(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する切削手段を備えたねじ切り機と、ねじ切り対象の鋼管長手方向に複数配置され、該鋼管を載置する受台と、載置された該鋼管を固定するクランプとからなる鋼管のねじ切り装置を用い、該鋼管の端部にねじ切り加工を施すに際し、
上記受台に鋼管を搬入する前に、該鋼管の長手方向重心に相当する位置の下方に受台の一つを配置し、該受台及び残りの受台の上面高さを該鋼管の中心軸が上記切削手段の中心軸より低くなる位置に調整しておくと共に、該鋼管が受台に搬入された後には、前記長手方向重心に相当する位置にある受台の高さを切削手段の中心軸高さと鋼管中心軸高さが一致するよう上昇させることを特徴とするねじ切り装置における鋼管のセンタリング方法。
【請求項２】
回転する切削手段を備えたねじ切り機と、ねじ切り対象の鋼管長手方向に複数配置され、該鋼管を載置する受台と、載置された該鋼管を固定するクランプとからなる鋼管のねじ切り装置において、
上記鋼管長手方向の重心位置をやじろべえの原理を利用して探す受台と、該受台の高さ及び配置位置を移動させる駆動手段と、鋼管サイズの事前情報に基づき該受台の移動量を定め、該駆動手段に出力する移動量制御装置とを追設したことを特徴とする鋼管のねじ切り装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼管のねじ切り加工技術に関し、特に、管端に特殊なシール部を有する油井管等の鋼管のねじ切り加工に有効なねじ切り装置における鋼管のセンタリング方法及びその方法が実施可能なねじ切り装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、石油の掘削などに用いられる油井管のねじは、その製造上及び用途上の要求条件が極めて厳しく、その要求に答えたものとして、例えばＡＰＩ（ＡＰＩには丸ねじと角ねじとがある）ねじ継手等が存在していた。しかし、近年の油井は従来より一層深くなる傾向があり、上記ＡＰＩねじ継手以上にジョイント強度及び気密性の向上が要求されるので、継手部に金属面同士のシール部を増し、ねじ形状は角形ねじとして工夫を凝らすと共に、ねじ同士の間にテフロン・リングなどを挿入した継手が開発された。この特殊シール部を有する油井管のねじは、例えば、図４に示すように、鋼管Ｐの管端１の端面１ａから内面１ｂにかけて設けられる内面シール部２と、外面１ｃに設けられる外面シール部３と、同じく外面１ｃに設けられるねじ部４とで形成され、それらはすべて切削で加工される。
【０００３】
ところで、かかるねじを旋盤方式のねじ切り装置を用い、ねじ切り対象の鋼管を回転させながら軸線方向に移動させて切削加工を行うには、従来、図５の（ａ）〜（ｆ）に順次示すような７パスの工程を経る方法が採用されていた。しかしながら、かかる旋盤方式のねじ切り装置では、合計６種類の切削手段（工具）６ａ〜６ｆを１個づつその工程毎にターレット（図示せず）で選択してホルダ５に取付け、順番に該切削加工に用いるので、パス毎に鋼管の回転・停止やハンドリング等に多くの時間を要し、鋼管１本あたりのねじ形成に長い時間がかかり、ねじの形成能率が悪かった。
【０００４】
そこで、近年は、該旋盤方式の欠点を解消するため、管を固定し切削手段６を回転させる方式のねじ切り機装置が使用されるようになった。この工具回転式のねじ切り装置１０は、図６に示すように、それぞれチャック７ａ、８ａを備えた前処理機７とねじ切り機１０とに分かれており、２段階の工程でねじ切りを行うようにしたので、前記旋盤方式より工程が簡略化され、有用であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この工具回転式のねじ切り機１０にも、まだ以下に説明するような問題があった。
すなわち、従来のねじ切り機１０では、ねじ切り対象である鋼管をセットした際、該鋼管の切削部中心軸とねじ切り機１０の切削手段６の中心軸とにセンタリングのまずさに起因したずれが多発していた。このずれがある状態でねじ切りを行うと、鋼管の内面シール部２（図４参照）と外面シール部３の中心軸にもずれが生じ、図７に示すように、鋼管の対向するシール部の厚み８に差、つまり偏肉が生じる。この偏肉があると、カップリングＣを締め付けた際に、シール先端に段差部Ｄが生じることになる。この段差部Ｄを有する鋼管内に流体が流されると、該段差部Ｄには渦が発生して、鋼管内面を摩耗し、その寿命低下を招く等の不具合が生じる。
【０００６】
従来のねじ切り機１０では、この偏肉を防止するため、チャック８ａとの間に該鋼管Ｐをねじ切り機に正しくセンタリングするセンタリング装置１６が設けられていた（図６参照）。該センタリング装置１６の構造は、図２に示すように、３本のアーム１６ａ，１６ｂ，１６ｃによって鋼管の未切削部分をクランプするようにしたものである。しかしながら、該センタリング装置１６を用いても、該鋼管Ｐの外面を基準にしてセンタリングするので、アーム１６ａ〜１６ｃが鋼管Ｐのどの部分に接触するかによって、内面切削部の中心軸とねじ切り機１０の中心軸のずれは解消できないことが多く、現在も依然として問題が解消されていない。
【０００７】
このずれの防止対策としては、例えば特開平５−１９２８１８号公報に開示されているように、面取り機によって鋼管端部の外面を所定の長さにわたって水平に粗切削し、その水平切削部をねじ切り機１０の芯だしチャックによってクランプしてセンタリングする方法がある。しかしながら、そのような方法を採用しても、スペース等の制約で、センタリング装置１６に大きな剛性を与えられない場合に生じるセンタリング誤差がある。この誤差は、大径サイズで重量の大きい鋼管においてより顕著となる。
【０００８】
本発明は、かかる事情を鑑み、工具回転方式で固定した鋼管にねじ切り加工を施すに際し、加工作業中に鋼管と切削手段の中心軸がずれないよう適切に鋼管を固定するセンタリング方法及びその方法を採用したねじ切り装置の提供を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するためには、ねじ切りの対象となる端部にのみ着目するより、予め鋼管全長をできるだけ水平に維持してからセンタリングする方が有効であることに気がつき、それを実施するよう鋭意研究を行った。本発明は、その研究の成果を具現化したものであり、回転する切削手段を備えたねじ切り機と、ねじ切り対象の鋼管長手方向に複数配置され、該鋼管を載置する受台と、載置された該鋼管を固定するクランプとからなる鋼管のねじ切り装置を用い、該鋼管の端部にねじ切り加工を施すに際し、上記受台に鋼管を搬入する前に、該鋼管の長手方向重心に相当する位置の下方に受台の一つを配置し、該受台及び残りの受台の上面高さを該鋼管の中心軸が上記切削手段の中心軸より低くなる位置に調整しておくと共に、該鋼管が受台に搬入された後には、前記長手方向重心に相当する位置にある受台の高さを切削手段の中心軸高さと鋼管中心軸高さが一致するよう上昇させることを特徴とするねじ切り装置における鋼管のセンタリング方法である。
【００１０】
また、本発明は、回転する切削手段を備えたねじ切り機と、ねじ切り対象の鋼管長手方向に複数配置され、該鋼管を載置する受台と、載置された該鋼管を固定するクランプとからなる鋼管のねじ切り装置において、上記鋼管長手方向の重心位置をやじろべえの原理を利用して探す受台と、該受台の高さ及び配置位置を移動させる駆動手段と、鋼管サイズの事前情報に基づき該受台の移動量を定め、該駆動手段に出力する移動量制御装置とを追設したことを特徴とする鋼管のねじ切り装置でもある。
【００１１】
本発明によれば、鋼管の長手方向重心を支点に所謂てこ又はやじろべえの原理を利用することで、鋼管全体を水平にしてからセンタリングするようにしたので、切削手段の中心軸と鋼管の切削部の中心軸が精度よく一致するようになる。その結果、従来から付帯しているセンタリング装置の負荷が軽減でき、スペース等の制約でセンタリング装置に大きな剛性を与えられない場合にでも重量の大きな鋼管を精度良くセンタリングすることができるようになる。
【００１２】
なお、鋼管が受台に搬入する前に、鋼管の長手方向重心に相当する位置の受台の高さを切削手段の中心軸より鋼管の中心軸を低くするが、その程度は１０ｍｍ以上２０ｍｍ未満の範囲であることが好ましい。その理由は、１０ｍｍ未満とすると鋼管のたわみによりセンターリング装置への負荷の減少効果が少なくなり、一方、２０ｍｍ以上とするとセンターリング時の鋼管の安定性が悪化し、センターリング装置のクランプが困難となるためである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して詳しく説明する。
まず、図１は、本発明に係る鋼管のねじ切り装置の概要を示すもので、（ａ）は、鋼管がねじ切り装置に搬入された直後の状態、（ｂ）は、搬入後にセンタリングされた状態である。
【００１４】
図１（ａ）及び（ｂ）において、本装置の主要部の１つであるねじ切り機１０は、その本体１１にダイヘッド１２が回転自在に保持され、該ダイヘッド１２に切削手段をセットするツールブロック１３が取り付けられている。また、ねじ切り機本体１１は、リニアスライド１４を有しており、それによってガイドレール１５上を矢印Ｆ方向に前後進される。さらに、従来からあるセンタリング装置１６（すでに図２に示した）もそのまま配置してある。
【００１５】
一方、本発明の重要部分である鋼管の固定手段としては、鋼管のクランプ１７が、上下左右のスプリングまたはエアーシリンダ等（図示せず）を用いて、センタリングされた鋼管Ｐをクランプし、クランプ完了後にリジット（固定）の状態とするようになっている。また、搬入された鋼管の受台１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄは、ねじ切り機の前面に鋼管Ｐの長手方向に複数設置されている。
【００１６】
本発明では、この受台１８ａ〜１８ｄを、鋼管の長手方向に（矢印Ｇの向きに）油圧等で移動可能なスライド１９の上に設置したことが重要な点であり、また、従来通りに昇降装置２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄで上下方向に（矢印Ｈの向きに）も昇降自在となっている。この昇降装置２０ａ〜２０ｄは、駆動手段に油圧式シリンダや電動モータを使用している。本発明のもう一つの特徴は、受台１８の長手方向位置および高さ移動量制御装置２１であり、例えば、セントラルコンピュータからの鋼管の外径、長さ等の情報を切削前に受け取り、演算し、受台１８ａ〜１８ｄの適正位置（鋼管の長手方向）を出力して、受台１８ａ〜１８ｄの移動、昇降を自動的に実行させる。
【００１７】
次に、本発明にかかる鋼管のねじ切り装置によるセンタリング動作、つまり、本発明にかかるセンタリング方法は、以下の手順で行われる。
（１）ねじ切り前に、受台１８ａ〜１８ｄ高さを、セントラルコンピュータからの前記情報をもとに、ねじ切り機１０中心軸の延長線より搬入鋼管の中心軸が低く（好ましくは、１０ｍｍ以上２０ｍｍ未満の範囲で）なるように、前記移動量制御装置２１により自動的に調整されている。また、該鋼管の長さ情報をもとに、鋼管Ｐの長手方向重心位置Ｍに最も近い受台１８ｂを、該移動量制御装置２１により自動的に長手方向重心位置に移動させる。
（２）前記した前処理機で粗研削された鋼管Ｐが、該ねじ切り装置の受台側に送り込まれると、移動量制御装置２１の出力で駆動手段を調整し、該鋼管が長手方向重心位置Ｍに一致するよう受台１８ｂの高さを、他の受台１８ａ、１８ｃ、１８ｄより１０ｍｍ以上２０ｍｍ未満の範囲で高くして、ねじ切り機１０中心軸の高さレベルに合わせる。
（３）該鋼管Ｐの先端は、従来からあるセンタリング装置１６でねじ切り機１０の中心軸に一致するようにセンタリングされ、クランプ装置１７でフローティング状態でクランプし、引き続きそのクランプをリジットの状態にする。
（４）その後、センタリング装置１６をアンクランプして、ねじ切り機本体１１を該鋼管の管端位置まで前進させ、切削作業を行う。
【００１８】
最後になるが、本発明に係る鋼管のねじ切り装置を用いて、外径２４４．５ｍｍφ×肉厚１１．９９ｍｍｔ×長さ１２０００ｍｍＬの鋼管Ｐに特殊ねじを切削した結果を図３に示す。その際、受台１８ｂは、管端より６０００ｍｍの距離で長手方向重心になり、その高さは、鋼管の中心軸がねじ切り機中心軸の高さレベルと同じで、他の受け台はそれより１０ｍｍ低い高さとされた。
【００１９】
このようにセンタリングして切削された鋼管の偏肉状態を多数調査し、シール平行部の偏肉に関し、平均値Ｘ（ＡＶ）が０．１３ｍｍ、標準偏差θが０．０５ｍｍの度数分布を得た。この度数分布を、図３に従来方法及び装置で得た結果と同時に示すが、従来方法による平均値Ｘ（ＡＶ）；０．２４ｍｍ、標準偏差σ；０．０９ｍｍの度数分布に比較して、本発明に係る方法及び装置で得たものが大幅に良くなっていることがわかる。
【００２０】
【発明の効果】
以上述べたように、てこ（やじろべえ）の原理を用いた本発明により、従来からあるセンタリング装置への負荷が軽減でき、スペース等の制約で、センタリング装置に大きな剛性を与えられない場合にでも重量の大きな鋼管を精度よくセンタリングすることができるようになった。また、前処理機で切削された内面切削部の中心軸とねじ切り機で切削された外面切削部の中心軸のずれを防止することができ、製品鋼管の品質向上を図ることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鋼管のねじ切り装置の側面図であり、（ａ）は、鋼管がねじ切り機に搬入された直後の状態を示したもので、（ｂ）は、搬入後センターリングされた状態を示したものである。
【図２】従来から設置されているセンターリング装置の概要を示した図である。
【図３】偏肉の発生頻度を示す度数分布図である。
【図４】油井管の一つの特殊ねじ形状を示す部分断面図である。
【図５】従来の油井管のねじ切り工程を示す説明図である。
【図６】工具回転式のねじ切り装置の構成を示す図である。
【図７】特殊ねじにカップリングを装着した状態を示す側断面図である。
【符号の説明】
１    管端（断面）
１ａ  管端端面
１ｂ  管端内面
１ｃ  外面
２    内面シール部
３    外面シール部
４    ねじ部
４ａ  粗ねじ部
５    ホルダ
６，６ａ〜６ｆ  切削手段
７    前処理機
７ａ  チャック
８    厚み
８ａ  チャック
Ｐ    鋼管
Ｃ    カップリング
Ｄ    段差部
１０  ねじ切り機
１１  ねじ切り機本体
１２  ダイヘッド
１３  ツールブロック
１４  リニアストライド
１５  ガイド
１６  センタリング装置
１６ａ〜１６ｃ  クランプ装置
１７  クランプ装置
１８ａ〜１８ｄ  （鋼管）受台
１９  スライド
２０ａ〜２０ｄ  （受台）昇降装置（駆動手段）
２１  移動量制御装置
Ｆ    ねじ切り機本体の前後進方向
Ｇ    受台長手方向での移動可能方向
Ｈ    受台上下方向での移動可能方向
Ｍ    鋼管長手方向での重心位置
【図１】
0003726344.tif 000002
【図２】
0003726344.tif 000003
【図３】
0003726344.tif 000004
【図４】
0003726344.tif 000005
【図５】
0003726344.tif 000006
【図６】
0003726344.tif 000007
【図７】
0003726344.tif 000008