(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬入された被焼入管を周方向回転自在に支持する支持テーブルと、該支持テーブルの上方に配置されて前記被焼入管の全長にわたって冷却水を板状に流下させて該被焼入管の外周を冷却する外面焼入装置と、前記被焼入管の一端を把持可能であると共に該被焼入管と共に回転可能な把持具を有して該把持具を通して該被焼入管の内部に冷却水を給水して内面を冷却する内面焼入装置と、前記支持テーブルを上下移動自在に支持して前記内面焼入装置の把持具の軸心と前記支持テーブル上の被焼入管の軸心とを一致させると共に前記外面焼入装置から前記支持テーブル上の前記被焼入管の軸心までの距離を被焼入管の径に拘らず一定にする上下調整装置とを具えたことを特徴とする管焼入装置。
【請求項２】
請求項１に記載の管焼入装置において、内面焼入装置は、本体フレームに回転自在に支持され、一端が把持具と連結部を介して連結装置により一体回転可能に連結される一方、他端が給水管と回転自在に連結される回転円筒体を有することを特徴とする管焼入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、鋼管製造設備において、所定の焼入温度に昇温した鋼管や丸棒などの回転体に焼入を施す管焼入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼管などに焼入を施す管焼入装置としては、特公昭６０−２０４４８号公報に開示されたものがある。図６に特公昭６０−２０４４８号公報に記載された従来の管焼入装置を表す概略、図７に外面焼入装置を表す図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面であって大径及び小径の鋼管を焼入状態、図８に従来の管焼入装置における冷却水の落下速度に対する衝突速度を表すグラフを示す。
【０００３】
図６及び図７に示すように、床面１０１上には所定に長さのターニングローラテーブル１０２が敷設されており、このターニングローラテーブル１０２には支持する鋼管Ｐに沿って一対のターニングローラ１０３〜１０６が複数組（図示では４組）それぞれブラケット１０７〜１１０を介し、共通の回転軸１１１によって回転自在に取付けられている。そして、この回転軸１１１の端部は床面１０１に配置された駆動装置１１２に駆動連結されている。従って、このターニングローラテーブル１０２は複数組のターニングローラ１０３〜１０６により鋼管Ｐを周方向回転自在に支持することができる。
【０００４】
ターニングローラテーブル１０２の上方には鋼管Ｐの全長にわたって冷却水を板状に流下させてその鋼管Ｐの外面を冷却する外面焼入装置１１３が設けられている。この外面焼入装置１１３は冷却水タンク１１４とこの冷却水タンク１１４の下部に鋼管Ｐの長手方向に沿って設けられたノズル１１５とで構成されており、この冷却水タンク１１４には図示しない給水装置から冷却水が供給されるようになっている。また、ターニングローラテーブル１０２の前方には鋼管Ｐの内部に冷却水を給水して内面を冷却する内面焼入装置１１６が設けられている。この内面焼入装置１１６は鋼管Ｐの端部を把持してこの鋼管Ｐと共に回転自在なクランプ機構１１７を有すると共に、図示しない給水装置に連結された給水管１１８が接続されており、給水管１１８からクランプ機構１１７を通して鋼管Ｐの内部に冷却水を給水することができるようになっている。そして、この内面焼入装置１１６は上下移動機構１１９によって上下移動自在に支持されており、クランプ機構１１７とターニングローラテーブル１０２上の鋼管Ｐとの高さを合わせることができるようになっている。
【０００５】
而して、鋼管Ｐの焼入を行う場合、この鋼管Ｐをターニングローラテーブル１０２上に支持すると共に、クランプ機構１１７によってこの鋼管Ｐをクランプする。この状態で冷却水タンク１１４内の冷却水をノズル１１５からターニングローラテーブル１０２上の鋼管Ｐの全長にわたって流下させることで、この鋼管Ｐの外面を冷却する。また、給水管１１８からクランプ機構１１７を通して鋼管Ｐの内部に冷却水を給水することで、この鋼管Ｐの内面を冷却する。更に、駆動装置１１２によって鋼管Ｐを回転させることで、鋼管Ｐの内外面を均一に冷却する。
【０００６】
なお、図７に示すように、外径が異なる鋼管ＰＢ  ，ＰＳ  の焼入を行う場合、この鋼管ＰＢ  ，ＰＳ  の支持高さに合わせて上下移動機構１１９によって内面焼入装置１１６（クランプ機構１１７）を上下移動させることで、このクランプ機構１１７とターニングローラテーブル１０２に支持された鋼管ＰＢ  ，ＰＳ  の高さとを合わせた後にクランプする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の管焼入装置の外面焼入装置１１３において、冷却水タンク１１４内の冷却水はノズル１１５からターニングローラテーブル１０２上の鋼管Ｐに流下させ、この鋼管Ｐの外面を冷却している。このとき、鋼管Ｐに流下された冷却水は、図７に示すように、鋼管Ｐに衝突してからその外周面に沿って流れながら鋼管Ｐを冷却することとなる。この場合、冷却水は鋼管Ｐに流下して衝突する時の流速が大きいほど鋼管Ｐの外周面に沿って流れる流速も大きくなり、鋼管Ｐの冷却効率が高い。しかし、鋼管Ｐに衝突する冷却水の流速が大きすぎると、流下した冷却水は鋼管Ｐに衝突したときに飛散してしまい、かえって冷却効率が損なわれてしまうこととなる。そのため、鋼管Ｐの高い冷却効率を得るためには、鋼管Ｐに衝突するときの冷却水の流速を所定の範囲内に維持する必要がある。
【０００８】
図７に示すように、従来の管焼入装置の外面焼入装置１１３において、冷却水タンク１１４内のノズル１１５から流下する冷却水のノズル出口速度をＶ０  （ｍ／ｓ）、ノズル１１５から鋼管Ｐまでの冷却水の落下距離をＨ（ｍ）、冷却水が鋼管Ｐに衝突する速度をＶ（ｍ／ｓ）とすると、これらの関係は下記数式１にて表すことができる。なお、ｇは重力加速度である。
【０００９】
【数１】
0003556694.tif 000002
【００１０】
また、一般に、管焼入装置では複数種類の鋼管Ｐを取り扱うこととなり、鋼管Ｐの種類ごとにその外径が異なっている。そのため、従来の管焼入装置の外面焼入装置１１３では、鋼管Ｐがターニングローラテーブル１０２上のターニングローラ１０３〜１０６に支持されるようになっており、鋼管Ｐの外径の大きさが変わると冷却水の落下距離Ｈ（ｍ）が変わり、その結果、冷却水の鋼管Ｐへの衝突速度Ｖ（ｍ／ｓ）も変わってしまう。
【００１１】
この場合、大径の鋼管ＰＢ  の外径をＤｍａｘ  、小径の鋼管ＰＳ  の外径をＤｍｉｎ  とすると共に、大径の鋼管ＰＢ  までの冷却水の落下距離をＨｍａｘ  、小径の鋼管ＰＳ  までの冷却水の落下距離をＨｍｉｎ  とすると、両者の落下距離の差ΔＨは下記数式２にて表すことができる。
【００１２】
【数２】
0003556694.tif 000003
【００１３】
このように大径の鋼管ＰＢ  の外径Ｄｍａｘ  と小径の鋼管ＰＳ  の外径Ｄｍｉｎ  の差が大きいほど両者の落下距離の差ΔＨが大きくなり、両者の鋼管への衝突速度Ｖの差も大きくなる。
【００１４】
即ち、例１として、小径管製造設備において、大径の鋼管ＰＢ  の外径を２４５ｍｍ、小径の鋼管ＰＳ  の外径をＤｍｉｎ  を１１４ｍｍとすると、両者の落下距離の差ΔＨ１  は、
ΔＨ１  ＝２４５−１１４＝１３１ｍｍ（＝０．１３１ｍ）
となる。
【００１５】
また、例２として、中径管製造設備において、大径の鋼管ＰＢ  の外径を４２６ｍｍ、小径の鋼管ＰＳ  の外径をＤｍｉｎ  を１４０ｍｍとすると、両者の落下距離の差ΔＨ２  は、
ΔＨ２  ＝４２６−１４０＝２８６ｍｍ（＝０．２８６ｍ）
となる。
【００１６】
例１の場合、落下距離の差ΔＨ１  ＝０．１３１ｍによる衝突速度の差は冷却性能に対しては無視できる程度であるが、例２の場合、落下距離の差ΔＨ２  ＝０．２８６ｍが大きくなり、この数値による衝突速度の差は冷却性能に対しては無視することはできず、悪影響を及ぼすものと考えられる。即ち、図８に示すように、冷却水の落下距離Ｈに対する冷却水の衝突速度Ｖの冷却性能曲線を図示のように設定した場合、前述した例１の落下距離の差ΔＨ１  の範囲は狭いが、前述した例２の落下距離の差ΔＨ２  の範囲は広い。従って、中径管製造設備のような鋼管Ｐの外径Ｄが広範囲に適用できる設備にあっては、冷却性能に問題が発生してしまう。
【００１７】
本発明はこのような問題点を解決するものであって、良好な冷却性能を得ることができる管焼入装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための本発明の管焼入装置は、搬入された被焼入管を周方向回転自在に支持する支持テーブルと、該支持テーブルの上方に配置されて前記被焼入管の全長にわたって冷却水を板状に流下させて該被焼入管の外周を冷却する外面焼入装置と、前記被焼入管の一端を把持可能であると共に該被焼入管と共に回転可能な把持具を有して該把持具を通して該被焼入管の内部に冷却水を給水して内面を冷却する内面焼入装置と、前記支持テーブルを上下移動自在に支持して前記内面焼入装置の把持具の軸心と前記支持テーブル上の被焼入管の軸心とを一致させると共に前記外面焼入装置から前記支持テーブル上の前記被焼入管の軸心までの距離を被焼入管の径に拘らず一定にする上下調整装置とを具えたことを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の管焼入装置は、請求項１記載の管焼入装置において、内面焼入装置は、本体フレームに回転自在支持され、一端が把持具と連結部を介して連結装置により一体回転可能に連結される一方、他端が給水管と回転自在に連結される回転円筒体を有することを特徴とするものである。
【００２０】
【作用】
被焼入管は支持テーブル上に周方向回転自在に支持され、外面焼入装置により被焼入管の全長にわたって冷却水を板状に流下させてこの被焼入管の外面を冷却すると共に、内面焼入装置の把持具により被焼入管の一端が把持されて回転した状態で把持具を通してこの被焼入管の内部に冷却水を給水して内面を冷却する。このとき、上下調整装置により支持テーブルを上下移動させ、支持テーブル上に支持された被焼入管の軸心を内面焼入装置の把持具の軸心と一致させて保持することで、焼入処理する被焼入管の外径の変化に対して、外面焼入装置における冷却水の流下距離の変化量は少なくなって冷却性能の低下はほとんどない。
【００２１】
また、内面焼入装置において、一端が把持具と連結部を介して連結装置により一体回転可能に連結されて他端が給水管と回転自在に連結される回転円筒体は本体フレームに回転自在支持されることで、装置が小型軽量化される。
【００２２】
【実施例】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細に説明する。
【００２３】
図１に本発明の一実施例に係る管焼入装置を表す概略、図２に外面焼入装置を表す図１のＩＩ−ＩＩ断面であって大径及び小径の鋼管を焼入状態、図３に内面焼入装置を表す断面、図４に外面焼入装置の冷却水タンクを表す概略、図５に本実施例の管焼入装置における冷却水の落下速度に対する衝突速度を表すグラフを示す。
【００２４】
図１及び図２に示すように、本実施例の管焼入装置において、所定に長さのターニングローラテーブル１１は床面１２の上方に位置しており、床面１２に配置された２つの上下調整装置１３，１４によって上下に移動自在に支持され、この上下調整装置１３，１４には駆動装置１５が連結軸１６によって駆動連結されている。このターニングローラテーブル１１には支持する鋼管Ｐに沿って一対のターニングローラ１７〜２０が複数組（本実施例では４組）それぞれブラケット２１〜２４を介し、共通の回転軸２５によって回転自在に取付けられている。そして、この回転軸２５の端部は床面１２に配置された駆動装置２６の駆動軸２７に連結軸２８及び自在継手２９，３０を介して駆動連結されている。従って、鋼管Ｐはターニングローラテーブル１１の複数組のターニングローラ１７〜２０により周方向回転自在に支持され、上下調整装置１３，１４により所定の高さに位置決め調整することができる。
【００２５】
ターニングローラテーブル１１の上方には鋼管Ｐの全長にわたって冷却水を板状に流下させてその鋼管Ｐの外面を冷却する外面焼入装置３１が設けられている。この外面焼入装置３１は冷却水タンク３２とこの冷却水タンク３２の下部に鋼管Ｐの長手方向に沿って設けられたノズル３３とで構成されており、冷却水タンク３２には図示しない給水装置から冷却水が供給されるようになっている。
【００２６】
また、ターニングローラテーブル１１の前方には鋼管Ｐの内部に冷却水を給水して内面を冷却する内面焼入装置３４が床面１２に設置されている。この内面焼入装置３４は鋼管Ｐの端部を把持するクランプ機構としての把持具３５とこの把持具３５によって把持された鋼管Ｐと共に回転自在な回転円筒体３６と図示しない給水装置に連結された給水管３７とで構成されており、給水管３７から回転円筒体３６を通して鋼管Ｐの内部に冷却水を給水することができるようになっている。
【００２７】
即ち、図３に示すように、床面１２に設置された本体フレーム３８内には回転円筒体３６が軸受３９によって回転自在に支持されており、この回転円筒体３６の一端部には回転継手４０によって給水管３７が連結され、中空部４１にこの送水管３７から冷却水を圧送することができる。また、この回転円筒体３６の他端部には把持具３５のノズル４２が連結部としてのキー４３をもって嵌合し、回転円筒体３６とノズル４２及び把持具３５は共動して回転できるようになっている。また、本体フレーム３８には把持具連結装置として油圧シリンダ４４及び拘束レバー４５が枢着されており、この拘束レバー４５の一端部には油圧シリンダ４４の駆動ロッド４６が連結され、他端部には把持具３５の傾斜面４７上を転動自在なローラ４８が取付けられている。更に、回転円筒体３６の外周部には従動ギア４９が一体に形成される一方、本体フレーム３８には駆動ギア５０を有する駆動モータ５１が取付けられており、この駆動ギア５０は従動ギア４９と噛み合っている。
【００２８】
従って、把持具３５（ノズル４３）にキー４３を介して回転円筒体３６の端部が密着した状態で、油圧シリンダ４４を作動すると、拘束レバー４５が回動して先端のローラ４８が傾斜面を４７を押圧することで、把持具３５を回転円筒体３６と一体回転可能に連結することができる。そして、この状態で、駆動モータ５１を駆動すると、回転円筒体３６は把持具３５と共に回転し、更に、把持具３５が把持した鋼管Ｐを一体に回転することができる。
【００２９】
なお、この把持具３５によるクランプ機構の構造を含む外面焼入装置３１の構成については、すでに出願人が、特願平５−１６９９２２号として出願しており、詳細はこの出願明細書を参照されたい。
【００３０】
また、図４に示すように、外面焼入装置３１において、冷却水タンク３２の下面にはブラケット５２によりノズル３３から流下する冷却水の流路を切り換える切換レバー５３が回転自在に取付けられ、油圧シリンダ５４によって作動することができるようになっている。
【００３１】
而して、鋼管Ｐの焼入処理を行う場合、図１及び図２に示すように、この鋼管Ｐをターニングローラテーブル１１のターニングローラ１７〜２０上に支持して把持具３５によってこの鋼管Ｐをクランプする。このとき、予め、上下調整装置１３，１４によりターニングローラテーブル１１を上下移動させてその高さが調整され、ターニングローラ１７〜２０上に支持された鋼管Ｐの軸心は把持具３５の軸心と一致するように位置決めされている。従って、外径が異なる鋼管ＰＢ  ，ＰＳ  の焼入を行う場合であっても、上下調整装置１３，１４によりこの鋼管ＰＢ  ，ＰＳ  を上下移動調整することで、把持具３５に把持された鋼管ＰＢ  ，ＰＳ  の軸心の高さ位置は常時一定の高さ位置となる。
【００３２】
この状態で駆動モータ５１を駆動して回転円筒体３６及び把持具３５を介して鋼管Ｐを回転すると共に、駆動装置２６を駆動して各ターニングローラ１７〜２０を回転することで、回転状態にある鋼管Ｐを支持する。そして、外面焼入装置３１において、冷却水タンク３２内の冷却水をノズル３３からターニングローラテーブル１１上の鋼管Ｐの全長にわたって流下させることで、この鋼管Ｐの外面を冷却する。また、内面焼入装置３４において、給水管３７から回転円筒体３６及び把持具３５を通して鋼管Ｐの内部に冷却水を給水することで、この鋼管Ｐの内面を冷却する。このようにして回転している鋼管Ｐの外面及び内面に給水することで、この鋼管Ｐの内外面を均一に冷却することができる。
【００３３】
鋼管Ｐの内外面の所定時間給水して鋼管Ｐの冷却が完了すると、外面焼入装置３１及び内面焼入装置３４の給水を停止すると共に鋼管Ｐの回転も停止する。そして、把持具３５による鋼管Ｐの把持も解除し、焼入処理が完了した鋼管Ｐを搬出する。
【００３４】
このように本実施例の管焼入装置にあっては、上下調整装置１３，１４によりターニングローラテーブル１１を上下移動させ、ターニングローラ１７〜２０に支持された鋼管Ｐの軸心を把持具３５の軸心と一致するように位置調整することができ、図２に示すように、外径が異なる鋼管ＰＢ  ，ＰＳ  の焼入を行う場合であっても、上下調整装置１３，１４によりこの鋼管ＰＢ  ，ＰＳ  を上下移動調整することで、把持具３５に把持された鋼管ＰＢ  ，ＰＳ  の軸心の高さ位置は常時一定の高さ位置となる。
【００３５】
従って、本実施例の管焼入装置によれば、従来技術にて例２として説明した中径管製造設備において、大径の鋼管ＰＢ  の外径を４２６ｍｍ、小径の鋼管ＰＳ  の外径をＤｍｉｎ  を１４０ｍｍとしたときの両者冷却水の落下距離の差ΔＨ３  は、
ΔＨ３  ＝（４２６−１４０）／２＝１４３ｍｍ（＝０．１４３ｍ）
となる。前述した従来例２の場合、落下距離の差ΔＨ２  ＝０．２８６ｍが大きくなり、この衝突速度の差が冷却性能に対して悪影響を及ぼしていたが、本実施例の場合、落下距離の差ΔＨ３  ＝０．１４３ｍと半減して衝突速度の差は冷却性能に対しては無視できる程度となる。即ち、図５に示すように、冷却水の落下距離Ｈに対する冷却水の衝突速度Ｖの冷却性能曲線を図示のように設定した場合、本実施例の落下距離の差ΔＨ３  の範囲は狭く、中径管製造設備のような鋼管Ｐの外径Ｄが広範囲に適用できる設備であっても、冷却性能に問題が発生することはない。
【００３６】
なお、本実施例の管焼入装置にあっては、鋼管Ｐの外径が異なる場合、図３に示すように、把持具３５におけるノズル４２内の図示しない芯管を別のものと交換することでいずれの外径の鋼管Ｐであっても対応することができるようになっている。この場合、油圧シリンダ４４を作動して拘束レバー４５を回動させることで、把持具３５の拘束を解除して取外す。そして、ノズル４２の芯管を交換して再び把持具３５を装着すれば良いものである。
【００３７】
また、本実施例の管焼入装置にあっては、鋼管Ｐを把持する把持具３５を回転円筒体３６に対して着脱自在とし、鋼管Ｐ（回転円筒体３６、ノズル４２）の回転時に油圧シリンダ４４等は回転することがなく、高い強度が不要となって小型化が可能となり、油圧シリンダ４４の作動油の漏れ等のトラブルもなくなって配管系統が簡素化される。
【００３８】
なお、上述の実施例において、上下調整装置１３，１４を駆動装置１５によって駆動するようにしたが、この駆動方法は、ウォームホイールによるジャッキ方式やリンク方式、くさび方式などいずれの方法であってもよい。また、ターニングローラテーブル１１を一体式として上下調整装置１３，１４により上下移動自在支持したが、ターニングローラ１７〜２０ごとに分割して設けてもよい。更に、回転円筒体３６と把持具３５とを一体回転可能に連結する連結部としてのキー４３を設けたが、これに限らず、例えば、セレーション嵌合としてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上、実施例を挙げて詳細に説明したように本発明の管焼入装置によれば、被焼入管を周方向回転自在に支持する支持テーブルを設け、その支持テーブルの上方に被焼入管の全長にわたって冷却水を板状に流下させてその被焼入管の外面を冷却する外面焼入装置を配置すると共に、被焼入管の一端を把持可能でその被焼入管と共に回転自在な把持具を通して被焼入管の内部に冷却水を供給して内面を冷却する内面焼入装置を配置し、支持テーブルを上下移動自在に支持して内面焼入装置の把持具の軸心と支持テーブル上の被焼入管の軸心とを一致させると共に外面焼入装置から支持テーブル上の被焼入管の軸心までの距離を被焼入管の径に拘らず一定にする上下調整装置を設けたので、上下調整装置により支持テーブルを上下移動させて支持テーブル上の被焼入管の軸心を内面焼入装置の把持具の軸心と一致させることで、焼入処理する被焼入管の外径の変化に対して外面焼入装置における冷却水の流下距離の変化量は少なく、冷却性能の低下はほとんどなくなって良好な冷却性能を得ることができる。
【００４０】
また、本発明の管焼入装置によれば、内面焼入装置において、一端が把持具と連結部を介して連結装置により一体回転可能に連結されて他端が給水管と回転自在に連結される回転円筒体を本体フレームに回転自在支持したので、装置を小型軽量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る管焼入装置を表す概略図である。
【図２】外面焼入装置を表す図１のＩＩ−ＩＩ断面であって大径及び小径の鋼管を焼入状態図である。
【図３】内面焼入装置を表す断面図である。
【図４】外面焼入装置の冷却水タンクを表す概略図である。
【図５】本実施例の管焼入装置における冷却水の落下速度に対する衝突速度を表すグラフである。
【図６】従来の管焼入装置を表す概略図である。
【図７】外面焼入装置を表す図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面であって大径及び小径の鋼管を焼入状態図である。
【図８】従来の管焼入装置における冷却水の落下速度に対する衝突速度を表すグラフである。
【符号の説明】
１１  ターニングローラテーブル
１３，１４  上下調整装置
１５  駆動装置
１７〜２０  ターニングローラ
３１  外面焼入装置
３２  冷却水タンク
３３  ノズル
３４  内面焼入装置
３５  把持具
３６  回転円筒体
３７  給水管
３８  本体フレーム
４５  拘束レバー
５１  駆動モータ
【図１】
0003556694.tif 000004
【図２】
0003556694.tif 000005
【図３】
0003556694.tif 000006
【図４】
0003556694.tif 000007
【図５】
0003556694.tif 000008
【図６】
0003556694.tif 000009
【図７】
0003556694.tif 000010
【図８】
0003556694.tif 000011