JP2009233758A - 開先加工機および開先加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大口径のステンレス鋼管などの鋼管の端部に開先加工を施す際に、鋼管が扁平していても端部の全周にわたって均一な形状の開先加工を形成することができる開先加工機を得るとともにこの開先加工機の取扱いも容易にできるようにする。
【解決手段】本体Ａと倣い治具Ｂから構成され、前記本体は、前記鋼管の外方に配される円環状の固定部１とこの固定部に取り付けられて自ら周回する円環状の回転部２を備え、前記倣い治具は、前記本体の回転部に揺動可能に取り付けられ、前記鋼管の端部の内周面に沿って走行する倣いローラと、この倣いローラに一体的に固定されて前記鋼管端部を切削して開先を形成する切削刃と、この切削刃を前記鋼管の中心軸線に沿って前進させる切削刃送り機構と、前記倣いローラを前記鋼管の外方側に向けて常時付勢する付勢手段を備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、ステンレス鋼管などの、特に大口径の鋼管を突き合わせ溶接するに先だって、鋼管端部に開先加工を施すための開先加工機および開先加工装置に関する。
なお、本発明において、鋼管とは、直管に限らず、エルボなどの曲管なども含むものとする。

半導体装置、液晶表示装置などの製造工場では、その製造に際して大量のドライエア、窒素ガスなどのガスが使用され、その供給のために大口径のステンレス鋼管などの大口径鋼管を溶接した配管が用いられている。この種のガス配管には肉厚の薄い鋼管が用いられる。
大口径の鋼管を突き合わせ溶接する場合には、薄肉鋼管であっても、その肉厚が必然的に厚くなっているため、鋼管端部にＶ字、Ｕ字などの開先加工を施して、開先を形成した後、端部を溶接しさらに溶加棒を用いて肉盛溶接する方法が取られている。

通常、この種の開先加工は、例えば特開２００３−１１７７２６号公報に提案されている開先加工機を用いて行われている。このような開先加工機を用いる場合、開先加工を施すべき鋼管端部の外方に切削刃を備えたバイトホルダーを配し、このバイトホルダーを鋼管の中心軸を回転軸として回転させると同時に切削刃を徐々に鋼管の内方に向けて送ることにより開先加工を実施している。
この開先加工方法では、鋼管の断面形状が真円である場合には、鋼管端部に均一な形状の開先を形成することができる。

しかしながら、開先加工機の中心軸と鋼管の中心軸を正確に一致させることが重要である。また、通常の鋼管の断面形状は真円ではなく、若干扁平している。特に、呼び径３００Ａ以上の大口径の鋼管では、自重などの影響により、口径に比例して扁平が大きくなっている。このように扁平している鋼管に対して、上述のような開先加工を施すと、部分的に削れる部分と削れない部分とが生じ、均一な開先を形成することができない不具合があった。
また、大口径鋼管に対して開先加工を施す開先加工では、鋼管を固定した後にその端部に開先加工機を設置する必要があるが、開先加工機自体が重く、開先加工を施す際に手間を要すると言う問題もあった。
特開２００３−１１７２０号公報

よって、本発明における課題は、大口径のステンレス鋼管などの鋼管の端部に開先加工を施す際に、鋼管が扁平していても端部の全周にわたって均一な形状の開先加工を形成することができる開先加工機を得るとともにこの開先加工機の取扱いも容易にできるようにすることにある。

かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、鋼管の端部に開先加工を施すための開先加工機であって、
この開先加工機は、本体と倣い治具から構成され、
前記本体は、前記鋼管の外方に配される円環状の固定部とこの固定部に取り付けられて自ら周回する円環状の回転部を備え、
前記倣い治具は、前記本体の回転部に揺動可能に取り付けられ、
前記鋼管の端部の内周面に沿って走行する倣いローラと、この倣いローラに一体的に固定されて前記鋼管端部を切削して開先を形成する切削刃と、この切削刃を前記鋼管の中心軸線に沿って前進させる切削刃送り機構と、前記倣いローラを前記鋼管の外方側に向けて常時付勢する付勢手段を備えたことを特徴とする開先加工機である。

請求項２にかかる発明は、鋼管の端部に開先加工を施すための開先加工機であって、
この開先加工機は、本体と倣い治具から構成され、
前記本体は、前記鋼管の外方に配される円環状の固定部とこの固定部に取り付けられて自ら周回する円環状の回転部を備え、
前記倣い治具は、前記本体の回転部に揺動可能に取り付けられ、
前記鋼管の端部の外周面に沿って走行する倣いローラと、この倣いローラに一体的に固定されて前記鋼管端部を切削して開先を形成する切削刃と、この切削刃を前記鋼管の中心軸線に沿って前進させる切削刃送り機構と、前記倣いローラを前記鋼管の内方側に向けて常時付勢する付勢手段を備えたことを特徴とする開先加工機である。

請求項３にかかる発明は、前記本体の固定部に取り付けられたモータからの動力により、前記回転部が自ら周回するとともに前記切削刃送り機構が駆動されるようになっている請求項１または２記載の開先加工機である。

請求項４にかかる発明は、エルボの端部を固定するメインリングと、エルボの胴部を固定するサブリングと、これらメインリングとサブリングを繋ぐステーを有するエルボ固定具を、そのメインリングが前記本体の内方に位置するように配した請求項１ないし３のいずれかに記載の開先加工機である。

請求項５にかかる発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の開先加工機と、この開先加工機を懸吊するクレーンを備えた開先加工装置である。

請求項６にかかる発明は、前記クレーンは、門型架台と、この門型架台から吊り下げられて前記開先加工機を懸吊るバランサーと、前記門型架台と前記開先加工機とを互いに引っ張る緊張手段とからなる請求項５記載の開先加工装置である。

本発明の開先加工機によれば、鋼管の断面形状が真円でなくとも、ガイド倣いローラが鋼管の内周面または外周面をなぞって走行し、これに伴って切削刃の刃先が鋼管端面の一定の位置に常に当たり、これによって全周にわたって均一な開先形状が形成される。
また、鋼管がエルボである場合には、直管部分がないため、本体をエルボの端部に取り付けることが困難になるが、エルボ固定具をエルボ端部に取り付けることで本体を間接的にエルボに固定することができる。

さらに、本発明の開先加工装置によれば、大口径鋼管用の重い開先加工機を懸吊状態で、鉛直方向に保持することができ、鋼管端面と開先加工機の開口面とを容易に平行に配置、固定することができる。また、バランサーを用いれば、重い開先加工機を見掛け上重量ゼロとして懸吊できるので、その位置合わせ作業等を容易に行うことができる。

図１ないし図４は、本発明の開先加工機の一例を示すものである。
図１および図２は、この例の開先加工機の全体を示すもので、このものは請求項１にかかる開先加工機であって、鋼管内周面にガイド倣いローラが走行する内面倣いタイプのものである。
この例の開先加工機は、本体Ａとこの本体Ａに取り付けられた倣い治具Ｂとから概略構成されている。

本体Ａは、図１および図２に示すように、全体が大きな円環状となっており、開先加工されるべき鋼管Ｃの外方に取り付けられるようになっている。
この本体Ａは、固定部１とこの固定部１に対して回転可能にかつ同軸に取り付けられた回転部２とから構成されている。

固定部１は、全体が円環状であり、その外周部にはモータ３とギアボックス４とからなる駆動部５が固定されている。固定部１の内周部には８個のフット６・・・が等間隔に取り付けられており、これらフット６・・・はいずれも本体Ａの中心軸に向けて前進、後退可能になっており、これらフット６・・・を用いて本体Ａを鋼管Ｃの外周面に着脱可能に取り付けられるようになっている。

回転部２は、固定部１の駆動部５からギア機構を介して伝達される回転駆動力により自ら周回するもので、板状の面板７とこの面板７の裏面側に一体に設けられたスプールギア（図示略）とからなり、このスプールギアは、固定部１の凹部内に収められて、前記駆動部５からの回転駆動力が伝達されて回転するようになっており、これにより回転部２は自ら周回運動を行うように構成されている。
なお、前記ギアボックス４内には、クラッチ、変速ギアが内蔵されており、回転部２が正逆転可能で、回転速度可変となっている。

前記倣い治具Ｂは、図１に示すように、この本体Ａの回転部２の面板７の表面に取り付けられている。
図３および図４は、この倣い治具Ｂを示すもので、この倣い治具Ｂは、ベースプレート８と、このベースプレート８の一端部にスイング軸９を介して軸支されたスイングプレート１０と、このスイングプレート１０に固定されたブラケット１１と、このブラケット１１から延びるローラアーム１２と、このローラアーム１２の先端に軸支された倣いローラ１３と、前記ブラケット１１とベースプレート８に固着されたＬ金具１４との間に架け渡されて、ブラケット１１をＬ金具１４側に常に付勢する２個のコイルスプリング１５、１５と、前記ブラケット１１に対して移動可能に取り付けられたバイトホルダー１６と、このバイトホルダー１６に取り付けられ、先端に切削刃２１を有するバイト１７と、前記ベースプレート８の他端部に固定され、前記スイングプレート１０の端縁部を摺動可能に支持するスイングローラ１８、１８とから構成されている。

前記ベースプレート８は、その平面形状が略三角形となっており、その一つの角部の近傍（一端部）にスイング軸９が取り付けられており、前記本体Ａの回転部２の面板７にネジ２０、２０で止め付けられている。ベースプレート８のスイング軸９が取り付けられている角部に対向する辺部には、前記スイングローラ１８が取り付けられている。

このベースプレート８には、前記スイングプレート１０がベースプレート８に重なるようにして、スイング軸９を介して回動自在に軸支されている。スイングプレート１０は、その平面形状がベースプレート８とほぼ相似となっており、その一つの角部においてスイング軸９に軸支され、この角部に対向する辺部（端縁部）が前記スイングローラ１８の周面に当接、摺動して支えられ、この辺部がスイングローラ１８に対して往復動可能となっている。

前記スイングプレート１０には、ブロック状のブラケット１１が固着されている。このブラケット１１の鋼管Ｃ側の端面にはバイトホルダー１６が往復動可能に取り付けられている。すなわち、ブラケット１１の鋼管Ｃ側の端面にはアリ溝が刻設されており、バイトホルダー１６の側面にはこのアリ溝に嵌合する突条が形成され、バイトホルダー１６はブラケット１１内部に内蔵されたギア機構により駆動されて、摺動して往復動するようになっている。

このバイトホルダー１６には、バイト１７が挿通されて固定されており、このバイト１７の先端の切削刃２１が、バイトホルダー１６の往復動により、鋼管Ｃの中心軸線方向に沿って前進して鋼管の端面に接近し、また後退して離間するようになっている。
バイトホルダー１６の駆動は以下のようにして行われる。前記回転部２には、前記駆動部５から伝達される回転駆動力によって自転するベベルギア（図示せず）がその面板７から突出して設けられており、前記ブラケット１１の底部には、このベベルギアに噛合するベベルギア２３が取り付けられている。そして、このベベルギア２３を介して伝達される回転駆動力によってバイトホルダー１６がブラケット１１に対して往復動可能に駆動される。
本発明での切削刃送り機構は、この例では、前記駆動部５によって回転駆動される回転部２のベベルギアに噛合する前記ベベルギア２３と、このベベルギア２３を介して伝達される回転駆動力によって往復動可能となっているバイトホルダー１６とから構成されている。

また、バイトホルダー１６の移動量はダイアル２４に表示されるようになっており、移動開始位置を手動で設定できるようにハンドル２５が設けられている。
また、前記ブラケット１１の側部にはローラアーム１２の一端が取り付けられており、その他端には倣いローラ１３が回転可能に軸支されている。この倣いローラ１３は、鋼管Ｃの内周面に沿って走行し、上述の構成により前記本体Ａの回転部２に対して揺動可能となっている。

また、ベースプレート８の一側縁部には、Ｌ金具１４の基部が取り付けられており、このＬ金具１４の上部は、ベースプレート８の表面側に屈曲して延びていて、結合金物２２を介して２個のコイルスプリング１５、１５の一端が取り付けられている。
これらコイルスプリング１５，１５は引っ張りスプリングであって、その他端がブラケット１１の側面に取り付けられている。
また、結合金物２２は回動可能となっている。これを回動することで、結合金物２２がコイルスプリング１５の方向に沿って前進、後退するようになっており、これによりコイルスプリング１５、１５の付勢力を適宜変更することができる。

これらコイルスプリング１５、１５によって、ブラケット１１がＬ金具１４側、換言すれば鋼管Ｃの外方方向に向けて常時付勢されることになり、さらには前記倣いローラ１３が同様に鋼管Ｃの外方に向けて付勢されつつ、鋼管Ｃの内周面に沿って走行することになる。
このように、鋼管Ｃの内面に常に倣いローラ１３を当てる構造であり、この接部を基準にして切削刃２１を相対的に位置つけることができる。

なお、開先加工機の本体Ａは、鋼管口径に対応して小径のものから大径のものを複数用意する必要がある。

次に、このような開先加工機の動作について説明する。
開先加工を施す鋼管Ｃの端部に本体Ａを配し、固定部１のフット６・・・を用いて本体Ａを鋼管Ｃ端部に強固に固定する。ついで、倣い治具Ｂのバイトホルダー１６の初期位置をハンドル２５によって設定する。バイトホルダー１６の初期位置は、バイト１７の先端の切削刃２１の先端部が鋼管の端面から０〜５ｍｍ離れた位置とする。

ついで、倣いローラ１３が鋼管内周面に接するように、コイルスプリング１５、１５の収縮力に抗してブラケット１１を手動にて鋼管側に引き寄せて倣いローラ１３を強制的に鋼管Ｃ内周面に接触させる。
こののち、前記駆動部５のモータ３を起動させて本体Ａの回転部２を周回させる。この回転部２の周回に伴って倣い治具Ｂ全体も周回する。

回転部２の周回の軌跡はほぼ真円となるが、鋼管の断面形状は前述のように扁平しているので、倣いローラ１３の走行の軌跡は真円とはならない。
しかし、倣いローラ１２は回転部２に対して揺動可能になっているので、鋼管内周面に正確に沿って走行し、倣い治具Ｂが鋼管の扁平に応じて揺動しつつ周回する。

倣いローラ１３の揺動はブラケット１１の揺動となり、これがさらにバイト１７に伝えられてバイト１７が揺動することになり、結果的に切削刃２１の刃先が鋼管の端面の厚さ方向における一定の位置に位置することになる。
この状態で、バイトホルダー１６を徐々に鋼管端面に向けて移動させれば、切削刃２１が鋼管端面を一定の位置で切削し、鋼管端面の全周にわたって均一な開先加工が形成される。

図５および図６は、鋼管がエルボである場合に用いられるエルボ固定具の例を示すものである。
図中符号３１はエルボ置台を示す。このエルボ置台３１はキャスター付きの箱状のものであって、エルボを載置するとともにエルボ固定具３２全体を取り付ける取付台にもなるものである。
エルボ固定具３２は、固定金具３３とメインリング３４とサブリング３５とステー３６から構成されている。

前記固定金具３３は、前記エルボ置台３１の側部に固定された固定プレート３７と、この固定プレート３７の上部に取り付けられ、上方に延びるＵ字状のアングル３８とからなっている。
このアングル３８には、前記メインリング３４とサブリング３５とが固定されている。
メインリング３４は、上下二つ割り構造の全体が円環状の比較的厚肉の平鋼などからなるもので、エルボの端部を挟み込み、これを固定するもので、その下部においてアングル３８に対して鉛直方向に立設された状態で固定されている。
メインリング３４の内周面には、複数の直方体状の当接部３９、３９・・が間隔を配して設けられている。この当接部３９は、エルボの外周面に接して、エルボを固定するためのものである。

サブリング３５も、上下二つ割り構造の全体が円環状のもので、エルボの中間部（胴部）を挟み込み、これを固定するもので、その下部においてアングル３８に対して鉛直方向から斜めに傾斜した状態で固定されている。
ステー３６は、棒状のもので、その一端がメインリング３４の頂部に結合され、他端がサブリング３５の頂部に結合されている。このステー３６は、メインリング３４とサブリング３５とを連結して両者を機械的に補強し、かつ両者を束縛し、メインリング３４とサブリング３５とでエルボを挟み込んだときの両者の変形、移動を防止するものである。

このエルボ固定具３２の使用に当たっては、メインリング３４およびサブリング３５の上側部分を取り外した状態とし、これにエルボを載せてから上側部分を取り付け、上側部分と下側部分を固定金具３３にてボルト締めして、メインリング３４とサブリング３５とでエルボを固定する。
ついで、このものを前述の開先加工機の本体Ａ内に配し、本体Ａの固定部１のフット６・・・をメインリング３４の外周面に押し当てて開先加工機に装着する。

その後、エルボの端面に開先加工を施す方法は、先の説明と同様である。
このようなエルボ固定具３２を使用することで、エルボを間接的に強固に開先加工機に取る付けることができる。エルボでは、その外周面には平面部分が存在しないので、開先加工機の固定部１のフット６・・・のみで固定しても、エルボがその外周面の傾斜に沿ってフット６・・・の当たり面から逃げることになってしまう。これに対して、エルボ固定具３２では、エルボ全体をがっちり固定することになるので、そのような不都合は生じなくなる。

前述の開先加工機では、その重量が重く、鋼管の口径が大きくなると本体Ａも大型化してますます重たくなる。このため、鋼管への装着作業に手間を要し、作業安全性の配慮も必要となる。
本発明の開先加工装置はこのような問題を解決するもので、この開先加工装置は開先加工機をクレーンで懸吊したものである。

図７は、本発明の開先加工装置の一例を示すものである。図中符号４１はクレーンを示し、４２は開先加工機を示す。
クレーン４１は、門型架台４３とバランサー４４と２個のコイルバネ４５、４５とから構成されている。
門型架台４３は、Ｃ型鋼などを組み付けてなるもので、２本の柱部４３ａ、４３ａとこれら柱部４３ａ、４３ａとを繋ぐ山型の梁部４３ｂとからなり、作業床面上に自立するようになっている。

この門型架台４３の梁部４３ｂの頂部からはフックを介してバランサー４４が吊り下げられ、このバランサー４４の吊り下げフック４６には開先加工機４２の固定部１が懸吊されている。
バランサー４４は、例えば渦巻バネ（ゼンマイバネ）が内蔵され、この渦巻バネに吊り下げ物の荷重を負荷させてその荷重を見掛け上消去させる機能を有し、吊り下げ物を手で軽く上下操作できるようにするもので、「スプリングバランサー」などの商品名にて市販されているものである。このバランサー４４を使用することで、重い開先加工機４２の鋼管への装着作業が極めて容易に行うことができる。

また、開先加工機４２と門型架台４３の２本の柱部４３ａ、４３ａとの間には２個のコイルバネ４５、４５が取り付けられている。このコイルバネ４５、４５は、柱部４３ａと開先加工機４２の固定部１とを互いに引っ張る方向に常時付勢する引っ張りバネで、これによりバランサー４４に懸吊されて浮遊状態の開先加工機４２の揺れ、ねじれが防止される。さらに、開先加工機の倣いローラ１３が走行する軌道面と鋼管の中心軸とが直交するように、開先加工機の空中での位置を保持することができる。

なお、開先加工機の前掲の例は、鋼管内周面に沿って倣いローラ１３が走行する内倣いタイプのものであるが、本発明では鋼管外周面に沿って倣いローラ１３が走行する外倣いタイプのものであってもよい。
この外倣いタイプのものでは、倣い治具Ｂのコイルスプリング１５として圧縮バネを用いて、ブラケット１１を鋼管側に向けて常時付勢するようにし、倣いローラ１３の取り付け位置を鋼管の外方側に移動させればよく、その他の構造は内倣いタイプのものと同様である。

本発明の開先加工機の一例を示す正面図である。 本発明の開先加工機の一例を示す側面図である。 本発明の開先加工機の倣い治具を示す正面図である。 本発明の開先加工機の倣い治具を示す側面図である。 本発明でのエルボ固定具の一例を示す正面図である。 本発明でのエルボ固定具の一例を示す側面図である。 本発明の開先加工装置の一例を示す正面図である。

符号の説明

Ａ・・本体、Ｂ・・倣い治具、Ｃ・・鋼管、１・・固定部、２・・回転部、５・・駆動部、８・・ベースプレート、９・・スイング軸、１０・・スイングプレート、１１・・ブラケット、１３・・倣いローラ、１５・・コイルスプリング、１６・・バイトホルダー、１７・・バイト、１８・・スイングローラ、２１・・切削刃、３２・・エルボ固定具、３４・・メインリング、３５・・サブリング、３５・・ステー、４１・・クレーン、４３・・門型架台、４４・・バランサー、４５・・コイルバネ

Claims (6)

1. 鋼管の端部に開先加工を施すための開先加工機であって、
   この開先加工機は、本体と倣い治具から構成され、
   前記本体は、前記鋼管の外方に配される円環状の固定部とこの固定部に取り付けられて自ら周回する円環状の回転部を備え、
   前記倣い治具は、前記本体の回転部に揺動可能に取り付けられ、
   前記鋼管の端部の内周面に沿って走行する倣いローラと、この倣いローラに一体的に固定されて前記鋼管端部を切削して開先を形成する切削刃と、この切削刃を前記鋼管の中心軸線に沿って前進させる切削刃送り機構と、前記倣いローラを前記鋼管の外方側に向けて常時付勢する付勢手段を備えたことを特徴とする開先加工機。
2. 鋼管の端部に開先加工を施すための開先加工機であって、
   この開先加工機は、本体と倣い治具から構成され、
   前記本体は、前記鋼管の外方に配される円環状の固定部とこの固定部に取り付けられて自ら周回する円環状の回転部を備え、
   前記倣い治具は、前記本体の回転部に揺動可能に取り付けられ、
   前記鋼管の端部の外周面に沿って走行する倣いローラと、この倣いローラに一体的に固定されて前記鋼管端部を切削して開先を形成する切削刃と、この切削刃を前記鋼管の中心軸線に沿って前進させる切削刃送り機構と、前記倣いローラを前記鋼管の内方側に向けて常時付勢する付勢手段を備えたことを特徴とする開先加工機。
3. 前記本体の固定部に取り付けられたモータからの動力により、前記回転部が自ら周回するとともに前記切削刃送り機構が駆動されるようになっている請求項１または２記載の開先加工機。
4. エルボの端部を固定するメインリングと、エルボの胴部を固定するサブリングと、これらメインリングとサブリングを繋ぐステーを有するエルボ固定具を、そのメインリングが前記本体の内方に位置するように配した請求項１ないし３のいずれかに記載の開先加工機。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の開先加工機と、この開先加工機を懸吊するクレーンを備えた開先加工装置。
6. 前記クレーンは、門型架台と、この門型架台から吊り下げられて前記開先加工機を懸吊るバランサーと、前記門型架台と前記開先加工機とを互いに引っ張る緊張手段とからなる請求項５記載の開先加工装置。

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