(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
継目無鋼管の製造で、素材の鋼鋳片に穿孔したり、あるいは穿孔された中空素管の延伸及び管径の拡張に使用される砲弾状プラグの自動交換装置であって、
前記プラグを把持するロボットハンドと、該ロボットハンドをプラグ軸を中心に回転させるモータと、該ロボットハンドをプラグ位置に移動するスライダとを備えたことを特徴とする継目無鋼管製造用プラグの自動交換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、継目無鋼管の製造に用いる圧延工具であるプラグと、それを支えるプラグバーとの着脱を容易に実施するための自動交換装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、継目無鋼管の製造においては、丸鋼片を穿孔して中空素管とするピアサミル、ピアサミルで製造した前記中空素管を圧延し、その肉厚を減少させるプラグミル、該プラグミルで圧延した素管を摩管し、その肉厚を均一化するリーラミル等で圧延工具としてプラグ及びプラグバーが用いられる。その際、プラグは、上記各圧延工程の終了ごとに冷却のため、接続していたプラグバーから分離、取外し、あるいは長時間の使用に起因するひび、摩耗の発生により交換が必要となる。そのため、通常、プラグバーには、プラグとの連結、分離を可能とする着脱装置が備えられている。その着脱装置は、プラグの着脱が容易に行え、圧延中のプラグはプラグバーの軸を中心に自由に回転し、しかも常にセンターリングされていること、耐久性に優れ、安価であること等の機能を必要としている。
【０００３】
そこで、従来より種々の着脱装置が開発されている。例えば、特開昭５８−２０２９０９号公報に開示の着脱装置は、図７に示すように、プランジャ２０の前後進を、押込みストッパピン２１の小孔２４に棒状治具（図示せず）を押込み、人力で行っているのが特徴である。すなわち、押込みストッパピン２１とプランジャ２０との間には互いに反発し合うコイルバネ２２が組み込まれており、この押込みストッパピン２１を上記棒状治具でコイルバネ２２力に逆らって押込み、前方にスライドさせ、プランジャ２０の先端に配置した係止部材である鋼球２３の一部をプラグ１に食い込ませてプラグ１との連結を行う。一方、プラグ１のプランジャ２０からの離脱は、後方にスライドさせることで、上記鋼球２３をプランジャ２０先端の空間６に落し込めば良い。
【０００４】
しかしながら、上記技術に代表されるように、従来のプラグ着脱装置は、機械構造上において複雑であり、上記鋼球を利用した係止部が破損し易く、圧延中にプラグ脱落が起きてミスロールを発生する等、問題が多い。また、この着脱装置は高価で、修理にも多額の費用を要する。さらに、ロボット等を用いてプラグ１の自動交換をさせようとした場合、前記棒状治具の差込み小孔２４を迅速、正確にセンサで探す必要があるが、目視と異なりその探索に時間が掛かる他、別の疵孔等と見誤る可能性もあり、探索の信頼性に疑問が残る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑み、継目無鋼管の製造に使用されるプラグ及びそのプラグバーへ接続する着脱装置を、もっと短時間に着脱が容易に実施できる簡単な構造にして、それらの着脱を人手無しで行うことの可能な継目無鋼管製造用プラグの自動交換装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【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、従来プラグ着脱装置の問題点を鋭意見直し、プラグと脱着装置の連結、分離を簡易的なネジで行えば、人手であるいはロボットで脱着を容易に実施できることに着眼した。本発明は、この着眼を具現化したもので、継目無鋼管の製造で、素材の鋼鋳片に穿孔したり、あるいは穿孔された中空素管の延伸及び管径の拡張に使用される砲弾状プラグの自動交換装置であって、前記プラグを把持するロボットハンドと、該ロボットハンドをプラグ軸を中心に回転させるモータと、該ロボットハンドをプラグ位置に移動するスライダとを備えたことを特徴とする継目無鋼管製造用プラグの自動交換装置である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明では、丸鋼片を穿孔、圧延する際に用い、後端が中空になった砲弾状の継目無鋼管製造用プラグにおいて、前記中空の部分に挿入するプラグ着脱装置として、その先端部に雄ネジと前記中空の部分に設ける雌ネジの山の径より外径が小さい円柱状部分とを備えた棒状部材を用いると共に、上記中空の部分は、その開口側に、前記プラグ着脱装置の棒状部材先端の雄ネジと螺合し、該雄ネジの後方に続く円柱状部分の長さより短い雌ネジを設け、その奥側には、少なくとも該雌ネジの谷の径より内径が大きく、且つ前記雄ネジの長さより長い空洞を設けるようにしたので、プラグもその着脱装置も構造が簡単になり、従来のように小孔を探すこともなくなる。その結果、プラグの交換作業は短時間で容易に実施できるようになる。また、本発明では、上記プラグが、下記条件を同時に満足することを特徴とした請求項１記載の継目無鋼管製造用プラグとすることで、上記効果が一段と促進できるようになった。
【０００８】
Ｌ1 ≧（１／２）×Ｌ2 ，  φＤ1 ≧（２／３）×φＤ2
０．５ｍｍ  ≦  Δｄ  ≦  １．０ｍｍ
ここで、  Ｌ１   ：プラグ着脱装置の棒状部材先端部の雄ネジ及び円柱状部分の合計長さ
Ｌ2   ：プラグの全長
φＤ1 ：プラグ中空部の内径
φＤ2 ：プラグ着脱装置の棒状部材外径
Δｄ  ：プラグを装着した時のネジ部（雄ネジ又は雌ネジ）とストレート部（雄ネジと対向する空洞部の内壁又は雌ネジと対向する棒状部材の円柱状部分）との隙間
そして、上記着脱装置に関して、本発明では、丸鋼片を穿孔、圧延する際に用い、後端が中空になった砲弾状の継目無鋼管製造用プラグと、該プラグを支持するプラグバーとの連結、分離に使用する棒状部材からなる着脱装置であって、前記棒状部材の先端部は、前半が上記プラグと螺合し、且つ該プラグの空洞長さより短い雄ネジで、後半が前記雌ネジの山の径より外径が小で、該雌ネジの長さより長い円柱状部分であり、さらに該棒状部材の後端部には、上記プラグバーとの連結、分離をするネジを備えるようにして、上記プラグを実効あるものにした。
【０００９】
さらに、本発明では、プラグ交換作業に、プラグを把持するロボットハンドと、該ロボットハンドをプラグ軸を中心に回転させるモータと、該ロボットハンドをプラグ位置に移動するスライダとを備えたことを特徴とする自動プラグ交換装置を利用するようにしたので、従来実施されたことのないプラグ交換作業の機械化が可能となった。
【００１０】
以下、実施例において、図１〜６に基づき、本発明の内容を具体的に説明する。
【００１１】
【実施例】
まず、図１に、本発明の実施に利用するプラグ１（外径１４６ｍｍφ）の縦断面図を示す。それは、３．０％Ｃｒ−１．０％Ｎｉ系の低合金鋼で製作され、ネジ４部の加工が容易ではないため、鋳込段階からネジ形状を持った中子を使用して鋳造した。その形状は、従来通り外観が砲弾状で、その内部が中空６である。しかし、該中空６の開口部には、プラグバーと連結、分離時に利用するための雌ネジ４が設けられている。また、該中空部の奥は上記雌ネジの谷の径より内径が大きく、長さが長い空洞になっている。その雌ネジ４は、上記プラグバー１２と直接螺合するのではなく、後述するプラグバー１２との着脱装置２を介して使用される。
【００１２】
上記雌ネジ４の特徴は、ネジ山数が着脱の容易さを配慮して通常のネジ係止例に比べて少な目であり（図１では２山）、使用中の脱落防止のためピッチが大き目（長い）なことである。その結果、プラグ着脱装置２からの該プラグ１の着脱が容易に実施でき、且つネジ山が、図４に示すように、プラグ着脱装置２の先端部にある雄ネジ５の途中までしかないので、両者の連結後、圧延中においてもプラグ１は軸を中心に自由に回転することができる。すなわち、プラグとプラグ着脱装置とは、圧延中に固定した状態で螺合しているのではなく、互いにネジ部は通過させ、ネジの存在しない部分で連結させるのである。
【００１３】
次に、図２は、本発明の実施に使用するプラグ１とプラグバー１２との着脱装置２を示す縦断面、図３は該着脱装置２をプラグ１に挿入した組立図である。該着脱装置２は、先端部３、後端部８が中央より細い丸棒状部材で形成されており、先端部３の前半には上記プラグ１の雌ネジ４と連結する雌ネジ５を設け、その後半は単に細長い円柱状をなしている。この円柱状部分の長さも重要で、それは上記プラグ１の雌ネジの長さより長くなっている。また、後端部８にはプラグバーとの連結、分離用のネジ９が配設されている。該着脱装置２は、使用中に雄ネジ５部が摩耗し易いので、防止対策として素材にＳＣＭ４４０Ｈを使用し、高周波焼入を施してから、回転旋盤で削出し加工により製作された。
【００１４】
プラグ１の雌ネジ４の寸法に関しては、使用中のプラグ垂れ及び該雄ネジ５の摩擦を防止するため、前記した
Ｌ1 ≧（１／２）×Ｌ2 ，  φＤ1 ≧（２／３）×φＤ2 ，
０．５ｍｍ  ≦  Δｄ  ≦  １．０ｍｍ                            の３式を同時に満足することが好ましい。また、図４に示すが、使用中にプラグ１のセンターリングを確保するため、プラグ１と該着脱装置２との合わせ面のなす角度（α）が、α≧１５°である。なお、雄ネジと雌ネジ４の向きは、素材の穿孔終了時のプラグ１とプラグバー１２の回転速度差を考慮して左右いずれかに決定される。
【００１５】
図５は、本発明に係る自動プラグ交換装置で、プラグ１を着脱装置２から切離している状態を示し、図６は、該自動プラグ交換装置の現場における配置（平面図）を示す一例である。図５に示すように、該自動プラグ交換装置は、本発明に使用するプラグ１及び着脱装置２がネジ式であるため、把持と回転を行わせるだけで良い。従って、公知の位置決めスライダ１１と、ロボットハンド１０の回転用モータ２５と、ロボットハンド１０とを組合わせて製作した。新品プラグ１の供給や使用済プラグ１の廃却は、図６から明らかなように、供給パレット１５からあるいは廃却パレット１６へ直接該ロボットハンド１０で自動的に行うこともできる。なお、使用に際しては、プラグバー１２の位置決めのため、バーアライニング１７装置とプラグバー１２芯だし装置を配置する必要がある。
【００１６】
最後に、本発明に係るプラグ１、プラグ１のプラグバー１２からの着脱装置２及び自動プラグ交換装置を実際に使用した成績について述べる。
【００１７】
本実施例では、炭素鋼（ＴＫ１５クラス）の丸鋼片を圧延した場合の寿命で比較するが、従来タイプの着脱装置（図７参照）は、平均５０００本の素管圧延後、先端鋼球２３部が破損し、使用不可となる。一方、本発明に係るネジタイプの場合は、従来タイプが使用不可となる５０００回圧延後も雄ネジ５の摩耗量が若干大きくなるだけで、プラグ脱落などの発生は皆無であり、使用上特に問題はなかった。しかし、７０００本以上の素管を圧延すると、雄ネジ５摩耗の程度が大きくなり、圧延初期のプラグ１のセンターリング性が低下するため、素管先端部の偏芯、偏肉が悪くなる。このことより、本発明に使用したネジタイプの着脱装置及びプラグは従来タイプに比べて、その寿命が約１．４倍になった。その状況は、図８により明らかである。
【００１８】
上記実施例のプラグ交換は、３割を人手により、７割を本発明に係る自動プラグ交換装置により行ったが、交換時間は短縮され、人手の場合に比べて約６割の時間で交換できた。そして、プラグ１の表面チェックを高感度ＩＴＶで行えるので、すべての作業が、ピアサー運転室での遠隔操作で済み、プラグ交換作業員の省力も達成できた。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、従来に比べてプラグ交換が容易になり、プラグ着脱装置の寿命もアップしたので、プラグ交換作業の効率化及び費用の著しい低減が達成できる。さらに、自動プラグ交換装置の使用で、上記効果は一層高まり、交換作業者の省力もできた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に使用するプラグの縦断面図である。
【図２】本発明の実施に使用するプラグのプラグバーからの着脱装置を示す縦断面図である。
【図３】図２の着脱装置をプラグに挿入した組立図である。
【図４】本発明に使用するプラグとその着脱装置の寸法関係を示す図である。
【図５】本発明に係る自動プラグ交換装置を示す図である。
【図６】図５の自動プラグ交換装置の現場配置図である。
【図７】従来のプラグ着脱装置の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施成績をプラグの着脱装置の寿命で説明した図である。
【符号の説明】
１    プラグ
２    着脱装置
３    棒状部材の先端部
４    プラグの雌ネジ
５    棒状部材先端の雄ネジ
６    中空（空間）
７    プラグバーの先端部
８    棒状部材の後端部
９    棒状部材後端部のネジ
１０  ロボットハンド
１１  スライダ
１２  プラグバー
１３  ロボットアーム
１４  パレタイザ
１５  プラグ供給用パレット
１６  プラグ廃却用パレット
１７  アライニングプッシャ
１８  クーリングタンク
１９  ストリッパコンベア
２０  プランジャ
２１  ストッパピン
２２  コイルバネ
２３  鋼球
２４  小孔
２５  モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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