(57)【要約】  走行方向に延びる開口部を有するオープン管の、該開口部に両側から相互に臨む管素材の端面部の双方を、誘導加熱手段によって発生させた誘導電流により溶融させるとともに、前記開口部の間隔を次第に狭めながら前記端面部同士をスクイズロール部において接触させて溶接する、電縫管を製造するための電縫管溶接装置であって、前記誘導加熱手段として、前記開口部の両側の前記端面部のそれぞれに沿って走行方向に延設され、平面視において前記開口部と重ならない位置に、前記オープン管の外周面から離間して配置される、１対の開口近設導体部と、前記開口近設導体部の長手方向の少なくともスクイズロール部に近い側の端部に一体に設けられ、前記オープン管の外周面のうち前記開口部を除いた部分に沿って周回するように、前記オープン管の外周面から離間して配置される、第１部分周回導体部と、からなる誘導コイルを備える。
2018117039.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行方向に延びる開口部を有するオープン管の、該開口部に両側から相互に臨む管素材の端面部の双方を、誘導加熱手段によって発生させた誘導電流により溶融させるとともに、前記開口部の間隔を次第に狭めながら前記端面部同士をスクイズロール部において接触させて溶接する、電縫管を製造するための電縫管溶接装置であって、
前記誘導加熱手段として、
前記開口部の両側の前記端面部のそれぞれに沿って走行方向に延設され、平面視において前記開口部と重ならない位置に、前記オープン管の外周面から離間して配置される、１対の開口近設導体部と、
前記開口近設導体部の長手方向の少なくともスクイズロール部に近い側の端部に一体に設けられ、前記オープン管の外周面のうち前記開口部を除いた部分に沿って周回するように、前記オープン管の外周面から離間して配置される、第１部分周回導体部と、
からなる誘導コイルを備えることを特徴とする、電縫管溶接装置。
【請求項２】
前記誘導コイルが、前記開口近設導体部の長手方向のスクイズロール部から遠い側の端部に一体に設けられ、前記オープン管の外周面のうち前記開口部を除いた部分に沿って周回するように、前記オープン管の外周面から離間して配置される、第２部分周回導体部をさらに有することを特徴とする、請求項１に記載の電縫管溶接装置。
【請求項３】
前記開口近設導体部の長手方向のスクイズロール部に近い側の端部において、前記第１部分周回導体部は複数層に設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の電縫管溶接装置。
【請求項４】
前記誘導コイルよりも走行方向上流側の前記開口部に配置される強磁性体をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電縫管溶接装置。
【請求項５】
走行方向に延びる開口部を有するオープン管の、該開口部に両側から相互に臨む管素材の端面部の双方を、誘導加熱手段によって発生させた誘導電流により溶融させるとともに、前記開口部の間隔を次第に狭めながら前記端面部同士をスクイズロール部において接触させて溶接する、電縫管を製造するための電縫管溶接方法であって、
前記誘導加熱手段として、
前記開口部の両側の前記端面部のそれぞれに沿って走行方向に延設され、平面視において前記開口部と重ならない位置に、前記オープン管の外周面から離間して配置される、１対の開口近設導体部と、
前記開口近設導体部の長手方向の少なくともスクイズロール部に近い側の端部に一体に設けられ、前記オープン管の外周面のうち前記開口部を除いた部分に沿って周回するように、前記オープン管の外周面から離間して配置される、第１部分周回導体部と、
からなる誘導コイルを備え、
前記１対の開口近設導体部によって、前記開口部の両側の前記端面部のそれぞれに沿って流れる誘導電流を発生させ、
前記第１部分周回導体部によって、前記オープン管の外周面のうち前記開口部を除いた部分に沿って流れる誘導電流を発生させることを特徴とする、電縫管溶接方法。
【請求項６】
前記誘導コイルが、前記開口近設導体部の長手方向のスクイズロール部から遠い側の端部に一体に設けられ、前記オープン管の外周面のうち前記開口部を除いた部分に沿って周回するように、前記オープン管の外周面から離間して配置される、第２部分周回導体部をさらに有することを特徴とする、請求項５に記載の電縫管溶接方法。
【請求項７】
前記開口近設導体部の長手方向のスクイズロール部に近い側の端部において、前記第１部分周回導体部は複数層に設けられていることを特徴とする、請求項５または６に記載の電縫管溶接方法。
【請求項８】
前記誘導コイルよりも走行方向上流側の前記開口部に強磁性体が配置されることを特徴とする、請求項５〜７のいずれか一項に記載の電縫管溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属帯板を走行させながら円筒状に曲げて誘導加熱し、金属帯板に誘起した電流によって金属帯板の両端面部間を溶接する電縫管溶接装置、および当該電縫管溶接装置を用いた電縫管溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、金属の管を製造する方法としては、金属帯板を曲げながら溶接によって管形状とする電縫管やスパイラル管等の他、金属ビレットに穿孔して製造するシームレス管や、押し出しによる管の製造方法がある。【０００３】
電縫管は、特に生産性が高く、しかも安価に製造できることから大量に生産されている。このような電縫管は、金属帯板を走行させながら円筒形になるように成形してオープン管を形成し、次いで、オープン管の、開口部を挟んで対向する端面部（以下、単に「オープン管の端部」ともいう。）に高周波電流を流して溶融温度まで高めた状態で、ロール（スクイズロール）でオープン管の両端面部の端面同士を圧接溶接して管状にする。この際、オープン管の端部に電流を供給する方法として、１つ目は、例えば、オープン管に誘導コイル（ソレノイドコイル）を設け、この誘導コイルに一次電流を流すことにより、オープン管に誘導電流を直接発生させる方法（例えば、特許文献１、２を参照）があり、２つ目は、金属製の電極をオープン管の端部に押し当て、電源から電流を直接通電する方法（例えば、特許文献３を参照）がある。このとき、誘導コイルあるいは電極に通じる電流は、一般的に１００〜４００ｋＨｚ程度の高周波電流が使われる。この高周波電流により誘起される誘導電流のうち、オープン管の内周を回ろうとする溶接に寄与しない誘導電流を阻止するために、管の内面側にインピーダーと呼ばれる強磁性体を配置することが多い。【０００４】
上述した１つ目の誘導コイルを用いた方法において、特許文献１に記載された誘導コイルは、オープン管の外周を周回して配置されている。一方、特許文献２に記載された誘導コイルは、空芯コイルであり、開口部を跨いで一次電流回路が形成されるように、オープン管の外周を周回せずに、開口部の上方に配置されている。【０００５】
また、２つ目の金属製の電極を用いた方法において、特許文献３には、周波数１００〜４００ｋＨｚ程度の溶接用電源に接続された接触子（コンタクトチップ）に加え、当該接触子の上流側において、別の周波数１〜２０ｋＨｚ程度の予熱用電源に接続された予熱コイルが設けられた装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０２７５６５号
【特許文献２】特開２０１５−１３４３７９号公報
【特許文献３】特開昭６２−１７６０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の誘導コイルのように、誘導コイルの導体部がオープン管を周回し、当該オープン管の開口部を跨ぐように配置されている場合、電縫管を製造する際の溶接時にオープン管内部でも強磁場となってインピーダーが焼損したり、内面ビードカット用のバイトを連結するロッドが破断したりすることがあり、長時間安定して操業ができない場合があるという、問題があった。また、特許文献２に記載の誘導コイルはオープン管の開口部を跨ぐように配置されており、その誘導コイルの一部が平面視において開口部と重なっているので、上述と同様の問題があった。そして、このようなインピーダーの損傷やロッドの破断の問題は、小径管、例えば、管内径が１００ｍｍ程度以下の管で、特に厚肉管、例えば、肉厚が６ｍｍ超の管を電縫管の製造方法により製造する場合に顕著であった。なお、特許文献３に記載された方法では、接触子（コンタクトチップ）を用いているが、かかる場合、径の大きい管を対象にする場合が多い。そしてこのように径が大きい場合、そもそもインピーダーが不要であり、インピーダーの損傷といった問題は生じ得ない。【０００８】
また、スクイズロール近傍においてオープン管の上方には、例えば電源からのリードなど種々の設備が配設されているため、特許文献１に記載の誘導コイルのようにオープン管を周回している場合、誘導コイル自体をスクイズロールに近づけるには限界があった。かかる場合、オープン管に誘導電流を発生させる位置が接合部から遠くなるので、加熱効率が悪くなるという、問題があった。そして、このような問題は、中径管、例えば管内径が１００〜７００ｍｍ程度の管を電縫管の製造方法により製造する場合に顕著であった。なお、誘導コイルとスクイズロールの位置関係の問題に対し、特許文献３に記載の予熱コイルは、周波数１〜２０ｋＨｚ程度の予熱用電源に接続されるものであり、予熱コイルと接合部との間には、予熱用電源とは別の周波数１００〜４００ｋＨｚ程度の溶接用電源に接続された接触子（コンタクトチップ）が設けられているものであって、何ら解決策を提示するものではない。【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、インピーダーの焼損を防ぎつつ、電縫管を製造する際の加熱効率を向上させることが可能な電縫管溶接装置及び電縫管溶接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】
前記の目的を達成するため、本発明は、走行方向に延びる開口部を有するオープン管の、該開口部に両側から相互に臨む管素材の端面部の双方を、誘導加熱手段によって発生させた誘導電流により溶融させるとともに、前記開口部の間隔を次第に狭めながら前記端面部同士をスクイズロール部において接触させて溶接する、電縫管を製造するための電縫管溶接装置であって、前記誘導加熱手段として、前記開口部の両側の前記端面部のそれぞれに沿って走行方向に延設され、平面視において前記開口部と重ならない位置に、前記オープン管の外周面から離間して配置される、１対の開口近設導体部と、前記開口近設導体部の長手方向の少なくともスクイズロール部に近い側の端部に一体に設けられ、前記オープン管の外周面のうち前記開口部を除いた部分に沿って周回するように、前記オープン管の外周面から離間して配置される、第１部分周回導体部と、からなる誘導コイルを備えることを特徴としている。【００１１】
なお、本発明においてオープン管の開口部（スクイズロール部を含む。）の大きさと形状は、電縫管の径と溶接条件に応じて、電縫管を製造する前に予め決まっている。したがって、電縫管溶接装置の誘導加熱手段において、１対の開口近設導体部と第１部分周回導体部は、開口部とスクイズロール部に基づいて決まるものである。【００１２】
本発明によれば、オープン管の開口部に沿った誘導コイル（開口近設導体部）を配置するとともに、誘導コイルの少なくともスクイズロール部側の端部にオープン管の開口部を除く部分を周回する誘導コイル（第１部分周回導体部）を配置し、開口部に沿った誘導コイル（開口近設導体部）の他方の端部をオープン管の上流側で連接させて閉回路を形成することができる。これにより、誘導コイルから直接インピーダーに入る磁束を避けることができるとともに、オープン管の開口部の両端面部を流れる誘導電流のピークおよび平均電流を下げ、誘導電流により発生するインピーダーの磁束密度を低下させることが可能となる。その結果、インピーダーの損傷を防ぐことができ、このような効果は小径管、例えば、管内径が１００ｍｍ程度以下の管で、特に厚肉管、例えば、肉厚が６ｍｍ超の管を製造する際に特に有用となる。【００１３】
また、本発明の誘導コイルは、従来の特許文献１に記載の誘導コイルのようにオープン管を周回せず、そのオープン管の上方にスペースを確保することができるので、スクイズロールに近づけることができる。これにより、オープン管の上方のスペースにシールドや測定装置などの付属設備を設置することができる。また、誘導コイルをスクイズロールに近づけることで、電縫管を製造する際の加熱効率（溶接効率）を向上させることも可能となる。そして、このような効果は中径管、例えば管内径が１００〜７００ｍｍ程度の管を製造する際にも有用となる。【００１４】
前記電縫管溶接装置において、前記誘導コイルが、前記開口近設導体部の長手方向のスクイズロール部から遠い側の端部に一体に設けられ、前記オープン管の外周面のうち前記開口部を除いた部分に沿って周回するように、前記オープン管の外周面から離間して配置される、第２部分周回導体部をさらに有していてもよい。【００１５】
前記電縫管溶接装置において、前記開口近設導体部の長手方向のスクイズロール部に近い側の端部において、前記第１部分周回導体部は複数層に設けられていてもよい。【００１６】
前記電縫管溶接装置において、前記誘導コイルよりも走行方向上流側の前記開口部に強磁性体をさらに配置してもよい。【００１７】
別な観点による本発明は、走行方向に延びる開口部を有するオープン管の、該開口部に両側から相互に臨む管素材の端面部の双方を、誘導加熱手段によって発生させた誘導電流により溶融させるとともに、前記開口部の間隔を次第に狭めながら前記端面部同士をスクイズロール部において接触させて溶接する、電縫管を製造するための電縫管溶接方法であって、前記誘導加熱手段として、前記開口部の両側の前記端面部のそれぞれに沿って走行方向に延設され、平面視において前記開口部と重ならない位置に、前記オープン管の外周面から離間して配置される、１対の開口近設導体部と、前記開口近設導体部の長手方向の少なくともスクイズロール部に近い側の端部に一体に設けられ、前記オープン管の外周面のうち前記開口部を除いた部分に沿って周回するように、前記オープン管の外周面から離間して配置される、第１部分周回導体部と、からなる誘導コイルを備え、前記１対の開口近設導体部によって、前記開口部の両側の前記端面部のそれぞれに沿って流れる誘導電流を発生させ、前記第１部分周回導体部によって、前記オープン管の外周面のうち前記開口部を除いた部分に沿って流れる誘導電流を発生させることを特徴としている。【００１８】
前記電縫管溶接方法において、前記誘導コイルが、前記開口近設導体部の長手方向のスクイズロール部から遠い側の端部に一体に設けられ、前記オープン管の外周面のうち前記開口部を除いた部分に沿って周回するように、前記オープン管の外周面から離間して配置される、第２部分周回導体部をさらに有していてもよい。【００１９】
前記電縫管溶接方法において、前記開口近設導体部の長手方向のスクイズロール部に近い側の端部において、前記第１部分周回導体部は複数層に設けられていてもよい。【００２０】
前記電縫管溶接方法において、前記誘導コイルよりも走行方向上流側の前記開口部に強磁性体が配置されてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、金属帯板を走行させながら円筒状に曲げたオープン管の途中で誘導加熱し、オープン管に誘起した電流によってオープン管の両端面部間を溶接する電縫管溶接装置において、従来の溶接方法と同等の加熱状態で、インピーダーの磁束密度を低下させることによりインピーダーの焼損を防止することができる。また、本発明では開口近設導体部を有することで、電源に接続される電源接続導体部を溶接部から遠ざけることができるので、誘導コイルを従来よりスクイズロールに近づけることができ、加熱効率を向上させることができる。さらに、本発明では誘導コイルがオープン管の開口部を跨がないので、オープン管の上方にスペースを確保することができ、このスペースにシールドや測定装置などの付属設備を設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】円筒状に曲げられた金属帯板の外周面を囲むように閉回路が形成された誘導コイルを用いた、従来技術に係る電縫管溶接装置を示す概略平面図である。
【図２】図１に示す電縫管溶接装置の概略側面図である。
【図３】図１および図２に示す電縫管溶接装置の概略縦断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る電縫管溶接装置を模式的に示す平面図である。
【図５】図４に示す電縫管溶接装置を模式的に示す側面図である。
【図６】図４および図５に示す電縫管溶接装置の第１部分周回導体部の横断面図を（ａ）で、開口近設導体部の横断面図を（ｂ）でそれぞれ模式的に示す図である。
【図７】図４で説明した電縫管溶接装置の誘導電流分布を模式的に示す側面図である。
【図８】図４で説明した電縫管溶接装置の誘導電流分布を模式的に示す平面図である。
【図９】図４および図５に示す電縫管溶接装置の誘導コイルとスクイズロールの配置を模式的に示す側面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る電縫管溶接装置を模式的に示す側面図である。
【図１１】図１０に示す電縫管溶接装置の強磁性体コア部を横断面図で模式的に示す図である。
【図１２】図１０で説明した電縫管溶接装置の誘導電流分布を模式的に示す側面図である。
【図１３】図１０で説明した電縫管溶接装置の誘導電流分布を模式的に示す平面図である。
【図１４】本発明の第３実施形態に係る電縫管溶接装置を模式的に示す平面図である。
【図１５】図１４に示す電縫管溶接装置を模式的に示す側面図である。
【図１６】図１４および図１５に示す電縫管溶接装置の第１部分周回導体部の横断面図を（ｃ）で、開口近設導体部の横断面図を（ｂ）で、第２部分周回導体部の横断面図を（ａ）でそれぞれ模式的に示す図である。
【図１７】図１４で説明した電縫管溶接装置の誘導電流分布を模式的に示す側面図である。
【図１８】図１４で説明した電縫管溶接装置の誘導電流分布を模式的に示す平面図である。
【図１９】本発明の第４実施形態に係る電縫管溶接装置を模式的に示す側面図である。
【図２０】図１９で説明した電縫管溶接装置の誘導電流分布を模式的に示す側面図である。
【図２１】図１９で説明した電縫管溶接装置の誘導電流分布を模式的に示す平面図である。
【図２２】本発明の第５実施形態に係る電縫管溶接装置を模式的に示す平面図である。
【図２３】図２２に示す電縫管溶接装置を模式的に示す側面図である。
【図２４】図２２および図２３に示す電縫管溶接装置の第１部分周回導体部の横断面図を（ｃ）で、開口近設導体部の横断面図を（ｂ）で、第２部分周回導体部の横断面図を（ａ）でそれぞれ模式的に示す図である。
【図２５】図２２で説明した電縫管溶接装置の誘導電流分布を模式的に示す側面図である。
【図２６】図２２で説明した電縫管溶接装置の誘導電流分布を模式的に示す平面図である。
【図２７】本発明の第５実施形態の変形例に係る電縫管溶接装置を模式的に示す平面図である。
【図２８】本発明の第６実施形態に係る電縫管溶接装置を模式的に示す側面図である。
【図２９】図２８で説明した電縫管溶接装置の誘導電流分布を模式的に示す側面図である。
【図３０】図２８で説明した電縫管溶接装置の誘導電流分布を模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２４】
（従来の電縫管溶接装置）
初めに、図１〜図３を参照しながら、特許文献１に記載されているような従来の電縫管溶接装置について説明する。図１は、誘導コイルをオープン管の外周に巻き、この誘導コイルに流した一次電流により、オープン管に発生する誘導電流で高周波電気抵抗溶接して電縫管を製造する電縫管溶接装置を説明する概略平面図であり、図２は図１の概略側面図である。また、図３は、図１および図２に示す装置の概略縦断面図である。ここで、オープン管の端部を流れる電流の大部分は向かい合った端面部を流れるが、説明を簡単にするため、図１においては、便宜上、オープン管の端面部の上面側（外周面側）を電流が流れている様に描いて示している（以下、同様。）。この場合の誘導コイルに流れる一次電流もオープン管に発生する誘導電流も、互いの向きが逆向きの交番電流（交流）であるが、図面上では便宜上、ある瞬間の電流の向きと大きさを有するベクトルで記載している（以下、同様。）。また、インピーダーは、通常樹脂ケースに収められ、ケース内を流れる冷却水により冷却される。このインピーダーケースは、装着時にぶつけるなどしてインピーダーが破壊されるのを防いでいる。以下の説明では、説明の図がわかりにくくなるため、このインピーダーケースの図示を省略している。
【００２５】
一般に、電縫管は、造管する径に合わせた幅にスリットされた走行する金属帯板を、ロールで曲げながらその幅方向両端面部を対向させ、筒状のオープン管に成形する。その後、誘導コイルにより発生させた誘導電流によってオープン管に誘導電流を流し、オープン管の端面部（開口部に臨む端面部）を加熱溶融させる。その後、工程の下流において、オープン管の対向する両端面部をスクイズロールで押しつけて、欠陥となり易い酸化物とともに溶融軟化部分を表裏面外に排出させながら溶接を完了させる。その後、排出されたビード部を切削除去することにより欠陥のない健全な溶接部を有する電縫管が得られる。ここで、本明細書で説明する「下流」とは、金属帯板またはオープン管の走行方向における下流のことであり、以下、「上流」および「下流」という場合は、それぞれ、金属帯板またはオープン管の走行方向における「上流」および「下流」を指すものとする。
【００２６】
図１〜図３に示すように、被溶接材である金属帯板１は、平板状態から走行中に図示しないロールで曲げ加工されて両端面部２ａ、２ｂが向かい合わさる筒状のオープン管１の形に成形され、次いでスクイズロール６で両端面部２ａ、２ｂが押しつけられて接合部（スクイズロール部、溶接部）５で接触するように通材される。このスクイズロール６の上流には、向かい合う両端面部２ａ、２ｂを溶融させて接合部５で接合するために、図１〜図３に示すような誘導コイル（ソレノイドコイル）３が設けられ、この誘導コイル３に高周波電流（通常は、１００ｋＨｚオーダー）を流すことにより、誘導コイル直下の円筒状のオープン管１の表層に誘導電流４ｃ、４ｄが発生する。この誘導電流は、オープン管１を周回する誘導コイル３に沿ってオープン管１の外周面を周回するが、途中でオープン管１の開口部２が存在することから、この部分では誘導電流が誘導コイル直下を流れることができず、大別して２つの方向の誘導電流が流れようとする。つまり、図１に誘導コイル３の一次電流とオープン管１の誘導電流のそれぞれを便宜的にある瞬間の向きで示すように、１番目の方向に流れる電流は、オープン管１の端面部２ａ、２ｂに沿って接合部５を通る電流４ａ、４ｂであり、２番目の方向に流れる電流は、オープン管１の開口部から外周面を回る電流４ｃ、４ｄである。これらの電流のうち、接合部５を通る電流４ａ、４ｂは、高周波電流による近接効果により、オープン管１の開口部２に臨む両端面部２ａ、２ｂの表層を流れて当該箇所を加熱および溶融し、最終的にスクイズロール６で接合部５が圧接されて溶接が完結される。
【００２７】
なお、図１中では、オープン管１の内周面を回ろうとする電流については、その図示を省略している。これは、インピーダー７と呼ばれるフェライト等からなる強磁性体のコアを、オープン管１の内部に配置し、オープン管１の内周面のインピーダンスを高めることにより、内周面を電流が流れるのを防止できるためである。あるいは、接合部５への往復長に比べて製造する電縫管の径が大きく、オープン管１の内周が十分に長い場合には、インピーダー７を配置しなくても内周面のインピーダンスが十分に大きくなり、内周面を回る電流が抑制される場合もあるためである。
【００２８】
また、オープン管１の内部の接合部５よりも下流側には、溶接後の内面ビードを切削する（内面ビードの切削を内面ビードカットともいう。）ためのバイト（図示せず）が配置されている。なお、このバイトは、オープン管１の略中心部に配置されたロッド８に支持されている。また、このロッド８の途中にはインピーダー７が配置されている。ロッド８は、例えば、略円柱状のインピーダー７の略中心部を貫通するように配置されている。
【００２９】
（本発明に至る経緯）
ここで、従来の電縫管溶接装置における誘導コイル３は、上述したように、オープン管１の外周面に沿って周回しており、誘導コイル３の導体部がオープン管１の開口部２を跨ぐように配置されている。このような場合、電縫管を製造する際の溶接時にオープン管１の内部でも強磁場となってインピーダー７が焼損したり、内面ビードカット用のバイト（図示せず）を連結するロッド８が破断したりすることがあり、長時間安定して操業ができないという、問題があった。
【００３０】
本発明者が調査したところによると、インピーダー７の焼損原因は、（１）オープン管１の開口部２を跨ぐように配置された誘導コイル３が発生させる高磁束密度の磁束が直接透磁率の高いインピーダー７に入ること、および、（２）開口部２の端面部２ａ、２ｂを流れる誘導電流（溶接電流）により発生する磁束がインピーダー７に入ることにより、インピーダー７が磁束飽和を起こし、焼損することによることがわかった。製造される電縫管が、小径管、例えば、管内径が１００ｍｍ程度以下の管で、特に厚肉管、例えば、肉厚が６ｍｍ超の管の場合には、誘導コイルとインピーダー７との間の空間が狭くなることにより強磁場にインピーダー７がさらされること、また、オープン管１の開口部２の端面部２ａ、２ｂとインピーダー７との距離が短く、インピーダー７の近傍を大電流が流れることにより、インピーダー７の磁束密度が高くなることから、インピーダー７が発熱し磁性が失われ、損傷が激しくなる状況にある。
【００３１】
また、インピーダー７が焼損すると、誘導電流が、開口部２の端面部２ａ、２ｂを流れずに、オープン管１の内周面に沿って周回するようになるため、端面部２ａ、２ｂの溶接に必要な電流が確保できないこととなり、端面部２ａ、２ｂにおける発熱量が低下し、溶接ができなくなる場合がある。さらに、オープン管１の内周面に沿って周回する誘導電流によりロッド８が加熱され、破断してしまう場合もある。また、インピーダー７を収納している樹脂製のインピーダーケース（図示せず）は、その内部を流れているインピーダー７を冷却するための冷却水がインピーダー７の発熱により加熱され過ぎると、インピーダーケース上部にある発熱した端面部２ａ、２ｂからの輻射熱で容易に変形して穴があき冷却水が噴き出す等して、インピーダー７を冷却できなくなり操業ができなくなる場合もある。
【００３２】
そこで、本発明者は、誘導コイルから直接インピーダー７に入る磁束を避けるとともに、オープン管１の開口部２の端面部２ａ、２ｂを流れる誘導電流のピークおよび平均の強度を下げることで、インピーダー７の磁束密度を低下させる方法について検討した。
【００３３】
その結果、本発明者は、誘導コイルから発生する磁束がオープン管１の開口部２から直接高透磁率のインピーダー７に入らないように、誘導コイルがオープン管１の開口部２を跨がずに閉回路を形成するようにすることにより、インピーダー７の磁束密度を低下させることができるという知見を得た。具体的には、本発明では、オープン管１の開口部２に沿った誘導コイルの導体部（開口近設導体部）をオープン管１の両端面部２ａ、２ｂにそれぞれ近接させて一対で配置するとともに、この開口近設導体部の少なくとも接合部５側のそれぞれの端部に、オープン管１の開口部２を除く部分を周回する誘導コイルの部分周回導体部を配置して閉回路を成すように接続し、開口近設導体部の他方のそれぞれの端部は、オープン管１の上流側で電源接続導体部により高周波電源に接続されている。これにより、誘導コイルで発生して直接インピーダー７に入る磁束を避けるとともに加熱効率が高まって、オープン管１の開口部２の端面部２ａ、２ｂを流れる誘導電流のピークおよび平均の強度を下げることが可能となる。以下、上記知見により完成した本発明の好適な実施の形態を述べる。
【００３４】
なお、スクイズロール６の近傍においてオープン管１の上方には、例えば電源からのリードなど種々の設備が配設されているため、従来技術に係る誘導コイル３のようにオープン管１を周回している場合、誘導コイル３自体をスクイズロール６に近づけるには自ずと限界があった。かかる場合、オープン管１に誘導電流を発生させる位置が接合部からある程度距離を置いた位置にならざるを得ず、加熱効率が悪くなる。この点、本発明のように、上述した開口近設導体部と部分周回導体部を備えた誘導コイルを用いれば、従来技術と対比してオープン管１の上方に大きなスペースを確保することができるので、そのスペースに応じて誘導コイルをスクイズロール６に近づけることができるだけでなく、オープン管の上方のスペースにシールドや測定装置などの付属設備を設置することもでき、また加熱効率を向上させることも可能となる。
【００３５】
（第１実施形態）
まず、図４〜図６を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る電縫管溶接装置１０の構成を説明する。なお、図中ではインピーダーをそのまま描いているが、実際にはインピーダーはインピーダーケースに納められている。しかし、狭い場所に描くのは図が判りづらいことから、ここでも、インピーダーケースは図示をしないこととする。図４は、本実施形態に係る電縫管溶接装置１０を模式的に示す平面図であり、図５は、図４に示す電縫管溶接装置１０の側面図であり、（ａ）は走行方向右側から見た右側面図、（ｂ）は走行方向左側から見た左側面図である。図６は、図４および図５に示す電縫管溶接装置１０の第１部分周回導体部、開口近設導体部での横断面図であり、（ａ）は、図４および図５におけるＩ−Ｉ線で切断したＩ−Ｉ断面図であり、（ｂ）は、図４および図５におけるＩＩ−ＩＩ線で切断したＩＩ−ＩＩ断面図である。
【００３６】
図４〜図６に示すように、本実施形態に係る電縫管溶接装置１０は、走行方向Ｒに走行する金属帯板１が、図示しないロールにより、金属帯板１の幅方向における両端面部（端面部）２ａ、２ｂが間隔を空けて対向するように円筒状に曲げられてオープン管１に成形された後、該オープン管１の開口部２近傍に配置された誘導加熱手段としての誘導コイル１００に高周波電流を通じ、発生させた誘導電流により両端面部２ａ、２ｂを溶融させる。すなわち、電縫管溶接装置１０は、誘導コイル１００により、オープン管１の開口部２近傍に誘導電流である高周波電流を誘起させる。通常は、誘導電流は誘導コイル直下に発生して流れるが、極性の異なる高周波電流が近くを流れる場合、インダクタンスを低下させる様に、すなわち、これらの電流が囲む空間が狭くなる様に、高周波電流は互いに近寄ろうとする。本実施形態の場合、オープン管１の両端面部２ａ、２ｂが近接して向き合った位置になることから、この両端面部２ａ、２ｂが囲む空間が発生した極性の異なる誘導電流が囲む空間となり、開口部２の外で発生させた誘導電流が分流して、この両端面部２ａ、２ｂを流れるようになり、この電流によって両端面部２ａ、２ｂを加熱・溶融させる。開口部２の間隔は、スクイズロール６でオープン管１の両側が押圧されることにより次第に狭めながら、該両端面部２ａ、２ｂ同士が接触し溶接される。より具体的には、本実施形態に係る電縫管溶接装置１０は、走行方向に延びる開口部２を有するオープン管１の、該開口部２に両側から相互に臨む管素材の端面部（言い換えると、該開口部２を挟んで対向する端面部）２ａ、２ｂの双方を、誘導加熱手段によって発生させた誘導電流により溶融させるとともに、開口部２の間隔を次第に狭めながら端面部２ａ、２ｂ同士を接合部５において接触させて溶接する、電縫管を製造するための装置である。この電縫管溶接装置１０は、誘導加熱手段として、１対の開口近設導体部１１０Ａ、１１０Ｂ（以下、Ａは一方の端面部２ａ側を意味し、Ｂは他方の端面部２ｂ側を意味するものとし、１対の開口近設導体部をまとめて、「開口近設導体部１１０」と記載する場合もある。）と、第１部分周回導体部１２０とからなる誘導コイル１００を備えている。
【００３７】
１対の開口近設導体部１１０Ａ、１１０Ｂは、図４、図５および図６（ｂ）に示すように、開口部２の両側の端面部２ａ、２ｂのそれぞれに沿って走行方向に延設された導体であり、それぞれ、平面視において開口部２と重ならない位置に、オープン管１の外周面から離間して配置される。なお、開口近設導体部１１０Ａ、１１０Ｂは、平面視において開口部２に重ならない位置、すなわち開口近設導体部１１０Ａ、１１０Ｂの開口部２に近い側の端部と、開口部２の端面部２ａ、２ｂとが平面視において接する直前の位置に配置されていてもよい。但し、開口近設導体部１１０Ａ、１１０Ｂは、開口部２を介して、当該開口近設導体部１１０Ａ、１１０Ｂとインピーダー７が互いに見えない位置に配置されるのが好ましい。
【００３８】
第１部分周回導体部１２０は、図４、図５および図６（ａ）に示すように、開口近設導体部１１０の長手方向の少なくとも接合部５に近い側の端部に一体に設けられ、オープン管１の外周面のうち開口部２を除いた部分に沿って周回するように、オープン管１の外周面から離間して配置される。なお、開口近設導体部１１０の長手方向の接合部５から遠い側の端部は、図示しない高周波電源へ接続される。より詳細には、図４〜図６に例示する本実施形態に係る誘導コイル１００では、開口近設導体部１１０の長手方向の接合部５から遠い側の端部が、電源接続導体部１２５、１２６により図示しない高周波電源に接続されている。
【００３９】
本発明において用いる誘導コイル１００は、銅等の良導体のパイプや線材、板等からなるもので、オープン管１上に閉回路を形成する誘導コイルの総称として用いており、その材質等は特に限定されない。また、誘導コイル１００の形状も、上述した開口近設導体部１１０と第１部分周回導体部１２０とからなるものであれば、特に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、図４および図５に例示するように、開口近設導体部１１０を直線状としているが、開口近設導体部１１０は、開口部２の両側の端面部２ａ、２ｂのそれぞれに沿って走行方向に延設され、平面視において開口部２と重ならない位置に、オープン管１の外周面から離間して配置されるものであれば、曲線部分を有しているものであってもよい。また、第１部分周回導体部１２０は、オープン管１の外周面のうち開口部２を除いた部分を周回し、円形の層（レイヤ）を描くような形状（円形コイル）で例示されているが、例えば矩形の層を描くような形状（矩形コイル）であってもよい。さらに、その層数については、本実施形態では１層とする。ここで、本明細書における誘導コイルの周回数「１層」とは、平面視において、誘導コイルの周回方向の一端部と他端部とが一致またはオーバーラップすることにより、オープン管１の外周面を完全に１周するものではなく、図４〜図６に示す第１部分周回導体部１２０等のように、他端部が一端部の手前で終端し、完全に１周していないものである。
【００４０】
図５に例示するように、本実施形態に係る電縫管溶接装置１０は、誘導コイル１００に一次電流ＣＰが通電される（図５で示す一次電流ＣＰの方向は、交番する電流のある瞬間の方向を便宜的に示すもので、交番して逆方向に流れる場合も当然に含まれる。）。この際、誘導コイル１００に高周波数の一次電流が流れ、磁束が生じることにより、オープン管１には、図７および図８中の矢印（交番する誘導電流をある瞬間で切り取ったもの）に示すような誘導電流４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ、４０ｈの分布が生じる。より詳細に述べると以下の通りである。なお、図７は、図８に示す誘導電流分布のうち、走行方向右側の側面の誘導電流分布のみを示しており、走行方向左側の側面の誘導電流分布の図示は省略している。また、図８で示した誘導電流４０ｆは、オープン管１の周囲を最終的には周回するが、第１部分周回導体部１２０直下の誘導電流４０ｄと異なり通電領域が長手方向に広く分散してしまうため、ベクトル長として表記できないほど極小となってしまうことから、図７では分散後の誘導電流４０ｆは具体的に表示していない。
【００４１】
図５（ｂ）に示すように、交番する高周波電流のある瞬間を切り取ると、誘導コイル１００を流れる一次電流ＣＰは、図示しない高周波電源に接続された電源接続導体部１２５を通って図５（ｂ）中の上方から下方へと流れ、開口近設導体部１１０Ａを通って走行方向と同じ向き（図５（ｂ）中の右方から左方）へ流れる。次いで、誘導コイル１００を流れる電流は、第１部分周回導体部１２０を通ってオープン管１の周囲を周回（約１周）するように流れた後、図５（ｂ）と同じ瞬間を切り取った図５（ａ）に示すように、開口近設導体部１１０Ｂを通って走行方向と逆向き（図５（ａ）中の右方から左方）へ流れる。さらに、誘導コイル１００を流れる電流は、上記高周波電源に接続された電源接続導体部１２６を通って図５（ａ）中の下方から上方へと流れ、該高周波電源へ戻る。
【００４２】
上述のような経路で一次電流を誘導コイル１００に流すと、同じ瞬間でそれとは逆向きでオープン管１の外周面を流れる誘導電流が発生する。具体的には、図５と同じ瞬間を切り取った図７および図８に示すように、誘導コイル１００を流れる一次電流ＣＰにより、開口近設導体部１１０Ｂの近傍では、オープン管１の外表面を流れる誘導電流４０ｃと、オープン管１の端面部を流れる誘導電流４０ｂとに分流して誘導電流が発生し、第１部分周回導体部１２０の近傍では、オープン管１の外表面を流れる誘導電流４０ｄが発生し、開口近設導体部１１０Ａの近傍では、オープン管１の外表面を流れる誘導電流４０ｅと、オープン管１の端面部を流れる誘導電流４０ａとに分流して誘導電流が発生し、これらの誘導電流同士を連続して繋ぐように開口近設導体部１１０Ａ、１１０Ｂのそれぞれの上流側端部の近傍を起点および終点として誘導電流４０ｆが流れて主電流ループ（閉回路）４０ｂ＋４０ｃ、４０ｄ、４０ａ＋４０ｅ、４０ｆが形成される。さらに、開口近設導体部１１０Ａ、１１０Ｂのそれぞれの下流側端部と第１部分周回導体部１２０とのそれぞれの連結部の近傍を起点および終点として、この主電流ループから接合部５側の端面部に分流する誘導電流４０ｇ、４０ｈの電流ループが形成される。また、開口近設導体部１１０Ａ、１１０Ｂのそれぞれの上流側端部の近傍を起点および終点として、上記主電流ループから上流に分流する誘導電流５０ａ、５０ｂとで電流ループが形成される。このうち、端面部を流れる誘導電流４０ａ、４０ｂと溶接部側両端面部を流れる誘導電流４０ｇ、４０ｈにより、両端面部２ａ、２ｂが発熱溶融し、溶接が行われる。この際、接合部５側の位置では、オープン管１の開口部２の幅が狭まってインピーダンスが低くなることから、近接効果によって電流が集中して高温になりやすい効果も相乗される。また、開口近設導体部１１０が開口部２の両端面部２ａ、２ｂに沿って配置されているので、誘導電流は、開口近設導体部１１０に近いところを流れようとし、両端面部２ａ、２ｂの近接効果とも相まって両端面部２ａ、２ｂにも効率的に流れることから、誘導電流４０ａ、４０ｂの電流量が増加し、効率的に接合部５を加熱することができる。
【００４３】
本実施形態では、上述した構成を有する誘導コイル１００を用いているため、オープン管１の開口部２を跨がずに、誘導電流４０ｂ、４０ｄ、４０ａ、４０ｆからなる閉回路、および誘導電流４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆからなる閉回路が形成される。その結果、誘導コイル１００から直接インピーダー７に入る磁束を避けることができるとともに、加熱効率が高まることでオープン管１の開口部２の端面部２ａ、２ｂを流れる誘導電流のピークおよび平均の強度を下げることが可能となる。その結果、インピーダー７の損傷を防ぐことができ、このような効果は小径管、例えば、管内径が１００ｍｍ程度以下の管で、特に厚肉管、例えば、肉厚が６ｍｍ超の管を製造する際に特に有用となる。
【００４４】
また、本実施形態の誘導コイル１００は、従来の特許文献１に記載の誘導コイルのようにオープン管を周回せず、開口近設導体部１１０を有することで電源接続導体部１２５、１２６を接合部５から遠ざけることができるので、オープン管１の上方にスペースを確保することができ、さらには、誘導コイル１００自体をスクイズロール６に近づけることもできる。したがって、オープン管１の上方のスペースにシールドや測定装置などの付属設備を設置することが可能となる。また、誘導コイル１００をスクイズロール６に近づけることで、電縫管を製造する際の加熱効率を向上させることも可能となる。
【００４５】
また、従来の特許文献３に記載の予熱コイルは周波数１〜２０ｋＨｚ程度の予熱用電源に接続されており、さらに予熱コイルと接合部との間には、予熱用電源とは別の周波数１００〜４００ｋＨｚ程度の溶接用電源に接続された接触子（コンタクトチップ）が設けられている。したがって、この予熱コイルをスクイズロールに近づけることはできない。これに対して、本実施形態の誘導コイル１００には、電源接続導体部１２６を介して高周波電源が接続され、誘導コイル１００と接合部５との間には他の電源は設けられていない。このため、誘導コイル１００をスクイズロール６に近づけることができる。
【００４６】
さらに、特許文献３に記載の装置には、予熱コイルに接続される電源と、接触子に接続される電源の、２つの電源がある。かかる場合、お互いが誘導結合し合う場合があり、そうすると負荷が不安定になり、整合がとれなくなって発振しなくなり、電流が流れなくなるおそれがある。その結果、オープン管を加熱することができず、電縫管を適切に製造することができない場合がある。
【００４７】
なお、本実施形態の電縫管溶接装置１０は、小径管に限定されず、中径管にも適用可能である。中径管は、例えば管内径が１００〜７００ｍｍ程度である。
【００４８】
中径管の電縫溶接の場合には、一般に、小径管の場合よりも溶接のための電力投入量が増加する事に加え、オープン管１の開口部２も広くなるため、誘導コイル３で発生する強磁場が直接インピーダー７へ影響を与えることが懸念されるが、本実施形態の構成を有する誘導コイル１００を用いることで、その影響を最小にして安定した生産をすることが可能となる。すなわち、一般的な電縫管溶接では、オープン管１の開口部２は遮るものがないため、当該開口部２を通して、誘導コイル３で発生する強磁場からの磁束が透磁率の高いインピーダー７を選択的に貫通する。そのため、インピーダー７が磁束飽和をしない十分な断面積を有していない場合、インピーダー７は磁束飽和して発熱し、インピーダー７の損傷が抑制できず、また電流のオープン管１の内周面周りを抑制する効果も失わせる。これに対し、本実施形態の誘導コイル１００では、当該誘導コイル１００で発生する磁束は開口部２から入らないため、電力を増やしてもインピーダー７の損傷を防止することが可能になり、安定製造が可能となる。
【００４９】
また、中径管の場合、一般に、溶接に要する電力が小径管より増えるので付与する電流値も増加させる必要があり、小径管に比べて加熱効率が悪くなる。これに対して、本実施形態では、誘導コイル１００をスクイズロール６に近づけることができるので、加熱効率を向上させることが可能となる。したがって、かかる効果は中径管を製造する際に特に有用となる。
【００５０】
なお、中径管の場合、一般に、溶接に要する電力が小径管より増えるので付与する電流値も増加させる必要があるが、後述する第５実施形態の図２２〜図２４に示すように第１部分周回導体部５２０（５２１、５２２）を複数層にすることにより磁界の強度を上げ、同じ磁場強度を少ない電流で発生させてもよい。
【００５１】
次に、本実施形態において、誘導コイル１００の好ましい配置について説明する。誘導コイル１００の内周面とオープン管１の外周面との距離は、できるだけ近い方が効率が良いものの、誘導コイル１００とオープン管１との接触を避けるため５〜１０ｍｍあけるのが好ましい。
【００５２】
また、本実施形態において、図９に示すように第１部分周回導体部１２０とスクイズロール６との最短距離Ｇは２０ｍｍ以上（Ｇ≧２０ｍｍ）であることが好ましい。この最短距離Ｇを上記範囲とすることで、スクイズロール６が誘導加熱されるのを抑制し、効果的に溶接を行うことができる。なお、図９の例では、第１部分周回導体部１２０とスクイズロール６との最短距離Ｇは側面視において斜め方向であるが、例えば第１部分周回導体部１２０の径に比べてスクイズロール６の径（側面視における上下長さ）が小さい場合、最短距離Ｇは水平方向となる。最短距離Ｇの方向は、第１部分周回導体部１２０の径とスクイズロール６の側面視における湾曲部の曲率との関係に応じて決まる。
【００５３】
さらに、本実施形態において、開口近設導体部１１０の長手方向の接合部５から遠い側の端部と、接合部５との距離Ｌの１例として下式（１）を満たしているのが好ましい場合が多い。電源接続導体部１２５、１２６の接合部５からの距離を示す、距離Ｌが下記式（１）を満たすようにすることで、接合部５における十分な加熱量を得る状態で、加熱効率を向上させることができる。（１）式は、接合部５端面のコイルからの往復距離２Ｌに対し、経験上内周の距離πＤの約３倍程度有れば効率良く加熱が可能であることを示す式であり、係数３についてはそれぞれの装置によって変化する。
２Ｌ≦３πＤ  ・・・（１）
但し、Ｌ：開口近設導体部１１０の長手方向の接合部５から遠い側の端部と、接合部５との距離、Ｄ：オープン管１の内径
【００５４】
ここで、本実施形態においては、交番する高周波電流のある瞬間を切り取った図７および図８に示すように、開口近設導体部１１０（１１０Ａ、１１０Ｂ）の上流側端部の近傍の誘導電流は、接合部５方向へ流れる誘導電流４０ｂ、４０ｃ、および接合部５方向から流れ込む誘導電流４０ａ、４０ｅのみならず、一部の電流が分流して誘導コイル１００の上流に流れている。すなわち、誘導電流としては、誘導電流４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ、４０ｈ以外に、上述したように、誘導コイル１００の開口近設導体部１１０Ｂの上流側端部の近傍から上流に流れる誘導電流５０ｂ、および誘導コイル１００の開口近設導体部１１０Ａの上流側端部の近傍に上流から戻る誘導電流５０ａも発生する。これら誘導電流５０ａ、５０ｂは、誘導コイル１００の上流の管外面に閉回路を形成し、この閉回路のある管外面において溶接には寄与しない発熱に消費される。これら誘導電流５０ａ、５０ｂは、接合部５の加熱にほとんど寄与しないため、誘導コイル１００で供給した電力の一部の無駄な電力として消費されることになってしまう。
【００５５】
そこで、以下に述べる本発明の第２実施形態に係る電縫管溶接装置２０では、誘導コイル１００の上流側に誘導電流５０ａ、５０ｂが流れるのを阻止するために、誘導コイル１００の走行方向上流において、オープン管１の開口部２の両端面部２ａ、２ｂの間に強磁性体２００を配置している。以下、本発明の第２実施形態に係る電縫管溶接装置２０について述べる。
【００５６】
（第２実施形態）
次に、図１０および図１１を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る電縫管溶接装置２０の構成を説明する。図１０は、本実施形態に係る電縫管溶接装置２０を模式的に示す側面図（走行方向右側から見た右側面図）であり、図１１は、図１０に示す電縫管溶接装置２０を模式的に示す横断面図であり、図１０におけるＩＶ−ＩＶ線で強磁性体コア部を切断したＩＶ−ＩＶ断面図である。
【００５７】
図１０および図１１に示すように、本実施形態に係る電縫管溶接装置２０は、上述した第１実施形態に係る電縫管溶接装置１０と同様の構成に加え、誘導コイル１００よりも走行方向上流側の開口部２に配置される強磁性体２００をさらに備える。この強磁性体２００はインピーダンスが高いため、電流が流れると、それを阻止するように働き、誘導コイル１００の上流側に流れる電流を阻止する。具体的には、図１２に示すように、誘導コイル１００の上流側に流れようとする誘導電流５０ａ、５０ｂ（図７、図８参照。）の想定流路口に強磁性体（磁性体コア）２００が配置されているため、強磁性体２００に対向するオープン管１に誘導電流５０ａ、５０ｂが流れようとすると、この誘導電流５０ａ、５０ｂを阻止するように強磁性体２００が働くため、誘導コイル１００の上流側に流れようとする誘導電流５０ａ、５０ｂを阻止することができる。その結果、図１３に示すような誘導電流分布に近づいていく。そのため、オープン管１の外周面で発生した誘導電流の多くを接合部５側に流すことができ、接合部５に流れる電流の密度を上げて発熱量を上げることが可能となる。
【００５８】
また、本発明者の検討によれば、誘導電流は、オープン管１の端面部２ａ、２ｂ、特に管断面における上部と下部の端部（コーナー部）に多く流れ、上部コーナー部の方が下部コーナー部よりも多く流れることが判明している。そのため、強磁性体２００は、対向するオープン管１の両端面部２ａ、２ｂ間の開口部２に対応する位置で、これら両端面部２ａ、２ｂに対し遊挿されるように設置されると共に、オープン管１の走行方向に垂直な断面で見た場合に、対向するオープン管１の両端面部２ａ、２ｂにおける各上部コーナー部、各下部コーナー部の一方または双方を覆う形状を有していることがより好ましい。
【００５９】
強磁性体２００は、例えば、図１１に示すようなＴ字状の形状とすることができる。上述したように、誘導電流は、オープン管１の端面部２ａ、２ｂ、特に管断面における上部と下部の端部（コーナー部）に多く流れ、上部コーナー部の方が下部コーナー部よりも多く流れることから、誘導電流が多く流れる上部コーナー部を覆うような形状とすることで、効果的に誘導電流を阻止することができる。また、誘導電流の阻止（抑制）効果を最も高めるためには、図示は省略するが、強磁性体２００をＨ字を横にしたような形状とすることが好ましい。これにより、端面部２ａ、２ｂのみならず、上部コーナー部および下部コーナー部に流れる誘導電流も阻止することができる。また、強磁性体２００の形状としては、Ｈ字を横にしたような形状を曲面で形成したもの、Ｉ字状、逆Ｔ字状等、様々な形状が考えられる（例えば、国際公開第２０１１／０３４１１９の図８〜図１２およびその説明等を参照）。
【００６０】
強磁性体２００の材質としては、フェライトや電磁鋼板などの比透磁率が高く導電率の低い良磁性体を用いればよい。
【００６１】
また、強磁性体２００を設置する位置は、誘導コイル１００よりも上流側であればよいが、誘導コイル１００により近い方が、上流側へ流れようとする誘導電流を元から阻止するためには効果的である。ただし、強磁性体２００が誘導コイル１００に近付き過ぎると、磁束密度が高くなって強磁性体２００が発熱しやすくなるため、適宜影響のない位置を決めればよい。また、必要に応じて強磁性体２００を冷却するのも、強磁性体２００の発熱を抑えるのに効果的である。また、強磁性体２００の長さや厚さに関しては、使用する条件で異なることから、特別に定めるものではないが、長さに関しては一般に、数十ｍｍ以上あれば良く、厚さに関してはオープン管１の両端面部２ａ、２ｂに接触しない程度で開口部２に近接する程度にすれば効果がより高められる。
【００６２】
また、強磁性体２００の設置の仕方に関しては、内周面回りの電流を抑えるインピーダー７と組み合わせ、オープン管１の端面部２ａ、２ｂから内周へ電流が流れ込まない状態にしておいて、強磁性体２００を設置すると、誘導コイル１００の上流に流れる誘導電流の阻止効果が大きくなる。すなわち、図１２および図１３に示すように、インピーダー７の上流側端部と誘導コイル１００までとの間で、強磁性体２００がインピーダー７上に配されるように設置するのが好ましい。
【００６３】
また、強磁性体２００とオープン管１の端面部２ａ、２ｂとの隙間は、可能な限り近づけた方が電流抑制効果は高く、離れると効果が薄れるので、両者をなるべく近づけることが好ましい。
【００６４】
強磁性体２００を設置する場合、実機においては、オープン管１の端面部２ａ、２ｂが強磁性体２００と接触することが考えられる。ここで、強磁性体２００に、例えばフェライトを使用した場合、衝撃が加わった際に簡単に割れやすい。このように、フェライトからなる強磁性体２００が割れた場合、下流のスクイズロール６で噛みこんだり、誘導コイル１００に挟まったりする等の設備トラブルを生じる可能性がある。そこで、強磁性体２００の外表面を被覆することにより、安全性や生産性を考慮した装置とすることが好ましい。すなわち、強磁性体２００の外表面に、樹脂板などを保護板として用いることで、万が一、強磁性体２００に衝撃が加わっても割れにくいようにすることがより好ましい。
【００６５】
強磁性体２００を被覆する材料としては、非磁性材でかつ非導電性の材料であれば良く、ガラステープや、耐熱性のビニールテープで被覆したり、樹脂でモールドしても良く、また、ゴム等を貼り付けても構わない。このような強磁性体２００の被覆は、必ずしも必須ではないが、処置をしておいた方が安定操業の観点からより好ましい。
【００６６】
さらに、強磁性体２００の設置に関しては、例えば、オープン管１の端面部２ａ、２ｂの位置が走行中にねじれて変位する場合には、強磁性体２００を固定して設置すると、端面部２ａ、２ｂと接触して破損するおそれが高くなる。そこで、強磁性体２００が、走行中のオープン管１における端面部２ａ、２ｂが接触した際に、端面部２ａ、２ｂの間の開口部２内で、強磁性体２００の破損を避けるように移動できる移動機構を有していてもよい。このような移動機構の詳細な説明は省略する（例えば、国際公開第２０１１／０３４１１９の図１３〜図１５およびその説明等を参照）。
【００６７】
（第３実施形態）
次に、図１４〜図１６を参照しながら、本発明の第３実施形態に係る電縫管溶接装置３０の構成を説明する。インピーダーケースは図示をしないことについては上述した第１実施形態と同様である。図１４は、本実施形態に係る電縫管溶接装置３０を模式的に示す平面図であり、図１５は、図１４に示す電縫管溶接装置３０の側面図であり、（ａ）は走行方向左側から見た左側面図、（ｂ）は走行方向右側から見た右側面図である。図１６は、図１４および図１５に示す電縫管溶接装置３０の横断面図であり、（ａ）は、図１４および図１５におけるＩ−Ｉ線で切断したＩ−Ｉ断面図であり、（ｂ）は、図１４および図１５におけるＩＩ−ＩＩ線で切断したＩＩ−ＩＩ断面図であり、（ｃ）は、図１４および図１５におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断したＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【００６８】
図１４〜図１６に示すように、本実施形態に係る電縫管溶接装置３０は、走行方向Ｒに走行する金属帯板１が、図示しないロールにより、金属帯板１の幅方向における両端面部（端面部）２ａ、２ｂが間隔を空けて対向するように円筒状に曲げられてオープン管１に成形された後、該オープン管１の開口部２近傍に配置された誘導加熱手段としての誘導コイル３００に高周波電流を通じ、発生させた誘導電流により両端面部２ａ、２ｂを溶融させる。すなわち、電縫管溶接装置３０は、誘導コイル３００により、オープン管１の開口部２近傍に誘導電流である高周波電流を誘起させる。本実施形態に係る電縫管溶接装置３０は、走行方向に延びる開口部２を有するオープン管１の、該開口部２に両側から相互に臨む管素材の端面部（言い換えると、該開口部２を挟んで対向する端面部）２ａ、２ｂの双方を、誘導加熱手段によって発生させた誘導電流により溶融させるとともに、開口部２の間隔を次第に狭めながら端面部２ａ、２ｂ同士を接合部５において接触させて溶接する、電縫管を製造するための装置である。この電縫管溶接装置３０は、誘導加熱手段として、１対の開口近設導体部３１０Ａ、３１０Ｂ（以下、Ａは一方の端面部２ａ側を意味し、Ｂは他方の端面部２ｂ側を意味するものとし、１対の開口近設導体部をまとめて、「開口近設導体部３１０」と記載する場合もある。）と、第１部分周回導体部３２０と、第２部分周回導体部３３０とからなる誘導コイル３００を備えている。すなわち、本実施形態に係る電縫管溶接装置３０は、上述した第１実施形態とは、誘導コイルの構造が異なるものである。より具体的には、電縫管溶接装置３０では、２つの部分周回導体部（第１部分周回導体部３２０および第２部分周回導体部３３０）を備え、かつ、図示しない高周波電源に接続される電源接続導体部（後述する電源接続導体部３２５、３２６）が第２部分周回導体部３３０に一体に設けられる点で、第１実施形態に係る電縫管溶接装置１０と異なる。電縫管溶接装置３０のその他の構成については、第１実施形態に係る電縫管溶接装置１０と同様であるので、以下、電縫管溶接装置１０と異なる点を主に述べる。
【００６９】
１対の開口近設導体部３１０Ａ、３１０Ｂは、図１４、図１５および図１６（ｂ）に示すように、開口部２の両側の端面部２ａ、２ｂのそれぞれに沿って走行方向に延設された導体であり、それぞれ、平面視において開口部２と重ならない位置に、オープン管１の外周面から離間して配置される。なお、開口近設導体部３１０Ａ、３１０Ｂは、平面視において開口部２に重ならない位置、すなわち開口近設導体部３１０Ａ、３１０Ｂの開口部２に近い側の端部と、開口部２の端面部２ａ、２ｂとが平面視において接する直前の位置に配置されていてもよい。但し、開口近設導体部３１０Ａ、３１０Ｂは、開口部２を介して、当該開口近設導体部３１０Ａ、３１０Ｂとインピーダー７が互いに見えない位置に配置されるのが好ましい。
【００７０】
第１部分周回導体部３２０は、図１４、図１５および図１６（ｃ）に示すように、開口近設導体部３１０の長手方向の少なくとも接合部５に近い側の端部に一体に設けられ、オープン管１の外周面のうち開口部２を除いた部分に沿って周回するように、オープン管１の外周面から離間して配置される。また、第２部分周回導体部３３０は、図１４、図１５および図１６（ａ）に示すように、開口近設導体部３１０の長手方向の接合部５から遠い側の端部（第１部分周回導体部３２０よりも走行方向上流側）に一体に設けられ、オープン管１の外周面のうち開口部２を除いた部分に沿って周回するように、オープン管１の外周面から離間して配置される。なお、第１部分周回導体部３２０と第２部分周回導体部３３０のうちのいずれか一方は、図示しない高周波電源へ接続される。図１４〜図１６に例示する本実施形態に係る誘導コイル３００では、第２部分周回導体部３３０が、電源接続導体部３２５、３２６により図示しない高周波電源に接続されている。また、ここでは、第２部分周回導体部３３０への電源接続導体部３２５、３２６の接続位置が第２部分周回導体部３３０の最下部相当位置の例を示しているが、これに限らず、これらの接続位置は、オープン管１の開口部２を除いた部分に沿った周方向での第２部分周回導体部３３０の任意の周方向位置でもかまわない。
【００７１】
本発明において用いる誘導コイル３００の材質は、上述した誘導コイル１００と同様である。また、誘導コイル３００の形状も、上述した開口近設導体部３１０と部分周回導体部３２０、３３０とからなるものであれば、特に限定されるものではない。例えば、開口近設導体部３１０の形状は、開口近設導体部１１０と同様に、曲線部分を有しているものであってもよい。また、部分周回導体部３２０、３３０の形状は、第１部分周回導体部１２０と同様に、矩形の層を描くような形状（矩形コイル）であってもよい。さらに、その層数については、１層とする。
【００７２】
図１５に例示するように、本実施形態に係る電縫管溶接装置３０は、誘導コイル３００に一次電流ＣＰが通電される（図１５で示す一次電流ＣＰの方向は、交番する電流のある瞬間の方向を便宜的に示すもので、交番して逆方向に流れる場合も当然に含まれる。）。この際、誘導コイル３００に高周波数の一次電流が流れ、磁束が生じることにより、オープン管１には、図１７および図１８中の矢印（交番する誘導電流をある瞬間で切り取ったもの）に示すような誘導電流４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ、４０ｈの分布が生じる。より詳細に述べると以下の通りである。なお、図１７は、図１８に示す誘導電流分布のうち、走行方向右側の側面の誘導電流分布のみを示しており、走行方向左側の側面の誘導電流分布の図示は省略している。
【００７３】
図１５（ａ）に示すように、交番する高周波電流のある瞬間を切り取ると、誘導コイル３００を流れる一次電流ＣＰは、図示しない高周波電源に接続された電源接続導体部３２５を通って図１５（ａ）中の下方から上方へと流れ、第２部分周回導体部３３０の走行方向左半分を通ってオープン管１の周囲を周回（約半周）するように流れた後、開口近設導体部３１０Ａを通って走行方向（図１５（ａ）中の右方から左方）へ流れる。次いで、誘導コイル３００を流れる電流は、第１部分周回導体部３２０側を通ってオープン管１の周囲を周回（約１周）するように流れた後、開口近設導体部３１０Ｂを通って走行方向と反対向き（図１５（ｂ）中の右方から左方）へ流れる。さらに、誘導コイル３００を流れる電流は、第２部分周回導体部３３０の走行方向右半分を通ってオープン管１の周囲を周回（約半周）するように流れた後、上記高周波電源に接続された電源接続導体部３２６を通って図１５（ｂ）中の上方から下方へと流れ、該高周波電源へ戻る。
【００７４】
上述のような経路で一次電流を誘導コイル３００に流すと、同じ瞬間でそれとは逆向きでオープン管１の外周面を流れる誘導電流が発生する。具体的には、図１５と同じ瞬間を切り取った図１７および図１８に示すように、誘導コイル３００を流れる一次電流ＣＰにより、第２部分周回導体部３３０の走行方向右半分の誘導コイル３００の近傍では、オープン管１の外表面を流れる誘導電流４０ｆが発生し、開口近設導体部３１０Ｂの近傍では、オープン管１の外表面を流れる誘導電流４０ｃと、オープン管１の端面部を流れる誘導電流４０ｂとに分流して誘導電流が発生し、第１部分周回導体部３２０の近傍では、オープン管１の外表面を流れる誘導電流４０ｄが発生し、開口近設導体部３１０Ａの近傍では、オープン管１の外表面を流れる誘導電流４０ｅと、オープン管１の端面部を流れる誘導電流４０ａとに分流して誘導電流が発生し、第２部分周回導体部３３０の走行方向左半分の誘導コイルの近傍では、オープン管１の外表面を流れる誘導電流４０ｆが発生し、これらの誘導電流同士を連続して繋ぐように誘導電流が流れて主電流ループ（閉回路）４０ｆ、４０ｂ＋４０ｃ、４０ｄ、４０ａ＋４０ｅ、４０ｆが形成される。さらに、開口近設導体部３１０Ａ、３１０Ｂのそれぞれの下流側端部と第１部分周回導体部３２０とのそれぞれの連結部の近傍を起点および終点として、この主電流ループから接合部５側の端面部に分流する誘導電流４０ｇ、４０ｈの電流ループが形成される。また、開口近設導体部３１０Ａ、３１０Ｂのそれぞれの上流側端部と第２部分周回導体部３３０とのそれぞれの連結部の近傍を起点および終点として、この主電流ループから上流に分流する誘導電流５０ａ、５０ｂとで電流ループが形成される。このうち、端面部２ａ、２ｂを流れる誘導電流４０ａ、４０ｂと溶接部側両端面部２ａ、２ｂを流れる誘導電流４０ｇ、４０ｈにより、両端面部２ａ、２ｂが発熱溶融し、溶接が行われる。この際、接合部５側の位置では、オープン管１の開口部２の幅が狭まってインピーダンスが低くなることから、近接効果によって電流が集中して高温になりやすい効果も相乗される。また、開口近設導体部３１０が開口部２の両端面部２ａ、２ｂに沿って配置されているので、近接効果により誘導電流が開口近設導体部３１０に近いところを流れようとするため、両端面部２ａ、２ｂに効率的に誘導電流を流すことができ、その結果、誘導電流４０ａ、４０ｂの電流量が増加し、効率的に接合部５を加熱することができる。
【００７５】
本実施形態では、上述した構成を有する誘導コイル３００を用いているため、オープン管１の開口部２を跨がずに、誘導電流４０ｆ、４０ｂ、４０ｄ、４０ａ、４０ｆからなる閉回路、および誘導電流４０ｆ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆからなる閉回路が形成される。その結果、誘導コイル３００から直接インピーダー７に入る磁束を避けることができるとともに、オープン管１の開口部２の端面部２ａ、２ｂを流れる誘導電流のピークおよび平均の強度を下げることが可能となる。その結果、インピーダー７の損傷を防ぐことができ、このような効果は小径管、例えば、管内径が１００ｍｍ程度以下の管で、特に厚肉管、例えば、肉厚が６ｍｍ超の管を製造する際に特に有用となる。
【００７６】
また、本実施形態の誘導コイル３００は、従来の特許文献１に記載の誘導コイルのようにオープン管を周回せず、開口近設導体部３１０を有することで電源接続導体部３２５、３２６を接合部５から遠ざけることができるので、オープン管１の上方にスペースを確保することができ、さらには、誘導コイル３００自体をスクイズロール６に近づけることもできる。したがって、オープン管１の上方のスペースにシールドや測定装置などの付属設備を設置することが可能となる。また、誘導コイル３００をスクイズロール６に近づけることで、電縫管を製造する際の加熱効率を向上させることも可能となる。
【００７７】
なお、本実施形態の電縫管溶接装置３０も、第１実施形態の電縫管溶接装置１０と同様に、小径管に限定されず、中径管にも適用可能である。
【００７８】
また、本実施形態における誘導コイル３００の好ましい配置は、第１実施形態における誘導コイル１００の好ましい配置と同様である。すなわち、誘導コイル３００の内周面とオープン管１の外周面との距離は５〜１０ｍｍであるのが好ましい。
【００７９】
また、本実施形態において、第１部分周回導体部３２０は、できる限り接合部５に近いことが望ましいが、コイル導体とスクイズロール６との干渉回避およびスクイズロール６の誘導加熱を避けるため、第１部分周回導体部３２０とスクイズロール６との最短距離Ｇは２０ｍｍ以上（Ｇ≧２０ｍｍ）であることが好ましい。誘導コイル３００の先端位置を示す、最短距離Ｇを上記範囲とすることで、実際の装置において効果的に溶接を行う事ができる。
【００８０】
さらに、本実施形態において、開口近設導体部３１０の長手方向の接合部５から遠い側の端部と、接合部５との距離Ｌが下記式（１）を満たしているのが好ましい。第２部分周回導体部３３０の接合部５からの距離を示す、距離Ｌが下記式（１）を満たすようにすることで、接合部５における十分な加熱量を得ることができ、加熱効率を向上させる事ができる。
２Ｌ≦３πＤ  ・・・（１）
但し、Ｌ：開口近設導体部３１０の長手方向の接合部５から遠い側の端部と、接合部５との距離、Ｄ：オープン管１の外径
【００８１】
ここで、本実施形態においては、交番する高周波電流のある瞬間を切り取った図１７および図１８に示すように、第２部分周回導体部３３０の直下からの誘導電流は、接合部５方向へ流れる誘導電流４０ｂ、４０ｃ、および接合部５方向から流れ込む誘導電流４０ａ、４０ｅのみならず、一部の電流が分流して誘導コイル３００の上流に流れている。すなわち、誘導電流としては、誘導電流４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ、４０ｈ以外に、上述したように、誘導コイル３００の第２部分周回導体部３３０の直下から上流に流れる誘導電流５０ｂ、および誘導コイル３００の上流から第２部分周回導体部３３０の直下に戻る誘導電流５０ａも発生する。これら誘導電流５０ａ、５０ｂは、誘導コイル３００の上流の管外面に閉回路を形成し、この閉回路のある管外面において溶接には寄与しない発熱に消費される。これら誘導電流５０ａ、５０ｂは、接合部５の加熱にほとんど寄与しないため、誘導コイル３００で供給した電力の一部の無駄な電力として消費されることになってしまう。
【００８２】
そこで、以下に述べる本発明の第４の実施形態に係る電縫管溶接装置４０では、誘導コイル３００の上流側に誘導電流５０ａ、５０ｂが流れるのを阻止するために、誘導コイル３００の走行方向上流において、オープン管１の開口部２の両端面部２ａ、２ｂの間に強磁性体４００を配置している。以下、本発明の第４実施形態に係る電縫管溶接装置４０について述べる。
【００８３】
（第４実施形態）
まず、図１９を参照しながら、本発明の第４実施形態に係る電縫管溶接装置４０の構成を説明する。図１９は、本実施形態に係る電縫管溶接装置４０を模式的に示す側面図（走行方向右側から見た右側面図）である。なお、第４実施形態は、第２実施形態と同様に、誘導コイル３００の上流側に誘導電流５０ａ、５０ｂが流れるのを阻止するために、誘導コイル３００の走行方向上流において、オープン管１の開口部２の両端面部２ａ、２ｂの間に強磁性体を配置している。
【００８４】
図１９に示すように、本実施形態に係る電縫管溶接装置４０は、上述した第３実施形態に係る電縫管溶接装置３０と同様の構成に加え、誘導コイル３００よりも走行方向上流側の開口部２に配置される強磁性体４００をさらに備える。この強磁性体４００はインピーダンスが高いため、電流が流れると、それを阻止するように働き、誘導コイル３００の上流側に流れる電流を阻止する。具体的には、図２０に示すように、誘導コイル３００の上流側に流れようとする誘導電流５０ａ、５０ｂ（図１７、図１８参照。）の想定流路口に強磁性体４００が配置されているため、強磁性体４００に対向するオープン管１に誘導電流５０ａ、５０ｂが流れようとすると、この誘導電流５０ａ、５０ｂを阻止するように強磁性体４００が働くため、誘導コイル３００の上流側に流れようとする誘導電流５０ａ、５０ｂを阻止することができる。その結果、図２１に示すような誘導電流分布に近づいていく。そのため、オープン管１の外周面で発生した誘導電流の多くを接合部５側に流すことができ、接合部５に流れる電流の密度を上げて発熱量を上げることが可能となる。
【００８５】
また、強磁性体４００の具体的な構成、機能、配置等は、上述した第２実施形態に係る強磁性体２００（図１１を参照）と同様であるので、その詳細な説明を省略する。
【００８６】
（第５実施形態）
次に、図２２〜図２４を参照しながら、本発明の第５実施形態に係る電縫管溶接装置５０の構成を説明する。インピーダーケースは図示をしないことについては上述した第１実施形態および第３実施形態と同様である。図２２は、本実施形態に係る電縫管溶接装置５０を模式的に示す平面図であり、図２３は、図２２に示す電縫管溶接装置５０の側面図であり、（ａ）は走行方向左側から見た左側面図、（ｂ）は走行方向右側から見た右側面図である。図２４は、図２２および図２３に示す電縫管溶接装置５０の横断面図であり、（ａ）は、図２２および図２３におけるＩ−Ｉ線で切断したＩ−Ｉ断面図であり、（ｂ）は、図２２および図２３におけるＩＩ−ＩＩ線で切断したＩＩ−ＩＩ断面図であり、（ｃ）は、図２２および図２３におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断したＩ−ＩＩＩ断面図である。
【００８７】
なお、本実施形態の電縫管溶接装置５０も、第１実施形態の電縫管溶接装置１０および第３実施形態の電縫管溶接装置３０と同様に、小径管に限定されず、中径管にも適用可能である。
【００８８】
図２２〜図２４に示すように、本実施形態に係る電縫管溶接装置５０は、走行方向Ｒに走行する金属帯板１が、図示しないロールにより、金属帯板１の幅方向における両端面部（端面部）２ａ、２ｂが間隔を空けて対向するように円筒状に曲げられてオープン管１に成形された後、該オープン管１の開口部２近傍に配置された誘導加熱手段としての２層の誘導コイル５００に高周波電流を通じ、発生させた誘導電流により両端面部２ａ、２ｂを溶融させる。すなわち、電縫管溶接装置５０は、誘導コイル５００により、オープン管１の開口部２近傍に誘導電流である高周波電流を誘起させる。本実施形態に係る電縫管溶接装置５０は、走行方向に延びる開口部２を有するオープン管１の、該開口部２に両側から相互に臨む管素材の端面部（言い換えると、該開口部２を挟んで対向する端面部）２ａ、２ｂの双方を、誘導加熱手段によって発生させた誘導電流により溶融させるとともに、開口部２の間隔を次第に狭めながら端面部２ａ、２ｂ同士を接合部５において接触させて溶接する、電縫管を製造するための装置である。
【００８９】
この電縫管溶接装置５０は、誘導加熱手段として、１対の開口近設導体部５１０Ａ、５１０Ｂ（以下、Ａは一方の端面部２ａ側を意味し、Ｂは他方の端面部２ｂ側を意味するものとし、１対の開口近設導体部をまとめて、「開口近設導体部５１０」と記載する場合もある。）と、第１部分周回導体部５２０と、第２部分周回導体部５３０とからなる誘導コイル５００を備えている。本実施形態に係る電縫管溶接装置５０は、上述した第１実施形態および第３実施形態とは、誘導コイル５００が２層である等、誘導コイルの構造が異なるものである。より具体的には、電縫管溶接装置５０では、第１部分周回導体部５２０には接合部５側から上流側に並ぶ順で部分周回導体部５２１、５２２を備え、１対の開口近設導体部５１０（５１０Ａ、５１０Ｂ）には、部分周回導体部５２１に接続される１層目の開口近設導体部５１１（５１１Ａ、５１１Ｂ）、その上層で部分周回導体部５２２に接続される２層目の開口近設導体部５１２（５１２Ａ、５１２Ｂ）を備え、第２部分周回導体部５３０には、接合部５側から上流側に並ぶ順で部分周回導体部５３１、５３２、５３３を備え、これら部分周回導体部のうち、約半周分の部分周回導体部５３１は、電源接続導体部５３５と開口近設導体部５１１Ａに接続され、約１周分の部分周回導体部５３２は、開口近設導体部５１１Ｂと開口近設導体部５１２Ａに接続され、約半周分の部分周回導体部５３３は、開口近設導体部５１２Ｂと電源接続導体部５３６に接続されるように２層の誘導コイル５００を備える点で、第１実施形態に係る電縫管溶接装置１０および第３実施形態に係る電縫管溶接装置３０と異なる。
【００９０】
上記のとおり、誘導コイル５００は、開口近設導体部５１１、５１２の長手方向の接合部５に近い側のそれぞれの端部において、第１部分周回導体部５２０の２つの部分周回導体部５２１、５２２を備えており、２層になっている。以下の説明においては、部分周回導体部５２１を１層目といい、部分周回導体部５２２を２層目という場合がある。
【００９１】
まず、誘導コイル５００の開口近設導体部５１０（５１１、５１２）の構成について説明する。１層目において、１対の開口近設導体部５１１Ａ、５１１Ｂは、図２２〜図２４に示すように、開口部２の両側の端面部２ａ、２ｂのそれぞれに沿って走行方向に延設された導体であり、それぞれ、平面視において開口部２と重ならない位置に、オープン管１の外周面から離間して配置される。２層目において、１対の開口近設導体部５１２Ａ、５１２Ｂはそれぞれ、１対の開口近設導体部５１１Ａ、５１１Ｂと同様の構成を有し、当該１対の開口近設導体部５１１Ａ、５１１Ｂの上方に重ねて配置される。なお、１対の開口近設導体部５１２Ａ、５１２Ｂは、平面視において開口部２に対し１対の開口近設導体部５１１Ａ、５１１Ｂの外側（開口部２から離れる側の隣接位置）に配置されてもよいが、開口近設導体部５１０によるオープン管１の外周面に発生する誘導電流の領域を、端面部２ａ、２ｂに近い領域に集め易いことから、２層目の１対の開口近設導体部５１２Ａ、５１２Ｂはそれぞれ、１対の開口近設導体部５１１Ａ、５１１Ｂの上方に重ねて配置されるのが好ましい。
【００９２】
次に、誘導コイル５００において、接合部５に近い側の第１部分周回導体部５２０（５２１、５２２）の構成について説明する。１層目において、部分周回導体部５２１は、図２２〜図２４に示すように、開口近設導体部５１１の長手方向の少なくとも接合部５に近い側の端部に一体に設けられ、オープン管１の外周面のうち開口部２を除いた部分に沿って周回するように、オープン管１の外周面から離間して配置される。２層目において、部分周回導体部５２２は、開口近設導体部５１２の長手方向の少なくとも接合部５に近い側の端部に一体に設けられ、オープン管１の外周面のうち開口部２を除いた部分に沿って周回するように、オープン管１の外周面から離間して配置される。また、２層目の部分周回導体部５２２は、スクイズロール６との干渉を避けるため、１層目の部分周回導体部５２１より、走行方向上流側に配置される。
【００９３】
次に、誘導コイル５００において、接合部５に遠い側の第２部分周回導体部５３０（５３１、５３２、５３３）の構成について説明する。１層目の約半周分の部分周回導体部５３１は、図２２〜図２４に示すように、開口近設導体部５１１Ａの長手方向の接合部５から遠い側の端部に一体に設けられ、オープン管１の外周面のうち開口部２を除いた部分に沿って周回（約半周）するように、オープン管１の外周面から離間して配置される。部分周回導体部５３１は、電源接続導体部５３５により図示しない高周波電源に接続されている。１層目の残り約半周分と２層目の約半周分となる部分周回導体部５３２は、開口近設導体部５１１Ｂ、５１２Ａの長手方向の接合部５から遠い側の端部に一体に設けられ、オープン管１の外周面のうち開口部２を除いた部分に沿って周回（約１周）するように、オープン管１の外周面から離間して配置される。２層目の残り約半周分の部分周回導体部５３３は、開口近設導体部５１２Ｂの長手方向の接合部５から遠い側の端部に一体に設けられ、オープン管１の外周面のうち開口部２を除いた部分に沿って周回（約半周）するように、オープン管１の外周面から離間して配置される。部分周回導体部５３３は、電源接続導体部５３６により図示しない高周波電源に接続されている。なお、ここでは、第２部分周回導体部５３１、５３３への電源接続導体部５３５、５３６の接続位置が、第２部分周回導体部５３１、５３３の最下部相当位置の例を示しているが、これに限らず、これらの接続位置は、オープン管１の開口部２を除いた部分に沿った周方向での第２部分周回導体部５３１、５３３の周方向長さを相補的に適宜変更することで決定される任意の周方向位置でもかまわない。
【００９４】
本発明において用いる誘導コイル５００の材質は、上述した誘導コイル１００、３００と同様である。また、誘導コイル５００の形状も、上述した開口近設導体部５１０（５１１、５１２）と部分周回導体部５２０（５２１、５２２）、５３０（５３１、５３２、５３３）とからなるものであれば、特に限定されるものではない。例えば、開口近設導体部５１０（５１１、５１２）の形状は、開口近設導体部１１０、３１０と同様に、曲線部分を有しているものであってもよい。また、部分周回導体部５２０（５２１、５２２）、５３０（５３１、５３２、５３３）の形状は、部分周回導体部１２０、３２０、３３０と同様に、矩形の層を描くような形状（矩形コイル）であってもよい。
【００９５】
図２３に例示するように、本実施形態に係る電縫管溶接装置５０は、誘導コイル５００に一次電流ＣＰが通電される（図２３で示す一次電流ＣＰの方向は、交番する電流のある瞬間の方向を便宜的に示すもので、交番して逆方向に流れる場合も当然に含まれる。）。この際、誘導コイル５００に高周波数の一次電流が流れ、磁束が生じることにより、オープン管１には、図２５および図２６中の矢印（交番する誘導電流をある瞬間で切り取ったもの）に示すような誘導電流４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ、４０ｈの分布が生じる。より詳細に述べると以下の通りである。なお、図２５は、図２６に示す誘導電流分布のうち、走行方向右側の側面の誘導電流分布のみを示しており、走行方向左側の側面の誘導電流分布の図示は省略している。
【００９６】
図２３（ａ）に示すように、交番する高周波電流のある瞬間を切り取ると、誘導コイル５００を流れる一次電流ＣＰは、図示しない高周波電源に接続された電源接続導体部５３５を通って図２３（ａ）中の下方から上方へと流れ、第２部分周回導体部５３１を通ってオープン管１の周囲を周回（約半周）するように流れた後、開口近設導体部５１１Ａを通って走行方向（図２３（ａ）中の右方から左方）へ流れる。次いで、誘導コイル５００を流れる電流は、第１部分周回導体部５２１側を通ってオープン管１の周囲を周回（約１周）するように流れた後、開口近設導体部５１１Ｂを通って走行方向と反対向き（図２３（ｂ）中の右方から左方）へ流れる。さらに、誘導コイル３００を流れる電流は、第２部分周回導体部５３２を通ってオープン管１の周囲を周回（約１周）するように流れた後、開口近設導体部５１２Ａを通って走行方向（図２３（ａ）中の右方から左方）へ流れる。次いで、誘導コイル５００を流れる電流は、第１部分周回導体部５２２側を通ってオープン管１の周囲を周回（約１周）するように流れた後、開口近設導体部５１２Ｂを通って走行方向と反対向き（図２３（ｂ）中の右方から左方）へ流れる。さらに、誘導コイル３００を流れる電流は、第２部分周回導体部５３３を通ってオープン管１の周囲を周回（約半周）するように流れた後、上記高周波電源に接続された電源接続導体部５３６を通って図２３（ｂ）中の上方から下方へと流れ、該高周波電源へ戻る。
【００９７】
上述のような経路で一次電流を誘導コイル５００に流すと、同じ瞬間でそれとは逆向きでオープン管１の外周面を流れる誘導電流が発生する。具体的には、図２３と同じ瞬間で切り取った図２５および図２６に示すように、誘導コイル５００を流れる一次電流ＣＰにより、第２部分周回導体部５３０（５３１、５３２、５３３）の近傍では、オープン管１の外表面を流れる誘導電流４０ｆが発生し、開口近設導体部５１０Ｂ（５１１Ｂ、５１２Ｂ）の近傍では、オープン管１の外表面を流れる誘導電流４０ｃと、オープン管１の端面部を流れる誘導電流４０ｂとに分流して誘導電流が発生し、第１部分周回導体部５２０（５２１、５２２）の近傍では、オープン管１の外表面を流れる誘導電流４０ｄが発生し、開口近設導体部５１０（５１１Ａ、５１２Ａ）の近傍では、オープン管１の外表面を流れる誘導電流４０ｅと、オープン管１の端面部を流れる誘導電流４０ａとに分流して誘導電流が発生し、これらの誘導電流同士を連続して繋ぐように誘導電流が流れて主電流ループ（閉回路）４０ｆ、４０ｂ＋４０ｃ、４０ｄ、４０ａ＋４０ｅが形成される。さらに、開口近設導体部５１０（５１１、５１２）の下流側端部と第１部分周回導体部５２０（５２１、５２２）とのそれぞれの連結部の近傍を起点および終点として、この主電流ループから接合部５側の端面部に分流する誘導電流４０ｇ、４０ｈの電流ループが形成される。また、開口近設導体部５１０（５１１、５１２）の上流側端部と第２部分周回導体部５３０（５３１、５３２、５３３）とのそれぞれの連結部の近傍を起点および終点として、この主電流ループから上流に分流する誘導電流５０ａ、５０ｂとで電流ループが形成される。このうち、端面部２ａ、２ｂを流れる誘導電流４０ａ、４０ｂと溶接部側両端面部２ａ、２ｂを流れる誘導電流４０ｇ、４０ｈにより、両端面部２ａ、２ｂが発熱溶融し、溶接が行われる。この際、接合部５側の位置では、オープン管１の開口部２の幅が狭まってインピーダンスが低くなることから、近接効果によって電流が集中して高温になりやすい効果も相乗される。また、開口近設導体部５１０（５１１、５１２）が開口部２の両端面部２ａ、２ｂに沿って配置されているので、近接効果により誘導電流が開口近設導体部５１０（５１１、５１２）に近いところを流れようとするため、両端面部２ａ、２ｂに効率的に誘導電流を流すことができ、その結果、誘導電流４０ａ、４０ｂの電流量が増加し、効率的に接合部５を加熱することができる。
【００９８】
本実施形態では、上述した構成を有する誘導コイル５００を用いているため、オープン管１の開口部２を跨がずに、誘導電流４０ｂ、４０ｄ、４０ａ、４０ｆからなる閉回路、および誘導電流４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆからなる閉回路が形成される。その結果、誘導コイル５００から直接インピーダー７に入る磁束を避けることができるとともに、オープン管１の開口部２の端面部２ａ、２ｂを流れる誘導電流のピークおよび平均の強度を下げることが可能となる。その結果、インピーダー７の損傷を防ぐことができ、このような効果は小径管、例えば、管内径が１００ｍｍ程度以下の管で、特に厚肉管、例えば、肉厚が６ｍｍ超の管を製造する際に特に有用となる。
【００９９】
また、本実施形態の誘導コイル５００は、従来の特許文献１に記載の誘導コイルのようにオープン管を周回せず、開口近設導体部５１０を有することで電源接続導体部５３５、５３６を接合部５から遠ざけることができるので、オープン管１の上方にスペースを確保することができ、さらには、誘導コイル５００自体をスクイズロール６に近づけることもできる。したがって、オープン管１の上方のスペースにシールドや測定装置などの付属設備を設置することが可能となる。また、誘導コイル５００をスクイズロール６に近づけることで、電縫管を製造する際の加熱効率を向上させることも可能となる。
【０１００】
さらに、本実施形態の電縫管溶接装置５０の誘導コイル５００は２層になっているため、同じ電流なら磁界の強度を上げ、同じ磁界の強度なら少ない電流で発生させることができ、これにより加熱効率を向上させることが可能となる。したがって、このように複数の層数を有する誘導コイルを備えることは、上述したように大きい電力が必要な中径管、例えば管内径が１００〜７００ｍｍ程度の管の電縫溶接に特に有用となる。なお、本実施形態の電縫管溶接装置５０は、２層の誘導コイル５００を備えていたが、３層以上の誘導コイルを備えていてもよい。
【０１０１】
なお、この誘導コイル５００の複数層による効果、すなわち加熱効率を向上させる効果を享受するためには、上述のように誘導コイル５００がシリアル（直列）な閉回路で複数層の部分周回導体部を備えていればよい。したがって、例えば第１部分周回導体部５２０が部分周回導体部５２１、５２２を備える２層であって、第２部分周回導体部５３０が１層であってもよい。図２２〜図２４に示した例では、第２部分周回導体部５３０において、電源接続導体部５３５、５３６をそれぞれ開口部２と反対側に設けていたが、これら電源接続導体部５３５、５３６を開口部２と同じ側に設けるようにすれば、半周分の部分周回導体部５３１、５３３を省略することができる。そうすると、第２部分周回導体部５３０を１層にすることが可能となる。このように、電源の設置方向によって、第２部分周回導体部５３０のレイアウトは任意に設計することができる。
【０１０２】
上述した電縫管溶接装置５０の誘導コイル５００はシリアルな閉回路を備えていたが、第１部分周回導体部が複数層であっても、パラレルな閉回路を備える場合がある。図２７は、本実施形態の変形例に係る電縫管溶接装置５５を模式的に示す平面図である。電縫管溶接装置５５は、誘導加熱手段として、パラレルな閉回路を備えた誘導コイル５５０を有している。そして、本変形例において誘導コイル５５０は、例えば、上記第１実施形態の誘導コイル１００がパラレル（並列）に設けられた構成を有している。パラレル接続は、コイル導体に流す電流密度が高く,効率が低下するのを避けるという観点あるいは安全上の観点などから分流してコイル導体の電流密度を下げたい場合などに使用すれば良い。この場合、電気的にはコイル導体の鋼管に対する面積が広がっただけで、効果は１本の導体の場合と変わりがないが、冷却路が独立して設けられるため、コイル導体での発熱が避けられ、大電流通電が可能となる。
【０１０３】
誘導コイル５５０は、１対の開口近設導体部５６０Ａ、５６０Ｂ（以下、Ａは一方の端面部２ａ側を意味し、Ｂは他方の端面部２ｂ側を意味するものとし、１対の開口近設導体部をまとめて、「開口近設導体部５６０」と記載する場合もある。）と、第１部分周回導体部５７０とからなる。第１部分周回導体部５７０は、接合部５側から上流側に並ぶ順で部分周回導体部５７１、５７２を備えている。１対の開口近設導体部５６０（５６０Ａ、５６０Ｂ）は、部分周回導体部５７１に接続される１層目の開口近設導体部５６１（５６１Ａ、５６１Ｂ）と、部分周回導体部５７２に接続される２層目の開口近設導体部５６２（５６２Ａ、５６２Ｂ）を備えている。開口近設導体部５６１Ａ、５６１Ｂ、５６２Ａ、５６２Ｂの長手方向の接合部５から遠い側の端部は、それぞれ電源接続導体部５６５Ａ、５６５Ｂ、５６６Ａ、５６６Ｂに接続され、これら電源接続導体部５６５Ａ、５６５Ｂ、５６６Ａ、５６６Ｂは図示しない共通の高周波電源に接続されている。
【０１０４】
そして、電縫管溶接装置５５には、１層目の第１部分周回導体部５７１、開口近設導体部５６１（５６１Ａ、５６１Ｂ）、電源接続導体部５６５（５６５Ａ、５６５Ｂ）からなる第１閉回路と、２層目の第１部分周回導体部５７２、開口近設導体部５６２（５６２Ａ、５６２Ｂ）、電源接続導体部５６６（５６６Ａ、５６６Ｂ）からなる第２閉回路と、がパラレルに形成されている。
【０１０５】
かかる電縫管溶接装置５５では、共通の高周波電源からの電流が、これら２つの閉回路に分流され、オープン管１の開口部２が誘導加熱される。例えば、電縫溶接するにあたって大電流が必要な場合には、このような誘導コイル５００を用いて電流を分流させればよい。なお、各閉回路の誘導加熱の方法は、上記第１実施形態の誘導コイル１００による誘導加熱と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【０１０６】
なお、本変形例では、誘導コイル５５０において、開口近設導体部５６１Ａ、５６１Ｂ、５６２Ａ、５６２Ｂの長手方向の接合部５から遠い側の端部は周回していないが、第２部分周回導体部のようにオープン管１の外周面のうち開口部２を除いた部分に沿って周回していてもよい。例えば、電源の設置方向によって、誘導コイル５５０の接合部５から遠い側の端部のレイアウトは任意に設計することができる。
【０１０７】
また、本実施形態における誘導コイル５００、５５０の好ましい配置は、第１実施形態における誘導コイル１００および第３実施形態における誘導コイル３００の好ましい配置と同様である。
【０１０８】
（第６実施形態）
次に、図２８を参照しながら、本発明の第６実施形態に係る電縫管溶接装置６０の構成を説明する。図２８は、本実施形態に係る電縫管溶接装置６０を模式的に示す側面図（走行方向右側から見た右側面図）である。なお、第６実施形態は、第２実施形態および第４実施形態と同様に、誘導コイル５００の上流側に誘導電流５０ａ、５０ｂが流れるのを阻止するために、誘導コイル５００の走行方向上流において、オープン管１の開口部２の両端面部２ａ、２ｂの間に強磁性体を配置している。
【０１０９】
図２８に示すように、本実施形態に係る電縫管溶接装置６０は、上述した第５実施形態に係る電縫管溶接装置５０と同様の構成に加え、誘導コイル５００よりも走行方向上流側の開口部２に配置される強磁性体６００をさらに備える。この強磁性体６００はインピーダンスが高いため、電流が流れると、それを阻止するように働き、誘導コイル５００の上流側に流れる電流を阻止する。具体的には、図２９に示すように、誘導コイル５００の上流側に流れようとする誘導電流５０ａ、５０ｂ（図２５、図２６参照。）の想定流路口に強磁性体６００が配置されているため、強磁性体６００に対向するオープン管１に誘導電流５０ａ、５０ｂが流れようとすると、この誘導電流５０ａ、５０ｂを阻止するように強磁性体６００が働くため、誘導コイル５００の上流側に流れようとする誘導電流５０ａ、５０ｂを阻止することができる。その結果、図３０に示すような誘導電流分布に近づいていく。そのため、オープン管１の外周面で発生した誘導電流の多くを接合部５側に流すことができ、接合部５に流れる電流の密度を上げて発熱量を上げることが可能となる。
【０１１０】
また、強磁性体６００の具体的な構成、機能、配置等は、上述した第２実施形態に係る強磁性体２００（図１１を参照）と同様であるので、その詳細な説明を省略する。
【０１１１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【実施例】
【０１１２】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。【０１１３】
管径φ３１．８ｍｍ、肉厚６．３ｍｍの普通鋼製鋼管を、以下に示す実施例１〜実施例７および比較例１の電縫管溶接装置を用いて、３０００Ａの電流を流して電縫管溶接を行った場合の接合部から上流７００ｍｍの範囲の鋼管端面の総発熱量を赤外線映像装置により測定した。その結果を表１に示す。なお、表１においては総発熱量として、総発熱量比を示しているが、この総発熱量比とは、同じ幅、溶接部からの距離を同じにした通常のオープン管の開口部を跨いで周回する誘導コイルで同じ通電電流で発熱させた時の開口部端面の総発熱量を１とした場合に対する実施例および比較例での鋼管端面の総発熱量の比率を示している。また、このような電縫管溶接の条件でＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ：有限要素法）解析してインピーダーの最大磁束密度［Ｔ］を計算した結果を同じく表１に示す。【０１１４】
（実施例１）
実施例１の電縫管溶接装置としては、図４〜図６に示した第１実施形態の電縫管溶接装置を用いた。具体的には、外径１０ｍｍ、肉厚１．５ｍｍの水冷銅管であって、１対の開口近設導体部と、溶接部側に１つの部分周回導体部（第１部分周回導体部）を有する誘導コイルを備えた装置を用いた。ここで、開口近設導体部は、水冷銅管をオープン管（鋼管）の開口部から５ｍｍ周方向外側で鋼管から半径方向に１０ｍｍ離した位置で、接合部から走行方向上流側に８０ｍｍの位置とその位置から１００ｍｍ上流の位置の範囲に配置した。また、部分周回導体部は、開口近設導体部の溶接部側の端部位置となる接合部から走行方向上流側に８０ｍｍの位置に、鋼管から半径方向に１０ｍｍ離した位置で、開口部を外して外周方向に周回（１層）するように配置した。【０１１５】
（実施例２）
実施例２の電縫管溶接装置としては、図１４〜図１６に示した第３実施形態の電縫管溶接装置を用いた。具体的には、外径１０ｍｍ、肉厚１．５ｍｍの水冷銅管であって、１対の開口近設導体部と、２つの部分周回導体部を有する誘導コイルを備える装置を用いた。ここで、開口近設導体部は、水冷銅管をオープン管（鋼管）の開口部から５ｍｍ周方向外側で鋼管から半径方向に１０ｍｍ離した位置で、接合部から走行方向上流側に８０ｍｍの位置とその位置から１００ｍｍ上流の位置の範囲に配置した。また、２つの部分周回導体部は、開口近設導体部の端部位置となる接合部から走行方向上流側に８０ｍｍの位置に第１部分周回導体部を、さらにその位置から１００ｍｍ上流の位置に第２部分周回導体部を、鋼管から半径方向に１０ｍｍ離した位置で、開口部を外して外周方向にそれぞれ周回（１層）するように配置した。【０１１６】
（実施例３）
実施例３の電縫管溶接装置としては、図１０に示した第２実施形態の電縫管溶接装置を用いた。具体的には、上記実施例１と同じ誘導コイルを用い、さらに、誘導コイルの上流５０ｍｍの位置から１００ｍｍ上流の位置の範囲で、開口部にフェライト製の強磁性体コアを挿入したものを用いた。強磁性体コアとしては、図１１に示すようなＴ字状の形状のものを用い、Ｔ字水平部の奥行きを５０ｍｍ、幅を５０ｍｍ、また、Ｔ字垂直部の高さを２０ｍｍ、幅を４ｍｍとした。【０１１７】
（実施例４）
実施例４の電縫管溶接装置としては、図１９に示した第４実施形態の電縫管溶接装置を用いた。具体的には、上記実施例２と同じ誘導コイルを用い、さらに、誘導コイルの上流５０ｍｍの位置から１００ｍｍ上流の位置の範囲で、開口部にフェライト製の強磁性体コアを挿入したものを用いた。強磁性体コアとしては、図１１に示すようなＴ字状の形状のものを用い、Ｔ字水平部の奥行きを５０ｍｍ、幅を５０ｍｍ、また、Ｔ字垂直部の高さを２０ｍｍ、幅を４ｍｍとした。【０１１８】
（実施例５）
実施例５の電縫管溶接装置としては、図２２〜２４に示した第５実施形態の電縫管溶接装置を用いた。具体的には、上記実施例２と同じ誘導コイルの外側に更にもう１層の水冷銅管を１ｍｍのテフロン（日本国登録商標）シートを間に挟んで重ね、シリアル接続とした。なお、電流は磁界の強度を合わせるため、上記実施例２の半分の１５００Ａとした。【０１１９】
（実施例６）
実施例６の電縫管溶接装置としては、図２７に示した第５実施形態の変形例の電縫管溶接装置を用いた。具体的には、上記実施例５と同様の誘導コイルの構成で、電源からの接続をパラレルとした。なお、電流は３０００Ａとした。【０１２０】
（実施例７）
実施例７の電縫管溶接装置としては、図２８〜３０に示した第６実施形態の電縫管溶接装置を用いた。具体的には、上記実施例２と同じ誘導コイルの外側に更にもう１層の水冷銅管を１ｍｍのテフロンシートを間に挟んで重ね、シリアル接続とし、コイル入り側上流５０ｍｍの位置から１００ｍｍ上流の位置の範囲で開口部の上部を覆うT字の フェライトコア（長さ５０ｍｍ）を設置した。なお、電流は磁界の強度を合わせるため、上記実施例２の半分の１５００Ａとした。【０１２１】
（比較例１）
比較例１の電縫管溶接装置としては、オープン管の開口部を跨ぐように配置された誘導コイルを備える装置を用いた。具体的には、比較例１の誘導コイルは、接合部から走行方向上流側に８０ｍｍ離した位置で、鋼管から半径方向に１０ｍｍ離した位置に、幅５０ｍｍで外周方向に２層にした外径１０ｍｍ、肉厚１．５ｍｍの水冷銅管である。【０１２２】
【表１】
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【０１２３】
表１に示すように、実施例１〜実施例７の開口近設導体部および部分周回導体部を有する誘導コイルを備える電縫管溶接装置を用いて電縫管溶接した場合に開口部の端面部で発生する発熱量は、比較例１の開口部を跨ぐように配置された誘導コイルを備える電縫管溶接装置を用いて電縫管溶接した場合に発生する熱量とほぼ同等でありながら、インピーダーに入る磁束（すなわち、インピーダーの最大磁束密度）を約３割低減させることが可能となることがわかった。【０１２４】
特に、強磁性体コアを備える電縫管溶接装置を用いた実施例３、４、７は、強磁性体コアを備えていない電縫管溶接装置を用いた実施例１、２、５よりも総発熱量比を高めることができ、より効率的に溶接することが可能となることがわかった。【０１２５】
次に、上記実施例１〜７および比較例１より、管径が大きい場合の実施例について説明する。具体的には、管径φ１００ｍｍ、肉厚４ｍｍの普通鋼製鋼管を、以下に示す実施例８〜実施例１３および比較例２の電縫管溶接装置を用いて、４０００Ａの電流を流して電縫管溶接を行った場合の接合部から上流７００ｍｍの範囲の鋼管端面の総発熱量を赤外線映像装置により測定した。その結果を表２に示す。なお、表２においては総発熱量として、総発熱量比を示しているが、この総発熱量比とは、同じ幅、溶接部からの距離を同じにした通常の誘導コイルで同じ通電電流で発熱させた時の開口部端面の総発熱量を１とした場合に対する実施例および比較例での鋼管端面の総発熱量の比率を示している。また、このような電縫管溶接の条件でＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ：有限要素法）解析してインピーダーの最大磁束密度［Ｔ］を計算した結果を同じく表２に示す。【０１２６】
（実施例８）
実施例８の電縫管溶接装置としては、図４〜図６に示した第１実施形態の電縫管溶接装置を用いた。具体的には、外径１０ｍｍ、肉厚１．５ｍｍの水冷銅管であって、１対の開口近設導体部と、溶接部側に１つの部分周回導体部（第１部分周回導体部）を有する誘導コイルを備えた装置を用いた。ここで、開口近設導体部は、水冷銅管をオープン管（鋼管）の開口部から５ｍｍ周方向外側で鋼管から半径方向に１０ｍｍ離した位置で、接合部から走行方向上流側に１２０ｍｍの位置とその位置から１００ｍｍ上流の位置の範囲に配置した。また、部分周回導体部は、開口近設導体部の溶接部側の端部位置となる接合部から走行方向上流側に１２０ｍｍの位置に、鋼管から半径方向に１０ｍｍ離した位置で、開口部を外して外周方向に周回（１層）するように配置した。【０１２７】
（実施例９）
実施例９の電縫管溶接装置としては、図１４〜図１６に示した第３実施形態の電縫管溶接装置を用いた。具体的には、外径１０ｍｍ、肉厚１．５ｍｍの水冷銅管であって、１対の開口近設導体部と、２つの部分周回導体部を有する誘導コイルを備える装置を用いた。ここで、開口近設導体部は、水冷銅管をオープン管（鋼管）の開口部から５ｍｍ周方向外側で鋼管から半径方向に１０ｍｍ離した位置で、接合部から走行方向上流側に１２０ｍｍの位置とその位置から１００ｍｍ上流の位置の範囲に配置した。また、２つの部分周回導体部は、開口近設導体部の端部位置となる接合部から走行方向上流側に８０ｍｍの位置に第１部分周回導体部を、さらにその位置から１００ｍｍ上流の位置に第２部分周回導体部を、鋼管から半径方向に１０ｍｍ離した位置で、開口部を外して外周方向にそれぞれ周回（１層）するように配置した。【０１２８】
（実施例１０）
実施例１０の電縫管溶接装置としては、図１０に示した第２実施形態の電縫管溶接装置を用いた。具体的には、上記実施例８と同じ誘導コイルを用い、さらに、誘導コイルの上流５０ｍｍの位置から１００ｍｍ上流の位置の範囲で、開口部にフェライト製の強磁性体コアを挿入したものを用いた。強磁性体コアとしては、図１１に示すようなＴ字状の形状のものを用い、Ｔ字水平部の奥行きを５０ｍｍ、幅を５０ｍｍ、また、Ｔ字垂直部の高さを２０ｍｍ、幅を４ｍｍとした。【０１２９】
（実施例１１）
実施例１１の電縫管溶接装置としては、図１９に示した第４実施形態の電縫管溶接装置を用いた。具体的には、上記実施例９と同じ誘導コイルを用い、さらに、誘導コイルの上流５０ｍｍの位置から１００ｍｍ上流の位置の範囲で、開口部にフェライト製の強磁性体コアを挿入したものを用いた。強磁性体コアとしては、図１１に示すようなＴ字状の形状のものを用い、Ｔ字水平部の奥行きを５０ｍｍ、幅を５０ｍｍ、また、Ｔ字垂直部の高さを２０ｍｍ、幅を４ｍｍとした。【０１３０】
（実施例１２）
実施例１２の電縫管溶接装置としては、図２２〜２４に示した第５実施形態の電縫管溶接装置を用いた。具体的には、上記実施例９と同じ誘導コイルの外側に更にもう１層の水冷銅管を１ｍｍのテフロンシートを間に挟んで重ね、シリアル接続とした。なお、電流は磁界の強度を合わせるため、上記実施例９の半分の２０００Ａとした。【０１３１】
（実施例１３）
実施例１３の電縫管溶接装置としては、図２７に示した第５実施形態の変形例の電縫管溶接装置を用いた。具体的には、上記実施例１２と同様の誘導コイルの構成で、電源からの接続をパラレルとした。なお、電流は４０００Ａとした。【０１３２】
（比較例２）
比較例２の電縫管溶接装置としては、オープン管の開口部を跨ぐように配置された誘導コイルを備える装置を用いた。具体的には、比較例１の誘導コイルは、接合部から走行方向上流側に８０ｍｍ離した位置で、鋼管から半径方向に１０ｍｍ離した位置に、幅５０ｍｍで外周方向に２層にした外径１０ｍｍ、肉厚１．５ｍｍの水冷銅管である。【０１３３】
【表２】
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【０１３４】
表２に示すように、管径が大きい場合であっても、表１に示した管径が小さい場合と同様の傾向が確認できた。すなわち、実施例８〜実施例１３の開口近設導体部および部分周回導体部を有する誘導コイルを備える電縫管溶接装置を用いて電縫管溶接した場合に開口部の端面部で発生する発熱量は、比較例２の開口部を跨ぐように配置された誘導コイルを備える電縫管溶接装置を用いて電縫管溶接した場合に発生する熱量とほぼ同等でありながら、インピーダーに入る磁束（すなわち、インピーダーの最大磁束密度）を約２割低減させることが可能となることがわかった。【０１３５】
特に、強磁性体コアを備える電縫管溶接装置を用いた実施例１０、１１は、強磁性体コアを備えていない電縫管溶接装置を用いた実施例８、９よりも総発熱量比を高めることができ、より効率的に溶接することが可能となることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
本発明は、金属帯板を走行させながら円筒状に曲げて誘導加熱し、金属帯板に誘起した電流によって金属帯板の両端面部間を溶接する電縫管溶接装置に有用である。
【符号の説明】
【０１３７】
１    オープン管（金属帯板）
２    開口部
２ａ、２ｂ    端面部
５    接合部（スクイズロール部、溶接部）
６    スクイズロール
７    インピーダー
８    ロッド
１０、２０、３０、４０、５０、５５、６０    電縫管溶接装置
１００、３００、５００、５５０    誘導コイル
１１０、３１０、５１０、５１１、５１２、５６０、５６１、５６２    開口近設導体部
１２０、３２０、５２０、５２１、５２２、５７０、５７１、５７２    （第１）部分周回導体部
３３０、５３０、５３１、５３２、５３３    （第２）部分周回導体部
２００、４００、６００    強磁性体コア
Ｒ    走行方向
ＣＰ    一次電流
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ、４０ｈ    誘導電流
５０ａ、５０ｂ    誘導電流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年7月27日(2018.7.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
走行方向に延びる開口部を有するオープン管の、該開口部に両側から相互に臨む管素材の端面部の双方を、誘導加熱手段によって発生させた誘導電流により溶融させるとともに、前記開口部の間隔を次第に狭めながら前記端面部同士をスクイズロール部において接触させて溶接する、電縫管を製造するための電縫管溶接装置であって、
前記誘導加熱手段として、
前記開口部の両側の前記端面部のそれぞれに対し近接し且つ走行方向に沿って延設され、さらに、平面視において前記開口部と重ならない位置に、前記オープン管の外周面から離間して配置される、１対の開口近設導体部と、
前記開口近設導体部の長手方向の少なくともスクイズロール部に近い側の端部に一体に設けられ、前記オープン管の外周面のうち前記開口部を除いた部分に沿って周回するように、前記オープン管の外周面から離間して配置される、第１部分周回導体部と、
からなる誘導コイルを備え、
少なくとも前記開口近設導体部の長手方向全長に対応する前記オープン管の長手方向領域の内部に、前記オープン管の内周を回ろうとする誘導電流を阻止するための強磁性体からなるインピーダーを備え、
前記１対の開口近設導体部によって、前記開口部の両側の前記端面部のそれぞれに沿って流れる誘導電流を発生させ、
前記第１部分周回導体部によって、前記オープン管の外周面のうち前記開口部を除いた部分に沿って流れる誘導電流を発生させることを特徴とする、電縫管溶接装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
走行方向に延びる開口部を有するオープン管の、該開口部に両側から相互に臨む管素材の端面部の双方を、誘導加熱手段によって発生させた誘導電流により溶融させるとともに、前記開口部の間隔を次第に狭めながら前記端面部同士をスクイズロール部において接触させて溶接する、電縫管を製造するための電縫管溶接方法であって、
前記誘導加熱手段として、
前記開口部の両側の前記端面部のそれぞれに対し近接し且つ走行方向に沿って延設され、さらに、平面視において前記開口部と重ならない位置に、前記オープン管の外周面から離間して配置される、１対の開口近設導体部と、
前記開口近設導体部の長手方向の少なくともスクイズロール部に近い側の端部に一体に設けられ、前記オープン管の外周面のうち前記開口部を除いた部分に沿って周回するように、前記オープン管の外周面から離間して配置される、第１部分周回導体部と、
からなる誘導コイルを備え、
少なくとも前記開口近設導体部の長手方向全長に対応する前記オープン管の長手方向領域の内部に、前記オープン管の内周を回ろうとする誘導電流を阻止するための強磁性体からなるインピーダーが設けられ、
前記１対の開口近設導体部によって、前記開口部の両側の前記端面部のそれぞれに沿って流れる誘導電流を発生させ、
前記第１部分周回導体部によって、前記オープン管の外周面のうち前記開口部を除いた部分に沿って流れる誘導電流を発生させることを特徴とする、電縫管溶接方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
前記の目的を達成するため、本発明は、走行方向に延びる開口部を有するオープン管の、該開口部に両側から相互に臨む管素材の端面部の双方を、誘導加熱手段によって発生させた誘導電流により溶融させるとともに、前記開口部の間隔を次第に狭めながら前記端面部同士をスクイズロール部において接触させて溶接する、電縫管を製造するための電縫管溶接装置であって、前記誘導加熱手段として、前記開口部の両側の前記端面部のそれぞれに対し近接し且つ走行方向に沿って延設され、さらに、平面視において前記開口部と重ならない位置に、前記オープン管の外周面から離間して配置される、１対の開口近設導体部と、前記開口近設導体部の長手方向の少なくともスクイズロール部に近い側の端部に一体に設けられ、前記オープン管の外周面のうち前記開口部を除いた部分に沿って周回するように、前記オープン管の外周面から離間して配置される、第１部分周回導体部と、からなる誘導コイルを備え、少なくとも前記開口近設導体部の長手方向全長に対応する前記オープン管の長手方向領域の内部に、前記オープン管の内周を回ろうとする誘導電流を阻止するための強磁性体からなるインピーダーを備え、前記１対の開口近設導体部によって、前記開口部の両側の前記端面部のそれぞれに沿って流れる誘導電流を発生させ、前記第１部分周回導体部によって、前記オープン管の外周面のうち前記開口部を除いた部分に沿って流れる誘導電流を発生させることを特徴としている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
別な観点による本発明は、走行方向に延びる開口部を有するオープン管の、該開口部に両側から相互に臨む管素材の端面部の双方を、誘導加熱手段によって発生させた誘導電流により溶融させるとともに、前記開口部の間隔を次第に狭めながら前記端面部同士をスクイズロール部において接触させて溶接する、電縫管を製造するための電縫管溶接方法であって、前記誘導加熱手段として、前記開口部の両側の前記端面部のそれぞれに対し近接し且つ走行方向に沿って延設され、さらに、平面視において前記開口部と重ならない位置に、前記オープン管の外周面から離間して配置される、１対の開口近設導体部と、前記開口近設導体部の長手方向の少なくともスクイズロール部に近い側の端部に一体に設けられ、前記オープン管の外周面のうち前記開口部を除いた部分に沿って周回するように、前記オープン管の外周面から離間して配置される、第１部分周回導体部と、からなる誘導コイルを備え、少なくとも前記開口近設導体部の長手方向全長に対応する前記オープン管の長手方向領域の内部に、前記オープン管の内周を回ろうとする誘導電流を阻止するための強磁性体からなるインピーダーが設けられ、前記１対の開口近設導体部によって、前記開口部の両側の前記端面部のそれぞれに沿って流れる誘導電流を発生させ、前記第１部分周回導体部によって、前記オープン管の外周面のうち前記開口部を除いた部分に沿って流れる誘導電流を発生させることを特徴としている。
【国際調査報告】
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