JPH11314141A - 円錐台リング接合材用急冷凝固箔の巻取り方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的は、水平リング状接合材用急冷
凝固箔のオンライン巻取り可能とする巻取り方法、さら
にいかなる径およびテーパ角の円錐台リング状接合材で
も、小型の巻取装置で該接合材用急冷凝固箔の巻取りを
可能とする巻取り方法を提供することにある。 【解決手段】 巻取ロールの径（φ₁ ）およびテーパ角
（θ₁ ）と冷却ロールの径（φ₂ ）およびテーパ角（θ
₂ ）からなる特定の関係式を満足するように設計した小
型巻取ロールを用いることにより、水平リング状接合材
用急冷凝固箔、さらにはいかなるサイズの円錐台リング
状接合材用急冷凝固箔でもオンライン巻取りを可能とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼管等の管同士を
接合する際、接合面に挿入される円錐台リング接合材用
急冷凝固箔を製造する際の該急冷凝固箔の巻取り方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼管等の管同士の接合手段として、図７
に示すような方法がある。すなわち、接合しようとする
管１２および管１３の端面を加工し、一方の管１２には
凹テーパ１４を、他方の管１３には凸テーパ１５を形成
し、両テーパ１４，１５の間に円錐台リング接合材１１
を挿入して管１２と管１３を接合させ、加熱して接合す
る方法である。この方法は、ＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接に
比べて安価かつ簡易な方法であり、油井鋼管の現地施工
等に採用されている。

【０００３】円錐台リング接合材１１は、接合対象材中
への拡散成分を有する合金の急冷凝固箔からなる。従来
の円錐台リング接合材は、シート状の箔材から切り出し
て製造されるため、切り捨て部分が多く発生し、製造歩
留が低いとともに、切り出し作業に時間がかかるという
問題があった。

【０００４】この問題の対策として本発明者らは、特開
平５−１２３８９０号公報により、図６に示すような方
法を提案している。すなわち、冷却ロール６の表面をテ
ーパ状に形成し、該テーパ面５とほぼ平行になるように
スリット９を配置させたるつぼ１０を冷却ロールテーパ
面５に接近させ、回転軸７により高速回転させた冷却ロ
ール６のテーパ面５に、るつぼ１０内の溶融金属８を噴
出して急冷凝固箔４を製造する方法である。この方法に
より得られる帯状の急冷凝固箔を所定の長さに切断し、
切断部を突き合わせることで円錐台リング接合材を製造
することができ、製造歩留および作業性が著しく向上す
る。

【０００５】さらに、本発明者らは、特開平１０−５８
５９号公報において、上記方法で製造される急冷凝固箔
の巻取り方法を提案した。この方法は図５に示すよう
に、テーパ面５を有する冷却ロール６と同じ形状の（つ
まり、同じ径およびテーパ角を有する）巻取ロール１を
用い、巻取ロール１のテーパ面２と冷却ロール６のテー
パ面５が平行で、巻取ロール１と冷却ロール６の回転軸
３，７が同一平面内となり、かつ両テーパ２，５の短径
側同士あるいは長径側同士が対向する位置関係に配置
し、巻取ロール１を冷却ロール６に接近させて巻取りを
開始し、少なくとも一周巻取り後は、両テーパ２，５が
平行を維持した状態で両テーパ面２，５の間隔を拡大さ
せ、かつ巻取ロールの短径側が冷却ロール６の長径側に
近づく方向に巻取ロール１を移動させて、急冷凝固箔４
を巻取る方法である。

【０００６】また、本発明でいう円錐台リング状接合材
には、例えば図４に示すような管１２，１３の開先が垂
直な面の水平な形状の接合材１１も含まれるが、このよ
うな水平リング接合材用急冷凝固箔の製造方法として
は、図３に示すような方法がある。つまり、冷却ロール
６の側面（水平なテーパ面５）に、このテーパ面５とほ
ぼ平行になるようにスリット９を配置させたるつぼ１０
を冷却ロール６のテーパ面５とに接近させ、回転軸７に
より高速回転させた冷却ロール６のテーパ面５に、るつ
ぼ１０内の溶融合金８を噴出させて急冷凝固箔４を製造
する方法である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者らが提案した円錐台リング状接合材用急冷凝固箔製造
用の巻取り方法には改善すべき点が存在していた。つま
り、この巻取り方法では、用いる巻取ロールの径を冷却
ロールの径に合わせなければならないから、冷却ロール
の径が大きくなると、大きな径の巻取ロールに必要とな
り、大規模な巻取装置を必要とすることになる。実際の
接合に用いる円錐台リング状接合材の量はそれほどでも
ないのに、大規模な巻取り装置とするのは、製造設備建
設の費用が嵩んだり、巻取り作業が煩雑なるので好まし
くない。

【０００８】一方、本発明者らが提案した巻取り方法
は、図３に示すような水平リング状接合材用急冷凝固箔
製造のための巻取り方法には適用できず、水平リング状
接合材用急冷凝固箔製造のための巻取り方法の開発が望
まれていた。

【０００９】本発明の目的は、図３に示すような水平リ
ング状接合材用急冷凝固箔の製造プロセスにおいて、該
急冷凝固箔をオンラインで巻取ることを可能とする巻取
り方法、さらにはいかなる径およびテーパ角の円錐台リ
ング状接合材の場合でも、小型の巻取装置で該接合材用
急冷凝固箔の巻取りを可能とする巻取り方法を提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下の構成を
要旨とする。すなわち、テーパ付き冷却ロールのテーパ
面に溶融合金を噴出して製造される急冷凝固箔を、テー
パ付き巻取ロールを用いて巻取る方法において、下記の
（１）式を満足する中心径およびテーパ角を有する巻取
ロールを用いて巻取ることを特徴とする円錐台リング状
接合材用急冷凝固箔の巻取り方法である。 φ₁ ／ｓｉｎθ₁ ＝φ₂ ／ｓｉｎθ₂ …（１） ここで、θ₁ ＝巻取ロールテーパ角 θ₂ ＝冷却ロールテーパ角 φ₁ ＝巻取ロール中心径 φ₂ ＝鋳造中心位置での冷却ロール径

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の方法を詳細に説明
する。本発明は、例えば径が３００mm以下の巻取ロール
からなる小型の巻取装置を用いて、いかなる径およびテ
ーパ角を有する円錐台リング状接合材用急冷凝固箔の場
合でも、該急冷凝固箔の巻取りを可能とする方法であ
る。

【００１２】図１を用いて具体的に説明する。図１は、
水平リング状接合材用急冷凝固箔の製造およびオンライ
ン巻取りを行っているところを模式的に示している。つ
まり、本発明はテーパ角θ₁ で中心径なφ₁ の巻取ロー
ル１を用いることにより、θ₂ が９０°である冷却ロー
ル６を用い製造する水平リング状接合材を巻き取る方法
である。但し、これを実現するには、用いる巻取ロール
１のテーパ角θ₁ と中心径φ₁ は、前述の（１）式を満
足しなければならない。ここで、（１）式中、θ₂ は冷
却ロールテーパ角（図１の場合９０°）であり、φ₂ は
鋳造時の幅方向中心位置での冷却ロール径（図１中に図
示）である。

【００１３】なお、図１において、急冷凝固箔４の製造
について簡単に説明すると、該急冷凝固箔４は回転軸７
により高速回転している冷却ロール６のテーパ面５上
に、るつぼ１０に保持した溶融合金８をるつぼ１０の下
部に設けたスリット９を介して噴出し、冷却ロール６上
で鋳造して得る。

【００１４】該急冷凝固箔の巻取りは、巻取ロール１の
テーパ面２を冷却ロール６に接近させて、巻取ロール１
を回転軸３により冷却ロール６の表面速度並みの速さで
高速回転させ、該急冷凝固箔４の先端を巻取ロール１の
テーパ面２で捕捉させて開始し、その後継続して巻き取
る。巻取り開始後、少なくとも一周巻取後は両テーパ面
２，５が平行を維持した状態で、両テーパ面２，５の間
隔が拡大する方向（図１に示すｙ方向）、および巻取ロ
ール１の短径側が冷却ロール６のテーパ面５から遠ざか
る方向（図１に示すｘ方向）に巻取ロール１を移動させ
る。これは、巻取りの進行に伴い巻取ロール１のテーパ
面２上に積層される急冷凝固箔４の積層厚が、増加する
ことから生じる冷却ロールとの接触の恐れ、および、該
箔４は幅方向に湾曲しているので、短径側にずれていく
ことにより生じるしわや破損の恐れを防止するためであ
る。なお、巻取ロールの移動の要領に関しては実施例に
て具体的に説明する。

【００１５】さらに、本発明について図２を用いて説明
する。図２は、テーパ角がθ₂ 、鋳造中心位置での径が
φ₂ からなる冷却ロール６を用いて、テーパ角θ₂ から
なる円錐台リング状接合材用の急冷凝固箔４を製造する
際に、本発明の方法を採用して該箔４の巻取りをオンラ
インで行っている様子を模式的に示している。

【００１６】ここで、用いる巻取ロールのテーパ角はθ
₁ 、中心径はφ₁ であり、これらθ₁ およびφ₁ を、冷
却ロールのテーパ角θ₂ および径φ₂ との間に、（１）
式が満足するように設定する。こうすることにより、冷
却ロール径が大きくなっても、小さい径の巻取ロールで
該急冷凝固箔４の巻取りが可能となる、なお、該急冷凝
固箔４は、冷却ロール回転軸７により高速回転している
冷却ロール６のテーパ面５上に、るつぼ１０に保持した
溶融合金８をるつぼ１０の下部に設けたスリット（図２
には示していない）を介して噴出し、冷却ロール６上で
鋳造して製造する。製造された該急冷凝固箔４は、回転
軸３で高速回転する巻取ロール１のテーパ面２で捕捉さ
れ巻取られる。

【００１７】該急冷凝固箔４の巻取りは、巻取ロール１
を冷却ロール６に接近させて開始するが、少なくとも一
周巻取り後は、両テーパ２，５が平行を維持した状態で
両テーパ２，５の間隔ｄが拡大する方向（ｙ方向）、お
よび巻取ロール１の短径側が冷却ロール６の長径側に近
づく方向（ｘ方向）に巻取ロール１を移動させる。これ
は、巻取りの進行に伴い巻取ロール１のテーパ面２上に
積層される急冷凝固箔４の積層厚が、増加することから
生じる冷却ロールとの接触の恐れ、および、該箔４は幅
方向に湾曲しているので、短径側にずれていくことによ
り生じるしわや破損の恐れを防止するためである。な
お、巻取ロールの移動の要領に関しては実施例にて具体
的に説明する。

【００１８】なお、図１，２において共通して言えるこ
とであるが、本発明において、巻取り開始時、急冷凝固
箔４の先端を巻取ロール１に捕捉させるには、該箔４が
磁性を有する場合は、テーパ面２に永久磁石あるいは電
磁石を埋め込んでおく等の磁気的捕捉手段を採用するこ
とができる。また、該箔４が非磁性の場合は、テーパ面
２に粘着性の物質を付着させる等の捕捉手段を採用する
ことができる。

【００１９】本発明において、巻取ロール１のテーパ角
θ₁ および中心径φ₁ を決定する際に用いる（１）式の
意味について図８を用いて説明する。図８には２つの円
錐台リングＡ・Ｂと水平リングＣを同一中心線上に重ね
て示す、それぞれのリングのテーパ角を図中に示すよう
に、θ_a ，θ_b ，θ_c とし、それぞれのリングの中心位
置での径を、φ_a ，φ_b ，φ_c とする（半径がそれぞ
れ、φ_a ／２，φ_b ／２，φ_c ／２となる）。また、そ
れぞれのリングののりの長さをそれぞれ、Ｌ_a ，Ｌ_b ，
Ｌ_c とする。

【００２０】ここで、Ｌ_a ，Ｌ_b ，Ｌ_c を等しいと仮定
すると、円錐台リングＢを下方へ降ろした場合、θ_b が
θ_a になったとき、円錐台リングＢは円錐台リングＡと
なる。また、水平リングＣを下方へ降ろした場合、θ_c
がθ_a になったとき、水平リングＣは円錐台リングＡと
なる。

【００２１】すなわち、本発明により用いる巻取ロール
を円錐台リングＡとみなし、円錐台リング状接合材を円
錐台リングＢおよび水平リングＣとみなすと、Ｌ_a ，Ｌ
_b ，Ｌ_c を等しくなるように設計すれば、円錐台リング
Ａの形状の巻取ロールを用いれば、円錐台リングＢおよ
び水平リングＣの形状の円錐台リング状および水平リン
グ状接合材用急冷凝固箔を巻き取ることができる。

【００２２】よって、図８に示すＬ_a ，Ｌ_b ，Ｌ_c が等
しくなるような関係式を満足すればよいことになる。す
なわち、図８に示すように、 Ｌ_a ｓｉｎθ_a ＝φ_a ／２ だから、 Ｌ_a ＝（φ_a ／２）／ｓｉｎθ_a …（２） また、 Ｌ_b ｓｉｎθ_b ＝φ_b ／２ だから、 Ｌ_b ＝（φ_b ／２）／ｓｉｎθ_b …（３） さらに、 Ｌ_c ｓｉｎθ_c ＝φ_c ／２ だから、 Ｌ_c ＝（φ_c ／２）／ｓｉｎθ_c …（４） ここで、Ｌ_a ，Ｌ_b ，Ｌ_c が等しくなければならないか
ら、 （φ_a ／２）／ｓｉｎθ_a ＝（φ_b ／２）／ｓｉｎθ_b ＝（φ_c ／２）／ｓｉｎθ_c となり、さらに、φ_a ，θ_a をそれぞれ巻取ロールの中
心経φ₁ 、テーパ角θ₁とし、φ_b ，φ_c を冷却ロール
の中心径φ₂ ，θ_b ，θ_c を冷却ロールのテーパ角θ₂
として表すと、 （φ₁ ／２）／ｓｉｎθ₁ ＝（φ₂ ／２）／ｓｉｎθ₂ すなわち、φ₁ ／ｓｉｎθ₁ ＝φ₂ ／ｓｉｎθ₂ となり、（１）式が導かれる。

【００２３】なお、本発明により急冷凝固箔を巻取る
際、少なくとも一周巻取り後巻取ロールをｘ方向および
ｙ方向に移動する必要がある旨先に述へたが、これは巻
取りが進行するに連れ図８に示すように急冷凝固箔をの
りの長さを一定になるように巻取らないとしわや破損が
生じるためである。以下、本発明の実施例を図面に基づ
いて説明する。

【００２４】

【実施例１】図４に示すような９０°開先を有する鋼管
同士（鋼管サイズ：外径３６０mm、内径３４０mm、肉厚
１０mm）を接合するための水平リング状接合材を得るた
めに、図１に示すような装置で急冷凝固箔の鋳造および
巻取実験を行った。用いた冷却ロールは、径４００mm、
幅３５mmの銅製のもので、鋳造は必要な水平リング状接
合材のサイズに合わせて、冷却ロールの中心から半径１
７５mmの位置を中心として行った。急冷凝固箔の巻取り
には、（１）式を満足するような小型サイズの巻取ロー
ルを用いた。すなわち、中心径、テーパ角がそれぞれ、
２４８mm、４５°で厚さが５０mmの巻取ロールを用い
た。なお、巻取ロールのテーパ面２らは永久磁石（Ｓｍ
−Ｃｏ合金）を埋め込み、磁力で急冷凝固箔（強磁性を
有する）の先端を捕捉する方式を採用した。

【００２５】鋳造は以下のように行った。すなわち、冷
却ロール６を１４００rpm （平均表面速度でおよそ２６
ｍ／ｓ）の速さで高速回転させ、るつぼ１０からＦｅ−
９wt％Ｓｉ−１．５wt％Ｂからなる組成の溶融合金８
を、噴出圧０．２kg／cm² で、スリット９（スリットサ
イズ：０．６mm×１１mm）からテーパ面５ら噴出した。
噴出時の溶融合金の温度は１３００℃とし、スリット９
と冷却ロール６のテーパ面５とのギャップは０．２mmと
した。

【００２６】巻取条件は、鋳造開始時の回転数を１９５
０rpm とし、巻取り開始から０．５秒後以降は巻取張力
が５kgf の一定値となるように制御した。また、巻取り
開始後０．５秒後から、巻取ロールをｘ方向に３４mm／
分で移動させ、さらに２秒後からはｙ方向に２０mm／秒
で移動させた。

【００２７】結果として、幅は１８mm、厚さはおよそ２
０μｍの急冷凝固箔４を整然と積層して巻取ることがで
きた積層厚さは約２０mmで、巻取り量は約１kgであっ
た。この急冷凝固箔４を、鋼管の９０°開先の周長に合
わせて１周長さ分を切り出したところ、目標の水平リン
グ状接合材となり、この鋼管接合用として長さ、幅、傾
きのすべての寸法が一致した。

【００２８】この結果から、水平リング状接合材用急冷
凝固箔でも、（１）式を満足するように設計した巻取ロ
ールを用いれば、良好に巻取ることができることを確認
できた。

【００２９】

【実施例２】図７に示すような４５°開先を有する鋼管
同士（鋼管サイズ：外径４００mm、内径３８０mm、肉厚
１０mm）を接合するための円錐台リング状接合材を得る
ために、図２に示すような装置で急冷凝固箔の鋳造およ
び巻取実験を行った。用いた冷却ロールは、必要な円錐
台リング状接合材のサイズに合わせて、中心径が３９０
mm、テーパ角が４５°で、厚さは３５mmであった。急冷
凝固箔の巻取りには、（１）式を満足するような小型サ
イズの巻取ロールを用いた。つまり、中心径、テーパ角
がそれぞれ、２３２mm、２５°で、厚さが５０mmの巻取
ロールを用いた。なお、巻取ロールのテーパ面２には永
久磁石（Ｓｍ−Ｃｏ合金）を埋め込み、磁力で急冷凝固
箔（強磁性を有する）の先端を捕捉する方式を採用し
た。

【００３０】鋳造は以下のように行った。すなわち、冷
却ロール６を１２００rpm （平均表面速度２４．５ｍ／
ｓ）の速さで高速回転させ、るつぼ１０から、Ｆｅ−９
wt％Ｓｉ−１．５wt％Ｂからなる組成の溶融合金８を、
噴出圧０．２kg／cm² で、スリット９（スリットサイ
ズ：０．６mm×１８mm）からテーパ面５に噴出した。噴
出時の溶融合金の温度は１３００℃とし、スリット９と
冷却ロール６のテーパ面５とのギャップは０．２mmとし
た。

【００３１】巻取条件は、鋳造開始時の回転数を２００
０rpm とし、巻取り開始から０．５秒後以降は巻取張力
が５kgf の一定値となるように制御した。また、巻取り
開始後０．５秒後から、巻取ロールをｘ方向に３４mm／
分で移動させ、さらに２秒後からはｙ方向に２０mm／秒
で移動させた。

【００３２】結果として、幅は１８mm、厚さはおよそ２
０μｍの急冷凝固箔４を整然と積層して巻取ることがで
きた積層厚さは約１４mmで、巻取り量は約１kgであっ
た。この急冷凝固箔４を、鋼管の４５°開先の周長に合
わせて１周長さ分を切り出したところ、目標の円錐台リ
ング状接合材となり、この鋼管接合用として長さ、幅、
傾きのすべての寸法が一致した。

【００３３】この結果から、冷却ロールにより小型の巻
取ロールでも、（１）式を満足するように設計した巻取
ロールを用いれば、比較的大型の円錐台リング状接合材
用急冷凝固箔でも良好に巻取ることができることを確認
できた。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、鋼管等の管同士を接合
する際、接合面に挿入される水平リング状さらには大型
の円錐台リング状の接合材用急冷凝固箔でも、小型の巻
取装置で、良好に巻取ることが可能となり、該急冷凝固
箔製造時の設備建設費用の削減と、作業性および歩留の
向上を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例を示す模式図である。

【図２】本発明の他の一例を示す模式図である。

【図３】水平リング状接合箔用急冷凝固箔の製造の様子
を示す模式図である。

【図４】水平リング状接合箔を用いて管を接合する様子
を示す模式図である。

【図５】円錐台リング状接合箔用急冷凝固箔の従来巻取
方法を示す模式図である。

【図６】円錐台リング状接合箔用急冷凝固箔の製造方法
を示す模式図である。

【図７】円錐台リング状接合箔を用いて管を接合する様
子を示す模式図である。

【図８】本発明における（１）式の意味を説明する模式
図である。

【符号の説明】

１：巻取ロール ２：巻取ロールテーパ角 ３：巻取ロール回転軸 ４：急冷凝固箔 ５：冷却ロールテーパ角 ６：冷却ロール ７：冷却ロール回転軸 ８：溶融合金 ９：スリット １０：るつぼ １１：円錐台リング状接合材 １２，１３：管 １４：凹テーパ管 １５：凸テーパ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 テーパ付き冷却ロールのテーパ面に溶融
   合金を噴出して製造される急冷凝固箔を、テーパ付き巻
   取ロールを用いて巻取る方法において、下式を満足する
   中心径およびテーパ角を有する巻取ロールを用いて巻取
   ることを特徴とする円錐台リング状接合材用急冷凝固箔
   の巻取り方法。 φ₁ ／ｓｉｎθ₁ ＝φ₂ ／ｓｉｎθ₂ ここで、θ₁ ＝巻取ロールテーパ角 θ₂ ＝冷却ロールテーパ角 φ₁ ＝巻取ロール中心径 φ₂ ＝鋳造中心位置での冷却ロール径