(57)【要約】【課題】軸部に破損が発生することを抑制する。【解決手段】本発明に係る引手は、金属管の内部に収納され、金属管の前端部に引っ掛かる頭部と、金属管の前端から突出し、グリッパによって把持される軸部と、を備え、軸部は、第１の円柱部と、第１の円柱部の前方に設けられ、第１の円柱部の直径よりも大きい直径を有する第２の円柱部と、第１の円柱部と第２の円柱部とを接続する接続部であって、後端の直径が第１の円柱部の直径と等しく、かつ前端の直径が第２の円柱部の直径と等しくて、前方ほど直径が大きい接続部と、を含み、断面において、接続部の外周面が円弧状であり、接続部の外周面の後端における接線が軸部の中心軸と平行であり、接続部の外周面の前端における接線が軸部の中心軸に対して傾斜しており、式（１）及び式（２）の条件を満たす。２６．１°≦θ＜９０°  （１）０．２０≦Ｒ／ｄ≦１．０  （２）【選択図】図３
2018094570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前端部が絞られた金属管を引き抜き加工する際に用いられる引手であって、
前記引手は、
引き抜き加工時に前記金属管の内部に収納され、前記金属管の前記前端部に引っ掛かる頭部と、
引き抜き加工時に前記金属管の前端から突出し、グリッパによって把持される軸部と、
を備え、
前記軸部は、
第１の円柱部と、
前記第１の円柱部の前方に設けられ、前記第１の円柱部の直径よりも大きい直径を有する第２の円柱部と、
前記第１の円柱部と前記第２の円柱部とを接続する接続部であって、後端の直径が前記第１の円柱部の直径と等しく、かつ前端の直径が前記第２の円柱部の直径と等しくて、前方ほど直径が大きい接続部と、
を含み、
前記軸部の中心軸を含む断面において、前記接続部の外周面が円弧状であり、前記接続部の外周面の後端における接線が前記軸部の中心軸と平行であり、前記接続部の外周面の前端における接線が前記軸部の中心軸に対して傾斜しており、
式（１）及び式（２）の条件を満たす、引手。
２６．１°≦θ＜９０°  （１）
０．２０≦Ｒ／ｄ≦１．０  （２）
ただし、上記式中、ｄは、前記第１の円柱部の半径（ｍｍ）を示し、Ｒは、前記軸部の中心軸を含む断面において、前記接続部の円弧状の外周面の半径（ｍｍ）を示し、θは、前記軸部の中心軸を含む断面において、前記接続部の外周面の前端における接線の前記軸部の中心軸に対する傾斜角度（°）を示す。
【請求項２】
前端部が絞られた金属管を引き抜き加工する際に用いられる引手であって、
前記引手は、
引き抜き加工時に前記金属管の内部に収納され、前記金属管の前記前端部に引っ掛かる頭部と、
引き抜き加工時に前記金属管の前端から突出し、グリッパによって把持される軸部と、
を備え、
前記軸部は、
第１の円柱部と、
前記第１の円柱部の前方に設けられ、前記第１の円柱部の直径よりも大きい直径を有する第２の円柱部と、
前記第１の円柱部と前記第２の円柱部とを接続する接続部であって、後端の直径が前記第１の円柱部の直径と等しく、かつ前端の直径が前記第２の円柱部の直径と等しくて、前方ほど直径が大きい接続部と、
を含み、
前記接続部は、前記第１の円柱部に繋がる第１の領域と前記第２の円柱部に繋がる第２の領域に区分され、
前記軸部の中心軸を含む断面において、前記第１の領域の外周面が円弧状であり、前記第１の領域の外周面の後端における接線が前記軸部の中心軸と平行であり、前記第１の領域の外周面の前端における接線が前記軸部の中心軸に対して角度θ（°）で傾斜しており、前記第２の領域の外周面が前記軸部の中心軸に対して前記角度θ（°）で傾斜するテーパ状であり、
式（１）及び式（２）の条件を満たす、引手。
２６．１≦θ＜９０°  （１）
０．２０≦Ｒ／ｄ≦１．０  （２）
ただし、上記式中、ｄは、前記第１の円柱部の半径（ｍｍ）を示し、Ｒは、前記軸部の中心軸を含む断面において、前記第１の領域の円弧状の外周面の半径（ｍｍ）を示す。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の引手であって、
式（３）の条件を更に満たす、引手。
０．３５≦Ｒ／ｄ≦０．７２  （３）
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の引手であって、
式（４）の条件を更に満たす、引手。
θ≦４５°  （４）
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の引手であって、
式（５）の条件を満たす、引手。
０．８１３≦ｄ／Ｄ≦０．８３３  （５）
ただし、上記式中、Ｄは、前記第２の円柱部の半径（ｍｍ）を示す。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の引手と、
前記引手を把持するグリッパと、
ダイスと、
を備え、
前記グリッパは、
前記接続部の一部及び前記第２の円柱部の一部に接触する保持具と、
前記保持具を前方に引っ張る駆動部と、
を含む、引き抜き加工装置。
【請求項７】
請求項６に記載の引き抜き加工装置であって、
前記駆動部によって前記保持具が前方に引っ張られることにより、前記保持具から前記接続部の一部及び前記第２の円柱部の一部に、前方、且つ前記軸部の中心軸に向かう荷重が作用する、引き抜き加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属管を引き抜き加工する際に用いられる引手、及び、その引手を用いた引き抜き加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属管の引き抜き加工に用いられる引手に関する発明としては、例えば、特許文献１に記載の抽伸装置が知られている。図１３は、特許文献１に記載の抽伸装置５００の断面図である。図１３において、素管５５０の引き抜き方向を前方向と定義し、引き抜き方向の反対方向を後ろ方向と定義する。また、図１３の紙面で上向きを上方向と定義し、図１３の紙面で下向きを下方向と定義する。
【０００３】
抽伸装置５００は、前後方向に沿って配置された金属製の素管５５０を引き抜き加工する装置である。抽伸装置５００は、図１３に示すように、ダイス５０１、プラグ５０２、グリッパ装置５０３及び治具５０４を備える。
【０００４】
素管５５０は、その先端部の半径が残余の部分の半径よりも小さくなるように絞り加工される。治具５０４は、頭部５０４ａ及び軸部５０４ｂを含む。軸部５０４ｂは、前後方向に延びる円柱状をなす。ただし、軸部５０４ｂの前半分は、前方ほど直径が大きいテーパ形状を有する。頭部５０４ａは、軸部５０４ｂよりも大きな直径を有する。このような治具５０４は、素管５５０の後端から挿入される。頭部５０４ａが素管５５０の先端部の内周面に接し、軸部５０４ｂが素管５５０の前端から前方に突出する。
【０００５】
グリッパ装置５０３は、軸部５０４ｂを保持し、グリッパケース５１０及びグリッパ部材５１１ａ，５１１ｂを含む。グリッパ部材５１１ａ，５１１ｂは、軸部５０４ｂを上下方向から挟む。グリッパ部材５１１ａは、後ろ上方を向く上面Ｓ１００ａを有する。グリッパ部材５１１ｂは、後ろ下方を向く下面Ｓ１００ｂを有する。
【０００６】
グリッパケース５１０は、グリッパ部材５１１ａ，５１１ｂを収容する。グリッパケース５１０は、前下方を向く上側傾斜面Ｓ１０１ａ及び前上方を向く下側傾斜面Ｓ１０１ｂを有する。上側傾斜面Ｓ１０１ａは、上面Ｓ１００ａと接触する。下側傾斜面Ｓ１０１ｂは、下面Ｓ１００ｂと接触する。グリッパ部材５１１ａは、上側傾斜面Ｓ１０１ａに沿って移動することができる。グリッパ部材５１１ｂは、下側傾斜面Ｓ１０１ｂに沿って移動することができる。
【０００７】
ダイス５０１は、素管５５０の外周面に接触する。プラグ５０２は、素管５５０の内周面に接触する。
【０００８】
以上のように構成された抽伸装置５００では、図示しない駆動装置により、グリッパケース５１０が前方に引っ張られる。上側傾斜面Ｓ１０１ａは、上面Ｓ１００ａを前下方に押し、下側傾斜面Ｓ１０１ｂは、下面Ｓ１００ｂを前上方に押す。グリッパ部材５１１ａ，５１１ｂは、上下方向から軸部５０４ｂを挟むと共に、前方に向かって軸部５０４ｂを引っ張る。素管５５０は、治具５０４により前方に引っ張られて、ダイス５０１を通過する。その結果、素管５５０の外周面はダイス５０１により成形され、素管５５０の内周面はプラグ５０２により成形される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−１８３９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、本願発明者は、以下に説明する検討の結果、特許文献１に記載の抽伸装置５００では、軸部５０４ｂが破損するおそれがあることを知見した。図１４は、軸部５０４ｂ及びグリッパ部材５１１ａの接触部分における拡大図である。図１４のδは、軸部５０４ｂの外周面の軸部５０４ｂの中心軸に対する傾斜角度を示す。図１４において、左右方向に延びる線は、中心軸ではなく中心軸に平行な直線である。
【００１１】
軸部５０４ｂとグリッパ部材５１１ａとの接触と、軸部５０４ｂとグリッパ部材５１１ｂとの接触とは、上下を反転させた関係にあり、実質的に同じである。そこで、軸部５０４ｂとグリッパ部材５１１ａとの接触を例に挙げて説明する。軸部５０４ｂの外周面は、素管５５０の引き抜き加工の際に、グリッパ部材５１１ａから荷重Ｆを受ける。荷重Ｆは、前後方向の成分Ｆｘ及び上下方向の成分Ｆｙに分解される。成分Ｆｘは、素管５５０の引き抜き加工に寄与する力である。成分Ｆｙは、グリッパ部材５１１ａが軸部５０４ｂを下方に押す力である。成分Ｆｘ及び成分Ｆｙは、以下の式（１２）及び式（１３）により示される。
【００１２】
Ｆｘ＝Ｆ×ｓｉｎδ  （１２）
Ｆｙ＝Ｆ×ｃｏｓδ  （１３）
【００１３】
角度δは、特許文献１に記載されるように２°〜１０°と小さな値に設定される。そのため、ｓｉｎδの値も０に近くなる。素管５５０の引き抜き加工に必要な大きさの成分Ｆｘを得るためには、荷重Ｆを大きくする必要がある。ただし、ｃｏｓδの値が１に近いので、荷重Ｆが大きくなると、成分Ｆｙが大きくなる。したがって、グリッパ部材５１１ａは、軸部５０４ｂを下方に大きな力で押す。同じ理由により、グリッパ部材５１１ｂは、軸部５０４ｂを上方に大きな力で押す。よって、グリッパ部材５１１ａ，５１１ｂが軸部５０４ｂを大きな力で挟むようになる。その結果、軸部５０４ｂに大きな圧縮応力が加わって、軸部５０４ｂに破損が生じる恐れがある。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、軸部に破損が発生することを抑制できる引手及び引き抜き加工装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第１の形態に係る引手は、
前端部が絞られた金属管を引き抜き加工する際に用いられる引手であって、
引手は、
引き抜き加工時に金属管の内部に収納され、金属管の前端部に引っ掛かる頭部と、
引き抜き加工時に金属管の前端から突出し、グリッパによって把持される軸部と、
を備え、
軸部は、
第１の円柱部と、
第１の円柱部の前方に設けられ、第１の円柱部の直径よりも大きい直径を有する第２の円柱部と、
第１の円柱部と第２の円柱部とを接続する接続部であって、後端の直径が第１の円柱部の直径と等しく、かつ前端の直径が第２の円柱部の直径と等しくて、前方ほど直径が大きい接続部と、
を含み、
軸部の中心軸を含む断面において、接続部の外周面が円弧状であり、接続部の外周面の後端における接線が軸部の中心軸と平行であり、接続部の外周面の前端における接線が軸部の中心軸に対して傾斜しており、
式（１）及び式（２）の条件を満たす。
２６．１≦θ＜９０°  （１）
０．２０≦Ｒ／ｄ≦１．０  （２）
ただし、上記式中、ｄは、第１の円柱部の半径（ｍｍ）を示し、Ｒは、軸部の中心軸を含む断面において、接続部の円弧状の外周面の半径（ｍｍ）を示し、θは、軸部の中心軸を含む断面において、接続部の外周面の前端における接線の軸部の中心軸に対する傾斜角度（°）を示す。
【００１６】
本発明の第２の形態に係る引手は、
前端部が絞られた金属管を引き抜き加工する際に用いられる引手であって、
引手は、
引き抜き加工時に金属管の内部に収納され、金属管の前端部に引っ掛かる頭部と、
引き抜き加工時に金属管の前端から突出し、グリッパによって把持される軸部と、
を備え、
軸部は、
第１の円柱部と、
第１の円柱部の前方に設けられ、第１の円柱部の直径よりも大きい直径を有する第２の円柱部と、
第１の円柱部と第２の円柱部とを接続する接続部であって、後端の直径が第１の円柱部の直径と等しく、かつ前端の直径が第２の円柱部の直径と等しくて、前方ほど直径が大きい接続部と、
を含み、
接続部は、第１の円柱部に繋がる第１の領域と第２の円柱部に繋がる第２の領域に区分され、
軸部の中心軸を含む断面において、第１の領域の外周面が円弧状であり、第１の領域の外周面の後端における接線が軸部の中心軸と平行であり、第１の領域の外周面の前端における接線が軸部の中心軸に対して角度θ（°）で傾斜しており、第２の領域の外周面が軸部の中心軸に対して角度θ（°）で傾斜するテーパ状であり、
式（１）及び式（２）の条件を満たす。
２６．１≦θ＜９０°  （１）
０．２０≦Ｒ／ｄ≦１．０  （２）
ただし、上記式中、ｄは、第１の円柱部の半径（ｍｍ）を示し、Ｒは、軸部の中心軸を含む断面において、第１の領域の円弧状の外周面の半径（ｍｍ）を示す。
【００１７】
本発明の第３の形態に係る引き抜き加工装置は、
引手と、
引手を把持するグリッパと、
ダイスと、
を備え、
グリッパは、
接続部の一部及び第２の円柱部の一部に接触する保持具と、
保持具を前方に引っ張る駆動部と、
を含む。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、引手の軸部に破損が発生することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、引き抜き加工装置１０の構成を示す断面図である。
【図２】図２は、引き抜き加工装置１０の引手１２の外観を示す斜視図である。
【図３】図３は、図２のＢ−Ｂにおける引手１２の断面図である。
【図４】図４は、引き抜き加工装置１０の構成を示す断面図である。
【図５】図５は、図１のＡ−Ａにおける保持具１４の断面図である。
【図６】図６は、図４のＤ−Ｄにおける保持具１４の断面図である。
【図７】図７は、引き抜き加工装置１０の断面図である。
【図８】図８は、軸部２４の引っ張り方向（前後方向）に発生する応力分布を示した図である。
【図９】図９は、軸部２４の径方向（上下方向）に発生する応力分布を示した図である。
【図１０】図１０は、前側接続部３２の前端近傍における断面の拡大図である。
【図１１】図１１は、実験結果を示したグラフである。
【図１２】図１２は、引手１２ａの断面図である。
【図１３】図１３は、特許文献１に記載の抽伸装置５００の断面図である。
【図１４】図１４は、軸部５０４ｂ及びグリッパ部材５１１ａの接触部分における拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第１の実施形態）
以下に、本発明の第１の実施形態に係る引手１２及び引き抜き加工装置１０について図面を参照しながら説明する。図１は、引き抜き加工装置１０の構成を示す断面図である。図２は、引き抜き加工装置１０の引手１２の外観を示す斜視図である。図３は、図２のＢ−Ｂにおける引手１２の断面図である。図４は、引き抜き加工装置１０の構成を示す断面図である。図５は、図１のＡ−Ａにおける保持具１４の断面図である。図６は、図４のＤ−Ｄにおける保持具１４の断面図である。図７は、引き抜き加工装置１０の断面図である。なお、図１、図４及び図７には、被加工材となる金属管１００を示し、これらの図は、金属管１００の中心軸を含む鉛直断面における断面図である。また、図１では、引手１２が把持される直前の状態が示されている。図４では、引手１２が把持された直後の状態が示されている。図７では、引き抜き加工中の状態が示されている。
【００２１】
以下では、金属管１００の引き抜き方向を前方向と定義し、引き抜き方向の反対方向を後ろ方向と定義する。図１の紙面で上向きを上方向と定義し、図１の紙面で下向きを下方向と定義する。上下方向は、鉛直方向と一致する。図１の紙面から手前に向く方向を右方向と定義し、図１の紙面から奥に向く方向を左方向と定義する。前後方向、上下方向及び左右方向は互いに直交している。上下方向、左右方向及び前後方向の定義は、一例であり、例示した定義に限らない。
【００２２】
引き抜き加工装置１０は、金属管１００を引き抜き加工する装置である。金属管１００は、例えば、高合金鋼管であり、引き抜き加工された後に油井管として用いられる。金属管１００の直径は、引き抜き加工後において、例えば、５．５インチ以上７インチ以下である。ただし、金属管１００の材料はこれに限らない。金属管１００の用途はこれに限らない。また、金属管１００の直径はこれに限らない。
【００２３】
金属管１００は、図１に示すように、前後方向に沿って配置される。金属管１００は、前端部１０２及び本体部１０４を含む。前端部１０２は、金属管１００の前端を含む所定の長さ（例えば、１６０ｍｍ）の範囲を指す。本体部１０４は、金属管１００において前端部１０２を除く範囲である。引き抜き加工前に、前端部１０２の直径が本体部１０４の直径よりも小さくなるように、前端部１０２が絞られる。前端部１０２は、口絞り部とも呼ばれる。なお、前端部１０２の前後方向に垂直な断面形状は、円形でなくてもよい。
【００２４】
引き抜き加工装置１０は、引手１２、グリッパ１３、ダイス１８、プラグ２０及び支持棒２１を備える。引手１２は、図２に示すように、前後方向に延びる棒状部材であり、頭部２２及び軸部２４を備える。頭部２２は、図１に示すように、引き抜き加工時に金属管１００の内部に収納され、前端部１０２に引っ掛かる。頭部２２は、前後方向に延びる中心軸を有する円柱状を有する。円柱状とは、厳密な円柱のみならず、円柱から僅かに変形した形状も含む。本実施形態では、頭部２２の直径は、後方ほどに小さくなる。ただし、頭部２２が前端部１０２に引っ掛かることができるように、頭部２２の直径の最大値は、金属管１００の前端部１０２の内径の最小値よりも大きい。
【００２５】
軸部２４は、引き抜き加工時に金属管１００の前端から前方に突出し、後述するグリッパ１３により把持される。軸部２４は、頭部２２から前方に延びており、円柱状を有する。頭部２２の中心軸と軸部２４の中心軸とは一致する。軸部２４の直径は、頭部２２の直径よりも小さく、更に、金属管１００の前端部１０２の内径の最小値よりも小さい。
【００２６】
また、軸部２４は、後側円柱部２６、後側接続部２８、中間円柱部３０（第１の円柱部の一例）、前側接続部３２及び前側円柱部３４（第２の円柱部の一例）を含む。後側円柱部２６、後側接続部２８、中間円柱部３０、前側接続部３２及び前側円柱部３４は、後方から前方へとこの順に一列に並んだ状態で接続される。よって、前側円柱部３４は、中間円柱部３０よりも前方に設けられる。前側円柱部３４は、図３に示すように、中間円柱部３０の直径よりも大きい直径を有する。図３のｄ（ｍｍ）は、中間円柱部の直径を示す。図３のＤ（ｍｍ）は、前側円柱部３４の直径を示す。後側円柱部２６は、中間円柱部３０の直径よりも大きい直径を有する。
【００２７】
後側接続部２８は、後側円柱部２６と中間円柱部３０とを接続する。後側接続部２８の直径は、前ほどに小さくなる。後側接続部２８の後端の直径は、後側円柱部２６の直径と等しい。後側接続部２８の前端の直径は、中間円柱部３０の直径と等しい。
【００２８】
前側接続部３２は、中間円柱部３０と前側円柱部３４とを接続する。前側接続部３２の直径は、前ほどに大きくなる。前側接続部３２の後端の直径は、中間円柱部３０の直径と等しい。前側接続部３２の前端の直径は、前側円柱部３４の直径と等しい。また、図３中の拡大図Ｃに示すように、軸部２４の中心軸を含む断面において、前側接続部３２の外周面Ｓ１１は円弧状である。
【００２９】
図３のＲ（ｍｍ）は、外周面Ｓ１１の半径を示す。図３のθ（°）は、外周面Ｓ１１の中心角を示す。外周面Ｓ１１の中心Ｏ１の前後方向における位置は、中間円柱部３０と前側接続部３２との境界の前後方向における位置と一致する。これにより、外周面Ｓ１１の後端における接線は、図３に示すように、前後方向と平行となり、軸部２４の中心軸と平行となる。つまり、外周面Ｓ１１の後端における接線は、図３に示すように、中間円柱部３０の外周面と一致する。
【００３０】
また、外周面Ｓ１１の前端における接線Ｌは、図３に示すように、軸部２４の中心軸に対して傾斜する。接線Ｌの軸部２４の中心軸に対する傾斜角度は、外周面Ｓ１１の中心角と一致する。また、接線Ｌの前側円柱部３４の外周面に対する傾斜角度も、外周面Ｓ１１の中心角と一致する。
【００３１】
グリッパ１３は、引手１２を把持すると共に、引手１２を前方に引っ張る。グリッパ１３は、保持具１４及び駆動部１６を含む。保持具１４は、図４に示すように、少なくとも前側接続部３２の一部及び前側円柱部３４の一部に接触する。本実施形態では、保持具１４は、中間円柱部３０の前端近傍、前側接続部３２の全体及び前側円柱部３４の側面全体に接触する。以下に、保持具１４の構成についてより詳細に説明する。
【００３２】
保持具１４は、ケース４０、上ビット４２及び下ビット４４を含む。ケース４０は、直方体状をなしており、その内部に空間Ｓｐを有する。空間Ｓｐは、ケース４０の後面中央においてケース４０外の空間と繋がる。ケース４０は、空間Ｓｐを囲む内周面の一部として、上側傾斜面Ｓ１及び下側傾斜面Ｓ２を有する。上側傾斜面Ｓ１は、前下方を向く平面である。下側傾斜面Ｓ２は、前上方を向く平面である。上側傾斜面Ｓ１と下側傾斜面Ｓ２とは、基準面Ｓ０に関して面対称な構造を有する。基準面Ｓ０は、上下方向に垂直であって、かつ、軸部２４の中心軸を含む平面である。これにより、上側傾斜面Ｓ１と下側傾斜面Ｓ２との上下方向の間隔は、前ほどに大きくなる。
【００３３】
上ビット４２及び下ビット４４は、軸部２４を上下方向から挟むことにより、軸部２４を把持する。上ビット４２は、図５に示すように、上面Ｓ３、内周面Ｓ５及び下面Ｓ７を有するブロックである。上面Ｓ３は、後ろ上方を向く平面であり、上側傾斜面Ｓ１に接触する。これにより、上ビット４２は、上側傾斜面Ｓ１に沿って、前下方に向かって移動することができる。下面Ｓ７は、上下方向に垂直な平面である。また、下面Ｓ７の左右方向の中央には、前後方向に延びる溝が設けられる。内周面Ｓ５は、この溝の内周面である。内周面Ｓ５は、中間円柱部３０の前端近傍、前側接続部３２の全体及び前側円柱部３４の側面全体のそれぞれの上半分に接触する。したがって、内周面Ｓ５の形状は、中間円柱部３０の前端近傍、前側接続部３２の全体及び前側円柱部３４の側面全体のそれぞれの上半分の形状に倣った形状である。
【００３４】
下ビット４４は、図５に示すように、基準面Ｓ０に関して、上ビット４２と面対称な構造を有する。具体的には、下ビット４４は、下面Ｓ４、内周面Ｓ６及び上面Ｓ８を有するブロックである。下面Ｓ４は、前下方を向く平面であり、下側傾斜面Ｓ２に接触する。これにより、下ビット４４は、下側傾斜面Ｓ２に沿って、前上方に向かって移動することができる。上面Ｓ８は、上下方向に垂直な平面である。また、上面Ｓ８の左右方向の中央には、前後方向に延びる溝が設けられる。内周面Ｓ６は、この溝の内周面である。内周面Ｓ６は、中間円柱部３０の前端近傍、前側接続部３２の全体及び前側円柱部３４の側面全体のそれぞれの下半分に接触する。したがって、内周面Ｓ６の形状は、中間円柱部３０の前端近傍、前側接続部３２の全体及び前側円柱部３４の側面全体のそれぞれの下半分の形状に倣った形状である。上ビット４２及び下ビット４４の材料は、例えば、冷間工具鋼である。
【００３５】
以上のように構成された保持具１４は、以下のように動作する。図１に示すように、引手１２を空間Ｓｐ内に前方から挿入する。次に、油圧、空気圧又は手動等により、上ビット４２及び下ビット４４を後方に移動させる。上ビット４２は、上側傾斜面Ｓ１に沿って後退しながら下降する。下ビット４４は、下側傾斜面Ｓ２に沿って後退しながら上昇する。図４及び図６に示すように、内周面Ｓ５は、中間円柱部３０の前端近傍、前側接続部３２の全体及び前側円柱部３４の側面全体のそれぞれの上半分に接触する。内周面Ｓ６は、中間円柱部３０の前端近傍、前側接続部３２の全体及び前側円柱部３４の側面全体のそれぞれの下半分に接触する。これにより、保持具１４は、軸部２４を把持する。
【００３６】
駆動部１６は、保持具１４のケース４０を前方に引っ張る。駆動部１６の構造は公知であるのでこれ以上の説明を省略する。駆動部１６によって保持具１４が前方に引っ張られることにより、上ビット４２及び下ビット４４から前側接続部３２の一部及び前側円柱部３４の一部に、前方、かつ、軸部２４の中心軸に向かう荷重が作用する。具体的には、上ビット４２及び下ビット４４が軸部２４を把持した状態で駆動部１６がケース４０を前方に引っ張ると、軸部２４が上ビット４２及び下ビット４４を後方に引っ張る。これにより、上ビット４２及び下ビット４４がケース４０に対して前方に移動しようとする。この際、上ビット４２は、下方に移動しようとし、下ビット４４は上方に移動しようとする。その結果、上ビット４２及び下ビット４４が上下方向からより強固に軸部２４を挟むようになる。上ビット４２及び下ビット４４が軸部２４に対して軸部２４の中心軸に向かう方向に荷重を作用させる。更に、上ビット４２及び下ビット４４はそれぞれ、上側傾斜面Ｓ１及び下側傾斜面Ｓ２により前方に押される。その結果、上ビット４２及び下ビット４４は、軸部２４に対して前方に荷重を作用させる。
【００３７】
ダイス１８は、前方から見たときに、円環状を有する。ダイス１８は、ダイス１８の内側を通過する金属管１００の外周面に接触する。これにより、ダイス１８は、図７に示すように、引き抜き加工時に金属管１００を縮径して、金属管１００の真円度を高める。
【００３８】
プラグ２０は、金属管１００の内部に配置され、前後方向に延びる支持棒２１の前端に設けられる。プラグ２０は、金属管１００の中心軸と一致する中心軸を有する円柱状を有する。プラグ２０の直径は、支持棒２１の直径よりも大きい。プラグ２０の前後方向における位置は、図７に示すように、ダイス１８の前後方向における位置と略一致する。そのため、プラグ２０は、ダイス１８を通過して縮径された金属管１００の内周面に接触する。これにより、プラグ２０は、金属管１００の内周面を所定径に成形する。
【００３９】
以上のように構成された引き抜き加工装置１０では、グリッパ１３が引手１２を前方に引っ張る。引手１２の頭部２２が金属管１００の前端部１０２に引っ掛かって、金属管１００が引手１２により前方に引っ張られる。ダイス１８は、ダイス１８内を通過する金属管１００を縮径する。プラグ２０は、金属管１００の内周面を所定径に成形する。金属管１００の後端がダイス１８を通過すると、引き抜き加工が終了する。引き抜き加工の終了後に、油圧、空気圧又は手動等により、上ビット４２及び下ビット４４を前方に移動させる。これにより、グリッパ１３による引手１２の把持が解除される。この後、引手１２及びプラグ２０を金属管１００の後端から取り出す。最後に、前端部１０２を本体部１０４から切り離す。
【００４０】
（検討）
本願発明者は、以上の構成を有する引手１２及び引き抜き加工装置１０では、引手１２の軸部２４に圧縮応力及び引っ張り応力が発生し、軸部２４に破損が発生する恐れがあることを知見した。そこで、本願発明者は、軸部２４において破損が発生し易い箇所を特定するために、以下のＦＥＭ解析を行った。本願発明者は、引手１２をグリッパ１３により引っ張った場合に引手１２に発生する応力をＦＥＭ解析により算出した。以下に、ＦＥＭ解析の解析条件を記載する。
【００４１】
θ＝４５°
Ｒ＝２０ｍｍ
ｄ＝６５ｍｍ
Ｄ＝８０ｍｍ
引抜き荷重：３００トン
計算対象の材質：高合金鋼
使用ソフト：有限要素法汎用コードＥＬＦＥＮ
【００４２】
図８は、軸部２４の引っ張り方向（前後方向）に発生する応力分布を示した図である。図９は、軸部２４の径方向（上下方向）に発生する応力分布を示した図である。図８及び図９において、正の値は引っ張り応力を示し、負の値は圧縮応力を示す。
【００４３】
本願発明者は、上記ＦＥＭ解析の結果、中間円柱部３０と前側接続部３２との境界近傍（前側接続部３２の後端近傍）において、前後方向に大きな引っ張り応力が発生することを知見した（図８参照）。更に、本願発明者は、上記ＦＥＭ解析の結果、前側接続部３２と前側円柱部３４との境界近傍（前側接続部３２の前端近傍）において、前後方向及び上下方向に大きな圧縮応力が発生することを知見した（図８及び図９参照）。ＦＥＭ解析の結果によれば、前側接続部３２の前端において圧縮応力による軸部２４の変形が発生し易いことが分かる。また、前側接続部３２の後端において引っ張り応力による軸部２４の破断が発生し易いことが分かる。以下では、変形及び破断を総称して破損と呼ぶ。
【００４４】
そこで、本願発明者は、前側接続部３２の前端及び後端における破損の発生を抑制する方法について検討した。前側接続部３２の後端について説明する。中間円柱部３０、前側接続部３２及び前側円柱部３４は、所謂、段付丸棒構造を有している。段付丸棒に引っ張り応力を加えた場合には、中間円柱部３０と前側接続部３２との境界に応力集中が発生する。更に、中間円柱部３０の直径（ｄ）に対する前側接続部３２の外周面Ｓ１１の半径（Ｒ）の比の値（Ｒ／ｄ）を大きくすることにより、応力集中を緩和できる。よって、前側接続部３２の後端における破断の発生を抑制するためには、Ｒ／ｄを大きくすることが好ましい。
【００４５】
一方、外周面Ｓ１１の半径（Ｒ）を大きくすることによってＲ／ｄを大きくすると、外周面Ｓ１１の前端における傾斜角度（θ）が小さくなる。本願発明者は、θが小さくなると、以下の理由により、前側接続部３２の前端における上下方向の圧縮応力が大きくなることを知見した。図１０は、前側接続部３２の前端近傍における断面の拡大図である。
【００４６】
前側接続部３２と上ビット４２との接触と、前側接続部３２と下ビット４４との接触とは、上下を反転させた関係にあり、実質的に同じである。そこで、前側接続部３２と上ビット４２との接触を例に挙げて説明する。前側接続部３２の前端は、金属管１００の引き抜き加工の際に、上ビット４２から荷重ｆを受ける。荷重ｆは、前側接続部３２の前端における接線に対して垂直な方向に加わる。荷重ｆは、前後方向の成分ｆｘ及び上下方向の成分ｆｙに分解される。成分ｆｘは、金属管１００の引き抜き加工に寄与する力である。成分ｆｙは、上ビット４２が前側接続部３２を下方に押す力である。成分ｆｘ及び成分ｆｙは、以下の式（３）及び式（４）により示される。
【００４７】
ｆｘ＝ｆ×ｓｉｎθ  （３）
ｆｙ＝ｆ×ｃｏｓθ  （４）
【００４８】
θが小さくなると、ｓｉｎθの値も小さくなる。金属管１００の引き抜き加工に必要な大きさの成分ｆｘを得るためには、荷重ｆを大きくする必要がある。ただし、ｃｏｓθの値が大きいので、荷重ｆが大きくなると、成分ｆｙが大きくなる。したがって、上ビット４２は、前側接続部３２の前端を下方に大きな力で押す。同じ理由により、下ビット４４は、前側接続部３２の前端を上方に大きな力で押す。よって、上ビット４２及び下ビット４４が前側接続部３２の前端を大きな力で挟むようになる。その結果、前側接続部３２の前端に大きな圧縮応力が加わって、前側接続部３２の前端に変形が発生する恐れがある。
【００４９】
以上の考察より、前側接続部３２の後端において破断が発生することを抑制するためには、Ｒ／ｄが大きいことが好ましいことが分かる。一方、前側接続部３２の前端において変形が発生することを抑制するためには、θが小さいことが好ましいことが分かる。そこで、本願発明者は、好ましいＲ／ｄ及びθの範囲を究明するために、以下に説明する第１の実験を行った。
【００５０】
［第１の実験］
６種類のサンプルを作成した。サンプル１〜６は、引手１２の構造を有する。サンプル１〜６では、Ｒ／ｄ及びθが互いに異なっている。ただし、ｄを一定とし、Ｒを変化させて、Ｒ／ｄを変化させた。また、Ｒが変わると前側接続部３２の前後方向の長さも変わるので、θも変化する。サンプル１〜６の条件を表１に示す。サンプル１〜６の材料は、冷間工具鋼（ＳＫＤ１１）である。サンプル１〜６の引っ張り強さは、２．５ＧＰａである。
【００５１】
【表１】
2018094570.tif 000003
【００５２】
サンプル１〜６を用い、引き抜き加工を模擬した試験を行った。具体的には、サンプル１〜６の前端部をグリッパ１３により把持し、サンプル１〜６の後端部に丸棒材をねじにより固定した。金属管１００の代わりに丸棒材を用いた理由は以下の通りである。金属管１００を用いて引き抜き加工を行った場合、駆動部１６が保持具１４を大きな力で引っ張ると、金属管１００が破断する可能性がある。また、金属管１００を用いて引き抜き加工を行った場合、引っ張り加工条件に適したプラグ２０を加工条件毎に準備する必要がある。そのため、金属管１００の引き抜き加工の実験準備の方が丸棒材の引き抜き加工の実験準備よりも手間がかかる。そこで、第１の実験では、金属管１００の代わりに丸棒材を用いた。
【００５３】
サンプル１〜６のそれぞれに対して複数種類の引っ張り荷重を加えた。引っ張り荷重は、グリッパ１３が引手１２を前方に引っ張る力である。第１の実験では、グリッパ１３に設けられているロードセルにより引っ張り荷重を測定した。また、第１の実験では、１回の引っ張り加工においてロードセルが測定した最大値を引っ張り荷重とした。また、丸棒の直径及びダイス１８の内径を変化させることにより、引っ張り荷重を複数種類の値に変化させた。
【００５４】
測定した引っ張り荷重を用いて荷重伝達効率を計算した。荷重伝達効率とは、引手１２が耐え得る引っ張り荷重の最大値に対する測定した引っ張り荷重の比の値である。荷重伝達効率を以下の式（５）に示す。
【００５５】
（荷重伝達効率）＝（引っ張り荷重）／（引手１２が耐え得る引っ張り荷重の最大値）＝（引っ張り荷重）／（中間円柱部３０の断面積×引手１２の引っ張り強さ）  （５）
【００５６】
図１１は、実験結果を示したグラフである。縦軸は荷重伝達効率を示し、横軸はＲ／ｄを示す。また、図１１では、サンプル１〜６において引き抜き加工において破損が発生しなかった点のみをプロットし、サンプル１〜６において引き抜き加工において破損が発生した点をプロットしていない。破損の判定では、以下の変形の判定及び破断の判定を行った。変形の判定では、サンプル１〜６の前側接続部３２の前端に変形が生じてグリッパ１３が軸部２４を把持できなくなったか否かを判定した。破断の判定では、サンプル１〜６の前側接続部３２の後端が破断したか否かを判定した。また、破損が発生した点をプロットしなかった理由は、以下の通りである。破損が発生しない場合には、引っ張り荷重は時間経過に対して大きく変動しない。一方、破損が発生する場合には、引っ張り荷重は破損する直前に急激に変動して最大値となる。ロードセルの動作周期は約１０Ｈｚと比較的に長い。そのため、破損が発生する場合には、ロードセルの読み取りタイミングと引っ張り荷重が最大となる瞬間とが一致しにくい。故に、引っ張り荷重の最大値を正確に測定することが難しいためである。
【００５７】
各サンプルにおける荷重伝達効率の最大値を最大荷重伝達効率と定義する。荷重伝達効率が最大荷重伝達効率以下であれば、各サンプルに破損が生じないことを意味している。また、図１１に、理解の容易のために、最大荷重伝達効率の点を繋いだ実線を記入した。また、表２にサンプル１〜６における最大荷重伝達効率とＲ／ｄとθとの関係を示す。
【００５８】
【表２】
2018094570.tif 000004
【００５９】
図１１によれば、Ｒ／ｄが０．５付近において最大荷重伝達効率が最大となっていることが分かる。Ｒ／ｄが０．５よりも小さくなると、最大荷重伝達効率が減少している。これにより、Ｒ／ｄが小さくなりすぎると、引手１２の軸部２４に破損が生じやすくなることが実験結果から分かる。また、Ｒ／ｄが０．５よりも大きくなると、最大荷重伝達効率が減少している。Ｒ／ｄが大きくなることは、θが小さくなることを意味する。したがって、θが小さくなりすぎると、引手１２の軸部２４に破損が生じやすくなることが実験結果から分かる。よって、実験結果と本願発明者の考察とが一致していることが分かる。
【００６０】
図１１のグラフによれば、引手１２の構造が式（６）を満たしていれば、最大荷重伝達効率が０．７５以上となることが分かる。
【００６１】
０．２≦Ｒ／ｄ≦１．０  （６）
【００６２】
引手１２の構造が式（６）の条件を満たしていれば、十分な最大荷重伝達効率を得ることができるので、前側接続部３２の後端及び前端に破損が生じることが抑制される。式（６）の意味について説明する。本願発明者の考察によれば、Ｒ／ｄが小さくなりすぎると、引っ張り応力が集中する前側接続部３２の後端において破断が発生する。よって、Ｒ／ｄが０．２以上であることにより、前側接続部３２の後端が引っ張り応力により破断することが抑制される。
【００６３】
一方、本願発明者の考察によれば、Ｒ／ｄが大きくなりすぎると、圧縮応力により前側接続部３２の前端において変形が発生する。表２によれば、Ｒ／ｄが１．０であるときには、θは２６．１°である。すなわち、Ｒ／ｄが１．０以下であることは、θが２６．１°以上であることを意味する。よって、θが２６．１°以上であることにより、前側接続部３２の前端が圧縮応力により変形することが抑制される。以上より、引手１２の構造が式（６）及び式（７）を同時に満たしていれば、前側接続部３２の後端及び前端に破損が生じることが抑制されると言える。
【００６４】
２６．１°≦θ＜９０°  （７）
【００６５】
また、図１１のグラフによれば、引手１２の構造が式（８）を満たしていれば、最大荷重伝達効率が０．８０以上となることが分かる。
【００６６】
０．３５≦Ｒ／ｄ≦０．７２  （８）
【００６７】
引手１２の構造が式（８）の条件を満たしていれば、より十分な最大荷重伝達効率を得ることができるので、前側接続部３２の後端及び前端に破損が生じることがより効果的に抑制される。式（８）の意味について説明する。本願発明者の考察によれば、Ｒ／ｄが小さくなりすぎると、引っ張り応力により前側接続部３２の後端において破断が発生する。よって、Ｒ／ｄが０．３５以上であることにより、前側接続部３２の後端が引っ張り応力により破断することがより抑制される。
【００６８】
一方、本願発明者の考察によれば、θが小さくなりすぎると、圧縮応力により前側接続部３２の前端において変形が発生する。Ｒ／ｄが０．７２であるときには、θは３１°である。すなわち、Ｒ／ｄが０．７２以下であることは、θが３１°以上であることを意味する。よって、θが３１°以上であることにより、前側接続部３２の前端が圧縮応力により変形することが抑制される。以上より、引手１２の構造が式（８）及び式（９）を同時に満たしていれば、前側接続部３２の後端及び前端に破損が生じることがより効果的に抑制されると言える。
【００６９】
３１°≦θ＜９０°  （９）
【００７０】
ただし、θが大きくなりすぎると、式（３）の成分ｆｘが大きくなりすぎる。これにより、前側接続部３２の前端において前後方向の圧縮応力が大きくなりすぎる。そこで、前側接続部３２の前端における前後方向の圧縮応力を低減するためには、引手１２の構造が式（１０）を満たしていることが好ましい。
θ≦４５°  （１０）
【００７１】
［第２の実験］
第１の実験では、ｄ／Ｄを０．８３とした。ただし、ｄ／Ｄは、０．８３以外の値であってもよい。そこで、本願発明者は、第２の実験を行って、ｄ／Ｄの好ましい範囲を究明した。
【００７２】
本願発明者は、サンプル７，８を作成した。サンプル７，８は、引手１２の構造を有する。表３は、サンプル７，８の条件を示した表である。
【００７３】
【表３】
2018094570.tif 000005
【００７４】
本願発明者は、サンプル７，８を用いて、引き抜き加工を行った。表４は、引き抜き加工の条件を示した表である。なお、第２の実験では、丸棒材ではなく金属管１００を用いた。
【００７５】
【表４】
2018094570.tif 000006
【００７６】
第２の実験では、サンプル７，８のいずれにも破損が発生しなかった。したがって、ｄ／Ｄが０．８１３以上０．８３３以下であっても、前側接続部３２の後端及び前端に破損が生じることが抑制されることが分かる。以上より、引手１２の構造は、式（１１）の条件を満たすことが好ましい。
【００７７】
０．８１３≦ｄ／Ｄ≦０．８３３  （１１）
【００７８】
（第２の実施形態）
以下に、第２の実施形態に係る引手１２ａについて図面を参照しながら説明する。図１２は、引手１２ａの構成を示す断面図である。図１２の断面図は、図２のＢ−Ｂの位置における引手１２ａの断面図に相当する。
【００７９】
引手１２ａは、引手１２と同様に、引き抜き加工装置１０に用いられる。引手１２ａは、前側接続部３２の構造において引手１２と相違し、その他の構造において引手１２と一致する。よって、前側接続部３２の構造を中心に引手１２ａについて説明する。
【００８０】
引手１２ａの前側接続部３２は、図１２に示すように、領域Ａ１，Ａ２（第１の領域及び第２の領域の一例）に区分される。領域Ａ１は、中間円柱部３０に繋がっている。図１２中の拡大図Ｅに示すように、軸部２４の中心軸を含む断面において、領域Ａ１の外周面Ｓ１２は円弧状である。図１２のＲ（ｍｍ）は、軸部２４の中心軸を含む断面における外周面Ｓ１２の半径を示す。図１２のθ（°）は、外周面Ｓ１２の中心角を示す。外周面Ｓ１２の中心Ｏ２の前後方向における位置は、中間円柱部３０と前側接続部３２との境界の前後方向における位置と一致している。これにより、軸部２４の中心軸を含む断面において、外周面Ｓ１２の後端における接線は、前後方向と平行となり、軸部２４の中心軸と平行となる。また、軸部２４の中心軸を含む断面において、外周面Ｓ１２の前端における接線は、外周面Ｓ１２の中心角と一致する。
【００８１】
また、領域Ａ２は、前側円柱部３４に繋がっている。図１２中の拡大図Ｅに示すように、領域Ａ２の外周面Ｓ１３は、軸部２４の中心軸に対して傾斜するテーパ状である。軸部２４の中心軸に対する傾斜角度は、外周面Ｓ１２の中心角と一致する。前側円柱部３４の外周面に対する外周面Ｓ１３の傾斜角は、外周面Ｓ１２の中心角と一致する。テーパ状とは、軸部２４の中心軸を含む断面において、外周面Ｓ１３が直線状をなすことを意味し、外周面Ｓ１３が外周面Ｓ１２のように曲線をなすことを意味するのではない。引手１２ａのその他の構造は、引手１２と同じであるので説明を省略する。
【００８２】
引手１２ａに生じる応力分布は、引手１２に生じる応力分布と同様である。すなわち、引手１２ａの前側接続部３２の後端において前後方向に大きな引っ張り応力が発生する。引手１２ａの前側接続部３２の前端において前後方向及び上下方向に大きな圧縮応力が発生する。
【００８３】
引手１２ａは、前側接続部３２が領域Ａ１，Ａ２に区分されている点において引手１２と相違し、その他の点において引手１２と一致する。更に、引手１２ａの前側接続部３２の外周面は、円弧と直線の組み合わせであり、引手１２の前側接続部３２の外周面は円弧である。よって、引手１２ａの前側接続部３２の形状と引手１２の前側接続部３２の形状とは近似している。故に、引手１２ａでは引手１２と同様に、前側接続部３２の後端において前後方向に大きな引っ張り応力が発生すると言える。引手１２ａでは引手１２と同様に、前側接続部３２の前端において前後方向及び上下方向に大きな圧縮応力が発生すると言える。
【００８４】
更に、図３に示すように、引手１２では、外周面Ｓ１１の後端における接線は、軸部２４の中心軸と平行である。図１２に示すように、引手１２ａでは、外周面Ｓ１２の後端における接線は、軸部２４の中心軸と平行である。このように、引手１２と引手１２ａとでは、中間円柱部３０と前側接続部３２との境界の構造が同じである。そこで、引手１２ａでは、引手１２と同じ方法により、前側接続部３２の後端に発生する引っ張り応力を低減できる。
【００８５】
また、図３に示すように、引手１２では、外周面Ｓ１１の前端における接線の傾斜角度はθである。引手１２ａでは、図１２に示すように、外周面Ｓ１３の前端の傾斜角度はθである。このように、引手１２と引手１２ａとでは、前側接続部３２と前側円柱部３４との境界の構造が同じである。そこで、引手１２ａでは、引手１２と同じ方法により、前側接続部３２の前端に発生する圧縮応力を低減できる。
【００８６】
以上の理由により、引手１２ａの構造が式（６）及び式（７）を満たしていれば、前側接続部３２の後端及び前端に破損が生じることが抑制される。また、引手１２ａの構造が式（８）及び式（９）を同時に満たしていれば、前側接続部３２の後端及び前端に破損が生じることがより効果的に抑制される。
【００８７】
また、前側接続部３２の前端における前後方向の圧縮応力を低減するためには、引手１２ａの構造が式（１０）を満たしていることが好ましい。
【００８８】
（その他の実施形態）
なお、本発明に係る引手及び引き抜き加工装置は、引手１２，１２ａ及び引き抜き加工装置１０に限らず、その要旨の範囲内において変更可能である。
【００８９】
引手１２，１２ａの材料は、冷間工具鋼（ＳＫＤ１１）又は高合金鋼に限らず、他の材料であってもよい。
【符号の説明】
【００９０】
１０：引き抜き加工装置
１２，１２ａ：引手
１３：グリッパ
１４：保持具
１６：駆動部
１８：ダイス
２０：プラグ
２２：頭部
２４：軸部
２６：後側円柱部
２８：後側接続部
３０：中間円柱部
３２：前側接続部
３４：前側円柱部
４０：ケース
４２：上ビット
４４：下ビット
１００：金属管
１０２：前端部
１０４：本体部
Ａ１，Ａ２：領域
Ｌ：接線
Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３：外周面
【図１】
2018094570.tif 000007
【図２】
2018094570.tif 000008
【図３】
2018094570.tif 000009
【図４】
2018094570.tif 000010
【図５】
2018094570.tif 000011
【図６】
2018094570.tif 000012
【図７】
2018094570.tif 000013
【図８】
2018094570.tif 000014
【図９】
2018094570.tif 000015
【図１０】
2018094570.tif 000016
【図１１】
2018094570.tif 000017
【図１２】
2018094570.tif 000018
【図１３】
2018094570.tif 000019
【図１４】
2018094570.tif 000020