(57)【要約】【課題】生産性と加工精度の向上を両立すること。【解決手段】油井管ＬＰの端部にねじ継手を加工する装置である。油井管ＬＰの一方端近傍を保持する回転可能なチャックと、油井管ＬＰの一方端部に所定の加工を施す、油井管ＬＰに対する相対位置の制御が可能な加工工具と、油井管ＬＰの他方部を下から支持するサポートローラ２２ａ〜２２ｄ群を有する。これらのサポートローラ２２ａ〜２２ｄ群を、内部に所定の圧力の気体が充填された弾性体で形成する。サポートローラ２２ａ〜２２ｄ群の上方に、油井管ＬＰの飛び出しを防止するための押さえローラ２７ａ，２７ｂを配置する。【効果】長尺の鋼管を高速回転させた場合であっても、油井管のねじ継手のメタルシール部に、その気密性確保のために必要な細かい粗さ、規定を満足させた加工が可能になる。【選択図】        図２
2004181587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工材の端部を加工する装置において、
被加工材の一方端近傍を保持する回転可能なチャックと、
被加工材の一方端部に所定の加工を施す、被加工材に対する相対位置の制御が可能な加工工具と、
被加工材の他方部を下から支持するサポートローラ群を有し、
これらのサポートローラ群を、所定の圧力を加えられたエアシリンダによって保持したことを特徴とする端部加工装置。
【請求項２】
請求項１記載の端部加工装置において、
前記サポートローラ群を、所定の圧力を加えられたエアシリンダによって保持することに代えて、内部に所定の圧力の気体が充填された弾性体で形成したことを特徴とする端部加工装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の端部加工装置において、
前記サポートローラ群の上方に、被加工材の飛び出しを防止するための押さえローラを配置したことを特徴とする端部加工装置。
【請求項４】
請求項３記載の端部加工装置において、
前記押さえローラを複数設け、これら押さえローラ間の間隔調整機構を設けたことを特徴とする端部加工装置。
【請求項５】
請求項３又は４記載の端部加工装置において、
被加工材の開放時、前記押さえローラを、前記サポートローラ群の上方から退避させる退避機構を設けたことを特徴とする端部加工装置。
【請求項６】
請求項３〜５の何れか記載の端部加工装置において、
前記押さえローラの押さえ力調整機構を設けたことを特徴とする端部加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば鋼管等の長尺部材の端部にねじ等を加工する装置に関し、特に、メタルシールを有する石油ガス開発用鋼管の端部にねじ継手を加工する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼管等の端部にねじ加工等を施す場合、チャックによって管端近傍を固定した鋼管をチャックの回転により回転させ、その端部に鋼管との相対位置の制御が可能な切削バイト等の加工工具を当接させることで行っている。
【０００３】
例えば石油ガス開発用鋼管（油井管）のねじ継手は、その長さが約１０ｍと長く、また、チュービングと呼ばれる外径が１１４ｍｍ以下のものも存在する。このような油井管の端部にねじ継手を切削加工する際には油井管を高速で回転させるが、油井管には長手方向に若干の曲がりが存在するので、前記高速回転によって振動が発生する。
【０００４】
この振動を放置するとねじの加工精度を悪化させるので、振動がチャックから切削バイトに伝達しないように、チャックより後方の管部分を、サポートローラ群で強制的に拘束し、振動が発生しないようにしている。
【０００５】
従来のサポートローラ群の一例を図６及び図７に示す。
このうち、図６に示したサポートローラ群は、鋼管Ｐの両側の斜め上下に各２個ずつ配置させた４個で対を成し、これら４個のサポートローラ１ａ〜１ｄを、（ａ）に示した例では、ラック２ａ，２ｂとピニオン３によって、また、（ｂ）に示した例では、シリンダ装置４によって、夫々左右２個ずつ１ａ，１ｂと１ｃ，１ｄが同調して鋼管Ｐに対して接離移動し、鋼管Ｐを拘束する構成である。なお、（ｂ）に示した例では、４個のサポートローラ１ａ〜１ｄは鋼管Ｐへの押し付けにばね５を介在させ、鋼管Ｐの楕円、偏平に各サポートローラ１ａ〜１ｄが追従できるようになっている。
【０００６】
また、図７に示したサポートローラ群は、鋼管Ｐの斜め下方に配置した２個で対を成し、これら２個のサポートローラ１ａ，１ｂが、鋼管Ｐの径に関係なく鋼管Ｐを同一高さ位置に保持して拘束できるように、モータ駆動のウォームジャッキ６によって昇降可能に構成されたもので、鋼管Ｐの縦送り中にサポートローラ１ａ，１ｂを下方に退避させることができるように、前記ウォームジャッキ６とサポートローラ１ａ，１ｂに昇降用シリンダ装置７を介在させている。なお、図７中の８はウォームジャッキ６の駆動用モータを示す。
【０００７】
図６に示したサポートローラでは、鋼管の径に拘わらずサポートローラの高さ調整は不要であるが、鋼管を強く挟み込まないと鋼管が落ちてしまう反面、挟み込む力が強すぎると、楕円、偏平による鋼管の振動を助長するという欠点がある。これに対し、図７に示したサポートローラでは、サポートローラの高さ調整は必要であるものの、鋼管を強く挟み込まないと鋼管が落ちてしまうという欠点や、挟み込む力が強すぎて楕円、偏平による鋼管の振動を助長するという欠点はない。すなわち、両者はどちらの方式も一長一短がある。
【０００８】
ところで、気密性を向上させるためのメタルシールを有する油井管のねじ継手のシール部は、表面粗さを非常に小さく規定している。このような表面粗さを達成するためには、加工時に発生する前記振動をより一層低下させる必要がある。また、加工の生産性を高めるため、切削速度の高速化、すなわち切削時の油井管の回転数の増加も求められているが、このような高速化を図った場合にも振動を低下させる必要があることは言うまでもない。
【０００９】
そこで、管の曲がりに伴う回転振れの最小部分を支持するサポートローラの支持台を固定し、他のサポートローラの支持台を油圧を用いて管の振れに追随できるようにフローティングとする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平６−１８２６０３号公報（第２頁、図２）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１に記載された技術では、管の振れに対する追随を油圧により行っているので、応答性が悪く、管を高速回転させた場合に管の振れに追随できず、生産性と加工精度の向上を両立させることはできなかった。
【００１２】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、例えば加工精度の要求の厳しいメタルシールを有する油井管のねじ継手を加工する際に、切削速度を高速にして生産性を向上させた場合でも、油井管の振動がねじ切り部に伝播しないようにしてメタルシール部の表面粗さが粗くならないようにする等、生産性と加工精度の向上を両立することができる端部加工装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係る端部加工装置は、被加工材の一方端近傍を保持する回転可能なチャックと、被加工材の一方端部に所定の加工を施す、被加工材に対する相対位置の制御が可能な加工工具と、被加工材の他方部を下から支持するサポートローラ群を有し、これらのサポートローラ群を、例えば所定の圧力を加えられたエアシリンダによって保持させることとしている。
【００１４】
そして、このようにすることで、加工速度を高速にして生産性を向上させた場合でも、被加工材の振動が加工部に伝播せず、生産性と加工精度の向上を両立することができるようになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
前述のように、例えば鋼管等の長尺材は長手方向に若干の曲がりを有し、以前はこの曲がりを強制的に固定することによって回転時に発生する振動を防ぐようにしていた。しかしながら、鋼管等の長尺材を完全に固定することはできず、そのためかえってねじ切り部に加工精度を悪化させるような振動を発生させることになっていた。
【００１６】
逆に、ねじ切り部に加工精度を悪化させるような振動が発生しなければ、鋼管等の長尺材自体はチャックで固定されているので、他方の端部が振れていても問題は無い。この方法で解決を図ろうとしたのが前述の特許文献１であるが、油圧を用いているため、鋼管等の長尺材の回転数を上げることができなかった。
【００１７】
発明者は、この点を考慮し、被加工材の加工時の振動を抑えるために空気圧を用いることを見出し、以下の本発明を成立させた。
すなわち、本発明に係る端部加工装置は、被加工材の端部を加工する装置において、被加工材の一方端近傍を保持する回転可能なチャックと、被加工材の一方端部に所定の加工を施す、被加工材に対する相対位置の制御が可能な加工工具と、被加工材の他方部を下から支持するサポートローラ群を有し、これらのサポートローラ群を、所定の圧力を加えられたエアシリンダによって保持したり、或いは、内部に所定の圧力の気体が充填された弾性体で形成したものである。
【００１８】
本発明に係る端部加工装置では、少なくとも被加工材の他方側端部を支持するサポートローラ群を、所定の圧力を加えられたエアシリンダによって保持したり、或いは、内部に所定の圧力の気体が充填された弾性体で形成するので、加工速度を高速にして生産性を向上させた場合でも、被加工材の曲がりや楕円、偏平に起因する振動が加工部に伝播せず、生産性と加工精度の向上を両立することができるようになる。
【００１９】
上記の本発明に係る端部加工装置において、前記サポートローラ群の上方に、押さえローラを配置した場合には、加工時における被加工材の飛び出しを防止することができる。
【００２０】
そして、その際、押さえローラを複数設け、これら押さえローラ間の間隔調整機構を設けた場合には、加工時における被加工材の飛び出しをより効果的に防止することができるようになる。
【００２１】
加えて、被加工材の開放時、この押さえローラを、前記サポートローラ群の上方から退避させる退避機構を設けた場合には、被加工材の縦送りを阻害することがなくなる。
また、この押さえローラに、押さえ力調整機構を設けた場合には、被加工材の曲がり等に起因する振動の抑制を効果的に保ったまま、加工時における被加工材の飛び出しを防止できる。
【００２２】
【実施例】
以下、油井管の端部に形成するねじ継手を加工する、本発明に係る端部加工装置を図１〜図５に示す実施例に基づいて説明する。
図１は本発明に係る端部加工装置の全体概略説明図、図２及び図５は本発明に係る端部加工装置を構成する支持装置の説明図、図３はサポートローラによる受け角度の説明図、図４は図２に示す支持装置の使用説明図である。
【００２３】
図１は本発明に係る端部加工装置１１の全体を示したものであり、油井管ＬＰの一方側端部に所定のねじを切削するねじ切り機１２と、このねじ切り機１２と直列に配置され、少なくとも油井管ＬＰの他方側端部を支持する例えば３組の支持装置１３を備えている。
【００２４】
この支持装置１３は、例えば油井管ＬＰをその斜め下方両側から支持する２個で対を成すサポートローラ１３ａ，１３ｂを備えており、本発明の端部加工装置１１にあっては、これらのサポートローラ１３ａ，１３ｂを、例えば、所定の圧力を加えられ、所定の距離（サポートストローク）出入が可能なエアシリンダ１３ｃによって保持している。
【００２５】
前記ねじ切り機１２の構成は一般的なものであって、図示省略したが、油井管ＬＰの一方端近傍を保持する回転可能なチャックと、このチャックによって保持された油井管ＬＰの一方側端部に所定のねじ加工を施すべく、油井管ＬＰに対する相対位置の制御が可能なバイトを配置したものである。
【００２６】
上記の構成の本発明の端部加工装置１１では、少なくとも油井管ＬＰの他方側端部を支持する支持装置１３（サポートローラ１３ａ，１３ｂ）群を、エアシリンダ１３ｃによって保持するので、加工速度を高速にして生産性を向上させた場合でも、油井管ＬＰの曲がりや楕円、偏平に起因する振動が加工部に伝播しなくなる。
【００２７】
前記支持装置１３は上記の構成に限るものではなく、例えば図２や図５に示した構成でもよい。
例えば図２に示した支持装置２１は、油井管ＬＰの斜め下方の左右に各２個ずつ配置した４個のサポートローラ２２ａ〜２２ｄを備えたものであり、これらのサポートローラ２２ａ〜２２ｄは弾性体、例えば自動車用タイヤで形成され、その内部に所定圧力の例えば空気が充填されている。
【００２８】
そして、これら左右２個ずつのサポートローラ２２ａ，２２ｂと２２ｃ，２２ｄは、例えば長手方向の中央から右側に右ねじが、左側に左ねじが設けられたねじ軸２３ａを手動で正逆回転させることで、これら右ねじ部と左ねじ部に夫々嵌め合わされた雌ねじ部材２３ｂ，２３ｃが互に接離移動し、これら雌ねじ部材２３ｂ，２３ｃを一体的に取り付けたサポートローラ２２ａ，２２ｂと２２ｃ，２２ｄが接離移動するようになされている。
【００２９】
この接離移動により、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、油井管ＬＰの径に合わせてサポートローラ２２ａ，２２ｂと２２ｃ，２２ｄ間の間隔Ｌ１  ，Ｌ２  ，Ｌ３  を最適に調整し、サポートローラ２２ａ，２２ｂと２２ｃ，２２ｄによる油井管ＬＰの受け角度θを高速回転に見合う角度とする。
【００３０】
図２に示した例では、上記の構成の支持装置２１を、油井管ＬＰの径に関係なく油井管ＬＰを同一高さ位置に保持できるように、ウォームジャッキ２４によって昇降可能に構成され、かつ、油井管ＬＰの縦送り中にサポートローラ２２ａ，２２ｂと２２ｃ，２２ｄを下方に退避させるために、前記ウォームジャッキ２４とサポートローラ２２ａ，２２ｂと２２ｃ，２２ｄ間に昇降用シリンダ装置２５を介在させたものを示している。なお、図２中の２６はウォームジャッキ２４の駆動用モータを示す。
【００３１】
２７ａ，２７ｂは油井管ＬＰを介して前記支持装置２１の上方に配置された例えば２個で対を成す押さえローラであり、ねじ切り機１２による油井管ＬＰの一方側端部の加工時に、油井管ＬＰの他方側端部がサポートローラ２２ａ，２２ｂと２２ｃ，２２ｄ上から飛び出さないようにするものである。
【００３２】
図２に示した例では、これらの押さえローラ２７ａ，２７ｂを回転が自在なように一体として支持したフレーム２８をシリンダ２９によって昇降動が可能なようになすと共に、図２（ａ）に示すように、例えばフレーム２８の支柱部２８ａを９０°旋回可能にして、不要時には油井管ＬＰから離反させて退避できるようにしている。
【００３３】
この図２に示したような構成の押さえローラ２７ａ，２７ｂで油井管ＬＰを押える場合、図４に示すように、先ず、退避位置にある押さえローラ２７ａ，２７ｂを上昇させる（矢印▲１▼）。
【００３４】
次に、フレーム２８を９０°旋回させ（矢印▲２▼）、一方端側をチャッキングされた油井管ＬＰの他方端側の上方に、押さえローラ２７ａ，２７ｂを位置させた後、シリンダ２９を駆動してフレーム２８（押さえローラ２７ａ，２７ｂ）を降下し（矢印▲３▼）、油井管ＬＰの他方端側を押さえる。なお、油井管ＬＰの押さえを開放する場合は、上記の逆の操作を行う。
【００３５】
また、図５に示した支持装置２１は、サポートローラ２２ａ，２２ｂと２２ｃ，２２ｄの接離移動を、図２のねじ軸２３ａと雌ねじ部材２３ｂ，２３ｃで行うものに代えて、シリンダ３０ａ，３０ｂによって行い、サポートローラ２２ａ，２２ｂと２２ｃ，２２ｄの近接位置をストッパ３１ａ，３１ｂで規定するものを示している。なお、これらのストッパ３１ａ，３１ｂの位置設定は、図２の接離移動機構と同様、長手方向の中央から右側に右ねじが、左側に左ねじが設けられたねじ軸３２ａをモータ３２ｂで正逆回転させることで、これら右ねじ部と左ねじ部に夫々嵌め合わされたストッパ３１ａ，３１ｂが互に接離移動することで行うものを示している。
【００３６】
また、押さえローラ２７ａ，２７ｂは、夫々一方端側を回転が自在なように支持するアーム３２ａ，３２ｂの他方端側に回転が自在なように支持され、ばね３４の力によって油井管ＬＰに押し付けられるようになっている。そして、この図５の例では、ばね３４の基端側を保持する保持部材３５の位置を例えばねじにより調整可能に構成することで、押さえローラ２７ａ，２７ｂの位置を調整できるものを示している。なお、前記アーム３２ａ，３２ｂはサポートローラ２２ａ，２２ｂと２２ｃ，２２ｄを回転自在に支持するスライドベース２２ｅａ，２２ｅｂに支持されている。
【００３７】
本発明の効果を確認するために、図１に示したような構成の端部加工装置を用いて実験を行った。
使用したサポートローラは、直径が１００ｍｍ、幅が６０ｍｍのウレタン製で、その軸の間隔が１８９ｍｍの２個で組になった支持装置を２ｍ間隔で５個設置した。また、支持装置を支持するエアシリンダは内径が３０ｍｍのものを使用した。なお、エアシリンダは図示しない空気圧供給機に接続され、所定の空気圧が加えられる。
【００３８】
ねじ切り機はコンピュータで動作を制御された切削バイトを備えており、このねじ切り機でねじを加工する場合、先ず、鋼管をチャックの中を通して先端をねじ切り機に挿入した後、チャックを締め、チャックで保持した鋼管を回転させる。その後は、ねじ切り機のバイトが所定の動作を行い、ねじが切削される。
【００３９】
このねじ切り機を用いて、外径が８９ｍｍ、肉厚が６．４５ｍｍ、長さが１０ｍの鋼管の一方側の管端部にシール面を有する油井管用ねじ継手の加工を行った。このねじ切削は、鋼管を４３０ｒｐｍの回転数で回転させて行った。
このとき、エアシリンダのサポートストロークが０ｍｍと５ｍｍの場合に、エアシリンダに加える空気圧を種々変化させ、加工されたシール面の表面粗さ（Ｒｍａｘ  ）を測定した。その結果を下記表１に示す。
【００４０】
【表１】
2004181587.tif 000003
【００４１】
表１に示したように、サポートストロークの無いもの、すなわちエアシリンダが動作していないものよりサポートストロークのあるものの方が加工されたシール面の表面粗さは小さくなっており、また、エアシリンダの空気圧は、１９６ｋＰａの場合にシール面の表面粗さは最も良好となっている。
【００４２】
一般のねじ継手に要求される表面粗さはＲｍａｘ  ≦６μｍであるが、製品によっては要求される表面粗さがＲｍａｘ  ≦４μｍのものもある。しかしながら、従来の加工方法では、加工の生産性を極端に落とさない限り、表面粗さをＲｍａｘ  ≦４μｍとすることはできなかった。これに対して、本発明の端部加工装置を使用すれば、エアシリンダの空気圧を最適範囲に設定することで、加工の生産性を落とすことなく表面粗さをＲｍａｘ  ≦４μｍとすることができるようになる。
【００４３】
本発明の端部加工装置は、鋼管を回転させたときの振れを例えば空気圧で吸収するものである。
上記の実験は、比較的硬い材質である樹脂製のサポートローラで鋼管を保持し、サポートローラ自体をエアシリンダで支えるものについて実施したものであるが、図２や図５に示した実施例のように、サポートローラとしてタイヤのように内部に所定の空気圧を保持する機構を有するものを用い、サポートローラ自体は装置に固定するものでも良い。
【００４４】
この場合は、エアシリンダやそれに空気圧を供給する機構を省くことができるので、構成がより簡易になる。また、鋼管に接するローラの表面をゴムのような弾性体で形成することにより、それ自体が鋼管の微小な振動を吸収すると共に、鋼管とサポートローラ間のスリップを防止して、鋼管が異常に振れることを防止する点で望ましい。
【００４５】
下記表２に図１と同様の構成のエアシリンダによって支持した樹脂製のサポートローラ、及び、図２や図５と同様の構成のタイヤ型のサポートローラを用いて前述と同じ実験を行った結果を示す。
【００４６】
なお、下記表２における鋼管Ａ，Ｂ、樹脂製ローラ、軽自動車用タイヤ、普通乗用車用タイヤの諸元は下記の通りである。
鋼管Ａ：
外径８８．９ｍｍ、肉厚６．４５ｍｍ、長さ１０ｍ、種類Ｌ８０−１３ＣＲ
鋼管Ｂ：
外径６０．３ｍｍ、肉厚４．８３ｍｍ、長さ１０ｍ、種類Ｐ１１０
樹脂製ローラ：
材質：ウレタン
寸法：直径１００ｍｍ、幅６０ｍｍ
ローラ軸間隔：１８９ｍｍ
軽自動車用タイヤ：
寸法：外径５０８ｍｍ、幅１４５ｍｍ
ローラ軸間隔：５６８ｍｍ
普通乗用車用タイヤ：
寸法：外径６０３ｍｍ、幅１８５ｍｍ
ローラ軸間隔：６６３ｍｍ
【００４７】
【表２】
2004181587.tif 000004
【００４８】
上記表２より、樹脂製のサポートローラで鋼管を保持し、サポートローラ自体をエアシリンダで支える、図１に示したのと同様の構成の実施例に比べて、図２や図５に示したのと同様の構成のタイヤ型のサポートローラを使用した実施例の方がより表面粗さが向上しているのが判る。
【００４９】
本発明は上記の実施例に限らず、各請求項に記載した技術的思想の範囲内である限りその設計変更は任意であり、本発明の技術的範囲に属するものであることは言うまでもない。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、例えば旋盤を用いて長尺の鋼管を高速回転させた場合であっても、油井管のねじ継手のメタルシール部に、その気密性確保のために必要な細かい粗さ、規定を満足させた加工が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る端部加工装置の全体概略説明図である。
【図２】本発明に係る端部加工装置を構成する支持装置の第１実施例の説明図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図３】サポートローラによる油井管の受け角度の説明図であり、（ａ）は外径が２００ｍｍの、（ｂ）は外径が３００ｍｍの、（ｃ）は外径が４００ｍｍの油井管を夫々支持した場合を示す。
【図４】図２に示す支持装置の使用説明図である。
【図５】本発明に係る端部加工装置を構成する支持装置の第２実施例の説明図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図６】従来のサポートローラを示した図であり、（ａ）は第１の例、（ｂ）は第２の例である。
【図７】従来のサポートローラの第３の例を示した図であり、（ａ）は平面から見た図、（ｂ）は正面から見た図である。
【符号の説明】
１１    端部加工装置
１２    ねじ切り機
１３，２１    支持装置
１３ａ，１３ｂ，２２ａ〜２２ｄ    サポートローラ
１３ｃ    エアシリンダ
２７ａ，２７ｂ    押さえローラ
３４    ばね
【図１】
2004181587.tif 000005
【図２】
2004181587.tif 000006
【図３】
2004181587.tif 000007
【図４】
2004181587.tif 000008
【図５】
2004181587.tif 000009
【図６】
2004181587.tif 000010
【図７】
2004181587.tif 000011