JP6996931B2 - 溝付き金属管の製造装置及び方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えば電縫管製造装置により、管外周面の周方向に間隔をあけた複数個所に、管長手方向に延びる凹溝を有する金属管を製造する溝付き金属管の製造装置、及び方法に関する。

電縫管製造装置により製造される電縫管は種々の用途に広く用いられている。
電縫管に凹部を形成する方法として特許文献１の「エンボス模様を有する角形金属素管の成形方法」がある。この特許文献１には、角形金属管の両側面に管長手方向に間隔をあけて矩形の凹部（エンボス）を形成することが示されている。
特許文献１の角形金属管の前記矩形の凹部は、梱包した鋼材を床面に直接でなく隙間をあけて置くためのスキッド（枕木）としの用途を想定していることから、図２１に示すように角形金属管３１の径方向（辺長方向）に細長い矩形の凹部３０を間隔をあけて形成して、床に枕木として置いた角形金属管の径方向に加わる圧潰荷重に対する強度を高めている。
なお、従来、管長手方向に伸びる凹溝を有する鋼管等の金属管を電縫管製造装置により製造することは行われていない。

電縫管製造装置において角形金属管を製造する場合、図２０に示すように、複数段（図示例では４段）のブレークダウンロール（ＢＤＲ）で円弧状に湾曲成形し、次いで複数段（図示例では３段）のフィンパスロール（ＦＰＲ）で両エッジが接近したほぼ円形状（開放円形）に成形し、続くスクイズロール（ＳＱＲ）と高周波溶接機とによる溶接工程にて両エッジを突き合わせ溶接して円形管にし、次いで複数段のサイジングロール（ＳＺＲ）による整形工程及び矯正用のタークスヘッドロール（ＴＨＲ）により角形金属管を製造する。

特開昭６０－１１１７１８

前記の通り、管長手方向に伸びる凹溝を有する鋼管等の金属管を電縫管製造装置により製造することは行われていないが、鋼管等の金属管に管長手方向に伸びる凹溝を形成すると、断面機能を高めるために有効である。特に、柱材に用いる角形鋼管の４面に管長手方向に伸びる凹溝を形成すると、断面機能を高める効果は高い。

ところで、鋼管等の金属管の外面の周方向に間隔をあけた複数箇所に管長手方向に延びる凹溝を形成する手段として、球体を持つ管外機構と前記球体に対応する箇所に溝状凹部を有して金属管内に配置される中子とにより、金属管の外周に凹溝を形成する溝付き金属管の製造方法及び装置が本出願人のもとで特許出願されている(特願2016-073758)。
管外の球体と管内の中子とで金属管外周に凹溝を形成するこの溝付き金属管製造方法は、極めてコンパクトかつシンプルであり、溝付き金属管製造装置としてスペースが狭く済み、設備費も安く済むものであるが、さらなる改良が望まれる。
この溝付き金属管の製造方法及び装置では、金属管内に配置される中子を保持する手段として、電縫管製造装置にて溝付き金属管を製造する場合には、フィンパスロール領域におけるほぼ円形湾曲状態の金属板の内側に配置した固定部（例えば溶接装置の一部を構成するインピーダ（図２に符号１３で示したもの））に棒状体の後端を連結し、その先端に中子を取り付ける中子保持手段を採用している。
しかし、この中子保持手段では管内に配置させる棒状体がかなり長いものとなり、その取付け作業、その他の取り扱いが煩雑になるので、極力省略できることが望まれる。

本発明は上記背景のもとになされたもので、鋼管等の金属管の外面の周方向に間隔をあけた複数箇所に管長手方向に延びる凹溝を形成する装置として、球体と中子とを用いる手段を採用することで、コンパクトかつシンプルで、スペースが狭く済み、設備費も安く済む装置及び方法を提供することを目的とし、特に、管内に配置する長い棒状体で中子を保持する等の中子保持手段が不要な溝付き金属管の製造装置及び方法を提供にすることを目的とする。

上記課題を解決する請求項１の発明は、管長手方向に駆動される金属管の外面の周方向に間隔をあけた複数箇所に管長手方向に延びる凹溝を有する溝付き金属管の製造装置であって、
回転自在に保持された球体が管外面を押す態様で周方向に間隔をあけて設けられる複数の管外機構と、
管内面に沿う断面形状の短尺の棒状をなし、前記管外機構に対応する管長手方向位置で、かつ、管内面に接触する以外の拘束力を受けない態様で管内に配置される中子とを備え、
前記中子は、前記各管外機構の球体にそれぞれ対向する位置から金属管駆動方向前方側に位置して、前記各球体に対応する形状の複数の溝状凹部を有する溝付き断面部と、前記溝付き断面部より金属管駆動方向後方側に位置して、管内面の輪郭に合わせた断面形状をなす溝なし断面部とを有し、
前記各溝状凹部における溝の始まる溝端近傍は半球凹面状をなしており、この溝端半球凹面部と前記溝なし断面部との境界近傍に設けた凹所に、前記溝端半球凹面部の表面からその一部が突出する態様で回転自在なローラを備えたことを特徴とする。

請求項２は、請求項１の溝付き金属管の製造装置において、前記ローラはその両側に一体の軸部を有し、前記中子の前記凹所は、平面視でローラの本体部と軸部とが収容される輪郭形状の凹所であり、前記ローラは、前記凹所に収容された前記軸部にて回転自在に支持されていることを特徴とする。

請求項３は、請求項１又は２の溝付き金属管の製造装置において、前記中子の前記溝なし断面部における前記溝端近傍に近い外周面、及び、前記溝付き断面部における溝のない外周面に、管内面を外側に膨らますように押し上げる管内面押し上げ手段を設けたことを特徴とする。

請求項４は、請求項３の溝付き金属管の製造装置において、前記管内面押し上げ手段として、円筒状ケース内にスプリングで付勢されたボールを有するボールプランジャを中子外周面に埋め込んだことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１～４のいずれか１項の溝付き金属管の製造装置により金属管の外面の周方向に間隔をあけた複数箇所に管長手方向に延びる凹溝を有する溝付き金属管の製造方法であって、
製造開始時に、前記中子を金属管の先端内部に配置した状態で、前記各管外機構の球体を前記金属管の先端部に押し下げ圧下して短い凹溝を形成し、引き続き金属管を管長手方向に駆動することで、金属管の外面の周方向に間隔をあけた複数箇所に管長手方向に延びる凹溝を形成することを特徴とする。

請求項６の発明は、金属板をブレークダウンロール及びフィンパスロールでほぼ円形に湾曲成形し、続くスクイズロール及び溶接装置で、前記ほぼ円形湾曲状態の金属板の両エッジを突き合せ溶接して円管にし、次いでサイジングロールにより整形する電縫管製造装置における前記サイジングロールの下流側に、請求項１～４に記載の溝付き金属管の製造装置を設置し、その球体と中子とにより、管長手方向に駆動される金属管の外面の周方向に間隔をあけた複数箇所に管長手方向に延びる凹溝を形成する溝付き金属管の製造方法であって、
請求項５の溝付き金属管の製造方法により溝付き金属管を製造することを特徴とする。

請求項７の発明は、
電縫管製造装置により製造された金属管に、オフラインで、管外面の周方向に間隔をあけた複数箇所に管長手方向に延びる凹溝を形成する溝付き金属管の製造方法であって、
搬送テーブルを備えて金属管を管長手方向に駆動する駆動装置における前記搬送テーブルの中間位置に請求項１～４に記載の溝付き金属管の製造装置を設置し、その球体と中子とにより、搬送テーブル上を管長手方向に駆動される金属管の外面の周方向に間隔をあけた複数箇所に管長手方向に延びる凹溝を形成するに際して、
請求項５の溝付き金属管の製造方法により溝付き金属管を製造することを特徴とする。

本発明の溝付き金属管の製造装置によれば、電縫管製造ラインにおいてあるいはオフラインで、鋼管等の金属管の外面の周方向に間隔をあけた複数箇所に管長手方向に延びる凹溝を形成することが可能となり、凹溝を形成したことで鋼管等の金属管の断面性能を高くすることができる。

金属管とされた後に、管外機構の球体と管内の中子の溝状凹部とで金属管に凹溝を形成するものであるから、異形断面金属管を容易に得ることができる。したがって、角管商品としての製品種類を拡大することができる。
また、従来の片側からのみの成形方法と比較して、両側（管内外面の両側）から成形できるので、ロール設計者の立場では、求められる断面形状するロール設計の自由度が広がる。

そして、管内に配置される中子が、管内面に接触する以外の拘束力を受けない態様で管内に保持されるものであり、いわば管内に浮かぶフローティング中子という態様で機能し、例えば溶接装置の一部を構成するインピーダ等の固定部に連結する長い棒状体等を必要としないので、取付け作業その他の取り扱いが煩雑になる等の問題が発生せず、種々の点で作業性が向上する。

凹溝加工の連続運転時に何らかの事情で一旦停止した後に再起動（運転再開）するような場合、停止した時の中子２０の溝端半球凹面部２０ａ’と溝なし断面部２０ｂとの境界近傍の金属管に突起８ｈが生じる場合があるが、中子の溝端半球凹面部と溝なし断面部との境界近傍に、前記溝端半球凹面部の表面（半球凹表面）からその一部が突出する態様で回転自在なローラを備えているので、前記のような突起８ｈが生じることを防止できる。

中子が金属管内で円滑にかつ安定して凹溝加工の動作をするためには、中子の外面と金属管内面との間に若干の隙間ｃがあるのが望ましく、かつ、各面についてその隙間ｃが均等かつ一定であることが望ましい。
前記隙間ｃを均等かつ一定に保つ手段として、請求項３のように、中子の前記溝端半球凹面より金属管駆動方向と反対側の溝なし断面部の外周面、及び、溝端半球凹面より金属管駆動方向前方側の溝有り部における溝のない外周面に、管内面を外側に膨らますように押し上げる管内面押し上げ手段を設けることは有効である。
さらに、前記管内面押し上げ手段として、請求項４のように、円筒状ケース内にスプリングで付勢されたボールを有するボールプランジャを中子外周面に埋め込むことで隙間ｃを均等かつ一定に保つことを効果的に実現できる。

また、請求項５のように、製造開始時に、中子を金属管の先端内部に配置した状態で、管外機構の球体を金属管の先端部に押し下げ圧下して凹部を形成し、引き続き金属管を送り駆動すると、円滑な溝付き金属管の製造が可能となる。

上記の溝付き金属管の製造装置を、請求項６のように、電縫管製造装置における前記サイジングロールの下流側に設置して溝付き金属管を製造することで、能率的なかつ形状品質の良い溝付き金属管製造が可能となる。
しかし、必要に応じて、請求項７のようにしてオフラインでの溝付き金属管製造が可能である。

本発明の一実施例の溝付き金属管の製造装置及び方法を実施する電縫管製造装置を模式的に説明する図である。 図１における本発明の主要部の概略を説明する図である。 図１における中子溝付け装置１０の一実施例の要部を模式的に示したもので、（イ）は中子溝付け装置の側面図、（ロ）は（イ）のＡ－Ａ矢視断面図（但し、ハッチングを省略しており厳格な断面図ではない）である。 図３（イ）の要部を拡大した図である。 図３（イ）における中子のみについての平面図である。 （イ）は図５の要部を拡大した図、（ロ）は（イ）のＢ－Ｂ断面図（但し、高さ方向はローラ８０のある近傍のみの断面）である。 上記の中子溝付け装置で金属管に凹溝を形成する場合の凹溝形成開始時の情況を説明するもので、（イ）は凹溝形成開始直前の金属管先端部の情況の説明図、（ロ）はその時点の金属管断面図（併せて中子を図示）、（ハ）は凹溝形成開始直後の金属管先端部の情況の説明図、（ニ）はその時点における金属管先端部の断面図である。 本発明におけるローラを用いないで凹溝加工をした場合の問題点を説明するもので、（イ）は連続運転時の凹溝加工状態、（ロ）は運転停止した時点での凹溝加工状態を示す図である。 ローラを用いないで凹溝加工をした場合（図８の場合）の溝付き金属管の模式的な平面図である。 （イ）、（ロ）は、いずれも金属管に凹溝加工をする際に途中で運転停止した時に金属管に形成された凹溝の端部の写真であり、（イ）はローラを用いて凹溝加工した本発明の場合、（ロ）はローラを用いないで凹溝加工した場合である。それぞれの写真の下の図は両者の凹溝加工方法を示したものである。 上記の中子溝付け装置で金属管に凹溝を形成する場合の凹溝形成開始時に、中子の受け止めるストッパを用いる場合の金属管先端部の情況を説明する図であり、（イ）は金属管先端部が中子に届く直前の状態、（ロ）は金属管先端部に球体による凹溝形成が開始した時点の状態、（ハ）は金属管先端部への凹溝形成が若干進むと同時にストッパを外した状態を説明する図である。 上記の中子溝付け装置で金属管に凹溝を形成する場合の凹溝形成開始時に対応する装置としての一実施例の中子挿入退避装置を示すもので、（イ）は凹溝形成を開始する前の準備状態、（ロ）は凹溝形成が始まる時点の状態を示す。 中子にボールプランジャを組み込んだ実施例として、中子におけるボールプランジャの配置を説明するもので、（イ）は側面図、（ロ）はＣ－Ｃ矢視断面図である。 上記の中子溝付け装置における中子が凹溝形成に適切に機能するように、その長さを長くする場合を示した図である。 図３で説明した中子溝付け装置１０の具体的な構造の一例を示したもので、（イ）は中子溝付け装置１０の側面図、（ロ）は（イ）におけるハウジング１６の蓋体１６ｃを外して示した正面図（右矢視図）、（ハ）は（ロ）の球体保持部５６のみを示した図である。 図１１の中子溝付け装置１０に動力による圧下調整機構を設けた実施例を説明する図である。 上述の中子溝付け装１０を置電縫管製造ラインの中ではなくオフラインで設置する場合の概略を示す図である。 本発明の溝付き金属管の製造方法で四角形の角形金属管を製造する場合の例を示すもので、（イ）は角形金属管の４面に連続する凹溝を形成する場合、（ロ）は角形金属管の４面に管長手方向に細長い凹溝を断続的に形成する場合をそれぞれ示す。 本発明の金属管の製造方法で製造される溝付き金属管の断面形状の例を示すもので、（イ）は実施例で説明した溝付き金属管（溝付き四角形金属管）、（ロ）は溝付き五角形金属管、（ハ）は溝付き六角形金属管、（ニ）は４溝の溝付き円形金属管、（ホ）は６溝の溝付き円形金属管、（へ）はコーナー部溝付きの四角形金属管の場合、（ト）１つの辺に２つの溝を持つ四角形金属管の場合である。 一般的な角形金属管を製造する電縫管製造装置を模式的に説明する図である。 径方向に細長い矩形の凹部を備えた従来の角形金属管を説明する図である。

以下、本発明の溝付き金属管の製造装置及び方法を実施するための形態について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の溝付き金属管の製造装置を、電縫管製造装置において実施する場合について模式的に説明する図、図２は図１における本発明の主要部の概略を説明する図である。
図示略のアンコイラーから繰り出される金属板１は、レベラー、ルーパー、ピンチロール等（いずれも図示を省略）を経て、複数段（図示例では４段）のブレークダウンロール（ＢＤＲ）で円弧状に湾曲成形し、次いで複数段（図示例では３段（＃１、＃２、＃３））のフィンパスロール（ＦＰＲ）で両エッジが接近したほぼ円形状（開放円形）に成形し、続くスクイズロール（ＳＱＲ）と高周波溶接機とによる溶接工程にて両エッジを突き合わせ溶接して円形管にし、次いで複数段のサイジングロール（ＳＺＲ）による整形工程により角形金属管に整形される。なお、この実施例は四角形金属管に凹溝を形成する場合である。
次いで、本発明の実施例の中子溝付け装置１０により溝付け加工されて図示例では溝付き四角形金属管が得られる。
この溝付け加工後、タークスヘッドロール(ＴＨＲ)で矯正される。なお、サイジングロール（ＳＺＲ）による整形工程により角形金属管に整形し、タークスヘッドロール（ＴＨＲ)で矯正した後に、中子溝付け装置１０により、溝付け加工を行ってもよい。

図２は図１のフィンパスロール（ＦＰＲ）の最初のスタンド（＃１）より下流側部分を一部省略して拡大した図である。中子溝付け装置１０は、２点鎖線で示した溝付けスタンド１１に取り付けられる。
同図において、１３はインピーダである。このインピーダ１３は、高周波誘導加熱装置のコイルが発生する磁束を集めて金属板の両エッジの突合せ部を効率的に加熱するための磁性体のコアであり、その後端部がフィンパスロール（ＦＰＲ）でほぼ円形湾曲状態となった金属板１の湾曲内側に配置された固定部１５に連結されている。

図３は図１における中子溝付け装置１０の一実施例を模式的に示すもので、（イ）は中子溝付け装置１０を模式的に示した側面図、（ロ）は（イ）の要部を模式的に示したＡ－Ａ断面図（但し、ハッチングは省略している）である。図４に図３の要部を拡大して示す。
この中子溝付け装置１０は、本発明の溝付き金属管の製造装置において溝付け加工を直接行う部分であり、回転自在に保持された球体５５を管外面を押す態様で周方向に間隔をあけて設けた４つの管外機構１９と、管内面に沿う断面形状の短尺の棒状をなし、前記管外機構１９に対応する管長手方向位置で、かつ、管内面に接触する以外の拘束力を受けない態様で管内に配置される中子２０とを、ハウジング１６内に備える。ハウジング１６の金属管駆動方向と反対側に、溝加工される前の金属管８”を案内する金属管ガイド１７を備える。
この実施例は四角形金属管８”の４つの各面に凹溝８ａを形成するものなので、前記中子２０の断面形状は四角形断面であり、この中子２０の外周面には、前記４つの管外機構１９の各球体５５にそれぞれ対向する位置から金属管駆動方向前方側にのみ、各球体５５に対応する形状の４つの溝状凹部２０ａを有している。この溝状凹部２０ａにおける溝の始まる端部近傍は半球凹面状をなしており、この半球凹面状の部分を溝端半球凹面部２０ａ’と呼ぶ。
中子２０における溝状凹部２０ａのない角形断面部（溝なし断面部と呼ぶ）を２０ｂで示し、溝状凹部２０ａのある断面部（溝付き断面部と呼ぶ）を２０ｃで示す。
前記管外機構１９の球体５５は、ハウジング１６内に後述するように圧下調整可能に設けられている。２点鎖線で示した球体５５は圧下される前の状態を示す。

前記中子２０は、図５、図６にも示すように、前記溝端半球凹面部２０ａ’と前記溝なし断面部２０ｂとの境界近傍に形成した凹所２０ｅに、前記溝端半球凹面部２０ａ’の表面（半球凹表面）からその一部が突出する態様で回転自在なローラ８０を設けている。なお、図３、図４では凹所２０ｅの図示は省略している。
前記ローラ８０はその両側に一体の軸部８１を有し、中子の前記凹所２０ｅは、図６（イ）のように平面図でローラ８０の本体部が収容される凹所２０ｅ_１と軸部８１が収容される凹所２０ｅ_２とを有する輪郭形状の凹所であり、ローラ８０は、前記軸部用の凹所２０ｅ_２に収容された前記軸部８１にて回転自在に支持されている。
なお、図示例の軸部用の凹所２０ｅ_２の深さは、前記溝端半球凹面部２０ａ’の表面（半球凹表面）からローラ８０の一部が突出するように軸部８１を受ける深さである。なお、ローラ８０は溝なし断面部２０ｂの表面からは突出しない。中子２０を金属管内から取り出した状態ではローラ８０をフリーに取り出すことができる。中子２０を金属管内から取り出した状態ではローラ８０をフリーに取り出すことができる。

上述の中子溝付け装置１０により金属管８の外面に凹溝８ａが形成される状況を以下に説明する。なお、ローラ８０の作用についての説明は後述することとして、まずローラ８０に関しての説明を省いて説明する。
本発明の中子溝付け装置１０における中子２０は、管内面に接触する以外の拘束力を受けない態様で管内に配置されるので、金属管先端部の凹溝加工開始時には、例えば図７（イ）、（ハ）に示すような対応が必要である。
図示例では、送られてくる溝加工前の金属管８”の先端部を同図（イ）のように球体５５の直下位置に停止させる。
次いで、中子２０を金属管の先端部に挿入するが、図示の通り溝状凹部２０ａの溝端半球凹面２０ａ’が球体５５に対向する位置になるように挿入する。
次いで、球体５５を圧下して、図７（ハ）、（ニ）のように金属管の先端部に短い凹溝８ａを形成する。凹溝８ａが形成された部分（溝付き金属管）を符号８で示す。
その後は、金属管を送り駆動（管長手方向に駆動）すると、管壁が球体５５と中子２０の溝状凹部２０ａを含む外面との間を通過することで、金属管の４つの面に凹溝８ａが連続的に形成される。すなわち、図１９（イ）の溝付き四角形金属管のような断面形状で、図１８（イ）のような連続する凹溝８ａが形成される。
なお、管内で浮かんだ状態でいわばフローティング中子とも称せられる中子２０は、送り駆動される金属管の内面との間の摩擦力による金属管送り方向の力を受けるが、溝状凹部の溝端半球凹面２０ａ’が球体５５を通り抜けることはないので、どこかに固定されていなくても（例えば先の出願の発明のようにインピーダに棒状体で連結される等していなくても）、依然として図７（ハ）の状態に留まって、金属管に凹溝を形成する作用をする。

前記ローラ８０は、凹溝加工の連続運転時に何らかの事情で一旦停止する場合（例えば、図１の溝付き金属管の製造装置において材料を途切れさせないためにコイル端末とコイル先端とを溶接接続造するために停止する場合など）に有効に機能する。
ローラ８０を設けていない場合、凹溝加工の連続運転時に何らかの事情で停止すると、運転停止した時の中子２０における溝端半球凹面部２０ａ’と溝なし断面部２０ｂとの境界近傍の金属管８に突起が生じる場合がある。そして、停止後に再起動（運転再開）した場合に、その突起の影響が残る。
そのような現象として以下のような原因が考えられる。
図８を参照して説明すると、図８（イ）は連続運転時の状態であり、通常通りで凹溝８ａが形成されていく。
ここで運転停止して金属管８が停止すると、それまでに金属管８により金属管送り方向（矢印方向）に力を加えられていた中子２０は、その力で送り方向に前進しようとして材料（金属管の板材）に力を作用させる。このため、中子２０と材料との間の面圧（接触面圧）が高くなる。
一般にロール成形において連続運転時に停止した場合、材料が一瞬後退する現象が生じる。したがって、運転停止時（停止の瞬間）には、前述のように中子２０が材料に対して金属管送り方向に力を作用させる一方で、材料は一瞬後退しようとするので、中子２０と材料との間の面圧（中子２０における溝端半球凹面部２０ａ’と溝なし断面部２０ｂとの境界近傍部分の面圧）が顕著に高くなり、両者間の摩擦抵抗が顕著に大となる。このため、材料が中子２０の表面をスムーズに滑らず、図８（ロ）に示すように、材料の前記境界近傍部分位置より送り方向上流側（矢印方向と反対側）の部分（球体５５位置より上流側部分）に突起８ｈが発生すると思われる。
また、前記のような突起８ｈが発生した後、そのまま金属管８を送り駆動する運転を続行すると、その突起８ｈの金属管幅方向中央部分は一応は凹溝となるが、図９に模式的に示すように、その両側部分に隆起が生じる等してその近傍が整然とした凹溝でない不規則変形凹溝８ｈ’の外観となる。また、突起の変形がさらに大きい場合は、その突起で送り駆動自体ができなくなりライン停止となってしまう場合もある。

しかし、図５～図７のように、溝端半球凹面部２０ａ’と溝なし断面部２０ｂとの境界近傍に、前記溝端半球凹面部の表面（半球凹表面）からその一部が突出する態様にて回転自在なローラ８０を設けると、運転停止時に前記のような突起８ｈは発生しなくなる。
図１０（イ）、（ロ）は、いずれも金属管に凹溝加工をする際の連続運転の途中で運転停止した時に金属管に形成された凹溝の端部の写真であり、（イ）はローラを用いて凹溝加工した本発明の場合、（ロ）はローラを用いないで凹溝加工した場合である。それぞれの写真の下の図は両者の凹溝加工方法を示したものである。ローラを用いないで凹溝加工した場合は、図１０（ロ）の写真の通り、溝端半球凹面部２０ａ’と溝なし断面部２０ｂとの境界近傍（球体５５位置より上流側部分）に明らかな突起が見られる。これに対してローラを用いて凹溝加工した場合は、図１０（イ）の写真の通りであり、球体５５位置より上流側部分に突起は発生していない。
このように、ローラ８０を設けることで突起８ｈの発生が防止される理由としては、ローラ８０が存在することで、中子２０の溝端半球凹面部２０ａ’と溝なし断面部２０ｂとの境界近傍部分と材料との間の摩擦抵抗が顕著に小さくなるので、上述のような突起８ｈが発生しないと考えられる。

図１１は、金属管先端部の凹溝加工開始時の対応として、中子２０を受け止めるストッパ１４を用いる場合の実施例である。図示のストッパ１４は、中子２０を受け止めるストッパ本体部１４ａに中子２０を保持する例えば角形断面の保持部１４ｂを一体に設けている。
同図（イ）は溝加工前の金属管８”の先端部が中子に届く直前の状態を示す。中子２０はストッパ１４により前進できない状態で保持されている。球体５５は中子２０の溝状凹部２０ａに金属管の板厚ｔより若干広い隙間にて、金属管に凹溝を形成可能な状態で配置されている。
同図（ロ）は金属管先端部に球体５５による凹溝形成が開始した時点の状態を示す。金属管の先端部は、球体５５と移動を拘束された中子２０との隙間に入り込み短い凹溝８ａが形成される。金属管の先端が一旦、球体５５と中子２０との隙間に入り込み短い凹溝８ａが形成されると、その後は、金属管を送り駆動すれば図４（ロ）で説明したように、球体５５と中子２０の溝状凹部２０ａとで金属管の４つの面に凹溝８ａが連続的に形成されるので、ストッパ１４を図５（ロ）の状態から図５（ハ）に示すように退避させる。ストッパ１４は、実線矢印のように前方に移動させた後に下降させることで退避させることができる。なお、保持部１４ｂの構造によっては、２点鎖線で示したように回転させて退避させることも可能である。

図１２は金属管先端部の凹溝加工開始時に対応する装置の具体的な一実施例としての中子挿入退避装置６０を示すもので、この中子挿入退避装置６０は、例えば、中子溝付け装置の球体５５の位置に設けた本体機枠６１と、この本体機枠６１に旋回可能に取り付けた旋回アーム６２と、中子２０を受ける中子受け部６３と、この中子受け部６３を固定的に保持し前記旋回アーム６２に沿ってスライド可能に装着された受け部ホルダ６４と、前記旋回アーム６２が水平状態にある時に前記受け部ホルダ６４を旋回アーム６２に沿って前進後退させることが可能な図示略の前進後退駆動装置とを有する。そして前記中子受け部６３は、中子２０に設けた孔内に挿入される中子支持部６３ａと、前記中子支持部６３ａと一体で受け部ホルダ６４に固定された金属管外形より小さな外形の中子ストッパ部６３ｂとからなる。
この中子挿入退避装置６０の場合、金属管先端部の凹溝加工開始時には、図６（イ）に示すように、予め旋回アーム６２を水平にして受け部ホルダ６４を垂直な状態にし、中子受け部６３の中子支持部６３ａを中子２０の中心孔２０ｄに挿入して中子２０を支持しておく。なお、この中子２０には中子受け部６３が挿入される中心孔２０ｄが設けられている。
そして、図１２（イ）のように金属管をその先端が中子溝付け装置の球体５５に達する手前で一旦止め、図示略の前記前進後退駆動装置により受け部ホルダ６４を旋回アーム６２に沿って前進させて、中子２０を金属管の先端部に図１２（ロ）のように挿入する。
この状態で球体５５を所定位置まで圧下した後、金属管を若干前進させると、金属管の先端近傍に凹溝が形成される。この場合、中子受け部６３の中子ストッパ部６３ｂが中子２０を受け止めるので、中子２０は安定した金属管に凹溝を形成する作用をする。
次いで、受け部ホルダ６４を図１２（イ）の位置まで後退させた後旋回アーム６２を２点鎖線で示す垂直な退避位置まで旋回させて退避させるとともに金属管を送り駆動すると、その後は金属管に凹溝８ａが連続的に形成される。

金属管の管壁を球体５５と中子２０の溝状凹部２０ａとの隙間に潜り込ませて行う凹溝加工では、大きな摩擦力とともに溝加工が行われるので、溶接部に過大な加圧力が作用すると溶接部が損傷する恐れがある。それを防ぐためには、球体５５と中子２０の溝状凹部２０ａの特に溝端半球凹面２０ａ’との隙間ｇを溶接部のない他の面より若干大きくすることが有効である。この場合、溶接部の外面ビードは研削されて平面になっているが内面ビードは内側に隆起しているので、図４のように球体５５と中子２０の溝端半球凹面２０ａ’との間の前記隙間ｇを大きくすれば（すなわち、中子２０の圧下量（押込み量）を小さくすれば）、中子２０の溝端半球凹面２０ａ’と金属管内面との間に適切な大きさの隙間δが生じ、内面ビードが損傷することを防止できる。
前記隙間ｇは例えば、□２．３×８０×８０ｍｍ、あるいは□３．２×８０×８０ｍｍの角形鋼管に直径４０ｍｍφの球体５５を用いて深さ６ｍｍの凹溝８ａを形成する場合であれば、球体５５と中子２０の溝端半球凹面２０ａ’との間の隙間ｇは、例えば、板厚ｔ+１．３±０．２ｍｍ程度が好ましい。

中子２０が金属管内で円滑にかつ安定して凹溝加工の動作をするためには、中子２０の外面（角形断面部２０ｂにおける外面）と金属管内面との間に、図４に示すように若干の隙間ｃがあるのが望ましく、かつ、各面（実施例の場合４面）についてその隙間ｃが均等かつ一定であることが望ましい。
前記隙間ｃを各面について均等かつ一定にするための対策として、図１３に示した実施例では、中子２０の前記溝端半球凹面２０ａ’より金属管駆動方向と反対側の溝なし断面部（角形断面部）２０ｂの外周面、及び、溝端半球凹面２０ａ’より金属管駆動方向前方側の溝付き断面部２０ｃにおける溝のない外周面に、管内面を外側に付勢する管内面付勢手段としてのボールプランジャ３１を中子外周に埋め込んでいる。
図示例では中子２０の角形断面部２０ｂの四つの面においてそれぞれ両側の角部近傍と中央部との３カ所、合計１２カ所にボールプランジャ３１設けている。このボールプランジャ３１は、円筒状ケース内にスプリングで付勢されたボールを有する構造である。
これらのボールプランジャ３１によって、４つの管内面をバネ力で外側に付勢することで、中子２０の外面と金属管内面との間の隙間ｃを各面について均等にすることができるとともに、その隙間ｃの大きさが変動しないように安定させることができる。
なお、中子２０の外面と金属管内面との間の隙間ｃは、□２．３×８０×８０ｍｍ、あるいは□３．２×８０×８０ｍｍの場合、０．５ｍｍ程度が適切である。

前記隙間ｃを極力均等かつ一定に保つための対策として、動きを拘束されていない中子の動きを極力抑えることが重要である。そのために、中子２０の傾きや前後動を極力なくすことが有効である。
図１４は主として傾きをなくすために中子の長さを長くしたもので、図示例の長い中子２０’の長さＬ２は、図３で示した中子２０の長さ（図１４中のＬ１）と比較して、約２倍としている。
なお、中子を長くすることで、長くした中子と金属管内面との接触面積が大となり、中子がみだりに前後動せずに安定する効果も得られる。

図１５は図３で説明した中子溝付け装置１０の具体的な構造の一例を示したもので、（イ）は中子溝付け装置１０の側面図、（ロ）は（イ）におけるハウジング１６の蓋体１６ｃを外して示した正面図（右矢視図）である。
図示のように、この中子溝付け装置１０は、ハウジング１６の中に管外の４つの管外機構１９と管内の１つの中子２０とを備えている。この中子２０は、図３～図６について説明した通であり、前記溝端半球凹面部の表面からその一部が突出する態様で回転自在なローラ８０を備えている。
前記管外機構１９は、図１５（ハ）にも示すように凹球面座５４ａを有する受座部５４の前記凹球面座５４ａに球体５５を任意方向に回転可能に面接触させて収容支持してなる球体保持部５６を備え、かつ圧下調整機構５７を備えている。受座部５４は前記凹球面座５４ａを有する受座部本体５４ｂと球体２０の上部を押さえる蓋体５４ｃとからなる。
各球体保持部５６は、ハウジング１６内で中子２０の中心に向かう方向に摺動可能である。
前記圧下調整機構５７は、前記球体保持部５６の上面に回転可能に連結された圧下ネジ５７ａ、この圧下ネジ５７ａに螺合する調整ナット５７ｂ、この調整ナット５７ｂを回転のみ可能にハウジング本体１６ａに固定するナット保持部５７ｃとからなる。前記調整ナット５７ｂを回して球体保持部５６の位置（球体５５の位置）を調整して圧下を調整することができる。
ハウジング１６の前記ハウジング本体１６ａは、内側のベース部１６ａ’と一体であり、前記の通り４つの球体保持部５６を摺動可能に収容している。このハウジング本体１６ａに外側の蓋体１６ｃがボルトで固定されている。
前記ハウジング本体１６ａの前記ベース部１６ａ’には、溝加工される前の金属管”を案内する図３では２点鎖線で示した金属管ガイド１７が固定されている。また、詳細は省略するが図２で２点鎖線で示した溝付けスタンド１１に取り付けられる枠板２６と前記ベース部１６ａ’との間が４本のロッド２５で連結されている。
なお、中子溝付け装置１０を回転させる必要がある場合には、前記枠板２６を円板状にし溝付けスタンド１１に回転調整可能に取付けるとよい。
金属管８”がこの中子溝付け装置１０を通過する際に、管外の球体５５と管内の中子２０とで凹溝８ａが形成されて溝付き金属管８が得られることは、図３で説明した通りである。

なお、図１８（ロ）のような管長手方向に間隔をあけた凹溝８ｂを持つ溝付き金属管８’を形成する場合には、各球体保持部５６を素早く上下駆動させることができる上下移動機構を設けて、凹溝を形成しない領域では各球体保持部５６を上昇させる。
これにより、図１８（ロ）のような管長手方向に間隔をあけた凹溝８ｂを持つ溝付き金属管８’が得られる。
なお、中子溝付け装置１０における球体保持部５６の位置（球体５５の位置）を中子２０から引き離す（圧下を逃がす）ことにより、凹溝のない四角形金属管を製造することができる。

図１５に示した圧下調整機構５７は手動で調整ナット５７ｂを回す調整機構であるが、図１６に示すように動力による圧下調整機構６７を設けることができる。この場合、例えば、駆動モータ６７ａの出力軸の回転を９０°向きを変えて伝達する例えば歯車機構による回転軸変向機構６７ｂを介して圧下ネジ５７ａを回転させる等の手段を採用できる。

図１７は前述の中子溝付け装置１０を電縫管製造ラインの中ではなくオフラインで設置する場合の実施例の概略を示す図である。
この場合、中子溝付け装置１０を搬送ローラ７４の中間位置に設置する。凹溝のない四角形金属管８”の管内に通した例えばワイヤ７１の端部にストッパ７２を取り付け、ウインチ７３でワイヤ７１を牽引して、搬送ローラー７４上の四角形金属管８”を中子溝付き装置１０を通過させる。中子溝付き装置１０の前後には四角形金属管を上から押さえてガイドするローラ７４ａを設けている。なお、この場合の中子２０にはワイヤ７１を通す穴をあける。
前述と同様に、凹溝のない四角形金属管８”が中子溝付け装置１０を通過する際、 管外の球体５５と管内の中子２０とで凹溝８ａが形成されて溝付き金属管８が得られることは、図３で説明した通りである。
図１２で説明した中子挿入退避装置６０は、詳細説明は省略するが、図１７と同様に中子溝付け装置１０をオフラインで設置した場合にも用いることができる。この場合は、図１７のような、端部にストッパ７２を取り付けたワイヤ７１をウインチ７３で牽引して金属管を管長手方向に駆動する代わりに、金属管の後端部に例えば油圧シリンダを設けて、この油圧シリンダで金属管を押し出すようにすることができる。
なお、図示例では金属管を押し出す方式による凹溝加工であるが、引抜き方式で凹溝加工を行うことも考えられる。

上述の実施例では溝付き四角形金属管（図１９（イ）の溝付き四角形金属管）について説明したが、これに限らず、例えば、図１９（ロ）に示した溝付き五角形金属管、図１９（ハ）に示した溝付き六角形金属管等の溝付き多角形金属管を製造することができる。また、角形に限らず図１９（ニ）に示した４つの溝を持つ溝付き円形金属管、図１９（ホ）に示した６つの溝を持つ溝付き円形金属管等を製造することもできる。
また、図１９（ヘ）に示すように、コーナー部に溝を持つコーナー部溝付きの四角形金属管（多角形金属管）を製造することができ、また、例えば図１９（ト）のように１つの辺に例えば２つなど、複数の溝を持つ四角形金属管（多角形金属管）を製造することもできる。

１ 金属板
８、８’ 溝付き金属管
８” 溝付け前の角形金属管
８ａ 凹溝
８ｂ （管長手方向に間隔をあけて形成された）凹溝
１０ 中子溝付け装置
１４ ストッパ
１４ａ ストッパ本体部
１４ｂ 保持部
１６ ハウジング
１６ａ ハウジング本体
１６ａ’（ハウジング本体の）ベース部
１６ｃ 蓋体
１７ 金属管ガイド
１９ 管外機構
２０ 中子
２０ａ 溝状凹部
２０ａ’ 溝端半球凹面
２０ｂ 角形断面部（溝なし断面部）
２０ｃ 溝付き断面部
２０ｅ （ローラが収容される）凹所
２０ｅ_１ （ローラの本体部が収容される）凹所
２０ｅ_２ （ローラの軸部が収容される）凹所
２５ ロッド
２６ 枠板
３１ ボールプランジャ（管内面押し上げ手段）
５４ 受座部
５４ａ 凹球面座
５４ｂ 受座部本体
５４ｃ 蓋体
５５ 球体
５６ 球体保持部
５７ 圧下調整機構
５７ａ 圧下ネジ
５７ｂ 調整ナット
５７ｃ ナット保持部
６０ 中子挿入退避装置
６１ 本体機枠
６２ 旋回アーム
６３ 中子受け部
６３ａ 中子支持部
６３ｂ 中子ストッパ部
６４ 受け部ホルダ
８０ ローラ
８１ 軸部

Claims (7)

1. 管長手方向に駆動される金属管の外面の周方向に間隔をあけた複数箇所に管長手方向に延びる凹溝を有する溝付き金属管の製造装置であって、
   回転自在に保持された球体が管外面を押す態様で周方向に間隔をあけて設けられる複数の管外機構と、
   管内面に沿う断面形状の短尺の棒状をなし、前記管外機構に対応する管長手方向位置で、かつ、管内面に接触する以外の拘束力を受けない態様で管内に配置される中子とを備え、
   前記中子は、前記各管外機構の球体にそれぞれ対向する位置から金属管駆動方向前方側に位置して、前記各球体に対応する形状の複数の溝状凹部を有する溝付き断面部と、前記溝付き断面部より金属管駆動方向後方側に位置して、管内面の輪郭に合わせた断面形状をなす溝なし断面部とを有し、
   前記各溝状凹部における溝の始まる溝端近傍は半球凹面状をなしており、この溝端半球凹面部と前記溝なし断面部との境界近傍に設けた凹所に、前記溝端半球凹面部の表面からその一部が突出する態様で回転自在なローラを備えたことを特徴とする溝付き金属管の製造装置。
2. 前記ローラはその両側に一体の軸部を有し、前記中子の前記凹所は、平面視でローラの本体部と軸部とが収容される輪郭形状の凹所であり、前記ローラは、前記凹所に収容された前記軸部にて回転自在に支持されていることを特徴とする請求項１記載の溝付き金属管の製造装置。
3. 前記中子の前記溝なし断面部における前記溝端近傍に近い外周面、及び、前記溝付き断面部における溝のない外周面に、管内面を外側に膨らますように押し上げる管内面押し上げ手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の溝付き金属管の製造装置。
4. 前記管内面押し上げ手段として、円筒状ケース内にスプリングで付勢されたボールを有するボールプランジャを中子外周面に埋め込んだことを特徴とする請求項３記載の溝付き金属管の製造装置。
5. 請求項１～４のいずれか１項の溝付き金属管の製造装置により金属管の外面の周方向に間隔をあけた複数箇所に管長手方向に延びる凹溝を有する溝付き金属管の製造方法であって、
   製造開始時に、前記中子を金属管の先端内部に配置した状態で、前記各管外機構の球体を前記金属管の先端部に押し下げ圧下して短い凹溝を形成し、引き続き金属管を管長手方向に駆動することで、金属管の外面の周方向に間隔をあけた複数箇所に管長手方向に延びる凹溝を形成することを特徴とする溝付き金属管の製造方法。
6. 金属板をブレークダウンロール及びフィンパスロールでほぼ円形に湾曲成形し、続くスクイズロール及び溶接装置で、前記ほぼ円形湾曲状態の金属板の両エッジを突き合せ溶接して円管にし、次いでサイジングロールにより整形する電縫管製造装置における前記サイジングロールの下流側に、請求項１～４のいずれか１項の溝付き金属管の製造装置を設置し、その球体と中子とにより、管長手方向に駆動される金属管の外面の周方向に間隔をあけた複数箇所に管長手方向に延びる凹溝を形成する溝付き金属管の製造方法であって、
   請求項５の溝付き金属管の製造方法により溝付き金属管を製造することを特徴とする溝付き金属管の製造方法。
7. 電縫管製造装置により製造された金属管に、オフラインで、管外面の周方向に間隔をあけた複数箇所に管長手方向に延びる凹溝を形成する溝付き金属管の製造方法であって、
   搬送テーブルを備えて金属管を管長手方向に駆動する駆動装置における前記搬送テーブルの中間位置に請求項１～４のいずれか１項の溝付き金属管の製造装置を設置し、その球体と中子とにより、搬送テーブル上を管長手方向に駆動される金属管の外面の周方向に間隔をあけた複数箇所に管長手方向に延びる凹溝を形成するに際して、
   請求項５の溝付き金属管の製造方法により溝付き金属管を製造することを特徴とする溝付き金属管の製造方法。

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