JP2008229648A - 継目無鋼管用プラグの交換方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プラグを交換するに際し、ねじ同士を螺合させる螺合工程の初めで、ねじ山同士の噛み合わせが進行し一方が他方に乗り上げる形で噛み止まる「かじり」を防止し、プラグ着脱作業を完了できるプラグの交換方法を提供する。
【解決手段】プラグ着脱作業時、プラグを逆回転させつつ前進もしくは後退させ、かつ螺合工程よりも以前に、所定の接触力がプラグ側とバー側の同じねじ山同士の間に加わるようにする。その後、プラグにその１回転ごとに前・後に移動する動きをさせ、この動きにより、プラグ回転角度およびプラグ位置を測定し、「かじり」を回避するのに最適なプラグ回転角度およびプラグ位置を検出し、次いで、検出した最適なプラグ回転角度からプラグを正回転させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、継目無鋼管用プラグの交換方法に関する。

継目無鋼管の製造には、圧延工具としてプラグおよびそれを支えるプラグバー（以下、単にバーともいう）が使用されている。図５にはプラグ１の使用状態を示した。バー２の先端に装着されたプラグ１は、ピアサーミルの傾斜ロールと協動し鋼管素材Ｗの中心部を穿孔している。このように継目無鋼管用プラグは、先端側が細くて後端側が太い砲弾形状である。

この鋼管素材Ｗと接触するプラグ１の方は製品品質に大きい影響を与えるため、劣化したプラグは新品プラグと交換する着脱作業が頻繁に行われる。一方、プラグ１を支持するバー２側はある程度曲がりが生じた状態でも用いられる。
ここで、継目無鋼管用プラグとそれを支持するバーとの連結構造を図６（ａ）、（ｂ）により説明する。

プラグ１の後端側には金物２Ａの雄ねじと螺合する雌ねじが設けてあり、それよりも先端側には空洞Ｖが形成されてなる。この空洞Ｖは金物２Ａの雄ねじ全部を収納可能な寸法とされている。前記金物２Ａはバー側に固定されている。以降、雄ねじの方をバー側のねじ、それと螺合する雌ねじをプラグ側のねじという。圧延時には、プラグ１が回転し得るようにバー２に連結されている。図６（ａ）中、Ｐ、Ｑはそれぞれバー側、プラグ側のねじ山の端を示す。

つまり、プラグ１をバー２に装着した連結状態では、図６（ｂ）に示すように、プラグ側とバー側のねじ同士が螺合しているのではなく、バー側のねじ全部がプラグ側のねじ範囲ａを超えて挿入され、プラグ１の空洞Ｖに収納されて連結されている。このような連結構造をもつ継目無鋼管用プラグの重量は、一般に８〜５０ｋｇである。
そこで、継目無鋼管用プラグの着脱作業を容易に行うため、自動着脱装置が普通、製造ラインに配置されている（特許文献１）。この特許文献１の自動着脱装置は、プラグとバーの軸芯のずれを、機械的な力やサーボモータのトルク等により検知し、自動調芯機能するフローティング機能を具備したロボットと組み合わされてなる。

このため、プラグを交換するに際し、プラグをクランプで把持した後、プラグを回転させつつバー側に押し付けまたはバー側から牽引して、プラグを着脱することができる。
特開平９−２３４５０４号公報

しかし、特許文献１の自動着脱装置は、プラグ着脱作業時、プラグをクランプで把持した後、プラグとバーの軸芯のずれを検知し、プラグとバーの軸心同士を一致させているが、螺合工程の初めである確率で発生するねじ山同士の「かじり」現象により、プラグ着脱作業を完了できないことが時々あった（図７参照）。
ここで、上記した「かじり」現象は、プラグを交換するに際し、ねじ山の端部同士の衝突が発生し、螺合する方向にプラグを回転させているため、ねじ山同士の噛み合わせが進行し、一方が他方に乗り上げる形で噛み止まることで起こる。

元来、継目無鋼管用プラグは、ねじ同士の嵌め合いが緩めとされている。しかも、ねじ山の端部同士の衝突がある確率で発生することは、以下の従来法では避け得ない。
従来法によるプラグの交換工程を以下に示しておく（図８、図９）。
（従来法によるプラグ着作業：図８）
第１工程：取り付けプラグ１を自動着脱装置のクランプ３で把持する。
第２工程：プラグ１を装着される方向に正回転させる。
第３工程：プラグ１を前進させる（エアーシリンダでプラグ１を押し勝手に押す）。
第４工程：ねじ同士が螺合したら、プラグ１の回転に同期させてプラグ１を前進させる。その後、バー側のねじ全部がプラグ１の空洞に収納された状態で、プラグ着作業を完了する。
（従来法によるプラグ脱作業：図９）
第１工程：劣化したプラグ１を自動着脱装置のクランプ３で把持する。
第２工程：プラグ１を抜ける方向に正回転させる。
第３工程：プラグ１を後退させる（エアーシリンダでプラグ１を引き勝手に引っ張る）。
第４工程：ねじ同士が螺合したら、プラグ１の回転に同期させてプラグ１を後退させる。その後、バー側のねじ全部がプラグ１から抜け出た状態で、プラグ脱作業を完了する。

説明するまでもなく、正回転はねじ同士が螺合する方向である。また、プラグ着脱作業中、バー２はクランプ装置で確実に固定されている。
このように従来法の第３工程では、プラグ１を回転させつつ前進もしくは後退させているから、第４工程の螺合工程の初めでねじ山の端部同士の衝突がある確率で発生する。しかも、螺合する方向にプラグを回転させているため、ねじ山同士の噛み合わせが進行し、一方が他方に乗り上げる形で噛み止まる「かじり」に至る。

これによって、プラグ交換の成功率が低下するという不具合が発生していた。
本発明は、上記従来技術に鑑み、プラグを交換するに際し、ねじ同士を螺合させる螺合工程の初めでねじ山同士の噛み合わせが進行し、一方が他方に乗り上げる形で噛み止まる「かじり」を防止し、プラグ着脱作業を完了できるプラグの交換方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討し、ねじ同士が螺合する螺合工程よりも以前に、ねじ山同士の噛み合わせが進行するのを阻止しつつ、「かじり」を回避するのに最適なプラグ回転角度（バー側に対するプラグ側の回転方向相対位置）を検出可能な動きを、プラグにさせることにより、上記課題を解決できることを知見して本発明をなすに至った。
また、上記の「かじり」を回避するのに最適なプラグ回転角度は、プラグ側のねじ山の端部が、バー側のねじ山の端部よりも、ねじ１ピッチに相当する分だけ前・後進方向にあるバー側のねじ山と当接するときの回転方向相対位置である（図６（ａ）参照方）。

すなわち、本発明は、以下のとおりである。
１．プラグ側とバー側のねじ同士が螺合する螺合工程を有する継目無鋼管用プラグの交換方法において、プラグ着脱作業時、ねじ同士が螺合する方向と逆に、前記プラグを逆回転させつつ前進もしくは後退させ、かつ螺合工程よりも以前に、所定の接触力がプラグ側とバー側の同じねじ山同士の間に加わるようにし、その後、前記プラグにその１回転ごとに前・後に移動する動きをさせ、この動きによりプラグ回転角度およびプラグ位置を測定し、「かじり」を回避するのに最適なプラグ回転角度およびプラグ位置を検出し、次いで、検出した最適なプラグ回転角度およびプラグ位置からねじ同士が螺合する方向に前記プラグを正回転させることを特徴とする継目無鋼管用プラグの交換方法。
２．前記所定の接触力をエアーシリンダで付与することを特徴とする１．に記載の継目無鋼管用プラグの交換方法。
３．前記プラグ回転角度を角度検出器で検出し、前記プラグ位置を位置検出器で検出することを特徴とする１．または２．に記載の継目無鋼管用プラグの交換方法。

本発明によれば、プラグを逆回転させつつ前進もしくは後退させ、かつ螺合工程よりも以前に、所定の接触力がねじ山同士の間に加わるようにし、その後、プラグがその１回転ごとに前・後に移動する動きをさせ、「かじり」の検出工程としている。したがって、ねじ同士が螺合する螺合工程よりも以前に、ねじ山同士の噛み合わせが進行するのを阻止しつつ、「かじり」を回避するのに最適なプラグ回転角度を精度よく検出することができる。このため、プラグを交換するに際し、ねじ同士を螺合させる螺合工程の初めで、ねじ山同士の噛み合わせが進行し一方が他方に乗り上げる形で噛み止まる「かじり」を防止し、プラグ着脱作業を完了できる。この結果、プラグ交換の成功率が向上する。

本発明にかかるプラグの交換方法をより具体的に説明する。
（１）プラグ着作業
図１は本発明法によるプラグ着作業を示す側面図、図２（ａ）は本発明法によるプラグ回転角度とプラグ位置Ｓの関係を示す特性図、図２（ｂ）はその説明図である。
図１および図２（ａ）中、プラグ位置Ｓは、クランプ３がプラグ１を把持したときの位置を基準（ゼロ点）とし、そこからのプラグ移動量で定義した。また、逆回転とは、プラグ側とバー側のねじ同士が螺合する方向と逆にプラグを回転させる場合をいう。また正回転とは、ねじ同士が螺合する方向にプラグを回転させる場合をいう。

本発明法によるプラグ着作業の特徴は、プラグ１を交換するに際し、プラグ１をクランプ３で把持した後、プラグ１を逆回転させつつ前進させ、かつ螺合工程よりも以前に所定の接触力がねじ山同士の間に加わるようにする（図１の第１〜第３工程）。
このようにしたことで、プラグ１にその１回転ごとに前・後に移動する動きをさせることができる。このプラグ１の動きを測定したプラグ回転角度およびプラグ位置に基づき、「かじり」を回避するのに最適なプラグ回転角度およびプラグ位置を検出する検出工程が実現できる。図１の第４工程が検出工程、第５工程以降が螺合工程である。

上記検出工程では、プラグ１がその１回転ごとに、前進と逆の方向へ移動した後、ねじ１ピッチに相当する分だけ前進方向に移動する動きに基づき、最適なプラグ回転角度を検出する。プラグ着作業の場合、このプラグ１の前進方向への移動が終わったときの位置（図２（ａ）ではプラグ位置Ｓが最小となる位置）が最適なプラグ回転角度である。
この最適なプラグ回転角度は、プラグ側のねじ山の端部が、バー側のねじ山の端部よりも、ねじ１ピッチに相当する分だけ先進方向にあるバー側のねじ山と当接するときの回転方向相対位置である。このようなプラグ１の動きは、プラグ回転角度を検出する角度検出器と、プラグ位置Ｓを検出する位置検出器で精度よく測定できる。

次いで、検出した最適なプラグ回転角度からねじ同士が螺合する方向にプラグ１を回転させる螺合工程を開始する。
なお、図２（ｂ）には、プラグ側のねじ山の端部Ｑと、バー側のねじ山の端Ｐとが回転方向同一位置にある状態（上側の図）から、その後、１ピッチに相当する分ΔＳだけ前進方向への移動が終わったときの状態（下側の図）を模式的に示した。

このように、「かじり」を回避するのに最適なプラグ回転角度からねじ同士が螺合する螺合工程を開始するようにしたので、確実にプラグの着脱作業を完了できる。
以上説明した本発明法によるプラグ着脱作業は以下のようになる（図１参照）。
第１工程：取り付けプラグ１を自動着脱装置のクランプ３で把持する。
第２工程：プラグ１を逆回転させる。
第３工程：プラグ１を前進させる（エアーシリンダでプラグ１を押し勝手に押す）。
第４工程：プラグ１が１回転するごとに後退側に押し戻され、その後、ねじ１ピッチに相当する分だけ前進側へ移動する検出工程。この検出工程で、最適なプラグ回転角度を検出し、次いで、検出した最適なプラグ回転角度からプラグ１を正回転させる。
第５工程以降：ねじ同士が螺合したら、プラグ１の回転に同期させてプラグ１を前進させる。その後、バー側のねじ全部がプラグ１の空洞Ｖに収納された状態で、プラグ着作業を完了する。
（２）プラグ脱作業
本発明法によるプラグ脱作業の特徴は、プラグ１をクランプ３で把持した後、プラグ１を逆回転させつつ後退させ、かつ螺合工程よりも以前に所定の接触力がねじ山同士の間に加わるようにする（図３の第１〜第３工程）。

その後、ねじ同士が螺合する螺合工程よりも以前に、プラグにその１回転ごとに前・後に移動する動きをさせ、「かじり」を回避するのに最適なプラグ回転角度およびプラグ位置を検出する検出工程とする（図３の第４工程）。次いで、検出した最適なプラグ回転角度およびプラグ位置からねじ同士が螺合する方向にプラグ１を正回転させる（図３の第５工程以降）。

ここで、プラグ脱作業の場合、プラグ１が後進方向と逆の方向へ移動し、その後、ねじ１ピッチに相当する分だけ後進方向に移動する動きとなる。図４には、プラグ脱作業の場合のプラグ回転角度とプラグ位置の関係を例示した。
プラグ脱作業の場合、このプラグ１の後進方向への移動が終わったときの位置（図４ではプラグ位置Ｓが最大となる位置）が最適なプラグ回転角度である。この最適なプラグ回転角度は、プラグ側のねじ山の端部が、バー側のねじ山の端部よりも、ねじ１ピッチに相当する分だけ後進方向にあるバー側のねじ山と当接するときの回転方向相対位置である。

したがって、プラグ１を交換するに際し、プラグ脱作業の場合でも、「かじり」を回避するのに最適なプラグ回転角度からプラグ１を正回転させることができ、確実にプラグの着脱作業を完了できる。
以上説明した本発明法によるプラグ脱作業は以下にようになる（図３参照）。
第１工程：劣化したプラグ１を自動着脱装置のクランプ３で把持する。
第２工程：プラグ１を逆回転させる。
第３工程：プラグ１を後退させる（エアーシリンダでプラグ１を引き勝手に引っ張る）。
第４工程：プラグ１が１回転するごとに前進側に押し戻され、その後、ねじ１ピッチに相当する分だけ後退側へ移動する検出工程。この検出工程で、最適なプラグ回転角度を検出し、次いで、検出した最適なプラグ回転角度からプラグ１を正回転させる。
第５工程以降：ねじ同士が螺合したら、プラグ１の回転に同期させてプラグ１を後退させる。その後、バー側のねじ全部がプラグ１から抜き出た状態で、プラグ脱作業を完了する。

なお、本発明法は、所定の接触力をエアーシリンダで付与することが、プラグ側とバー側のねじ山同士が接触するときの接触力を精度よく一定に設定できるので好ましい。また、プラグ１の回転角度を角度検出器で検出し、プラグ位置Ｓを位置検出器で検出することが、それらを精度よく簡単に検出することができるので好ましい。
以上説明したように、本発明によれば、螺合工程よりも以前に、ねじ山同士の噛み合わせが進行するのを阻止しつつ、「かじり」を回避するのに最適なプラグ回転角度を精度よく検出することができる。このため、プラグを交換するに際し、「かじり」を防止でき、確実にプラグ着脱作業を完了できる。

本発明法によるプラグ着作業を示す側面図である。 （ａ）は本発明法によるプラグ回転角度とプラグ位置の関係を示す特性図、（ｂ）はその説明図である。 本発明法によるプラグ脱作業を示す側面図である。 本発明法によるプラグ回転角度とプラグ位置の関係を示す特性図である。 ピアサーミルにおけるプラグの使用状態を示す側面図である。 （ａ）、（ｂ）はプラグの連結構造を示す断面図である。 「かじり」を説明する要部断面図である。 従来法のプラグ着作業を示す側面図である。 従来法のプラグ脱作業を示す側面図である。

符号の説明

１ プラグ
２ プラグバー（バー）
２Ａ 金物
３ 自動着脱装置のクランプ
Ｗ 鋼管素材
Ｖ 空洞
ａ プラグ側のねじ範囲
Ｐ、Ｑ ねじ山の端部
Ｓ プラグ位置
ΔＳ プラグ位置の変化

Claims (3)

1. プラグ側とバー側のねじ同士が螺合する螺合工程を有する継目無鋼管用プラグの交換方法において、プラグ着脱作業時、前記プラグを逆回転させつつ前進もしくは後退させ、かつ螺合工程よりも以前に、所定の接触力がプラグ側とバー側の同じねじ山同士の間に加わるようにし、その後、前記プラグにその１回転ごとに前・後に移動する動きをさせ、この動きにより、プラグ回転角度およびプラグ位置を測定し、「かじり」を回避するのに最適なプラグ回転角度およびプラグ位置を検出し、次いで、検出した最適なプラグ回転角度から前記プラグを正回転させることを特徴とする継目無鋼管用プラグの交換方法。
2. 前記所定の接触力をエアーシリンダで付与することを特徴とする請求項１に記載の継目無鋼管用プラグの交換方法。
3. 前記プラグ回転角度を角度検出器で検出し、前記プラグ位置を位置検出器で検出することを特徴とする請求項１または２に記載の継目無鋼管用プラグの交換方法。

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