JPWO2006033314A1 - 端部加工装置及び管製造方法 - Google Patents

Abstract

生産性と加工精度の向上を両立する。油井管ＬＰの一方端近傍を保持する回転可能なチャックと、このチャックの近傍に配置され、チャックとともに回転する油井管ＬＰの一方端部に対する相対位置を制御可能な加工工具を備えたねじ切り機１２と、回転する油井管ＬＰの他方部を油井管ＬＰに追従して支持する支持装置１３を有する。これらの支持装置１３を油井管ＬＰの両側に配置される上下２個で対をなす４個のサポートローラ１３ａ，１３ｂおよび１３ｃ，１３ｄと、これら上下２個で対をなすサポートローラ１３ａ，１３ｂおよび１３ｃ，１３ｄを、それぞれ油井管ＬＰに対して一体として個別に接離移動させるエアーシリンダ１３ｅ，１３ｆとで構成する。油井管を最適の力で支持できるとともに、加工速度を高速にして生産性を向上させた場合でも、油井管の振動が加工部に伝播せず、生産性と加工精度の向上を両立できる。

Description

本発明は、例えば鋼管等の長尺部材の端部にねじ等を加工する端部加工装置及び管製造方法に関する。本発明は、特に、油井管の端部にねじ継手を加工する端部加工装置と、この端部加工装置を用いた管製造方法とに関する。

例えば鋼管の端部へのねじ加工は、ねじ加工の状況の説明図である図４に示すように、ねじ加工を施す管端近傍をチャック１によって固定された鋼管Ｐをチャック１の回転により回転させながら、その端部に鋼管Ｐとの相対位置を制御可能に配置された切削バイト２を当接させることにより、行われる。

ところで、油井管は約１０ｍと長い。また、チュービングと呼ばれる外径が１１４ｍｍ以下の油井管も存在する。この油井管の端部へのねじ継手のためのねじ加工は、油井管を高速で回転させながら切削する。このような長尺で細い径の油井管には長手方向に若干の曲がりが存在するため、ねじ加工工程で鋼管を高速回転させると振動が発生する。

この振動はねじの加工精度を悪化させる。そこで、図４に示すように、チャック１より後方の管部分をサポートローラ群３Ａ〜３Ｄにより強制的に拘束して振動の発生を抑制する。

このサポートローラ群の構成の一例を図５に示す。この図５に示したサポートローラ群は、鋼管Ｐの長手方向軸と直交する軸を含む横断面に対して左右両側に（以降「加工材の両側」という）、上下方向にオーバーラップした状態で、鋼管Ｐの軸方向にずらせて各２個ずつ配置させた４個のサポートローラ３ａ〜３ｄにより構成される。

そして、これら４個のサポートローラ３ａ〜３ｄを、例えばシリンダ装置４によって、夫々左右２個ずつ３ａ，３ｂと３ｃ，３ｄを同調して鋼管Ｐに対して接離移動させることにより、鋼管Ｐを拘束する。なお、図５では、４個のサポートローラ３ａ〜３ｄは鋼管Ｐへの押し付けにばね５を介在させ、鋼管Ｐの楕円や偏平に対して各サポートローラ３ａ〜３ｄが追従できるものを示す。

しかし、図５に示すサポートローラ群３Ａ〜３Ｄは、左右２個のサポートローラ３ａ，３ｂと３ｃ，３ｄを同調して鋼管Ｐに対して接離移動させる。このため、鋼管Ｐの曲がり量によっては鋼管Ｐをかなり強く挟み込まないと鋼管Ｐを拘束することができない。この強い挟み込む力は、ばね５を介在させているにもかかわらず、楕円、偏平による鋼管Ｐの振動を助長させる原因となる。つまり、鋼管の曲がりによって生じる回転時の振動を十分に抑え込むことはできない。

ところで、特許文献１には、図６に示すように、適当な間隔離して配置した一対のサポートローラ３ａ，３ｂにより鋼管Ｐを下方から支持するサポートローラ群３Ａ〜３Ｄのうち、鋼管Ｐの曲がりに伴う回転振れの最小部分を支持するサポートローラ群３Ｃの支持台を固定して配置するとともに、他のサポートローラ群３Ａ，３Ｂ，３Ｄの支持台を鋼管Ｐの振れに追従できるように油圧を用いて移動自在に配置する発明が、開示されている。
特開平６−１８２６０３号公報

しかし、特許文献１により開示された発明では、管の振れに対して油圧によってサポートローラ群の支持台を追従させるので、追従の応答性が悪い。さらに、一対のサポートローラにより鋼管を下方から支持するサポートローラ群の支持性能も悪い。したがって、加工性を高めるために切削速度を高速にすると、サポートローラ群が管の振れに追従できず、生産及び加工精度それぞれの向上を図ることはできなかった。

このように、従来の端部加工装置には、加工精度の要求の厳しいメタルシールを有する油井管のねじ継手を加工する際に、生産性及び加工精度を高次元で両立できないという課題があった。

本発明は、被加工材の一方の端部の近傍を保持する回転可能なチャックと、このチャックの近傍に配置され、このチャックとともに回転する被加工材の一方の端部に所定の加工を施すべく、被加工材の一方の端部に対する相対位置を制御可能な加工工具と、回転する被加工材の他方の端部を被加工材に追従して支持する支持装置を有し、この支持装置が、被加工材の両側に配置される上下２個で対をなす４個のサポートローラと、上下２個で対をなすサポートローラをそれぞれ被加工材に対して一体として個別に接離移動させるエアーシリンダとを有することを特徴とする端部加工装置である。この端部加工装置により、加工精度の要求の厳しいメタルシールを有する油井管のねじ継手を加工する際の生産性及び加工精度をいずれも高次元で両立させることができる。

また、本発明はこの端部加工装置を用いて管の端部を加工する工程を含むことを特徴とする管製造方法である。

本発明では、被加工材の両側に配置される上下２個で対をなすサポートローラを、エアーシリンダによりそれぞれ被加工材に対して一体として個別に接離移動させる。このため、被加工材を最適の力で支持できるとともに、高速回転させた場合にも被加工材の振れに対して追従できる。これにより、回転速度を高速にして生産性を向上させる場合であっても、被加工材の振動が加工部に伝播せずに良好な加工精度を維持できるので、生産性及び加工精度を高次元で両立させることができる。

したがって、長尺の油井管を高速回転させた場合であっても、油井管のねじ継手のメタルシール部に、その気密性確保のために必要な細かい粗さ、規定を満足する加工を行うことができる。

本発明に係る端部加工装置の全体を示した概略図である。 本発明に係る端部加工装置を構成する支持装置を説明する図であり、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は平面図である。 油井管とサポートローラとの間の位置関係を示す説明図であり、図３（ａ）は最大径の油井管の場合を示し、図３（ｂ）は最小径の油井管の場合を示す。 従来の端部加工装置を示す説明図である。 従来の端部加工装置に使用されるサポートローラ群の一例を示す説明図である。 特許文献１により開示された発明を示す説明図であり、図６（ａ）は全体図、図６（ｂ）はサポートローラ群の概略図である。

符号の説明

ＬＰ 油井管
１１ 端部加工装置
１２ チャック
１３ 支持装置
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ サポートローラ
１３ｅ，１３ｆ エアーシリンダ

以下、本発明に係る端部加工装置及び管製造方法を実施するための最良の形態を、図１〜図３を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る端部加工装置１１の全体を示した概略図である。図２は、端部加工装置１１を構成する支持装置を説明する図であり、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は平面図である。さらに、図３は、油井管とサポートローラとの間の位置関係を示す説明図であり、図３（ａ）は径の大きな油井管の場合を示し、図３（ｂ）は径の小さな油井管の場合を示す。

本実施の形態において端部加工装置１１により端部の加工を行われる油井管ＬＰは、通常の製造工程、すなわち延伸圧延工程及び定径圧延工程を経て製造される。
端部加工装置１１は、この油井管ＬＰの一方の側の端部に所定のねじを切削するねじ切り機に設けられたチャック１２と、このチャック１２と直列に配置され、少なくとも油井管ＬＰの他方の側の端部を支持する例えば４組の支持装置１３−１〜１３−４とを備える。なお、支持装置１３は、通常、油井管ＬＰの長手方向へ１〜２０個配置される。

チャック１２に一番近い位置に配置した支持装置１３−１に設けたサポートローラとチャック１２との間隔をｘ１とし、各支持装置１３−２〜１３−ｎのサポートローラ間の間隔を順次ｘ２、ｘ３、…ｘｎとし、油井管ＬＰの全長をｙとすると、ｘｋ（ｋ＝１，２，３…）とｙとの関係は、｛（ｘｋ／ｙ）×１００｝が４％以上２０％以下となるように設定することが、望ましい。この間隔ｘｋが短過ぎると、チャック１２とサポートローラおよびサポートローラ同士での干渉が生じ、一方、間隔ｘｋが長過ぎると振れが生じるためである。実際には、油井管ＬＰのチャック１２側ではｘｋを短くし、チャック１２から離れるに従いｘｋを長くすることが例示される。

支持装置１３−１〜１３−４は、図２に示すように、例えば油井管ＬＰの両側に配置される上下２個で対をなす４個のサポートローラ１３ａ〜１３ｄを備える。この上下に配置される対を成すサポートローラ１３ａ，１３ｂおよび１３ｃ，１３ｄのロール外径ｄやロール間隔Ｌは、特に限定されるものではない。しかし、図３に示すように、ねじ切り機によってねじ切りが行われる油井管ＬＰが最大径の場合（図３（ａ）参照）でも、又は最小径の場合（図３（ｂ）参照）でも、両側から４個のサポートローラ１３ａ〜１３ｄにより確実に支持できるようなロール外径ｄおよびロール間隔Ｌに予め設定されている。

ロール外径ｄおよびロール間隔Ｌの比（ｄ／Ｌ）は、０．５以上０．９８以下であることが望ましい。比（ｄ／Ｌ）が０．５未満では力が油井管ＬＰに伝わらず支持が不十分となるからである。また、サポートロールを同一平面状に配置するので元来比（ｄ／Ｌ）は１未満であるが、クリアランスを考慮して０．９８以下とする。サポートローラのロール外径ｄ及びロール間隔Ｌの一例を下記表１に示す。

そして、これら上下２個で対をなすサポートローラ１３ａ，１３ｂおよび１３ｃ，１３ｄは、所定の圧力を加えられて所定の距離（サポートストローク）だけ出入が可能なエアーシリンダ１３ｅ，１３ｆによって、それぞれが一体として、油井管ＬＰに対して個別に接離移動するように保持される。

サポートローラにかかる力（保持力）は左右一対合せて１５００Ｎ以上１４０００Ｎ以下であり、望ましくは４０００Ｎ以上６０００Ｎ以下である。この保持力が弱すぎると油井管ＬＰの保持が不十分となる一方、高すぎると油井管ＬＰの回転に対して抵抗となり切削速度の低下につながるからである。油井管ＬＰの径が大きくなるとそれに伴って大きな保持力が必要となることは言うまでもない。

ねじ切り機の構成は一般的なものであるために図示を省略したが、チャック１２によって保持された油井管ＬＰの一方の側の端部に所定のねじ加工を施すために、油井管ＬＰに対する相対位置の制御が可能に配置されたバイトを備えることは言うまでもない。

このように構成された本発明の端部加工装置１１では、サポートローラ１３ａ，１３ｂおよび１３ｃ，１３ｄ群を、油圧やねじなどによって接離移動させるのではなく、エアーシリンダ１３ｅ，１３ｆによって接離移動させる。このため、加工速度を高速にして生産性を向上させた場合でも、サポートローラ１３ａ，１３ｂおよび１３ｃ，１３ｄ群が油井管ＬＰの曲がりや楕円、偏平に対して素早い応答で追従できる。したがって、油井管ＬＰの曲がりや楕円、偏平に起因する振動が加工部に伝播することを、効果的に抑制できる。

その際、上下２個で対をなす４個のサポートローラ１３ａ〜１３ｄを、同じロール外径ｄのものを油井管ＬＰの軸方向の同一平面に配置することにより、ねじ切りをする油井管ＬＰの外径が変化した場合であっても、上下で対をなすサポートローラ１３ａ，１３ｂおよび１３ｃ，１３ｄの設置位置関係を調整しなくとも、油井管ＬＰの支持力が、対を成す上下のサポートローラ１３ａと１３ｂおよび１３ｃと１３ｄにおいて同等になるので、油井管ＬＰをより安定して支持できる。

また、サポートローラ１３ａ〜１３ｄを形成する素材は特に限定されるものではないが、ゴムなどの弾性体で形成すれば油井管ＬＰに疵をつけることがなく、望ましい。この場合の弾性体は、例えば天然ゴムや合成ゴム等が例示され、材質は適宜変更可能であるが、硬度ＨＳが６０以上１００以下、望ましくは８０以上９０以下である。ＨＳが６０未満であるとサポートローラにたわみが生じて油井管ＬＰの支持が不十分となり、一方、１００を超えると油井管ＬＰの振動を吸収できず、振動を逆に助長する恐れがある。

本実施の形態により、このようにして生産性及び加工精度を高次元で両立させながら、端部へのねじ加工を行って油井管を製造することができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示された技術的思想の範疇において適宜変更可能なことは言うまでもない。

以上の本発明は、油井管の端部にねじ切りを行う装置に限らず、長尺の管材の端部を加工するものであればどのような加工装置にも適用できる。

Claims (3)

1. 被加工材の一方の端部の近傍を保持する回転可能なチャックと、該チャックの近傍に配置され、該チャックとともに回転する被加工材の一方の端部に所定の加工を施すべく、前記被加工材の一方の端部に対する相対位置を制御可能な加工工具と、回転する前記被加工材の他方の端部を該被加工材に追従して支持する支持装置を有し、該支持装置は、前記被加工材の両側に配置される上下２個で対をなす４個のサポートローラと、該上下２個で対をなすサポートローラをそれぞれ被加工材に対して一体として個別に接離移動させるエアーシリンダとを有することを特徴とする端部加工装置。
2. 前記４個のサポートローラは、全て同じ外径で前記被加工材の軸方向の同一平面に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の端部加工装置。
3. 請求項１又は２に記載の端部加工装置を用いて管の端部を加工する工程を含むことを特徴とする管製造方法。

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