JP4661869B2 - 穿孔機に用いられるプラグ - Google Patents

Description

本発明は、プラグに関し、さらに詳しくは、素材を穿孔して継目無管にする穿孔機に用いられる穿孔機用プラグに関する。

穿孔機に用いられるプラグは、加熱された素材（丸鋼片）を穿孔して中空素管にする。図１１に示すように、プラグ１００は、各々がパスラインＰＬに対して傾斜した一対の傾斜ロール１５０の間に配設される。プラグ１００が傾斜ロール１５０により周方向に回転させられた素材５０に押し込まれた後、穿孔機は、素材５０をその中心軸に沿って穿孔圧延して中空素管５１にする。

プラグ１００は穿孔圧延中の素材５０と接触し、素材５０から熱及び強圧下を受けるため、その表面が溶損しやすい。特開平９−２９３１０号公報に開示されているように、溶損したプラグは軸方向に改削され、再使用される。具体的には、図１２に示すように、プラグ１００の表面ＳＦ１に溶損１１０が発生したとき、表面の溶損１１０が無くなるまでプラグ１００を軸方向に改削する。このとき、改削後のプラグ表面ＳＦ２の形状は元の表面ＳＦ１の形状と同じにする。このように改削すれば、改削によりプラグ全長は短くなるものの、プラグの表面ＳＦ２は元の形状と同じであるため、再使用が可能となる。しかしながら、改削するごとにプラグの全長は短くなるため、改削回数に限りがある。したがって、再使用が可能であっても、溶損発生の頻度が高ければプラグの寿命は低下する。

特開昭５７−５０２３３号公報及び国際公開ＷＯ２００４／０５２５６９号パンフレットには、溶損の発生を抑制する形状を有するプラグが開示されている。図１３に示すように、これらの文献に開示されたプラグ２００は、先端から順に、半球状の先端部２０１と、円柱部２０２と、胴部２０３とで構成される。プラグ２００で素材５０を穿孔するとき、先端部２０１により穿孔された素材５０と円柱部２０２の表面との間に隙間ＩＳが生じる。このように、円柱部２０２は素材５０と接触しないため、素材からプラグ２００への入熱が抑制され、かつ、この隙間ＩＳにより、プラグ２００に蓄積された熱を放出できる。このため、プラグ２００は従来の形状のプラグ１００よりも溶損しにくい。

しかしながら、プラグ２００は改削して再使用することが困難である。図１４に示すように、円柱部２０２に図１２の溶損１１０と同程度の深さの溶損２１０が発生したとき、円柱部２０２を元の形状に戻すために必要な改削代Ｌｃが、プラグ１００の場合よりも過剰に大きくなる。なぜなら、円柱部２０２の外径は一定であるため、溶損２１０の長さとほぼ同じ長さ分改削しなければ、溶損２１０を除去できず、円柱部２０２を元の形状に戻せないからである。そのため、改削後のプラグ２００の全長が短くなり過ぎ、再使用が困難になる。

プラグ２００の改削代Ｌｃを小さくするためには、円柱部２０２の外径をプラグ先端側から後端側に向かって徐々に大きくしてテーパ形状とすればよい。しかし、テーパ形状にすれば、穿孔中の素材との間の隙間ＩＳがなくなり、素材とテーパ形状部分とが接触するため、溶損が発生しやすくなる。

本発明の目的は、溶損を抑制し、かつ、改削代を抑えて再使用することができるプラグを提供することである。

本発明者は、上述のプラグ２００のように先端部を有するプラグにおいて、先端部の球面の湾曲を緩やかにするほど、先端部により素材に形成される穴の径が大きくなると考えた。

図１Ａのプラグにおいて、先端部１０の表面形状は半球面である。つまり、先端部１０の曲率半径Ｒ１は先端部１０の長さＬ１と等しい。この場合、先端部１０により素材３０に形成された穴Ｈ０を拡張しようとする力は小さい。そのため、穴Ｈ０の径Ｄ_Ｈ０は小さく、素材３０の穴Ｈ０の表面と円柱部１６の表面との間の隙間ＩＳ０は小さい。

一方、図１Ｂのプラグでは、先端部１０の球面の湾曲が半球面よりも緩やかである。つまり、曲率半径Ｒ１が長さＬ１よりも大きい。この場合、先端部１０により素材３０に形成された穴Ｈ０を拡張しようとする力は、図１Ａの場合よりも大きくなる。そのため、穴Ｈ０の径Ｄ_Ｈ０は図１Ａよりも大きくなり、穴Ｈ０の表面と円柱部１６の表面との隙間ＩＳ１はＩＳ０よりも大きくなる。

したがって、曲率半径Ｒ１を長さＬ１よりも大きくし、先端部１０の球面の湾曲を緩やかにすれば、図１Ｂ中に点線で示すように、円柱部１６を、先端側外径Ｄ１が後端側外径Ｄ２よりも小さいテーパ形状を有するテーパ部１１に置き換えても、穴Ｈ０の表面がテーパ部１１の表面と接触することなく、穴Ｈ０の表面とテーパ部１１の表面との間に隙間ＩＳ２を形成することができる。そのため、テーパ部１１から隙間ＩＳ２に熱を放出することができ、溶損の発生を抑制できる。さらに、テーパ部１１はテーパ形状を有する。そのため、たとえ溶損が発生したとしても、外径が一定のＤ１である円柱部１６よりも改削代を抑えることができ、再使用が可能となる。

本発明者は、先端部１０の球面形状が異なる種々のプラグを準備して、プラグの先端部１０の形状と、溶損することなく穿孔圧延可能なテーパ部１１の形状との関係を調査した。具体的には、先端部１０の長さＬ１及び曲率半径Ｒ１と、テーパ部１１の外径Ｄ１及び外径Ｄ２とを変化させた種々のプラグを準備した。各プラグで素材３０を穿孔圧延し、先端部１０又はテーパ部１１に溶損が発生するまでに穿孔圧延できた素材本数を調査した。

調査結果を図２に示す。図中の横軸は、Ｌ１／Ｒ１を示す。先端部１０の球面の湾曲が緩やかになる程、Ｌ１／Ｒ１は小さくなる。Ｌ１／Ｒ１＝１．０のとき、先端部１０は半球面である。また、図中の縦軸は、Ｄ２／Ｄ１を示す。テーパ部１１の長さが一定の場合、Ｄ２／Ｄ１が大きいほど、テーパ部１１のテーパ角は大きくなる。

図中の「×」印は、溶損が発生するまでに穿孔圧延できた素材３０の本数（以下、圧延可能本数という）が０であったことを示す。つまり、この場合、１本目の素材３０の圧延終了後にプラグに溶損が発生したことを示す。図中「△」印は、圧延可能本数が１本であることを示し、「○」印は圧延可能本数が２本であることを示し、「◎」は圧延可能本数が３本以上であることを示す。圧延可能本数が２本以上である場合、溶損の発生が抑制されたと判断した。

図２を参照して、Ｌ１／Ｒ１が小さくなるにしたがって、圧延可能本数が２本以上となるＤ２／Ｄ１の最大値が大きくなった。先端部の球面の湾曲が緩やかになるほど、穴Ｈ０の径Ｄ_Ｈ０が大きくなるため、Ｄ２／Ｄ１を大きくても素材３０とテーパ部１１との間に隙間ＩＳが形成され、溶損の発生を抑制できたと考えられる。

しかしながら、Ｌ１／Ｒ１が０．５未満となったとき、Ｌ１／Ｒ１が小さくなっても、圧延可能本数が２以上となるＤ２／Ｄ１の最大値はほぼ１．４で一定となった。Ｌ１／Ｒ１をいくら小さくしても穴Ｈ０の径Ｄ_Ｈ０が大きくならず、ほぼ一定となったためと考えられる。穿孔中の素材３０は、プラグの先端部１０により穴Ｈ０を拡張する力を受けるが、それとともに、傾斜ロールにより穴Ｈ０を縮径する力も受ける。そのため、Ｌ１／Ｒ１が０．５未満になると、傾斜ロールから受ける力の影響により穴Ｈ０の拡張が収束すると考えられる。

以上の知見に基づいて、本発明者は以下の発明を完成した。

本発明によるプラグは、穿孔機に用いられる。プラグは、プラグの先端から後端に向かって順に先端部と、テーパ部と、胴部とを備える。先端部の表面はプラグの軸方向に凸の球面であり、その曲率半径はＲ１であり、先端部の長さはＲ１より短いＬ１である。テーパ部の表面は先端部の表面とつながり、テーパ部の先端側の外径はＤ１であり、テーパ部の後端側の外径はＤ１よりも大きいＤ２であり、テーパ部の長さはＬ２である。胴部の表面はテーパ部の表面とつながり、胴部の外径はプラグの先端から後端に向かって徐々に大きくなる。プラグは、式（１）を満たし、かつ、０＜Ｌ１／Ｒ１＜０．５のとき式（２）を満たし、０．５≦Ｌ１／Ｒ１＜１のとき式（３）を満たす。

０．５Ｄ１＜Ｌ１＋Ｌ２≦２．５Ｄ１ （１）

１．０＜Ｄ２／Ｄ１≦１．４ （２）

１．０＜Ｄ２／Ｄ１＜１．８−０．８Ｌ１／Ｒ１ （３）

本発明によるプラグは、先端部の曲率半径Ｒ１を先端部の長さＬ１よりも大きくする。これにより、先端部の球面の湾曲は緩やかになるため、半球状の先端部よりも素材に形成される穴の径を大きくすることができる。そのため、テーパ部が式（２）又は（３）を満足すれば、テーパ部がテーパ形状を有していても素材とテーパ部とが接触せず、素材とテーパ部との間に隙間が形成される。したがって、本発明によるプラグはテーパ形状を有していても溶損の発生を防止でき、かつ、テーパ形状を有するため、改削代を抑えて再使用することができる。

好ましくは、先端部のうちテーパ部と隣接する部分はコーナ半径を有する。

この場合、プラグ先端部の表面とテーパ部の表面とが、滑らかに連続的に形成される。そのため、穿孔中に先端部とテーパ部との隣接部分に過剰な負荷がかかるのを抑制することができ、隣接部分に溶損が発生するのを抑制できる。

本発明によるプラグは、穿孔機に用いられる。プラグは、プラグの先端から後端に向かって順にテーパ部と、胴部とを備える。テーパ部の先端側はプラグの横断面に並行な平面である。また、テーパ部の先端側の外径はＤ１であり、テーパ部の後端側の外径はＤ１よりも大きいＤ２であり、テーパ部の長さはＬ２である。胴部の表面はテーパ部の表面とつながり、胴部の外径はプラグの先端から後端に向かって徐々に大きくなる。プラグは、式（２）及び式（４）を満たす。

１．０＜Ｄ２／Ｄ１≦１．４ （２）

０．５Ｄ１＜Ｌ２≦２．５Ｄ１ （４）

本発明によるプラグは、その先端が曲面ではなく横断面に並行な平面である。そのため、素材に形成された穴を拡張する力が半球状の先端部の場合よりも大きくなり、素材の穴の径を大きくすることができる。穴の径を大きくすることができるため、テーパ部が式（２）及び（４）を満足すれば、テーパ部がテーパ形状を有していても素材とプラグとが接触しない。したがって、本発明によるプラグはテーパ形状を有していても溶損を防止できる。さらに、テーパ形状のため改削代を小さくでき、改削後に再使用することができる。

プラグ先端部の表面形状が、穿孔中の素材とプラグとの間に形成される隙間に与える影響を説明するための図である。 プラグ先端部の表面形状が、穿孔中の素材とプラグとの間に形成される隙間に与える影響を説明するための図１Ａと異なる他の例を示す図である。 プラグ先端部の表面形状及びプラグテーパ部の形状と、プラグが溶損するまでに穿孔圧延された素材本数との関係を示す図である。 本発明の実施の形態によるプラグの側面図である。 図３中の先端部及びテーパ部の拡大図である。 穿孔中の素材とプラグとの間に形成される隙間の形状について説明するための図である。 図３に示したプラグと異なる形状の他のプラグの側面図である。 図３及び図６に示したプラグと異なる形状の他のプラグの側面図である。 図３、図６及び図７に示したプラグと異なる形状の他のプラグの側面図である。 本実施例に使用したプラグの側面図である。 本実施例に使用した図９と異なる形状のプラグの側面図である。 従来の穿孔機及びプラグを示す図である。 従来のプラグの改削方法を説明するための図である。 図１１及び図１２と異なる形状の従来のプラグを用いた素材の穿孔圧延を説明するための図である。 図１３に示したプラグを改削した状態を説明するための図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［プラグの形状］

図３及び図４を参照して、本発明の実施の形態によるプラグ１は、先端から後端に向かって順に、先端部１０と、テーパ部１１と、胴部１２と、逃げ部１３とを備える。これらの横断面形状はいずれも円であり、表面は互いに連続的に形成されている。

先端部１０は、穿孔圧延時に素材（丸鋼片）の端面中心部に押し込まれ、素材の中心軸方向に穴Ｈ０を形成する役割を有する。先端部１０の表面は、軸方向に凸の球面１０１となっている。球面１０１の曲率半径Ｒ１は、先端部１０の長さＬ１よりも大きい。つまり、球面１０１の湾曲は、半球面の湾曲よりも緩やかである。そのため、先端部１０は、従来の半球状の先端部よりも素材に形成する穴Ｈ０の径Ｄ_Ｈ０を大きくすることができる。先端部１０で径Ｄ_Ｈ０を大きくすることにより、素材とテーパ部１１との間に隙間ＩＳを形成できる。

曲率半径Ｒ１が大きい程、球面１０１の湾曲が緩やかになり、球面１０１の表面積が小さくなる。先端部１０は素材と接触して素材から熱を受けるが、その球面の表面積が小さければ、素材から受ける熱量も小さくなる。球面１０１は半球面よりも表面積が小さくなるため、素材からの入熱を制限し、溶損の発生を抑制する。

テーパ部１１は、プラグ１内に蓄積された熱を素材とテーパ部１１との間の隙間ＩＳに放出することにより、プラグ１の溶損を抑制する役割を有する。また、テーパ部１１はテーパ形状であるため、改削代を小さくでき、プラグ１を再使用可能とする。

テーパ部１１の表面は先端部１０の表面と連続的に形成される。また、テーパ部１１の外径は、プラグ１の先端から後端に向かって徐々に大きくなり、先端側でＤ１であり、後端側でＤ１よりも大きいＤ２である。

胴部１２は、先端部１０により穴Ｈ０が開けられた素材（中空素管）を所望の形状にする役割を有する。具体的には、胴部１２は中空素管と接触して中空素管の内径を拡長するとともに、胴部１２と傾斜ロールとの間に中空素管を挟んで圧延することにより、中空素管の肉厚を所望の厚さにする。胴部１２の表面はテーパ部１１の表面と連続的に形成され、胴部１２の外径は、プラグ１の先端から後端に向かって徐々に大きくなる。

胴部１２は、プラグ１の先端側から順に、ワーク部１２１と、リーリング部１２２とで構成される。ワーク部１２１は、穿孔圧延中の中空素管の内径を拡張する役割を有し、その表面は円弧回転面である。リーリング部１２２は、中空素管の内径を所望の厚さにする役割を有し、テーパ形状を有する。

逃げ部１３は、中空素管の内面に疵が発生するのを防止する役割を有する。逃げ部１３の外径は、一定又はプラグ１の先端から後端に向かって徐々に小さくなる。そのため、逃げ部１３は、穿孔圧延中の中空素管の内面と接触せず、中空素管に内面疵が発生するのを防止できる。

［先端部及びテーパ部の形状］

上述のとおり、プラグ１は、穿孔圧延中の素材とテーパ部１１との間に隙間ＩＳを形成することで溶損を防止し、かつ、テーパ部１１がテーパ形状を有することにより改削代を低減できる。この効果を有効に得るために、プラグ１は以下の式（１）を満たし、かつ、式（２）又は式（３）を満たす。

０．５Ｄ１＜Ｌ１＋Ｌ２≦２．５Ｄ１ （１）

０＜Ｌ１／Ｒ１＜０．５のとき、１．０＜Ｄ２／Ｄ１≦１．４ （２）

０．５≦Ｌ１／Ｒ１＜１のとき、１．０＜Ｄ２／Ｄ１＜１．８−０．８Ｌ１／Ｒ１ （３）

［式（１）について］

穿孔圧延中の素材とプラグ１との間に隙間ＩＳを形成するためには、先端部１０及びテーパ部１１の長さ（Ｌ１＋Ｌ２）をある程度の長さにする必要がある。Ｌ１＋Ｌ２が短すぎれば、素材に形成された穴Ｈ０が拡張してテーパ部１１上に隙間ＩＳを形成する前に、素材が胴部１２と接触するため、隙間ＩＳが形成されない。式（１）に示すように、Ｌ１＋Ｌ２が０．５Ｄ１よりも大きければ、素材とテーパ部１１との間に隙間ＩＳを形成することができる。一方、先端部１０及びテーパ部１１の長さが長すぎれば、穿孔圧延中にテーパ部１１が座屈する。座屈を防止するため、式（１）に示すように、長さＬ１＋Ｌ２は２．５Ｄ１以下とする。

なお、Ｌ１＋Ｌ２の長さが長ければ、先端部１０及びテーパ部１１で溶損が発生しにくくなる。先端部１０及びテーパ部１１の熱容量が大きくなるためである。そのため、Ｌ１＋Ｌ２はある程度の長さであるのが好ましい。好ましくは、０．９Ｄ１≦Ｌ１＋Ｌ２≦２．５Ｄ１である。

［式（２）及び（３）について］

改削代を小さくするには、テーパ部１１をテーパ形状とするのが好ましい。テーパ形状にするためには、先端部１０により素材に形成される穴Ｈ０の径Ｄ_Ｈ０を大きくすればよい。

図１Ａ、図１Ｂ及び図２で示したように、先端部１０により素材に形成される穴Ｈ０の径Ｄ_Ｈ０は、先端部１０の球面１０１の湾曲の程度に依存する。すなわち、０．５≦Ｌ１／Ｒ１＜１．０の場合、Ｌ１／Ｒ１が小さくなる程、つまり、球面１０１の湾曲が緩やかになるほど、径Ｄ_Ｈ０は大きくなる。この場合、テーパ部１１の先端側外径Ｄ１と後端側外径Ｄ２とが式（３）を満たせば、テーパ部１１は素材との間に隙間ＩＳを形成できる。したがって、溶損を防止でき、かつ、改削代を小さくできる。

一方、球面１０１の湾曲がさらに緩やかになり、０＜Ｌ１／Ｒ１＜０．５となったとき、Ｌ１／Ｒ１が小さくなっても、素材の穴Ｈ０の径Ｄ_Ｈ０はあまり変化しない。この場合、外径Ｄ１及びＤ２が式（２）を満たせば、テーパ部１１は素材と接触しない。

式（２）及び（３）において、テーパ部１１のテーパ形状を決定する因子としてＤ１及びＤ２を用いた理由は以下の通りである。図５に示すように、素材３０に形成された穴Ｈ０の径Ｄ_Ｈ０は、先端部１０通過直後に急速に拡張するものの、その後は一定となる。先端部１０通過直後では、穴Ｈ０を拡張する力が大きいものの、その後は傾斜ロールから穴Ｈ０を縮径する力を受けるため、径Ｄ_Ｈ０がほぼ一定に収束すると考えられる。このように、Ｌ１＋Ｌ２が式（１）を満たす範囲では、径Ｄ_Ｈ０はほぼ一定となる。そのため、長さＬ２が図中のＬ２−１〜Ｌ２−３に変化しても、Ｄ２／Ｄ１は長さＬ２の変化に依存せずに決定できる。したがって、Ｄ２／Ｄ１を用いた式（２）又は（３）を満たせば、先端部１０の形状（Ｌ１／Ｒ１）に基づいて形成される穴Ｈ０の径Ｄ_Ｈ０に対応したテーパ部１１の形状を決定できる。

以上より、プラグ１の先端部１０の球面の湾曲を半球面よりも緩やかにすることで、素材の穴Ｈ０の径Ｄ_Ｈ０を大きくすることができ、これによりテーパ形状にしても隙間ＩＳを確保できる。そのため、式（１）を満たし、かつ、式（２）又は式（３）を満たせば、テーパ部１１をテーパ形状にしても、穿孔圧延中の素材がテーパ部１１と接触せず、溶損の発生を抑制できる。さらに、テーパ部１１がテーパ形状であるため、溶損しても改削代を小さくでき、改削後にプラグ１を再使用することができる。

図６に示すように、先端部１０のうちテーパ部１１との隣接部分１０２にコーナ半径Ｒ１０を設けてもよい。穿孔圧延される素材は、先端部１０の球面１０１の頂点で接触し、隣接部分１０２付近でプラグ１から離れる。プラグ１から離れるとき素材の塑性流動は大きくなるため、隣接部分１０２の表面がなめらかに形成されていなければ、隣接部分１０２で溶損が発生する場合がある。隣接部分１０２にコーナ半径Ｒ１０を設け、隣接部分１０２の表面をなめらかにすることにより、溶損の発生をより抑制できる。

図７に示すように、プラグ１のように先端部１０を有さず、テーパ部１１、胴部１２及び逃げ部１３からなるプラグ２０もプラグ１と同様の効果を生じる。この場合、テーパ部１１の先端側表面１１１は横断面に並行な平面である。先端側表面１１１により素材に形成される穴Ｈ０を拡張する力は、球面の場合よりも大きくなるため、先端側表面１１１により素材に形成される穴Ｈ０の径Ｄ_Ｈ０は、先端部１０により形成される場合よりも大きくなる。そのため、以下の式（４）及び式（２）を満たせば、テーパ部１１を設けても素材との間に隙間ＩＳを形成でき、テーパ部１１と素材とが接触しない。

１．０＜Ｄ２／Ｄ１≦１．４ （２）

０．５Ｄ１＜Ｌ２≦２．５Ｄ１ （４）

なお、図８に示すように先端側表面１１１にコーナ半径Ｒ２０を設けてもよい。この場合、図６の場合と同じ理由により溶損の発生をより抑制できる。

なお、本実施の形態によるプラグ１及び２０の材質は、周知のプラグと同じである。

図９、図１０及び表１に示す形状のプラグを用いて素材を穿孔圧延し、各プラグの寿命を調査した。

表１中の試験番号１〜１５、２０〜２４のプラグは、図９に示す形状とし、試験番号１６〜１９のプラグは図１０に示す形状とした。表１中の項目７〜１９の記号（寸法）は、図９及び１０中の記号に対応する。各プラグの材質はいずれも１．５％Ｃｒ−３％Ｎｉ鋼（ＪＩＳ規格におけるＳＮＣＭ６１６）とした。

穿孔圧延される素材は、直径７０ｍｍ、軸方向長さ４００ｍｍのＳＵＳ３０４鋼の丸鋼片とした。１２００℃に加熱された素材を各試験番号のプラグを備えた穿孔機で穿孔圧延し、外径７６ｍｍ、肉厚６ｍｍの中空素管とした。穿孔機の条件は表２のとおりとした。

試験方法は以下のとおりとした。各試験番号のプラグに溶損が発生するまで、１又は複数本の素材を穿孔圧延した。具体的には、１本の素材を穿孔圧延して中空素管にするごとに、プラグ表面を観察し、先端部及びテーパ部に溶損が発生しているか否かを目視により判断した。溶損が発生したと判断した場合、そのプラグを用いた穿孔圧延を終了し、溶損が発生するまでに穿孔圧延した素材の本数（圧延可能本数）をカウントした。たとえば、素材を３本穿孔圧延した後に溶損の発生を確認した場合、圧延可能本数を２本（表中「○」印）とした。また、素材を３本穿孔圧延した後でも溶損が発生していない場合、圧延可能本数を３本以上（表中「◎」印）とした。圧延可能本数が２以上である場合、溶損が抑制されたと判断した。一方、圧延可能本数が１本（表中「△」印）、又は０本（表中「×」印）の場合、溶損が抑制されなかったと判断した。

表１に調査結果を示す。試験番号４及び５は、表１中の項目６の値が式（１）を満たし、項目２及び項目３の値が式（３）を満たした。そのため、テーパ部が５．０、９．９ｄｅｇのテーパ半角αを有するにもかかわらず、圧延可能本数が２以上となり、溶損の発生が抑制された。先端部の球面の湾曲が半球面よりも緩やかであるため、素材に形成される穴Ｈ０の径Ｄ_Ｈ０が大きくなり、テーパ部と素材との間に隙間ＩＳを形成できたためと考えられる。また、先端部の球面の湾曲が緩やかで、半球面よりも表面積が小さいため、素材からの入熱が制限され、先端部に溶損が発生しなかったと考えられる。

また、試験番号７〜１４、２０〜２４のプラグは、項目６の値が式（１）を満たした。また、項目１（Ｌ１／Ｒ１）が０．５未満であり、項目２の値が式（２）を満足した。そのため、テーパ部が３．３〜２１．２ｄｅｇのテーパ半角αを有するにも関わらず、圧延可能本数が２本以上となり、溶損の発生を抑制できた。

試験番号１６〜１８のプラグは、式（４）及び式（２）を満足したため、テーパ部が６．１〜１２．０ｄｅｇのテーパ半角αを有するにも関わらず、圧延可能本数が２本以上となった。

一方、曲率半径Ｒ１が長さＬ１と等しい試験番号１のプラグは、圧延可能本数が１本であった。プラグを観察した結果、プラグ先端部に溶損が発生した。先端部形状が半球面であり表面積が大きかったため、素材からの入熱量が多くなり溶損したと考えられる。また、試験番号１と同様に曲率半径Ｒ１が長さＬ１と等しい試験番号２及び３のプラグは、圧延可能本数が０本であった。試験後のプラグを観察すると、先端部及びテーパ部に溶損が発生していた。先端部形状が半球状であるため、テーパ部と素材との間に隙間ＩＳを形成できず、テーパ部が素材と接触したと考えられる。

試験番号６のプラグは、項目２の値が項目３の値よりも大きく、式（３）を満たさなかった。そのため、圧延可能本数は１本であった。試験後のプラグを観察すると、先端部及びテーパ部に溶損が発生していた。式（３）を満たさなかったため、テーパ部が素材と接触し、先端部の入熱が大きくなったと考えられる。

試験番号１５及び１９のプラグは、項目２の値が１．４よりも大きく、式（２）を満たさなかった。そのため、圧延可能本数が１本であった。試験後のプラグを観察すると、先端部及びテーパ部に溶損が発生していた。式（２）を満たさなかったため、テーパ部が素材と接触し、先端部の入熱が大きくなったと考えられる。

試験番号２０〜２２のプラグはコーナ半径Ｒｃを有していないが、他の形状寸法は試験番号７〜９のプラグと同じである。具体的には、試験番号２０のプラグはコーナ半径Ｒｃを除いて試験番号７のプラグと同じ形状寸法である。同様に、試験番号２１のプラグは試験番号８と、試験番号２２のプラグは試験番号９とコーナ半径Ｒｃを除いてそれぞれ同じ形状寸法である。

実施例１での調査の結果、試験番号２０〜２２のプラグは、試験番号７〜９と同様に圧延可能本数が３以上であった。そこで、コーナ半径の効果を調査するために、試験番号７〜９及び２０〜２２のプラグについて、さらに圧延可能本数を調査した。

調査の結果、コーナ半径Ｒｃを有しない試験番号２０〜２２のプラグは、いずれも４本目の圧延後に先端部とテーパ部の隣接部分に溶損が発生した、つまり、試験番号２０〜２２の圧延可能本数は３本であった。これに対し、コーナ半径Ｒｃを有する試験番号７〜９のプラグは、５本目の圧延後に溶損が発生し、圧延可能本数が４であった。試験番号７〜９のプラグは、コーナ半径を有するため、溶損の発生をより抑制できたと考えられる。

先端部の球面形状と溶損の発生との関係を調査した。具体的には、テーパ部のテーパ半角αがほぼ同じであり、かつ、Ｌ１／Ｒ１が異なる試験番号７と１１、８と１２、９と１３のプラグについて、圧延可能本数を調査した。その結果、いずれのプラグも圧延可能本数は４本であった。そこで、これらのプラグについて溶損部分が無くなるまで軸方向に改削を行い、各プラグの改削代を調査した。具体的には、プラグを軸方向に０．５ｍｍずつ改削し、改削後に溶損部分が残存していないか目視により判断した。残存している場合、さらに軸方向に０．５ｍｍ改削した。表３に調査結果を示す。

表３を参照して、同程度のテーパ半角αを有する試験番号７と１１とでは、Ｌ１／Ｒ１が大きい試験番号７のプラグの方が、Ｌ１／Ｒ１が小さい試験番号１１のプラグよりも改削代が大きかった。同様に、試験番号８の方が、試験番号１２よりも改削代が大きく、試験番号９の方が試験番号１３よりも改削代が大きかった。つまり、Ｌ１／Ｒ１が大きい試験番号７〜９のプラグの方が、Ｌ１／Ｒ１が小さく、球面の湾曲がより緩やかである試験番号１１〜１３のプラグよりも溶損していた。

試験番号１１〜１３は、試験番号７〜９よりも先端部の球面の湾曲が緩やかである。そのため、試験番号１１〜１３の先端部の表面積は試験番号７〜９のものよりも小さく、素材からの入熱がより制限されたため、溶損を抑えることができたと考えられる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

Claims (3)

1. 穿孔機に用いられるプラグであって、
   前記プラグの先端から後端に向かって順に先端部と、テーパ部と、胴部とを備え、
   前記先端部の表面は前記プラグの軸方向に凸の球面であり、その曲率半径はＲ１であり、前記先端部の長さは前記Ｒ１より短いＬ１であり、
   前記テーパ部の表面は前記先端部の表面とつながり、前記テーパ部の先端側の外径はＤ１であり、前記テーパ部の後端側の外径はＤ１よりも大きいＤ２であり、前記テーパ部の長さはＬ２であり、
   前記胴部の表面は前記テーパ部の表面とつながり、前記胴部の外径は前記プラグの先端から後端に向かって徐々に大きくなり、
   式（１）を満たし、かつ、０＜Ｌ１／Ｒ１＜０．５のとき式（２）を満たし、０．５≦Ｌ１／Ｒ１＜１のとき式（３）を満たすことを特徴とするプラグ。
   ０．５Ｄ１＜Ｌ１＋Ｌ２≦２．５Ｄ１ （１）
   １．０＜Ｄ２／Ｄ１≦１．４ （２）
   １．０＜Ｄ２／Ｄ１＜１．８−０．８Ｌ１／Ｒ１ （３）
2. 請求項１に記載のプラグであって、
   前記先端部のうち前記テーパ部と隣接する部分はコーナ半径を有することを特徴とするプラグ。
3. 穿孔機に用いられるプラグであって、
   前記プラグの先端から後端に向かって順にテーパ部と、胴部とを備え、
   前記テーパ部の先端側は前記プラグの横断面に並行な平面であり、前記テーパ部の先端側の外径はＤ１であり、前記テーパ部の後端側の外径はＤ１よりも大きいＤ２であり、前記テーパ部の長さはＬ２であり、
   前記胴部の表面は前記テーパ部の表面とつながり、前記胴部の外径は前記プラグの先端から後端に向かって徐々に大きくなり、
   式（２）及び式（４）を満たすことを特徴とするプラグ。
   １．０＜Ｄ２／Ｄ１≦１．４ （２）
   ０．５Ｄ１＜Ｌ２≦２．５Ｄ１ （４）

Images