(57)【要約】【目的】鋼管の管端開口部に偏平口拡げ加工を施すとき、強度の高い鋼管でも加工部に割れが発生することを抑制した管端の偏平口拡げ加工方法を提供する。【構成】加工治具１０として、断面Ｖ字状の内壁１３を有する偏平用金型１２と、その内部に取り付けられた偏平で断面が三角形状の口拡げ金型１１を備えたものを用い、口拡げ金型１１の頂部に鋼管の管端開口部を押込む。まず、偏平用金型のＶ字状内壁１３に鋼管Ｍの端部外側面を当て、Ｖ字状内壁１３に当たった部分の鋼管を強制的に縮径・偏平化させる。さらに鋼管を押込むことによって、Ｖ字状内壁１３によって偏平化度合いを高めるとともに、偏平化された鋼管の長径方向に口拡げ金型１１の三角辺部を押し当て、長径方向の管素材に拡管の拡がり変形加工を付与し、全体として、偏平で長径方向に拡がりが形成された端部開口部形状に成形する。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管端外面側を側方から押圧して偏平状に変形しつつ、端部開口部の内面側に偏平三角形状の口拡げ金型を押込み、口拡げ加工を行うことを特徴とする管端の偏平口拡げ加工方法。
【請求項２】
偏平状の変形が始まった後に、偏平三角形状の口拡げ金型を押込む請求項１に記載の管端の偏平口拡げ加工方法。
【請求項３】
側方からの押圧を、管端を断面Ｖ字状の内壁に押し当てることにより行う請求項１または２に記載の管端の偏平口拡げ加工方法。
【請求項４】
偏平三角形状口拡げ金型と、その両側に位置する断面Ｖ字状内壁を有する偏平用金型を備えていることを特徴とする管端の偏平口拡げ加工治具。
【請求項５】
偏平用金型内面に断面Ｖ字状内壁に続く垂直壁を形成し、この垂直壁と偏平三角形状口拡げ金型壁との間に、加工する管の板厚分の空隙を設けている請求項４に記載の管端の偏平口拡げ加工治具。
【請求項６】
偏平用金型の内底面を、当該管端を当接させる相手の管の外周面と同じ曲率の断面で構成し、その湾曲した内底面上に偏平三角形状口拡げ金型が取り付けられた構造とした請求項４または５に記載の管端の偏平口拡げ加工治具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、鋼管の管端を偏平させるとともに、偏平状態で端部の開口を拡げるように口拡げ加工する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、医療用ベッド，介護用ベッド或いは一般用ベッドにかかわらず、ベッド側面には、転落防止等のための側柵が設けられるようになっている。このような側柵には、さまざまな構造のものがあるが、差込み式の側柵は構造が単純であり、取り扱いも容易であることから、広く用いられている。そして図１に示されるような側柵１の脚部２をベッドのサイドフレームに設けられた穴に着脱自在に装着するようになっている。
近年、このようなベッド用側柵において、機能向上のために各種改良が試みられている。例えば特開平１０−２４０７２号公報や特開平１０−３３５９６号公報では、ベッド側面を全面的にカバーして、物や人が挟まったり、人が転落したりすることを防止するように改良している。また特開平１０−１３７０７７号公報では、使用態様に応じて横方向の寸法を調整可能にし、使い勝手の向上を図る改良を行っている。
【０００３】
上記のような改良はいずれも側柵の形状を工夫して使い勝手や機能を高めようとするものである。
一方で、側柵を構成するパイプとして強度の高いものを使用し、側柵全体として強度の高いものにしたいという要望もある。前記したようにカバー範囲の広い側柵に使用とすれば、当然側柵を構成するパイプ、特に支柱となるパイプには高い強度が必要になる。
ところで、一般的なベッド用側柵１は、図１に示すように中空パイプ材によって構成されており、ベッドのサイドフレームの穴に差込まれる脚部２を有する２本の支柱３に上下の横パイプ４，５が接合され、さらに補助的な縦パイプ６が接合されている。図１に示す態様では、上横パイプ４は側方で曲げられ側縦パイプとなるとともに、さらに曲げられて下横パイプとなり、その先端が支柱パイプ３に接合されている。
【０００４】
そして、パイプ同士のＴ字状の接合は、図２に示すように一方のパイプ先端に偏平状に口拡げ加工を施し、他方のパイプの側面に押し当て、接触面を蝋付け接合している（図３）。
なお、図２は支柱となるパイプの両端の加工例を示すもので、偏平な口拡げ加工を施したとは別の端部には、ベッドのサイドフレームに設けた穴に差込み易くするために絞り加工を施している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
パイプ先端の偏平口拡げ加工は、通常、パイプ端開口部の内面側に偏平三角形状の金型を押込み、その口を偏平状に拡管している。
ベッド用側柵の強度を高めようとするとき、側柵を構成するパイプを太くすることも考えられるが、全体が大きくかつ重くなるので実用的な手法ではない。そのためパイプそのものとして高強度の鋼材を用いることが得策である。
ところが、強度の高い鋼管は一般に延性が低いために、管端に偏平口拡げ加工を施すとき、強度の低いものと比べて加工部に割れが発生し易くなってしまう。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、強度の高い鋼管の管端開口部の内側に偏平三角形状の口拡げ金型を押込んで偏平口拡げ加工を施すとき、加工部に割れが発生することを抑制した管端の偏平口拡げ加工方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の管端の偏平口拡げ加工方法は、その目的を達成するため、管端外面側を側方から押圧して偏平状に変形しつつ、端部開口部の内面側に偏平三角形状の口拡げ金型を押込み、口拡げ加工を行うことを特徴とする。
偏平状の変形が始まった後に、偏平三角形状の口拡げ金型を押込むことが好ましい。さらに、外面側からの押圧は、管端を断面Ｖ字状の内壁に押し当てることにより行うことが好ましい。
このような口拡げ加工を行う加工治具は、偏平三角形状口拡げ金型とその両側に位置する断面Ｖ字状内壁を有する偏平用金型を備えていることを特徴とする。
偏平用金型内面に断面Ｖ字状内壁に続く垂直壁を形成し、この垂直壁と偏平三角形状口拡げ金型壁との間に、加工する管の板厚分の空隙を設けていることが好ましい。さらに、偏平用金型の内底面を、当該管端を当接させる相手の管の外周面と同じ曲率の断面で構成し、その湾曲した内底面上に前記偏平三角形状口拡げ金型が取り付けられた構造とすることが好ましい。
【０００７】
【実施の態様ならびに作用】
本発明者等は、比較的軟質な鋼管を使用して管端の偏平口拡げ加工を行っていた方法を、強度の高い鋼管に適用したとき加工部に割れが発生し易くなった原因について検討した。
その結果、以下の知見にたどりついた。
ベッドのサイドフレームあるいは側柵等には、通常廉価な低炭素鋼が用いられている。そして廉価な低炭素鋼でもそれなりの強度を持たせるために、加工強化が施されている。強化のための加工度合いが大きくなると素材の延性も低下する。
【０００８】
高強度の鋼管を使用してその管端に偏平口拡げ加工を施そうとしたとき、素材には既に限界に近い加工が施されているので、少しの変形加工が加わった時点で割れが発生する。特に、楕円形状に偏平口拡げ加工を施す場合、例えば図４中、ｌで示した長径軸上先端近傍での変形量が、ｓで示した短径軸上先端近傍での変形量に比べて著しく大きく、パイプ円周方向に不均一な変形加工となるため、長径軸上先端近傍での割れが発生しやすい。
そこで、管端に偏平口拡げ加工を施す際、長径軸上先端近傍での変形量を破断限界に達しない程度の変形加工量に抑えれば、割れの発生を抑制できると推測し、本発明に到達した。
なお、本明細書中では、図４に示す楕円形状のａ方向を「長径方向」、ｂ方向を「短径方向」と称することにする。
【０００９】
本発明の実施の態様を、図５を用いて説明する。
加工治具１０として、断面Ｖ字状の内壁１３を有し、その底部にはＶ字状内壁１３につながる垂直壁１４を有する偏平用金型１２と、その内部に取り付けられた偏平で正面断面が三角形状の口拡げ金型１１を備えたものを用いる。
この治具１０を用い、偏平三角形状口拡げ金型１１の頂部に鋼管の管端開口部を押込む。まず、偏平用金型のＶ字状内壁１３に鋼管の端部外側面を当て、Ｖ字状内壁１３に当たった部分の鋼管を強制的に縮径させ、全体を偏平化させる。さらに鋼管を押込むことによって、Ｖ字状内壁１３によって偏平化度合いを高めるとともに、偏平化された鋼管の長径方向に口拡げ金型１１の三角辺部を押し当て、長径方向の管素材に拡管の拡がり変形加工を付与し、全体として、偏平で長径方向に拡がりが形成された端部開口部形状に成形することができる。
なお、管端の偏平口拡げ開口部形状は、使用する加工治具の寸法、すなわち偏平口拡げ金型の頂部角，幅および偏平金型との間の間隔の調整により、所望の長径長さ，短径長さに成形することができる。
【００１０】
本発明では、断面Ｖ字状の内壁１３を有する偏平用金型１２を使用して管端に偏平変形を付与した後、偏平三角形状の口拡げ金型１１を押し当てて拡管している。偏平化では素材そのものの変形量は少ない。偏平化して見かけ上の外径が大きくなった長径方向に所定径まで拡げるような加工を行う本発明方法は、単に偏平三角形状口拡げ金型を押し当てて径が小さい段階から所定径まで偏平口拡げ加工する従来方法と比較して、長径軸上先端近傍での変形量を少なくすることができるので、高強度で延性の低い素材を使用しても、拡管部に割れを発生させることなく管端の偏平口拡げ加工を行うことができる。
【００１１】
ところで、偏平用金型による短径方向の縮径・偏平化と偏平三角形状口拡げ金型による長径方向への拡管変形とは、その変形操作のタイミングの調整が重要である。
偏平化が早すぎると、すなわち側面からの縮径量が多すぎると、管端はいわゆる８の字状に中央部が陥没したように変形する。このように変形した後に偏平三角形状口拡げ金型による長径方向への拡管変形を行っても、前記陥没部を解消できない場合がある。逆に偏平化させる前に偏平三角形状口拡げ金型による拡管変形を行おうとすると、偏平化操作を加えて全体の加工変形量を少なくしようとするメリットは生じない。すなわち、短径方向の偏平量が少ないうちに長径方向の口拡げが始まり、長径方向の加工量が多くなって割れも発生しやすくなる。したがって、偏平用金型による短径方向の縮径・偏平化がある程度進んだ段階で偏平三角形状口拡げ金型による長径方向への拡管変形が進行するように、治具の形状を設計する必要がある。
【００１２】
治具の具体的構造としては、偏平用金型の内面に、断面Ｖ字状内壁に続く垂直壁を形成し、この垂直壁と偏平三角形状口拡げ金型壁との間に、加工する管の板厚分の空隙を設けていることが好ましい。このような形状とすることにより、管端に偏平三角形状口拡げ金型を押し当てようとするとき、まず管端の側面が偏平用金型のＶ字状内壁に当たり、その部分が縮径・偏平化されて短径方向に成形される。管端の押込みを続けると、偏平化がさらに進行するとともに口拡げ金型の三角形辺が管端の長径方向側に当接し、その部分の拡管変形を起こさせる。さらに管端の押込みを続けると短径方向側の管素材は偏平用金型の垂直壁と偏平三角形状口拡げ金型の側壁との隙間に入り込んで、短径方向のさらなる縮径・偏平化は進行せず、口拡げ金型の三角形辺が長径方向側の管素材に拡管変形を付与し続けることになって、形状の良好な偏平口拡げ状態が得られる。
【００１３】
短径方向側の縮径・偏平化と、長径方向側の拡管変形とのタイミングの調整は、素材鋼管の材質等をも考慮して行うことが好ましい。
このタイミングの調整を行い易くするために、図６に示すように、偏平用金型と偏平三角形状口拡げ金型を分割構造とする。すなわち、断面Ｖ字状内壁を有する偏平用金型１２を、傾斜壁を有する２つの側壁部材１２１，１２２とそれを連結する底部部材１２３の３つに分割し、その底部部材１２３上に偏平三角形状口拡げ金型１１を取り付けるように構成する。そして、上記偏平用金型１２を構成する各部材のそれぞれの低部に断面楕円形状のボルト挿通孔（図示せず）を設け、ボルト−ナットで固定する。
【００１４】
この際、側壁部材１２１，１２２の底部にライナー等を介在させて固定すると、偏平三角形状口拡げ金型の位置が相対的に下がり、管端への口拡げ加工を行う際に短径方向の縮径・偏平化がより進んだ段階で長径方向の拡管変形が起こり始めることになる。逆に、底部部材１２３の下にライナー等を介在させて固定すると、偏平三角形状口拡げ金型の位置が相対的に高くなり、管端への口拡げ加工を行う際に短辺方向の縮径・偏平化があまり進まない段階で長径方向の拡管変形が起こり始めることになる。
【００１５】
また、本発明では、パイプ同士のＴ字状の接合を行おうとする際に、先端に偏平状の口拡げ加工を施したパイプの先端全面を他方のパイプの側面に当接させることが好ましく、これにより、その後の蝋付け強度を強くすることができる。
そこで、管端の偏平口拡げ加工を行い、管端を治具に押し当てて加工を施した時点で、管端の端面が接合するパイプの側面形状に合致するように、口拡げ金型１１を取り付けた基板面、すなわち偏平用金型の底部部材１２３上面を、当該管端を当接させる相手の管の外周面と同じ曲率の断面で構成することが好ましい。
【００１６】
【実施例】
供試材として、強度が７２０Ｎ／ｍｍ２で、外径１９．１ｍｍ，板厚１．４ｍｍの鋼管を使用した。
加工治具として、断面の半角が２０度のＶ字状内壁を有した偏平金型と、幅が１０ｍｍ（三角辺部の曲率半径５ｍｍ）で頂部の半角が３４度の断面三角形状口拡げ金型を備えたものを用いた（図７参照、Ｍは素材鋼管）。そして、鋼管の管端開口部を口拡げ金型頂部に被せ、偏平用金型のＶ字状内壁に鋼管の端部外側面を当てて鋼管を強制的に縮径・偏平変形させ始めた時点から１．８ｍｍ低下した時点（図中、高さＨ分低下した位置）で、口拡げ金型の三角辺部が鋼管管端開口内側部に当接し、長径方向の口拡げ変形が起こるように、偏平金型と口拡げ金型の位置関係をセットした。
鋼管を１０ｍｍ／秒の速度で押込み、偏平口拡げ加工を進行させ、短径長さ１４．０ｍｍで長径長さ２６．２ｍｍまで円滑に偏平口拡げ加工できた。各段階で測定した長径長さと板厚減少率最大値との関係を図８に示す。
【００１７】
比較のために、断面Ｖ字状の内壁を有した偏平金型を使用せず、幅が１０ｍｍで頂部の半角が３４度の断面三角形状口拡げ金型のみを備えた加工治具を用いた従来法で偏平口拡げ加工を行った。各段階で測定した長径長さと板厚減少率最大値との関係を図８に併せて示す。この方法では、実施例の場所とほぼ同じ長径長さにおける板厚減少率最大値は１７％となっており、実施例の場合に比べて５％ほど大きい。さらに加工を継続すると、長径軸上先端側部において局部的な板厚減少が認められた。
【００１８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明法によれば、管端開口部に偏平口拡げ加工を施す際、断面Ｖ字状の内壁を有した偏平金型を使用して偏平化した後の偏平開口部に偏平口拡げ金型を押し込んで口拡げ加工を行うと、長径軸上先端近傍での変形量を少なくすることができ、素材として高強度低延性の鋼管を使用しても、割れを発生させることなく、端面のきれいな偏平口拡げ状態を得ることができる。
したがって、ベッドの側柵等を構築する場合の、鋼管をいわゆるＴ字状に蝋付け接合する際、相手側の鋼管外側面に先端全面を十分接触するように管端に偏平口拡げが行えるので、蝋付けが容易になるばかりでなく、接合強度の高い接合構造を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ベッドの側柵形状を説明する図
【図２】ベッド側柵を構成する支柱パイプの端部形状を説明する図
【図３】パイプのＴ字状接合態様を説明する図
【図４】楕円形状の寸法の表示方法を説明する図、ａが長径方向でｂが短径方向
【図５】加工治具の形状と偏平口拡げ加工の状況を説明する断面図
【図６】加工治具の分割構造を説明する斜視図
【図７】金型の実施例を説明する断面図で、（ａ）は短径方向を示す側面図、（ｂ）は長径方向を示す正面図
【図８】偏平口拡げ段階での、板厚減少率の変化を説明するグラフ
【符号の説明】
１：ベッド用側柵      ２：脚部      ３：支柱      ４，５：横パイプ
６：補助縦パイプ
１０：  加工治具      １１：口拡げ金型      １２：偏平用金型
１３：偏平用金型      １４：垂直壁
１２１，１２２：側壁部材      １２３：底部部材      Ｍ：素材鋼管
【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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