(57)【要約】【課題】  長尺のテーパー鋼管をも捻れを生じさせることなく一体に製造することができるテーパー鋼管の製造方法及びその方法により製造されたテーパー鋼管を提供する。【解決手段】  鋼管の両端を２台の台車４，５上の回転軸６，７にそれぞれ保持させて回転させながら軸線方向に移動させ、フリー回転型の加工ロール１０によりテーパー状に絞り加工を行うに当たり、フリー回転する加工ロール１０の回転数θrを、好ましくは非接触型のセンサにより検出し、絞り加工の進行中常に加工ロール１０の加工部周速Ｖｒを求める。制御装置２０は、加工ロール１０の加工部周速Ｖｒと鋼管Ｐの回転数θpから求められる鋼管Ｐの加工部周速Ｖｐとの差Δが、許容範囲を越えないように鋼管Ｐの回転数θｐを連続的に制御する。これにより鋼管のねじれを抑制することができ、従来製造できなかったテーパー鋼管の製造が可能となった。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管の両端を２台の台車上の回転軸にそれぞれ保持させて回転させながら軸線方向に移動させ、フリー回転型の加工ロールによりテーパー状に絞り加工を行うテーパー鋼管の製造方法において、鋼管と接触してフリー回転する加工ロールの回転数θrを、絞り加工の進行中常に実測して加工ロールの加工部周速Ｖｒを求め、鋼管の回転数θpから求められる鋼管の加工部周速Ｖｐとの差Δが、許容範囲を越えないように鋼管の回転数θｐを連続的に制御することを特徴とするテーパー鋼管の製造方法。
【請求項２】
鋼管の加工部周速Ｖｐと加工ロールの加工部周速Ｖｒの差Δの許容範囲を、｜Δ｜≦０.０４５Ｖｒとしたことを特徴とする請求項１に記載のテーパー鋼管の製造方法。
【請求項３】
加工ロールの回転数θrを、非接触型のセンサにより検出することを特徴とする請求項１に記載のテーパー鋼管の製造方法。
【請求項４】
請求項１の方法により製造されたテーパー鋼管であって、外径が１６０ｍｍ以下の原管から製造したことを特徴とするテーパー鋼管。
【請求項５】
請求項１の方法により製造されたテーパー鋼管であって、最も太い箇所の外径が１５０mm以下であることを特徴とするテーパー鋼管。
【請求項６】
請求項１の方法により製造されたテーパー鋼管であって、肉厚が４．０ｍｍ未満の原管から製造したことを特徴とするテーパー鋼管。
【請求項７】
請求項１の方法により製造されたテーパー鋼管であって、最も厚い箇所の肉厚が４．０ｍｍ未満であることを特徴とするテーパー鋼管。
【請求項８】
請求項１の方法により製造されたテーパー鋼管であって、最も細い箇所の外径が、原管の外径の２０％以下であることを特徴とするテーパー鋼管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明用ポールなどとして用いられるテーパー鋼管の製造方法及びその方法により製造されたテーパー鋼管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記のようなテーパー鋼管を製造する方法としては、鋼管の両端を２台の台車上の回転軸にそれぞれ保持させて一定速度で回転させながら軸線方向に移動させ、これらの台車の中間に配置されたフリー回転型の加工ロールによりテーパー状に絞り加工を行う方法（特許文献１、特許文献２）が知られている。加工ロールの手前側には鋼管加熱装置が配置され、鋼管は数百℃に加熱された状態で加工ロールにより絞り加工される。テーパー角度は加工ロールの進退速度と鋼管の軸線方向の移動速度とによって決定される。
【０００３】
通常、鋼管は引き抜き側の主軸台車により引き出され、送り込み側の張力台車は鋼管に適宜の張力を付与しつつ追従移動するようになっている。また回転力は送り込み側の主軸台車上に設置された回転軸から鋼管に与えられ、引き抜き側の台車の回転軸は追従回転軸となっている。
【０００４】
このように鋼管は一定速度で回転されながら、フリー回転型の加工ロールにより絞り加工が行われるが、全長が１０ｍを越えるような長尺鋼管を高速で絞り加工すると、図２に示されるように鋼管のシームラインがねじれ、これが酷くなると断面多角形化、捩れ変形、折れ曲がりなどの加工不良が発生し易くなる。その理由は次のとおりと考えられる。
【０００５】
なお本明細書では、図１に示すように鋼管の回転数をθp、加工ロールの回転数をθr、鋼管の加工部周速をＶｐ、加工ロールの加工部周速をＶｒとする。鋼管の加工部周速Ｖｐは鋼管の加工部半径Ｒｐとθpの積として求められ、加工ロールの加工部周速Ｖｒは加工部分のロール半径Ｒｒとθrの積として求められる値である。
【０００６】
さて絞り加工の初期においては、加工ロールは定速回転している鋼管の太い部分（加工部半径Ｒｐの大きい部分）に接触して摩擦により駆動され、加工部周速Ｖｒが鋼管の加工部周速Ｖｐとほぼ一致するまで加速される。しかし絞り加工が進行すると、鋼管の加工部半径Ｒｐは次第に小さくなり、鋼管の回転数θpは一定であるから鋼管の加工部周速Ｖｐも次第に小さくなる。ところが加工ロールは重量物であり大きな慣性回転モーメントを持っているため、加工ロールの回転数θrは低下しにくく、加工ロールの加工部周速Ｖｒの低下は鋼管の加工部周速Ｖｐの低下よりも遅れる。換言すれば、絞り加工の前半においては加工ロールが鋼管により駆動されるが、加工の後半においては加工ロールが鋼管を駆動しようとする。
【０００７】
このため、加工ロールから受ける反力により鋼管の加工部がねじられ、図２に示すようにシームラインが変形するものと考えられる。その変形方向は上記の理由により、絞り加工の前半部分と後半部分では逆向きとなる。そこで従来は長尺鋼管を絞り加工する場合には、鋼管の軸方向の移動速度を落とすことでΔの変化量を下げシームラインのねじれを抑制していたため、生産性の低下を招いていた。
【０００８】
特に、外径が１６０ｍｍ以下の原管を用いた場合と、最も太い箇所の外径が１５０ｍｍ以下であるテーパー鋼管を製造する場合には、加工不良率が高い。これは、ロールの径に比して鋼管径が小さくなる事で、鋼管の断面変形抵抗が相対的に脆弱になり、加工不安定性を増すためである。また、肉厚が４．０ｍｍ未満の原管から製造する場合と、最も厚い箇所の肉厚が４．０ｍｍ未満のテーパー鋼管を製造する場合にも、加工不良率が高い。これは、肉厚が薄くなる事により鋼管の断面変形抵抗が絶対的に脆弱になり、やはり加工不安定性を増すと考えている。また、最も細い箇所の外径が原管の外径の２０％以下である、テーパー鋼管を製造する場合も、加工不良率が高い。これは、テーパー率が高い事で外力が増し、加工不安定性そのものが増大する事が原因であると考えられる。
【特許文献１】特開平１１−１９７７５５号公報
【特許文献２】特開２００２−１９２２２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記した従来の問題点を解決し、１０ｍを越えるような長尺のテーパー鋼管をも捻れを生じさせることなく生産性よく製造することができるテーパー鋼管の製造方法を提供するためになされたものである。また本発明の他の目的は、鋼管の断面変形抵抗が相対的あるいは絶対的に脆弱であることや、加工不安定性が増加することが原因で従来は製造が困難であったテーパー鋼管を製造する技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するためになされた請求項１の発明は、鋼管の両端を２台の台車上の回転軸にそれぞれ保持させて回転させながら軸線方向に移動させ、フリー回転型の加工ロールによりテーパー状に絞り加工を行うテーパー鋼管の製造方法において、鋼管と接触してフリー回転する加工ロールの回転数θrを、絞り加工の進行中常に実測して加工ロールの加工部周速Ｖｒを求め、鋼管の回転数θpから求められる鋼管の加工部周速Ｖｐとの差Δが、許容範囲を越えないように鋼管の回転数θｐを連続的に制御することを特徴とするものである。なお、鋼管の加工部周速Ｖｐと加工ロールの加工部周速Ｖｒの差Δの許容範囲を、｜Δ｜≦０.０４５Ｖｒとすることが好ましく、｜Δ｜≦０.０２Ｖｒとすればさらに好ましい。また加工ロールの回転数θrを、非接触型のセンサにより検出することが好ましい。
【００１１】
請求項４以下の発明は請求項１の方法により製造されたテーパー鋼管に関するもので、外径が１６０ｍｍ以下の原管から製造したこと、最も太い箇所の外径が１５０mm以下であること、肉厚が４．０ｍｍ未満の原管から製造したこと、最も厚い箇所の肉厚が４．０ｍｍ未満であること、最も細い箇所の外径が、原管の外径の２０％以下であることをそれぞれの特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のテーパー鋼管の製造方法によれば、従来は測定されていなかったフリー回転型の加工ロールの回転数θrを、好ましくは非接触型のセンサにより絞り加工の進行中常に実測し、加工ロールの加工部周速Ｖｒを求める。一方、加工ロールの鋼管中心軸方向への押し込み量から鋼管の加工部半径Ｒｐを求め、鋼管の回転数θpを乗じて鋼管の加工部周速Ｖｐを求める。そして鋼管の加工部周速Ｖｐと加工ロールの加工部周速Ｖｒの差Δが、許容範囲を越えないように鋼管の回転数θｐを連続的に制御する。このため生産速度を上げた場合にも鋼管が加工ロールから受ける反力を小さくすることができ、１０ｍを越えるような長尺のテーパー鋼管をも捻れを生じさせることなく生産性よく製造することができる。
【００１３】
また、外径が１６０ｍｍ以下の原管を用いたテーパー鋼管、最も太い箇所の外径が１５０ｍｍ以下であるテーパー鋼管、肉厚が４．０ｍｍ未満の原管を用いたテーパー鋼管、最も厚い箇所の肉厚が４．０ｍｍ未満であるテーパー鋼管は、鋼管の断面変形抵抗が脆弱になるため従来は安定生産が不可能であったが、本発明のテーパー鋼管の製造方法によれば、安定生産が可能となる。さらに、最も細い箇所の外径が原管の外径の２０％以下であるテーパー鋼管は、テーパー率が高い事で外力が増し、加工不安定性そのものが増大するために従来は安定生産が不可能であったが、本発明のテーパー鋼管の製造方法によれば、安定生産が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に本発明の好ましい実施形態を示す。図３はテーパー鋼管製造設備の全体を示す図であり、１は装置中央部に設置された加工ロール装置である。加工ロール装置１の両側には台車用レール２、３が直線状に配置されている。これらの台車用レール２、３上にはそれぞれ引き抜き側の台車４と送り込み側の台車５が配置されている。これらの台車４、台車５上には回転軸６、７が搭載されており、鋼管Ｐは両端部をこれらの回転軸６、７にチャックされて回転されながら加工ロール装置１を通り、テーパー状に絞り加工を施される。なお加工ロール装置１の手前側には鋼管加熱装置１２が配置されており、鋼管Ｐは回転されながら数百℃に加熱された状態で加工ロール装置１に入る。
【００１５】
引き抜き側の台車５は軸移動モータ８を備え、台車用レール３上を走行して鋼管Ｐを軸線方向に移動させる。一方、送り込み側の台車４は鋼管Ｐに適当な張力を付与しつつ追従移動するものである。本実施形態では送り込み側の台車５上に回転モータ９を搭載し、その回転軸６から鋼管Ｐに回転力を与えているが、図４に示すように引き抜き側の台車４上に回転モータ９を搭載し、引き抜き側から鋼管Ｐに回転力を与えることもできる。本実施形態のように送り込み側の台車４から鋼管Ｐに回転力を与える方法によれば、加工ロール１０と回転駆動場所との間に存在する鋼管の高温領域長さが短いため、鋼管Ｐの加工部分のねじれをより効果的に抑制することができる。
【００１６】
本実施形態の加工ロール装置１は、鋼管Ｐの軸線の周囲に１２０°間隔で配置された３個の加工ロール１０により鋼管の絞り加工を行うものである。図２に示すように、この実施形態では各加工ロール１０はその回転軸１１を鋼管Ｐの軸線に対して傾斜させてある。また各加工ロール１０は駆動源を持たず、鋼管Ｐとの摩擦により追従回転するフリー回転型のロールである。各加工ロール１０はシリンダ等の駆動手段１７により鋼管Ｐの半径線方向に進退動することができるようになっており、進退動の位置は常時検出されている。
【００１７】
本発明では、鋼管Ｐと接触してフリー回転する加工ロール１０の回転数θrを、回転数検出手段１６により絞り加工の進行中常に実測する。しかしこの加工ロール１０は軸が傾斜しているうえに鋼管Ｐに近い位置にあり、しかも高温雰囲気下に置かれる。このため通常の回転数検出手段は取付け自体が困難であり、また長期間にわたり使用することができない。そこで回転数検出手段１６として、非接触型のセンサを用いることが好ましい。
【００１８】
この実施形態では、図５に示すように加工ロール１０の側面の一定半径の部分に適当数の凹部２１を形成し、やや離れた位置に設けたノズル２２からその半径線上に空気流を噴出する。凹部２１がある部分と平坦な部分とでは空気流の反射状態が変化するため、加工ロール１０の回転に応じて圧力センサ２３に図５中に示すような波形が生じる。この波形から加工ロール１０の回転数θrを求めることができる。或いは図６に示すように加工ロール１０の回転軸に羽根やスリット等の光線遮断手段２４を取付け、回転により光線が周期的に遮断されることを利用して光学的に加工ロール１０の回転数θrを求めることもできる。
【００１９】
測定された加工ロール１０の回転数θrは制御装置２０に入力される。また制御装置２０には加工ロール１０の駆動手段１７から加工ロール１０の鋼管中心軸方向への押し込み量が常に入力されており、鋼管の加工部半径Ｒｐと加工部分のロール半径Ｒｒとが常に把握されている。そこで制御装置２０は、鋼管の加工部半径Ｒｐに鋼管の回転数θpを乗じて鋼管の加工部周速Ｖｐを求めるとともに、測定された加工ロール１０の回転数θrにロール半径Ｒｒを乗じて加工ロール１０の加工部周速Ｖｒを求める。
【００２０】
そして制御装置２０は、加工ロールの加工部周速Ｖｒと鋼管の加工部周速Ｖｐとの差Δが許容範囲を越えないように、回転モータ９に制御信号を送って鋼管の回転数θｐを連続的に制御する。本実施形態では、加工部周速Ｖｐと加工部周速Ｖｒの差Δの絶対値が加工部周速Ｖｒの４．５％を越えないようにした。すなわち、｜Δ｜≦０.０４５Ｖｒである。この範囲を外れるとシームラインのねじれが大きくなり、不良品となる。なお鋼管の種類や全長、テーパー角等にもよるが、｜Δ｜≦０.０２Ｖｒとすればより品質の高いテーパー鋼管を製造することができる。
【００２１】
なお、上記の実施形態では加工ロール１０のみに回転数検出手段１６を取付けその回転数を実測したが、受け台１３、１４、１５の鋼管支持ロールの回転数や、引き抜き側の回転軸６の回転数をもリアルタイムで測定し、加工工程において鋼管Ｐの各部分で生じる捻れをより高度なレベルで検出するとともに、全体的な捻れを最小化するような制御も可能である。
【実施例】
【００２２】
外径１６５．２ｍｍ、肉厚４．５ｍｍ、長さ９０００ｍｍの鋼管を原管として、テーパー長さ４５００ｍｍの領域で１３４．１ｍｍから８９．１ｍｍまで径が変化し、肉厚が４．５ｍｍである製品を２個取りで製造すると、従来技術に記載した無制御製造法では、断面多角形化または捩れ変形が、発生率５０％以上と言う高確率で発生していた。これに対して本発明による制御を採用したところ、｜Δ｜＜０．０４５Ｖｒの条件では不良発生率は０．８％まで激減し、｜Δ｜０．０２Ｖｒの条件では完全に抑止できた。
【００２３】
また本発明方法の採用により、この他にも従来５０％を超える不良率でなんとか製造していた、外径が１６０ｍｍ以下の原管から製造したテーパー鋼管、最も太い箇所の外径が１５０ｍｍ以下であるテーパー鋼管、肉厚が４．０ｍｍ未満の原管から製造したテーパー鋼管、最も厚い箇所の肉厚が４．０ｍｍ未満のテーパー鋼管、最も細い箇所の外径が原管の外径の２０％以下であるテーパー鋼管についても、不良率は同様に０．８％まで激減した。
【００２４】
更にこの製造方法の採用により、従来高い加工不良率だった為、極めて低効率でしか製造できず実質製造不可能と見做していた、外径が１３９．８ｍｍの原管から製造したテーパー鋼管、最も太い箇所の外径が１１４ｍｍであるテーパー鋼管、肉厚が３．５ｍｍの原管から製造したテーパー鋼管、最も厚い箇所の肉厚が３．５ｍｍのテーパー鋼管、最も細い箇所の外径が原管の外径の１８％であるテーパー鋼管の製造も可能となった。これらのテーパー鋼管は立柱になった場合に全体的に軽量であるばかりでなく、上部程軽量である形状となっており、地震に対して振動が抑制でき倒壊し難く、且つ掛かるモーメントが小さく疲労強度にも優れるので、極めて画期的な形状のテーパー鋼管である。
【００２５】
以上に説明したように、本発明によれば従来は安定生産が不可能であった各種のテーパー鋼管をも、捻れを生じさせることなく高い良品率で安定生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】符号説明図である。
【図２】シームラインのねじれを示す図である。
【図３】実施形態におけるテーパー鋼管製造設備の全体図である。
【図４】他の実施形態におけるテーパー鋼管製造設備の全体図である。
【図５】空気圧式の回転数検出手段を示す説明図である。
【図６】光学式の回転数検出手段を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  加工ロール装置
２  台車用レール
３  台車用レール
４  台車
５  台車
６  回転軸
７  回転軸
８  軸移動モータ
９  回転モータ
１０  加工ロール
１１  回転軸
１２  鋼管加熱装置
１３  受け台
１４  受け台
１５  受け台
１６  回転数検出手段
１７  駆動手段
２０  制御装置
２１  凹部
２２  ノズル
２３  圧力センサ
２４  光線遮断手段
【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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