(57)【要約】【課題】被成形鋼管の外径が変化しても、スパイラル成形面に生じやすい成形ロールエッジ当接疵の発生を抑制することが可能な成形ロール位置調整を簡便に行う。【解決手段】外面入側ロール，内面成形ロール及び外面出側ロールの三本の成形ロールからなる成形スタンドに鋼帯を通過させることにより、該鋼帯を湾曲させてスパイラル状の鋼管を製造する際に、通過する被成形鋼帯を湾曲させるべく傾斜配置した前記外面出側ロールの位置調整を、前記鋼帯をスパイラル状に湾曲させて成形された鋼管の長手方向の断面において、外面出側ロールのロール周面と鋼管外面との接触点と鋼管中心点を結ぶ線と、鋼管外面の最下点と鋼管中心点とを結ぶ線とからなる角度θ2の１／２の角度θ3の傾斜面に沿った一次元的な移動で行う。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面入側ロール，内面成形ロール及び外面出側ロールの三本の成形ロールからなる成形スタンドに鋼帯を通過させることにより、該鋼帯を湾曲させてスパイラル状の鋼管を製造する方法であって、通過する被成形鋼帯を湾曲させるべく傾斜配置した前記外面出側ロールの位置調整を、被成形鋼管の外径に応じて、前記鋼帯をスパイラル状に湾曲させて成形された鋼管の長手方向の断面において、外面出側ロールのロール周面と鋼管外面との接触点と鋼管中心点を結ぶ線と、鋼管外面の最下点と鋼管中心点とを結ぶ線とからなる角度の１／２の角度の傾斜面に沿った一次元的な移動で行うことを特徴とするスパイラル鋼管の製造方法。
【請求項２】
外面入側ロール，内面成形ロール及び外面出側ロールの三本の成形ロールからなる成形スタンドを備えたスパイラル鋼管の製造装置であって、通過する被成形鋼帯を湾曲させるべく傾斜配置した前記外面出側ロールが、前記鋼帯をスパイラル状に湾曲させて成形された鋼管の長手方向の断面において、外面出側ロールのロール周面と鋼管外面との接触点と鋼管中心点を結ぶ線と、鋼管外面の最下点と鋼管中心点とを結ぶ線とからなる角度の１／２の角度の傾斜面に沿って一次元的に移動可能に支持されていることを特徴とするスパイラル鋼管の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯鋼を螺旋状に捲回してパイプ状に造管したのち、その接合部を溶接してスパイラル鋼管を製造する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スパイラル鋼管の製造工程では、例えば図１に示すように、アンコイラから送出された鋼帯Ｓを、三本の成形ロール１ａ，１ｂ，１ｃを備えた成形機に傾斜させて送り込み、所要径のスパイラル状に曲げ加工した後、図示しない溶接機により、板端の当接部に順次溶接を施している（例えば特許文献１参照）。
このようなスパイラル鋼管の製造技術は、（１）素材寸法の制約を受けることがない、（２）薄板大径管の製造が可能、（３）サイズ毎にロールを変更する必要がない、（４）装置そのものを小型化できる、（５）多品種少量生産に適する、といった利点を有するため、多用されている。
【０００３】
ところで、板幅Ｗの鋼帯Ｓでスパイラル管の径Ｄを所望の値とするために、鋼帯Ｓの送り込み角θ1を適宜変更している。送り込み角θ1の他に、三本の成形ロール１ａ，１ｂ，１ｃの位置関係も調整している。すなわち、外面入側ロール１ａと外面出側ロール１ｃで支持された鋼板Ｓに対する内面成形ロール１ｂの押し込み量の調整で曲げ半径を調整している。通常は、全体的な操作を簡便化するために、外面入側ロール１ａと内面成形ロール１ｂの位置を一定とし、外面出側ロール１ｃの位置を変更することにより、内面成形ロール１ｂの押し込み量を相対的に変更する態様を採用している。このため、曲げ加工する際の曲げ半径を大きくするにしたがって、外面出側ロール１ｃの位置を内面成形ロール１ｂに対して水平方向と高さ方向の二次元で移動させている。
【特許文献１】特開平９−１９２７３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、三本の成形ロール１ａ，１ｂ，１ｃは、それぞれ、特許文献１に見られる軸方向（鋼帯Ｓの幅方向）に複数に分割された短尺ロールが、鋼帯Ｓの送り込み角θ1と近似した角度に傾斜配置された分割タイプとされている。このため、例えば、外面出側ロール１ｃを所望の位置に二次元的に移動させてスパイラル状に曲げ加工を施すとき、外面出側ロール１ｃを構成する各短尺ロールのエッジ部の当接に起因したと思われる疵が発生することがある。この疵が発生する要因は図２（ａ）のように、鋼管径の中心点１及び、鋼帯とロールが接触する点２を結ぶ直線ａと、接触点２及びロール中心点３を結ぶ直線ｂが、互いにその傾きを異にしているために、ロール１ｃの中心から離れたロールエッジで成形が行われているためである。すなわち、ロールの中心が曲げ加工を受ける鋼帯に接触せず、ロールエッジが鋼帯に接触するためである。
上述した疵の発生を低減するためには、図２（ｂ）に示すように鋼管中心点１と接触点２を結ぶ直線上に、接触点２とロール中心点３を結ぶ直線を重ねなければならない。すなわち、鋼管中心点１，接触点２及びロール中心点３の３点を同一直線上に並べることで成形ロール中央にて成形が行われ、スパイラル成形面に生じやすい疵の発生が抑制される。
【０００５】
上記鋼管中心点，接触点及びロール中心点の３点を同一直線上に並べるための、外面出側ロール１ｃの位置及び向きの精緻な調整は、熟練技術者の経験に依存する要素が大きく、生産性を低下させる要因にもなっている。
本発明は、このような問題を解消するために案出されたものであり、スパイラル成形面に生じやすい成形ロールエッジ当接疵の発生を抑制することが可能な成形ロール位置調整を簡便に行う手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のスパイラル鋼管の製造方法は、その目的を達成するため、外面入側ロール，内面成形ロール及び外面出側ロールの三本の成形ロールからなる成形スタンドに鋼帯を通過させることにより、該鋼帯を湾曲させてスパイラル状の鋼管を製造する方法であって、通過する被成形鋼帯を湾曲させるべく傾斜配置した前記外面出側ロールの位置調整を、被成形鋼管の外径に応じて、前記鋼帯をスパイラル状に湾曲させて成形された鋼管の長手方向の断面において、外面出側ロールのロール周面と鋼管外面との接触点と鋼管中心点を結ぶ線と、鋼管外面の最下点と鋼管中心点とを結ぶ線とからなる角度の１／２の角度の傾斜面に沿った一次元的な移動で行うことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明のスパイラル鋼管の製造装置は、外面入側ロール，内面成形ロール及び外面出側ロールの三本の成形ロールからなる成形スタンドを備えたスパイラル鋼管の製造装置であって、通過する被成形鋼帯を湾曲させるべく傾斜配置した前記外面出側ロールが、前記鋼帯をスパイラル状に湾曲させて成形された鋼管の長手方向の断面において、外面出側ロールのロール周面と鋼管外面との接触点と鋼管中心点を結ぶ線と、鋼管外面の最下点と鋼管中心点とを結ぶ線とからなる角度の１／２の角度の傾斜面に沿って一次元的に移動可能に支持されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、外面入側ロール，内面成形ロール及び外面出側ロールの三本の成形ロールからなる成形スタンドに鋼帯を通過させて当該鋼帯を湾曲させる際に、湾曲半径の変更に伴って外面出側ロールの位置を変更しても、外面出側ロールを構成する短尺ロールの中心が湾曲された鋼帯表面に接触することになり、短尺ロールのエッジ部の当接に起因した疵が発生することはない。
しかも、外面出側ロールの位置をどのように変更しても、外面出側ロールを構成する短尺ロールの中心が常に湾曲された鋼帯表面に接触することになるため、熟練技術者の経験に頼ることなく、簡便に外面出側ロールの位置調整が行え、結果としてスパイラル鋼管の製造コストの削減に寄与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
疵の発生を低減するためには、前記した通り、図２（ｂ）に示したように、外面出側ロール１ｃを、その中心点３が鋼管中心点１と接触点２を結ぶ直線上に重なるように傾斜配置する必要がある。
しかしながら、製造するスパイラル鋼管の径を変更するとき、例えば図３に示すように、外面出側ロール１ｃを二次元的に移動させてスパイラル状に曲げ加工を施すと、外面出側ロール１ｃは湾曲されたスパイラル成形面に対して傾いた角度に、すなわち、その中心点３が鋼管中心点１と接触点２を結ぶ直線上に重ならないようになった位置に位置決めされることが多い。そうすると、外面出側ロール１ｃを構成する各短尺ロールのエッジ部が素材鋼帯の表面に当接することになり、疵となって製品表面に現れる。
【００１０】
そこで、外面出側ロールの位置を変更したとき、スパイラル成形面に生じやすい成形ロールエッジ当接疵の発生を抑制するためには、外面出側ロールを構成する短尺ロールの中心点が常に鋼管中心点と接触点を結ぶ直線上に重なるように、外面出側ロールの位置調整を行う必要がある。そして、本発明者等は、その簡便な方法として、本発明で特定する手段を見出したものである。
【００１１】
まず、本発明装置の具体的構造から説明する。
図１に示す成形ロール１ａ，１ｂ，１ｃは、材料を通過させることにより、鋼帯を湾曲状に成形するためのロールである。ここで鋼帯は製品となる鋼管の外面に設置しているロール１ｃと、鋼管内面に取付けられているロール１ｂの間で曲げ加工が行われる。その加工に伴って生じる反力をロール１ａで受ける。このため鋼管形状は成形ロール１ｂに対するロール１ｃの水平及び高さ方向の位置によって定まる。
従来の調整方法では成形する鋼管径の変更に伴い、例えば図３のようにロール１ｃの位置を水平及び高さ方向に対し別個調整を行っていたが、本発明では製品径の変更に応じて、図４に示すようにロール１ｃを傾斜角θ3に沿って一次元的な水平移動を行うだけでロール位置の調整が行えるようにしたため、鋼管径が変更してもロール調整を行う作業負荷を軽減することができる。
【００１２】
上述したロール傾斜角θ3の具体的決定方法は、図５に示すようになされる。
まず、鋼帯をスパイラル状に湾曲させて成形される鋼管の長手方向の断面において、外面出側ロール１ｃを、その中心点３Ａが、ロール周面と鋼帯との接触点２Ａと鋼管中心点１Ａとを結ぶ直線上に重ねるように任意の角度で傾斜配置する。すなわち、外面出側ロール１ｃは、鋼管外面の最下点Ｏと鋼管中心点１Ａとを結ぶ線とθ2なる角度の直線上にその中心点３Ａと接触点２Ａが重なるように傾斜配置する。
ここで外面出側ロール１ｃが板に接触する点２Ａの座標は、スパイラル状に成形されたときの最下点を原点Ｏとすれば、図６のように水平距離Ｘ＝−Ｄ／２×sinθ2、高さ距離Ｙ＝Ｄ／２−Ｄ／２×cosθ2で表される。
【００１３】
次に、鋼管径変更に伴う外面出側ロール位置を図７に示す。図７では、径を縮小する際の製品径変更後における概略を示す。そのときの製品径中心点は１Ａから１Ｂへと変化する。
また図８に示すように、鋼管中心点から鋼帯までの長さは被成形スパイラルの半径であることが自明であるため、鋼管中心点１Ａと接触点２Ａ及び最下点Ｏには図示するような二等辺三角形の位置関係が成立する。同様に鋼管径変更後においても、最下点Ｏは同一箇所に位置することと、鋼管中心点１Ｂと最下点Ｏを結ぶ直線及び、鋼管中心点１Ｂと接触点２Ｂを結ぶ直線には角度θ2の関係があるため、製品径が変更されてもこれら二つの二等辺三角形は相似の関係にある。この関係により外面出側ロール１ｃと鋼帯が接触する座標は、鋼管径が変更されても一定角θ3を維持した状態で一次元的に移動する。
ここでθ2とθ3には以下のような関係が成立する。
θ3＋（１８０°−θ2）／２＝９０°
θ3＝θ2／２
【００１４】
外面出側ロール１ｃは同様の傾斜角度θ2を維持しているため、上述した式に新たな任意の径を代入すると、外面出側ロール１ｃと鋼帯が接触する座標は２Ａから２Ｂへと傾斜角θ3上を通過する軌跡を描く。また接触点２Ａ及び２Ｂを結ぶと、その角度にはθ3=θ2／２の関係が成り立つ。上述した方法により、鋼管中心点と外面出側ロール１ｃ中心点及びロール周面と鋼帯との接触点は、常に直線上に存在することとなり、外面出側ロール１ｃを一定の傾斜角θ3に沿った一次元的な移動を行うことで、常にロール中心が被成形スパイラルの中心を向くことで成形が行われる。また鋼帯がロールエッジに接触することで生じる疵発生も抑制することができる。
【００１５】
次に、上記の装置を使用し、実際にスパイラル径を変更して、外面出側ロール１ｃを移動させてスパイラル鋼管を製造する態様を説明する。図９にロール位置調整のための概略を示す。外面出側ロール１ｃに一定の傾斜を持たせるため、上記の傾斜角θ3に相当する傾斜が付与されたロールスタンド５の上部に外面出側ロールが設置されている。またこの外面出側ロール１ｃは、鋼管の中心点と最下点とを結ぶ直線に対して２×θ3の一定角度で鋼管中心点を向くように傾斜が付されて設置されている。その結果、外面出側ロール1ｃは、そのロール面の中心が湾曲されて通過する鋼帯表面に接触することになる。そして、外径を変更する際は、ロール位置調整ねじ６を回すことで外面出側ロール１ｃの位置がスタンド５に付与された傾斜θ3に沿って移動する。また製品径が変わることで、外面出側ロール１ｃと鋼帯が接触する座標は、スタンド５に付与された傾斜θ3に沿った軌跡を辿り、外面出側ロール１ｃはロール面の中心で常に湾曲されて通過する鋼帯表面に接触することになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】三本の成形ロールを用いてスパイラル鋼管を製造する形態を説明する図
【図２】ロールエッジによる疵の発生状況（ａ）とその対策（ｂ）を説明する図
【図３】従来の外面出側ロール位置調整方法を説明する図
【図４】本発明による外面出側ロール位置調整方法を説明する図
【図５】外面出側ロールに付与する傾斜角の設定手法を説明する図
【図６】外面出側ロールと板が接触する座標の算出方法を説明する図
【図７】鋼管径の変更に伴う外面出側ロールの位置変化を説明する図
【図８】鋼管径変更によらずロールが一定角度を維持し一次元的に移動することを説明する図
【図９】本発明による外面出側ロール位置調整機能を備えた装置の概略図
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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