トップ :: B 処理操作 運輸 :: B21 本質的には材料の除去が行なわれない機械的金属加工;金属の打抜き




【発明の名称】 圧延装置および電縫管の製造装置
【発明者】 【氏名】幸野 晴夫

【氏名】宮内 淳

【氏名】永原 孝太郎

【氏名】小磯 信二

【氏名】▲すくも▼田 俊▲緑▼
【目的】
【構成】
【特許請求の範囲】
【請求項１】 第１圧延ロールと、この第１圧延ロールとの間に被加工材を挟んで圧延するための第２圧延ロールと、この第２圧延ロール側から見て前記第１圧延ロールの後方に配置されたバックアップロールと、前記第１および第２圧延ロールを連動回転するための駆動機構とを具備する圧延装置であって、前記第１圧延ロールは、前記第２圧延ロールよりも外径が小さいロール部、およびこのロール部の軸線方向両端から突出する一対の軸部を具備する一方、前記バックアップロールは、前記第１圧延ロールの前記各軸部の外周面に当接しながら回転する一対のロール部を具備していることを特徴とする圧延装置。
【請求項２】 前記駆動機構は、前記第２圧延ロールおよび前記バックアップロールを直接に駆動するものであり、前記第１圧延ロールは前記バックアップロールにより間接的に回転されることを特徴とする請求項１記載の圧延装置。
【請求項３】 前記第１圧延ロールには、この第１圧延ロールを補助的に駆動するための補助駆動機構が設けられていることを特徴とする請求項２記載の圧延装置。
【請求項４】 金属製の板条材を走行させつつ、前記板条材の少なくとも一面に凹凸構造を転造加工するための転造機構と、前記凹凸構造が転造された前記板条材を、複数のフォーミングロールを通して管状に成形するための管成形機構と、管状に成形された前記板条材の両端縁を加熱したうえ突き合わせて溶接するための溶接機構とを具備する電縫管の製造装置であって、前記転造機構は、前記板条材を挟んで圧延するための第１圧延ロールおよび第２圧延ロールと、前記第２圧延ロール側から見て前記第１圧延ロールの後方に配置されたバックアップロールと、前記第１および第２圧延ロールを連動回転するための駆動機構とを具備し、前記第１圧延ロールは、前記板条材に前記凹凸構造を転造するための凹凸部がその外周面に形成されたロール部と、このロール部の軸線方向両端から突出する一対の軸部とを有し、前記第１圧延ロールのロール部の外径は、前記第２圧延ロールの外径よりも小さく設定され、前記バックアップロールは、前記第１圧延ロールの前記各軸部の外周面に当接しながら回転する一対のロール部を有することを特徴とする電縫管の製造装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、板条材等の被加工材の表面に転造加工等を施すための圧延装置、並びにそれを利用した電縫管の製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図８は、本発明の適用対象の一例として内面溝付伝熱管を示す断面図である。この伝熱管１は、断面円形の金属製電縫管であり、その内面のほぼ全域に亙って、管軸に対して一定角度をなす互いに平行なフィン２（凹凸構造）が螺旋状に多数形成され、隣り合うフィン２の間はそれぞれ螺旋溝３にされている。また、伝熱管１の内周面の１箇所には電縫加工による溶接部４が形成され、この溶接部４の両側には、伝熱管１の中心軸と平行に延びるフィン無し部分５が形成され、このフィン無し部分５によって各フィン２が分断されている。
【０００３】このような電縫管を製造する場合、従来は、コイル状に巻いた板条材をアンコイラから繰り出しながら、この板条材を一対の圧延ロールで圧延しつつ、板条材の表面にフィンを転造する。これら圧延ロールの一方の外周面には溝が形成され、他方の外周面は平滑面とされている。さらに、フィンが転造された板条材を多数のフォーミングロールを通して管状に成形したうえ、板条材の両側縁を高周波コイルで誘導加熱し、これらを突き合わせて溶接している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、溝付の圧延ロールの本体は、超硬合金等の硬質材料で形成されているために材料コストが高いだけでなく、その外周面に溝を形成するための加工コストも高い。そこで、本発明者らは、溝付ロールの外径をできるだけ小さくし、硬質材料の所要量を減らすとともに、溝を形成しなければならない面積を縮小して溝付ロールの製造コストを削減することを考えているが、ロール外径を小さくすると溝付ロールの剛性が不足するため、ロールの軸線方向において圧下力に不均衡が生じ易く、フィンの高さが部分的に狂うなど転造精度低下を招く問題が見いだされた。なお、同様の問題は内面溝付管の製造に限ることではなく、様々な圧延加工の分野に存在するものである。
【０００５】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、圧延ロールの外径を縮小しつつも圧延ロールの剛性を高く確保することができ、圧下力の不均衡を防ぐことができる圧延装置および電縫管の製造装置を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため、本発明に係る圧延装置は、第１圧延ロールと、この第１圧延ロールとの間に被加工材を挟んで圧延するための第２圧延ロールと、この第２圧延ロール側から見て前記第１圧延ロールの後方に配置されたバックアップロールと、前記第１および第２圧延ロールを連動回転するための駆動機構とを具備する圧延装置であって、前記第１圧延ロールは、前記第２圧延ロールよりも外径が小さいロール部、およびこのロール部の軸線方向両端から突出する一対の軸部を具備する一方、前記バックアップロールは、前記第１圧延ロールの前記各軸部の外周面に当接しながら回転する一対のロール部を具備していることを特徴とする。
【０００７】また、本発明に係る電縫管の製造装置は、金属製の板条材を走行させつつ、前記板条材の少なくとも一面に凹凸構造を転造加工するための転造機構と、前記凹凸構造が転造された前記板条材を、複数のフォーミングロールを通して管状に成形するための管成形機構と、管状に成形された前記板条材の両端縁を加熱したうえ突き合わせて溶接するための溶接機構とを具備する電縫管の製造装置であって、前記転造機構は、前記板条材を挟んで圧延するための第１圧延ロールおよび第２圧延ロールと、前記第２圧延ロール側から見て前記第１圧延ロールの後方に配置されたバックアップロールと、前記第１および第２圧延ロールを連動回転するための駆動機構とを具備し、前記第１圧延ロールは、前記板条材に前記凹凸構造を転造するための凹凸部がその外周面に形成されたロール部と、このロール部の軸線方向両端から突出する一対の軸部とを有し、前記第１圧延ロールのロール部の外径は、前記第２圧延ロールの外径よりも小さく設定され、前記バックアップロールは、前記第１圧延ロールの前記各軸部の外周面に当接しながら回転する一対のロール部を有することを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る電縫管の製造装置の一実施形態を示す側面図である。図中符号１０は一定幅の板条材Ｔをコイルから連続的に繰り出すアンコイラであり、繰り出された板条材Ｔは一対の押さえロール１２を経て、上下に対向する溝付ロール（第１圧延ロール）１４および平滑ロール（第２圧延ロール）１６の間を通され、溝付ロール１４によりフィン２および螺旋溝３（ともに凹凸構造）が転造される。なお、この実施形態では、板条材Ｔの上面にのみフィン２および螺旋溝３が形成され、裏面は平滑のままに保たれる。
【０００９】溝付ロール１４は、外周面で板条材Ｔを圧延するための円柱状のロール部１４Ａと、このロール部１４Ａの両端から同軸に突出する一対の軸部５０と、ロール部１４Ａの両端に密着して軸部５０に固定された、ロール部１４Ａとほぼ同径のサイドロール部１４Ｂとから構成されており、軸部５０はそれぞれ軸受５２により回転自在に支持されている。軸部５０とロール部１４Ａは、望ましくは、超硬合金等の硬質材料により一体形成されている。溝付ロール１４の外径は限定されるものではないが、好ましくは平滑ロール１６の外径の１０〜５０％、さらに好ましくは１５〜４０％程度に設定されている。例えば、通常の外径１ｃｍ程度の伝熱管を製造する場合には、ロール部１４Ａの外径が２０〜８０ｍｍ程度であると好適である。ただし、この範囲に限定されることはない。
【００１０】ロール部１４Ａの外周面の幅は、板条材Ｔのフィン２および螺旋溝３の形成面の幅と等しく、ロール部１４Ａの外周面には、板条材Ｔに形成すべきフィン２および螺旋溝３と相補形状をなす多数の溝および突条（凹凸部）が形成されている。サイドロール部１４Ｂの外周面は、板条材Ｔの両側縁部を圧延してフィン無し部分５を形成するためのもので、軸線方向の断面が円弧状をなす曲面にされている。ロール部１４Ａの外周面に形成される凹凸部は、この実施形態ではフィン２および螺旋溝３を形成するためのものであったが、本発明はそれのみに限るものではなく、他のいかなる形状をなす凹凸であってもよい。例えば、半球状の凹部または凸部を間隔をあけて形成したものであってもよい。
【００１１】サイドロール部１４Ｂをロール部１４Ａの両側に取り付けるには、図３に示すように、内周面が円筒面をなす円環状のサイドロール部１４Ｂを軸部５０に挿通し、サイドロール部１４Ｂを溶接、焼き嵌め、冷やし嵌め、鑞付け等の手段により固定してもよい。あるいは、図４に示すように、各軸部５０の内部に軸線に沿ってロール部１４Ａの内側へ達する円筒状の油圧室６２をそれぞれ形成し、これら油圧室６２に機械油等の液体を充填した後、圧力調整ボルト６４を油圧室６２の開口部に気密的にねじ込んだ構造にしてもよい。この構造によれば、圧力調整ボルト６４を締めることにより、油圧室６２内の圧力を高め、各軸部５０を拡大させてサイドロール部１４Ｂを内側から固定することができる。
【００１２】また、図５に示すように、一方の軸部５０の端面で開口して他方の軸部５０の内部へ達する円筒状の油圧室６６を形成し、この内部に液体を充填した後、油圧室６６の開口部に圧力調整ボルト６８を気密的にねじ込んだ構造としてもよい。この構造によれば、１本の圧力調整ボルト６８を調整するだけで両方のサイドロール部１４Ｂを同時に着脱することが可能である。
【００１３】さらに、図６に示すように、サイドロール部１４Ｂと一体的に円筒状の軸部５０を形成する一方、ロール部１４Ａの両端から延びる小径の円柱状をなす取付軸部７０を形成し、取付軸部７０の外周に同軸に軸部５０を通したうえ、両者を溶接、焼き嵌め、冷やし嵌め、鑞付け、あるいは図４または図５に示したような油圧による締結構造などの手段で固定してもよい。
【００１４】図２に示すように、平滑ロール１６側から見て溝付ロール１４の後方（図では上方）には、バックアップロール１５が溝付ロール１４と軸線を平行にして配置されている。バックアップロール１５は、溝付ロール１４の各軸部５０の外周面に当接しながら回転する一対のロール部４０と、両ロール部４０の間を同軸につなぐロール部４０よりも小径の中央軸部４２と、各ロール部４０から外側へ向けて同軸に延びる軸部４４とからなり、各軸部４４はそれぞれ軸受４６で回転自在に支持されている。
【００１５】バックアップロール１５のロール部４０は、軸線方向において溝付ロール１４のサイドロール部１４Ｂに近接する位置に配置されている。すなわち、中央軸部４２の長さは、ロール部１４Ａとサイドロール部１４Ｂとを合計した長さよりも若干長い程度に設定されている。サイドロール部１４Ｂとロール部４０との離間量があまり大きいと、溝付ロール１４の撓みが発生しやすくなる。溝付ロール１４の撓みが発生すると、それが僅かであっても板条材Ｔの幅方向両側が相対的に強く圧延され、フィン２の高さや板条材Ｔの肉厚に誤差が生じる。このため、特に伝熱管１に使用される板条材Ｔの圧延においては、圧下量が正確であることが要求される。また、中央軸部４２と溝付ロール１４との干渉を防ぐように、中央軸部４２と溝付ロール１４との間には平行に一定の間隙が空けられている。
【００１６】ロール部４０の材質は、軸部５０との摩擦力が大きく確保できるように、軸部５０よりもヤング率の小さい材質を使用して、接触面積を拡大することが好ましい。例えば、軸部５０が超硬合金（ヤング率：約４００００〜６００００ｋｇｆ／ｍｍ2 ）で形成されている場合に、ロール部４０の材質としてヤング率が２１０００ｋｇｆ／ｍｍ2 のＳＫＤ鋼を使用すれば、ロール部４０と軸部５０との接触面積を大きくとることができ、空転を防止する効果が増す。ただし、本発明は上記構成に限定されることはない。
【００１７】バックアップロール１５の軸部４４には、バックアップロール駆動器４８が連結され、バックアップロール駆動器４８によりバックアップロール１５が回転されると、各ロール部４０と軸部５０との摩擦力により、溝付ロール１４が間接的に回転される。このように間接的な駆動方法を採ることにより、バックアップロール１５と溝付ロール１４の駆動機構との干渉を防ぎつつ、軸部５０に対して溝付ロール１４の近傍から回転力を伝達することができ、軸部５０の撓みの影響を最小に止めることが可能である。但し、本発明はこの構成に限定されるものではなく、可能であれば溝付ロール１４を直接的に駆動してもよい。バックアップロール駆動器４８は図示しない制御装置により制御されている。
【００１８】バックアップロール１５のロール部４０の外周面と、溝付ロール１４の軸部５０の外周面との係合力を高めるために、両者に細かいねじを切ってかみ合わせて空転を防いだり、両者を粗面化して摩擦力を高めたりしてもよい。粗面化する場合にはＲｍａｘ：１〜２０μｍ程度にするとよい。ねじを切るよりも粗面化する方が製造コストや転造精度の点から好ましい。
【００１９】平滑ロール１６は、外周面が平滑な円筒面をなすロール部５４と、このロール部５４の軸線方向両端から突出する一対の軸部５６とを有し、これら軸部５６はそれぞれ軸受５８により回転自在に支持されている。軸部５６には平滑ロール駆動器６０が連結されており、平滑ロール駆動器６０により平滑ロール１６がバックアップロール１５と同方向へ回転されるようになっている。平滑ロール駆動器６０はバックアップロール駆動器４８と同じ制御装置に接続されており、溝付ロール１４と平滑ロール１６の各外周面の周速が一致するように制御されている。
【００２０】溝付ロール１４および平滑ロール１６により溝転造された板条材Ｔは、図１に示すように、一対のロール１８を経て、複数対配列されたフォーミングロール２０を通して徐々に管状に丸められ、ローリングセパレータ２１により突き合わせるべき両端縁間の間隙量が一定に保たれたうえ、誘導加熱コイル（溶接機構の一部）２２に通されて両側縁部が加熱される。管状に成形され加熱された板条材Ｔは、一対のスクイズロール２４を通され、両側方から押されることにより加熱された両側縁部が突き合わされ、溶接される。こうして溶接された伝熱管１の外周面には、はみ出した溶融材料によりビードが形成されるので、このビードを切削するためのビードカッタ２６が設けられている。
【００２１】ビードが切削された伝熱管１は冷却槽２８を通されて強制冷却されたうえ、複数対配列されたサイジングロール３０を通され、所定の外径までに縮径される。こうして縮径された伝熱管１は、ラフコイラ３２で巻き取られる。
【００２２】上記構成からなる電縫管の製造装置によれば、バックアップロール１５に形成された一対のロール部４０により、溝付ロール１４の両軸部５０を押さえるとともに駆動力を伝達する構成にしたから、溝付ロール１４の外径を縮小しながらも溝付ロール１４の剛性低下を防ぐことができる。したがって、板条材Ｔに対する圧下力の不均衡を防ぎながら、超硬合金等からなる溝付ロール１４の外径を縮小して溝付ロール１４に要する材料コストおよび加工コストを削減することが可能である。
【００２３】また、溝付ロール１４のロール径が小さくなることにより、板条材Ｔとの接触面積が小さくなるため、所望の高さのフィン２を形成するために必要な圧下力が小さくて済むという利点も有する。例えば、従来装置に比して溝付ロール１４のロール径を１／２にした場合、必要な圧下荷重は２／３程度になる。したがって、ロールの回転駆動に要する電力を低減できるうえ、圧延装置全体の剛性が小さくてよく、装置のランニングコスト、設備コストを削減できる。
【００２４】次に図７は、本発明に係る電縫管の製造装置の圧延機構の第２実施形態を示している。この第２実施形態の特徴は、溝付ロール１４の軸部５０に補助駆動器７６を連結し、この補助駆動器７６により溝付ロール１４を、バックアップロール１５により駆動されるべき回転数と同じか、若干小さい回転数で回転し得るように駆動する点にある。
【００２５】バックアップロール１５の軸部４４には、その回転数を検出するための回転数検出器７２が連結され、この回転数検出器７２の出力が制御機構７４に伝達されている。同様に、軸部５０にも回転数検出器７８が設けられ、この回転数検出器７８の出力が制御機構７４に伝達されている。そして、制御機構７４は回転数検出器７２が検出するバックアップロール１５の回転数と、溝付ロール１４の回転数とが一定の関係を満たすように補助駆動器７６を制御する。補助駆動器７６としては、その回転軸に過剰の回転力が加わると、回転軸が適宜空転する形式のものが使用される。
【００２６】補助駆動器７６単独による溝付ロール１４の回転数は、バックアップロール１５による溝付ロール１４の回転数よりも僅かに小さく（例えば０．５〜５％、より好ましくは１〜２％）なるように設定されていることが好ましい。このように設定した場合には、バックアップロール１５から受ける摩擦力が小さくても、バックアップロール１５との間に空転を生じないように溝付ロール１４を正確な速度で同期回転させることができ、転造精度をさらに高めることが可能である。
【００２７】なお、本発明は上記２つの実施形態のように電縫管の製造装置への適用に限定されるものではなく、被加工物を圧延する用途であればいかなる用途にも適用することが可能である。また、同じ電縫管でも、内面溝付伝熱管に限定されず、例えば、外面にも凹凸構造を形成した電縫管の製造にも適用できる。また、内面溝付伝熱管に適用する場合などは、板条材に対して１回の転造加工を行う場合のみならず、板条材に対して２回以上の転造加工を行って交差溝を形成し、より高度な伝熱効果を奏する電縫管を得ることも可能である。さらに、圧延加工により形成できるものはフィンや溝に限らず、いかなる形状をなす模様や凹部、凸部であってもよい。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る圧延装置および電縫管の製造装置によれば、バックアップロールに形成された一対のロール部により、第１圧延ロールの両軸部を抑えるとともに駆動力を伝達する構成にしたから、第１圧延ロールの外径を縮小しながらも第１圧延ロールの剛性低下を防ぐことができる。したがって、被加工材に対する圧下力の不均衡を防ぎながらも、高価かつ加工が難しい材質からなる第１圧延ロールの外径を縮小して、第１圧延ロールに要する材料コストおよび加工コストを削減することが可能である。
【００２９】また、第１圧延ロールのロール径が小さくなることにより、第１圧延ロールと被加工材との接触面積が小さくなるため、所望の圧延を行うために必要な圧下力が小さくて済む。したがって、ロールの回転に要する駆動力や圧延装置全体の剛性が小さくてよく、装置のランニングコスト、および設備コストを削減できる。
【出願人】 【識別番号】０００１７６８２２
【氏名又は名称】三菱伸銅株式会社
【出願日】 平成８年（１９９６）１月２６日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 正武 （外２名）
【公開番号】 特開平９−２０１６３８
【公開日】 平成９年（１９９７）８月５日
【出願番号】 特願平８−１２３０３