JP2012223819A - 管材の突合せ接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で接合すべき管材の端部の断面形状を簡単に揃えることができて、接合不良や接合品質低下を改善することのできる管材の突合せ接合方法を提供する。
【解決手段】管材ＴＡ、ＴＢの端部Ｔ１同士を突合せ接合するに当たり、内周面を管材の外周面に対向させて管材の外周に配置されるリング状のケーシング１１と、外周面を管材の内周面に当接させて管材の内周に配置される内周側ローラ１２と、ケーシングの内周面と管材の外周面との間に圧接力を作用させることでケーシングの内周面を矯正型面として管材を塑性変形させる押圧手段と、管材と内周側ローラとを管材の軸線回りに相対的に回転させる回転手段とを備えた管材矯正装置を使用して、加工条件を揃えることにより、管材の接合すべき端部の断面形状を同一形状に整形し、その上で、同一断面形状に整形された管材の端部同士を突合せ接合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、２本の管材の端部を突合せ接合する方法に関する。

パイプラインや杭用に用いられる管材は、順次溶接等により突合せ接合することにより長尺体として構成している。この際、接合すべき管材の端部の形状が合致していないと、接合不良や品質不良を発生することがある。そのため、予め、管材の端部の断面形状の真円度を高めることが行われている。

管材の真円度を高める装置として、たとえば、特許文献１に記載された矯正装置が知られている。
この矯正装置は、管材の端部外周に当板を介して配置された第一の油圧シリンダと、管材の管路内に配置されるとともに第二の油圧シリンダにより管材の軸線方向につぶされたときに、管材の径方向に膨出する弾性体とを有している。矯正装置を使用する際には、まず、管材の形が歪んだ端部に第一の油圧シリンダにより荷重を作用させ、端部の形状を真円状態に保持する。管材の形状は、当板に接続された変位計により測定される。

次に、弾性体を管路内に配置して第二の油圧シリンダにより管材の軸線方向につぶすことで弾性体を管材の径方向に膨出させ、管材の円周方向の応力が降伏応力の１００〜１２０％になるように調節する。ここで、第一の油圧シリンダにより作用させている荷重を解除するとともに、第二の油圧シリンダにより作用させる荷重を増加させ、管材の円周方向の応力が降伏応力の１１０〜２００％になるように調節する。この状態で一定時間（たとえば、３０秒程）保持した後、第二の油圧シリンダの荷重を低下させて管材の矯正を終了する。

管材をこのように矯正することで、管材の円周方向の残留応力がほぼ均等に分布するため、端部が真円に矯正されるという。

特公昭６０−４５０１３号公報

しかしながら、特許文献１に記載された矯正装置は、両油圧シリンダを交互に作動させたり保持させたりと、様々な手順を経るため、矯正に要する時間が長くかかる問題がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、短時間で接合すべき管材の端部の断面形状を揃えることができて、接合不良や接合品質低下を改善することのできる管材の突合せ接合方法を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
請求項１の発明は、管材の端部同士を突合せて接合する管材の突合せ接合方法において、内周面を管材の外周面に対向させて管材の外周に配置されるリング状のケーシングと、外周面を管材の内周面に当接させて管材の内周に配置される内周側ローラと、前記ケーシングの内周面と前記管材の外周面との間に圧接力を作用させることで前記ケーシングの内周面を矯正型面として前記管材を塑性変形させる押圧手段と、前記管材と前記内周側ローラとを前記管材の軸線回りに相対的に回転させる回転手段とを備えた管材矯正装置を使用して、加工条件を揃えることにより、前記管材の接合すべき端部の断面形状を同一形状に整形し、その上で、同一断面形状に整形された前記管材の端部同士を突合せ接合することを特徴とする。

管材矯正装置を同じ加工条件で使用することにより、接合すべき管材の端部の断面形状をケーシングの内周面の形状に沿った同一形状に整形することが容易にでき、突合せ接合部の品質を向上させることができる。すなわち、管材の端部に与える塑性変形は、圧延と同様のメカニズムにより、内周側ローラおよびケーシングと管材との線接触領域での管材の板厚方向の圧縮変形が、体積一定則により管材の周方向への伸び変形に転換される。周方向への伸び変形は、その変形方向上にある、ケーシングの内周面により形状の拘束を受け、ケーシングの内周面の形状に倣って、管材の形状変形が進行する。従って、突合せ部の断面形状が精度よく揃うことにより、突合せ接合の容易化と突合せ接合部の品質向上が可能となる。

請求項２の発明は、請求項１において、前記管材の端部の周方向の所定位置に位置合わせ用マークを設けておき、その位置合わせマークを基準にして前記整形を行って、整形後に前記位置合わせマークを互いに合わせることで前記管材の周方向の位置合わせを行った上で、前記管材の端部同士を突合せ接合することを特徴とする。これにより、管材の端部同士の周方向の位置合わせが容易に行えるようになり、作業の容易化が可能になる。

請求項３の発明は、請求項１または２において、前記押圧手段が、前記内周側ローラを前記ケーシングに向かって前記管材の内周面に押し付けることにより、前記ケーシングの内周面と前記管材の外周面との間に圧接力を作用させることを特徴とする。これにより、内周側ローラに押圧力を与える押圧手段の作用で、管材の断面形状を適正に矯正することができる。

請求項４の発明は、請求項１または２において、前記押圧手段が、前記ケーシングを前記内周側ローラに向かって前記管材の外周面に押し付けることにより、前記ケーシングの内周面と前記管材の外周面との間に圧接力を作用させることを特徴とする。これにより、ケーシングに押圧力を与える押圧手段の作用で、管材の断面形状を適正に矯正することができる。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかにおいて、前記回転手段が、前記ケーシングの外側に配置されて自身の外周面を前記ケーシングの外周面に当接させた外周側ローラと、該外周側ローラを回転させることで前記ケーシングを介して前記管材に回転力与えるローラ駆動モータと、を有することを特徴とする。これにより、ケーシングを介して管材を内周側ローラと外周側ローラとでケーシングの径方向に挟んで変形させるので、矯正荷重が大きい場合でも、ケーシングの変形を抑えて精度良く管材の矯正ができる。

請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかにおいて、前記押圧手段による押し付け力を、前記管材の肉厚変化によらず定圧に制御する定圧制御手段を備えることを特徴とする。これにより、塑性変形に要する荷重が安定し整形精度が向上する。

請求項１の発明によれば、突合せ接合すべき管材の端部の断面形状を精度よく揃えることができ、突合せ接合の容易化と突合せ接合部の品質向上が図れる。

請求項２の発明によれば、管材の端部同士の周方向の位置合わせが容易に行えることで、作業の容易化が可能になる。

請求項３の発明によれば、内周側ローラに押圧力を与える押圧手段の作用で、管材の断面形状を適正に矯正することができる。

請求項４の発明によれば、ケーシングに押圧力を与える押圧手段の作用で、管材の断面形状を適正に矯正することができる。

請求項５の発明によれば、矯正荷重が大きい場合でも、ケーシングの変形を抑えて精度良く管材の矯正ができる。

請求項６の発明によれば、塑性変形に要する荷重が安定し整形精度が向上する。

本発明の実施形態の管材の突合せ接合方法の工程説明図である。 同突合せ接合方法に使用する管材矯正装置の第１例の一部を破断した側面図である。 図２中の切断線Ａ１−Ａ１の断面図である。 同突合せ接合方法に使用する管材矯正方法の説明用のフローチャートである。 同管材矯正方法により矯正される管材の例（ａ）、（ｂ）を示す斜視図である。 同管材矯正方法におけるケーシング（固定具）取り付け工程を説明する側面断面図である。 管材矯正装置の第２例の正面断面図である。 管材矯正装置の第３例の側面断面図である。 管材矯正装置の第４例の正面断面図である。 管材矯正装置の第５例の側面断面図である。 図１０中の切断線Ａ２−Ａ２の断面図である。 管材矯正装置の第６例の側面断面図である。 管材矯正装置の第７例の正面図である。 管材矯正装置の第８例の原理構成を示す正面図である。 管材矯正装置の第８例の側面図である。 管材矯正装置の第９例の側面図である。 管材矯正装置に使用されるケーシングの構成図で、（ａ）は組立状態の斜視図、（ｂ）はケーシングを構成する分割ピースのスライド機構の要部斜視図、（ｃ）は隣接する分割ピースをばらした状態を示す要部斜視図である。

以下、本発明に係る管材の突合せ接合方法（以下、単に「接合方法」とも称する。）を図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施形態の接合方法の工程説明図である。

この接合方法は、２本の管材ＴＡ（Ｔ）、ＴＢ（Ｔ）の端部Ｔ１同士を突合せ接合するに当たり、内周面１１ａを管材Ｔ（ＴＡ、ＴＢ）の外周面に対向させて管材Ｔの外周に配置されるリング状のケーシング１１と、外周面を管材Ｔの内周面に当接させて管材Ｔの内周に配置される内周側ローラ１２、１１２と、ケーシング１１の内周面１１ａと管材Ｔの外周面との間に圧接力を作用させることでケーシング１１の内周面１１ａを矯正型面として管材Ｔを塑性変形させる押圧手段（図１では矢印で代用）と、管材Ｔと内周側ローラ１２、１１２とを管材Ｔの軸線回りに相対的に回転させる回転手段（図示略）とを備えた管材矯正装置を使用して、加工条件を揃えることにより、図１（ａ）、（ｂ）のように、管材ＴＡ、ＴＢの接合すべき端部Ｔ１の断面形状（端部Ｔ１における管材Ｔの軸線に直交する平面による断面形状）を同一形状に整形し、その上で、図１（ｃ）のように、同一断面形状に整形された管材ＴＡ、ＴＢの端部Ｔ１同士を突合せ接合するものである。

整形に当たっては、予め、管材ＴＡ、ＴＢの端部Ｔ１の周方向の所定位置に位置合わせ用マーク（図示略）を設けておき、その位置合わせマークを基準にして端部Ｔ１の整形を行う。そして、整形後に位置合わせマークを互いに合わせることで、管材ＴＡ、ＴＢの周方向の位置合わせを行った上で、管材ＴＡ、ＴＢの端部Ｔ１同士を突合せ接合する。こうすることにより、管材ＴＡ、ＴＢの端部Ｔ１同士の周方向の位置合わせが容易に行え、突合せ接合作業の容易化が可能になる。

次に、本接合方法に用いられる管材矯正装置の具体的な例について説明する。
以下に述べる管材矯正装置は、管材の端部の真円度を矯正する装置であるが、本発明の接合方法においては、管材Ｔの端部Ｔ１の断面形状は、必ずしも真円に限らず、楕円形、多角形、四隅を丸くした矩形状などでもよい。つまり、管材の端部同士が同一断面形状になってさえいれば、突合せ接合に支障は生じないからである。矯正形状はケーシングの内周面の形状に大きく依存する。そこで、円形に整形したい場合は、内周面が円形のケーシングを用い、楕円形に整形したい場合は、内周面が楕円形のケーシングを用いる。ここで重要なことは、２つの管材の端部を同じケーシングで同一加工条件の元に整形することである。なお、図１の各要素の符号は、以下に説明する各材矯正装置の各要素と対応している。

まず、第１例の管材矯正装置を、図２から図９を参照しながら説明する。以下では、本管材矯正装置１が、管材Ｔにおける軸線Ｃ１方向における端部（軸領域）Ｔ１を矯正する場合を例にとって説明する。

第１例の管材矯正装置１は、リング状をなすとともに内周面１１ａが管材Ｔの端部Ｔ１の外周面に取り付けられるケーシング１１と、管材Ｔの端部Ｔ１の内周面に外周面が当接する内周側ローラ１２と、内周側ローラ１２を端部Ｔ１の内周面に押し付ける油圧ジャッキ（押圧手段）１３と、内周側ローラ１２に対してケーシング１１に取り付けられた管材Ｔを回転させる回転手段１５とを備えている。管材Ｔの軸線Ｃ１、ケーシング１１の軸線Ｃ２、内周側ローラ１２の軸線Ｃ３は、全て水平方向を向くように設定され、内周側ローラ１２は、管材Ｔの下端部の内周に配置されている。

ケーシング１１の内周面１１ａは、ケーシング１１の軸線Ｃ２方向に平行に見たときに、真円形またはほぼ真円形に形成されている。ケーシング１１は、鉄鋼などの金属で形成されている。なお、ケーシング１１の剛性は、管材Ｔの剛性より充分高いことが好ましい。ケーシング１１は、管材Ｔの端部Ｔ１と同軸か平行になるように取り付けられている。

ケーシング１１の内径は、管材Ｔの外径よりわずかに小さく設定されていて、ケーシング１１を管材Ｔに取り付けたときに管材Ｔがかしめられる、すなわち、ケーシング１１が固く密着した状態で端部Ｔ１に取り付けられることが好ましい。しかし、必ずしもケーシング１１の内径が管材Ｔの外径より小さく設定されていなくてもよく、ケーシング１１と管材Ｔの間の加重部以外の箇所に多少の隙間があく程度であってもよい。

管材矯正装置１は、板状に形成された機台２１を備えている。機台２１は、水平面Ｇ上に配置される。機台２１の上面には支持台２２が固定されていて、支持台２２の天板２３の下面には前述の油圧ジャッキ１３が取り付けられている。油圧ジャッキ１３は、本体１３ａとピストン１３ｂとを有していて、本体１３ａは油圧によりピストン１３ｂを、管材Ｔの軸線Ｃ１に対して直交する方向となる上下方向Ｚに移動させることができる。油圧ジャッキ１３は、内周側ローラ１２を管材Ｔの端部Ｔ１の内周面に押し付けることで、端部Ｔ１を塑性変形させることができるように出力が設定されている。

本例では、内周側ローラ１２は略円柱状に形成されている。内周側ローラ１２は、自身の中心軸線Ｃ３回りに回転可能となるようにピストン１３ｂの先端に取り付けられている。内周側ローラ１２は、中心軸線Ｃ３が管材Ｔの軸線Ｃ１と平行になるとともに、外周面が管材Ｔの端部Ｔ１の内周面に当接するように管材Ｔの管路内に配置されている。内周側ローラ１２の外径は、管材Ｔの内径より小さくなるように設定されている。内周側ローラ１２は、たとえば、鉄鋼などの表面に保護層を設けることで構成されている。

回転手段１５は、外周面がケーシング１１の外周面に当接する外周側ローラ１６と、外周側ローラ１６をその中心軸線Ｃ４回りに回転させるローラ駆動モータ１７と、管材Ｔが軸線Ｃ１回りに回転するように案内する一対のガイドローラ１８とを有している。

図２に示すように、外周側ローラ１６は、中心軸線Ｃ４がケーシング１１の軸線Ｃ２と平行になるように配置され、機台２１の上面に固定された回転台２４によって中心軸線Ｃ４回りに回転可能に支持されている。外周側ローラ１６は、図２に示すように、ケーシング１１のうち内周側ローラ１２に隣接する部分の径方向外側に配置されている。

なお、以下では、ケーシング１１の径方向を単に「径方向」、ケーシング１１の周方向を単に「周方向」とそれぞれ称する。本例では、内周側ローラ１２の鉛直下方に外周側ローラ１６が配置され、外周側ローラ１６と内周側ローラ１２との間にケーシング１１と管材Ｔが挟まれている。また、図２に示すように、ローラ駆動モータ１７は機台２１の上面に取り付けられている。

このように、本例では、回転手段１５は、管材Ｔを管材Ｔの軸線Ｃ１回りに回転させる駆動力を、ケーシング１１を介して管材Ｔに与えるように構成されている。

それぞれのガイドローラ１８は、自身の中心軸線Ｃ５がケーシング１１の軸線Ｃ２と平行になるとともに、外周面がケーシング１１の外周面に当接するように配置されている。ガイドローラ１８は、管材Ｔの軸線Ｃ１から、外周側ローラ１６の中心軸線Ｃ４までの距離と、ガイドローラ１８の中心軸線Ｃ５までの距離との差が、外周側ローラ１６の半径とガイドローラ１８の半径との差に等しくなるように配置されている。ガイドローラ１８は、機台２１の上面に固定された回転台２５によって中心軸線Ｃ５回りに回転可能に支持されている。外周側ローラ１６およびガイドローラ１８は、それぞれが金属や硬い樹脂などで略円柱状に形成されている。

次に、本例の管材矯正装置を用いた管材矯正方法を説明する。
図４に示すように、本管材矯正方法は、管材Ｔの端部Ｔ１にケーシング１１を取り付ける固定具取り付け工程Ｓ１と、内周側ローラ１２に対して管材Ｔを回転させて管材Ｔの形状を矯正する管材矯正工程Ｓ２とを備えている。

本管材矯正方法で矯正される管材Ｔは、たとえば、図５（ａ）に示すように、端部Ｔ１に局部的な凹部や凸部などの変形Ｔ２が存在するものや、図５（ｂ）に示すように、端部Ｔ１全体の断面形状が楕円形などの非円形のもので、真円度が低いものである。

まず、固定具取り付け工程Ｓ１において、図６に示すように、管材Ｔの端部Ｔ１の外周面にケーシング１１を取り付ける。このとき、管材Ｔの外径よりわずかに小さい内径を有するケーシング１１を選択する。様々な管材に対応するために、内径の異なる様々な仕様のケーシングを備えておくことが好ましい。

続いて、油圧ジャッキ１３により内周側ローラ１２を上方に移動させた状態で、ケーシング１１を取り付けた管材Ｔを移動させ、外周側ローラ１６および一対のガイドローラ１８の外周面をケーシング１１の外周面にそれぞれ当接させるとともに、管材Ｔの管路内に内周側ローラ１２を配置する。そして、油圧ジャッキ１３により内周側ローラ１２を下方に移動させて内周側ローラ１２を管材Ｔにおける端部Ｔ１の内周面に押し付けることで、管材Ｔの外周面とケーシング１１の内周面に圧接力を作用させ、それによりケーシング１１の内周面を矯正型面として管材Ｔの端部Ｔ１を塑性変形させる。それと同時に、ローラ駆動モータ１７を動作させて内周側ローラ１２に対して管材Ｔを管材Ｔの軸線Ｃ１回りに回転させる。このとき、内周側ローラ１２の中心軸線Ｃ３は、管材Ｔの軸線Ｃ１と平行になっている。

このように、端部Ｔ１の内周面全周にわたり内周側ローラ１２で矯正することで、変形部Ｔ２の変形度合が小さくなったり楕円形が修正されたりして、管材Ｔの真円度が矯正される。なお、管材Ｔを軸線Ｃ１回りに１回転させても矯正が不充分な場合には、管材Ｔを軸線Ｃ１回りに繰り返して回転させることで、管材Ｔの真円度をさらに向上させることができる。この場合の管材Ｔに発生する塑性変形は、圧延と同様のメカニズムにより、内周側ローラ１２およびケーシング１１と管材Ｔとの線接触領域での管材Ｔの板厚方向の圧縮変形が、体積一定則により管材Ｔの周方向への伸び変形に転換される。周方向への伸び変形は、その変形方向上にある、ケーシング１１の内周面１１ａにより形状の拘束を受け、ケーシング１１の内周面１１ａの形状に倣って、管材Ｔの形状変形が進行する。その結果、有効な矯正が行われる。

以上説明したように、本例の管材矯正装置１および管材矯正方法によれば、ケーシング１１で管材Ｔの端部Ｔ１の外周面を支持しながら内周側ローラ１２を端部Ｔ１の内周面に押し付けて端部Ｔ１を塑性変形させつつ、内周側ローラ１２に対して管材Ｔを軸線Ｃ１回りに回転させる。このため、管材Ｔの端部Ｔ１をケーシング１１の内周面１１ａに沿った真円の形状に矯正することができる。
また、ケーシング１１と管材Ｔとの間に圧接力を作用させつつ、管材Ｔを軸線Ｃ１回りに回転させることで管材Ｔを矯正するので、特許文献１に記載された従来の矯正装置に比べて、短時間で管材の真円度を矯正することができる。

回転手段１５は、管材Ｔを軸線Ｃ１回りに回転させる駆動力をケーシング１１を介して管材Ｔに与えるように構成されている。ケーシング１１の外径は管材Ｔの外径より大きくなるため、管材Ｔに大きなトルクを容易に作用させることができる。

回転手段１５は、外周側ローラ１６とローラ駆動モータ１７とを有する。ケーシング１１を介して管材Ｔを内周側ローラ１２と外周側ローラ１６とで径方向に挟んで変形させることで、矯正荷重が大きい場合でも、ケーシング１１の変形を抑えて精度良く管材Ｔの矯正ができる。

回転手段１５はガイドローラ１８を有するため、内周側ローラ１２に対して管材Ｔを管材Ｔの軸線Ｃ１回りに、より安定させて回転させることができる。管材矯正装置１は機台２１を備えるため、機台２１を水平面Ｇ上に配置することで、内周側ローラ１２の位置を固定した状態で、ケーシング１１が取り付けられた管材Ｔを軸線Ｃ１回りに回転させながら管材Ｔの端部Ｔ１の真円度を矯正することができる。また、ケーシング１１の剛性を管材Ｔの剛性より充分高く設定することで、管材Ｔの初期の残留応力や変形によらず、管材Ｔをケーシング１１の内周面１１ａに沿わせて均一に矯正することができる。

なお、以下の例に説明するように管材矯正装置１の構成を様々に変更することができる。

たとえば、図７に示す第２例の管材矯正装置２のように、内周側ローラ１２を、管材Ｔの軸線Ｃ１を対称の軸として複数（本例では２つ）備えるように構成してもよい。本例では、それぞれの内周側ローラ１２に対して、内周側ローラ１２を端部Ｔ１の内周面に押し付ける油圧ジャッキ１３が備えられている。管材矯正装置２をこのように構成することで、より短時間で、端部Ｔ１を円形に近い形状に矯正することができる。

また、図８に示す第３例の管材矯正装置３のように、前記第１例の管材矯正装置１における回転手段１５に代えて、回転手段３１を備えてもよい。この回転手段３１は、内周側ローラ１２を中心軸線Ｃ３回りに回転させるローラ駆動モータ３２を備えている。本例の回転手段３１は、管材Ｔを軸線Ｃ１回りに回転させる駆動力を内周側ローラ１２を介して管材Ｔに与えるように構成されている。管材矯正装置３をこのように構成することでも、内周側ローラ１２に対して管材Ｔを管材Ｔの軸線Ｃ１回りに回転させることができる。内周側ローラ１２により管材Ｔに直接駆動力を作用することで、たとえば、管材Ｔとケーシング１１との間に隙間がある場合であっても、管材Ｔを軸線Ｃ１回りにより確実に回転させることができる。

なお、管材矯正装置１にさらにローラ駆動モータ３２を備えることで、管材Ｔを内周側ローラ１２および外周側ローラ１６の両方により回転させてもよい。

図９に示す第４例の管材矯正装置４のように、管材矯正装置１において、内周側ローラ１２に対する下方における周方向の一方側に外周側ローラ１６を配置するとともに、周方向の他方側に１つのガイドローラ１８を配置してもよい。管材矯正装置４をこのように構成することで、１つの内周側ローラ１２と１つのガイドローラ１８とにより、内周側ローラ１２を下方から安定的に支持することができる。

なお、前記第１例〜第４例の管材矯正装置１〜４では、ガイドローラ１８は必須の構成要素ではない。内周側ローラ１２およびガイドローラ１８だけで、ケーシング１１が取り付けられた管材Ｔを安定的に支持できる場合もあるからである。

次に、第５例の管材矯正装置について説明する。前記の例と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。

図１０および図１１に示すように、第５例の管材矯正装置５は、管材Ｔを固定した状態で、管材Ｔの軸線Ｃ１回りに内周側ローラ１２が回転するように構成されている。本管材矯正装置５は、前記第１例の管材矯正装置１において機台２１が備えられておらず、回転手段１５に代えて回転手段４１を備えている。

回転手段４１は、中心軸線Ｃ４がケーシング１１の軸線Ｃ２と平行になるとともに、外周面がケーシング１１の外周面に当接するように配置された一対の外周側ローラ１６と、一対の外周側ローラ１６を中心軸線Ｃ４回りに同一方向にそれぞれ回転させるローラ駆動モータ１７とを有する。図１１に示すように、一対の外周側ローラ１６は、ケーシング１１のうち内周側ローラ１２に隣接する部分の径方向外側から互いに周方向の反対側に位置をずらしてそれぞれ配置されている。

本例では、ローラ駆動モータ１７は回転台２４に取り付けられ、回転台２４はさらに支持台２２に固定されている。そして、支持台２２に一体となった内周側ローラ１２、油圧ジャッキ１３、一対の外周側ローラ１６およびローラ駆動モータ１７が、ローラ駆動モータ１７を駆動することで、管材Ｔの軸線Ｃ１回りに回転する。

このように構成された管材矯正装置５によれば、簡単な構成で管材Ｔの端部Ｔ１の真円度を矯正することができる。さらに、一対の外周側ローラ１６を備えることで、外周側ローラ１６の間にケーシング１１を挟むように確実に支持するとともに、管材Ｔに対する内周側ローラ１２の回転力を高めることができる。

管材Ｔの外径が大きい場合など、管材Ｔを軸線Ｃ１回りに回転させることができない場合であっても、内周側ローラ１２を軸線Ｃ１回りに回転させることで管材Ｔの端部Ｔ１の矯正を行うことができる。

なお、図１２に示す第６例の管材矯正装置６のように、管材矯正装置５の回転手段４１に代えて、前述の回転手段３１、すなわちローラ駆動モータ３２を備えてもよい。管材矯正装置６をこのように構成することで、ローラ駆動モータ３２を駆動して内周側ローラ１２を中心軸線Ｃ３回りに回転させることで、管材Ｔに対して内周側ローラ１２を軸線Ｃ１回りに回転させることができる。

また、第５例の管材矯正装置５にさらにローラ駆動モータ３２を備えることで、内周側ローラ１２および外周側ローラ１６の両方により管材Ｔに対して回転するように構成してもよい。

次に、第７例の管材矯正装置に図１３を参照しながら説明する。前記各例と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。

第７例の管材矯正装置７は、前述のケーシング１１と、３つの内周側ローラ１２と、それぞれの内周側ローラ１２を径方向外側に付勢する押圧手段５１と、不図示の回転手段とを備えている。

押圧手段５１は、管材Ｔの端部Ｔ１において軸線Ｃ１上に配置される本体部５２と、本体部５２に対する径方向外側に軸線Ｃ１回りに周方向に等角度ごとに配置された３つの支持部材５３と、それぞれの支持部材５３と本体部５２とを接続する３つのバネ部材５４とを有する。

それぞれの支持部材５３は、内周側ローラ１２を内周側ローラ１２の中心軸線Ｃ３回りに回転可能に支持している。バネ部材５４は、内周側ローラ１２を端部Ｔ１の内周面に当接させた状態で、内周側ローラ１２を径方向外側に付勢するとともに、端部Ｔ１を塑性変形させるように調節されている。すなわち、内周側ローラ１２を端部Ｔ１の内周面に当接させたときバネ部材５４が端部Ｔ１に与える応力は、管材Ｔを形成する材料の降伏応力以上となるように設定されている。回転手段は、それぞれの内周側ローラ１２を中心軸線Ｃ３回りに同一方向に回転させる。

このように構成された第７例の管材矯正装置７が管材Ｔの端部Ｔ１を矯正する場合には、まず、固定具取り付け工程Ｓ１において、前記第１例と同様に、管材Ｔの端部Ｔ１の外周面にケーシング１１を取り付ける。

続いて、管材矯正工程Ｓ２において、端部Ｔ１の管路内に、本体部５２と一体となった内周側ローラ１２、支持部材５３およびバネ部材５４を配置する。そして、バネ部材５４により内周側ローラ１２を径方向外側に付勢して端部Ｔ１を塑性変形させつつ、回転手段によりそれぞれの内周側ローラ１２を回転させることで、全周にわたり端部Ｔ１の真円度を矯正する。

次に、第８例の管材矯正装置について図１４および図１５を参照しながら説明する。
前記第１〜第７例の管材矯正装置１〜７では、内周側ローラ１２を油圧ジャッキ１３により管材Ｔの内周面に押し付けることで、管材Ｔの外周面とケーシング１１の内周面との間に圧接力を作用させる場合を述べたが、図１４に示すように、第８例の管材矯正装置１０１では、油圧ジャッキ１１３により外周側ローラ１１６に上向きの押圧力を作用させることで、ケーシング１１を内周側ローラ１１２に向かって管材Ｔの外周面に押し付けるようにしている。従って、外周側ローラ１１６は上下移動可能とされ、内周側ローラ１１２は位置固定とされている。

以下では、本管材矯正装置１０１が、管材Ｔにおける軸線Ｃ１方向における端部（軸領域）Ｔ１を矯正する場合を例にとって説明する。
本管材矯正装置１０１は、図１４に原理構成を示すように、円形に形成された自身の内周面１１ａを管材Ｔの端部Ｔ１の外周面に対向させて管材Ｔの外周に配置されるリング状のケーシング１１と、管材Ｔの端部Ｔ１の内周面に外周面を当接させて管材Ｔの内周に配置される内周側ローラ１１２と、ケーシング１１の外周面に当接してケーシング１１に対して回転力を与えると共に上向きの押圧力を作用させる外周側ローラ１１６と、外周側ローラ１１６を回転駆動するローラ駆動モータ１１４（図１５参照。）と、ケーシング１１の外周面に当接してケーシング１１を支持するとともにケーシング１１の回転を案内する一対のガイドローラ１１８と、外周側ローラ１１６に上向きの押圧力を与える油圧ジャッキ（押圧手段）１１３と、を備えている。外周側ローラ１１６とローラ駆動モータ１１４とガイドローラ１１８は、管材Ｔと内周側ローラ１１２とを管材Ｔの軸線Ｃ１回りに相対的に回転させる回転手段１１５を構成している。

ここで、図１４および図１５に示すように、管材Ｔの軸線Ｃ１、ケーシング１１の軸線Ｃ２、内周側ローラ１１２の軸線Ｃ３、外周側ローラ１１６の軸線Ｃ４は、全て互いに平行で水平方向を向くように設定され、内周側ローラ１１２は管材Ｔの下端部の内周に配置され、外周側ローラ１１６は内周側ローラ１１２の鉛直下方に配置されている。

ケーシング１１の内周面１１ａは、ケーシング１１の軸線Ｃ２方向に平行に見たときに、真円形またはほぼ真円形に形成されている。ケーシング１１は、鉄鋼などの金属で形成されている。なお、ケーシング１１の剛性は、管材Ｔの剛性より充分高いことが好ましい。

ケーシング１１の内径は、管材Ｔの外径よりわずかに大きく設定されていて、ケーシング１１を管材Ｔの外周に配置して、外周側ローラ１１６でケーシング１１を支持したとき、ケーシング１１の上端部の内周と管材Ｔの上端部の外周との間にわずかに隙間があく程度にケーシング１１の内径が設定されている。

図１５に示すように、管材矯正装置１０１は機台１２１を備えている。機台１２１は、移動用の走行車輪１５１を備えており、水平面Ｇ上に配置されている。機台１２１の上面には支持台１２２が立設され、支持台１２２には、内周側ローラ１１２を支持する支持軸１４０の基部が軸線を水平に向けて固定されており、支持軸１４０の先端の細径部１４１の外周にベアリング１４２を介して、略円筒状に形成された内周側ローラ１１２が自身の中心軸線Ｃ３回りに回転自在に取り付けられている。なお、内周側ローラ１１２の外径は、管材Ｔの内径より小さくなるように設定されており、内周側ローラ１１２は、たとえば、鉄鋼などの表面に保護層を設けることで構成されている。

また、機台１２１には、固定フレーム１２３が設けられており、この固定フレーム１２３には、外周側ローラ１１６を支持する上下動フレーム１２４が上下方向スライド自在に支持されている。この上下動フレーム１２４は、上下動フレーム１２４の下方に配置した油圧ジャッキ１１３により上下させられるもので、この上下動フレーム１２４に、外周側ローラ１１６をベアリング１２６を介して回転自在に支持する支持軸１２５が固定されている。

外周側ローラ１１６には、外周側ローラ１１６と一体に回転できるようにギヤ１２７が取り付けられており、このギヤ１２７が、上下動フレーム１２４に軸受１３１を介して回転自在に支持された被駆動軸１３０と一体回転するギヤ１３２に噛み合っている。被駆動軸１３０は、回転継手１１９を介して、機台１２１に固定されたローラ駆動モータ１１４の駆動軸に連結されており、このローラ駆動モータ１１４の回転が、上下動フレーム１２４の上下動に拘わらず、回転継手１１９を介して被駆動軸１３０に伝達され、被駆動軸１３０に伝達された回転が、ギヤ１３２およびギヤ１２７を介して外周側ローラ１１６に伝達されるようになっている。また、油圧ジャッキ１１３により上下動フレーム１２４に伝えられた上下方向Ｚの押圧力は、支持軸１２５およびベアリング１２６を介して外周側ローラ１１６に伝達されるようになっている。

油圧ジャッキ１１３は、外周側ローラ１１６を介してケーシング１１を管材Ｔの端部Ｔ１の外周面に押し付けることで、ケーシング１１の内周面１１ａと管材Ｔの外周面との間に圧接力を作用させ、それにより、ケーシング１１の内周面１１ａを矯正型面として管材Ｔの端部Ｔ１を塑性変形させることができるように出力が設定されている。この油圧ジャッキ１１３の油圧供給路の途中には、図１４に示すように、油圧ジャッキ１１３によるケーシング１１に対する押し付け力を、管材Ｔの肉厚変化によらず定圧に制御する定圧制御手段としてのアキュムレータ１１７が介在されている。このアキュムレータ１１７は、油圧ジャッキ１１３のストローク変化による加重変動を吸収する機能を果たす。

このように、本例の管材矯正装置１０１では、回転手段１１５は、管材Ｔを管材Ｔの軸線Ｃ１回りに回転させる駆動力を、ケーシング１１を介して管材Ｔに与えるように構成されている。それぞれのガイドローラ１１８は、自身の中心軸線がケーシング１１の軸線Ｃ２と平行になるとともに、外周面がケーシング１１の外周面に当接するように配置されている。ガイドローラ１１８は、管材Ｔの軸線Ｃ１から、外周側ローラ１１６の中心軸線Ｃ４までの距離と、ガイドローラ１１８の中心軸線までの距離との差が、外周側ローラ１１６の半径とガイドローラ１８の半径との差に等しくなるように配置されている。外周側ローラ１１６およびガイドローラ１１８は、それぞれが金属や硬い樹脂などで略円柱状に形成されている。

このように構成された管材矯正装置１０１を使用して管材Ｔの端部Ｔ１の整形を行う管材矯正方法について説明する。管材Ｔを矯正する場合は、まず、管材Ｔの端部Ｔ１の外周にケーシング１１を配置すると共に、管材Ｔの端部Ｔ１の内周に内周側ローラ１１２を配置する。このとき、管材Ｔの外径よりわずかに大きい内径を有するケーシング１１を選択する。様々な管材に対応するために、内径の異なる様々な仕様のケーシングを備えておくことが好ましい。

続いて、外周側ローラ１１６および一対のガイドローラ１１８の外周面をケーシング１１の外周面にそれぞれ当接させる。そして、油圧ジャッキ１１３により外周側ローラ１１６を上方に移動させて、外周側ローラ１１６によりケーシング１１の内周面１１ａを管材Ｔの端部Ｔ１の外周面に押し付け、管材Ｔの外周面とケーシング１１の内周面に圧接力を作用させることにより、ケーシング１１の内周面１１ａを矯正型面として管材Ｔの端部Ｔ１を塑性変形させる。それと同時に、ローラ駆動モータ１１４を動作させて外周側ローラ１１６を回転させることにより、ケーシング１１を介して内周側ローラ１１２に対し管材Ｔを管材Ｔの軸線Ｃ１回りに回転させる。

このように、端部Ｔ１の外周面全周にわたりケーシング１１で矯正することで、変形部Ｔ２の変形度合が小さくなったり楕円形が修正されたりして管材Ｔの真円度が矯正される。なお、管材Ｔを軸線Ｃ１回りに１回転させても矯正が不充分な場合には、管材Ｔを軸線Ｃ１回りに繰り返して回転させることで、管材Ｔの真円度をさらに向上させることができる。この場合の管材Ｔに発生する塑性変形は、圧延と同様のメカニズムにより、内周側ローラ１２およびケーシング１１と管材Ｔとの線接触領域での管材Ｔの板厚方向の圧縮変形が、体積一定則により管材Ｔの周方向への伸び変形に転換される。周方向への伸び変形は、その変形方向上にある、ケーシング１１の内周面１１ａにより形状の拘束を受け、ケーシング１１の内周面１１ａの形状に倣って、管材Ｔの形状変形が進行する。その結果、有効な矯正が行われる。

以上説明したように、本例の管材矯正装置１０１によれば、ケーシング１１で管材Ｔの端部Ｔ１の外周面を支持しながら、外周側ローラ１１６によりケーシング１１を管材Ｔの端部Ｔ１の外周面に押し付けて端部Ｔ１を塑性変形させつつ、内周側ローラ１１２に対して管材Ｔを軸線Ｃ１回りに回転させる。このため、管材Ｔの端部Ｔ１をケーシング１１の内周面１１ａに沿った真円の形状に矯正することができる。

回転手段１１５は、管材Ｔを軸線Ｃ１回りに回転させる駆動力をケーシング１１を介して管材Ｔに与えるように構成されており、ケーシング１１の外径は管材Ｔの外径より大きくなるため、管材Ｔに大きなトルクを容易に作用させることができる。

回転手段１１５は、外周側ローラ１１６とローラ駆動モータ１１４とを有し、ケーシング１１を介して管材Ｔを内周側ローラ１１２と外周側ローラ１１６とで径方向に挟んで変形させることで、矯正荷重が大きい場合でも、ケーシング１１の変形を抑えて精度良く管材Ｔの矯正ができる。

回転手段１１５はガイドローラ１１８を有するため、内周側ローラ１１２に対して管材Ｔを管材Ｔの軸線Ｃ１回りに、より安定させて回転させることができる。管材矯正装置１０１は機台１２１を備えるため、機台１２１を水平面Ｇ上に配置することで、内周側ローラ１１２の位置を固定した状態で、ケーシング１１が配置された管材Ｔを軸線Ｃ１回りに回転させながら管材Ｔの端部Ｔ１の真円度を矯正することができる。また、ケーシング１１の剛性を管材Ｔの剛性より充分高く設定することで、管材Ｔの初期の残留応力や変形によらず、管材Ｔをケーシング１１の内周面１１ａに沿わせて均一に矯正することができる。

なお、第８例の管材矯正装置は、以下に説明するように構成を変更することができる。
たとえば、図１６に示す第９例の管材矯正装置１０２では、内周側ローラ１１２の支持軸１４０の細径部１４１の長さを延ばすと共に、外周側ローラ１１６を支持する固定フレーム１２３の位置を支持台１２２より離して、管材Ｔの端部Ｔ１より更に奥側の軸領域を矯正できるようにしている。

このように構成した場合、管材Ｔを矢印Ｘのように軸線方向に１回の矯正工程で処理できる軸領域ごとに管材矯正装置１０２に対して相対移動することにより、端部Ｔ１から内周側ローラ１１２および外周側ローラ１１６の届く範囲まで矯正することができ、整形荷重を同じくしながら整形範囲を拡大することができる。例えば、管材Ｔの端部Ｔ１から矯正加工を開始し、管材矯正装置１０２は固定したまま、整形幅分だけ、管材Ｔを管軸方向に矯正装置１０２側へ移動させ、再度矯正加工する。このサイクルを繰り返すことで、矯正荷重を変えることなく、整形幅を拡大することが可能となる。

また、ベアリング１４２を介して内周側ローラ１１２を取り付けていることから、内周側ローラ１１２の径を変更し、外周側ローラ１１６の高さを油圧ジャッキ１１３で調整することにより、管材Ｔの径や板厚の違いにも容易に対応することができる。

また、内周側ローラ１１２を更に小径化する場合は、細径部１４１側のベアリングを廃止して、支持軸１４０と支持台１２２の間にベアリングを配置して支持軸自体を支持台１２２に回転自在に支持し、細径部を直接内周側ローラとすることもできる。

次に、第１０例の管材矯正装置に使用するケーシング１１Ｂについて図１７を参照しながら説明する。
図１７はそのケーシングの構成図で、（ａ）は組立状態の斜視図、（ｂ）はケーシングを構成する分割ピースのスライド機構の要部斜視図、（ｃ）は隣接する分割ピースをばらした状態を示す要部斜視図である。

このケーシング１１Ｂは、前記第１例〜第９例の管材矯正装置のケーシング１１の代わりに使用することのできるものであり、周方向に複数（図示例では３つ）の同形状の分割ピース２０１に分割されている。分割ピース２０１の両端部には、両端で反対側となる軸方向の矩形状切欠２０２を入れることで、両端で反対側となる重なり片２０３が設けられている。そして、隣接する分割ピース２０１の重なり片２０３を重ね合わせることにより、一定径を有するリング状のケーシング１１Ｂが構成されるようになっている。

重なり片２０３には、位置決めピン２１０を貫通させる位置決め孔２０４と、調整ピン２２０を挿入する周方向に長い長孔２０５が設けられており、調整ピン２２０を長孔２０５に挿入した状態で位置決めピン２１０を外した状態にすることにより、分割ピース２０１を輪状に連結した状態で、長孔２０５と調整ピン２２０で規定される所定範囲だけ周方向にスライド自在に保持しておくことができる。この場合、長孔２０５と調整ピン２２０の組み合わせでスライド機構が構成されている。なお、位置決めピン２１０や調整ピン２２０にはボルトを用いており、ボルトの先端にナット２２１を螺合することにより、位置決めピン２１０や調整ピン２２０を抜け止めおよび締結することができる。位置決めピン２１０は、ケーシング１１Ｂの組立後に、形状を固定するためのものである。

このように、分割タイプのケーシング１１Ｂを用いた場合、着脱時間の短縮を図ることができる。また、調整ピン２２０を利用して分割ピース２０１スライドさせることにより、ケーシング１１Ｂを拡径させることができるので、ケーシング１１Ｂの脱着時や位置を変えるときに容易に移動させることができる。

以上説明したように構成された管材矯正装置によれば、簡単な構成で短時間で管材Ｔの端部Ｔ１の真円度を矯正することができる。

以上、各例の管材矯正装置について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更なども含まれる。さらに、各例で示した構成のそれぞれを適宜組み合わせて利用できることは、言うまでもない。

例えば、前記第１例〜第５例の管材矯正装置では、ケーシング１１の内径は管材Ｔの外径よりわずかに小さく設定されているとした。しかし、ケーシング１１の内径は管材Ｔの外径より大きく設定されていてもよい。この場合には、管材Ｔを矯正するときに端部Ｔ１が拡径されるように真円度が矯正される。

また、前記各例では、押圧手段として油圧ジャッキ１３、１１３を用いたが、押圧手段はこれに限ることなく、モータを有する電動ジャッキなどを適宜使用することができる。

また、前記各例の管材矯正装置に備えられる内周側ローラ１２、１１２の数には制限はなく、３つ以上備えられていてもよい。
そして、これまで説明してきた管材矯正装置を使用し、加工条件を揃えて一対の管材Ｔの端部Ｔ１の断面形状を同一形状に整形することで、端部Ｔ１同士を好適に突合せ接合することができる。

１、２、３、４、５、６、７、１０１、１０２ 管材矯正装置
１１、１１Ｂ ケーシング
１１ａ 内周面
１２、１１２ 内周側ローラ
１３、１１３ 油圧ジャッキ（押圧手段）
１５、３１、４１、１１５ 回転手段
１６、１１６ 外周側ローラ
１７、３２、１１４ ローラ駆動モータ
１８、１１８ ガイドローラ
２１ 機台
５１ 押圧手段
１１７ アキュムレータ（定圧制御手段）
２０１ 分割ピース
２０３ 重なり片
２０５ 長孔（スライド機構）
２１０ 位置決めピン
２２０ 調整ピン（スライド機構）
Ｃ１ 軸線
Ｔ、ＴＡ、ＴＢ 管材
Ｔ１ 端部

Claims (6)

1. 管材の端部同士を突合せて接合する管材の突合せ接合方法において、
   内周面を管材の外周面に対向させて管材の外周に配置されるリング状のケーシングと、外周面を管材の内周面に当接させて管材の内周に配置される内周側ローラと、前記ケーシングの内周面と前記管材の外周面との間に圧接力を作用させることで前記ケーシングの内周面を矯正型面として前記管材を塑性変形させる押圧手段と、前記管材と前記内周側ローラとを前記管材の軸線回りに相対的に回転させる回転手段とを備えた管材矯正装置を使用して、加工条件を揃えることにより、前記管材の接合すべき端部の断面形状を同一形状に整形し、その上で、同一断面形状に整形された前記管材の端部同士を突合せ接合することを特徴とする管材の突合せ接合方法。
2. 前記管材の端部の周方向の所定位置に位置合わせ用マークを設けておき、その位置合わせマークを基準にして前記整形を行って、整形後に前記位置合わせマークを互いに合わせることで前記管材の周方向の位置合わせを行った上で、前記管材の端部同士を突合せ接合することを特徴とする請求項１に記載の管材の突合せ接合方法。
3. 前記押圧手段が、前記内周側ローラを前記ケーシングに向かって前記管材の内周面に押し付けることにより、前記ケーシングの内周面と前記管材の外周面との間に圧接力を作用させることを特徴とする請求項１または２に記載の管材の突合せ接合方法。
4. 前記押圧手段が、前記ケーシングを前記内周側ローラに向かって前記管材の外周面に押し付けることにより、前記ケーシングの内周面と前記管材の外周面との間に圧接力を作用させることを特徴とする請求項１または２に記載の管材の突合せ接合方法。
5. 前記回転手段が、前記ケーシングの外側に配置されて自身の外周面を前記ケーシングの外周面に当接させた外周側ローラと、該外周側ローラを回転させることで前記ケーシングを介して前記管材に回転力与えるローラ駆動モータと、を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の管材の突合せ接合方法。
6. 前記押圧手段による押し付け力を、前記管材の肉厚変化によらず定圧に制御する定圧制御手段を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の管材の突合せ接合方法。

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