(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
素管の外周に成形ローラーを管円周方向に間隔をおいて複数個配置し、回転する素管に対して成形ローラーを管半径方向に進退移動させると共に、成形ローラーと素管とを管軸方向に相対移動させて得られる合成移動により、素管に連続縮径加工を施す管のスピニング加工方法において、前記成形ローラーの後段階に管軸方向に沿う外径線に丸みを有する押さえローラーを管半径方向に進退移動可能に設け、成形ローラーにより管表面に形成されたスパイラル状の凹凸を前記押さえローラーの外周面により押圧消去することを特徴とする管のスピニング加工方法。
【請求項２】
素管の外周に成形ローラーを管円周方向に間隔をおいて複数個配置し、回転する素管に対して成形ローラーを管半径方向に進退移動させると共に、成形ローラーと素管とを管軸方向に相対移動させて得られる合成移動により、素管に連続縮径加工を施す管のスピニング加工機において、前記成形ローラーの後段階に、回転中心軸が管軸方向に沿って配置され、成形ローラーにより加工された管表面を外周面で押圧する押さえローラーが設けられ、当該押さえローラーは管軸方向に沿う外径線に丸みを有し、かつ管半径方向に進退移動可能に設けられていることを特徴とする管のスピニング加工機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テーパー付き鋼管や段付き鋼管などを製造するための管のスピニング加工方法およびスピニング加工機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば照明用のポールには、景観性の点などから、テーパー付き鋼管や段付き鋼管が用いられるようになってきている。テーパー付き鋼管の製造方法に関しては、特公昭６１−３２０８１号公報や特開平１０−２４３２３号公報等に開示されているように、鋼管を素材とし、素管に絞り（縮径）加工を施す成形ローラーを素管の外周に複数個配置し、成形ローラーと素管とを管軸方向に相対移動させると共に、回転する素管に対して成形ローラーを管半径方向に進退移動させることにより、一端に向かって径が漸次縮小するテーパー付き鋼管を連続的に製造する所謂スピニング加工による生産性の高い製造方法がある。
【０００３】
図４に示すのは、従来のスピニング加工機の１例であり、素管（円形鋼管）Ｐ0 の外周に複数個の成形ローラー１を配置し、この成形ローラー１の前段階には加熱装置２を設置し、素管Ｐ0 の端部を把持する把持機構を備えた引張台車３で素管Ｐ0 を移動させ、加熱装置２で所定の成形温度まで加熱された素管Ｐ0 に対して複数の成形ローラー１を圧下させると共に、素管Ｐ0 の移動に対応させて成形ローラー１を素管Ｐ0 に対して漸次進出移動（縮径移動）させている。
【０００４】
素管Ｐ0 は成形ローラー１の回転駆動により回転し、あるいは別に設置した回転駆動装置により回転しており、引張台車３で素管Ｐ0 に引張力が付与された状態で、複数の成形ローラー１により熱間のスピニング加工が施され、径が漸次縮小するテーパー付き鋼管ＰT が製造される。
【０００５】
成形ローラー１は、円柱状のディスク型のローラーであり、素管Ｐ0 の中心軸線Ｌ0 の周りに管円周方向に等間隔をおいて複数個（加工性の点で３個が好ましい）配置されている。また、成形ローラー１の回転中心軸線Ｌ1 は、素管Ｐ0 の中心軸線Ｌ0 に指向すると共に、中心軸線Ｌ0 に対して傾斜角αで管移動方向の反対側に傾斜しており、素管Ｐ0 を回転できるようにされ、かつ、その丸みＲの付いた肩部（角部）１ａで絞り加工が行なわれるようにされている。また、成形ローラー１は、モータが接続された駆動ローラーである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の図４のスピニング加工機の場合、素管Ｐ0 の回転と同時に成形ローラー１を圧下しながら素管Ｐ0 を引っ張るため、成形ローラー１の肩部１ａによる加工跡がスパイラル状の凹凸として加工後のテーパー付き鋼管ＰT の表面に残る問題がある。
【０００７】
このスパイラル状の凹凸を抑制するためには、成形ローラーの数を増やし、成形送りピッチを小さくする方法、あるいは、引張速度を下げ、成形送りピッチを小さくする方法などがある。しかし、前者の方法では、成形ローラーの径を小さくする必要があり、加工量が小さくなるなどの欠点がある。また、成形ローラーの径を小さくしない場合には、小径の素管を加工できない欠点がある。後者の方法の場合、引張速度を下げれば、生産効率が減少する欠点がある。
【０００８】
本発明は、従来技術の前述のような課題の解決を図ったものであり、テーパー付き鋼管等を製造するためのスピニング加工において、成形ローラーによるスパイラル状の凹凸を、成形ローラーに改造を加えることなく、生産効率を低下させることなく、容易に、かつ、確実に解消することのできる管のスピニング加工方法およびスピニング加工機を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１は、素管の外周に成形ローラーを管円周方向に間隔をおいて複数個配置し、回転する素管に対して成形ローラーを管半径方向に進退移動させると共に、成形ローラーと素管とを管軸方向に相対移動させて得られる合成移動により、素管に連続縮径加工を施す管のスピニング加工方法において、前記成形ローラーの後段階に管軸方向に沿う外径線に丸みを有する押さえローラーを管半径方向に進退移動可能に設け、成形ローラーにより管表面に形成されたスパイラル状の凹凸を前記押さえローラーの外周面により押圧消去することを特徴とする管のスピニング加工方法である。
【００１０】
本発明の請求項２は、素管（鋼管やその他の金属管）の外周に成形ローラーを管円周方向に間隔をおいて複数個配置し、回転する素管に対して成形ローラーを管半径方向に進退移動させると共に、成形ローラーと素管とを管軸方向に相対移動させて得られる合成移動により、素管に連続縮径加工を施す管のスピニング加工機において、前記成形ローラーの後段階に、回転中心軸が管軸方向に沿って配置され、成形ローラーにより加工された管表面を外周面で押圧する押さえローラーが設けられ、当該押さえローラーは管軸方向に沿う外径線に丸みを有し、かつ管半径方向に進退移動可能に設けられていることを特徴とする管のスピニング加工機である。
【００１１】
図１に示すように、請求項１及び請求項２のスピニング加工においては、成形ローラーは、回転中心軸を素管の中心軸に対して傾斜させ、素管を回転できるようにすると共に、肩部で絞り加工がなされるようにする。素管は引張台車などにより管軸方向に水平に移動させ、あるいは一端を固定した素管に対して成形ローラーを管軸方向に水平および管半径方向に移動させる。また、素管は成形ローラーの回転駆動により回転させ、あるいは別に設置した回転駆動装置により回転させる。さらに、成形ローラーの前段階には加熱装置を設置するなどして素管を所定の成形温度まで加熱する。従って、加熱された素管が回転すると同時に引張力が付与された状態で成形ローラーにより熱間の連続縮径加工がなされる。
【００１２】
押さえローラーは、図１，図２に示すように、円柱状、円錐台状、略円錐台状、円盤状等のものを使用し、さらに、その回転中心軸を素管の中心軸と平行にあるいはテーパーに合わせて傾斜させ、管円周方向に自転または素管の回転により回転して、その外周面が加工後の管表面に面接触できるようにする。また、押さえローラーの支持部材は、リンク機構とエアシリンダー等により管半径方向に進退移動可能とし、種々の径の管に対応して管半径方向の押圧を可能とする。管円周方向に関しては、押さえローラーを等間隔をおいて複数個配置する。管軸方向に関しては、複数個の押さえローラーを１段あるいは複数段設置する。
【００１４】
また、押さえローラーは、その管軸方向に沿う外形線に丸みを有していることにより、即ち、例えば図２(c) 〜(e) に示すように、円錐台と円柱を組み合わせた形状の押さえローラーの中間部における折曲部に円弧状の丸みＲを形成し、あるいは円柱状の押さえローラーの片側の端面における肩部に円弧状の丸みＲを形成し、あるいは偏平な円柱状の押さえローラーの側面に半円状の丸みＲを形成する。
【００１５】
以上のような構成において、成形ローラーの肩部により形成されたスパイラル状の凹凸が押さえローラーの外周面により押圧されて消去される。成形ローラーの数を増やしたり、引張速度を下げることなく、押さえローラーの追加設置のみで、スパイラル状の凹凸を消去することができる。
【００１６】
また、図２(a),(b) の押さえローラーの場合、加工後の管のテーパー率が一定の場合には、面接触させることができるが、テーパー率が種々に変わった場合には、点接触となり、引張速度を上げてスパイラル状の凹凸の間隔が大きくなった場合には、スパイラル状の凹凸を押圧することができず、さらに、条件によっては、押さえローラー自身の点接触により、スパイラル状の凹凸が発生する。
【００１７】
これに対して、図２(c) 〜(e) の押さえローラーの場合には、その外周面に管軸方向に沿う滑らかな円弧が形成されるため、テーパー率が種々変わっても、スパイラル状の凹凸を面で押圧することができ、スパイラル状の凹凸を容易かつ確実に消去することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。この実施形態は、テーパー付き鋼管の製造に本発明を適用した例である。図１は、本発明のスピニング加工方法を実施するためのスピニング加工機の１例を示したものである。図２は、本発明で用いる押さえローラーの種々の例を示したものである。
【００１９】
図１に示すように、スピニング加工機は、従来と同様に、円形鋼管などの素管Ｐ0 の外周に管円周方向に等間隔をおいて配置された複数個（加工性から３個が好ましい）の成形ローラー１と、この成形ローラー１の前段階に設置された加熱装置２と、素管Ｐ0 の端部を把持する把持機構を有し素管Ｐ0 を移動させる引張台車３などを備えている。
【００２０】
引張台車３で素管Ｐ0 を図１の左側に移動させ、加熱装置２で例えば加工温度が１００°Ｃ以上で、かつ、鋼管材のＡC1変態点以下の成形温度まで加熱された素管Ｐ0 に対して複数の成形ローラー１を圧下させると共に、素管Ｐ0 の移動に対応させて成形ローラー１を素管Ｐ0 に対して漸次進出移動（縮径移動）させる。
【００２１】
素管Ｐ0 は成形ローラー１の回転駆動により回転し、あるいは別に設置した回転駆動装置により回転しており、引張台車３で素管Ｐ0 に引張力が付与された状態で、複数の成形ローラー１により熱間のスピニング加工が施され、径が図１の右側に向かって漸次縮小するテーパー付き鋼管ＰT が製造される。
【００２２】
成形ローラー１は、円柱状のディスク型のローラーであり、素管Ｐ0 の中心軸線Ｌ0 の周りに管円周方向に等間隔をおいて複数個配置されている。また、成形ローラー１の回転中心軸線Ｌ1 は、素管Ｐ0 の中心軸線Ｌ0 に指向すると共に、中心軸線Ｌ0 に対して傾斜角αで管移動方向の反対側に傾斜しており、素管Ｐ0 を回転できるようにされ、かつ、その丸みＲの付いた肩部（角部）１ａで絞り加工を行なえるようにされている。
【００２３】
また、成形ローラー１は、モータが接続された駆動ローラーである。素管Ｐ0 の移動速度や成形ローラー１の進出移動速度等を調整することにより、テーパー率を例えば１／３５〜１／２００の範囲に変えることができる。
【００２４】
以上のような構成のスピニング加工機において、本発明では、成形ローラー１の後段階（加工の下流側）に押さえローラー１０をその回転中心軸線Ｌ2 が素管Ｐ0 の中心軸線Ｌ0 に沿うように設置し、成形ローラー１で形成されたスパイラル状の凹凸を押さえローラー１０の外周面で管半径方向へ押圧して消去する。
【００２５】
この押さえローラー１０は、管円周方向に等間隔をおいて複数個配置する。加工性やコストの点などから、成形ローラー１と同様に３個配置するのが好ましい。また、素管Ｐ0 の移動方向には、複数個の押さえローラー１０を１段あるいは間隔をおいて複数段配置する。複数段配置することにより、スパイラル状の凹凸を確実に消去することが可能となる。
【００２６】
また、押さえローラー１０は、エアーシリンダやリンク機構等により素管Ｐ0 の中心軸線Ｌ0 に対して進退移動可能とする駆動装置、または、無駆動装置により、種々の径の管に対応して押圧できるようにする。
【００２７】
押さえローラー１０の回転中心軸線Ｌ2 は、水平とし、あるいは製造する鋼管のテーパー率、例えば１／３５〜１／２００のテーパー率の中間のテーパーに対応した傾斜角βで傾斜させ、種々のテーパー率に対応できるようにする。なお、機構が複雑になるが、傾斜角βを調整できるようにすることもできる。
【００２８】
押さえローラー１０の形状は、図２に示すように、円柱状、円錐台状、略円錐台状あるいは円盤状等とし、その外周面１０ａが加工後のテーパー付き鋼管ＰT の表面に対して面接触できるようにする。
【００２９】
ここで、押さえローラー１０の傾斜角βを一定とした場合、図２(a) の円柱状や図２(b) の円錐台状の押さえローラー１０では、テーパー率が変わった場合にはテーパー付き鋼管ＰT との接触が点接触となり、例えば素管の引張速度を上げてスパイラル状の凹凸の間隔が大きくなると、点接触ではスパイラル状の凹凸を押圧することができず、さらには、この押さえローラー自体がスパイラル状の凹凸を発生させる要因となるケースがある。
【００３０】
このような問題を解決するためには、図２(c) 〜(e) に示す形状の押さえローラー１０を用いればよい。図２(c) は、円柱と円錐台を組み合わせ、その接続部である折曲部に緩やかな円弧状の丸みＲを付けたものである。図２(d) は、円柱の片側の端面における肩部（角部）に丸みＲを付けてお碗状としたものである。図２(e) は、偏平な円柱の側面に半円状の丸みＲを付けて円盤状としたものである。
【００３１】
このような図２(c) 〜(e) の押さえローラー１０の形状であれば、押さえローラー１０の傾斜角βを一定の状態で、テーパー付き鋼管ＰT のテーパー率が種々変わっても、その外周面１０ａのＲ部によりテーパー付き鋼管ＰT の表面との接触部を広げて面接触させることができ、成形ローラーによるスパイラル状の凹凸を押圧して消去することができる。
【００３２】
図３は、図２(c) 〜(e) の押さえローラー１０の具体例を示したものである。図３(a) では、折曲部のＲの値は、素管の回転速度・引張速度、成形ローラーの数、即ち成形送りピッチ（スパイラル状の凹凸間隔）により決められるが、通常、Ｒ20〜Ｒ200 （ｍｍ）程度であり、また円錐台部の角度θは鋼管ＰT テーパー形状により決められ、θ＝4.5 〜11.0°程度である。好ましくは、Ｒ100 、θ＝7.36°である。図３(b),(c) のＲも同様である。
【００３３】
実際に試験加工を実施したところ、図２(a) ，(b) の押さえローラー１０では、テーパー率が変わった場合、スパイラル状の凹凸を十分に消去することができなかったが、図３(a) 〜(c) の押さえローラー１０では、テーパー率が変わっても、スパイラル状の凹凸が見られなかった。
【００３４】
なお、本発明は、例示したスピニング加工方法、図示例のスピニング加工機に限らず、その他の管のスピニング加工方法やスピニング加工機にも適用できることは、言うまでもない。
【００３５】
【発明の効果】
(1) 成形ローラーの肩部により形成されたスパイラル状の凹凸を後段階に配置した押さえローラーの外周面により押圧して消去するようにしたため、成形ローラーの数を増やしたり、引張速度を下げることなく、押さえローラーの追加設置のみで、スパイラル状の凹凸を消去することができ、種々の径のテーパー鋼管等を生産効率を低下させることなく製造できると共に、表面性状に優れたテーパー鋼管等を安価に製造することができる。
【００３６】
(2) 押さえローラーに管軸方向に沿う外形線に滑らかな円弧を有するローラーを用いれば、テーパー率が種々変わっても、スパイラル状の凹凸を面で押圧することができ、スパイラル状の凹凸を容易かつ確実に消去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスピニング加工方法を実施するためのスピニング加工機の１例を示したものであり、(a) は側面図、(b) は断面図である。
【図２】本発明で用いる押さえローラーの種々の例を示す側面図である。
【図３】本発明で用いる押さえローラーの具体例を示す断面図と側面図である。
【図４】従来のスピニング加工機を示したものであり、(a) は側面図、(b) は断面図である。
【符号の説明】
Ｐ0 …素管（円形鋼管）
ＰT …テーパー付き鋼管
Ｌ0 …素管の中心軸線
Ｌ1 …成形ローラーの回転中心軸線
α…成形ローラーの傾斜角
β…押さえローラーの傾斜角
１…成形ローラー
１ａ…肩部（角部）
２…加熱装置
３…引張台車
１０…押さえローラー
１０ａ…外周面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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