JP2022001376A - 金属円筒管の矯正方法及び矯正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鼓型ローラを不要にして設計コストの低廉化及び装置の小型化を実現するとともに、金属円筒管の表面に損傷を与えることなく金属円筒管の反りを矯正して真円度及び真直度の向上を図る。【解決手段】金属円筒管２００の送り軸方向Ｄ１に対して傾斜した回転軸３１廻りに２個のローラ３２Ａ，３２Ｂが間隔を設けて配置された組ローラ３０を金属円筒管２００の周方向に等間隔で且つ進行方向Ｄ１の同一個所に３組備えて一段としたローラセット１０を進行方向Ｄ１に沿って５段に配列し、ローラ３２Ａ，３２Ｂの周面が金属円筒管２００の表面に圧接する状態で、ローラ３２Ａ，３２Ｂの周面における金属円筒管２００の表面に接触する部分が送り軸方向Ｄ１の前方に向かう方向にローラ３２Ａ，３２Ｂを回転させる。【選択図】図１

Description

この発明は、金属平板を円筒状に曲げ加工した後に突き合わせ部分を接合して円形断面に成形された金属円筒管に生じた反りを矯正する矯正方法及び矯正装置に関する。

金属円筒管の製造方法として、図６（Ａ）に示す矩形の金属平板であるワークＷを同図（Ｂ）に示すように円筒状に曲げ加工した後、周方向に対向する２端面の突き合わせ部分Ｗ１を接合する方法が知られている。円筒形状に曲げ加工されたワークＷの突き合わせ部分Ｗ１は、同図（Ｃ）に示すように溶接トーチ等の接合用器具に対向する状態で軸方向に沿って搬送される間に、接合用器具を介して接合される。

このようにして円形断面の金属円筒管に成形されたワークＷは、突き合わせ部分Ｗ１が接合時に一旦高温に温度上昇した後に常温に温度低下する一方、突き合わせ部分Ｗ１以外の部分は殆ど温度変化せずに突き合わせ部分Ｗ１のみが収縮し、同図（Ｄ）に示すように突き合わせ部分Ｗ１が内側に凹となる反りを生じ、真円度及び真直度が低下する。

そこで、金属円筒管に生じた反りを矯正すべく、金属円筒管の送り軸線廻りに回転する中空回転体の内部で、数組の鼓型ローラをその回転軸が送り軸線と一定角度だけ交叉する配列状態且つ遊転自在に軸支し、送り軸線に沿って金属円筒管を中空回転体の内部へ送り進めた時に、送り作用力を受けて鼓型ローラが金属円筒管の周囲を自転すると同時に公転運動するようにした矯正方法及び矯正装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この構成により、送り軸線に沿って金属円筒管が中空回転体の内部へ送り進められた際に、鼓型ローラが送り作用力を受けて金属円筒管の周囲を自転すると同時に公転することで金属円筒管の表面にベンディング力とクラッシング力が付与され、コイル状の長尺な金属円筒管を自動ライン上で連続的に移送させる過程で、金属円筒管に傷付きやローラマーク等の損傷を与えることなく高精度に矯正することができるとされている。

従来の金属円筒管の矯正方法及び矯正装置では、特許文献１に記載された構成に限らず、一般的に鼓型ローラが用いられている。
特開平０５−０００３２５号公報

しかし、従来の金属円筒管の矯正方法及び矯正装置で用いられている鼓型ローラは、金属円筒管の外径に適した大きさの円弧で金属円筒管との接触面を構成しなければならず、設計に技術と時間を要してコストが高騰するだけでなく、金属円筒管の外径毎に個別の大きさの円弧で接触面を構成した鼓型ローラを備えた装置を準備しなければならない問題がある。

また、特許文献１に記載された構成は、金属円筒管の中空回転体の内部への送り作用力によって多数の鼓型ローラを自転及び公転させるものであり、金属円筒管を中空回転体の内部へ送り進めるために送り軸線に沿って金属管に大きな推進力を付与する必要がある。このため、大容量の駆動系を必要として装置の大型化を招くたけでなく、推進力の付与時に金属円筒管の表面に損傷を与える可能性がある。

この発明の目的は、鼓型ローラを不要にして設計コスト等の低廉化及び装置の小型化を実現できるとともに、金属円筒管の表面に損傷を与えることなく金属円筒管の反りを矯正して真円度及び真直度の向上を図ることができる金属円筒管の矯正方法及び矯正装置を提供することにある。

出願人は、送り軸方向に進行する金属円筒管の横断面における周方向の３箇所以上の位置のそれぞれで、周方向に位相差を有する送り軸方向の前後２点に、送り軸方向に対して所定角度で傾斜した回転軸を有するローラから押圧力を繰り返し加えることで、鼓型ローラを用いることなく、金属円筒管の反りを矯正できることを見出した。

この発明の金属円筒管の矯正方法は、金属円筒管の送り軸方向に対して傾斜した回転軸廻りに２個のローラが間隔を設けて配置された組ローラを金属円筒管の周方向に等間隔で且つ金属円筒管の送り軸方向の同一個所に３組以上備えて一段としたローラセットを、金属円筒管の送り軸方向に沿って多段に配列し、各ローラの周面が金属円筒管の表面に圧接する状態で、各ローラの周面における金属円筒管の表面に接触する部分が金属円筒管の送り軸方向の前方に向かう方向に各ローラを回転させる。

この発明の金属円筒管の矯正装置は、金属円筒管の送り軸方向に対して傾斜した回転軸廻りに２個のローラが間隔を設けて配置された組ローラを金属円筒管の周方向に等間隔で且つ金属円筒管の送り軸方向の同一個所に３組以上備えて一段として、金属円筒管の送り軸方向に沿って多段に配列された複数のローラセットと、各ローラの周面における金属円筒管の表面に圧接する部分が金属円筒管の送り軸方向の前方に向かう方向の回転を各ローラに供給する駆動機構と、を備えている。

第１段のローラセットにおける３組以上の組ローラの間に金属円筒管を挿入すると、第１段のローラセットに配置された各ローラの回転によって金属円筒管が送り軸方向に沿って第２段以降のローラセットにおける３組以上の組ローラの間を順に通過するように進行していく。金属円筒管が各ローラセットを通過する際に、金属円筒管の表面は各横断面における周方向の少なくとも３箇所が周方向に位相差を有する送り軸方向の前後２点で同時にローラからの押圧力を受ける。この押圧力が金属円筒管の全長にわたって作用することで、金属円筒管の内部応力が均一化されて金属円筒管に生じていた反りが矯正され、金属円筒管の真円度及び真直度が向上する。

この構成において、組ローラは、金属円筒管の送り軸方向に対して傾斜した回転軸であって２個のローラが間隔を設けて同軸上に固定された回転軸を備え、駆動機構は、回転軸に同軸上に固定されたピニオンギアと、内歯がピニオンギアに噛合するリングギアと、リングギアの外歯に噛合する駆動ギアと、を各ローラセットに備え、各ローラセットの駆動ギアを駆動軸に固定した駆動源を備えたものとすることができる。

単一の駆動源が発生した回転を駆動ギア、リングギア及びピニオンギアを介して複数段のローラセットのそれぞれが備える３組以上の組ローラのそれぞれの回転軸に伝達され、複数段のローラセットに備えられた全ローラを同一方向に同一速度で回転させることができる。

各ローラセットは、少なくとも１組の組ローラの回転軸を他の２組の組ローラの回転軸に対して接離自在に軸支するとともに、リングギアを軸支するフレームを備えたものとすることができる。

各ローラセットを互いに独立して構成することができ、金属円筒管の矯正装置に配列すべきローラセットの段数を容易に変更することができる。

各ローラセットのフレームは、周面がピニオンギアの噛合位置と同位相の位置でリングギアに対して半径方向に当接する支持ローラを軸支するものとすることができる。

リングギアを小さいスペースで確実に軸支することができ、各ローラセットを小型に構成することができる。

ピニオンギアは、各ローラよりも小径として回転軸におけるローラ間に配置することもできる。

回転軸の長さを最小にして、金属円筒管の送り軸方向について各ローラセットを小型に構成することができる。

この発明によれば、鼓型ローラを不要にして設計コストの低廉化及び装置の小型化を実現できるとともに、金属円筒管の表面に損傷を与えることなく金属円筒管の反りを矯正して真円度及び真直度の向上を図ることができる。

（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の実施形態に係る金属円筒管の矯正装置の平面図、正面図及び側面図である。 同矯正装置が備えるローラセットにおける各部品の配置状態を示す側面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、同ローラセットにおける組ローラの配置状態を説明する要部の平面断面図及び正面断面図である。 同矯正装置における組ローラによる金属円筒管の矯正作用を説明する図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、この発明の別の実施形態に係る金属円筒管の矯正装置が備えるローラセットにおける各部品の配置状態を示す側面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、金属円筒管の製造工程及び反りの状態を説明する図である。

以下に、この発明の実施形態に係る金属円筒管の矯正方法及び矯正装置について図面を参照しつつ説明する。

図１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、この発明の実施形態に係る矯正装置１００は、この発明の実施形態に係る矯正方法を実施するために、一例として５個のローラセット１０、ギアドモータ２０を備えている。各ローラセット１０は、ベース７０上に金属円筒管２００の送り軸方向Ｄ１に沿って配列されており、上側、前面側及び背面側方に向かって開放したコの字型のフレーム１１内に、一例として３組の組ローラ３０、３組の支持ローラ４０、リングギア５０を配置し、フレーム１１外に駆動ギア６０を備えている。送り軸方向Ｄ１とは、反りの無い金属円筒管２００の軸方向に一致する方向である。

ギアドモータ２０は、この発明の駆動源の一例であり、ギア部２２を介して駆動軸２１に回転を出力する。駆動ギア６０は、ギアドモータ２０の駆動軸２１に同軸上に固定されている。フレーム１１には、金属円筒管２００が通過する孔部１２が形成されている。各支持ローラ４０は、回転軸４１に２個のローラ４２Ａ，４２Ｂを同軸上に間隔を設けて固定されている。

なお、図１（Ａ）では３組の組ローラ３０のうち、上部に位置する１組の組ローラ３０のみを記載して下部に位置する２組の組ローラ３０を省略しており、図２（Ｂ）では３組の組ローラ３０を省略している。

図２に示すように、各ローラセット１０において、３組の組ローラ３０、３組の支持ローラ４０、リングギア５０は、回転自在に保持されている。リングギア５０の外歯５１は、駆動軸２１に固定された駆動ギア６０に噛合している。各組ローラ３０は、回転軸３１に２個のローラ３２Ａ，３２Ｂが間隔を設けて同軸上に固定され、１個のピニオンギア３３がローラ３２Ａ，３２Ｂの間で同軸上に固定されて構成されている。３組の組ローラ３０のそれぞれは、ローラ３２Ａ，３２Ｂの周面が金属円筒管２００の周方向における等間隔の３箇所で金属円筒管２００の表面に圧接する位置に保持されている。ピニオンギア３３は、２個のローラ３２Ａ，３２Ｂの間に配置されており、リングギア５０の内歯５２に噛合している。

一例として、２個のローラ３２Ａ，３２Ｂは、それぞれ直径５８ｍｍ、幅１６ｍｍの平ローラであり、両者の間に２８ｍｍの間隔を設けている。ローラ３２Ａ，３２Ｂは、周面を僅かに凹状にすることもできる。

３組の支持ローラ４０のそれぞれのローラ４２Ａ，４２Ｂ（図２では、ローラ４２Ｂは現れない。）は、周面がリングギア５０の両側面に全周にわたって形成されたカラー部５３の周面に等間隔の３箇所で当接するとともに、互いに対向する側面がリングギア５０の外歯５１の側面に接触している。

リングギア５０は、３組の支持ローラ４０によってローラセット１０内の固定された位置で軸支されている。３組の支持ローラ４０のそれぞれは、金属円筒管２００を挟んで３組の組ローラ３０のそれぞれに対向する側で３組の組ローラ３０と同位相の位置に配置されている。３組の組ローラ３０のそれぞれのローラ３２Ａ，３２Ｂから金属円筒管２００への押圧力の作用する方向に支持ローラ４０のそれぞれのローラ４２Ａ，４２Ｂが位置するため、リングギア５０の各ローラセット１０における位置が確実に維持される。

ギアドモータ２０、ピニオンギア３３、支持ローラ４０、リングギア５０、駆動ギア６０がこの発明の駆動機構に相当する。

矯正装置１００において５個のローラセット１０は互いに独立している。このため、ベース７０から１個以上のローラセット１０を取り外し、必要最小限の個数のローラセット１０を備えることができる。また、ベース７０及び駆動軸２１を延長し、１個以上のローラセット１０を追加することもできる。

ギアドモータ２０を駆動して駆動ギア６０を駆動軸２１とともに矢印ＲＡ方向に回転させると、リングギア５０が矢印ＲＢ方向に回転し、ピニオンギア３３とともにローラ３２Ａ，３２Ｂが矢印ＲＣ方向に回転する。矢印ＲＣ方向は、ローラ３２Ａ，３２Ｂの周面における金属円筒管２００と圧接する部分が図２の紙面手前側方向である金属円筒管２００の送り軸方向Ｄ１（図１（Ａ）参照。）の前方に向かう方向である。したがって、ローラ３２Ａ，３２Ｂが矢印ＲＣ方向に回転することにより、金属円筒管２００が送り軸方向Ｄ１の前方に向かって搬送される。

図３（Ａ）に示すように、各ローラセット１０において、組ローラ３０は、回転軸３１を金属円筒管２００の送り軸方向Ｄ１に対して所定の角度θだけ傾斜させて回転自在に保持している。このため、フレーム１１の互いに対向する垂直部材１１Ａ，１１Ｂには、自動調心軸受１３が備えられている。自動調心軸受１３は、送り軸方向Ｄ１に対して所定の角度θだけ傾斜した回転軸３１を軸支する。

なお、図３（Ａ）は、各ローラセット１０において３組の組ローラ３０のうち最上部に位置する１組の組ローラ３０の位置における平面断面図である。他の２組の組ローラ３０についても、回転軸３１の軸方向の中心位置を通る金属円筒管２００の法線方向から見た断面において、回転軸３１を送り軸方向Ｄ１に対して所定の角度θだけ傾斜させている。角度θは、５〜６度の角度であり、一例として５．５７度に設定されている。

また、ピニオンギア３３及びリングギア５０の外歯５１が平歯車である場合は、ピニオンギア３３の歯部が外歯５１の歯部に角度θで傾斜した状態で部分的に噛合することになるため、ピニオンギア３３及びリングギア５０の外歯５１を角度θで傾斜させることが好ましい。

図３（Ｂ）に示すように、各ローラセット１０において３組の組ローラ３０のうち少なくとも最上部に位置する１組の組ローラ３０を軸支する自動調心軸受１３は、垂直部材１１Ａ，１１Ｂ内で、調整ネジ１３１及び弾性体１３２によって上下に挟持されている。ロックナット１３３を弛めて調整ネジ１３１を正転又は逆転させることにより、回転軸３１が自動調心軸受１３とともに上下方向に移動する。最上部に位置する１組の組ローラ３０を他の２組の組ローラ３０に対して接離させることができ、３組の組ローラ３０のそれぞれのローラ３２Ａ，３２Ｂから金属円筒管２００の表面に作用する押圧力を調整することができる。

なお、弾性体１３２はスプリング又はウレタンゴム等の任意の材料で構成することができる。また、最上部に位置する１組の組ローラ３０だけでなく、３組の組ローラ３０の全てを図３（Ｂ）に示すように軸支することもできる。

以上のように構成された矯正装置１００で実施されるこの発明の矯正方法は、送り軸方向Ｄ１に対して角度θで傾斜した回転軸３１廻りに２個のローラ３２Ａ，３２Ｂを所定の間隔で配置した組ローラ３０を金属円筒管２００の周方向に等間隔で且つ送り軸方向Ｄ１の同一個所に３組備えて一段としたローラセット１０を送り軸方向Ｄ１に沿って５段に配列し、ローラ３２Ａ，３２Ｂの周面が金属円筒管２００の表面に圧接する状態で、ローラ３２Ａ，３２Ｂの周面における金属円筒管２００の表面に接触する部分が送り軸方向Ｄ１に向かう方向にローラ３２Ａ，３２Ｂを回転させる。

第１段のローラセット１０における３組の組ローラ３０の間に金属円筒管２００を挿入すると、第１段のローラセット１０に配置されたローラ３２Ａ，３２Ｂの回転によって金属円筒管２００が送り軸方向Ｄ１に沿って第２段以降のローラセット１０における３組の組ローラ３０の間を順に通過するように進行していく。

図４に示すように、金属円筒管２００が各ローラセット１０を通過する際に、金属円筒管２００の表面は各横断面ＣＳにおける周方向の３箇所の位置Ｐ１〜Ｐ３のそれぞれで、周方向に位相差を有する送り軸方向Ｄ１の前後２点で同時にローラ３２Ａ，３２Ｂの周面から押圧力を受ける。

横断面ＣＳは、位置Ｐ１において、送り軸方向Ｄ１に平行な方向ＡＤ１に対して角度θで傾斜した方向ＲＡ１上における周方向に位相差を有する送り軸方向Ｄ１の前後２点に、ローラ３２Ａ，３２Ｂの周面から押圧力Ｆ１Ａ，Ｆ１Ｂを受ける。また、横断面ＣＳは、位置Ｐ２において、送り軸方向Ｄ１に平行な方向ＡＤ２に対して角度θで傾斜した方向ＲＡ２上における周方向に位相差を有する送り軸方向Ｄ１の前後２点に、ローラ３２Ａ，３２Ｂの周面から押圧力Ｆ２Ａ，Ｆ２Ｂを受ける。さらに、横断面ＣＳは、位置Ｐ３において、送り軸方向Ｄ１に平行な方向ＡＤ３に対して角度θで傾斜した方向ＲＡ３上における周方向に位相差を有する送り軸方向Ｄ１の前後２点に、ローラ３２Ａ，３２Ｂの周面から押圧力Ｆ３Ａ，Ｆ３Ｂを受ける。これらの押圧力Ｆ１Ａ，Ｆ１Ｂ，Ｆ２Ａ，Ｆ２Ｂ，Ｆ３Ａ，Ｆ３Ｂが、各ローラセット１０において金属円筒管２００の断面ＣＳに同時に作用する。

送り軸方向Ｄ１に沿って搬送される金属円筒管２００の表面に全長にわたって押圧力Ｆ１Ａ，Ｆ１Ｂ，Ｆ２Ａ，Ｆ２Ｂ，Ｆ３Ａ，Ｆ３Ｂが、５個のローラセット１０において順次繰り返して作用すると、金属円筒管２００は、僅かに縮管されることで内部応力が均一化される結果、成形時に生じた反りが矯正されて真円度及び真直度が向上する。

一例として、長さ１０００ｍｍ、外径２２ｍｍ、厚さ１ｍｍのＳＵＳ製の金属円筒管２００では、図６（Ａ）〜（Ｃ）に示した成形後に、約１１．５ｍｍの反りを生じる場合がある。矯正装置１００の各ローラセット１０において、３組の組ローラ３０のローラ３２Ａ，３２Ｂが金属円筒管２００の表面に接触する状態から最上部の組ローラ３０を僅かに下降させ、約１１．５ｍｍの反りを生じた金属円筒管２００を各ローラセット１０に通過させると、外径が２１．８ｍｍに縮管され、表面にローラ痕を生じることなく、反りが０．５ｍｍに減少した。

この発明によれば、金属円筒管２００の径に応じた形状の鼓型ローラを用いることなく、簡単な構成で、金属円筒管２００の反りを矯正することができ、金属円筒管２００の真円度及び真直度を工場させることができる。

なお、上記の実施形態はいずれも一例であり、この発明はこれらに限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々の変更を加えることが可能である。

例えば、各ローラセットに備える組ローラの組数は３組以上であればよく、例えば図５（Ａ）又は（Ｂ）に示すように、各ローラセット１０に４組又は６組の組ローラ３０を備えることもできる。この場合に、組ローラ３０と同数組の支持ローラ４０をそれぞれが組ローラ３０のピニオンギア３３と同一の角度位置となるように配置することができる。

また、矯正装置１００に備えるローラセット１０は、５個に限るものではなく、矯正対象となる金属円筒管２００の素材、直径、厚さ等に応じて適宜増減することができる。

さらに、組ローラ３０において、ピニオンギア３３は、必ずしもローラ３２Ａ，３２Ｂの間に配置する必要はなく、ローラ３２Ａ，３２Ｂの何れか一方の外側に配置することもできる。

１０−ローラセット
２０−ギアドモータ
２１−駆動軸
３０−組ローラ
３１−回転軸
３２Ａ，３２Ｂ−ローラ
４０−支持ローラ
５０−リングギア
６０−駆動ギア
１００−矯正装置
Ｄ１−送り軸方向
２００−金属円筒管

Claims (6)

1. 金属円筒管の送り軸方向に対して傾斜した回転軸廻りに２個のローラが間隔を設けて配置された組ローラを前記金属円筒管の周方向に等間隔で且つ前記送り軸方向の同一個所に３組以上備えて一段としたローラセットを前記送り軸方向に沿って多段に配列し、
   前記２個のローラの周面が前記金属円筒管の表面に圧接する状態で、前記２個のローラの周面における前記金属円筒管の表面に接触する部分が前記送り軸方向の前方に向かう方向に前記２個のローラを回転させる金属円筒管の矯正方法。
2. 金属円筒管の送り軸方向に対して傾斜した回転軸廻りに２個のローラが間隔を設けて配置された組ローラを前記金属円筒管の周方向に等間隔で且つ前記送り軸方向の同一個所に３組以上備えて一段として、前記送り軸方向に沿って多段に配列された複数のローラセットと、
   前記２個のローラの周面における前記金属円筒管の表面に圧接する部分が前記送り軸方向の前方に向かう方向の回転を前記２個のローラに供給する駆動機構と、
   を備えた金属円筒管の矯正装置。
3. 前記組ローラは、前記送り軸方向に対して傾斜した回転軸であって前記２個のローラが間隔を設けて同軸上に固定された回転軸を備え、
   前記駆動機構は、前記回転軸に同軸上に固定されたピニオンギアと、内歯が前記ピニオンギアに噛合するリングギアと、前記リングギアの外歯に噛合する駆動ギアと、を前記ローラセットに備え、前記駆動ギアを駆動軸に固定した駆動源を備えた請求項２に記載の金属円筒管の矯正装置。
4. 前記ローラセットは、少なくとも１組の前記組ローラの回転軸を他の２組の前記組ローラの回転軸に対して接離自在に軸支するとともに前記リングギアを軸支するフレームを備えた請求項３に記載の金属円筒管の矯正装置。
5. 前記フレームは、周面が前記ピニオンギアの噛合位置と同位相の位置で前記リングギアに対して半径方向に当接する支持ローラを軸支する請求項４に記載の金属円筒管の矯正装置。
6. 前記ピニオンギアは、前記２個のローラよりも小径であり、前記２個のローラの間に配置した請求項３乃至５の何れかに記載の金属円筒管の矯正装置。

Images