(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周方向に関し複数組の凹部及び凸部をもつ異形管を円筒状の素管から製造する際、素管の円周方向に配置され、前記凹部の個数に相当する合計個数の隆起部をもち、隆起部間がロール底部となっている複数本の予備成形ロールを、或る予備成形ロールのロール底部と隣り合う予備成形ロールの隆起部との境にロール分割位置を設定し、前記ロール分割位置の隆起部間幅を下記の（１）式の値としており、前記複数本の予備成形ロールを素管の円周方向に配置した予備成形スタンドで素管を予備成形して前記凹部に対応する凹部を素管につけた後、同様な隆起部の位置及び下記（１）式で設定したロール分割位置の隆起部間幅を持ち同様なロール分割位置で配置した複数本の仕上げ成形ロールを備えた仕上げ成形スタンドで目標形状に素管を仕上げ成形することを特徴とする異形管の製造方法。
Ｗ２＝ｗ−ａ （１）
ここで、ｗは必要とする異形管の凸部幅、Ｗ２はロール分割位置の成形ロールの隆起部間幅、ａは成形中に広がるロール間隙間を考慮して予め設定した値である。
【請求項２】
素管の管軸に直交する面に対して所定の螺旋角度でロール軸を傾斜させた予備成形ロール及び仕上げ成形ロールで素管を成形する請求項１に記載の異形管の製造方法。
【請求項３】
素管に付ける凹部と同じ合計個数の隆起部がロール周面に形成され、隆起部の間がロール底部になっている複数本の予備成形ロールを、或る予備成形のロール底部と隣り合う予備成形の隆起部との境にロール分割位置を設定し、前記ロール分割位置の隆起部間幅を下記の（１）式の値としており、前記複数本の予備成形ロールを素管の円周方向に配置した予備成形スタンドと、同様な隆起部の位置及び下記の（１）式で設定したロール分割位置の隆起部間幅を持ち同様なロール分割位置で配置した複数本の仕上げ成形ロールを備えた仕上げ成形スタンドとを備えている異形管の製造装置。
Ｗ２＝ｗ−ａ （１）
ここで、ｗは必要とする異形管の凸部幅、Ｗ２はロール分割位置の成形ロールの隆起部間幅、ａは成形中に広がるロール間隙間を考慮して予め設定した値である。
【請求項４】
予備成形ロール及び仕上げ成形ロールのロール軸が素管の管軸に直交する面に対し所定の螺旋角度で傾斜している請求項３に記載の異形管の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、円周方向に複数の凹凸部をつけた異形管を製造する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
異形管は、形状に由来する意匠性や差別性を活用し、従来の円形パイプに代わる装飾用建材として使用されている。この種の異形管には、管軸と平行に円周方向へ複数の凹凸部を付けた異形管、管軸方向に関して螺旋状に円周方向へ複数の凹凸部を形成した異形管等が知られている。
円周方向に複数の凹凸部をもつ異形管は、ダイスを用いた抽伸法やロール成形法等、従来から種々の方法で製造されている。ダイスで素管を抽伸する方法（特開昭６３−２４８５１５号公報）では、良好な断面形状の異形管が製造されるものの、寸法や異形管の形状に応じてダイスの変更が必要とされるため生産性が低い。
【０００３】
孔型ロールやフラットロールを組み合わせた圧延機で異形管を製造するロール成形法（特開昭５７−１４２７１５号公報）は生産性が高く、圧延機出側に設けたスパイラル状のガイドやダイスにより管軸方向に関して螺旋状のウネリを付けた複数の凹凸をもつ異形管も製造できる。しかし、成形ロール１の隙間Ｇに素管Ｍの材料を流入させて凸部を成形している（図１ａ）ため、素管Ｍを製造している造管ラインに組み込んだインライン成形に適用すると、未溶接部分で成形ロール１の隙間Ｇに材料が流入し、溶接部分が成形スタンドを通過しても、断面形状が崩れ、必要形状の凹凸が成形できないことがある（図１ｂ）。また、螺旋状模様をつける場合、ガイドやダイスが磨耗しやすいことも欠点である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
円周方向に複数の凹凸部をもつ異形管を生産性の高いロール成形法で製造する場合、未溶接部成形時の変形（図１ｂ）を考慮すると、素管Ｍの円周方向全長にわたって隙間Ｇが小さくなるロール配置が好ましい。そこで、円周方向に８組の凹凸部をつけた異形管の製造では、凹部に対応する突起をロール周面に付けた成形ロール１を使用し、成形ロール１を１８０度分割（図２ａ）又は９０度分割（図２ｂ）で素管Ｍの円周方向に２個又は４個配置している。
しかし、ロールギャップＤに比較して素管Ｍの直径が大きいため、ロールギャップＤに素管Ｍを挿入すると、成形ロール１の間に隙間Ｇが発生する。隙間Ｇは、１８０度分割（図３ａ）及び９０度分割（図３ｂ）で組み合わせた成形ロール１では、素管Ｍの変形量が最も多くなる凸部ｐの頂点ｔに当たる位置で発生する。そのため、隙間Ｇに材料が集中的に流れ込み、必要形状をもつ異形管の製造が困難になる。
【０００５】
また、製造した異形管の断面形状を良好にするためには、図４に示す異形管Ｐの凸部外面曲率半径Ｒが円周方向で均一になっていることが必要である。異形管Ｐの凸部外面曲率半径Ｒの円周方向での均一性を得るためには、最適寸法の隆起部間幅Ｗを持った成形ロール１で成形することが必要である。これまでは、その最適寸法を数種類の成形ロールを使用して成形実験を行なうことにより求めていたが、ロールコストが高くなることと効率が悪いことが問題であった。
【０００６】
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、ある成形ロールのロール低部と隣り合う成形ロールの隆起部との境にロール分割位置を設定し、そのロール分割位置の隆起部間隔を所定の式により求めた値とした成形ロールを素管円周方向に複数本配置した予備スタンド及び成形スタンドで素管を成形することにより、断面形状の崩れを発生させることなく、形状対称性に優れた良好な断面形状をもつ異形管を効率的に製造することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、その目的を達成するため、円周方向に関し複数組の凹部及び凸部をもつ異形管を円筒状の素管から製造する際、素管の円周方向に配置され、前記凹部の個数に相当する合計個数の隆起部をもち、隆起部間がロール底部となっている複数本の予備成形ロールを、或る予備成形ロールのロール底部と隣り合う予備成形ロールの隆起部との境にロール分割位置を設定し、前記ロール分割位置の隆起部間幅を下記の（１）式の値としており、前記複数本の予備成形ロールを素管の円周方向に配置した予備成形スタンドで素管を予備成形して前記凹部に対応する凹部を素管につけた後、同様な隆起部の位置及び下記（１）式で設定したロール分割位置の隆起部間幅を持ち同様なロール分割位置で配置した複数本の仕上げ成形ロールを備えた仕上げ成形スタンドで目標形状に素管を仕上げ成形することを特徴とする。
【０００８】
Ｗ２＝ｗ−ａ          （１）
ここで、ｗは必要とする異形管の凸部幅、Ｗ２はロール分割位置の成形ロールの隆起部間幅、ａは成形中に広がるロール間隙間を考慮して予め設定した値である。
また、素管の管軸に直交する面に対して所定の螺旋角度でロール軸を傾斜させた予備成形ロール及び仕上げ成形ロールで素管を成形するとき、管軸方向に関して螺旋状のウネリを付けた異形管が製造される。
【０００９】
異形管製造装置は、少なくとも予備成形スタンド及び仕上げ成形スタンドをもつ多段配置の成形スタンドを備えている。予備成形スタンド及び仕上げ成形スタンドは、素管に付ける凹部と同じ合計個数の隆起部がロール周面に形成され、隆起部の間がロール底部になっている複数本の成形ロールを、或る成形ロールのロール底部と隣り合う成形ロールの隆起部との境にロール分割位置を設定し、前記ロール分割位置の隆起部間幅を、成形中のロール間隔の広がり考慮して、その広がり分を予め必要とする異形管の凸部幅よりも小さくしており、前記複数本の成形ロールを素管の円周方向に配置している。
螺旋状のウネリを付けた異形管の製造用には、成形ロールのロール軸を素管の管軸に直交する面に対し所定の螺旋角度で傾斜させている。
【００１０】
【実施の形態】
本発明に従った異形管の製造には、複数の成形スタンドをタンデムに配置した装置が使用されるが、ここでは成形スタンドを２段配置した装置（図５）を例にとって説明する。
素管Ｍは、予備成形スタンド１０で予備成形された後、仕上げ成形スタンド２０で目標形状の異形管Ｐに成形される。予備成形スタンド１０と仕上げ成形スタンド２０との間には、更に第３、４の成形スタンドを配置しても良い。
予備成形スタンド１０は、各ロール間の隙間Ｇが非常に狭くなる配置で４本の予備成形ロール１１〜１４を組み合わせている（図６ａ）。予備成形ロール１１〜１４の周面には、目標異形管Ｐの周面にある凹数に相当する数（図６の場合には８個）の隆起部１１ｐ〜１４ｐが形成されている。各予備成形ロール１１〜１４の分割位置は、予備成形ロール１１、１２のロール底部１１ｂ、１２ｂと隣り合う予備成形ロール１３、１４の隆起部１３ｐ、１４ｐとの境に設定されている。
【００１１】
仕上げ成形スタンド２０も、同様に狭い隙間Ｇで４本の仕上げ成形ロール２１〜２４を配置している（図６ｂ）。成形ロール２１〜２４の周面にも、目標異形管Ｐの周面にある凹数に相当する数の隆起部２１ｐ〜２４ｐが形成されている。各成形ロール２１〜２４の分割位置は、予備成形スタンド１０と同様に仕上げ成形ロール２１、２２のロール底部２１ｂ、２２ｂと隣り合う仕上げ成形ロール２３、２４の隆起部２３ｐ、２４ｐとの境に設定されている。
予備成形スタンド１０、仕上げ成形スタンド２０共に、同様なロール支持機構３０（図７）で各ロール１１〜１４、２１〜２４を回転支持する。このロール支持機構３０は、各ロール１１〜１４、２１〜２４のロール軸３１を回転可能に支持するロールチョック３２を備えている。ロールチョック３２は、各ロール１１〜１４、２１〜２４に対応して素管Ｍの円周方向に４組配置されており、素管Ｍの中心に向けて移動可能になっている。ロールチョック３２の移動量を圧下スクリュー３３で調節することにより、素管Ｍの圧下量が設定される。
【００１２】
このように予備成形ロール１１〜１４を組み合わせた予備成形スタンド１０に素管Ｍを通過させると、異形管Ｐの凸部ｐに当たる部分がロール底部１１ｂ〜１４ｂで予備成形され、凹部に当たる部分が隆起部１１ｐ〜１４ｐで予備成形される。予備成形スタンド１０から仕上げ成形スタンド２０に素管Ｍが送られると、ロール底部１１ｂ〜１４ｂで予備成形された部分が仕上げ成形ロール２１〜２４のロール底部２１ｂ〜２４ｂで仕上げ成形されて凸部ｐになり、隆起部１１ｐ〜１４ｐで予備成形された部分が仕上げ成形ロール２１〜２４の隆起部２１ｐ〜２４ｐで成形されて凹部ｂになる。
予備成形及び仕上げ成形の何れにおいても、予備成形ロール１１〜１４、仕上げ成形ロール２１〜２４の間に隙間Ｇが発生する。しかし、素管Ｍの変形量が最も多い凸部ｐの頂点ｔ（図３）で各ロール１１〜１４、２１〜２４が分割されておらず、しかも各段で素管Ｍの圧下量を少なくできる多段成形のため隙間Ｇを狭くできる。したがって、隙間Ｇへの材料流入が抑えられ、形状精度の良好な異形管Ｐ（図８）が製造される。
【００１３】
この方法は、通常の造管ラインに組み込んで異形管Ｐを製造するインライン成形でも有効である。すなわち、各スタンド１０、２０の圧下量が少なく、且つ各ロール１１〜１４、２１〜２４の隙間Ｇが狭いことから、予備成形スタンド１０で板端部ｅが重なり合っても高低差の小さな８組の凹凸が素管Ｍにつけられる（図９）。素管Ｍの未溶接部分では、凹凸部の形成により素管Ｍの変形方向が凹凸部に定まるため、素管Ｍの溶接部分が予備成形スタンド１０に達しても素管Ｍの円周方向に８組の凹凸部が形成されることになる。形成された凹凸部は、仕上げ成形スタンド２０でそれぞれ凹部ｂ及び凸部ｐに仕上げ成形される。
【００１４】
また、本発明者等は、異形管Ｐの外面曲率半径Ｒの円周方向での均一性について種々の検討を重ねた結果、図４に示した成形ロールの寸法を素管Ｍから異形管Ｐに成形する際の成形スタンドの剛性を考慮して、ロール分割位置の隆起部間幅を、成形中のロール間隔の広がり考慮して、その広がり分だけ予め必要とする異形管の凸部幅よりも小さくおけば良いことがわかった。
【００１５】
図４に示した異形管Ｐの、凸部外面曲率半径Ｒの円周方向の均一性は、成形ロール１の隆起部高さが凸部ｐの最大可能変形高さよりも高いとすると、素管Ｍへ実際に作用する圧下量ｒTが円周方向で一定であり、凸部ｐが成形ロール１の隆起部間幅Ｗ１、Ｗ２の領域で変形するから、隆起部間幅Ｗ１、Ｗ２の円周方向の均一性で決まってくる。異形管Ｐに成形する際に隆起部間幅Ｗ１、Ｗ２が円周方向で均一であれば、製造される異形管Ｐの凸部外面曲率半径Ｒも円周方向で同一となり、形状対称性の良好な製品となる。
【００１６】
隆起部間幅Ｗ１、Ｗ２は、素管Ｍを成形する場合、成形スタンドの剛性により成形ロール１間に隙間Ｇが発生するため、ロール分割位置の隆起部間幅Ｗ２とそれ以外の隆起部間幅Ｗ１を異ならせる必要がある。つまり、隆起部間幅Ｗ１は必要とする異形管Ｐの凸部幅ｗとすれば良いが、ロール分割位置の隆起部間幅Ｗ２は素管Ｍを成形する場合に成形スタンドの剛性により発生する成形ロール１間の隙間Ｇを必要とする異形管Ｐの凸部幅ｗから差し引いた値にする必要がある。その成形スタンドの剛性は、ロール軸のたわみや、軸受けとロール軸やロールとの隙間で左右されるため、成形スタンド固有の値となる。一般に同等サイズの鋼管を製造する際の成形スタンドの剛性は大差なく、上記減少値は、０．３ｍｍ程度で十分である。しかし、成形するパイプの板厚が大きくなると、ロールを押し広げる力が大きくなるため、上記減少値も大きくする必要がある。
その減少値ａは、成形する板厚ｔの関数で表したとき、下記に示される程度にすることが好ましい。
０．０６２５ｔ＋０．１＜ａ＜０．０６２５ｔ＋０．２
これにより、これまで数種類の成形ロールを使用した成形実験により求めていたロール寸法を低コストで効率良く決定できる。
【００１７】
管軸方向に平行な凹凸を付けた異形管Ｐでは、素管Ｍの管軸に直交する方向と平行にロール軸３１を保持したロール支持機構３０（図７）が使用される。このロール支持機構３０に代え、管軸方向に所定の螺旋角度θでロール軸４５を傾斜支持するロール支持機構４０（図１０）を使用するとき、管軸方向に沿って螺旋状にうねった凹凸のある異形管Ｐが製造される。
【００１８】
ロール支持機構４０は、ロール収容空間４１を素管Ｍの管軸方向に対し螺旋角度θで、ロール軸孔４２を素管Ｍの管軸に直交する方向に対し螺旋角度θで傾斜させたロールチョック４３を備えている。ロール１１〜１４、２１〜２４とロールチョック４３の間にカラー４４を介在させ、カラー４４によりロール１１〜１４、２１〜２４を位置決めする。ロール１１〜１４、２１〜２４のロール軸４５をロールチョック４３で支持することにより、素管Ｍに対してロール１１〜１４、２１〜２４が螺旋角度θで押し付けられ、螺旋角度θで凸部ｐ及び凹部ｂがうねった異形管Ｐが製造される。なお、ロール支持機構４０を造管ラインに組み込んで異形管Ｐをインライン成形する場合には、素管Ｍの円周方向に予備成形スタンド１０、仕上げ成形スタンド２０を回転させる。
【００１９】
以上は、８組の凹凸部を付けた異形管Ｐの製造を説明したが、本発明はこれに拘束されるものではなく、複数の凹凸部が円周方向にある異形管Ｐに対して同様に適用される。螺旋角度θは、過度に大きくとるとロール１１〜１４、２１〜２４の回転や素管Ｍ又は異形管Ｐの走行に支障をきたすため、４５度以下に設定することが好ましい。また、各成形スタンド１０、２０とも、４本のロール１１〜１４、２１〜２４に代え、３本又は５本以上の成形ロールを組み込むことができる。
【００２０】
【実施例１】
外径５４ｍｍ、板厚１．６ｍｍの鋼管ＳＴＫＭ１３Ｂを素管として使用し、円周方向に８組の凹凸部を有する、外径が５０．４ｍｍの異形管を素管造管中のインラインで成形した。造管ラインに配置された成形装置（図５）は２段成形スタンド構造とし、各スタンド１０、２０では、成形ロール１１、１２及び２１、２２のロール底部１１ｂ、１２ｂと隣り合う成形ロール１３、１４及び２３、２４の隆起部１３ｐ、１４ｐ及び２３ｐ、２４ｐとの境にロール分割位置を設定し、全体で８個の隆起部１１ｐ〜１４ｐ、２１ｐ〜２４ｐをもつロール１１〜１４、２１〜２４を使用した。素管Ｍの円周方向に等間隔で凹凸部を形成するため、ロール１１、１２及び２１、２４の素管Ｍに対する開き角度α（図６ａ）を１２０度とした。
【００２１】
１段目の成形では、異形管Ｐの必要と凸部幅ｗを１９ｍｍで円周方向で均一とする。ロール軸たわみと、軸受とロール軸との隙間から、ａの値０．２５ｍｍを事前に求めておいた。このａの値から、ロール分割位置の隆起部間幅Ｗ２を１８．７５ｍｍとし、それ以外の隆起部間幅Ｗ１を１９ｍｍとした。
また、２段目の成形では、異形管Ｐの必要凸部幅ｗを１６．６ｍｍとするため、ａが０．３ｍｍであったことから、ロール分割位置の隆起部間幅Ｗ２を１６．３ｍｍとし、それ以外の隆起部間幅Ｗ１は１６．６ｍｍとした。
【００２２】
予備成形スタンド１０の成形ロール１１〜１４の圧下量を１．５ｍｍ、仕上げ成形スタンド２０の成形ロール２１〜２４の圧下量を２ｍｍに設定し、７０ｍ／分の速度で送られてくる素管Ｍに凹凸を付けた。成形ロール１１〜１４、２１〜２４の回転は、素管Ｍとの摺擦による従動回転とした。
この条件で成形した結果、外径が５０．４ｍｍで凸部高さが６ｍｍの異形管Ｐが成形でき、凸部幅ｗは１６．６ｍｍに対して図１１に示すように円周方向で非常にばらつきの小さい異形管Ｐが得られた。また、凸部外面曲率半径Ｒも図１２に示すように均一性が良好であった。
【００２３】
【実施例２】
螺旋角度θ＝５度で成形ロール１１〜１４、２１〜２４をロールチョック４３（図１０）に取り付け、予備成形スタンド１０及び仕上げ成形スタンド２０を回転させながら素管Ｍを成形する以外は、実施例１と同じ条件下で異形管Ｐを製造した。得られた異形管Ｐは、螺旋角度５度、外径５０．４ｍｍであり、凸部幅ｗは１６．６ｍｍに対して図１１に示したように異形管Ｐの円周方向で非常に小さいばらつきとなった。また、凸部外面曲率半径Ｒも図１２に示すように均一性が良好であった。
【００２４】
【比較例】
ａ＝０ｍｍとして、１段目の成形ロール１１〜１４の隆起部間隔を全て１９ｍｍ、２段目の成形ロール２１〜２４の隆起部間幅を、ａ＝０ｍｍとして全て１６．６ｍｍとした以外は、実施例１と同じ条件下で異形管Ｐを製造した。この場合、ロール分割位置の隆起部間幅Ｗ２が設定値より大きくなったため、異形管Ｐの凸部幅ｗが１６．６ｍｍに対して大きくばらついた。また、凸部外面曲率半径Ｒのばらつきも大きくなり、断面形状の円周方向における均一性が大きく崩れた。
【００２５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、成形ロールのロール底部と隣り合う成形ロールのロール隆起部との境にロール分割位置を設定し、成形スタンドの剛性を考慮した算出式より求めた最適な隆起部間幅を有する成形ロールで目標異形管の成形を行なっている。しかも、成形スタンドを多段配置しているため、各段の圧下量を小さくできることから各ロールの隙間を狭くできる。この方法によるとき、予備成形で付けた凹部により素管の変形方向が規制されるため断面形状が大きく崩れることない。また、成形ロールの最適寸法も数種類の成形ロールでの実験で求める必要もない。したがって、対称性の高い複数の凹凸部を円周方向につけた異形管が、低コスト、高効率で製造される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ８組の凹凸を付けた異形管を製造する際に使用される従来の成形ロール組合せ（ａ）及び従来法で異形管をインライン製造する場合に生じがちな不良な断面形状（ｂ）
【図２】  従来の１８０度分割（ａ）又は９０度分割（ｂ）した成形ロールの配置
【図３】  従来のロール配置で異形管Ｐを製造した場合に形状崩れが生じることを示した説明図
【図４】  成形ロールの成形前（ａ）と成形中（ｂ）の状態を示した説明図
【図５】  本発明に従った製造装置の概略側面図
【図６】  予備成形スタンド（ａ）及び仕上げ成形スタンド（ｂ）の成形ロールを素管の管軸方向から見た概略図
【図７】  素管の中心に対して成形ロールを前進及び後退可能にするロール支持機構の概略図
【図８】  良好な断面形状をもつ異形管が製造されることを示す説明図
【図９】  板端部が重なり合った素管の断面形状
【図１０】  管軸方向に関して螺旋状になった凹凸部をつけた異形管の製造に使用されるロール支持機構
【図１１】  凸部幅ｗの異形管Ｐの円周方向における分布
【図１２】  外面曲率半径Ｒの異形管Ｐの円周方向における分布
【符号の説明】
１０：予備成形スタンド      ２０：仕上げ成形スタンド
１１〜１４、２１〜２４：予備成形スタンドと仕上げスタンドの成形ロール
１１ｐ〜１４ｐ、２１ｐ〜２４ｐ：予備成形スタンドと仕上げスタンドの成形ロールに付けた隆起部
１１ｂ〜１４ｂ、２１ｂ〜２４ｂ：予備成形スタンドと仕上げスタンドの成形ロール底部
Ｍ：素管      Ｐ：異形管      ｐ：凸部      ｂ：凹部      θ：螺旋角度
Ｄ：ロールギャップ      Ｇ：成形ロール間の隙間      ｔ：異形管の凸部頂点
α：成形ロールの分割角度      ｅ：素管の未溶接部に板端部
ｗ：異形管の必要凸部幅      Ｗ１：ロール分割位置以外の隆起部間幅
Ｗ２：ロール分割位置の隆起部間幅
ｒ：設定圧下量      ｒT：素管に実際に作用される圧下量
ａ：成形スタンドの剛性等で決定される係数
１：成形ロール      ２：成形ロールの低部      ３０、４０：ロール支持機構
３１、４５：ロール軸      ３２、４３：ロールチョック
３３：圧下スクリュー      ４１：ロール収容空間      ４４：カラー
【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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