(57)【要約】【課題】均一なねじり形状を精度よく安定して加工することが可能となり、しかもねじり  形状をユーザの好みに応じて自在にコントロールする。【解決手段】金属管５を凹部形成用ロール対４ａ、基準ロール対４ｂ、ねじり加工用ロール対４ｃの順で搬送する際において、中子４１を挿通させた上で、凹部形成用ロール対４ａにより金属管５における各平面部５１を管内側に向けて押圧して凹部５３を形成させ、基準ロール対４ｂにより各平面部５１の右端又は左端をその平面に対して略垂直方向から当接させ、基準ロール対４ｂからの管軸方向のピッチに対する所望のねじり角に応じて、当該基準ロール対４ｂの当接面から管外周方向に回転させて設けられたねじり加工用ロール対４ｃにより、金属管５を押圧させる。【選択図】図３
2014195823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属管を管内側に向けて押圧することにより塑性変形させた凹部を管周方向に複数形成させ、
上記凹部が形成された金属管内に中子を挿通させ、
上記中子が挿通された金属管を、管軸方向を中心として管外周方向にねじり加工すること
を特徴とする金属管のねじり加工方法。
【請求項２】
中子が予め挿通された金属管を管内側に向けて押圧することにより塑性変形させた凹部を管周方向に複数形成させ、
上記金属管を、管軸方向を中心として管外周方向にねじり加工すること
を特徴とする金属管のねじり加工方法。
【請求項３】
上記金属管における管軸方向の何れかの端部を押圧させることにより上記塑性変形させること
を特徴とする請求項１又は２記載の金属管のねじり加工方法。
【請求項４】
平面部と角部からなる断面略角形状の上記金属管を凹部形成用ロール対、基準ロール対、ねじり加工用ロール対の順で搬送する際において、
上記凹部形成用ロール対により上記金属管における各平面部を管内側に向けて押圧して上記凹部を形成させ、
上記基準ロール対により上記各平面部の右端又は左端をその平面に対して略垂直方向から当接させ、
上記基準ロール対からの管軸方向のピッチに対する所望のねじり角に応じて、当該基準ロール対の当接面から管外周方向に回転させて設けられた上記ねじり加工用ロール対により、上記金属管における上記各平面部の右端又は左端を押圧させて上記ねじり加工すること
を特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項記載の金属管のねじり加工方法。
【請求項５】
上記ねじり加工では、平面部と角部からなる断面略角形状の金属管を基準ロール対、ねじり加工用ロール対の順で搬送し、
上記基準ロール対により上記各平面部の右端又は左端をその平面に対して略垂直方向から当接させ、
上記基準ロール対からの管軸方向のピッチに対する所望のねじり角に応じて、当該基準ロール対の当接面から管外周方向に回転させて設けられた上記ねじり加工用ロール対により、上記金属管における上記各平面部の右端又は左端を押圧させて上記ねじり加工すること
を特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項記載の金属管のねじり加工方法。
【請求項６】
平面部と角部からなる断面略角形状の上記金属管を凹部形成用ロール対、ねじり加工用ロール対の順で搬送する際において、
上記凹部形成用ロール対により上記金属管における各平面部を管内側に向けて押圧して上記凹部を形成させ、
所望のねじり角に応じて管外周方向に回転させて設けられた上記ねじり加工用ロール対により、上記金属管における上記各平面部の右端又は左端を押圧させて上記ねじり加工すること
を特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項記載の金属管のねじり加工方法。
【請求項７】
断面略四角形状、断面略三角形状、断面略ひし形状の何れかからなる金属管についてねじり加工すること
を特徴とする請求項１〜６のうち何れか１項記載の金属管のねじり加工方法。
【請求項８】
上記ねじり加工では、先ず上記形成した凹部を内側に変形させ、
次に上記凹部が上記中子に当接されることにより当該凹部の更なる内側への変形が抑制されるとともに、当該凹部を起点として、当該ねじり加工によるねじり角に応じた方向に沿って金属管を内側へ変形させ、
更にこの内側へ変形させて形成した新たな凹部が上記中子に当接されることにより当該新たな凹部の内側への変形を抑制させつつ、上記ねじり角に応じた方向に沿った内側への変形を進展させることを繰り返し行うこと
を特徴とする請求項１〜７のうち何れか１項記載の金属管のねじり加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
断面多角形状の金属管について管外周方向にねじり加工する金属管のねじり加工方法及び装置に関し、特にねじり形状を精度よく安定して加工する上で好適な金属管のねじり加工方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
断面が多角形状であって、管軸方向を中心として管外周方向にねじり加工された金属管が従来より提案されている。このようなねじり加工された金属管は、例えば手摺の縦棒や杭、装飾部材、更には衝撃吸収部材等、様々な用途への応用が期待される。
【０００３】
このような断面多角形状の金属管について実際に管外周方向にねじり加工するためには、例えば図１５（ａ）に示すように、平面部７１と角部７２からなる断面四角形状の金属管７を中心にして４つのロール７４を配置する。このロール７４は、例えばそのロール７４の当接面と平面部７１とが互いに平行に面接触可能となるような角度で配置されている。また、このロール７４の当接面に対する平面部７１の接触位置は、平面部７１のうち極めて角部７２に近接している箇所とされている。
【０００４】
このような４つのロール７４からなるロール対を管軸方向に複数箇所設ける。そして、互いのロール対について、その管軸方向を中心として管外周方向に向けて配設角度をシフトさせて配設する。そして、各ロール対における４つのロール７４のうち少なくとも１つについて金属管７を管軸方向に搬送するための回転力を付与し、これを駆動させる。その結果、金属管７には図中矢印方向への外力が負荷されるとともに時計回りのトルクが発生することとなり、管外周方向へねじり変形することとなる。
【０００５】
ところで、一の平面部７１ａに着目したとき、この平面部７１ａは一端が固定された梁のモデルで考えることができる。実際にこの平面部７１ａに対して外部からロール７４を介して負荷される外力Ｐは、図１５（ｂ）に示すように、平面部７１ａの延長方向と同一方向となる。その結果、平面部７１に負荷される外力が座屈荷重（＝Ｐｃｒ）を超えてしまうと、この平面部７１は座屈してしまう。この座屈荷重Ｐｃｒは、材料強度や材質、平面部７１の長さや板厚、更には角部７２における曲率等にも依存するが、平面部７１がＰｃｒを超えて座屈開始に至るまで、相当大きな外力Ｐを負荷しなければならない。
【０００６】
そして、この平面部７１について一度座屈が発生した場合には、平面部７１は外力Ｐの負荷方向に対して傾き始め、その結果、図１５（ｃ）に示すように、平面部７１自体が潰れてしまって座屈が深くなる。また座屈が進行して平面部７１の外力Ｐの負荷方向に対する傾斜角の差が大きくなるにつれて、更に平面部７１への外力Ｐに基づく曲げモーメントは大きくなり、その結果急速に座屈が進行することとなる。これが繰り返されることにより、平面部７１が急速に折れ曲がり、不規則にねじれて潰れてしまい、ひいては損傷という形で残存してしまう。特にこの金属管７をねじり加工して装飾部材として適用する場合もあることから、平面部７１が座屈により不規則に潰れてしまうのを極力防止する必要性があった。
【０００７】
従来における金属管のねじり加工方法としては、例えば特許文献１に示されるように、ロールを放射状に配置し、これに出発材料を送り込んでねじり加工を施すものである。
【０００８】
しかしながら、この特許文献１の開示技術では、あまりにねじり角を大きくしてしまうと、平面部７１の外力Ｐの負荷方向に対する傾きが大きくなり、座屈が生じてしまう。このため、特許文献１の開示技術では、大きなねじり角からなるねじり加工を行うことが困難であり、座屈が生じることなくねじるためには、せいぜい２５°のねじり角とするのが精一杯であった。
【０００９】
また、特許文献２の開示技術によれば、金属管（角パイプ）の中に予め丸パイプを通しておき、この状態でねじり加工を施すものである。ねじる過程で、角パイプの内径が小さくなり、中の丸パイプに当たるとそれ以上のねじりが発生せず、ねじりのピッチの均一化を実現できるものである。この方法によれば上述した平面部７１の座屈も防止することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６１−２５９８３８号公報
【特許文献２】特開平７−８０５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
一般的に、ねじり変形は、このねじり応力が加わった場合に、金属管に形成されるねじり変形の起点となる起点凹部が形成され、当該凹部から管軸方向に向けて徐々にねじり変形が進展する。
【００１２】
しかしながら、上述した特許文献２の開示技術では、角パイプ内に丸パイプを遊嵌してねじるのみであることから、上述した起点凹部が不規則に発生することとなる。そして、最初に形成されるねじり変形の起点凹部の位置が不規則に発生することとなれば、これを起点としたねじり変形そのものが不規則なものになってしまい、所望の均一なねじり形状が形成され難いという問題点が生じる。また、特に近年において、ねじり形状（ねじり角やピッチ）をユーザの好みに応じて自在にコントロールしたいという社会的要請もあるが、この特許文献２の開示技術では、上述した問題点から当該要請に応えることができなかった。
【００１３】
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、均一なねじり形状を精度よく安定して加工することが可能となり、しかもねじり形状をユーザの好みに応じて自在にコントロール可能な金属管のねじり加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者は、上述した課題を解決するために、金属管を管内側に塑性変形させた凹部を管周方向に複数形成させた上で金属管内に中子を挿通させ、管軸方向を中心として管外周方向にねじり加工することにより、均一なねじり形状を精度よく安定して加工できることを見出した。
【００１５】
本発明を適用した金属管のねじり加工方法は、金属管を管内側に向けて押圧することにより塑性変形させた凹部を管周方向に複数形成させ、上記凹部が形成された金属管内に中子を挿通させ、上記中子が挿通された金属管を、管軸方向を中心として管外周方向にねじり加工することを特徴とする。
【００１６】
このとき、平面部と角部からなる断面略角形状の上記金属管を凹部形成用ロール対、基準ロール対、ねじり加工用ロール対の順で搬送する際において、上記凹部形成用ロール対により上記金属管における各平面部を管内側に向けて押圧して上記凹部を形成させ、上記基準ロール対により上記各平面部の右端又は左端をその平面に対して略垂直方向から当接させ、上記基準ロール対からの管軸方向のピッチに対する所望のねじり角に応じて、当該基準ロール対の当接面から管外周方向に回転させて設けられた上記ねじり加工用ロール対により、上記金属管における上記各平面部の右端又は左端を押圧させて上記ねじり加工するようにしてもよい。
【００１７】
本発明を適用した金属管のねじり加工方法は、中子が予め挿通された金属管を管内側に向けて押圧することにより塑性変形させた凹部を管周方向に複数形成させ、上記金属管を管軸方向を中心として管外周方向にねじり加工することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
上述した構成からなる本発明によれば、均一なねじり形状を精度よく安定して加工することが可能となる。また、上述した構成からなる本発明によれば、ねじり形状をユーザの好みに応じて自在にコントロールすることも可能となる。
【００１９】
また、上述した構成からなる本発明によれば、中子を挿入することでねじり加工時に、ねじりの深さや幅の位置決め（芯出し）ができ、偏りのない安定したねじり成形が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明を適用したねじり加工装置の平面図である。
【図２】本発明を適用したねじり加工装置の正面図である。
【図３】本発明を適用したねじり加工装置において、側面からの詳細な構成を示す図である。
【図４】本発明を適用したねじり加工装置における凹部形成用ロール対の正断面図である。
【図５】凹部形成用ロール対により押圧された金属管の拡大平面図である。
【図６】本発明を適用したねじり加工装置における基準ロール対の正断面図である。
【図７】金属管に対してロールにより負荷される外力をベクトル表示した図である。
【図８】ねじり加工用ロール対について説明するための図である。
【図９】（ａ）は、ねじり加工用ロール対の管外周方向への回転調整前における状態を示す図であり、（ｂ）は、その回転調整がなされた状態にあるねじり加工用ロール対を示す図である。
【図１０】本発明を適用したねじり加工装置によるねじり加工動作について説明するための第１図である。
【図１１】本発明を適用したねじり加工装置によるねじり加工動作について説明するための断面図である。
【図１２】本発明を適用したねじり加工装置によるねじり加工動作について説明するための第２図である。
【図１３】本発明を適用したねじり加工装置によるねじり加工動作について説明するための第３図である。
【図１４】断面略円形の金属管について実際にねじり加工する例を示す図である。
【図１５】従来技術の問題点について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態として、金属管について管外周方向にねじり加工する金属管のねじり加工装置について、図面を参照しながら詳細に説明をする。
【００２２】
図１は、本発明を適用したねじり加工装置１の平面図であり、図２（ａ）はその正面図である。このねじり加工装置１は、駆動モータ１９と、この駆動モータ１９に接続された減速機１８と、この減速機１８に接続された駆動軸１６とを備えている。また、このねじり加工装置１は、この成形機ベッド３と、この成形機ベッド３上に立設させたスタンドフレーム１０と、スタンドフレーム１０に設けられた複数のロール２からなるロール対４とを備えている。これらロール対４を含むスタンドフレーム１０は、図１に示すように、金属管５の管軸方向に向けて間隔をおいて複数個に亘り設けられている。更に、この金属管５の内部には、中子４１が挿入される。
【００２３】
このねじり加工装置１により加工される金属管５は、例えば鉄やアルミニウム合金からなるが、金属製であればいかなる材質で構成されていてもよい。また金属管５は、断面多角形状で構成されていてもよく、例えば断面正多角形で構成されている。以下の例では。断面正四角形状の金属管５を例に挙げて説明をする。
【００２４】
なお、この断面四角形状の金属管５は、例えば図２（ｂ）に示すように、角部５２が丸くなっているような形態も含まれる。かかる場合において、角部５２間に形成される平面部５１についても、完全な平面である場合に限定されるものではなく、ある程度曲率を持つものも含まれる。即ち、この金属管５は、完全な幾何学的意味における断面多角形である場合に限定されるものではなく、角部５２、平面部５１がある程度の曲率を持った、略正多角形であってもよい。
【００２５】
また、この金属管は、断面正四角形状に限定されるものではなく、断面円形であってもよいし、断面形状が不規則なものであってもよい。
【００２６】
駆動モータ１９は、供給された電力に基づいて駆動軸１６を回転させる。この駆動モータ１９により回転駆動された駆動軸１６に基づく動力は、減速機１８を介してスタンドフレーム１０側に伝達されることになる。
【００２７】
スタンドフレーム１０に設けられているロール２は、当該スタンドフレーム１０内に設けられたロールシャフト２１により組み込まれてなり、ロールシャフト２１を中心として回転自在に設けられている。このロールシャフト２１のうち何れか１以上には、駆動軸１６からの回転駆動力が伝達される。そしてこの回転駆動力が伝達されたロールシャフト２１を自転させることにより、ロール２が自転することが可能となる。その結果、成形すべき金属管５を必要に応じて所望の加工を施しつつ、これを管軸方向における上流側から下流側に向けて送り出すことが可能となる。実際に金属管５の成形を開始する際には、これらロール２により囲まれる中央領域に、この金属管５を挿入することで行う。
【００２８】
またスタンドフレーム１０における外周面から圧下調整ボルト２０が挿入されて螺着されている。この圧下調整ボルト２０の挿入位置は、ちょうどロール２の配設位置に対応したものとなる。圧下調整ボルト２０の先端はロール２に当接可能となっており、圧下調整ボルト２０を締め込むことにより、ロール２を内側へ押し込んで位置調整を図ることが可能となり、ひいては金属管５への押圧量をも調整することが可能となる。
【００２９】
中子４１は、例えば金属製のパイプ等で構成されている。中子４１は、その断面外周が略円形とされているのが望ましいが、これに限定されるものではなく、いかなる断面形状で構成されていてもよい。中子４１の径は、金属管５の内部に挿入可能な径であればいかなるもので構成されていてもよいが、望ましくは金属管５の内径に対して遊嵌される程度の外径で構成されている。
【００３０】
図３は、本発明を適用したねじり加工装置１において、側面からの詳細な構成を示す図である。ねじり加工装置１では、金属管５を搬送する凹部形成用ロール対４ａ、基準ロール対４ｂ、ねじり加工用ロール対４ｃが上流側から下流側にかけて管軸方向に向けて順に設けられている。また、この金属管５の内部には、上述した中子４１が挿入されている。
【００３１】
凹部形成用ロール対４ａは、図４に示す正断面図に示すように、断面四角形状の金属管５に対して４方向から管内側に向けて押圧する。図５は、この金属管５の拡大平面図を示している。平面部５１と角部５２からなる断面四角形状の金属管５における各平面部５１に対して凹部形成用ロール対４ａにおける各ロール２ａ−１〜２ａ−４を押圧する。この各ロール２ａ−１〜２ａ−４は互いに平面部５１の面数に応じて設けられており、断面四角形状の金属管５においては、その押圧方向は、各面に対する４方向となる。
【００３２】
このとき、平面部５１に対する各ロール２ａ−１〜２ａ−４の押圧位置は、図５（ａ）に示すように平面部５１のちょうど断面中央とされていることが望ましい。これにより、その後段において負荷されるねじり外力がより均等に負荷されることになり、整合性の取れたねじり形状を得ることが可能となるためである。但し、この各ロール２ａ−１〜２ａ−４の押圧位置が平面部５１の断面中央とされていることは特に必須とはならず、他のいかなる箇所とされていてもよい。
【００３３】
各ロール２ａ−１〜２ａ−４における平面部５１への当接面の形状は、図４に示すように曲率が設けられていてもよいが、これに限定されること無く、扁平形状とされていてもよいし、また先細形状とされていてもよい。
【００３４】
また、本発明では、この平面部５１に対する各ロール２ａ−１〜２ａ−４の押圧を通じて、平面部５１が例えば図５（ｂ）に示すように管内側に向けて塑性変形させて凹部５３を形成させる。即ち、平面部５１を単なる弾性域で収まる程度の押圧では足りず、あくまで塑性変形が生じて凹部５３が形成されるところまでの押圧量が必要となる。そして、このような塑性変形を通じて形成された凹部５３に相当する箇所は、加工硬化が生じており、他の箇所と比較して硬化している。
【００３５】
なお、この凹部５３が形成された段階において、中子４１と凹部５３とは、図５（ｂ）に示すように互いに離間されていてもよいし、互いに接触されていてもよい。以下の例では、中子４１と凹部５３とが離間している場合を例にとり説明をする。
【００３６】
このようにして図５（ｂ）に示すように平面部５１に凹部５３を形成された金属管５は、管軸方向に向けて上流から下流側へと搬送されて、基準ロール対４ｂに到達する。
【００３７】
図６は、基準ロール対４ｂの構成図である。この基準ロール４ｂを示す図６において、上述した図２と同一の構成要素、部材に関しては、同一の符号を付すことにより以下での説明を省略する。
【００３８】
基準ロール４ｂは、駆動モータ１９と、この駆動モータ１９に接続された減速機１８と、この減速機１８に接続された駆動軸１６とを備え、更に駆動軸１６からの動力が伝達されるロールシャフト２１と、ロールシャフト２１に接続された基準ロール対４ｂにおける各ロール２ｂ−１〜２ｂ−４とがスタンドフレーム１０内に設けられている。また、このスタンドフレーム１０には、ロール２を内側に押し込むことが可能な圧下調整ボルト２０が更に設けられている。
【００３９】
駆動モータ１９からの回転駆動力は、基準ロール対４ｂにおけるロール２ｂ−１、２ｂ−３に伝達され、ロール２ｂ−１、２ｂ−３が自転することにより金属管５を搬送することが可能となる。ちなみに、この駆動モータ１９からの回転駆動力は、少なくとも上述した図３の凹部形成用ロール対４ａに設けられていれば金属管５を搬送する上では十分であり、この基準ロール対４ｂ側においては特段配設されていなくてもよい。
【００４０】
基準ロール対４ｂにおける各ロール２ｂ−１〜２ｂ−４により、図６に示す正断面図に示すように、金属管５の各平面部５１における金属管中心へ視認した場合の左端をその平面に対して略垂直方向から当接させる。この当接位置は、平面部５１における左端の極めて角部５２近傍とされていることが望ましい。またこの金属管５への各ロール２ｂ−１〜２ｂ−４の当接位置は、各平面部５１の金属管中心へ視認した場合の右端とされていてもよい。かかる場合も、その当接位置は、一の平面部５１の右端ではなく全ての平面部５１の右端とされている必要がある。この各ロール２ｂ−１〜２ｂ−４は互いに平面部５１の面数に応じて設けられている。
【００４１】
図７は、金属管５に対してロール２ｂ−１〜２ｂ−４により負荷される外力をベクトル表示したものである。この金属管５に対してロール２ｂ−１〜２ｂ−４により負荷される外力のベクトル方向は、各平面部５１を支持できるものであれば、点線で示されている凹部５３形成前の平面部５１に対して傾いていてもよい。
【００４２】
なお、この基準ロール対４ｂにより負荷される外力はあくまで弾性変形域内に収まるような小さい外力とされている。即ち、この基準ロール対４ｂでは、単に金属管５の各平面部５１を支持できる程度の押圧力であればよい。
【００４３】
このようにして平面部５１がロール２ｂ−１〜２ｂ−４により支持された金属管５は、管軸方向に向けて上流から下流側へと搬送されて、ねじり加工用ロール対４ｃに到達することになる。
【００４４】
このねじり加工用ロール対４ｃにおいて、これを構成するロール２ｃ−１〜２ｃ−４は、図３の側面図、並びに図８に示すように所望のねじり角θに応じて管外周方向に回転調整されて設けられている回転盤９と、この回転盤９を固定するための固定板１１とが、台座１７上において設けられている。回転盤９は、その外周の一部に形成された歯車９ａと、この歯車９ａを外周方向に向けて回転自在に構成された回転制御部１３とを有している。更に、この回転盤９の回転位置を固定するためのロック機構１２が設けられている。
【００４５】
固定板１１は、台座１７上において立設されており、中央に金属管５を挿通させるための穴部１４が設けられている。また、固定板１１にはロック機構１２が取り付けられている。
【００４６】
ロック機構１２は、図３に示すように回転盤９を把持可能ないかなる形状で構成されていてもよい。このロック機構１２による回転盤９の把持は、ネジ１５の締め付けを介して実現可能とされていてもよい。
【００４７】
回転制御部１３には、回転盤９の外周に形成された歯車９ａに嵌合可能な凹凸部１３ａが連続して設けられている。この回転制御部１３を回転させることで、これに嵌合する歯車９ａを介して回転盤９を外周方向に回転自在に制御することが可能となる。
【００４８】
図９（ａ）は、ねじり加工用ロール対４ｃの管外周方向への回転調整前における状態を示している。ちなみに、この図９では歯車９ａの構成は省略している。この回転調整前のロール２ｃ−１〜２ｃ−４における基準線Ａを基準としてねじり角θを設定する。このねじり角度θは、基準ロール対４ｂとねじり加工用ロール対４ｃとの間隔（ピッチ長）に対する所望のねじり角度に基づいて調整されている。そして、このねじり加工用ロール対４ｃを構成する回転盤９をねじり角θに亘り管外周方向に回転させることにより、これが調整されている。図９（ｂ）は、その回転調整がなされた状態にあるねじり加工用ロール対４ｃを示している。基準線Ａからちょうどねじり角θ分、管外周方向に回転させられているのが示されている。
【００４９】
なお、ねじり加工用ロール対４ｃは、一段のみならず、管軸方向に向けて上流から下流に向けて複数段に亘って設けられていてもよい。かかる場合には、同一のねじり角の形状で仕上げられるように下流になるにつれて基準線Ａからの角度θが大きくなるように調整がなされることになる。
【００５０】
ちなみに、基準ロール対４ｂと、ねじり加工用ロール対４ｃとの間隔は、極力近いことが望ましい。これらの間隔がより近いほど、弾性変形をより小さくすることが可能となり、塑性変形量を多くすることでねじり加工を効果的に実現することができるためである。
【００５１】
上述の如き構成からなるねじり加工装置１による実際の加工方法について説明をする。
【００５２】
先ず、ねじる前の時刻ｔ１において図１０に示すように、金属管５の端部５ａに、予め塑性歪みとしての凹部５３を形成させた上で中子４１を挿通させる。その結果、図１１に示すように、金属管５における端部５ａから管軸方向Ｃに向けて順に断面Ｐ、Ｑ、Ｒで捉えた場合に、時刻ｔ１においては何れの断面Ｐ、Ｑ、Ｒにおいても、凹部５３と中子４１との間が僅かに離間している状態となっている。以下の説明においては、簡単のため、この断面Ｐ、Ｑ、Ｒにつき全て予歪みとしての凹部５３が形成されているものと仮定しているが、より下流側に位置する断面Ｒに近づくにつれて凹部５３が未形成である場合もありえる。
【００５３】
次に管軸方向Ｃに向けて金属管５を上流側から下流側にかけてねじり加工装置１を介して搬送する。その結果、金属管５には、ねじり加工用ロール対４ｃにより、図１０中のトルク方向Ｔに向けてねじり応力が負荷されることとなる。この段階における時刻をｔ２とする。
【００５４】
図１２は、時刻ｔ２における金属管５のねじり変形状態を示している。金属管５の端部５ａ側からトルク方向Ｔに向けてねじり変形が生じる結果、断面Ｐは図１１に示すように時刻ｔ２において凹部５３は更に内側に変形しようとする。しかしながら、この内側に変形する過程において、中子４１が管内に配設されていることから、凹部５３が更に内側へ変形しようとする力が抑制されることとなる。即ち、ねじり応力が加わると、この断面Ｐにおける凹部５３は内側に変形して中子４１に当接されることとなる。しかしながらこの金属製の中子４１が凹部５３の内側に変形しようとする力に対抗することが可能となり、ひいては凹部５３の内側への変形そのものが抑制されることとなる。なお断面Ｐにおいて、全ての凹部５３の深さは、この中子４１により均一化されることとなる。
【００５５】
時刻ｔ２からさらに管軸方向Ｃに向けて金属管５を搬送するとともに、ねじり加工用ロール対４ｃにより、トルク方向Ｔに向けてねじり応力が負荷される結果、断面Ｐでは、上述したように中子４１の存在により、凹部５３はこれ以上内側への変形は拘束される。しかしながら、上述したねじり応力に基づく応力は、この内側への変形が拘束されていない管軸方向Ｃへと伝搬していくこととなり、具体的には、図１２に示す凹部５３を起点として矢印の方向へと伝播していくこととなる。
【００５６】
断面Ｑは、当初のｔ１の時点では未だ内側に変形していないため、中子４１により変形が拘束されていない状態である。このため、このような矢印方向への応力が負荷された場合には、断面Ｑにおける平面部５１は、容易に内側へと変形しやすい状態となっている。そして、この時刻ｔ２の段階において、矢印方向への応力が負荷された結果、この断面Ｑにおける平面部が図１１に示すように内側へと変形し、新たな凹部５３が形成されていくことになる。即ち、断面Ｐのように中子４１の存在により内側への変形が抑制される結果、ねじり応力に基づくエネルギーが、管軸方向Ｃ側によりシフトした断面Ｐの塑性変形に費やされることになる。
【００５７】
図１３は、時刻ｔ３における金属管５のねじり変形状態を示している。金属管５の端部５ａ側から更にトルク方向Ｔに向けてねじり変形が生じる結果、断面Ｐのみならず断面Ｑの凹部５３も図１１に示すように更に内側に更に変形する。この内側に変形する過程において、断面Ｑにおける凹部５３は内側に変形して中子４１に当接されることとなる。かかる場合も同様に中子４１が断面Ｑの凹部５３に対しても内側に変形しようとする力に対抗することが可能となり、ひいては断面Ｑの凹部５３の内側への変形そのものが抑制されることとなる。なお断面Ｑにおいて、全ての凹部５３の深さは、この中子４１により均一化されることとなる。
【００５８】
ちなみに断面Ｒは、ｔ２の時点では未だ内側に変形していないため、中子４１により変形が拘束されていない状態である。このため、ねじり応力が負荷された場合には、断面Ｒにおける平面部５１は、容易に内側へと変形しやすい状態となっている。そして、この時刻ｔ３の段階において、図中矢印方向への応力が負荷された結果、この断面Ｒにおける平面部が図１１に示すように内側へと変形し、新たな凹部５３が形成されていくことになる。即ち、断面Ｑにように中子４１の存在により内側への変形が抑制される結果、ねじり応力に基づくエネルギーが、管軸方向Ｃ側によりシフトした断面Ｑの塑性変形に費やされることになり、ひいてはねじり角に応じた方向に沿った内側への変形を進展させることが可能となる。
【００５９】
このような作用の繰り返しにより、管軸方向Ｃに向けて徐々にねじり変形が負荷されることになる。そして、このねじり変形は、予め管軸方向Ｃの端部５ａに設けられた凹部５３を起点として当該ねじり加工によるねじり角に応じた方向に沿って金属管５を内側に向けて徐々に変形させる。そして、この凹部５３を管軸方向Ｃに向けて徐々に進展させることにより、凹部５３を図中矢印方向に向けて連結させた１本のねじり線を形成させることが可能となる。この凹部５３が複数に亘り設けられていれば、これらを起点としたねじり線も複数に亘り形成されることとなり、ねじり模様が金属管５全体に亘り施されることとなる。
【００６０】
ちなみに、このねじり模様をコントロールしたい場合には、加工用ロール対４ｃを構成する回転盤９におけるねじり角θの調整を行うことで実現できる。これによりトルク方向Ｔへのトルクが決まり、ねじり加工によるねじり角も定まり、これらに応じた図中矢印方向に向けて金属管５の平面部５１が徐々に潰れて凹部５３を形成させることも可能となる。つまりねじり線の方向を自在にコントロールすることが可能となる。
【００６１】
これに加えて、凹部形成用ロール対４ａにより当初から金属管５に形成させる凹部５３の位置を制御することで、ねじり模様をコントロールするようにしてもよい。ねじり線は、起点となる凹部５３から延伸されていくものであることから、その位置を制御した凹部５３からねじり線を延伸させることで所望のねじり模様が実現できる。
【００６２】
しかも本発明によれば、加工すべき金属管５の内部に中子４１が挿通されていることから、この中子４１により凹部５３の深さを均一に制御することも可能となる。その結果、全体的に均整のとれたねじり模様を金属管５に施すこともでき、しかもねじり加工時におけるねじり応力を全体にバランスよく負荷することができるため加工性を向上させることも可能となる。
【００６３】
更に凹部形成用ロール対４ａにより形成される凹部５３の形状は、各ロール２ａ−１〜２ａ−４における平面部５１への当接面の形状に基づくものとなるが、実際に形成されるねじり形状は、この凹部５３の形状によりコントロールされるものである。このため、逆に凹部５３の形状を、目標とするねじり形状に応じて最適化することにより、最終的に仕上げるねじり形状そのものも制御することが可能となる。同様に凹部５３の深さや幅も、目標とするねじり形状に応じて最適化することも可能となる。
【００６４】
上述した実施の形態においては、あくまで金属管５が断面略四角形状のパイプを加工する場合を例にとり説明をしたが、これに限定されるものではなく、四角形以外の断面略正多角形であってもよいし、断面略円形とされていてもよい。
【００６５】
図１４（ａ）は、断面略円形の金属管５について実際にねじり加工する例を示している。断面略円形の金属管５に対して凹部形成用ロール対４ａにおける各ロール２ａ−１〜２ａ−４を押圧する。その結果、予歪みとしての凹部５３が導入された金属管５に対して中子４１を挿入する。その後のプロセスは、上述した金属管５が断面略四角形状のパイプと同様である。これにより、断面略円形の金属管５についても同様にねじり加工を施すことが可能となる。
【００６６】
さらに、この金属管５では、端部５ａに予歪みとして凹部５３を形成させる場合に限定されるものではなく、いかなる箇所に設けるようにしてもよい。仮にこの予歪みとしての凹部５３を管軸方向Ｃ中央において形成する場合においても、この予歪みの凹部５３がそこから起点となってねじり線が延伸していくこととなる。
【００６７】
また、上述した実施の形態では、時計反対回りにねじる場合を例に挙げて説明をしたが、これに限定されるものではなく、時計回りにねじる場合も同様の手法に基づいて実現可能である。かかる場合には、基準ロール対４ｂにより平面部５１の右端を、また加工用ロール対４ｃにより平面部５１の左端をそれぞれ押圧することになる。
【００６８】
また本発明では、上述したねじり加工装置１を使用することは必須ではない。最初に金属管５を管内側に向けて周知の手段により押圧することにより塑性変形させた凹部５３を管周方向に複数形成させ、次に金属管５内に中子４１を挿通させる。次に、中子４１が挿通された金属管５を、管軸方向Ｃを中心として管外周方向に単にねじるものであれば、上述と同様の作用効果が生じる。即ち、本発明では、上流側から下流側へ金属管５を搬送しながら加工する場合に限定されるものではなく、金属管５の一端側を固定した上で、金属管５の他端側を単にねじるものであっても具現化することが可能となる。
【００６９】
何れの実施形態においても、本発明では、金属管５の内部に中子４１を最初に挿入し、その後凹部５３を管周方向に複数形成させるようにしてもよい。これによっても最初に凹部５３を形成させた後に中子４１を金属管５内に挿入する場合と同様の作用効果を奏することは勿論である。
【符号の説明】
【００７０】
１  加工装置
２  ロール
３  成形機ベッド
４  ロール対
５  金属管
９  回転盤
１０  スタンドフレーム
１１  固定板
１４  穴部
１６  駆動軸
１７  台座
１８  減速機
１９  駆動モータ
２０  圧下調整ボルト
２１  ロールシャフト
４１  中子
５１  平面部
５２  角部
５３  凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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