JPS63127B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、ストリツプをスパイラル状に巻きな
がら製管するに際し、正負の領域に亙つて任意の
残留モーメントを付与することの可能なスパイラ
ル管の製管装置に関する。

＜従来の技術＞ スパイラル管の製管装置として従来から知られ
ているものは、その概略構造を表す第１図ａ，
ｂ，ｃに示すように、何れも管周方向に沿つて隣
り合う第一及び第二の曲げ成形ロール３，４と、
これら曲げ成形ロール３，４の中間にストリツプ
１を挾んで当該曲げ成形ロール３，４と対向する
第三の曲げ成形ロール５とを有する曲げ成形装置
を具えており、この曲げ成形装置によつてスパイ
ラル状に巻かれたストリツプ１の螺旋状接合部を
図示しない溶接装置で溶接するようにしている。

一般に、スパイラル管の管径はストリツプの螺
旋状接合部に段差が発生しない状態で一定に保持
されるが、ストリツプの板厚や材質にむらがある
場合には、螺旋状接合部に段差が発生して管径が
増減し易くなる傾向を有する。特に、第１図ｃに
示したものではストリツプの板厚や材質に多少の
変動があつても管径がこれに伴つて狂つてしま
い、寸法安定性が極めて悪いばかりか、製管不可
能となるような事態も発生する。

そこで、第１図ａに示すもの（例えば「日本鋼
管技報」No.73の25ページ〜32ページ参照）では常
に大きめの管径に曲げられたストリツプ１を外面
押えロール６で所定の管径にまで押し縮め、管径
の変動を防止するようにしており、又、第１図ｂ
に示すもの（例えば「日本鋼管技報」No.73の25ペ
ージ〜32ページ参照）では常に小さめの管径に曲
げられたストリツプ１を内面押えロール６′で所
定の管径にまで押し拡げ、管径の変動を防止する
ようにしている。

このようにして得られた第２図ａに示すような
スパイラル管２にその長手方向に沿つた切込み１
７を入れてスパイラル管２を切断した場合、第１
図ａの造管装置で得られたスパイラル管２ではス
プリングバツクにより第２図ｂに示すような状態
に変化する。

ここで、リング開口度γ≡α／Dpで定義する
と、γは γ＝ρ_p／ρ_psinρ_p／ρ_pπ＝sinωπ／ω で表される。但し、ρ_pはスパイラル管２の曲率半
径、ρ_pは切断後の曲率半径をそれぞれ表し、ω≡
ρ_p／ρ_p、α＝2ρ_psinθ／２、2πρ_p＝（2π−θ）ρ
_pである。

一方、スパイラル管２の切断（リング開口）に
伴うその曲げモーメントと曲率との関係を表す第
３図に示すように、例えば、最大曲率１／ρ_iのＡ
点まで曲げられたストリツプ１はスプリングバツ
クの途中のＢ点の製品曲率１／ρ_pで縁部を溶接さ
れてスパイラル管２となり、残留モーメントMp
が残る。このスパイラル管２の長手方向に沿つて
切込み１７を入れてリング開口すると、残留モー
メントMpが開放されてリング開口後の曲率はＣ
点の１／ρ_pとなる。又、最大曲率を更に大きくし
てA′まで曲げ成形し、負の残留モーメントMp′を
与える場合も全く同様であるが、この場合、C′か
らB′の製品曲率にするためには第１図ｂに示す
装置を用いて曲げ成形後に内面から逆曲げを与え
ることが必要である。この場合、リング開口する
と第３図からも分かるように曲率半径は製品の曲
率半径より小さくなり、第２図ｂに示したαは
負、即ちγは負となる。

実験と理論的な考察とから、ストリツプ１のヤ
ング率と降伏点と板厚及びスパイラル管２の曲率
半径ρ_pと曲げの最大曲率１／ρ_iとが決まると、リ
ング開口度γが導かれる。因に、正の残留モーメ
ントとなるω≦１の領域では、γ≧０、ρ_p≧ρ_p≧
ρ_iであり、負の残留ーメントとなるω≧１の領域
では、γ≦０、ρ_p≧ρ_p≧ρ_iである。

＜発明が解決しようとする問題点＞ ガスや水や油等の流体のパイプラインとして上
述したスパイラル管を用いる場合、これら流体の
圧力が高いと管の内周面にはこれを押し拡げよう
とする力が作用するため、第１図ａに示した装置
で作られたもともと正の残留モーメントを有する
スパイラル管２では強度が低下する虞がある。こ
のため、第１図ｂに示した装置で作られた負の残
留モーメントを有するスパイラル管２を使用し、
流体圧と負の残留モーメントとを釣合わせるよう
にしている。

従つて、第１図ａに示した装置では負の残留モ
ーメントを有するスパイラル管２は製管できず、
このような要求に対しては残留モーメントを可能
な限り０に近付けたスパイラル管で代用させてい
るが、本質的な対応が不可能であることに変わり
はない。しかも、残留モーメントを０に近付ける
ほど外面押えロール６とストリツプ１との接触が
不安定となり、管径を一定に保持することが困難
となつて来る。

又、鋼管杭としてスパイラル管を用いる場合、
第１図ｂに示した装置で作られた負の残留モーメ
ントを有するスパイラル管２では矢板の溶接に伴
う熱収縮により真円度が低下する上に矢板の間隔
が狭まつてしまい、施工トラブルを招来する虞が
ある。このため、第１図ａに示した装置で作られ
た適当な正の残留モーメントを有するスパイラル
管２を使用し、溶接時の収縮応力と正の残留モー
メントとを釣合わせるようにしている。

従つて、第１図ｂに示した装置では正の残留モ
ーメントを有するスパイラル管２は製管できず、
このような要求に対しては残留モーメントを可能
な限り０に近付けたスパイラル管で代用させてい
るが、本質的な対応が不可能であることに変わり
ない。しかも、残留モーメントを０に近付けるほ
ど内面押えロール６′とストリツプ１との接触が
不安定となり、管径を一定に保持することが困難
となつて来る。

このように、従来の製管装置は正負いずれか一
方の領域の残留モーメントを有するスパイラル管
しか作れないため、パイプライン及び鋼管杭に代
表されるような逆の特性が要求されるスパイラル
管をユーザが満足し得るように作り分けるために
は、第１図ａ，ｂに示す二つの設備を用意しなけ
ればならず、設備稼動率の低下によるコスト高を
招来し、経済上不利である。

しかも、残留モーメントが０近傍となるスパイ
ラル管を安定した管径で高精度に作ることが根本
的に難しい。

本発明はかかる知見に基づき、従来の設備を小
改造するだけで残留モーメントが正でも負でも一
台の製管設備で任意に設定可能な上、管の長手方
向に沿つた残留モーメントを必要に応じて正から
負に亙り漸次変化させることもでき、しかも残留
モーメントが０近傍となるように設定しても管径
を高精度に保持し得る製管装置を提供することを
目的とする。

＜問題点を解決するための手段＞ 第一番目の本発明のスパイラル管の製管装置に
かかる構成は、管周方向に沿つて隣り合う第一及
び第二の曲げ成形ロールと、これら曲げ成形ロー
ルの中間にストリツプを挾んで当該曲げ成形ロー
ルと対向する第三の曲げ成形ロールと、これら少
なくとも三つの曲げ成形ロールを有する曲げ成形
装置に送り込まれてスパイラル状に巻かれる前記
ストリツプの螺旋状接合部を溶接する溶接装置
と、スパイラル状に巻かれた前記ストリツプの内
側或いは外側に設けられてこのストリツプの内周
面或いは外周面に当接する一つの押えロールとを
具えたスパイラル管の製管装置において、前記曲
げ成形装置よりも前記ストリツプの通板方向下流
側にこの曲げ成形装置に隣接し且つ前記ストリツ
プを挾んで前記押えロールの反対側に位置させて
曲げモーメント付与ロールを設け、前記スパイラ
ル管があらかじめ設定された管径となるように前
記ストリツプを押圧すべく前記曲げモーメント付
与ロールを前記スパイラル管の径方向に変位可能
としたことを特徴とするものである。

又、第二番目の本発明のスパイラル管の製管装
置にかかる構成は、管周方向に沿つて隣り合う第
一及び第二の曲げ成形ロールと、これら曲げ成形
ロールの中間にストリツプを挾んで当該曲げ成形
ロールと対向する第三の曲げ成形ロールと、これ
ら少なくとも三つの曲げ成形ロールを有する曲げ
成形装置に送り込まれてスパイラル状に巻かれる
前記ストリツプの螺旋状接合部を溶接する溶接装
置とを具えたスパイラル管の製管装置において、
前記曲げ成形装置よりも前記ストリツプの通板方
向下流側にこの曲げ成形装置に隣接し且つ前記ス
パイラル管の内側及び外側に位置させて一対の曲
げモーメント付与ロールを設け、前記スパイラル
管があらかじめ設定された管径となるように前記
ストリツプを押圧すべく前記一対の曲げモーメン
ト付与ロールを前記スパイラル管の径方向にそれ
ぞれ変位可能としたことを特徴とするものであ
る。

＜作 用＞ ストリツプは曲げ成形装置によつて予定した製
品管の半径と同じか或いは小さい曲率半径に曲げ
られる。ここで、曲げ成形装置により曲げられる
ストリツプのスプリングバツク後の曲率半径が製
品管の半径よりもどれだけ小さいか或いは大きい
かで残留モーメントの正負と大きさとが決定され
る。

しかる後、ストリツプを挾んで対向すると共に
半径方向に移動可能な一対の曲げモーメント付与
ロールは或いはストリツプを挾んで対向する押え
ロール及び曲げモーメント付与ロールにてストリ
ツプの位置が規制され、製品管の半径に保持或い
は修正されつつ溶接装置により螺旋状接合部が順
次溶接されて行く。

＜実施例＞ 外面押えロールを具えた製管装置に本発明を応
用した一実施例の概略構造を表す第４図及びその
一部の側面構造を表す第５図に示すように、二個
の外面曲げ成形ロール３，４と一個の内面曲げ成
形ロール５とで構成される曲げ成形装置（３ロー
ルベンダ）により、ストリツプ１は曲げられてス
パイラル管２となる。このストリツプ１をスパイ
ラル状に成形するに際しては、スクリユー８によ
つて可動的に支えられ且つ製品管の径に応じて移
動する多数の外面押えロール６を備えたローラ型
フオーミングケース９と曲げモーメント（残留モ
ーメント）付与ロール７とで行う。この曲げモー
メント付与ロール７は、曲げ成形装置の出側の外
面曲げ成形ロール４の後に、スパイラル管２の内
面側に位置するように設置されている。該ロール
７は内面曲げ成形ロール５と同じスタンド１０に
取付けられており、鋸歯状滑面を有する楔状のロ
ール支持台１１と楔状の移動子１２との組合せに
よつてスパイラル管２の半径方向に移動可能に設
けられている。つまり、半径方向（第５図中、上
下方向）にのみ移動可能にスタンド１０と一体の
ガイド１８に収納されたロール支持台１１が、油
圧ジヤツキ１３と一体のロツド１４を介してスパ
イラル管２の長手方向（第５図中、左右方向）に
移動させられる移動子１２との間の楔作用で押出
される。従つて、成形作業中にストリツプ１から
の反力を受けて押込まれるようなことはない。な
お、この場合には移動子１２をスクリユーで移動
させることも当然可能である。

斯様に構成されているので、負の残留モーメン
トを与える場合には、その作業原理を表す第６図
に示すように、所定の負の残留モーメントが生ず
る最大曲げ曲率となるように内面曲げ成形ロール
５の圧下を調整し、曲げ成形装置にて破線で示さ
れる曲率に曲げたものを曲げモーメント付与ロー
ル７で内側から押戻して実線の如く修正し、予定
の管径のスパイラル管２とする。つまり、第３図
に示すMp′なる負の残留モーメントを有するスパ
イラル管２を作るには、ストリツプ１のヤング率
をＥ、その板厚を2tとすると、 Mp＝2E・t³／3ρ_p・γ／π＋γ なる関係に基づいてストリツプ１をA′点まで曲
げ成形するが、ｔ／ρ_iに対応する材料の変形抵抗
をσ_i、σ^*をその1.15倍の値とすると、 ρ_p／ρ_i＝π／π＋γ＋３／２・σ^*・ρ_p／Ｅ・ｔ なる関係に基づいて第３図に示す１／ρ_iなる曲率
の曲げがストリツプ１に与えられる。なお、これ
らの数式は後述する正の残留モーメントを与える
場合にもそのまま適用できる。これをスプリング
バツクさせると、第３図に示す曲率１／ρ_p′を有
する管となり、製品とすべき管２の曲率１／ρ_pよ
りも大きな曲率（小さな直径）を有する管となつ
てしまう。そこで、本実施例では曲げモーメント
付与ロール７により製品管の曲率１／ρ_pと等しい
曲率となるB′点まで曲げ成形後のストリツプ１
を曲げモーメント付与ロール７にて押拡げる。こ
の状態で溶接を行い、所定の曲率１／ρ_pを有する
スパイラル管２とすることによつて、このスパイ
ラル管２はMp′なる負の残留モーメントを有する
ことになる。

又、正の残留モーメントを加える場合にはその
作業原理を表す第７図に示すように、曲げ成形装
置で破線に示す曲率に曲げたものを外面押えロー
ル６で押し込み、実線に示した形状の如く修正し
て予定の製品管径とする。つまり、第３図に示す
Mpなる正の残留モーメントを有するスパイラル
管２を得ようとする時は、曲げモーメント付与ロ
ール７は必要なく、この場合には第１図ａに示し
た従来のものと同様にして第３図に示すＡ点に対
応した１／ρ_iなる曲率の曲げをストリツプに与え
る。これを外面押えロール６によりスプリングバ
ツクさせ、Ｂ点に対応した１／ρ_pなる曲率を有す
る予定の管径で溶接を行つてスパイラル管２とす
れば、このスパイラル管２は第３図に示すMpな
る正の残留モーメントを有することになる。

このように、曲げ成形装置で与えられる曲げの
最大曲率がＡ点からA′点の間で変わるようにこ
の曲げ成形装置の圧下量を調整すれば、Ｂ点から
B′点の範囲つまりMp点からMp′点の範囲で残留
モーメントを任意に設定することが可能である。
なお、残留モーメントを０近傍に設定する必要が
ある場合には、外面押えロール６と曲げモーメン
ト付与ロール７とを同時にストリツプ１に当接さ
せ、ストリツプ１の材質や板厚むらによる管径変
動を抑制することが望ましい。

次に、内面押えロールを具えた製管装置に本発
明を応用した一実施例の概略構造を表す第８図に
示すように、外面曲げ成形ロール３，４と内面曲
げ成形ロール５とで構成される曲げ成形装置によ
りストリツプ１は曲げられてスパイラル管２とな
る。このストリツプ１をスパイラル状に成形する
に際しては、前述した鋸歯状滑面を有するロール
支持台と移動子とを組合せた架台１５によつて多
数の内面押えロール６′を可動的に支持した内面
押えロール支持台１６と曲げモーメント付与ロー
ル７とで行われる。前記曲げモーメント付与ロー
ル７は曲げ成形装置の出側の外面曲げ成形ロール
４の後に、スパイラル管２の外面側に位置するよ
うに設置されている。該ロール７は外面押え方式
のものと同様の楔作用を利用した移動機構となつ
ている。

斯様に構成されているので、正の残留モーメン
トを与える場合には、その作業原理を表す第９図
及び第３図に示すように、曲げ成形装置でＡ点の
圧下を加えて破線の形状にした後に、曲げモーメ
ント付与ロール７で内方へ押し込み、実線の状態
にして溶接する。つまり、スプリングバツクさせ
ればＣ点の曲率１／ρ_pとなるものをＢ点まで押戻
して予定の製品管径とし、その状態で溶接する。
これにより、Mpなる正の残留モーメントが生じ
る。

又、負の残留モーメントを加える場合、その作
業原理を表す第１０図に示すように、第１図ｂに
示した従来のものと同様にして曲げ成形装置で破
線に示す曲率に曲げたものを曲げモーメント付与
ロール７を使用せずに内面押えロール６′で内か
ら押し拡げ、実線の曲率に修正して予定の製品管
径とする。つまり、第３図に示すように、A′点
の曲率に曲げ成形装置で曲げたものをB′点にま
で内面押えロール６′でスプリングバツクさせた
後、逆曲げを与えて押拡げた状態のまま溶接を行
い、Mp′なる負の残留モーメントを加える。

このように、圧下量をＡ点からA′点の範囲で
変更することにより、残留モーメントをＢ点から
B′点の範囲で変えることができる。なお、残留
モーメントを０近傍に設定する必要がある場合に
は、前述の場合と同様に内面押えロール６′と曲
げモーメント付与ロール７とを同時にストリツプ
１に当接させ、ストリツプ１の材質や板厚むらに
よる管径変動を抑制することが望ましい。

以下、これらの実施例に基づく具体的な実験結
果を記しておく。

鋼種SS41（降伏応力＝30Kg／mm²） 製品管寸法 外径800mm、肉厚9.0mm 曲げ成形ロール：３ロールによる圧上（下）制御 以上の諸元によつて、初期曲げを種々の水準に
よつてスパイラル管を製造した結果を第１１図に
示す。この実験例では、残留モーメントの大きさ
をリング開口度γで表示しているが、このリング
開口度γと残留モーメントとの関係を第１２図に
示しておく。なお、平均押上量Smは内面曲げ成
形ロール５とストリツプ１との接触点におけるス
パイラル管２の接線を基準として外面曲げ成形ロ
ール３，４とストリツプ１との接触点の位置S₁，
S₂の平均値である。

次に、曲げ成形装置のみ有する第１図ｃに示す
ような製管装置に本発明を応用した別の実施例の
概略構造を表す第１３図に示すように、曲げ成形
装置の後にストリツプ１を挾んでスパイラル管２
の内側と外側とに対向状態で一対の曲げモーメン
ト付与ロール７が設置されている。この一対の曲
げモーメント付与ロール７をスパイラル管２の半
径方向に操作して残留モーメントの制御を行う
が、その操作方法等については前述した二つの実
施例と本質的に変わりないので、その説明は省略
する。なお、管径を一定に保持する必要から、常
に一対の曲げモーメント付与ロール７をストリツ
プ１の内側と外側とに当接させておくことが望ま
しい。

ところで、上述した三つの実施例における曲げ
モーメント付与ロール７の位置を曲げ成形装置の
後方に設定することは当然であるが、通常はスパ
イラル管２を基準として曲げ成形装置からストリ
ツプ１の出側およそ90度の範囲内にすることによ
り、残留モーメントの制御を安定して行うことが
可能となる。又、曲げ成形装置及び曲げモーメン
ト付与ロール７の制御には、ストリツプ１の変形
抵抗の変化がスパイラル管２に対してどの程度の
影響を及ぼすかを知ることが必要である。これ
は、板材の曲げ理論並びにスパイラル管２の製造
に先立つ検査によつて知ることができる。この検
査から、残留モーメント、変形抵抗、曲げ成形装
置の計器上の圧下量と真の圧下量、それと曲率と
の関係等がどのようになつているか判断できる
し、グラフ或いは表で結果を見出すことが可能な
これらの実験から、物理的な性質が変動した場
合、曲げ成形装置の圧下量を上記グラフや表を基
に調節することによつて残留モーメントが予定値
にあるスパイラル管２を作ることができる。

＜発明の効果＞ 本発明のスパイラル管の製管装置によると、ス
トリツプを挾んで押えロールと対向する曲げモー
メント付与ロールを設けるか、或いはストリツプ
を挾んで一対の曲げモーメント付与ロールを設け
たので、一台の製管設備でそれぞれ良好な特性の
パイプライン用或いは鋼管杭用のスパイラル管を
作り分けることができる。このため、一端側から
他端側へ向けて漸次正の残留モーメントから負の
残留モーメントへ変化するような長尺管の製造も
可能である。又、これらのロールでストリツプの
内側と外側とを同時に押えることにより、ストリ
ツプの内厚変動や材質むらがあつても管径を一定
に保持することが可能となり、残留モーメントが
０近傍であつても寸法精度の高いスパイラル管を
安定して製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは従来の外面押え方式のスパイラル管
の製管装置の概念図、第１図ｂは従来の内面押え
方式のスパイラル管の製管装置の概念図、第１図
ｃは従来の押えロールのない形式のスパイラル管
の製管装置の概念図、第２図ａ，ｂはリング開口
度を説明するためのスパイラル管の切断前後の幾
何図、第３図はこの切断前後のスパイラル管の曲
率と曲げモーメントとの関係を表すグラフ、第４
図は本発明を外面押え形式の製管装置に応用した
一実施例の外観を表す概念図、第５図はその曲げ
モーメント付与ロールの駆動機構を表す機構概念
図、第６図及び第７図はその残留モーメントの付
与方法をそれぞれ表す作業原理図、第８図は本発
明を内面押え形式の製管装置に応用した一実施例
の外観を表す概念図、第９図及び第１０図はその
残留モーメントの付与方法をそれぞれ表す作業原
理図、第１１図は本発明による実験結果の一例を
表すグラフ、第１２図はそのリング開口度と残留
モーメントとの関係を表すグラフ、第１３図は本
発明を押えロールのない製管装置に応用した一実
施例の外観を表す概念図である。 又、図中の符号で、１はストリツプ、２はスパ
イラル管、３，４は外面曲げ成形ロール、５は内
面曲げ成形ロール、６は外面押えロール、６′は
内面押えロール、７は曲げモーメント付与ロール
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 管周方向に沿つて隣り合う第一及び第二の曲
   げ成形ロールと、これら曲げ成形ロールの中間に
   ストリツプを挾んで当該曲げ成形ロールと対向す
   る第三の曲げ成形ロールと、これら少なくとも三
   つの曲げ成形ロールを有する曲げ成形装置に送り
   込まれてスパイラル状に巻かれる前記ストリツプ
   の螺旋状接合部を溶接する溶接装置と、スパイラ
   ル状に巻かれた前記ストリツプの内側或いは外側
   に設けられてこのストリツプの内周面或いは外周
   面に当接する押えロールとを具えたスパイラル管
   の製管装置において、前記曲げ成形装置よりも前
   記ストリツプの通板方向下流側にこの曲げ成形装
   置に隣接し且つ前記ストリツプを挾んで前記押え
   ロールの反対側に位置させて曲げモーメント付与
   ロールを設け、前記スパイラル管があらかじめ設
   定された管径となるように前記ストリツプを押圧
   すべく前記曲げモーメント付与ロールを前記スパ
   イラル管の径方向に変位可能としたことを特徴と
   するスパイラル管の製管装置。 ２ 管周方向に沿つて隣り合う第一及び第二の曲
   げ成形ロールと、これら曲げ成形ロールの中間に
   ストリツプを挾んで当該曲げ成形ロールと対向す
   る第三の曲げ成形ロールと、これら少なくとも三
   つの曲げ成形ロールを有する曲げ成形装置に送り
   込まれてスパイラル状に巻かれる前記ストリツプ
   の螺旋状接合部を溶接する溶接装置とを具えたス
   パイラル管の製管装置において、前記曲げ成形装
   置よりも前記ストリツプの通板方向下流側にこの
   曲げ成形装置に隣接し且つ前記スパイラル管の内
   側及び外側に位置させて一対の曲げモーメント付
   与ロールを設け、前記スパイラル管があらかじめ
   設定された管径となるように前記ストリツプを押
   圧すべく前記一対の曲げモーメント付与ロールを
   前記スパイラル管の径方向にそれぞれ変位可能と
   したことを特徴とするスパイラル管の製管装置。