(57)【要約】  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）に臨む両端部（２ａ，２ｂ）同士を、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、接合部において接合する、電縫管を製造するための装置であって、誘導加熱手段は、第１の誘導コイル（３）を有し、第１の誘電コイル（３）は、開口部（２）を跨いで一次電流回路が形成されるように、オープン管（１）の外周を周回せずに、開口部（２）の上方に配置される。
2014027564.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、該開口部に臨む両端部を、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両端部同士を接合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、  前記誘導加熱手段が、少なくとも１つの誘導コイルを有し、該少なくとも１つの誘導コイルのうち、前記接合部の最も近くに位置する第１の誘導コイルが、前記開口部を跨いで一次電流回路が形成されるように、前記オープン管の外周を周回せずに、前記開口部の上方に配置されることを特徴とする電縫管溶接装置。
【請求項２】
前記第１の誘導コイルに高周波電流を流すことで一次電流回路を形成した際に、前記オープン管の、前記第１の誘導コイルの下方でかつ前記開口部の両外側の部分に、前記オープン管の、少なくとも前記端部を通る誘導電流を有する二次電流の閉回路が、前記両端部の近傍に各々１つ以上形成されるように、前記一次電流回路が形成されている、請求項１に記載の電縫管溶接装置。
【請求項３】
前記高周波電流の周波数は、１００ｋＨｚ以上である、請求項２に記載の電縫管溶接装置。
【請求項４】
前記オープン管の走行方向において前記第１の誘導コイルよりも上流側で、且つ、対向する両端部の間に配置された第１の強磁性体を備える、請求項１又は２に記載の電縫管溶接装置。
【請求項５】
前記第１の強磁性体の断面形状が、前記金属帯板の走行方向と垂直な断面において、Ｔ字状、逆Ｔ字状、Ｉ字状、又は、横向きＨ字状であることを特徴とする請求項４に記載の電縫管溶接装置。
【請求項６】
前記オープン管の両端部の間でかつ前記第１の誘導コイルの内側に配置された第２の強磁性体を備える、請求項１〜５の何れか１項に記載の電縫管溶接装置。
【請求項７】
前記第１の誘導コイルの上方に、該第１の誘導コイルを少なくとも部分的に覆う第３の強磁性体を備える、請求項１〜６の何れか１項に記載の電縫管溶接装置。
【請求項８】
前記第３の強磁性体は、前記オープン管の開口部に対応する位置で、前記第１の誘導コイルの略半部を覆う第１の半部と、該第１の誘導コイルの残りの略半部を覆う第２の半部とに分割された構成を有する、請求項７に記載の電縫管溶接装置。
【請求項９】
前記第１の誘導コイルの前記一次電流回路によって形成された、前記二次電流の閉回路における前記オープン管の各端部を通る誘導電流の上流側に、当該誘導電流とは逆向きの誘導電流が前記オープン管の各端部に発生するように、前記オープン管の、走行方向における上流側の前記開口部内に、前記端部から離間して対向するように設けられた一対の導体部を有する導体が配置されている、請求項２〜８の何れか１項に記載の電縫管溶接装置。
【請求項１０】
前記導体は、前記第１の誘導コイルと電気的に接続されている、請求項９に記載の電縫管溶接装置。
【請求項１１】
前記導体における前記一対の導体部の間に配置され、該一対の導体部に沿って延びる第４の強磁性体を備える、請求項９又は１０に記載の電縫管溶接装置。
【請求項１２】
前記第４の強磁性体は、前記一対の導体部から電気的に絶縁されている、請求項１１に記載の電縫管溶接装置。
【請求項１３】
前記オープン管の内側で前記走行方向に延びる内側部と、前記オープン管の外側で前記走行方向に延びる外側部と、前記第１の誘導コイルで区画された空間内で、前記内側部及び前記外側部間に延びる中間部とを有し、前記内側部及び前記外側部の、前記中間部よりも下流側の部分と前記中間部とで区画された開放空間側を前記走行方向の下流側に向けて配置され、前記内側部、中間部及び外側部を通る磁束の閉回路を形成する第５の強磁性体を備える、請求項１〜１２の何れか１項に記載の電縫管溶接装置。
【請求項１４】
前記第５の強磁性体の外側部及び内側部のうちの少なくとも一方の下流側の端部は、分岐された形状とされている、請求項１３に記載の電縫管溶接装置。
【請求項１５】
前記第１の誘導コイルは、前記開口部から側方に向かうにつれて前記オープン管との隙間が広がるよう形成されている、請求項１〜１４の何れか１項に記載の電縫管溶接装置。
【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部間を溶接する電縫管の製造装置に関する。
【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、金属ビレットに直接穴をあけ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型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、ロールでオープン管の両端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、一つは、例えば、オープン管の外周を囲むように誘導コイル（ソレノイドコイル）を巻き、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及び非特許文献１を参照）があり、もう一つは、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とともに、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。インピーダーは、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用いられる。【０００４】  さらに、オープン管に誘導電流を発生させる方法には、下記特許文献２に記載されるように、鉄心付きの誘導加熱コイルを、オープン管の端部の上方に配置し、該誘導加熱コイルに電流を流すことにより鉄心内に発生した交番磁界の作用で該端部を加熱するいわゆるＴＦ方式（横断加熱方式）もある。しかし、ＴＦ方式において、供給する電流の周波数を上げて溶融温度まで上昇させようとすると、被溶接材の外表面だけが溶融し溶け込み不良となるため、ＴＦ方式は、電縫管の製造では、特許文献２のように１〜３ｋＨｚ程度の低周波電流による予備的な加熱手段として用いられるにすぎない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５３−４４４４９号公報
【特許文献２】特開平１０−３２３７６９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「高周波の基礎と応用」（東京電機大学出版局、Ｐ７９，８０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  図１〜３は、電縫管の溶接工程について説明する模式図である。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電縫管が製造される工程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、２に示す工程の概略側断面図である。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、オープン管の端部の上面側（外面側）を電流が流れている様に描いて示している。以下、他の図面の説明においても、オープン管の両端部を流れる電流は、この両端部の上面側を電流が流れるように示すものとする。【０００８】  図１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略のロールで曲げ加工されて両端部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７で両端部２ａ，２ｂが押しつけられて接合部（溶接部）６で接触する。このスクイズロール７の上流には、向かい合う両端部２ａ，２ｂを溶融させて接合するために、図１に示すような誘導コイル（ソレノイドコイル）３００が設けられ、この誘導コイル３００に高周波電流を流すことにより、誘導コイル直下の円筒状のオープン管１に誘導電流が発生する。この誘導電流は、オープン管１を周回する誘導コイル３００に沿ってオープン管１の外周を周回するが、途中でオープン管１の端部２ａ，２ｂが開口部によって開放されていることから、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つの方向に流れようとする。つまり、図１に示すように、１番目の方向に流れる電流は、オープン管１の端部２ａ，２ｂに沿って接合部６を通る電流４０ａ，４０ｂであり、また、２番目の方向に流れる電流は、オープン管１の開口部から周面を回る電流である。図１中、符号４０ｃ，４０ｄは、オープン管１の外周を回る電流を示している。【０００９】  なお、図１中では、オープン管１の内周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８と呼ばれるフェライト等からなる強磁性体のコア等を、オープン管１の内部に配置し、オープン管１の内面のインピーダンスを高めることにより、内周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６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８を配置しなくても内周のインピーダンスが十分に大きくなり、内周を回る電流が抑制される場合もあるためである。【００１０】  通常、誘導コイル３００に投入された電力は、誘導コイルがオープン管１の外周を回る部分と、接合部６までの往復分とで、大部分が消費されることになる。このため、製造しようとする電縫管の径が大きくなるほど、誘導コイル３００から接合部６までの往復距離に比べ、オープン管１の外周長が大きくなり、オープン管１の端部を加熱する電力に比べてオープン管１の外周部を加熱する電力の割合が大きく、加熱効率が低下する。このため、従来、径が大きな電縫管を製造する場合には、オープン管の外周を電流が回るのを抑制することが可能な、電���による接触通電を行う場合もある。この接触通電は、溶接効率が高いという利点があるが、電極がオープン管と接触する部分の疵や、電極とオープン管との接触不良等によるスパークの発生に伴う疵が発生しやすいという問題がある。このような疵の発生を無くすためには、非接触の誘導コイルを用いた方法を採用する必要があるが、上述したように、この方法を径の大きな電縫管の製造に適用した場合には、オープン管の端部を加熱する電流に比べてオープン管の外周部を回って加熱する電流の割合が大きくなる。そのため、溶接効率が低くなることから電源容量を大きくする必要があり、設備費の増大や、インピーダーが強磁場による大電力に耐えらずに焼損する等の問題が生じる。これらの事情により、従来は、インピーダーが焼損しないように電力量を抑制しながら生産を行わなければならず、生産性の低下を招く他、インピーダーを使用しない場合には、低加熱効率で生産するのを余儀なくされていた。【００１１】  また、本発明者等は、電縫溶接時の加熱効率を上げるため、オープン管に発生した誘導電流の分布について鋭意検討した。従来は、非特許文献１にも開示されているように、誘導コイル直下から接合部に向かう方向にのみ、電流が流れるものと説明されていた。しかしながら、本発明者等が電縫管の電磁場解析で電流分布を調査したところ、実際には、図４に示すように、誘導コイル３００直下からの電流は、接合部６方向の電流のみならず、相当量の電流５ａ，５ｂが分流して誘導コイル３００の上流に流れていることがわかった。すなわち、誘導コイル３００で供給した電力が有効に接合部６に流れず、無効電力（電力損失）の原因になっていることが判明した。【００１２】  本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、特に、径が比較的大きな電縫管を誘導コイル方式で製造する際の加熱効率を向上させることができ、簡単な装置で効率よく電縫溶接を行うことが可能な電縫管溶接装置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】
【００１３】  本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行なったところ、誘導コイルの形状や配置位置、さらには、強磁性体等の形状や配置位置等を適正化することにより、径が大きな電縫管を製造する場合であっても高い加熱効率が得られることを見出し、本発明を完成させた。【００１４】  すなわち、本発明の電縫管溶接装置は、走行方向に延びる開口部を有するオープン管の、該開口部に臨む両端部を、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、上記開口部の間隔を次第に狭めながら上記両端部同士を接合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、上記誘導加熱手段が、少なくとも１つの誘導コイルを有し、該少なくとも１つの誘導コイルのうち、上記接合部の最も近くに位置する第１の誘導コイルが、上記開口部を跨いで一次電流回路が形成されるように、上記オープン管の外周を周回せずに、上記開口部の上方に配置されることを特徴とするものである。【００１５】  なお、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記第１の誘導コイルに高周波電流を流すことで一次電流回路を形成した際に、上記オープン管の、上記第１の誘導コイルの下方でかつ上記開口部の両外側の部分に、上記オープン管の、少なくとも上記端部を通る誘導電流を有する二次電流の閉回路が、上記両端部の近傍に各々１つ以上形成されるように、上記一次電流回路が形成されることが好ましい。【００１６】  また、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記高周波電流の周波数は、１００ｋＨｚ以上とすることが好ましい。【００１７】  さらに、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記オープン管の走行方向において上記第１の誘導コイルよりも上流側で、且つ、対向する両端部の間に配置された第１の強磁性体を備えることが好ましい。【００１８】  さらに、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記第１の強磁性体の断面形状が、上記オープン管の走行方向と垂直な断面において、Ｔ字状、逆Ｔ字状、Ｉ字状、又は、横向きＨ字状であることが好ましい。【００１９】  さらに、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記オープン管の両端部の間でかつ上記第１の誘導コイルの内側に配置された第２の強磁性体を備えることが好ましい。【００２０】  さらに、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記第１の誘導コイルの上方に、該第１の誘導コイルを少なくとも部分的に覆う第３の強磁性体を備えることが好ましい。【００２１】  さらに、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記第３の強磁性体は、前記オープン管の開口部に対応する位置で、上記第１の誘導コイルの幅方向の略半部を覆う第１の半部と、該第１の誘導コイルの残りの略半部を覆う第２の半部とに分割された構成を有することが好ましい。【００２２】  さらに、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記第１の誘導コイルの上記一次電流回路によって形成された、上記二次電流の閉回路における上記オープン管の各端部を通る誘導電流の上流側に、当該誘導電流とは逆向きの誘導電流が上記オープン管の各端部に発生するように、上記オープン管の、走行方向における上流側の上記開口部内に、上記端部から離間して対向するように設けられた一対の導体部を有する導体が配置され���いることが好ましい。【００２３】  さらに、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記導体は、上記第１の誘導コイルと電気的に接続されていることが好ましい。【００２４】  さらに、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記導体における上記一対の導体部の間に配置され、該一対の導体部に沿って延びる第４の強磁性体を備えることが好ましい。【００２５】  さらに、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記第４の強磁性体は、上記一対の導体部から電気的に絶縁されていることが好ましい。【００２６】  さらに、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記オープン管の内側で上記走行方向に延びる内側部と、上記オープン管の外側で上記走行方向に延びる外側部と、前記第１の誘導コイルで区画された空間内で、上記内側部及び上記外側部間に延びる中間部とを有し、前記内側部及び前記外側部の、前記中間部よりも下流側の部分と前記中間部とで区画された開放空間側を上記走行方向の下流側に向けて配置され、上記内側部、中間部及び外側部を通る磁束の閉回路を形成する第５の強磁性体を備えることが好ましい。【００２７】  さらに、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記第５の強磁性体の外側部及び内側部のうちの少なくとも一方の下流側の端部は、分岐された形状とされていることが好ましい。【００２８】  加えて、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記第１の誘導コイルは、上記開口部から側方に向かうにつれて上記オープン管との隙間が広がるよう形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２９】  本発明の電縫管溶接装置によれば、オープン管の両端部近傍における開口部の両外側に、オープン管の表面を流れる誘導電流からなる少なくとも２つ以上の閉回路が形成されるように、開口部から管外方向に離間した位置に、オープン管の外周を周回せず、即ち、この外周を１周せずに、開口部を跨ぐように閉回路が形成された誘導コイルが配置された構成を採用している。これにより、従来のワークコイル方式に比べて、走行する金属帯板を曲げながら筒状にして電縫管溶接する際の加熱効率を、製造する電縫管の径が大きな場合であっても、簡単な装置で効果的に向上させることができるため、大容量の電源を用意する必要が無い。また、セットアップも容易で、製造する電縫管の寸法や形状に合わせて誘導コイルの形状を変える必要が少ないことから、保有するワークコイル（誘導コイル）の本数を減らすことができるので、設備コストをさらに抑制することが可能になるとともに、既設の電源を用いた場合であっても安価なコストで導入できる。【００３０】  そして、上述のような加熱効率の向上に伴い、電力使用量を低減することで省エネが実現可能となるか、あるいは、同じ電力を投入した場合にはライン速度を上げることができ、生産性が向上できる。さらに、従来、電源容量の制限や大電力投入時のインピーダー焼損の制限から製造が困難であったサイズの電縫管を製造することも可能になることから、その産業上の効果は計り知れない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】誘導コイルを用いた電縫管溶接装置の、従来の考えに基づく電流分布を示す概略平面図である。
【図２】図１で説明した誘導コイルを用いた電縫管溶接装置を説明する概略側面図である。
【図３】図１に示す電縫管溶接装置の概略側断図である。
【図４】電磁場解析に基づく電流分布を示す平面模式図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る電縫管溶接装置を説明する概略平面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置を用いた場合の電流分布を説明する平面模式図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る電縫管溶接装置を説明する概略図であり、図５中に示すＡ−Ａ断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、（ａ）は第１の誘導コイルの上流の両端部間に第１の強磁性体を配置した例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、両端部間に曲線形状の略横向きＨ字状の第１の強磁性体を配置した例を示す断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、両端部間にＴ字状の第１の強磁性体を配置した例を示す断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、両端部間にＩ字状の第１の強磁性体を配置した例を示す断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、両端部間に逆Ｔ字状の第１の強磁性体を配置した例を示す断面図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の変形例を示す概略平面図である。
【図１４】図１３に示す電縫管製造装置を示す、図１３のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の他の変形例を説明する概略図であり、第３の強磁性体を誘導コイルの上方に配置した例を示す平面図である。
【図１６】図１５に示す電縫管製造装置を示す、図１５中のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【図１７】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の他の変形例を説明する概略図であり、楕円状の誘導コイルを配置した例を示す平面図である。
【図１８】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の他の変形例を説明する概略図であり、矩形状誘導コイルの走行方向の導体幅を広げた例を示す平面図である。
【図１９】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の他の変形例を説明する概略図であり、第１の誘導コイルの接合部に近い部分の幅を狭くし、且つ、位置を接合部に近づけた例を示す平面図である。
【図２０】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の他の変形例を説明する概略図であり、高さ方向において３ターンとした第１の誘導コイルを用いた例を示す側面図である。
【図２１】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の他の変形例を説明する概略図であり、略同一平面内において３ターンとした第１の誘導コイルを用いた例を示す平面図である。
【図２２】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の他の変形例を説明する概略図であり、第１の誘導コイルの上流側に、同様の構成を有する第２の誘導コイルを配置した例を示す平面図である。
【図２３】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の他の変形例を説明する概略図であり、第１の誘導コイルの上流側に、同様の構成を有する第２及び第３の誘導コイルを配置した例を示す平面図である。
【図２４】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の他の変形例を説明する概略図であり、第１の誘導コイルとして、走行方向に直交する断面でみて、平坦に延びる誘導コイルを用いた例を示す断面図である。
【図２５】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、オープン管の上方に設置した第１の誘導コイルの上流側に、第１の誘導コイルと接続された導体をオープン管の開口部内に設置した例を示す平面図である。
【図２６】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する模式図であり、図２５に示す第１の誘導コイル及び導体に一次電流を通じた際の、オープン管に誘起される二次誘導電流における主電流の流れを示す平面図である。
【図２７】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、図２５に示す導体をなす導体部間に第４の強磁性体を設置した例を示す平面図である。
【図２８】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、導体をオープン管の開口部内に設置した場合の両端部との位置関係を示す側断面図である。
【図２９】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する模式図であり、図２８における導体に一次電流を通じた際の、電流の流れを示す側断面図である。
【図３０】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、第１の誘導コイルの上流側におけるオープン管の両端部間に、さらに、第１の誘導コイルと電気的に絶縁された導体を設置した例を示す平面図である。
【図３１】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、図３０に示す導体をなす導体部間に第４の強磁性体を設置した例の平面図である。
【図３２】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、図３１に示す導体を、オープン管の両端部に平行な２本の導体部から構成した例の平面図である。
【図３３】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、図３２における、導体をなす導体部間に第４の強磁性体を設置する場合の支持構造の例を示す縦断面図である。
【図３４】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、第１の誘導コイル及びオープン管の開口部に挿入するように第５の強磁性体を設置した例を示す平面図である。
【図３５】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、図３４に示す、第１の誘導コイル及びオープン管の開口部に挿入するように第５の強磁性体を設置した例の側断面図である。
【図３６】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置の変形例を示す概略図であり、第５の強磁性体の内側部として、オープン管内に配置されたインピーダ−を用いた例を示す側断面図である。
【図３７】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、図３４および図３５における第５の強磁性体の支持構造の例を示す断面図である。
【図３８】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、第１の誘導コイル及びオープン管の開口部に挿入するように、外側部及び内側部の下流側端部がそれぞれ分岐した形状を有する第５の強磁性体を設置した例を示す平面図である。
【図３９】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、第５の強磁性体の外側部の下流側端部に、内側部へ突出した張出部を設けた例を示す側断面図である。
【図４０】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、図３４に示す第１の誘導コイルの上流側に、さらに、第１の誘導コイルと電気的に絶縁された導体をオープン管の開口部内に設置した例の平面図である。
【図４１】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、図４０に示す導体をなす導体部間に第４の強磁性体を設置した例の平面図である。
【図４２】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、図２５に示す第１の誘導コイル及びオープン管の開口部内に挿入するように第５の強磁性体を設置した例の平面図である
【図４３】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、図４２に示す導体の導体部の間に、さらに第４の強磁性体を設置した例の平面図である。
【図４４】本発明の効果確認実験に用いた、開口部を模擬的に形成したオープン管の概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】  以下、本発明の電縫管溶接装置の実施の形態について、図１〜図４３を適宜参照しながら説明する。なお、この実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために詳細に説明するものであるから、特に指定の無い限り、本発明を限定するものではない。
【００３３】  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、誘導コイルを用いた誘導電流によってオープン管に誘導電流を流し、オープン管の端部（開口部に臨む端部）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部をスクイズロールで押しつけて密着させて接合（溶接）することで電縫管が得られる。ここで、本発明で説明する「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」、「下流」という場合は、金属帯板またはオープン管の走行方向における「上流」、「下流」を指すものとする。
【００３４】［第１の実施形態］  図５は、本発明の第１の実施形態である電縫管溶接装置５０を示す概略平面図であり、図６は、図５に示す電縫管溶接装置５０を用いて電縫管溶接を行った際に発生する、誘導電流の分布を模式的に示した平面図である。
【００３５】  図５に示す電縫管溶接装置５０は、走行方向Ｒに走行する金属帯板１が、ロールにより、金属帯板１の幅方向における両端部（端部）２ａ，２ｂが間隔をあ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近傍に高周波電流を通じ、開口部２の間隔を次第に狭めながら加熱して両端部２ａ，２ｂを溶融させ、該両端部２ａ，２ｂ同士を接触させて溶接する装置である。より具体的には、本実施形態の電縫管溶接装置５０は、オープン管１の両端部２ａ，２ｂ近傍における開口部２の両外側に、オープン管１の表層を流れる、図６に示すような誘導電流４ａ，４ｂからなる少なくとも２つ以上の閉回路が形成されるように、開口部２から管外方向（上方）に離間した位置に、円筒状のオープン管１の外周を１周（周回）させずに、開口部２を跨ぐように少なくとも１ターン以上の閉回路が形成された誘導コイル（第１の誘導コイル）３が配置され、概略構成されている。ここで「１ターン」とは、平面視において、第１の誘導コイル３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、完全に１周しているコイルのみならず、図５等に示すように、他端部が一端部の手前で終端し、完全には１周しないものも含む意味である。そして、本実施形態では、上述の電縫管溶接装置５０を用いることにより、第１の誘電コイル３内に、オープン管１の開口部２を跨いで少なくとも１ターン以上の一次電流回路が形成されるように構成されている。
【００３６】  本発明において以下に説明する第１の誘導コイル３は、銅等の良導体のパイプや線材、板等からなり、その材質等は特に限定されない。また、第１の誘導コイル３は、形状は矩形でも円形であっても良く、特に限定されるものではない。また、図５に例示するように、本実施形態では、第１の誘導コイル３を、円筒状のオープン管１の接合部６の上流において、オープン管１と近接して、オープン管１の開口部２上を少なくとも２箇所で横切る様に配置している。
【００３７】  図７は、図５中のＡ−Ａ線に沿う概略断面図である。  ここで、従来の誘導加熱方式では、図１〜４に例示するように、円筒状のオープン管１の外側を周回して周方向に１ターン以上のコイルを形成している。これに対し、本発明においては、オープン管１の外周における周回数を１周未満としてオープン管１の周囲全体を周回させることなく、略平面状に少なくとも１ターン以上の閉回路を形成した第１の誘導コイル３が、オープン管１と接触しないように隙間を設けて離間した位置で、オープン管１の開口部２を跨ぐように配置する。図７に示す例では、第１の誘導コイル３がオープン管１の端部２ａ，２ｂの上側を横切り、上方に設けられる図示略の電源に向かう構成を示している。そして、本実施形態では、第１の誘導コイル３に高周波電流を流すことで一次電流回路を形成することにより、この一次電流回路の下方の開口部２の両外側におけるオープン管１に、少なくともオープン管１の両端部２ａ，２ｂを通る誘導電流を有する二次電流の閉回路が、両端部２ａ，２ｂの近傍に各々１つ以上形成されるように、上記一次電流回路が形成される。なお、本発明において、高周波とは１０ｋＨｚ以上を指し、好ましくは１００ｋＨｚ以上である。
【００３８】  図７に示す例においては、第１の誘導コイル３を流れる電流は、この第１の誘導コイル３に沿って、まず、平面視で、図示略の電源に接続された図７中の右側上方から下方に向かって流れ、次に、オープン管１の一方の端部２ｂの上方を右方向へ横切った後に、図７中の奥行き方向で手前側から奥側（図５中に示す矢印方向も参照）へ向かう。さらに、第１の誘導コイル３を流れる電流は、再びオープン管１の一方の端部２ｂの上方を左方向に横切り、引き続き、他方の端部２ａの上方を左方向に横切って流れ（図５も参照）、次に、図７中の奥行き方向で奥側から手前側に向かった後に、次は右側にむかう。そして、第１の誘導コイル３を流れる電流は、再びオープン管１の他方の端部２ａの上方を右方向へ横切って、最後に図７中の上方へと向かい、図示略の電源へと戻る。
【００３９】  上述のような経路で電流が第１の誘導コイル３を流れる際、オープン管１には、図６中の矢印に示す様な誘導電流の分布が生じる。図５中に示すように、第１の誘導コイル３に一次電流が反時計回りに流れると、図６中に示すように、オープン管１の、第１の誘電コイル３に対応する部分には、時計回りに誘導電流４ａ，４ｂが発生する。この誘導電流４ａ，４ｂは、第１の誘導コイル３がオープン管１の開口部２を横切る部分では、開口部２の空間を誘導電流が流れることができず、この開口部２の空間を横断できない誘導電流は、オープン管１の端部２ａ及び端部２ｂに沿って流れるようになる。このようにして、オープン管１の端部２ａ側及び２ｂ側のそれぞれおいて、誘導電流４ａ，４ｂによる主電流のループ（閉回路）が生じ、オープン管１の端面（開口部２に臨む面）を含む端部が加熱される。  本実施形態では、図６中に示すように、オープン管１の両端部２ａ，２ｂ近傍における開口部２の両外側に、オープン管１の表層を流れる誘導電流４ａ，４ｂからなる２つのループが形成されている。この際、接合部（溶接部）６側（下流側）の第１の誘導コイル３近傍において、オープン管１は、その開口部２の幅が狭まってインピーダンスが低くなることから、第１の誘導コイル３の接合部６に近い側が開口部２の上方を横切る近傍においては、誘導電流の一部が分流して接合部６側に流れることで、誘導電流５ｃ，５ｄが生じる。上述した通り、この分流した誘導電流５ｃ，５ｄは、接合部６近傍では開口部２の両端部２ａ，２ｂの間が近いことから近接効果によって電流が集中し、より高温になるため、両端部２ａ，２ｂが溶融して溶接される。
【００４０】  一方、図６に示すように、第１の誘導コイル３の上流側においては、誘導電流の一部がオープン管１の端部２ａ，２ｂを通ることで誘導電流５ａ，５ｂが流れる。この誘導電流５ａ，５ｂは、接合部６からは離れており、且つ、接合部６近傍に流れる誘導電流の集中を阻害することから、溶接効率を低下させることになる。従って、そのような誘導電流の発生を抑制するため、図８（ａ），（ｂ）に示す実施形態の電縫管溶接装置においては、第１の誘導コイル３よりも上流側で、且つ、開口部２に対応する位置で、両端部２ａ，２ｂの間に強磁性体（第１の強磁性体）９を配置している。ここで、図８（ｂ）は、図８（ａ）中に示すＢ−Ｂ線に沿う概略断面図であり、第１の強磁性体９が両端部２ａ，２ｂの間に、開口部２の内外にわたって（開口部２を通して、オープン管１の内部から外部にわたって）配置されている状態を表している。
【００４１】  オープン管１の端部２ａ，２ｂの間の開口部２に遊挿状態で配置される第１の強磁性体９は、オープン管１の端部２ａ，２ｂに誘導電流５ａ，５ｂが流れると、それを阻止するように働き、インピーダンスを高め、第１の誘導コイル３よりも上流側に流れる誘導電流を抑制するものである。このため、電磁誘導によってオープン管１の外表面で発生した誘導電流は、接合部６側に集中して流れるので、溶接に有効な電流４ａ，４ｂ，５ｃ，５ｄの電流密度が上がる。従って、第１の強磁性体９を配置しない場合に比べて供給電力が少なくて済み、省エネが可能となる。あるいは、第１の強磁性体９を配置しない場合と同じ電力を投入するのであれば、ライン速度を上げることが可能であり、生産性も向上できる。
【００４２】  本発明者等は、このような第１の強磁性体９の形状を決めるため、電磁場解析並びに実際の加熱温度分布を測定した結果、オープン管１の端部２ａ，２ｂを流れる電流５ａ，５ｂは、特に、端部２ａ，２ｂにおける上端縁部（上側コーナー部）と下端縁部（下側コーナー部）に多く流れることが判明した。このため、第１の強磁性体９は、図８（ａ），（ｂ）に示す例のように、オープン管１の両端部２ａ，２ｂ間の開口部２に対応する位置に配置されるとともに、これら両端部２ａ，２ｂにおける上側コーナー部、下側コーナー部の一方又は双方を覆うような構造を有していることが望ましい。ここで、図８（ｂ）に示す例では、第１の強磁性体９が、両端部２ａ，２ｂの上側コーナー部及び下側コーナー部の双方を覆う構造を示している。
【００４３】  第１の強磁性体９は、図８（ｂ）に例示するような、断面がＨの字を横にしたような形状であることが、上流側に流れる誘導電流５ａ，５ｂを抑制する最も高い効果が得られる。即ち、オープン管１の端部２ａ，２ｂの平面部（端面）のみならず、オープン管１の上側コーナー部及び下側コーナー部を覆うように上下面に延びる形状が望ましい。また、第１の強磁性体９は、図９に示す例のように、各々の角部を曲面で形成しても良い。さらに、第１の強磁性体９の形状は、図８（ｂ）や図９のような形状には限定されず、例えば、図１０に例示するように、オープン管１の走行方向Ｒに垂直な断面における形状がＴ字状のものや、図１１に例示するような断面形状がＩ字状のものの他、図１２に例示するような断面形状が逆Ｔ字状のものでも構わない。この場合、誘導電流５ａ，５ｂの抑制効果としては、断面横向きＨ字形状、断面Ｔ字形状、断面逆Ｔ字形状、断面Ｉ字形状の順に高い。  また、第１の強磁性体９の外形状は、特に直線的に形成する必要もない。  また、このような第１の強磁性体９の材質としては、例えば、フェライトや電磁鋼板、アモルファス等、導電率が低い強磁性体材料を用いればよい。
【００４４】  また、第１の強磁性体９を配置する位置としては、第１の誘導コイル３よりも上流であれば良いが、第１の誘導コイル３により近い位置の方が、上流に流れようとする電流を元から阻止できることからより効果的である。但し、第１の強磁性体９が第１の誘導コイル３に近付き過ぎると、強磁場のために第１の強磁性体９が発熱しやすくなる。そのため、第１の誘導コイル３に流す電流の強さ等にもよるが、第１の強磁性体９は、第１の誘導コイル３から上流側に１０ｍｍ以上離して配置するのが望ましく、適用に当たっては、磁場の強さに応じて適宜影響のない位置を求めることがより好ましい。この際、磁場の強さにもよるが、走行方向Ｒでみて、第１の強磁性体９の下流側端部を、第１の誘導コイル３の上流側端部から、例えば、１０〜２００ｍｍの範囲で離して配置することで、好ましい特性が得られることが多い。また、水冷や空冷等の手段を用いて第１の強磁性体９を強制的に冷却することがより効果的である。また、第１の強磁性体９の寸法に関しては、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、上記走行方向Ｒにおける長さに関しては数十ｍｍ程度でも十分な効果があり、また、厚さに関してはオープン管１に接触しない程度とすれば良く、開口部２に近接させることでより高い効果が得られる。
【００４５】  また、第１の強磁性体９の配置の仕方に関しては、オープン管１の内周面回りの誘導電流を抑えるインピーダー８と組み合わせ、このインピーダー８により、オープン１の端部２ａ，２ｂからオープン管１の内周側へは誘導電流が流れ込まない状態として第１の強磁性体９を配置すると、第１の誘導コイル３の上流に流れる誘導電流の抑制効果をより高めることが可能となる。
【００４６】  本実施形態の一変形例では、図１３及び図１４に示すように、強磁性体（第２の強磁性体）９’を、第１の誘電コイル３の内側でかつオープン管１の両端部２ａ，２ｂ間に配置することで、第１の誘電コイル３の下流側、つまり接合部６側への流れる電流密度を増大させている。詳細には、図５に示すように第１の誘導コイル３を配置した場合、接合部６に向かう誘導電流を増やし、溶接効率を上げるためには、第１の誘導コイル３をできる限り接合部６に近づけて、接合部６側のインピーダンスを下げるのが望ましい。しかし、実際にはスクイズロール７や、図示しない他のロールが第１の誘導コイル3側に迫ってくるように接合部６の上近傍に設置されることから、第１の誘導コイル３は接合部６から或る程度離して設置せざるを得ない。そのため、第１の誘導コイル３を接合部６から離しても、接合部６側に誘導電流が流れやすくするため、本実施形態の装置では、図１３及び図１４に示すように第１の誘導コイル３の内側でかつオープン管１の端部２ａ，２ｂ間に第２の強磁性体９’を設置する。第１の誘導コイル３で発生した誘導電流は、図６に示すようにオープン管１の両端面（開口部２を臨む面）を含む、第１の誘導コイル３に対向する、オープン管１の開口部２の両側に閉回路を形成し、誘導電流の一部が接合部６に流れる。なお、図では便宜上、オープン管１の端面を流れる誘導電流は、該端面近傍の上部を流れるように図示している。第２の強磁性体９’は、第２の強磁性体９’とオープン管１の端面間のインピーダンスを増加させ、この端面を流れようとする電流に対しこの流れを阻止するように働く。その結果、第１の誘導コイル３でオープン管１に発生した誘導電流は、オープン管１の端面側を流れる電流が減少し、その分接合部６側へ流れる電流量を増加させる効果をもたらす。電縫管は、高温にさらされる時間が短いほど酸化物の生成が抑制されるとともに、高温部の領域が狭くなり、温度による品質劣化を避けることができるため、短時間に溶融温度に達成することが望ましく、接合部６側への電流増加は溶接品質の安定にも効果がある。なお、第２の強磁性体９’は、図１４に示すように、オープン管１の端面間にあれば良く、深さ方向長さは、少なくともオープン管１の板厚以上あれば良く、望ましくは開口部２に臨むオープン管１の端面の上縁及び下縁を超えて延びるのが望ましい。形状については、図１４に示すＩ型に捉われるものではなく、図９〜図１２を参照して説明した第１の強磁性体９と同様、他の形状を採用することができる。また、第２の強磁性体９’は、フェライトや電磁鋼板、アモルファス材などの強磁性材料から形成することができる。また、第２の強磁性体９’は、強磁場内に設置することから、磁束飽和しないような断面積を有することが好ましい。また、発熱を抑制するため、第２の強磁性体９’には、空冷や水冷等の冷却手段を付加するのが好ましい。
【００４７】  本実施形態の他の変形例では、図１５及び図１６に示すように、溶接効率をより高めるため、上述の第１の強磁性体９とは別に、第１の誘導コイル３の背面（上面）３Ａ側に近接して、板状の強磁性体（第３の強磁性体）１０を設ける。ここで、図１５は、説明を簡略化するため、インピーダー８を省略した構成例を示す概略平面図であり、図１６は、図１５中に示すＤ−Ｄ線に沿う概略断面図である。これら図示例においては、第１の誘導コイル３の外側近傍（背面３Ａ側）に第３の強磁性体１０を設けている。具体的には、第１の誘導コイル３における開口部２とは反対の背面３Ａ側に、第１の誘導コイル３をほぼ覆うように、第３の強磁性体１０を設ける。第３の強磁性体１０は、第１の誘導コイル３に沿った形状、すなわち図１６のように、第１の誘導コイル３がオープン管１に沿って湾曲して形成されている場合には、第３の強磁性体１０も同様に湾曲して形成することが好ましく、後述するような第１の誘導コイル３がオープン管１に沿わずに平坦な形状を有する場合（図２４）には、第３の強磁性体１０も平坦に形成することが好ましい（図示両略）。また、図示例においては、第３の強磁性体１０は、開口部２にほぼ対応する位置で分割された対とされ、第１の誘導コイル３をほぼ覆うように設けられている。換言すれば、第３の強磁性体は、オープン管１の開口部２に対応する位置で、第１の誘導コイル３の幅方向の略半部を覆う第１の半部１０ａと、該第１の誘導コイル３の残りの略半部を覆う第２の半部１０ｂとに分割された構成を有している。
【００４８】  第３の強磁性体１０の材質としては、第１，２の強磁性体９，９’と同様に、フェライトや積層した電磁鋼板、アモルファス合金等の強磁性材料を用いればよい。  なお、図１５及び図１６では、第３の強磁性体１０が中央で幅方向に２分割された例を示しており、この場合、接合部６近傍の状態が観察し易くなる等の利点があるが、これには限定されず、例えば、分割せずに一体に構成してもよい。強磁性体１０は、第１の誘導コイル３の形に合わせて複数に分割されていても構わない。
【００４９】  本実施形態において、第１の誘導コイル３の近傍（上方）に第３の強磁性体１０を設けることがより好ましいのは、第３の強磁性体１０が、オープン管１やロール及び装置のその他の構造体よりも透磁率が数倍高い性質を利用し、第１の誘導コイル３で発生した磁束を磁気抵抗の小さな第３の強磁性体１０に導き、磁束の拡散を防止して、第１の誘導コイル３近傍に磁束を集中させるためである。このような第３の強磁性体１０を設けない場合には、第１の誘導コイル３に一次電流を流すことで発生した磁束は、周囲の磁性材であるロールやその他の構造体に流れてしまい、電力が無駄に消費されてしまう。本実施形態では、第１の誘導コイル３の背面３Ａ側に第３の強磁性体１０を設けることにより、無駄に使われる電力の消費を防ぐことができる。従って、第３の強磁性体１０を用いることで、第１の誘導コイル３の近傍に磁束が集中することにより、オープン管１に発生する誘導電流も増加し、オープン管１の端部２ａ，２ｂを流れる電流密度が上昇して加熱効率を上げることが可能となる。
【００５０】  また、第３の強磁性体１０と第１の誘導コイル３との距離は、より近いほど、無駄に消費される電力消費を効果的に防ぐことができる点から好ましく、具体的には、これらが接触しない程度に、数ｍｍ〜数十ｍｍ程度の隙間をあけて配置するのが望ましい。
【００５１】  なお、本実施形態においては、図５等に示すような第１の誘導コイル３が矩形形状の場合について説明したが、第１の誘導コイルは、例えば、図１７に示すような楕円形状の誘導コイル３１として構成しても良い。あるいは、図１８に示す矩形形状の第１の誘導コイル３２のように、オープン管１の走行方向Ｒに延びる誘導コイル部分のコイル幅Ｗ１を、オープン管１の開口部２を横切る方向に延びる誘導コイル部分のコイル幅Ｗ２よりも広くした誘導コイル３２を用いてもよい。図５に示す例のような、誘導コイル部分の幅Ｗ１，Ｗ２が同じ誘導コイル３の場合には、オープン管１の、走行方向Ｒに延びる誘導コイル部分の直下が、この誘導コイル部分の長さの分だけ加熱され続けることから、電縫管の強度低下や寸法精度不良、材質不良等の原因となる可能性がある。図１７や図１８に示す例は、この部分の発熱を抑える効果を狙ったものであり、図１７の場合には、第１の誘導コイル３１の形状を楕円とし、オープン管１が進行する際に第１の誘導コイル３１を横切る時間を短くすることで、オープン管１の特定部分が高温になることを防止できる。また、図１８の場合には、走行方向Ｒにおける誘電コイル部分の幅Ｗ１を広くすることによって、当該拡幅部分の電流密度を下げ、第１の誘導コイル３２の、走行方向Ｒに沿って延びる部分直下で発生する誘導電流密度を下げて発熱を抑制できる。
【００５２】  また、接合部６への電流をさらに増大させる方法としては、第１の誘導コイルとして、図１９に示す例のように、スクイズロール７や、接合部６の上部に設けられる図示略のトップロールなどをかわすように、接合部６に向けて先細りに形成された誘導コイル３３を配置するのも有効である。図１９に示す例では、第１の誘導コイル３３の接合部６に近い部分の幅を狭くするとともに、この部分を接合部６に近づけた構成とされている。このような方法は、比較的小径サイズの鋼管を製造する場合も有効な方法である。
【００５３】  上記図示例では、第１の誘電コイル３，３１〜３３の巻数は１ターンであったが、第１の誘電コイル３，３１〜３３あるいは後述する他の誘電コイルの巻数は、２ターン以上とすることができる。参考として、図２０に、高さ方向に巻数を３ターンとした誘電コイル３と、図２１に、略同一平面内で、巻数を３ターンとした誘電コイル３を示す。このように複数ターンの誘導コイルを用いることにより、同じ電流であれば電界強度が高まる（電界強度は、巻数に比例する）ので、集中して電力を供給することができる。逆に同じ電界強度を得るためには、巻数を増やすことにより、供給する電流を小さくすることができる。これは、十分なコイルの断面積を確保できない場合に、コイルの許容電流密度に達しないように電流を下げることができるという利点がある。さらに、電流値を下げることにより、銅損も減少させることもできる。
【００５４】  また、本実施形態においては、図２２に示す例のように、上記構成の第１の誘導コイル３に加え、さらに、上流側に、同様の構成とされた別の誘導コイル（第２の誘導コイル）３’を備える構成を採用することも可能である。
【００５５】  あるいは、図２３に示すように、第１の誘電コイル３の上流側に、同様の構成とされた別の２つの誘導コイル（第２及び第３の誘導コイル）３’，３’’を備える構成を採用することの可能である。このようにすることにより、電流を分流させることができ、各誘電コイルに流れる流電流値を下げることができる。また、コイルの直列接続、並列接続を組み合わせることにより、インダクタンスの調整ができるという利点がある。
【００５６】  さらに、本実施形態では、図２４に示すように、第１の誘導コイル３を走行方向Ｒに直交する断面でみて略平坦な形状に形成することにより、第１の誘導コイル３がオープン管１の開口部２から離れるに従ってオープン管１とのギャップが広がってゆく構成を採用してもよい。このような構成を採用することにより次の利点が得られる。すなわち、図７や図１６のように、第１の誘導コイル３をオープン管１の外面に沿って湾曲した形状とすると、オープン管１の、第１の誘導コイル３の直下の部分が集中して加熱され、高温となり、当該部分の機械的強度が低下したり変形等が発生したりするおそれがあるのに対し、第１の誘導コイル３をオープン管１の開口部２から離れるにつれてオープン管１との距離が拡大するよう形成すると、第１の誘導コイル３の、走行方向Ｒに沿って延びる部分に対応するオープン管１の側方部分での電流の集中が緩和されるため、当該側方部分の局部加熱を回避することができる。また、第１の誘導コイル３を、このような形状とすることにより、溶接されるオープン管１の径が変わっても、鋼管サイズ毎にコイルを変える必要が無く、同一サイズの誘導コイルを使い回すことができるため、設備コストを低減することもできる。さらに、鋼管サイズが変更になっても誘導コイルを交換する手間が減り、生産性が向上するという利点もある。
【００５７】［第２の実施形態］  以下に、本発明の第２の実施形態に係る電縫管溶接装置について説明する。  図２５は、本発明の第２の実施形態である電縫管溶接装置６０を示す概略平面図であり、図２６は、図２５に示す電縫管溶接装置６０を用いて電縫管溶接を行った際に発生する誘導電流の分布を模式的に示した平面図である。
【００５８】  上述の第１の実施形態では、第１の誘導コイル３の上流側に第１の強磁性体９を配置することにより、第１の誘導コイル３の上流側へ流れる誘導電流の抑制することについて説明したが、本実施形態においては、第１の誘電コイル３の上流側に、一次電流が流れる導体を設けることで、上流側への誘導電流を同様に抑制し、接合部６への電流を増加させて加熱効率を向上させる構成を採用するものであり、以下にその詳細を説明する。また、本実施形態においては、第１の実施形態と同様の構成については同じ符号を付与するとともに、その詳細な説明を省略する。
【００５９】  図２５に示すように、本実施形態の電縫管溶接装置６０は、オープン管１の走行方向Ｒでみて、第１の誘導コイル３０よりも上流側に、オープン管１の端部２ａ，２ｂに沿って直線状に延びる２つの導体部３４Ａ，３４Ｂを有する導体３４を備える。各導体部３４Ａ，３４Ｂはそれぞれ、オープン管の端部２ａ，２ｂの端面から離間し、かつ該端面に対向するよう設けられている。図２５に示す例では、下流側に位置される第１の誘導コイル３０と、上流側に位置する導体３４の導体部３４Ａ，３４Ｂとは相互に一体化され、つまり、電気的に接続、連通されている。したがって、第１の誘導コイル３０へ供給される一次電流は、導体部３４Ａ，３４Ｂを介して流れる。
【００６０】  このように、第１の誘導コイル３０に加えて、それよりも上流側に２つの導体部３４Ａ，３４Ｂを有する導体３４も設けることにより、図２６に模式的に示すような誘導電流がオープン管１に発生することになる。詳細には、第１の誘導コイル３０を流れる一次電流によって、オープン管１の、第１の誘導コイル３０に対応する位置で、第１の誘導コイル３０の一次電流とは逆向きに誘導電流４ａ’，４ｂ’のループが形成される。さらに、各導体部３４Ａ，３４Ｂを流れる一次電流によって、該導体部３４Ａ，３４Ｂに対向する、オープン管１の端部２ａ，２ｂに、導体部３４Ａ，３４Ｂの一次電流とは逆向きに誘導電流５ａ’（Ｅ），５ｂ’（Ｅ）が生じ、誘導電流５ａ’，５ｂ’のループが形成される。つまり、導体部３４Ａ，３４Ｂに対応して形成された二次電流（誘導電流）の閉回路（ループ）５ａ’，５ｂ’の、オープン管１の端部２ａ，２ｂを通る誘導電流５ａ’（Ｅ），５ｂ’（Ｅ）は、第１の誘導コイル３０に対応して形成された二次電流（誘導電流）の閉回路（ループ）４ａ’，４ｂ’の、オープン管１の端部２ａ，２ｂを通る誘導電流４ａ’（Ｅ），４ｂ’（Ｅ）とは逆向きに流れる。
【００６１】  このような誘導電流５ａ’，５ｂ’は、図６で示した誘導電流５ａ，５ｂよりも、導体部３４Ａ，３４Ｂによって生じる誘導電流が加わった分、電流密度が高くなっている。このため、誘導電流５ａ’（Ｅ），５ｂ’（Ｅ）の流れが、これとは逆向きに流れる、オープン管１の両端部２ａ，２ｂにおける誘導電流４ａ’（Ｅ），４ｂ’（Ｅ）の流れを抑制又は殆ど消滅させるとともに、誘導電流４ａ’，４ｂ’において、端部２ａ，２ｂとは反対側を流れる誘導電流を増幅させる。そして、この増幅した誘導電流により、接合部６へと向かう誘導電流５ｃ’，５ｄ’のループが増幅されて、両端部２ａ，２ｂから接合部６側に向かって電流密度の高い誘導電流５ｃ’（Ｅ），５ｄ’（Ｅ）が流れるようになる。これにより、接合部６の近傍においては、高周波電流の近接効果によってさらに電流が集中し、加熱効率がさらに向上する結果となる。このような効果は、特に、オープン管１の両端部２ａ，２ｂの間隔が２０〜３０（ｍｍ）程度である場合により顕著となる。
【００６２】  一方、オープン管１の両端部２ａ，２ｂ間の間隔が小さい場合、即ち、開口部２が狭く、端部２ａ，２ｂと導体部３４Ａ，３４Ｂとの間隔が狭くなる場合、端部２ａ，２ｂと導体部３４Ａ，３４Ｂとの間のインピーダンスよりも、導体部３４Ａと導体部３４Ｂとの間のインピーダンスの方が小さくなる。こうなると、導体部３４Ａ，３４Ｂの外側部分（導体部３４Ａ，３４Ｂの、端部２ａ，２ｂ側の部分）を流れる１次電流が分流して、導体部３４Ａ，３４Ｂの内側部分（他方の導体部３４Ａ，３４Ｂに対向する部分）を流れるようになり、誘導電流５ａ’（Ｅ），５ｂ’（Ｅ）が減少する場合がある。このため、本実施形態においては、図２７に例示するように、導体部３４Ａ，３４Ｂ間のインピーダンスを増大させるため、強磁性体（第４の強磁性体）１１を設けることがより好ましい。具体的には、図示例のように、導体部３４Ａ，３４Ｂの間に、該導体部３４Ａ，３４Ｂと電気的に絶縁するように第４の強磁性体１１を配置する。このような第４の強磁性体１１を設けることで、導体部３４Ａ，３４Ｂ間のインピーダンスを高めることができ、導体部３４Ａ，３４Ｂの上記内側部分を流れようとする電流を上記外側部分へ流す作用が得られる。さらに、強磁性体１１は透磁率が高いため、導体部３４Ａ，３４Ｂの上記外側部分を流れる一次電流により、該導体部３４Ａ，３４Ｂと対向する端部２ａ，２ｂに磁束を集中させることができるので、誘導電流５ａ’，５ｂ’が両端部２ａ，２ｂに効率的に流れ、加熱効率が向上するという効果が得られる。
【００６３】  なお、導体部３４Ａ，３４Ｂの高さ寸法Ｈは、図２８及び図２９に示す例のように、オープン管１の最大板厚よりも少し大きくすることが好ましい（図２８及び図２９では便宜上、一方の端部２ａ及び導体部３４Ａのみ示す。）。さらに、導体部３４Ａ，３４Ｂの高さ寸法Ｈは、導体部３４Ａ，３４Ｂがオープン管１の外面及び内面を超えてはみ出すような寸法とされている。このような導体部３４Ａ，３４Ｂに一次電流が流れると、オープン管１の各端部２ａ，２ｂには、図２９中の矢印に示す様な誘導電流５ａ’（Ｅ），５ｂ’（Ｅ）が流れる（図２９では便宜上、一方の端部２ａにおける誘導電流５ａ’（Ｅ）のみ示す。）。この際、導体部３４Ａ，３４Ｂに流れる一次電流と、これに誘起される誘導電流５ａ’（Ｅ），５ｂ’（Ｅ）との間の空間部分がインダクタンスとして作用し、誘導コイル３４におけるインダクタンスを低下させようとするため、導体部３４Ａ，３４Ｂを流れる一次電流は、両端部２ａ，２ｂに発生する誘導電流５ａ’（Ｅ），５ｂ’（Ｅ）に対向するように、図２９中に網掛けで示す符号Ｓの部分に沿って流れるようになる。これにより、両端部２ａ，２ｂにおける電流密度が高められ、加熱効率が向上するという効果が得られる。
【００６４】  なお、図２８中に示す導体部３４Ａ，３４Ｂにおいて、オープン管１の内面側からはみ出す下部３４ａの領域については、この部分が無くとも本実施形態による効果が十分に得られる。しかしながら、図示例のように、導体部３４Ａ，３４Ｂの高さ寸法Ｈを、オープン管１の外面及び内面からはみ出す寸法とすることにより、オープン管１の板厚等が異なる場合等、仕様の異なる電縫管を製造する際に、都度、導体３４を交換する手間が省けるので、作業性や生産性の向上に繋がる。なお、導体部３４Ａ，３４Ｂの高さ寸法Ｈは、オープン管１の最大板厚より小さくしてもよいが、加熱効率が低下する場合もある。
【００６５】  また、第４の強磁性体１１としては、上記の各強磁性体と同様、フェライトや電磁鋼板、アモルファス等、導電率が低い強磁性材料を用いればよく、磁束飽和しないように設計すれば良い。磁束密度が高く、第４の強磁性体１１の発熱が無視できない場合には、例えば、当該第４の強磁性体１１に冷却水を供給して冷却したり、あるいは、空気等のガスや気体と液体とを混合した冷却媒体で冷却したりする等の方法を採用すれば良い。
【００６６】  なお、上記図２５〜図２９では、誘導コイル３０と導体３４とを一体として形成する例を示したが、本実施形態の変形例では、図３０に示すように、ループ状の第１の誘導コイル３と導体３５とを、相互に電気的に接続されない独立した構成とすることもできる。図３０の例では、導体３５は、オープン管１の端部２ａ，２ｂに対向して直線状に延びる２つの導体部３５Ａ，３５Ｂと、これら２つの導体部を繋ぐ導体部３５Ｃとを有しており、平面視で略Ｕ字形状に形成されている。この場合、図示略の電源から供給される電流（図中の矢印を参照）を、それぞれ反対方向で通電させても良い。このような構成とした場合には、供給電流を第１の誘電コイル３と導体３５とに分流させ、第１の誘導コイル３の電流密度を下げることができることから、発熱を抑制できる効果が得られる。
【００６７】  また、図２７〜図２９の例と同様、図３１に示す例のように、導体３５の導体部３５Ａ，３５Ｂの間に第４の強磁性体１１を配置した構成を採用しても良い。  さらに、本実施形態では、図３２に示す例のように、ループ状の第１の誘導コイル３と、２つの導体部３５Ａ，３５Ｂが互いに分離された導体３５とを組合せた構成を採用しても良い。図３０及び図３１のように、導体部３５Ａ，３５Ｂを直列で接続した場合、導体３５内の電流密度が高くなりすぎることがあるが、図３２の例のように、導体３５を、導体部３５Ａと導体部３５Ｂとに分割された構成を採用することにより、所定の一次電流が分流されて各導体部３５Ａ，３５Ｂの電流密度を下げることで、この導体部３５Ａ，３５Ｂの発熱を抑制できる。
【００６８】  なお、第４の強磁性体１１は、導体部３５Ａ，３５Ｂよりも上下に少なくとも１０ｍｍ以上大きな寸法とし、幅は、隣接する導体部３５Ａ，３５Ｂとの間の後述する絶縁材を含め、できる限り大きくすることが望ましい。また、第４の強磁性体１１の走行方向Ｒの長さについては、対向する導体部３５Ａ，３５Ｂの長さと同等以上あれば良い。
【００６９】  さらに、図３２に示すように、導体３５をなす導体部３４Ａ，３４Ｂ間に、第４の強磁性体１１を配置した場合には、加熱効率がより一層向上する点から好ましい。
【００７０】  また、第４の強磁性体１１は、例えば、フェライトのようなわずかに導電性がある材料を採用した場合、上記のような導体部３５Ａ，３５Ｂと接触した際にスパークが発生し、損傷することも想定されるため、表面を絶縁材で被覆するか、あるいは、絶縁材を被覆できない場合には、空気層を隔てて絶縁する構成を採用しても良い。
【００７１】  ここで、図３３に示す例では、導体部３５Ａ，３５Ｂと第４の強磁性体１１とが、絶縁板２０を介して組み付けられているとともに、導体部３５Ａ，３５Ｂが、導体部止め板２１を介して、絶縁性の樹脂やセラミックス等からなるリニアガイド２２に可動に取り付けられている。このような構成を採用することにより、電縫溶接の際に、導体部３５Ａ，３５Ｂがオープン管１の端部２ａ，２ｂと接触した場合であっても、絶縁板２０を介して組み付けられた導体部３５Ａ，３５Ｂ及び第４の強磁性体１１が、図中において左右方向に自在に動くので、導体部３５Ａ，３５Ｂの損傷を防止することが可能となる。また、このような構成を採用した場合には、図示略の電源装置と導体部３５Ａ，３５Ｂとの接続線２３を、自在に動かすことが可能な編組線から構成することが好ましい。
【００７２】［第３の実施形態］  以下に、本発明の第３の実施形態に係る電縫管溶接装置について説明する。  図３４は、本発明の第３の実施形態である電縫管溶接装置７０を示す概略平面図であり、図３５は、図３４に示す電縫管溶接装置７０を用いて電縫管溶接を行った際に、第１の誘導コイル３で発生した磁束Ｍが、強磁性体（第５の強磁性体）１２に通じる際の磁束方向を説明する概略側断面図である。
【００７３】  本実施形態においては、上述した第１，２の実施形態に対し、さらに誘導加熱効率を向上させるため、以下に例示するような構成を採用する。本実施形態においては、第１、２の実施形態と同様の構成については同じ符号を付与するとともに、その詳細な説明を省略する。
【００７４】  図３４に示すように、本実施形態の電縫管溶接装置７０は、第５の強磁性体１２が、第１の誘導コイル３に囲まれた空間及び開口部２に挿入されるように配置される。第５の強磁性体１２は、オープン管１の内側に配置され、走行方向Ｒに延びる内側部１２ａと、オープン管１の外側に配置され、走行方向Ｒに延びる外側部１２ｂと、これらの内側部１２ａ及び外側部１２ｂ間でオープン管１の管内外方向（図では垂直方向）に延びる中間部１２ｃと、を有する。第５の強磁性体１２は、第１の誘導コイル３よりも下流側の接合部（溶接部）６側に向かって延び、第１の誘導コイル３及び開口部２を跨ぐように配置されている。また、第５の強磁性体１２は、オープン管１の走行方向Ｒにおける側面側の断面形状が角張った横向きＵの字状又は横向きＵの字形状（図３４及び図３５に示す例においては角張った横向きＵの字状）とされている。第５の強磁性体１２は、横向きＨ字形状又は横向きｈ字形状としてもよい。図３４及び図３５に示す例では、断面形状が角張った横向きＵの字状の強磁性体１２は、その開放部（開放空間）側がオープン管１の走行方向Ｒの下流側に向けられ、一次電流回路の下流部の上方の空間と、一次電流回路の上流部と下流部の間の空間と、接合部６の下方の管内空間とにわたるように配置されている。また、第５の強磁性体１２は、内側部１２ａ及び外側部１２ｂの先端（下流側の端部）が接合部６近傍まで延びていることが望ましい。また、第５の強磁性体１２の厚みは磁束飽和しない程度以上に厚くするのが望ましいが、スクイズロール７等に当たらない程度の厚みに抑える必要がある。
【００７５】  図３４に例示するように、本実施形態の電縫管溶接装置７０は、図５及び図６に例示した電縫管溶接装置５０と同様、第１の誘導コイル３に一次電流が通電される（図３４中の矢印を参照）。この際、図３５に示すように、第１の誘導コイル３で発生した磁束Ｍは、第１の誘導コイル３を跨ぐように接合部（溶接部）６側に延在された第５の強磁性体１２を通じて、開口部２に臨む両端部２ａ，２ｂ近傍を通過して誘導電流を発生させる。また、オープン管１を通過した磁束Ｍは、図３５中の矢印で示すように、第５の強磁性体１２において、オープン管１の管内に配置される内側部１２ａと、管外に配置される外側部１２ｂと、中間部１２ｃとを含めて、管内外を結ぶ磁気回路を形成する。このような第５の強磁性体１２は、透磁率が高い材料からなることから、第１の誘導コイル３から発散される磁束Ｍを引き込む効果があるため、磁束Ｍを効率よく接合部６側におけるオープン管１の両端部２ａ，２ｂを貫通させることができ、誘導電流を効率的に発生させることが可能となる。
【００７６】  なお、図３４及び図３５の例では、第５の強磁性体１２は、互いに一体化された内側部１２ａ、外側部１２ｂ及び中間部１２ｃから構成されているが、これらは別体として形成してもよい。また、内側部１２ａ、外側部１２ｂ及び中間部１２ｃを別体として形成した場合には、内側部１２ａ、外側部１２ｂ及び中間部１２ｃの相互間は、直に接している必要はなく、上述したような磁束Ｍの閉回路が形成される限りにおいて互いに離間していても、相互間に他の部材が介在していてもよい。例えば、図３６に示すように、オープン管１内に、走行方向Ｒに延びるインピーダー８が配置されている場合には、当該インピーダー８を第５の強磁性体１２の内側部１２ａとして代用することができる。図３６の例では、インピーダー８は、インピーダーケース１３内に収容されており、中間部１２ｃは、上記内側部１２ａとして機能するインピーダー８と直に接してはいないが、磁束Ｍの閉回路は形成される。
【００７７】  次いで、図３７に、上述したような第５の強磁性体１２の支持構造の一例を示す。図示例においては、第５の強磁性体１２の外側部１２ｂと中間部１２ｃとが一体として形成されるか又は互いに固着されており、内側部１２ａはこれらとは別体として形成されている。第５の強磁性体１２を組み付けるにあたって、まず、管内中央付近に設置されたマンドレル２４に、第５の強磁性体１２の内側部１２ａが取り付けられる。そして、オープン管１の開口部２の上方に第１の誘導コイル３（図３４を参照）をセットした後、外側部１２ｂを開口部２の上方に配置された台座２６上に載置する。これにより、第５の強磁性体１２が可動で懸架支持された状態となる。この際、外側部１２ｂと一体に形成された中間部１２ｃは、その下端が、内側部１２ａの上面に形成された凹部内面に接する。このような構成を採用することにより、第５の強磁性体１２の一部がオープン管１の端部２ａ，２ｂに接触した場合でも、強磁性体１２が自在に移動するので、強磁性体１２の損傷や、オープン管１の端部２ａ，２ｂに大きな疵が生じるのを防止することができる。さらに、第５の強磁性体１２において、オープン管１の端部２ａ，２ｂと接触する可能性のある中間部１２ｃを、ガラステープやベーク板からなる絶縁材で保護することが、装置の損傷防止や、スパークが生じるのを防止できる観点から好ましい。なお、本実施形態では、設置の容易性を考慮して第５の強磁性体１２を分割した形態を例に説明しているが、例えば、一体物の断面が角張った横向きＵの字状の形状として第５の強磁性体１２を構成し、上記例と同様に、台座２６に載せて使用しても構わない。
【００７８】  また、本実施形態では、図３８に示すように、第５の強磁性体コア１２を、接合部６近傍において、内側部１２ａ及び外側部１２ｂの少なくとも何れか一方が、平面視でオープン管１の端部２ａ，２ｂ近傍の外側に向かうように分割された形状としても良い。即ち、強磁性体１２の内側部１２ａ及び外側部１２ｂの少なくとも何れか一方が、その下流側の端部１２ａ１，１２ｂ１において、接合部６を避けるように二叉に分岐された形状（略Ｖ字状または略Ｕ字状等）とされていても良い。また、内側部１２ａ及び外側部１２ｂの両方を下流側の端部１２ａ１，１２ｂ１において二叉に分岐された形状とすることがより好ましい。
【００７９】  上記形状を採用することが好ましい理由としては、第５の強磁性体１２の外側部１２ｂの下流側の端部１２ｂ１を分岐させることで、接合部（溶接部）６の様子を上部からモニター等で観察し易くなることが挙げられる。また、第５の強磁性体１２の内側部１２ａの下流側端部１２ａ１を分岐させることで、接合部６近傍において溶融した金属が、誘導電流に伴って発生する電磁力によって排出されて管内に落下した場合に、当該溶融金属が第５の強磁性体１２の内側部１２ａに接触して内側部１２ａが損傷するおそれを低減することができるからである。また、排出された溶融金属が、管上方へ飛び出すこともあるが、この場合でも、第５の強磁性体１２の外側部１２ｂの下流側端部１２ｂ１を分岐させることで、外側部１２ｂに直接溶融金属が接触することを抑制でき、外側部１２ｂの損傷が低減される効果もある。
【００８０】  本実施形態では、図３８に例示するように、第５の強磁性体１２の内側部１２ａ及び外側部１２ｂの双方において、下流側の端部１２ａ１，１２ｂ１を、両端部２ａ，２ｂ近傍の両外側に向かうように分岐させ、オープン管１の開口部２から少し外れた位置へ配置する形状としている。これにより、第５の強磁性体１２の内側部１２ａへの溶接金属の落下、堆積が生じるのを抑制でき、さらに、接合部６の状態を目視確認することが可能となる。従って、第５の強磁性体１２の磁気機能の低下を防止でき、安定して性能を維持し続けることが可能になり、さらに、工程において、常時、溶接部の状態を確認することが可能となる。
【００８１】  また、本実施形態において、第５の強磁性体１２の内側部１２ａ及び外側部１２ｂは、上掲図では、オープン管１に沿ってほぼ水平に形成しているが、内側部１２ａ及び外側部１２ｂの少なくとも何れか一方は、下流に向かうにつれて、内側部１２ａ及び外側部１２ｂ間の距離が漸増又は漸減するよう傾斜して配置することもできる（図示省略）。なお、良好な磁気回路を形成する、つまり磁気抵抗を低減する観点では、内側部１２ａ及び外側部１２ｂ間の距離は、下流に向かうにつれて漸減されることが好ましい。また、同様の観点で、図３９に示すように、外側部１２ｂの下流側の端部に、内側部１２ａへ向けて突出する張出部１２ｂ２を設けることもできる。
【００８２】  ところで、本実施形態において備えられる第５の強磁性体１２は、図４０に示す例のように、上述した第２の実施形態のような、第１の誘導コイル３及び導体３５を備える構成に適用することも可能である。また、図４１に示す例のように、導体３５内側に第４の強磁性体１１が備えられた構成において、第１の誘導コイル３及び開口部２に挿入するように配置された第５の強磁性体１２を備えた構成を採用することも可能である。
【００８３】  さらに、本実施形態では、図４２に示すように、上述した第２の実施形態における、図２５に示す例の第１の誘導コイル３０及びオープン管１の開口部２に挿入するように、第５の強磁性体１２を備えた構成を採用することも可能である。さらに、図４３に示すように、図４２中に示す導体部３４Ａ，３４Ｂの間に、第４の強磁性体１１を設置した構成を採用することも可能である。さらに、詳細な図示を省略するが、図３２に示す構成に、第５の強磁性体１２を備えた構成を適用することも可能である。
【００８４】  以上説明したように、本発明に係る電縫管溶接装置によれば、オープン管１の両端部２ａ，２ｂ近傍における開口部２の両外側に、オープン管１内を流れる誘導電流からなる少なくとも２つ以上の閉回路が形成されるように、開口部２から管外方向に離間した位置に、円筒状のオープン管１の外周を周回せず、即ち、この外周における周回数を１周未満として、開口部２を跨ぐように少なくとも１ターン以上の閉回路が形成された第１の誘導コイル３が配置された構成を採用している。これにより、従来のワークコイル方式に比べて、走行する金属帯板１を曲げながら筒状にして電縫管溶接する際の加熱効率を、製造する電縫管の径が大きな場合であっても、簡単な装置で効果的に向上させることができ、また、セットアップも容易となる。また、製造する電縫管の寸法や形状に合わせて誘導コイルの形状を変える必要が少ないことから、保有するワークコイル（誘導コイル）の本数を減らすことができるので、大容量の電気設備を有する必要もなく設備コストを抑制することが可能になるとともに、既設の電源を用いた場合であっても安価なコストで導入できる。
【００８５】  そして、上述のような加熱効率の向上に伴い、電力使用量を低減することで省エネが実現可能となるか、あるいは、同じ電力を投入した場合にはライン速度を上げることができ、生産性が向上できる。さらに、従来、電源容量の制限やインピーダー焼損の制限から製造が困難であったサイズの電縫管を製造することも可能になることから、その産業上の効果は計り知れない。
【００８６】  本発明においては、上述のように、簡単な構成の電縫管溶接装置で小径から大径までの電縫管を製造することが可能であるが、特に、製造時において加熱効率が低下する、径が大きな電縫管を効率よく製造するのに有効である。また、誘導コイルの上流へ流れる電流によってロールが損傷するのを防止でき、さらに、従来のように誘導コイルの中に金属帯板を通す必要もなく、誘導コイルのセットや取り替えが容易である等の優れた効果を有する。
【実施例】
【００８７】  以下、本発明に係る電縫管溶接蔵置の実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、もとより下記実施例に限定されるものではなく、前、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。  本実施例においては、本発明の効果について、静止加熱実験によって確認を行った。【００８８】［実施例１］「被加熱材」  本実施例では、被加熱材として、外径：３１８．５ｍｍ、肉厚：６．９ｍｍ、長さ：１ｍの配管用炭素鋼管（ＳＧＰ管）上部に、図４４に示すように、レーザー加工によって開口部の形状を模擬したもの（以下、オープン管という。）を用いた。この際のレーザー加工は、図４４中における左側端部から、平行開口部の間隔：５０ｍｍ、長さ：２００ｍｍで、その後、接合部にみたてた頂点と両端部との角度：５．７度で、５００ｍｍの長さで開口した（開口部は合計７００ｍｍ）。また、頂点部は０．５Ｒとした。【００８９】「電縫管溶接装置」  本実施例で用いた電縫管溶接装置では、誘導コイルとして、φ１０ｍｍの水冷銅管を、上下流方向に２００ｍｍ、且つ、周方向に２００ｍｍとして、図５〜図７に示すように折り曲げたものを用い、銅管とオープン管との間を１０ｍｍ離して配置した。また、加熱の際は、周波数２００ｋＨｚ−２０ｋＷの電力を投入し、静止加熱で最高温度が１０００℃になるまでの時間を計測した。また、加熱温度は、オープン管の開口部に臨む端部に、５０μｍのＫ熱電対を、接合部から２０ｍｍピッチで溶着して測温した。また、インピーダーとしては、図７に示す例とは異なる、厚さ８ｍｍのフェライトコアを、水冷可能なエポキシ樹脂製のカバーに５層で積層して入れ、接合部の直下から上流側に向けて４００ｍｍの範囲で配置した。【００９０】「実験手順」  まず、本発明例１として、上記誘導コイルを、接合部６から上流側（開口部側）に５０ｍｍ離れた位置に、誘導コイルの下流側（接合部側）の端部を配置して加熱を行った。  また、本発明例２として、本発明例１と同様に上記誘導コイルを配置するとともに、図１５及び図１６に示すような、第３の強磁性体としての湾曲板状のフェライトコア（厚さ：１５ｍｍ、幅（周方向）：１５０ｍｍ、長さ（上下方向）：２５０ｍｍ）を誘導コイルから５ｍｍ離して、誘導コイルの背面（上面）側に２個使用して、開口部を境に両端に配置して加熱を行った。  また、本発明例３として、本発明例１と同様に上記誘導コイルを配置するとともに、第１の強磁性体としての、図８（ａ）および図１０に示すようなフェライト製のＴ字型コア（長さ（走行方向Ｒ）：１５０ｍｍ、水平部幅：１００ｍｍ、水平部厚さ：２０ｍｍ、垂直部足の長さ：５０ｍｍ、垂直部幅：３０ｍｍ）を誘導コイル上流５０ｍｍに配置して加熱を行った。  また、本発明例４として、本発明例２と同様に上記誘導コイル、並びに、誘導コイルの上方のフェライトコア（第３の強磁性体）を配置するとともに、誘導コイルの上流側５０ｍｍに、本発明例３で用いたＴ字型コア（第１の強磁性体）を配置して加熱を行った。【００９１】  また、比較例１として、従来と同様、円筒状にオープン管の外周を囲む様にして１Ｔ（ター��）とした誘導コイル（長手方向幅：２００ｍｍ、内径：３４０ｍｍ、厚さ：１０ｍｍの水冷銅板製誘導コイル）を、接合部の上流側５０ｍｍに配置して加熱した。  また、比較例２として、比較例１と同様に、円筒状にオープン管の外周を囲む様にした１Ｔの誘導コイルを、接合部の上流側２５０ｍｍに配置して加熱した。【００９２】  また、上記各実験においては、接合部の昇温速度と、接合部から上流側に１５０ｍｍ離れた位置の開口部の端部での昇温速度を比較した。なお、各実験においては、ロール７は設けない状態で行った。  上記本発明例１〜４及び比較例１、２の結果を下記表１に示す。【００９３】
【表１】
2014027564.tif 000003
【００９４】  表１に示す昇温速度比は、本発明例１における接合部と上記開口部の端部のそれぞれにおける加熱速度を１とした時の、各実験の昇温速度の割合を示したものであり、加熱速度は、変態熱の影響、放散熱の影響を考慮して、接合部から１５０ｍｍの位置の温度が５００℃まで加熱する時の加熱速度とし、５００℃に至らない場合には、最大２００秒までの加熱速度とした。【００９５】  表１に示すように、比較例１の場合、鋼管全体が暖まるため、鋼管端部においても、また、接合部においても、２００秒では５００℃に達することはなかった。  また、比較例２では、誘導コイルを接合部から２５０ｍｍ離しており、鋼管端面の温度は多少上昇するものの、顕著な温度上昇は見られないことがわかる。【００９６】  一方、本発明の電縫管溶接装置を適用した本発明例１では、誘導コイルが鋼管全体を周回しないため、ロスが小さいことと、開口部両端に生じる閉回路が誘導コイル内にあり、且つ、鋼管端面に電流が廻ることから、昇温速度が速いことがわかる。  また、本発明例２では、第３の強磁性体を配置することで磁束が誘導コイル直下に集中することから、本発明例１に比べて２倍以上の昇温速度が得られることがわかる。  さらに、第１の強磁性体を配置することで、本発明例３（第３の強磁性体無し）及び本発明例４（第３の強磁性体有り）は、誘導コイルの上流に流れる電流を防止することができることから、それぞれ、本発明例１（第３の強磁性体無し）及び本発明例２（第３の強磁性体有り）と比べて、１０％前後の加熱速度の向上が見られる。【００９７】［実施例２］  本実施例では、実施例１の本発明例１〜４においては、溶接部（接合部）から５０ｍｍの位置に誘導コイルを設置したのに対し、実機においてはスクイズロールやトップロール等が設置されていることから、誘導コイルを溶接部から近い位置に設置できないケースもあることから、溶接部から離れた位置に誘導コイルを設置する場合を想定して実験を行った。【００９８】  本実施例においては、図５に示すような装置だと、誘導コイル（符号３参照）に囲まれたオープン管１の両端部２ａ，２ｂの温度上昇は大きくなるが、接合部の温度上昇は小さくなることから、接合部へ向かう電流量を増すため、図２５及び図２６に示すような、互いに電気的に接続された第１の誘導コイル３０及び導体３４を備えた構成の電縫管溶接装置７０を用いて実験を行った。また、本実施例では、インピーダーを用いず、誘導コイルのみを用いた実験を行った。また、本実施例では、誘導コイルを上記構成とし、インピーダーを用いなかった点以外は、上記実施例１と同様の条件で電縫管溶接を行った。【００９９】  具体的には、上下流方向の長さ：１００ｍｍ、且つ、周方向の幅：２００ｍｍとされた第１の誘導コイル３０と、上下流方向の長さ：２００ｍｍ、高さ：２０ｍｍ、厚さ：３ｍｍの鋼板からなる導体３４を接続した。  そして、本発明例５として、このようになる誘導コイル及び導体を、接合部６から上流側（開口部側）に１５０ｍｍ離れた位置に、誘導コイルの下流側（接合部側）の端部を配置して加熱を行った。  また、本発明例６として、本発明例５と同様に上記誘導コイル及び導体を配置するとともに、図２７に示��ように、導体３４を構成する２つの導体部３４Ａ，３４Ｂ間に、走行方向Ｒの長さ：２００ｍｍ、高さ：２０ｍｍ、厚さ：５ｍｍのフェライトコア（第４の強磁性体）を配置して加熱を行った。  また、本発明例７として、本発明例５と同様に上記誘導コイル及び導体を配置するとともに、走行方向Ｒの長さ：２００ｍｍ、幅：１５ｍｍ、高さ：９０ｍｍの角張った横向きＵの字状を有するフェライトコア（第５の強磁性体：図３４等を参照）を、第１の誘導コイル３０及びオープン管１の開口部２に挿入するように配置して加熱を行った。  また、本発明例８として、本発明例６と同様に導体３４を構成する２つの導体部３４Ａ，３４Ｂ間にフェライトコア（第４の強磁性体）を配置するとともに、本発明例７と同様に、角張った横向きＵの字状のフェライトコア（第５の強磁性体）を第１の誘導コイル３０及びオープン管１の開口部２に挿入するように配置して加熱を行った。【０１００】  また、比較例３として、上記比較例２と同様に、円筒状にオープン管の外周を囲む様にした１Ｔの誘導コイルを、接合部の上流側２５０ｍｍに配置して、同じ電流で通電加熱を行い、昇温速度を比較した。  上記本発明例５〜８及び比較例３の結果を下記表２に示す。【０１０１】
【表２】
2014027564.tif 000004
【０１０２】  表２に示す昇温速度比は、比較例３における加熱速度を１とした時の、各実験の昇温速度の割合を示した。  表２に示すように、本発明例５では、従来のような鋼管（オープン管）の外周を囲む誘導コイル形式の比較例１、２に比べ、加熱速度が４５％速くなることが確認できた。  また、本発明例６では、上流側の導体３４をなす２つの導体部３４Ａ、３４の間に第４の強磁性体としてのフェライトコアを挿入することで、さらに、加熱速度が１５％速くなることが確認できた。  また、本発明例７、８では、上述した角張った横向きＵの字状の、第５の強磁性体としてのフェライトコアを第１の誘導コイル３０及びオープン管１の開口部２に挿入することで、上記本発明例５、６に比べて、それぞれ２倍以上の加熱速度が得られることが確認でき、効率的な加熱が可能となることが明らかとなった。【０１０３】  なお、本実施例においては、鋼管（オープン管）の上方に誘導コイルを設置するだけで簡単にセットが済むこと、並びに、鋼管径が±１０％程度で変化した場合でも、加熱速度は大きく変わらないことも確認できた。【０１０４】[実施例３]  本実施例では、外径３１８．５ｍｍ、肉厚６．９ｍｍ、長さ１ｍの鋼管（オープン管）上に、外径１０ｍｍ、内径８ｍｍの銅管からなる長さ２５０ｍｍ、幅２００ｍｍの矩形の誘導コイル（第１の誘導コイル）を配置した。この際、オープン管との距離が１０ｍｍ（一定）となるように誘導コイルを湾曲させ、鞍型の形状とした。誘導コイル内には、冷却水を流して冷却をした。誘導コイルは、接合部から１５０ｍｍ離した位置に設置した。オープン管の開口部は、実施例１の場合と同形状である。本発明例９ではさらに、誘導コイル内側かつ開口部内に、図１３に示すように、幅（周方向）１０ｍｍ、長さ（走行方向Ｒ）６５ｍｍ、高さ３０ｍｍの、第２の強磁性体としてのフェライトコアを、オープン管の端部上面から１０ｍｍ出るようにし、接合部から１９０ｍｍ（誘導コイルから３０ｍｍ）位置から２５５ｍｍの位置まで設置して、溶接電流８００Aで１０秒間静止加熱を行った。【０１０５】  本発明例１０では、フェライトコアの長さを１３０ｍｍとし、接合部から１９０ｍｍ（誘導コイルから３０ｍｍ）の位置から３２０ｍｍの位置まで設置し、同様に静止加熱を行った。【０１０６】  本発明例１１では、フェライトコアの長さを１９５ｍｍとし、接合部から１９０ｍｍ（誘導コイルから３０ｍｍ）の位置から３８５ｍｍの位置まで設置し、同様に静止加熱を行った。【０１０７】  また、基準としての本発明例１２では、オープン管の開口部内に上述したようなフェライトコアを配置せずに、同様の静止加熱を行った。【０１０８】  評価は、上記発明例９〜１２につき、オープン管の端面の、誘導コイルで囲まれた部分の走行方向における中間位置での温度変化と、オープン管の端面の、誘導コイルの下流側端と接合部との中間位置（接合部から７５ｍｍの位置）での温度変化とをそれぞれ測定し、本発明例９〜１１について、本発明例１２の昇温温度に対する、各点の昇温温度割合を求めて評価した。結果を表３に示す。【０１０９】
【表３】
2014027564.tif 000005
【０１１０】  表３の結果より、第２の強磁性体としてのフェライトコアを誘導コイルで囲まれたオープン管の端面間に設置することにより、誘導コイル内に位置する、オープン管の端面の箇所の温度上昇が緩やかとなる一方、接合部により近い側の、オープン管の端面の箇所の温度上昇が向上している。これは、誘導コイル内に位置する、オープン管の端面を流れる電流が減少し、その分、接合部側へ流れる電流が増加していることを示しており、第２の強磁性体であるフェライトコアを設置することにより、本発明の電縫管溶接装置の効率がより向上していることを示している。
【符号の説明】
【０１１１】１…金属帯板、オープン管、２…開口部、２ａ，２ｂ…オープン管の端部、６…接合部（溶接部）、５０，６０，７０…電縫管溶接装置、３…第１の誘導コイル、３’…第２の誘導コイル、３’’…第３の誘導コイル、３Ａ…第１の誘導コイルの背面（上面）、３０，３１，３２，３３…第１の誘導コイル、３４…導体、３４Ａ，３４Ｂ…導体部、３５…導体、７…ロール、８…インピーダー、９…第１の強磁性体、９’…第２の強磁性体、１０…第３の強磁性体、１１…第４の強磁性体、１２…第５の強磁性体、４ａ，４ｂ，４ａ’，４ｂ’，５ａ，５ｂ，５ａ’，５ｂ’，５ｃ，５ｄ，５ｃ’，５ｄ’…誘導電流、４ａ’（Ｅ），４ｂ’（Ｅ），５ａ’（Ｅ），５ｂ’（Ｅ），５ｃ’（Ｅ），５ｄ’（Ｅ）…誘導電流（金属板端部を流れる誘導電流）、Ｍ…磁束、
【図１】
2014027564.tif 000006
【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】
2014027564.tif 000013
【図９】
2014027564.tif 000014
【図１０】
2014027564.tif 000015
【図１１】
2014027564.tif 000016
【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】
2014027564.tif 000022
【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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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年12月4日(2013.12.4)
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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、該開口部に臨む両端部を、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両端部同士を接合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、
前記誘導加熱手段が、少なくとも１つの誘導コイルを有し、該少なくとも１つの誘導コイルのうち、前記接合部の最も近くに位置する第１の誘導コイルが、前記開口部を跨いで一次電流回路が形成されるように、前記オープン管の外周を周回せずに、前記開口部の上方に配置されおり、
前記第１の誘導コイルに高周波電流を流すことで一次電流回路を形成した際に、前記オープン管の、前記第１の誘導コイルの下方でかつ前記開口部の両外側の部分に、前記オープン管の、少なくとも前記端部を通る誘導電流を有する二次電流の閉回路が、前記両端部の近傍に各々１つ以上形成されるように、前記一次電流回路が形成されていることを特徴とする電縫管溶接装置。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
前記高周波電流の周波数は、１００ｋＨｚ以上である、請求項１に記載の電縫管溶接装置。
【請求項４】
前記オープン管の走行方向において前記第１の誘導コイルよりも上流側で、且つ、対向する両端部の間に配置された第１の強磁性体を備える、請求項１又は３に記載の電縫管溶接装置。
【請求項５】
前記第１の強磁性体の断面形状が、前記金属帯板の走行方向と垂直な断面において、Ｔ字状、逆Ｔ字状、Ｉ字状、又は、横向きＨ字状であることを特徴とする請求項４に記載の電縫管溶接装置。
【請求項６】
前記オープン管の両端部の間でかつ前記第１の誘導コイルの内側に配置された第２の強磁性体を備える、請求項１〜５の何れか１項に記載の電縫管溶接装置。
【請求項７】
前記第１の誘導コイルの上方に、該第１の誘導コイルを少なくとも部分的に覆う第３の強磁性体を備える、請求項１〜６の何れか１項に記載の電縫管溶接装置。
【請求項８】
前記第３の強磁性体は、前記オープン管の開口部に対応する位置で、前記第１の誘導コイルの略半部を覆う第１の半部と、該第１の誘導コイルの残りの略半部を覆う第２の半部とに分割された構成を有する、請求項７に記載の電縫管溶接装置。
【請求項９】
前記第１の誘導コイルの前記一次電流回路によって形成された、前記二次電流の閉回路における前記オープン管の各端部を通る誘導電流の上流側に、当該誘導電流とは逆向きの誘導電流が前記オープン管の各端部に発生するように、前記オープン管の、走行方向における上流側の前記開口部内に、前記端部から離間して対向するように設けられた一対の導体部を有する導体が配置されている、請求項１〜８の何れか１項に記載の電縫管溶接装置。
【請求項１０】
前記導体は、前記第１の誘導コイルと電気的に接続されている、請求項９に記載の電縫管溶接装置。
【請求項１１】
前記導体における前記一対の導体部の間に配置され、該一対の導体部に沿って延びる第４の強磁性体を備える、請求項９又は１０に記載の電縫管溶接装置。
【請求項１２】
前記第４の強磁性体は、前記一対の導体部から電気的に絶縁されている、請求項１１に記載の電縫管溶接装置。
【請求項１３】
前記オープン管の内側で前記走行方向に延びる内側部と、前記オープン管の外側で前記走行方向に延びる外側部と、前記第１の誘導コイルで区画された空間内で、前記内側部及び前記外側部間に延びる中間部とを有し、前記内側部及び前記外側部の、前記中間部よりも下流側の部分と前記中間部とで区画された開放空間側を前記走行方向の下流側に向けて配置され、前記内側部、中間部及び外側部を通る磁束の閉回路を形成する第５の強磁性体を備える、請求項１〜１２の何れか１項に記載の電縫管溶接装置。
【請求項１４】
前記第５の強磁性体の外側部及び内側部のうちの少なくとも一方の下流側の端部は、分岐された形状とされている、請求項１３に記載の電縫管溶接装置。
【請求項１５】
前記第１の誘導コイルは、前記開口部から側方に向かうにつれて前記オープン管との隙間が広がるよう形成されている、請求項１〜１４の何れか１項に記載の電縫管溶接装置。
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月4日(2014.11.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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部間を溶接する電縫管の製造装置に関する。
【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、金属ビレットに直接穴をあけ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型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、ロールでオープン管の両端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、一つは、例えば、オープン管の外周を囲むように誘導コイル（ソレノイドコイル）を巻き、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及び非特許文献１を参照）があり、もう一つは、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とともに、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。インピーダーは、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用いられる。
【０００４】
さらに、オープン管に誘導電流を発生させる方法には、下記特許文献２に記載されるように、鉄心付きの誘導加熱コイルを、オープン管の端部の上方に配置し、該誘導加熱コイルに電流を流すことにより鉄心内に発生した交番磁界の作用で該端部を加熱するいわゆるＴＦ方式（横断加熱方式）もある。しかし、ＴＦ方式において、供給する電流の周波数を上げて溶融温度まで上昇させようとすると、被溶接材の外表面だけが溶融し溶け込み不良となるため、ＴＦ方式は、電縫管の製造では、特許文献２のように１〜３ｋＨｚ程度の低周波電流による予備的な加熱手段として用いられるにすぎない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５３−４４４４９号公報
【特許文献２】特開平１０−３２３７６９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「高周波の基礎と応用」（東京電機大学出版局、Ｐ７９，８０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１〜３は、電縫管の溶接工程について説明する模式図である。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電縫管が製造される工程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、２に示す工程の概略側断面図である。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、オープン管の端部の上面側（外面側）を電流が流れている様に描いて示している。以下、他の図面の説明においても、オープン管の両端部を流れる電流は、この両端部の上面側を電流が流れるように示すものとする。
【０００８】
図１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略の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７で両端面部２ａ，２ｂが押しつけられて接合部（溶接部）６で接触する。このスクイズロール７の上流には、向かい合う両端面部２ａ，２ｂを溶融させて接合するために、図１に示すような誘導コイル（ソレノイドコイル）３００が設けられ、この誘導コイル３００に高周波電流を流すことにより、誘導コイル直下の円筒状のオープン管１に誘導電流が発生する。この誘導電流は、オープン管１を周回する誘導コイル３００に沿ってオープン管１の外周を周回するが、途中でオープン管１の端面部２ａ，２ｂが開口部によって開放されていることから、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つの方向に流れようとする。つまり、図１に示すように、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６を通る電流４０ａ，４０ｂであり、また、２番目の方向に流れる電流は、オープン管１の開口部から周面を回る電流である。図１中、符号４０ｃ，４０ｄは、オープン管１の外周を回る電流を示している。
【０００９】
なお、図１中では、オープン管１の内周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８と呼ばれるフェライト等からなる強磁性体のコア等を、オープン管１の内部に配置し、オープン管１の内面のインピーダンスを高めることにより、内周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６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８を配置しなくても内周のインピーダンスが十分に大きくなり、内周を回る電流が抑制される場合もあるためである。
【００１０】
通常、誘導コイル３００に投入された電力は、誘導コイルがオープン管１の外周を回る部分と、接合部６までの往復分とで、大部分が消費されることになる。このため、製造しようとする電縫管の径が大きくなるほど、誘導コイル３００から接合部６までの往復距離に比べ、オープン管１の外周長が大きくなり、オープン管１の端部を加熱する電力に比べてオープン管１の外周部を加熱する電力の割合が大きく、加熱効率が低下する。このため、従来、径が大きな電縫管を製造する場合には、オープン管の外周を電流が回るのを抑制することが可能な、電極による接触通電を行う場合もある。この接触通電は、溶接効率が高いという利点があるが、電極がオープン管と接触する部分の疵や、電極とオープン管との接触不良等によるスパークの発生に伴う疵が発生しやすいという問題がある。このような疵の発生を無くすためには、非接触の誘導コイルを用いた方法を採用する必要があるが、上述したように、この方法を径の大きな電縫管の製造に適用した場合には、オープン管の端部を加熱する電流に比べてオープン管の外周部を回って加熱する電流の割合が大きくなる。そのため、溶接効率が低くなることから電源容量を大きくする必要があり、設備費の増大や、インピーダーが強磁場による大電力に耐えらずに焼損する等の問題が生じる。これらの事情により、従来は、インピーダーが焼損しないように電力量を抑制しながら生産を行わなければならず、生産性の低下を招く他、インピーダーを使用しない場合には、低加熱効率で生産するのを余儀なくされていた。
【００１１】
また、本発明者等は、電縫溶接時の加熱効率を上げるため、オープン管に発生した誘導電流の分布について鋭意検討した。従来は、非特許文献１にも開示されているように、誘導コイル直下から接合部に向かう方向にのみ、電流が流れるものと説明されていた。しかしながら、本発明者等が電縫管の電磁場解析で電流分布を調査したところ、実際には、図４に示すように、誘導コイル３００直下からの電流は、接合部６方向の電流のみならず、相当量の電流５ａ，５ｂが分流して誘導コイル３００の上流に流れていることがわかった。すなわち、誘導コイル３００で供給した電力が有効に接合部６に流れず、無効電力（電力損失）の原因になっていることが判明した。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、特に、径が比較的大きな電縫管を誘導コイル方式で製造する際の加熱効率を向上させることができ、簡単な装置で効率よく電縫溶接を行うことが可能な電縫管溶接装置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】
【００１３】
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行なったところ、誘導コイルの形状や配置位置、さらには、強磁性体等の形状や配置位置等を適正化することにより、径が大きな電縫管を製造する場合であっても高い加熱効率が得られることを見出し、本発明を完成させた。
【００１４】
すなわち、本発明の電縫管溶接装置は、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、上記開口部の間隔を次第に狭めながら上記端面部同士を接合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、上記誘導加熱手段が、少なくとも１つの誘導コイルを有し、該少なくとも１つの誘導コイルのうち、上記接合部の最も近くに位置する第１の誘導コイルは、内部に磁性体コアを伴わない空芯コイルであり、上記開口部を跨いで一次電流回路が形成されるように、上記オープン管の外周を周回せずに、上記開口部の上方に配置されており、上記第１の誘導コイルに高周波電流を流すことで一次電流回路を形成した際に、上記オープン管の、上記第１の誘導コイルの下方でかつ上記開口部の両外側の部分に、上記オープン管の、少なくとも上記端面部を通る誘導電流を有する二次電流の閉回路が、上記両端面部の近傍に各々１つ以上形成されるように、上記一次電流回路が形成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
なお、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記高周波電流の周波数は、１００ｋＨｚ以上とすることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記オープン管の走行方向において上記第１の誘導コイルよりも上流側で、且つ、対向する両端面部の間に配置された第１の強磁性体を備えることが好ましい。
【００１７】
さらに、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記第１の強磁性体の断面形状が、上記オープン管の走行方向と垂直な断面において、Ｔ字状、逆Ｔ字状、Ｉ字状、又は、横向きＨ字状であることが好ましい。
【００１８】
さらに、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記オープン管の両端面部の間でかつ上記第１の誘導コイルの内側に配置された第２の強磁性体を備えることが好ましい。
【００１９】
さらに、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記第１の誘導コイルの上方に、該第１の誘導コイルを少なくとも部分的に覆う第３の強磁性体を備えることが好ましい。
【００２０】
さらに、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記第３の強磁性体は、前記オープン管の開口部に対応する位置で、上記第１の誘導コイルの幅方向の略半部を覆う第１の半部と、該第１の誘導コイルの残りの略半部を覆う第２の半部とに分割された構成を有することが好ましい。
【００２１】
さらに、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記第１の誘導コイルの上記一次電流回路によって形成された、上記二次電流の閉回路における上記オープン管の各端面部を通る誘導電流の上流側に、当該誘導電流とは逆向きの誘導電流が上記オープン管の各端面部に発生するように、上記オープン管の、走行方向における上流側の上記開口部内に、上記端面部から離間して対向するように設けられた一対の導体部を有する導体が配置されていることが好ましい。
【００２２】
さらに、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記導体は、上記第１の誘導コイルと電気的に接続されていることが好ましい。
【００２３】
さらに、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記導体における上記一対の導体部の間に配置され、該一対の導体部に沿って延びる第４の強磁性体を備えることが好ましい。
【００２４】
さらに、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記第４の強磁性体は、上記一対の導体部から電気的に絶縁されていることが好ましい。
【００２５】
さらに、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記オープン管の内側で上記走行方向に延びる内側部と、上記オープン管の外側で上記走行方向に延びる外側部と、前記第１の誘導コイルで区画された空間内で、上記内側部及び上記外側部間に延びる中間部とを有し、前記内側部及び前記外側部の、前記中間部よりも下流側の部分と前記中間部とで区画された開放空間側を上記走行方向の下流側に向けて配置され、上記内側部、中間部及び外側部を通る磁束の閉回路を形成する第５の強磁性体を備えることが好ましい。
【００２６】
さらに、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記第５の強磁性体の外側部及び内側部のうちの少なくとも一方の下流側の端部は、分岐された形状とされていることが好ましい。
【００２７】
加えて、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記第１の誘導コイルは、上記開口部から側方に向かうにつれて上記オープン管との隙間が広がるよう形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の電縫管溶接装置によれば、オープン管の両端面部近傍における開口部の両外側に、オープン管の表面を流れる誘導電流からなる少なくとも２つ以上の閉回路が形成されるように、開口部から管外方向に離間した位置に、オープン管の外周を周回せず、即ち、この外周を１周せずに、開口部を跨ぐように閉回路が形成された誘導コイルが配置された構成を採用している。これにより、従来のワークコイル方式に比べて、走行する金属帯板を曲げながら筒状にして電縫管溶接する際の加熱効率を、製造する電縫管の径が大きな場合であっても、簡単な装置で効果的に向上させることができるため、大容量の電源を用意する必要が無い。また、セットアップも容易で、製造する電縫管の寸法や形状に合わせて誘導コイルの形状を変える必要が少ないことから、保有するワークコイル（誘導コイル）の本数を減らすことができるので、設備コストをさらに抑制することが可能になるとともに、既設の電源を用いた場合であっても安価なコストで導入できる。
【００２９】
そして、上述のような加熱効率の向上に伴い、電力使用量を低減することで省エネが実現可能となるか、あるいは、同じ電力を投入した場合にはライン速度を上げることができ、生産性が向上できる。さらに、従来、電源容量の制限や大電力投入時のインピーダー焼損の制限から製造が困難であったサイズの電縫管を製造することも可能になることから、その産業上の効果は計り知れない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】誘導コイルを用いた電縫管溶接装置の、従来の考えに基づく電流分布を示す概略平面図である。
【図２】図１で説明した誘導コイルを用いた電縫管溶接装置を説明する概略側面図である。
【図３】図１に示す電縫管溶接装置の概略側断図である。
【図４】電磁場解析に基づく電流分布を示す平面模式図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る電縫管溶接装置を説明する概略平面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置を用いた場合の電流分布を説明する平面模式図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る電縫管溶接装置を説明する概略図であり、図５中に示すＡ−Ａ断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、（ａ）は第１の誘導コイルの上流の両端面部間に第１の強磁性体を配置した例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、両端面部間に曲線形状の略横向きＨ字状の第１の強磁性体を配置した例を示す断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、両端面部間にＴ字状の第１の強磁性体を配置した例を示す断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、両端面部間にＩ字状の第１の強磁性体を配置した例を示す断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、両端面部間に逆Ｔ字状の第１の強磁性体を配置した例を示す断面図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の変形例を示す概略平面図である。
【図１４】図１３に示す電縫管製造装置を示す、図１３のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の他の変形例を説明する概略図であり、第３の強磁性体を誘導コイルの上方に配置した例を示す平面図である。
【図１６】図１５に示す電縫管製造装置を示す、図１５中のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【図１７】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の他の変形例を説明する概略図であり、楕円状の誘導コイルを配置した例を示す平面図である。
【図１８】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の他の変形例を説明する概略図であり、矩形状誘導コイルの走行方向の導体幅を広げた例を示す平面図である。
【図１９】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の他の変形例を説明する概略図であり、第１の誘導コイルの接合部に近い部分の幅を狭くし、且つ、位置を接合部に近づけた例を示す平面図である。
【図２０】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の他の変形例を説明する概略図であり、高さ方向において３ターンとした第１の誘導コイルを用いた例を示す側面図である。
【図２１】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の他の変形例を説明する概略図であり、略同一平面内において３ターンとした第１の誘導コイルを用いた例を示す平面図である。
【図２２】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の他の変形例を説明する概略図であり、第１の誘導コイルの上流側に、同様の構成を有する第２の誘導コイルを配置した例を示す平面図である。
【図２３】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の他の変形例を説明する概略図であり、第１の誘導コイルの上流側に、同様の構成を有する第２及び第３の誘導コイルを配置した例を示す平面図である。
【図２４】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の他の変形例を説明する概略図であり、第１の誘導コイルとして、走行方向に直交する断面でみて、平坦に延びる誘導コイルを用いた例を示す断面図である。
【図２５】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、オープン管の上方に設置した第１の誘導コイルの上流側に、第１の誘導コイルと接続された導体をオープン管の開口部内に設置した例を示す平面図である。
【図２６】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する模式図であり、図２５に示す第１の誘導コイル及び導体に一次電流を通じた際の、オープン管に誘起される二次誘導電流における主電流の流れを示す平面図である。
【図２７】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、図２５に示す導体をなす導体部間に第４の強磁性体を設置した例を示す平面図である。
【図２８】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、導体をオープン管の開口部内に設置した場合の両端面部との位置関係を示す側断面図である。
【図２９】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する模式図であり、図２８における導体に一次電流を通じた際の、電流の流れを示す側断面図である。
【図３０】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、第１の誘導コイルの上流側におけるオープン管の両端面部間に、さらに、第１の誘導コイルと電気的に絶縁された導体を設置した例を示す平面図である。
【図３１】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、図３０に示す導体をなす導体部間に第４の強磁性体を設置した例の平面図である。
【図３２】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、図３１に示す導体を、オープン管の両端面部に平行な２本の導体部から構成した例の平面図である。
【図３３】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、図３２における、導体をなす導体部間に第４の強磁性体を設置する場合の支持構造の例を示す縦断面図である。
【図３４】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、第１の誘導コイル及びオープン管の開口部に挿入するように第５の強磁性体を設置した例を示す平面図である。
【図３５】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、図３４に示す、第１の誘導コイル及びオープン管の開口部に挿入するように第５の強磁性体を設置した例の側断面図である。
【図３６】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置の変形例を示す概略図であり、第５の強磁性体の内側部として、オープン管内に配置されたインピーダ−を用いた例を示す側断面図である。
【図３７】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、図３４および図３５における第５の強磁性体の支持構造の例を示す断面図である。
【図３８】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、第１の誘導コイル及びオープン管の開口部に挿入するように、外側部及び内側部の下流側端部がそれぞれ分岐した形状を有する第５の強磁性体を設置した例を示す平面図である。
【図３９】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、第５の強磁性体の外側部の下流側端部に、内側部へ突出した張出部を設けた例を示す側断面図である。
【図４０】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、図３４に示す第１の誘導コイルの上流側に、さらに、第１の誘導コイルと電気的に絶縁された導体をオープン管の開口部内に設置した例の平面図である。
【図４１】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、図４０に示す導体をなす導体部間に第４の強磁性体を設置した例の平面図である。
【図４２】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、図２５に示す第１の誘導コイル及びオープン管の開口部内に挿入するように第５の強磁性体を設置した例の平面図である
【図４３】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、図４２に示す導体の導体部の間に、さらに第４の強磁性体を設置した例の平面図である。
【図４４】本発明の効果確認実験に用いた、開口部を模擬的に形成したオープン管の概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の電縫管溶接装置の実施の形態について、図１〜図４３を適宜参照しながら説明する。なお、この実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために詳細に説明するものであるから、特に指定の無い限り、本発明を限定するものではない。
【００３２】
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、誘導コイルを用い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密着させて接合（溶接）することで電縫管が得られる。ここで、本発明で説明する「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」、「下流」という場合は、金属帯板またはオープン管の走行方向における「上流」、「下流」を指すものとする。
【００３３】
［第１の実施形態］
図５は、本発明の第１の実施形態である電縫管溶接装置５０を示す概略平面図であり、図６は、図５に示す電縫管溶接装置５０を用いて電縫管溶接を行った際に発生する、誘導電流の分布を模式的に示した平面図である。
【００３４】
図５に示す電縫管溶接装置５０は、走行方向Ｒに走行する金属帯板１が、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が間隔をあ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近傍に高周波電流を通じ、開口部２の間隔を次第に狭めながら加熱して両端面部２ａ，２ｂを溶融させ、該両端面部２ａ，２ｂ同士を接触させて溶接する装置である。より具体的には、本実施形態の電縫管溶接装置５０は、オープン管１の両端面部２ａ，２ｂ近傍における開口部２の両外側に、オープン管１の表層を流れる、図６に示すような誘導電流４ａ，４ｂからなる少なくとも２つ以上の閉回路が形成されるように、開口部２から管外方向（上方）に離間した位置に、円筒状のオープン管１の外周を１周（周回）させずに、開口部２を跨ぐように少なくとも１ターン以上の閉回路が形成された誘導コイル（第１の誘導コイル）３が配置され、概略構成されている。ここで「１ターン」とは、平面視において、第１の誘導コイル３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、完全に１周しているコイルのみならず、図５等に示すように、他端部が一端部の手前で終端し、完全には１周しないものも含む意味である。そして、本実施形態では、上述の電縫管溶接装置５０を用いることにより、第１の誘電コイル３内に、オープン管１の開口部２を跨いで少なくとも１ターン以上の一次電流回路が形成されるように構成されている。
【００３５】
本発明において以下に説明する第１の誘導コイル３は、銅等の良導体のパイプや線材、板等からなり、その材質等は特に限定されない。また、第１の誘導コイル３は、形状は矩形でも円形であっても良く、特に限定されるものではない。また、図５に例示するように、本実施形態では、第１の誘導コイル３を、円筒状のオープン管１の接合部６の上流において、オープン管１と近接して、オープン管１の開口部２上を少なくとも２箇所で横切る様に配置している。
【００３６】
図７は、図５中のＡ−Ａ線に沿う概略断面図である。
ここで、従来の誘導加熱方式では、図１〜４に例示するように、円筒状のオープン管１の外側を周回して周方向に１ターン以上のコイルを形成している。これに対し、本発明においては、オープン管１の外周における周回数を１周未満としてオープン管１の周囲全体を周回させることなく、略平面状に少なくとも１ターン以上の閉回路を形成した第１の誘導コイル３が、オープン管１と接触しないように隙間を設けて離間した位置で、オープン管１の開口部２を跨ぐように配置する。図７に示す例では、第１の誘導コイル３がオープン管１の端面部２ａ，２ｂの上側を横切り、上方に設けられる図示略の電源に向かう構成を示している。そして、本実施形態では、第１の誘導コイル３に高周波電流を流すことで一次電流回路を形成することにより、この一次電流回路の下方の開口部２の両外側におけるオープン管１に、少なくともオープン管１の両端面部２ａ，２ｂを通る誘導電流を有する二次電流の閉回路が、両端面部２ａ，２ｂの近傍に各々１つ以上形成されるように、上記一次電流回路が形成される。なお、本発明において、高周波とは１０ｋＨｚ以上を指し、好ましくは１００ｋＨｚ以上である。
【００３７】
図７に示す例においては、第１の誘導コイル３を流れる電流は、この第１の誘導コイル３に沿って、まず、平面視で、図示略の電源に接続された図７中の右側上方から下方に向かって流れ、次に、オープン管１の一方の端面部２ｂの上方を右方向へ横切った後に、図７中の奥行き方向で手前側から奥側（図５中に示す矢印方向も参照）へ向かう。さらに、第１の誘導コイル３を流れる電流は、再びオープン管１の一方の端面部２ｂの上方を左方向に横切り、引き続き、他方の端面部２ａの上方を左方向に横切って流れ（図５も参照）、次に、図７中の奥行き方向で奥側から手前側に向かった後に、次は右側にむかう。そして、第１の誘導コイル３を流れる電流は、再びオープン管１の他方の端面部２ａの上方を右方向へ横切って、最後に図７中の上方へと向かい、図示略の電源へと戻る。
【００３８】
上述のような経路で電流が第１の誘導コイル３を流れる際、オープン管１には、図６中の矢印に示す様な誘導電流の分布が生じる。図５中に示すように、第１の誘導コイル３に一次電流が反時計回りに流れると、図６中に示すように、オープン管１の、第１の誘電コイル３に対応する部分には、時計回りに誘導電流４ａ，４ｂが発生する。この誘導電流４ａ，４ｂは、第１の誘導コイル３がオープン管１の開口部２を横切る部分では、開口部２の空間を誘導電流が流れることができず、この開口部２の空間を横断できない誘導電流は、オープン管１の端面部２ａ及び端面部２ｂに沿って流れるようになる。このようにして、オープン管１の端面部２ａ側及び２ｂ側のそれぞれおいて、誘導電流４ａ，４ｂによる主電流のループ（閉回路）が生じ、オープン管１の端面（開口部２に臨む面）を含む端部が加熱される。
本実施形態では、図６中に示すように、オープン管１の両端面部２ａ，２ｂ近傍における開口部２の両外側に、オープン管１の表層を流れる誘導電流４ａ，４ｂからなる２つのループが形成されている。この際、接合部（溶接部）６側（下流側）の第１の誘導コイル３近傍において、オープン管１は、その開口部２の幅が狭まってインピーダンスが低くなることから、第１の誘導コイル３の接合部６に近い側が開口部２の上方を横切る近傍においては、誘導電流の一部が分流して接合部６側に流れることで、誘導電流５ｃ，５ｄが生じる。上述した通り、この分流した誘導電流５ｃ，５ｄは、接合部６近傍では開口部２の両端面部２ａ，２ｂの間が近いことから近接効果によって電流が集中し、より高温になるため、両端面部２ａ，２ｂが溶融して溶接される。
【００３９】
一方、図６に示すように、第１の誘導コイル３の上流側においては、誘導電流の一部がオープン管１の端面部２ａ，２ｂを通ることで誘導電流５ａ，５ｂが流れる。この誘導電流５ａ，５ｂは、接合部６からは離れており、且つ、接合部６近傍に流れる誘導電流の集中を阻害することから、溶接効率を低下させることになる。従って、そのような誘導電流の発生を抑制するため、図８（ａ），（ｂ）に示す実施形態の電縫管溶接装置においては、第１の誘導コイル３よりも上流側で、且つ、開口部２に対応する位置で、両端面部２ａ，２ｂの間に強磁性体（第１の強磁性体）９を配置している。ここで、図８（ｂ）は、図８（ａ）中に示すＢ−Ｂ線に沿う概略断面図であり、第１の強磁性体９が両端面部２ａ，２ｂの間に、開口部２の内外にわたって（開口部２を通して、オープン管１の内部から外部にわたって）配置されている状態を表している。
【００４０】
オープン管１の端面部２ａ，２ｂの間の開口部２に遊挿状態で配置される第１の強磁性体９は、オープン管１の端面部２ａ，２ｂに誘導電流５ａ，５ｂが流れると、それを阻止するように働き、インピーダンスを高め、第１の誘導コイル３よりも上流側に流れる誘導電流を抑制するものである。このため、電磁誘導によってオープン管１の外表面で発生した誘導電流は、接合部６側に集中して流れるので、溶接に有効な電流４ａ，４ｂ，５ｃ，５ｄの電流密度が上がる。従って、第１の強磁性体９を配置しない場合に比べて供給電力が少なくて済み、省エネが可能となる。あるいは、第１の強磁性体９を配置しない場合と同じ電力を投入するのであれば、ライン速度を上げることが可能であり、生産性も向上できる。
【００４１】
本発明者等は、このような第１の強磁性体９の形状を決めるため、電磁場解析並びに実際の加熱温度分布を測定した結果、オープン管１の端面部２ａ，２ｂを流れる電流５ａ，５ｂは、特に、端面部２ａ，２ｂにおける上端縁部（上側コーナー部）と下端縁部（下側コーナー部）に多く流れることが判明した。このため、第１の強磁性体９は、図８（ａ），（ｂ）に示す例のように、オープン管１の両端面部２ａ，２ｂ間の開口部２に対応する位置に配置されるとともに、これら両端面部２ａ，２ｂにおける上側コーナー部、下側コーナー部の一方又は双方を覆うような構造を有していることが望ましい。ここで、図８（ｂ）に示す例では、第１の強磁性体９が、両端面部２ａ，２ｂの上側コーナー部及び下側コーナー部の双方を覆う構造を示している。
【００４２】
第１の強磁性体９は、図８（ｂ）に例示するような、断面がＨの字を横にしたような形状であることが、上流側に流れる誘導電流５ａ，５ｂを抑制する最も高い効果が得られる。即ち、オープン管１の端面部２ａ，２ｂの平面部（端面）のみならず、オープン管１の上側コーナー部及び下側コーナー部を覆うように上下面に延びる形状が望ましい。また、第１の強磁性体９は、図９に示す例のように、各々の角部を曲面で形成しても良い。さらに、第１の強磁性体９の形状は、図８（ｂ）や図９のような形状には限定されず、例えば、図１０に例示するように、オープン管１の走行方向Ｒに垂直な断面における形状がＴ字状のものや、図１１に例示するような断面形状がＩ字状のものの他、図１２に例示するような断面形状が逆Ｔ字状のものでも構わない。この場合、誘導電流５ａ，５ｂの抑制効果としては、断面横向きＨ字形状、断面Ｔ字形状、断面逆Ｔ字形状、断面Ｉ字形状の順に高い。
また、第１の強磁性体９の外形状は、特に直線的に形成する必要もない。
また、このような第１の強磁性体９の材質としては、例えば、フェライトや電磁鋼板、アモルファス等、導電率が低い強磁性体材料を用いればよい。
【００４３】
また、第１の強磁性体９を配置する位置としては、第１の誘導コイル３よりも上流であれば良いが、第１の誘導コイル３により近い位置の方が、上流に流れようとする電流を元から阻止できることからより効果的である。但し、第１の強磁性体９が第１の誘導コイル３に近付き過ぎると、強磁場のために第１の強磁性体９が発熱しやすくなる。そのため、第１の誘導コイル３に流す電流の強さ等にもよるが、第１の強磁性体９は、第１の誘導コイル３から上流側に１０ｍｍ以上離して配置するのが望ましく、適用に当たっては、磁場の強さに応じて適宜影響のない位置を求めることがより好ましい。この際、磁場の強さにもよるが、走行方向Ｒでみて、第１の強磁性体９の下流側端部を、第１の誘導コイル３の上流側端部から、例えば、１０〜２００ｍｍの範囲で離して配置することで、好ましい特性が得られることが多い。また、水冷や空冷等の手段を用いて第１の強磁性体９を強制的に冷却することがより効果的である。また、第１の強磁性体９の寸法に関しては、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、上記走行方向Ｒにおける長さに関しては数十ｍｍ程度でも十分な効果があり、また、厚さに関してはオープン管１に接触しない程度とすれば良く、開口部２に近接させることでより高い効果が得られる。
【００４４】
また、第１の強磁性体９の配置の仕方に関しては、オープン管１の内周面回りの誘導電流を抑えるインピーダー８と組み合わせ、このインピーダー８により、オープン管１の端面部２ａ，２ｂからオープン管１の内周側へは誘導電流が流れ込まない状態として第１の強磁性体９を配置すると、第１の誘導コイル３の上流に流れる誘導電流の抑制効果をより高めることが可能となる。
【００４５】
本実施形態の一変形例では、図１３及び図１４に示すように、強磁性体（第２の強磁性体）９’を、第１の誘電コイル３の内側でかつオープン管１の両端面部２ａ，２ｂ間に配置することで、第１の誘電コイル３の下流側、つまり接合部６側へ流れる電流密度を増大させている。詳細には、図５に示すように第１の誘導コイル３を配置した場合、接合部６に向かう誘導電流を増やし、溶接効率を上げるためには、第１の誘導コイル３をできる限り接合部６に近づけて、接合部６側のインピーダンスを下げるのが望ましい。しかし、実際にはスクイズロール７や、図示しない他のロールが第１の誘導コイル3側に迫ってくるように接合部６の上近傍に設置されることから、第１の誘導コイル３は接合部６から或る程度離して設置せざるを得ない。そのため、第１の誘導コイル３を接合部６から離しても、接合部６側に誘導電流が流れやすくするため、本実施形態の装置では、図１３及び図１４に示すように第１の誘導コイル３の内側でかつオープン管１の端面部２ａ，２ｂ間に第２の強磁性体９’を設置する。第１の誘導コイル３で発生した誘導電流は、図６に示すようにオープン管１の両端面（開口部２を臨む面）を含む、第１の誘導コイル３に対向する、オープン管１の開口部２の両側に閉回路を形成し、誘導電流の一部が接合部６に流れる。なお、図では便宜上、オープン管１の端面を流れる誘導電流は、該端面近傍の上部を流れるように図示している。第２の強磁性体９’は、第２の強磁性体９’とオープン管１の端面間のインピーダンスを増加させ、この端面を流れようとする電流に対しこの流れを阻止するように働く。その結果、第１の誘導コイル３でオープン管１に発生した誘導電流は、オープン管１の端面側を流れる電流が減少し、その分接合部６側へ流れる電流量を増加させる効果をもたらす。電縫管は、高温にさらされる時間が短いほど酸化物の生成が抑制されるとともに、高温部の領域が狭くなり、温度による品質劣化を避けることができるため、短時間に溶融温度に達成することが望ましく、接合部６側への電流増加は溶接品質の安定にも効果がある。なお、第２の強磁性体９’は、図１４に示すように、オープン管１の端面間にあれば良く、深さ方向長さは、少なくともオープン管１の板厚以上あれば良く、望ましくは開口部２に臨むオープン管１の端面の上縁及び下縁を超えて延びるのが望ましい。形状については、図１４に示すＩ型に捉われるものではなく、図９〜図１２を参照して説明した第１の強磁性体９と同様、他の形状を採用することができる。また、第２の強磁性体９’は、フェライトや電磁鋼板、アモルファス材などの強磁性材料から形成することができる。また、第２の強磁性体９’は、強磁場内に設置することから、磁束飽和しないような断面積を有することが好ましい。また、発熱を抑制するため、第２の強磁性体９’には、空冷や水冷等の冷却手段を付加するのが好ましい。
【００４６】
本実施形態の他の変形例では、図１５及び図１６に示すように、溶接効率をより高めるため、上述の第１の強磁性体９とは別に、第１の誘導コイル３の背面（上面）３Ａ側に近接して、板状の強磁性体（第３の強磁性体）１０を設ける。ここで、図１５は、説明を簡略化するため、インピーダー８を省略した構成例を示す概略平面図であり、図１６は、図１５中に示すＤ−Ｄ線に沿う概略断面図である。これら図示例においては、第１の誘導コイル３の外側近傍（背面３Ａ側）に第３の強磁性体１０を設けている。具体的には、第１の誘導コイル３における開口部２とは反対の背面３Ａ側に、第１の誘導コイル３をほぼ覆うように、第３の強磁性体１０を設ける。第３の強磁性体１０は、第１の誘導コイル３に沿った形状、すなわち図１６のように、第１の誘導コイル３がオープン管１に沿って湾曲して形成されている場合には、第３の強磁性体１０も同様に湾曲して形成することが好ましく、後述するような第１の誘導コイル３がオープン管１に沿わずに平坦な形状を有する場合（図２４）には、第３の強磁性体１０も平坦に形成することが好ましい（図示両略）。また、図示例においては、第３の強磁性体１０は、開口部２にほぼ対応する位置で分割された対とされ、第１の誘導コイル３をほぼ覆うように設けられている。換言すれば、第３の強磁性体は、オープン管１の開口部２に対応する位置で、第１の誘導コイル３の幅方向の略半部を覆う第１の半部１０ａと、該第１の誘導コイル３の残りの略半部を覆う第２の半部１０ｂとに分割された構成を有している。
【００４７】
第３の強磁性体１０の材質としては、第１，２の強磁性体９，９’と同様に、フェライトや積層した電磁鋼板、アモルファス合金等の強磁性材料を用いればよい。
なお、図１５及び図１６では、第３の強磁性体１０が中央で幅方向に２分割された例を示しており、この場合、接合部６近傍の状態が観察し易くなる等の利点があるが、これには限定されず、例えば、分割せずに一体に構成してもよい。強磁性体１０は、第１の誘導コイル３の形に合わせて複数に分割されていても構わない。
【００４８】
本実施形態において、第１の誘導コイル３の近傍（上方）に第３の強磁性体１０を設けることがより好ましいのは、第３の強磁性体１０が、オープン管１やロール及び装置のその他の構造体よりも透磁率が数倍高い性質を利用し、第１の誘導コイル３で発生した磁束を磁気抵抗の小さな第３の強磁性体１０に導き、磁束の拡散を防止して、第１の誘導コイル３近傍に磁束を集中させるためである。このような第３の強磁性体１０を設けない場合には、第１の誘導コイル３に一次電流を流すことで発生した磁束は、周囲の磁性材であるロールやその他の構造体に流れてしまい、電力が無駄に消費されてしまう。本実施形態では、第１の誘導コイル３の背面３Ａ側に第３の強磁性体１０を設けることにより、無駄に使われる電力の消費を防ぐことができる。従って、第３の強磁性体１０を用いることで、第１の誘導コイル３の近傍に磁束が集中することにより、オープン管１に発生する誘導電流も増加し、オープン管１の端面部２ａ，２ｂを流れる電流密度が上昇して加熱効率を上げることが可能となる。
【００４９】
また、第３の強磁性体１０と第１の誘導コイル３との距離は、より近いほど、無駄に消費される電力消費を効果的に防ぐことができる点から好ましく、具体的には、これらが接触しない程度に、数ｍｍ〜数十ｍｍ程度の隙間をあけて配置するのが望ましい。
【００５０】
なお、本実施形態においては、図５等に示すような第１の誘導コイル３が矩形形状の場合について説明したが、第１の誘導コイルは、例えば、図１７に示すような楕円形状の誘導コイル３１として構成しても良い。あるいは、図１８に示す矩形形状の第１の誘導コイル３２のように、オープン管１の走行方向Ｒに延びる誘導コイル部分のコイル幅Ｗ１を、オープン管１の開口部２を横切る方向に延びる誘導コイル部分のコイル幅Ｗ２よりも広くした誘導コイル３２を用いてもよい。図５に示す例のような、誘導コイル部分の幅Ｗ１，Ｗ２が同じ誘導コイル３の場合には、オープン管１の、走行方向Ｒに延びる誘導コイル部分の直下が、この誘導コイル部分の長さの分だけ加熱され続けることから、電縫管の強度低下や寸法精度不良、材質不良等の原因となる可能性がある。図１７や図１８に示す例は、この部分の発熱を抑える効果を狙ったものであり、図１７の場合には、第１の誘導コイル３１の形状を楕円とし、オープン管１が進行する際に第１の誘導コイル３１を横切る時間を短くすることで、オープン管１の特定部分が高温になることを防止できる。また、図１８の場合には、走行方向Ｒにおける誘電コイル部分の幅Ｗ１を広くすることによって、当該拡幅部分の電流密度を下げ、第１の誘導コイル３２の、走行方向Ｒに沿って延びる部分直下で発生する誘導電流密度を下げて発熱を抑制できる。
【００５１】
また、接合部６への電流をさらに増大させる方法としては、第１の誘導コイルとして、図１９に示す例のように、スクイズロール７や、接合部６の上部に設けられる図示略のトップロールなどをかわすように、接合部６に向けて先細りに形成された誘導コイル３３を配置するのも有効である。図１９に示す例では、第１の誘導コイル３３の接合部６に近い部分の幅を狭くするとともに、この部分を接合部６に近づけた構成とされている。このような方法は、比較的小径サイズの鋼管を製造する場合も有効な方法である。
【００５２】
上記図示例では、第１の誘導コイル３，３１〜３３の巻数は１ターンであったが、第１の誘導コイル３，３１〜３３あるいは後述する他の誘導コイルの巻数は、２ターン以上とすることができる。参考として、図２０に、高さ方向に巻数を３ターンとした誘導コイル３と、図２１に、略同一平面内で、巻数を３ターンとした誘導コイル３を示す。このように複数ターンの誘導コイルを用いることにより、同じ電流であれば電界強度が高まる（電界強度は、巻数に比例する）ので、集中して電力を供給することができる。逆に同じ電界強度を得るためには、巻数を増やすことにより、供給する電流を小さくすることができる。これは、十分なコイルの断面積を確保できない場合に、コイルの許容電流密度に達しないように電流を下げることができるという利点がある。さらに、電流値を下げることにより、銅損も減少させることもできる。
【００５３】
また、本実施形態においては、図２２に示す例のように、上記構成の第１の誘導コイル３に加え、さらに、上流側に、同様の構成とされた別の誘導コイル（第２の誘導コイル）３’を備える構成を採用することも可能である。
【００５４】
あるいは、図２３に示すように、第１の誘導コイル３の上流側に、同様の構成とされた別の２つの誘導コイル（第２及び第３の誘導コイル）３’，３’’を備える構成を採用することも可能である。このようにすることにより、電流を分流させることができ、各誘導コイルに流れる電流値を下げることができる。また、コイルの直列接続、並列接続を組み合わせることにより、インダクタンスの調整ができるという利点がある。
【００５５】
さらに、本実施形態では、図２４に示すように、第１の誘導コイル３を走行方向Ｒに直交する断面でみて略平坦な形状に形成することにより、第１の誘導コイル３がオープン管１の開口部２から離れるに従ってオープン管１とのギャップが広がってゆく構成を採用してもよい。このような構成を採用することにより次の利点が得られる。すなわち、図７や図１６のように、第１の誘導コイル３をオープン管１の外面に沿って湾曲した形状とすると、オープン管１の、第１の誘導コイル３の直下の部分が集中して加熱され、高温となり、当該部分の機械的強度が低下したり変形等が発生したりするおそれがあるのに対し、第１の誘導コイル３をオープン管１の開口部２から離れるにつれてオープン管１との距離が拡大するよう形成すると、第１の誘導コイル３の、走行方向Ｒに沿って延びる部分に対応するオープン管１の側方部分での電流の集中が緩和されるため、当該側方部分の局部加熱を回避することができる。また、第１の誘導コイル３を、このような形状とすることにより、溶接されるオープン管１の径が変わっても、鋼管サイズ毎にコイルを変える必要が無く、同一サイズの誘導コイルを使い回すことができるため、設備コストを低減することもできる。さらに、鋼管サイズが変更になっても誘導コイルを交換する手間が減り、生産性が向上するという利点もある。
【００５６】
［第２の実施形態］
以下に、本発明の第２の実施形態に係る電縫管溶接装置について説明する。
図２５は、本発明の第２の実施形態である電縫管溶接装置６０を示す概略平面図であり、図２６は、図２５に示す電縫管溶接装置６０を用いて電縫管溶接を行った際に発生する誘導電流の分布を模式的に示した平面図である。
【００５７】
上述の第１の実施形態では、第１の誘導コイル３の上流側に第１の強磁性体９を配置することにより、第１の誘導コイル３の上流側へ流れる誘導電流を抑制することについて説明したが、本実施形態においては、第１の誘導コイル３の上流側に、一次電流が流れる導体を設けることで、上流側への誘導電流を同様に抑制し、接合部６への電流を増加させて加熱効率を向上させる構成を採用するものであり、以下にその詳細を説明する。また、本実施形態においては、第１の実施形態と同様の構成については同じ符号を付与するとともに、その詳細な説明を省略する。
【００５８】
図２５に示すように、本実施形態の電縫管溶接装置６０は、オープン管１の走行方向Ｒでみて、第１の誘導コイル３０よりも上流側に、オープン管１の端面部２ａ，２ｂに沿って直線状に延びる２つの導体部３４Ａ，３４Ｂを有する導体３４を備える。各導体部３４Ａ，３４Ｂはそれぞれ、オープン管の端面部２ａ，２ｂの端面から離間し、かつ該端面に対向するよう設けられている。図２５に示す例では、下流側に位置される第１の誘導コイル３０と、上流側に位置する導体３４の導体部３４Ａ，３４Ｂとは相互に一体化され、つまり、電気的に接続、連通されている。したがって、第１の誘導コイル３０へ供給される一次電流は、導体部３４Ａ，３４Ｂを介して流れる。
【００５９】
このように、第１の誘導コイル３０に加えて、それよりも上流側に２つの導体部３４Ａ，３４Ｂを有する導体３４も設けることにより、図２６に模式的に示すような誘導電流がオープン管１に発生することになる。詳細には、第１の誘導コイル３０を流れる一次電流によって、オープン管１の、第１の誘導コイル３０に対応する位置で、第１の誘導コイル３０の一次電流とは逆向きに誘導電流４ａ’，４ｂ’のループが形成される。さらに、各導体部３４Ａ，３４Ｂを流れる一次電流によって、該導体部３４Ａ，３４Ｂに対向する、オープン管１の端面部２ａ，２ｂに、導体部３４Ａ，３４Ｂの一次電流とは逆向きに誘導電流５ａ’（Ｅ），５ｂ’（Ｅ）が生じ、誘導電流５ａ’，５ｂ’のループが形成される。つまり、導体部３４Ａ，３４Ｂに対応して形成された二次電流（誘導電流）の閉回路（ループ）５ａ’，５ｂ’の、オープン管１の端面部２ａ，２ｂを通る誘導電流５ａ’（Ｅ），５ｂ’（Ｅ）は、第１の誘導コイル３０に対応して形成された二次電流（誘導電流）の閉回路（ループ）４ａ’，４ｂ’の、オープン管１の端面部２ａ，２ｂを通る誘導電流４ａ’（Ｅ），４ｂ’（Ｅ）とは逆向きに流れる。
【００６０】
このような誘導電流５ａ’，５ｂ’は、図６で示した誘導電流５ａ，５ｂよりも、導体部３４Ａ，３４Ｂによって生じる誘導電流が加わった分、電流密度が高くなっている。このため、誘導電流５ａ’（Ｅ），５ｂ’（Ｅ）の流れが、これとは逆向きに流れる、オープン管１の両端面部２ａ，２ｂにおける誘導電流４ａ’（Ｅ），４ｂ’（Ｅ）の流れを抑制又は殆ど消滅させるとともに、誘導電流４ａ’，４ｂ’において、端面部２ａ，２ｂとは反対側を流れる誘導電流を増幅させる。そして、この増幅した誘導電流により、接合部６へと向かう誘導電流５ｃ’，５ｄ’のループが増幅されて、両端面部２ａ，２ｂから接合部６側に向かって電流密度の高い誘導電流５ｃ’（Ｅ），５ｄ’（Ｅ）が流れるようになる。これにより、接合部６の近傍においては、高周波電流の近接効果によってさらに電流が集中し、加熱効率がさらに向上する結果となる。このような効果は、特に、オープン管１の両端面部２ａ，２ｂの間隔が２０〜３０（ｍｍ）程度である場合により顕著となる。
【００６１】
一方、オープン管１の両端面部２ａ，２ｂ間の間隔が小さい場合、即ち、開口部２が狭く、端面部２ａ，２ｂと導体部３４Ａ，３４Ｂとの間隔が狭くなる場合、端面部２ａ，２ｂと導体部３４Ａ，３４Ｂとの間のインピーダンスよりも、導体部３４Ａと導体部３４Ｂとの間のインピーダンスの方が小さくなる。こうなると、導体部３４Ａ，３４Ｂの外側部分（導体部３４Ａ，３４Ｂの、端面部２ａ，２ｂ側の部分）を流れる１次電流が分流して、導体部３４Ａ，３４Ｂの内側部分（他方の導体部３４Ａ，３４Ｂに対向する部分）を流れるようになり、誘導電流５ａ’（Ｅ），５ｂ’（Ｅ）が減少する場合がある。このため、本実施形態においては、図２７に例示するように、導体部３４Ａ，３４Ｂ間のインピーダンスを増大させるため、強磁性体（第４の強磁性体）１１を設けることがより好ましい。具体的には、図示例のように、導体部３４Ａ，３４Ｂの間に、該導体部３４Ａ，３４Ｂと電気的に絶縁するように第４の強磁性体１１を配置する。このような第４の強磁性体１１を設けることで、導体部３４Ａ，３４Ｂ間のインピーダンスを高めることができ、導体部３４Ａ，３４Ｂの上記内側部分を流れようとする電流を上記外側部分へ流す作用が得られる。さらに、強磁性体１１は透磁率が高いため、導体部３４Ａ，３４Ｂの上記外側部分を流れる一次電流により、該導体部３４Ａ，３４Ｂと対向する端面部２ａ，２ｂに磁束を集中させることができるので、誘導電流５ａ’，５ｂ’が両端面部２ａ，２ｂに効率的に流れ、加熱効率が向上するという効果が得られる。
【００６２】
なお、導体部３４Ａ，３４Ｂの高さ寸法Ｈは、図２８及び図２９に示す例のように、オープン管１の最大板厚よりも少し大きくすることが好ましい（図２８及び図２９では便宜上、一方の端面部２ａ及び導体部３４Ａのみ示す。）。さらに、導体部３４Ａ，３４Ｂの高さ寸法Ｈは、導体部３４Ａ，３４Ｂがオープン管１の外面及び内面を超えてはみ出すような寸法とされている。このような導体部３４Ａ，３４Ｂに一次電流が流れると、オープン管１の各端面部２ａ，２ｂには、図２９中の矢印に示す様な誘導電流５ａ’（Ｅ），５ｂ’（Ｅ）が流れる（図２９では便宜上、一方の端面部２ａにおける誘導電流５ａ’（Ｅ）のみ示す。）。この際、導体部３４Ａ，３４Ｂに流れる一次電流と、これに誘起される誘導電流５ａ’（Ｅ），５ｂ’（Ｅ）との間の空間部分がインダクタンスとして作用し、誘導コイルとみなすことのできる導体３４におけるインダクタンスを低下させようとするため、導体部３４Ａ，３４Ｂを流れる一次電流は、両端面部２ａ，２ｂに発生する誘導電流５ａ’（Ｅ），５ｂ’（Ｅ）に対向するように、図２９中に網掛けで示す符号Ｓの部分に沿って流れるようになる。これにより、両端面部２ａ，２ｂにおける電流密度が高められ、加熱効率が向上するという効果が得られる。
【００６３】
なお、図２８中に示す導体部３４Ａ，３４Ｂにおいて、オープン管１の内面側からはみ出す下部３４ａの領域については、この部分が無くとも本実施形態による効果が十分に得られる。しかしながら、図示例のように、導体部３４Ａ，３４Ｂの高さ寸法Ｈを、オープン管１の外面及び内面からはみ出す寸法とすることにより、オープン管１の板厚等が異なる場合等、仕様の異なる電縫管を製造する際に、都度、導体３４を交換する手間が省けるので、作業性や生産性の向上に繋がる。なお、導体部３４Ａ，３４Ｂの高さ寸法Ｈは、オープン管１の最大板厚より小さくしてもよいが、加熱効率が低下する場合もある。
【００６４】
また、第４の強磁性体１１としては、上記の各強磁性体と同様、フェライトや電磁鋼板、アモルファス等、導電率が低い強磁性材料を用いればよく、磁束飽和しないように設計すれば良い。磁束密度が高く、第４の強磁性体１１の発熱が無視できない場合には、例えば、当該第４の強磁性体１１に冷却水を供給して冷却したり、あるいは、空気等のガスや気体と液体とを混合した冷却媒体で冷却したりする等の方法を採用すれば良い。
【００６５】
なお、上記図２５〜図２９では、誘導コイル３０と導体３４とを一体として形成する例を示したが、本実施形態の変形例では、図３０に示すように、ループ状の第１の誘導コイル３と導体３５とを、相互に電気的に接続されない独立した構成とすることもできる。図３０の例では、導体３５は、オープン管１の端面部２ａ，２ｂに対向して直線状に延びる２つの導体部３５Ａ，３５Ｂと、これら２つの導体部を繋ぐ導体部３５Ｃとを有しており、平面視で略Ｕ字形状に形成されている。この場合、図示略の電源から供給される電流（図中の矢印を参照）を、それぞれ反対方向で通電させても良い。このような構成とした場合には、供給電流を第１の誘電コイル３と導体３５とに分流させ、第１の誘導コイル３の電流密度を下げることができることから、発熱を抑制できる効果が得られる。
【００６６】
また、図２７〜図２９の例と同様、図３１に示す例のように、導体３５の導体部３５Ａ，３５Ｂの間に第４の強磁性体１１を配置した構成を採用しても良い。
さらに、本実施形態では、図３２に示す例のように、ループ状の第１の誘導コイル３と、２つの導体部３５Ａ，３５Ｂが互いに分離された導体３５とを組合せた構成を採用しても良い。図３０及び図３１のように、導体部３５Ａ，３５Ｂを直列で接続した場合、導体３５内の電流密度が高くなりすぎることがあるが、図３２の例のように、導体３５を、導体部３５Ａと導体部３５Ｂとに分割された構成を採用することにより、所定の一次電流が分流されて各導体部３５Ａ，３５Ｂの電流密度を下げることで、この導体部３５Ａ，３５Ｂの発熱を抑制できる。
【００６７】
なお、第４の強磁性体１１は、導体部３５Ａ，３５Ｂよりも上下に少なくとも１０ｍｍ以上大きな寸法とし、幅は、隣接する導体部３５Ａ，３５Ｂとの間の後述する絶縁材を含め、できる限り大きくすることが望ましい。また、第４の強磁性体１１の走行方向Ｒの長さについては、対向する導体部３５Ａ，３５Ｂの長さと同等以上あれば良い。
【００６８】
さらに、図３２に示すように、導体３５をなす導体部３５Ａ，３５Ｂ間に、第４の強磁性体１１を配置した場合には、加熱効率がより一層向上する点から好ましい。
【００６９】
また、第４の強磁性体１１は、例えば、フェライトのようなわずかに導電性がある材料を採用した場合、上記のような導体部３５Ａ，３５Ｂと接触した際にスパークが発生し、損傷することも想定されるため、表面を絶縁材で被覆するか、あるいは、絶縁材を被覆できない場合には、空気層を隔てて絶縁する構成を採用しても良い。
【００７０】
ここで、図３３に示す例では、導体部３５Ａ，３５Ｂと第４の強磁性体１１とが、絶縁板２０を介して組み付けられているとともに、導体部３５Ａ，３５Ｂが、導体部止め板２１を介して、絶縁性の樹脂やセラミックス等からなるリニアガイド２２に可動に取り付けられている。このような構成を採用することにより、電縫溶接の際に、導体部３５Ａ，３５Ｂがオープン管１の端面部２ａ，２ｂと接触した場合であっても、絶縁板２０を介して組み付けられた導体部３５Ａ，３５Ｂ及び第４の強磁性体１１が、図中において左右方向に自在に動くので、導体部３５Ａ，３５Ｂの損傷を防止することが可能となる。また、このような構成を採用した場合には、図示略の電源装置と導体部３５Ａ，３５Ｂとの接続線２３を、自在に動かすことが可能な編組線から構成することが好ましい。
【００７１】
［第３の実施形態］
以下に、本発明の第３の実施形態に係る電縫管溶接装置について説明する。
図３４は、本発明の第３の実施形態である電縫管溶接装置７０を示す概略平面図であり、図３５は、図３４に示す電縫管溶接装置７０を用いて電縫管溶接を行った際に、第１の誘導コイル３で発生した磁束Ｍが、強磁性体（第５の強磁性体）１２に通じる際の磁束方向を説明する概略側断面図である。
【００７２】
本実施形態においては、上述した第１，２の実施形態に対し、さらに誘導加熱効率を向上させるため、以下に例示するような構成を採用する。本実施形態においては、第１、２の実施形態と同様の構成については同じ符号を付与するとともに、その詳細な説明を省略する。
【００７３】
図３４に示すように、本実施形態の電縫管溶接装置７０は、第５の強磁性体１２が、第１の誘導コイル３に囲まれた空間及び開口部２に挿入されるように配置される。第５の強磁性体１２は、オープン管１の内側に配置され、走行方向Ｒに延びる内側部１２ａと、オープン管１の外側に配置され、走行方向Ｒに延びる外側部１２ｂと、これらの内側部１２ａ及び外側部１２ｂ間でオープン管１の管内外方向（図では垂直方向）に延びる中間部１２ｃと、を有する。第５の強磁性体１２は、第１の誘導コイル３よりも下流側の接合部（溶接部）６側に向かって延び、第１の誘導コイル３及び開口部２を跨ぐように配置されている。また、第５の強磁性体１２は、オープン管１の走行方向Ｒにおける側面側の断面形状が角張った横向きＵの字状又は横向きＵの字形状（図３４及び図３５に示す例においては角張った横向きＵの字状）とされている。第５の強磁性体１２は、横向きＨ字形状又は横向きｈ字形状としてもよい。図３４及び図３５に示す例では、断面形状が角張った横向きＵの字状の強磁性体１２は、その開放部（開放空間）側がオープン管１の走行方向Ｒの下流側に向けられ、一次電流回路の下流部の上方の空間と、一次電流回路の上流部と下流部の間の空間と、接合部６の下方の管内空間とにわたるように配置されている。また、第５の強磁性体１２は、内側部１２ａ及び外側部１２ｂの先端（下流側の端部）が接合部６近傍まで延びていることが望ましい。また、第５の強磁性体１２の厚みは磁束飽和しない程度以上に厚くするのが望ましいが、スクイズロール７等に当たらない程度の厚みに抑える必要がある。
【００７４】
図３４に例示するように、本実施形態の電縫管溶接装置７０は、図５及び図６に例示した電縫管溶接装置５０と同様、第１の誘導コイル３に一次電流が通電される（図３４中の矢印を参照）。この際、図３５に示すように、第１の誘導コイル３で発生した磁束Ｍは、第１の誘導コイル３を跨ぐように接合部（溶接部）６側に延在された第５の強磁性体１２を通じて、開口部２に臨む両端面部２ａ，２ｂ近傍を通過して誘導電流を発生させる。また、オープン管１を通過した磁束Ｍは、図３５中の矢印で示すように、第５の強磁性体１２において、オープン管１の管内に配置される内側部１２ａと、管外に配置される外側部１２ｂと、中間部１２ｃとを含めて、管内外を結ぶ磁気回路を形成する。このような第５の強磁性体１２は、透磁率が高い材料からなることから、第１の誘導コイル３から発散される磁束Ｍを引き込む効果があるため、磁束Ｍを効率よく接合部６側におけるオープン管１の両端面部２ａ，２ｂを貫通させることができ、誘導電流を効率的に発生させることが可能となる。
【００７５】
なお、図３４及び図３５の例では、第５の強磁性体１２は、互いに一体化された内側部１２ａ、外側部１２ｂ及び中間部１２ｃから構成されているが、これらは別体として形成してもよい。また、内側部１２ａ、外側部１２ｂ及び中間部１２ｃを別体として形成した場合には、内側部１２ａ、外側部１２ｂ及び中間部１２ｃの相互間は、直に接している必要はなく、上述したような磁束Ｍの閉回路が形成される限りにおいて互いに離間していても、相互間に他の部材が介在していてもよい。例えば、図３６に示すように、オープン管１内に、走行方向Ｒに延びるインピーダー８が配置されている場合には、当該インピーダー８を第５の強磁性体１２の内側部１２ａとして代用することができる。図３６の例では、インピーダー８は、インピーダーケース１３内に収容されており、中間部１２ｃは、上記内側部１２ａとして機能するインピーダー８と直に接してはいないが、磁束Ｍの閉回路は形成される。
【００７６】
次いで、図３７に、上述したような第５の強磁性体１２の支持構造の一例を示す。図示例においては、第５の強磁性体１２の外側部１２ｂと中間部１２ｃとが一体として形成されるか又は互いに固着されており、内側部１２ａはこれらとは別体として形成されている。第５の強磁性体１２を組み付けるにあたって、まず、管内中央付近に設置されたマンドレル２４に、第５の強磁性体１２の内側部１２ａが取り付けられる。そして、オープン管１の開口部２の上方に第１の誘導コイル３（図３４を参照）をセットした後、外側部１２ｂを開口部２の上方に配置された台座２６上に載置する。これにより、第５の強磁性体１２が可動で懸架支持された状態となる。この際、外側部１２ｂと一体に形成された中間部１２ｃは、その下端が、内側部１２ａの上面に形成された凹部内面に接する。このような構成を採用することにより、第５の強磁性体１２の一部がオープン管１の端面部２ａ，２ｂに接触した場合でも、強磁性体１２が自在に移動するので、強磁性体１２の損傷や、オープン管１の端面部２ａ，２ｂに大きな疵が生じるのを防止することができる。さらに、第５の強磁性体１２において、オープン管１の端面部２ａ，２ｂと接触する可能性のある中間部１２ｃを、ガラステープやベーク板からなる絶縁材で保護することが、装置の損傷防止や、スパークが生じるのを防止できる観点から好ましい。なお、本実施形態では、設置の容易性を考慮して第５の強磁性体１２を分割した形態を例に説明しているが、例えば、一体物の断面が角張った横向きＵの字状の形状として第５の強磁性体１２を構成し、上記例と同様に、台座２６に載せて使用しても構わない。
【００７７】
また、本実施形態では、図３８に示すように、第５の強磁性体コア１２を、接合部６近傍において、内側部１２ａ及び外側部１２ｂの少なくとも何れか一方が、平面視でオープン管１の端面部２ａ，２ｂ近傍の外側に向かうように分割された形状としても良い。即ち、強磁性体１２の内側部１２ａ及び外側部１２ｂの少なくとも何れか一方が、その下流側の端部１２ａ１，１２ｂ１において、接合部６を避けるように二叉に分岐された形状（略Ｖ字状または略Ｕ字状等）とされていても良い。また、内側部１２ａ及び外側部１２ｂの両方を下流側の端部１２ａ１，１２ｂ１において二叉に分岐された形状とすることがより好ましい。
【００７８】
上記形状を採用することが好ましい理由としては、第５の強磁性体１２の外側部１２ｂの下流側の端部１２ｂ１を分岐させることで、接合部（溶接部）６の様子を上部からモニター等で観察し易くなることが挙げられる。また、第５の強磁性体１２の内側部１２ａの下流側端部１２ａ１を分岐させることで、接合部６近傍において溶融した金属が、誘導電流に伴って発生する電磁力によって排出されて管内に落下した場合に、当該溶融金属が第５の強磁性体１２の内側部１２ａに接触して内側部１２ａが損傷するおそれを低減することができるからである。また、排出された溶融金属が、管上方へ飛び出すこともあるが、この場合でも、第５の強磁性体１２の外側部１２ｂの下流側端部１２ｂ１を分岐させることで、外側部１２ｂに直接溶融金属が接触することを抑制でき、外側部１２ｂの損傷が低減される効果もある。
【００７９】
本実施形態では、図３８に例示するように、第５の強磁性体１２の内側部１２ａ及び外側部１２ｂの双方において、下流側の端部１２ａ１，１２ｂ１を、両端面部２ａ，２ｂ近傍の両外側に向かうように分岐させ、オープン管１の開口部２から少し外れた位置へ配置する形状としている。これにより、第５の強磁性体１２の内側部１２ａへの溶接金属の落下、堆積が生じるのを抑制でき、さらに、接合部６の状態を目視確認することが可能となる。従って、第５の強磁性体１２の磁気機能の低下を防止でき、安定して性能を維持し続けることが可能になり、さらに、工程において、常時、溶接部の状態を確認することが可能となる。
【００８０】
また、本実施形態において、第５の強磁性体１２の内側部１２ａ及び外側部１２ｂは、上掲図では、オープン管１に沿ってほぼ水平に形成しているが、内側部１２ａ及び外側部１２ｂの少なくとも何れか一方は、下流に向かうにつれて、内側部１２ａ及び外側部１２ｂ間の距離が漸増又は漸減するよう傾斜して配置することもできる（図示省略）。なお、良好な磁気回路を形成する、つまり磁気抵抗を低減する観点では、内側部１２ａ及び外側部１２ｂ間の距離は、下流に向かうにつれて漸減されることが好ましい。また、同様の観点で、図３９に示すように、外側部１２ｂの下流側の端部に、内側部１２ａへ向けて突出する張出部１２ｂ２を設けることもできる。
【００８１】
ところで、本実施形態において備えられる第５の強磁性体１２は、図４０に示す例のように、上述した第２の実施形態のような、第１の誘導コイル３及び導体３５を備える構成に適用することも可能である。また、図４１に示す例のように、導体３５内側に第４の強磁性体１１が備えられた構成において、第１の誘導コイル３及び開口部２に挿入するように配置された第５の強磁性体１２を備えた構成を採用することも可能である。
【００８２】
さらに、本実施形態では、図４２に示すように、上述した第２の実施形態における、図２５に示す例の第１の誘導コイル３０及びオープン管１の開口部２に挿入するように、第５の強磁性体１２を備えた構成を採用することも可能である。さらに、図４３に示すように、図４２中に示す導体部３４Ａ，３４Ｂの間に、第４の強磁性体１１を設置した構成を採用することも可能である。さらに、詳細な図示を省略するが、図３２に示す構成に、第５の強磁性体１２を備えた構成を適用することも可能である。
【００８３】
以上説明したように、本発明に係る電縫管溶接装置によれば、オープン管１の両端面部２ａ，２ｂ近傍における開口部２の両外側に、オープン管１内を流れる誘導電流からなる少なくとも２つ以上の閉回路が形成されるように、開口部２から管外方向に離間した位置に、円筒状のオープン管１の外周を周回せず、即ち、この外周における周回数を１周未満として、開口部２を跨ぐように少なくとも１ターン以上の閉回路が形成された第１の誘導コイル３が配置された構成を採用している。これにより、従来のワークコイル方式に比べて、走行する金属帯板１を曲げながら筒状にして電縫管溶接する際の加熱効率を、製造する電縫管の径が大きな場合であっても、簡単な装置で効果的に向上させることができ、また、セットアップも容易となる。また、製造する電縫管の寸法や形状に合わせて誘導コイルの形状を変える必要が少ないことから、保有するワークコイル（誘導コイル）の本数を減らすことができるので、大容量の電気設備を有する必要もなく設備コストを抑制することが可能になるとともに、既設の電源を用いた場合であっても安価なコストで導入できる。
【００８４】
そして、上述のような加熱効率の向上に伴い、電力使用量を低減することで省エネが実現可能となるか、あるいは、同じ電力を投入した場合にはライン速度を上げることができ、生産性が向上できる。さらに、従来、電源容量の制限やインピーダー焼損の制限から製造が困難であったサイズの電縫管を製造することも可能になることから、その産業上の効果は計り知れない。
【００８５】
本発明においては、上述のように、簡単な構成の電縫管溶接装置で小径から大径までの電縫管を製造することが可能であるが、特に、製造時において加熱効率が低下する、径が大きな電縫管を効率よく製造するのに有効である。また、誘導コイルの上流へ流れる電流によってロールが損傷するのを防止でき、さらに、従来のように誘導コイルの中に金属帯板を通す必要もなく、誘導コイルのセットや取り替えが容易である等の優れた効果を有する。
【実施例】
【００８６】
以下、本発明に係る電縫管溶接蔵置の実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、もとより下記実施例に限定されるものではなく、前、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
本実施例においては、本発明の効果について、静止加熱実験によって確認を行った。
【００８７】
［実施例１］
「被加熱材」
本実施例では、被加熱材として、外径：３１８．５ｍｍ、肉厚：６．９ｍｍ、長さ：１ｍの配管用炭素鋼管（ＳＧＰ管）上部に、図４４に示すように、レーザー加工によって開口部の形状を模擬したもの（以下、オープン管という。）を用いた。この際のレーザー加工は、図４４中における左側端部から、平行開口部の間隔：５０ｍｍ、長さ：２００ｍｍで、その後、接合部にみたてた頂点と両端部との角度：５．７度で、５００ｍｍの長さで開口した（開口部は合計７００ｍｍ）。また、頂点部は０．５Ｒとした。
【００８８】
「電縫管溶接装置」
本実施例で用いた電縫管溶接装置では、誘導コイルとして、φ１０ｍｍの水冷銅管を、上下流方向に２００ｍｍ、且つ、周方向に２００ｍｍとして、図５〜図７に示すように折り曲げたものを用い、銅管とオープン管との間を１０ｍｍ離して配置した。また、加熱の際は、周波数２００ｋＨｚ−２０ｋＷの電力を投入し、静止加熱で最高温度が１０００℃になるまでの時間を計測した。また、加熱温度は、オープン管の開口部に臨む端面部に、５０μｍのＫ熱電対を、接合部から２０ｍｍピッチで溶着して測温した。また、インピーダーとしては、図７に示す例とは異なる、厚さ８ｍｍのフェライトコアを、水冷可能なエポキシ樹脂製のカバーに５層で積層して入れ、接合部の直下から上流側に向けて４００ｍｍの範囲で配置した。
【００８９】
「実験手順」
まず、本発明例１として、上記誘導コイルを、接合部６から上流側（開口部側）に５０ｍｍ離れた位置に、誘導コイルの下流側（接合部側）の端部を配置して加熱を行った。
また、本発明例２として、本発明例１と同様に上記誘導コイルを配置するとともに、図１５及び図１６に示すような、第３の強磁性体としての湾曲板状のフェライトコア（厚さ：１５ｍｍ、幅（周方向）：１５０ｍｍ、長さ（上下流方向）：２５０ｍｍ）を誘導コイルから５ｍｍ離して、誘導コイルの背面（上面）側に２個使用して、開口部を境に両端に配置して加熱を行った。
また、本発明例３として、本発明例１と同様に上記誘導コイルを配置するとともに、第１の強磁性体としての、図８（ａ）および図１０に示すようなフェライト製のＴ字型コア（長さ（走行方向Ｒ）：１５０ｍｍ、水平部幅：１００ｍｍ、水平部厚さ：２０ｍｍ、垂直部足の長さ：５０ｍｍ、垂直部幅：３０ｍｍ）を誘導コイル上流５０ｍｍに配置して加熱を行った。
また、本発明例４として、本発明例２と同様に上記誘導コイル、並びに、誘導コイルの上方のフェライトコア（第３の強磁性体）を配置するとともに、誘導コイルの上流側５０ｍｍに、本発明例３で用いたＴ字型コア（第１の強磁性体）を配置して加熱を行った。
【００９０】
また、比較例１として、従来と同様、円筒状にオープン管の外周を囲む様にして１Ｔ（ターン）とした誘導コイル（長手方向幅：２００ｍｍ、内径：３４０ｍｍ、厚さ：１０ｍｍの水冷銅板製誘導コイル）を、接合部の上流側５０ｍｍに配置して加熱した。
また、比較例２として、比較例１と同様に、円筒状にオープン管の外周を囲む様にした１Ｔの誘導コイルを、接合部の上流側２５０ｍｍに配置して加熱した。
【００９１】
また、上記各実験においては、接合部の昇温速度と、接合部から上流側に１５０ｍｍ離れた位置の開口部の端面部での昇温速度を比較した。なお、各実験においては、ロール７は設けない状態で行った。
上記本発明例１〜４及び比較例１、２の結果を下記表１に示す。
【００９２】
【表１】
2014027564.tif 000050
【００９３】
表１に示す昇温速度比は、本発明例１における接合部と上記開口部の端面部のそれぞれにおける加熱速度を１とした時の、各実験の昇温速度の割合を示したものであり、加熱速度は、変態熱の影響、放散熱の影響を考慮して、接合部から１５０ｍｍの位置の温度が５００℃まで加熱する時の加熱速度とし、５００℃に至らない場合には、最大２００秒までの加熱速度とした。
【００９４】
表１に示すように、比較例１の場合、鋼管全体が暖まるため、鋼管端面部においても、また、接合部においても、２００秒では５００℃に達することはなかった。
また、比較例２では、誘導コイルを接合部から２５０ｍｍ離しており、鋼管端面の温度は多少上昇するものの、顕著な温度上昇は見られないことがわかる。
【００９５】
一方、本発明の電縫管溶接装置を適用した本発明例１では、誘導コイルが鋼管全体を周回しないため、ロスが小さいことと、開口部両端に生じる閉回路が誘導コイル内にあり、且つ、鋼管端面に電流が廻ることから、昇温速度が速いことがわかる。
また、本発明例２では、第３の強磁性体を配置することで磁束が誘導コイル直下に集中することから、本発明例１に比べて２倍以上の昇温速度が得られることがわかる。
さらに、第１の強磁性体を配置することで、本発明例３（第３の強磁性体無し）及び本発明例４（第３の強磁性体有り）は、誘導コイルの上流に流れる電流を防止することができることから、それぞれ、本発明例１（第３の強磁性体無し）及び本発明例２（第３の強磁性体有り）と比べて、１０％前後の加熱速度の向上が見られる。
【００９６】
［実施例２］
本実施例では、実施例１の本発明例１〜４においては、溶接部（接合部）から５０ｍｍの位置に誘導コイルを設置したのに対し、実機においてはスクイズロールやトップロール等が設置されており、誘導コイルを溶接部から近い位置に設置できないケースもあることから、溶接部から離れた位置に誘導コイルを設置する場合を想定して実験を行った。
【００９７】
本実施例においては、図５に示すような装置だと、誘導コイル（符号３参照）に囲まれたオープン管１の両端面部２ａ，２ｂの温度上昇は大きくなるが、接合部の温度上昇は小さくなることから、接合部へ向かう電流量を増すため、図２５及び図２６に示すような、互いに電気的に接続された第１の誘導コイル３０及び導体３４を備えた構成の電縫管溶接装置６０を用いて実験を行った。また、本実施例では、インピーダーを用いず、誘導コイルのみを用いた実験を行った。また、本実施例では、誘導コイルを上記構成とし、インピーダーを用いなかった点以外は、上記実施例１と同様の条件で電縫管溶接を行った。
【００９８】
具体的には、上下流方向の長さ：１００ｍｍ、且つ、周方向の幅：２００ｍｍとされた第１の誘導コイル３０と、上下流方向の長さ：２００ｍｍ、高さ：２０ｍｍ、厚さ：３ｍｍの鋼板からなる導体３４を接続した。
そして、本発明例５として、このようになる誘導コイル及び導体を、接合部６から上流側（開口部側）に１５０ｍｍ離れた位置に、誘導コイルの下流側（接合部側）の端部を配置して加熱を行った。
また、本発明例６として、本発明例５と同様に上記誘導コイル及び導体を配置するとともに、図２７に示すように、導体３４を構成する２つの導体部３４Ａ，３４Ｂ間に、走行方向Ｒの長さ：２００ｍｍ、高さ：２０ｍｍ、厚さ：５ｍｍのフェライトコア（第４の強磁性体）を配置して加熱を行った。
また、本発明例７として、本発明例５と同様に上記誘導コイル及び導体を配置するとともに、走行方向Ｒの長さ：２００ｍｍ、幅：１５ｍｍ、高さ：９０ｍｍの角張った横向きＵの字状を有するフェライトコア（第５の強磁性体：図３４等を参照）を、第１の誘導コイル３０及びオープン管１の開口部２に挿入するように配置して加熱を行った。
また、本発明例８として、本発明例６と同様に導体３４を構成する２つの導体部３４Ａ，３４Ｂ間にフェライトコア（第４の強磁性体）を配置するとともに、本発明例７と同様に、角張った横向きＵの字状のフェライトコア（第５の強磁性体）を第１の誘導コイル３０及びオープン管１の開口部２に挿入するように配置して加熱を行った。
【００９９】
また、比較例３として、上記比較例２と同様に、円筒状にオープン管の外周を囲む様にした１Ｔの誘導コイルを、接合部の上流側２５０ｍｍに配置して、同じ電流で通電加熱を行い、昇温速度を比較した。
上記本発明例５〜８及び比較例３の結果を下記表２に示す。
【０１００】
【表２】
2014027564.tif 000051
【０１０１】
表２に示す昇温速度比は、比較例３における加熱速度を１とした時の、各実験の昇温速度の割合を示した。
表２に示すように、本発明例５では、従来のような鋼管（オープン管）の外周を囲む誘導コイル形式の比較例１、２に比べ、加熱速度が４５％速くなることが確認できた。
また、本発明例６では、上流側の導体３４をなす２つの導体部３４Ａ、３４の間に第４の強磁性体としてのフェライトコアを挿入することで、さらに、加熱速度が１５％速くなることが確認できた。
また、本発明例７、８では、上述した角張った横向きＵの字状の、第５の強磁性体としてのフェライトコアを第１の誘導コイル３０及びオープン管１の開口部２に挿入することで、上記本発明例５、６に比べて、それぞれ２倍以上の加熱速度が得られることが確認でき、効率的な加熱が可能となることが明らかとなった。
【０１０２】
なお、本実施例においては、鋼管（オープン管）の上方に誘導コイルを設置するだけで簡単にセットが済むこと、並びに、鋼管径が±１０％程度で変化した場合でも、加熱速度は大きく変わらないことも確認できた。
【０１０３】
[実施例３]
本実施例では、外径３１８．５ｍｍ、肉厚６．９ｍｍ、長さ１ｍの鋼管（オープン管）上に、外径１０ｍｍ、内径８ｍｍの銅管からなる長さ２５０ｍｍ、幅２００ｍｍの矩形の誘導コイル（第１の誘導コイル）を配置した。この際、オープン管との距離が１０ｍｍ（一定）となるように誘導コイルを湾曲させ、鞍型の形状とした。誘導コイル内には、冷却水を流して冷却をした。誘導コイルは、接合部から１５０ｍｍ離した位置に設置した。オープン管の開口部は、実施例１の場合と同形状である。本発明例９ではさらに、誘導コイル内側かつ開口部内に、図１３に示すように、幅（周方向）１０ｍｍ、長さ（走行方向Ｒ）６５ｍｍ、高さ３０ｍｍの、第２の強磁性体としてのフェライトコアを、オープン管の端面部近傍の管外表面から上方に１０ｍｍ出るようにし、接合部から１９０ｍｍ（誘導コイルから３０ｍｍ）位置から２５５ｍｍの位置まで設置して、溶接電流８００Aで１０秒間静止加熱を行った。
【０１０４】
本発明例１０では、フェライトコアの長さを１３０ｍｍとし、接合部から１９０ｍｍ（誘導コイルから３０ｍｍ）の位置から３２０ｍｍの位置まで設置し、同様に静止加熱を行った。
【０１０５】
本発明例１１では、フェライトコアの長さを１９５ｍｍとし、接合部から１９０ｍｍ（誘導コイルから３０ｍｍ）の位置から３８５ｍｍの位置まで設置し、同様に静止加熱を行った。
【０１０６】
また、基準としての本発明例１２では、オープン管の開口部内に上述したようなフェライトコアを配置せずに、同様の静止加熱を行った。
【０１０７】
評価は、上記発明例９〜１２につき、オープン管の端面の、誘導コイルで囲まれた部分の走行方向における中間位置での温度変化と、オープン管の端面の、誘導コイルの下流側端と接合部との中間位置（接合部から７５ｍｍの位置）での温度変化とをそれぞれ測定し、本発明例９〜１１について、本発明例１２の昇温温度に対する、各点の昇温温度割合を求めて評価した。結果を表３に示す。
【０１０８】
【表３】
2014027564.tif 000052
【０１０９】
表３の結果より、第２の強磁性体としてのフェライトコアを誘導コイルで囲まれたオープン管の端面間に設置することにより、誘導コイル内に位置する、オープン管の端面の箇所の温度上昇が緩やかとなる一方、接合部により近い側の、オープン管の端面の箇所の温度上昇が向上している。これは、誘導コイル内に位置する、オープン管の端面を流れる電流が減少し、その分、接合部側へ流れる電流が増加していることを示しており、第２の強磁性体であるフェライトコアを設置することにより、本発明の電縫管溶接装置の効率がより向上していることを示している。
【符号の説明】
【０１１０】
１…金属帯板、オープン管、
２…開口部、
２ａ，２ｂ…オープン管の端面部、
６…接合部（溶接部）、
５０，６０，７０…電縫管溶接装置、
３…第１の誘導コイル、
３’…第２の誘導コイル、
３’’…第３の誘導コイル、
３Ａ…第１の誘導コイルの背面（上面）、
３０，３１，３２，３３…第１の誘導コイル、
３４…導体、
３４Ａ，３４Ｂ…導体部、
３５…導体、
７…ロール、
８…インピーダー、
９…第１の強磁性体、
９’…第２の強磁性体、
１０…第３の強磁性体、
１１…第４の強磁性体、
１２…第５の強磁性体、
４ａ，４ｂ，４ａ’，４ｂ’，５ａ，５ｂ，５ａ’，５ｂ’，５ｃ，５ｄ，５ｃ’，５ｄ’…誘導電流、
４ａ’（Ｅ），４ｂ’（Ｅ），５ａ’（Ｅ），５ｂ’（Ｅ），５ｃ’（Ｅ），５ｄ’（Ｅ）…誘導電流（金属板端面部を流れる誘導電流）、
Ｍ…磁束、
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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接合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、
前記誘導加熱手段が、少なくとも１つの誘導コイルを有し、該少なくとも１つの誘導コイルのうち、前記接合部の最も近くに位置する第１の誘導コイルは、内部に磁性体コアを伴わない空芯コイルであり、前記開口部を跨いで一次電流回路が形成されるように、前記オープン管の外周を周回せずに、前記開口部の上方に配置されており、
前記第１の誘導コイルに高周波電流を流すことで一次電流回路を形成した際に、前記オープン管の、前記第１の誘導コイルの下方でかつ前記開口部の両外側の部分に、前記オープン管の、少なくとも前記端面部を通る誘導電流を有する二次電流の閉回路が、前記両端面部の近傍に各々１つ以上形成されるように、前記一次電流回路が形成されていることを特徴とする電縫管溶接装置。
【請求項２】
前記高周波電流の周波数は、１００ｋＨｚ以上である、請求項１に記載の電縫管溶接装置。
【請求項３】
前記オープン管の走行方向において前記第１の誘導コイルよりも上流側で、且つ、対向する両端面部の間に配置された第１の強磁性体を備える、請求項１又は２に記載の電縫管溶接装置。
【請求項４】
前記第１の強磁性体の断面形状が、前記オープン管の走行方向と垂直な断面において、Ｔ字状、逆Ｔ字状、Ｉ字状、又は、横向きＨ字状であることを特徴とする請求項３に記載の電縫管溶接装置。
【請求項５】
前記オープン管の両端面部の間でかつ前記第１の誘導コイルの内側に配置された第２の強磁性体を備える、請求項１〜４の何れか１項に記載の電縫管溶接装置。
【請求項６】
前記第１の誘導コイルの上方に、該第１の誘導コイルを少なくとも部分的に覆う第３の強磁性体を備える、請求項１〜５の何れか１項に記載の電縫管溶接装置。
【請求項７】
前記第３の強磁性体は、前記オープン管の開口部に対応する位置で、前記第１の誘導コイルの略半部を覆う第１の半部と、該第１の誘導コイルの残りの略半部を覆う第２の半部とに分割された構成を有する、請求項６に記載の電縫管溶接装置。
【請求項８】
前記第１の誘導コイルの前記一次電流回路によって形成された、前記二次電流の閉回路における前記オープン管の各端面部を通る誘導電流の上流側に、当該誘導電流とは逆向きの誘導電流が前記オープン管の各端面部に発生するように、前記オープン管の、走行方向における上流側の前記開口部内に、前記端面部から離間して対向するように設けられた一対の導体部を有する導体が配置されている、請求項１〜７の何れか１項に記載の電縫管溶接装置。
【請求項９】
前記導体は、前記第１の誘導コイルと電気的に接続されている、請求項８に記載の電縫管溶接装置。
【請求項１０】
前記導体における前記一対の導体部の間に配置され、該一対の導体部に沿って延びる第４の強磁性体を備える、請求項８又は９に記載の電縫管溶接装置。
【請求項１１】
前記第４の強磁性体は、前記一対の導体部から電気的に絶縁されている、請求項１０に記載の電縫管溶接装置。
【請求項１２】
前記オープン管の内側で前記走行方向に延びる内側部と、前記オープン管の外側で前記走行方向に延びる外側部と、前記第１の誘導コイルで区画された空間内で、前記内側部及び前記外側部間に延びる中間部とを有し、前記内側部及び前記外側部の、前記中間部よりも下流側の部分と前記中間部とで区画された開放空間側を前記走行方向の下流側に向けて配置され、前記内側部、中間部及び外側部を通る磁束の閉回路を形成する第５の強磁性体を備える、請求項１〜１１の何れか１項に記載の電縫管溶接装置。
【請求項１３】
前記第５の強磁性体の外側部及び内側部のうちの少なくとも一方の下流側の端部は、分岐された形状とされている、請求項１２に記載の電縫管溶接装置。
【請求項１４】
前記第１の誘導コイルは、前記開口部から側方に向かうにつれて前記オープン管との隙間が広がるよう形成されている、請求項１〜１３の何れか１項に記載の電縫管溶接装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2014027564.tif 000053
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１３】
2014027564.tif 000054
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２２】
2014027564.tif 000055
【手続補正書】
【提出日】平成27年5月1日(2015.5.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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部間を溶接する電縫管の製造装置に関する。
【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、金属ビレットに直接穴をあけ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型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、ロールでオープン管の両端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、一つは、例えば、オープン管の外周を囲むように誘導コイル（ソレノイドコイル）を巻き、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及び非特許文献１を参照）があり、もう一つは、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とともに、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。インピーダーは、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用いられる。
【０００４】
さらに、オープン管に誘導電流を発生させる方法には、下記特許文献２に記載されるように、鉄心付きの誘導加熱コイルを、オープン管の端部の上方に配置し、該誘導加熱コイルに電流を流すことにより鉄心内に発生した交番磁界の作用で該端部を加熱するいわゆるＴＦ方式（横断加熱方式）もある。しかし、ＴＦ方式において、供給する電流の周波数を上げて溶融温度まで上昇させようとすると、被溶接材の外表面だけが溶融し溶け込み不良となるため、ＴＦ方式は、電縫管の製造では、特許文献２のように１〜３ｋＨｚ程度の低周波電流による予備的な加熱手段として用いられるにすぎない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５３−４４４４９号公報
【特許文献２】特開平１０−３２３７６９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「高周波の基礎と応用」（東京電機大学出版局、Ｐ７９，８０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１〜３は、電縫管の溶接工程について説明する模式図である。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電縫管が製造される工程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、２に示す工程の概略側断面図である。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、オープン管の端部の上面側（外面側）を電流が流れている様に描いて示している。以下、他の図面の説明においても、オープン管の両端部を流れる電流は、この両端部の上面側を電流が流れるように示すものとする。
【０００８】
図１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略の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７で両端面部２ａ，２ｂが押しつけられて接合部（溶接部）６で接触する。このスクイズロール７の上流には、向かい合う両端面部２ａ，２ｂを溶融させて接合するために、図１に示すような誘導コイル（ソレノイドコイル）３００が設けられ、この誘導コイル３００に高周波電流を流すことにより、誘導コイル直下の円筒状のオープン管１に誘導電流が発生する。この誘導電流は、オープン管１を周回する誘導コイル３００に沿ってオープン管１の外周を周回するが、途中でオープン管１の端面部２ａ，２ｂが開口部によって開放されていることから、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つの方向に流れようとする。つまり、図１に示すように、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６を通る電流４０ａ，４０ｂであり、また、２番目の方向に流れる電流は、オープン管１の開口部から周面を回る電流である。図１中、符号４０ｃ，４０ｄは、オープン管１の外周を回る電流を示している。
【０００９】
なお、図１中では、オープン管１の内周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８と呼ばれるフェライト等からなる強磁性体のコア等を、オープン管１の内部に配置し、オープン管１の内面のインピーダンスを高めることにより、内周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６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８を配置しなくても内周のインピーダンスが十分に大きくなり、内周を回る電流が抑制される場合もあるためである。
【００１０】
通常、誘導コイル３００に投入された電力は、誘導コイルがオープン管１の外周を回る部分と、接合部６までの往復分とで、大部分が消費されることになる。このため、製造しようとする電縫管の径が大きくなるほど、誘導コイル３００から接合部６までの往復距離に比べ、オープン管１の外周長が大きくなり、オープン管１の端部を加熱する電力に比べてオープン管１の外周部を加熱する電力の割合が大きく、加熱効率が低下する。このため、従来、径が大きな電縫管を製造する場合には、オープン管の外周を電流が回るのを抑制することが可能な、電極による接触通電を行う場合もある。この接触通電は、溶接効率が高いという利点があるが、電極がオープン管と接触する部分の疵や、電極とオープン管との接触不良等によるスパークの発生に伴う疵が発生しやすいという問題がある。このような疵の発生を無くすためには、非接触の誘導コイルを用いた方法を採用する必要があるが、上述したように、この方法を径の大きな電縫管の製造に適用した場合には、オープン管の端部を加熱する電流に比べてオープン管の外周部を回って加熱する電流の割合が大きくなる。そのため、溶接効率が低くなることから電源容量を大きくする必要があり、設備費の増大や、インピーダーが強磁場による大電力に耐えらずに焼損する等の問題が生じる。これらの事情により、従来は、インピーダーが焼損しないように電力量を抑制しながら生産を行わなければならず、生産性の低下を招く他、インピーダーを使用しない場合には、低加熱効率で生産するのを余儀なくされていた。
【００１１】
また、本発明者等は、電縫溶接時の加熱効率を上げるため、オープン管に発生した誘導電流の分布について鋭意検討した。従来は、非特許文献１にも開示されているように、誘導コイル直下から接合部に向かう方向にのみ、電流が流れるものと説明されていた。しかしながら、本発明者等が電縫管の電磁場解析で電流分布を調査したところ、実際には、図４に示すように、誘導コイル３００直下からの電流は、接合部６方向の電流のみならず、相当量の電流５ａ，５ｂが分流して誘導コイル３００の上流に流れていることがわかった。すなわち、誘導コイル３００で供給した電力が有効に接合部６に流れず、無効電力（電力損失）の原因になっていることが判明した。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、特に、径が比較的大きな電縫管を誘導コイル方式で製造する際の加熱効率を向上させることができ、簡単な装置で効率よく電縫溶接を行うことが可能な電縫管溶接装置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】
【００１３】
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行なったところ、誘導コイルの形状や配置位置、さらには、強磁性体等の形状や配置位置等を適正化することにより、径が大きな電縫管を製造する場合であっても高い加熱効率が得られることを見出し、本発明を完成させた。
【００１４】
すなわち、本発明の電縫管溶接装置は、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、上記開口部の間隔を次第に狭めながら上記端面部同士を接合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、上記誘導加熱手段が、少なくとも１つの誘導コイルを有し、該少なくとも１つの誘導コイルのうち、上記接合部の最も近くに位置する第１の誘導コイルは、内部に磁性体コアを伴わない空芯コイルであり、上記開口部を跨いで一次電流回路が形成されるように、上記オープン管の外周を周回せずに、上記開口部の上方に配置されており、上記第１の誘導コイルに高周波電流を流すことで一次電流回路を形成した際に、上記オープン管の、上記第１の誘導コイルの下方でかつ上記開口部の両外側の部分に、上記オープン管の、少なくとも上記端面部を通る誘導電流を有する二次電流の閉回路が、上記両端面部の近傍に各々１つ以上形成されるように、上記一次電流回路が形成されており、上記オープン管の両端面部の間でかつ上記第１の誘導コイルの内側に配置された第１の強磁性体を備える。
【００１５】
また、本発明の電縫管溶接装置は、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、上記開口部の間隔を次第に狭めながら上記端面部同士を接合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、上記誘導加熱手段が、少なくとも１つの誘導コイルを有し、該少なくとも１つの誘導コイルのうち、上記接合部の最も近くに位置する第１の誘導コイルは、内部に磁性体コアを伴わない空芯コイルであり、上記開口部を跨いで一次電流回路が形成されるように、上記オープン管の外周を周回せずに、上記開口部の上方に配置されており、上記第１の誘導コイルに高周波電流を流すことで一次電流回路を形成した際に、上記オープン管の、上記第１の誘導コイルの下方でかつ上記開口部の両外側の部分に、上記オープン管の、少なくとも上記端面部を通る誘導電流を有する二次電流の閉回路が、上記両端面部の近傍に各々１つ以上形成されるように、上記一次電流回路が形成されており、上記第１の誘導コイルの上記一次電流回路によって形成された、上記二次電流の閉回路における上記オープン管の各端面部を通る誘導電流の上流側に、当該誘導電流とは逆向きの誘導電流が上記オープン管の各端面部に発生するように、上記オープン管の、走行方向における上流側の上記開口部内に、上記端面部から離間して対向するように設けられた一対の導体部を有する導体が配置されている。
【００１６】
さらに、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記導体は、上記第１の誘導コイルと電気的に接続されていることが好ましい。
【００１７】
さらに、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記導体における上記一対の導体部の間に配置され、該一対の導体部に沿って延びる第２の強磁性体を備えることが好ましい。
【００１８】
さらに、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記第２の強磁性体は、上記一対の導体部から電気的に絶縁されていることが好ましい。
【００１９】
さらに、本発明の電縫管溶接装置は、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、上記開口部の間隔を次第に狭めながら上記端面部同士を接合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、上記誘導加熱手段が、少なくとも１つの誘導コイルを有し、該少なくとも１つの誘導コイルのうち、上記接合部の最も近くに位置する第１の誘導コイルは、内部に磁性体コアを伴わない空芯コイルであり、上記開口部を跨いで一次電流回路が形成されるように、上記オープン管の外周を周回せずに、上記開口部の上方に配置されており、上記第１の誘導コイルに高周波電流を流すことで一次電流回路を形成した際に、上記オープン管の、上記第１の誘導コイルの下方でかつ上記開口部の両外側の部分に、上記オープン管の、少なくとも上記端面部を通る誘導電流を有する二次電流の閉回路が、上記両端面部の近傍に各々１つ以上形成されるように、上記一次電流回路が形成されており、上記オープン管の内側で上記走行方向に延びる内側部と、上記オープン管の外側で上記走行方向に延びる外側部と、前記第１の誘導コイルで区画された空間内で、上記内側部及び上記外側部間に延びる中間部とを有し、前記内側部及び前記外側部の、前記中間部よりも下流側の部分と前記中間部とで区画された開放空間側を上記走行方向の下流側に向けて配置され、上記内側部、中間部及び外側部を通る磁束の閉回路を形成する第３の強磁性体を備える。
【００２０】
さらに、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記第３の強磁性体の外側部及び内側部のうちの少なくとも一方の下流側の端部は、分岐された形状とされていることが好ましい。
【００２１】
さらに、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記高周波電流の周波数は、１００ｋＨｚ以上とすることが好ましい。
【００２２】
さらに、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記オープン管の走行方向において上記第１の誘導コイルよりも上流側で、且つ、対向する両端面部の間に配置された第４の強磁性体を備えることが好ましい。
【００２３】
さらに、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記第４の強磁性体の断面形状が、上記オープン管の走行方向と垂直な断面において、Ｔ字状、逆Ｔ字状、Ｉ字状、又は、横向きＨ字状であることが好ましい。
【００２４】
さらに、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記第１の誘導コイルの上方に、該第１の誘導コイルを少なくとも部分的に覆う第５の強磁性体を備えることが好ましい。
【００２５】
さらに、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記第５の強磁性体は、前記オープン管の開口部に対応する位置で、上記第１の誘導コイルの幅方向の略半部を覆う第１の半部と、該第１の誘導コイルの残りの略半部を覆う第２の半部とに分割された構成を有することが好ましい。
【００２６】
加えて、本発明の電縫管溶接装置にあっては、上記第１の誘導コイルは、上記開口部から側方に向かうにつれて上記オープン管との隙間が広がるよう形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の電縫管溶接装置によれば、オープン管の両端面部近傍における開口部の両外側に、オープン管の表面を流れる誘導電流からなる少なくとも２つ以上の閉回路が形成されるように、開口部から管外方向に離間した位置に、オープン管の外周を周回せず、即ち、この外周を１周せずに、開口部を跨ぐように閉回路が形成された誘導コイルが配置された構成を採用している。これにより、従来のワークコイル方式に比べて、走行する金属帯板を曲げながら筒状にして電縫管溶接する際の加熱効率を、製造する電縫管の径が大きな場合であっても、簡単な装置で効果的に向上させることができるため、大容量の電源を用意する必要が無い。また、セットアップも容易で、製造する電縫管の寸法や形状に合わせて誘導コイルの形状を変える必要が少ないことから、保有するワークコイル（誘導コイル）の本数を減らすことができるので、設備コストをさらに抑制することが可能になるとともに、既設の電源を用いた場合であっても安価なコストで導入できる。
【００２８】
そして、上述のような加熱効率の向上に伴い、電力使用量を低減することで省エネが実現可能となるか、あるいは、同じ電力を投入した場合にはライン速度を上げることができ、生産性が向上できる。さらに、従来、電源容量の制限や大電力投入時のインピーダー焼損の制限から製造が困難であったサイズの電縫管を製造することも可能になることから、その産業上の効果は計り知れない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】誘導コイルを用いた電縫管溶接装置の、従来の考えに基づく電流分布を示す概略平面図である。
【図２】図１で説明した誘導コイルを用いた電縫管溶接装置を説明する概略側面図である。
【図３】図１に示す電縫管溶接装置の概略側断図である。
【図４】電磁場解析に基づく電流分布を示す平面模式図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る電縫管溶接装置を説明する概略平面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置を用いた場合の電流分布を説明する平面模式図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る電縫管溶接装置を説明する概略図であり、図５中に示すＡ−Ａ断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、（ａ）は第１の誘導コイルの上流の両端面部間に第４の強磁性体を配置した例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、両端面部間に曲線形状の略横向きＨ字状の第４の強磁性体を配置した例を示す断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、両端面部間にＴ字状の第４の強磁性体を配置した例を示す断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、両端面部間にＩ字状の第４の強磁性体を配置した例を示す断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、両端面部間に逆Ｔ字状の第４の強磁性体を配置した例を示す断面図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の変形例を示す概略平面図である。
【図１４】図１３に示す電縫管製造装置を示す、図１３のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の他の変形例を説明する概略図であり、第５の強磁性体を誘導コイルの上方に配置した例を示す平面図である。
【図１６】図１５に示す電縫管製造装置を示す、図１５中のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【図１７】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の他の変形例を説明する概略図であり、楕円状の誘導コイルを配置した例を示す平面図である。
【図１８】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の他の変形例を説明する概略図であり、矩形状誘導コイルの走行方向の導体幅を広げた例を示す平面図である。
【図１９】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の他の変形例を説明する概略図であり、第１の誘導コイルの接合部に近い部分の幅を狭くし、且つ、位置を接合部に近づけた例を示す平面図である。
【図２０】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の他の変形例を説明する概略図であり、高さ方向において３ターンとした第１の誘導コイルを用いた例を示す側面図である。
【図２１】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の他の変形例を説明する概略図であり、略同一平面内において３ターンとした第１の誘導コイルを用いた例を示す平面図である。
【図２２】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の他の変形例を説明する概略図であり、第１の誘導コイルの上流側に、同様の構成を有する第２の誘導コイルを配置した例を示す平面図である。
【図２３】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の他の変形例を説明する概略図であり、第１の誘導コイルの上流側に、同様の構成を有する第２及び第３の誘導コイルを配置した例を示す平面図である。
【図２４】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の他の変形例を説明する概略図であり、第１の誘導コイルとして、走行方向に直交する断面でみて、平坦に延びる誘導コイルを用いた例を示す断面図である。
【図２５】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、オープン管の上方に設置した第１の誘導コイルの上流側に、第１の誘導コイルと接続された導体をオープン管の開口部内に設置した例を示す平面図である。
【図２６】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する模式図であり、図２５に示す第１の誘導コイル及び導体に一次電流を通じた際の、オープン管に誘起される二次誘導電流における主電流の流れを示す平面図である。
【図２７】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、図２５に示す導体をなす導体部間に第２の強磁性体を設置した例を示す平面図である。
【図２８】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、導体をオープン管の開口部内に設置した場合の両端面部との位置関係を示す側断面図である。
【図２９】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する模式図であり、図２８における導体に一次電流を通じた際の、電流の流れを示す側断面図である。
【図３０】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、第１の誘導コイルの上流側におけるオープン管の両端面部間に、さらに、第１の誘導コイルと電気的に絶縁された導体を設置した例を示す平面図である。
【図３１】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、図３０に示す導体をなす導体部間に第２の強磁性体を設置した例の平面図である。
【図３２】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、図３１に示す導体を、オープン管の両端面部に平行な２本の導体部から構成した例の平面図である。
【図３３】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、図３２における、導体をなす導体部間に第２の強磁性体を設置する場合の支持構造の例を示す縦断面図である。
【図３４】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、第１の誘導コイル及びオープン管の開口部に挿入するように第３の強磁性体を設置した例を示す平面図である。
【図３５】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、図３４に示す、第１の誘導コイル及びオープン管の開口部に挿入するように第３の強磁性体を設置した例の側断面図である。
【図３６】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置の変形例を示す概略図であり、第３の強磁性体の内側部として、オープン管内に配置されたインピーダ−を用いた例を示す側断面図である。
【図３７】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、図３４および図３５における第３の強磁性体の支持構造の例を示す断面図である。
【図３８】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、第１の誘導コイル及びオープン管の開口部に挿入するように、外側部及び内側部の下流側端部がそれぞれ分岐した形状を有する第３の強磁性体を設置した例を示す平面図である。
【図３９】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、第３の強磁性体の外側部の下流側端部に、内側部へ突出した張出部を設けた例を示す側断面図である。
【図４０】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、図３４に示す第１の誘導コイルの上流側に、さらに、第１の誘導コイルと電気的に絶縁された導体をオープン管の開口部内に設置した例の平面図である。
【図４１】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、図４０に示す導体をなす導体部間に第２の強磁性体を設置した例の平面図である。
【図４２】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、図２５に示す第１の誘導コイル及びオープン管の開口部内に挿入するように第３の強磁性体を設置した例の平面図である
【図４３】本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を説明する概略図であり、図４２に示す導体の導体部の間に、さらに第２の強磁性体を設置した例の平面図である。
【図４４】本発明の効果確認実験に用いた、開口部を模擬的に形成したオープン管の概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の電縫管溶接装置の実施の形態について、図１〜図４３を適宜参照しながら説明する。なお、この実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために詳細に説明するものであるから、特に指定の無い限り、本発明を限定するものではない。
【００３１】
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、誘導コイルを用い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密着させて接合（溶接）することで電縫管が得られる。ここで、本発明で説明する「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」、「下流」という場合は、金属帯板またはオープン管の走行方向における「上流」、「下流」を指すものとする。
【００３２】
［第１の実施形態］
図５は、本発明の第１の実施形態である電縫管溶接装置５０を示す概略平面図であり、図６は、図５に示す電縫管溶接装置５０を用いて電縫管溶接を行った際に発生する、誘導電流の分布を模式的に示した平面図である。
【００３３】
図５に示す電縫管溶接装置５０は、走行方向Ｒに走行する金属帯板１が、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が間隔をあ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近傍に高周波電流を通じ、開口部２の間隔を次第に狭めながら加熱して両端面部２ａ，２ｂを溶融させ、該両端面部２ａ，２ｂ同士を接触させて溶接する装置である。より具体的には、本実施形態の電縫管溶接装置５０は、オープン管１の両端面部２ａ，２ｂ近傍における開口部２の両外側に、オープン管１の表層を流れる、図６に示すような誘導電流４ａ，４ｂからなる少なくとも２つ以上の閉回路が形成されるように、開口部２から管外方向（上方）に離間した位置に、円筒状のオープン管１の外周を１周（周回）させずに、開口部２を跨ぐように少なくとも１ターン以上の閉回路が形成された誘導コイル（第１の誘導コイル）３が配置され、概略構成されている。ここで「１ターン」とは、平面視において、第１の誘導コイル３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、完全に１周しているコイルのみならず、図５等に示すように、他端部が一端部の手前で終端し、完全には１周しないものも含む意味である。そして、本実施形態では、上述の電縫管溶接装置５０を用いることにより、第１の誘電コイル３内に、オープン管１の開口部２を跨いで少なくとも１ターン以上の一次電流回路が形成されるように構成されている。
【００３４】
本発明において以下に説明する第１の誘導コイル３は、銅等の良導体のパイプや線材、板等からなり、その材質等は特に限定されない。また、第１の誘導コイル３は、形状は矩形でも円形であっても良く、特に限定されるものではない。また、図５に例示するように、本実施形態では、第１の誘導コイル３を、円筒状のオープン管１の接合部６の上流において、オープン管１と近接して、オープン管１の開口部２上を少なくとも２箇所で横切る様に配置している。
【００３５】
図７は、図５中のＡ−Ａ線に沿う概略断面図である。
【００３６】
ここで、従来の誘導加熱方式では、図１〜４に例示するように、円筒状のオープン管１の外側を周回して周方向に１ターン以上のコイルを形成している。これに対し、本発明においては、オープン管１の外周における周回数を１周未満としてオープン管１の周囲全体を周回させることなく、略平面状に少なくとも１ターン以上の閉回路を形成した第１の誘導コイル３が、オープン管１と接触しないように隙間を設けて離間した位置で、オープン管１の開口部２を跨ぐように配置する。図７に示す例では、第１の誘導コイル３がオープン管１の端面部２ａ，２ｂの上側を横切り、上方に設けられる図示略の電源に向かう構成を示している。そして、本実施形態では、第１の誘導コイル３に高周波電流を流すことで一次電流回路を形成することにより、この一次電流回路の下方の開口部２の両外側におけるオープン管１に、少なくともオープン管１の両端面部２ａ，２ｂを通る誘導電流を有する二次電流の閉回路が、両端面部２ａ，２ｂの近傍に各々１つ以上形成されるように、上記一次電流回路が形成される。なお、本発明において、高周波とは１０ｋＨｚ以上を指し、好ましくは１００ｋＨｚ以上である。
【００３７】
図７に示す例においては、第１の誘導コイル３を流れる電流は、この第１の誘導コイル３に沿って、まず、平面視で、図示略の電源に接続された図７中の右側上方から下方に向かって流れ、次に、オープン管１の一方の端面部２ｂの上方を右方向へ横切った後に、図７中の奥行き方向で手前側から奥側（図５中に示す矢印方向も参照）へ向かう。さらに、第１の誘導コイル３を流れる電流は、再びオープン管１の一方の端面部２ｂの上方を左方向に横切り、引き続き、他方の端面部２ａの上方を左方向に横切って流れ（図５も参照）、次に、図７中の奥行き方向で奥側から手前側に向かった後に、次は右側にむかう。そして、第１の誘導コイル３を流れる電流は、再びオープン管１の他方の端面部２ａの上方を右方向へ横切って、最後に図７中の上方へと向かい、図示略の電源へと戻る。
【００３８】
上述のような経路で電流が第１の誘導コイル３を流れる際、オープン管１には、図６中の矢印に示す様な誘導電流の分布が生じる。図５中に示すように、第１の誘導コイル３に一次電流が反時計回りに流れると、図６中に示すように、オープン管１の、第１の誘電コイル３に対応する部分には、時計回りに誘導電流４ａ，４ｂが発生する。この誘導電流４ａ，４ｂは、第１の誘導コイル３がオープン管１の開口部２を横切る部分では、開口部２の空間を誘導電流が流れることができず、この開口部２の空間を横断できない誘導電流は、オープン管１の端面部２ａ及び端面部２ｂに沿って流れるようになる。このようにして、オープン管１の端面部２ａ側及び２ｂ側のそれぞれおいて、誘導電流４ａ，４ｂによる主電流のループ（閉回路）が生じ、オープン管１の端面（開口部２に臨む面）を含む端部が加熱される。
【００３９】
本実施形態では、図６中に示すように、オープン管１の両端面部２ａ，２ｂ近傍における開口部２の両外側に、オープン管１の表層を流れる誘導電流４ａ，４ｂからなる２つのループが形成されている。この際、接合部（溶接部）６側（下流側）の第１の誘導コイル３近傍において、オープン管１は、その開口部２の幅が狭まってインピーダンスが低くなることから、第１の誘導コイル３の接合部６に近い側が開口部２の上方を横切る近傍においては、誘導電流の一部が分流して接合部６側に流れることで、誘導電流５ｃ，５ｄが生じる。上述した通り、この分流した誘導電流５ｃ，５ｄは、接合部６近傍では開口部２の両端面部２ａ，２ｂの間が近いことから近接効果によって電流が集中し、より高温になるため、両端面部２ａ，２ｂが溶融して溶接される。
【００４０】
一方、図６に示すように、第１の誘導コイル３の上流側においては、誘導電流の一部がオープン管１の端面部２ａ，２ｂを通ることで誘導電流５ａ，５ｂが流れる。この誘導電流５ａ，５ｂは、接合部６からは離れており、且つ、接合部６近傍に流れる誘導電流の集中を阻害することから、溶接効率を低下させることになる。従って、そのような誘導電流の発生を抑制するため、図８（ａ），（ｂ）に示す実施形態の電縫管溶接装置においては、第１の誘導コイル３よりも上流側で、且つ、開口部２に対応する位置で、両端面部２ａ，２ｂの間に強磁性体（第４の強磁性体）９を配置している。ここで、図８（ｂ）は、図８（ａ）中に示すＢ−Ｂ線に沿う概略断面図であり、第４の強磁性体９が両端面部２ａ，２ｂの間に、開口部２の内外にわたって（開口部２を通して、オープン管１の内部から外部にわたって）配置されている状態を表している。
【００４１】
オープン管１の端面部２ａ，２ｂの間の開口部２に遊挿状態で配置される第４の強磁性体９は、オープン管１の端面部２ａ，２ｂに誘導電流５ａ，５ｂが流れると、それを阻止するように働き、インピーダンスを高め、第１の誘導コイル３よりも上流側に流れる誘導電流を抑制するものである。このため、電磁誘導によってオープン管１の外表面で発生した誘導電流は、接合部６側に集中して流れるので、溶接に有効な電流４ａ，４ｂ，５ｃ，５ｄの電流密度が上がる。従って、第４の強磁性体９を配置しない場合に比べて供給電力が少なくて済み、省エネが可能となる。あるいは、第４の強磁性体９を配置しない場合と同じ電力を投入するのであれば、ライン速度を上げることが可能であり、生産性も向上できる。
【００４２】
本発明者等は、このような第４の強磁性体９の形状を決めるため、電磁場解析並びに実際の加熱温度分布を測定した結果、オープン管１の端面部２ａ，２ｂを流れる電流５ａ，５ｂは、特に、端面部２ａ，２ｂにおける上端縁部（上側コーナー部）と下端縁部（下側コーナー部）に多く流れることが判明した。このため、第４の強磁性体９は、図８（ａ），（ｂ）に示す例のように、オープン管１の両端面部２ａ，２ｂ間の開口部２に対応する位置に配置されるとともに、これら両端面部２ａ，２ｂにおける上側コーナー部、下側コーナー部の一方又は双方を覆うような構造を有していることが望ましい。ここで、図８（ｂ）に示す例では、第４の強磁性体９が、両端面部２ａ，２ｂの上側コーナー部及び下側コーナー部の双方を覆う構造を示している。
【００４３】
第４の強磁性体９は、図８（ｂ）に例示するような、断面がＨの字を横にしたような形状であることが、上流側に流れる誘導電流５ａ，５ｂを抑制する最も高い効果が得られる。即ち、オープン管１の端面部２ａ，２ｂの平面部（端面）のみならず、オープン管１の上側コーナー部及び下側コーナー部を覆うように上下面に延びる形状が望ましい。また、第４の強磁性体９は、図９に示す例のように、各々の角部を曲面で形成しても良い。さらに、第４の強磁性体９の形状は、図８（ｂ）や図９のような形状には限定されず、例えば、図１０に例示するように、オープン管１の走行方向Ｒに垂直な断面における形状がＴ字状のものや、図１１に例示するような断面形状がＩ字状のものの他、図１２に例示するような断面形状が逆Ｔ字状のものでも構わない。この場合、誘導電流５ａ，５ｂの抑制効果としては、断面横向きＨ字形状、断面Ｔ字形状、断面逆Ｔ字形状、断面Ｉ字形状の順に高い。
【００４４】
また、第４の強磁性体９の外形状は、特に直線的に形成する必要もない。
【００４５】
また、このような第４の強磁性体９の材質としては、例えば、フェライトや電磁鋼板、アモルファス等、導電率が低い強磁性体材料を用いればよい。
【００４６】
また、第４の強磁性体９を配置する位置としては、第１の誘導コイル３よりも上流であれば良いが、第１の誘導コイル３により近い位置の方が、上流に流れようとする電流を元から阻止できることからより効果的である。但し、第４の強磁性体９が第１の誘導コイル３に近付き過ぎると、強磁場のために第４の強磁性体９が発熱しやすくなる。そのため、第１の誘導コイル３に流す電流の強さ等にもよるが、第４の強磁性体９は、第１の誘導コイル３から上流側に１０ｍｍ以上離して配置するのが望ましく、適用に当たっては、磁場の強さに応じて適宜影響のない位置を求めることがより好ましい。この際、磁場の強さにもよるが、走行方向Ｒでみて、第４の強磁性体９の下流側端部を、第１の誘導コイル３の上流側端部から、例えば、１０〜２００ｍｍの範囲で離して配置することで、好ましい特性が得られることが多い。また、水冷や空冷等の手段を用いて第４の強磁性体９を強制的に冷却することがより効果的である。また、第４の強磁性体９の寸法に関しては、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、上記走行方向Ｒにおける長さに関しては数十ｍｍ程度でも十分な効果があり、また、厚さに関してはオープン管１に接触しない程度とすれば良く、開口部２に近接させることでより高い効果が得られる。
【００４７】
また、第４の強磁性体９の配置の仕方に関しては、オープン管１の内周面回りの誘導電流を抑えるインピーダー８と組み合わせ、このインピーダー８により、オープン管１の端面部２ａ，２ｂからオープン管１の内周側へは誘導電流が流れ込まない状態として第４の強磁性体９を配置すると、第１の誘導コイル３の上流に流れる誘導電流の抑制効果をより高めることが可能となる。
【００４８】
本実施形態の一変形例では、図１３及び図１４に示すように、強磁性体（第１の強磁性体）９’を、第１の誘電コイル３の内側でかつオープン管１の両端面部２ａ，２ｂ間に配置することで、第１の誘電コイル３の下流側、つまり接合部６側へ流れる電流密度を増大させている。詳細には、図５に示すように第１の誘導コイル３を配置した場合、接合部６に向かう誘導電流を増やし、溶接効率を上げるためには、第１の誘導コイル３をできる限り接合部６に近づけて、接合部６側のインピーダンスを下げるのが望ましい。しかし、実際にはスクイズロール７や、図示しない他のロールが第１の誘導コイル3側に迫ってくるように接合部６の上近傍に設置されることから、第１の誘導コイル３は接合部６から或る程度離して設置せざるを得ない。そのため、第１の誘導コイル３を接合部６から離しても、接合部６側に誘導電流が流れやすくするため、本実施形態の装置では、図１３及び図１４に示すように第１の誘導コイル３の内側でかつオープン管１の端面部２ａ，２ｂ間に第１の強磁性体９’を設置する。第１の誘導コイル３で発生した誘導電流は、図６に示すようにオープン管１の両端面（開口部２を臨む面）を含む、第１の誘導コイル３に対向する、オープン管１の開口部２の両側に閉回路を形成し、誘導電流の一部が接合部６に流れる。なお、図では便宜上、オープン管１の端面を流れる誘導電流は、該端面近傍の上部を流れるように図示している。第１の強磁性体９’は、第１の強磁性体９’とオープン管１の端面間のインピーダンスを増加させ、この端面を流れようとする電流に対しこの流れを阻止するように働く。その結果、第１の誘導コイル３でオープン管１に発生した誘導電流は、オープン管１の端面側を流れる電流が減少し、その分接合部６側へ流れる電流量を増加させる効果をもたらす。電縫管は、高温にさらされる時間が短いほど酸化物の生成が抑制されるとともに、高温部の領域が狭くなり、温度による品質劣化を避けることができるため、短時間に溶融温度に達成することが望ましく、接合部６側への電流増加は溶接品質の安定にも効果がある。なお、第１の強磁性体９’は、図１４に示すように、オープン管１の端面間にあれば良く、深さ方向長さは、少なくともオープン管１の板厚以上あれば良く、望ましくは開口部２に臨むオープン管１の端面の上縁及び下縁を超えて延びるのが望ましい。形状については、図１４に示すＩ型に捉われるものではなく、図９〜図１２を参照して説明した第４の強磁性体９と同様、他の形状を採用することができる。また、第１の強磁性体９’は、フェライトや電磁鋼板、アモルファス材などの強磁性材料から形成することができる。また、第１の強磁性体９’は、強磁場内に設置することから、磁束飽和しないような断面積を有することが好ましい。また、発熱を抑制するため、第１の強磁性体９’には、空冷や水冷等の冷却手段を付加するのが好ましい。
【００４９】
本実施形態の他の変形例では、図１５及び図１６に示すように、溶接効率をより高めるため、上述の第４の強磁性体９とは別に、第１の誘導コイル３の背面（上面）３Ａ側に近接して、板状の強磁性体（第５の強磁性体）１０を設ける。ここで、図１５は、説明を簡略化するため、インピーダー８を省略した構成例を示す概略平面図であり、図１６は、図１５中に示すＤ−Ｄ線に沿う概略断面図である。これら図示例においては、第１の誘導コイル３の外側近傍（背面３Ａ側）に第５の強磁性体１０を設けている。具体的には、第１の誘導コイル３における開口部２とは反対の背面３Ａ側に、第１の誘導コイル３をほぼ覆うように、第５の強磁性体１０を設ける。第５の強磁性体１０は、第１の誘導コイル３に沿った形状、すなわち図１６のように、第１の誘導コイル３がオープン管１に沿って湾曲して形成されている場合には、第５の強磁性体１０も同様に湾曲して形成することが好ましく、後述するような第１の誘導コイル３がオープン管１に沿わずに平坦な形状を有する場合（図２４）には、第５の強磁性体１０も平坦に形成することが好ましい（図示両略）。また、図示例においては、第５の強磁性体１０は、開口部２にほぼ対応する位置で分割された対とされ、第１の誘導コイル３をほぼ覆うように設けられている。換言すれば、第５の強磁性体は、オープン管１の開口部２に対応する位置で、第１の誘導コイル３の幅方向の略半部を覆う第１の半部１０ａと、該第１の誘導コイル３の残りの略半部を覆う第２の半部１０ｂとに分割された構成を有している。
【００５０】
第５の強磁性体１０の材質としては、第１，２の強磁性体９，９’と同様に、フェライトや積層した電磁鋼板、アモルファス合金等の強磁性材料を用いればよい。
【００５１】
なお、図１５及び図１６では、第５の強磁性体１０が中央で幅方向に２分割された例を示しており、この場合、接合部６近傍の状態が観察し易くなる等の利点があるが、これには限定されず、例えば、分割せずに一体に構成してもよい。強磁性体１０は、第１の誘導コイル３の形に合わせて複数に分割されていても構わない。
【００５２】
本実施形態において、第１の誘導コイル３の近傍（上方）に第５の強磁性体１０を設けることがより好ましいのは、第５の強磁性体１０が、オープン管１やロール及び装置のその他の構造体よりも透磁率が数倍高い性質を利用し、第１の誘導コイル３で発生した磁束を磁気抵抗の小さな第５の強磁性体１０に導き、磁束の拡散を防止して、第１の誘導コイル３近傍に磁束を集中させるためである。このような第５の強磁性体１０を設けない場合には、第１の誘導コイル３に一次電流を流すことで発生した磁束は、周囲の磁性材であるロールやその他の構造体に流れてしまい、電力が無駄に消費されてしまう。本実施形態では、第１の誘導コイル３の背面３Ａ側に第５の強磁性体１０を設けることにより、無駄に使われる電力の消費を防ぐことができる。従って、第５の強磁性体１０を用いることで、第１の誘導コイル３の近傍に磁束が集中することにより、オープン管１に発生する誘導電流も増加し、オープン管１の端面部２ａ，２ｂを流れる電流密度が上昇して加熱効率を上げることが可能となる。
【００５３】
また、第５の強磁性体１０と第１の誘導コイル３との距離は、より近いほど、無駄に消費される電力消費を効果的に防ぐことができる点から好ましく、具体的には、これらが接触しない程度に、数ｍｍ〜数十ｍｍ程度の隙間をあけて配置するのが望ましい。
【００５４】
なお、本実施形態においては、図５等に示すような第１の誘導コイル３が矩形形状の場合について説明したが、第１の誘導コイルは、例えば、図１７に示すような楕円形状の誘導コイル３１として構成しても良い。あるいは、図１８に示す矩形形状の第１の誘導コイル３２のように、オープン管１の走行方向Ｒに延びる誘導コイル部分のコイル幅Ｗ１を、オープン管１の開口部２を横切る方向に延びる誘導コイル部分のコイル幅Ｗ２よりも広くした誘導コイル３２を用いてもよい。図５に示す例のような、誘導コイル部分の幅Ｗ１，Ｗ２が同じ誘導コイル３の場合には、オープン管１の、走行方向Ｒに延びる誘導コイル部分の直下が、この誘導コイル部分の長さの分だけ加熱され続けることから、電縫管の強度低下や寸法精度不良、材質不良等の原因となる可能性がある。図１７や図１８に示す例は、この部分の発熱を抑える効果を狙ったものであり、図１７の場合には、第１の誘導コイル３１の形状を楕円とし、オープン管１が進行する際に第１の誘導コイル３１を横切る時間を短くすることで、オープン管１の特定部分が高温になることを防止できる。また、図１８の場合には、走行方向Ｒにおける誘電コイル部分の幅Ｗ１を広くすることによって、当該拡幅部分の電流密度を下げ、第１の誘導コイル３２の、走行方向Ｒに沿って延びる部分直下で発生する誘導電流密度を下げて発熱を抑制できる。
【００５５】
また、接合部６への電流をさらに増大させる方法としては、第１の誘導コイルとして、図１９に示す例のように、スクイズロール７や、接合部６の上部に設けられる図示略のトップロールなどをかわすように、接合部６に向けて先細りに形成された誘導コイル３３を配置するのも有効である。図１９に示す例では、第１の誘導コイル３３の接合部６に近い部分の幅を狭くするとともに、この部分を接合部６に近づけた構成とされている。このような方法は、比較的小径サイズの鋼管を製造する場合も有効な方法である。
【００５６】
上記図示例では、第１の誘導コイル３，３１〜３３の巻数は１ターンであったが、第１の誘導コイル３，３１〜３３あるいは後述する他の誘導コイルの巻数は、２ターン以上とすることができる。参考として、図２０に、高さ方向に巻数を３ターンとした誘導コイル３と、図２１に、略同一平面内で、巻数を３ターンとした誘導コイル３を示す。このように複数ターンの誘導コイルを用いることにより、同じ電流であれば電界強度が高まる（電界強度は、巻数に比例する）ので、集中して電力を供給することができる。逆に同じ電界強度を得るためには、巻数を増やすことにより、供給する電流を小さくすることができる。これは、十分なコイルの断面積を確保できない場合に、コイルの許容電流密度に達しないように電流を下げることができるという利点がある。さらに、電流値を下げることにより、銅損も減少させることもできる。
【００５７】
また、本実施形態においては、図２２に示す例のように、上記構成の第１の誘導コイル３に加え、さらに、上流側に、同様の構成とされた別の誘導コイル（第２の誘導コイル）３’を備える構成を採用することも可能である。
【００５８】
あるいは、図２３に示すように、第１の誘導コイル３の上流側に、同様の構成とされた別の２つの誘導コイル（第２及び第３の誘導コイル）３’，３’’を備える構成を採用することも可能である。このようにすることにより、電流を分流させることができ、各誘導コイルに流れる電流値を下げることができる。また、コイルの直列接続、並列接続を組み合わせることにより、インダクタンスの調整ができるという利点がある。
【００５９】
さらに、本実施形態では、図２４に示すように、第１の誘導コイル３を走行方向Ｒに直交する断面でみて略平坦な形状に形成することにより、第１の誘導コイル３がオープン管１の開口部２から離れるに従ってオープン管１とのギャップが広がってゆく構成を採用してもよい。このような構成を採用することにより次の利点が得られる。すなわち、図７や図１６のように、第１の誘導コイル３をオープン管１の外面に沿って湾曲した形状とすると、オープン管１の、第１の誘導コイル３の直下の部分が集中して加熱され、高温となり、当該部分の機械的強度が低下したり変形等が発生したりするおそれがあるのに対し、第１の誘導コイル３をオープン管１の開口部２から離れるにつれてオープン管１との距離が拡大するよう形成すると、第１の誘導コイル３の、走行方向Ｒに沿って延びる部分に対応するオープン管１の側方部分での電流の集中が緩和されるため、当該側方部分の局部加熱を回避することができる。また、第１の誘導コイル３を、このような形状とすることにより、溶接されるオープン管１の径が変わっても、鋼管サイズ毎にコイルを変える必要が無く、同一サイズの誘導コイルを使い回すことができるため、設備コストを低減することもできる。さらに、鋼管サイズが変更になっても誘導コイルを交換する手間が減り、生産性が向上するという利点もある。
【００６０】
［第２の実施形態］
以下に、本発明の第２の実施形態に係る電縫管溶接装置について説明する。
【００６１】
図２５は、本発明の第２の実施形態である電縫管溶接装置６０を示す概略平面図であり、図２６は、図２５に示す電縫管溶接装置６０を用いて電縫管溶接を行った際に発生する誘導電流の分布を模式的に示した平面図である。
【００６２】
上述の第１の実施形態では、第１の誘導コイル３の上流側に第４の強磁性体９を配置することにより、第１の誘導コイル３の上流側へ流れる誘導電流を抑制することについて説明したが、本実施形態においては、第１の誘導コイル３の上流側に、一次電流が流れる導体を設けることで、上流側への誘導電流を同様に抑制し、接合部６への電流を増加させて加熱効率を向上させる構成を採用するものであり、以下にその詳細を説明する。また、本実施形態においては、第１の実施形態と同様の構成については同じ符号を付与するとともに、その詳細な説明を省略する。
【００６３】
図２５に示すように、本実施形態の電縫管溶接装置６０は、オープン管１の走行方向Ｒでみて、第１の誘導コイル３０よりも上流側に、オープン管１の端面部２ａ，２ｂに沿って直線状に延びる２つの導体部３４Ａ，３４Ｂを有する導体３４を備える。各導体部３４Ａ，３４Ｂはそれぞれ、オープン管の端面部２ａ，２ｂの端面から離間し、かつ該端面に対向するよう設けられている。図２５に示す例では、下流側に位置される第１の誘導コイル３０と、上流側に位置する導体３４の導体部３４Ａ，３４Ｂとは相互に一体化され、つまり、電気的に接続、連通されている。したがって、第１の誘導コイル３０へ供給される一次電流は、導体部３４Ａ，３４Ｂを介して流れる。
【００６４】
このように、第１の誘導コイル３０に加えて、それよりも上流側に２つの導体部３４Ａ，３４Ｂを有する導体３４も設けることにより、図２６に模式的に示すような誘導電流がオープン管１に発生することになる。詳細には、第１の誘導コイル３０を流れる一次電流によって、オープン管１の、第１の誘導コイル３０に対応する位置で、第１の誘導コイル３０の一次電流とは逆向きに誘導電流４ａ’，４ｂ’のループが形成される。さらに、各導体部３４Ａ，３４Ｂを流れる一次電流によって、該導体部３４Ａ，３４Ｂに対向する、オープン管１の端面部２ａ，２ｂに、導体部３４Ａ，３４Ｂの一次電流とは逆向きに誘導電流５ａ’（Ｅ），５ｂ’（Ｅ）が生じ、誘導電流５ａ’，５ｂ’のループが形成される。つまり、導体部３４Ａ，３４Ｂに対応して形成された二次電流（誘導電流）の閉回路（ループ）５ａ’，５ｂ’の、オープン管１の端面部２ａ，２ｂを通る誘導電流５ａ’（Ｅ），５ｂ’（Ｅ）は、第１の誘導コイル３０に対応して形成された二次電流（誘導電流）の閉回路（ループ）４ａ’，４ｂ’の、オープン管１の端面部２ａ，２ｂを通る誘導電流４ａ’（Ｅ），４ｂ’（Ｅ）とは逆向きに流れる。
【００６５】
このような誘導電流５ａ’，５ｂ’は、図６で示した誘導電流５ａ，５ｂよりも、導体部３４Ａ，３４Ｂによって生じる誘導電流が加わった分、電流密度が高くなっている。このため、誘導電流５ａ’（Ｅ），５ｂ’（Ｅ）の流れが、これとは逆向きに流れる、オープン管１の両端面部２ａ，２ｂにおける誘導電流４ａ’（Ｅ），４ｂ’（Ｅ）の流れを抑制又は殆ど消滅させるとともに、誘導電流４ａ’，４ｂ’において、端面部２ａ，２ｂとは反対側を流れる誘導電流を増幅させる。そして、この増幅した誘導電流により、接合部６へと向かう誘導電流５ｃ’，５ｄ’のループが増幅されて、両端面部２ａ，２ｂから接合部６側に向かって電流密度の高い誘導電流５ｃ’（Ｅ），５ｄ’（Ｅ）が流れるようになる。これにより、接合部６の近傍においては、高周波電流の近接効果によってさらに電流が集中し、加熱効率がさらに向上する結果となる。このような効果は、特に、オープン管１の両端面部２ａ，２ｂの間隔が２０〜３０（ｍｍ）程度である場合により顕著となる。
【００６６】
一方、オープン管１の両端面部２ａ，２ｂ間の間隔が小さい場合、即ち、開口部２が狭く、端面部２ａ，２ｂと導体部３４Ａ，３４Ｂとの間隔が狭くなる場合、端面部２ａ，２ｂと導体部３４Ａ，３４Ｂとの間のインピーダンスよりも、導体部３４Ａと導体部３４Ｂとの間のインピーダンスの方が小さくなる。こうなると、導体部３４Ａ，３４Ｂの外側部分（導体部３４Ａ，３４Ｂの、端面部２ａ，２ｂ側の部分）を流れる１次電流が分流して、導体部３４Ａ，３４Ｂの内側部分（他方の導体部３４Ａ，３４Ｂに対向する部分）を流れるようになり、誘導電流５ａ’（Ｅ），５ｂ’（Ｅ）が減少する場合がある。このため、本実施形態においては、図２７に例示するように、導体部３４Ａ，３４Ｂ間のインピーダンスを増大させるため、強磁性体（第２の強磁性体）１１を設けることがより好ましい。具体的には、図示例のように、導体部３４Ａ，３４Ｂの間に、該導体部３４Ａ，３４Ｂと電気的に絶縁するように第２の強磁性体１１を配置する。このような第２の強磁性体１１を設けることで、導体部３４Ａ，３４Ｂ間のインピーダンスを高めることができ、導体部３４Ａ，３４Ｂの上記内側部分を流れようとする電流を上記外側部分へ流す作用が得られる。さらに、強磁性体１１は透磁率が高いため、導体部３４Ａ，３４Ｂの上記外側部分を流れる一次電流により、該導体部３４Ａ，３４Ｂと対向する端面部２ａ，２ｂに磁束を集中させることができるので、誘導電流５ａ’，５ｂ’が両端面部２ａ，２ｂに効率的に流れ、加熱効率が向上するという効果が得られる。
【００６７】
なお、導体部３４Ａ，３４Ｂの高さ寸法Ｈは、図２８及び図２９に示す例のように、オープン管１の最大板厚よりも少し大きくすることが好ましい（図２８及び図２９では便宜上、一方の端面部２ａ及び導体部３４Ａのみ示す。）。さらに、導体部３４Ａ，３４Ｂの高さ寸法Ｈは、導体部３４Ａ，３４Ｂがオープン管１の外面及び内面を超えてはみ出すような寸法とされている。このような導体部３４Ａ，３４Ｂに一次電流が流れると、オープン管１の各端面部２ａ，２ｂには、図２９中の矢印に示す様な誘導電流５ａ’（Ｅ），５ｂ’（Ｅ）が流れる（図２９では便宜上、一方の端面部２ａにおける誘導電流５ａ’（Ｅ）のみ示す。）。この際、導体部３４Ａ，３４Ｂに流れる一次電流と、これに誘起される誘導電流５ａ’（Ｅ），５ｂ’（Ｅ）との間の空間部分がインダクタンスとして作用し、誘導コイルとみなすことのできる導体３４におけるインダクタンスを低下させようとするため、導体部３４Ａ，３４Ｂを流れる一次電流は、両端面部２ａ，２ｂに発生する誘導電流５ａ’（Ｅ），５ｂ’（Ｅ）に対向するように、図２９中に網掛けで示す符号Ｓの部分に沿って流れるようになる。これにより、両端面部２ａ，２ｂにおける電流密度が高められ、加熱効率が向上するという効果が得られる。
【００６８】
なお、図２８中に示す導体部３４Ａ，３４Ｂにおいて、オープン管１の内面側からはみ出す下部３４ａの領域については、この部分が無くとも本実施形態による効果が十分に得られる。しかしながら、図示例のように、導体部３４Ａ，３４Ｂの高さ寸法Ｈを、オープン管１の外面及び内面からはみ出す寸法とすることにより、オープン管１の板厚等が異なる場合等、仕様の異なる電縫管を製造する際に、都度、導体３４を交換する手間が省けるので、作業性や生産性の向上に繋がる。なお、導体部３４Ａ，３４Ｂの高さ寸法Ｈは、オープン管１の最大板厚より小さくしてもよいが、加熱効率が低下する場合もある。
【００６９】
また、第２の強磁性体１１としては、上記の各強磁性体と同様、フェライトや電磁鋼板、アモルファス等、導電率が低い強磁性材料を用いればよく、磁束飽和しないように設計すれば良い。磁束密度が高く、第２の強磁性体１１の発熱が無視できない場合には、例えば、当該第２の強磁性体１１に冷却水を供給して冷却したり、あるいは、空気等のガスや気体と液体とを混合した冷却媒体で冷却したりする等の方法を採用すれば良い。
【００７０】
なお、上記図２５〜図２９では、誘導コイル３０と導体３４とを一体として形成する例を示したが、本実施形態の変形例では、図３０に示すように、ループ状の第１の誘導コイル３と導体３５とを、相互に電気的に接続されない独立した構成とすることもできる。図３０の例では、導体３５は、オープン管１の端面部２ａ，２ｂに対向して直線状に延びる２つの導体部３５Ａ，３５Ｂと、これら２つの導体部を繋ぐ導体部３５Ｃとを有しており、平面視で略Ｕ字形状に形成されている。この場合、図示略の電源から供給される電流（図中の矢印を参照）を、それぞれ反対方向で通電させても良い。このような構成とした場合には、供給電流を第１の誘電コイル３と導体３５とに分流させ、第１の誘導コイル３の電流密度を下げることができることから、発熱を抑制できる効果が得られる。
【００７１】
また、図２７〜図２９の例と同様、図３１に示す例のように、導体３５の導体部３５Ａ，３５Ｂの間に第２の強磁性体１１を配置した構成を採用しても良い。
【００７２】
さらに、本実施形態では、図３２に示す例のように、ループ状の第１の誘導コイル３と、２つの導体部３５Ａ，３５Ｂが互いに分離された導体３５とを組合せた構成を採用しても良い。図３０及び図３１のように、導体部３５Ａ，３５Ｂを直列で接続した場合、導体３５内の電流密度が高くなりすぎることがあるが、図３２の例のように、導体３５を、導体部３５Ａと導体部３５Ｂとに分割された構成を採用することにより、所定の一次電流が分流されて各導体部３５Ａ，３５Ｂの電流密度を下げることで、この導体部３５Ａ，３５Ｂの発熱を抑制できる。
【００７３】
なお、第２の強磁性体１１は、導体部３５Ａ，３５Ｂよりも上下に少なくとも１０ｍｍ以上大きな寸法とし、幅は、隣接する導体部３５Ａ，３５Ｂとの間の後述する絶縁材を含め、できる限り大きくすることが望ましい。また、第２の強磁性体１１の走行方向Ｒの長さについては、対向する導体部３５Ａ，３５Ｂの長さと同等以上あれば良い。
【００７４】
さらに、図３２に示すように、導体３５をなす導体部３５Ａ，３５Ｂ間に、第２の強磁性体１１を配置した場合には、加熱効率がより一層向上する点から好ましい。
【００７５】
また、第２の強磁性体１１は、例えば、フェライトのようなわずかに導電性がある材料を採用した場合、上記のような導体部３５Ａ，３５Ｂと接触した際にスパークが発生し、損傷することも想定されるため、表面を絶縁材で被覆するか、あるいは、絶縁材を被覆できない場合には、空気層を隔てて絶縁する構成を採用しても良い。
【００７６】
ここで、図３３に示す例では、導体部３５Ａ，３５Ｂと第２の強磁性体１１とが、絶縁板２０を介して組み付けられているとともに、導体部３５Ａ，３５Ｂが、導体部止め板２１を介して、絶縁性の樹脂やセラミックス等からなるリニアガイド２２に可動に取り付けられている。このような構成を採用することにより、電縫溶接の際に、導体部３５Ａ，３５Ｂがオープン管１の端面部２ａ，２ｂと接触した場合であっても、絶縁板２０を介して組み付けられた導体部３５Ａ，３５Ｂ及び第２の強磁性体１１が、図中において左右方向に自在に動くので、導体部３５Ａ，３５Ｂの損傷を防止することが可能となる。また、このような構成を採用した場合には、図示略の電源装置と導体部３５Ａ，３５Ｂとの接続線２３を、自在に動かすことが可能な編組線から構成することが好ましい。
【００７７】
［第３の実施形態］
以下に、本発明の第３の実施形態に係る電縫管溶接装置について説明する。
【００７８】
図３４は、本発明の第３の実施形態である電縫管溶接装置７０を示す概略平面図であり、図３５は、図３４に示す電縫管溶接装置７０を用いて電縫管溶接を行った際に、第１の誘導コイル３で発生した磁束Ｍが、強磁性体（第３の強磁性体）１２に通じる際の磁束方向を説明する概略側断面図である。
【００７９】
本実施形態においては、上述した第１，２の実施形態に対し、さらに誘導加熱効率を向上させるため、以下に例示するような構成を採用する。本実施形態においては、第１、２の実施形態と同様の構成については同じ符号を付与するとともに、その詳細な説明を省略する。
【００８０】
図３４に示すように、本実施形態の電縫管溶接装置７０は、第３の強磁性体１２が、第１の誘導コイル３に囲まれた空間及び開口部２に挿入されるように配置される。第３の強磁性体１２は、オープン管１の内側に配置され、走行方向Ｒに延びる内側部１２ａと、オープン管１の外側に配置され、走行方向Ｒに延びる外側部１２ｂと、これらの内側部１２ａ及び外側部１２ｂ間でオープン管１の管内外方向（図では垂直方向）に延びる中間部１２ｃと、を有する。第３の強磁性体１２は、第１の誘導コイル３よりも下流側の接合部（溶接部）６側に向かって延び、第１の誘導コイル３及び開口部２を跨ぐように配置されている。また、第３の強磁性体１２は、オープン管１の走行方向Ｒにおける側面側の断面形状が角張った横向きＵの字状又は横向きＵの字形状（図３４及び図３５に示す例においては角張った横向きＵの字状）とされている。第３の強磁性体１２は、横向きＨ字形状又は横向きｈ字形状としてもよい。図３４及び図３５に示す例では、断面形状が角張った横向きＵの字状の強磁性体１２は、その開放部（開放空間）側がオープン管１の走行方向Ｒの下流側に向けられ、一次電流回路の下流部の上方の空間と、一次電流回路の上流部と下流部の間の空間と、接合部６の下方の管内空間とにわたるように配置されている。また、第３の強磁性体１２は、内側部１２ａ及び外側部１２ｂの先端（下流側の端部）が接合部６近傍まで延びていることが望ましい。また、第３の強磁性体１２の厚みは磁束飽和しない程度以上に厚くするのが望ましいが、スクイズロール７等に当たらない程度の厚みに抑える必要がある。
【００８１】
図３４に例示するように、本実施形態の電縫管溶接装置７０は、図５及び図６に例示した電縫管溶接装置５０と同様、第１の誘導コイル３に一次電流が通電される（図３４中の矢印を参照）。この際、図３５に示すように、第１の誘導コイル３で発生した磁束Ｍは、第１の誘導コイル３を跨ぐように接合部（溶接部）６側に延在された第３の強磁性体１２を通じて、開口部２に臨む両端面部２ａ，２ｂ近傍を通過して誘導電流を発生させる。また、オープン管１を通過した磁束Ｍは、図３５中の矢印で示すように、第３の強磁性体１２において、オープン管１の管内に配置される内側部１２ａと、管外に配置される外側部１２ｂと、中間部１２ｃとを含めて、管内外を結ぶ磁気回路を形成する。このような第３の強磁性体１２は、透磁率が高い材料からなることから、第１の誘導コイル３から発散される磁束Ｍを引き込む効果があるため、磁束Ｍを効率よく接合部６側におけるオープン管１の両端面部２ａ，２ｂを貫通させることができ、誘導電流を効率的に発生させることが可能となる。
【００８２】
なお、図３４及び図３５の例では、第３の強磁性体１２は、互いに一体化された内側部１２ａ、外側部１２ｂ及び中間部１２ｃから構成されているが、これらは別体として形成してもよい。また、内側部１２ａ、外側部１２ｂ及び中間部１２ｃを別体として形成した場合には、内側部１２ａ、外側部１２ｂ及び中間部１２ｃの相互間は、直に接している必要はなく、上述したような磁束Ｍの閉回路が形成される限りにおいて互いに離間していても、相互間に他の部材が介在していてもよい。例えば、図３６に示すように、オープン管１内に、走行方向Ｒに延びるインピーダー８が配置されている場合には、当該インピーダー８を第３の強磁性体１２の内側部１２ａとして代用することができる。図３６の例では、インピーダー８は、インピーダーケース１３内に収容されており、中間部１２ｃは、上記内側部１２ａとして機能するインピーダー８と直に接してはいないが、磁束Ｍの閉回路は形成される。
【００８３】
次いで、図３７に、上述したような第３の強磁性体１２の支持構造の一例を示す。図示例においては、第３の強磁性体１２の外側部１２ｂと中間部１２ｃとが一体として形成されるか又は互いに固着されており、内側部１２ａはこれらとは別体として形成されている。第３の強磁性体１２を組み付けるにあたって、まず、管内中央付近に設置されたマンドレル２４に、第３の強磁性体１２の内側部１２ａが取り付けられる。そして、オープン管１の開口部２の上方に第１の誘導コイル３（図３４を参照）をセットした後、外側部１２ｂを開口部２の上方に配置された台座２６上に載置する。これにより、第３の強磁性体１２が可動で懸架支持された状態となる。この際、外側部１２ｂと一体に形成された中間部１２ｃは、その下端が、内側部１２ａの上面に形成された凹部内面に接する。このような構成を採用することにより、第３の強磁性体１２の一部がオープン管１の端面部２ａ，２ｂに接触した場合でも、強磁性体１２が自在に移動するので、強磁性体１２の損傷や、オープン管１の端面部２ａ，２ｂに大きな疵が生じるのを防止することができる。さらに、第３の強磁性体１２において、オープン管１の端面部２ａ，２ｂと接触する可能性のある中間部１２ｃを、ガラステープやベーク板からなる絶縁材で保護することが、装置の損傷防止や、スパークが生じるのを防止できる観点から好ましい。なお、本実施形態では、設置の容易性を考慮して第３の強磁性体１２を分割した形態を例に説明しているが、例えば、一体物の断面が角張った横向きＵの字状の形状として第３の強磁性体１２を構成し、上記例と同様に、台座２６に載せて使用しても構わない。
【００８４】
また、本実施形態では、図３８に示すように、第３の強磁性体コア１２を、接合部６近傍において、内側部１２ａ及び外側部１２ｂの少なくとも何れか一方が、平面視でオープン管１の端面部２ａ，２ｂ近傍の外側に向かうように分割された形状としても良い。即ち、強磁性体１２の内側部１２ａ及び外側部１２ｂの少なくとも何れか一方が、その下流側の端部１２ａ１，１２ｂ１において、接合部６を避けるように二叉に分岐された形状（略Ｖ字状または略Ｕ字状等）とされていても良い。また、内側部１２ａ及び外側部１２ｂの両方を下流側の端部１２ａ１，１２ｂ１において二叉に分岐された形状とすることがより好ましい。
【００８５】
上記形状を採用することが好ましい理由としては、第３の強磁性体１２の外側部１２ｂの下流側の端部１２ｂ１を分岐させることで、接合部（溶接部）６の様子を上部からモニター等で観察し易くなることが挙げられる。また、第３の強磁性体１２の内側部１２ａの下流側端部１２ａ１を分岐させることで、接合部６近傍において溶融した金属が、誘導電流に伴って発生する電磁力によって排出されて管内に落下した場合に、当該溶融金属が第３の強磁性体１２の内側部１２ａに接触して内側部１２ａが損傷するおそれを低減することができるからである。また、排出された溶融金属が、管上方へ飛び出すこともあるが、この場合でも、第３の強磁性体１２の外側部１２ｂの下流側端部１２ｂ１を分岐させることで、外側部１２ｂに直接溶融金属が接触することを抑制でき、外側部１２ｂの損傷が低減される効果もある。
【００８６】
本実施形態では、図３８に例示するように、第３の強磁性体１２の内側部１２ａ及び外側部１２ｂの双方において、下流側の端部１２ａ１，１２ｂ１を、両端面部２ａ，２ｂ近傍の両外側に向かうように分岐させ、オープン管１の開口部２から少し外れた位置へ配置する形状としている。これにより、第３の強磁性体１２の内側部１２ａへの溶接金属の落下、堆積が生じるのを抑制でき、さらに、接合部６の状態を目視確認することが可能となる。従って、第３の強磁性体１２の磁気機能の低下を防止でき、安定して性能を維持し続けることが可能になり、さらに、工程において、常時、溶接部の状態を確認することが可能となる。
【００８７】
また、本実施形態において、第３の強磁性体１２の内側部１２ａ及び外側部１２ｂは、上掲図では、オープン管１に沿ってほぼ水平に形成しているが、内側部１２ａ及び外側部１２ｂの少なくとも何れか一方は、下流に向かうにつれて、内側部１２ａ及び外側部１２ｂ間の距離が漸増又は漸減するよう傾斜して配置することもできる（図示省略）。なお、良好な磁気回路を形成する、つまり磁気抵抗を低減する観点では、内側部１２ａ及び外側部１２ｂ間の距離は、下流に向かうにつれて漸減されることが好ましい。また、同様の観点で、図３９に示すように、外側部１２ｂの下流側の端部に、内側部１２ａへ向けて突出する張出部１２ｂ２を設けることもできる。
【００８８】
ところで、本実施形態において備えられる第３の強磁性体１２は、図４０に示す例のように、上述した第２の実施形態のような、第１の誘導コイル３及び導体３５を備える構成に適用することも可能である。また、図４１に示す例のように、導体３５内側に第２の強磁性体１１が備えられた構成において、第１の誘導コイル３及び開口部２に挿入するように配置された第３の強磁性体１２を備えた構成を採用することも可能である。
【００８９】
さらに、本実施形態では、図４２に示すように、上述した第２の実施形態における、図２５に示す例の第１の誘導コイル３０及びオープン管１の開口部２に挿入するように、第３の強磁性体１２を備えた構成を採用することも可能である。さらに、図４３に示すように、図４２中に示す導体部３４Ａ，３４Ｂの間に、第２の強磁性体１１を設置した構成を採用することも可能である。さらに、詳細な図示を省略するが、図３２に示す構成に、第３の強磁性体１２を備えた構成を適用することも可能である。
【００９０】
以上説明したように、本発明に係る電縫管溶接装置によれば、オープン管１の両端面部２ａ，２ｂ近傍における開口部２の両外側に、オープン管１内を流れる誘導電流からなる少なくとも２つ以上の閉回路が形成されるように、開口部２から管外方向に離間した位置に、円筒状のオープン管１の外周を周回せず、即ち、この外周における周回数を１周未満として、開口部２を跨ぐように少なくとも１ターン以上の閉回路が形成された第１の誘導コイル３が配置された構成を採用している。これにより、従来のワークコイル方式に比べて、走行する金属帯板１を曲げながら筒状にして電縫管溶接する際の加熱効率を、製造する電縫管の径が大きな場合であっても、簡単な装置で効果的に向上させることができ、また、セットアップも容易となる。また、製造する電縫管の寸法や形状に合わせて誘導コイルの形状を変える必要が少ないことから、保有するワークコイル（誘導コイル）の本数を減らすことができるので、大容量の電気設備を有する必要もなく設備コストを抑制することが可能になるとともに、既設の電源を用いた場合であっても安価なコストで導入できる。
【００９１】
そして、上述のような加熱効率の向上に伴い、電力使用量を低減することで省エネが実現可能となるか、あるいは、同じ電力を投入した場合にはライン速度を上げることができ、生産性が向上できる。さらに、従来、電源容量の制限やインピーダー焼損の制限から製造が困難であったサイズの電縫管を製造することも可能になることから、その産業上の効果は計り知れない。
【００９２】
本発明においては、上述のように、簡単な構成の電縫管溶接装置で小径から大径までの電縫管を製造することが可能であるが、特に、製造時において加熱効率が低下する、径が大きな電縫管を効率よく製造するのに有効である。また、誘導コイルの上流へ流れる電流によってロールが損傷するのを防止でき、さらに、従来のように誘導コイルの中に金属帯板を通す必要もなく、誘導コイルのセットや取り替えが容易である等の優れた効果を有する。
【実施例】
【００９３】
以下、本発明に係る電縫管溶接蔵置の実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、もとより下記実施例に限定されるものではなく、前、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００９４】
本実施例においては、本発明の効果について、静止加熱実験によって確認を行った。
【００９５】
［実施例１］
「被加熱材」
本実施例では、被加熱材として、外径：３１８．５ｍｍ、肉厚：６．９ｍｍ、長さ：１ｍの配管用炭素鋼管（ＳＧＰ管）上部に、図４４に示すように、レーザー加工によって開口部の形状を模擬したもの（以下、オープン管という。）を用いた。この際のレーザー加工は、図４４中における左側端部から、平行開口部の間隔：５０ｍｍ、長さ：２００ｍｍで、その後、接合部にみたてた頂点と両端部との角度：５．７度で、５００ｍｍの長さで開口した（開口部は合計７００ｍｍ）。また、頂点部は０．５Ｒとした。
【００９６】
「電縫管溶接装置」
【００９７】
本実施例で用いた電縫管溶接装置では、誘導コイルとして、φ１０ｍｍの水冷銅管を、上下流方向に２００ｍｍ、且つ、周方向に２００ｍｍとして、図５〜図７に示すように折り曲げたものを用い、銅管とオープン管との間を１０ｍｍ離して配置した。また、加熱の際は、周波数２００ｋＨｚ−２０ｋＷの電力を投入し、静止加熱で最高温度が１０００℃になるまでの時間を計測した。また、加熱温度は、オープン管の開口部に臨む端面部に、５０μｍのＫ熱電対を、接合部から２０ｍｍピッチで溶着して測温した。また、インピーダーとしては、図７に示す例とは異なる、厚さ８ｍｍのフェライトコアを、水冷可能なエポキシ樹脂製のカバーに５層で積層して入れ、接合部の直下から上流側に向けて４００ｍｍの範囲で配置した。
【００９８】
「実験手順」
まず、本発明例１として、上記誘導コイルを、接合部６から上流側（開口部側）に５０ｍｍ離れた位置に、誘導コイルの下流側（接合部側）の端部を配置して加熱を行った。
【００９９】
また、本発明例２として、本発明例１と同様に上記誘導コイルを配置するとともに、図１５及び図１６に示すような、第５の強磁性体としての湾曲板状のフェライトコア（厚さ：１５ｍｍ、幅（周方向）：１５０ｍｍ、長さ（上下流方向）：２５０ｍｍ）を誘導コイルから５ｍｍ離して、誘導コイルの背面（上面）側に２個使用して、開口部を境に両端に配置して加熱を行った。
【０１００】
また、本発明例３として、本発明例１と同様に上記誘導コイルを配置するとともに、第４の強磁性体としての、図８（ａ）および図１０に示すようなフェライト製のＴ字型コア（長さ（走行方向Ｒ）：１５０ｍｍ、水平部幅：１００ｍｍ、水平部厚さ：２０ｍｍ、垂直部足の長さ：５０ｍｍ、垂直部幅：３０ｍｍ）を誘導コイル上流５０ｍｍに配置して加熱を行った。
【０１０１】
また、本発明例４として、本発明例２と同様に上記誘導コイル、並びに、誘導コイルの上方のフェライトコア（第５の強磁性体）を配置するとともに、誘導コイルの上流側５０ｍｍに、本発明例３で用いたＴ字型コア（第４の強磁性体）を配置して加熱を行った。
【０１０２】
また、比較例１として、従来と同様、円筒状にオープン管の外周を囲む様にして１Ｔ（ターン）とした誘導コイル（長手方向幅：２００ｍｍ、内径：３４０ｍｍ、厚さ：１０ｍｍの水冷銅板製誘導コイル）を、接合部の上流側５０ｍｍに配置して加熱した。
【０１０３】
また、比較例２として、比較例１と同様に、円筒状にオープン管の外周を囲む様にした１Ｔの誘導コイルを、接合部の上流側２５０ｍｍに配置して加熱した。
【０１０４】
また、上記各実験においては、接合部の昇温速度と、接合部から上流側に１５０ｍｍ離れた位置の開口部の端面部での昇温速度を比較した。なお、各実験においては、ロール７は設けない状態で行った。
上記本発明例１〜４及び比較例１、２の結果を下記表１に示す。
【０１０５】
【表１】
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【０１０６】
表１に示す昇温速度比は、本発明例１における接合部と上記開口部の端面部のそれぞれにおける加熱速度を１とした時の、各実験の昇温速度の割合を示したものであり、加熱速度は、変態熱の影響、放散熱の影響を考慮して、接合部から１５０ｍｍの位置の温度が５００℃まで加熱する時の加熱速度とし、５００℃に至らない場合には、最大２００秒までの加熱速度とした。
【０１０７】
表１に示すように、比較例１の場合、鋼管全体が暖まるため、鋼管端面部においても、また、接合部においても、２００秒では５００℃に達することはなかった。
【０１０８】
また、比較例２では、誘導コイルを接合部から２５０ｍｍ離しており、鋼管端面の温度は多少上昇するものの、顕著な温度上昇は見られないことがわかる。
【０１０９】
一方、本発明の電縫管溶接装置を適用した本発明例１では、誘導コイルが鋼管全体を周回しないため、ロスが小さいことと、開口部両端に生じる閉回路が誘導コイル内にあり、且つ、鋼管端面に電流が廻ることから、昇温速度が速いことがわかる。
【０１１０】
また、本発明例２では、第５の強磁性体を配置することで磁束が誘導コイル直下に集中することから、本発明例１に比べて２倍以上の昇温速度が得られることがわかる。
【０１１１】
さらに、第４の強磁性体を配置することで、本発明例３（第５の強磁性体無し）及び本発明例４（第５の強磁性体有り）は、誘導コイルの上流に流れる電流を防止することができることから、それぞれ、本発明例１（第５の強磁性体無し）及び本発明例２（第５の強磁性体有り）と比べて、１０％前後の加熱速度の向上が見られる。
【０１１２】
［実施例２］
本実施例では、実施例１の本発明例１〜４においては、溶接部（接合部）から５０ｍｍの位置に誘導コイルを設置したのに対し、実機においてはスクイズロールやトップロール等が設置されており、誘導コイルを溶接部から近い位置に設置できないケースもあることから、溶接部から離れた位置に誘導コイルを設置する場合を想定して実験を行った。
【０１１３】
本実施例においては、図５に示すような装置だと、誘導コイル（符号３参照）に囲まれたオープン管１の両端面部２ａ，２ｂの温度上昇は大きくなるが、接合部の温度上昇は小さくなることから、接合部へ向かう電流量を増すため、図２５及び図２６に示すような、互いに電気的に接続された第１の誘導コイル３０及び導体３４を備えた構成の電縫管溶接装置６０を用いて実験を行った。また、本実施例では、インピーダーを用いず、誘導コイルのみを用いた実験を行った。また、本実施例では、誘導コイルを上記構成とし、インピーダーを用いなかった点以外は、上記実施例１と同様の条件で電縫管溶接を行った。
【０１１４】
具体的には、上下流方向の長さ：１００ｍｍ、且つ、周方向の幅：２００ｍｍとされた第１の誘導コイル３０と、上下流方向の長さ：２００ｍｍ、高さ：２０ｍｍ、厚さ：３ｍｍの鋼板からなる導体３４を接続した。
【０１１５】
そして、本発明例５として、このようになる誘導コイル及び導体を、接合部６から上流側（開口部側）に１５０ｍｍ離れた位置に、誘導コイルの下流側（接合部側）の端部を配置して加熱を行った。
【０１１６】
また、本発明例６として、本発明例５と同様に上記誘導コイル及び導体を配置するとともに、図２７に示すように、導体３４を構成する２つの導体部３４Ａ，３４Ｂ間に、走行方向Ｒの長さ：２００ｍｍ、高さ：２０ｍｍ、厚さ：５ｍｍのフェライトコア（第２の強磁性体）を配置して加熱を行った。
【０１１７】
また、本発明例７として、本発明例５と同様に上記誘導コイル及び導体を配置するとともに、走行方向Ｒの長さ：２００ｍｍ、幅：１５ｍｍ、高さ：９０ｍｍの角張った横向きＵの字状を有するフェライトコア（第３の強磁性体：図３４等を参照）を、第１の誘導コイル３０及びオープン管１の開口部２に挿入するように配置して加熱を行った。
【０１１８】
また、本発明例８として、本発明例６と同様に導体３４を構成する２つの導体部３４Ａ，３４Ｂ間にフェライトコア（第２の強磁性体）を配置するとともに、本発明例７と同様に、角張った横向きＵの字状のフェライトコア（第３の強磁性体）を第１の誘導コイル３０及びオープン管１の開口部２に挿入するように配置して加熱を行った。
【０１１９】
また、比較例３として、上記比較例２と同様に、円筒状にオープン管の外周を囲む様にした１Ｔの誘導コイルを、接合部の上流側２５０ｍｍに配置して、同じ電流で通電加熱を行い、昇温速度を比較した。
上記本発明例５〜８及び比較例３の結果を下記表２に示す。
【０１２０】
【表２】
2014027564.tif 000057
【０１２１】
表２に示す昇温速度比は、比較例３における加熱速度を１とした時の、各実験の昇温速度の割合を示した。
【０１２２】
表２に示すように、本発明例５では、従来のような鋼管（オープン管）の外周を囲む誘導コイル形式の比較例１、２に比べ、加熱速度が４５％速くなることが確認できた。
【０１２３】
また、本発明例６では、上流側の導体３４をなす２つの導体部３４Ａ、３４の間に第２の強磁性体としてのフェライトコアを挿入することで、さらに、加熱速度が１５％速くなることが確認できた。
【０１２４】
また、本発明例７、８では、上述した角張った横向きＵの字状の、第３の強磁性体としてのフェライトコアを第１の誘導コイル３０及びオープン管１の開口部２に挿入することで、上記本発明例５、６に比べて、それぞれ２倍以上の加熱速度が得られることが確認でき、効率的な加熱が可能となることが明らかとなった。
【０１２５】
なお、本実施例においては、鋼管（オープン管）の上方に誘導コイルを設置するだけで簡単にセットが済むこと、並びに、鋼管径が±１０％程度で変化した場合でも、加熱速度は大きく変わらないことも確認できた。
【０１２６】
[実施例３]
本実施例では、外径３１８．５ｍｍ、肉厚６．９ｍｍ、長さ１ｍの鋼管（オープン管）上に、外径１０ｍｍ、内径８ｍｍの銅管からなる長さ２５０ｍｍ、幅２００ｍｍの矩形の誘導コイル（第１の誘導コイル）を配置した。この際、オープン管との距離が１０ｍｍ（一定）となるように誘導コイルを湾曲させ、鞍型の形状とした。誘導コイル内には、冷却水を流して冷却をした。誘導コイルは、接合部から１５０ｍｍ離した位置に設置した。オープン管の開口部は、実施例１の場合と同形状である。本発明例９ではさらに、誘導コイル内側かつ開口部内に、図１３に示すように、幅（周方向）１０ｍｍ、長さ（走行方向Ｒ）６５ｍｍ、高さ３０ｍｍの、第１の強磁性体としてのフェライトコアを、オープン管の端面部近傍の管外表面から上方に１０ｍｍ出るようにし、接合部から１９０ｍｍ（誘導コイルから３０ｍｍ）位置から２５５ｍｍの位置まで設置して、溶接電流８００Aで１０秒間静止加熱を行った。
【０１２７】
本発明例１０では、フェライトコアの長さを１３０ｍｍとし、接合部から１９０ｍｍ（誘導コイルから３０ｍｍ）の位置から３２０ｍｍの位置まで設置し、同様に静止加熱を行った。
【０１２８】
本発明例１１では、フェライトコアの長さを１９５ｍｍとし、接合部から１９０ｍｍ（誘導コイルから３０ｍｍ）の位置から３８５ｍｍの位置まで設置し、同様に静止加熱を行った。
【０１２９】
また、基準としての本発明例１２では、オープン管の開口部内に上述したようなフェライトコアを配置せずに、同様の静止加熱を行った。
【０１３０】
評価は、上記発明例９〜１２につき、オープン管の端面の、誘導コイルで囲まれた部分の走行方向における中間位置での温度変化と、オープン管の端面の、誘導コイルの下流側端と接合部との中間位置（接合部から７５ｍｍの位置）での温度変化とをそれぞれ測定し、本発明例９〜１１について、本発明例１２の昇温温度に対する、各点の昇温温度割合を求めて評価した。結果を表３に示す。
【０１３１】
【表３】
2014027564.tif 000058
【０１３２】
表３の結果より、第１の強磁性体としてのフェライトコアを誘導コイルで囲まれたオープン管の端面間に設置することにより、誘導コイル内に位置する、オープン管の端面の箇所の温度上昇が緩やかとなる一方、接合部により近い側の、オープン管の端面の箇所の温度上昇が向上している。これは、誘導コイル内に位置する、オープン管の端面を流れる電流が減少し、その分、接合部側へ流れる電流が増加していることを示しており、第１の強磁性体であるフェライトコアを設置することにより、本発明の電縫管溶接装置の効率がより向上していることを示している。
【符号の説明】
【０１３３】
１…金属帯板、オープン管、
２…開口部、
２ａ，２ｂ…オープン管の端面部、
６…接合部（溶接部）、
５０，６０，７０…電縫管溶接装置、
３…第１の誘導コイル、
３’…第２の誘導コイル、
３’’…第３の誘導コイル、
３Ａ…第１の誘導コイルの背面（上面）、
３０，３１，３２，３３…第１の誘導コイル、
３４…導体、
３４Ａ，３４Ｂ…導体部、
３５…導体、
７…ロール、
８…インピーダー、
９…第４の強磁性体、
９’…第１の強磁性体、
１０…第５の強磁性体、
１１…第２の強磁性体、
１２…第３の強磁性体、
４ａ，４ｂ，４ａ’，４ｂ’，５ａ，５ｂ，５ａ’，５ｂ’，５ｃ，５ｄ，５ｃ’，５ｄ’…誘導電流、
４ａ’（Ｅ），４ｂ’（Ｅ），５ａ’（Ｅ），５ｂ’（Ｅ），５ｃ’（Ｅ），５ｄ’（Ｅ）…誘導電流（金属板端面部を流れる誘導電流）、
Ｍ…磁束、
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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接合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、
前記誘導加熱手段が、少なくとも１つの誘導コイルを有し、該少なくとも１つの誘導コイルのうち、前記接合部の最も近くに位置する第１の誘導コイルは、内部に磁性体コアを伴わない空芯コイルであり、前記開口部を跨いで一次電流回路が形成されるように、前記オープン管の外周を周回せずに、前記開口部の上方に配置されており、
前記第１の誘導コイルに高周波電流を流すことで一次電流回路を形成した際に、前記オープン管の、前記第１の誘導コイルの下方でかつ前記開口部の両外側の部分に、前記オープン管の、少なくとも前記端面部を通る誘導電流を有する二次電流の閉回路が、両方の前記端面部の近傍に各々１つ以上形成されるように、前記一次電流回路が形成されており、
前記オープン管の両端面部の間でかつ前記第１の誘導コイルの内側に配置された第１の強磁性体を備える電縫管溶接装置。
【請求項２】
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接合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、
前記誘導加熱手段が、少なくとも１つの誘導コイルを有し、該少なくとも１つの誘導コイルのうち、前記接合部の最も近くに位置する第１の誘導コイルは、内部に磁性体コアを伴わない空芯コイルであり、前記開口部を跨いで一次電流回路が形成されるように、前記オープン管の外周を周回せずに、前記開口部の上方に配置されており、
前記第１の誘導コイルに高周波電流を流すことで一次電流回路を形成した際に、前記オープン管の、前記第１の誘導コイルの下方でかつ前記開口部の両外側の部分に、前記オープン管の、少なくとも前記端面部を通る誘導電流を有する二次電流の閉回路が、両方の前記端面部の近傍に各々１つ以上形成されるように、前記一次電流回路が形成されており、
前記第１の誘導コイルの前記一次電流回路によって形成された、前記二次電流の閉回路における前記オープン管の各端面部を通る誘導電流の上流側に、当該誘導電流とは逆向きの誘導電流が前記オープン管の各端面部に発生するように、前記オープン管の、走行方向における上流側の前記開口部内に、前記端面部から離間して対向するように設けられた一対の導体部を有する導体が配置されている電縫管溶接装置。
【請求項３】
前記導体は、前記第１の誘導コイルと電気的に接続されている、請求項２に記載の電縫管溶接装置。
【請求項４】
前記導体における前記一対の導体部の間に配置され、該一対の導体部に沿って延びる第２の強磁性体を備える、請求項２又は３に記載の電縫管溶接装置。
【請求項５】
前記第２の強磁性体は、前記一対の導体部から電気的に絶縁されている、請求項４に記載の電縫管溶接装置。
【請求項６】
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接合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、
前記誘導加熱手段が、少なくとも１つの誘導コイルを有し、該少なくとも１つの誘導コイルのうち、前記接合部の最も近くに位置する第１の誘導コイルは、内部に磁性体コアを伴わない空芯コイルであり、前記開口部を跨いで一次電流回路が形成されるように、前記オープン管の外周を周回せずに、前記開口部の上方に配置されており、
前記第１の誘導コイルに高周波電流を流すことで一次電流回路を形成した際に、前記オープン管の、前記第１の誘導コイルの下方でかつ前記開口部の両外側の部分に、前記オープン管の、少なくとも前記端面部を通る誘導電流を有する二次電流の閉回路が、両方の前記端面部の近傍に各々１つ以上形成されるように、前記一次電流回路が形成されており、
前記オープン管の内側で前記走行方向に延びる内側部と、前記オープン管の外側で前記走行方向に延びる外側部と、前記第１の誘導コイルで区画された空間内で、前記内側部及び前記外側部間に延びる中間部とを有し、前記内側部及び前記外側部の、前記中間部よりも下流側の部分と前記中間部とで区画された開放空間側を前記走行方向の下流側に向けて配置され、前記内側部、中間部及び外側部を通る磁束の閉回路を形成する第３の強磁性体を備える電縫管溶接装置。
【請求項７】
前記第３の強磁性体の外側部及び内側部のうちの少なくとも一方の下流側の端部は、分岐された形状とされている、請求項６に記載の電縫管溶接装置。
【請求項８】
前記高周波電流の周波数は、１００ｋＨｚ以上である、請求項１〜７の何れか１項に記載の電縫管溶接装置。
【請求項９】
前記オープン管の走行方向において前記第１の誘導コイルよりも上流側で、且つ、対向する両端面部の間に配置された第４の強磁性体を備える、請求項１〜８の何れか１項に記載の電縫管溶接装置。
【請求項１０】
前記第４の強磁性体の断面形状が、前記オープン管の走行方向と垂直な断面において、Ｔ字状、逆Ｔ字状、Ｉ字状、又は、横向きＨ字状であることを特徴とする請求項９に記載の電縫管溶接装置。
【請求項１１】
前記第１の誘導コイルの上方に、該第１の誘導コイルを少なくとも部分的に覆う第５の強磁性体を備える、請求項１〜１０の何れか１項に記載の電縫管溶接装置。
【請求項１２】
前記第５の強磁性体は、前記オープン管の開口部に対応する位置で、前記第１の誘導コイルの略半部を覆う第１の半部と、該第１の誘導コイルの残りの略半部を覆う第２の半部とに分割された構成を有する、請求項１１に記載の電縫管溶接装置。
【請求項１３】
前記第１の誘導コイルは、前記開口部から側方に向かうにつれて前記オープン管との隙間が広がるよう形成されている、請求項１〜１２の何れか１項に記載の電縫管溶接装置。
【手続補正書】
【提出日】平成28年2月15日(2016.2.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
すなわち、本発明の電縫管溶接装置は、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接合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、前記誘導加熱手段が、少なくとも１つの誘導コイルを有し、該少なくとも１つの誘導コイルのうち、前記接合部の最も近くに位置する第１の誘導コイルは、平面視で１ターン以上の閉回路が形成された誘導コイルであって内部に磁性体コアを伴わない空芯コイルであり、前記オープン管の外周を周回せずに、前記開口部を跨いで前記開口部の上方に配置されており、前記第１の誘導コイルに高周波電流を流すことで一次電流回路が形成されると共に、前記オープン管の両端面部の間でかつ前記第１の誘導コイルの内側に配置された第１の強磁性体を備える。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、本発明の電縫管溶接装置は、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接合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、前記誘導加熱手段が、少なくとも１つの誘導コイルを有し、該少なくとも１つの誘導コイルのうち、前記接合部の最も近くに位置する第１の誘導コイルは、平面視で１ターン以上の閉回路が形成される誘導コイルであって内部に磁性体コアを伴わない空芯コイルであり、前記オープン管の外周を周回せずに、前記開口部を跨いで前記開口部の上方に配置されており、前記第１の誘導コイルに高周波電流を流すことで一次電流回路が形成されると共に、前記オープン管の、走行方向における前記第１の誘導コイル上流側の前記開口部内に、前記第１の誘導コイルの一方の端面部側の端部から連続して形成され、前記一方の端面部から離間して当該端面部に対向するように前記走行方向に沿って設けられ、同様に設けられた他方の端面部側と合わせた一対の導体部を有する導体が配置されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
また、本発明の電縫管溶接装置は、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接合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、前記誘導加熱手段が、少なくとも１つの誘導コイルを有し、該少なくとも１つの誘導コイルのうち、前記接合部の最も近くに位置する第１の誘導コイルは、平面視で１ターン以上の閉回路が形成される誘導コイルであって内部に磁性体コアを伴わない空芯コイルであり、前記オープン管の外周を周回せずに、前記開口部を跨いで前記開口部の上方に、電源から高周波電流が供給される一対の端部が走行方向の上流側に位置するように配置されており、前記電源から前記端部に高周波電流を供給して第１の誘導コイルに高周波電流を流すことで一次電流回路が形成されると共に、前記オープン管の、走行方向における前記第１の誘導コイルの上流側の前記開口部内に、各前記端面部から離間して各当該端面部に対向するように前記走行方向に沿って一対の導体部を備える導体が配置されており、各導体部の走行方向における下流側に前記電源から高周波電流が供給される各端部が位置しており、高周波電流は、前記第１の誘導コイルにおける一方の端面部側の端部と、前記一方の端面部側の前記導体部の端部とに、同一タイミングで逆極性となるように供給されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
さらに、本発明の電縫管溶接装置は、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接合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、前記誘導加熱手段が、少なくとも１つの誘導コイルを有し、該少なくとも１つの誘導コイルのうち、前記接合部の最も近くに位置する第１の誘導コイルは、平面視で１ターン以上の閉回路が形成される誘導コイルであって内部に磁性体コアを伴わない空芯コイルであり、前記オープン管の外周を周回せずに、前記開口部を跨いで前記開口部の上方に配置されており、前記第１の誘導コイルに高周波電流を流すことで一次電流回路が形成されると共に、前記オープン管の内側で前記走行方向に延びる内側部と、前記オープン管の外側で前記走行方向に延びる外側部と、前記第１の誘導コイルで区画された空間内で、前記内側部及び前記外側部間に延びる中間部とを有し、前記内側部及び前記外側部の、前記中間部よりも下流側の部分と前記中間部とで区画された開放空間側を前記走行方向の下流側に向けて配置され、前記内側部、中間部及び外側部を通る磁束の閉回路を形成する第３の強磁性体を備える。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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接合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、
前記誘導加熱手段が、少なくとも１つの誘導コイルを有し、該少なくとも１つの誘導コイルのうち、前記接合部の最も近くに位置する第１の誘導コイルは、平面視で１ターン以上の閉回路が形成された誘導コイルであって内部に磁性体コアを伴わない空芯コイルであり、前記オープン管の外周を周回せずに、前記開口部を跨いで前記開口部の上方に配置されており、
前記第１の誘導コイルに高周波電流を流すことで一次電流回路が形成されると共に、
前記オープン管の両端面部の間でかつ前記第１の誘導コイルの内側に配置された第１の強磁性体を備える電縫管溶接装置。
【請求項２】
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接合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、
前記誘導加熱手段が、少なくとも１つの誘導コイルを有し、該少なくとも１つの誘導コイルのうち、前記接合部の最も近くに位置する第１の誘導コイルは、平面視で１ターン以上の閉回路が形成される誘導コイルであって内部に磁性体コアを伴わない空芯コイルであり、前記オープン管の外周を周回せずに、前記開口部を跨いで前記開口部の上方に配置されており、
前記第１の誘導コイルに高周波電流を流すことで一次電流回路が形成されると共に、
前記オープン管の、走行方向における前記第１の誘導コイル上流側の前記開口部内に、前記第１の誘導コイルの一方の端面部側の端部から連続して形成され、前記一方の端面部から離間して当該端面部に対向するように前記走行方向に沿って設けられ、同様に設けられた他方の端面部側と合わせた一対の導体部を有する導体が配置されている電縫管溶接装置。
【請求項３】
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接合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、
前記誘導加熱手段が、少なくとも１つの誘導コイルを有し、該少なくとも１つの誘導コイルのうち、前記接合部の最も近くに位置する第１の誘導コイルは、平面視で１ターン以上の閉回路が形成される誘導コイルであって内部に磁性体コアを伴わない空芯コイルであり、前記オープン管の外周を周回せずに、前記開口部を跨いで前記開口部の上方に、電源から高周波電流が供給される一対の端部が走行方向の上流側に位置するように配置されており、
前記電源から前記端部に高周波電流を供給して第１の誘導コイルに高周波電流を流すことで一次電流回路が形成されると共に、
前記オープン管の、走行方向における前記第１の誘導コイルの上流側の前記開口部内に、各前記端面部から離間して各当該端面部に対向するように前記走行方向に沿って一対の導体部を備える導体が配置されており、各導体部の走行方向における下流側に前記電源から高周波電流が供給される各端部が位置しており、
高周波電流は、前記第１の誘導コイルにおける一方の端面部側の端部と、前記一方の端面部側の前記導体部の端部とに、同一タイミングで逆極性となるように供給される電縫管溶接装置。
【請求項４】
前記導体における前記一対の導体部の間に配置され、該一対の導体部に沿って延びる第２の強磁性体を備える、請求項２又は３に記載の電縫管溶接装置。
【請求項５】
前記第２の強磁性体は、前記一対の導体部から電気的に絶縁されている、請求項４に記載の電縫管溶接装置。
【請求項６】
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接合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、
前記誘導加熱手段が、少なくとも１つの誘導コイルを有し、該少なくとも１つの誘導コイルのうち、前記接合部の最も近くに位置する第１の誘導コイルは、平面視で１ターン以上の閉回路が形成される誘導コイルであって内部に磁性体コアを伴わない空芯コイルであり、前記オープン管の外周を周回せずに、前記開口部を跨いで前記開口部の上方に配置されており、
前記第１の誘導コイルに高周波電流を流すことで一次電流回路が形成されると共に、
前記オープン管の内側で前記走行方向に延びる内側部と、前記オープン管の外側で前記走行方向に延びる外側部と、前記第１の誘導コイルで区画された空間内で、前記内側部及び前記外側部間に延びる中間部とを有し、前記内側部及び前記外側部の、前記中間部よりも下流側の部分と前記中間部とで区画された開放空間側を前記走行方向の下流側に向けて配置され、前記内側部、中間部及び外側部を通る磁束の閉回路を形成する第３の強磁性体を備える電縫管溶接装置。
【請求項７】
前記第３の強磁性体の外側部及び内側部のうちの少なくとも一方の下流側の端部は、分岐された形状とされている、請求項６に記載の電縫管溶接装置。
【請求項８】
前記高周波電流の周波数は、１００ｋＨｚ以上である、請求項１〜７の何れか１項に記載の電縫管溶接装置。
【請求項９】
前記オープン管の走行方向において前記第１の誘導コイルよりも上流側で、且つ、対向する両端面部の間に配置された第４の強磁性体を備える、請求項１〜８の何れか１項に記載の電縫管溶接装置。
【請求項１０】
前記第４の強磁性体の断面形状が、前記オープン管の走行方向と垂直な断面において、Ｔ字状、逆Ｔ字状、Ｉ字状、又は、横向きＨ字状であることを特徴とする請求項９に記載の電縫管溶接装置。
【請求項１１】
前記第１の誘導コイルの上方に、該第１の誘導コイルを少なくとも部分的に覆う第５の強磁性体を備える、請求項１〜１０の何れか１項に記載の電縫管溶接装置。
【請求項１２】
前記第５の強磁性体は、前記オープン管の開口部に対応する位置で、前記第１の誘導コイルの略半部を覆う第１の半部と、該第１の誘導コイルの残りの略半部を覆う第２の半部とに分割された構成を有する、請求項１１に記載の電縫管溶接装置。
【請求項１３】
前記第１の誘導コイルは、前記開口部から側方に向かうにつれて前記オープン管との隙間が広がるよう形成されている、請求項１〜１２の何れか１項に記載の電縫管溶接装置。
【国際調査報告】
2014027564.tif 000059
2014027564.tif 000060
2014027564.tif 000061
2014027564.tif 000062