JP6707748B2 - 鋼管材の切削装置及び切削方法 - Google Patents

Description

本発明は、切断ポイントにおいて熱切断ビームを照射して鋼管材を切削する鋼管材の切削装置及び切削方法に関する。

従来、金属パイプを製造する製造ラインでは、連続して送出されるパイプを所定の長さに切断する場合、送出されるパイプと同じ速度で走行する台車にパイプクランプと円板状のカッターを搭載した走行切断装置が使用され、製造ラインから送出されるパイプと同じ速度で台車を走行させながら、カッターを回転駆動して、パイプを所定の長さに切断する技術が知られている（例えば特許文献１等参照）。

ところで、この種のパイプの走行切断装置は、円板状のカッターを回転駆動させてパイプを切断するため、パイプの径方向に少なくともその直径に対応した距離だけカッターの回転刃を移動して切断することととなり、切断に時間がかかり、効率よくパイプを切断することができないという問題があった。また、円板状で回転駆動型のカッターは、パイプの切断面にバリが発生しやすく、また、フリーの回転刃を押し付けて切断する形式の切断機では、パイプの切断端部が内側に潰れるように変形しやすいという問題があり、従前では、このようなバリや変形を修正するための工程が必要であり、その所要時間や設計的な制約が増大し、製造コストが嵩む原因ともなっていた。

一方、このようなバリや変形を低減させる技術として、従来では、熱切断加工によってパイプを切断する装置が開発されている（例えば特許文献２等参照）。この熱切断加工としては、加工対象であるパイプ上方に設けた熱切断加工ヘッドからのレーザービームを、パイプの外周面側からパイプ内方へ向けて照射させてレーザー切断加工装置が知られている。

特開平７−８０７９７号公報 特開平９−１５５５８４号公報

しかしながら、上述した特許文献２に開示されたようなレーザー切断加工装置では、レーザー加工ヘッドからのレーザービームを、パイプの外周面側からパイプ内方へ向けて照射させるため、切断部で発生するスパッタがパイプの内面に残留したり、場合により付着してしまうという問題があった。

そこで、本発明は、上記のような問題を解決するものであり、熱切断ビームを用いて、バリや変形を発生させることなくパイプを切断して生産性を高めつつ、パイプの切断中にパイプ内側にスパッタなどが付着せずクリーンな状態で切断加工できるようにした鋼管材の切削装置及び切削方法を提供することを目的とする。

（１）鋼管材の切削装置
上記課題を解決するために、本発明は、熱切断ビームを照射して鋼管材を切削する切削装置であって、
前記鋼管材を連続して送給する送給部と、
前記鋼管材の切断箇所の外周面に向けて前記熱切断ビームを照射して前記鋼管材を切削する切削部と、
前記切削部を、前記鋼管材に対して相対移動させる切削駆動部と
前記切断箇所の鋼管材内に挿通され、前記鋼管材の軸方向に沿って延設されるロッド部材と、
前記切断箇所の鋼管材内において前記ロッド部材により支持され、前記熱切断ビームの照射方向に対向するように移動又は回転され、スパッタを付着させるための遮蔽板と、
前記鋼管材の送給方向に沿って、且つ前記鋼管材の移動に追従させて、前記切削部及び前記遮蔽板を移動させる追従駆動部と、
前記切断ポイントの前記送給部と反対側に配置され、前記鋼管材の送給方向側から前記ロッド部材を、前記鋼管材内に挿通可能に支持しつつ、前記鋼管材を移動又は回転させるロッド駆動装置と、
前記切断ポイントにおいて切離された鋼管材を、前記切削部に対して相対移動させて、前記送給方向前方へ搬送する搬送部と
を備え、
前記ロッド駆動装置は、前記送給方向に沿って、前記切離された鋼管材の長さよりも長い間隔を開けて複数設けられ、
各ロッド駆動装置は、前記ロッド部材を把持した状態において前記ロッド部材を移動又は回転させ、前記切離された鋼管材の通過に伴って、順次、前記ロッド部材の把持状態を開放する機構を有し、
前記ロッド部材と周囲の鋼管材内面との間隔を保持することによって、前記遮蔽板は前記鋼管材内面に接触しないように支持されていることを特徴とする。

上記鋼管材の切削装置において、前記ロッド部材は内部中空の筒状部材であり、前記筒状部材の前記切断ポイントに臨む部位に形成され、前記内部中空から前記筒状部材外部に連通する吸引口と、前記内部中空部内に負圧を生じさせる吸引手段とをさらに備え、上記遮蔽板によるスパッタの遮蔽・付着と合わせてスパッタの吸引を行うことが好ましい。

上記鋼管材の切削装置において、前記切削部は、前記熱切断ビームを照射する複数のレーザーヘッドを備え、前記遮蔽板は、前記複数のレーザーヘッドのそれぞれに対して対向配置される複数の対向面を有することが好ましい。

また、上記鋼管材の切削装置において、前記切削部は、前記熱切断ビームを照射する一対のレーザーヘッドを備え、前記一対のレーザーヘッドは、前記鋼管材の中心軸を挟んで対向配置され、前記ロッド部材は、前記鋼管材の軸方向に沿って配置され、前記遮蔽板は、前記ロッド部材の先端において前記鋼管材の径方向に沿って配置されることが好ましい。

（２）鋼管材の切削方法
また、本発明は、切断ポイントにおいて熱切断ビームを照射して鋼管材を切削する切削方法であって、
前記切断ポイントへ前記鋼管材を連続して送給する供給工程と、
前記鋼管材の切断箇所の外周面に向けて前記熱切断ビームを照射して前記鋼管材を切削するとともに、前記熱切断ビームを、前記鋼管材に対して相対移動させる切削駆動工程と
前記切断ポイントの鋼管材内へ、前記鋼管材の軸方向に沿って延設されるロッド部材を挿通し、前記ロッド部材により支持された遮蔽板を、前記熱切断ビームの照射方向に対向するように移動又は回転させる遮蔽工程と、
前記鋼管材の送給方向に沿って、且つ前記鋼管材の移動に追従させて、前記切削部及び前記遮蔽板を移動させる追従駆動工程と
を含み、
前記切断ポイントの前記送給部と反対側において、前記送給方向に沿って、前記切離された鋼管材の長さよりも長い間隔を開けて、複数のロッド駆動装置を配置し、
前記切断ポイントにおいて切離された鋼管材を、前記切削部に対して相対移動させて、前記送給方向前方へ搬送し、
各ロッド駆動装置は、前記鋼管材の送給方向側から、ロッド部材を把持し、前記鋼管材内に挿通可能に支持しつつ、前記ロッド部材を移動又は回転させ、前記切離された鋼管材の通過に伴って、順次、前記ロッド部材の把持状態を開放することを特徴とする。

上記切削方法では、前記ロッド部材は内部中空の筒状部材であり、前記筒状部材の前記切断ポイントに臨む部位には、前記内部中空から前記筒状部材外部に連通する吸引口が形成され、前記切削駆動工程では、前記内部中空部内に負圧を生じさせ、前記吸引口より吸気を行うことが好ましい。

上記切削方法では、前記切削駆動工程において前記熱切断ビームは、複数のレーザーヘッドから照射され、前記遮蔽工程において前記遮蔽板は複数の対向面を有し、各対向面は前記複数のレーザーヘッドのそれぞれに対して対向配置されるように移動又は回転されることが好ましい。

上記切削方法では、前記切削駆動工程において前記熱切断ビームは一対のレーザーヘッドから照射されるとともに、前記一対のレーザーヘッドは前記鋼管材の中心軸を挟んで対向配置され、前記遮蔽工程において前記ロッド部材は、前記鋼管材の軸方向に沿って配置され、前記遮蔽板は、前記ロッド部材の先端において前記鋼管材の径方向に沿って配置されることが好ましい。

以上述べたように、本発明の切削装置及び切削方法によれば、熱切断ビームを照射して鋼管材を切削するため、効率よく短時間で鋼管材を切断することができるとともに、切断面にバリや変形が生じることがなく、バリや変形を除去や修正するための工程を不要とすることがきる。また、本発明では、熱切断ビームの照射方向に対向するように配置された遮蔽板を、切断ビームの照射及び鋼管材の移動に追従させて移動又は回転させることから、切断部で発生するスパッタを受け止めて、鋼管材の内面に付着してしまうのを回避でき、鋼管材内をクリーンな状態に保ちつつ切断加工を実施できる。

また、上記発明において、ロッド部材を内部中空の筒状部材とし、その切断ポイントに臨む部位に吸引口を形成し、内部中空部内に負圧を生じさせて吸気を行うことにより、切断部で発生するスパッタを、吸気口を通じて吸引し、ロッド部材を通じて鋼管材の外部に排出することができ、鋼管材内をよりクリーンな状態に保つことができる。

その結果、本発明によれば、熱切断ビームを用いて、バリや変形を発生させることなく鋼管材を切断して生産性を高めつつ、鋼管材の切断中に鋼管材内側にスパッタなどが付着せずクリーンな状態で切断加工できる。

第１実施形態に係る溶接管製造ラインの全体構成を概略的に示す説明図である。 第１実施形態に係る切削装置の全体構成を示す正面図である。 第１実施形態に係る切削装置のパイプ送出側からみた側面図である。 第１実施形態に係る芯金７１を示す斜視図である。 第１実施形態に係るレーザーヘッドの動作を模式的に示す説明図である。 第１実施形態に係る溶接装置５における工程を示す斜視図である。 第１実施形態に係る切削装置の動作を示す説明図である。 第２実施形態に係る切削装置の全体構成を示す正面図である。 第２実施形態に係るパイプ搬送部を概念的に示す側面図である。 第２実施形態に係るパイプ搬送部を概念的に示す側面図である。 第２実施形態に係る切削装置の動作（切削〜ワーク搬送時）を示す説明図である。 第２実施形態に係る切削装置の動作（ワーク搬送後）を示す説明図である。 変更例に係るレーザーヘッドの動作を模式的に示す説明図である。 変更例に係るレーザーヘッドの動作を模式的に示す説明図である。

［第１実施形態］
（切削装置の構成）
以下に添付図面を参照して、本発明に係る切削装置の実施形態を詳細に説明する。図１は本実施形態に係る溶接管製造ラインの全体構成を概略的に示す説明図であり、図２は切削装置１の全体構成を示す正面図であり、図３は切削装置１のパイプ送出側からみた側面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る溶接管製造ラインは、一定幅で帯状の連続する帯状の板状体Ｔをアンコイラ１００から連続的に繰り出し、繰り出された板状体Ｔは一対の押さえロール１０１，１０２を経て、複数対配列されたフォーミングロール１０３を通して徐々にＣ字状に丸められていく。そして、溶接装置５において板状体Ｔは、一対の成型ロール５２，５２間を通過する際に加熱された両端縁が押されて突き合わされ、溶接部５１により溶接されてパイプＰが製造される。この製造されたパイプＰは切断機３で所定長さ毎に切断されてストックテーブル１０４上に積層される。

本実施形態に係る切削装置１は、切断ポイントＡ１において熱切断ビームを照射して鋼管材であるパイプＰを切削する装置であり、図１に示した板状体Ｔから鋼管を製造する溶接装置５〜切断機３までの機能を備えた装置である。具体的に、切削装置１は、切断ポイントＡ１において熱切断ビームを照射して鋼管材であるパイプＰを切削する装置であって、本実施形態では、床１０上に設置される基台９を基礎として、この基台９上を移動する走行ユニット８が設けられ、この走行ユニット８上に、ロッド駆動装置６、切断機３が設置されている。また、基台９には溶接装置５が固定設置されており、この溶接装置５は走行ユニット８の移動とは切離されている。

基台９は、床１０上に設置される基台であり、この基台９上の両側にはレール９２が敷設され、レール９２上に走行ユニット８が走行可能に配設される。また、基台９上にはレール９２に沿って、走行ユニット８を走行駆動させるためのスクリューシャフト９１が軸受け９１ａ，９１ａを介して回転可能に軸支される。スクリューシャフト９１の先端側は走行用サーボモーター２の回転軸に接続され、スクリューシャフト９１は走行用サーボモーター２により回転駆動される。

走行ユニット８は、２本の矩形枠状の架台８０を主体として、その下端に雌ねじ部８１が取り付けられ、この雌ねじ部８１がレール９２上に係合して走行する。走行ユニット８の中央には、熱切断ビームを照射する一対のレーザーヘッド３０ａ，３０ａを旋回させてパイプＰを切断する切断機３が配設されている。走行ユニット８の架台８０の底部に雌ねじ部８１が取り付けられ、その雌ねじ部８１のネジ孔に上記スクリューシャフト９１が螺合している。これにより、走行用サーボモーター２によるスクリューシャフト９１の回転駆動によって、雌ねじ部８１を介して走行ユニット８及び切断機３が、軸方向に駆動力を受け、一体となってレール９２に沿って走行移動される。

溶接装置５は、切断ポイントへ前記鋼管材を連続して送給する送給部の一部を構成する装置であり、アンコイラ１００から連続的に繰り出された板状体Ｔを、図６に示すように、筒状に丸める成型ロール５２，５２により、両端縁が溶接線ＰＬにて突き合わされ、この溶接線ＰＬを溶接部５１により溶接してパイプＰを製造する。この形成されたパイプＰは、切断機３に順次送り込まれる。なお、この両端縁が付き合わされる縫合開始部位Ｔ０の開口部に芯金７１が、パイプＰの搬送方向後方から挿通されている。なお、この芯金７１の外周には、例えば、外方へ向けて突設されるベアリングやローラー、その他の摺動手段を配置して、芯金７１と周囲のパイプＰ内面との間隔を保持するようにして、芯金７１や遮蔽板７２がパイプＰ内面に接触するのを防止するようにしてもよい。

切断機３は、切断ポイントＡ１においてパイプＰを切削する装置であり、切削装置本体３ａに、レーザーヘッド３０ａ，３０ａと、このレーザーヘッドを駆動するためのレーザーヘッド回転用サーボモーター３１とを備えている。切削装置本体３ａは、架台８０上に固定され、架台８０とともにパイプＰに対して相対移動する躯体である。レーザーヘッド回転用サーボモーター３１は、レーザーヘッド３０ａ，３０ａをパイプＰに対して相対移動させる切削駆動部であり、レーザーヘッド３０ａ，３０ａは、パイプＰの切断箇所の外周面に向けて熱切断ビームを照射し、パイプＰを切削する装置である。本実施形態においてこの一対のレーザーヘッド３０ａ，３０ａは、鋼管材の中心軸を挟んで対向配置されている。

詳述すると、切断機３はベース上に被切断物のパイプＰを導入するめの挿通孔３４が水平に設けられ、その挿通孔３４の外側に回転板３３を回転可能に配設している。回転板３３の前面には１対のレーザーヘッド３０ａ，３０ａが支持されている。そして、図５に示すように、回転板３３の回転により１対のレーザーヘッド３０ａ，３０ａは被切断物のパイプＰの周りを旋回する。このように、１対のレーザーヘッド３０ａは、回転板３３の回転に伴い旋回し、中央のパイプＰに向けて熱切断ビームを照射することにより、パイプＰを円周側から切断する。

ロッド駆動装置６は、芯金７１を駆動させるとともに、切断機３で生じたスパッタを吸引するための機能を備えた装置であり、駆動装置本体６ａに、追従駆動機構６２と吸引機構６１とを備えている。駆動装置本体６ａは、架台８０上に固定され、架台８０とともにパイプＰに対して相対移動する躯体である。本実施形態においてロッド駆動装置６は、芯金７１をパイプＰの搬送方向後方からパイプＰ内に挿入するように、パイプＰ搬送方向において、溶接装置５の上流側に配置されている。これにより、板状体Ｔの両端縁が付き合わされる縫合開始部位Ｔ０に形成された開口部に、芯金７１がパイプＰの搬送方向後方から挿通されている。

追従駆動機構６２は、パイプＰの送給方向に沿って、且つパイプＰの移動に追従させて、スパッタ吸引穴７１ａ及び遮蔽板７２を移動させる駆動装置である。また、吸引機構６１は、芯金７１の内部中空部内に負圧を生じさせる吸引手段を備えている。

芯金７１は、切断箇所に臨ませてパイプＰの軸方向に沿って延設されるロッド部材である。本実施形態において芯金７１は内部中空の筒状部材であり、図４に示すように、芯金７１の切断ポイントＡ１に臨む部位に、内部中空から芯金７１外部に連通するスパッタ吸引穴７１ａが形成されている。遮蔽板７２は芯金７１の先端においてパイプＰの径方向に沿って配置される板部材であり、切断ポイントＡ１に位置されたパイプＰ内において芯金７１により支持され、熱切断ビームの照射方向に対向するように移動又は回転される。

詳述すると、芯金７１は棒状に形成された内部中空の筒状部材であり、パイプＰの切断時にパイプＰ内に挿入されるように配設される。本実施形態において芯金７１は、切断機３の中央の挿通孔３４に、その先端に設けた遮蔽板７２を挿入するように、水平に且つ送給されるパイプＰとほぼ同軸上に配設される。この遮蔽板７２は、常に上記レーザーヘッドと対向した位置に配置されるように、移動又は回転される。

また、走行ユニット８上には供給されるパイプＰを把持して搬送するためのパイプ把持部４が設けられている。このパイプ把持部４は、切断機３を通じて送り出されてきたパイプＰを把持し、切断機３に対して相対移動させる機構であり、パイプＰの切断後には、切断され切離されたパイプＰをストックテーブル１０４へ搬送する搬送手段としても機能する。

パイプ把持部４は、切断機３の切削装置本体３ａの上部に連結されたパイプ支持ビーム４０を基体として、このパイプ支持ビーム４０に沿ってスライド移動するクランプアーム４５を備えており、クランプアーム４５は、パイプホルダー４５ａ，４５ｂとベース４５ｃとから概略構成される。詳述すると、パイプ支持ビーム４０の下側に下レール４４が長手方向に沿って水平に取り付けられ、この下レール４４にはパイプホルダー４５ａ及び４５ｂは、吊り下げ状態で走行移動可能に係合されている。パイプホルダー４５ａ及び４５ｂはベース４５ｃとその上の係合部４２を有し、係合部４２を下レール４４に係合させ、長尺シリンダ４３の動作により移動可能である。長尺シリンダ４３はパイプ支持ビーム４０の下側に配置され、ネジがベース４５ｃの係合部４２のネジ部に螺合される。パイプホルダー４５ａ，４５ｂは、流体圧シリンダの作動により開閉され、送り出されてきたパイプＰをクランプし、長尺シリンダ４３の引き戻し動作によって、パイプＰを排出側に送り、下レール４４に沿って搬送・移動される。

なお、パイプホルダー送り用サーボモーター４１にはロータリーエンコーダが設けられ、エンコーダから、走行ユニット８の原点位置からの走行距離を正確に示す信号が出力される。また、走行ユニット８の原点位置を検出するためのセンサが設けられ、パイプホルダー４５ａ，４５ｂの原点位置及び搬送端位置を検出するためのセンサなどが設置される。さらに、パイプＰの製造ラインにおける搬送装置には、パイプＰの移動距離を正確に示す信号を出力するエンコーダが設けられ、エンコーダからの移動距離を示す信号は上記構成の走行切断装置の各駆動部を制御するための制御装置に入力され、各駆動部の制御に使用される。

（鋼管切削装置の動作）
以上説明した鋼管切削装置を動作させることによって、本発明の鋼管の切削方法を実施することができる。図７は、切削装置１の動作を示す説明図である。

先ず、図１及び図２に示すように、上流のアンコイラ１００から送り出されてきた板状体Ｔは、フォーミングされつつ切削装置１に供給され、溶接装置５によりパイプＰが形成される。このパイプＰは、連続して一定の速度で、切断機３の中央の搬送ガイド３１ａを通じて切削装置本体３ａ内に送給されていく。

このとき、図７（ａ）に示すように、走行ユニット８が基台９の後端に位置した状態にあるとともに、溶接装置５がパイプ把持部４の後端側、すなわち切断機３側に接近した状態にある。そして、パイプＰ先端における切断機３の切断位置からの突き出し長さＬが、所定長になったときにクランプアーム４５が閉じられパイプＰを把持する。

このパイプＰを把持した状態で、図７（ｂ） に示すように、クランプアーム４５は、長尺シリンダ４３の引き戻し作動により、下レール４４に沿って前進移動する。次いで、切断箇所がレーザーヘッド３０ａ，３０ａに到達した時点で、図７（ｃ）に示すように、レーザーヘッド３０ａ，３０ａからビームを照射して切断を開始する。この間、走行ユニット８は、パイプＰの進行と同じ速度で移動し、切断機３がパイプに対して静止することとなる。走行ユニット８では、回転板３３が回転し、パイプＰの外周面を切断する。このとき、熱切断ビームの照射方向に対向するように配置された遮蔽板７２を、切断ビームの照射及びパイプＰの移動に追従させて移動又は回転させて、切断ポイントＡ１で発生するスパッタを受け止めるとともに、切断部で発生するスパッタを、スパッタ吸引穴７１ａを通じて吸引し、芯金７１を通じて鋼管材の外部に排出する。

その後、パイプＰが切断されて分離され、クランプアーム４５に把持された状態で、下レール４４上を前方へ搬送される。この下レール４４の先端においてクランプアーム４５による把持が解除されて、パイプＰが排出される。これと併せて走行ユニット８が後方へスライド移動されて、レーザーヘッド３０ａ，３０ａがパイプＰに対して相対的に後退し、次の切断箇所へ移動される。

（作用・効果）
以上説明した実施形態によれば、熱切断ビームを照射してパイプＰを切削するため、効率よく短時間で鋼管材を切断することができるとともに、切断面にバリや変形が生じることがなく、バリや変形を除去や修正するための工程を不要とすることがきる。また、本実施形態では、熱切断ビームの照射方向に対向するように配置された遮蔽板７２を、切断ビームの照射及びパイプＰの移動に追従させて移動又は回転させることから、切断ポイントＡ１で発生するスパッタを受け止めて、パイプＰの内面に付着してしまうのを回避でき、パイプＰ内をクリーンな状態に保ちつつ切断加工を実施できる。併せて、芯金７１内部に負圧を生じさせて吸気を行うことにより、切断部で発生するスパッタを吸引し、ロッド部材を通じてパイプＰの外部に排出するため、パイプＰ内をよりクリーンな状態に保つことができる。

［第２実施形態］
次いで、本発明の第２実施形態について説明する。上述した第１実施形態では、パイプＰの搬送方向後方から芯金７１を切断ポイントＡ１へ挿通させたが、本実施形態では、芯金７１を搬送方向前方から挿通させることを要旨とする。図８は切削装置１の全体構成を示す正面図である。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その機能等は特に言及しない限り同一であり、その説明は省略する。

（切削装置の構成）
上述した実施形態では、切断部分に生じたスパッタを遮蔽及び吸引する芯金７１を、パイプＰの搬送方向後方からパイプ内に挿入するようにしたが、本実施形態では、パイプＰの搬送方向前方からパイプ内に挿入する。この場合、芯金７１を回転駆動させ、内部の吸引を行うロッド駆動装置６は、パイプＰの進行方向前方に配置する。

詳述すると、本実施形態では、図８に示すように、上述した第１実施形態で説明したロッド駆動装置６に代えて、複数のロッド駆動装置としての芯金ホルダー８２ａ，８２ｂが、パイプＰの送給方向に沿って配置されている。芯金ホルダー８２ａ，８２ｂは、架台８０上において、切断ポイントＡ１の溶接装置５と反対側となる送給方向前方に２つ配置されており、架台８０上において送給方向に沿って、切離された鋼管材であるワークＰ１の長さよりも長い間隔を開けて立設されている。

この芯金ホルダー８２ａ，８２ｂは、パイプＰの送給方向前方側から芯金７１を、パイプＰ内に挿通可能に支持しつつ、鋼管材を移動又は回転させる装置である。また、各芯金ホルダー８２ａ，８２ｂは、芯金７１を把持した状態において芯金７１を移動又は回転させるとともに、ワークＰ１の通過に伴って、順次、芯金７１の把持状態を開放する機構を有している。

具体的に芯金ホルダー８２ａ，８２ｂ，８２ｂは、図１０（ａ）に示すように、芯金ホルダー８２ａ，８２ｂ８２ｂの本体部分８４には送給方向において表裏に貫通する開口部８６が形成されており、この開口部８６に芯金７１が挿通される。開口部８６の内側面には、開口部８６周縁から内方に向けて進退される回転チャック部８５が複数設けられている。この回転チャック部８５は、同図（ｂ）に示すように、給送方向に平行な回転軸８５ａを中心に回転されるローラー部材であり、開口部８６周縁から内方に向けて突出されることによって、芯金７１の外周面を押圧し芯金７１を把持し、把持された芯金７１は、各回転チャック部８５が回転することによって、従動して回転される。

また、芯金ホルダー８２ａ，８２ｂ，８２ｂの本体部分８４は、給送方向に直交する水平方向において左右に分割されており、図１０（ｃ）に示すように、レール８３に沿って分割された本体部分８４，８４を左右にスライド移動させることによって、左右に開閉するようになっている。このように本体部分８４，８４が左右に開閉することによって、開口部８６が一対の円弧状に分割されて、回転チャック部８５が芯金７１の外周面から離間され、芯金７１に対する把持状態が開放される。この分割された本体部分８４，８４が左右に開いた状態では、芯金７１が開放されるとともに、左右に開かれた本体部分８４，８４の間を、クランプアーム４５に把持された状態のワークＰ１が、芯金７１が挿通された状態のまま、通過できるようになっている。

上記クランプアーム４５のパイプホルダー４５ａ，４５ｂは、上述した第１実施形態と同様に、切断ポイントＡ１において切離された鋼管材であるワークＰ１を、切断機３に対して相対移動させて、送給方向前方へ搬送する搬送手段である。具体的には、図９に示すように、パイプホルダー４５ａ，４５ｂの本体部分には送給方向において表裏に貫通する開口部４７が形成されており、この開口部４７に芯金７１及びパイプＰが挿通される。開口部４７内において芯金７１とパイプＰは、断面図において同心円状に挿通され、芯金７１がパイプＰの内方に挿通される。開口部４７の内側面には、開口部４７周縁から内方に向けて進退されるチャック部４６が複数設けられている。このチャック部４６は、その先端部分に、パイプＰの外周面に合致するような断面が弧状をなす曲面が形成されており、開口部４７周縁から内方に向けて突出されることによって、パイプＰの外周面を押圧しパイプＰを把持するようになっている。また、パイプホルダー４５ａ，４５ｂは、チャック部４６を外方に向けて移動させることによって、パイプＰの把持状態を開放するようになっている。

さらに、本実施形態において、パイプＰ内を吸引する開閉カプラ７３は、送給方向前方側に設けられており、芯金７１の先端部に着脱されるように９０°回動駆動される。例えば、パイプＰを切削している間は、芯金７１の先端に嵌合され、ワークＰ１が通過するタイミングで、９０°回転されて芯金７１から離間されて、ワークＰ１の搬送経路から退避するようになっている。

（鋼管切削装置の動作）
以上説明した本実施形態に係る鋼管切削装置を動作させることによって、本発明の鋼管の切削方法を実施することができる。図１１及び図１２は、切削装置１の動作を示す説明図である。

先ず、第１実施形態と同様、図１及び図２に示すように、上流のアンコイラ１００から送り出されてきた板状体Ｔは、フォーミングされつつ切削装置１に供給され、溶接装置５によりパイプＰが形成される。このパイプＰは、連続して一定の速度で、切断機３の中央の搬送ガイド３１ａを通じて切削装置本体３ａ内に送給されていく。

このとき、図１１（ａ）に示すように、走行ユニット８が基台９の後端に位置した状態にあるとともに、クランプアーム４５の後端側が切断機３側に接近した状態にある。そして、切断機３の切断位置から、パイプＰ先端までの突き出し長さＬが、所定長になったときにクランプアーム４５が閉じられパイプＰを把持する。

具体的には、芯金７１がパイプＰの内方に挿通されるとともに、開口部４７周縁から内方に向けてチャック部４６が突出されることによって、パイプＰの外周面を押圧しパイプＰが把持される（図９参照）。また、芯金ホルダー８２ａ，８２ｂにおいて、開口部８６に芯金７１が挿通され、回転チャック部８５が、開口部８６周縁から内方に向けて突出されることによって、芯金７１の外周面を押圧し芯金７１を把持する（図１０（ａ）参照）。これと併せて、パイプＰ内の送給方向前方側において、開閉カプラ７３が芯金７１の先端に嵌合される。

次いで、切断箇所がレーザーヘッド３０ａ，３０ａに到達した時点で、図１１（ｂ）に示すように、レーザーヘッド３０ａ，３０ａからビームを照射して切断を開始する。この間、走行ユニット８は、パイプＰの進行と同じ速度で移動し、パイプＰが切断機３に対して静止することとなる。切断機３では、回転板３３が回転し、パイプＰの外周面を切断する。また、このとき、芯金ホルダー８２ａ及び８２ｂの回転チャック部８５を回転させて芯金７１を回転させ、熱切断ビームの照射方向に対向するように配置された遮蔽板７２を、切断ビームの照射及びパイプＰの移動に追従させて移動又は回転させて、切断ポイントＡ１で発生するスパッタを受け止めるとともに、切断部で発生するスパッタを、スパッタ吸引穴７１ａを通じて吸引し、芯金７１を通じて鋼管材の外部に排出する。具体的には、芯金ホルダー８２ａ，８２ｂの各回転チャック部８５が回転することによって、芯金７１が従動して回転される（図１０（ｂ）参照）。これと併せて、開閉カプラ７３によって芯金７１内が吸引される。

その後、図１１（ｃ）〜図１２（ａ）に示すように、パイプＰが切断されてワークＰ１として分離され、クランプアーム４５に把持された状態で、下レール４４上を前方へ搬送される。これと併せて走行ユニット８が後方へスライド移動されて、レーザーヘッド３０ａ，３０ａがパイプＰに対して相対的に後退し、次の切断箇所へ移動される。このとき、各芯金ホルダー８２ａ，８２ｂは、搬送されるワークＰ１内に芯金７１を支持するが、切離されたワークＰ１の通過に伴って、順次、芯金７１の把持状態を開放したり、把持したりする。

すなわち、切離されたワークＰ１がクランプアーム４５に把持されて、切断機３に対して相対移動を開始した直後には、図１１（ｃ）に示すように、切断機３に近接する芯金ホルダー８２ｂの本体部分８４，８４が左右に開閉され（図１０（ｃ）参照）、芯金７１に対する把持状態が開放される。この分割された本体部分８４，８４が左右に開いた状態では、左右に開かれた本体部分８４，８４の間を、クランプアーム４５に把持された状態のワークＰ１が、芯金７１が挿通された状態のまま通過される。

そして、ワークＰ１が芯金ホルダー８２ｂを通過すると、図１２（ａ）に示すように、切断機３近傍の芯金ホルダー８２ｂにおいて、回転チャック部８５が開口部８６周縁から内方に向けて突出されて芯金７１が把持されるとともに（図１０（ａ）参照）、給送方向前方のストックテーブル１０４に近接する芯金ホルダー８２ａの本体部分８４，８４が左右に開閉され（図１０（ｃ）参照）、芯金７１に対する把持状態が開放される。この分割された本体部分８４，８４が左右に開いた状態では、本体部分８４，８４の間を、クランプアーム４５に把持された状態のワークＰ１が、芯金７１が挿通された状態のまま通過される。また、この芯金ホルダー８２ａをワークＰ１が通過するタイミングで、開閉カプラ７３が９０°回転されて芯金７１から離間され、ワークＰ１の搬送経路から退避される。

そして、下レール４４の先端において、パイプホルダー４５ａ，４５ｂそれぞれのチャック部４６が外方に向けて移動されて、ワークＰ１の把持状態が開放され、クランプアーム４５による把持が解除されて、ワークＰ１が排出される。その後、クランプアーム４５は、図１２（ｂ）に示すように、レール４４を給送方向と反対方向に向かって復路上を移動し、レール４４後端の切断機３に接近される。

このとき、各芯金ホルダー８２ａ，８２ｂは、往路と同様に、クランプアーム４５の通過に伴って、順次、芯金７１の把持状態を開放したり、把持したりする。すなわち、クランプアーム４５が給送方向と反対方向に向けって移動を開始した際には、芯金ホルダー８２ａの本体部分８４，８４が左右に開閉され、芯金７１に対する把持状態が開放される。この分割された本体部分８４，８４が左右に開いた状態では本体部分８４，８４の間をクランプアーム４５が通過可能となっている。これと併せて、パイプＰ内の送給方向前方側において、開閉カプラ７３が芯金７１の先端に嵌合される。

さらに、クランプアーム４５が芯金ホルダー８２ｂを通過すると、図１２（ｃ）に示すように、芯金ホルダー８２ｂにおいて、回転チャック部８５が開口部８６周縁から内方に向けて突出されて芯金７１が把持される。具体的には、芯金７１がパイプＰの内方に挿通されるとともに、チャック部４６が外方に移動され、開口部８６が開放されることによって、パイプＰの先端がクランプアーム４５の開口部８６に挿通可能となり、図１１（ａ）以降の処理が繰り返される。

（作用・効果）
以上説明した実施形態によれば、上述した第１実施形態と同様に、熱切断ビームを照射してパイプＰを切削するため、効率よく短時間で鋼管材を切断することができるとともに、切断面にバリや変形が生じることがなく、バリや変形を除去や修正するための工程を不要とすることがきる。また、本実施形態では、熱切断ビームの照射方向に対向するように配置された遮蔽板７２を、切断ビームの照射及びパイプＰの移動に追従させて移動又は回転させることから、切断ポイントＡ１で発生するスパッタを受け止めて、パイプＰの内面に付着してしまうのを回避でき、パイプＰ内をクリーンな状態に保ちつつ切断加工を実施できる。併せて、芯金７１内部に負圧を生じさせて吸気を行うことにより、切断部で発生するスパッタを吸引し、ロッド部材を通じてパイプＰの外部に排出するため、パイプＰ内をよりクリーンな状態に保つことができる。

特に、本実施形態では、給送方向前方側から芯金ホルダー８２ａ，８２ｂによって、芯金７１を把持して芯金７１を移動又は回転させるとともに、クランプアーム４５の通過に伴って、順次、芯金７１の把持状態を開放するようにしたため、芯金７１を支持し回転させる機構を、切断ポイントＡ１に近づけさせることができ、芯金７１を強固に支持できるとともに、芯金７１の回転駆動をより正確に行うことができる。

［変更例］
なお、上述した各実施形態の説明は、本発明の一例である。このため、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

上述した各実施形態では、一対のレーザーヘッドを対向配置するようにしたが、例えば、図１３に示すように、単一のレーザーヘッドとしてもよい。この場合にも遮蔽板７２には、レーザーヘッドに対して対向配置されるように配置し、レーザーヘッドの回転に追従して回転又は移動するように駆動する。さらには、図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、１２０°間隔に配置された３つのレーザーヘッド、或いは十字に配置された４つのレーザーヘッドとしてもよい。この場合にも、遮蔽板７２には、複数のレーザーヘッドのそれぞれに対して対向配置される複数の対向面を形成する。

このような変更例によれば、熱切断ビームを用いてバリや変形を発生させることなく鋼管材を切断して生産性を高めつつ、より多様な鋼管材加工を実現することができるとともに、鋼管材の切断中に鋼管材内側にスパッタなどが付着せずクリーンな状態で切断加工できる。

Ａ１…切断ポイント
Ｐ…パイプ
Ｐ１…ワーク
ＰＬ…溶接線
１…切削装置
２…走行用サーボモーター
３…切断機
３ａ…切削装置本体
４…パイプ把持部
５…溶接装置
６…ロッド駆動装置
６ａ…駆動装置本体
８…走行ユニット
９…基台
１０…床
３０ａ，３０ａ…レーザーヘッド
３１…レーザーヘッド回転用サーボモーター
３１ａ…搬送ガイド
３３…回転板
３４…挿通孔
４０…パイプ支持ビーム
４１…パイプホルダー送り用サーボモーター
４２…係合部
４３…長尺シリンダ
４４…下レール
４５…クランプアーム
４５ａ，４５ｂ…パイプクランプ
４５ｃ…ベース
４６…チャック部
４７…開口部
５１…溶接部
５２，５２…成型ロール
６１…吸引機構
６２…追従駆動機構
７１…芯金
７１ａ…スパッタ吸引穴
７２…遮蔽板
７３…開閉カプラ
８０…架台
８１…雌ねじ部
８２ａ，８２ｂ…芯金ホルダー
８３…レール
８４，８４…本体部分
８５…回転チャック部
８５ａ…回転軸
８６…開口部
９１…スクリューシャフト
９２…レール
１００…アンコイラ
１０１，１０２…ロール
１０３…フォーミングロール
１０４…ストックテーブル

Claims (8)

1. 切断ポイントにおいて熱切断ビームを照射して鋼管材を切削する切削装置であって、
   前記切断ポイントへ前記鋼管材を連続して送給する送給部と、
   前記鋼管材の切断箇所の外周面に向けて前記熱切断ビームを照射して前記鋼管材を切削する切削部と、
   前記切削部を、前記鋼管材に対して相対移動させる切削駆動部と
   前記切断箇所の鋼管材内に挿通され、前記鋼管材の軸方向に沿って延設されるロッド部材と、
   前記切断ポイントに位置された鋼管材内において前記ロッド部材により支持され、前記熱切断ビームの照射方向に対向するように移動又は回転される遮蔽板と、
   前記鋼管材の送給方向に沿って、且つ前記鋼管材の移動に追従させて、前記切削部及び前記遮蔽板を移動させる追従駆動部と、
   前記切断ポイントの前記送給部と反対側に配置され、前記鋼管材の送給方向側から前記ロッド部材を、前記鋼管材内に挿通可能に支持しつつ、前記鋼管材を移動又は回転させるロッド駆動装置と、
   前記切断ポイントにおいて切離された鋼管材を、前記切削部に対して相対移動させて、前記送給方向前方へ搬送する搬送部と
   を備え、
   前記ロッド駆動装置は、前記送給方向に沿って、前記切離された鋼管材の長さよりも長い間隔を開けて複数設けられ、
   各ロッド駆動装置は、前記ロッド部材を把持した状態において前記ロッド部材を移動又は回転させ、前記切離された鋼管材の通過に伴って、順次、前記ロッド部材の把持状態を開放する機構を有し、
   前記ロッド部材と周囲の鋼管材内面との間隔を保持することによって、前記遮蔽板は前記鋼管材内面に接触しないように支持されている
   ことを特徴とする鋼管材の切削装置。
2. 前記ロッド部材は内部中空の筒状部材であり、
   前記筒状部材の前記切断ポイントに臨む部位に形成され、前記内部中空から前記筒状部材外部に連通する吸引口と、
   前記内部中空内に負圧を生じさせる吸引手段と
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の鋼管材の切削装置。
3. 前記切削部は、前記熱切断ビームを照射する複数のレーザーヘッドを備え、
   前記遮蔽板は、前記複数のレーザーヘッドのそれぞれに対して対向配置される複数の対向面を有する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼管材の切削装置。
4. 前記切削部は、前記熱切断ビームを照射する一対のレーザーヘッドを備え、
   前記一対のレーザーヘッドは、前記鋼管材の中心軸を挟んで対向配置され、
   前記ロッド部材は、前記鋼管材の軸方向に沿って配置され、
   前記遮蔽板は、前記ロッド部材の先端において前記鋼管材の径方向に沿って配置される
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼管材の切削装置。
5. 切断ポイントにおいて熱切断ビームを照射して鋼管材を切削する切削方法であって、
   前記切断ポイントへ前記鋼管材を連続して送給する供給工程と、
   前記鋼管材の切断箇所の外周面に向けて前記熱切断ビームを照射して前記鋼管材を切削するとともに、前記熱切断ビームを、前記鋼管材に対して相対移動させる切削駆動工程と
   前記切断ポイントに位置された鋼管材内へ、前記鋼管材の軸方向に沿って延設されるロッド部材を挿通し、前記ロッド部材により支持された遮蔽板を、前記熱切断ビームの照射方向に対向するように移動又は回転させる遮蔽工程と、
   前記鋼管材の送給方向に沿って、且つ前記鋼管材の移動に追従させて、切削部及び前記遮蔽板を移動させる追従駆動工程と
   を含み、
   前記切断ポイントの送給部と反対側において、前記送給方向に沿って、切離された鋼管材の長さよりも長い間隔を開けて、複数のロッド駆動装置を配置し、
   前記切断ポイントにおいて切離された鋼管材を、前記切削部に対して相対移動させて、前記送給方向前方へ搬送し、
   各ロッド駆動装置は、前記鋼管材の送給方向側から、ロッド部材を把持し、前記鋼管材内に挿通可能に支持しつつ、前記ロッド部材を移動又は回転させ、前記切離された鋼管材の通過に伴って、順次、前記ロッド部材の把持状態を開放し、
   前記遮蔽工程では、前記ロッド部材と周囲の鋼管材内面との間隔を保持することによって、前記遮蔽板が前記鋼管材内面に接触しないようにする
   ことを特徴とする鋼管材の切削方法。
6. 前記ロッド部材は内部中空の筒状部材であり、前記筒状部材の前記切断ポイントに臨む部位には、前記内部中空から前記筒状部材外部に連通する吸引口が形成され、
   前記切削駆動工程では、前記内部中空内に負圧を生じさせ、前記吸引口より吸気を行う
   ことを特徴とする請求項５に記載の鋼管材の切削方法。
7. 前記切削駆動工程において前記熱切断ビームは、複数のレーザーヘッドから照射され、
   前記遮蔽工程において前記遮蔽板は複数の対向面を有し、各対向面は前記複数のレーザーヘッドのそれぞれに対して対向配置されるように移動又は回転される
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載の鋼管材の切削方法。
8. 前記切削駆動工程において前記熱切断ビームは一対のレーザーヘッドから照射されるとともに、前記一対のレーザーヘッドは前記鋼管材の中心軸を挟んで対向配置され、
   前記遮蔽工程において前記ロッド部材は、前記鋼管材の軸方向に沿って配置され、前記遮蔽板は、前記ロッド部材の先端において前記鋼管材の径方向に沿って配置される
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載の鋼管材の切削方法。