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発明の名称 螺旋状の凹凸模様を付けた異形管のインライン製造方法及び製造装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−212614(P2001−212614A)
公開日 平成13年8月7日(2001.8.7)
出願番号 特願2000−22644(P2000−22644)
出願日 平成12年1月31日(2000.1.31)
代理人 【識別番号】100092392
【弁理士】
【氏名又は名称】小倉 亘
【テーマコード(参考)】
4E028
4E063
【Fターム(参考)】
4E028 EA03 EA04 
4E063 AA01 BB05 EA02 EA07 EA12
発明者 黒部 淳 / 仲子 武文 / 東 努 / 朝田 博
要約 目的
螺旋状の凹凸模様を付ける際に生じる管軸周りの回転力を打ち消す反発力を、溶接位置の直後に配置した拘束スタンドで素管に付与することにより、良好な断面形状で対称性の高い螺旋状凹凸模様を付けた異形管を製造する。

構成
金属帯Sを連続的にオープンパイプ状に成形し、板幅方向両端部を溶接して素管P0を製造した後、管軸方向に関して螺旋状の凹凸部を付けた異形管P1に成形する際、溶接直後の素管P0を拘束ロール31,32で拘束して螺旋状模様付与時に発生する管軸周りの回転力を打ち消す反発力を素管P0に与え、素管P0の管軸に直交する面に対して所定の螺旋角度で傾斜したロール軸15に装着された成形ロール11a〜11dで所定深さの凹部dを素管P0の周面に付ける。
特許請求の範囲
【請求項1】 連続的にオープンパイプ状に成形した金属帯の板幅方向両端部を溶接して素管を製造した後、管軸方向に関して螺旋状の凹凸部を付けた異形管に成形する際、溶接直後の素管を拘束ロールで拘束して螺旋状模様付与時に発生する管軸周りの回転力を打ち消す反発力を素管に与え、素管の管軸に直交する面に対して所定の螺旋角度で傾斜したロール軸に装着された成形ロールで円周方向に関して複数の凹部を素管の周面に付けることを特徴とする螺旋状の凹凸模様を付けた異形管のインライン製造方法。
【請求項2】 オープンパイプ状に成形した金属帯の板幅方向両端部を溶接して素管にする溶接位置の直後に配置され、素管を圧下する拘束ロールを組み込んだ拘束スタンドと、円周方向に関して複数の凹部を素管の周面に付ける予備成形ロールを組み込んだ予備成形スタンドと、前記凹部に嵌まり込む成形ロールを組み込んだ成形スタンドとを備え、予備成形ロール及び成形ロールは、素管に付ける螺旋状凹凸の螺旋角度に等しい角度で素管の管軸に対して傾斜したロール軸に装着され、拘束ロールは、螺旋状凹凸を素管に付ける際に生じる管軸周りの回転力を打ち消す反発力を素管に与える傾斜角度で傾斜したロール軸に装着されている螺旋状の凹凸模様を付けた異形管のインライン製造装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、管軸方向に関して螺旋状になっている複数の凹凸部が円周方向に形成されている異形管を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】異形管は、形状に由来する意匠性や差別性を活用し、従来の円形パイプに代わる装飾用建材として使用されている。なかでも、管軸方向に螺旋状になった複数の凹凸が円周方向に形成された異形管は、高い意匠性や識別性を活用した建築部材を始めとして、管壁の凹凸が流路抵抗,流体接触の調整機能をもつことから配管用途,熱交換用途等にも使用されている。
【0003】円周方向に複数の凹凸部をもつ異形管は、ダイスを用いた抽伸法やロール成形法等、従来から種々の方法で製造されている。たとえば、特開昭57−142715号公報では、孔型ロールやフラットロールを組み合わせた圧延機で異形管を成形しており、圧延機出側に螺旋状のガイドやダイスを設けることにより管軸方向に螺旋状になった異形管も製造可能としている。しかし、この方法では、種々の断面形状をもつ異形管を成形するために多数のロールを用意しておくことが必要とされ、形状変更に伴ったロール交換も頻繁に発生する。また、螺旋模様を付与するためのガイドやダイスが磨耗しやすいことも欠点である。
【0004】そこで、本発明者等は、素管の管軸に直交する面に傾斜させてロールを配置することにより、管軸方向に関して螺旋状になった凹凸模様をつけた異形管を製造する方法を特開平10−314837号公報で紹介した。この方法は、異形管の凹部相当数に当たるロールを素管の円周方向に配置し、各ロールの圧下量によって凹凸形状を調節しているので、生産効率が高く、用意しておくロール数やロール交換頻度も少なくて済む。配置するロール数や各ロールの圧下量だけで種々の断面形状をもつ異形管を製造できることも長所であり、溶接管を素管として使用する場合にも断面形状の対称性が高い良好な品質の異形管が製造される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の方法に従った異形管成形スタンドを造管ラインに組み込んで成形するインライン製造に適用する場合、成形スタンドを素管が通過する際に成形スタンドを一定方向に回転させることにより管軸方向に関して螺旋状になった凹凸模様を素管に付けている。しかし、成形スタンドの回転により上流側の素管が成形スタンドの回転方向と同じ方向にねじれ、素管の溶接位置で金属帯の幅方向端部突合せ点が素管の円周方向にねじれてしまう。素管のネジレは、螺旋状の凹凸模様を付けない通常の造管中にも発生することもあるが、この場合には素管の円周方向で1〜2mm程度のネジレに留まり、ネジレによって突合せ点が溶接位置からずれることはない。また、フォーミングロールスタンドやサイジングロールスタンドの圧下量を調整することによっても、ネジレが解消される。
【0006】他方、成形スタンドを回転させて螺旋状の凹凸模様を付けた異形管を製造する場合、成形スタンドの回転によって上流側の素管がねじれ、ネジレが溶接位置における溶接トーチから突合せ点のズレに影響を及ぼし、円周方向に関して5〜6mm程度のズレが生じる。したがって、回転する成形スタンドを造管ラインに組み込む場合、オープンパイプを溶接した直後の位置で、成形スタンドの回転に起因して素管に作用する管軸周りの回転力を打ち消す反発力を素管に与えることが必要となる。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような要求に応えるべく案出されたものであり、溶接位置直後に配置した拘束スタンドで螺旋状凹凸模様付与時に生じる管軸周りの回転力を打ち消す反発力を素管に与えることにより、溶接不良の原因となる幅方向突合せ部の位置ズレを防止し、良好な断面形状をもち対称性の高い螺旋状凹凸模様を付けた異形管を製造することを目的とする。
【0008】本発明のインライン製造方法は、その目的を達成するため、連続的にオープンパイプ状に成形した金属帯の板幅方向両端部を溶接して素管を製造した後、管軸方向に関して螺旋状の凹凸部を付けた異形管に成形する際、溶接直後の素管を拘束ロールで拘束して螺旋状模様付与時に発生する管軸周りの回転力を打ち消す反発力を素管に与え、素管の管軸に直交する面に対して所定の螺旋角度で傾斜したロール軸に装着された成形ロールで円周方向に関して複数の凹部を素管の周面に付けることを特徴とする。
【0009】このインライン製造方法で使用する成形装置は、オープンパイプ状に成形した金属帯の板幅方向両端部を溶接して素管にする溶接位置の直後に配置され、素管を圧下する拘束ロールを組み込んだ拘束スタンドと、円周方向に関して複数の凹部を素管の周面に付ける予備成形ロールを組み込んだ予備成形スタンドと、前記凹部に嵌まり込む成形ロールを組み込んだ成形スタンドとを備えている。予備成形ロール及び成形ロールは、素管に付ける螺旋状凹凸の螺旋角度に等しい角度で素管の管軸に対して傾斜したロール軸に装着されている。拘束ロールは、螺旋状凹凸を素管に付ける際に生じる管軸周りの回転力を打ち消す反発力を素管に与える傾斜角度で傾斜したロール軸に装着されている。
【0010】
【実施の形態】管軸方向に関し螺旋状になった凹凸模様を円周方向に8組付けた異形管を例に採って本発明を具体的に説明する。本発明に従った成形装置は、オープンパイプ状に成形した金属帯の幅方向両端部を溶接する造管ラインに組み込まれるものであり、予備成形スタンド10及び成形スタンド20の2段構成になっており、溶接直後の位置に拘束スタンド30を配置している(図1)。金属帯Sは、オープンパイプ状に成形された後、溶接位置Wに配置された溶接トーチTで幅方向両端部が溶接され、素管P0として拘束スタンド30を経て成形スタンド10,20に送り込まれる。
【0011】予備成形スタンド10は、素管P0の円周方向に配置された4本の予備成形ロール11〜14を備えている(図2a)。予備成形ロール11〜14は、非常に狭い間隙で配置されており、製造しようとする異形管P1に付ける螺旋状凹凸模様の管軸方向に対する傾斜角度に等しい角度でロール軸を素管P0の管軸に直交する面に対して傾斜させている。各予備成形ロール11〜14の周面には、製造しようとする異形管P1の凹数(8個)に対応して合計8個の凸部11p〜14pが形成されている。凸部11p〜14pにより素管P0に8個の凹部dが付けられるが、素管P0の管壁と凹部dとの境に各予備成形ロール11〜14の合せ目を位置させることが好ましい。
【0012】成形スタンド20は、異形管P1の凹数(8個)に等しい8本の成形ロール21を素管P0の円周方向に配置している(図2b)。製造しようとする異形管P1に付ける螺旋状凹凸模様の管軸方向に対する傾斜角度に等しい角度で各成形ロール21のロール軸が素管P0の管軸に直交する面に対して傾斜され、隣り合う成形ロール21,21の間に隙間22を設けている。各成形ロール21は,予備成形スタンド10で素管P0に付けられた凹部dに嵌まり込む。
【0013】成形スタンド10,20で素管P0に螺旋状の凹凸模様を付けるとき、素管P0の走行に応じて成形スタンド10,20が従動回転するが、成形スタンド10,20の回転方向に対応した回転力が予備成形スタンド10の上流側にある素管P0に与えられる。この回転力により、溶接位置Wで金属帯Sの幅方向突合せ部Seが素管P0の円周方向に関し溶接トーチTから5〜6mmずれることがある(図3)。このような状態に至ると幅方向突合せ部Seを溶接トーチTで溶接できず、素管P0を製造できなくなる。幅方向突合せ部Seのズレは、素管P0に作用する管軸回りの回転力を打ち消す反発力を素管P0に与えることにより防止できる。しかし、成形力を低減することなく反発力を作用させる必要があるため、幅方向突合せ部Seの近傍で反発力を拘束スタンド30で付与している。
【0014】拘束スタンド30は、溶接位置Wの直後に配置され、素管P0を圧下する複数本の拘束ロール31,32を素管P0の円周方向に配置している。拘束ロール31,32は、素管P0に作用する管軸回りの回転力を打ち消す角度αでロール軸33(図5)を素管P0の管軸に直交する面に傾斜させている。拘束ロール31,32で素管P0を圧下することにより、素管P0に作用する管軸回りの回転力を打ち消す反発力が素管P0に与えられる。拘束ロール31,32は、ロール軸33及びロールチョック34で回転可能に支持される(図5)。ロールチョック34は、ロールホルダ35に収容され、ロールホルダ35に取り付けた圧下スクリュー36で拘束ロール31,32を素管P0に押し付ける。素管P0に対する拘束ロール31,32の圧下量は,圧下スクリュー36のねじ込み量で調整される。外周にギア37aを刻設した備えたプレート37がロールホルダ35に取り付けられており、回転ハンドル38で回転する操作軸39に装着したギア39aにプレート37のギア37aが噛み合っている。
【0015】回転ハンドル38によって操作軸39を回転させると、ギア39aとギア37aとの噛合いによりプレート37が回転し、ロールチョック34、ひいては拘束ロール31,32が傾斜する。反発力は、拘束ロール31,32の圧下力及びロール軸33の傾斜角度αによって自在に調整できるため、素管P0の寸法や螺旋角度θ等で変化する回転力に対しても十分対応できる。なお、図4,5では2本の拘束ロール31,32を備えた拘束スタンド30を図示したが、本発明はこれに拘束されるものではなく、必要とする反発力を素管P0に与えることができる限り3本以上の拘束ロールを組み込むことも可能である。また、ロールチョック34の傾斜手段には、ギア37a,39aに代えて押込みネジ,空圧又は油圧シリンダ等も採用可能である。
【0016】予備成形スタンド10の予備成形ロール11〜14は、ロール軸15及びロールチョック16で回転可能に支持されている(図6)。予備成形ロール11〜14とロールチョック16との間には、予備成形ロール11〜14を位置決めするカラー17がロール軸15に介装されている。ロールチョック16には、素管P0の中心に向けて予備成形ロール11〜14を移動させるための圧下スクリュー18が組み込まれている。成形スタンド20の成形ロール21も、同様にロール軸25及びロールチョック26で回転可能に支持されている(図7)。各成形ロール21とロールチョック26との間には、成形ロール21を位置決めするカラー27がロール軸25に介装されている。ロールチョック26には、素管P0の中心に向けて各成形ロール21を移動させる圧下スクリュー28が組み込まれている。
【0017】ロールチョック26には成形ロール21を収容する収容空間26a及びロール軸25が挿入される軸穴26bが形成されており、素管P0の管軸に直交する方向に螺旋角度θで収容空間26a及び軸穴26bを傾斜させている(図8)。予備成形スタンド10のロールチョック16でも、同じ螺旋角度θでロール収容空間及び軸穴を傾斜させているが、ここでは図示を省略する。
【0018】素管P0を予備成形スタンド10に通過させると、予備成形ロール11〜14の凸部11p〜14pによって8個の凹部dが素管P0の円周方向につけられる。予備成形スタンド10及び成形スタンド20を用いた2段構成であることから各段における素管P0の変形量を少なくでき、予備成形スタンド10で付けられる凹部dの高低差は小さくてよく、予備成形ロール11〜14が隙間なく配置されていることと相俟って、8個の凹部dの位置関係がずれることはない。また、素管P0の管壁と凹部dとの境に各成形ロール11〜14の合せ目を位置させるとき、成形ロール11〜14の隙間へのメタル流入が防止され、形状が良好な異形管が製造される。
【0019】成形スタンド20では、予備成形スタンド10で素管P0に形成された凹部dを成形ロール21,21・・・で圧下し目標形状に成形する。成形ロール21の本数は異形管P1の凹部相当数(8本)であり、隣接する成形ロール21,21・・・の間に隙間22が生じるが、予備成形スタンド10で素管P0の変形方向が定まっているので断面形状が大きく崩れることはない。また、成形ロール21,21・・・ごとに圧下量を変えて各凹部dの変形量を調整できるため、異形管P1の円周方向で凹凸部形状の対称性を良好に仕上げることができる。
【0020】成形スタンド20から送り出される異形管P1には、予備成形ロール11〜14及び成形ロール21を螺旋角度θで傾斜させているので、管軸方向に対して螺旋角度θで傾斜した螺旋状の凹凸模様が付けられる。異形管P1に付ける凹凸数は、以上に説明した8組に限らず、円周方向に2個以上の凹凸模様を付けた異形管P1であれば同様に製造される。このとき、成形スタンド10,20で素管P0,異形管P1に与えられる管軸周りの回転力が拘束スタンド30で与えられる反発力で打ち消されるため、良好な断面形状をもつ異形管P1が安定条件下で製造される。なお、過度に大きな螺旋角度θでは予備成形ロール11〜14,21の回転や素管P0,異形管P1の走行に支障をきたすので、螺旋角度θは45度以下に設定することが好ましい。
【0021】
【実施例】外径54mm,肉厚1.6mmの鋼管STKM13Bを素管P0として用い、管軸方向に螺旋角度θ=5度で傾斜した螺旋状の凹凸部を円周方向に8組付けた異形管P1を素管P0の造管ラインでインライン成形した例を説明する。溶接位置W直後に配置した拘束スタンド30で素管P0に反発力を与えながら、4本の予備成形ロール11〜14を備えた予備成形スタンド10及び8本の成形ロール21を備えた成形スタンド20で素管P0を圧下した。拘束スタンド30では,素管P0を拘束ロール31,32で圧下し,回転ハンドル38による操作軸39の回転でロールチョック34と共に拘束ロール31,32を傾斜角度α=15度で傾斜させた。
【0022】予備成形ロール11〜14としては、外径180mm,幅80mmで、素管P0に付ける凹部dに相当する合計個数(8個)の凸部11p〜14pを周面に付けたロールを使用した。凸部11p〜14pは、4.6mmの高さに設定した。成形ロール21としては、外径150mm,幅20mm,先端半径2.5mmのロールを素管P0の円周方向に等間隔で8本配置した。予備成形スタンド10の予備成形ロール11〜14及び成形スタンド20の成形ロール21による圧下で、螺旋角度θ=5度の螺旋状凹凸模様を素管P0に付けた。このとき、素管P0の走行に伴って予備成形スタンド10及び成形スタンド20を従動回転させた。
【0023】得られた異形管P1は、外径が50.5mmで、深さ3mmの凹凸模様が付けられており、凹凸模様の対称性も良好であった。また、予備成形スタンド10,成形スタンド20で素管P0に付与される管軸周りの回転力が拘束スタンド30で発生した反発力で打ち消されるため、溶接位置Wから幅方向突合せ部Seが位置ズレすることに起因する溶接不良も発生しなかった。
【0024】
【比較例】拘束スタンド30を使用することなく、予備成形スタンド10及び成形スタンド20に素管P0を通し、実施例と同じ条件下で螺旋状の凹凸模様をつけた異形管P1を製造した。この場合には、良好な断面形状をもつ異形管P1が得られなかった。また、素管P0の成形中に生じた管軸周りの回転力によって溶接位置Wから幅方向突合せ部Seがずれたため、随所に溶接不良が発生した。
【0025】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明においては、螺旋状の凹凸模様を素管に付ける際に生じる管軸周りの回転力を溶接位置直後に配置した拘束スタンドで打ち消しているので、素管の円周方向に関し溶接位置からの幅方向突合せ部の位置ズレに起因する溶接不良を起こさず、良好な断面形状をもち対称性の高い螺旋状凹凸模様が付けられる。しかも、ロール成形であることから高い生産効率で意匠性,識別性の高い異形管が製造される。




 

 


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