JP4930514B2 - 栓部材着脱装置 - Google Patents

Description

本発明は、栓部材着脱装置に関する。具体的には、本発明は、例えば油井管等の長尺の管の端部にねじ切り加工を行う際に、このねじ切り加工により生じる切粉等が管の内部に入り込むことを防ぐために管の端部の内部に装着される栓部材を管に装着し、又は管から取り外すための着脱装置に関する。

図５は、例えば油井管等の長尺の管の端部にねじ切り加工を行う状況を示す説明図である。図５に示すように、このねじ切り加工に際しては、ねじ切り加工を行われる管Ｐの端部の近傍をチャック１によって回転自在に支持する。ねじ切り加工は、この管Ｐを回転させながら、管Ｐとの相対位置を制御可能な切削バイト２を管Ｐの端部のねじ切り加工部に当接することにより、行われる。

このねじ切り加工の際に、油井管のような長尺の管の内部の奥にねじ切り加工により生じる切粉や切削油が入り込むと、その除去が難しいだけではなく除去のために余分な作業が必要になる。このため、例えば特許文献１には、ねじ切り加工に先立って管の端部の内部に栓部材を装着することにより、管の内部に切粉等が入り込むことを防ぐ発明が開示される。この特許文献１に開示される栓部材は、その外周面に設けられた溝にシール部材を嵌合して装着される。

しかし、管の端部へのこの栓部材の装着や端部からの栓部材の取り外しは、手作業で行わなければならない。このため、管のねじ切り加工工程の全自動化を阻害し、またねじ切り加工に要する時間が増加する。

特許文献２には、栓部材の本体の外周面に設けられた溝にシール部材を嵌合して装着するとともに、この本体の一方の端面に、管との脱着のための把持部を突出して設ける発明が開示される。この発明によれば、この把持部を着脱装置により把持することが可能になるので、管の端部への栓部材の装着や端部からの栓部材の取り外しを、栓部材の着脱装置により機械化して行うことができる。
特開平０７−２４６５０４号公報 特開平０７−１７１７０１号公報

特許文献２により開示された発明では、管の内部に装着された栓部材に、ねじ切り加工部側へ向けての把持部を突出させるので、この把持部にねじ切り加工により生じる切粉が巻き付き易い。切粉が把持部に巻き付いた状態で管の端部からの取り外しを着脱装置により行おうとすると、切粉が存在するために把持部を着脱装置により確実に把持することが難しくなるので、栓部材の取り外しを栓部材の着脱装置により行うことができない。

また、この発明に係る栓部材の着脱装置は、刃物台のタレットのポケットに取り付けられる。このため、管の端部に栓部材を着脱する際には、タレットの移動及び旋回という２つの動作を行う必要があり、栓部材の装着時間が増加するとともに、その駆動機構も複雑化する。

さらに、この発明に係る栓部材の装着装置を取り付けたポケットを使用できなくなるのみならず、栓部材の着脱部がこのポケット以外の近隣のポケットとも干渉するので、これら近隣のポケットも使用できなくなる。

本発明が解決しようとする課題は、管の内部に切粉等が入り込むことを防ぐために管の端部に装着される栓部材の取り外しを、栓部材の着脱装置により行うことができないことである。

また、本発明が解決しようとする課題は、この栓部材の着脱を着脱装置により行うと、栓部材の装着に長時間を要するとともに、栓部材の着脱装置を取り付けたポケットのみならず、このポケット以外の近隣のポケットとも干渉するので、近隣のポケットも使用できなくなることである。

本発明は、ねじ切り加工を行われる管の端部の内部に装着される栓部材であって、基端部及び先端部を有する外筒と、基端部と先端部との間の外筒の内部を往復移動自在に配置されるシャトルと、先端部に装着されてこの先端部の開口を閉塞するキャップと、一端をキャップに固定されるとともに他端をシャトルに固定されるシャトル押しばねとを備え、
外筒が、外周面に設けられて管との間を封止するシール部材を有するとともに基端部の内周面に設けられる周方向溝を有し、シャトルが、基端部の内部の所定の位置に配置され、望ましくは基端部の側の端面に形成される位置合せ用の嵌合部を有し、さらに、シャトル押しばねが、シャトルが所定の位置から先端部の側へ移動することによりこのシャトルを基端部の側へ向けて押すばね力を生じることを特徴とする栓部材を管に装着し、又は管から取り外すための栓部材着脱装置であって、外筒の内部に外筒の軸方向へ向けて外筒に対して相対的に移動自在に配置される保持筒体と、基端部の側から先端部の側へ向けて外径が小さくなる円錐状に形成された先端部を有するとともに保持筒体の内部に保持筒体の軸方向へ保持筒体に対して相対的に移動自在に配置されるロッドと、保持筒体及びロッドを独立して移動するための移動手段と、望ましくは、さらに、保持筒体に接続された外筒を有する栓部材の前方に配置され、栓部材を装着する管の端面を当接させることによって、栓部材と管との位置合わせと、管に対する栓部材の装着作業とを同時に行うためのストッパーとを備え、保持筒体が、周方向溝に係止することができるボールを保持筒体の外周面から外側へ突出しないように嵌入するボール嵌入孔を所定の位置に有するとともに、外筒の内部に基端部の側から挿入されることによりその先端がシャトルの基端部の側の端面に当接し、望ましくはその先端に形成された、シャトルの基端部の側の端面に形成された位置合せ用の嵌合部に嵌合する嵌合部を有し、ロッドが、保持筒体に対して相対的に移動して先端部が当接することによりボールを保持筒体の外周面よりも外側へ突出させて周方向溝に係合させることによって保持筒体と外筒とを連結し、又は保持筒体に対して相対的に移動して先端部が離反することによりボールをボール嵌入孔に嵌入することによって保持筒体と外筒との連結を開放することを特徴とする栓部材着脱装置である。

本発明によれば、栓部材の内部を保持して栓部材を着脱するので、ねじ切り加工により生じる切粉が栓部材に巻き付くことを完全に解消できる。このため、栓部材の管の端部への装着のみならず、管の端部からの取り外しをも栓部材の着脱装置により機械化して自動で行うことができる。

また、本発明によれば、管の位置合わせと、管に対する栓部材の装着作業とを同時に行うことができるので、栓部材の着脱に要するサイクルタイムを全体のサイクルタイムを通して見た場合短縮することができる。

栓部材の縦断面図である。 栓部材を連結して長尺の管の内部に挿入した際の本発明に係る栓部材着脱装置の要部を示す縦断面図である。 本発明に係る栓部材着脱装置を側面から見た全体図である。 図３におけるＡ−Ａ矢視図である。 従来の端部加工装置を示した概略図である。

符号の説明

１１ 栓部材
１２ 外筒
１２ａ 周方向溝
１３ シャトル
１３ａ 凹部
１４ キャップ
１５ シャトル押しばね
１６ａ、１６ｂ シール部材
２１ 栓部材着脱装置
２２ 保持部材
２２ａ ボール嵌入孔
２３ ロッド
２３ａ 先端部
２４、２５ 移動手段
２６ ボール
２７ ストッパー

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図１〜図４を参照しながら説明する。なお、以降の説明では管が油井管である場合を例にとる。
図１は、栓部材の縦断面図である。図２は、栓部材を連結して長尺の管の内部に挿入した際の本発明に係る栓部材着脱装置の要部を示す縦断面図である。図３は、本発明に係る栓部材着脱装置を側面から見た全体図である。さらに、図４は、図３におけるＡ−Ａ矢視図である。

図１において、符号１１は例えばねじ切り加工を施される油井管Ｐの管端の内部に装着される本発明に係る栓部材である。栓部材１１は、外筒１２、シャトル１３、キャップ１４及びシャトル押しばね１５により構成される。

外筒１２は、基端部（図１における右側の端部）及び先端部（図１における左側の端部）を有する。外筒１２は、装着される油井管Ｐの内面より若干大径の、例えば硬質ゴムからなるシール部材１６ａ、１６ｂをその外周面の両端部側に装着される。シール部材１６ａ、１６ｂは、油井管Ｐとの間を封止する。また、外筒１２の基端部の側（シール部材１６ａが装着される側）の内周面には、周方向溝１２ａが設けられる。周方向溝１２ａに、後述するボール２６が係合する。

図１に示す本実施の形態では、外筒１２の外周面に対するシール部材１６ａの位置決めは、外向きフランジを有する筒体１２ｂのフランジにより行い、シール部材１６ｂの位置決めはシール部材１６ａとの間に介在されるスペーサスリーブ１２ｃにより行う。

シャトル１３は、外筒１２の基端部の側の内部に通常時に配置される。シャトル１３は、基端部と先端部（基端部の反対の端部）の間の外筒の内部を移動自在に配置される。図１に示す本実施の形態では、シャトル１３における基端部の側の端面に、頂部が平面であって基端部の側から先端部の側へ向けて内径が小さくなる円錐状に形成された凹部１３ａが、位置合せ用の嵌合部として形成される。

キャップ１４は、外筒１２の先端部にねじ止めされて装着され、外筒１２の先端部に形成される開口を塞ぐ。そして、本実施の形態では、キャップ１４にナット１７をねじ止めすることにより、シール部材１６ａ、１６ｂをいずれも上述した位置に固定して位置決めする。

さらに、シャトル押しばね１５は、その一端をキャップ１４に固定されるとともに他端をシャトル１３に固定されて、外筒１２の内部に配置される。シャトル押しばね１５は、後述する栓部材着脱装置に連結されない時には、シャトル１３が外筒１２の基端側の内部の位置（図１により示す位置）に位置するように、シャトル１３を付勢する。図１に示す本実施の形態では、キャップ１４の中心に設けられた貫通孔を貫通する吊りボルト１８をシャトル１３にねじ込み、このねじ込み量を調整することによってシャトル１３が外筒１２の基端部の側の内部に存在するようにする。

栓部材１１は以上のように構成される。次に、本実施の形態の栓部材着脱装置２１を説明する。
栓部材１１は、図２及び図３に示す本発明の栓部材着脱装置２１によって油井管Ｐの管端部に自動的に着脱される。栓部材着脱装置２１は、保持筒体２２と、ロッド２３と、これら保持筒体２２及びロッド２３を独立して移動するための移動手段２４、２５とを備える。

保持筒体２２は、栓部材１１の外筒１２の内径よりも若干小さな外径を有し、栓部材１１の外筒１２の内部にその基端部の側から挿入されて、栓部材１１をいわば片持支持すべく、外筒１２の内部を、例えばアクチュエータ２４等の移動手段によって外筒１２の軸方向へ向けて移動自在に構成される。

保持筒体２２の所定位置には、例えば４個のボール嵌入孔２２ａが設けられ、これらのボール嵌入孔２２ａにボール２６がそれぞれ嵌入される。このボール２６は、外筒１２の内周面に設けられた周方向溝１２ａに係止することができる寸法を有する。ボール嵌入孔２２ａに嵌入されたボール２６は、保持筒体２２の外周面から外側へ突出しないように収容される。

また、図２に示す本実施の形態では、保持筒体２２の先端には、上述したシャトル１３に設けた位置合せ用の凹部１３ａに嵌合することができる円錐状のキャップ２２ｂが装着され、これにより、栓部材１１に対する保持筒体２２の位置合せを確実に行う。

ロッド２３は、保持筒体２２の内部に配置される。ロッド２３は、例えばアクチュエータ２５等の移動手段によって、保持筒体２２の内部をその軸方向へ向けて保持筒体２２に対して相対的に移動するように構成される。また、ロッド２３の先端部２３ａは、基端部の側から先端部の側へ向けて外径が小さくなる円錐状に形成される。

はじめに、保持筒体２２に設けられたボール嵌入孔２２ａが外筒１２に設けられた周方向溝１２ａに合致するまでアクチュエータ２４を作動することにより、保持筒体２２を外筒１２に対して相対的に移動する。次に、この状態で停止する保持筒体２２に対して、アクチュエータ２５を作動することによりロッド２３を相対的に移動することにより、ロッド２３の円錐状の先端部２３ａをボール２６に当接させ、これによりボール２６を保持筒体２２の外周面から外側に向けて突出させる。これにより、ボール２６は周方向溝１２ａに係合し、保持筒体２２と外筒１２とが連結される。

一方、このようにして保持筒体２２と外筒１２とが連結された状態で、ロッド２３を保持筒体２２に対して後退させることにより、ロッド２３の円錐状の先端部２３ａがボール２６から離反し、ボール２６はボール嵌入孔２２ａに嵌入することによって保持筒体２２と外筒１２との連結が開放される。

本実施の形態では、図３及び図４に示すように、保持筒体２２に接続された外筒１２を有する栓部材１１の前方にストッパー２７が配置される。ストッパー２７は、栓部材１１を装着する油井管Ｐの端面を当接させることによって、栓部材１１と油井管Ｐとの位置合わせと、油井管Ｐに対する栓部材１１の装着作業とを同時に行う。このストッパー２７は、油井管Ｐの曲がり等によって管端が保持筒体２２の中心とずれた場合でも、両者の位置合わせ（中心軸合わせ）を確実に行うことができるように、図４に示すように、隣り合う頂角の大きさが異なる菱形形状の頂角部分を円弧となしたものを示す。

このストッパー２７はアクチュエータ２８により支持される。このアクチュエータ２８を作動させて予め所定の位置にストッパー２７を位置決めすれば、栓部材１１を装着する際の油井管Ｐの位置決めに要するサイクルタイムをさらに低減することができる。

なお、図３及び図４における符号２９ａ〜２９ｄは、いずれも、ストッパー２７を支持するショックアブソーバを示しており、油井管Ｐの位置決め時に油井管Ｐがストッパー２７に当たった際のショックを吸収する。

従来、栓部材着脱装置を備える旋盤のような装置の場合、長尺の管に栓部材を装入する前工程で、まず栓部材着脱装置の内部に長尺の管をその長手方向へ搬送し、その後、長手方向の所定の位置に位置決めした後、栓部材を装着する。この際、所定の位置決めのためのストッパーは、管の長手方向の後方（管の搬送方向と反対側）に栓部材着脱装置が配置されるので、ストッパーは、管の搬送方向以外の方向（例えば上方向や下方向）からシリンダーによって、動作させざるを得ない。

このため、必然的にこのシリンダーの動作距離が長くなってストッパーの出し入れに長時間を要する。さらに、管の位置決め時のストッパーにはその動作方向とは異なる方向へ向けて管との衝突による外力が作用し、ストッパーの位置ズレや故障が頻発する等といった問題がある。

これに対し、本実施の形態では、栓部材１１を管端部に装着しようとする油井管Ｐの端面に当接させて油井管Ｐの位置決めを行うストッパー２７を、栓部材着脱装置２１と組み合わされる形態で保持筒体２２に連結された栓部材１１の前方に配置する。このため、シリンダー等によるストッパー２７の出し入れの時間を省略することができる。さらに、ストッパー２７を、油井管Ｐの搬送方向と異なる方向へ移動させないため、位置決めの際の油井管Ｐとの衝突による外力がストッパー２７に作用せず、ストッパー２７の故障等が発生し難い。

次に、本発明の栓部材着脱装置２１によって本発明の栓部材１１を、油井管Ｐの管端部に装着する状況を説明する。
先ず、油井管Ｐの位置決めを行った後、油井管Ｐの管端の近傍をフローティングチャック等によりパイプ先端の加工部分の芯を旋盤主軸の回転芯に合わせ、支持する。これにより、パイプと中栓の芯も合わされる。一方、栓部材１１と栓部材着脱装置２１とを、上述したように栓部材１１の外筒１２の周方向溝１２ａにボール嵌入孔２２ａが合致するまで保持筒体２２を外筒１２に挿入した状態で、ロッド２３を保持筒体２２に挿入することにより、図２に示すように連結しておく。

そして、アクチュエータ２４を作動することにより栓部材１１を接続した栓部材着脱装置２１を前進させ、図２に示すように栓部材１１を油井管Ｐの管端部に挿入する。
栓部材１１を挿入した後は、ロッド２３を保持筒体２２に対して後退することにより保持筒体２２と外筒１２とを分離して、栓部材着脱装置２１と栓部材１１との連結を解放する。その後、アクチュエータ２４を作動することにより、油井管Ｐの内部に栓部材１１を残留させたままで栓部材着脱装置２１を後退させて油井管Ｐから引き抜き、その後に油井管Ｐの所定の位置にねじ切り加工を行う。

このようにしてねじ切り加工を行った後は、上述した動作と逆の動作を行うことにより、油井管Ｐの管端部から栓部材１１を取り出す。
本実施の形態の栓部材１１は、栓部材１１の内部を保持して栓部材１１の着脱を行うので、ねじ切り加工に伴う切粉が栓部材１１に巻き付くことが完全に解消される。

また、本実施の形態によれば、栓部材着脱装置２１は、旋回動作を行うことなく前後進動作のみで、油井管Ｐの位置決めと、栓部材１１を油井管Ｐの管端部への脱着を栓部材着脱装置により行うことができる。

Claims (4)

1. ねじ切り加工を行われる管の端部の内部に装着される栓部材であって、基端部及び先端部を有する外筒と、前記基端部と前記先端部との間の前記外筒の内部を往復移動自在に配置されるシャトルと、前記先端部に装着されて該先端部の開口を閉塞するキャップと、一端を前記キャップに固定されるとともに他端を前記シャトルに固定されるシャトル押しばねとを備え、前記外筒は、外周面に設けられて前記管との間を封止するシール部材を有するとともに前記基端部の内周面に設けられる周方向溝を有し、前記シャトルは、前記基端部の内部の所定の位置に配置され、さらに、前記シャトル押しばねは、前記シャトルが前記所定の位置から前記先端部の側へ移動することにより該シャトルを前記基端部の側へ向けて押すばね力を生じることを特徴とする栓部材を前記管に装着し、又は前記管から取り外すための栓部材着脱装置であって、
   前記外筒の内部に該外筒の軸方向へ向けて該外筒に対して相対的に移動自在に配置される保持筒体と、前記基端部の側から前記先端部の側へ向けて外径が小さくなる円錐状に形成された先端部を有するとともに前記保持筒体の内部に該保持筒体の軸方向へ該保持筒体に対して相対的に移動自在に配置されるロッドと、該保持筒体及び前記ロッドを独立して移動するための移動手段とを備え、
   前記保持筒体は、前記周方向溝に係止することができるボールを該保持筒体の外周面から外側へ突出しないように嵌入するボール嵌入孔を所定の位置に有するとともに、前記外筒の内部に前記基端部の側から挿入されることによりその先端が前記シャトルの基端部の側の端面に当接し、
   前記ロッドは、該保持筒体に対して相対的に移動して前記先端部が当接することにより前記ボールを前記保持筒体の外周面よりも外側へ突出させて前記周方向溝に係合させることによって前記保持筒体と前記外筒とを連結し、又は前記保持筒体に対して相対的に移動して前記先端部が離反することにより前記ボールを前記ボール嵌入孔に嵌入することによって前記保持筒体と前記外筒との連結を開放すること
   を特徴とする栓部材着脱装置。
2. 前記シャトルは、前記基端部の側の端面に形成される位置合せ用の嵌合部を有すること
   を特徴とする請求項１に記載された栓部材着脱装置。
3. 前記保持筒体の先端に形成された、前記シャトルの基端部の側の端面に形成された位置合せ用の嵌合部に嵌合する嵌合部を有すること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載された栓部材着脱装置。
4. さらに、前記保持筒体に接続された前記外筒を有する前記栓部材の前方に配置され、該栓部材を装着する管の端面を当接させることによって、該栓部材と前記管との位置合わせと、該管に対する前記栓部材の装着作業とを同時に行うためのストッパーを備えること
   を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された栓部材着脱装置。

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