となすようにテーパ状に形成
したものでは、そのテーパの角度を、継目無管製造用プ
ラグの軸線に垂直な面に対し、５〜３０度とするとよ
い。また前記後端面を中央が凹となすようにテーパ状に
形成したものでは、そのテーパの角度を、継目無管製造
用プラグの軸線に垂直な面に対し、５〜１０度とすると
よい。

【００２０】なお、セラミック製継目無管製造用プラグ
及びセラミック製先端部材のいずれについても次のこと
がいえる。すなわち、後端面のテーパを凸又は凹のいず
れとする場合でも、嵌合用凸部の根元や凹部の奥所の隅
角の隅肉アールは、なるべく大きめに設定するのが好ま
しく、具体的にはＲ３ｍｍ以上である。さらに、後端面
と外周面とのなす角などに付す面取（アール若しくは４
５度面取）もなるべく大きめとするのが好ましく、具体
的にはＣ又はＲ３ｍｍ以上である。なお、セラミック
は、Ｓｉ₃Ｎ₄（窒化けい素）を主成分（素材）としたも
のが適切であるが、もちろんこれ以外のセラミックで形
成してもよい。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明に係るセラミック製のプラ
グを具体化した第１の実施形態例について、図１ないし
図３を参照して詳細に説明する。図中１は、本例のプラ
グであり、プラグ本体２は窒化けい素（Ｓｉ₃Ｎ₄）を主
成分とする素材を用いて砲弾（弾丸）形状に焼成形成さ
れている。そして、図示左側の小球面をなす先端３から
後方（図１右方）に向けて、正面視、所定の半径の円弧
状部４を備え、これに続いて外周面がテーパ状に漸増す
る漸増部５を備え、この漸増部５に続く後方にはその漸
増部５の後端（最大径部）と同外径で軸線Ｊ１に平行な
円柱状の後端逃し部６を備えている。

【００２２】そして後端面７は円形で中央が緩かに凸と
成すテーパ状に形成されており、その中央には、本例で
は直径Ｄ２をなす円柱状（凸部）の嵌合部（嵌合用凸
部）８が後端面７と同軸（心）状にて一体で突出形成さ
れている。このような円錐台形状に形成された後端面７
における嵌合用凸部８の根元９には所定の半径（アー
ル）で隅肉が付され、さらに後端面７と後端逃し部６の
外周面６ａとがなす角（コーナー）、及び嵌合用凸部８
の周面とその端面８ａとがなす角にはそれぞれ面取が付
けられている。

【００２３】このような本例のプラグ１が取付けられる
金属製バー（マンドレル）１０３の先端面１０５は、プ
ラグ１の後端面７の外径より小径の円形で、そのテーパ
と同一で逆テーパに形成されている。そして、その中央
にプラグ１の嵌合用凸部８を受入れ可能の円柱状の凹部
（空孔）１１４を備えており、この凹部（空孔）１１４
の内径はプラグ１の嵌合用凸部８の外径Ｄ２よりやや小
さく形成され、その長さより深く形成されている。

【００２４】このようなプラグ１がビレット（図示せ
ず）を穿孔圧延する際には、従来と同様、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３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）
の間で半回転ごとに圧延を受けて素管となる。

【００２５】そして、このような穿孔工程においてプラ
グ１は、図１中右方向に強く押付けられるため、その後
端面７のテーパを介してバー１０３の端面（同一テーパ
面）１０５に押し付けられる。すなわち、プラグ１の後
端面７は、バー１０３の端面１０５のテーパに密接し、
バー１０３の軸線Ｊ２に対してプラグ１の軸線Ｊ１が一
致するように動く。したがって、嵌合用凸部８の半径方
向外側に隙間が生じても、穿孔時においては偏心するこ
となく両軸線Ｊ１，Ｊ２が一致するため、プラグ１は偏
荷重を受けることがない。かくしてセラミック製プラグ
であっても破損し難く、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。そして、偏心が防止される結果、穿孔される
管の偏肉も防止する効果がある。

【００２６】なお、後端面７のテーパ角度は、求心作用
の点からは、プラグ１の軸線Ｊ１に垂直な面に対して大
きめ、すなわち軸線Ｊ１と後端面７の母線とのなす角度
を小さめとするのが好ましい。しかし、あまりこの母線
とのなす角度を小さくすると楔作用によりバーの端面を
押し広げて変形させてしまう。したがって、プラグに応
じてこれらを考慮して適宜に設定すればよい。また、両
軸線Ｊ１，Ｊ２を一致させる求心作用の点から、バー１
０３の端面１０５のテーパは、プラグ１の後端面７のテ
ーパにできるだけ一致させるのが好ましい。さらに、プ
ラグ１の後端面７は、円錐又は円錐台の側面形状のよう
に軸線Ｊ１に垂直な断面において常に円をなすように形
成した場合を例示したが、本発明では、例えば傘歯車の
歯先面のように、テーパ状の後端面（テーパの側面）に
は母線方向にのびる溝があるようなもの（軸線に垂直な
断面において歯車の輪郭の形（凹凸形））とすることも
可能である。

【００２７】次に図４，５に基づいて第２の形態例につ
いて説明するが、このプラグ２１は嵌合部２８を凹設し
た点のみが前例と異なるだけであり、作用効果に基本的
相違点は無いことから、同一部位には同一の符号を付
し、相違点のみ説明する。すなわち、前記形態では後端
面７のテーパが中央を凸と成すもので、嵌合部８が凸設
されたもので説明したが、このものは、後端面７を中央
を凸と成すテーパとした一方、嵌合部２８を後端面７と
同軸状で円形（円柱形）の空孔として凹設したものであ
る。しかして、このプラグ２１は、その後端面７と同一
のテーパで凹凸が逆の端面１０５をもち、その嵌合部２
８に、熱膨張差を考慮して若干の隙間を保持して遊嵌す
る凸となす嵌合部１２４をもつバー１０３に遊嵌して使
用される。なお、このものでは嵌合面２８の内周面と後
端面７との角２９にはセラミック製プラグ２１の破損
（ワレ）防止のため、なるべく大きめの面取を付けるの
が好ましい。

【００２８】次に図６，７に基づいて第３の形態例につ
いて説明する。ただし、このプラグ３１は第１の形態例
に対し、後端面７を中央が凹となすように逆テーパ状に
形成した点のみが第１の形態例と異なるだけで、作用効
果も基本的に共通することから、同一部位には同一の符
号を付すに止め、その説明を省略する。すなわち、本形
態のプラグ３１は、その後端面７と同一のテーパで凹凸
が逆の端面１０５をもち、嵌合用凸部８に嵌合する凹と
なす嵌合部１２４をもつバー１０３に嵌合して使用され
る。

【００２９】なお、この形態においても後端面７のテー
パ角度は、求心作用の点からは軸線Ｊ１と後端面７の母
線とのなす角度を小さめ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プラグ３１の後端面７の嵌合
部８の根元９に応力集中が起こり、プラグが破壊に至る
危険がある。したがって、プラグに応じてこれらを考慮
して適宜に設定することになるが、このものでは嵌合部
８の根元９つまり嵌合部８の外周面と後端面７との隅角
は大きめの半径の隅肉をつけるのが好ましい。

【００３０】次に図８，９に基づいて第４の形態例につ
いて説明する。ただし、このプラグ４１は第２の形態例
に対し、後端面７を中央が凹となすように逆テーパ状に
形成した点のみが異なるだけで、作用効果も基本的に共
通することから、同一部位には同一の符号を付すに止
め、その説明を省略する。すなわち、本形態のプラグ４
１は、その後端面７と同一のテーパで凹凸が逆の端面１
０５をもち、嵌合部２８に遊嵌する凸となす嵌合部１２
４をもつバー１０３に遊嵌して使用される。なお、この
ものでは嵌合部２８の底角つまり内周面と底面との隅角
２９は大きめの半径で隅肉をつけるのが好ましい。

【００３１】さて次に前記した各構造（第１ないし第４
の形態）のプラグ（試料寸法：最大直径４５ｍｍ、先端
から後端逃し部の後端面の外周縁までの全長が９０ｍｍ
のもの）について、後端面７のテーパ角度を適宜変更し
た試料を各１個ずつつくり、下記条件下、モデルミルで
最高５回穿孔し、プラグとバーの破損などの状況、被圧
延材の偏肉の有無、これらに基く試料の総合的な判定
（評価）をした。ただしプラグ（試料）は次のようにし
て製造した。平均粒径０．５μｍ、α率９５％のＳｉ₃
Ｎ₄（窒化けい素）粉末を主成分とし、これにＭｇＯや
Ｙｂ₂Ｏ₃などの焼結助剤やバインダーを適量添加し、所
定時間混合した後、その混合物（スラリー）を噴霧乾燥
し造粒した。そして、１ｔｏｎ／ｃｍ²以上でプレス成
形（ＣＩＰ成形）し、窒素雰囲気中で焼成し、その後、
表面を研磨した。

【００３２】また、穿孔条件は次のようである。（１）
被圧延材（ビレット）はＳＵＳ３０４（オーステナイト
ステンレス鋼）、ビレット寸法：直径５５ｍｍ、長さ３
００ｍｍ、素管寸法：直径６０ｍｍ、肉厚６ｍｍ、
（２）圧延温度：１２５０℃、（３）圧延ロール：直径
３５０ｍｍ、胴長８００ｍｍ、回転速度６０ｒｐｍ、
（５）連続圧延：パス時間１２０秒、プラグ空冷。ただ
し、プラグはビレットを１本穿孔圧延するごとに冷却
し、その冷却後に目視によりプラグ、バー、素管の状況
を検査、確認し、判定した。

【００３３】表１は第１の形態のプラグにおける穿孔試
験の結果（穿孔状況）である。

【００３４】

【表１】

【００３５】第１の形態の試料のうち、試料Ｎｏ．２〜
５のプラグ（テーパ角度５〜３０度）では、いずれも５
回（５本のビレット）の穿孔、圧延後でもプラグ及びバ
ーともに異常はなく、しかも被圧延材の偏肉もなかっ
た。しかし、試料Ｎｏ．１の比較例プラグ（テーパな
し）では、１回（１本のビレット）の穿孔、圧延でプラ
グの凸部の根元が破損した。また、試料Ｎｏ．６のプラ
グ（テーパ角度４０度）では、３回の穿孔、圧延でバー
の先端部が広がる変形を受けた。

【００３６】表２は第２の形態のプラグにおける穿孔試
験の結果である。

【００３７】

【表２】

【００３８】第２の形態の試料のうち、試料Ｎｏ．８〜
１１のプラグ（テーパ角度５〜３０度）では、いずれも
５回（５本のビレット）の穿孔、圧延後でもプラグ及び
バーともに異常はなく、しかも被圧延材の偏肉もなかっ
た。しかし、試料Ｎｏ．７のプラグ（テーパなし）で
は、１回（１本のビレット）の穿孔、圧延でプラグの凹
部の底角が破損した。また、試料Ｎｏ．１２のプラグ
（テーパ角度４０度）では、３回の穿孔、圧延でプラグ
の後端部が破壊した。表１、２から、後端面のテーパを
凸となすテーパとする場合には、嵌合部の凹凸にかかわ
らずテーパの角度を継目無管製造用プラグの軸線に垂直
な面に対し、５〜３０度の範囲（プラグ軸線に対し後端
面のテーパの母線が６０〜８５度の範囲）とすると好ま
しい結果が得られることが分かる。

【００３９】表３は第３の形態のプラグにおける穿孔試
験の結果である。

【００４０】

【表３】

【００４１】第３の形態の試料のうち、試料Ｎｏ．１
３、１４のプラグ（テーパ角度５〜１０度）では、５回
の穿孔、圧延後でもプラグ及びバーともに異常はなく、
しかも被圧延材の偏肉もなかった。しかし、試料Ｎｏ．
１５のプラグ（逆テーパ角度２０度）では、３回の穿
孔、圧延でプラグの凸部の根元に亀裂が発生した。ま
た、試料Ｎｏ．１６のプラグ（逆テーパ３０度）では、
２回の穿孔、圧延でプラグの凸部の根元で破壊した。

【００４２】表４は第４の形態のプラグにおける穿孔試
験の結果である。

【００４３】

【表４】

【００４４】第４の形態の試料のうち、試料Ｎｏ．１
７、１８のプラグ（テーパ角度５〜１０度）では、５回
の穿孔、圧延後でもプラグ及びバーともに異常はなく、
しかも被圧延材の偏肉もなかった。しかし、試料Ｎｏ．
１９のプラグ（逆テーパ角度１５度）では、１回の穿
孔、圧延でプラグの凹部の底角で破壊した。表３，４か
ら、後端面のテーパを凹となすテーパとする場合には、
嵌合部の凹凸にかかわらずそのテーパの角度を継目無管
製造用プラグの軸線に垂直な面に対し、５〜１０度の範
囲（プラグ軸線に対し後端面のテーパの母線が８０〜８
５度の範囲）とすると好ましい結果が得られることが分
かる。

【００４５】前記においては、プラグ全体をセラミック
としたもの（セラミック製継目無管製造用プラグ）にお
いて説明したが、本発明は継目無管製造用プラグに用い
るセラミック製先端部材においても、全く同様に具体化
でき、同様の作用ないし効果が期待される。図１０〜１
４は、このようなセラミック製先端部材の各実施形態例
を示している。

【００４６】図１０及び１１は、本発明の先端部材３０
１の第１の実施形態例であって、金属製プラグ本体２０
１の先端側に嵌合されるように次のように形成されてい
る。すなわち、先端部材３０１は、プラグ２００の先端
部形状を成すように、例えば窒化けい素（Ｓｉ₃Ｎ₄）を
素材として砲弾（弾丸）形状のうちの先端部形状に形成
され、その後端面３０７は円形で中央が緩かに凸と成す
テーパ状に形成されており、その中央には、本例では直
径Ｄ５をなす円柱状（凸部）の嵌合用凸部３０８が同軸
状にて一体で突出、形成されている。そして、後端面３
０７における嵌合用凸部３０８の根元３０９には所定の
半径（アール）で隅肉が付され、後端面３０７と外周面
３０６とがなす角、及び嵌合用凸部３０８の外周面とそ
の端面３１８とがなす角にはそれぞれ適宜の大きさの面
取が付けられている。

【００４７】そして、本例の先端部材３０１が取付けら
れる本体２０１の先端面２０５は、先端部材３０１の後
端面３０７と外径が同一で、逆に中央が凹となすテーパ
状に形成されている。ただし、その先端面２０５と先端
部材３０１の後端面３０７のテーパは同一とされてい
る。そして、本体２０１の先端面２０５の中央に先端部
材３０１の嵌合用凸部３０８を受入れ可能の円柱状の凹
部（空孔）２１４を備えており、該凹部２１４に先端部
材３０１の嵌合用凸部３０８を嵌合すると、先端部材３
０１の後端面３０７が本体２０１の先端面２０５にテー
パ同志で当接状となるように構成されている。

【００４８】このような先端部材３０１が本体２０１に
嵌合されてなるプラグ２００がビレットを穿孔圧延する
際には、前記したのと同様に、本体２０１の後端面２０
７の嵌合部２０８を図示しないバーの先端面の嵌合部に
嵌合して穿孔に用いる。そして、従来と同様、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１０右）に前進し、本例の先端部材３０１の先端
に押し付けられて穿孔され、ロールとプラグ２００の側
面（外周面）の間で半回転ごとに圧延を受けて素管とな
る。

【００４９】そして、このような穿孔工程において先端
部材３０１は、図１０中右方向に押付けられるため、そ
の後端面３０７のテーパを介して本体２０１の端面（同
一テーパ面）２０５に押し付けられる。この際、先端部
材３０１の後端面３０７は、本体２０１の端面２０５の
テーパに密接し、本体の軸線Ｊ１に対して先端部材３０
１の軸線Ｊ３が一致するように動こうとするから、嵌合
用凸部３０８の半径方向外側に隙間が生じても、穿孔時
において偏心することなく両軸線Ｊ１，Ｊ３が一致して
軸方向に圧縮力を受ける。したがって、セラミック製先
端部材であっても偏荷重を受けないことから破損し難
く、その長寿命化を図ることができる。

【００５０】すなわち、前記した本発明のセラミック製
プラグにおけるのと同様に偏心が防止される結果、穿孔
される管の偏肉も防止される。その上に、本発明の先端
部材３０１では、熱膨張係数の差を考慮し、穿孔時の加
熱温度においてその後端面３０７の外周縁と本体２０１
の端面２０５の外周縁が一致するように設定しておくこ
とで段差ができないことから、素管の内面に傷を付ける
こともない。

【００５１】次に本発明の先端部材の第２の形態例につ
いて図１２に基づいて説明するが、この先端部材４０１
は嵌合部３２８を凹設した点のみが前例と異なるだけで
あり、この嵌合用凹部３２８に遊嵌状に嵌合する円柱状
の凸部２２４を先端面２０５に同軸状に備えた本体２０
１を用いるものである。したがって、作用効果とも本質
的相違は無いことから、同一部位には同一の符号を付
し、その説明を省略する。

【００５２】また、次に本発明の先端部材の第３の形態
例について図１３に基づいて説明するが、この先端部材
５０１は後端面３０７を中央が凹となすようにテーパ状
に形成した点のみがのみが第１形態例と異なるだけであ
り、作用効果とも本質的相違は無いことから、同一部位
には同一の符号を付し、その説明を省略する。

【００５３】また、次に本発明の先端部材の第４の形態
例について図１４に基づいて説明するが、この先端部材
６０１は後端面３０７を中央が凹と成すようにテーパ状
に形成した点のみがのみが第２形態例と異なるだけであ
り、作用効果とも本質的相違は無いことから、同一部位
には同一の符号を付し、その説明を省略する。

【００５４】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。

【００５５】

【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プラグは、バーの端面のうち、プラ
グの後端面のテーパが当接する部位をそのテーパと同じ
か略同じテーパとしておくことで、穿孔時における偏心
が防止される。これにより、嵌合部が凸設されたもの
（嵌合用凸部）或いは凹設されたもの（嵌合用凹部）で
も、嵌合用凸部の根元や嵌合用凹部の奥所（底面）の隅
角に、偏荷重による応力集中を生じないことから、セラ
ミック製プラグでありながら、破損し難く、その寿命延
長が図られる。しかも、偏心が防止される結果、穿孔さ
れる管の偏肉も防止されるのでその品質向上も期待され
る。

【００５６】また本発明にかかる先端部材は、本体の先
端面のうち、先端部材の後端面のテーパが当接する部位
をそのテーパと同じか略同じテーパとしておくことで、
穿孔時における偏心が防止される。これにより、嵌合部
が凸設されたもの或いは凹設されたものでも、その嵌合
用凸部の根元や嵌合用凹部の奥所の隅角に、偏荷重によ
る応力集中を生じないことから、セラミック製先端部材
でありながら、破損し難くなる。しかも、偏心が防止さ
れる結果、穿孔される管の偏肉も防止される。さらに、
先端部材の後端面と本体と先端面の両者の接合面の外周
縁の径を、穿孔時において同一径となるように熱膨張係
数の相違を考慮して設定しておくことで、段差が発生す
ることもないから、内面精度（品質）の高い継目無管を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るセラミック製継目無管製造用プラ
グの第１実施形態例を示す正面図。

【図２】図１の要部拡大図。

【図３】図２を後端面側から見た図。

【図４】本発明に係るプラグの第２実施形態例を示す一
部破断正面図。

【図５】図４の要部拡大図。

【図６】本発明に係るプラグの第３実施形態例を示す一
部破断正面図。

【図７】図６の要部拡大図。

【図８】本発明に係るプラグの第４実施形態例を示す一
部破断正面図。

【図９】図８の要部拡大図。

【図１０】本発明に係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の第１実施形態例を示す正面図。

【図１１】図１０の要部拡大図。

【図１２】本発明に係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の第２実施形態例を示す一部破断
正面図。

【図１３】本発明に係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の第３実施形態例を示す一部破断
正面図。

【図１４】本発明に係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の第４実施形態例を示す一部破断
正面図。

【図１５】従来の継目無管製造用プラグを説明する一部
破断正面図。

【図１６】従来のセラミック製先端部材を継目無管製造
用プラグに用いた状態の一部破断正面図。

【図１７】従来のセラミック製継目無管製造用プラグの
問題点を説明する一部破断部分正面図。

【図１８】従来のセラミック製継目無管製造用プラグの
問題点を説明する一部破断部分正面図。

【符号の説明】

１，２１，３１，４１セラミック製継目無管製造用プ
ラグ７セラミック製継目無管製造用プラグの後端面８，２８プラグの嵌合部１０３プラグ保持用バー２０１プラグ本体３０１，４０１，５０１，６０１セラミック製先端部
材３０７先端部材の後端面３０８，３２８先端部材の嵌合部Ｊ１継目無管製造用プラグの軸線Ｊ２プラグ保持用バーの軸線Ｊ３先端部材の軸線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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)発明者松原桂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、プラグ保持用バー側に
取付けられるように凸設又は凹設された嵌合部を同軸状
に備えたセラミック製継目無管製造用プラグであって、前記後端面を中央が凸又は凹となすようにテーパ状に形
成したことを特徴とするセラミック製継目無管製造用プ
ラグ。
【請求項２】後端面の中央に、プラグ保持用バー側に
取付けられるように凸設又は凹設された嵌合部を同軸状
に備えたセラミック製継目無管製造用プラグであって、前記後端面を中央が凸となすようにテーパ状に形成する
と共に、そのテーパの角度を、継目無管製造用プラグの
軸線に垂直な面に対し、５〜３０度としたことを特徴と
するセラミック製継目無管製造用プラグ。
【請求項３】後端面の中央に、プラグ保持用バー側に
取付けられるように凸設又は凹設された嵌合部を同軸状
に備えたセラミック製継目無管製造用プラグであって、前記後端面を中央が凹となすようにテーパ状に形成する
と共に、そのテーパの角度を、継目無管製造用プラグの
軸線に垂直な面に対し、５〜１０度としたことを特徴と
するセラミック製継目無管製造用プラグ。
【請求項４】継目無管製造用プラグの先端部分を構成
するセラミック製先端部材であって、後端面の中央に、
継目無管製造用プラグ本体に取付けられるように凸設又
は凹設された嵌合部を同軸状に備えたものにおいて、前記後端面を中央が凸又は凹となすようにテーパ状に形
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５】継目無管製造用プラグの先端部分を構成
するセラミック製先端部材であって、後端面の中央に、
継目無管製造用プラグ本体に取付けられるように凸設又
は凹設された嵌合部を同軸状に備えたものにおいて、前記後端面を中央が凸となすようにテーパ状に形成する
と共に、そのテーパの角度を、継目無管製造用プラグ本
体の軸線に垂直な面に対し、５〜３０度としたことを特
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６】継目無管製造用プラグの先端部分を構成
するセラミック製先端部材であって、後端面の中央に、
継目無管製造用プラグ本体に取付けられるように凸設又
は凹設された嵌合部を同軸状に備えたものにおいて、前記後端面を中央が凹となすようにテーパ状に形成する
と共に、そのテーパの角度を、継目無管製造用プラグ本
体の軸線に垂直な面に対し、５〜１０度としたことを特
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。