JP2839395B2 - 金属管の接合方法およびその装置 - Google Patents

金属管の接合方法およびその装置

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JP2839395B2
JP2839395B2 JP3213583A JP21358391A JP2839395B2 JP 2839395 B2 JP2839395 B2 JP 2839395B2 JP 3213583 A JP3213583 A JP 3213583A JP 21358391 A JP21358391 A JP 21358391A JP 2839395 B2 JP2839395 B2 JP 2839395B2
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chuck
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清水 横井
善郎 高松
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は金属管の接合方法およ
びその装置、特に長さが数十m以上で外径が1〜数mm程
度の、長尺かつ細径の金属管をスリーブ継手または突合
せ継手により接合する方法およびその装置に関する。こ
の発明は、光ファイバ被覆管など長尺かつ細径の金属管
の製造や、光ファイバが通された長尺かつ細径の金属管
の接続に用いられる。
【0002】
【従来の技術】長尺かつ細径の金属管の例としてとし
て、光ファイバ被覆管がある。この光ファイバ被覆管
は、たとえば外径が1.2mm、内径が0.9mmであり、
長さが数十kmも及ぶ。このような金属管は、外径2〜
25mm程度の金属管を延伸、縮径して1本の連続した管
として製造する。しかし、細径であるために延伸加工の
途中で断線しやすい。したがって、長さが数十m〜数km
程度の複数の管を接合している。接合部の内面側には溶
融金属の垂落ちや突出しはもちろんのこと、僅かな膨ら
みもあってはならない。光ファイバを管に通す際の障害
となるからである。このために、精度の高い溶接が要求
され、熱エネルギを接合部に集中することができ、出力
の調整が容易であるレーザ溶接が広く用いられている。
また、長尺かつ細径の金属管はスプールに巻き取られて
いるのが普通である。金属管を接続するには、二つのス
プールを巻き戻してそれぞれのスプールから金属管を繰
り出し、管端面を向かい合わせてスリーブ継手または突
合せ継手により2本の管を接合する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】管接合部の円周方向に
沿って溶接する場合、金属管が長尺であり、あるいはス
プールに巻き取られていると、管を回転することはでき
ない。したがって、従来では溶接ヘッドを管円周に沿っ
て回転しながら溶接していた。このために、溶接装置が
複雑となり、また作業が繁雑であった。
【0004】また、大気圧中で接合部を加熱して融着す
ると、融着部が酸化して接合不良が生じるので、従来で
は接合部の側方に配置したシールドガス吹付けノズルか
ら接合部にシールドガスを吹き付けながら融着してい
た。しかし、シールドガス吹付けノズルが1基ではシー
ルドガスの流れが管で妨げられてシールド部に陰ができ
る難点があり、これを避けるためにシールドガス吹付け
ノズルを2基以上にすると装置が大型になるという問題
がある。
【0005】この発明は、簡単な構造の装置により長尺
かつ細径の金属管を簡便に接合することができ金属管の
接合方法およびその装置を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明の金属管の接合
方法は、径方向に分離可能な割りチャックにより管端付
近またはスリーブを把持する。そして、管軸を回転中心
軸として割りチャックを回転し、管をねじりながら、か
管を取り囲む環状のガス流を形成するように管に沿い
加熱部に向かってシールドガスを吹き付けながら管端ま
たはスリーブ端を円周に沿って加熱溶融し、管を接合す
る。加熱源としてレーザ、プラズマ溶接熱源、ティグ溶
接熱源、電子ビームなどが用いられる。また、シールド
ガスとしてアルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスが用い
られる。
【0007】この発明の金属管の接合装置は、径方向に
分離可能であり、接合する管またはスリーブを把持する
割りチャック、割りチャックを回転可能に支持し、径方
向に分離可能な軸受、割りチャックを回転駆動する装
置、管接合部を加熱する装置、および管接合部をおいて
前記割りチャックに相対する位置にあって、径方向に分
離可能な管保持金具を備えている。上記管保持金具は、
保持した管との間に環状のガス流路が形成されるシール
ドガス噴出口を管接合部寄り端部に持っている。そし
て、上記ガス流路に通じるように管保持金具に加圧シー
ルドガス供給装置が接続されている。
【0008】割りチャックで管またはスリーブを把持す
るには、割りチャックをねじで締め付ける、割りチャッ
クに径方向の荷重を加えるなどする。加熱溶融にはレー
ザを用いる。割りチャックを回転するには、歯車伝動機
構、ベルト伝動機構またはチェーン伝動機構が用いられ
る。これらの動力源として、電動モーター、油圧モータ
ーなどが用いられ、また手動であってもよい。管を36
0度ねじって溶接してもよく、または少なくとも180
度ねじりながら溶接し、ついで逆方向に少なくとも18
0度ねじりながら溶接するようにしてもよい。
【0009】加圧シールドガス供給装置として、シール
ドガスが加圧されて充填されたボンベおよびシールドガ
スを所定の圧力に減圧して管保持金具に供給する圧力調
整弁などが用いられる。
【0010】
【作用】金属管は細径であるため、管軸を回転中心軸と
して管をねじることができる。したがって、溶接ヘッド
を固定した状態で、接合部を全周にわたって溶接するこ
とができる。割りチャックを構成する把持部材を互いに
径方向に押し付けて管を把持し、また径方向に分離して
管から取り外す。したがって、長尺またはスプールに巻
き取られた管に対しても着脱が容易である。
【0011】管保持装置は割りチャックに向かい合うよ
うにして間隔をおいて配置され、管を保持し、固定す
る。また、管保持金具に供給されたシールドガスは、環
状のガス流路を通って管保持金具の一端から接合部に向
かって噴射される。シールドガスは管に沿って流れるの
で、接合部全周に行きわたる。
【0012】
【実施例】図1は、この発明の金属管接合装置の一例を
示している。図面に示すように、上下に二つ割りの軸受
15が架台11に取り付けられている。軸受15は、架
台11に固着された半環状の下側メタル16と、架台1
1に対して着脱可能なカバー18に固着された上側メタ
ル17とからなっている。下側メタル16および上側メ
タル18は、それぞれ軸方向に間隔をおいて配置されて
いる。軸受15は、割りチャック21を回転可能に支持
する。
【0013】割りチャック21は、図2に示すように上
下に二つ割りとなった二つの把持部材21aおよび21
bから構成されている。割りチャック21の中央部は、
被動歯車22および段部23となっている。被動歯車2
2および段部23にそれぞれ続く部分は、上記軸受15
にはめ合う摺動部25となっている。被動歯車22およ
び段部23は下側メタル16および上側メタル17の端
面に接触し、割りチャック21が軸方向にずれないよう
になっている。二つの把持部材21aおよび21bは、
ねじ26により連結される。また、摺動部25から軸部
27が延びている。割りチャック21には、接合する金
属管1を把持する把持溝29が軸心に沿って貫通してい
る。図3に示すように、割りチャック21の先端寄りに
径方向に貫通するレーザ光導入孔31が設けられてお
り、レーザ光導入孔31から先端に向かって延びるスリ
ット32が切られている。また、レーザ光導入孔31の
位置で、把持溝29面に円周に沿う逃がし溝33が切ら
れている。
【0014】減速機付きの電動モーター35が架台11
に取り付けられており、モーター35の出力軸36に駆
動歯車38が固着されている。駆動歯車38は上記被動
歯車22にかみ合っている。
【0015】架台11には、スタンド13を介して管保
持金具41が支持されている。図4に示すように、管保
持金具41は、上下に二つ割りの円筒状本体42からな
っている。円筒状本体42の下側部材43は、スタンド
13に固着されている。円筒状本体42には接合する金
属管1を把持する把持フランジ46が後端寄りに設けら
れている。下側部材42と上側部材44とで金属管1を
把持した状態では、金属管1と円筒状本体42との間に
環状のガス流路48が形成され、ガス流路48の先端寄
りの部分は狭くなってシールドガス噴出口49となって
いる。上側部材44の中央部にはガス導入口51が設け
られてており、ここにシールドガス供給管53が接続さ
れている。シールドガス供給管53には、圧力調節弁5
5を介してガスボンベ57が接続されている。ガスボン
ベ57には加圧されたアルゴンガスが充填されている。
図に示すように割りチャック11は接合する一方の管1
を把持し、管保持金具41は他方の管1を把持する。
【0016】さらに、架台11に隣接して溶接ヘッド6
1が配置されている。溶接ヘッド61には、YAGレー
ザ発振器から光ファイバ(いずれも図示しない)を介し
てYAGレーザ光が導かれる。
【0017】上記接合装置により、次のようにして管を
接続する。接続する管は、ステンレス鋼管(SUS30
4 外径1.2mm,内径0.8mm)である。接続する管
1の端面に頂角120゜の円錐の錐を押し当てて回転さ
せ、図5に示すように管端部2をあらかじめフレア状に
広げ、端面3を管軸に垂直な面で切削し、研磨してお
く。
【0018】接続する2本の管1を突き合わせ、フレア
状に広がった管端部2が前記逃がし溝33に位置するよ
うにして、2本の管1を割りチャック21により挟む。
そして、ねじ26を締めて管1を強固に把持する。つい
で、レーザ光導入孔31を通してYAGレーザ光を照射
して接合部5を仮付けする。このとき、割りチャック2
1を回転して管1をねじり、YAGレーザ光を90゜間
隔で1パルスずつ接合部5に照射してスポット溶接を行
う。また、管1の一つを管保持金具41で保持し、管保
持金具41のシールドガス噴出口49からシールドガス
を噴出させる。シールドガスの流量は、25 l/minであ
る。シールドガスは割りチャック21の先端部のスリッ
ト32から接合部5に至り、溶接部をシールする。この
ようにして2本の管1の仮付けが終わると、割りチャッ
ク21を緩め、仮付け部を割りチャック21の外側に引
き出し、一方の管1を割りチャック21により把持し、
他方の管1を管保持金具41で把持する。そして、モー
ター35を駆動して割りチャック21を回転し、管1を
ねじりながら管接合部5をレーザ溶接する。割りチャッ
ク21は1回転し、接合が終わったならば逆方向に1回
転して管1のねじれを除く。このときも、仮付け溶接と
同様に管保持金具41のシールドガス噴出口49からシ
ールドガスを接合部5に向かって噴出させる。
【0019】つぎに、スリーブ継手による管の接合につ
いて説明する。この実施例では、管内に光ファイバ(外
径0.25mm)を通したステンレス鋼管(SUS304
外径1.2mm,内径0.8mm)を接続する。スリーブ
は長さ640mmのステンレス鋼管(SUS304 外径
1.7mm,内径1.3mm)である。
【0020】スリーブ継手による管接合装置は、割りチ
ャックが異なっている。割りチャックは、先端部にレー
ザ光導入孔、スリットおよび逃げ溝が設けられていな
い。
【0021】管1を接合する前に、一方の管1にスリー
ブ7をかぶせた状態で、両方の管1からそれぞれ露出し
た光ファイバ9の先端どうしを融着する。ついで、重ね
代が20mm程度となるようにスリーブ7の両端にそれぞ
れ管1をセットする。スリーブ7の先端部をかしめ、管
1にスリーブ7を固定する。割りチャック21よりスリ
ーブの先端部が数mm程度突き出るようにして、割りチャ
ック21によりスリーブを把持する。また、管保持金具
41により管1を保持する。そして、スリーブの先端部
を突合せ溶接と同様にしてレーザ溶接する。
【0022】
【発明の効果】この発明の金属管の接合方法およびその
装置では、溶接ヘッドを固定した状態で、管を把持した
割りチャックを回転させて管をねじりながら接合部を全
周にわたって溶接する。したがって、簡単な構造の装置
により長尺かつ細径の金属管を簡便に接合することがで
きる。
【0023】さらに、この発明の金属管の接合装置で
は、管保持金具は管の保持とともに接合部に向かってシ
ールドガスを噴射するノズルとしても作用する。噴射さ
れたシールドガスは管に沿って流れるので、接合部全周
に行きわたる。したがって、シールドガス吹付けノズル
としては1基で済ませることができ,接合装置の簡便化
および小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の金属管接合装置の一例を示す一部断
面側面図である。
【図2】図1の装置に取り付けられる割りチャックの斜
視図である。
【図3】上記割りチャックの先端部の詳細図である。
【図4】管保持金物の断面図である。
【図5】フレア状に加工した管先端部の断面図である。
【符号の説明】
1 金属管 32 スリット 5 接合部 33 逃がし溝 7 スリーブ 35 モーター 9 光ファイバ 38 駆動歯車 11 架台 41 管保持金具 15 軸受け 49 シールドガス噴出
口 21 割りチャック 53 シールドガス供給
管 22 被動歯車 57 ガスボンベ 29 把持溝 61 溶接ヘッド 31 レーザ光導入孔
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI B23K 15/04 B23K 15/04 26/00 310 26/00 310J (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 37/053 B23K 9/028 B23K 9/16 B23K 10/02 B23K 15/00 B23K 26/00 実用ファイル(PATOLIS) 特許ファイル(PATOLIS)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 管端面を向かい合わせて2本の金属管を
    突合せ継手またはスリーブ継手により接合する方法にお
    いて、径方向に分離可能な割りチャックにより管端付近
    またはスリーブを把持し、管軸を回転中心軸として割り
    チャックを回転し、管をねじりながら、かつ管を取り囲
    む環状のガス流を形成するように管に沿い加熱部に向か
    ってシールドガスを吹き付けながら管端またはスリーブ
    端を円周に沿って加熱溶融し、管を接合することを特徴
    とする金属管の接合方法。
  2. 【請求項2】 管端面を向かい合わせて2本の金属管を
    突合せ継手またはスリーブ継手により接合する装置にお
    いて、径方向に分離可能であり、接合する管またはスリ
    ーブを把持する割りチャック、割りチャックを回転可能
    に支持し、径方向に分離可能な軸受、割りチャックを回
    転駆動する装置、管接合部を加熱する装置、および管接
    合部をおいて前記割りチャックに相対する位置にあっ
    て、径方向に分離可能な管保持金具を備えており、管保
    持金具は保持した管との間に環状のガス流路が形成され
    るシールドガス噴出口を管接合部寄り端部に備えてお
    り、前記ガス流路に通じるように管保持金具に加圧シー
    ルドガス供給装置が接続されていることを特徴とする金
    属管の接合装置。
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