WO2016147982A1 - 転造加工装置 - Google Patents

Abstract

　被処理管における多様なサイズに適用可能で、管端から任意の位置に溝を作成することできる転造加工装置を提供する。　本発明の転造加工装置１は、第１軸線Ｃ１を中心として回転可能な軸部１３と、軸部１３の外周より、円周に沿って外方に突出し、断面形状が凸状である凸ローラ１４と、第１軸線Ｃ１と平行な第２軸線を中心として回転可能で、断面形状が凹状であり、第１軸線Ｃ１に沿った方向において、凸ローラ１４と対応する位置に配置可能で、凸ローラ１４に対して近接及び離間する方向に移動可能な凹ローラ１５と、軸部１３の外周における凸ローラ１４よりも基端側に取り付けられ、凸ローラ１４との間の第１軸線Ｃ１に沿った方向の距離が可変の管端位置決め部材３０と、被処理管２の外周に装着されるリング部材５１の外周を、被処理管２の軸である第３軸線Ｃ３を中心として回転可能に支える支持部材５７とを備える。

Description

転造加工装置

　本発明は、被処理対象である管状部材に溝を形成する転造加工装置に関する。

　従来、水道配管として、ダグタイル鋳鉄管が多く用いられている。ダグタイル鋳鉄管は鋳物製であるため形状の自由度が高い。このため、多種多様な継手が存在し、適材適所に利用されている。
　一方、ステンレス鋼（ＳＵＳ）の水道配管も存在するが、継手の加工が容易でないため、特定の径に限定されている。以下では、ステンレス鋼（ＳＵＳ）製の水道配管を、ＳＵＳ管と記す。しかし、ＳＵＳ管は、ダグタイル鋳鉄管と比べて耐用年数が長い。さらに、赤水、青水等の問題が発生しにくく、常温環境下では応力腐食割れが発生しないので、ランニングコストが安い。このため、今後、種々の径のＳＵＳ管の使用が求められている。

　ＳＵＳ管を接続する場合、接続する２本の管の端部の外周に溝を形成し、それらの溝に係合する継手を取り付ける。
　このような溝を形成する装置として、従来、ケーシングに収容され且つ回転出力部を有する駆動伝達機構と、駆動伝達機構を駆動する電気駆動モータと、管の内面に沿って取付けられ且つ全周溝を有する駆動ローラと、管を挟んで駆動ローラに向かって押付けられ且つ全周凸部を有する溝付けローラと、管に固定され且つ管の軸線方向に対して垂直な軌道面を有する軌道リングと、軌道面に沿って管の全周にわたって移動可能にケーシングに取付けられた移動ローラを有する転造加工装置が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１３－１０３２３７号公報

　上述の転造加工装置は、一定の管サイズを対象とし、及び管端から一定の位置に溝を作成するものである。今後、上述のように種々の径のＳＵＳ管の使用が予想されるが、径が異なると、管端からの溝の位置も異なってくるので従来の転造加工装置を使用することはできない。
　本発明の課題は、被処理対象である管状部材における多様なサイズに適用可能で、管端から任意の位置に溝を作成することできる転造加工装置を提供することである。

　本発明の一実施形態は、第１軸線を中心として回転可能な軸部と、前記軸部の外周より、前記第１軸線を中心とした円周に沿って外方に突出し、前記第１軸線を含む平面で切断した断面形状が、外方に向かって凸状である第１溝付け部と、前記第１軸線と平行な第２軸線を中心として回転可能で、前記第１軸線と前記第２軸線を含む平面で切断した断面形状が凹状であり、前記第１軸線に沿った方向において、前記第１溝付け部と対応する位置に配置可能で、前記第１溝付け部に対して近接及び離間する方向に移動可能な第２溝付け部と、前記軸部の外周における、前記第１溝付け部よりも基端側に取り付けられ、前記第１溝付け部との間の前記第１軸線に沿った方向の距離が可変である鍔状の管端位置決め部材と、被処理対象の管状部材の外周に装着されるリング部材の外周を、前記管状部材の軸である第３軸線を中心として回転可能に支える支持部材と、を備えることを特徴とする、前記管状部材の転造加工装置を提供する。

　また、前記支持部材は、前記リング部材を間に挟む凹状の支持ローラを備えてもよい。

　また、前記支持ローラは、上下動可能であり、前記リング部材の周方向において少なくとも２箇所に設けられていてもよい。

　また、前記支持ローラは、前記管端位置決め部材に近接及び離間する方向に移動可能であってもよい。

　また、前記管端位置決め部材は、前記軸部の外周において、前記第１軸線に沿った方向に移動可能であってもよい。

　また、前記第２溝付け部材の前記凹状の前記第１軸線に沿った方向における中心の、前記第１溝付け部材の前記凸状の前記第１軸線に沿った方向における中心に対する、前記第１軸線に沿った方向の相対位置を変更可能であってもよい。

　前記第２溝付け部材と前記第１溝付け部材との間の相対位置を測定可能な位置検出装置を備えてもよい。

　また、前記リング部材は、前記管状部材に対して着脱可能であってもよい。

　本発明によれば、被処理管における多様なサイズに適用可能で、管端から任意の位置に溝を作成することできる転造加工装置を提供することができる。

本発明の一実施形態の転造加工装置の概略断面図である。 転造加工装置を、前方から見た概念図である。 リング部材の正面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。 転造加工の動作を説明する図である。 リング部材の変形形態の正面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。 凹ローラの中心が、凸ローラの中心と一致している場合に発生する場合がある現象を説明する図である。 長手側における、凹ローラと凸ローラとの間の距離が、管端側よりも狭い場合に製造される凸部形状を示す図である。 ２本の被処理管を連結した状態を示す断面図である。 移動機構による凹ローラの移動を説明する図である。 第２実施形態の転造加工装置の概略断面図である。 管端支持部を示す図である。 表２の結果をグラフにしたものである。 第２実施形態の転造加工装置における転造加工動作を説明する図である。

　（第１実施形態）
　以下、図面を参照して、本発明による転造加工装置１の第１実施形態を説明する。本実施形態の転造加工装置１は、被処理対象である管状部材（被処理管２）を、溝付けの型となる凸ローラ（第１溝付け部）１４と凹ローラ（第２溝付け部）１５との間に挟んで回転させ、金属の可塑性を利用した「塑性加工」により被処理管２に溝を付ける転造加工装置である。

　図１は本発明の第１実施形態の転造加工装置１の、後述する第１軸線Ｃ１に沿った概略断面図である。ただし、図は説明容易のため簡略化したものであり、正確な断面を示すものではない。
　以下、図示するように、軸部１３の第１軸線Ｃ１に沿った方向を前後方向とし、被処理管２が装着される側を前、反対側を後ろとして説明する。また、転造加工装置１が配置されたときの上下となる方向を上下方向とする。
　図２は、転造加工装置１を、前方から見た概念図である。以下、図示するように、前後方向及び上下方向と直交する方向を左右方向として説明する。

　転造加工装置１は、溝付け機構１０と、被処理管２の管端２ａを位置決めする管端位置決め部材３０と、被処理管２を支持する管支持機構５０と、を備え、全体がフレーム７０に固定されている。

（フレーム）
　まず、転造加工装置１のフレーム７０について説明する。
　フレーム７０は、転造加工装置１の前後方向の両端に設けられたそれぞれ２本の前脚部７１及び後脚部７２と、２本の前脚部７１の間を左右に架け渡された前板部７３と、２本の後脚部７２の間を左右に架け渡された後板部７４と、前板部７３と後板部７４との間に前後に架け渡された溝付板部７５と、を備える。
　溝付板部７５には、図示するように、長手方向に沿って細長いスライドガイド溝７９が形成されている。スライドガイド溝７９は、左右方向の中央部において溝付板部７５を貫通している。
　フレーム７０は、さらに、後述の駆動モータ１１が固定される固定台７６と、固定台７６の前側から上方に延びる保持板７７と、保持板７７の左右に設けられたレール保持壁７８と、を備える。

（溝付け機構）
　溝付け機構１０は、駆動モータ１１と、駆動モータ１１の回転軸に連結され、ベアリング部１２により回転自在に固定台７６に保持された軸部１３と、軸部１３の前側の外周に設けられた凸ローラ１４とを備える。

　（軸部）
　軸部１３は円柱状で、第１軸線Ｃ１を中心として回転する。
軸部１３の基端は、上述のように固定台７６に固定されたベアリング部１２を介して駆動モータ１１の回転軸に取り付けられている。

　（凸ローラ）
　凸ローラ１４は、軸部１３の外周において第１軸線Ｃ１を中心とした円環状に形成されている。凸ローラ１４は軸部１３と別体で軸部１３の外周に装着するものであってもよく、また軸部１３と一体形成されているものであってもよい。
　凸ローラ１４の前後方向の断面は、図１に示すように軸部１３の外方に突出した半円状が好ましい。

　また、溝付け機構１０は、凸ローラ１４の上部に配置された凹ローラ１５と、凹ローラ保持部１６と、凹ローラ１５及び凹ローラ保持部１６を上下するシリンダ１７と、を備える。

（凹ローラ）
　凹ローラ１５は、図１に示すように、２つの円板部材１５ａの間に円柱部材１５ｂを配した形状で、前後方向の断面が略Ｈ型の部材である。
　凹ローラ１５の中心には、第２軸線Ｃ２に沿って回転軸１５ｃが挿入され、回転軸１５ｃの両端は円板部材１５ａから突き出している。
　凹ローラ１５と凸ローラ１４とは、間に被処理管２を挟むことにより被処理管２に溝を形成する。

（凹ローラ保持部）
　凹ローラ保持部１６は、矩形の本体部１６ｄの前後の両端より、２つの矩形の保持板１６ａが下方に延びた部材で、図１に示すように断面はコの字型である。
　保持板１６ａには、それぞれ孔１６ｂが設けられている。この孔１６ｂにはベアリング１６ｃが配置されており、ベアリング１６ｃには凹ローラ１５の回転軸１５ｃが挿入されている。これによって凹ローラ１５は、凹ローラ保持部１６に対して回転可能となり、軸部１３及び被処理管２の回転に合わせて回転することができる。

　凹ローラ保持部１６の上部には、シリンダ１７のシリンダロッド１７ａが取り付けられている。シリンダ１７は、シリンダチューブ１７ｂの中にピストン（図示せず）が配置され、ピストンがシリンダチューブ１７ｂ内を上下動することによって、ピストンから延びるシリンダロッド１７ａも上下動する。

　さらに、転造加工装置１は、シリンダ１７を介して溝付け機構１０を前後に移動させる移動機構８０を備える。
　移動機構８０は、シリンダ１７を保持する移動ブロック８１と、移動ブロック８１に設けられた挿通ねじ孔８２を貫通するボールねじ８３と、ボールねじ８３を回転させるハンドル８４と、移動ブロック８１をスライドさせるレール８５とを備える。

　移動ブロック８１は、矩形の厚板部材で、前後に貫通するように形成された挿通ねじ孔８２を備える。移動ブロック８１の下面の左右縁部には、スライド部８６が取り付けられ、移動ブロック８１の中央部には開口部８７が設けられている。
　開口部８７には、シリンダ１７がはめ込まれて固定されている。
　挿通ねじ孔８２は、本実施形態では移動ブロック８１の左側に設けられ、内面がねじ切りされている。そしてその挿通ねじ孔８２には、ボールねじ８３が挿入されている。

　レール８５は、フレーム７０における上述のレール保持壁７８の上部に取り付けられている。スライド部８６は、下面にスライドガイド溝８８が設けられ、スライドガイド溝８８にレール８５が挿入されている。
　ボールねじ８３の端部に取り付けられたハンドル８４を回転させると、ボールねじ８３が回転し、それによって移動ブロック８１は前後に移動する。

（管端位置決め部材）
　軸部１３における、凸ローラ１４とベアリング部１２との間には、円環状の管端位置決め部材３０が配置されている。管端位置決め部材３０は、所定厚さの円環板部材である。
　管端位置決め部材３０の内径は軸部１３の外径と略同径で、軸部１３の外周に装着されている。管端位置決め部材３０の外径は、凸ローラ１４の外径に被処理管２の厚みを足した長さより長い。
　管端位置決め部材３０には、外周側から内周側に延びる貫通ねじ孔３２が設けられている。貫通ねじ孔３２には、長ねじ３１が螺合されている。
　管端位置決め部材３０を軸部１３の外周に装着し、貫通ねじ孔３２より長ねじ３１をねじ込んで、長ねじ３１を軸部１３に押圧することで、管端位置決め部材３０を軸部１３に固定することができる。
　また、長ねじ３１を緩めると、管端位置決め部材３０を軸部１３の長手方向（前後方向）の任意の位置に移動させることができる。
　すなわち、管端位置決め部材３０と凸ローラ１４との間隔は、任意に調整可能である。

　（管支持機構）
　管支持機構５０は、被処理管２の外周に装着されるリング部材５１と、リング部材５１を回転可能に支持する支持ローラ５５と、支持ローラ５５を回転可能に支持するローラ支持部５７とを備える。

（リング部材）
　図３は、リング部材５１の正面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。
　図示するように、リング部材５１は、被処理管２の外周に装着される部材である。リング部材５１は、２つの半円部５２，５３に分割されており、半円部５２，５３は、ボルト５４によって連結されている。
　一方の半円部５２の端部には、ボルト孔５２ａが設けられている。
　他方の半円部５３の端部は、ボルト５４の頭部５４ａが貫通せず且つボルト５４のねじ部５４ｂが貫通する孔５３ａが設けられた壁部５３ｂを形成するようにカットされている。
　リング部材５１の内径は、被処理管２の外径と略同様で、ボルト５４を半円部５３の壁部５３ｂの孔５３ａより挿入し、一方の半円部５２の端部のボルト孔５２ａにねじ込むことにより、リング部材５１を被処理管２に固定可能である。
　リング部材５１は、被処理管２の外径に応じて、複数用意されており、被処理管２の寸法に合わせて交換可能である。

（支持ローラ）
　支持ローラ５５は、リング部材５１を下方より保持するようにリング部材５１の周囲に２つ（第１支持ローラ５５Ａ、第２支持ローラ５５Ｂ）設けられている。
　それぞれの支持ローラ５５は、図１に示すように、２つの円板部材５５ａの間に円柱部材５５ｂを配した状態の断面Ｈ型のローラである。
　支持ローラ５５の中心には、回転軸５６が挿入され、回転軸５６の両端は円板部材５５ａから突き出している。

（ローラ支持部）
　ローラ支持部５７は、２つの同形の矩形の横板（第１横板５７ａ、第２横板５７ｂ）の底辺の間に、１つの矩形の底板５７ｃを配置して第１横板５７ａと第２横板５７ｂとを連結した部材で、図１に示すように断面コの字型である。
　第１横板５７ａ、第２横板５７ｂには、図２に示すように、それぞれ２つの孔５８（第１孔５８ａ、第２孔５８ｂ）が設けられている。
　ローラ支持部５７における第１横板５７ａの第１孔５８ａに第１支持ローラ５５Ａの回転軸５６の突出部の一方が挿入され、第２横板５７ｂの第１孔５８ａに第１支持ローラ５５Ａの回転軸５６の突出部の他方が挿入されている。
　また、ローラ支持部５７における第１横板５７ａの第２孔５８ｂに第２支持ローラ５５Ｂの回転軸５６の突出部の一方が挿入され、第２横板５７ｂの第２孔５８ｂに第２支持ローラ５５Ｂの回転軸５６の突出部の他方が挿入されている。
　これにより、第１支持ローラ５５Ａ、第２支持ローラ５５Ｂは、ローラ支持部５７に対して回転可能となり、リング部材５１を回転自在に保持することができる。

（円柱部材）
　ローラ支持部５７は、円柱部材５９に保持されている。円柱部材５９の外周面には、ねじ切り部５９ａが形成されている。
　円柱部材５９は、矩形のスライド部６０を貫通し、さらに上述の溝付板部７５のスライドガイド溝７９を貫通している。
　スライド部６０の左側端部には、２つのボルト用孔６０ａが設けられている。そのボルト用孔６０ａに挿入されたボルト６０ｂは、ボルト頭がスライド部６０の上面に保持され、ねじ部がスライド部６０及び溝付板部７５のスライドガイド溝７９に挿通されている。
　ねじ部には、スライドガイド溝７９の左右の幅より径の大きいナット６０ｃが、溝付板部７５の下面側よりねじ込まれている。ナット６０ｃを締めることにより、スライド部６０は溝付板部７５に対して固定される。ナット６０ｃを緩めることにより、スライド部６０は前後方向にスライドガイド溝７９に沿って移動可能となる。これにより、支持ローラ５５及びローラ支持部５７の前後移動が可能となる。

　円柱部材５９のスライド部６０より下部には、スクリュージャッキ６１が配置されている。スクリュージャッキ６１からは回転操作軸６１ａが左右方向に延び、その先端にハンドル６１ｂが取り付けられている。
　ハンドル６１ｂを回すと、スクリュージャッキ６１の内部のギアが回転し、円柱部材５９を上下する。円柱部材５９が上下すると、円柱部材５９より上方に配置されている支持構造も上下する。
　なお、ローラ支持部５７から２本のガイド６２が下方に延びてスライド部６０を挿通し、ローラ支持部５７の回転や傾きを抑制している。

（動作の説明）
　次に、本実施形態の転造加工装置１の動作について説明する。
１）まず、ハンドル８４を回転させることにより、移動ブロック８１を前後方向に移動させる。そして凹ローラ１５の中心（前後方向の中心）が、凸ローラ１４の中心（前後方向の中心）と一致するように、凹ローラ１５の前後方向位置を合わせる。

２）管端位置決め部材３０から凸ローラ１４の中心Ｐ１までの距離が、被処理管２の管端２ａから被処理管２において溝を形成する転造加工位置までの距離と同じになる第１位置Ｐ２に、管端位置決め部材３０を軸部１３の外周においてスライドさせる。
　第１位置Ｐ２において、管端位置決め部材３０の貫通ねじ孔３２から、長ねじ３１をねじ込んで、長ねじ３１を軸部１３に押圧する。これにより、管端位置決め部材３０が軸部１３の所望の第１位置Ｐ２に固定される。

３）溝を形成する被処理管２の外径に適した内径を有するリング部材５１を選択する。そして、リング部材５１の２つの半円部５２、５３を被処理管２の外周に配置し、ボルト５４を、半円部５３の壁部５３ｂの孔５３ａより挿入し、一方の半円部５２の端部のボルト孔５２ａにねじ込む。これにより、リング部材５１が被処理管２に固定される。

４）次いで、凸ローラ１４に被処理管２を被せ、被処理管２の管端２ａを管端位置決め部材３０に接触させる。これにより、被処理管２の転造加工位置が、凸ローラ１４と凹ローラ１５との中心Ｐ１に配置される。

５）スライド部６０のボルト６０ｂを緩め、スライドガイド溝７９に沿ってスライド部６０をスライドさせる。そして、支持ローラ５５における第１支持ローラ５５Ａと第２支持ローラ５５Ｂにおける、円柱部材５５ｂ上の保持凹部が、被処理管２に装着されているリング部材５１の位置にくるように、支持ローラ５５の前後方向位置を調整する。

６）スクリュージャッキ６１のハンドル６１ｂを回転させて、支持ローラ５５の保持凹部にリング部材５１が入るように、支持ローラ５５の上下方向位置を調整する。これにより、被処理管２が水平に保たれる。
　そして、再度、スライドガイド溝７９に沿ってスライド部６０をスライドさせて、被処理管２の管端２ａが管端位置決め部材３０に当接するように被処理管２を押し付けることで、被処理管２の前後方向の微調整を行う。この状態で、ボルト６０ｂを締め、スライド部６０、すなわちリング部材５１及び被処理管２の前後方向の位置を固定する。
　以上の工程により、転造加工の準備が完了する。

７）次に、被処理管２に溝を形成する転造加工を行う。図４は転造加工の動作を説明する図である。
　転造加工を行う際、シリンダ１７を作動させ、シリンダロッド１７ａ及び凹ローラ１５を下降させ、凹ローラ１５を被処理管２の外周に接触させる（図４（ａ）の状態）。

８）駆動モータ１１を作動させ、軸部１３及びその外周に設けられた凸ローラ１４を回転させた状態で、凹ローラ１５を凸ローラ１４に近接する方向にさらに下降させる。
　凹ローラ１５が被処理管２に接触した後、さらに凹ローラ１５を下降させると、接触箇所であるＱ１，Ｑ３において凹ローラ１５が被処理管２の壁面を内側に押圧する。一方、凸ローラ１４と被処理管２との接触箇所であるＱ２の上下方向の位置は変わらないので、図４（ｂ）に示すように、被処理管２の壁面に凸部２０が形成される。
　軸部１３は第１軸線Ｃ１を中心として回転しているので、この回転に合わせて凸ローラ１４も回転し、被処理管２も、被処理管２自体の中心である第３軸線Ｃ３を中心として回転する。この回転により被処理管２の全周に凸部２０が形成され、溝となる。

９）凹ローラ１５の下降に伴って溝が形成されると、溝の深さと同程度（被処理管２の板厚減少が生じるため、溝の深さと被処理管２の下がる量とは完全には一致しない）被処理管２も下がる。被処理管２を水平に保つように、再度スクリュージャッキ６１を回転させて、図４に示すように、支持ローラ５５の中心軸線である第４軸線Ｃ４の位置を下げて支持ローラ５５の高さ調整を行う。

１０）被処理管２の溝の深さが目的の深さになるまで凹ローラ１５の下降と支持ローラの高さ調整を行う（図４（ｃ））。なお、支持ローラ５５の高さ調整は、凹ローラ１５の圧下とリニアに対応していなくても、管端から管端位置決め部材３０が外れなければ、前後方向の位置決めは可能である。ある程度の全周凸部２０が形成されれば、凸ローラ１４と凹ローラ１５に被処理管２が挟み込まれ、全周凸部２０がガイドの役目もするため、支持ローラ５５をリング部材５１から退避させても成形が可能となる。
　そして、溝の深さが所望の深さになった時点で、転造加工を終了する。

　以上、本実施形態の転造加工装置１は以下の効果を有する。
（１）第１軸線Ｃ１を中心として回転可能な軸部１３と、軸部１３の外周より、第１軸線Ｃ１を中心とした円周に沿って外方に突出し、第１軸線Ｃ１を含む平面で切断した断面形状が、外方に向かって凸状の凸ローラ１４と、第１軸線Ｃ１と平行な第２軸線Ｃ２を中心として回転可能で、第１軸線Ｃ１と前記第２軸線Ｃ２を含む平面で切断した断面形状が凹状で、第１軸線Ｃ１に沿った方向において、凸ローラ１４と同位置に配置可能で、凸ローラ１４に対して近接及び離間する方向に移動可能な凹ローラ１５と、を備える。
　これにより、凹ローラ１５と凸ローラ１４との間に被処理管２を挟んだ状態で凹ローラ１５を凸ローラ１４に対して近接させることで、被処理管２に凸部２０を形成することができる。
　そして、凸ローラ１４を回転させすることで、被処理管２に形成された凸部２０を被処理管２の周囲に延ばし、溝を形成することができる。

（２）また、軸部１３の外周における、凸ローラ１４よりも基端側に取り付けられ、凸ローラ１４との間の第１軸線Ｃ１に沿った方向の距離が可変である鍔状の管端位置決め部材３０と、被処理管２の外周に装着されるリング部材５１の外周を、被処理管２の第２軸線Ｃ２を中心として回転可能に支えられた凹ローラ１５と、を備える。
　このように管端位置決め部材３０は、凸ローラ１４との間の第１軸線Ｃ１に沿った方向の距離が可変であるので、管端２ａから任意の位置に溝を作成することできる。

（３）また、被処理管２に装着されるリング部材５１の外周を、第４軸線Ｃ４を中心として回転可能に支えられた支持ローラ５５と支持部材５７と、を備える。
　これにより、被処理管２の加工中のずれを防止することができる。

（４）支持部材５７は、被処理管２に固定されたリング部材５１を間に挟む凹状の支持ローラ５５を備える。このため、被処理管２及びリング部材５１が回転しても、滑らかに保持することができる。

（５）支持ローラ５５は、上下動可能であり、リング部材５１の周方向において少なくとも２箇所に設けられている。このため、多様なサイズの被処理管２を保持することが可能である。

（６）支持ローラ５５は、管端位置決め部材３０に近接及び離間する方向に移動可能である。このため、被処理管２を管端位置決め部材３０に押し付けることが可能で、被処理管２の安定した加工が可能となる。

（７）管端位置決め部材３０は、軸部１３の外周において、第１軸線に沿った方向に移動可能である。これによると、上述のように管端位置決め部材３０は、凸ローラ１４との間の第１軸線Ｃ１に沿った方向の距離が可変であるので、管端２ａから任意の位置に溝を作成することできる。

（８）リング部材５１は、被処理管２に対して着脱可能であるので、１つのリング部材５１を複数の被処理管２に使用することができ、コスト削減が可能である。

（９）また、本実施形態において、図４（ａ）に示すＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４の箇所が接触しているので、加工初期での水平状態を確保可能することが可能である。そして加工が進み、溝部がある程度形成されると、溝部自体がガイドとなるため倒れ込みや、加工部がズレることが防止される。

（変形形態）
　以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

　上記実施形態では、リング部材５１が、２つの半円部５２，５３に分割されており、半円部５２，５３は、ボルト５４によって連結されている形態について説明したが、これに限定されない。図５は、リング部材の変形形態の正面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。
　変形形態のリング部材５１’は、外周側から内周側に延びる貫通ねじ孔５１ａ、５１ｂが２か所に設けられている。貫通ねじ孔５１ａ、５１ｂには、それぞれ長ねじ５１ｃ、５１ｄが螺合されている。
　リング部材５１’を被処理管２の外周に装着し、貫通ねじ孔５１ａ、５１ｂより長ねじ５１ｃ、５１ｄをねじ込んで、長ねじ５１ｃ、５１ｄを被処理管２に押圧することで、リング部材５１’を被処理管２に固定することができる。
　また、長ねじ５１ｃ、５１ｄを緩めると、リング部材５１’を被処理管２の長手方向（前後方向）の任意の位置に移動させることができる。
　本変形形態においても、リング部材５１’は、被処理管２の外径に応じて、複数用意されており、被処理管２の寸法に合わせて交換可能である。

　上記実施形態では、支持ローラ５５が、リング部材５１の周囲に２つ（第１支持ローラ５５Ａ、第２支持ローラ５５Ｂ）設けられている形態について説明した。しかし発明はこれに限定されず、被処理管２の上下方向及び前後方向の位置のずれを制限することができれば、支持ローラ５５は、被処理管２の周方向において１箇所だけに設けられてもよいし、３箇所以上に設けられてもよい。

　上記実施形態では、リング部材５１の断面が凸状で、支持ローラ５５の断面が凹状である例について説明したが、これに限定されない。例えば、リング部材５１の断面が凹状で、支持ローラ５５の断面が凸状であってもよい。

　上記実施形態では、凸ローラ１４が被処理管２の内面に配置され、凹ローラ１５が被処理管２の外面に配置された例について説明したが、これに限定されない。例えば、凸ローラが被処理管２の外面に配置され、凹ローラが被処理管２の内面に配置されていてもよい。

　上記実施形態では、駆動モータ１１によって軸部１３を回転する形態について説明したが、これに限定されず、手動により軸部１３を回転してもよい。

　さらに、本実施形態では、軸部１３が固定され、管端位置決め部材３０が軸部１３に対して移動可能な形態について説明したが、これに限定されない。
　例えば、管端位置決め部材３０が固定台７６ｂに対して固定され、軸部１３に設けられた凸ローラ１４が固定台７６に対して移動可能な形態であってもよい。
　この場合、本実施形態は凹ローラ１５が、第１軸線Ｃ１に沿った方向に移動可能であるので、凸ローラ１４の位置に合わせて凹ローラ１５の位置を調整することができる。

（第２実施形態）
　第１実施形態では、上述のように、ハンドル８４を回転させることにより、移動ブロック８１を前後方向に移動させる。そして凹ローラ１５の中心が、凸ローラ１４の中心（前後方向の中心）と一致するように、凹ローラ１５の前後方向位置を合わせる。この凹ローラ１５の中心と凸ローラ１４の中心とが一致した状態で、転造加工を行い、凸部２０を形成する。

　第１実施形態のように、凹ローラ１５の中心と凸ローラ１４の中心とが一致している場合、通常は良好な凸部２０が形成される。しかし、被処理管２の材料の硬度や、凸ローラ１４を押圧する速度や力の関係で、以下の現象が生じる場合がある。

　図６は、凹ローラ１５の中心が、凸ローラ１４の中心と一致している際に、発生する場合のある現象を説明する図であり、図４に対応している。
　まず、第１実施形態において説明したように、凹ローラ１５を被処理管２の外周に接触させる（図６（ａ）の状態）。
　凸ローラ１４を回転させた状態で、凹ローラ１５を凸ローラ１４に近接する方向にさらに下降させる。
　凹ローラ１５が被処理管２に接触した後、さらに凹ローラ１５を下降させると、接触箇所において凹ローラ１５が被処理管２の壁面を内側に押圧し、図６（ｂ）に示すように、被処理管２の壁面に凸部２０が形成される。
　軸部１３は第１軸線Ｃ１を中心として回転しているので、この回転に合わせて凸ローラ１４も回転し、被処理管２も、被処理管２自体の中心である第３軸線Ｃ３を中心として回転する。この回転により被処理管２の全周に凸部２０が形成され、溝となる。

　ここで、軸部１３は、片持ち状態で保持されている。すなわち、軸部１３の長手方向の管端側は、ベアリング部１２及び駆動モータ１１を介して固定台７６に保持されている（図１参照）が、それと逆側（長手側）の凸ローラ１４が取り付けられている側は、保持されていない状態である。
　このため、例えば、被処理管２の材料の硬度、凸ローラ１４を押圧する速度、形成する凸部２の高さ等によっては、軸部１３が、図６（ｂ）、図６（ｃ）に示すように、凹ローラ１５による押圧方向（図中下方）に傾く場合がある。

　このように軸部１３が傾くと、図６（ｃ）に示すように、第１軸線Ｃ１に沿った方向の長手側における、凹ローラ１５と凸ローラ１４との距離Ｌ２が、管端側における凹ローラ１５と凸ローラ１４との距離Ｌ１よりも狭くなる。
　図７は、このような場合に製造される可能性のある凸部２０を示す図である。図７に示すように、凹ローラ１５と凸ローラ１４との距離Ｌ２が、管端側における凹ローラ１５と凸ローラ１４との距離Ｌ１よりも狭い場合、加工された被処理管２の凸部２０における、管端側の厚さｔ１よりも長手側ｔ２の厚さが薄くなる場合がある。

　被処理管２として、（１）呼び径８０Ａ（外径９０ｍｍ、板厚３ｍｍ）、（２）呼び径１５０Ａ（外径１６５ｍｍ、板厚３．５ｍｍ）、（３）呼び径２５０Ａ（外径２６７ｍｍ、板厚４．０ｍｍ）のＳＵＳ３０４鋼管を用いて、凹ローラ１５の中心が、凸ローラ１４の中心と一致している際に凸部２０を形成し、実際にｔ１とｔ２とを測定した結果を以下の表１に示す。なお、凸部２０の高さは、それぞれ６ｍｍ、８ｍｍ、８．５ｍｍである。

　表１に示すように、ｔ１とｔ２の厚さに差Δｔが生じた場合、以下のような現象が生じる場合がある。
　図８は、２本の被処理管２を連結した状態を示す断面図である。図示するように、２本の被処理管２を連結する際、ハウジング型の管継手２１によって固定される。この場合、凸部２０をハウジング２３の内周側開口溝２４に内側より係合する。このように連結された２本の被処理管２に対して、図８に示すように、両方の管に互いに離れる方向に力が加わると、凸部２０における、薄くなっている側（厚さｔ２）側の強度が弱くなるので、割れが発生する可能性がある。

　そこで、第２実施形態は、図９（ａ）の状態から図９（ｂ）の状態となるように、移動機構８０（図１に図示）により凹ローラ１５を移動させる。そして、凹ローラ１５の中心Ｐ１Ａと、凸ローラ１４の中心Ｐ１Ｂとをずらす。なお、本実施形態では凹ローラ１５を凸ローラ１４に対して移動させるが、これに限定されず、凸ローラ１４を凹ローラ１５に対して移動させてもよく、両者が相対的に移動する構造であればよい。さらに、例えば、凹ローラ１５の回転軸１５ｃの両端に設けられた円板部材１５ａを左右非対称にし、第１軸線Ｃ１に沿った前後方向の向きを変えることにより凹ローラ１５の中心Ｐ１Ａと、凸ローラ１４の中心Ｐ１Ｂとをずらすようにしてもよい。

　図１０は第２実施形態の転造加工装置１Ａの概略断面図である。
　第２実施形態の転造加工装置１Ａが第１実施形態と異なる点は、位置検出装置１００を備える点と、管端支持部１１０を備える点である。他の構成については第１実施形態と同様であるので同様な部分の説明は省略する。

　位置検出装置１００は前後（Ｘ方向）の位置検出部１００Ｘと、上下方向（Ｙ方向）の位置検出部１００Ｙと、を備える。
　例えば、位置検出部１００Ｘは、例えば、レール８５に設けられたスケール（図示せず）に対する、自己の位置の検出が可能である。
　レール８５は、溝付け機構１０及びフレーム７０に固定されている。したがって、溝付け機構１０に対して管端位置決め部材３０及び凸ローラ１４の位置を固定した状態において、位置検出部１００Ｘは、凸ローラ１４の凹ローラ１５に対する移動量、すなわち、凹ローラ１５の中心Ｐ１Ａと、凸ローラ１４の中心Ｐ１Ｂとのずれ量ΔＸを検出可能である。

　また、位置検出部１００Ｙは、例えば、シリンダチューブ１７ｂに対するシリンダロッド１７ａの位置を検出可能である。

（管端支持部）
　図１１は管端支持部１１０を、図１０と直交する方向の前側（図中左側）から見た図である。管端支持部１１０は、２つのベアリング１１１と、そのベアリング１１１をそれぞれ回転可能に保持する２枚の板部材１１２と、を備える。２枚の板部材１１２はＬ字型に連結されている。２枚の板部材１１２の連結部分１１３の下部からは支持軸１１４が延び、支持軸１１４の下端は、支持筒１１５に挿通されている。支持筒１１５は、更に下端に設けられた保持筒１１６に挿通されている。
　支持軸１１４は、支持筒１１５の上端に設けられたジャッキ１１７を回転することにより、支持筒１１５に対して上下動する。支持筒１１５は、保持筒１１６に対して伸縮可能である。また、保持筒１１６を垂直に保持するための３本の脚部１１８が設けられている。管端支持部１１０は、被処理管２の、中央よりも前側に配置されている。

　第２実施形態の転造加工装置１Ａによると、上述のように位置検出部１００Ｘは、凸ローラ１４と凹ローラ１５とのずれ量ΔＸを検出可能である。
　以下の表は、上述のように被処理管２として（１）呼び径８０Ａ（外径９０ｍｍ、板厚３ｍｍ）、（２）呼び径１５０Ａ（外径１６５ｍｍ、板厚３．５ｍｍ）、（３）呼び径２５０Ａ（外径２６７ｍｍ、板厚４．０ｍｍ）のＳＵＳ３０４鋼管を準備し、ずれ量ΔＸを変化させて凸部２を形成し、管端側厚みｔ１（ｍｍ）と、長手側厚みｔ２（ｍｍ）とを測定した結果と、その結果より、ｔ１とｔ２との差Δｔを求めた値を示す表である。

　図１２は、表２の結果をグラフにしたものである。
　表２及び図１２のグラフより、（１）呼び径８０ＡのときはΔＸが０．９ｍｍ付近、（２）呼び径１５０ＡのときはΔｘが１．０ｍｍ付近、（３）呼び径２５０ＡのときはΔＸが１．２ｍｍ付近でΔｔがゼロに近くなる。

　本実施形態においては、このようにΔｔが略ゼロになるようなΔＸを求めるために、まず、複数のテスト用の被処理管２に対して、ΔＸを変化させて転造加工を行う。
　そして、ΔＸが異なる状態で凸部２０が形成された複数の被処理管２における凸部２０の管端側の厚みｔ１と長手側の厚みｔ２とを測定する。
　ここで、図１２に示すように、Δｔは近似的にΔＸの一次関数とみなせる。ゆえに、少なくとも２つのテスト用の被処理管２により求めたΔｔのΔＸに対する関数を求める。そして、その関数よりΔｔがゼロになるときのΔＸ１を求める。
　凸ローラ１４に対する位置がΔＸ１となる位置に、凹ローラ１５を配置する。そして、その状態で、転造加工装置１により、転造加工を行う。

　図１３は、ΔｔがゼロになるΔＸ１だけ、凹ローラ１５の中心Ｐ１Ａと凸ローラ１４の中心Ｐ１Ｂとをずらした転造加工装置１Ａの動作を説明する図である。
　まず、第１実施形態において説明したように、凹ローラ１５を被処理管２の外周に接触させる（図１３（ａ）の状態）。
　凸ローラ１４を回転させた状態で、凹ローラ１５を凸ローラ１４に近接する方向にさらに下降させる。
　凹ローラ１５が被処理管２に接触した後、さらに凹ローラ１５を下降させると、接触箇所において凹ローラ１５が被処理管２の壁面を内側に押圧し、図１３（ｂ）に示すように、被処理管２の壁面に凸部２０が形成される。

　軸部１３は第１軸線Ｃ１を中心として回転しているので、この回転に合わせて凸ローラ１４も回転し、被処理管２も、被処理管２自体の中心である第３軸線Ｃ３を中心として回転する。この回転により被処理管２の全周に凸部２０が形成され、溝となる。

　ここで、軸部１３は傾くが、実施形態においてΔＸ１は、Δｔがゼロになるように設定された値であるので、加工された被処理管２の凸部２０における、管端側の厚みｔ１と長手側の厚みｔ２とは略同じ厚さになる。

　したがって、本実施形態によると、管端側の厚みｔ１と長手側の厚みｔ２とは略同じ厚さになるので、凸部２０の強度が偏ることがない。ゆえに、２本の被処理管２が、ハウジング型の管継手２１によって連結されている際に、両方の被処理管２に対して互いに離れる方向に力が加わっても、凸部２０に割れが発生する可能性が低減される。
　本実施形態によると、位置検出部１００Ｘ，１００Ｙを有しているので、凹ローラ１５と凸ローラ１４との間の正確な位置を把握可能である。したがって、ΔｔがゼロになるようなΔＸ１の調節が容易であり、Δｔをゼロにすることが容易である。

　また、被処理管２も片持ちである。そうすると、被処理管２が長尺の場合、凸ローラ１４によって支えられていない端部（図中左側、前側）が、自重によって撓む可能性がある。しかし、実施形態は管端支持部１１０を備える。
　管端支持部１１０における被処理管２を保持するベアリング１１１は、ジャッキによって支持軸１１４を介して上下動可能である。したがって、異なる径を有する被処理管２に対しても、被処理管２の側面を、転造加工前に被処理管２が水平を保つように保持することが可能である。したがって、転造加工中に、被処理管２の水平が保たれるので、転造加工時における被処理管の変形等が生じない。また、ベアリング１１１によって保持されているので、被処理管２を前後に容易に異動可能であるので、転造加工装置１Ａへの被処理管２の装着も容易である。

　なお、本実施形態では、ΔｔがゼロになるようにΔＸ１を調節したが、これに限らない。即ち、Δｔがマイナス、つまり長手側厚みｔ２（ｍｍ）が管端側厚みｔ１（ｍｍ）よりも厚くなるようにΔＸ１を調節してもよい。これにより、連結された２本の被処理管２に対して、、互いに離れる方向に力が加わった場合における凸部２０の強度を向上させることができる。

　　Ｃ１　　第１軸線
　　Ｃ３　　第３軸線
　　１　　転造加工装置
　　２　　被処理管
　　１０　　溝付け機構
　　１１　　駆動モータ　
　　１３　　軸部　
　　１４　　凸ローラ　
　　１５　　凹ローラ　
　　１６　　凹ローラ保持部　
　　１７　　シリンダ
　　３０　　管端位置決め部材　
　　５０　　管支持機構　
　　５１　　リング部材
　　５２　　半円部
　　５３　　半円部
　　５５　　　支持ローラ　
　　５７　　　ローラ支持部　
　　５９　　　円柱部材　
　　７０　　　フレーム　
　　８０　　移動機構　
　　１００Ｘ，１００Ｙ　　位置検出部
　　１１０　　管端支持部

 

Claims (8)

1. 　第１軸線を中心として回転可能な軸部と、
   　前記軸部の外周より、前記第１軸線を中心とした円周に沿って外方に突出し、前記第１軸線を含む平面で切断した断面形状が、外方に向かって凸状である第１溝付け部と、
   　前記第１軸線と平行な第２軸線を中心として回転可能で、前記第１軸線と前記第２軸線を通る平面で切断した断面形状が凹状であり、前記第１軸線に沿った方向において、前記第１溝付け部と対応する位置に配置可能で、前記第１溝付け部に対して近接及び離間する方向に移動可能な第２溝付け部と、
   　前記軸部の外周における、前記第１溝付け部よりも基端側に取り付けられ、前記第１溝付け部との間の前記第１軸線に沿った方向の距離が可変である鍔状の管端位置決め部材と、
   　被処理対象の管状部材の外周に装着されるリング部材の外周を、前記管状部材の軸である第３軸線を中心として回転可能に支える支持部材と、
   を備える管状部材の転造加工装置。
    
2. 　前記支持部材は、前記リング部材を間に挟む凹状の支持ローラを備える、
   請求項１に記載の転造加工装置。
    
3. 　前記支持ローラは、上下動可能であり、前記リング部材の周方向において少なくとも２箇所に設けられている、
   請求項２に記載の転造加工装置。
    
4. 　前記支持ローラは、前記管端位置決め部材に近接及び離間する方向に移動可能である、
   請求項２又は３に記載の転造加工装置。
    
5. 　前記管端位置決め部材は、前記軸部の外周において、前記第１軸線に沿った方向に移動可能である、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の転造加工装置。
    
6. 　前記第２溝付け部材の前記凹状の前記第１軸線に沿った方向における中心の、前記第１溝付け部材の前記凸状の前記第１軸線に沿った方向における中心に対する、前記第１軸線に沿った方向の相対位置を変更可能である、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の転造加工装置。
    
7. 　前記第２溝付け部材と前記第１溝付け部材との間の相対位置を測定可能な位置検出装置を備える、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の転造加工装置。
    
8. 　前記リング部材は、前記管状部材に対して着脱可能である
   請求項１から７のいずれか１項に記載の転造加工装置。

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