JP5908542B2 - テーパ鋼管の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、テーパ鋼管の製造方法及び製造装置に関する。

従来、直径の異なる鋼管、肉厚の異なる鋼管などを同じロールで製造する兼用ロールの製造方法が提案され、実用化されている。例えば、特許文献１には、帯鋼両端部に配置される一対のサイドロールと、帯鋼の中央の上方に配置される上中間ロールとを備える成形装置が開示されている。この成形装置は、サイドロールを上下移動させる油圧ジャッキと、サイドロールを左右方向に移動させる枠体と、サイドロールを円弧運動可能に軸支する支持体と、上中間ロールを上下動させる枠体とを備えたものである。このような成形装置では、予めサイドロール及び上中間ロールを所定の位置に配置すれば、目的の直径の鋼管や肉厚の異なる鋼管などの成形が同一ロールで成形できる。

特公平３−１２９７６号公報

しかしながら、特許文献１に記載された鋼管の製造方法は、成形しようとする鋼管の径に合わせて、事前にサイドロール及び上中間ロールの配置を固定するものである。このため、本成形方法は一様な口径の鋼管を製造することしかできない。

本発明は、鋼管の両端で口径が異なるテーパ鋼管の製造方法、及び製造装置を提供することを目的とする。

本発明のテーパ鋼管の製造方法は、ロールフラワーにおける複数の段階の形状のそれぞれに対応した複数の段階の成形ロールに帯鋼板を順に通過させて成形する成形工程を含む、鋼管の製造方法であって、複数の段階の成形ロールの各々は、帯鋼板の幅に応じて変化するロールフラワーの形状に対応するように移動制御可能に設けられており、成形工程では、複数の段階の成形ロールに帯鋼板を順に通過させながら、帯鋼板における通過している位置の幅に応じたロールフラワーの形状に対応するように、各段の成形ロールを移動制御することを特徴とする。

このようなテーパ鋼管の製造方法によれば、帯鋼板の幅に応じたロールフラワーに対応するように各成形ロールが移動制御されることになる。そのため、前端から後端までの間で幅が変化する帯鋼板を用いた場合には、幅に応じた径となるように各成形ロールが移動制御される。これにより、鋼管の両端で口径が異なるテーパ鋼管を製造することができる。

また、帯鋼板の幅に応じて変化するロールフラワーの形状は相似形であり、成形ロールの移動制御は、ロールフラワーの高さ方向の最上点と最下点との中間点の高さが、相似形に変化するロールフラワーで一致するように行われる。この場合、連続して鋼管を製造する際に鋼管に生じる歪みを最小にでき、板縁に座屈等の発生を抑えることができる。

また、成形工程における成形ロールの移動制御は、ＰＬＣ制御によって行われる。ＰＬＣ制御は、成形ロールの移動（例えば上下、左右、傾き）を予め決めた順序に従って、これらの動作を順次進めていくコンピュータ制御の方法である。従来はロール調整者がこれらの作業をそれぞれの段階の成形ロールで行っていた。この作業は容易でないほか、鋼管の直径が変わるたびにロールセットをやり直さなければならない。しかし、ＰＬＣ制御では、これらのロール調整を数値制御で行うことができるため、鋼管の直径変化に対して容易に対応できるほか、成形中に連続的に直径を変化させることもできるためテーパ鋼管の成形も可能になる。

また、成形工程の前段に、帯鋼板の幅方向の両端縁を所定形状に切断する切断工程を含む。これは、帯鋼板をテーパ鋼管に適したブランク材に加工しながらの成形であるため、所望の形状のテーパ鋼管を製造できる。

帯鋼板の幅は直線的な減少と直線的な増加を繰り返すブランク材を用いることによって連続的にテーパ鋼管を製造する。これによれば、直線的な減少の一ピッチ長さと直線的な増加の一ピッチ長さはテーパ鋼管の全長に対応している。

また、本発明のテーパ鋼管の製造装置は、ロールフラワーにおける複数の段階の形状のそれぞれに対応した複数の段階の成形ロールに帯鋼板を順に通過させて成形するテーパ鋼管の製造装置であって、複数の段階の成形ロールの各々は、帯鋼板の幅に応じて変化するロールフラワーの形状に対応するように移動制御可能に設けられており、複数の段階の成形ロールに帯鋼板を順に通過させながら、帯鋼板における通過している位置の幅に応じたロールフラワーの形状に対応するように、各段の成形ロールを移動制御する制御部を備えることを特徴とする。

このようなテーパ鋼管の製造装置によれば、帯鋼板の幅に応じたロールフラワーに対応するように各成形ロールが移動制御されることになる。そのため、前端から後端までの間で幅が変化する帯鋼板を用いた場合には、幅に応じた径となるように各成形ロールが移動制御される。これにより、鋼管の両端で口径が異なるテーパ鋼管を製造することができる。

本発明に係る鋼管の製造方法及び製造装置によれば、一端から他端までの間で径が変化するテーパ鋼管を製造することができる。

一実施形態におけるテーパ鋼管の製造装置を示す模式図である。 ダブルベンドフォーミング法による鋼管の成形工程を示すロールフラワー図である。（ａ）は大径側の断面、（ｂ）は小径側の断面図である。 （ａ）〜（ｉ）は、図２におけるロールフラワー図の各段階をそれぞれ示す。（ａ）〜（ｉ）には大径側、小径側の断面を重ね合せて記している。 テーパ鋼管の連続製造に用いるスリッター装置を示す正面図である。 テーパ鋼管の製造装置における１段目のロールスタンド、及び、ロール形状を示す正面図である。 テーパ鋼管の製造装置における２段目のロールスタンド、及び、ロール形状を示す正面図である。 テーパ鋼管の製造装置における３段目のロールスタンド、及び、ロール形状を示す正面図である。 テーパ鋼管の製造装置における４段目のロールスタンド、及び、ロール形状を示す正面図である。 テーパ鋼管の製造装置における５段目のロールスタンド、及び、ロール形状を示す正面図である。 テーパ鋼管の製造装置における６段目のロールスタンド、及び、ロール形状を示す正面図である。 テーパ鋼管の製造装置における７段目のロールスタンド、及び、ロール形状を示す正面図である。 テーパ鋼管の製造装置における８段目のロールスタンド、及び、ロール形状を示す正面図である。 テーパ鋼管の製造装置における９段目のロールスタンド、及び、ロール形状を示す正面図である。 （ａ）は切り板成形の場合のブランク材形状、（ｂ）は、連続成形の場合のブランク材形状を示す平面図である。 （ａ）〜（ｇ）は、他の実施形態に係るテーパ角管の製造装置の各ロールスタンドを示す正面図である。

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。便宜上、実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。なお、本発明は、一端から他端までを同一径の鋼管を製造することができる製造装置にも適用可能であるが、ここではテーパ鋼管の製造に適用した場合の一例について説明する。

図１に示されるように、テーパ鋼管の製造装置１は、帯鋼板の両板端部を長手方向にテーパ状に切断するスリッター装置２と、テーパ状に切断された帯鋼板を成形する複数のロールスタンド（成形ロール）Ｓとを備えている。これらのスリッター装置２及びロールスタンドＳは、製品断面の中心に対して左右対象に配置されている。鋼管の材料であるロール状に巻回された帯鋼板Ｐは、スリッター装置２によって幅方向の両端縁を所定の形状に切断された後に、複数のロールスタンドＳを通過することでテーパ鋼管に成形される。スリッター装置２及びロールスタンドＳの動作制御はＰＬＣ（Programmable Logic Controller）制御装置Ｃで行う。

この製造装置１では、複数のロールスタンドＳによってテーパ状に切断された帯鋼板Ｐを徐々に内側に曲げることによって管状の形に成形する。図２は、帯鋼板Ｐを各ロールスタンドＳによって順次曲げ成形を行った時の断面形状を段階的に示したものである（通常、これを「ロールフラワー図」と呼ぶ）。本実施形態では、図２の（ａ）と（ｂ）のロールフラワー図はテーパ鋼管の両端にあたる大径側、小径側の各曲げ工程における断面を示している。以下、大径側の各成形段階の断面をＦＡ１〜ＦＡ９、及び、小径側の各成形段階の断面をＦＢ１〜ＦＢ９とする。大径側、小径側の各段階のロールフラワー図において、断面端部（上端）と断面底部（下端）の間隔の中間の点を最終パイプ断面の中心点に一致させる方法で各ロールフラワーを描いている。図２はこのようにして描かれたＦＡ１（ＦＢ１）からＦＡ９（ＦＢ９）を重ね合わせて描いたものである。小径側のロールフラワーＦＢは、大径側のロールフラワーＦＡの０．８倍の比率の相似形となっている。また、同様に、テーパ鋼管における任意の位置でのロールフラワー（図示省略）は、当該位置における帯鋼板Ｐの幅に応じた比率で、ロールフラワーＦＡと相似する。

図３は、図２におけるロールフラワーＦＡ１〜ＦＡ９とロールフラワーＦＢ１〜ＦＢ９とを、中心点を一致させて段階ごとに重ね合わせて示したものである。本実施形態におけるテーパ鋼管の製造装置は、成形工程の各段において大口径側のロールフラワーＦＡ１〜ＦＡ９と一致する形状の成形ロールが組み込まれている。これは、鋼管の直径変化に対しても、常に、この大口径側に一致した成形ロールで成形することを意味する。成形する鋼管の直径変化にも対応できるようにするために、上下のロールは一体ものでなく、分割されたロールになっている。また、直径が変化していく鋼管の形状に分割されたロールが一致（対応）するように、分割されたロールの移動や傾けなどの調整が必要になる。本装置はこれらの成形ロールの位置調整を予めＰＬＣに記憶させることによって成形を行う。

図４は、ロールスタンドＳによる成形工程の前段階で、スリッターロールスタンド４によって帯鋼板Ｐの両端部を長手方向へ所定の角度に切断するためのスリッター装置２を示したものである。スリッター装置２は、スリッターロールスタンド４と、上下に設けられたスリッターロール３Ａ，３Ｂと、スリッターロール３Ａ，３Ｂを駆動する歯車７ａ，７ｂと、歯車７ａ，７ｂを強制駆動するサーボモータ７ｃとを備えている。

スリッター装置２は旋回盤８の上に搭載されている。これによって帯鋼板Ｐの両端部を長手方向へ所定の角度に切断するための角度調整を行う。旋回盤８の回転角度の制御はサーボモータ８ａで行う。

旋回盤８は、アクチュエータ９の上部に設置されている。アクチュエータ９は左右方向（帯鋼板Ｐの幅方向）に対する移動量を制御するためのものである。このため、切断されるブランク材の板幅を自在に変えることができる。この制御はサーボモータ９ａで行う。

例えば、図１４（ａ）に示されるような切り板成形用のブランク材の制作は、ＰＬＣ内蔵のＣＰＵ（ＰＬＣ制御装置Ｃ）によってスリッター装置を制御することでなされる。例えば、スリッターロール３Ａ，３Ｂの角度を予め決め、これのメモリー値でスリッターロールスタンド４の向きを変化させることで、所定の角度のブランク材を制作できる。図１４（ｂ）に示される連続成形用のブランク材では、図示の板縁の形状にスリッターロールスタンドが移動するようにすれば良い。

図５は、１段目の断面を成形するロールスタンド１０、ロール形状の正面図である。図示のように、１段目で成形される大口径側断面と小径側断面は図３（ａ）の部分であるが、これを枠体１１内に配置している。枠体１１において、帯鋼板Ｐを幅方向に成形するためのサイドロール１２（上側は上サイドロール１３、下側は下サイドロール１４）と、帯鋼板Ｐの中央部分を成形する中央ロール１７（上側は上中央ロール１５、下側は下中央ロール１６）との各ロールを備えている。

鋼管の口径が減少するにつれて、上サイドロール１３及び下サイドロール１４は中央に寄せる必要がある。さらに、若干ではあるが、上側への移動と上側サイドロールの内側への傾けが必要である。上サイドロール１３及び下サイドロール１４の断面中央への寄せはサーボモータ１４ｃ，１３ｄで行っている。上側への移動はサーボモータ１８ａ，１９ａで行っている。上サイドロールの傾け角度はサーボモータ１３ｃで制御している。

下サイドロール１４は、スタンド１４ａに形成された軸部１４ｂに回転自在に支持されており、サーボモータ１４ｃによって回転を制御されている。スタンド１４ａは、左右方向に移動自在なアクチュエータ１４ｄの上部に設けられている。アクチュエータ１４ｄは、サーボモータ１４ｅによって、その移動を制御されている。アクチュエータ１４ｄは、下部支持部１９の上部に設けられている。この下部支持部１９は、枠体１１の内側において左右方向にわたって設けられており、サーボモータ１９ａ及びアクチュエータ１９ｂによって上下動自在となっている。このような構成により、下サイドロール１４における回転動、上下動及び左右動の制御が可能となっている。

中央ロール１７は、帯鋼板Ｐを上面側から押す上中央ロール１５と、帯鋼板Ｐを下面側から押す下中央ロール１６とを備えている。上中央ロール１５は、支持ブラケット１５ａで支持されている。サーボモータ１５ｂによって上中央ロール１５の上下位置を制御することができる。また、下中央ロール１６は、支持ブラケット１６ａで支持されている。支持ブラケット１６ａは、サーボモータ１６ｂの制御によって上下動可能となるように構成されている。これにより、サーボモータ１６ｂによって下中央ロール１６の上下位置を制御することができる。

中央ロール１７の上下移動、ならびに、上サイドロール１３及び下サイドロール１４の上下方向への移動、中央側への寄せ、内側への傾けなどの４要素の制御を同時に、かつ、連続的に行うことによってテーパ鋼管の成形を可能にしている。

図６は２段目の断面を成形するロールスタンド、ロール形状の正面図である。図６に示されるように、２段目のロールスタンド２０は、枠体２１の内側において、帯鋼板Ｐの幅方向両端にそれぞれ設けられるサイドロール２２と、帯鋼板Ｐの幅方向中央に設けられる中央ロール２７とを備えている。サイドロール２２は、上サイドロール２３及び下サイドロール２４を備える。中央ロール２７は、上中央ロール２５及び下中央ロール２６を備える。これにより、ロールスタンド２０は、帯鋼板Ｐを２段目のロールフラワーＦＡ２，ＦＢ２に対応する形状に成形することができる。

上サイドロール２３は、支持ブラケット２３ａに回転自在に支持されている。支持ブラケット２３ａは、支持ピラー２３ｃに回転自在に支持されており、サーボモータ２３ｈによって回転制御されている。支持ピラー２３ｃは、サーボモータ２３ｄによって左右動自在に設けられたアクチュエータ２３ｅに固定されている。アクチュエータ２３ｅが設けられている上部支持部材２８は、サーボモータ２８ａ及びアクチュエータ２８ｂによって上下動自在となっている。このような構成により、上サイドロール２３では、上下動、左右動及び傾動の制御が可能となっている。

下サイドロール２４は、スタンド２４ａ及びサーボモータ２４ｃによって回転制御が可能なように支持されている。下部支持部材２９に設けられたスタンド２４ａは、サーボモータ２４ｅによって左右動自在となっている。下部支持部材２９はサーボモータ２９ａ及びアクチュエータ２９ｂによって上下動自在となっている。このような構成により、下サイドロール２４における、上下動及び左右動の制御が可能となっている。

また、上中央ロール２５は、支持ブラケット２５ａで支持されている。また、下中央ロール２６は支持ブラケット２６ａで支えられている。これらは、サーボモータ２５ｂ及びサーボモータ２６ｂによって上下移動の制御がなされる。

図７は３段目の断面を成形するロールスタンド３０、ロール形状の正面図である。図示のように、３段目は帯鋼板Ｐの左右部分を成形する上下サイドロール（上サイドロール３３、下サイドロール３４）、これを支持する支持台（支持ブラケット３３ａ、スタンド３４ａ）、枠体３１、及び、上下サイドロールの移動量と傾け角度を制御する制御装置から構成されている。詳細には、３段目から最終段までは、断面の中央部分を成形するためのロールを用いない方法をとっている。上サイドロール３３の上下移動と左右方向への移動制御はサーボモータ３８ａと３３ｄで行っている。この２制御の他に、上サイドロール３３を傾ける制御はサーボモータ３３ｈで行っている。下サイドロール３４の左右移動、上下移動もサーボモータ３４ｅ，３９ａで行っている。

図８は４段目の断面を成形するロールスタンド４０、ロール形状の正面図である。図示のように鋼管の成形が進行するにつれて、鋼管断面の左右部分を内側に寄せる成形のみで鋼管全体の真円度を高めることができる。

図８に示すように、サイドロール４３は、支持ブラケット４３ａ及びサーボモータ４３ｂによって回転制御が可能なように支持されている。支持ブラケット４３ａは、サーボモータ４３ｃによって左右に移動自在に設けられたアクチュエータ４３ｄから上向きに突設された支持ピラー４３ｅに支持されている。支持ピラー４３ｅには帯鋼板Ｐの長さ方向に平行な軸部４３ｆが設けられており、この軸部４３ｆに対して支持ブラケット４３ａが回転（傾動）自在に支持されている。支持ブラケット４３ａの下部には、一定の曲率で湾曲するように配置されたラック４３ｇが形成されている。このラック４３ｇは、アクチュエータ４３ｄに固定されたサーボモータ４３ｉの歯車と噛合している。これにより、サーボモータ４３ｉを制御することで、支持ブラケット４３ａ及びサイドロール４３の傾きを制御することができる。アクチュエータ４３ｄは、下部支持部４９から上側に向かって突設されている。この下部支持部４９は、サーボモータ４９ａ及びアクチュエータ４９ｂによって上下動自在となっている。このような構成により、サイドロール４３における回転動、上下動、左右動及び傾動の制御が可能となっている。

図９に示されるように、５段目のロールスタンド５０は、枠体５１の内側に設けられて、帯鋼板Ｐの幅方向の両端を内側に向かって押圧する左右一対のサイドロール５３を備えている。サイドロール５３は、支持ブラケット５３ａ及びサーボモータ５３ｂによって回転制御が可能なように支持されている。支持ブラケット５３ａは、サーボモータ５３ｃによって左右に移動自在に設けられたアクチュエータ５３ｄから上向きに突設された支持ピラー５３ｅに支持されている。支持ピラー５３ｅには帯鋼板Ｐの長さ方向に平行な軸部５３ｆが設けられており、この軸部５３ｆに対して支持ブラケット５３ａが回転（傾動）自在に支持されている。支持ブラケット５３ａの下部には、一定の曲率で湾曲するように配置されたラック５３ｇが形成されている。このラック５３ｇは、アクチュエータ５３ｄに固定されたサーボモータ５３ｉの歯車と噛合している。これにより、サーボモータ５３ｉを制御することで、支持ブラケット５３ａ及びサイドロール５３の傾きを制御することができる。アクチュエータ５３ｄは、下部支持部５９から上側に向かって突設されている。この下部支持部５９は、サーボモータ５９ａ及びアクチュエータ５９ｂによって上下動自在となっている。このような構成により、サイドロール５３における回転動、上下動、左右動及び傾動の制御が可能となっている。

図１０に示されるように、６段目のロールスタンド６０は、枠体６１の内側に設けられて、帯鋼板Ｐの幅方向の両端を内側に向かって押圧する左右一対のサイドロール６３を備えている。サイドロール６３は、支持ブラケット６３ａ及びサーボモータ６３ｂによって回転制御が可能なように支持されている。支持ブラケット６３ａは、サーボモータ６３ｃによって左右に移動自在に設けられたアクチュエータ６３ｄから上向きに突設された支持ピラー６３ｅに支持されている。支持ピラー６３ｅには帯鋼板Ｐの長さ方向に平行な軸部６３ｆが設けられており、この軸部６３ｆに対して支持ブラケット６３ａが回転（傾動）自在に支持されている。支持ブラケット６３ａの下部には、一定の曲率で湾曲するように配置されたラック６３ｇが形成されている。このラック６３ｇは、アクチュエータ６３ｄに固定されたサーボモータ６３ｉの歯車と噛合している。これにより、サーボモータ６３ｉを制御することで、支持ブラケット６３ａ及びサイドロール６３の傾きを制御することができる。アクチュエータ６３ｄは、下部支持部６９から上側に向かって突設されている。この下部支持部６９は、サーボモータ６９ａ及びアクチュエータ６９ｂによって上下動自在となっている。このような構成により、サイドロール６３における回転動、上下動、左右動及び傾動の制御が可能となっている。

図１１に示されるように、７段目のロールスタンド７０は、枠体７１の内側に設けられて、帯鋼板Ｐの幅方向の両端を内側に向かって押圧する左右一対のサイドロール７３を備えている。サイドロール７３は、支持ブラケット７３ａ及びサーボモータ７３ｂによって回転制御が可能なように支持されている。支持ブラケット７３ａは、サーボモータ７３ｃによって左右に移動自在に設けられたアクチュエータ７３ｄから上向きに突設された支持ピラー７３ｅに支持されている。支持ピラー７３ｅには帯鋼板Ｐの長さ方向に平行な軸部７３ｆが設けられており、この軸部７３ｆに対して支持ブラケット７３ａが回転（傾動）自在に支持されている。支持ブラケット７３ａの下部には、一定の曲率で湾曲するように配置されたラック７３ｇが形成されている。このラック７３ｇは、アクチュエータ７３ｄに固定されたサーボモータ７３ｉの歯車と噛合している。これにより、サーボモータ７３ｉを制御することで、支持ブラケット７３ａ及びサイドロール７３の傾きを制御することができる。アクチュエータ７３ｄは、下部支持部６９から上側に向かって突設されている。この下部支持部７９は、サーボモータ７９ａ及びアクチュエータ７９ｂによって上下動自在となっている。このような構成により、サイドロール７３における回転動、上下動、左右動及び傾動の制御が可能となっている。

図１２に示されるように、８段目のロールスタンド８０は、枠体８１の内側に設けられて、帯鋼板Ｐの幅方向の両端を内側に向かって押圧する左右一対のサイドロール８３を備えている。サイドロール８３は、支持ブラケット８３ａ及びサーボモータ８３ｂによって回転制御が可能なように支持されている。支持ブラケット８３ａは、サーボモータ８３ｃによって左右に移動自在に設けられたアクチュエータ８３ｄから上向きに突設された支持ピラー８３ｅに支持されている。支持ピラー８３ｅには帯鋼板Ｐの長さ方向に平行な軸部８３ｆが設けられており、この軸部８３ｆに対して支持ブラケット８３ａが回転（傾動）自在に支持されている。支持ブラケット８３ａの下部には、一定の曲率で湾曲するように配置されたラック８３ｇが形成されている。このラック８３ｇは、アクチュエータ８３ｄに固定されたサーボモータ８３ｉの歯車と噛合している。これにより、サーボモータ８３ｉを制御することで、支持ブラケット８３ａ及びサイドロール８３の傾きを制御することができる。アクチュエータ８３ｄは、下部支持部６９から上側に向かって突設されている。この下部支持部８９は、サーボモータ８９ａ及びアクチュエータ８９ｂによって上下動自在となっている。このような構成により、サイドロール８３における回転動、上下動、左右動及び傾動の制御が可能となっている。

図１３は９段目の断面を成形するロールスタンド９０、ロール形状の正面図である。図示のように最終段の成形は４個のロール（上ロール９２、下ロール９３、左ロール９４及び右ロール９５）によって、断面を上下、左右から絞り込む成形をとっている。

上ロール９２は支持ブラケット９２ａに固定されている。支持ブラケット９２ａはサーボモータ９２ｃによって上ロール９２を鋼管中央に移動させる。他の下ロール９３、左ロール９４及び右ロール９５も同様な機構で鋼管中央に移動させる機構をとっている。

このような構成を備えたテーパ鋼管の製造装置１の動作について、以下に説明する。

まず、幅が一定な帯鋼板Ｐの両板縁を、長手方向に所要のテーパ角度をもつブランク材となるようにスリッター装置２で切断する（切断工程）。連続生産を可能にするためのブランク材の形状は、図１４（ｂ）に示されるように、製品長さを１ピッチとして周期的に板幅が、前端Ｐｃから後端側にかけて、広い状態から狭い状態に、また狭い状態から広い状態にと、繰り返すように切断されている。また、１本のみ製造する場合には、図１４（ａ）に示されるように、前端Ｐａから後端Ｐｂに向かって一定の割合で直線的に幅が狭くなるように切断される。これらの制御はＰＬＣ制御で行われる。

続いて、スリッター装置２を通過した帯鋼板Ｐは、１段目の上下ロール（サイドロール１２、中央ロール１７）の形状に沿った形状に曲げ成形する。テーパ鋼管はこのロール内で順次直径を減少させる成形を行うが、このために、上下のロールの位置、傾きを変える必要がある。このロールの位置調整（位置制御）、傾き調整（姿勢制御）はＰＬＣ制御で行う。特に、初段の成形は板縁を円弧状に成形する重要な箇所であるためにロール形状も他のロールとは異なる設計がなされている。

図５には、１段目を通過している帯鋼板Ｐの前端の形状Ｐａ１と、後端の形状Ｐｂ１とがそれぞれ示されている。この形状Ｐａ１，Ｐｂ１は、図３における１段目のロールフラワーＦＡ１，ＦＢ１の形状に対応している。スリッター装置２を通過した帯鋼板Ｐが、ロールスタンド１０に進入すると、まず前端Ｐａの広い幅に対応するようにサイドロール１２及び中央ロール１７が移動制御される。図５に示されるように、サイドロール１２及び中央ロール１７によって押圧変形された帯鋼板Ｐの形状は、１段目におけるロールフラワーＦＡ１の形状となる。帯鋼板Ｐがロールスタンド１０を通過するにつれて、帯鋼板Ｐにおけるサイドロール１２及び中央ロール１７によって押圧されている位置の幅が徐々に狭くなる。このとき、帯鋼板Ｐの幅の比率に応じて、１段目のロールフラワーの相似形に対応するように、サイドロール１２及び中央ロール１７が移動制御される。すなわち、サイドロール１２及び中央ロール１７は、帯鋼板Ｐの幅が徐々に狭くなるにつれて、帯鋼板Ｐの後端Ｐｂにおける１段目のロールフラワーＦＢ１の形状に対応する位置（帯鋼板Ｐの形状Ｐｂ１の位置）まで徐々に移動するように制御される。そして、帯鋼板Ｐの後端Ｐｂがサイドロール１２及び中央ロール１７によって押圧されるときには、図５に示されるロールフラワーＦＢ１に対応する位置にサイドロール１２及び中央ロール１７が移動されている。

２段目のロールスタンド２０も第１段の成形と同様に、中央ロール２７の上側への移動、サイドロール２２の中央への寄せ移動、傾けを行う。これらの移動の制御はＰＬＣ制御装置Ｃによって同時に行われる。また、３者の制御を同時に連続して行うためテーパ鋼管の成形が可能になる。このように２段目のロールスタンド２０でも、帯鋼板Ｐの前端Ｐａでは帯鋼板Ｐの形状Ｐａ１の位置に対応してサイドロール２２及び中央ロール２７が移動制御され。

以下、同様にして、３段目では、通過する帯鋼板Ｐの幅の比率に応じて、ロールフラワーの３段目の相似形に対応するように、帯鋼材の前端Ｐａに対応する位置（形状Ｐａ３の位置）から後端Ｐｂに対応する位置（形状Ｐｂ３の位置）まで上サイドロール３３及び下サイドロール３４が移動制御される。４段目では、通過する帯鋼板Ｐの幅の比率に応じて、ロールフラワーの４段目の相似形に対応するように、帯鋼材の前端Ｐａに対応する位置（形状Ｐａ４の位置）から後端Ｐｂに対応する位置（形状Ｐｂ４の位置）までサイドロール４３が移動制御される。５段目では、通過する帯鋼板Ｐの幅の比率に応じて、ロールフラワーの５段目の相似形に対応するように、帯鋼板Ｐの前端Ｐａに対応する位置（形状Ｐａ５の位置）から後端Ｐｂに対応する位置（形状Ｐｂ５の位置）までサイドロール５３が移動制御される。６段目では、通過する帯鋼板Ｐの幅の比率に応じて、ロールフラワーの６段目の相似形に対応するように、帯鋼材の前端Ｐａに対応する位置（形状Ｐａ６の位置）から後端Ｐｂに対応する位置（形状Ｐｂ６の位置）までサイドロール６３が移動制御される。７段目では、通過する帯鋼板Ｐの幅の比率に応じて、ロールフラワーの７段目の相似形に対応するように、帯鋼板Ｐの前端Ｐａに対応する位置（形状Ｐａ７の位置）から後端Ｐｂに対応する位置（形状Ｐｂ７の位置）までサイドロール７３が移動制御される。８段目では、通過する帯鋼板Ｐの幅の比率に応じて、ロールフラワーの８段目の相似形に対応するように、帯鋼板Ｐの前端Ｐａに対応する位置（形状Ｐａ８の位置）から後端Ｐｂに対応する位置（形状Ｐｂ８の位置）までサイドロール８３が移動制御される。

最終段は鋼管の最終仕上げと鋼管の真円度を高めるための成形である。このため、鋼管の左右、上下から鋼管を絞り込むように各ロールを鋼管中心にむけて移動する機構の装置にしている。具体的には架台に取り付けられたアクチュエータによって上ロール９２、下ロール９３、左ロール９４及び右ロール９５を、帯鋼板Ｐの前端Ｐａに対応する位置（形状Ｐａ９の位置）から後端Ｐｂに対応する位置（形状Ｐｂ９の位置）まで移動制御する。このようにして、テーパ状に成形された帯鋼板Ｐは、幅方向の端部同士が溶接されることで、テーパ鋼管となる。

以上、本実施形態に係る鋼管の製造装置１によれば、帯鋼板Ｐの幅に応じたロールフラワーに対応するように上下ロールが移動制御されることになる。そのため、前端Ｐａから後端Ｐｂまでの間で幅が変化する帯鋼板Ｐを用いた場合には、幅に応じた径となるように上下ロールが移動制御される。これにより、前端Ｐａから後端Ｐｂまでの間で径が変化する鋼管を製造することができる。

また、帯鋼板Ｐの幅に応じて変化するロールフラワー（例えば、ロールフラワーＦＡ，ＦＢ）の形状が相似形であるため、連続的に幅が変化すると、ロールフラワーの形状も幅に応じて連続的に変化する。これにより、上下ロールを無理なく移動制御することができる。

また、上下ロールの移動制御は、ロールフラワーの中間位置が、相似形に変化するロールフラワー（例えば、ロールフラワーＦＡ，ＦＢ）で一致するように行われるため、ロールスタンドＳを通過する前と後とで、帯鋼板Ｐが傾き難くなる。これにより、特に連続してテーパ鋼管を製造する際に鋼管に歪み等が発生しにくい。

また、成形工程における上下ロールの移動制御は、ＰＬＣ制御によって行われるため、鋼管を多品種少量生産する場合にも好適に用いられる。

また、成形工程の前段に、帯鋼板Ｐの幅方向の両端縁を所定形状に切断する切断工程を含むことで、同じ幅をもった帯鋼板Ｐをテーパ鋼管に適したブランク材に加工しながら、連続的に鋼管の製造を行うことができる。

なお、本実施形態に係る鋼管の製造装置１によれば、上記のようなテーパ鋼管を好適に製造することができるが、径が変化しない同一経の鋼管ももちろん製造することができる。このとき、第１の径の鋼管を製造する際には、ＰＬＣ制御装置Ｃにより上下ロールを第１の径の鋼管のロールフラワーに対応するように移動させればよい。その後、これとは異なる第２の径の鋼管を製造する場合は、ＰＬＣ制御装置Ｃにより上下ロールを第２の径の鋼管のロールフラワーに対応するように移動させればよい。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではない。例えばブランク材の形状は、例示したものに限定されない。例えば、テーパ鋼管の連続生産を行う場合には、帯鋼板の板幅が減少から増加、増加から減少する変曲点部分近傍を板幅変化のない平行としてもよい。この場合、ピッチ間に相当する平行な部分の長さを自動走行切断装置の切断歯幅分に相当する長さとすることで、テーパ鋼管の連続生産に好適となる。

また、断面が円形であるテーパ鋼管を例として説明したが、これに限定されず、例えばテーパ角管などのように断面形状が順次変化するもの、断面の幅が周期的に変化する凹凸溝形断面の成形に対しても本技術は適用できる。例えば、図１５に示されるテーパ角管の成形について説明する。従来の成形法ではサイズの異なる角管の成形は図中に示すスペーサＳＰの幅を変えることによって両サイドロールを内側に移動することによって行っていた。しかし、これはサイズの異なる角鋼管の成形のみであり、テーパ角管の成形までは不可能である。しかし、テーパ鋼管の成形の場合と同様に、１１１、１１２のサイドロールを搭載したＰＬＣ冷間ロール成形機をブランク材の左右に配置した構成の装置を用いて成形を行えばテーパ角管の成形も可能である。

なお、本実施形態では、一律に径が変化するテーパ鋼管を製造する場合について説明したが、テーパ鋼管以外にも、長手方向に径が不規則に変化する鋼管を製造することができる。

１…製造装置、Ｃ…ＰＬＣ制御装置（制御部）、ＦＡ，ＦＢ…ロールフラワー、Ｐ…帯鋼板、Ｓ（１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０）…ロールスタンド。

Claims (5)

1. ロールフラワーにおける複数の段階の形状のそれぞれに対応した複数の段階の成形ロールに帯鋼板を順に通過させて成形する成形工程を含む、テーパ鋼管の製造方法であって、
   前記複数の段階の成形ロールの各々は、前記帯鋼板の幅に応じて変化するロールフラワーの形状に対応するように移動制御可能に設けられており、
   前記成形工程では、前記複数の段階の成形ロールに前記帯鋼板を順に通過させながら、前記帯鋼板における通過している位置の幅に応じたロールフラワーの形状に対応するように、各段の成形ロールを移動制御し、
   前記帯鋼板の幅に応じて変化するロールフラワーの形状は相似形であり、
   前記成形ロールの移動制御は、ロールフラワーの高さ方向の最上点と最下点との中間点の高さが、相似形に変化するロールフラワーで一致するように行われることを特徴とするテーパ鋼管の製造方法。
2. 前記成形ロールの移動制御は、ＰＬＣ制御によって行われることを特徴とする請求項１に記載のテーパ鋼管の製造方法。
3. 前記成形工程の前段に、前記帯鋼板の幅方向の両端縁を所定形状に切断する切断工程を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のテーパ鋼管の製造方法。
4. 前記帯鋼板の幅は直線的な減少と増加を繰り返して変化すものであり、これにより連続的にテーパ鋼管を製造することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のテーパ鋼管の製造方法。
5. ロールフラワーにおける複数の段階の形状のそれぞれに対応した複数の段階の成形ロールに帯鋼板を順に通過させて成形する鋼管の製造装置であって、
   前記複数の段階の成形ロールの各々は、前記帯鋼板の幅に応じて変化するロールフラワーの形状に対応するように移動制御可能に設けられており、
   前記複数の段階の成形ロールに前記帯鋼板を順に通過させながら、前記帯鋼板における通過している位置の幅に応じたロールフラワーの形状に対応するように、各段の成形ロールを移動制御する制御部を備え、
   前記帯鋼板の幅に応じて変化するロールフラワーの形状は相似形であり、
   前記成形ロールの移動制御は、ロールフラワーの高さ方向の最上点と最下点との中間点の高さが、相似形に変化するロールフラワーで一致するように行われることを特徴とするテーパ鋼管の製造装置。

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