(57)【要約】【課題】電縫溶接管の製造プロセスで連続的に定形工程を実施でき、高い生産性を維持してかつロール兼用化を図り、高真円度、高真直度の金属管を安価に提供可能にする金属管の矯正方法。【解決手段】管の横断面に対するロールカリバーの投影が円弧となり、かつロール軸と管軸線がなす角度を調整することにより該投影円弧の半径を自由に変更できる、ロールカリバーを有する鼓型ロールを採用し、金属管の外表面の円周方向に複数個の鼓型ロールを配置し、これらのロールを管軸回りに公転させながら管外径に圧下を加える嬌正方法。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属管に当接する鼓型ロールのロールカリバーが、金属管の横断面に対する該ロール表面の投影の一部が同一の円周上にありかつ該ロールの管軸線に対する傾斜角度及び管半径方向の位置に応じて前記投影円弧の半径を変更可能にした構成からなり、該ロールカリバーを有する複数個の鼓型ロールを金属管の外表面の円周方向に配置した矯正用ロール群を管軸回りに公転させながら該管に加圧して管外周を矯正する金属管の矯正方法。
【請求項２】
金属管に当接する鼓型ロールのロールカリバーが、金属管の横断面に対する該ロール表面の投影の一部が同一の円周上にありかつ該ロールの管軸線に対する傾斜角度及び管半径方向の位置に応じて前記投影円弧の半径を変更可能にした構成からなり、該ロールカリバーを有する複数個の鼓型ロールを金属管の外表面の円周方向に配置した矯正用ロール群を管軸方向に複数組を配置し、各ロール群を管軸回りに公転させながら該管に加圧して管外周を矯正する金属管の矯正方法。
【請求項３】
複数の矯正用ロール群を通過する金属管全体の管軸パスラインと、いずれかの矯正用ロール群における構成ロールの配置の幾何学中心でかつその公転中心となる当該位置の金属管の管軸とが偏心関係にあり、通過する金属管の長手方向の曲げ変形を発生させて管軸方向の真直度を矯正する請求項２に記載の金属管の矯正方法。
【請求項４】
いずれかの矯正用ロール群における構成ロールの配置の幾何学中心と、当該ロール群の公転中心とが偏心関係にあり、通過する金属管の長手方向の曲げ変形を発生させて管軸方向の真直度を矯正する請求項２に記載の金属管の矯正方法。
【請求項５】
金属管に当接する鼓型ロールのロールカリバーが、金属管の横断面に対する該ロール表面の投影の一部が同一の円周上にあり、かつ該ロールの管軸線に対する傾斜角度及び管半径方向の位置に応じて前記投影円弧の半径を変更可能にした構成からなる請求項１又は請求項２に記載の金属管の矯正方法に用いる金属管の矯正用ロール。
【請求項６】
成形ロール又は成形シューあるいはその両方を有した成形工程で金属帯材より金属管を連続的に製管する装置と、製管後に金属管を定形工程で矯正する装置を有した金属管の製造装置において、前記定形工程に請求項１に記載の金属管の矯正方法を用いた金属管の製造装置。
【請求項７】
成形ロール又は成形シューあるいはその両方を有した成形工程で金属帯材より金属管を連続的に製管する装置と、製管後に金属管を定形工程で矯正する装置を有した金属管の製造装置において、前記定形工程に請求項２に記載の金属管の矯正方法を用いた金属管の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高真円度、高真直度の金属管を高い生産性により低コストで提供可能にする技術であり、金属管を自転させることなく複数個の鼓型ロールを使用して金属管の矯正を実施するもので、例えば電縫溶接管の製造プロセスで連続的に定形（サイジング）工程を実施でき、金属管の矯正方法と矯正用ロール並びに製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電縫溶接管を代表とする金属管の連続製造プロセスにおいては、図１に示すように、コイル材１がアンコイラーされてルーパーに準備される前工程２、ブレークダウンロールやクラスターロール、フィンパスロールで行われるロール成形工程３、そして溶接工程４を経て造管後の最終工程である金属管を所定の長さに切断する切断工程７直前の定形（サイジング）工程５で、矯正ロール６により管の真円度と真直度の矯正を行うことが一般的である。
【０００３】
この定形工程は、図２に示すごとく、中心軸が管軸線に垂直する同一の平面に配置される２方ロール６（図２）ａまたは３方ロール８（図２ｂ）あるいは４方ロール９（図２ｃ）が用いられ、これらのロールはいずれの組合せも管１０外表面のほぼ全周を抱くような孔型を形成している。
【０００４】
図１のような製管ラインの定形工程で矯正を行う場合は、矯正が効率よく連続的に行われるという利点があるが、次のような問題点も抱えている。まず、所定の外径寸法とほぼ同一形状のロール孔型が必要なため、製管する製品外径を変更する都度、定形用ロールの組替並びに該ロールの位置調整などの交換調整作業を行わなければならず、特に多種少量生産の場合は、高い生産性が得られない。
【０００５】
次に、この孔型ロールを用いる矯正方法のメカニズムは、管の周方向に絞り変形を加えることにあるが、通常のロール成形で製管された管はその管周方向の各部位で受けた変形履歴が大きく異なり、そのため弾性回復や残留応力などの影響で高い真円度を得るのが非常に難しい。
【０００６】
また、管の長手方向に複数のロールスタンドを配置して製品管の反りなどを矯正するが、その矯正効果が管周方向の一部の特定部位に限られており、高い真直度を得ることが困難である。
【０００７】
図１の製造プロセスで得られる金属管の精度より高い真円度及び真直度の製品を得ようとする場合は、通常、切断後の製品をストレートナーや引抜ダイスなどの専用矯正設備を用いて、再度定形、矯正を行う必要がある。
【０００８】
例えば、図３に示すごときストレートナーを用いる場合は、３組のロールが配置されて各組の一対の鼓型ロール１１，１１間を金属管１０が回転しながら進行することにより、管の各部分が横断面内および長手方向に繰り返し曲げを受け、形状寸法および内部応力が均一化され、真円度と真直度が共に大きく改善される。
【０００９】
このように専用の矯正装置、設備を使用すれば、より高い真円度と真直度が得られるが、製管ラインから離れた別の工程で行わなければならないため、切断後の管１本ずつに実施することから生産性が低い上、当該装置やストックヤードが必要で製造コストも高くなる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、製管プロセスで連続的に矯正する装置として、例えば特開平２−４１７０６号、特開平５−２２０５０７号および特開平７−２４６４０３号公報には、金属管の外表面に同心円状に複数の太鼓型ロールを配置し、これらのロール群を管軸回りに公転させながら管外径に圧下を加える、所謂プラネタリ式の矯正方法とその装置が開示されている。
【００１１】
プラネタリ式の矯正装置の狙いは、矯正工程を製管プロセスに組み込むと同時に矯正用ロールを兼用し生産性を大きく向上させることにある。つまり、プラネタリ式で管外表面の回りに配置された各ロールは、その中心軸が管軸に対して傾斜しており且つ傾斜角度も調整可能なため、管の半径方向の拡縮自由度が比較的大きく、一定の製品外径範囲においてロールを兼用することが可能である。
【００１２】
しかし、上記プラネタリ式矯正装置は、その太鼓型ロールが従来の孔型ロールのように管横断面の全周をほぼ隙間なく拘束することができず、管の同方向に絞り変形を有効に加えることは非常に困難になる。ところが、上述の各公報に開示されたこの種の技術は、いずれも従来と同じように管周方向の絞り加工を矯正の基本メカニズムとしている。
【００１３】
実際には、図４ａ，ｂ，ｃに示すごとく、管１０横断面の全周にわたって拘束せずに絞りを加えようとすると、複数個の太鼓型ロール１２が用いられるため、管１０全周を拘束する絞り変形より、管軸方向に沿って管横断面が受ける拘束の形態および強度が異なることになる。さらに、金属管１０の進行と該ロール１２の管軸回りの回転が同時に進行しているため、管のどの部分がどのような変形を受けるかは定かではなく、要求される真円度と真直度を得られる保証はない。
【００１４】
すなわち、ロール兼用化や生産性などの面においては、プラネタリ式矯正装置には、他の矯正装置にない大きなメリットを有するが、上述するように管周方向の絞り加工を矯正の基本機構とする技術的な問題点を抱えているため、これまでにそのメリットを十分生かすことができなかった。
【００１５】
この発明は、例えば電縫溶接管の製造プロセスで連続的に定形工程を実施でき、高い生産性を維持してかつロール兼用化を図り、高真円度、高真直度の金属管を安価に提供可能にする金属管の矯正方法と矯正用ロール並びに金属管の製造装置の提案を目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、製管プロセスで連続的に定形が実施できかつロール兼用化を図るために、従来の絞り加工の考え方から脱出し、より確実な矯正メカニズムを取り込む必要があると考え、種々検討した結果、従来のプラネタリ式の矯正装置における金属管の拘束形態を考慮すると、管に繰り返し曲げを付与するのが容易であることに着目した。
【００１７】
そこで発明者らは、矯正用ロールのロールカリバーについて鋭意検討を加えた結果、管軸方向の任意の横断面においてロール表面から管軸までの最短距離が一定になるようなロールカリバーであれば、ロール群の公転を利用して管横断面内の周方向の各部位に均一な繰り返し曲げを付与するができることを知見し、かかる特定のロールカリバーを有する鼓型ロールを採用し、この複数個の鼓型ロールを金属管の外表面の円周方向に配置して矯正用ロール群を構成してこれを管軸回りに公転させながら該管に加圧して管外周を矯正すると、前記目的が達成できることを確認し、この発明を完成した。
【００１８】
すなわちこの発明は、金属管の外表面の円周方向に複数個の鼓型ロールを配置し、前記ロール群を管軸回りに公転させながら該管に加圧して管外周を矯正する方法であり、金属管に当接する各ロールのロールカリバーが、該管の横断面に対する各ロール表面の投影の一部が同一の円周上にあり、該ロールの管軸線に対する傾斜角度及び管半径方向の位置を選定して前記投影円周の半径を変更可能にした構成を有することを特徴とする金属管の矯正方法である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
発明者らは、まずプラネタリ式の矯正装置における金属管の拘束形態の特徴を考え、管に繰り返し曲げを付与するのが容易であることに着目し、前記したストレートナーと同様な矯正メカニズムを導入可能な構成を想定した。すなわち、このようなメカニズムを実現できるかどうかは、ロールカリバーの設計と直接関係することになる。
【００２０】
通常の大鼓型ロールカリバーでは管周方向の各部位がランダムに曲げ変形を受けるのみであることは既述のとおりであるが、発明者らは、管軸方向の任意の横断面においてロール表面から管軸までの最短距離が一定になるようなロールカリバーであれば、ロール群の公転を利用して管横断面内の周方向の各部位に均一な繰り返し曲げを付与できることを知見した。
【００２１】
この発明による矯正用ロールは、図５に示すように、上記条件を満足できるロールの形状は太鼓型ではなく、鼓型である。詳述すると、図５ａに示すように最短距離になるロール２０表面上の点の軌跡が曲線Ａ‐Ｂ‐Ｏ‐Ｃ‐Ｄとなるが、管１０軸方向に見れば、図５ｂに示すようにその投影Ａ’−Ｂ’−Ｏ’−Ｃ’−Ｄ’が円弧２１となる。
【００２２】
ここで、図６に示すようにこの発明による矯正用ロール２０を３本用いて矯正ロール群２２を構成すると、各ロール２０を金属管１０の管軸に対して同心円状に同じ傾斜角度（α）で配置すれば、金属管１０の横断面に対する各ロール２０表面の投影の一部は同一の円周上（以下、この円周を投影円周と呼ぶ）にあることとなる。
【００２３】
すなわち、この発明による矯正方法は、金属管に当接する鼓型ロールのロールカリバーが、金属管の横断面に対する該ロール表面の投影の一部が同一の円周上にありかつ該ロールの管軸線に対する傾斜角度及び管半径方向の位置に応じて前記投影円弧の半径を変更可能にした構成からなり、該ロールカリバーを有する複数個の鼓型ロールを金属管の外表面の円周方向に配置した矯正ロール群を管軸回りに公転させながら該管に加圧して管外周を矯正することを特徴とする。
【００２４】
この発明において、鼓型の矯正用ロール２０の各投影が管１０の周方向に占める角度の和は必ずしも３６０度にならないが、矯正ロール群２２が公転するため、金属管１０の任意の横断面が当該ロール群２２の拘束領域を通過する間、管１０周方向の各部位が半径方向に少なくとも一回押圧されることが可能となる。
【００２５】
また、金属管１０の流れ速度に対するロール群２２の公転の相対速度が速いほど、管１０の同方向各部位が各ロール２０に押圧される回数が多くなり、押圧される部位で発生する曲げ変形の繰り返し数も増えることになり、目的の矯正を確実に実行できる。
【００２６】
この発明において、ある特定の製品外径に合わせて上記した特徴を持つロールカリバーの設計は当然可能であるが、実際には、同一のロールカリバーでロールの傾斜角度を変更することにより、様々な製品外径に対応することが可能となることが大きな特徴の一つである。
【００２７】
一例として図７に示すように、直径２５ｍｍ、５０ｍｍ及び７５ｍｍの投影円周が形成できるロールカリバーをそれぞれ異なる傾斜角度で設計し比較すると、ロール幅のある範囲では幾何学的な差が非常に小さいことが分かる。従って、この発明では、その差が要求される真円度公差より明らかに小さな値になるようにロール幅を限定することによって、いずれの矯正酔うロールのカリバーを兼用カリバーとして用いても実用上では問題ない。
【００２８】
よって、この発明による矯正用ロールは、鼓型ロールのロールカリバーが、金属管の横断面に対する該ロール表面の投影の一部が同一の円周上にあり、かつ該ロールの管軸線に対する傾斜角度及び管半径方向の位置に応じて前記投影円弧の半径を変更可能にした構成からなることを特徴とする。
【００２９】
これまでに開示されたプラネタリ式の矯正方法では、ロールの兼用は主として管半径方向のロール位置調整により行われ、ロールの傾斜は主に金属管の進行方向に推力成分を発生させるためであった。
【００３０】
これに対してこの発明では、矯正用ロールの傾斜を積極的に利用してロールの兼用を実現している。ところで、ロールを兼用する場合は、実際に採用可能なロール幅に制限があり、特に兼用範囲の大径製品の領域では、金属管横断面の各部位が受ける繰り返し曲げの回数が十分ではない恐れがある。
【００３１】
しかし、この発明においてかかる問題点は、複数の矯正ロール群を管の進行方向にタンデムに配置することにより解決することができる。また、この発明で複数の矯正ロール群を用いると、真円度の改善だけではなく管の真直度の改善に極めて有効である。
【００３２】
すなわち、前述のロールカリバーを有する複数個の鼓型ロールを金属管の外表面の円周方向に配置した矯正用ロール群を管軸方向に複数組を配置し、各ロール群を管軸回りに公転させながら該管に加圧して管外周を矯正する金属管の矯正方法である。
【００３３】
通常、ロール群を構成する各ロールの配置の幾何学中心とその公転中心が一致、すなわち投影円周の円心とロール群の公転中心が同じであり、各ロール群の公転中心を同じ直線（パスライン）上に配置すれば、金属管がこれらのロール群を通過する際に長手方向の繰り返し曲げ変形が発生しないことになる。
【００３４】
特開平７−２４６４０３号公報には、一部のロール群の公転中心をパスラインから離すことにより、管の曲がりを制御する方法が開示されている。しかし、前述した図３のストレートナーの場合と違って金属管１０自身が自転しないため、この方法では従来の定形工程と同様にある特定の方向の曲がりしか制御できない。
【００３５】
この発明において、金属管を回転させずに長手方向の繰り返し曲げを付与するには、ロール群の投影円周とその公転中心が異なるように設定する必要がある。この場合は、投影円周が公転中心に対して偏心回転するため、投影円周内に拘束された金属管の周方向の各部位が長手方向に順次曲げ変形を受ける。
【００３６】
管の真直度の改善のため、少なくとも一組の矯正ロール群の公転中心が他の矯正ロール群の公転中心に対して偏心回転するよう構成するには、二つの方法がある。まず第１の方法は、一部のロール群の回転中心をパスラインに対して偏心回転させる。この場合は、図８ａに示すごとく３本の矯正用ロール２０による矯正ロール群に拘束される金属管１０体部分の管軸３０が該ロール群の偏心回転と共にパスライン３１の周りに回転するように構成する。なお、図において、管軸３０が公転中心とロール配置の幾何学的中心とが一致し、１点鎖線は矯正ロールの公転運動軌跡、破線は公転中心の運動軌跡を示す。
【００３７】
上記の矯正方法は、矯正用ロール群を管軸方向に複数組を配置し、複数の矯正用ロール群を通過する金属管全体の管軸パスラインと、いずれかの矯正用ロール群における構成ロールの配置の幾何学中心でかつその公転中心となる当該位置の金属管の管軸とが偏心関係にあり、通過する金属管の長手方向の曲げ変形を発生させて管軸方向の真直度を矯正することになる。
【００３８】
第２の方法は、矯正ロール群のロール配置の幾何学中心をその公転中心と異なるように設定する。この場合は、図８ｂに示すごとく矯正ロール群の公転中心をパスライン３１からずらさなくても、ロール配置の幾何学中心と重なる管軸３０がパスライン３１に対して偏心回転することとなる。なお、図において、管軸３０とロール配置の幾何学的中心とが一致し、矯正ロール群の公転中心とパスライン３１が一致し、１点鎖線は矯正ロールの公転運動軌跡、破線はロール配置の幾何学中心の運動軌跡を示す。
【００３９】
ここで、もし管１０の他の部位よりある特定の部位（例えば溶接管の溶接部）に相対的に強い矯正効果を与えようとすれば、さらに該ロール群の公転中心をパスラインからこの特定部位の方向へずらし、該部分だけに付加的な曲げ変形量を付与することができる。
【００４０】
上記の矯正方法は、矯正用ロール群を管軸方向に複数組を配置し、いずれかの矯正用ロール群における構成ロールの配置の幾何学中心と、当該ロール群の公転中心とが偏心関係にあり、通過する金属管の長手方向の曲げ変形を発生させることができ、管軸方向の真直度を矯正することができる。
【００４１】
上述したこの発明による矯正方法を、例えば図１で説明した溶接管の定形工程に応用することで、煩雑なロール交換作業を行う必要がなくなり、生産性を大きく改善することができる。その上確実な矯正メカニズムが組み込まれているため、従来の定形工程に比べてより高い真円度と真直度の製品を得ることが可能である。
【００４２】
また、この発明は、成形ロール又は成形シューあるいはその両方を有した成形工程で金属帯材より金属管を連続的に製管するパイプミルにおいて、前記定形工程に上記矯正方法を用いた場合も同様の作用効果を奏することができる。
【００４３】
【実施例】
図５及び図６に示すこの発明による矯正方法を採用し、溶接鋼管の定形工程において、異なる種々の管外径の管に真円度と真直度の矯正を施すこと試みた。そこで図５に示す特徴を有する矯正ロールを用いた矯正装置の兼用範囲を、直径２５ｍｍから７５ｍｍの様々な金属管の寸法に対応するよう投影円周が形成できるロールカリバーをそれぞれ異なる傾斜角度で設計して比較し、図７にロール幅中央からの距離とロール回転軸からの距離との関係として表した。
【００４４】
図７に示すように、半径１２．５ｍｍ、２５．０ｍｍ、２７．５ｍｍの投影円弧が形成できるロールカリバーをそれぞれ異なる傾斜角度α、すなわち、直径２５ｍｍの金属管に対しては傾斜角度は約２７．５°で、直径７５ｍｍの金属管に対しては傾斜角度は約３２．５°で使用すると、ロール幅のある範囲では幾何学的な差が非常に小さいことが明らかである。すなわち、前記の幾何学的な差が要求される真円度公差より明らかに小さな値になるようにロール幅を限定すればどのロールカリバーを兼用カリバーとして用いても実用上問題なく、実際、前記範囲の種々の管外径の管に真円度と真直度の矯正を施すことができた。
【００４５】
【発明の効果】
この発明は、特定形状のロールカリバーを有する鼓型ロールを金属管の外表面の円周方向に複数個配置した矯正ロール群を管軸回りに公転させながら該管に加圧して管外周を矯正するという新規な矯正方法であり、この矯正方法を溶接管の定形工程に応用すれば、煩瑣なロール交換作業を行う必要がなくなり、生産性を大きく改善することができる。
【００４６】
この発明は、確実な矯正メカニズムが組み込まれているため、従来の定形工程に比べてより高い真円度と真直度の製品を得ることが可能であり、製管プロセスで連続的に定形工程を実施でき、高い生産性を維持してかつロール兼用化が実現でき、高真円度、高真直度の金属管を安価に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】金属管の連続製造プロセスを示す工程説明図である。
【図２】ａ，ｂ，ｃはそれぞれ従来の定形用孔型ロールの構成を示す説明図である
【図３】従来のストレートナーの構成を示す斜視説明図である。
【図４】ａは従来のプラネタリ式矯正装置の動作原理を示す斜視説明図、ｂは管の拘束状態を示す模式図、ｃはロールの圧化状態を示す説明図である。
【図５】この発明による鼓型の矯正用ロールと金属管との関係を示す説明図であり、ａは上面から見た図、ｂは管軸方向に見た図である。
【図６】この発明による鼓型の矯正用ロールによる矯正ロール群と金属管との関係を示す説明図であり、ａは小径管の場合、ｂは大径管の場合である。
【図７】この発明の実施例におけるロール幅中央からの距離とロール回転軸からの距離との関係を示すグラフである。
【図８】ａ，ｂはこの発明による矯正ロール群と金属管との偏心関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１  コイル材
２  前工程
３  成形工程
４  溶接工程
５  定形（サイジング）工程
６  矯正ロール（２方ロール）
７  切断工程
８  ３方ロール
９  ４方ロール
１０  管
１１  鼓型ロール
１２  太鼓型ロール
２０  矯正用ロール
２１  円弧
２２  矯正ロール群
３０  管軸
３１  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】
2004202554.tif 000007
【図６】
2004202554.tif 000008
【図７】
2004202554.tif 000009
【図８】
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