(57)【要約】【課題】金属円筒の拡管について、金属円筒の円周方向各部で均一な伸びを得ることによって拡管限界を広げ、拡管後の金属円筒の断面形状を目標とする円形に成形し、金属円筒の内面に擦り傷が発生することのない、金属円筒の拡管装置及び拡管方法を提供する。【解決手段】軸方向に外径が変化するテーパー軸２と、テーパー軸２の周囲に円周方向に配置された複数のセグメント３を有し、セグメント３の外周側にセグメントロール４を有し、セグメント３の内周側テーパー部６はテーパー軸２と接し、セグメント群３３とテーパー軸２とを軸方向に相対的に移動することによってセグメント群３３をテーパー軸２の軸中心から遠ざける方向に移動させ、セグメント群３３とテーパー軸２との相対移動に際し、金属円筒１０とセグメント群３３はテーパー軸２の軸周りに相対的に異なった回転速度を有することを特徴とする拡管装置及び拡管方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属円筒を拡管する拡管装置であって、
軸方向に外径が変化するテーパー軸と、テーパー軸の周囲に円周方向に配置された複数のセグメントを有し、セグメントの外周側にセグメントロールを有し、セグメントの内周側にはテーパー部が形成され、
テーパー軸の外周とセグメント内周側のテーパー部とが接触し、各セグメントロールの外周が金属円筒の内周と接触するように配置され、
セグメント群とテーパー軸とは軸方向に相対的に移動可能であり、セグメント群とテーパー軸とを軸方向に相対的に移動することによってセグメント群をテーパー軸の軸中心から遠ざける方向に移動させ、該セグメント群とテーパー軸との相対移動に際し、金属円筒とセグメント群はテーパー軸の軸周りに相対的に異なった回転速度を有することを特徴とする拡管装置。
【請求項２】
さらに金属円筒を保持する保持具を有し、前記セグメント群とテーパー軸との相対移動に際し、保持具で保持した金属円筒とセグメント群はテーパー軸の軸周りに相対的に異なった回転速度を有することを特徴とする請求項１に記載の拡管装置。
【請求項３】
セグメント群と保持具のうちの一方をテーパー軸の軸まわりに回転させる回転装置を有し、回転装置を有しない他方はテーパー軸の軸まわりに回転しないことを特徴とする請求項２に記載の拡管装置。
【請求項４】
さらにセグメントロール回転駆動装置を有し、前記セグメント群とテーパー軸との相対移動に際し、すべてのセグメントロールを同一の回転速度で同一の回転方向に回転させることを特徴とする請求項１に記載の拡管装置。
【請求項５】
セグメントロール群が金属円筒と接する部分で形成される仮想面は円錐状であり、その円錐の径はテーパー軸の軸方向に変化することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の拡管装置。
【請求項６】
金属円筒を拡管する拡管方法であって、
軸方向に外径が変化するテーパー軸と、テーパー軸の周囲に円周方向に配置された複数のセグメントを有し、セグメントの外周側にセグメントロールを有し、セグメントの内周側にはテーパー部が形成され、
テーパー軸の外周とセグメント内周側のテーパー部とが接触し、各セグメントロールの外周が金属円筒の内周と接触するように配置され、
セグメント群とテーパー軸とは軸方向に相対的に移動可能であり、セグメント群とテーパー軸とを軸方向に相対的に移動させてセグメント群をテーパー軸の軸中心から遠ざける方向に移動させ、該セグメント群とテーパー軸との相対移動に際し、金属円筒とセグメント群はテーパー軸の軸周りに相対的に異なった回転速度とすることを特徴とする拡管方法。
【請求項７】
金属円筒とセグメント群をテーパー軸の軸周りに相対的に異なった回転速度とするに際し、セグメント群と金属円筒の一方をテーパー軸の軸周りに回転させ、他方はテーパー軸の軸まわりに回転しないことを特徴とする請求項６に記載の拡管方法。
【請求項８】
さらにセグメントロール回転駆動装置を有し、前記セグメント群とテーパー軸との相対移動に際し、すべてのセグメントロールを同一の回転速度で同一の回転方向に回転させることを特徴とする請求項６に記載の拡管方法。
【請求項９】
セグメントロール群が金属円筒と接して形成される仮想面は円錐状であり、その円錐の径はテーパー軸の軸方向に変化することを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の拡管方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属円筒を拡管して径の大きい円筒形状とし、あるいは円錐形状にするための、金属円筒の拡管装置及び拡管方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属製の缶、例えばペール缶については、金属板を円筒状に巻いて継目部を溶接することによって側面部を形成し、さらに側面部と底部を接合することによって缶を形成する。金属製の缶には、側面部が軸方向において底部に向かうほど先細りになるテーパータイプと、側面部が円筒形のままのストレートタイプとがある。
【０００３】
テーパータイプについては、まず金属板を円筒状にまき継目部を溶接して金属円筒を形成した上で、この金属円筒を拡管することにより、形状をテーパー形状とする。ストレートタイプについても、金属円筒とした上で拡管して直径を大きくした上で側面部とすることがある。
【０００４】
金属円筒を拡管する方法として、エキスパンド方式あるいはパスカル方式が用いられている。
【０００５】
パスカル方式は、金属円筒の内部にゴム体などの弾性体で形成された拡管部材を挿入し、弾性体の内部に充填した気体又は液体によって加圧することにより、拡管部材を膨らませて金属円筒の拡管を行う。この場合、拡管後の形状を定めるためには金属円筒の外側に型を配置することが必須であり、かつ、金属円筒の軸方向端部の一方が拡径するような拡管パターンにおいては採用が困難である。従って、テーパータイプやストレートタイプのペール缶に用いるような拡管について、パスカル方式を採用することはできない。
【０００６】
エキスパンド方式については、拡管前の金属円筒の内側にエキスパンド型を配置して、エキスパンド型にて金属円筒を内側から外側に向けて押圧することにより、金属円筒が拡管され、最終形状に成形される。テーパータイプあるいはストレートタイプのいずれも、エキスパンド方式で拡管成形することができる。
【０００７】
エキスパンド型は、全体形状が円筒状あるいは円錐台状であり、周方向に沿って分割された円弧面を有する複数のセグメントを有する。各セグメントをエキスパンド型の半径方向に移動して円弧面を外方に広げることが可能であり、この移動によってエキスパンド型の径が大きくなり、金属円筒を内側から押し広げて拡管することができる。
【０００８】
通常、エキスパンド型の各セグメントの円弧面の曲率半径は、拡管後の円筒の曲率半径に等しく成形されている。そのため拡管前においては、図１２（ａ）に示すように、セグメント４０の円弧面４１はセグメントコーナーにおいて金属円筒と接触している。これに対し特許文献１においては、各セグメントの円弧面の曲率半径を、拡管前の円筒の曲率半径に等しく成形したものが記載されている。特許文献１に記載のものはこれにより、各セグメントの円弧面の両縁部と金属円筒の内面との摩擦により金属円筒の内面に擦り傷が生じるという現象が低減するとしている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２０３３５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
エキスパンド方式において、セグメント４０の円弧面４１における曲率半径が拡管後の円筒の曲率半径に等しい従来のエキスパンド型を用いる場合、図１２（ａ）に示すように、拡管中において金属円筒１０とセグメント４０とが強く接している部分は、セグメント円弧面の両縁部付近のセグメントコーナー接触部４２である。そして、各セグメントが放射状に広がるように移動して拡管を行うに際し、ひとつのセグメントの両縁部の間隔は一定に保持され、隣り合うセグメントの縁部同士の間隔は広がる。このため、金属円筒が拡管されるに際し、金属円筒のうち、ひとつのセグメントの両縁部の間の部分４４は周方向に広げる方向での拘束を受けず、一方隣り合うセグメントの縁部の間の部分４５は周方向に広げる方向の拘束を受ける。その結果、拡管後の金属円筒において、金属円筒１０のうち、ひとつのセグメントの両縁部の間の部分４４は周方向の伸びが少なく、逆に隣り合うセグメントの縁部の間の部分４５は周方向の伸びが多い。
【００１１】
以上のような拡管の結果として、隣り合うセグメントの縁部の間の部分４５の伸びは、拡管による金属円筒の周方向平均伸びよりも大きな値となる。拡管の限界は、拡管時の最大伸びの限界によって決まるので、金属円筒の周方向平均伸びが限界伸びに到達する前に、隣り合うセグメントの縁部の間の部分４５の伸びが限界伸びに到達し、それ以上の拡管は困難となっていた。
【００１２】
また拡管に際し、ひとつのセグメントの両縁部の間の部分４４については、平均伸びよりは少ないものの金属円筒１０が伸びる。金属円筒が伸びる際にセグメントコーナー接触部４２が金属円筒の内面をこするので、金属円筒１０の内面に擦り傷が発生する。
【００１３】
一方、特許文献１に記載のものは、各セグメントの円弧面の曲率半径を、拡管前の円筒の曲率半径に等しく成形されている。図１２（ｂ）に示すように、円弧面４１の曲率半径が拡管後の金属円筒の目標曲率半径よりも小さいので、拡管後において、金属円筒の断面形状は円形とならず、金属円筒のセグメント中央接触部４３を頂点としてセグメントの数に等しい多角形形状となってしまう。
【００１４】
本発明は、金属円筒を拡管して径の大きい円筒形状とし、あるいは円錐形状にするための、金属円筒の拡管について、金属円筒の円周方向各部で均一な伸びを得ることによって拡管限界を広げ、拡管後の金属円筒の断面形状を目標とする円形に成形し、金属円筒の内面に擦り傷が発生することのない、金属円筒の拡管装置及び拡管方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
（１）金属円筒を拡管する拡管装置であって、
軸方向に外径が変化するテーパー軸２と、テーパー軸２の周囲に円周方向に配置された複数のセグメント３を有し、セグメント３の外周側にセグメントロール４を有し、セグメント３の内周側にはテーパー部６が形成され、
テーパー軸２の外周とセグメント内周側のテーパー部６とが接触し、各セグメントロール４の外周が金属円筒１０の内周と接触するように配置され、
セグメント群３３とテーパー軸２とは軸方向に相対的に移動可能であり、セグメント群３３とテーパー軸２とを軸方向に相対的に移動することによってセグメント群３３をテーパー軸２の軸中心から遠ざける方向に移動させ、セグメント群３３とテーパー軸２との相対移動に際し、金属円筒１０とセグメント群３３はテーパー軸２の軸周りに相対的に異なった回転速度を有することを特徴とする拡管装置。
（２）さらに金属円筒１０を保持する保持具７を有し、セグメント群３３とテーパー軸２との相対移動に際し、保持具７で保持した金属円筒１０とセグメント群３３はテーパー軸２の軸周りに相対的に異なった回転速度を有することを特徴とする上記（１）に記載の拡管装置。
（３）セグメント群３３と保持具７のうちの一方をテーパー軸２の軸まわりに回転させる回転装置を有し、回転装置を有しない他方はテーパー軸の軸まわりに回転しないことを特徴とする上記（２）に記載の拡管装置。
（４）さらにセグメントロール回転駆動装置１５を有し、セグメント群３３とテーパー軸２との相対移動に際し、すべてのセグメントロール４を同一の回転速度で同一の回転方向に回転させることを特徴とする上記（１）に記載の拡管装置。
（５）セグメントロール群３４が金属円筒１０と接する部分で形成される仮想面は円錐状であり、その円錐の径はテーパー軸２の軸方向に変化することを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の拡管装置。
（６）金属円筒を拡管する拡管方法であって、
軸方向に外径が変化するテーパー軸２と、テーパー軸２の周囲に円周方向に配置された複数のセグメント３を有し、セグメント３の外周側にセグメントロール４を有し、セグメント３の内周側にはテーパー部６が形成され、
テーパー軸２の外周とセグメント内周側のテーパー部６とが接触し、各セグメントロール４の外周が金属円筒１０の内周と接触するように配置され、
セグメント群３３とテーパー軸２とは軸方向に相対的に移動可能であり、セグメント群３３とテーパー軸２とを軸方向に相対的に移動させてセグメント群３３をテーパー軸２の軸中心から遠ざける方向に移動させ、セグメント群３３とテーパー軸２との相対移動に際し、金属円筒１０とセグメント群３３はテーパー軸２の軸周りに相対的に異なった回転速度とすることを特徴とする拡管方法。
（７）金属円筒１０とセグメント群３３をテーパー軸２の軸周りに相対的に異なった回転速度とするに際し、セグメント群３３と金属円筒１０の一方をテーパー軸２の軸周りに回転させ、他方はテーパー軸の軸まわりに回転しないことを特徴とする上記（６）に記載の拡管方法。
（８）さらにセグメントロール回転駆動装置１５を有し、セグメント群３３とテーパー軸２との相対移動に際し、すべてのセグメントロール４を同一の回転速度で同一の回転方向に回転させることを特徴とする上記（６）に記載の拡管方法。
（９）セグメントロール群３４が金属円筒１０と接して形成される仮想面は円錐状であり、その円錐の径はテーパー軸の軸方向に変化することを特徴とする上記（６）乃至（８）のいずれかに記載の拡管方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、金属円筒を拡管して径の大きい円筒形状とし、あるいは円錐形状にするに際し、セグメントに配置したセグメントロール群が金属円筒の内周に接して相対回転しつつ拡管を行うので、金属円筒の円周方向各部で均一な伸びを得ることによって拡管限界が広がり、拡管後の金属円筒の断面形状を目標とする円形に成形することができ、金属円筒の内面に擦り傷が発生することのない拡管を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の金属円筒の拡管装置及び拡管方法は、拡管後の金属形状が円筒状であるストレートタイプ、円錐状であるテーパータイプのいずれの拡管をも行うことが可能である。まず第１に、ストレートタイプを例にとって本発明の説明を行う。
【００１８】
図１〜３に基づいて説明する。図１、図３（ａ）は拡管開始前の状況を示し、図２、図３（ｂ）は拡管終了時の状況を示す。図３（ｃ）は拡管終了後の金属管の断面形状を示している。
【００１９】
本発明の拡管装置は、軸方向に外径が変化するテーパー軸２と、テーパー軸２の周囲に円周方向に配置された複数のセグメント３を有する。図１〜３に示す例では、８個のセグメント３がテーパー軸２のまわりに放射状に並べられている。テーパー軸外径の変化勾配は一定である。
【００２０】
セグメント３の外周側にセグメントロール４を有し、各セグメントロール４の外周が金属円筒１０の内周と接触するように配置される。ストレートタイプの拡管を行う場合、セグメントロールはロール軸方向に径が一定の形状であり、セグメントロール４の回転軸はテーパー軸２の中心軸と平行に配置される。
【００２１】
セグメント３の内周側にはテーパー部６が形成され、テーパー部６においては、テーパー軸２の軸方向にテーパー軸中心からの距離が一定の勾配で変化する。セグメント３のテーパー部６の変化勾配とテーパー軸２の外径の変化勾配は等しく、テーパー軸２の外周とセグメント内周側のテーパー部６とが接触する。
【００２２】
セグメント群３３とテーパー軸２とは軸方向に相対的に移動可能である。セグメント群３３を固定してテーパー軸２を軸方向に移動し、あるいはテーパー軸２を固定してセグメント群３３を軸方向に移動させることができる。図１〜３に示す例では、セグメントケース５に配置されたテーパー軸移動装置９により、テーパー軸２が移動する。セグメント群３３のテーパー部６とテーパー軸２とが同じ勾配をもって接しているので、セグメント群３３とテーパー軸２とを軸方向に相対的に移動することによって、セグメント群３３をテーパー軸２の軸中心から遠ざけ、あるいは逆に近づけることができる。拡管に際しては、セグメント群３３をテーパー軸２の軸中心から遠ざける方向に移動させる。図１〜３に示す例では、テーパー軸２が移動方向２２に移動する。これにより、セグメントの外周に配置されたセグメントロール４がテーパー軸２の軸中心から遠ざかる方向で広がるので、セグメントロール４によって金属円筒１０が押し広げられ、拡管が進行する。図３において、（ａ）は拡管開始前、（ｂ）は拡管終了時を示す。（ｂ）の一点鎖線は拡管開始時のセグメントロールとテーパー軸の位置を示している。図３（ｂ）の一点鎖線（拡管開始前）と実線（拡管終了時）の位置の比較により、テーパー軸２の移動の状況と、セグメントロール４がテーパー軸の軸中心から遠ざかる状況が明らかである。
【００２３】
本発明においては、セグメント群３３とテーパー軸２との相対移動に際し、金属円筒１０とセグメント群３３（及びセグメント３に設置されたセグメントロール４）はテーパー軸２の軸周りに相対的に異なった回転速度を有することを特徴とする。図９に基づいて具体的に説明する。セグメントロール群がテーパー軸まわりに移動する移動を、以下セグメントロール群の「公転」ともいう。セグメントロールが自分の回転軸まわりに回転する運動を、以下セグメントロールの「自転」ともいう。
【００２４】
図９（ａ）に示すように、セグメントロール４をテーパー軸の軸周りに回転（公転２１）させ、金属円筒１０はテーパー軸の軸まわりに回転しないこととすることができる。あるいは、図９（ｂ）に示すように、金属円筒１０をテーパー軸の軸周りに金属円筒回転方向２３に回転させ、セグメント群はテーパー軸の軸まわりに回転（公転）しないこととすることができる。さらに図９（ｃ）に示すように、セグメント群を公転２１させるとともに、金属円筒をテーパー軸の軸周りに金属円筒回転方向２３に回転させ、両者を異なった回転速度で回転させることとしてもよい。図９（ａ）〜（ｃ）のいずれの場合も、セグメントロール４が自転２０している。
【００２５】
セグメント群３３とテーパー軸２との相対移動に際し、セグメントロール４によって金属円筒１０が押し広げられているので、金属円筒１０はセグメント群のセグメントロール４と接している。そして、セグメントロール４はセグメント３に設置されているので、金属円筒とセグメント群がテーパー軸の軸周りに相対的に異なった回転速度であれば、金属円筒１０とセグメントロール群３４もテーパー軸２の軸周りに相対的に異なった回転速度を有することとなる。即ち、金属円筒１０に固定した座標で見たときに、セグメントロール群３４は金属円筒１０の軸まわりに移動する。
【００２６】
セグメントロール４の自転２０については、金属円筒１０の回転速度とセグメントロール群３４の公転２１速度との回転速度差に伴い、受動的に自転させることができる。この場合、セグメント群３３と金属円筒１０の一方又は両方を回転制御し、回転制御しない側をテーパー軸２まわりに回転しないよう固定しておいて、セグメントロール４は自由回転するようにセグメント３に配置されている。セグメントロー４ルはその外周が金属円筒１０の内周と接しているので、セグメントロール４の公転速度と金属円筒１０の回転速度の差に応じて、セグメントロール４は自転することとなる。本発明において、図１〜３に示す態様のように、金属円筒１０を保持する保持具７を有していれば、この保持具７を固定することによって金属円筒１０を回転しないように固定することができ、逆に保持具７をテーパー軸周りに回転することによって金属円筒１０をテーパー軸まわりに回転させることができる。
【００２７】
金属円筒１０を保持具７で保持する本発明の実施の形態においては、金属円筒１０のうち保持具７で保持された部分については一般的に拡管することが困難である。ところで、金属円筒１０を拡管する態様として、準備した金属円筒（その直径は軸方向で一定）のうち、軸方向の一方の端又は両方の端については拡管せず、端部を除いた部分のみを拡管する場合がある。図３（ｃ）は一方の端部のみを拡管しない例、図４（ｃ）は両方の端部を拡管しない例である。いわゆるネックインタイプの円筒を形成する場合にこのような拡管を適用することができる。図３に示すように、少なくとも金属円筒１０の一方の端部を拡管しない態様においては、その拡管しない端部を保持具７で保持することが可能となる。一方、両方の端部を拡管しない態様では、図４に示すように、両方の端部を保持具７で保持すると好ましい。
【００２８】
金属円筒１０を保持する保持具７として、金属円筒１０の外周と接する部分が弾性体で形成されているものを用いれば、保持具７と接する金属円筒部分が拡管されるとしても、拡管中に金属円筒１０を保持することが可能となる。図５に示す態様では、保持具７は、金属製の外筒１３とその内部に収納される弾性体１４であるゴムで形成される。図５（ｃ）に示すように、外筒１３と弾性体１４は半割して開くことができ、保持具７を開いて拡管前の金属円筒１０を保持具内に収納し、保持具７を閉じることによって金属円筒１０が回転しないように保持具内に拘束することができる。この状態で、図５（ａ）（ｂ）に示すように、本発明の拡管装置を用いて拡管を行い、金属円筒の軸方向全体を一様に拡管することができる。
【００２９】
本発明においては、図６に示すように、セグメントロール回転駆動装置１５を有し、セグメントロール４を能動的に自転させることとしても良い。この場合、セグメント群３３とテーパー軸２との相対移動に際し、すべてのセグメントロール４を同一の回転速度で同一の回転方向に回転させる。そして、金属円筒１０とセグメント群３３の一方を、テーパー軸まわりに自由回転可能にしておく。例えば、セグメント３をテーパー軸まわりに回転しない固定配置とし、即ちセグメントロール４は公転しないように配置し、金属円筒１０を保持具で保持せずにセグメントロール４に接して自由に回転可能にしておけばよい。セグメントロール回転駆動装置１５によってすべてのセグメントロール４を同一の回転速度で同一の回転方向に回転（自転）させると、図９（ｂ）に示すように、セグメントロール４に接する金属円筒１０が受動的にテーパー軸まわりに回転を始める。図６（ａ）に示す態様では、セグメントロール回転駆動装置１５として、各セグメントのセグメントロール毎に駆動モーター１６を有しており、すべての駆動モーター１６の回転数を同期して回転させる。図６（ｂ）に示す態様では、駆動モーター１６は１台とし、駆動モーター１６の回転を回転駆動伝達装置１８（例えば歯車伝達）によってセグメント毎の自在継手１７に回転を伝達し、自在継手１７を経由して各セグメントロール４を回転させる。
【００３０】
金属円筒を拡管する態様として、準備した金属円筒（その直径は軸方向で一定）のうち、軸方向の全体を一様に拡管する態様においては、金属円筒を保持具で保持することなく拡管できれば好都合である。このような場合、上記のようにセグメントロール回転駆動装置１５を配置し、金属円筒１０をセグメントロール４に接して自由に回転可能とすると好ましい。図６に示すように、保持具を用いることなく、金属円筒１０を軸方向に一様に拡管することが可能となる。
【００３１】
本発明においては、拡管に際し、金属円筒とセグメントロールとの間に、セグメントロール中心軸まわりの回転速度の差を設けている結果として、金属円筒１０において各セグメントロール４が接している位置については、金属円筒１０の一定の箇所に固定されるのではなく、常に位置が変化することになる。そのため、金属円筒は、周方向に伸びの量が不均一になることがなく、周方向いずれの部位も同じように伸びていく。その結果、金属円筒の周方向平均伸びがその材料の伸び限界にいたるまで拡管を継続することができるので、従来のエキスパンド方式に比較し、拡管限界を拡大することが可能となる。
【００３２】
また、金属円筒とセグメントロールとは周方向にスリップを生じないように接触しているので、金属円筒の内面に擦り傷が発生することはない。
【００３３】
さらに、セグメントロールが金属円筒に接する位置については、周方向に常に変動しているので、金属円筒が多角形形状に変形されることがない。
【００３４】
さらに詳細に本発明の説明を行う。
【００３５】
セグメントロール４の数は、８〜１５とすると好ましい。セグメントロール４の数が多いほど、拡管時の金属円筒１０の変形が均一化するが、セグメントロール４の数が多くなるほどセグメントロール４の直径を小さくすることが必要となる。セグメントロール４は両端を支持されており、拡管時に金属円筒から受けるたわみ力をセグメントロール自身の剛性で受け止める必要があり、セグメントロールの直径をあまり小さくすることができない。また、セグメントロール４の数が多くかつ細くなるほど、セグメントも細いものを多数配設することが必要となる。セグメントロール４の数が上記好適な範囲であれば、これらの問題が発生することがない。セグメントロール４の数は、８〜１２とするとさらに好ましい。
【００３６】
図１〜２に示すように、セグメント３はセグメントケース５に組み立てられる。セグメントケース内において、セグメント３は放射状に摺動可能に取り付けられている。また、セグメント３をテーパー軸に押し付ける力を付与するため、弾性体リング１２が配置される。弾性体リング１２として、ゴム製のリングを用いることができる。セグメント回転装置８によってセグメントケース５を回転駆動することにより、セグメント３をテーパー軸２のまわりに回転させることができる。また、テーパー軸２をセグメントケース内に配置し、セグメントケース５に取り付けたテーパー軸移動装置９によってテーパー軸２を移動することにより、セグメント３とテーパー軸２とを相対的に移動させることができる。
【００３７】
テーパー軸２の断面形状としては、図７（ａ−２）に示すように、円形とすることができる。この場合、セグメント３のテーパー軸に接するテーパー部６の形状についても、図７（ａ−３）に示すように円弧形状となる。また、図７（ｂ）に示すように、テーパー軸２の断面形状を正多角形形状としても良い。正多角形の頂点の数は、セグメント３の数と等しくする。図７（ｂ）に示す例では、セグメント３の数が８個であるから、テーパー軸２の断面形状は図７（ｂ−２）に示すように正八角形である。そしてセグメント３のテーパー部６の断面形状は図７（ｂ−３）に示すように折れ線となり、折れ線のなす角度はテーパー軸の正多角形の頂角と等しくなる。セグメントのテーパー部を平面とし、テーパー軸の正八角形の平面と接するようにしても良い。さらに図７（ｃ）に示す例では、図７（ｂ）の形状に加え、図７（ｃ−２）に示すようにテーパー軸の正多角形の頂点に突起２５を有している。テーパー軸の突起２５に対応し、図７（ｃ−３）に示すようにセグメントのテーパー部６には凹部２６が形成され、テーパー軸２の突起２５がテーパー部６の凹部２６に嵌った状態で、セグメントのテーパー部６とテーパー軸２の間が摺動する。
【００３８】
セグメントロール４をセグメント２に装着する態様として、図１〜３に示すように、セグメントロール４の両端を軸受によって支持する両端支持とすることができる。一方、金属円筒の拡管に際し、セグメントロールは金属円筒から抗力を受け、セグメントロールの中央がテーパー軸中心方向にたわもうとする。本発明においては、図８に示すように、セグメントロール４のたわみを防止するためにセグメントに受けローラー１９を設けることとしても良い。受けローラー１９はセグメント３に回転自在に取り付け、セグメントロール４と接して回転する。受けローラー１９が取り付けられたセグメント３はテーパー部６でテーパー軸２と接しているので、セグメントロール４がたわもうとしても受けローラー６の位置は変化せず、たわみを防止することができる。セグメント３に受けローラー１９を設けることにより、セグメントロール４の直径を小さくすることができるので、セグメントの数を増やすことが可能となる。
【００３９】
金属円筒１０は金属板をまるめて継ぎ目部を溶接することによって製造される。そのため、金属円筒１０には、図１３（ｃ）に示すように、円周方向に１箇所、軸方向に向かう溶接部１１を有している。通常、溶接にはマッシュルーム溶接が用いられ、溶接部１１の厚さが金属板母材部の厚さとできるかぎり異ならない厚さとなるように形成されるが、それでも溶接部１１の厚さは母材部の厚さよりも厚くなっている。そして、拡管中において金属円筒１０とセグメントロール４とが相対回転速度を持って運動するに際し、セグメントロール４が繰り返し溶接部１１を通過するので、セグメントロール通過回数が多すぎると、溶接部１１が疲労破壊して溶接部１１に亀裂が発生することになる。本発明においては、金属円筒１０とセグメントロール４との間の相対回転速度を過度に大きくしないことによって、溶接部１１の疲労破壊を防止することができる。金属円筒１０とセグメントロール４との間の相対回転速度が２５ｐｐｍ以下であれば、溶接部の疲労破壊を発生させずに拡管を行うことができる。金属円筒１０とセグメントロール４との間の好ましい相対回転速度は１０ｒｐｍ程度である。
【００４０】
次に、拡管後の金属形状が円錐状であるテーパータイプの拡管を行う場合について、図１０、１１に基づいて説明を行う。
【００４１】
テーパータイプの拡管を行う場合、本発明のセグメントロール４の軸をテーパー軸２に対して平行から傾いた角度とする。そして、セグメントロール群３４が金属円筒１０と接する部分で形成される仮想面は円錐状であり、その円錐の径はテーパー軸２の軸方向に変化する。仮想面の円錐形状は、拡管後の金属円筒１０の円錐形状と等しい形状とする。図１０（ａ）は拡管前の状況を示す。拡管前で円錐形状となっていない金属円筒１０が保持具７に保持されている。セグメントロールの前記仮想面の直径が最も大きい部分において、セグメントロール４と金属円筒１０が接している。この状態から、図１０に示す例では保持具７に保持された金属円筒１０は回転させず、セグメント３をテーパー軸中心周りに回転させ、順次テーパー軸２を移動してセグメントロール４を放射状に位置変化させる。セグメントロール４はセグメント３ともに公転し、セグメントロール４は回転しない金属円筒１０に接しているので、受動的に自転する。図１０（ｂ）の状態で拡管が終了し、図１０（ｃ）に示すような円錐形状を有するテーパータイプの金属円筒が完成する。
【００４２】
円錐形状の拡管を行う場合、セグメントロール４についても、直管ではなくテーパーを有する外径を選択する。図１１に示すように、軸方向にＡ、Ｂの２箇所を選定し、それぞれの箇所での仮想面の半径とセグメントロール４の半径をＲｍA、ＲｍB、ＲｓA、ＲｓBとしたとき、
ＲｍA／ＲｍB＝ＲｓA／ＲｓB
となるように仮想面とセグメントロール４のテーパー形状を選択すれば、軸方向いずれの場所でも、金属円筒とセグメントロール４とはスリップせずに接触して回転することができる。
【００４３】
ＡとＢの間の距離がＬであると、拡管後の金属円筒１０のテーパー角度θ（仮想面のテーパー角度に等しい）、セグメントロール４のテーパー角度ψｓは以下のようになる。
ｔａｎ（θ／２）＝（ＲｍB−ＲｍA）／Ｌ
ｔａｎ（ψｓ／２）＝（ＲｓB−ＲｓA）／Ｌ
【００４４】
ところで、テーパー軸２の移動が完了し、拡管が完了した後、テーパー軸２の位置を拡管完了時の位置のままで、回転駆動を停止すると、金属円筒１０をセグメントロール４が拡管する応力がかかったままで、金属円筒１０とセグメントロール４の相互間の周方向位置移動が停止することがある。この場合、停止中に金属円筒１０はセグメントロール４による張力で変形し、セグメントロール４の存在位置を頂点とする多角形形状に変形する可能性がある。そこで本発明においては、拡管が完了した後、テーパー軸２を逆方向に移動させてセグメントロールを若干テーパー軸中心に近づける方向で後退させ、そこで回転駆動を停止すると好ましい。これにより、金属円筒１０とセグメントロール４間の張力が解除された後に回転が停止するので、金属円筒１０が多角形になることを防止することができる。
【実施例】
【００４５】
（実施例１）
拡管前の金属円筒１０の直径が８０ｍｍ、長さが８０ｍｍであり、この金属円筒１０の一方の端部を除く部分を拡管して、拡管後の直径が９６ｍｍであるネックイン形状（図３（ｃ））とするに際し、本発明を適用した。
【００４６】
拡管装置として図１〜３に示すものを用いた。セグメントロール４の数は８、セグメントロール直径はφ２０ｍｍ、テーパー軸のテーパー角度（図３の角度ψ）が５°である。セグメントロール４の長さは約７０ｍｍである。拡管に際しては保持具７で金属円筒１０の一端を保持し、保持具７で保持した金属円筒１０が非回転、セグメントロール群５が自由に自転し、セグメント３をセグメント回転装置８により回転駆動とした。テーパー軸２はセグメントケース５に設置されたテーパー軸移動装置９により移動する。
【００４７】
金属円筒１０として、材質を表１に示すように５種類選択した。それぞれの材質で板厚を０．１８ｍｍから０．２７ｍｍまで１０種類準備した。これらの金属板を丸めて継目部をマッシュルーム溶接して溶接部１１とし、直径が８０ｍｍ、長さが８０ｍｍの金属円筒１０とした（図１３（ａ））。
【００４８】
拡管前の金属円筒１０を保持具７に保持し、図１〜３に示す拡管装置を用いて拡管を行った。セグメント駆動装置８の回転速度を２０ｐｍとし、テーパー軸２の軸方向送り速度は、セグメントロール群３４の外径（仮想面の直径）が４ｍｍ／ｓｅｃの割合で増大するように定めた。拡管中、溶接部１１に亀裂が発生したらそこで拡管を終了した。保持具で保持していない側の管端において、破断が発生するまでの金属円筒の直径拡大率を最大拡管率とし、％で表示した。材質別、板厚別の最大拡管率（％）を表２に示す。
【００４９】
【表１】
2010036245.tif 000003
【００５０】
【表２】
2010036245.tif 000004
【００５１】
次に、表１に示す材質のうちでＴ−２・１／２を用い、板厚を０．２ｍｍとし、セグメント回転装置８の回転速度を２０〜４１７ｒｐｍの範囲で変化させ、拡管を行った。これ以外の条件は上記表２の場合と同様である。結果を表３に示す。セグメント回転装置８の回転速度２０〜１０２ｒｐｍの範囲において、最大拡管率２０％以上の良好な拡管結果を得ることができた。
【００５２】
【表３】
2010036245.tif 000005
【００５３】
拡管後の品質は、断面形状が多角形ではなく真円であり、内面に擦り傷は発生していなかった。
【００５４】
図１２（ａ）に示す従来のエキスパンド方式を用いた場合、材質Ｔ−２・１／２について上記実施例と同様の加工を行おうとすると、板厚板厚０．２ｍｍ程度において最大拡管率はせいぜい７％程度である。それに対し、本発明の加工可能範囲が広がっていることが明らかである。
【００５５】
（実施例２）
ネックインタイプではなく、金属円筒の長さ全体を拡管するに際し、拡管装置として図６（ｂ）に示すものを用いた。セグメントロール４の自転をセグメントロール回転駆動装置１５によって回転駆動し、セグメントケース５を回転させないこと以外は上記実施例１と同様である。
【００５６】
金属円筒１０として、材質が実施例１におけるＴ−２・１／２であり、板厚０．２ｍｍのものを用いた。セグメントロール４の自転によって回転する金属円筒１０の回転速度を２０ｒｐｍ、テーパー軸２の軸方向送り速度は、セグメントロール群の外径（仮想面の直径）が４ｍｍ／ｓｅｃの割合で増大するように定めて、拡管を行った。その結果、最大拡管率は２３％であった。拡管後の品質は、断面形状が多角形ではなく真円であり、内面に擦り傷は発生していなかった。
【００５７】
（実施例３）
図１０に示す拡管装置を用い、ストレートタイプではなくテーパータイプの拡管を行った。金属円筒１０として、材質が実施例１におけるＴ−２・１／２であり、板厚０．２ｍｍのものを用いた。
【００５８】
できあがりの金属円筒のテーパー角度（図１１の角度θ）が１５．５°となるようにセグメントロール４を配置した。拡管に際し、金属円筒１０を保持具７で固定して非回転、セグメント３を回転駆動とした。セグメント３の回転速度を２０ｒｐｍとし、テーパー軸２の軸方向送り速度は、セグメントロール群３４の外径（仮想面の直径）が４ｍｍ／ｓｅｃの割合で増大するように定めた。
【００５９】
拡管の結果、金属円筒１０の最大拡管率は２３％であった。拡管後の品質は、断面形状が多角形ではなく真円であり、内面に擦り傷は発生していなかった。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一態様の拡管開始前の状況を示す図であり、（ａ）はＡ−Ａ断面図、（ｂ）は正面断面図である。
【図２】本発明の一態様の拡管完了時の状況を示す図であり、（ａ）はＡ−Ａ断面図、（ｂ）は正面断面図である。
【図３】本発明の一態様の状況を示す図であり、（ａ）は拡管開始前、（ｂ）は拡管完了時、（ｃ）は拡管後の金属円筒形状を示し、添え字（−１）はＡ−Ａ断面図、（−２）は正面断面図である。
【図４】本発明の一態様の状況を示す図であり、（ａ）は拡管開始前、（ｂ）は拡管完了時、（ｃ）は拡管後の金属円筒形状を示し、添え字（−１）はＡ−Ａ断面図、（−２）は正面断面図である。
【図５】本発明の一態様の状況を示す図であり、（ａ）は拡管開始前、（ｂ）は拡管完了時、（ｃ）は保持具を説明する断面図を示し、添え字（−１）はＡ−Ａ断面図、（−２）は正面断面図である。
【図６】本発明の一態様の状況を示す正面断面図である。
【図７】本発明のテーパー軸とセグメントテーパー部の断面形状を示す図であり、添え字（−１）は組立断面図、（−２）はテーパー軸、（−３）はセグメントを示す図である。
【図８】本発明の一態様の拡管開始前の状況を示す図であり、（ａ）はＡ−Ａ断面図、（ｂ）は正面断面図である。
【図９】金属円筒とセグメントロールの回転の態様を説明する概念図である。
【図１０】本発明の一態様の状況を示す図であり、（ａ）は拡管開始前、（ｂ）は拡管完了時、（ｃ）は拡管後の金属円筒形状を示し、添え字（−１）はＡ−Ａ断面図、（−２）は正面断面図である。
【図１１】テーパータイプを拡管する本発明を説明する図である。
【図１２】従来のエキスパンド方式による拡管方法を示す部分図であり、（ａ）はセグメントの円弧面半径が拡管後の金属円筒半径に等しい場合、（ｂ）はセグメントの円弧面半径が拡管前の金属円筒半径に等しい場合である。
【図１３】金属円筒の拡管状況のうち、（ａ）は拡管前、（ｂ）は拡管終了時を示す図であり、（ｃ）は金属円筒を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
２  テーパー軸
３  セグメント
４  セグメントロール
５  セグメントケース
６  テーパー部
７  保持具
８  セグメント回転装置
９  テーパー軸移動装置
１０  金属円筒
１１  溶接部
１２  弾性体リング
１３  外筒
１４  弾性体
１５  セグメントロール回転駆動装置
１６  駆動モーター
１７  自在継手
１８  回転駆動伝達装置
１９  受けローラー
２０  自転
２１  公転
２２  移動方向
２３  金属円筒回転方向
２５  突起
２６  凹部
３３  セグメント群
３４  セグメントロール群
４０  セグメント
４１  円弧面
４２  セグメントコーナー接触部
４３  セグメント中央接触部
４４  ひとつのセグメントの両縁部の間の部分
４５  隣り合うセグメントの縁部の間の部分
【図１】
2010036245.tif 000006
【図２】
2010036245.tif 000007
【図３】
2010036245.tif 000008
【図４】
2010036245.tif 000009
【図５】
2010036245.tif 000010
【図６】
2010036245.tif 000011
【図７】
2010036245.tif 000012
【図８】
2010036245.tif 000013
【図９】
2010036245.tif 000014
【図１０】
2010036245.tif 000015
【図１１】
2010036245.tif 000016
【図１２】
2010036245.tif 000017
【図１３】
2010036245.tif 000018