JPS583722A - スパイラル管の製造方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ストリップ面をスパイラル状に巻きながらエ
ツジ合せ目を溶接して管をつくるスパイラル管の製管方
法およびその装置に関する。

スパイラル管を製造する方法には大別して外面押え方式
、内面押え方式および押えロール無しの方式の３方式が
ある。外面押え方式は、ピラミッド形に配置された３列
１組の曲げ成形ロールでストリップを圧下して曲げ成形
を行ない、固定的な多数の外面押えロールでスパイラル
状に成形ざｉたストリップの外面を押え、成形されたス
トリップのスプリングバックを抑制したまま合せ目溶接
するものである。まだ溶接されていない成形されたスト
リップを押えロールに接触させながら合せ目を溶接する
ので、成形されたストリップは完全に荷重が除かれない
で、つまり内部弾性ひずみが加えられたまま合せ目が固
定される。したがって、管の長手方向にスリットを入れ
た場合、管を開くはね返り（以下圧の残留モーメントと
称す）が起こる。内面押え方式は、上記と同様の曲げ成
形ロールでストリップを圧下して曲げ成形を行ない、固
定的な多数、の内面押えロールで成形されたストリップ
を若干拡管しながら合せ目溶接を行なうもので、管の長
手方向のスリットを入れた場合に、スリットの縁を重な
らせるはね返り（以下負の残留モーメントと称す）奪起
こす。押えロール無しの方式は、成形されたス）　Ｉ／
ツブが完全にスプリングバックした状態で公称外径にな
るようにストリップの成形を行なうもので、残留モーメ
ントが０であるから長手方向のスリットを入れてもスプ
リングバックは生じない。

斯様に従来のは七んどのスパイラル管製造法によれば、
押えロール無し方式ではスプリングバックが生じないか
ら製作者の意図に関係なく一定方向、一定量のスプリン
グバックが生ずるもので、故意に残留モーメントを与え
るという着想は存在しなかった。しかし、スパイラル管
の用途が広がるにつれて、この残留モーメントを無視す
ることが製品に欠陥を与え、利点を損なうことに本発明
者達は気がついた。例えば、サワーガス用スパイラルラ
インパイプにおいて正の残留モーメント力存在する場合
、応力腐食割れが助長されるので負の残留モーメントを
与えることが望ましい。また、外面押え方式で製造され
たスパイラル管は正の残留モーメントを惹起する残留応
力が大きいので、パイプラインに用いた場合に管内の液
圧で拡管し、パイプ強度の低下を来たす。ざらに、負の
残留モーメントが存在するあるいは、全く残留モーメン
トが存在しないスパイラル管に矢板爪を取付けた杭は、
これの断面形状がいびつをなるが、この杭に適当な値の
正の残留モーメントが存在すれば真円度を保つことがで
きる。このように、用途に応じて適当な範囲でスプリン
グバックを惹起させる残留モーメント（内部弾性ひずみ
）を自由にコントロールする必要がある。しかし、従来
の製管方法・装置は、ただ単に所望径のスパイラル管を
製造することだけを考えたものであり、残留モーメント
をコントロールするという着想はない。又、従来の成形
装置では成形量を自由に調整するこｋができない固定的
なものであったため、同一成形方式・装置の場合には正
、負の残留モーメントを作り分けるどころかその量をコ
ントロールすることさえも困難である。したがって、残
留モーメントを正と負に作り分けるには少なくとも外面
押え方式および内面押え方式の２方式の設備を必要とす
る。しかし、狭い工場に２方式の設備を設置することは
設備稼動率を低下させるためコスト高となり、経済上不
利である。

本発明の目的は、スパイラル管を製造するに際し、残留
モーメントを所望される方向並びに値に自由に調整して
付与しうる製管方法並びに装置を提供することである。

本発明の他の目的は１台の成形装置で正および負の残留
モーメントを製品管に与えることができるスパイラル管
の製造方法およびその装置を提供することである。

本発明の更に他の目的はストリップの板厚および降伏応
力の変動に追従してストリップの成形条件を自動的に変
えることにより、所望の残留モーメントを有するスパイ
ラル管を製造することができるスパイラル管の製造方法
およびその装置を提供することである。

この発明では、スパイラル管の製造において、ストリッ
プの板厚縦弾性係数および降伏応力、製品管の曲率なら
びに製品管に与えるべき残留モーメントに基づいてその
残留モーメントを生ずる、ストリップに予め与えるべき
最大曲率を求める。

この曲率は製品管の曲率よりも大きい。ピラミッド型に
配置された３列の成形ロールにより、成形ロールの相互
間の位置を調整して平たいストリップを上記最大曲率の
スパイラルに連続的に曲げ成形する。続いて、スパイラ
ル状に成形されたろトリップを製品管の直径となるよう
にスプリングノ（ツクさせ、あるいは押し広げる。そし
て、ストリップの縁の合せ目を溶接する。

本発明では、一旦製品管の曲率よりも大きな曲率にスト
リップを曲げたのち製品管の曲率に戻すようにしている
ので、１台の製管装置により所望の大きさおよび向きの
残留モーメントを製品管に与えることができる。

また、本発明ではストリップをスパイラル状に成形して
いる間に、降伏応力の変動あるいは成形量の変化に対す
る成形荷重の変化の比を検出して、ストリップの降伏応
力あるいは板厚の変化に追従して成形ロールの相互間の
位置を調整する。したがって、高い精度で製品管に所望
の残留モーメントを与えることができる。

本発明の装置では、３列の曲げ成形ロールの出側に隣接
して曲げモーメント付与ロールを配置している。このロ
ールはスパイラル状に成形されたストリップのスプリン
グバックを抑制し、あるいはスパイラルを押し広げてス
パイラルの曲率な製品管の曲率に保持する。

曲げ成形装置および曲げモーメント付与ロールにおける
ストリップの曲げ成形量の調整には、ストリップ例えば
帯鋼の変形抵抗の変化が作るべき管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。２′７れは次
に述べる曲げ理論並びに製造に先立つ検査によって知る
ことができる。この検査では、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（計器の読み）と真
の圧下量、それと曲率との関係などを求める。そして、
グラフあるいは表で検査の結果を見出すことができるよ
うにする。考慮される帯鋼の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
により残留モーメントが予定値にある管を作ることがで
きる。

スパイラル鋼管の成形過程を単純曲げ理論をベースに検
討しそれに基づく製品径及び残留モーメントの調整につ
いて以下に述べる。

まず最初に、残留モーメントと１対１の対応関係にある
リング開口度について説明する。

第１図に示すようなリング開口による幾何学的関係から
、ρ１は製品パイプの曲率半径、ρ０はリング開口度、
すなわち完全にスプリングバックした後のパイプの曲率
半径を表わすとすると、θ α＝２ρ。５１ｎＴ＋　２πρ、＝（２π−θ）ρ０で
ある。

この２つの式から、リング開口度γをｒ−α／Ｄｐで定
義すると、γは次式で与えられる。

リング開口による曲率の変化状況を曲げモーメントと曲
率の関係から説明する。第２図に示すように、例えば最
大曲率１／ρ１のＡ点まで曲げられた材料はスプリング
バックの途中のＢ点の製品曲率１／ρ、で縁部を溶接さ
れて製品となり、残留モーメントＭＩが残る。この製品
パイプの長さ方向にスリットを入れてリング開口すると
、残留モーメントが開放されリング開口後のパイプの曲
率はＣ点の１／ρ。となる。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Ｍ２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曲げ成形後に内面から逆開げを与
えることが必要である。この請合、リング開口すると第
２図からも分るようにｍ率半径は製品の曲率半径より小
さくなり、第１図のαは負、すなわちγは負となる。

ωは通常１前後の値であることがら近似計算すると、 で表わされる。

又、材料の応カー歪関係を、例えば弾完全塑性体とする
と、単純曲げ理論より、 こ＼でＥ、σア、　２ｔは夫々材料のヤング率、降伏点
、板厚を表わす。

通常の成形では（３）式の〔〕内の第３項は無視できる
ので 七なる。

ｒ２Ｌ　（４）より、素材のヤング率を降伏点（Ｅ、σ
Ｙ）とパイプサイズ（２ｔ、ρｐ）及び曲げの最大曲率
１／ρ１が決まると、リング開口度γは決定される。

ちなみに 正または０の残留モーメントでは γ〉０．（ω≦１）で り≧ρ。）ρ。

負の残留モーメントではγ〈０．（ω〉１）でρ、〉ρ
。〉ρ１ となる。

又、製品パイプの最外表面の残留応力をσＢとすると、
単純曲げ理論の計算により、リング開口度は次式で与え
ることもできる。すなわちさらに、最大曲率Ｉ／ρ１に
おける管の単位長ざ邑りの曲げモーメントＭおよび管の
単位長ざ当りの残留モーメントＭ、はそれツレ で表わされる。

上述の曲げ理論から明らかなように、スパイラル管はま
ず曲げ成形装置によって予定の製品パイプ半径ρ、より
も小さい曲率半径ρ１に曲げられる。

この曲げ成形装置で曲げられたストリップの完全にスプ
リングバックした後の、すなわち残留モーメントがＯと
なる曲率半径ρ。力、′−製品製品ダイブ半径よりもど
れだけ大、きいかあるいは小さいかによって残留モーメ
ントの値と方向が決定される。曲率半径ρ１に曲げられ
た後、管径方向に移動する曲げモーメント付与ロールあ
るいは押えロールで外にあるいは内に押えられて製品パ
イプ半径ρに修正されつつ溶接が行なわれ製造される。

而して曲げモーメントの残留量の調整ばかりが正、負の
作り分けも可能となる。つまり、外面押え方式による場
合、従来生じ得なかった負の残留モーメントをストリッ
プの過度の曲げ七曲げモーメント付与ロールで内面から
ストシップを押えることで可能とする。第２図の（モー
メント−曲率）曲線に示すＭ２の負の残留モーメントを
与えようとする場合、製品パイプの曲率１／ρ、のとき
にＭ２の負のモーメントが得られるように曲げ成形装置
の曲げ成形量例えば圧下量をＡ′の点まで進め、次いで
曲げモーメント付与ロールで製品パイプ径まで押し返し
、つまりＢ′点まで曲率な小さくして溶接を行ない固定
する。このように、曲げ成形装置で与えられる曲げの最
大曲率をＡ　−Ａ’の間で変えるように曲げ成形装置の
圧下量を調整すれば、Ｂ　−Ｂ’の範囲つまりＭＩ−Ｍ
２の範囲で残留モーメントを調整できる。

他方、正の残留モーメントを与える場合には外方の固定
的な押えロール特に曲げ成形装置直後の押えロールでス
トリップを相対的に径方向へ押しつけることで果される
。

また、内面押え方式による場合、従来生じ得なかった正
の残留モーメントをストリップの曲げの最大曲率を小さ
くする方向へ移動きせることと曲げモーメント付与ロー
ルで外面からストリップを押えることで可能とした。第
２図の（モーメント−曲率）曲線に示すＭｌの正の残留
モーメントを与えようとする場合、製品パイプの曲率１
　／　ｐｐのときにＭｌの正のモーメントが得られるよ
うに曲げ成形装置の圧下量をＡの点まで進め、次いで曲
げモーメント付与ロールで製品パイプ径まで押え、つま
りＢ点まで曲率を小さくして溶接を行ない固定する。他
方、負の残留モーメントを与える場合には内方の固定的
な押えロール特に曲げ成形装置直後の押えロールでスト
リップを相対的に径方向へ押しつけることで果される。

斯様に一つの成形方式で正・負の残留モーメントを自由
にコントロールして作り得る。

以下本発明を更に図面に示す装置の具体的一実施例に基
づいて詳細に説明する。

第３図および第４図はそれぞれ本発明を応用した外面押
え方式の製管装置の正面図および側面図である。これら
図面に示すように基台ＩＩ上に外面入側成形スタンド１
２および外面出側成形スタンド１３が設けられている。

また、基台１１上のフレーム１５からピン１６および支
持板１７を介して内面成形スタンド１４が吊り下げられ
ている。内面成形スタンド１４は入側および出側成形ス
タンド１２．１３に向い合っている。

入側、出側および内面成形スタンド１２．１３．１４に
はそれぞれ成形ロール１８．１９．２０が回転自在に取
り付けられている。第４図には入側成形ロール１８の配
列が示されている。この図に示すように多数の入側成形
ロール１８が管軸方向に沿って配列されており、管軸に
対しスパイラルの進み角と同じ角度で傾斜しているｄ出
側および内面成形ロール１９．２０の配列も入側成形ロ
ール１８の配列と同じである。そして、これら成形ロー
ル１８．１９および２゜は正面から見るとピラミッド型
−配置されている。

入側成形スタンド１２は第４図に示すように基台】１上
に管軸方向に移動自在に載置された移動台２１と移動台
２１上に昇降自在に載置されたロール支持台２２とから
なっている。移動台２１は管軸方向に傾斜する鋸歯状の
滑面２３を備えている。また、移動台２１の後端寄りに
管軸方向に延びる軸穴２４が設けられており、軸穴２４
の後部にはねじスリーブ２５がはめ込まれている。ねじ
スリーブ２５には軸受２７により回転自在に支持された
ねじ棒２６がはめ合っている。ねじ棒２６は減速機付き
モータ２８が連結されており、ねじ棒２６の回転により
移動台２１は進退する。ロール支持台２２は移動台２１
と同様の滑面２９を有し、両溝面２３，２９が接するよ
うにしてロール支持台２２は移動台２１上に載置されて
いる。ロール支持台２２には滑面２９の先端寄りに溝３
１が設けられており、この溝３１に基台１１のフレーム
（図示しない）に固定されたピン３２が係合している。

したがって、移動台２１が進退すると、ロール支持台２
２はピン３２によって進退が阻止され、昇降する。また
、ロール支持台２２の上面にはブロック３３を介して上
記入側成形ロール１８が回転自在に支持されている。

出側成形スタンド１３も上記入側成形スタンド１２と同
様の構造をしている。そして、各成形ロール１８．１９
の上下位置は移動台を進退させて調整される。成形作業
中、移動台２１に垂直方向の成形荷重が作用しても、移
動台２１の摺動面およびねじ部の摩擦によって移動台２
１は進退しないので、ロール支持台２２は全く昇降しな
い。したがって、入側成形ロール１８は設定された位置
に保持される。他の成形ロール１９についても同様であ
る。

上記基台１１上には第３図に示すようにピラー３５によ
り断面がＣ形をし、管軸方向に延びるフォーミングケー
ス３６が支持されている。フォーミングケース３６は管
２の成形が始まる位置から溶接位置までの間の部分を覆
うようにして管２を取り囲んでいる。フォーミングケー
ス３６には管２外周面に沿うように配列された多数の外
面押えロール３７がねじ機構を含む支持部材３８を介し
て回転自在に取り付けられている。外面押えロール３７
は支持部材３８のねじ機構によって管２の半径方向に出
入して押え位置が調整される。また、外面押えロール３
７は管２の外周面に接触し、管２のスパイラル運動に従
って回転する。

前記内面成形スタンド１４には、管軸方向に沿って配列
された複数の曲げモーメント付与ロール４１が取り付け
られている。曲げモーメント付与ロール４１の管内周方
向の位置は、第３図に示すように出側成形ロール１９と
外面押えロール３７との間すなわち出側にあり、装置の
配置の許す限り出側成形ロール１９に近接していること
が望ましい。曲げモーメント付与ロール４１の取付は方
は、入側及び出側成形ロールと同様である。すなわち、
スタンド本体４２に鋸歯状滑面４４を有する移動台４３
が支持されている。移動台４３は減速機付モータ４６に
より回転駆動されるねじ棒４５によって管軸方向に進退
される。ロール支持台４８は鋸歯状清面４９を有し、こ
の滑面４９が移動台４３の滑面４４に接するようにして
スタンド本体４２に支持されている。ｑ−ル支持台４８
は、前記入側成形スタンド１２の場合と同様に移動台４
３の進退によって昇降する。

内面成形スタンド１４の前端寄り（第４図において左端
寄り）から溶接トーチ４８が≠出している。

溶接トーチ４８の先端は管２内面の合せ目３を指向して
いる。図面には図示していないが、上記溶接トーチ４８
の近くに管２外面の合せ目を溶接するトーチが配置され
ている。

上記のように構成された製管装置により、所要の残留モ
ーメントを有するスパイラル管を製造する方法について
説明する。

先ず、各ロールは所定の位置に設定される。すなわち、
成形ロール１８．１９．２０は、内面成形ロール２０が
管２の内面を押え、このロール２０の位置で最大曲率１
／ρ、となるように、また、入側および出側成形ロール
１８．１９で管２の外面を支え、出側成形ロール１９の
位置ではゾ製品管の曲率１／ρ、となるように位置が調
整される。外面押えロール３７および曲げモーメント付
与ロール４１は、それぞれ成形ロール１８．１９．２０
で最終曲率１／ρ１に成形された管２の外面および内面
に接するように位置が調整される。

このようにロールが位置調整された製管装置に、平らな
ストリップが第３図に示すように水平に連続的に送り込
まれる。ストリツン１は入側成形ロール１８と内面成形
ロール２０との間で曲げられて、曲率な増し、内面成形
ロール２０の位置で最大曲率１／ρ１となる。内面成形
ロール２０と出側成形ロール１９との間では、ス゛トリ
ップ１はスプリングバックにより徐々に曲率が減じ、出
側成形ロール１９の位置では＼゛最終曲率１／ρ、とな
る。

そして、次に述べる曲げモーメント付与ロール４１の働
きおよび外面押えロール３７による管径保持により、最
終曲率１／ρ、を保った状態でスパイラル状に成形され
たストリップの合せ目３が溶接トーチ４８で溶接される
。

上記製管工程において、負の残留モーメントを与える場
合には、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曲げ成形ロール１８
．１９の圧下を調整して、曲げ成形装置傾おいて鎖線で
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
４１で内から押し戻して実線の如く修正し、予定の製品
パイプ径とする。つまり、第２図に示すように、曲げ成
形装置でＡ′点の曲げ曲率１／ρ１にあらかじめ成形し
たものを曲げモーメント付与ロール４１で製品パイプ径
に達するまで内から押し戻しくＣ′→Ｂ′）、この状態
で合わせ目を溶接してスパイラル管の成形を行なう。従
って、Ｍ２なる負の残留モーメントが生ずる。

他方、正の残留モーメントを加える場合には第７図に示
すように、曲げ成形装置で鎖線に示す曲率に曲げたもの
を外面押えロール３７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・４イ□ ブ径とする。つまり、第２図に示すように５成形装置で
Ａ点の圧下を加えてスプリングバックさせればＣまで拡
がるように曲（デられたストリップ１を外面押えロール
３７によってＢ点で押えたまま溶接を行ない、Ｍ、なる
正の残留モーメントを加えるのである。従って、曲げの
最大曲率をＡ−Ａ’の間に設定すれば、Ｂ−Ｂ’の範囲
で残留モーメントを任意の方向に任意の量だけ加えるこ
とができる。

第８図は内部弁え方式に応用した一実施例を示す正面図
で・ある。第３図および第４図に示す装置の部材と同じ
部材には同じ参照符号を付け、説明は省略する。外面曲
げ成形ロール１８．１９と内面曲げ成形ロール２αとで
構成きれる曲げ成形装置いわゆる３０−ルペンダーでス
トリップ１は曲（デられてスパイラル管２とされる。ス
パイラル状に成形されるに際しては、前述したと同様の
鋸歯状滑面を有すロール支持台と移動台とが組合せられ
た架台５１によって管径方向に出入自在に支持された多
数の内部弁えロール５２とスタンド５４に支持された曲
げモーメント付与ロール５５とで管径り、の保持が行な
われる。前記曲げモーメント付与ロール５５は３０−ル
ペンダーの出側外面曲げ成形ロール１９の後に、外面に
位置するように設置されている。該口〜ル５５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さ
れている。内面成形スタンド１４および架台５１は管２
の内側に配置された内部弁えロール支持台５７　Ｋより
支持されている。

斯様に構成されているので、正の残留モーメントを４え
る場合には、第２図及び第９図に示すように、曲げ成形
装置でＡ点の圧下を加え鎖線の形状にした後に、曲げモ
ーメント付与ロール５５で内方へ押し込み実線の状態に
して溶接する。つまり、スプリングバックさせればＣの
曲率となるものをＢまで押えて予定の製品パイプ径とし
、その状態で溶接する。これにより、Ｍｌの正の残留モ
ーメントが生じる。負の残留モーメントを加える場合、
第１０図に示すように、曲げ成形装置で鎖線に示す曲率
に曲げたものを内部弁えロール５２で内から拡げ実線の
曲率に修正し、予定の製品パイプ径とする。つま１ハ第
２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′点にまで内部弁えロール５２で拡げたまま
溶接を行ない、Ｍ２の負の残留モーメントを加える。斯
様に圧下量をＡ−７Ａ’の範囲で変更することにより残
留モーメントはＢ−Ｂ’の範囲で変わる。

第１１図は押えロール無しの方式に応用した一実施例を
示す正面図である。曲げ成形装置の後に曲げモーメント
付与ロール６１．６２が内外面に位置するように２個設
置されている。この内外の曲げモーメント付与ロール６
１．６２のいずれが一方を使用しであるいは両方同時に
使用して、残留モーメントを与える。詳しい操作方法に
ついては前述の外面押え方式並びに内部弁え方式と同じ
なので説明を省略する。

斯様に本発明によれば、残留モーメントを任意の方向に
任意量付加することができる。しかも、設備の交換を要
することなく、同一製管ラインにおいてそれが可能とな
る。このことは、一つの設備で正の残留モーメントのス
パイラル管と負の残留モーメントのスパイラル管を作り
分けることができるだけに止まらず、望むならば、一端
から他端に向けて正の残留モーメント領域から負の残留
モーメント領域へと連続的に変わる一本のスパイラル管
を製造することも可能である。

次に残留モーメント調整の基本的考え方につぃて説明す
る。

（１）　　残留モーメント又はリング開口度の初期値設
定 素材のヤング率と降伏点（Ｅ、σ、）とパイプサイズ（
２ｔ、ρｐ）及び所望される残留モーメントすなわちリ
ング開口度（γ）が与えられると、曲げ成形装置による
曲げの最大曲率１／ρ□は（２）、　（４１式より次式
で与えられる。

通常ρ□は直接測定することが困難であるので、例えば
曲げ成形装置の内面曲げ成形ロール直下のストリップの
曲率と成形装置のロール位置との関係を求めておき（８
）式のρ１に対応するロール位置を設定すれば、γの初
期値設定は達成される。以下、この点について説明する
。

本発明者達はピラミッド形に配置された３つの成形ロー
ルによるストリップの曲げ成形について理論的な解析を
行った結果、これら成形ロールの位置関係によってリン
グ開口度γを調整できることを見出した。これを、成形
ロールの位置関係を示す第１２図により具体的に説明す
る。成形ロールは入側成形ロール１８．内面成形ロール
２０および出側成形ロール１９よりなっている。これら
成形ロールはすべて同径ｒであり、図に示すｒ。は成形
ロール相当半径であり、ｒｏ＝　ｒ　＋　ｔである。（
こ〜で板厚ヨ２ｔである。）したがって、図は各成形ロ
ールが曲げ加工されているストリップの板厚中心線Ｎに
接しているように描かれている。内面成形ロール２０に
対する人、出側成形ロール１８．１９の水平距離はそれ
ぞれ９等しくしである。また、人、出側成形ロール１８
．１９の高さ位置は内面成形ロール２０の下端に接する
水平線Ｈから各ロールの上端に至る距離δ９．δ２で表
わされる。ここで、成形ロールの平均圧下量δｍ−（δ
、＋δ２）／２とすると、値δｍ／Ｌ２は材料の縦弾性
係数Ｅ、降伏応力σ工、管の半径ρおよび肉厚２ｔ、な
らびにリング開口度γによって定まる。

第１３図は上記の結果を実験によって確めたもので、ｒ
とδｍ／Ｌ２との関係を示すグラフである。この実験は
管半径ρ、＝　４００　ｍｌ＋板厚２ｔ＝（Ｊ＋ｘ＋成
形ロール半径ｒ　＝　４０　ｒｔｔｒｔｒおよびス）　
リップ降伏応力σア＝３０に９／ｍａの条件のもとで行
われた。こ。

のグラフから明らかなように、δｍ／Ｌ２を大きくして
行くと残留モーメントが正から負に変化する。

ところで、曲げ成形装置では一般に成形ロール半径ｒお
よびロール間距離りは固定されているので、ロール位置
関係において成形作業中に調整可能な量は上記平均圧下
量δｍである。δｍは入側成形ロール１８の圧下量δ、
および出側成形ロール１９の圧下量δ２によって調整さ
れるが、本発明者達は更に、δ２を適当な値に固定し、
δ１のみを調整すると残留モーメントを正確に調整でき
ることを見出した。次に、これを説明する。

理想的には第１２図に示すように、最終曲率半径ρ、で
曲げられたストリップの外周上に出側成形ロール１９の
接触面があればよい。（図では相当半径ｒ６で描かれた
出側成形ロールが点Ｐでストリップの中心線Ｎに接する
ように示されている。）このような接触状態にない場合
、例えば出側成形ロール１９の位置が高すぎる（δ２が
大きすぎる）場合、この成形ロール１９に接触する近傍
のストリップは管外面が凹むように逆向きに湾曲する。

このために、成形にむだなエネルギを消費し、残留モー
メントの調整が本可能となる。また、逆に出側成形ロー
ル１９の位置が低すぎる（δ２が小さすぎる）場合、成
形ロール１９はストリップから離れてしまい、ストリッ
プを所要の曲率に曲げ成形することができなくなる。

出側成形ロール１９の適当な位置すなわち最適圧下量δ
２は、第３図を参照して次のように求められる。ストリ
ップの板厚中央の有効曲げ長ざを！、曲げ傾斜角をθと
すると、幾何学的な関係からｌ：ρｓｉｎθ　　　　　
　　　　　　　・・・・・・（９）Ｌ　＝　ｌ　＋　７
”ｅｓｉｎθ　　　　　　　　　　・・・・・・００）
式（９１，（１０）より Ｌ＝　（１）、　十ｒｅ　）　ｓｉｎθ　　　　　　・
・・・・・（ＩＩ）また、有効圧下量（接点Ｐの位置の
高さ）δ９はδ１−δ−７’ｅ　（１−ｃｏｓθ）　＝
　ｐｐ（１−ｃｏｓθ）−（１２）で表わされ、これよ
り δ、＝（ρ、＋Ｔｏ）　（１−ｃｏｓθ）・・・・・・
０３）弐（ＩＩ）、Ｑ３１より したがって、出側成形ロール１９の圧下量δ２を予め式
（１５１で与えられる値に設定すればよい。

前述のようにδｍ／Ｌ２とリング開口度γしたがって残
留モーメントとの間には一定の関係にあるので、成形ロ
ールの平均圧下量δｍ（＝（δ１＋δ２）／２）により
残留モーメントを調整することかでき、更に、式（Ｉ５
）により出側成形ロール１９の圧下量δ２を設定すれば
、入側成形ロール１８の圧下量δ１のみにより残留モー
メントを調整することができる。

（２）　　外乱（σアおよび２ｔの変化）への対応成形
中、ストリップの降伏応力σ、および板厚２ｔの変化に
よる外乱が発生した場合の残留モーメントＭの調節につ
いて説明する。

成形装置の圧下装置、ハウジングなどの弾性変形がある
ために、成形ロールの見掛けの圧下量ｓｍき真の圧下量
δｍは一致せず、両者の関係は次式％式％ ） ここでＱは曲げ成形荷重、Ｋは成形スタンドのバネ常数
である。

一方、発明者達は実験により材料の成形力Ｑははゾσｙ
＋２ｔ＋δｍの関数と考えることができることを知った
。すなわち Ｑ＝ｃｐ（σ、２ｔ＋　δｍ）・由・・０９次に説明す
る第１４図にＱ−ψ（σＹ・２ｔ、δＩＮ）をグラフに
より定性的に示している。

又、近似的にδｃｘｌ／ρであるからρ□の関数である
。すなわち ２ｍ−８＝Ｖ／（ρ１）・曲・（Ｉ８１Ｆｌｌ；ｌ〜０
樽式より ５ｏ−ｋ・ψ（σｙ＋２ｔ＋δｆｆ１）峠（ρ１）・・
・・・・α９今、成形中、σ、がσ（へ変化した場合の
例で残留モーメント調整の考え方について説明する。

製品径（２ρｐ）及び残留モーメント（γ）を一定に保
つためには、（８）式の関係に従って、σア→σりに応
じてρ１→ρ′１に変えなければならない、すなわち０
！１１式により、ｓｒｎから Ｓ′。＝ｉψ（σ′Ｙ、２ｔ＋δ’ｍ）　＋　Ｗ（Ｑ′
１）　ヘ成形ロールの圧下量を設定変更すればよい。

第１４図は、上記演算をグラフで説明するものである。

成形装置の弾性特性直線群ｓｍ、　ｓ’、　、　ｓ”。

はＳ。をハ？メータとして式（１６１を表わすものであ
る。成形荷重曲線群Ｑ、Ｑ’、Ｑ″は降伏応カσアをパ
ラメータとし弐〇ηを表わしている。式ａカは板厚２ｔ
も変数としているが、ここでは板厚一定としている。直
線Ｍｐは所要の残留モーメントを表わしている。すなわ
ち、所要の残留モーメントＭ、が与えら−れれば、Ｍｐ
Ｊ＝Ｑｌおよび近似的にδＣｘ−１／ρより第２図の例
えば直線ｉ下は、第１４図上に直線Ｍｐで近似的に表わ
すことができる。

この第１４図において、点ａは降伏応力σ、のストリッ
プを圧下量Ｓ。で成形することにより残留モーメントＭ
　の管が得られることを示している。

今、降伏応力がσ４に変ったとすると、弐〇７）により
成形荷重は変化し、荷重曲線はＱ′となる。所要の残留
モーメントを得るためには直線Ｍｐと曲線Ｑ′との交点
すの成形荷重で成形しなければならない。このときの見
掛けの圧下量は、この交点すを通る直線Ｓ′ｏが示す量
Ｓ′□である。

板厚２ｔが変化した場合も上記と同様にして、所要の残
留モーメントを管に与えることができる。

次に、ストリップの降伏応力σアおよび／または板厚２
ｔが変動する場合、管に所要の残留モーメントを与える
ためにストリップの曲げ成形量を自動的に制御する方法
について説明する。

第１５図は制御装置を含む成形装置の概略を示している
。ストリップ１は成形される前に、予めローラーレペラ
ー６５で平らにされる。このときローラーレベラー６５
のローラー６６に加わる荷３重Ｗとストリップ】の降伏
応力σ工とは関数関係にある。したがって、この関数σ
、　＝　ｆ　（Ｗ）を実験により求めておけば、荷重Ｗ
を測定することにより降伏応力σ７を求めることができ
る。荷重Ｗはロードセルなどを利用した荷重計６７によ
りオンラインで連続的に測定される。測定された荷重Ｗ
は制御用コンピュータ６８に入力され、ここで降伏応力
σ工が関数ｆ（Ｗ）Ｋより求められる。また、厚み計６
９により板厚２ｔが測定され、その値は制御コンピュー
タ６８に入力される。

制御用コンピュータ６８には第１４図に示す関数Ｑ＝’
ｆ’（σｙ　＋　２　ｔ　＋６ｍ）およびＱ　＝　Ｋ　
（Ｓｍ−δｍ’）が記憶されている。そして、前に説明
したと同様の手順で、これら関数により変化した降伏応
力むおよび／または板厚２ｔに応じた成形装置の圧下量
Ｓｍがコンピュータ６８において演算される。

第１６図は制御コンピュータ６８における演算過程ヲ示
スフローチャートである。コンピュータ６８には所要の
管径Ｄｐおよび残留モーメントＭ、が予め設定される。

ついで、ストリップの降伏応力σアおよび板厚２ｔが測
定され、これらの値は初期値σ工。、２ｔｏトシテコン
ピユータ６８に設定スる。これら初期値に基づき第１４
図に示す演算により圧下量Ｓｍを求め、これをコンピュ
ータ６８に設定する。

上記設定が終ったならば製管を開始すると共に、σ１，
２ｔの測定を行なう。これらの測定値σＹＩ　Ｉ２ｔ、
がそれぞれ初期値σＹＯｌ　２　ｔｏ　Ｋ等しいならば
上記圧下量Ｓ、ｎで製管を続け、等しくないならば、圧
下量混を修正すると共に、σｙｌ　＋　　２ＬＨを改め
て初期値としてコンピュータ６８に設定する。

求められた圧下量５ｆｆｌは圧下装置７３に入力される
。このとき、成形装置とローラーレベラー６５との間の
距離によって生じる時間差はピンチローラ７１に連結さ
れた速度計７２によりストリップ１の速度Ｖを検出して
、この速度Ｖによって補正される。すなわち、ローラー
レベラー６５で荷重Ｗを測定されたストリップ１０部分
が成形装置の位置に来たときに成形装置にこの部分に対
応する所要の圧下量ＳＩｎが与えられる。

成形装置の真の圧下量δｍはロールまたはロール軸の位
置を検出する圧下量検出器７３により検出される。検出
された圧下量δｍはコンピュータ６８にフィードバック
δれる。

第１７図は他の制御方法による制御装置を含む成形装置
の概略図である。

この装置では、荷重計７５および圧下量検出器７６によ
り、成形ロール２０に加わる荷重Ｑおよび真の圧下量δ
ｍをそれぞれ検出する。これらの検出値Ｑ、δｍは制御
用コンピュータ７７に入力される。制御用コンピュータ
７７には、第１４図に示す関数Ｑ−ψ（σｙ＋２ｔ＋　
　δｍ）および目標値ΔＱ／Δδｍ−に１Ｍｐが入力さ
れている。前述のように第１４図に示す線Ｍｐは直線で
あるので、ΔＱ／Δδｍが常に一定値ｋになるように見
掛けの圧下量Ｓ。を制御することにより真の圧下量δｍ
を制御する。圧下量Ｓ、はコンピュータ７７より圧下装
置７８に入力される。

例えば、第１４図において成形荷重曲線Ｑ上の点ａで成
形が進んでいたときに、ストリップの降伏応力σアがσ
↓に変化したとする。このために、成形荷量曲線はＱか
らＱ′に変化し、成形ロールの圧下量５Ｉｆｉをそのま
まに保って成形を続けると成形条件は点ａからＣに変る
。このとき、真の圧下量δｍの変化に対する成形荷重Ｑ
の変化の比はΔＱ′／Δδ′ｍとなり、目標値ｋから外
れる。すなわち、所要のモーメントＭｐが得られずＭ′
、となる。そこで、コンピュータ７７の指令により圧下
量ＳｍをＳ′ｏに変化させると、成形条件を示す点Ｃは
曲線Ｑ′に沿つ−て移動し、遂には点ｂｌｃ達する。こ
のとき、比ΔＱ／Δδｍは目標値にとなり、所要の残留
モーメントＭｐを管に与えることができる。

第１８図は制御コンピュータ７７における演算過程を説
明するフローチャートである。コンピユー　　１り７７
には所要の管径Ｄｐおよび残留モーメントＭｐが予め設
定され、また予め測定されたストリップの降伏応力σア
および板厚２ｔが設定される。これら設定値に基づき第
１４図に示す演算により圧下量Ｓｍヲ求メ、これをコン
ピュータ７７に設定する。

上記設定が終ったならば、製管を行い、このときの成形
荷重および圧下量を測定し、これを初期値Ｑ。およびδ
０とする。そして、更に製管な続け、成形荷重Ｑ１およ
び圧下量δ１を測定する。Ｑ＋””Ｑ。

ならば製管を続け、Ｑ１〜ＱｏならばΔＱ／Δδを求め
る。ΔＱ／Δδ−にならば製管を続け、ΔＱ／Δδキに
ならば、ΔＱ／Δδ＝にとなるように圧下量島を修正す
る。

本発明は上記実施例に限られるものではない。

例えば、成形ロールは分割型すなわち多数のロールより
なっていたが、これを１本の成形ロールであってもよい
。また、成形ロールの位置すなわち圧下の調整を鋸歯状
滑面を備えた台に代えてねじ式又は液圧による圧下装置
を用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はリング開口度の説明図で、（ａ）はリング開口
前、（ｂ）はリング開口後の状態を示す。 第２図は、成形途中および完成した管の曲率と曲げモー
メントとの関係を示す線図である。 第３図は本発明を外面押え方式に応用した製管装置の一
実施例を示すもので、成形装置の正面図である。 第４図は第３図に示す装置の側面図である。 第５図は曲げモーメン・ト付与ロールを支持する架台の
構造を示す側面図である。 第６図および第７図は外面押え方式における曲げ加工作
業の説明図である。 第８図は本発明を内面弁え方式に応用した製管装置一実
施例を示すもので、成形装置の正面図である。 第９図および第１０図は内面弁え方式における曲げ加工
作業の説明図である。 第１１図は本発明を押えロール無しの方式に応用した一
実施例を示す装置の正面図である。 第１２図は成形ロールの相互間の位置関係を示す図面で
ある。 第１３図は成形ロールの位置（δｍ／　Ｌ　２　）と残
留モーメント（γ）との関係の一例を示すグラフである
。 第１４図は残留モーメントを成形ロールの位置によって
調整する方法を説明する線図である。 第１５図はストリップの降伏応力の変化を検出して成形
量を自動的に調整する装置を含む成形装置の概略図であ
る。 第１６図は第１５図に示す制御コンピュータにおける演
算過程を示すフローチャートである。 第１７図は成形量の変化に対する成形荷重の変化の比を
検出して成形量を自動的に調整する装置を含む成形装置
の概略図である。 第１８図は第１７図に示す制御コンピュータにおける演
算過程を示す７０−テヤートである。 特許出願人　代理人 弁理士矢葺知之 （ほか１名） 第６１１ 第８１！１ ζワ 第７図 ＠１１１１ 第９図　　　　　　　　　　第１０図 ｉｌｌ　１３　Ｈ ２ １１４図 Ｑ＝Ｋ（５ｍ−δｍ　）　　６ｙ＝ｆ　（ｗ）１１１６
図 ＋７１龍悟 Ｄｐ、Ｍｐ １９幅ゐ６ｙ、２ｔｌｌ＋ｌ′Ｌ 及Ｖ数１（６ｙ０．２士Ｏ） Ｅ、下＋Ｓｍ薯ｔｈｖｉｇ＊ 造管 ６Ｙ　、　２ｔ　＞Ｉｔ　’１ｔ （６ｙｔ、２ｔｔ） ＹＥＳ　　　ｅｍ＝（ｙ。 ２ｔ＋＝２ｔ。 Ｏ 手続補正書（自発） −ｔ７　　　　Ｊ　　　　　ε 昭和抽年玲月捗日 許庁長官　島　１）春　樹　殿 １、事件の表示　昭和５６年　特　許　願第９８３５８
　　号２、発明の名称 スパイラル管の製造方法およびその装置３、補正をする
者 事件との関係　出願人 住　所（居所）　東京都千代田区大手町二ｆ目６番３号
氏　名（名称）　　（６６５）新日本製鐵株式会社４、
代　理　人 ６、補正の内袢浅３．・−Ｉへ） （１）　　明細書第１頁から第３頁における特許請求の
範囲を別紙の如く訂正する。 （２）同書第４頁下から３〜２行目の「押えロール無し
方式ではスプリングバンクが生じないから」を削除する
。 （３）回書第５頁下から６行目の「この杭」ヲ「この管
」に訂正する。 （４）同書第７頁９行目の「板厚縦弾性係数」を「板厚
、縦弾性係数」に訂正する。 （５）同書第９頁最終行の「開口度」を「開口後」に訂
正する。 （６）回書第１２頁の７および８行を以下の如く訂正す
る。 「ｒ≧０．（ω≦１）で ρ０≧ρＰ≧ρ１　」 （７）同書同頁下から４行目の（５）式を以下の如く訂
正する。 （８）同書第１６頁１〜２行目、第２３頁３行目、第６
頁１〜２行目、第謔頁１７行目および第３９頁５行目の
「一実施例」を、それ°ぞれ「一実施例」に訂正する。 （９）同書第４頁３行目、４行目および５〜６行目、お
よび第２１頁１４〜１５行目の「溶接トーチ４８」を、
それぞれ「溶接トーチ関」に訂正する。 （１０）同書第２１頁１２行目の「働きおよび」を「働
きまたは」に訂正する。 （１１）同書第４頁５行目の「一方」を「一方」に訂正
する。 （１２）同書同頁１２２行目「同一製管」を「同一製管
」に訂正する。 （１３）同書同頁１３３行目「一つの」ヲ「一つの」に
訂正する。 （１４）同書同頁１６行目の「一端」ヲ「一端」に訂正
する。 （１５）同書同頁１８行目の「一本Ｊを「一本」に訂正
する。 （１６）同書第４頁１１行目の１−第３図」を「第１２
図」に訂正する。 （１７）同書同頁下から２行目の（１２）式を以下の如
く訂正する。 「δ　＝δ２−γｅ（１−ｃｏｓθ）＝ρｐ（１−ｃｏ
ｓθ）　・（１２）」（１８）同書第３１頁１４行目の
「ρ１の関数」ヲ「δｍはρ１の関数」に訂正する。 （１９）同書第３９頁１４行目の「−例」を「−例」に
訂正する。 （２０）添付図面の第１図（ｂ）、第６図、第７図、第
９図、第１０図および第１８図を別紙の如く訂正する。 特許請求の範囲 Ｊ、　管内周方向に沿い、かつピラミッド型に配置され
た３列の成形ロールを備えた成形装置に、ス）　ＩＪツ
ブをその長手方向に送り込みながらストリップを螺旋状
に曲げ成形し、その螺旋状接合部を連続的に溶接してス
パイラル管を製造する方法において、 ス）　ＩＪツブの厚さおよび降伏応力ならびに製品管の
曲率に基づいて、製品管に若し軸方向のスリットヲ入れ
たならばリング開口度が正（周方向に開く）或は負（周
方向に閉じてオーバラップする）または零（周方向に開
くことも閉じてオーバラップすることもない）となる残
留モーメントを有する製品管を得ようとするとき、前記
リング開口度に対応する、曲げ成形過程において必要な
最大曲率を求めること、 前記求められた曲げ成形過程における最大曲率に応じて
上記曲げ成形ロールの上下位置を調節してストリップを
螺旋状に連続成形すること、および 上記成形に引続いて正の残留モーメント（リング開口度
が正となる）を製品管に与える場合には上記スパイラル
をスパイラル管１ 管の曲率となるまでスプリングノぐツクさせ、負の残留
モーメント（リング開口度が負となる）を製品管に与え
る場合は上記スノ（イラルをスノ（イラルの曲率が製品
管の曲率となるまでスプリングバックさせかつ押し拡げ
たのち、螺旋状接合部を溶接することを含むス・シイラ
ル管の製造方法。 ２　管内周方向に沿ってピラミッド型に配置された３列
の成形ロールを備えたストリップの螺旋状成形を行う成
形装置と、その螺旋状接合部を連続的に溶接する溶接装
置とを有するス、＜イラル管の製造装置において、 上記管周方向に関して成形装置の出側に隣接して、スパ
イラル状に成形されたストリップのスプリングパンクに
抗してストリップのスパイラル管が製品管の直径に等し
くなる如くストリップ面を支持するための曲げモーメン
ト付与ロールを管径方向に位置調整可能に設けたことを
特徴とするスパイラル管の製造装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、管内周方向に沿い、かつピラミッド型に配置された
   ３列の成形ロールを備えた成形装置に、ストリップをそ
   の長手方向に送り込みながらストリップを螺旋状に曲げ
   成形し、その螺旋状接合部を連続的に溶接してスパイラ
   ル管を製造する方法において、 ストリップの厚さおよび降伏応力ならび忙製品管の曲率
   に基づいて、製品管に着し軸方向のスリットを入れたな
   らばリング開口度が正（周方向に開く）或は負ｃ周方向
   に閉じてオーバラップする）または零（周方向に開くこ
   とも閉じてオーバラップすることもない）となる残留モ
   ーメントを有する製品管を得ようとするとき、前記リン
   グ開口度に対応する、曲げ成形過程において必要な最大
   曲率を求めるこ七、 前記求められた曲げ成形過程における曲率に応じて上記
   曲げ成形ロールの上下位置を調節してストリップを螺旋
   状に連続成形すること、および 上記成形に引続いて正の残留モーメント（リング開口度
   が正となる）を製品管に与える場合には上記スパイラル
   をスパイラルの曲率が製品管の曲率となるまでスプリン
   グバックさせ、負の残留モーメント（′リング開口度が
   負となる）を製品管に与える場合は上記スパイラルをス
   パイラルの曲率が製品管の曲率となるまでスプリングバ
   ックさせかつ押し拡げたのち、螺旋状接合部を溶接する
   ことを含むスパイラル管ｑ製造方法。 ２、管内周方向に沿ってピラミッド型に配置された３列
   の成形ロールを備えたストリップの螺旋状成形を行う成
   形装置と、その螺旋状接合部を連続的に溶接する溶接装
   置とを有するスパイラル管の製造装置において、 上記管周方向に関して成形装置の出側に隣接して、スパ
   イラル状に成形されたストリップのスプリングバックに
   抗してストリップのスパイラル径が製品管の直径に等し
   くなる如くストリップ面を支持するための曲げモーメン
   ト付与ロールを管径方向に位置調整可能に設けたことを
   特徴とするスパイラル管の製造装置。