以下、本発明に係る絞り圧延機用孔型ロ� ��ル及び絞り圧延機について、添付図面を参� ��しながらより具体的に説明する。以下では� ��絞り圧延機において最も一般的な3ロール式 孔型ロールを例にとって説明するが、本発明 に係る絞り圧延機用孔型ロールは、2ロール� �あるいは4ロール式の孔型ロールにも同様に� ��用することができる。

 図1は、絞り圧延において管1に生じる軸方� �歪みφ _l と肉厚方向歪みφ _r との関係を、第1スタンドと第2スタンドでの� ��延を例にとって示す説明図である。
 この図に示すように、管1の軸方向の歪みφ _l は周方向の全周でほぼ均等であることが、管 軸方向の歪み(伸び)を示す図1のグラフの上半 分において、1-F,1-C,1-Gならびに2-F,2-C,2-Gのプ� �ットがほぼ重なることからわかる。一方、� �1の周方向の歪み(圧縮)を示す図1のグラフの� ��半分からは、周方向の歪みφ _θ が管1の横断面において周方向に変動するこ� �がわかる。管軸方向の歪みと周方向の歪み� �厚み方向の歪みとの和は、管の体積が不変� �あるため一定値となる。従って、厚み方向� �みφ _r も管1の横断面において周方向に変動する。� �なわち、図1のグラフの下半分において、1-F, 1-C,1-Gならびに2-F,2-C,2-Gのプロットは、特に第 1スタンドでの圧延の開始から第2スタンドで� ��圧延終了までは、溝底部とフランジ部とそ� ��中間点とで大きく異なっている。この図か� ��、溝底部より圧縮歪みが小さい、溝底部と� ��ランジ部の中間点で増肉が発生しているこ� ��が読み取れる。

 本発明者は、この肉厚方向の歪み分布、� ��まり増肉分布の不均一なパターンが、孔型� ��ールのフランジ側の摩擦係数と溝底部の摩� ��係数とを変化させることにより変動するこ� ��、及びこの現象を利用することにより角張� ��の直接的な発生原因である周方向の増肉分� ��を抑制できることを見いだした。

 図2は、孔型ロールの孔型のロール軸方向 における摩擦係数分布のパターンをA~Cの3種� �に変化させた場合に、最終スタンド以外の� �定のiスタンドで絞り圧延を行った後に管の� ��方向に生じる増肉分布と、それより1つ下流 の(i+1)スタンドで絞り圧延を行った後に管の� ��方向に生じる増肉分布とを示す説明図であ� ��。図中、横軸の溝底とは溝底部の最も深い� ��央を、フランジとは孔型の端部(フランジ端 部)を意味する。横軸は溝底部を0度、フラン� ��端部を60度とする、溝底から一方のフラン� �に向かう管の円周方向位置で示す。

 図2から、角張り(6角張り)が形成される様 子と形成される角張りのパターンを説明する ことができる。パターンCは、前述した特許� �献に開示されているような、矩形率を設計� �ラメータとする従来の設計方法を用いて孔� �形状が決定された孔型を用いて、ロール軸� �向への摩擦係数を調整しない場合を示す。� �底からフランジ端部への増肉パターンは凹� �カーブを描く。このパターンCの孔型と同じ� ��型を用い、溝底部の摩擦係数を徐々に大き� ��していくと、増肉のパターンはパターンB、 さらにパターンAへと変化していく。各スタ� �ドにおいて、パターンCの増肉が蓄積される� ��、右図に示すi+1スタンドでの増肉量の変動� ��積み重なって、絞り圧延終了後の管には花� ��状の角張りが発生する。一方、各スタンド� ��おいてパターンAの増肉が蓄積されると、絞 り圧延終了後の管には星状の角張りが発生す る。これに対し、各スタンドにおいてパター ンBの増肉が蓄積されても、i+1スタンドでの� �肉量に示すように、溝底からフランジにか� �て一様な増肉量であるため、角張りが発生� �ない。

 これらの知見から、本発明に従って、孔� ��ロールを用いて管の絞り圧延を行う際に、� ��宜手段によって、孔型の溝底部におけるロ� ��ル表面の被圧延材との摩擦力を、孔型のフ� ��ンジ部におけるロール表面の被圧延材との� ��擦力よりも大きくすれば、すなわち、フラ� ��ジ部の摩擦係数が溝底部の摩擦係数よりも� ��さくなるような摩擦係数分布を孔型表面に� ��与すれば、肉厚が異なる管に対して異なる� ��件で絞り圧延を行っても、角張りの直接的� ��発生原因である管の周方向への増肉分布の� ��動幅を最小限にとどめることができ、これ� ��より角張りを小さくして、実質的に解消で� ��る。

 次に、本発明に係る絞り圧延機用孔型ロー� ��とこれを備える絞り圧延機の好ましい実施� ��様について説明する。
 (実施態様1)
 本実施態様の絞り圧延機用孔型ロールは、� ��型それ自体の表面の摩擦係数がロール軸方� ��において変動する。すなわち、孔型表面は� ��ロール軸方向の中央を含む溝底部における� ��擦係数が、溝底部の両側のフランジ部にお� ��る摩擦係数よりも大きくなるようなロール� ��方向の摩擦分布を有する。

 図3は、このような摩擦分布の一例を示す グラフであり、後述する実施例で効果を示す 例においてロールに付与された摩擦分布であ る。図中の「周方向角度」とは、孔型表面を 管の円周に沿って管軸から見た時の角度であ り、0度は、孔型の溝底部の最も深い地点を� �味する。3ロール式孔型ロールでは、フラン� ��両端での周方向角度は±60度である。

 図示例では、孔型ロールの孔型表面は、� ��ール軸方向の中央を含む溝底部の少なくと� ��一部における摩擦力を示す摩擦係数が0.3で� ��り、この溝底部に隣接する両側のフランジ� ��における摩擦力を示す摩擦係数が0.1となる� ��ロール軸方向の摩擦分布を有する。溝底部� ��フランジ部に近い一部は摩擦係数が0.1であ� ��が、溝底部の摩擦係数は平均するとフラン� ��部の摩擦係数の0.1より大きい。

 ただし、孔型ロールの孔型表面のロール� ��方向の摩擦分布は、図3のグラフに示す段階 的な変動を有するものに限られない。むしろ 、上述した知見に照らすと、ロール軸方向の 中央から端部に向かって摩擦係数が徐々に低 減する図4に示す摩擦分布、或いはロール軸� �向の中央からフランジ部のある地点まで摩� �係数が徐々に低減し、その後は摩擦係数が� �いまま横ばいとなる図5に示す摩擦分布の方� ��より望ましい。

 これら図3~5のグラフは摩擦係数の最大値� ��0.3に設定された場合の例であるが、摩擦係� ��の最大値は0.3である必要はなく、例えば0.4� ��0.25といった他の値をとることができる。ま た、これらのグラフでは摩擦係数の最小値が 0.1に設定された場合を示すが、最小値も0.1で ある必要はなく、例えば0.05や0.15といった他� ��値をとることができる。

 本実施形態では、ロール軸方向の中央を� ��む溝底部におけるロール表面が摩擦力が、� ��底部に隣接するフランジ部におけるロール� ��面の摩擦力よりも大きくなるように、孔型� ��面の摩擦係数の分布が調整されればよく、� ��擦係数の値を特定の範囲に制限する必要は� ��い。

 上述したように、孔型ロールの孔型表面� ��摩擦係数は、溝底部及びフランジ部のいず� ��についても、例えば、図4又は図5に示すよ� �に変動する場合には、平均値である。すな� �ち、溝底部とフランジ部のいずれも、摩擦� �数の平均値で比較して、溝底部の摩擦係数� �フランジ部の摩擦係数より大きければよい� �本発明の効果を十分に達成するには、この� �均値での溝底部とフランジ部との摩擦係数� �差が0.05以上であることが好ましい。

 本実施形態の絞り圧延機用孔型ロールで� ��、ロール軸方向の中央を含む孔型の溝底部� ��表面粗度が、この溝底部の両側のフランジ� ��の表面粗度より大きい。それにより、上述� ��た摩擦分布を有する孔型ロールが得られる� ��

 例えば、図6に断面を示すように、絞り圧 延機用孔型ロールの孔型周長(管の周方向に� �定した孔型周面の長さ)5を管の周方向に3つ� �領域A、B、Cに3等分し、中央に位置し、孔型� ��最も深い孔型周長の中央を含んでいる領域B のみに対して孔型表面の粗面化加工を施すこ とにより、領域Bにおける摩擦力が領域A、Cに おける摩擦力よりも大きくなるようなロール 軸方向の摩擦分布を形成することができる。

 しかし、本発明はこのように、摩擦係数� ��分布領域が3等分される態様に限定するもの ではなく、ロール軸方向の中央を含む溝底部 の一部又は全部と、この溝底部に隣接する二 つのフランジ部(溝底部の残りを含んでいて� �よい)とに3つに分割されればよい。この場合 は、図3に示したような摩擦分布が形成され� �。

 領域Bに対する孔型表面の粗面化加工は、 例えば、中央部の領域B以外、すなわち領域B� ��両端に位置する二つの領域A、Cをマスキン� �してから、ショットブラスト加工により行� �ことができる。その他、グラインダを用い� �、例えば格子一辺の長さが3mmとなるように� �子状に表面疵を付ける方法や、後述する表� �凹凸を形成する機械加工を行う方法を用い� �もよい。

 本実施形態の絞り圧延機用孔型ロールは� ��孔型表面を、ロール軸方向に沿って表面粗� ��が前述したように変化するように加工する� ��とによって製造できる。このようなロール� ��面加工手段として、ショットブラスト加工� ��グラインダ加工が例示される。また、予め� ��械加工する方法として、ディンプル加工、� ��リッド加工等といった、ロール表面に機械� ��に表面凹凸を設ける加工手段が例示される� ��

 これらの表面加工手段を適宜組み合わせ� ��ことにより、ロール軸方向の中央を含む溝� ��部の少なくとも一部における表面粗度が、� ��の溝底部に隣接する両側のフランジ部にお� ��る表面粗度よりも大きくなるようにする。� ��ールの孔型表面をまず旋盤で切削して鏡面� ��に加工し、これに上述した各種の表面加工� ��段を付加することによって、孔型表面に凹� ��形状がロール軸方向に沿って変化する微小� ��凹凸を形成する。微視的には、この凹凸に� ��が引っ掛かることによって摩擦力が高まる� ��で、管との摩擦力がロール軸方向に変化す� ��摩擦分布が得られる。孔型表面が図4又は図 5に示したような徐々に変化するロール軸方� �の摩擦分布を有する孔型ロールを、機械加� �および/または表面加工により形成すること� ��可能である。

 本実施形態の絞り圧延機用孔型ロールは� ��ロール軸方向の中央を含む溝底部における� ��との摩擦力が、溝底部に隣接するフランジ� ��における管との摩擦力よりも大きいという� ��管との摩擦力がロール軸方向に一定でない� ��擦分布を有するので、特にフランジ側へ向� ��う方向のメタルフローを抑制することがで� ��、これにより、周方向の増肉分布が適正化� ��れ、角張りの発生が抑制される。

 なお、管の全周で周方向へのメタルフロ� ��を抑制することが望ましいのはいうまでも� ��いが、摩擦力を極端に低下すると被圧延材� ��ロールに噛み込まなくなるので、溝底部に� ��相応の摩擦力があるほうが望ましい。その� ��味で溝底部の中央でのロール表面の被圧延� ��との摩擦力は、平均で0.2以上であることが� ��ましい。

 本実施形態に係る絞り圧延機は、上述した� ��型ロールと、上述した摩擦分布を形成する� ��めの摩擦分布形成手段とにより構成される� ��
 摩擦分布形成手段は、孔型のロール軸方向� ��の中心を含む溝底部と、この溝底部に隣接� ��る両側のフランジ部とが異なる表面粗度を� ��するように加工することができる表面加工� ��置とすることができる。

 この表面加工装置は、孔型ロールを絞り� ��延機に組み込んだままで研削することがで� ��るオンラインロール研削装置もしくは表面� ��工装置であることが望ましい。絞り圧延機� ��孔型ロールの孔型の表面状態は孔型ロール� ��使用に伴って変化し、凸部が摩耗すること� ��より表面の凹凸(表面粗度)が次第に小さく� �る。そこで、本実施形態では、ロールパス� �とロール表面状態の変化との関係に基づい� �孔型のロール表面の凹凸の高さ又は深さが� �定値以下に減少する時点、若しくは偏肉の� �制効果が著しく減少する時点を経験的に把� �しておき、その経験値に基づいて研削タイ� �ングを決定し、この研削タイミングに基づ� �てオンラインロール研削装置もしくは表面� �工装置を用いて、オンラインで孔型ロール� �孔型に対して、溝底部の表面粗度、従って� �擦力がフランジ部より大きくなるように表� �加工を施す。この表面加工は通常は溝底部� �みに施せばよいが、必要であれば、フラン� �部に施すことも可能である。

 図7、8は、それぞれ、本実施形態で用い� �ことができるオンラインロール研削装置10、 11を模式的に示す説明図である。これらのオ� ��ライン研削装置10、11はいずれも例示であっ て、これら以外の構成でもオンラインで孔型 ロール12の孔型に沿ってロール表面を研削で� ��るものであれば使用できる。どちらの例も� ��管が通過しないタイミングで研削する。す� ��わち、通常の継目無管の製造工程では、絞� ��圧延機での圧延時間が5秒間前後であるのに 対して圧延ピッチは10秒~数十秒であるので、 5秒以上の待ち時間がある。その待ち時間に� �型表面を研削することができる。

 図7に示すオンラインロール研削装置10は� ��ロール切削に用いるのと同じ形状の砥石13� �用いて切削量をアクチュエーター14により調 整する。計算機15から出力される押込量に基� ��いてアクチュエーター14の押込量を制御す� �ことによりロール切削を開始し、アクチュ� �ーター14を使って砥石13を引き戻すことによ� ��ロール研削を終了する。

 本例に示すように、アクチュエーター14� �計算機15とをネットワークで接続し、アクチ ュエーター14の動きや動作タイミング等を計� ��機15から指示できるように構成することが� �ましい。

 一方、図8に示すオンラインロール研削装 置11は、板圧延で一般に用いられるオンライ� ��ロール研削装置16と、これをロール孔型方� �へ移動させるためのアクチュエーター17とか ら構成され、研削位置を2軸方向に制御可能� �ある。アクチュエーター17を使って砥石を押 し込むことにより切削を開始し、アクチュエ ーター17を使って砥石を引き戻すことにより� ��削を終了する。

 いずれの場合も、アクチュエーターを計� ��機にネットワークで接続し、アクチュエー� ��ーの動きや動作タイミングを計算機から指� ��できるようにすることが望ましい。また、� ��ずれの場合も、使用する研削装置は、孔型� ��ールの溝底部の少なくとも一部を研削でき� ��ように動作させ、この装置に装着した砥石� ��所望の表面粗度を付与できるようなものと� ��る。全てのスタンドのこのようなオンライ� ��研削装置を設けることが好ましいが、全ス� ��ンド又は複数スタンドで一台のオンライン� ��削装置を共有することも可能である。また� ��2種以上の砥石を使用して、溝底部の表面粗 度の方が大きくなるように溝底部とフランジ 部とに異なる表面を付与することもできる。

 なお、本実施形態では、本発明で示したロ� ��ル表面の摩擦分布を与える方法に加えて、� ��れでも角張りを防止しきれない場合には,従 来の設計技術に従って、圧延機全体のストレ ッチ、ロール回転数の設計等を適宜変更して 、角張りを抑制する効果を補助することが望 ましい。いずれかのスタンドで孔型ロールに 潤滑剤を塗布する場合、次に説明する実施形 態2とは異なり、潤滑剤は孔型ロールの表面� �均一に塗布すればよいが、実施形態2に説明� ��るように、潤滑剤の塗布量または種類を変� ��させてもよい。
(実施形態2)
 本実施形態の絞り圧延機用孔型ロールは、� ��に説明した実施形態1とは異なり、孔型ロー ルの孔型の表面粗度は、ロール軸方向の中央 を含む溝底部と、この溝底部に隣接する両側 のフランジ部とで同一でよい。すなわち、孔 型表面全体が一様な表面粗度を有するもので よい。代わりに、溝底部の少なくともロール 軸方向中央を含む一部におけるロール表面へ の潤滑剤の塗布量をフランジ部のロール表面 への塗布量より少なくする。その結果、孔型 表面は、溝底部における摩擦力がフランジ部 における摩擦力よりも大きくなるようなロー ル軸方向への摩擦分布を有する。

 このような摩擦分布は、潤滑剤の量では� ��く、その種類を変化させる、すなわち、フ� ��ンジ部にはより潤滑性の高い(減摩作用の大 きい)潤滑剤を、溝底部にはより潤滑性が低� �潤滑剤か、あるいは増摩剤を使用すること� �よっても得ることができる。すなわち、塗� �は潤滑剤と増摩剤とを含む少なくとも1種の� ��滑性調整剤により行うことができる。また� ��潤滑性調整剤の種類と量の両方を上記のよ� ��に変化させることも可能である。

 本実施形態の絞り圧延機では、摩擦分布� ��成手段として、溝底部の少なくともロール� ��方向中央を含む一部における潤滑性調整剤� ��塗布量及び/又は種類が、フランジ部におけ る潤滑性調整剤の塗布量及び/又は種類と異� �るように塗布することができる潤滑性調整� �塗布装置を備える。この潤滑性調整剤塗布� �置は、孔型ロールのロール軸方向での位置� �応じてムラをつけて孔型表面に潤滑性調整� �を例えば噴霧により塗布できるものであれ� �よい。

 例えば、潤滑性調整剤塗布装置は、潤滑� ��調整剤を吹き付ける潤滑性調整剤噴霧装置� ��、この潤滑性調整剤をロール表面へ確実に� ��着させるためにロール表面に存在するロー� ��冷却水を噴き飛ばす冷却水除去装置とを備� ��る。潤滑性調整剤噴霧装置は、潤滑性調整� ��を孔型のロール軸方向位置に応じて変化す� ��量で潤滑性調整剤を吹き付けることができ� ��か、又は一部の部位のみ(すなわち、ロール 軸方向中央を含む溝底部の少なくとも一部)� �潤滑性調整剤を吹き付けることができる装� �であればよい。

 図9は、この潤滑性調整剤噴霧装置の二つ の例(Type 1、Type 2)の構成を模式的に示す説� �図である。Type 1では、孔型ロールの孔型の� ��ランジ部をめがけて潤滑性調整剤を吹きつ� ��ることができる1系統の潤滑ノズルを備える 。潤滑性調整剤塗布量は調整弁により制御さ れる。一方、Type 2は、それぞれ独立した調� �ノズルを備えた潤滑ノズルを2系統備えてい� ��。すなわち、主にフランジ部に潤滑性調整� ��を吹きつける潤滑ノズルaと溝底部に潤滑性 調整剤を吹きつける潤滑ノズルbとを備え、� �滑性調整剤の種類および/または塗布量を互� ��に独立して制御することができる。もちろ� ��、調整弁を3系統以上備えることにより、孔 型のロール表面への潤滑性調整剤の塗布量を より細かく制御するほうが望ましい。

 潤滑性調整剤の塗布量を制御する調整弁� ��開き量は、手動で制御しても構わないが、� ��算装置と連結して、計算装置と連動して制� ��するほうが好ましい。また、複数系統の潤� ��ノズルを備える場合、系統毎に潤滑性調整� ��の種類を変えられるようにして、フランジ� ��ほど摩擦係数低減作用が大きい潤滑性調整� ��を塗布することがより望ましい。

 潤滑性調整剤としては、絞り圧延に一般� ��用いられる圧延用潤滑剤もしくは増摩剤が� ��用できる。孔型表面への潤滑性調整剤の塗� ��量は、ロール軸方向において変化させる、� ��えば、ロール軸方向の中央部(溝底部の少な くとも一部)には潤滑性調整剤を塗布しない� �、フランジ部の塗布量より少なくする(例、1 /3にする)ことが例示される。

 潤滑性調整剤としては、摩擦係数を高くす� ��ための増摩剤と、通常のロール潤滑で用い� ��れる「潤滑油」とを併用することが望まし� ��が、潤滑油のみでもよい。
 増摩剤としては、例えばシリコン粉体及び� ��リースベースのものが使用できる。潤滑油� ��しては、例えば合成エステル系のものが使� ��できる。これらの一般に使用される増摩剤� ��潤滑油とを、溝底部とフランジ部との間で� ��合比や種類を適宜変更して用いればよい。

 以上に説明した実施形態1および2のいず� �においても、肉厚等の異なる複数種類の管� �異なる条件で絞り圧延した場合には、その� �件で図2に示すような増肉量の変化を調べて� ��き、増肉分布を抑えるのに有効な孔型ロー� ��の孔型表面のロール軸方向の摩擦分布を決� ��する。この摩擦分布が得られるように、孔� ��表面のロール軸方向への表面粗度の分布又� ��潤滑性調整剤の塗布を行うことにより、角� ��りの直接的な発生原因である周方向への増� ��分布を著しく抑制でき、これにより角張り� ��発生を実質的に解消することができる。