(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の成形ロールと、各成形ロールのロール軸が嵌挿され枢着された一対の第１チョックと、前記ロール軸の先端が枢着された一対の第２チョックと、前記第１チョックが螺合され、互いに逆方向のネジ山が左右に刻設された第１チョック移動用ネジ棒と、前記第２チョックが螺合され、互いに逆方向のネジ山が左右に刻設された第２チョック移動用ネジ棒と、前記第１チョック移動用ネジ棒及び前記第２チョック移動用ネジ棒の両端を回転可能に支持する昇降可能なロールスタンドハウジングとを備え、前記第１チョック移動用ネジ棒及び前記第２チョック移動用ネジ棒の回転により前記ロール軸の傾斜角度及び前記成形ロールの間隔が調整される金属管の製造装置。
【請求項２】
請求項１記載の前記第１チョック移動用ネジ棒及び前記第２チョック移動用ネジ棒との間に連動歯車が設けられている金属管の製造装置。
【請求項３】
請求項１記載の製造装置に組み込まれ、ロール軸方向に関して曲率が部分的に異なる曲面をもつ成形ロール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、金属帯から溶接管を製造する装置及びその装置で使用される成形ロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の溶接管製造装置で使用されているロール成形スタンドでは、図１に示すようにロール軸１，１が平行に配置されている。このような成形スタンドを用いて溶接管の成形を行う場合、各成形スタンドにおける金属帯の成形の度合いに応じた形状のロールを所定のロール間距離でそれぞれのスタンドに装着する。径が異なる溶接管を製造する場合は、径の差が数％以内で非常に小さい場合を除いて溶接管の径ごとに専用のロールを使用する。
このような成形スタンドでは、通過する素材の断面形状を予測して成形ロール２，２の形状（カリバー）を事前に決定する必要がある。また、ロール形状が適正でない場合、ロール軸１，１をカリバーの設計値に対して拡縮することで通過する素材の断面形状を微調整し、或いはロール形状そのものを変更している。しかし、ロール軸１，１の拡縮によって調整される範囲は非常に狭い範囲に限られ、試行錯誤によるロール形状の変更には多大な手間と時間を要する。更に、溶接管の径ごとに専用のロールを使用する必要があるため、各種の径をもつ溶接管の製造には適していない。
そこで、径が広範囲に変わる溶接管に対応するように、ロール軸の角度やロール間隔を調整可能にした装置が一部で使用されている。この装置では、図２に示すように成形ロール２を円弧状の台座４に固定し、台座４の外歯５に噛み合うウオームギヤ６で台座４を介して成形ロール２の傾斜角を変更する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
成形ロール２の傾斜角度を調節可能にした成形スタンドは、小径管から大径管までを一つの造管ラインで製造することを可能にする。しかし、設備構成が複雑になり、スタンドが大型化し、設備費用が高くなることが避けられない。そのため、この成形スタンドは、使用形態に制約を受け、汎用化されていない。
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、成形ロールの軸間距離及び傾斜角度を調節可能にすることにより、通過する素材の断面形状を予測して成形ロールの形状（カリバー）を事前に決定することなく、製造しようとする溶接管の関係に応じた成形空間を簡単な設備構成で形成でき、径，肉厚，材質等の相違により適正な成形条件が異なる溶接管を一台の造管装置で製造することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の金属管製造装置は、その目的を達成するため、一対の成形ロールと、各成形ロールのロール軸が嵌挿され枢着された一対の第１チョックと、前記ロール軸の先端が枢着された一対の第２チョックと、前記第１チョックが螺合され、互いに逆方向のネジ山が左右に刻設された第１チョック移動用ネジ棒と、前記第２チョックが螺合され、互いに逆方向のネジ山が左右に刻設された第２チョック移動用ネジ棒と、前記第１チョック移動用ネジ棒及び前記第２チョック移動用ネジ棒の両端を回転可能に支持する昇降可能なロールスタンドハウジングとを備え、前記第１チョック移動用ネジ棒及び前記第２チョック移動用ネジ棒の回転により前記ロール軸の傾斜角度及び前記成形ロールの間隔が調整されることを特徴とする。
第１チョック移動用ネジ棒及び第２チョック移動用ネジ棒は、間に設けた連動歯車によって連動して回転することが好ましい。また、成形ロールとしては、ロール軸方向に関して曲率が部分的に異なる曲面をもつものが使用される。
【０００５】
本発明に従った製造装置の成形スタンドは、たとえば図３に示すように、一対の成形ロール１０，２０のロール軸１１，２１を上側チョック３０，４０（第１チョック）に嵌挿し、軸先端部を下側チョック５０，６０（第２チョック）に枢支ピン５１，６１で枢支している。成形ロール１０，２０としては、図４に示すようにロール軸方向に関して部分的に曲率半径Ｒ１  ，Ｒ２  が異なる曲面でロール周面が形成されたロールが使用される。
上側チョック３０は、図３にハッチングして示すように、上広がり及び下広がりになった傾動空間部３１が形成されており、傾動空間部３１の最も狭くなっている箇所で枢支ピン３２により成形ロール１０のロール軸１１を枢支している。上側チョック３０に対して、図５に示すように、後述する上側チョック移動用ネジ棒７０（第１チョック移動用ネジ棒）及び下側チョック移動用ネジ棒８０（第２チョック移動用ネジ棒）が螺合されている。他方の上側チョック４０も、同様な傾動空間部をもっており、枢支ピン４２で成形ロール２０のロール軸２１を枢支している。
【０００６】
上側チョック３０，４０は、上側チョック移動用ネジ棒７０に螺合されている。上側チョック移動用ネジ棒７０は、左右両側に同じピッチで反対方向のネジ山７１，７２が刻設されており、ネジ山７１，７２にそれぞれ上側チョック３０，４０の雌ネジ（図示せず）がねじ込まれる。上側チョック移動用ネジ棒７０は、ロールスタンドハウジング９０に両端が軸受けを介して回転可能に支持されている。一方の軸受け部にはセンタリング機構７３が設けられており、センタリング機構７３によって上側チョック３０，４０が成形中の金属帯Ｓに対してセンタリングされる。
成形ロール１０のロール軸１１は、先端部近傍に長孔１２が形成されており、長孔１２に挿通されている枢支ピン５１で下側チョック５０に連結される。成形ロール２０のロール軸２１も、同様に枢支ピン６１で下側チョック６０に連結される。
【０００７】
下側チョック５０，６０は、下側チョック移動用ネジ棒８０に螺合されている。下側チョック移動用ネジ棒８０も、左右両側に同じピッチで反対方向のネジ山８１，８２が刻設されており、ネジ山８１，８２にそれぞれ下側チョック５０，６０の雌ネジ（図示せず）がねじ込まれる。下側チョック移動用ネジ棒８０は、ロールスタンドハウジング９０に両端が軸受けを介して回転可能に支持されている。一方の軸受け部にはセンタリング機構８３が設けられており、センタリング機構８３によって下側チョック移動用ネジ棒８０が成形中の金属帯Ｓに対してセンタリングされる。
下側チョック移動用ネジ棒８０は、連動歯車９１を介して上側チョック移動用ネジ棒７０と連動して回転する。これにより、上側チョック移動用ネジ棒７０で上側チョック３０，４０が互いに同じピッチ送りで近接離間するとき、下側チョック５０，６０も、下側チョック移動用ネジ棒８０により同様に同じピッチ送りで、それぞれ相対する上側チョック３０，４０との相対的な位置関係を保ちながら近接離間する。また、クラッチその他の手段により連動歯車９１による上側チョック移動用ネジ棒７０と下側チョック移動用ネジ棒８０の連動を断って、上側チョック移動用ネジ棒７０又は下側チョック移動用ネジ棒８０を単独で回転させることにより、上側チョック３０，４０又は下側チョック５０，６０を互いに同じピッチ送りで近接離間させて、互いに相対する下側チョック５０，６０又は上側チョック３０，４０との相対位置関係を変化させることにより、ロール軸１１，１２の傾斜角度が変化する。その結果、図３の（ａ）又は（ｂ）に示すように、実現しようとする金属帯の成形の度合い、或いは製造しようとする溶接管の径に応じて成形ロール１０，２０の軸間距離及び傾斜角度が調節される。
【０００８】
実現しようとする金属帯Ｓの成形の度合いが最小の場合、図３（ａ）に示すようにロール軸１１，１２が傾斜移動空間部３１，４１の内壁に沿って最も大きな角度で外側に傾斜した姿勢をとる。実現しようとする成形の度合いが最大の場合、図３（ｂ）に示すようにロール軸１１，２１が傾動空間部３１，４１の内壁に沿って最も大きな角度で内側に傾斜した姿勢をとる。成形ロール１０，２０の距離は、製造しようとする溶接管の径、すなわち金属帯Ｓの幅に応じて調整する。このとき、実現しようとする金属帯の成形の度合い、或いは製造しようとする溶接管の径に応じて、金属帯Ｓと成形スタンドとの高さ方向の位置関係が異なってくる。そこで、通板ライン高さを調節するため、成形ロール１０，２０の作用面高さを一定に保持する機構が必要になる。本発明においては、ロールスタンドハウジング９０を、成形ロール１０，２０の作用面高さに応じて上下動させている。すなわち、ロールスタンドハウジング９０を、ベース９２を貫通するガイドポスト９２，９３で支持し、ガイドポスト９２，９３の高さを調節することにより、成形ロール１０，２０の作用面高さを一定に保持する。また、ロールスタンドハウジング９０とベース９２のと間に、図３（ｂ）に示すように適宜スペーサ９５，９６を挟み、上昇位置にあるロールスタンドハウジング９０を安定化させる。
【０００９】
【作用】
本発明の製造装置においては、前述したように成形ロール１０，２０の傾斜角度及び作用面高さを変更することによって、金属帯Ｓのエッジ部を所定形状に保持した状態で中央部の曲げ半径を任意に変更できる。そのため、実現しようとする金属帯Ｓの成形度合い及び製造しようとする溶接管の径に応じた金属帯Ｓの断面形状が同じ形状の成形ロール１０，２０及び成形スタンドで調節される。
【００１０】
【実施例】
板厚０．５〜０．６ｍｍのフェライト系及びオーステナイト系ステンレス鋼板を使用し、表１に示すように直径３８．１〜５４．０ｍｍの溶接管を製造した。溶接管の製造方法としてはロールレス造管法を採用し、曲げ装置を通過して幅方向にある程度の曲がりが付与された金属帯Ｓをシームガイドロールの手前で、図３で説明した製造装置を使用することにより目的とする溶接管の曲率に近付けるように更に幅方向に曲げ加工を行った後、幅方向両端部を突合せ溶接した。
本実施例では、半径Ｒ１  ＝２５ｍｍ，角度α＝５５度の上側カリバー及び半径Ｒ２  ＝６０ｍｍ，角度β＝４５度の下側カリバーをもち、最小径部の直径ｄが７０ｍｍである成形ロール１０，２０（図４参照）を備えた２台のロールスタンドを使用した。そして、これら成形ロール１０，２０を、ロール軸１１，２１が垂直線に対し外側に３０度から内側に３０度までに任意の角度で変更できるように図３の製造装置に組み込み、ロールスタンドハウジング９０の高さを３０ｍｍの範囲で調節可能にした。
【００１１】
ロール軸１１，２１の角度は、入側から１段目のスタンドで外側に２０度，２段目のスタンドで内側に１０度の傾斜となるように設定した。そして、それぞれの成形ロール１０，２０の位置と素材Ｓの位置が適正に維持されるように、ロールスタンドハウジング９０の高さ及び左右のロール軸１１，２１間距離を調節した。
また、従来例として、製造しようとする溶接管の設計曲率半径をＲＰ  とするとき、半径が１．２ＲＰ  及び２．０ＲＰ  のカリバーをもつサイドロールを、ロール軸が垂直になるように固定されたサイドロールスタンドを２台使用した。なお、サイドロールとしては、基本的には溶接管の直径に合わせた形状であるため、溶接管の直径に応じて５種類使用した。
【００１２】
【表１】
0003599824.tif 000002
【００１３】
以上の条件で製造された溶接管について、断面形状を調査した結果を図６に示す。図６に示すように、従来法で製造された溶接管は、ｔ／Ｄが１％を超えて大きくなるに従って真円度が著しく低下しており、１．２％を超えるｔ／Ｄでは成形自体が困難になった。これは、従来法が製造しようとする溶接管のｔ／Ｄに拘らず、ｔ／Ｄ＜１％の成形を対象とした形状の成形ロールを使用したため、ｔ／Ｄ＞１％の溶接管成形に対しては適正な成形条件が得られなかったことに由来する。
これに対し、本発明に従った造管法では、１．２％を超えるｔ／Ｄであっても溶接管の製造が可能であり、しかもｔ／Ｄが１％以下の場合と同程度に良好な真円度を持つ溶接管が製造された。このことから、寸法が異なる溶接管の製造にあたっても、成形ロール１０，２０の位置及びロール軸１１，２１の傾斜角度を調節することにより、適正な成形条件が容易に得られることが判る。
また、本発明に従って製造された溶接管では、成形及び溶接後にサイジングロールの位置で、一旦溶接部と管底との距離が管の幅よりも小さくなるように扁平化することにより、溶接部近傍の残留応力を軽減することができた。その結果、管の長手方向中央部だけでなく、管端を含む管全長にわたり良好な真円度をもつ溶接管が製造された。
【００１４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の製造装置は、実現しようとする金属帯の成形度合い及び製造しようとする溶接管の径に応じて成形ロールのロール軸間距離，高さ及びロール軸の傾斜角度を調節可能にしている。そのため、一組の成形ロール及び成形スタンドで実現可能な金属帯の成形度合い及び成形可能な溶接管径の範囲が大幅に広がり、従来のような試行錯誤によるロール形状の決定作業や溶接管の径に応じたロール交換の作業が省略でき、高い生産性で種々の径をもつ溶接管が製造される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ロール軸が垂直に固定された従来の成形スタンド
【図２】ロール軸の傾斜角度を可変にした従来の成形スタンド
【図３】本発明に従った成形スタンドを示し、成形ロールを外側に最大傾斜角度で傾けた状態（ａ）及び内側に最大傾斜角度で傾けた状態（ｂ）
【図４】曲率が部分的に異なる周面をもつ成形ロールのプロフィール
【図５】成形ロールのロール軸を枢着した上側及び下側チョックに螺合したチョック移動用ネジ棒
【図６】ロール軸間距離及びロール軸の傾斜角度を調節して径が異なる溶接管を製造したとき、本発明の製造装置では真円度が向上することを従来法と対比して示したグラフ
【符号の説明】
１０，２０：成形ロール    １１，２１：ロール軸    １２：長孔
３０，４０：上側チョック（第１チョック）    ３１：傾動空間部    ３２，４２：枢支ピン
５０，６０：下側チョック（第２チョック）    ５１，６１：枢支ピン
７０：上側チョック移動用ネジ棒    ７１，７２：ネジ山    ７３：センタリング機構
８０：上側チョック移動用ネジ棒    ８１，８２：ネジ山    ８３：センタリング機構
９０：ロールスタンドハウジング    ９１：連動歯車    ９２：ベース    ９３，９４：ガイドポスト    ９５，９６：スペーサ
Ｓ：成形中の金属帯
【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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