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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022046236
(43)【公開日】2022-03-23
(54)【発明の名称】金属管ライニング方法
(51)【国際特許分類】
B05D 1/28 20060101AFI20220315BHJP
B05D 7/24 20060101ALI20220315BHJP
B05D 3/00 20060101ALI20220315BHJP
B05D 3/02 20060101ALI20220315BHJP
B05D 3/12 20060101ALI20220315BHJP
B05D 7/22 20060101ALI20220315BHJP
B05D 7/14 20060101ALI20220315BHJP
【ＦＩ】
B05D1/28
B05D7/24 303C
B05D7/24 301A
B05D3/00 C
B05D3/02 Z
B05D3/12 Z
B05D7/22 C
B05D7/22 E
B05D7/14 K
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020152174
(22)【出願日】2020-09-10
(71)【出願人】
【識別番号】000208695
【氏名又は名称】第一高周波工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100101878
【弁理士】
【氏名又は名称】木下 茂
(74)【代理人】
【識別番号】100187506
【弁理士】
【氏名又は名称】澤田 優子
(72)【発明者】
【氏名】羽石 亮平
(72)【発明者】
【氏名】松本 俊也
【テーマコード（参考）】
4D075
【Ｆターム（参考）】
4D075AC64
4D075AC79
4D075AC88
4D075AC91
4D075AC96
4D075BB07Y
4D075BB29Z
4D075BB35Y
4D075BB91Y
4D075CA47
4D075CA48
4D075DA15
4D075DA19
4D075DB01
4D075EA02
4D075EC10
(57)【要約】
【課題】金属管の内面に金属層を形成する金属管ライニング方法において、特に長尺の金属管であっても、熱膨張による伸びを吸収し、安定した加工を行うことのできる金属管ライニング方法を提供する。
【解決手段】管内部に粉末金属２０が供給された金属管Ｗの両端を把持手段２ａ、３ａにより把持し、牽引手段７、８により軸方向に沿って管中心よりも外側に牽引しながら、回転手段２，３により該金属管を軸周り所定方向に回転させるとともに、加熱手段１５により前記金属管を加熱し、前記粉末金属を前記金属管の内面に溶融付着する。
【選択図】図１
【解決手段】管内部に粉末金属２０が供給された金属管Ｗの両端を把持手段２ａ、３ａにより把持し、牽引手段７、８により軸方向に沿って管中心よりも外側に牽引しながら、回転手段２，３により該金属管を軸周り所定方向に回転させるとともに、加熱手段１５により前記金属管を加熱し、前記粉末金属を前記金属管の内面に溶融付着する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属管の内面に金属層を形成する金属管ライニング方法において、
管内部に粉末金属が供給された前記金属管の両端を把持手段により把持し、牽引手段により軸方向に沿って管中心よりも外側に牽引しながら、回転手段により該金属管を軸周り所定方向に回転させるとともに、
加熱手段により前記金属管を加熱し、前記粉末金属を前記金属管の内面に溶融付着することを特徴とする金属管ライニング方法。
管内部に粉末金属が供給された前記金属管の両端を把持手段により把持し、牽引手段により軸方向に沿って管中心よりも外側に牽引しながら、回転手段により該金属管を軸周り所定方向に回転させるとともに、
加熱手段により前記金属管を加熱し、前記粉末金属を前記金属管の内面に溶融付着することを特徴とする金属管ライニング方法。
【請求項2】
前記把持手段により前記金属管の両端を把持し、前記牽引手段により軸方向に沿って管中心よりも外側に牽引する際、伸び量検出手段により前記金属管の伸び量を検出するとともに金属管の加熱部の温度を検出し、検出した伸び量及び温度に基づき制御手段が牽引力を制御することを特徴とする請求項１に記載された金属管ライニング方法。
【請求項3】
前記金属管の加熱部の温度により算出される変形抵抗に基づき、前記制御手段が牽引力を制御することを特徴とする請求項２に記載された金属管ライニング方法。
【請求項4】
前記回転手段により前記金属管を軸周り所定方向に回転させる際、
前記金属管の両端側にそれぞれ設けられた前記回転手段を互いに同期させて所定方向に回転駆動させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された金属管ライニング方法。
前記金属管の両端側にそれぞれ設けられた前記回転手段を互いに同期させて所定方向に回転駆動させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された金属管ライニング方法。
【請求項5】
前記加熱手段により前記金属管の外面を加熱する際、誘導加熱により加熱を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載された金属管ライニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、金属管ライニング方法に関し、特に長尺の金属管であっても、熱膨張による伸びを吸収し、安定した加工を行うことのできる金属管ライニング方法に係るものである。
【背景技術】
【0002】
従来、金属管（鋼管）の内面に金属膜（層）を形成する方法としては、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された方法が実施される装置は、例えば図５に示す構成のように金属管５１と、金属管５１内に粉末金属５３を供給するための粉末金属供給管５２と、金属管５１の外側から加熱する予熱装置５４と、金属管５１の内部側から管内面を加熱する加熱装置５５とを備えている。
【0003】
更には金属管５１の端部を保持する管支持部材５６と、前記管支持部材５６が先端に取り付けられ、金属管５１を中心軸周りに回転させる回転装置５７とを備えている。
【0004】
このような構成において、金属管５１の一端部を管支持部材５６によって支持する一方、金属管５１内に粉末金属供給管５２と、内部からの加熱装置５５とを挿入し、金属管５１の外周面側に外側からの予熱装置５４を配置する。
そして、回転装置５７を駆動して金属管５１を内面の遠心力が３Ｇ以上になるように回転させながら、粉末金属供給管５２から粉末金属５３を金属管５１内部に供給する。
そして、回転装置５７を駆動して金属管５１を内面の遠心力が３Ｇ以上になるように回転させながら、粉末金属供給管５２から粉末金属５３を金属管５１内部に供給する。
【0005】
回転する金属管５１の内面には、遠心力により粉末金属の層が形成される。この層を含め、外部からの予熱装置５４により金属管５１の内面が粉末金属の融点よりも２００～３００℃程度低い温度になるまで予熱し、その後速やかに内部からの加熱装置５５により前記層及び金属管５１内面が粉末金属の融点よりも５０～１００℃程度高くなるように加熱して、金属管５１の内面に金属層５８を形成する。
【0006】
尚、粉末金属供給管５２、予熱装置５４及び加熱装置５５は、互いに一定間隔を保持したまま、一定速度で金属管５１の一端側から他端側まで移動される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特公平５－３３３０７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
ところで、上記のように金属管の内面に金属層を形成する場合、ワークである金属管５１の軸方向の長さは限定されるものではない。
しかしながら、金属管５１が長尺の場合、金属管５１が熱膨張により軸方向に無視できない程度に伸びるという問題があった。ここで、金属管５１の両端は、回転装置５７の管支持部材５６により保持されているため、前記熱膨張による伸び（撓み）を逃がすことができず、回転する金属管５１が暴れ、加工が不可能になるという課題があった。
しかしながら、金属管５１が長尺の場合、金属管５１が熱膨張により軸方向に無視できない程度に伸びるという問題があった。ここで、金属管５１の両端は、回転装置５７の管支持部材５６により保持されているため、前記熱膨張による伸び（撓み）を逃がすことができず、回転する金属管５１が暴れ、加工が不可能になるという課題があった。
【0009】
本発明は、このような課題のもとになされたものであり、金属管の内面に金属層を形成する金属管ライニング方法において、特に長尺の金属管であっても、熱膨張による伸びを吸収し、安定した加工を行うことのできる金属管ライニング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を達成するために、本発明に係る金属管ライニング方法は、金属管の内面に金属層を形成する金属管ライニング方法において、管内部に粉末金属が供給された前記金属管の両端を把持手段により把持し、牽引手段により軸方向に沿って管中心よりも外側に牽引しながら、回転手段により該金属管を軸周り所定方向に回転させるとともに、加熱手段により前記金属管を加熱し、前記粉末金属を前記金属管の内面に溶融付着することに特徴を有する。
【0011】
尚、前記把持手段により前記金属管の両端を把持し、前記牽引手段により軸方向に沿って管中心よりも外側に牽引する際、伸び量検出手段により前記金属管の伸び量を検出するとともに金属管の加熱部の温度を検出し、検出した伸び量及び温度に基づき制御手段が牽引力を制御することが望ましい。
また、前記金属管の加熱部の温度により算出される変形抵抗に基づき、前記制御手段が牽引力を制御することが望ましい。
また、前記回転手段により前記金属管を軸周り所定方向に回転させる際、前記金属管の両端側にそれぞれ設けられた前記回転手段を互いに同期させて所定方向に回転駆動させることが望ましい。
また、前記加熱手段により前記金属管の外面を加熱する際、誘導加熱により加熱を行うことが望ましい。
また、前記金属管の加熱部の温度により算出される変形抵抗に基づき、前記制御手段が牽引力を制御することが望ましい。
また、前記回転手段により前記金属管を軸周り所定方向に回転させる際、前記金属管の両端側にそれぞれ設けられた前記回転手段を互いに同期させて所定方向に回転駆動させることが望ましい。
また、前記加熱手段により前記金属管の外面を加熱する際、誘導加熱により加熱を行うことが望ましい。
【0012】
このような方法によれば、ワークである金属管の両端側を保持し軸周りに高速回転させるとともに、所定の牽引力で金属管の両端を軸方向に沿って管中心よりも外側に牽引するように構成した。
それにより、熱膨張により伸びが発生した金属管の両端が引き離す方向に引っ張られ、金属管の撓みを吸収することができる。その結果、長尺の金属管であっても、金属管が暴れることのない安定した高速回転が得られ、精度良い加工を行うことができる。
また、金属管の両端側を把持手段により保持し、左右両端の回転手段を同期して回転させるため、負荷を分け、回転手段のモータを小型化することができる。
それにより、熱膨張により伸びが発生した金属管の両端が引き離す方向に引っ張られ、金属管の撓みを吸収することができる。その結果、長尺の金属管であっても、金属管が暴れることのない安定した高速回転が得られ、精度良い加工を行うことができる。
また、金属管の両端側を把持手段により保持し、左右両端の回転手段を同期して回転させるため、負荷を分け、回転手段のモータを小型化することができる。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、金属管の内面に金属層を形成する金属管ライニング方法において、特に長尺の金属管であっても、熱膨張による伸びを吸収し、安定した加工を行うことのできる金属管ライニング方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明に係る金属管ライニング方法の実施形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の金属管ライニング方法が適用される金属管ライニング装置の全体構成を模式的に示す側面図であり、図２は、図１の要部拡大断面図である。
【0016】
図１に示す金属管ライニング装置１は、ワークである長尺の金属管Ｗの内面に、金属層を形成するための装置である。この金属管ライニング装置１は、金属管Ｗの両端部をそれぞれチャック２ａ、３ａ（把持手段）により把持するとともに互いに同期して金属管Ｗを所定方向に回転させるモータを有する回転装置２、３（回転手段）と、前記回転装置２、３をそれぞれ保持する台車５、６とを備える。
【0017】
前記台車５、６は、レール台４上面に形成された直線のレール４ａ上を走行可能に設置され、それにより回転装置２、３に保持された直管の金属管Ｗは、前記直線のレール４ａに平行となるように保持される。
また、レール４ａに沿った前記一対の台車５、６の外側には、これら台車５、６を牽引するための一対の引張シリンダ７、８（牽引手段）が設けられている。即ち、台車５、６に保持された回転装置２、３は、レール４ａに沿って、互いに引き離される方向に牽引され得る構成となされ、それによって金属管Ｗを左右両端側に引っ張ることが可能となされている。
また、レール４ａに沿った前記一対の台車５、６の外側には、これら台車５、６を牽引するための一対の引張シリンダ７、８（牽引手段）が設けられている。即ち、台車５、６に保持された回転装置２、３は、レール４ａに沿って、互いに引き離される方向に牽引され得る構成となされ、それによって金属管Ｗを左右両端側に引っ張ることが可能となされている。
【0018】
また、前記引張シリンダ７、８の駆動制御は、コンピュータからなる制御部３０（制御手段）により行われる。具体的には、引張シリンダ７、８は、図示するピストン７ａ（８ａ）、シリンダチューブ７ｂ（８ｂ）、ピストンロッド７ｃ（８ｃ）を有し、例えば空圧方式の場合、シリンダチューブ７ｂ（８ｂ）内においてピストン７ａ（８ａ）によって仕切られる容積室内の空気量を出し入れすることによりピストン７ａ（８ａ）及びピストンロッド７ｃ（８ｃ）が移動する。前記容積内の空気の出し入れ制御（バルブ制御）を制御部３０が行うことになる。
【0019】
また、台車５、６には、ワイヤ式エンコーダ９、１０（伸び量検出手段）がそれぞれ接続され、ワイヤの巻取り量に応じて台車５、６の移動量（金属管Ｗの引き伸ばし量）を検出可能に構成されている。
このワイヤ式エンコーダ９、１０の検出結果は、制御部３０に入力される。制御部３０では、取得した伸び量（検出伸び量）を、別途測定した温度におけるワークである金属管Ｗの径、長さ、材質といった属性により予め把握している伸び量の値（目標値）と比較し、検出伸び量が目標値に達していなければ引張シリンダ７、８により更に金属管Ｗを牽引するように制御する。前記検出伸び量が目標値に達していれば、引張シリンダ７、８による金属管Ｗの牽引を停止するように制御するように構成されている。
このワイヤ式エンコーダ９、１０の検出結果は、制御部３０に入力される。制御部３０では、取得した伸び量（検出伸び量）を、別途測定した温度におけるワークである金属管Ｗの径、長さ、材質といった属性により予め把握している伸び量の値（目標値）と比較し、検出伸び量が目標値に達していなければ引張シリンダ７、８により更に金属管Ｗを牽引するように制御する。前記検出伸び量が目標値に達していれば、引張シリンダ７、８による金属管Ｗの牽引を停止するように制御するように構成されている。
【0020】
また、図２に金属管Ｗの一端側のみを拡大して示すように、金属管Ｗの端部は回転装置２（３）のチャック２ａ（３ａ）に固定される。また、金属管Ｗの端部側管内には、金属管内に予め供給された金属粉末２０が管外に漏れないように堰き止めるための堰き止め板１１（１２）が挿嵌されている。この堰き止め板１１（１２）は、回転装置２（３）の先端側に取り付けられている。
【0021】
また、図２に示すように金属管Ｗの外周を取り囲むように環状に加熱コイル１５（加熱手段）が配置される。この加熱コイル１５には、コイルに高周波電流（交流）を流すための電流供給部１６が接続されている。
電流供給部１６が加熱コイル１５に高周波電流を流すと、交番磁束が金属管Ｗを貫通し、金属管Ｗには高密度の渦電流が流れる。そして、金属管Ｗは抵抗を有するため、ジュール熱が発生し、それによって金属管Ｗが急速に加熱（誘導加熱）されるようになっている。
電流供給部１６が加熱コイル１５に高周波電流を流すと、交番磁束が金属管Ｗを貫通し、金属管Ｗには高密度の渦電流が流れる。そして、金属管Ｗは抵抗を有するため、ジュール熱が発生し、それによって金属管Ｗが急速に加熱（誘導加熱）されるようになっている。
【0022】
また、加熱コイル１５は、スライダ１７によって支持され、このスライダ１７は、スライドレール１８に沿って移動可能となされている。前記スライドレール１８は、金属管Ｗに平行に、金属管Ｗの一端側から他端側まで延設されている。スライダ駆動部１９の駆動によりスライダ１７とともに加熱コイル１５が金属管Ｗの一端側から他端側まで移動することによって、金属管Ｗの全体を加熱できるように構成されている。
【0023】
続いて、このように構成された金属管ライニング装置１による金属管Ｗの内面への金属層の形成方法（ライニング方法）について説明する。
先ず、ワークである金属管Ｗの中に所定量の金属粉を供給し（図４のステップＳ１）、金属管Ｗの両端を回転装置２、３のチャック２ａ、３ａにより把持する（図４のステップＳ２）。
先ず、ワークである金属管Ｗの中に所定量の金属粉を供給し（図４のステップＳ１）、金属管Ｗの両端を回転装置２、３のチャック２ａ、３ａにより把持する（図４のステップＳ２）。
【0024】
次いで、制御部３０の制御により、金属管Ｗの両端側にそれぞれ設けられた回転装置２、３を互いに同期させて所定方向に回転駆動させる。尚、このように回転装置２、３を同期して回転させるため、負荷を分け、回転装置２、３のモータを小型化することができ、金属管Ｗのねじれが発生することがなくなる。
【0025】
また、電流供給部１６により加熱コイル１５に高周波電流が流され、金属管Ｗに流れる渦電流により生じたジュール熱によって誘導加熱が開始されるとともに、加熱コイル１５が金属管Ｗの軸方向に沿って所定速度で移動開始される（図４のステップＳ３）。尚、温度計が加熱コイル１５に追随して移動し、コイルが通り過ぎた直後の部分の金属管Ｗの温度を測定するように設置される。
【0026】
金属管Ｗが内部の金属粉の融点より高い温度で加熱されると、金属粉は溶融し、層となって管内面に付着する。金属管Ｗは所定速度で回転しているため、所定Ｇの遠心力が働き、図３に示すように管内面に均一な膜厚の金属層２１として形成される。
【0027】
一方、制御部３０は、引張シリンダ７，８を制御し、所定の牽引力で金属管Ｗの両端を軸方向に沿って管中心よりも外側に牽引させる（図４のステップＳ４）。ここで、前記牽引力は、金属管Ｗの加熱部の温度により算出される変形抵抗に基づき、前記制御部３０が制御する。具体的には、前記変形抵抗は材質、断面積、温度で決まるものであり、制御部３０は、索引力を変形抵抗よりも小さくなるよう制御する。
加熱されている金属管Ｗは、特に管が長尺の場合、熱膨張により軸方向に無視できない程度に伸びが発生している。ここで、前述のように金属管Ｗの両端を引き離す方向に引っ張っているため、金属管Ｗの撓みが吸収され、回転する金属管Ｗが暴れることなく加工を続けることができる。
加熱されている金属管Ｗは、特に管が長尺の場合、熱膨張により軸方向に無視できない程度に伸びが発生している。ここで、前述のように金属管Ｗの両端を引き離す方向に引っ張っているため、金属管Ｗの撓みが吸収され、回転する金属管Ｗが暴れることなく加工を続けることができる。
【0028】
また、金属管Ｗの伸びは、ワイヤ式エンコーダ９、１０によって検出され、制御部３０に入力される（図４のステップＳ５）。
制御部３０では、取得した伸び量（検出伸び量）を、取得した温度におけるワークである金属管Ｗの径、長さ、材質といった属性により予め把握している伸び量の値（目標値）と比較し、検出伸び量が目標値に達していなければ引張シリンダ７、８により更に金属管Ｗを牽引するように制御する。前記検出伸び量が目標値に達していれば、引張シリンダ７、８による金属管Ｗの牽引を停止するように制御する。
制御部３０では、取得した伸び量（検出伸び量）を、取得した温度におけるワークである金属管Ｗの径、長さ、材質といった属性により予め把握している伸び量の値（目標値）と比較し、検出伸び量が目標値に達していなければ引張シリンダ７、８により更に金属管Ｗを牽引するように制御する。前記検出伸び量が目標値に達していれば、引張シリンダ７、８による金属管Ｗの牽引を停止するように制御する。
【0029】
【0030】
尚、このとき、金属管Ｗの回転と金属管Ｗ両端の牽引は継続して行われる。それにより残留応力によって発生する金属管Ｗの反りを抑制することができる。
そして、所定の冷却工程が終了すると、金属管Ｗの回転及び牽引が停止され、金属管Ｗのライニング処理が完了する（図４のステップＳ８）。
そして、所定の冷却工程が終了すると、金属管Ｗの回転及び牽引が停止され、金属管Ｗのライニング処理が完了する（図４のステップＳ８）。
【0031】
以上のように本発明に係る金属管ライニング方法によれば、ワークである金属管Ｗの両端側を保持し軸周りに高速回転させるとともに、所定の牽引力で金属管Ｗの両端を軸方向に沿って管中心よりも外側に牽引するように構成した。
それにより、熱膨張により伸びが発生した金属管Ｗの両端が引き離す方向に引っ張られ、金属管Ｗの撓みを吸収することができる。その結果、長尺の金属管Ｗであっても、金属管Ｗが暴れることのない安定した高速回転が得られ、精度良い加工を行うことができる。
また、金属管Ｗの両端側を回転装置２、３により保持し、同期して回転させるため、負荷を分け、回転装置２、３のモータを小型化することができる。
それにより、熱膨張により伸びが発生した金属管Ｗの両端が引き離す方向に引っ張られ、金属管Ｗの撓みを吸収することができる。その結果、長尺の金属管Ｗであっても、金属管Ｗが暴れることのない安定した高速回転が得られ、精度良い加工を行うことができる。
また、金属管Ｗの両端側を回転装置２、３により保持し、同期して回転させるため、負荷を分け、回転装置２、３のモータを小型化することができる。
【0032】
尚、前記実施の形態においては、金属管Ｗの加熱方法として加熱コイル１５を用いた誘導加熱を行うものとしたが、本発明にあっては、金属管Ｗの加熱方法は限定されず、種々の加熱方法を採用することができる。
【符号の説明】
【0033】
１ 金属管ライニング装置
２ 回転装置（回転手段）
２ａ チャック（把持手段）
３ 回転装置（回転手段）
３ａ チャック（把持手段）
４ レール台
４ａ レール
５ 台車
６ 台車
７ 引張シリンダ（牽引手段）
８ 引張シリンダ（牽引手段）
９ ワイヤ式エンコーダ（伸び量検出手段）
１０ ワイヤ式エンコーダ（伸び量検出手段）
１５ 加熱コイル（加熱手段）
２０ 粉末金属
３０ 制御部（制御手段）
Ｗ 金属管
２ 回転装置（回転手段）
２ａ チャック（把持手段）
３ 回転装置（回転手段）
３ａ チャック（把持手段）
４ レール台
４ａ レール
５ 台車
６ 台車
７ 引張シリンダ（牽引手段）
８ 引張シリンダ（牽引手段）
９ ワイヤ式エンコーダ（伸び量検出手段）
１０ ワイヤ式エンコーダ（伸び量検出手段）
１５ 加熱コイル（加熱手段）
２０ 粉末金属
３０ 制御部（制御手段）
Ｗ 金属管
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】