JP4780192B2 - ディスクロール及びそれを用いた継目無管の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ディスクロール及びそれを用いた継目無管の製造方法に関し、さらに詳しくは、穿孔圧延機に用いられるディスクロール及びそれを用いた継目無管の製造方法に関する。

継目無鋼管は、穿孔圧延機によりビレットを穿孔圧延することにより製造される。図１０及び図１１を参照して、穿孔圧延機１００は、パスセンタＯを中心に上下に配置される２つのディスクロール２００と、パスセンタＯを中心に左右に配置される２つの傾斜ロール３００とを備える。

図１１に示すように、ディスクロール２００の外周面２００Ｆの横断形状は凹状である。穿孔圧延中のビレット４００は、傾斜ロール３００により周方向に回転しながら前進する。このとき、ディスクロール２００の外周面２００Ｆはビレット４００と接触し、ビレット４００を拘束することによりビレットの揺れを抑えて穿孔圧延を安定化する。

ディスクロール２００の側面２００ＳＩ及び２００ＳＯのうち、周方向に回転するビレット４００の回転入り側に相当する側面２００ＳＩの外径は、周方向に回転するビレット４００の回転出側に相当する側面２００ＳＯの外径よりも大きい。ビレット４００の回転入り側でディスクロール２００の側面２００ＳＩと傾斜ロール３００との隙間（ギャップ）Ｇ１及びＧ２が広いと、回転中のビレット４００が隙間Ｇ１及びＧ２からはみ出す。このようなはみ出しはピーリング現象と呼ばれる。回転入り側の側面２００ＳＩの外径を大きくし、傾斜ロール３００との隙間Ｇ１及びＧ２を狭くすることにより、このようなピーリング現象は防止される。一方、回転出側の側面２００ＳＯの外径が回転入り側の側面２００ＳＩと同程度であれば、ビレット４００はディスクロール２００によって過度に拘束され、周方向に回転しにくくなる。そのため、側面２００ＳＯの外径は側面２００ＳＩよりも小さくする。

このようなディスクロール２００は、図１２に示すように、中心に駆動軸２０３を有する円板状の軸部材２０１と、軸部材２０１の外周に焼きばめにより取り付けられる円環部材２０２とで構成される。上述のとおり、円環部材２０２の外周面２００Ｆは、穿孔圧延中のビレット４００と接触するため、摩耗する。摩耗した円環部材２０２は、新品と交換される。

しかしながら、円環部材２０２はその外径が約１ｍ〜４ｍ程度と大型である。そのため、円環部材２０２は、運搬しにくく、軸部材２０１からの取り外し及び軸部材２０１への取り付けの作業負荷も大きい。また、円環部材２０２は、通常、ビレットを鍛造して一体成型される。したがって、製造工程が複雑であり、製造コストも高い。

特開平５−２７７５１１号公報（特許文献１）及び特開平８−２１５７１４号公報（特許文献２）には、ディスクロールに関する発明が開示されている。しかしながら、特許文献１の発明は穿孔用ロールとディスプロールとのギャップを小さくすることを目的とし、特許文献２の発明は、薄肉のホローシェルを高拡管比で穿孔圧延することを目的としている。つまり、ディスクロールの製造及び運搬の困難性を解決する発明ではない。

本発明の目的は、容易に製造及び運搬できるディスクロール及びそれを用いた継目無管の製造方法を提供することである。

本発明によるディスクロールは穿孔圧延機に用いられる。ディスクロールは、軸部材と円環部材とを備える。軸部材は、その中心にディスクロールの駆動軸を有し、円板状である。円環部材は、軸部材の外周に取り付けられ、円環部材の外周面の横断形状は凹状である。円環部材は、円周方向に配列される複数の円弧状部材からなる。

本発明によるディスクロールの円環部材は、同一円周方向に配列された複数の円弧状部材で構成されるため、円環部材を一体成型する必要がない。したがって製造コストを低減できる。また、各円弧状部材に分割することにより容易に運搬できる。

好ましくは、円環部材の一方の側面の外径は、他方の側面の外径よりも大きい。円弧状部材の各々は、内周面のうち、外径の大きい側面側の縁に沿って形成される内面凸条を有する。軸部材は、外周面の一方の側縁に沿って形成され、内面凸条と嵌合する外面凸条を有する。内面凸条及び外面凸条のうちの一方は、当該他方と対向する面にねじ孔を有する。内面凸条及び外面凸条のうちの他方は、ねじ孔に対向する位置に挿通孔を有し、挿通孔とねじ孔にねじを挿入して円弧状部材を軸部材に固着する。

この場合、円弧状部材が軸部材に取り付けられるとき、円弧状部材の内面凸条が軸部材の外面凸条と嵌合する。穿孔圧延中、ビレットはディスクロールの外径の大きい側面（以下、入り側面という）から外径の小さい側面（以下、出側面という）に回転しながら前進する。そのため、穿孔圧延の間、円弧状部材には、入り側面から出側面に向かう力が働き、内面凸条は外面凸条に付勢された状態を維持する。したがって、円弧状部材は、穿孔圧延中も軸部材から外れにくく、破損しにくい。

好ましくは、内面凸条及び外面凸条のうちの一方は、当該他方と対向する面上に円周方向に沿って形成された嵌合凸条を有する。内面凸条及び外面凸条のうちの他方は、嵌合凸条に対向する位置に嵌合凸条と嵌合する凹条を有する。

この場合、円弧状部材が軸部材に取り付けられるとき、嵌合凸条と凹条とが嵌合するため、円弧状部材は径方向（上下方向）にずれにくい。要するに、円弧状部材の径方向のがたつきが抑制される。したがって、円環状部材は、互いに隣接する円弧状部材の端部で段差が生じにくく、管に疵が発生するのを抑制する。

好ましくは、外面凸条は、内面凸条と対向する面にねじ孔を有し、内面凸条は、ねじ孔に対向する位置に挿通孔を有する。挿通孔の径は、入側からねじ頭の高さよりも深い所定位置までねじ頭の径よりも大きく、所定位置から出側までねじ頭の径よりも小さい。

この場合、ねじ頭を内面凸条内に埋め込むことができ、ねじ頭が入り側面から突出しない。穿孔圧延中のビレットにピーリング現象が発生することを抑制するため、ディスクロールの入り側面は、傾斜ロールに近づけてディスクロールと傾斜ロールとの間のギャップを小さくしなければならない。ねじ頭が入り側面から突出していれば、ギャップを小さくできない。ねじ頭を内面凸条内に埋め込むことにより、ねじ頭が入り側面から突出せず、ディスクロールと傾斜ロールとの間のギャップをより小さくすることができ、ピーリングの発生を抑制できる。

好ましくは、各円弧状部材の両端面は内周面に対して傾斜し、かつ、互いに隣接する円弧状部材は、互いに対向する端面で嵌合する。

穿孔圧延中のビレットの進行速度がディスクロールの回転速度と異なる場合、ビレット表面とディスクロールの外周面との間でビレットの進行方向に摺動が生じる。仮に、互いに隣接する円弧状部材の端部接触部に隙間が形成されれば、その隙間にビレットの一部が侵入しやすくなる。ビレットの一部が侵入すれば、円弧状部材の端部が割損しやすくなる。また、ビレットの一部の侵入により隙間が広がれば、円弧状部材の端部の角がビレットと接触しやすくなり、ビレットに疵が発生しやすくなる。両端面を内周面に対して傾斜させることにより、隣接する円弧状部材間に隙間が形成されても、ビレットの一部が隙間に侵入しにくくなり、端部の割損及び疵の発生を抑制できる。

本発明による継目無管の製造方法は、傾斜ロールと、上述のディスクロールとを有する穿孔圧延機を用いる。本発明の継目無管の製造方法は、傾斜ロールの回転数により決定されるビレットの進行速度がディスクロールの回転速度よりも速いか否かを判断するステップと、判断の結果、ビレットの進行速度がディスクロールの回転速度よりも速い場合、各円弧状部材の両端面の外周面側が内周面側よりもディスクロールの回転方向に傾斜したディスクロールを穿孔圧延機に設置し、ビレットの進行速度がディスクロールの回転速度よりも遅い場合、各円弧状部材の両端面の内周面側が外周面側よりもディスクロールの回転方向に傾斜したディスクロールを穿孔圧延機に設置するステップと、ディスクロールが設置された穿孔圧延機でビレットを穿孔圧延して継目無管にするステップとを備える。

この場合、ビレットの進行速度をディスクロールの回転速度と比較した結果を踏まえて、適用する円弧状部材を決定する。これにより、隣接する円弧状部材の端面接触部に仮に隙間が形成されても、その隙間は、外周面から内周面に向かって、ビレットのディスクロールに対する相対速度と反対の方向に延びる。その結果、穿孔圧延中にビレットの一部が隙間に侵入するのを抑制できる。

本発明の実施の形態によるディスクロールの側面図である。 図１Ａに示したディスクロールの正面図である。 図１中の領域５０の拡大図である。 図２中の線分ＩＩＩ−ＩＩＩの断面図である。 穿孔圧延時にディスクロールの円弧状部材に係る力を説明するための模式図である。 ビレットの進行速度がディスクロールの回転速度よりも大きい場合の穿孔圧延機の構成を示す模式図である。 ビレットの進行速度がディスクロールの回転速度よりも小さい場合の穿孔圧延機の構成を示す模式図である。 図３と異なる他の構成のディスクロールの断面図である。 図３及び図７と異なる他の構成のディルクロールの断面図である。 図３、図７及び図８と異なる他の構成のディスクロールの断面図である。 従来のディスクロールを用いた穿孔圧延機の側面図である。 ビレット出側から見た従来の穿孔圧延機の模式図である。 図１０及び図１１中のディスクロールの構成を示す模式図である。

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。

［構成］

図１Ａ及び１Ｂを参照して、ディスクロール１は、図１０及び図１１に示すディスクロール２００の代わりに穿孔圧延機１００に設置される。ディスクロール１は、軸部材１０と、軸部材１０の外周に嵌合される円環部材２０とを備える。

軸部材１０は、円板状であり、その中心にディスクロール１の駆動軸１６を有する。図１Ａ及び１Ｂでは、ディスクロール１全体の重量を減らすために、複数の貫通孔１７が円周方向に等間隔に形成されている。

円環部材２０は円環状であり、軸部材１０に嵌合される。円環部材２０の外周面の横断形状は凹状の弓形状である。なお、横断面形状は凹状の溝形状でもよい。この外周面は、穿孔圧延中のビレットと接触し、ビレットをある程度拘束することができ、ガイドとしての役割を果たす。

円環部材２０の２つの側面のうち、周方向に回転するビレットの回転入り側に相当する側面（以下、入り側面という）１ＳＩの外径は、ビレットの回転出側に相当する側面（以下、出側面という）１ＳＯの外径よりも大きい。穿孔圧延中のビレットにおいてピーリング現象が発生するのを防止するためである。

円環部材２０は、円周方向に１列に配列される複数の円弧状部材３０で構成される。各円弧状部材３０は、ねじを用いて軸部材１０の外周に固定される。

このように、本実施の形態によるディスクロール１の円環部材２０は、複数の円弧状部材３０で構成されるため、円環部材を一体成型する必要がない。そのため、製造コストを低減できる。また、各円弧状部材３０に分割することにより容易に運搬でき、軸部材１０へ容易に取り付け及び取り外しできる。

図２及び図３を参照して、各円弧状部材３０は、円環部材２０を分割されたものであり、その側面は円弧状である。円弧状部材３０の内周面３１には、入り側面３０ＳＩの縁に沿って凸条（以下、内面凸条という）３３が形成されている。内面凸条３３の嵌合面３４には、内面凸条３３の縁に沿って、つまり円周方向に沿って凸条（以下、嵌合凸条という）３５が形成されている。

これに対し、軸部材１０の外周面１１上には、その一方の側縁に沿って凸条（以下、外面凸条）１２が形成され、外面凸条１２の嵌合面１３のうち嵌合凸条３５に対向する位置には、凹条１４が形成される。

円弧状部材３０が軸部材１０に取り付けられるとき、円弧状部材３０の内面凸条３３が軸部材１０の外面凸条１２と嵌合し、かつ、嵌合凸条３５が凹条１４と嵌合する。内面凸条３３には、入り側面３０ＳＩから嵌合面３４に至る挿通孔３６が形成されている。外面凸条１２は、嵌合面１３のうち、挿通孔３６に対向する位置にねじ孔１５を有する。ねじ４０を挿通孔３６に挿入してねじ孔１５に螺着することで、各円弧状部材３０は軸部材１０に固着される。図２では、各円弧状部材３０の挿通孔３６は、ディスクロール１の円周方向に等間隔に３つ形成されているが、挿通孔３６の数は１つでもよいし、複数でもよい。

穿孔圧延中、図４に示すように、ビレット４００はディスクロール１の入り側面から出側面に回転しながら前進する。そのため、穿孔圧延中の円弧状部材３０には、入り側面３０ＳＩから出側面３０ＳＯに向かう力Ｆ０が働き、内面凸条３３は力Ｆ０により外面凸条１２に押しつけられる。したがって、円弧状部材３０は、穿孔圧延中にビレット４００から受ける力Ｆ０を利用して軸部材１０により固着される。また、穿孔圧延中にねじ４０に過剰な負荷が掛かりにくく、ねじ４０が破損しにくい。

図３に示すように、挿通孔３６には、ねじ４０のねじ頭４１が入る。そして、ねじ頭４１は、入り側面３０ＳＩから突出しない。具体的には、挿通孔３６のうち、ねじ４０の挿入側となる入り側面３０ＳＩからねじ頭４１の高さＬ０よりも深い深さＬ１までの挿通孔３６の径Ｄ１は、ねじ頭４１の径Ｄ０よりも大きい。深さＬ１から嵌合面３４までの挿通孔３６の径Ｄ２は、ねじ頭４１の径Ｄ０よりも小さい。

挿通孔３６をこのような形状にすることで、ねじ頭４１は内面凸条３３内に埋め込まれ、入り側面３０ＳＩから突出しない。穿孔圧延中のビレット４００にピーリング現象が発生するのを抑制するため、ディスクロール１の入り側面３０ＳＩは、傾斜ロール３００に近づけてディスクロール１と傾斜ロール３００との間のギャップＧ１及びＧ２をなるべく狭くしなければならない。もし、ねじ頭４１が入り側面３０ＳＩから突出していれば、その分ギャップＧ１及びＧ２を狭くできない。ねじ頭４１が内面凸条３３内に埋め込まれることにより、ギャップＧ１及びＧ２を狭くすることができ、ピーリング現象の発生を抑制できる。

図２に示すように、各円弧状部材３０の両端面３７は、平面であり、かつ、内周面３１に対して傾斜する。隣接する２つの円弧状部材３０は、互いに対向する端面３７で嵌合する。より具体的には、各円弧状部材３０の一方の端面３７は、内周面３１に対して角度θ°（０°＜θ＜１８０°）で傾斜し、他方の端面３７は、内周面３１に対して（１８０−θ）°で傾斜している。端面３７の一方の角度がθ°であり、他方の角度が１８０−θ°であるため、互いに隣接する円弧状部材３０の端面は、嵌合する。

このように、両端面３７を内周面３１に対して傾斜させることにより、以下に説明するように、穿孔圧延中において、互いに隣接する円弧状部材３０同士の接触部３８にビレット４００の一部が侵入することを防止できる。

［穿孔圧延］

以上の構成を有するディスクロール１を用いた継目無管の製造方法は、以下のとおりである。

初めに、使用する穿孔圧延機１００において、穿孔圧延時のビレット４００の進行速度が、ディスクロール１の回転速度よりも大きいか否かを判断する。穿孔圧延時のビレット４００の進行速度は、傾斜ロール３００の回転速度に基づいて算出される。したがって、実際に穿孔圧延する前に判断することができる。

判断の結果、図５に示すように、ビレット４００の進行速度Ｖ４００が、ディスクロール１の回転速度Ｖ１よりも大きいと判断された場合、各円弧状部材３０の端面３７のうち、外周面側３７１が内周面側３７２よりもディスクロールの回転方向に傾斜したディスクロール１が用いられる。なお、図５では傾斜ロールを省略している。

ビレット４００の進行速度がディスクロール１の回転速度と異なる場合、ビレット表面とディスクロール１の外周面３９との間でビレット４００の長手方向に摺動が生じる。その摺動は、円弧状部材３０と隣接する他の円弧状部材３０との接触部３８にビレット４００の一部が侵入する現象の要因となる。ビレット４００が侵入すれば、接触部３８に隙間が形成され、円弧状部材３０の端部が割損する場合が生じる。さらに、隙間が広くなれば、円弧状部材３０の端部の角部がビレットに疵をつけることが予想される。

図５の構成のディスクロール１では、仮に、接触部３８に隙間が形成されても、その隙間は、外周面３９から内周面３１に向かって、ビレットのディスクロール１の回転速度に対する相対速度Ｖｒの方向と逆向きに延びる。そのため、穿孔圧延中においてビレット４００の一部が隙間に侵入しにくく、円弧状部材３０の端部の割損やビレットの疵の発生を抑制できる。

また、ビレットの進行速度Ｖ４００が、ディスクロール１の回転速度Ｖ１よりも小さいと判断された場合、図６に示すように、各円弧状部材３０の端面３７のうち内周面側３７２が外周面側３７１よりもディスクロールの回転方向に傾斜したディスクロール１が用いられる。

この場合、仮に接触部３８に隙間が形成されても、その隙間は、外周面３９から内周面３１に向かって、ビレットのディスクロール１に対する相対速度Ｖｒの方向と反対方向に延びるため、ビレット４００の一部が隙間に侵入しにくい。

以上の方法により継目無管を製造することにより、円弧状部材３０の端部の割損を防止でき、ビレット表面に疵が発生するのを防止できる。

なお、図２の構成では、内面凸条３３の嵌合面３４の縁に沿って嵌合凸条３５を設けたが、図７に示すように、嵌合面３４の縁側以外の面上に嵌合凸条３５を円周方向に沿って形成してもよい。図８に示すように、嵌合面１３上に嵌合凸条３５が形成され、嵌合面３４に嵌合凸条３５に対応した凹条１４が形成されてもよい。また、軸部材１０の外面凸条１２に挿通孔３６を設け、円弧状部材３０の対応する位置にねじ孔１５を設けてもよい。さらに、図９に示すように、嵌合凸条３５及び凹条１４を形成せず、内面凸条３３及び外面凸条１２が嵌合してもよい。

本実施の形態では、２つのディスクロール１はパスセンタＯを中心に上下に配置されるとしたが、左右に配置されてもよい。この場合、傾斜ロール３００が上下に配置される。

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 (5)

1. 穿孔圧延機に用いられるディスクロールであって、
   前記ディスクロールの駆動軸を中心に有する円板状の軸部材と、
   前記軸部材の外周に取り付けられ、外周面の横断形状が凹状である円環部材とを備え、
   前記円環部材は、円周方向に配列される複数の円弧状部材からなり、
   前記円環部材の一方の側面の外径は、他方の側面の外径よりも大きく、
   前記円弧状部材の各々は、内周面のうち外径の大きい側面側の縁に沿って形成される内面凸条を有し、
   前記軸部材は、外周面の一方の側縁に沿って形成され、前記内面凸条と嵌合する外面凸条を有し、
   前記内面凸条及び外面凸条のうちの一方は、当該他方と対向する面にねじ孔を有し、前記内面凸条及び外面凸条のうちの他方は、前記ねじ孔に対向する位置に挿通孔を有し、前記挿通孔と前記ねじ孔にねじを挿入して前記円弧状部材を前記軸部材に固着することを特徴とするディスクロール。
2. 請求項１に記載のディスクロールであって、
   前記内面凸条及び外面凸条のうちの一方は、当該他方と対向する面に円周方向に沿って形成された嵌合凸条を有し、前記内面凸条及び外面凸条のうちの他方は、前記嵌合凸条に対向する位置に前記嵌合凸条と嵌合する凹条を有することを特徴とするディスクロール。
3. 請求項１に記載のディスクロールであって、
   前記外面凸条は、前記内面凸条と対向する面にねじ孔を有し、前記内面凸条は、前記ねじ孔に対向する位置に挿通孔を有し、
   前記挿通孔の径は、入側からねじ頭の高さよりも深い所定位置まで前記ねじ頭の径よりも大きく、前記所定位置から出側まで前記ねじ頭の径よりも小さいことを特徴とするディスクロール。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のディスクロールであって、
   前記各円弧状部材の両端面は内周面に対して傾斜し、かつ、互いに隣接する円弧状部材は、互いに対向する端面で嵌合することを特徴とするディスクロール。
5. 傾斜ロールを有する穿孔圧延機を用いた継目無管の製造方法であって、
   駆動軸を中心に有する円板状の軸部材と、前記軸部材の外周に取り付けられ、外周面の横断形状が凹状である円環部材とを備え、前記円環部材は、円周方向に配列される複数の円弧状部材からなり、前記各円弧状部材の両端面は内周面に対して傾斜し、かつ、互いに隣接する円弧状部材は互いに対向する端面で嵌合するディスクロールを準備するステップと、
   前記傾斜ロールの回転数により決定されるビレットの進行速度が前記ディスクロールの回転速度よりも速いか否かを判断するステップと、
   前記判断の結果、前記ビレットの進行速度が前記ディスクロールの回転速度よりも速い場合、前記各円弧状部材の両端面の外周面側が内周面側よりもディスクロールの回転方向に傾斜したディスクロールを前記穿孔圧延機に設置し、前記ビレットの進行速度が前記ディスクロールの回転速度よりも遅い場合、前記各円弧状部材の両端面の内周面側が外周面側よりもディスクロールの回転方向に傾斜したディスクロールを前記穿孔圧延機に設置するステップと、
   前記ディスクロールが設置された穿孔圧延機で前記ビレットを穿孔圧延して継目無管にするステップとを備えることを特徴とする継目無管の製造方法。

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