KR20130133906A

KR20130133906A - 관재 교정 장치 및 관재 교정 방법

Info

Publication number: KR20130133906A
Application number: KR1020137029470A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 호소다; 도루 이케자키; 다다시 도리이
Original assignee: 신닛떼쯔 수미킨 엔지니어링 가부시끼가이샤
Priority date: 2011-04-08
Filing date: 2012-04-06
Publication date: 2013-12-09
Also published as: JP2012223817A; EP2695685A1; JP5927008B2; KR101523870B1; EP2695685B1; AU2012240903B2; AU2012240903A1; MY164169A; EP2695685A4; WO2012137924A1

Abstract

이 관재 교정 장치는, 원형으로 형성된 자신의 내주면을 상기 관재의 축 영역의 외주면에 대향시켜 상기 관재의 외주에 배치되는 링 형상의 케이싱과, 자신의 외주면을 상기 관재의 축 영역의 내주면에 접촉시켜 상기 관재의 내주에 배치되는 내주측 롤러와, 상기 케이싱의 내주면과 상기 관재의 외주면 사이에 압접력을 작용시킴으로써, 상기 케이싱의 내주면을 교정형 면으로 하여 상기 관재의 상기 축 영역을 소성 변형시키는 압박 수단과, 상기 관재와 상기 내주측 롤러를 상기 관재의 축선 주위로 상대적으로 회전시키는 회전 수단을 구비한다.

Description

관재 교정 장치 및 관재 교정 방법{PIPE MATERIAL CORRECTION APPARATUS AND PIPE MATERIAL CORRECTION METHOD}

본 발명은, 관재의 진원도를 교정하는 관재 교정 장치 및 관재 교정 방법에 관한 것이다.

본원은, 2011년 4월 8일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2011-086185호 및 2012년 4월 3일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2012-084810호에 대해 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

파이프 라인이나 말뚝용으로 사용되는 관재는, 그 진원도가 충분히 확보되어 있지 않으면 용접 등의 접합이나 기계적인 접합을 행하는 데 있어서, 접합 불량이나 품질 불량을 발생시키는 경우가 있다. 그로 인해, 미리, 관재의 축선 방향에 있어서의 여러 가지 부분(축 영역)의 진원도를 높이는 것이 행해지고 있다.

관재의 진원도를 높이는 장치로서, 예를 들어, 특허문헌 1에 기재된 교정 장치가 알려져 있다.

이 교정 장치는, 관재의 단부 외주에 당판을 통해 배치된 제1 유압 실린더와, 관재의 관로 내에 배치되는 동시에 제2 유압 실린더에 의해 관재의 축선 방향으로 찌부러뜨려졌을 때에, 관재의 직경 방향으로 팽출하는 탄성체를 갖고 있다.

교정 장치를 사용할 때에는, 우선, 관재의 형태가 변형된 단부에 제1 유압 실린더에 의해 하중을 작용시키고, 단부의 형상을 진원 상태로 유지한다. 관재의 형상은, 당판에 접속된 변위계에 의해 측정된다.

다음으로, 탄성체를 관로 내에 배치하여 제2 유압 실린더에 의해 관재의 축선 방향으로 찌부러뜨림으로써 탄성체를 관재의 직경 방향으로 팽출시키고, 관재의 원주 방향의 응력이 항복 응력의 100∼120％로 되도록 조절한다. 여기서, 제1 유압 실린더에 의해 작용시키고 있는 하중을 해제하는 동시에, 제2 유압 실린더에 의해 작용시키는 하중을 증가시켜, 관재의 원주 방향의 응력이 항복 응력의 110∼200％로 되도록 조절한다. 이 상태에서 일정 시간(예를 들어, 30초 정도) 유지한 후, 제2 유압 실린더의 하중을 저하시켜 관재의 교정을 종료한다.

관재를 이와 같이 교정함으로써, 관재의 원주 방향의 잔류 응력이 대략 균등하게 분포하므로, 단부가 진원으로 교정된다고 한다.

일본 특허 공고 소60-45013호 공보

그러나 특허문헌 1에 기재된 교정 장치는, 양 유압 실린더를 교대로 작동시키거나 유지시키면, 여러 가지 수순을 거치므로, 교정에 필요로 하는 시간이 오래 걸리는 문제가 있다.

본 발명은, 이러한 문제점에 비추어 이루어진 것이며, 단시간에 관재의 축 영역의 진원도를 교정할 수 있는 관재 교정 장치 및 관재 교정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 관재 교정 장치는, 관재의 축선 방향에 있어서의 적어도 일부인 축 영역의 진원도를 교정하는 관재 교정 장치이며, 원형으로 형성된 자신의 내주면을 관재의 축 영역의 외주면에 대향시켜 관재의 외주에 배치되는 링 형상의 케이싱과, 자신의 외주면을 관재의 축 영역의 내주면에 접촉시켜 관재의 내주에 배치되는 내주측 롤러와, 케이싱의 내주면과 관재의 외주면 사이에 압접력을 작용시킴으로써, 케이싱의 내주면을 교정형 면으로 하여 관재의 상기 축 영역을 소성 변형시키는 압박 수단과, 관재와 내주측 롤러를 관재의 축선 주위로 상대적으로 회전시키는 회전 수단을 구비한다.

이에 의해, 관재의 축 영역을 케이싱의 내주면을 따른 원형 형상으로 교정할 수 있다. 이 경우의 관재에 발생하는 소성 변형은, 압연과 마찬가지의 메커니즘에 의해, 내주측 롤러 및 케이싱과 관재의 선 접촉 영역에서의 관재의 판 두께 방향의 압축 변형이, 체적 일정칙에 의해 관재의 둘레 방향으로의 신장 변형으로 전환된다. 둘레 방향으로의 신장 변형은, 그 변형 방향 상에 있는, 케이싱의 내주면에 의해 형상의 구속을 받아, 케이싱의 내주면의 형상에 따라, 관재의 형상 변형이 진행된다. 그 결과, 관재의 축 영역을 단시간에 교정할 수 있다.

본 발명의 관재 교정 장치에 있어서, 압박 수단이, 내주측 롤러를 케이싱을 향해 관재의 내주면에 압박함으로써, 케이싱의 내주면과 관재의 외주면 사이에 압접력을 작용시켜도 된다. 이에 의해, 내주측 롤러에 압박력을 부여하는 압박 수단의 작용으로, 관재의 단면 형상을 적정하게 교정할 수 있다.

본 발명의 관재 교정 장치에 있어서, 회전 수단이, 관재를 그 축선 주위로 회전시키는 구동력을, 케이싱을 통해 관재에 부여해도 된다. 이에 의해, 케이싱의 외경은 관재의 외경보다 커지므로, 관재에 큰 토크를 용이하게 작용시킬 수 있다.

본 발명의 관재 교정 장치에 있어서, 회전 수단이, 자신의 회전 축선이 케이싱의 축선과 평행해지는 동시에, 외주면이 케이싱의 외주면에 접촉하고, 내주측 롤러에 대한 케이싱의 직경 방향 외측에 배치된 외주측 롤러와, 외주측 롤러를 그 회전 축선 주위로 회전시키는 롤러 구동 모터를 가져도 된다. 이에 의해, 케이싱을 통해 관재를 내주측 롤러와 외주측 롤러로 케이싱의 직경 방향으로 사이에 끼워 변형시키므로, 교정 하중이 큰 경우라도, 케이싱의 변형을 억제하여 고정밀도로 관재의 교정을 할 수 있다.

본 발명의 관재 교정 장치에 있어서, 회전 수단이, 자신의 회전 축선이 케이싱의 축선과 평행해지는 동시에, 외주면이 케이싱의 외주면에 접촉하고, 내주측 롤러에 대한 케이싱의 직경 방향 외측으로부터 서로 케이싱의 둘레 방향의 반대측으로 위치를 어긋나게 하여 각각 배치된 한 쌍의 외주측 롤러와, 한 쌍의 외주측 롤러를 그들의 각 회전 축선 주위로 동일 방향으로 각각 회전시키는 롤러 구동 모터를 가져도 된다. 이에 의해, 한 쌍의 외주측 롤러의 사이에 케이싱을 끼우도록 확실하게 지지하고, 관재와 내주측 롤러의 상대적인 회전력을 높일 수 있다.

본 발명의 관재 교정 장치에 있어서, 회전 수단이, 자신의 회전 축선이 케이싱의 축선과 평행해지는 동시에, 외주면이 케이싱의 외주면에 접촉하고, 관재와 내주측 롤러가 관재의 축선 주위로 상대적으로 회전하도록 안내하는 가이드 롤러를, 외주측 롤러와 별도로 가져도 된다. 이에 의해, 관재와 내주측 롤러의 상대적인 회전을 보다 안정시킬 수 있다.

본 발명의 관재 교정 장치는, 내주측 롤러 및 외주측 롤러를 각각의 회전 축선 주위로 회전 가능하게 지지하고, 압박 수단 및 롤러 구동 모터가 장착된 베이스를 더 구비해도 된다. 이에 의해, 예를 들어, 베이스를 수평면 상에 배치함으로써, 내주측 롤러의 위치를 고정한 상태에서, 케이싱이 배치된 관재를 그 축선 주위로 회전시키면서 축 영역의 진원도를 교정할 수 있다.

본 발명의 관재 교정 장치에 있어서, 회전 수단이, 관재를 그 축선 주위로 회전시키는 구동력을, 내주측 롤러를 통해 관재에 부여해도 된다. 이에 의해, 내주측 롤러에 의해 관재에 직접 구동력을 작용시킴으로써, 관재를 그 축선 주위로, 보다 확실하게 회전시킬 수 있다.

본 발명의 관재 교정 장치에 있어서, 내주측 롤러가, 관재의 축선을 대칭축으로 하여으로서 복수 구비되어 있어도 된다. 이에 의해, 보다 단시간에, 관재의 축 영역을 원형에 가까운 형상으로 교정할 수 있다.

본 발명의 관재 교정 장치에 있어서, 압박 수단이, 케이싱을 내주측 롤러를 향해 관재의 외주면에 압박함으로써, 케이싱의 내주면과 관재의 외주면 사이에 압접력을 작용시켜도 된다. 이에 의해, 케이싱에 압박력을 부여하는 압박 수단의 작용으로 관재를 교정할 수 있다.

본 발명의 관재 교정 장치에 있어서, 압박 수단이, 외주측 롤러를 통해, 케이싱을 내주측 롤러를 향해 관재의 외주면에 압박해도 된다. 이에 의해, 장치의 구조가 간소화된다.

본 발명의 관재 교정 장치는, 압박 수단에 의한 압박력을, 관재의 두께 변화에 상관없이 정압으로 제어하는 정압 제어 수단을 더 구비해도 된다. 이에 의해, 소성 변형에 필요로 하는 하중이 안정되고 정형 정밀도가 향상된다.

본 발명의 관재 교정 장치에 있어서, 케이싱이 둘레 방향으로 복수로 분할 가능하게 되어 있어도 된다. 이에 의해, 케이싱을 관재의 축 방향의 어느 위치에도 간단하게 배치할 수 있게 된다.

본 발명의 관재 교정 장치에 있어서, 케이싱이 둘레 방향으로 복수의 분할 피스로 분할되고, 인접하는 분할 피스의 단부에 설치한 겹침편에 위치 결정 핀을 관통시킴으로써, 인접하는 분할 피스가 서로 연결되고, 그에 의해 일정 직경을 갖는 케이싱이 구성되어도 된다. 또한, 위치 결정 핀을 제거한 상태로 함으로써, 분할 피스를 둘레 방향으로 소정 범위만큼 슬라이드 가능하게 지지하는 슬라이드 기구가, 인접하는 분할 피스의 겹침편 사이에 설치되어 있어도 된다. 이에 의해, 케이싱을 완전히 분해하지 않고, 분할 피스를 슬라이드시킴으로써, 케이싱의 직경을 확대하여, 위치를 조정할 수 있어, 케이싱의 장착성이 좋아진다.

본 발명의 관재 교정 방법은, 관재의 축선 방향에 있어서의 적어도 일부인 축 영역의 진원도를 교정하는 관재 교정 방법이며, 내주면이 원형으로 형성된 링 형상의 케이싱의 내주면을 축 영역의 외주면에 대향시켜 관재의 외주에 케이싱을 배치하는 동시에, 외주면을 관재의 축 영역의 내주면에 접촉시켜 관재의 내주에 내주측 롤러를 배치하고, 케이싱의 내주면과 관재의 외주면 사이에 압접력을 작용시킴으로써, 케이싱의 내주면을 교정형 면으로 하여 관재의 축 영역을 소성 변형시키는 동시에, 관재와 내주측 롤러를 관재의 축선 주위로 상대적으로 회전시킨다. 이에 의해, 케이싱을 완전히 분해하지 않고, 직경을 확대하여, 위치를 조정할 수 있어, 장착성이 좋아진다.

이에 의해, 관재의 축 영역을 케이싱의 내주면을 따른 원형 형상으로 교정할 수 있다. 이 경우의 관재에 발생하는 소성 변형은, 압연과 마찬가지의 메커니즘에 의해, 내주측 롤러 및 케이싱과 관재의 선 접촉 영역에서의 관재의 판 두께 방향의 압축 변형이, 체적 일정칙에 의해 관재의 둘레 방향으로의 신장 변형으로 전환된다. 둘레 방향으로의 신장 변형은, 그 변형 방향 상에 있는, 케이싱의 내주면에 의해 형상의 구속을 받아, 케이싱의 내주면의 형상에 따라 관재의 형상 변형이 진행된다. 그 결과, 관재의 축 영역을 단시간에 교정할 수 있다.

본 발명의 관재 교정 방법은, 관재와 케이싱 및 내주측 롤러를 축 방향으로 상대 이동시킴으로써, 축 영역을 변화시켜도 된다. 이에 의해, 정형 폭을 확대할 수 있다.

본 발명은, 단시간에 관재의 축 영역의 진원도를 교정할 수 있는 관재 교정 장치 및 관재 교정 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 관재 교정 장치의 일부를 파단한 측면도이다.
도 2는 도 1 중의 절단선 A1―A1의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태의 관재 교정 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 4는 동 관재 교정 방법에 의해 교정되는 관재의 예 (a), (b)를 나타내는 사시도이다.
도 5는 동 관재 교정 방법에 있어서의 고정구 장착 공정을 설명하는 측면 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태의 변형예에 있어서의 관재 교정 장치의 정면 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태의 변형예에 있어서의 관재 교정 장치의 측면 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시 형태의 변형예에 있어서의 관재 교정 장치의 정면 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태의 관재 교정 장치의 측면 단면도이다.
도 10은 도 9 중의 절단선 A2―A2의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시 형태의 변형예에 있어서의 관재 교정 장치의 측면 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시 형태의 관재 교정 장치의 정면도이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시 형태의 관재 교정 장치의 구성을 도시하는 정면도이다.
도 14는 동 관재 교정 장치의 측면도이다.
도 15는 본 발명의 제4 실시 형태의 변형예에 있어서의 관재 교정 장치의 측면도이다.
도 16은 본 발명의 제5 실시 형태의 관재 교정 장치에 사용되는 케이싱의 구성도로, (a)는 조립 상태의 사시도, (b)는 케이싱을 구성하는 분할 피스의 슬라이드 기구의 주요부 사시도, (c)는 인접하는 분할 피스를 분해한 상태를 도시하는 주요부 사시도이다.
도 17은 본 발명의 관재 교정 장치에 의한 관재의 교정 결과를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명에 관한 관재 교정 장치의 제1 실시 형태를, 도 1 내지 도 8을 참조하면서 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 본 관재 교정 장치(1)는, 관재(T)의 진원도를 교정하는 장치이다. 또한, 진원도라 함은, 본 명세서에서는, 관재의 어느 단면에 있어서의 최대 외경과 최소 외경의 차를 의미한다. 그리고 진원도를 교정한다고 하는 것은, 관재를 진원도가 제로에 근접하도록 교정하는 것을 의미한다. 진원도가 제로에 가까울수록, 관재의 단면 형상은 진원에 가까워진다.

이하에서는, 본 관재 교정 장치(1)가, 관재(T)에 있어서의 축선 C1 방향에 있어서의 일단부(축 영역)(T1)를 교정하는 경우를 예로 들어 설명한다.

본 실시 형태의 관재 교정 장치(1)는, 케이싱(11)과, 내주측 롤러(12)와, 유압 잭(압박 수단)(13)과, 회전 수단(15)을 구비하고 있다. 케이싱(11)은, 링 형상을 이루는 동시에 내주면(11a)이 관재(T)의 일단부(T1)의 외주면에 장착된다. 내주측 롤러(12)는, 관재(T)의 일단부(T1)의 내주면에 외주면이 접촉한다. 유압 잭(13)은, 내주측 롤러(12)를 일단부(T1)의 내주면에 압박한다. 회전 수단(15)은, 내주측 롤러(12)에 대하여 케이싱(11)에 장착된 관재(T)를 회전시킨다.

관재(T)의 축선 C1, 케이싱(11)의 축선 C2, 내주측 롤러(12)의 축선 C3은, 모두 수평 방향을 향하도록 설정되고, 내주측 롤러(12)는, 관재(T)의 하단부의 내주에 배치되어 있다.

케이싱(11)의 내주면(11a)은, 케이싱(11)의 축선 C2 방향에 평행하게 보았을 때에, 진원형 또는 대략 진원형으로 형성되어 있다. 케이싱(11)은, 철강 등의 금속으로 형성되어 있다. 또한, 케이싱(11)의 강성은, 관재(T)의 강성보다 충분히 높은 것이 바람직하다. 케이싱(11)은, 관재(T)의 일단부(T1)와 동축이거나 평행해지도록 장착되어 있다.

케이싱(11)의 내경은, 관재(T)의 외경보다 근소하게 작게 설정되어 있어, 케이싱(11)을 관재(T)에 장착하였을 때에 관재(T)가 코킹되는, 즉, 케이싱(11)이 견고하게 밀착한 상태에서 일단부(T1)에 장착되는 것이 바람직하다. 그러나 반드시 케이싱(11)의 내경이 관재(T)의 외경보다 작게 설정되어 있지 않아도 되고, 케이싱(11)과 관재(T)의 사이의 가중부 이외의 개소에 다소의 간극이 형성되는 정도여도 된다.

관재 교정 장치(1)는, 판 형상으로 형성된 베이스(21)를 구비하고 있다. 베이스(21)는, 수평면(G) 상에 배치된다. 베이스(21)의 상면에는 지지대(22)가 고정되어 있고, 지지대(22)의 천장판(23)의 하면에는 전술한 유압 잭(13)이 장착되어 있다. 유압 잭(13)은, 본체(13a)와 피스톤(13b)을 갖고 있고, 본체(13a)는 유압에 의해 피스톤(13b)을, 관재(T)의 축선 C1에 대하여 직교하는 방향으로 되는 상하 방향 Z로 이동시킬 수 있다. 유압 잭(13)은, 내주측 롤러(12)를 관재(T)의 일단부(T1)의 내주면에 압박함으로써, 일단부(T1)를 소성 변형시킬 수 있도록 출력이 설정되어 있다.

본 실시 형태에서는, 내주측 롤러(12)는 대략 원기둥 형상으로 형성되어 있다. 내주측 롤러(12)는, 자신의 중심 축선 C3 주위로 회전 가능해지도록 피스톤(13b)의 선단에 장착되어 있다. 내주측 롤러(12)는, 중심 축선 C3이 관재(T)의 축선 C1과 평행해지는 동시에, 외주면이 관재(T)의 일단부(T1)의 내주면에 접촉하도록 관재(T)의 관로 내에 배치되어 있다. 내주측 롤러(12)의 외경은, 관재(T)의 내경보다 작아지도록 설정되어 있다. 내주측 롤러(12)는, 예를 들어, 철강 등의 표면에 보호층을 형성함으로써 구성되어 있다.

회전 수단(15)은, 외주면이 케이싱(11)의 외주면에 접촉하는 외주측 롤러(16)와, 외주측 롤러(16)를 그 중심 축선 C4 주위로 회전시키는 롤러 구동 모터(17)와, 관재(T)가 축선 C1 주위로 회전하도록 안내하는 한 쌍의 가이드 롤러(18)를 갖고 있다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 외주측 롤러(16)는, 중심 축선 C4가 케이싱(11)의 축선 C2와 평행해지도록 배치되고, 베이스(21)의 상면에 고정된 회전대(24)에 의해 중심 축선 C4 주위로 회전 가능하게 지지되어 있다. 외주측 롤러(16)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 케이싱(11) 중 내주측 롤러(12)에 인접하는 부분의 직경 방향 외측에 배치되어 있다.

또한, 이하에서는, 케이싱(11)의 직경 방향을 단순히 「직경 방향」, 케이싱(11)의 둘레 방향을 단순히 「둘레 방향」이라 각각 칭한다. 본 실시 형태에서는, 내주측 롤러(12)의 연직 하방에 외주측 롤러(16)가 배치되고, 외주측 롤러(16)와 내주측 롤러(12) 사이에 케이싱(11)과 관재(T)가 끼워져 있다. 또한, 도 1에 도시하는 바와 같이, 롤러 구동 모터(17)는 베이스(21)의 상면에 장착되어 있다.

이와 같이, 본 실시 형태에서는, 회전 수단(15)은, 관재(T)를 관재(T)의 축선 C1 주위로 회전시키는 구동력을, 케이싱(11)을 통해 관재(T)에 부여하도록 구성되어 있다.

각각의 가이드 롤러(18)는, 자신의 중심 축선 C5가 케이싱(11)의 축선 C2와 평행해지는 동시에, 외주면이 케이싱(11)의 외주면에 접촉하도록 배치되어 있다. 가이드 롤러(18)는, 케이싱(11)의 축선 C2로부터, 외주측 롤러(16)의 중심 축선 C4까지의 거리와, 가이드 롤러(18)의 중심 축선 C5까지의 거리의 차가, 외주측 롤러(16)의 반경과 가이드 롤러(18)의 반경의 차에 동등해지도록 배치되어 있다. 가이드 롤러(18)는, 베이스(21)의 상면에 고정된 회전대(25)에 의해 중심 축선 C5 주위로 회전 가능하게 지지되어 있다. 외주측 롤러(16) 및 가이드 롤러(18)는, 각각이 금속이나 단단한 수지 등으로 대략 원기둥 형상으로 형성되어 있다.

다음으로, 본 실시 형태의 관재 교정 방법을, 관재 교정 장치(1)를 사용하여 관재(T)의 일단부(T1)를 교정하는 경우로 설명한다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 본 관재 교정 방법은, 관재(T)의 일단부(T1)에 케이싱(11)을 장착하는 고정구 장착 공정(S1)과, 내주측 롤러(12)에 대하여 관재(T)를 회전시켜 관재(T)의 형상을 교정하는 관재 교정 공정(S2)을 구비하고 있다.

본 관재 교정 방법으로 교정되는 관재(T)는, 예를 들어, 도 4의 (a)에 도시하는 바와 같이, 일단부(T1)에 국부적인 오목부나 볼록부 등의 변형(T2)이 존재하는 것이나, 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이, 일단부(T1) 전체의 단면 형상이 타원형 등의 비원형의 것으로, 진원도가 낮은 것이다.

우선, 고정구 장착 공정(S1)에 있어서, 도 5에 도시하는 바와 같이, 관재(T)의 일단부(T1)의 외주면에 케이싱(11)을 장착한다. 이때, 관재(T)의 외경보다 근소하게 작은 내경을 갖는 케이싱(11)을 선택한다. 여러 가지 관재에 대응하기 위해, 내경이 다른 여러 가지 사양의 케이싱을 구비해 두는 것이 바람직하다.

계속해서, 유압 잭(13)에 의해 내주측 롤러(12)를 상방으로 이동시킨 상태에서, 케이싱(11)을 장착한 관재(T)를 이동시키고, 외주측 롤러(16) 및 한 쌍의 가이드 롤러(18)의 외주면을 케이싱(11)의 외주면에 각각 접촉시키는 동시에, 관재(T)의 관로 내에 내주측 롤러(12)를 배치한다. 그리고 유압 잭(13)에 의해 내주측 롤러(12)를 하방으로 이동시켜 내주측 롤러(12)를 관재(T)에 있어서의 일단부(T1)의 내주면에 압박함으로써, 관재(T)의 외주면과 케이싱(11)의 내주면에 압접력을 작용시키고, 그에 의해 케이싱(11)의 내주면을 교정형 면으로 하여 관재(T)의 일단부(T1)를 소성 변형시킨다. 그와 동시에, 롤러 구동 모터(17)를 동작시켜 내주측 롤러(12)에 대하여 관재(T)를 관재(T)의 축선 C1 주위로 회전시킨다. 이때, 내주측 롤러(12)의 중심 축선 C3은, 관재(T)의 축선 C1과 평행하게 되어 있다.

이와 같이, 일단부(T1)의 내주면 전체 둘레에 걸쳐 내주측 롤러(12)로 교정함으로써, 변형부(T2)의 변형 정도가 작아지거나 타원형이 수정되어, 관재(T)의 진원도가 교정된다. 또한, 관재(T)를 축선 C1 주위로 1회전시켜도 교정이 불충분한 경우에는, 관재(T)를 축선 C1 주위로 반복하여 회전시킴으로써, 관재(T)의 진원도를 더욱 향상시킬 수 있다. 이 경우의 관재(T)에 발생하는 소성 변형은, 압연과 마찬가지의 메커니즘에 의해, 내주측 롤러(12) 및 케이싱(11)과 관재(T)의 선 접촉 영역에서의 직경 방향의 압축 변형이, 체적 일정칙에 의해 둘레 방향으로의 신장 변형으로 전환된다. 둘레 방향으로의 신장 변형은, 그 변형 방향 상에 있는, 케이싱(11)의 내주면(11a)에 의해 형상의 구속을 받아, 케이싱(11)의 내주면(11a)의 형상에 따라, 관재(T)의 형상 변형이 진행된다. 그 결과, 유효한 교정이 행해진다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 관재 교정 장치(1) 및 관재 교정 방법에 따르면, 케이싱(11)으로 관재(T)의 일단부(T1)의 외주면을 지지하면서 내주측 롤러(12)를 일단부(T1)의 내주면에 압박하여 일단부(T1)를 소성 변형시키면서, 내주측 롤러(12)에 대하여 관재(T)를 축선 C1 주위로 회전시킨다. 이로 인해, 관재(T)의 일단부(T1)를 케이싱(11)의 내주면(11a)을 따른 진원의 형상으로 교정할 수 있다.

또한, 케이싱(11)과 관재(T) 사이에 압접력을 작용시키면서, 관재(T)를 축선 C1 주위로 회전시킴으로써 관재(T)를 교정하므로, 특허문헌 1에 기재된 종래의 교정 장치에 비해, 단시간에 관재의 진원도를 교정할 수 있다.

회전 수단(15)은, 관재(T)를 축선 C1 주위로 회전시키는 구동력을 케이싱(11)을 통해 관재(T)에 부여하도록 구성되어 있다. 케이싱(11)의 외경은 관재(T)의 외경보다 커지므로, 관재(T)에 큰 토크를 용이하게 작용시킬 수 있다.

회전 수단(15)은, 외주측 롤러(16)와 롤러 구동 모터(17)를 갖는다. 케이싱(11)을 통해 관재(T)를 내주측 롤러(12)와 외주측 롤러(16)로 직경 방향으로 사이에 끼워 변형시킴으로써, 교정 하중이 큰 경우라도, 케이싱(11)의 변형을 억제하여 고정밀도로 관재(T)의 교정을 할 수 있다.

회전 수단(15)은 가이드 롤러(18)를 가지므로, 내주측 롤러(12)에 대하여 관재(T)를 관재(T)의 축선 C1 주위로, 보다 안정시켜 회전시킬 수 있다. 관재 교정 장치(1)는 베이스(21)를 구비하므로, 베이스(21)를 수평면(G) 상에 배치함으로써, 내주측 롤러(12)의 위치를 고정한 상태에서, 케이싱(11)이 장착된 관재(T)를 축선 C1 주위로 회전시키면서 관재(T)의 일단부(T1)의 진원도를 교정할 수 있다. 또한, 케이싱(11)의 강성을 관재(T)의 강성보다 충분히 높게 설정함으로써, 관재(T)의 초기의 잔류 응력이나 변형에 상관없이, 관재(T)를 케이싱(11)의 내주면(11a)을 따르게 하여 균일하게 교정할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 이하에 설명하는 바와 같이 관재 교정 장치(1)의 구성을 다양하게 변경할 수 있다.

예를 들어, 도 6에 도시하는 관재 교정 장치(2)와 같이, 내주측 롤러(12)를, 관재(T)의 축선 C1을 대칭의 축으로 하여 복수(본 변형예에서는 2개) 구비하도록 구성해도 된다. 본 변형예에서는, 각각의 내주측 롤러(12)에 대하여, 내주측 롤러(12)를 일단부(T1)의 내주면에 압박하는 유압 잭(13)이 구비되어 있다. 관재 교정 장치(2)를 이와 같이 구성함으로써, 보다 단시간에, 일단부(T1)를 원형에 가까운 형상으로 교정할 수 있다.

또한, 도 7에 도시하는 관재 교정 장치(3)와 같이, 상기 제1 실시 형태의 관재 교정 장치(1)에 있어서의 회전 수단(15) 대신에, 회전 수단(31)을 구비해도 된다. 이 회전 수단(31)은, 내주측 롤러(12)를 중심 축선 C3 주위로 회전시키는 롤러 구동 모터(32)를 구비하고 있다. 본 변형예의 회전 수단(31)은, 관재(T)를 축선 C1 주위로 회전시키는 구동력을 내주측 롤러(12)를 통해 관재(T)에 부여하도록 구성되어 있다. 관재 교정 장치(3)를 이와 같이 구성함으로써도, 내주측 롤러(12)에 대하여 관재(T)를 관재(T)의 축선 C1 주위로 회전시킬 수 있다. 내주측 롤러(12)에 의해 관재(T)에 직접 구동력을 작용함으로써, 예를 들어, 관재(T)와 케이싱(11) 사이에 간극이 있는 경우라도, 관재(T)를 축선 C1 주위로 보다 확실하게 회전시킬 수 있다.

또한, 관재 교정 장치(1)에 롤러 구동 모터(32)를 더 구비함으로써, 관재(T)를 내주측 롤러(12) 및 외주측 롤러(16)의 양쪽에 의해 회전시켜도 된다.

도 8에 도시하는 관재 교정 장치(4)와 같이, 관재 교정 장치(1)에 있어서, 내주측 롤러(12)에 대한 하방에 있어서의 둘레 방향의 일측에 외주측 롤러(16)를 배치하는 동시에, 둘레 방향의 타측에 1개의 가이드 롤러(18)를 배치해도 된다. 관재 교정 장치(4)를 이와 같이 구성함으로써, 1개의 내주측 롤러(12)와 1개의 가이드 롤러(18)에 의해, 내주측 롤러(12)를 하방으로부터 안정적으로 지지할 수 있다.

또한, 상기 제1 실시 형태 및 그 변형예에서는, 가이드 롤러(18)는 필수의 구성 요소는 아니다. 내주측 롤러(12) 및 가이드 롤러(18)만으로, 케이싱(11)이 장착된 관재(T)를 안정적으로 지지할 수 있는 경우도 있기 때문이다.

다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 도 9 내지 도 11을 참조하면서 설명하지만, 상기 실시 형태와 동일한 부위에는 동일한 부호를 부여하여 그 설명은 생략하고, 다른 점에 대해서만 설명한다.

도 9 및 도 10에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 관재 교정 장치(5)는, 관재(T)를 고정한 상태에서, 관재(T)의 축선 C1 주위로 내주측 롤러(12)가 회전하도록 구성되어 있다. 본 관재 교정 장치(5)는, 상기 제1 실시 형태의 관재 교정 장치(1)에 있어서 베이스(21)가 구비되어 있지 않고, 회전 수단(15) 대신에 회전 수단(41)을 구비하고 있다.

회전 수단(41)은, 중심 축선 C4가 케이싱(11)의 축선 C2와 평행해지는 동시에, 외주면이 케이싱(11)의 외주면에 접촉하도록 배치된 한 쌍의 외주측 롤러(16)와, 한 쌍의 외주측 롤러(16)를 중심 축선 C4 주위로 동일 방향으로 각각 회전시키는 롤러 구동 모터(17)를 갖는다. 도 10에 도시하는 바와 같이, 한 쌍의 외주측 롤러(16)는, 내주측 롤러(12)에 대하여, 케이싱(11) 중 내주측 롤러(12)에 인접하는 부분의 직경 방향 외측으로부터 서로 둘레 방향의 반대측으로 위치를 어긋나게 하여 각각 배치되어 있다.

본 실시 형태에서는, 롤러 구동 모터(17)는 회전대(24)에 장착되고, 회전대(24)는 또한 지지대(22)에 고정되어 있다. 그리고 지지대(22)에 일체로 된 내주측 롤러(12), 유압 잭(13), 한 쌍의 외주측 롤러(16) 및 롤러 구동 모터(17)가, 롤러 구동 모터(17)를 구동함으로써, 관재(T)의 축선 C1 주위로 회전한다.

이와 같이 구성된 본 실시 형태의 관재 교정 장치(5)에 따르면, 간단한 구성으로 관재(T)의 일단부(T1)의 진원도를 교정할 수 있다. 또한, 한 쌍의 외주측 롤러(16)를 구비함으로써, 외주측 롤러(16)의 사이에 케이싱(11)을 끼우도록 확실하게 지지하는 동시에, 관재(T)에 대한 내주측 롤러(12)의 회전력을 높일 수 있다.

관재(T)의 외경이 큰 경우 등, 관재(T)를 축선 C1 주위로 회전시킬 수 없는 경우라도, 내주측 롤러(12)를 축선 C1 주위로 회전시킴으로써 관재(T)의 일단부(T1)의 교정을 행할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 도 11에 도시하는 관재 교정 장치(6)와 같이, 관재 교정 장치(5)의 회전 수단(41) 대신에, 전술한 회전 수단(31), 즉, 롤러 구동 모터(32)를 구비해도 된다. 관재 교정 장치(6)를 이와 같이 구성함으로써, 롤러 구동 모터(32)를 구동하여 내주측 롤러(12)를 중심 축선 C3 주위로 회전시킴으로써, 관재(T)에 대하여 내주측 롤러(12)를 축선 C1 주위로 회전시킬 수 있다.

본 실시 형태의 관재 교정 장치(5)에 롤러 구동 모터(32)를 더 구비함으로써, 내주측 롤러(12) 및 외주측 롤러(16)의 양쪽에 의해 관재(T)에 대하여 회전하도록 구성해도 된다.

다음으로, 본 발명의 제3 실시 형태에 대해 도 12를 참조하면서 설명하지만, 상기 실시 형태와 동일한 부위에는 동일한 부호를 부여하여 그 설명은 생략하고, 다른 점에 대해서만 설명한다.

본 실시 형태의 관재 교정 장치(7)는, 전술한 케이싱(11)과, 3개의 내주측 롤러(12)와, 각각의 내주측 롤러(12)를 직경 방향 외측으로 가압하는 압박 수단(51)과, 도시하지 않은 회전 수단을 구비하고 있다.

압박 수단(51)은, 관재(T)의 일단부(T1)에 있어서 축선 C1 상에 배치되는 본체부(52)와, 본체부(52)에 대한 직경 방향 외측에 축선 C1 주위로 둘레 방향으로 등각도마다 배치된 3개의 지지 부재(53)와, 각각의 지지 부재(53)와 본체부(52)를 접속하는 3개의 스프링 부재(54)를 갖는다.

각각의 지지 부재(53)는, 내주측 롤러(12)를 내주측 롤러(12)의 중심 축선 C3 주위로 회전 가능하게 지지하고 있다. 스프링 부재(54)는, 내주측 롤러(12)를 일단부(T1)의 내주면에 접촉시킨 상태에서, 내주측 롤러(12)를 직경 방향 외측으로 가압하는 동시에, 일단부(T1)를 소성 변형시키도록 조절되어 있다. 즉, 내주측 롤러(12)를 일단부(T1)의 내주면에 접촉시켰을 때 스프링 부재(54)가 일단부(T1)에 부여하는 응력은, 관재(T)를 형성하는 재료의 항복 응력 이상으로 되도록 설정되어 있다. 회전 수단은, 각각의 내주측 롤러(12)를 중심 축선 C3 주위로 동일 방향으로 회전시킨다.

이와 같이 구성된 본 실시 형태의 관재 교정 장치(7)가 관재(T)의 일단부(T1)를 교정하는 경우에는, 우선, 고정구 장착 공정(S1)에 있어서, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지로, 관재(T)의 일단부(T1)의 외주면에 케이싱(11)을 장착한다.

계속해서, 관재 교정 공정(S2)에 있어서, 일단부(T1)의 관로 내에, 본체부(52)와 일체로 된 내주측 롤러(12), 지지 부재(53) 및 스프링 부재(54)를 배치한다. 그리고 스프링 부재(54)에 의해 내주측 롤러(12)를 직경 방향 외측으로 가압하여 일단부(T1)를 소성 변형시키면서, 회전 수단에 의해 각각의 내주측 롤러(12)를 회전시킴으로써, 전체 둘레에 걸쳐 일단부(T1)의 진원도를 교정한다.

다음으로, 본 발명의 제4 실시 형태에 대해 도 13 및 도 14를 참조하면서 설명한다.

상기 제1 실시 형태∼제3 실시 형태에서는, 내주측 롤러를 유압 잭(13)에 의해 관재(T)의 내주면에 압박함으로써, 관재(T)의 외주면과 케이싱(11)의 내주면 사이에 압접력을 작용시키는 경우를 서술하였지만, 도 13에 도시하는 바와 같이, 본 제4 실시 형태의 관재 교정 장치(101)에서는, 유압 잭(113)에 의해 외주측 롤러(116)에 상향의 압박력을 작용시킴으로써, 케이싱(11)을 내주측 롤러(112)를 향해 관재(T)의 외주면에 압박하도록 하고 있다. 따라서, 외주측 롤러(116)는 상하 이동 가능하게 되고, 내주측 롤러(112)는 위치 고정으로 되어 있다.

본 실시 형태의 관재 교정 장치(101)는, 도 13에 도시하는 바와 같이, 링 형상의 케이싱(11)과, 내주측 롤러(112)와, 외주측 롤러(116)와, 롤러 구동 모터(114)와, 한 쌍의 가이드 롤러(118)와, 유압 잭(압박 수단)(113)을 구비하고 있다.

케이싱(11)은, 원형으로 형성된 자신의 내주면(11a)을 관재(T)의 일단부(T1)의 외주면에 대향시켜 관재(T)의 외주에 배치된다. 내주측 롤러(112)는, 관재(T)의 일단부(T1)의 내주면에 외주면을 접촉시켜 관재(T)의 내주에 배치된다. 외주측 롤러(116)는, 케이싱(11)의 외주면에 접촉하여 케이싱(11)에 대하여 회전력을 부여하는 동시에 상향의 압박력을 작용시킨다. 롤러 구동 모터(114)는, 외주측 롤러(116)를 회전 구동한다. 가이드 롤러(118)는, 케이싱(11)의 외주면에 접촉하여 케이싱(11)을 지지하는 동시에 케이싱(11)의 회전을 안내한다. 유압 잭(113)은, 외주측 롤러(116)에 상향의 압박력을 부여한다.

외주측 롤러(116), 롤러 구동 모터(114) 및 가이드 롤러(118)는, 관재(T)와 내주측 롤러(112)를 관재(T)의 축선 C1 주위로 상대적으로 회전시키는 회전 수단(115)을 구성하고 있다.

여기서, 도 13 및 도 14에 도시하는 바와 같이, 관재(T)의 축선 C1, 케이싱(11)의 축선 C2, 내주측 롤러(112)의 축선 C3, 외주측 롤러(116)의 축선 C4는, 모두 서로 평행하며 수평 방향을 향하도록 설정되고, 내주측 롤러(112)는 관재(T)의 하단부의 내주에 배치되고, 외주측 롤러(116)는 내주측 롤러(112)의 연직 하방에 배치되어 있다.

케이싱(11)의 내주면(11a)은, 케이싱(11)의 축선 C2 방향에 평행하게 보았을 때에, 진원형 또는 대략 진원형으로 형성되어 있다. 케이싱(11)은, 철강 등의 금속으로 형성되어 있다. 또한, 케이싱(11)의 강성은, 관재(T)의 강성보다 충분히 높은 것이 바람직하다.

케이싱(11)의 내경은, 관재(T)의 외경보다 근소하게 크게 설정되어 있고, 케이싱(11)을 관재(T)의 외주에 배치하여, 외주측 롤러(116)로 케이싱(11)을 지지하였을 때, 케이싱(11)의 상단부의 내주와 관재(T)의 상단부의 외주 사이에 근소하게 간극이 형성되는 정도로 케이싱(11)의 내경이 설정되어 있다.

도 14에 도시하는 바와 같이, 관재 교정 장치(101)는 베이스(121)를 구비하고 있다. 베이스(121)는, 이동용의 주행 차륜(151)을 구비하고 있고, 수평면(G) 상에 배치되어 있다. 베이스(121)의 상면에는 지지대(122)가 세워 설치되어 있다. 지지대(122)에는, 내주측 롤러(112)를 지지하는 지지축(140)의 기부가 축선을 수평을 향해 고정되어 있고, 지지축(140)의 선단의 세경부(141)의 외주에 베어링(142)을 통해, 대략 원통 형상으로 형성된 내주측 롤러(112)가 자신의 중심 축선 C3 주위로 회전 가능하게 장착되어 있다. 또한, 내주측 롤러(112)의 외경은, 관재(T)의 내경보다 작아지도록 설정되어 있고, 내주측 롤러(112)는, 예를 들어, 철강 등의 표면에 보호층을 형성함으로써 구성되어 있다.

또한, 베이스(121)에는, 고정 프레임(123)이 설치되어 있고, 이 고정 프레임(123)에는, 외주측 롤러(116)를 지지하는 상하 이동 프레임(124)이 상하 방향 슬라이드 가능하게 지지되어 있다. 이 상하 이동 프레임(124)은, 상하 이동 프레임(124)의 하방에 배치한 유압 잭(113)에 의해 상하 이동시켜지는 것으로, 이 상하 이동 프레임(124)에, 외주측 롤러(116)를 베어링(126)을 통해 회전 가능하게 지지하는 지지축(125)이 고정되어 있다.

외주측 롤러(116)에는, 외주측 롤러(116)와 일체로 회전할 수 있도록 기어(127)가 장착되어 있고, 이 기어(127)가, 상하 이동 프레임(124)에 베어링(131)을 통해 회전 가능하게 지지된 피구동축(130)과 일체 회전하는 기어(132)에 맞물려 있다. 피구동축(130)은, 회전 조인트(119)를 통해, 베이스(121)에 고정된 롤러 구동 모터(114)의 구동축에 연결되어 있고, 이 롤러 구동 모터(114)의 회전이, 상하 이동 프레임(124)의 상하 이동에 관계없이, 회전 조인트(119)를 통해 피구동축(130)에 전달되고, 피구동축(130)에 전달된 회전이, 기어(132) 및 기어(127)를 통해 외주측 롤러(116)에 전달된다. 또한, 유압 잭(113)에 의해 상하 이동 프레임(124)에 전달된 상하 방향 Z의 압박력은, 지지축(125) 및 베어링(126)을 통해 외주측 롤러(116)에 전달된다.

유압 잭(113)은, 외주측 롤러(116)를 통해 케이싱(11)을 관재(T)의 일단부(T1)의 외주면에 압박함으로써, 케이싱(11)의 내주면(11a)과 관재(T)의 외주면 사이에 압접력을 작용시키고, 그에 의해, 케이싱(11)의 내주면(11a)을 교정형 면으로 하여 관재(T)의 일단부(T1)를 소성 변형시킬 수 있도록 출력이 설정되어 있다. 이 유압 잭(113)의 유압 공급로의 도중에는, 도 13에 도시하는 바와 같이, 유압 잭(113)에 의한 케이싱(11)에 대한 압박력을, 관재(T)의 두께 변화에 상관없이 정압으로 제어하는 정압 제어 수단으로서의 어큐뮬레이터(117)가 개재되어 있다. 이 어큐뮬레이터(117)는, 유압 잭(113)의 스트로크 변화에 의한 가중 변동을 흡수하는 기능을 한다.

이와 같이, 본 실시 형태에서는, 회전 수단(115)은, 관재(T)를 관재(T)의 축선 C1 주위로 회전시키는 구동력을, 케이싱(11)을 통해 관재(T)에 부여하도록 구성되어 있다. 각각의 가이드 롤러(118)는, 자신의 중심 축선이 케이싱(11)의 축선 C2와 평행해지는 동시에, 외주면이 케이싱(11)의 외주면에 접촉하도록 배치되어 있다. 가이드 롤러(118)는, 관재(T)의 축선 C1로부터, 외주측 롤러(116)의 중심 축선 C4까지의 거리와, 가이드 롤러(118)의 중심 축선까지의 거리의 차가, 외주측 롤러(116)의 반경과 가이드 롤러(18)의 반경의 차에 동등해지도록 배치되어 있다. 외주측 롤러(116) 및 가이드 롤러(118)는, 각각이 금속이나 단단한 수지 등으로 대략 원기둥 형상으로 형성되어 있다.

이와 같이 구성된 관재 교정 장치(101)를 사용하여 관재(T)의 일단부(T1)의 정형을 행하는 관재 교정 방법에 대해 설명한다. 관재(T)를 교정하는 경우에는, 우선, 관재(T)의 일단부(T1)의 외주에 케이싱(11)을 배치하는 동시에, 관재(T)의 일단부(T1)의 내주에 내주측 롤러(112)를 배치한다. 이때, 관재(T)의 외경보다 근소하게 큰 내경을 갖는 케이싱(11)을 선택한다. 여러 가지 관재에 대응하기 위해, 내경이 다른 여러 가지 사양의 케이싱을 구비해 두는 것이 바람직하다.

계속해서, 외주측 롤러(116) 및 한 쌍의 가이드 롤러(118)의 외주면을 케이싱(11)의 외주면에 각각 접촉시킨다. 그리고 유압 잭(113)에 의해 외주측 롤러(116)를 상방으로 이동시켜, 외주측 롤러(116)에 의해 케이싱(11)의 내주면(11a)을 관재(T)의 일단부(T1)의 외주면에 압박하고, 관재(T)의 외주면과 케이싱(11)의 내주면에 압접력을 작용시킴으로써, 케이싱(11)의 내주면(11a)을 교정형 면으로 하여 관재(T)의 일단부(T1)를 소성 변형시킨다. 그와 동시에, 롤러 구동 모터(114)를 동작시켜 외주측 롤러(116)를 회전시킴으로써, 케이싱(11)을 통해 내주측 롤러(112)에 대하여 관재(T)를 관재(T)의 축선 C1 주위로 회전시킨다.

이와 같이, 일단부(T1)의 외주면 전체 둘레에 걸쳐 케이싱(11)으로 교정함으로써, 변형부(T2)의 변형 정도가 작아지거나 타원형이 수정되어 관재(T)의 진원도가 교정된다. 또한, 관재(T)를 축선 C1 주위로 1회전시켜도 교정이 불충분한 경우에는, 관재(T)를 축선 C1 주위로 반복하여 회전시킴으로써, 관재(T)의 진원도를 더욱 향상시킬 수 있다. 이 경우의 관재(T)에 발생하는 소성 변형은, 내주측 롤러(112) 및 케이싱(11)과 관재(T)의 선 접촉 영역에 대한 국부적인 힘의 도입에 의한 것이므로, 변형이 극소 영역에 한정되고, 압연과 마찬가지의 메커니즘에 의해 스프링백 없이 진행된다. 그 결과, 유효한 교정이 행해진다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 관재 교정 장치(101) 및 관재 교정 방법에 따르면, 케이싱(11)으로 관재(T)의 일단부(T1)의 외주면을 지지하면서, 외주측 롤러(116)에 의해 케이싱(11)을 관재(T)의 일단부(T1)의 외주면에 압박하여 일단부(T1)를 소성 변형시키면서, 내주측 롤러(112)에 대하여 관재(T)를 축선 C1 주위로 회전시킨다. 이로 인해, 관재(T)의 일단부(T1)를 케이싱(11)의 내주면(11a)을 따른 진원의 형상으로 교정할 수 있다.

회전 수단(115)은, 관재(T)를 축선 C1 주위로 회전시키는 구동력을 케이싱(11)을 통해 관재(T)에 부여하도록 구성되어 있고, 케이싱(11)의 외경은 관재(T)의 외경보다 커지므로, 관재(T)에 큰 토크를 용이하게 작용시킬 수 있다.

회전 수단(115)은, 외주측 롤러(116)와 롤러 구동 모터(114)를 갖고, 케이싱(11)을 통해 관재(T)를 내주측 롤러(112)와 외주측 롤러(116)로 직경 방향으로 사이에 끼워 변형시킴으로써, 교정 하중이 큰 경우라도, 케이싱(11)의 변형을 억제하여 고정밀도로 관재(T)의 교정을 할 수 있다.

회전 수단(115)은 가이드 롤러(118)를 가지므로, 내주측 롤러(112)에 대하여 관재(T)를 관재(T)의 축선 C1 주위로, 보다 안정시켜 회전시킬 수 있다. 관재 교정 장치(101)는 베이스(121)를 구비하므로, 베이스(121)를 수평면(G) 상에 배치함으로써, 내주측 롤러(112)의 위치를 고정한 상태에서, 케이싱(11)이 배치된 관재(T)를 축선 C1 주위로 회전시키면서 관재(T)의 일단부(T1)의 진원도를 교정할 수 있다. 또한, 케이싱(11)의 강성을 관재(T)의 강성보다 충분히 높게 설정함으로써, 관재(T)의 초기의 잔류 응력이나 변형에 상관없이, 관재(T)를 케이싱(11)의 내주면(11a)을 따르게 하여 균일하게 교정할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 이하에 설명하는 바와 같이 관재 교정 장치(101)의 구성을 변경할 수 있다.

예를 들어, 도 15에 도시하는 변형예의 관재 교정 장치(102)에서는, 내주측 롤러(112)의 지지축(140)의 세경부(141)의 길이를 연장시키는 동시에, 외주측 롤러(116)를 지지하는 고정 프레임(123)의 위치를 지지대(122)로부터 이격하여, 관재(T)의 일단부(T1)보다 더욱 안측의 축 영역을 교정할 수 있도록 하고 있다.

이와 같이 구성한 경우, 관재(T)를 화살표 X와 같이 축선 방향으로 1회의 교정 공정에서 처리할 수 있는 축 영역마다 관재 교정 장치(102)에 대하여 상대 이동함으로써, 일단부(T1)로부터 내주측 롤러(112) 및 외주측 롤러(116)가 도달하는 범위까지 교정할 수 있고, 정형 하중을 동일하게 하면서 정형 범위를 확대할 수 있다. 예를 들어, 관재(T)의 일단부(T1)로부터 교정 가공을 개시하고, 관재 교정 장치(102)는 고정한 채, 정형 폭 분만큼, 관재(T)를 관축 방향으로 관재 교정 장치(102)측으로 이동시키고, 다시 교정 가공한다. 이 사이클을 반복함으로써, 교정 하중을 바꾸는 일 없이, 정형 폭을 확대하는 것이 가능해진다.

또한, 베어링(142)을 통해 내주측 롤러(112)를 장착하고 있으므로, 내주측 롤러(112)의 직경을 변경하고, 외주측 롤러(116)의 높이를 유압 잭(113)으로 조정함으로써, 관재(T)의 직경이나 판 두께의 차이에도 용이하게 대응할 수 있다.

또한, 내주측 롤러(112)를 더욱 소경화하는 경우에는, 세경부(141)측의 베어링을 폐지하여, 지지축(140)과 지지대(122) 사이에 베어링을 배치하여 지지축 자체를 지지대(122)에 회전 가능하게 지지하고, 세경부를 직접 내주측 롤러로 할 수도 있다.

다음으로, 본 발명의 제5 실시 형태에 사용하는 케이싱(11B)에 대해 도 16을 참조하면서 설명한다.

도 16은 그 케이싱의 구성도로, (a)는 조립 상태의 사시도, (b)는 케이싱을 구성하는 분할 피스의 슬라이드 기구의 주요부 사시도, (c)는 인접하는 분할 피스를 분해한 상태를 도시하는 주요부 사시도이다.

이 케이싱(11B)은, 상기 제1 실시 형태∼제4 실시 형태의 관재 교정 장치의 케이싱(11) 대신에 사용할 수 있는 것이며, 둘레 방향으로 복수(도시예에서는 3개)의 동일 형상의 분할 피스(201)로 분할되어 있다. 분할 피스(201)의 양단부에는, 양단부에서 반대측으로 되는 축 방향의 직사각 형상 절결부(202)를 형성함으로써, 양단부에서 반대측으로 되는 겹침편(203)이 설치되어 있다. 그리고 인접하는 분할 피스(201)의 겹침편(203)을 겹침으로써, 일정 직경을 갖는 링 형상의 케이싱(11B)이 구성된다.

겹침편(203)에는, 위치 결정 핀(210)을 관통시키는 위치 결정 구멍(204)과, 조정 핀(220)을 삽입하는 둘레 방향으로 긴 긴 구멍(205)이 형성되어 있고, 조정 핀(220)을 긴 구멍(205)에 삽입한 상태에서 위치 결정 핀(210)을 제거한 상태로 함으로써, 분할 피스(201)를 링 형상으로 연결한 상태에서, 긴 구멍(205)과 조정 핀(220)으로 규정되는 소정 범위만큼 둘레 방향으로 슬라이드 가능하게 유지해 둘 수 있다. 이 경우, 긴 구멍(205)과 조정 핀(220)의 조합으로 슬라이드 기구가 구성되어 있다. 또한, 위치 결정 핀(210)이나 조정 핀(220)에는 볼트를 사용하고 있고, 볼트의 선단에 너트(221)를 나사 결합함으로써, 위치 결정 핀(210)이나 조정 핀(220)을 빠짐 방지 및 체결할 수 있다. 위치 결정 핀(210)은, 케이싱(11B)의 조립 후에, 형상을 고정하기 위한 것이다.

이와 같이, 분할 타입의 케이싱(11B)을 사용한 경우, 착탈 시간의 단축을 도모할 수 있다. 또한, 조정 핀(220)을 이용하여 분할 피스(201) 슬라이드시킴으로써, 케이싱(11B)을 직경 확장시킬 수 있으므로, 케이싱(11B)의 탈착 시나 위치를 바꿀 때에 용이하게 이동시킬 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 구성된 본 실시 형태의 관재 교정 장치에 따르면, 간단한 구성으로 단시간에 관재(T)의 일단부(T1)의 진원도를 교정할 수 있다.

이상, 본 발명의 제1 실시 형태 내지 제5 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 상세하게 서술하였지만, 구체적인 구성은 이 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위의 구성의 변경 등도 포함된다. 또한, 각 실시 형태에서 나타낸 구성의 각각을 적절하게 조합하여 이용할 수 있는 것은 물론이다.

예를 들어, 상기 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태에서는, 축 영역이 관재(T)의 일단부(T1)인 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나 축 영역은 관재(T)의 일단부(T1)에 한정되는 일 없이, 관재(T)의 축선 C1 방향의 중앙부 등, 어느 부분이어도 된다. 관재(T)를 형성하는 재료는, 철강, 구리, 놋쇠나 알루미늄 등 특별히 한정되지 않는다.

또한, 상기 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에서는, 케이싱(11)의 내경은 관재(T)의 외경보다 근소하게 작게 설정되어 있는 것으로 하였다. 그러나 케이싱(11)의 내경은 관재(T)의 외경보다 크게 설정되어 있어도 된다. 이 경우에는, 관재(T)를 교정할 때에 일단부(T1)가 직경 확장되도록 진원도가 교정된다.

또한, 상기 제1 실시 형태∼제4 실시 형태에서는, 압박 수단으로서 유압 잭(13, 113)을 사용하였지만, 압박 수단은 이것에 한정되는 일 없이, 모터를 갖는 전동 잭 등을 적절하게 사용할 수 있다.

또한, 상기 제1 실시 형태∼제4 실시 형태에서는, 관재 교정 장치에 구비되는 내주측 롤러(12, 112)의 수에 제한은 없고, 3개 이상 구비되어도 된다. 또한, 상기 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에서는, 롤러 구동 모터(17) 및 롤러 구동 모터(32)의 양쪽을 구비하지 않고, 관재(T)를 축선 C1 주위로 외력에 의해 회전시켜도 된다.

(실험)

제4 실시 형태의 관재 교정 장치(101)를 사용하여 관재(T)의 일단부(T1)의 교정을 행한 실험 결과에 대해 설명한다.

실험에 사용한 관재 교정 장치(101)의 주된 구성의 사양과, 관재(T)의 사양은 하기와 같다.

·케이싱(11):내경 461㎜, 외경 700㎜

·내주측 롤러(112):외경 225㎜

·외주측 롤러(116):외경 540㎜

·관재(T):API(미국 석유 협회) 5L X―65(UOE 강관)

외경 18인치(457.2㎜), 판 두께 17.5㎜

일단부(T1)의 진원도는, 1.0㎜ 이상

·케이싱(11) 및 내주측 롤러(112)에 의한 관재(T)의 압박 폭(축선 C1 방향의 길이):120㎜

(실험 수순)

유압 잭(113)에 의한 상향의 압박력을, 100ton(9.8×10⁵N)으로부터 140ton까지 변화시켰다.

관재(T)를 축선 C1 주위로 회전시키는 수는, 5회로 고정하였다.

진원도는, 전술한 바와 같이, 일단부(T1)에 있어서의 최대 외경과 최소 외경의 차를 의미한다. 또한, 상술한 관재(T)의 진원도의 허용값은 외경의 0.01배로, 외경 18인치의 경우, 약 4.6㎜로 된다.

(실험 결과)

실험 결과를 도 17에 나타낸다. 도 17에 있어서, 횡축은, 유압 잭(113)에 의한 압박력을 나타내고, 종축은, 관재(T)를 5회 회전시켜 교정한 후의 진원도를 나타내고 있다.

이 실험 결과로부터, 압박력을 130ton 이상으로 하였을 때에, 일단부(T1)의 진원도를 0.6㎜ 이하로 교정 가능한 것을 알 수 있었다.

본 발명은, 관재의 축선 방향에 있어서의 적어도 일부인 축 영역의 진원도를 교정하는 관재 교정 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 단시간에 관재의 축 영역의 진원도를 교정할 수 있다.

1, 2, 3, 4, 5, 6, 101, 102 : 관재 교정 장치
11, 11B : 케이싱
11a : 내주면
12, 112 : 내주측 롤러
13, 113 : 유압 잭(압박 수단)
15, 31, 41, 115 : 회전 수단
16, 116 : 외주측 롤러
17, 32, 114 : 롤러 구동 모터
18, 118 : 가이드 롤러
21 : 베이스
51 : 압박 수단
117 : 어큐뮬레이터(정압 제어 수단)
201 : 분할 피스
203 : 겹침편
205 : 긴 구멍(슬라이드 기구)
210 : 위치 결정 핀
220 : 조정 핀(슬라이드 기구)
C1 : 축선
T : 관재
T1 : 일단부(축 영역)

Claims

관재의 축선 방향에 있어서의 적어도 일부인 축 영역의 진원도를 교정하는 관재 교정 장치이며,
원형으로 형성된 자신의 내주면을 상기 관재의 축 영역의 외주면에 대향시켜 상기 관재의 외주에 배치되는 링 형상의 케이싱과,
자신의 외주면을 상기 관재의 축 영역의 내주면에 접촉시켜 상기 관재의 내주에 배치되는 내주측 롤러와,
상기 케이싱의 내주면과 상기 관재의 외주면 사이에 압접력을 작용시킴으로써, 상기 케이싱의 내주면을 교정형 면으로 하여 상기 관재의 상기 축 영역을 소성 변형시키는 압박 수단과,
상기 관재와 상기 내주측 롤러를 상기 관재의 축선 주위로 상대적으로 회전시키는 회전 수단을 구비하는, 관재 교정 장치.
제1항에 있어서, 상기 압박 수단이, 상기 내주측 롤러를 상기 케이싱을 향해 상기 관재의 내주면에 압박함으로써, 상기 케이싱의 내주면과 상기 관재의 외주면 사이에 압접력을 작용시키는, 관재 교정 장치.
제2항에 있어서, 상기 회전 수단이, 상기 관재를 그 축선 주위로 회전시키는 구동력을, 상기 케이싱을 통해 상기 관재에 부여하는, 관재 교정 장치.
제3항에 있어서, 상기 회전 수단이,
자신의 회전 축선이 상기 케이싱의 축선과 평행해지는 동시에, 외주면이 상기 케이싱의 외주면에 접촉하고, 상기 내주측 롤러에 대한 상기 케이싱의 직경 방향 외측에 배치된 외주측 롤러와,
상기 외주측 롤러를 그 회전 축선 주위로 회전시키는 롤러 구동 모터를 갖는, 관재 교정 장치.
제3항에 있어서, 상기 회전 수단이,
자신의 회전 축선이 상기 케이싱의 축선과 평행해지는 동시에, 외주면이 상기 케이싱의 외주면에 접촉하고, 상기 내주측 롤러에 대한 상기 케이싱의 직경 방향 외측으로부터 서로 상기 케이싱의 둘레 방향의 반대측으로 위치를 어긋나게 하여 각각 배치된 한 쌍의 외주측 롤러와,
한 쌍의 상기 외주측 롤러를 그들의 각 회전 축선 주위로 동일 방향으로 각각 회전시키는 롤러 구동 모터를 갖는, 관재 교정 장치.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 회전 수단이,
자신의 회전 축선이 상기 케이싱의 축선과 평행해지는 동시에, 외주면이 상기 케이싱의 외주면에 접촉하고, 상기 관재와 상기 내주측 롤러가 상기 관재의 축선 주위로 상대적으로 회전하도록 안내하는 가이드 롤러를, 상기 외주측 롤러와 별도로 갖는, 관재 교정 장치.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 내주측 롤러 및 상기 외주측 롤러를 각각의 상기 회전 축선 주위로 회전 가능하게 지지하고, 상기 압박 수단 및 상기 롤러 구동 모터가 장착된 베이스를 더 구비하는, 관재 교정 장치.
제2항에 있어서, 상기 회전 수단이, 상기 관재를 그 축선 주위로 회전시키는 구동력을, 상기 내주측 롤러를 통해 상기 관재에 부여하는, 관재 교정 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내주측 롤러가, 상기 관재의 축선을 대칭축으로 하여 복수 구비되어 있는, 관재 교정 장치.
제1항에 있어서, 상기 압박 수단은, 상기 케이싱을 상기 내주측 롤러를 향해 상기 관재의 외주면에 압박함으로써, 상기 케이싱의 내주면과 상기 관재의 외주면 사이에 압접력을 작용시키는, 관재 교정 장치.
제10항에 있어서, 상기 회전 수단이, 상기 관재를 그 축선 주위로 회전시키는 구동력을, 상기 케이싱을 통해 상기 관재에 부여하는, 관재 교정 장치.
제11항에 있어서, 상기 회전 수단이,
자신의 회전 축선이 상기 케이싱의 축선과 평행해지는 동시에, 외주면이 상기 케이싱의 외주면에 접촉하고, 상기 내주측 롤러에 대한 상기 케이싱의 직경 방향 외측에 배치된 외주측 롤러와,
상기 외주측 롤러를 그 회전 축선 주위로 회전시키는 롤러 구동 모터를 갖는, 관재 교정 장치.
제12항에 있어서, 상기 압박 수단이, 상기 외주측 롤러를 통해, 상기 케이싱을 상기 내주측 롤러를 향해 상기 관재의 외주면에 압박하는, 관재 교정 장치.
제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 회전 수단이,
자신의 회전 축선이 상기 케이싱의 축선과 평행해지는 동시에, 외주면이 상기 케이싱의 외주면에 접촉하고, 상기 관재와 상기 내주측 롤러가 상기 관재의 축선 주위로 상대적으로 회전하도록 안내하는 가이드 롤러를, 상기 외주측 롤러와 별도로 갖는, 관재 교정 장치.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압박 수단에 의한 압박력을, 상기 관재의 두께 변화에 상관없이 정압으로 제어하는 정압 제어 수단을 더 구비하는, 관재 교정 장치.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이싱이 둘레 방향으로 복수로 분할 가능하게 되어 있는, 관재 교정 장치.
제16항에 있어서, 상기 케이싱이 둘레 방향으로 복수의 분할 피스로 분할되고, 인접하는 분할 피스의 단부에 설치한 겹침편에 위치 결정 핀을 관통시킴으로써, 인접하는 분할 피스가 서로 연결되고, 그에 의해 일정 직경을 갖는 케이싱이 구성되어 있고, 또한, 상기 위치 결정 핀을 제거한 상태로 함으로써, 상기 분할 피스를 둘레 방향으로 소정 범위만큼 슬라이드 가능하게 지지하는 슬라이드 기구가, 인접하는 분할 피스의 상기 겹침편 사이에 설치되어 있는, 관재 교정 장치.
관재의 축선 방향에 있어서의 적어도 일부인 축 영역의 진원도를 교정하는 관재 교정 방법이며,
내주면이 원형으로 형성된 링 형상의 케이싱의 내주면을 상기 축 영역의 외주면에 대향시켜 상기 관재의 외주에 케이싱을 배치하는 동시에, 상기 케이싱의 외주면을 상기 관재의 축 영역의 내주면에 접촉시켜 상기 관재의 내주에 내주측 롤러를 배치하고,
상기 케이싱의 내주면과 상기 관재의 외주면 사이에 압접력을 작용시킴으로써, 상기 케이싱의 내주면을 교정형 면으로 하여 상기 관재의 상기 축 영역을 소성 변형시키는 동시에, 상기 관재와 상기 내주측 롤러를 상기 관재의 축선 주위로 상대적으로 회전시키는, 관재 교정 방법.
제18항에 있어서, 상기 관재와 상기 케이싱 및 상기 내주측 롤러를 축 방향으로 상대 이동시킴으로써, 상기 축 영역을 변화시키는, 관재 교정 방법.