JPH11221759A - ステンレス鋼パイプの研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パイプの周方向及び長手方向に関して優れた
追従性を示し、大きな研磨圧力でステンレス鋼パイプを
研磨し、品質が安定した研磨面を得る。 【構成】 研磨砥石５が一面に固着された金属台座６の
他面に、回転軸９が垂直に固定されたフランジ７を対向
配置する。回転軸９の軸方向に伸縮可能なバネ１０を金
属台座６とフランジ７との間に介装し、駆動軸８を介し
て回転軸９を流体圧付加機構（空圧シリンダ２）に連結
する。金属台座６の他面に直立して固着したネジ棒にコ
イルバネを嵌挿し、フランジ７に設けた孔から突出する
ネジ棒に螺合したナットの螺合状態を替えることにより
コイルバネの高さが調節される。 【効果】 バネ弾性及び流体圧を併用しているので、高
速回転状況下であってもハンチング現象が抑えられ、パ
イプ表面が高品質に研磨仕上げされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パイプ外周面に対する
追従性が良好で、ステンレス鋼パイプを高品質の研磨面
に仕上げることができる研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステンレス鋼パイプは、造管後に研磨仕
上げが施されて出荷されている。研磨されるステンレス
鋼パイプは、疵取り，粗研磨工程を経た後、仕上げ研
磨，次いで光沢研磨される。この研磨工程で造管時にロ
ールとの接触で発生したスリップ疵，異物の噛込み疵，
搬送時の取扱い疵等の表面疵を除去することから、研磨
力の大きな研磨工具が使用されている。他方、研磨され
るステンレス鋼パイプは、外周方向に関する凹凸（ウネ
リ）や長手方向に関する曲り等があり、研磨基準面から
被加工部が変位し易い。研磨基準面から変位したままで
パイプ表面を研磨すると、目標とする研磨仕上げまでに
多数の工程が必要になり、研磨コストも上昇する。した
がって、使用する研磨工具には、被加工部の変位に応じ
てパイプ表面を倣いながら研磨する機能が要求される。

【０００３】一般的な粗研磨では、研磨ベルト，フラッ
プホイール等の研磨工具が従来から使用されてきた。し
かし、研磨ベルトは、ある程度の研磨力をもつが、砥粒
の脱落に起因する研磨力の低下が短時間に生じ、研磨面
の品質を安定化させることが困難である。他方、フラッ
プホイールは、叩く作用が強いため基材先端部が引きち
ぎられて消耗し、連続研磨時に研磨力が経時変化し、パ
イプ表面に深いスクラッチ疵等が発生し易い。更に、研
磨ベルトやフラップホイールは、紙や布を基材とするた
め、高い研磨圧力をパイプ表面に付与できず、パイプ表
面の疵取りや粗研磨に適用し難い。

【０００４】そこで、本発明者等は、高い研磨力をもち
研磨面に対する追従性の良好な研磨装置を特願平９−６
７４４２号で提案した。この装置は、片面にカップ型砥
石を固着した金属台座及び回転軸が片面に垂直に固定さ
れたフランジを、それぞれの反対面が離隔対向するよう
に配置し、金属台座とフランジの反対面を回転軸の軸方
向に伸縮可能なバネで連結している。バネを介して研磨
砥石を設けることにより、真円からずれた断面形状をも
ち回転・移動しているパイプであっても研磨面に対して
研磨砥石が追従し、高い研磨能力が得られ、スクラッチ
疵も入りにくくなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】バネ弾性を利用した研
磨工具では、被加工物であるパイプの外径が真円からず
れている最大変形量が１４０μｍ以下である限り、研磨
面に対する追従性が良好で、連続ライン等で移動・回転
しているパイプをも全面研磨できる。しかし、真円から
大きくずれた（具体的には、外径最大変形量で１５０μ
ｍ以上）断面形状や長手方向に関して大きな曲り（具体
的には、０．２ｍｍ／ｍ以上）のあるパイプを研磨する
場合、パイプ表面に対する追従性が不十分となり、部分
的に未研磨領域が残り易い。また、パイプ表面に研磨砥
石を押し付ける力が変動し、研磨されたパイプの表面品
質が不均一になり易い。

【０００６】カップ型研磨砥石を用いた研磨では、研磨
能力を上げるため、砥石消耗が許容できる範囲で砥石回
転数及びパイプ回転数を大きくすることが要求される。
しかし、バネ弾性だけで研磨砥石を追従させているた
め、砥石回転数やパイプ回転数を増加させると、回転中
に研磨工具が跳ね上がるハンチング現象が生じ易くな
り、パイプ全周にわたって所定の均一な研磨圧力ができ
なくなる。その結果、研磨能力が上がらず、研磨面の品
質も低下する。また、被加工材であるパイプを移動させ
る連続ライン研磨では、砥石の消耗を補完する追従がで
きず、パイプの長手方向に関する曲りに対する研磨砥石
の追従も困難である。追従性を改善するため、空圧制御
を利用した研磨が考えられる。しかし、空圧制御研磨で
は制御の応答性が遅く、高速回転しているパイプのウネ
リに対してはほとんど対応できず、研磨面への追従が非
常に困難である。本発明は、このような問題を解消すべ
く案出されたものであり、バネ弾性と流体圧を併用する
ことにより、研磨能力を増大させ、パイプ全周にわたっ
て優れた追従性を示し、品質が安定した研磨面を得るこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の研磨装置は、そ
の目的を達成するため、研磨砥石が一面に固着された金
属台座と、該金属台座の他面に対向配置され、回転軸が
垂直に固定されたフランジと、前記金属台座と前記フラ
ンジとの間に介装され、前記回転軸の軸方向に伸縮可能
なバネと、前記回転軸に連結された駆動軸をもつ流体圧
付加機構とを備えていることを特徴とする。バネ高さを
調節する場合、金属台座の他面に直立して固着したネジ
棒にコイルバネを嵌挿し、フランジに設けた孔から突出
する前記ネジ棒にナットを螺合させる。ナットの螺合状
態を替えることにより、コイルバネの高さが調節され
る。

【０００８】

【実施の形態】本発明に従った研磨装置は、たとえば図
１に示す研磨ヘッドを備えている。この研磨ヘッドは、
図１（ａ）に示すように砥石研磨工具１が下部に装着さ
れており、上部の空圧シリンダ２から延びた給気管３が
エアコンプレッサ（図示せず）に接続され、給気管３の
途中にレギュレータ４が設けられている。砥石研磨工具
１は、たとえば有機質結合剤で砥粒を結合したディスク
状の研磨砥石５を備えている。図１の例では、圧縮空気
を研磨圧力の制御に使用しているが、水圧，油圧等の流
体圧も同様に使用可能である。研磨砥石５には、レジン
ボンド砥石，弾性砥石，メタルボンド砥石，ビトリファ
イドボンド砥石等が使用される。

【０００９】研磨砥石５は、同じ外径をもつディスク状
の金属台座６に固着されている。金属台座６とほぼ同一
寸法のディスク状フランジ７を金属台座６に対向配置
し、図１（ｂ），（ｃ）に示すように駆動軸８が差し込
まれた回転軸９を金属台座６と反対側のフランジ７の面
に垂直に固着している。そして、金属台座６とフランジ
７とを、円周方向に等間隔で配置した複数のコイルバネ
１０，１０・・により連結している。コイルバネ１０，
１０・・としては、伸縮によってバネ１本で１５ｋｇｆ
以上の押付け圧力が得られる限り、普通鋼，特殊鋼，ス
テンレス鋼，セラミックス等の種々の材質のものが使用
可能であり、自由状態で金属台座６がフランジ７と平行
になるように自由高さ，バネ定数等が同じものが使用さ
れる。バネ定数は、パイプの形状，大きさ，パイプ回転
数等の研磨条件に応じて選定される。また、コイルスプ
リング１０に替え、板バネを使用することもできる。

【００１０】金属台座６は、図２に示すように、バネ高
さ調節用止め具１１を用いてフランジ７に連結すること
も可能である。この場合、コイルバネ１０，１０・・が
配置される各位置で、コイルバネ１０，１０・・の内径
よりも小さい円形孔１２をフランジ７に形成している。
止め具１１のネジ棒１３は、コイルバネ１０よりも長い
軸長及び円形孔１２より小さい径をもち、コイルバネ１
０に挿入された状態で先端が金属台座６に垂直に固着さ
れている。ネジ棒１３は、金属台座６と反対側でフラン
ジ７から突出しており、突出部分にナット１４が螺合さ
れている。図１及び図２では回転軸９を中心とする円周
上に等間隔でコイルバネ１０を配置しているが、研磨状
況に応じてコイルバネ１０の配置形態を変更してもよ
い。コイルバネ１０の個数は、研磨状況に応じて適宜の
個数に選定される。図２の装置では、ナット１４の回転
によりコイルバネ１０の高さが調節され、バネ振動の周
期及び振幅が自在に設定できる。

【００１１】何れの場合も、研磨されるステンレス鋼パ
イプにコイルバネ１０による弾圧及び流体圧を加えてい
るため、大きな研磨圧力が得られ、しかもステンレス鋼
パイプに対する追従性が向上する。たとえば、空気圧制
御だけによる研磨では、定速回転するパイプである限り
ウネリに対して追従し、またパイプ長手方向の曲りにも
追従するが、高速回転するパイプに対する追従性は劣
る。他方、バネ弾性を利用した研磨では、応答性の高さ
から早い動きのある変位に対する追従性が良好であるも
のの、パイプ長手方向等の大きな変位に対応し難い。こ
の点、バネ弾性及び流体圧を併用した本発明の装置で
は、両者の長所を活かして高い研磨圧力及び良好な追従
性が得られ、高品質の研磨仕上げ面が高生産性で得られ
る。しかも、流体圧印加によってバネのハンチング現象
が抑えられ、研磨条件も安定化する。たとえば、図３
（ａ）に示すように円周上にウネリがある形状のパイプ
Ｐでは、研磨基準点からの変位量が大きく、回転軸９の
中心とパイプＰの回転中心がずれることがある。しか
し、コイルバネ１０の伸縮作用及び空圧制御によってズ
レが補償され、高速回転するパイプＰに対しても研磨砥
石５はパイプＰの周面凹凸に追従する。また、図３
（ｂ）に示すように長手方向に大きな曲りのあるパイプ
Ｐでも、曲りに対応してコイルバネ１０が伸縮するた
め、周面長手方向に関しても一定した研磨圧力がパイプ
Ｐの周面に加えられる。

【００１２】

【実施例】実施例１：外径５０．８ｍｍ，肉厚１．５ｍ
ｍ，長さ５００ｍｍのＳＵＳ３０４ステンレス鋼パイプ
（外径最大変形量２００μｍ，最大表面粗さＲ_y ２０μ
ｍ）を供試材として、バネ弾性，空気圧及び両者の併用
により研磨圧制御を制御し、研磨状況及び研磨面品質を
調査した。研磨装置としてマシニングセンタを用い、空
圧制御を適用しない場合には定寸切込み研磨を施し、空
圧制御を適用する場合にはマシニングセンタに空圧研磨
ヘッドを装着させた。バネ弾性を利用した研磨工具とし
ては、金属台座６に厚さ５０ｍｍのゴム板を介して外径
１５０ｍｍ，孔径５０ｍｍ，厚さ５０ｍｍの研磨砥石５
を固着し、バネ定数３ｋｇｆ／ｍｍ，自由高さ２０ｍｍ
のピアノ線材製の圧縮コイルバネ１０を金属台座６とフ
ランジ７との間に、等間隔で４本介装させたものを使用
した。

【００１３】何れの研磨においても、研磨工具を４ｍ／
分の速度で移動させ、５００〜２０００ｒｐｍの速度で
回転させると共に、パイプＰを１００〜１０００ｒｐｍ
で回転させる研磨条件を採用した。なお、空圧制御で
は、研磨圧力を空圧荷重３０ｋｇｆに設定した。砥粒粒
度＃８０のレジンボンド砥石でパイプＰを３パス研磨し
た結果を表１に示す。表１におけるハンチング現象は、
目視及び聴覚によりハンチングの程度を判定し、３段階
評価した。研磨面の均一性に関しては、円周方向及び長
手方向それぞれに研磨領域を３等分する合計９か所の測
定点で表面粗さＲ_y を測定し、各研磨条件下での偏差σ
を求めた。

【００１４】

【００１５】研磨効率を向上させるためには、一般的に
いって研磨能力を左右する砥石回転数及びパイプ回転数
を可能な限り大きくすることが必要である。しかし、砥
石回転数及びパイプ回転数の上昇に相反して研磨状態が
不安定化し、ハンチング現象や不均一研磨が発生し易く
なる。たとえば、バネ弾性のみを適用した研磨では、表
１にみられるようにパイプ回転数が３００ｒｐｍになる
と激しいハンチング現象が発生し、砥石回転数及びパイ
プ回転数の上限がそれぞれ１０００ｒｐｍ，１００ｒｐ
ｍであった。また、空圧制御のみを適用した研磨でも、
パイプ回転数が１０００ｒｐｍで砥石回転数が３００ｒ
ｐｍになると激しいハンチング現象が発生するため、砥
石回転数及びパイプ回転数の上限がそれぞれ５００ｒｐ
ｍ，１００ｒｐｍであった。これに対し、本発明に従っ
た研磨装置では、砥石回転数及びパイプ回転数をそれぞ
れ１５００ｒｐｍ及び５００ｒｐｍまで上げても、表１
にみられるようにハンチング現象が発生せず、パイプ全
長にわたって均一な研磨面が得られた。

【００１６】実施例２：砥石回転数を１０００ｒｐｍ，
パイプ回転数を５００ｒｐｍに設定し、表２に示す条件
下で実施例１と同じステンレス鋼パイプを研磨した。そ
の結果、７パスでパイプ全周を均一に研磨することがで
き、表面粗さＲ_y ０．３μｍの非常に均一な研磨面が得
られた。他方、バネ弾性又は空圧を利用した従来の研磨
では、同じ７パスで全面研磨が可能であったものの、局
部的にムシレ，スクラッチ疵等の欠陥が発生し、研磨面
が非常に不均一であった。研磨後のステンレス鋼パイプ
の表面粗さは、均質な部分ではＲ_y ０．４μｍであって
品質的には本発明に従って研磨したものと有意差はない
が、不均一部分ではＲ_y ０．８〜１．８μｍと粗いもの
であった。

【００１７】

【００１８】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の研磨装
置は、研磨砥石が固着された金属台座と回転軸が固着さ
れたフランジとの間に回転軸方向に伸縮可能なバネを介
装し、更に流体圧により研磨圧力を制御しているので、
パイプ円周方向に関するウネリや高速回転するパイプに
対しても研磨砥石を十分追従させ、生産性良くステンレ
ス鋼パイプを研磨仕上げできる。研磨されたステンレス
鋼パイプは、ムシレ，スクラッチ等の欠陥がなく、パイ
プ全周にわたって均一な研磨面をもつ製品となる。しか
も、良好な追従性で大きな研磨圧力が得られるためパス
数や研磨ヘッド数を少なくでき、研磨砥石やパイプの回
転数を上昇させた高速研磨も可能となる。更に、バネ高
さ調節機能を備えた研磨装置では、パイプ形状や研磨条
件に応じてバネ振動の周期及び振幅を自在に設定できる
ため、より高い追従性でパイプが研磨される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に従った研磨装置の研磨ヘッドを示す
全体側面図（ａ），平面図（ｂ）及び要部のＣ−Ｃ断面
図（ｃ）

【図２】 バネ高さ調節機能を備えた研磨装置の平面図
（ａ）及び要部のＢ−Ｂ断面図（ｂ）

【図３】 円周方向に変位した形状のパイプ（ａ）及び
長手方向に曲りがあるパイプ（ｂ）を研磨している状態
の説明図

【符号の説明】

１：砥石研磨工具 ２：空圧シリンダ ３：給気管
４：レギュレータ ５：研磨砥石 ６：金属台座 ７：フランジ
８：駆動軸 ９：回転軸 １０：コイルバネ １１：バネ高さ調節用の止め具
１２：円形孔 １３：ネジ棒 １４：ナット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研磨砥石が一面に固着された金属台座
   と、該金属台座の他面に対向配置され、回転軸が垂直に
   固定されたフランジと、前記金属台座と前記フランジと
   の間に介装され、前記回転軸の軸方向に伸縮可能なバネ
   と、前記回転軸に連結された駆動軸をもつ流体圧付加機
   構とを備えているステンレス鋼パイプの研磨装置。
2. 【請求項２】 金属台座とフランジとの間に介装される
   バネがコイルバネであり、該コイルバネに差し込まれた
   ネジ棒が金属台座の他面に直立して固着され、フランジ
   に設けた孔から突出する前記ネジ棒にバネ高さ調節用の
   ナットが螺合されている請求項１記載のステンレス鋼パ
   イプの研磨装置。