JP6817047B2 - 溝付き金属管の製造装置及び製造方法 - 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、及び製造方法に関する。

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１９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１９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６３−１１１７１８

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、凹球面を有するボール収容部（受座部）の前記凹球面に球体を回転可能に収容した球体ベアリング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を有する溝付け装置により、金属管の外周に凹溝を形成する溝付き金属管の製造装置が本出願人のもとで特許出願されている。この溝付き金属管の製造装置における溝付け装置の管外機構は、球体を単に凹球面で受ける構造である(特願2016-155253、特願2016-073758)。なお、先の出願では前記球体ベアリングを球体保持部と呼んでいる。
溝付け装置の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装置において、金属管の管壁を押し込む管外の球体と押し込まれた管壁を受ける管内の中子の溝状凹部とで金属管に凹溝を形成するが、金属管の管壁を押し込む球体には大きな荷重が作用する。球体ベアリングが球体を摩擦抵抗なく支持できるものであれば問題はないが、実際には摩擦抵抗が必ず生じる。

この溝付け装置を特に電縫管製造装置による造管ラインに設置して金属管に凹溝を形成する場合、球体の回転に対する摩擦抵抗が大きいと、造管ラインの材料送り駆動として大きな動力を必要とする。
造管ラインに要求される動力は、成形（サイジングゾーンでの整形を含む）に要する成形動力と送り駆動に要する送り駆動動力とであるが、前記のように溝付け装置の球体の回転に対する摩擦抵抗が大きいと、送り駆動に要する動力が大となる。
溝付け装置を備えた造管ラインを新規に設置する場合であれば、必要な成形動力及び送り駆動動力を満たすように設計するが、既存の造管ラインに溝付け装置を設置する場合には、既存の造管ラインの動力を増大させる改造には種々の問題が生じるので、通常は造管ラインの造管速度を低くせざるを得なくなる。

また、上述のような電縫管製造装置に設置した場合に限らず、球体ベアリングを用いた溝付け装置で金属管に凹溝を形成する場合に、球体の回転にに対する摩擦抵抗を軽減できることは、大きなメリットである。

本発明は上記事情のもとになされたもので、球体ベアリングを有する管外機構と金属管内に配置される中子とで金属管に管長手方向に伸びる凹溝を形成する場合に、球体ベアリングにおける球体の回転に対する摩擦抵抗を軽減して、溝付き金属管の製造を円滑に行えるよう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、管長手方向に送り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、
球体と前記球体を凹球面をなすボール収容部にて回転自在に保持し、金属管周方向位置不動で金属管中心方向には可動の球体ホルダとからなる球体ベアリングを有し前記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、管内に配置されて前記各球体ベアリングの球体に対応する箇所を受ける中子とを備え、
前記中子の外周面には、前記各球体ベアリングの球体にそれぞれ対向する位置から金属管移動方向前方側にのみ、球体に対応する形状の複数の溝状凹部を有しており、
前記球体ベアリングは、前記球体を前記球体ホルダのボール収容部の凹球面に配置された多数の小球の上に載せた構成であることを特徴とする。

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、前記球体ベアリングは、前記ボール収容部の凹球面の金属管移動方向と直交する左右方向の少なくとも中央部領域に金属管移動方向をなす偶数列のトラック溝を形成してなり、前記偶数列のトラック溝は浅溝と深溝との一対を組みとする複数組からなり、かつ、それぞれの組における浅溝と深溝とはその端部の傾斜面である連絡通路において通じており、前記小球が浅溝と深溝との間を循環し得るようにされていることを特徴とする。

請求項３は、請求項２の溝付き金属管の製造装置において、前記ホルダ本体の凹球面の偶数列のトラック溝が金属管移動方向と直交する左右方向の中央部領域のみにあり、その左右方向外側の領域は溝なしの単なる凹球面であることを特徴とする。

請求項４は、請求項１〜３のいずれかの溝付き金属管の製造装置において、
前記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配置されていることを特徴とする。

請求項５の発明は、溝付き金属管の製造方法であって、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ことを特徴とする。

請求項６の発明は、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ことを特徴とする。

請求項１の発明の溝付き金属管の製造装置において、送り駆動される金属管に対して、球体ベアリングの回転する球体と中子の溝状凹部とで金属管に凹溝が形成される。その際、球体がボール収容部の凹球面に直接接触して回転するのではなく、凹球面に配置された多数の小球に載った状態で回転するので、球体の回転に対する摩擦抵抗が軽減される。
したがって、球体ベアリングを有する管外機構と金属管内に配置される中子とで金属管に管長手方向に伸びる凹溝を形成する場合に、球体ベアリングにおける球体の回転に対する摩擦抵抗が軽減され、溝付き金属管の製造を円滑に行うことができる。

請求項２において、球体と中子とで金属管に凹溝を形成する際、球体は金属管の移動方向と同方向に回転する。
この球体に対して、中央部領域にある浅溝と深溝との一対のトラック溝のうち浅溝内にある小球は球体に接触して負荷を受けつつ、球体の回転方向と反対方向（金属管の移動方向と逆方向）に回転する。一方、深溝内にある小球は球体に接触しないので無負荷状態にある。
トラック溝は金属管移動方向をなしているので、浅溝内の小球は回転しながら浅溝内を金属管の移動方向と逆方向に移動し、その端部の連絡通路を経て隣の深溝に入る。深溝内に入った小球は深溝内の小球を押し、押された深溝内の小球が深溝内を金属管移動方向（順方向）に移動して反対側の連絡通路を経て浅溝に入る。深溝から浅溝に入った小球は、前記のように球体に接触して負荷を受けつつ、球体の回転方向と反対方向（金属管の移動方向と逆方向）に回転する。
こうして浅溝と深溝との間を循環する小球が、浅溝内にある時に逆方向に回転しながら球体の回転を支持する。
トラック溝の溝方向が金属管移動方向と一致しているので、金属管移動方向に回転する球体を支持する浅溝内の小球は、回転する球体の回転軸と概ね平行な回転軸を持つ態様で回転する（向きは逆だが概ね同じ方向で回転する）。したがって、球体と小球との間に無用なすべりは少なく、球体と小球との間の摩擦抵抗は顕著に小さい。
単なる凹球面に多数の小球を配置した構造では、小球の位置が定まらず不規則であり回転方向も不規則となるから、支持する球体に対する摩擦抵抗も大きなものとなるが、本発明の球体ベアリングによれば前記の通り、小球が球体の回転方向（移動体の移動方向）と正しく逆方向に回転（回転する球体の回転軸と概ね平行な回転軸を持つ態様で逆方向に回転）するので、球体と小球との間に発生するすべりは小さく摩擦抵抗は小さい。

背景技術で述べたように、球体ベアリングを用いた溝付け装置を電縫管製造装置による造管ラインに設置して金属管に凹溝を形成する場合、球体の回転に対する摩擦抵抗が大きいと、造管ラインの材料送り駆動として大きな動力を必要とする。
造管ラインに要求される動力は、成形（サイジングゾーンでの整形を含む）に要する成形動力と送り駆動に要する送り駆動動力とであるが、前記のように溝付け装置の球体の回転に対する摩擦抵抗が大きいと、送り駆動に要する動力が大となる。
溝付け装置を備えた造管ラインを新規に設置する場合であれば、必要な成形動力及び送り駆動動力を満たすように設計するが、既存の造管ラインに溝付け装置を設置する場合には、既存の造管ラインの動力を増大させる改造には種々の問題が生じるので、通常は造管ラインの造管速度を低くせざるを得なくなる。
しかし、請求項２のような球体ベアリングを用いた溝付け装置によれば、球体の回転に対する摩擦抵抗が顕著に軽減されるので、材料送り駆動の動力が軽減される。
したがって、球体ベアリングを用いた溝付け装置を、例えば既存の造管ラインに設置する場合でも、既存の造管ラインの動力を増大させる改造をする必要なく、かつ造管ラインの造管速度を低くする必要もなく、設置することが可能となる。

また、球体を著しい高速で回転させる必要のある用途、あるいは極めて大きな荷重を負担させる必要のある用途に使用する場合には、焼付けが発生する可能性があるが、摩擦抵抗が軽減されることは、そのような問題を回避するために有効である。

球体ベアリングにおいて、凹球面が球体から受ける荷重は凹球面の中心近傍が大半なので、請求項３のように、トラック溝を設ける領域を金属管移動方向と直交する左右方向の中央部領域のみにすることが適切である。

請求項４のように、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配置された構成にすることで、煩雑な中子固定手段が不要となり、溝付け装置の構成が簡略化される。

本発明の溝付き金属管の製造装置及び製造方法を実施する電縫管製造装置の一実施例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）は溝付け装置の側面図、（ロ）は（イ）の要部を模式的に示したＡ−Ａ断面図、（ハ）は中子の斜視図である。 上記の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。 （イ）は上記の溝付け装置で金属管に凹溝が形成されている状態における、金属管内面と中子外面との間の望ましい隙間状態、及びそれを実現する手段を説明する図、（ロ）は（イ）におけるＢ−Ｂ断面図である。 図３で説明した溝付け装置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）の球体ベアリング５６のみを示した図である。 図６における球体ベアリング５６を、球体ホルダの蓋体を外した状態で示した斜視図である。 図７において球体を除いた状態で示した斜視図である。 図８において小球を除いた状態で示した斜視図である。 図７で蓋体を取り付けた状態におけるＣ−Ｃ断面図である。 図８の平面図である。 図９の平面図である。 図１０において、球体、小球及び蓋体を除いた状態で示した図である。 図１０における要部を拡大した図である 上述の溝付け装置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製造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及び製造方法を、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、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。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（イ）〜（ハ）は本発明における溝付け装置１０の概ね前提となる構成を模式的に示したもので、本発明における要部である球体ベアリング５６（図６〜図１４で詳細後述する）についてはその球体５５のみを示したものであり、（イ）は溝付け装置１０の側面図、（ロ）は（イ）の要部を模式的に示したＡ−Ａ断面図、（ハ）は後述の中子の斜視図である。
この溝付け装置１０は、溝付け加工を直接行う部分であり、詳細後述する球体ベアリング５６における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、図示例で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の金属管移動方向（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。図３（ハ）に前記中子２０を斜視図で示す。
上記の通り、この実施例では、中子２０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配置されており、フローティング中子と言えるものであるが、この中子を固定的に設けてもよい。この場合、中子を例えば前記インピーダ１３の先端部に棒状体を介して連結した構成とすることができる。
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移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。溝状凹部２０ａの溝端（溝が始まる端部）は半球凹面２０ａ’となっている。中子２０における溝状凹部２０ａのない角形断面部（溝なし部）を２０ｂ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。
この溝付け装置１０において、溝加工される前の金属管８”が図３（イ）の矢印方向に駆動されると、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１７（イ）の溝付き四角形金属管のような断面形状で、図１６（イ）のような連続する凹溝８ａが形成される。

実施例の溝付け装置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４に示すような子挿入退避装置６０で中子を保持するとよい。
この中子挿入退避装置６０は、例えば、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４（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４（イ）のように金属管をその先端が溝付け装置の球体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４（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４（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、金属管の４つの面に凹溝８ａが連続的に形成される。すなわち、図１７（イ）の溝付き四角形金属管のような断面形状で、図１６（イ）のような連続する凹溝８ａが形成される。

なお、図１６（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、各球体ベアリング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ベアリング５６を上昇させる。
これにより、図１６（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。この場合は、図６における中子２０は、これを例えば図２におけるインピーダ１３の先端部に棒状体を介して連結するなどして、固定的に設ける。
なお、溝付け装置１０における球体ベアリング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。

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、図５のように球体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、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ｇ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５に示した実施例では、中子２０の前記溝端半球凹面２０ａ’より金属管移動方向と反対側の溝なし部（溝なし角形断面部）２０ｂの外周面、及び、溝端半球凹面２０ａ’より金属管移動方向前方側の溝有り部（溝角形断面部）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、図示は省略するが、例えば中子の長さを長くする等して、中子２０の傾きや前後動を極力なくすことが有効である。
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。

前述した図３では本発明における溝付け装置１０の概ね前提となる構成を示したが、本発明における要部である球体ベアリング５６を含めた実施例を図６に示す。
図６（イ）は溝付け装置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３で言及した管外機構１９は、球体ベアリング５６と圧下調整機構５７とを備えている。
前記球体ベアリング５６は、前記球体５５とこの球体５５を凹球面をなすボール収容部５４ａに収容する球体ホルダ５４と前記ボール収容部５４ａの凹球面に配置されて前記球体５５を載せる多数の小球８０とからなり、前記球体５５が管外面を押す態様にて、周方向に間隔をあけて設けられている。
前記中子２０は図３で説明した通りの構成であり、管内面に沿う断面形状の短尺の棒状をなし、管内に配置されて前記各球体ベアリング５６の球体５５に対応する箇所を受ける溝状凹部２０ａをその外周面に有する。この溝状凹部２０ａは、前記各球体ベアリング５６の球体５５にそれぞれ対向する位置から金属管移動方向前方（金属管駆動方向前方）側にのみ形成されている。

各球体ベアリング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、前記球体ベアリング５６の上部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を回して球体ベアリング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つの球体ベアリング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、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、上記の圧下調整機構５７は手動で調整ナット５７ｂを回す調整機構であるが、動力による圧下調整機構を設けることができる。

前記球体ベアリング５６の詳細構造を図７〜図１４に示す。図７は図６における球体ベアリング５６を、球体ホルダ５４の蓋体５４ｃを外した状態で示した斜視図、図８は図７において球体５５を除いた状態を示した斜視図、図９は図８において小球８０を除いた状態で示した斜視図である。図１０は図７で蓋体５４ｃを取り付けた状態におけるＣ−Ｃ断面図、図１１は図８の平面図、図１２は図９の平面図、図１３は図１０において蓋体５４ｃと球体５５と小球８０とを除いた状態で示した図、図１４は図１０における要部を拡大した図である。
前記ホルダ本体５４ｂのボール収容部５４ａには、その凹球面の金属管移動方向（矢印Ｘ方向）と直交するＹ方向の中央部領域に金属管移動方向Ｘをなす偶数列のトラック溝を形成している。
前記偶数列のトラック溝は浅溝８１ａと深溝８１ｂとの一対を組みとする複数組からなり、かつ、それぞれの組における浅溝８１ａと深溝８１ｂとはその端部の傾斜面である連絡通路８１ｃにおいて通じており、前記小球８０が浅溝８１ａと深溝８１ｂとの間を循環し得るようにされている。浅溝８１ａと深溝８１ｂと連絡通路８１ｃとからなる循環路を８１で示す。
前記浅溝８１ａ及び深溝８１ｂはいずれも、小球８０の形状に合わせた円弧断面の溝であり、浅溝８１ａと深溝８１ｂと境界壁を８２ａで示す。浅溝８１ａと深溝８１ｂとの一対の組み間の境界壁を８２ｂで示す。
なお、図７〜図１２に記載した球体ベアリング５６におけるホルダ本体５４ｂの下面部の形状（蟻溝の部分）は、図６に記載した球体ベアリング５６におけるホルダ本体５４ｂの形状と異なっているが、いずれでもよい。

この実施例では、金属管移動方向と直交する方向の中央位置を挟む両側にそれぞれ２組のトラック溝を形成しており、凹球面におけるそれ以外の領域は溝のない単なる凹球面の領域８３である。溝のある領域と溝のない領域との境界壁を８２ｃで示す。
前記浅溝８１ａの深さは小球８０が球体５５に接触する深さであり、浅溝８１ａ内の小球８０は回転する球体５５を支持して負荷を受けつつ回転して移動する。深溝８１ｂの深さは小球８０が球体５５に接触しない深さであり、球体５５からの負荷を受けない。
直径４０ｍｍの球体５５に対して実施例の小球８０の径は例えば４．０ｍｍである。深溝８１ｂにおける球体５５と小球８０との間の隙間ｈは０．５ｍｍとしている。

上述の溝付き金属管の製造装置において、移動する金属管に対して、球体ベアリング５６の回転する球体５５と中子２０の溝状凹部２０ａとで金属管に凹溝８ａが形成される。その際、球体５５がボール収容部５４ａの凹球面に直接接触して回転するのではなく、凹球面に配置された多数の小球８０に載った状態で回転するので、球体５５の回転に対する摩擦抵抗が軽減される。
したがって、この球体ベアリング５６を有する管外機構１９と金属管内に配置される中子２０とで金属管に管長手方向に伸びる凹溝８ａを形成する場合に、球体ベアリング５６における球体５５の回転に対する摩擦抵抗が軽減され、溝付き金属管８の製造を円滑に行うことができる。

球体５５と中子２０とで金属管に凹溝８ａを形成する際、球体ベアリング５６の球体５５は金属管の移動方向と同方向に回転する。
この球体５５に対して、中央部領域にある浅溝８１ａと深溝８１ｂとの一対のトラック溝のうち浅溝８１ａ内にある小球８０は球体５５に接触して負荷を受けつつ、球体５５の回転方向と反対方向（金属管の移動方向と逆方向）に回転する。一方、深溝８１ｂ内にある小球８０は球体５５に接触しないので無負荷状態にある。
トラック溝は金属管移動方向をなしているので、浅溝８１ａ内の小球８０は回転しながら浅溝８１ａ内を金属管の移動方向と逆方向に移動し、その端部の連絡通路８１ｃを経て隣の深溝８１ｂに入る。深溝８１ｂ内に入った小球８０は深溝８１ｂ内の小球８０を押し、押された深溝８１ｂ内の小球８０が深溝８１ｂ内を金属管移動方向（順方向）に移動して反対側の連絡通路８１ｃを経て浅溝８１ａに入る。深溝８１ｂから浅溝８１ａに入った小球８０は、前記のように球体５５に接触して負荷を受けつつ、球体５５の回転方向と反対方向（金属管の移動方向と逆方向）に回転する。
こうして浅溝８１ａと深溝８１ｂとの間を循環する小球８０が、浅溝８１ａ内にある時に逆方向に回転しながら球体５５の回転を支持する。
トラック溝の溝方向が金属管移動方向と一致しているので、金属管移動方向に回転する球体５５を支持する浅溝８１ａ内の小球８０は、回転する球体５５の回転軸と概ね平行な回転軸を持つ態様で回転する（向きは逆だが概ね同じ方向で回転する）。したがって、球体５５と小球８０との間に無用なすべりは少なく、球体５５と小球８０との間の摩擦抵抗は顕著に小さい。

背景技術で述べたように、球体ベアリング５６を用いた溝付け装置１０を電縫管製造装置による造管ラインに設置して金属管に凹溝８ａを形成する場合、球体５５の回転に対する摩擦抵抗が大きいと、造管ラインに大きな材料送り駆動の動力を必要とする。
造管ラインに要求される動力は、成形（サイジングゾーンでの整形を含む）に要する成形動力と送り駆動に要する送り駆動動力とであるが、前記のように溝付け装置１０の球体５５の回転に対する摩擦抵抗が大きいと、送り駆動に要する動力が大となる。
溝付け装置を備えた造管ラインを新規に設置する場合であれば、必要な成形動力及び送り駆動動力を満たすように設計するが、既存の造管ラインに溝付け装置１０を設置する場合には、既存の造管ラインの動力を増大させる改造には種々の問題が生じるので、通常は造管ラインの造管速度を低くせざるを得なくなる。
しかし、上述した球体ベアリング５６を用いた溝付け装置１０によれば、球体５５の回転に対する摩擦抵抗が顕著に軽減されるので、材料送り駆動の動力が軽減される。
したがって、球体ベアリング５６を用いた溝付け装置１０を、例えば既存の造管ラインに設置する場合でも、既存の造管ラインの動力を増大させる改造をする必要なく、かつ造管ラインの造管速度を低くする必要もなく、設置することが可能となる。

また、球体５５を著しい高速で回転させる必要のある用途、あるいは極めて大きな荷重を負担させる必要のある用途に使用する場合には、焼付けが発生する可能性があるが、摩擦抵抗が軽減されることは、そのような問題を回避するために有効である。

球体ベアリング５６において、凹球面が球体５５から受ける荷重は凹球面の中心近傍が大半なので、実施例のようにトラック溝を設ける領域を金属管移動方向と直交する左右方向の中央部領域のみにすることが適切である。

実施例のように、中子２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配置されていることで、煩雑な中子固定手段が不要となり、溝付け装置の構成が簡略化される。

図１５は前述の溝付け装置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、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”を溝付き装置１０を通過させる。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４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１５のように溝付け装置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１５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１７（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１７（ロ）に示した溝付き五角形金属管、図１７（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１７（ニ）に示した４つの溝を持つ溝付き円形金属管、図１７（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１７（へ）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１７（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 溝付け装置
１１ 溝付けスタンド
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（溝なし部）
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 球体ホルダ
５４ａ ボール収容部（凹球面）
５４ｂ ホルダ本体
５４ｃ 蓋体
５５ 球体
５６ 球体ベアリング
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 小球
８１ 循環路（浅溝と深溝と連絡通路）
８１ａ 浅溝
８１ｂ 深溝
８１ｃ 連絡通路
８２ａ 浅溝と深溝と境界壁
８２ｂ 浅溝と深溝との一対の組み間の境界壁
８２ｃ 溝のある領域と溝のない領域との境界壁
８３ 溝のない単なる凹球面の領域

Claims (6)

1. 管長手方向に送り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、
   球体と前記球体を凹球面をなすボール収容部にて回転自在に保持し、金属管周方向位置不動で金属管中心方向には可動の球体ホルダとからなる球体ベアリングを有し前記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、管内に配置されて前記各球体ベアリングの球体に対応する箇所を受ける中子とを備え、
   前記中子の外周面には、前記各球体ベアリングの球体にそれぞれ対向する位置から金属管移動方向前方側にのみ、球体に対応する形状の複数の溝状凹部を有しており、
   前記球体ベアリングは、前記球体を前記球体ホルダのボール収容部の凹球面に配置された多数の小球の上に載せた構成であることを特徴とする溝付き金属管の製造装置。
2. 前記球体ベアリングは、前記ボール収容部の凹球面の金属管移動方向と直交する左右方向の少なくとも中央部領域に金属管移動方向をなす偶数列のトラック溝を形成してなり、前記偶数列のトラック溝は浅溝と深溝との一対を組みとする複数組からなり、かつ、それぞれの組における浅溝と深溝とはその端部の傾斜面である連絡通路において通じており、前記小球が浅溝と深溝との間を循環し得るように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. 前記ホルダ本体の凹球面の偶数列のトラック溝が金属管移動方向と直交する左右方向の中央部領域のみにあり、その左右方向外側の領域は溝なしの単なる凹球面であることを特徴とする請求項２記載の溝付き金属管の製造装置。
4. 前記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配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の溝付き金属管の製造装置。
5. 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ことを特徴とする溝付き金属管の製造方法。
6. 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ことを特徴とする溝付き金属管の製造方法。