JP6259403B2 - 酸素溶断用ランスパイプの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、酸化反応熱を利用して対象材を切断あるいは穿孔する際に用いられる酸素溶断用ランスパイプの製造方法に関する。なお、本明細書では、「酸素溶断用ランスパイプ」を単に「ランスパイプ」という。

従前より、ガス切断や機械的切断では困難を伴う対象材（板厚の厚い鋼材など）を切断あるいは穿孔する際には、酸素溶断装置を用いた溶断を行っている。

酸素溶断装置は、内孔に酸素が送り込まれた金属製のランスパイプに対して、外部より一定以上の熱源を先端部に与えて、ランスパイプを溶融させ、内孔に送り込まれている酸素とランスパイプとで、連続的に酸化反応を起こさせて自己燃焼させ、その先端部の酸化反応熱によって対象材（被溶断物）を切断あるいは穿孔する溶断装置であり、対象材を溶断するランスパイプと、ランスパイプを保持するホルダと、ランスパイプに酸素を供給する酸素ボンベと、ランスパイプが保持されたホルダと酸素ボンベとを連結し、ランスパイプに酸素を案内する酸素ホースとを有している。

ランスパイプは、一般的に、外筒体（鋼管）の内部に、その外筒体の内周径より小さい外周径を有する線材（助燃材鋼）を、数本から数十本を組み合わせて挿入したものである（例えば特許文献１参照）。また、ランスパイプの助燃材として多孔管を有する異形管（特許文献２参照）、凹凸のある異形棒（特許文献３参照）を使用する場合もある。

このようなランスパイプの内部に送り込まれた酸素は、外筒体の内部に形成された空隙（酸素流通孔）を通って着火（溶融）した先端部に届き、その先端部において助燃材鋼及び外筒体（主燃材鋼）と酸素反応を連続的に起こし酸化反応熱を生じさせる。つまり、ランスパイプは、この酸化反応熱をもって対象材を切断あるいは穿孔するものである。

ところで、ランスパイプはその用途によって、外筒体の内部に形成された空隙（酸素流通孔）を通じた酸素流量を調整する必要がある。例えば、切断用のランスパイプでは、切断中に火が消えてしまわないようにある程度の酸素流量が必要である。これに対して穿孔用のランスパイプでは、穿孔中はその穿孔中の孔に酸素が滞留しやすく、また、穿孔中の孔の底部に対象材の溶融物が溜まってこれが熱源となるので、酸素流量が少なくても火が消える可能性は低い。むしろ、切断用のランスパイプでは酸素流量が多いとランスパイプの消耗が早くなるので、切断用のランスパイプに比べ酸素流量を少なくするのが一般的である。

そこで従来は、外筒体に挿入する助燃材の大きさや数量を変えることで外筒体の内部の空隙（酸素流通孔）の大きさを変え、これによって酸素流量の異なるランスパイプを製造していた。しかし、この従来の製造方法では、ランスパイプの用途（必要な酸素流量）ごとに、それぞれ異なる資材（助燃材等）を準備し、かつそれぞれ異なる製造工程によってランスパイプを作り分ける必要があるので、製造コストの増大を招いていた。

特開２０１１−９２９４８号公報 特開２０００−７１０６９号公報 実公昭５７−２９１３８号公報

本発明が解決しようとする課題は、酸素流量の異なるランスパイプを容易に製造（作り分け）できるランスパイプの製造方法を提供することにある。

本発明のランスパイプの製造方法は、円筒長尺状で金属製の外筒体と、前記外筒体の内部に挿入される長尺状で金属製の中芯体とを有し、前記中芯体の外周面には、周方向に沿って凸条部と凹条部とが交互に形成されている酸素溶断用ランスパイプの製造方法において、前記外筒体の内部に前記中芯体を挿入した後、前記外筒体の長手方向の少なくとも１箇所にて前記外筒体の外周面を中心部に向けて実質的に均等にプレスし、このときのプレス力を制御することにより、前記プレスされた箇所の断面視において前記外筒体の内周面と前記中芯体の外周面とで形成される空隙部の断面積を制御することを特徴とするものである。

このように本発明では、製造時のプレス力の制御により酸素流通孔となる空隙部の断面積を制御するので、酸素流量の異なるランスパイプを容易に製造（作り分け）できる。また、前記酸素流通孔となる空隙部は、中芯体の外周面に周方向に沿って形成されるところ、本発明では外筒体の外周面を中心部に向けて実質的に均等にプレスするので、各酸素流通孔（空隙部）の断面積が均等になり、各酸素流通孔（空隙部）の酸素流量の均等性が向上する。これにより、安定した溶断（切断あるいは穿孔）を行うことができる。さらに、前記プレスにより、そのプレス箇所において外筒体と中芯体とを固着（一体化）させることができるので、外筒体から中芯体が抜け出すことを防止できる。

本発明において前記プレスは、外筒体の長手方向の一方の端部又は両方の端部にて行うことが好ましい。具体的には、ランスパイプの先端と基端との区別が容易であるときは、基端側の端部をプレスし、ランスパイプの先端と基端との区別が付きにくいときは、先端側及び基端側の両方の端部をプレスすることが好ましい。すなわち、ランスパイプはその基端部をホルダで保持された状態で先端部から消耗するので、基端側の端部をプレスすることで、プレスによる酸素流量の制御効果が持続する。

また、本発明では外筒体として中芯体より軟質のものを使用するか、又は中芯体として外筒体より軟質のものを使用することが好ましい。このように外筒体及び中芯体の一方が他方より軟質であると、プレス時に軟質な方が優先的に変形するので、酸素流通孔となる空隙部の断面積の制御が容易となる。

なお、本発明では中芯体として、その断面略中央に軸心方向に沿って中空部が形成されているものを使用することができる。

以上のとおり本発明によれば、酸素流量の異なるランスパイプを容易に製造（作り分け）でき、これらのランスパイプの製造コストを大幅に低減できる。また、酸素流量の均等性を向上させることもでき、安定した溶断（切断あるいは穿孔）を実現できる。

本発明の製造方法で製造したランスパイプの一例を模式的に示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図１のランスパイプを製造するときのプレス工程を模式的に示す説明図である。 図２のプレス工程により得られたランスパイプの断面を示す写真で、左側より、プレス前、低圧プレス後、強圧プレス後である。 ランスパイプの基端側及び先端側の両方の端部をプレスした例を示す説明図である。 ランスパイプの一方の端部（基端側）が拡径し、その基端側の端部のみをプレスした例を示す説明図である。 本発明の製造方法で製造したランスパイプの他の例を模式的に示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 図４のランスパイプを製造するときのプレス工程を模式的に示す説明図である。 図５のプレス工程により得られたランスパイプの断面を示す写真で、左側より、プレス前、低圧プレス後、強圧プレス後である。 酸素溶断装置の構成を模式的に示す図である。

以下、図面に示す実施例に基づき、本発明の実施の形態を説明する。

その前に、本発明の製造方法で製造されたランスパイプが用いられる酸素溶断装置の概略構成について、図７を参照して説明する。

酸素溶断装置８は、ランスパイプ１内に送り込まれた高圧の酸素を先端側から噴出させておいて、その先端側に例えばアセチレン酸素切断機の切断炎を用いて着火してランスパイプ１の先端側を燃焼させて、ランスパイプ１の先端側における酸素との酸化反応熱により、耐火物や鋼材等の対象材Ｗ（被溶断物）の溶断や穿孔等を行うものである。

図９に示す酸素溶断装置８は、対象材Ｗを溶断するランスパイプ１と、ランスパイプ１を保持するホルダ９と、ランスパイプ１に酸素を供給する酸素ボンベ１１と、ランスパイプ１が保持されたホルダ９と酸素ボンベ１１とを連結すると共に、酸素ボンベ１１からの酸索をランスパイプ１に案内する酸素ホース１０とを有している。

酸素溶断装置８において、ランスパイプ１はホルダ９に着脱自在であって、ランスパイプ１が消耗した場合に新しいランスパイプ１に取り替えることができるようになっている。

以下、本発明の製造方法で製造したランスパイプ１の実施例を説明する。

（実施例１）
図１は、本発明の製造方法で製造したランスパイプ１の一例を模式的に示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

ランスパイプ１は、長尺の軸体であって、断面が丸状で長尺の外筒体２と、外筒体２の内部に挿入される中芯体３（助燃材鋼）とで構成されており、外筒体２の基端側から先端側に向かって酸素が供給され、供給された酸素と外筒体２及び中芯体３とにおける酸化反応熱を利用して、対象材Ｗを溶断するものである。

外筒体２は、金属製の管材で形成されていて、厚みが１ｍｍ〜５ｍｍ程度の薄肉のパイプ材である。

中芯体３は、外筒体２の内部に挿入可能な外周径を有した長尺状で金属製の異形棒材で形成されていて、外筒体２に挿入可能なように外周径が外筒体２の内周径と略同径である。この中芯体３は、助燃材鋼、すなわちランスパイプ１の燃焼を補助する鋼材としての機能を発揮する。

中芯体３の断面略中央には、軸心方向に沿って中空部３ａが形成されている。この中空部３ａは、ランスパイプ１の内部に送り込まれる酸素を、当該ランスパイプ１の先端から安定的かつ直線的に送出する主流孔（酸素流通孔）である。ランスパイプ１の先端から直線的に送出された酸素は、酸化反応熱によって対象材Ｗ（被溶断物）を溶融させて溶断すると共に、その溶融した対象材Ｗを外部に排出する。このように、中空部８が軸心方向に沿って直線的に形成されることで、ランスパイプ１の溶断性能を向上させている。

中芯体３の外周面には、周方向に沿って凸条部３ｂと凹条部３ｃとが交互に形成されている。これらの凸条部３ｂ及び凹条部３ｃは、中芯体３の基端側から先端側に亘って筋状（条）で形成されている。本実施例では、それぞれ８つの凸条部３ｂ及び凹条部３ｃが形成されている。

凸条部３ｂの頂部は、外筒体２の内周径とほぼ同径の外方膨出状の円弧となっており、中芯体３が外筒体２の内部に挿入される際に外筒体２の内周面に面接触するようになっている。なお、面接触といえども、凸条部３ｂの頂部（中芯体３の外周囲）と外筒体２の内周面との間には、若干の隙間（クリアランス）があってもよい。

凹条部３ｃは、断面視で略Ｕ字形状であり、かつその上方（外方）が放射状に開いた形状である。また、凹条部３ｃの底部は、外方膨出状の円弧、つまり中芯体３の外周囲と略同心円の円弧となっている。

この中芯体３が外筒体２の内部に挿入されると、外筒体２の内周面と中芯体２の外周面（凹条部３ｃ）とで、ランスパイプ１の長手方向に伸びる筋（条）状の空隙部４が形成される。この空隙部４は、上述した主流孔たる中空部３ａと共に酸素を流通させる副流孔（酸素流通孔）となる。

本発明では、この空隙部４（副流孔）の断面積をプレス加工によって制御することで、ランスパイプ１の酸素流量を制御する。具体的に本実施例では、ランスパイプ１の基端側の端部にプレス加工を施すことで、空隙部４（副流孔）の断面積を制御している。より具体的には、図１（ａ）中の符号４の箇所がプレスされた箇所（以下「プレス箇所」という。）であり、図１（ｂ）に示すように、プレス箇所５における空隙部４（副流孔）の断面積がプレス加工により縮小している。つまり、プレス加工時のプレス力を制御することにより、プレス箇所５における空隙部４（副流孔）の断面積を制御する。また、このプレス箇所５において、外筒体２と中芯体３とが固着（一体化）し、外筒体２から中芯体３が抜け出すのを防止している。なお、本実施例においてランスパイプ１の全長は３ｍで、プレス箇所５はランスパイプ１の基端から３〜５ｃｍの位置としている。

図２は、図１に示す本実施例のランスパイプ１を製造するときのプレス工程を模式的に示す説明図である。図２（ａ）に示すようにランスパイプ１のプレス箇所５において、６片のＲ型金型６を用いて外筒体２の外周面を中心部に向けて実質的に均等にプレスする。次いで、図２（ｂ）に示すようにランスパイプ１を軸心周りに３０度回転させ、同じプレス箇所５において、再び６片のＲ型金型６を用いて外筒体２の外周面を中心部に向けて実質的に均等にプレスする。これにより、ランスパイプ１のプレス箇所５の断面形状は図２（ｃ）（図１（ｂ））のようになる。

なお、図２のプレス工程において使用するＲ型金型の数は６片には限定されない。すなわち、外筒体の外周面を中心部に向けて実質的に均等にプレスできれば、Ｒ型金型の数は６片以外でもよい。また、図２のプレス工程では一度プレスした後、ランスパイプを３０度回転させてから再プレスするようにしたが、これは最初のプレスでＲ型金型間に生じた凸部をプレスするためのもので、この再プレスは必須ではない。一方、再プレスを行う場合、再プレスの前にランスパイプを回転させる角度は、使用するＲ型金型の数によって変わり、３０度には限定されない。要するに、最初のプレスでＲ型金型間に生じた凸部を再プレスでプレスできるようにランスパイプを回転させればよい。

図３は、図２のプレス工程により得られたランスパイプ１のプレス箇所５の断面を示す写真で、左側より、プレス前、低圧プレス後、強圧プレス後である。このように、プレス加工時のプレス力（プレス圧）を制御することにより、プレス箇所５における空隙部４（副流孔）の断面積が制御される。

図３において中央の断面形状は切断の用途に適し、右側の断面形状は穿孔の用途に適している。このように本発明によれば、プレス加工時のプレス力（プレス圧）を制御することにより、切断用と穿孔用のランスパイプを容易に作り分けることができる。また、本実施例では、外筒体２として中芯体３より軟質のものを使用したので、プレス時に外筒体２が優先的に変形する。したがって、プレス加工による空隙部４（副流孔）の断面積の制御が容易である。

本実施例において、プレス箇所５はランスパイプ１の基端側の端部の１箇所のみとしている。プレス箇所５が１箇所であっても、その箇所における空隙部４（副流孔）の断面積を制御することで、オリフィス効果により、空隙部４（副流孔）を通る酸素ガス流量を制御できる。プレス箇所５は複数とすることもできるが、少なくとも、基端側の端部をプレス箇所５とすることが好ましい。図７で説明したように、ランスパイプ１はその基端部をホルダ９で保持された状態で先端部から消耗するので、基端側の端部をプレスすることで、そのプレスによる酸素流量の制御効果が持続する。

ただし、図１のようにランスパイプ１が直管状であると、先端と基端との区別が付きにくい場合があるので、この場合は図４に示すように、先端側及び基端側の両方の端部をプレスすることが好ましい。なお、図４に示すランスパイプ１は全長が３ｍで、プレス箇所５はランスパイプ１の両端からそれぞれ４．５ｃｍの位置としている。

一方、図５に示すように一方の端部（基端側）が拡径している場合は、先端と基端との区別は容易であるので、基端側の端部のみをプレスすればよい。図５に示すランスパイプ１は全長が１．８ｍで、プレス箇所５はランスパイプ１の基端から８．５ｃｍの位置としている。

なお、上述の図４及び図５の例からもわかるように、プレスする「端部」の位置には、ある程度の幅がある。すなわち、本発明でいう「端部」とは、ランスパイプの形状等に応じて技術常識の範囲で「端部」という意味である。

（実施例２）
図６は、本発明の製造方法で製造したランスパイプ１の一例を模式的に示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。本実施例は、図１に示した先の実施例とは、プレス箇所５におけるプレス加工方法が異なるのみである。したがって、図４において図１と同じ構成には同じ符号を付し、その説明は省略する。

図７は、図６に示す本実施例のランスパイプ１を製造するときのプレス工程を模式的に示す説明図である。図７（ａ）に示すようにランスパイプ１のプレス箇所５において、外筒体２の周方向に沿って円盤状の加圧ロール７を移動させることで、外筒体２の外周面を中心部に向けて実質的に均等にプレスする。これにより、ランスパイプ１のプレス箇所５の断面形状は図７（ｂ）（図６（ｂ））のようになる。

図８は、図７のプレス工程により得られたランスパイプ１のプレス箇所５の断面を示す写真で、左側より、プレス前、低圧プレス後、強圧プレス後である。このように、プレス加工時のプレス力（プレス圧）を制御することにより、プレス箇所５における空隙部４（副流孔）の断面積が制御される。なお、図８において中央の断面形状は切断の用途に適し、右側の断面形状は穿孔の用途に適している。右側の断面形状において、副流孔たる空隙部は潰れているが、中央の主流孔（中空部）から酸素が供給されるので、穿孔用としては十分である。

以上の実施例では、中芯体３の中央に中空部３ａを設けてこれを主流孔としたが、本発明において中空部３ａ（主流孔）は必須ではない。本発明の特徴は、上述した空隙部４の断面積をプレスにより制御することで、ランスパイプの酸素流量を制御することにある。

１ランスパイプ
２外筒体
３中芯体（助燃材鋼）
３ａ 中空部（主流孔）
３ｂ 凸条部
３ｃ 凹条部
４ 空隙部（副流孔）
５ プレス箇所
６ Ｒ型金型
７ 加圧ロール
８ 酸素溶断装置
９ ホルダ
１０ 酸素ホース
１１ 酸素ボンベ
Ｗ 対象材（被溶断物）

Claims (5)

1. 円筒長尺状で金属製の外筒体と、前記外筒体の内部に挿入される長尺状で金属製の中芯体とを有し、前記中芯体の外周面には、周方向に沿って凸条部と凹条部とが交互に形成されている酸素溶断用ランスパイプの製造方法において、
   前記外筒体の内部に前記中芯体を挿入した後、前記外筒体の長手方向の少なくとも１箇所にて前記外筒体の外周面を中心部に向けて実質的に均等にプレスし、このときのプレス力を制御することにより、前記プレスされた箇所の断面視において前記外筒体の内周面と前記中芯体の外周面とで形成される空隙部の断面積を制御することを特徴とする酸素溶断用ランスパイプの製造方法。
2. 前記プレスは、前記外筒体の長手方向の一方の端部又は両方の端部にて行う、請求項１に記載の酸素溶断用ランスパイプの製造方法。
3. 前記外筒体として、前記中芯体より軟質のものを使用する、請求項１又は２に記載の酸素溶断用ランスパイプの製造方法。
4. 前記中芯体として、前記外筒体より軟質のものを使用する、請求項１又は２に記載の酸素溶断用ランスパイプの製造方法。
5. 前記中芯体として、その断面略中央に軸心方向に沿って中空部が形成されているものを使用する、請求項１から４のいずれかに記載の酸素溶断用ランスパイプの製造方法。