JP2015136727A - 管の製造方法及び管 - Google Patents

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Abstract

【課題】管の製造方法及び管において、内部に設けられた複数の孔同士に高いシール性能を確保することができる所定長さの管を提供する。
【解決手段】接続ピン300の第1挿入部301を第1の管本体100の第1孔101の端部に挿入して第2挿入部302を第2の管本体200の第1孔201の端部に挿入することで第1の管本体100と第2の管本体200とを位置決め連結する工程と、第1の管本体100と第2の管本体200の連結部の外周部及び接続ピン300が挿入された第1孔101,201の内周部を全周にわたって溶接する工程と、第1の管本体100の第1孔101と第2の管本体200の第1孔201の内部に残存する接続ピン300を除去する工程とを有している。
【選択図】図2

Description

本発明は、内部に長手方向に沿う複数の孔が形成された管を製造する管の製造方法、並びに、この管の製造方法により製造された管に関するものである。
内部に長手方向に沿う孔が形成された管を製造する方法としては、例えば、ドリルなどの工具により棒状部材の内部に孔を切削加工する方法が考えられる。しかし、棒状部材の長さが長く、形成する孔が小径であると、細くて長いドリルを使用することとなり、ドリルの回転時に、先端部が振れ回りしてしまい、高精度の孔を加工することが困難となる。そこで、所定の長さより短い棒状部材の内部に孔を切削加工し、孔が形成された棒状部材を直列に接合することで、内部に孔が形成された所定長さの管を製造することができる。
このような管の製造方法としては、例えば、下記特許文献に記載されたものがある。特許文献1に記載された流体圧成形管の製造方法は、複数の円筒状金属パイプを同軸的に突き合わせる一方、その突合せ部の内部に硬質の材料からなる厚肉円筒状裏当て治具を配置し、この裏当て治具により突合せ部を支持した状態で、回転工具をピンと一体的に高速回転させ、突合せ部に差し込み、周方向に相対移動させることにより、摩擦攪拌接合するものである。また、特許文献2に記載されたものは、下側のコラムの上端部にコラム裏当て金の第1嵌合部を嵌挿して固定し、コラム裏当て金の第2嵌合部に上側のコラムの下端部を外嵌して固定し、コラム裏当て金を介して上下のコラムを突き合わせた後、各コラムの端部同士を溶接して接続するものである。
特開2004−042049号公報 特開平11−216594号公報
上述した従来の管の製造方法にあっては、内部に複数の孔を有して高いシール性能が確保された管を製造することは困難である。即ち、従来は、2本の管を治具などにより端部を互いに突き合わせ、この突合せ部を外部から溶接して接合している。一方、内部に複数の孔を有する2本の管を接合する場合、各孔に治具などを挿入して端部を互いに突き合わせ、この突合せ部を外部から溶接して接合することとなる。すると、接合された管は、突合せ部で外周部が接合されているものの、各孔の周囲は端面同士が当接しているだけであることから、十分なシール性能が確保されていない。そのため、この管の各孔に異なる種類の流体を流通させた場合、管の接合部で流体の漏洩が発生し、異なる種類の流体同士が混ざり合ってしまうおそれがある。
本発明は、上述した課題を解決するものであり、内部に設けられた複数の孔同士に高いシール性能を確保することができる所定長さの管を製造する管の製造方法及び管を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するための本発明の管の製造方法は、複数の孔を有する第1の管本体と複数の孔を有する第2の管本体とを直列に接続する管の製造方法であって、接続ピンの一端部を前記第1の管本体の孔の端部に挿入して前記接続ピンの他端部を前記第2の管本体の孔の端部に挿入することで前記第1の管本体と前記第2の管本体とを位置決め連結する工程と、前記第1の管本体と前記第2の管本体の連結部の外周部及び前記接続ピンが挿入された前記孔の内周部を全周にわたって溶接する工程と、前記第1の管本体の孔と前記第2の管本体の孔の内部に残存する前記接続ピンを除去する工程と、を有することを特徴とするものである。
従って、各管本体の連結部の外周部及び接続ピンが挿入された孔の内周部を全周にわたって溶接することで、各孔の間が溶融部となって高いシール性能を確保することができ、また、各管本体の孔の内部に残存する接続ピンを除去することで、所定長さの管を容易に製造することができる。
本発明の管の製造方法では、前記第1の管本体の孔と前記第2の管本体の孔の内部に残存する前記接続ピンを前記第1の管本体の孔及び前記第2の管本体の孔と同径寸法に切削加工することを特徴としている。
従って、各管本体の孔をガイドとして利用することで、この孔の内部に残存する接続ピンを容易に除去することができ、接続ピンをこの孔と同径寸法に切削加工することで、所定長さの精度の高い孔を形成することができる。
本発明の管の製造方法では、前記第1の管本体及び前記第2の管本体は、前記各孔の端部に前記孔の内径より大きい嵌合孔が形成される一方、前記接続ピンは、前記第1の管本体及び前記第2の管本体の前記各孔に挿入される一対の挿入部と、前記一対の挿入部の間で前記第1の管本体及び前記第2の管本体の各嵌合孔に嵌合する嵌合部が設けられることを特徴としている。
従って、接続ピンの挿入部が各管本体の孔にそれぞれ挿入され、嵌合部が各管本体の各嵌合孔に嵌合することから、接続ピンを各管本体内に適正量だけ挿入することが可能となり、内部に接続ピンが配置されている各管本体を外周部から適正に溶接することができる。
本発明の管の製造方法では、前記第1の管本体と前記第2の管本体の連結部における溶接幅は、前記接続ピンにおける前記嵌合部の長さよりも大きく設定されることを特徴としている。
従って、接続ピンは、嵌合部が全て溶融部となることで、シール性能を確保することができる。
本発明の管の製造方法では、前記接続ピンは、中実に形成されることを特徴としている。
従って、接続ピンを中実とすることで、溶接時における各孔の溶融変形を防止することができる。
本発明の管の製造方法では、前記第1の管本体及び前記第2の管本体は、外周部側に周方向に所定間隔で複数の外周孔が形成され、前記第1の管本体と前記第2の管本体の連結部の外周部及び前記接続ピンが挿入された前記外周孔の内周部を全周にわたって溶接した後、前記第1の管本体及び前記第2の管本体の中心部を被溶融部まで切削加工することで中心孔を形成することを特徴としている。
従って、第1の管本体及び第2の管本体の中心部を被溶融部まで切削加工して中心孔を形成することで、第1の管本体と第2の管本体の接続部は全てが溶融部となり、シール性能を確保することができる。
また、本発明の管は、複数の孔を有する第1の管本体と複数の孔を有する第2の管本体とが直列に接続されると共に、前記第1の管本体と前記第2の管本体との接続部に全域にわたって溶融部が設けられることを特徴とするものである。
従って、所定の長さを確保することができると共に、内部に設けられた複数の孔同士に高いシール性能を確保することができる。
本発明の管の製造方法及び管によれば、接続ピンの一端部を第1の管本体の孔の端部に挿入して他端部を第2の管本体の孔の端部に挿入し、各管本体の連結部の外周部及び接続ピンが挿入された孔の内周部を全周にわたって溶接し、孔の内部に残存する接続ピンを除去することで管を製造するので、内部に設けられた複数の孔同士に高いシール性能を確保することができる所定長さの管を提供することができる。
図1は、本実施形態の管の製造装置を表す概略構成図である。 図2は、本実施形態の管の一部を切り欠いた正面図である。 図3は、管の断面図である。 図4は、本実施形態の管の製造方法を表す概略図である。 図5は、本実施形態の管の製造方法を表す概略図である。 図6は、図5のVI−VI断面図である。 図7は、本実施形態の管の製造方法を表す概略図である。 図8は、図7のVIII−VIII断面図である。 図9は、本実施形態の管の製造方法を表す概略図である。 図10は、本実施形態の管の製造方法を表す概略図である。 図11は、図10のXI−XI断面図である。
以下に添付図面を参照して、本発明に係る管の製造方法及び管の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。
図1は、本実施形態の管の製造装置を表す概略構成図である。
本実施形態の管の製造装置において、図1に示すように、管Pは、図示しない支持台に支持され、回転駆動部11により矢印方向に回転可能に支持されている。管Pの上方にレーザ溶接ヘッド12が配置されており、レーザ溶接ヘッド12は、光学系13とガスノズル14を有している。また、レーザ溶接ヘッド12は、光ファイバ15を介してレーザ発信器16が連結されている。
また、管Pの上方にレーザ溶接ヘッド12と並んで冷却ノズル17が配置されている。シールドガス供給部18は、第1配管19によりレーザ溶接ヘッド12に連結されると共に、途中から分岐した第2配管20により冷却ノズル17に連結されている。この場合、管Pの中心を通る鉛直線Oに対してレーザ溶接ヘッド12と冷却ノズル17が対象位置に配置されている。
センサ21は、管Pの回転速度及び回転位置を検出するものであり、制御装置22は、センサ21が検出した管Pの回転速度及び回転位置に基づいて回転駆動部11、レーザ発信器16、シールドガス供給部18を制御する。
従って、回転駆動部11は、管Pを回転する一方で、レーザ溶接ヘッド12は、光ファイバ15を介して伝送されるレーザ光を光学系13で集光し、レーザビームとして管Pの突き合わせ部に照射すると共に、溶接部(溶融部)の酸化を防止するシールドガスをガスノズル14から噴射する。また、冷却ノズル17は、シールドガスを噴射して溶接部を冷却する。
本実施形態の管の製造方法は、この管の製造装置を用いて内部に長手方向に沿う複数の孔が形成された管を製造するものである。
図2は、本実施形態の管の一部を切り欠いた正面図、図3は、管の断面図である。
管Pは、図2に示すように、複数(本実施形態では、9個)の孔101,102を有する第1の管本体100と、複数(本実施形態では、9個)の孔201,202を有する第2の管本体200とが直列に接続されると共に、各孔101,102と各孔201,202が同心状に連通し、第1の管本体100と第2の管本体200との接続部に全域にわたって溶融部(溶接部)Wが設けられている。ここで、溶融部とは、溶接部であって、母材が溶融した後に固化した領域である。
ここで、第1孔(外周孔)101,201は、各管本体100,200の中心Oから等距離に位置すると共に、互いに周方向に等間隔で位置する小径の孔である。また、第2孔(中心孔)102,202は、各管本体100,200の中心Oに位置する第1孔101,201より大径の孔である。
ここで、本実施形態の管の製造方法について詳細に説明する。
図4は、本実施形態の管の製造方法を表す概略図、図5は、本実施形態の管の製造方法を表す概略図、図6は、図5のVI−VI断面図、図7は、本実施形態の管の製造方法を表す概略図、図8は、図7のVIII−VIII断面図、図9は、本実施形態の管の製造方法を表す概略図、図10は、本実施形態の管の製造方法を表す概略図、図11は、図10のXI−XI断面図である。
本実施形態の管の製造方法は、複数の孔101を有する第1の管本体100と複数の孔201を有する第2の管本体200とを直列に接続する管の製造方法であって、接続ピン300の一端部を第1の管本体100の孔101の端部に挿入して接続ピン300の他端部を第2の管本体200の孔201の端部に挿入することで第1の管本体100と第2の管本体200とを位置決め連結する工程と、第1の管本体100と第2の管本体200の連結部の外周部及び接続ピン300が挿入された孔101,201の内周部を全周にわたって溶接する工程と、第1の管本体100の孔101と第2の管本体200の孔201の内部に残存する接続ピン300を除去する工程とを有する。
以下、本実施形態の管の製造方法を具体的に説明する。
図4に示すように、第1の管本体100は、複数の第1孔101が形成されると共に、接続する側の端部に第1孔101の内径より大きい嵌合孔103が形成されている。この嵌合孔103は、円盤形状をなし、第1孔101に連通すると共に、第1の管本体100における接続する側の端面104に開口している。一方、第2の管本体200は、複数の第1孔201が形成されると共に、接続する側の端部に第1孔201の内径より大きい嵌合孔203が形成されている。この嵌合孔203は、円盤形状をなし、第1孔201に連通すると共に、第2の管本体200における接続する側の端面204に開口している。第1の管本体100における第1孔101と嵌合孔103は、第2の管本体200における第1孔201と嵌合孔203と、同寸法となっている。
また、第1の管本体100は、各第1孔101より中心側の端面104に円柱形状をなす凸部105が形成されている。一方、第2の管本体200は、各第1孔201より中心側の端面204に円柱形状をなす凹部205が形成されている。
接続ピン300は、中実に形成され、第1の管本体100の第1孔101に挿入可能な第1挿入部301と、第2の管本体200の第1孔201に挿入可能な第2挿入部302を有している。また、接続ピン300は、一対の挿入部301,302の間で各管本体100,200の嵌合孔103,203にそれぞれ嵌合する嵌合部303を有している。この嵌合部303は、幅が各嵌合孔103,203の深さを合わせた寸法となっている。
まず、図5及び図6に示すように、接続ピン300の第1挿入部301を第1の管本体100の第1孔101の端部に挿入すると共に、嵌合部303の一部を第1の管本体100の嵌合孔103に挿入する。次に、接続ピン300の第2挿入部302を第2の管本体200の第1孔201の端部に挿入すると共に、嵌合部303の一部を第2の管本体200の嵌合孔203に挿入する。この場合、第1の管本体100及び第2の管本体200における全ての第1孔101,201に対して接続ピン300を挿入する。また、このとき、第1の管本体100の凸部105と第2の管本体200の凹部205が嵌合する。そのため、第1の管本体100と第2の管本体200とは、端面104,204同士が隙間なく密着し、第1孔101,201同士が同心状に連通するように、周方向及び径方向の位置決めがなされて連結される。
続いて、図1に示すように、管の製造装置を用いて、第1の管本体100と第2の管本体200を溶接して接続する。即ち、回転駆動部11により管Pを回転し、この状態で、レーザ溶接ヘッド12がレーザビームを管Pの連結部に照射することで、管Pを全周溶接する。このとき、図7及び図8に示すように、レーザ溶接ヘッド12は、第1の管本体100の端面104と第2の管本体200の端面204が隙間なく密着した連結部に対してレーザビームBを照射する。このとき、レーザ溶接ヘッド12によるレーザビームBの照射幅、つまり、第1の管本体100と第2の管本体200の連結部における溶接幅を、接続ピン300における嵌合部303の長さよりも大きく設定する。
また、レーザ溶接ヘッド12は、第1の管本体100と第2の管本体200の連結部の外周部から複数の第1孔101,201が形成された位置よりも中心側までレーザビームBを照射する。そのため、レーザ溶接ヘッド12によるレーザビームBの照射深さは、各管本体100,200の外周面から複数の第1孔101,201が形成された位置以上となり、第1の管本体100と第2の管本体200における接続ピン300が挿入された第1孔101,201の内周部を全周にわたって溶接することができる。
即ち、第1の管本体100と第2の管本体200の連結部は、接続ピン300の嵌合部303と共に溶融し、凸部105の外側一帯が溶接部(溶融部)Wとなる。
そして、図9に示すように、第1の管本体100の第1孔101と第2の管本体200の第1孔201の内部に残存する接続ピン300を除去する。このとき、各第1孔101,201をガイドとして図示しない切削工具を挿入し、且つ、長手方向に移動させることで、各第1孔101,201の内部に残存する接続ピン300を各第1孔101,201と同径寸法に切削加工する。つまり、切削工具を、例えば、第1孔101から第1孔201へ挿通することで、内部の接続ピン300だけでなく、接続ピン300が溶融固化した溶接部Wも切削加工する。
その後、第1の管本体100と第2の管本体200が接続され、第1孔101と第1孔201が全て連通すると、図10及び図11に示すように、第1孔101及び第1孔201の内側で、各管本体100,200の中心部に第2孔102,202を切削加工する。このとき、管本体100,200の中心Oから溶接部Wまで切削加工することで、第1の管本体100の凸部105と第2の管本体200の凹部205が除去されることとなる。
その結果、図2に示すように、複数の第1孔101,102を有する第1の管本体100と、複数の孔201,202を有する第2の管本体200とが直列に接続されると共に、各孔101,102と各孔201,202が同心状に連通し、第1の管本体100と第2の管本体200との接続部に全域にわたって溶接部(溶融部)Wが設けられた管Pが製造される。
このように本実施形態の管の製造方法にあっては、接続ピン300の第1挿入部301を第1の管本体100の第1孔101の端部に挿入して第2挿入部302を第2の管本体200の第1孔201の端部に挿入することで第1の管本体100と第2の管本体200とを位置決め連結する工程と、第1の管本体100と第2の管本体200の連結部の外周部及び接続ピン300が挿入された第1孔101,201の内周部を全周にわたって溶接する工程と、第1の管本体100の第1孔101と第2の管本体200の第1孔201の内部に残存する接続ピン300を除去する工程とを有している。
従って、各管本体100,200の連結部の外周部及び接続ピン300が挿入された第1孔101,201の内周部を全周にわたって溶接することで、各第1孔101,201の間が溶融部となって高いシール性能を確保することができ、また、各管本体100,200の第1孔101,201の内部に残存する接続ピン300を除去することで、所定長さの管Pを容易に製造することができる。
本実施形態の管の製造方法では、第1の管本体100の第1孔101と第2の管本体200の第1孔201の内部に残存する接続ピン300を第1の管本体100の第1孔101及び第2の管本体200の第1孔201と同径寸法に切削加工している。従って、各管本体100,200の第1孔101,201をガイドとして利用することで、この第1孔101,201の内部に残存する接続ピン300を容易に除去することができ、接続ピン300をこの第1孔101,201と同径寸法に切削加工することで、所定長さの精度の高い第1孔101,201を形成することができる。
本実施形態の管の製造方法では、第1の管本体100及び第2の管本体200は、各第1孔101,201の端部に第1孔101,201の内径より大きい嵌合孔103,203が形成される一方、接続ピン300は、第1の管本体100及び第2の管本体200の各第1孔101,201に挿入される一対の挿入部301,302と、一対の挿入部301,302の間で各管本体100,200の嵌合孔103,203に嵌合する嵌合部303が設けられる。従って、接続ピン300の挿入部301,302が各管本体100,200の第1孔101,201にそれぞれ挿入され、嵌合部303が各管本体100,200の各嵌合孔103,203に嵌合することから、接続ピン300を各管本体100,200内に適正量だけ挿入することが可能となり、内部に接続ピン300が配置されている各管本体100,200を外周部から適正に溶接することができる。
本実施形態の管の製造方法では、第1の管本体100と第2の管本体200の連結部における溶接幅を接続ピン300における嵌合部303の長さよりも大きく設定している。従って、接続ピン300は、嵌合部303が全て溶融して再び固化する溶融部となることで、シール性能を確保することができる。
本実施形態の管の製造方法では、接続ピン300を中実に形成している。従って、溶接時における各第1孔101,201の溶融変形を防止することができる。
本実施形態の管の製造方法では、第1の管本体100及び第2の管本体200は、外周部側に周方向に所定間隔で複数の第1孔101,201が形成され、第1の管本体100と第2の管本体200の連結部の外周部及び接続ピン300が挿入された第1孔101,201の内周部を全周にわたって溶接した後、第1の管本体100及び第2の管本体200の中心部を溶接部Wまで切削加工することで中心に第2孔102,202を形成する。従って、第1の管本体100及び第2の管本体200の中心部を溶接部Wまで切削加工して第2孔102,202を形成することで、第1の管本体100と第2の管本体200の接続部は全てが溶融して固化した溶接部Wとなり、シール性能を確保することができる。
また、本実施形態の管にあっては、複数の孔101,102を有する第1の管本体100と複数の孔201,202を有する第2の管本体200とが直列に接続されると共に、第1の管本体100と第2の管本体200との接続部に全域にわたって溶接部Wが設けられる。従って、所定の長さを確保することができると共に、内部に設けられた複数の孔101,102,201,202同士に高いシール性能を確保することができる。
なお、上述した実施形態では、複数の第1孔101,201を有する管本体100,200を接続した後、中心部に第2孔102,202を形成して管Pを製造したが、複数の第1孔101,201と中心部の第2孔102,202を有する管本体100,200を接続して管Pを製造してもよい。また、複数の孔101,102を有する第1の管本体100と複数の孔201,202を有する第2の管本体200とを直列に接続することとしたが、第2の管本体200にと複数の孔を有する第3の管本体を直列に接続してもよく、接続する管の本数は何本であってもよい。
また、上述した実施形態では、複数の第1孔101,201を有する管本体100,200を接続して管Pを製造する方法を説明したが、管本体100,200は、この形状に限定されるものではない。例えば、同径または異径の穴が中心ではない位置に形成された2つの管本体を接続して管Pを製造してもよい。
また、上述した実施形態では、第1の管本体100と第2の管本体200の各第1孔101,201に接続ピン300を挿入して連結し、第1の管本体100と第2の管本体200の連結部の外周部と、接続ピン300が挿入された各第1孔101,201の内周部とを溶融して接続したが、全ての穴に接続ピンを挿入する必要はなく、そして、接続ピンを挿入しない孔は内周部を溶融する必要もない。
また、上述した実施形態では、接続ピン300を挿入部301,302と嵌合部303とから構成したが、挿入部だけとしてもよい。
また、上述した実施形態では、第1の管本体100と第2の管本体200の接続方法としてレーザビーム溶接法を用いたが、この方法に限定されるものではない。例えば、電子ビーム溶接法、YAGレーザ溶接法、摩擦攪拌接合法などであってもよい。
100 第1の管本体
101 第1孔(外周孔)
102 第2孔(中心孔)
103 嵌合孔
104 端面
105 凸部
200 第2の管本体
201 第2孔(外周孔)
202 第2孔(中心孔)
203 嵌合孔
204 端面
205 凹部
300 接続ピン
301 第1挿入部
302 第2挿入部
303 嵌合部
P 管

Claims (7)

  1. 複数の孔を有する第1の管本体と複数の孔を有する第2の管本体とを直列に接続する管の製造方法であって、
    接続ピンの一端部を前記第1の管本体の孔の端部に挿入して前記接続ピンの他端部を前記第2の管本体の孔の端部に挿入することで前記第1の管本体と前記第2の管本体とを位置決め連結する工程と、
    前記第1の管本体と前記第2の管本体の連結部の外周部及び前記接続ピンが挿入された前記孔の内周部を全周にわたって溶接する工程と、
    前記第1の管本体の孔と前記第2の管本体の孔の内部に残存する前記接続ピンを除去する工程と、
    を有することを特徴とする管の製造方法。
  2. 前記第1の管本体の孔と前記第2の管本体の孔の内部に残存する前記接続ピンを前記第1の管本体の孔及び前記第2の管本体の孔と同径寸法に切削加工することを特徴とする請求項1に記載の管の製造方法。
  3. 前記第1の管本体及び前記第2の管本体は、前記各孔の端部に前記孔の内径より大きい嵌合孔が形成される一方、前記接続ピンは、前記第1の管本体及び前記第2の管本体の前記各孔に挿入される一対の挿入部と、前記一対の挿入部の間で前記第1の管本体及び前記第2の管本体の各嵌合孔に嵌合する嵌合部が設けられることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の管の製造方法。
  4. 前記第1の管本体と前記第2の管本体の連結部における溶接幅は、前記接続ピンにおける前記嵌合部の長さよりも大きく設定されることを特徴とする請求項3に記載の管の製造方法。
  5. 前記接続ピンは、中実に形成されることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の管の製造方法。
  6. 前記第1の管本体及び前記第2の管本体は、外周部側に周方向に所定間隔で複数の外周孔が形成され、前記第1の管本体と前記第2の管本体の連結部の外周部及び前記接続ピンが挿入された前記外周孔の内周部を全周にわたって溶接した後、前記第1の管本体及び前記第2の管本体の中心部を被溶融部まで切削加工することで中心孔を形成することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の管の製造方法。
  7. 複数の孔を有する第1の管本体と複数の孔を有する第2の管本体とが直列に接続されると共に、前記第1の管本体と前記第2の管本体との接続部に全域にわたって溶融部が設けられることを特徴とする管。
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