(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビレットを穿孔圧延して中空素管に成形する穿孔圧延機に用いられ、先端に穿孔プラグを保持する芯金であって、
当該芯金は、保持した穿孔プラグに隣接して先端側ほど直径が拡大するテーパ部を有すること、
を特徴とする芯金。
【請求項２】
前記テーパ部のテーパ角が１〜５°であること、
を特徴とする請求項１に記載の芯金。
【請求項３】
前記テーパ部のテーパ高さが、前記穿孔プラグの最大直径と前記テーパ部の根元の直径との差の半分以下で、かつ２ｍｍ以上であること、
を特徴とする請求項２に記載の芯金。
【請求項４】
最大直径が異なる複数サイズの穿孔プラグに共用される場合、前記テーパ高さが最小サイズの穿孔プラグの最大直径に基づいて設定されること、
を特徴とする請求項３に記載の芯金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、継目無鋼管を製造する際に、ビレットを穿孔圧延して中空素管に成形する穿孔圧延機（以下、単に「穿孔機」ともいう）に用いられ、先端に穿孔プラグ（以下、単に「プラグ」ともいう）を保持する芯金に関する。
【背景技術】
【０００２】
継目無鋼管は、マンネスマン製管法により製造することができる。この製管法は、次のステップからなる：
（１）穿孔機（ピアサ）により、所定温度に加熱された丸ビレットを穿孔圧延し、中空素管（ホローシェル）に成形する；
（２）延伸圧延機（例：マンドレルミル）により、中空素管を延伸圧延する；
（３）定径圧延機（例：サイザ、ストレッチレデューサ）により、延伸圧延した中空素管を所定の外径と肉厚に定径圧延する。
【０００３】
図１は、穿孔機による穿孔圧延の状況を説明するための模式図である。同図に示すように、穿孔機は、一対の傾斜ロール１と、砲弾形状のプラグ２と、このプラグ２を先端に保持する芯金３とを備える（例えば、特許文献１、２参照）。一対の傾斜ロール１は、各々がパスラインＸに対して傾斜した状態で、プラグ２の周りに対向して配設される。プラグ２は、その尾端２ａに芯金３が嵌め込まれて結合され、芯金３と一体で一対の傾斜ロール１の間のパスラインＸ上に配置される。
【０００４】
このような構成の穿孔機による穿孔圧延において、加熱されたビレット４は、傾斜ロール１の回転駆動により、周方向に回転しながらパスラインＸに沿って前進し、プラグ２によって中心部を穿孔され、中空素管５に成形される。穿孔圧延の後、プラグ２は、芯金３と一体で中空素管５から引き抜かれる。
【０００５】
図２は、プラグと芯金を中空素管から引き抜く際の理想的な状況を示す模式図であり、同図（ａ）は引抜き前の状態を、同図（ｂ）は引抜き中の状態を、同図（ｃ）は引抜き後の状態をそれぞれ示す。図２（ａ）に示すように、穿孔圧延の直後においては、芯金３は中空素管５の前端５ａから後端５ｂまでの全域にわたって貫通し、プラグ２は中空素管５の後端５ｂの外部に突出した状態となっている。
【０００６】
ここで、中空素管５は、その前端５ａにストッパ６があてがわれ、前端５ａ側への移動が阻止される。この状態で、芯金３は、パスラインＸに沿いつつ、中空素管５の後端５ｂから前端５ａに向く方向に後退させられる。これにより、プラグ２は、図２（ｂ）に示すように、中空素管５の後端５ｂから中空素管５内に進入し、終には、図２（ｃ）に示すように、芯金３とともに中空素管５の前端５ａから引き抜かれる。
【０００７】
ところで、穿孔機により連続して穿孔圧延を行う実操業では、芯金３は高温の中空素管５を貫通したままの状態で数秒から十数秒の間放置されることになる。このため、芯金３は中空素管５からの熱の影響を受けて曲がることがある。従来、芯金３に曲がりが発生すると、以下に示すように、芯金３を中空素管５から引き抜く際にプラグ２が脱落する場合がある。
【０００８】
図３は、曲がりが発生した従来の芯金を中空素管から引き抜く際の状況を示す模式図であり、同図（ａ）は引抜き前の状態を、同図（ｂ）は引抜き中にプラグが中空素管に突っ掛かった状態を、同図（ｃ）は引抜き中に芯金からプラグが脱落した状態をそれぞれ示す。図３（ａ）に示すように、穿孔圧延の直後において、芯金３に曲がりが発生した場合、その芯金３に保持されたプラグ２は、芯金３の曲がりに追従してパスラインＸから下方にずれた状態となる。
【０００９】
この状態で、中空素管５の前端５ａにストッパ６があてがわれ、芯金３が後退させられると、図３（ｂ）に示すように、プラグ２は、その尾端２ａの下部が中空素管５の後端５ｂの下部に突っ掛かる。そして、図３（ｃ）に示すように、プラグ２は、中空素管５に突っ掛かった衝撃により芯金３から外れて脱落する。その結果、芯金３のみが中空素管５から引き抜かれるという問題が生じる。
【００１０】
したがって、芯金を中空素管から引き抜く際に、例え芯金が曲がった状態であったとしても、芯金からプラグが脱落するのを防止することが強く要求される。
【００１１】
この要求に応える方策の一つとして、芯金の引抜き速度、すなわち芯金を後退させる速度を低下させることが考えられる。芯金の引抜き速度の低下に伴って、プラグが中空素管に突っ掛かる衝撃を軽減させることができ、これにより、プラグの脱落防止が期待できるからである。しかし、この方策では、芯金を引き抜く時間が増大し、これに伴って次のビレットの穿孔圧延が可能となるまでの時間も長くなるため、生産の能率が悪化するという問題がある。
【００１２】
また、別の方策として、実操業では、プラグの形状に着目し、その尾端を次第に直径が縮小するように延長したプラグが採用されることもある（例えば、特許文献３参照）。プラグが中空素管に突っ掛かるのを防止することができ、これにより、プラグの脱落防止が期待できるからである。しかし、この方策では、プラグの全長が長くなることから、尾端を延長するにも制限があり、また、プラグの尾端が中空素管の後端に接触することに変わりはないことから、その接触の衝撃により、プラグが脱落することも少なからずある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００２−１１３５０７号公報
【特許文献２】特開２００２−１０２９２４号公報
【特許文献３】特開平９−３００００７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、次の特性を有する穿孔プラグ保持用の芯金を提供することである：
穿孔圧延後に芯金を中空素管から引き抜く際に、生産の能率を悪化させることなく、芯金から穿孔プラグが脱落するのを確実に防止すること。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の要旨は、次の通りである。
【００１６】
ビレットを穿孔圧延して中空素管に成形する穿孔圧延機に用いられ、先端に穿孔プラグを保持する芯金であって、
当該芯金は、保持した穿孔プラグに隣接して先端側ほど直径が拡大するテーパ部を有すること、
を特徴とする芯金。
【００１７】
上記の芯金は、前記テーパ部のテーパ角が１〜５°であることが好ましい。この芯金は、前記テーパ部のテーパ高さが、前記穿孔プラグの最大直径と前記テーパ部の根元の直径との差の半分以下で、かつ２ｍｍ以上であることが好ましく、さらに、最大直径が異なる複数サイズの穿孔プラグに共用される場合、前記テーパ高さが最小サイズの穿孔プラグの最大直径に基づいて設定されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の穿孔プラグ保持用の芯金は、下記の顕著な効果を有する：
穿孔圧延後に芯金を中空素管から引き抜く際に、生産の能率を悪化させることなく、芯金から穿孔プラグが脱落するのを確実に防止できること。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】穿孔機による穿孔圧延の状況を説明するための模式図である。
【図２】プラグと一体の芯金を中空素管から引き抜く際の理想的な状況を示す模式図であり、同図（ａ）は引抜き前の状態を、同図（ｂ）は引抜き中の状態を、同図（ｃ）は引抜き後の状態をそれぞれ示す。
【図３】曲がりが発生した従来の芯金を中空素管から引き抜く際の状況を示す模式図であり、同図（ａ）は引抜き前の状態を、同図（ｂ）は引抜き中にプラグが中空素管に突っ掛かった状態を、同図（ｃ）は引抜き中に芯金からプラグが脱落した状態をそれぞれ示す。
【図４】本発明の芯金の先端付近の構成を示す模式図である。
【図５】曲がりが発生した本発明の芯金を中空素管から引き抜く際の状況を示す模式図であり、同図（ａ）は引抜き前の状態を、同図（ｂ）は引抜きの初期の状態を、同図（ｃ）は引抜きの中期の状態を、同図（ｄ）は引抜き後の状態をそれぞれ示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明者は、上記目的を達成するため、芯金の引抜き速度を低下させることなく、プラグの尾端が中空素管の後端に突っ掛かったり接触したりするのを防止する方策について、鋭意検討を重ねた。そして、芯金の形状に着目し、その形状を種々変更して穿孔圧延試験を行った結果、保持したプラグに隣接して先端側ほど直径が拡大するテーパ部を有する芯金を採用することにより、プラグの脱落が発生しないことを突き止めた。
【００２１】
本発明は、上記の知見に基づき完成させたものである。以下に、本発明の芯金の好ましい態様について説明する。
【００２２】
図４は、本発明の芯金の先端付近の構成を示す模式図である。同図に示すように、本発明の芯金３は、先端にプラグ２が嵌め込まれ、プラグ２を保持する。この芯金３は、保持したプラグ２に隣接してテーパ部３ａを有する。テーパ部３ａは、芯金３の先端側ほど直径が拡大し、その外周面がなだらかに傾斜している。
【００２３】
図５は、曲がりが発生した本発明の芯金を中空素管から引き抜く際の状況を示す模式図であり、同図（ａ）は引抜き前の状態を、同図（ｂ）は引抜きの初期の状態を、同図（ｃ）は引抜きの中期の状態を、同図（ｄ）は引抜き後の状態をそれぞれ示す。図５（ａ）に示すように、穿孔圧延の直後において、芯金３は中空素管５の前端５ａから後端５ｂまでの全域にわたって貫通しており、この芯金３に曲がりが発生した場合、プラグ２およびテーパ部３ａは、中空素管５の後端５ｂの外部で、芯金３の曲がりに追従してパスラインＸから下方にずれた状態となっている。
【００２４】
この状態で、中空素管５の前端５ａにストッパ６があてがわれ、芯金３が後退させられると、図５（ｂ）に示すように、芯金３のテーパ部３ａのなだらかに傾斜した外周面の下部が、中空素管５の後端５ｂの下部に接触する。これにより、芯金３は、プラグ２と一体で後退しながら上向きのモーションを起こし、これに伴い、図５（ｃ）に示すように、プラグ２は、その尾端２ａが中空素管５の後端５ｂに突っ掛かったり接触したりすることなく、中空素管５内に進入する。そして終には、図５（ｄ）に示すように、プラグ２は、芯金３とともに中空素管５の前端５ａから引き抜かれる。
【００２５】
このように、本発明の芯金によれば、穿孔圧延後に芯金を中空素管から引き抜く際に、芯金が曲がった状態であったとしても、プラグの尾端が中空素管の後端に突っ掛かったり接触したりするのを防止することができ、その結果として、芯金からのプラグの脱落を確実に防止することが可能になる。しかも、芯金の引抜き速度を低下させることは不要であるから、生産の能率を悪化させることもない。
【００２６】
もっとも、テーパ部の諸寸法は、曲がった芯金を引き抜く際に、テーパ部の外周面の下部が中空素管の後端と接触することにより、芯金がプラグと一体で上向きのモーションを起こすように、適宜設定する。
【００２７】
例えば、図４に示すように、テーパ部３ａのテーパ角αは、１〜５°の範囲内であることが好ましい。その理由は次の通りである。
【００２８】
テーパ角αが１°に満たないと、テーパ部３ａの外周面の傾斜がなだらか過ぎて、上記のモーションが十分に起こらないため、プラグ２の尾端２ａの下部が中空素管の後端の下部に突っ掛かったり接触したりし得る。一方、テーパ角αが５°を超えると、テーパ部３ａの外周面の傾斜が急峻過ぎて、上記のモーションが過度に起こり、その反動により、プラグ２の尾端２ａの上部が中空素管の後端の上部に突っ掛かったり接触したりし得る。すなわち、テーパ部３ａのテーパ角αが１°に満たない場合、５°を超える場合のいずれも、プラグが脱落するおそれがある。
【００２９】
また、一般に、芯金は、穿孔機の外部の自動設備内で軸方向に押されながらコンベア上を縦送りされる。このため、芯金は、テーパ部のテーパ角αが５°を超えて急峻過ぎると、搬送時にテーパ部がコンベアに引っ掛かり、コンベアに引っ掻き傷を発生させたり、搬送が不安定になったりするなどの不都合が生じる。
【００３０】
これらに加え、図４に示すように、テーパ部３ａのテーパ高さＨは、プラグ２の最大直径Ｄｐmaxとテーパ部３ａの根元の直径Ｄ0との差の半分以下で、かつ２ｍｍ以上であることが好ましい。その理由は次の通りである。
【００３１】
テーパ高さＨが、プラグ２の最大直径Ｄｐmaxとテーパ部３ａの根元の直径Ｄ0との差の半分を超えると、穿孔圧延時にパスラインに対しテーパ部３ａがプラグ２の最大直径部をはみ出すことになるため、テーパ部３ａによって中空素管の内周面に疵が発生し、中空素管の品質が損なわれる。一方、芯金３に発生する曲がりの量は、例えば全長が２０ｍの芯金の場合、最大５ｍｍ程度である。そうすると、曲がった芯金３を引き抜く際に、テーパ部３ａを中空素管の後端と有効に接触させて、上記のモーションを起こすには、テーパ高さＨは、芯金３の最大曲がり量（５ｍｍ）の半分が少なくとも必要であり、２ｍｍ以上とするのが好ましい。
【００３２】
このようにしてテーパ角αとテーパ高さＨの好ましい範囲が規定されるので、これらの両者の関係から、図４に示すように、テーパ部３ａのテーパ長さＬの好ましい範囲も必然的に定まる。
【００３３】
ところで、実操業では、内径が異なる複数種の中空素管を同一の芯金を用いて成形することが多く、通常、芯金は、最大直径が異なる複数サイズのプラグに共用される。この場合、テーパ部の諸寸法、特にテーパ高さＨは、共用対象のプラグのうちで最大直径が最も小さい最小サイズのプラグを基準とし、この最小サイズのプラグの最大直径に基づいて設定することが好ましい。最小サイズ以外のプラグを基準にしてテーパ部のテーパ高さＨを設定すると、芯金に最小サイズのプラグを装着した場合に、穿孔圧延時にパスラインに対しテーパ部がその最小サイズのプラグの最大直径部をはみ出すことになりかねないからである。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、継目無鋼管を製造する際の穿孔圧延に有効に利用できる。
【符号の説明】
【００３５】
１：傾斜ロール、    ２：穿孔プラグ、    ２ａ：穿孔プラグの尾端、
３：芯金、    ３ａ：テーパ部、    ３ｂ：円柱部、    ４：ビレット、
５：中空素管、    ５ａ：中空素管の前端、    ５ｂ：中空素管の後端、
６：ストッパ、    Ｘ：パスライン
【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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