(57)【要約】【課題】ねじり角が大きいものであっても、ねじり形状を精度よく安定して加工する。【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、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における各平面部５１の右端又は左端を押圧させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面部と角部からなる断面多角形状の金属管について、管軸方向を中心とし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において、
上記金属管における上記各平面部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形成させ、
その後上記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】
上記ねじり加工では、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ること
を特徴とする請求項１記載の金属管のねじり加工方法。
【請求項３】
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又は２記載の金属管のねじり加工方法。
【請求項４】
上記ねじり加工では、上記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又は２記載の金属管のねじり加工方法。
【請求項５】
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又は２記載の金属管のねじり加工方法。
【請求項６】
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１〜５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】
平面部と角部からなる断面多角形状の金属管について、管軸方向を中心とし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おいて、
上記金属管を搬送する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が順に設けられ、
上記凹部形成用ロール対は、上記金属管における各平面部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形成させ、
上記基準ロール対は、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、
上記ねじり加工用ロール対は、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、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することにより、上記金属管をねじり加工すること
を特徴とする金属管のねじり加工装置。
【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１７（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１７（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１７（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者である。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】
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挿入する工程が発生するため、製造工程が複雑化し、また丸パイプの着脱に要する時間も必要となり作業時間の短縮化を図ることができず、製造の効率化を図ることが困難になるという問題点があった。
【００１２】
また、中の丸パイプに当たるとそれ以上のねじりを発生させることができないため、ねじり角を大きく設定したい場合においても、結局は中の丸パイプの径に依存してしまうものとなっていた。即ち、この特許文献２の開示技術では、ねじり加工時において加工したいねじり角の自由度を大きく設定することができないという問題点があった。
【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、ねじり角が大きいものであっても、ねじり形状を精度よく安定して加工することが可能な金属管のねじり加工方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る金属管のねじり加工方法は、平面部と角部からなる断面多角形状の金属管について、管軸方向を中心とし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において、上記金属管における上記各平面部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形成させ、その後上記ねじり加工することを特徴とする。
【００１５】
このとき、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ねじり加工してもよい。
【００１６】
また、本発明に係る金属管のねじり加工装置は、平面部と角部からなる断面多角形状の金属管について、管軸方向を中心とし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おいて、上記金属管を搬送する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が順に設けられ、上記凹部形成用ロール対は、上記金属管における各平面部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形成させ、上記基準ロール対は、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、上記ねじり加工用ロール対は、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、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することにより、上記金属管をねじり加工することを特徴とする。
このとき、ねじり加工すべき金属管については、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で構成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
上述した構成からなる本発明によれば、金属管における平面部について、座屈させること無く少しずつ変形させることが可能となり、最終的には、この金属管についてトルク方向に向けたねじり形状を得ることが可能となる。特に本発明では、座屈を生じさせることなくねじり形状が得られることで、不規則にねじれて潰れてしまい、損傷という形で残存することも無くなることから、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。
【００１８】
特に本発明によれば、ねじり角が大きいものであっても、座屈が生じることなく、より安定的にねじり加工が実現でき、高精度なねじり形状を得ることが可能となる。このため、ねじり加工を望むねじり角についての自由度をより向上させることが可能となる。しかも従来技術の如く、金属管の中に丸パイプを挿入する必要も無くなり、作業時間の短縮化を図ることができ、製造の効率化を図ることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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】ねじり加工用ロール対により負荷される外力状態を示す図である。
【図１１】ねじり角度に対するねじりモーメントの計算結果を示す図である。
【図１２】本発明を適用したねじり加工装置における他の実施の形態について説明するための図である。
【図１３】断面略三角形状からなる金属管を加工する場合の例を示す図である。
【図１４】断面略三角形状からなる金属管の変形モードの詳細を説明するための図である。
【図１５】断面略菱形からなる金属管を加工する場合の例を示す図である。
【図１６】断面略菱形からなる金属管の変形モードの詳細を説明するための図である。
【図１７】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】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態として、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装置について、図面を参照しながら詳細に説明をする。
【００２１】
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。
【００２２】
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おり、断面正多角形で構成されていることが望ましい。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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
このように回転調整がなされたねじり加工用ロール対４ｃに金属管５を通過させることにより、当該金属管５には、ロール２ｃ−１〜２ｃ−４から図１０に示すような外力が負荷されることとなる。全ての平面部５１における金属管中心へ視認した場合の右端にロール２ｃ−１〜２ｃ−４が当接されて押圧されることになる。その結果、平面部５１における右端に図１０に示すようなベクトル方向からなる外力が負荷されることになり、金属管５においては時計反対回りのトルクが発生することとなる。
【００４６】
このとき、凹部５３は、塑性変形が生じており加工硬化している。このため、平面部５１における右端に、このようなベクトル方向からなる外力が負荷されると、平面部５１は、図中点線に示されるように変形することとなる。
【００４７】
即ち、この金属管５は、予め凹部５３が形成されていることから、内側に撓んだ状態となっている。そのような状態でロール２ｃ−１〜２ｃ−４から外力が負荷されると、図１０に示すように、平面部５１に対して斜め方向に外力が負荷されることになる。このような方向から外力が負荷されると、金属管５における角部５２が、凹部５３を支点として回転することとなる。このとき平面部５１において、塑性変形された凹部５３は、加工硬化していることから変形は殆ど生じることなく、未だ塑性変形が生じていない、凹部５３の屈曲点以外の平面部５１がロール２ｃ−１〜２ｃ−４による押圧により変形していくことになる。角部５２の近傍にある平面部５１における、ロール２ｃ−１〜２ｃ−４により押圧されている側は、回転方向に延びるように塑性変形する。角部５２の近傍にある平面部５１における、ロール２ｃ−１〜２ｃ−４により押圧されていない側は、回転方向に潰れるように塑性変形する。
【００４８】
特に加工硬化した凹部５３を支点となっていることから、ロール２ｃ−１〜２ｃ−４により押圧することで容易に撓ませることができる。その結果、角部５２並びにその角部５２の近傍にある平面部５１の回転曲げモーメントが負荷されることとなるが、この曲げモーメントに基づく曲げ荷重はより低く抑えることが可能となり、金属管５の平面部５１が持つ座屈荷重Ｐｃｒを超えることは殆ど無い。
【００４９】
その結果、金属管５における平面部５１について、座屈させること無く、図中のトルク方向に向けて少しずつ変形させることが可能となり、最終的には、この金属管５についてトルク方向に向けたねじり形状を得ることが可能となる。特に本発明では、座屈を生じさせることなくねじり形状が得られることで、不規則にねじれて潰れてしまい、損傷という形で残存することも無くなることから、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。
【００５０】
特に本発明によれば、ねじり角が大きいものであっても、座屈が生じることなく、より安定的にねじり加工が実現でき、高精度なねじり形状を得ることが可能となる。このため、ねじり加工を望むねじり角についての自由度をより向上させることが可能となる。しかも従来技術の如く、金属管５の中に丸パイプを挿入する必要も無くなり、作業時間の短縮化を図ることができ、製造の効率化を図ることも可能となる。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
図１１は、ねじり角度に対するねじりモーメントの計算結果を示している。横軸はねじり角度（°）、縦軸はねじりモーメント（ｋｇ・ｍ）である。断面四角形状の金属管５について予め凹部５３を設けたものと、凹部５３を設けないものの２種類について、各平面部５１の右端について外力を負荷した解析を行った。その結果、凹部５３を設けないものは、ねじる上で大きなねじりモーメントが必要になるのに対して、凹部５３を設けたものは、同じねじり角度をねじる際にも前者より低いねじりモーメントでねじることが可能となることが示されている。また、凹部５３を設けたものは、特にねじり角度が高い領域において、凹部５３を設けないものと比較してねじりモーメントの下降が下げ止まり、安定した挙動になることも示されていた。
【００５４】
なお、本発明によれば、実際のねじり形状についても最適なものとなるように制御することが可能となる。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が可能となる。
【００５５】
なお、上述した実施の形態では、あくまで断面四角形状の金属管５についてねじり加工す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、他のいかなる断面多角形状の金属管５についても同様の原理を用いることによりねじり加工を行うことが可能となる。かかる場合には、その断面多角形状の金属管の面数に応じたロール２を配置することが必要となることは勿論である。
【００５６】
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。
【００５７】
また基準ロール対４ｂと、ねじり加工用ロール対４ｃの構成は上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば基準ロール対４ｂについて、図１２（ａ）に示すようにロール２ｂの先端を凹状に凹ませた嵌合溝６１を設けるようにしてもよい。そして、この嵌合溝６１を金属管５における角部５２に遊嵌させることにより、これを支持するようにしてもよい。
【００５８】
同様に図１２（ｂ）に示すように、ねじり加工用ロール４ｃについても、これを構成するロール２ｃについて先端を凹状に凹ませた嵌合溝６２を設けるようにしてもよい。そして、この嵌合溝６２を金属管５における角部５２に遊嵌させるようにしてもよい。図１２（ｃ）は、このねじり加工用ロール４ｃについて回転角θに亘り回転させた後の状態を示している。嵌合溝６２により金属管５の角部５２を嵌めることにより、これをねじり加工しても、予め凹部５３を形成していることから、上述と同様の効果を得ることが可能となる。
【００５９】
また、上述した実施の形態では、ねじり加工装置１により加工される金属管５の例として、断面正多角形で構成されてい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いことは勿論である。
【００６０】
図１３は、加工すべき金属管５として、断面略三角形状からなる金属管５ａを上述した方法に基づいて加工する場合の例である。
【００６１】
先ず図１３（ａ）に示すように、平面部５１ａと角部５２ａとを有する断面略三角形状の金属管５ａを準備する。次に金属管５ａにおける各平面部５１ａに対して押圧する。この例では、平面部５１ａに対する押圧位置が、当該平面部５１ａのちょうど断面中央とされている場合であるが、これに限定されるものでは無い。金属管５ａの場合も同様に、平面部５１ａへの押圧位置が当該平面部５１ａのちょうど断面中央とされていることで、ねじり外力がより均等に負荷され、整合性の取れたねじり形状を得ることが可能となる。
【００６２】
このようにして押圧を行うことにより、図１３（ｂ）に示すように、金属管５ａは、管内側に向けて塑性変形させて凹部５３ａが形成されることとなる。
【００６３】
このようにして予め凹部５３ａを平面部５１ａへ形成させた金属管５ａについて、図１３（ｃ）に示すベクトル方向に向けて外力を負荷する。その結果、金属管５ａにおいては時計反対回りのトルクが発生することとなる。このとき、凹部５３ａは、塑性変形が生じており加工硬化している。このため、平面部５１ａに、このようなベクトル方向からなる外力が負荷されると、上述したメカニズムと同様に変形することとなる。
【００６４】
図１４は、この断面略三角形状からなる金属管５ａの変形モードの詳細を説明するための図である。この金属管５ａは、予め凹部５３ａが形成されていることから、内側に撓んだ状態となっている。そのような状態で外力が負荷されると、この断面略三角形状の金属管５ａにおいても同様に、平面部５１ａに対して斜め方向に外力が負荷されることになる。図１４にも示されるように平面部５１ａの延長方向と外力のベクトル方向は互いに鋭角を構成するものとなっている。このような方向から外力が負荷されると、金属管５ａにおける角部５２ａが、凹部５３ａを支点として回転することとなる。このとき未だ塑性変形が生じていないため、凹部５３ａの屈曲点以外の、外力が直接負荷される平面部５１ａ−１は、回転方向に延びるように塑性変形する。また凹部５３ａの屈曲点以外の、外力が直接負荷されない平面部５１ａ−２は、回転方向に潰れるように塑性変形する。
【００６５】
その結果、このような断面略三角形状からなる金属管５ａにおける平面部５１ａについて、座屈させること無く、トルク方向に向けて少しずつ変形させることが可能となり、最終的には、図１３（ｄ）中の実線に示されるように、この金属管５ａについてトルク方向に向けたねじり形状を得ることが可能となる。
【００６６】
図１５は、加工すべき金属管５として、断面略菱形状からなる金属管５ｂを上述した方法に基づいて加工する場合の例である。
【００６７】
先ず図１５（ａ）に示すように、平面部５１ｂと角部５２ｂとを有する断面略菱形状の金属管５ｂを準備する。次に金属管５ｂにおける各平面部５１ｂに対して押圧する。この例では、平面部５１ｂに対する押圧位置が、当該平面部５１ｂのちょうど断面中央とされている場合であるが、これに限定されるものでは無い。このようにして押圧を行うことにより、図１５（ｂ）に示すように、金属管５ｂは、管内側に向けて塑性変形させて凹部５３ｂが形成されることとなる。
【００６８】
このようにして予め凹部５３ｂを平面部５１ｂへ形成させた金属管５ｂについて、図１５（ｃ）に示すベクトル方向に向けて外力を負荷する。その結果、金属管５ｂにおいては時計反対回りのトルクが発生することとなる。このとき、凹部５３ｂは、塑性変形が生じており加工硬化している。このため、平面部５１ｂに、このようなベクトル方向からなる外力が負荷されると、上述したメカニズムと同様に変形することとなる。
【００６９】
図１６は、この断面略菱形状からなる金属管５ｂの変形モードの詳細を説明するための図である。この金属管５ｂは、予め凹部５３ｂが形成されていることから、内側に撓んだ状態となっている。そのような状態で外力が負荷されると、この断面略菱形状の金属管５ｂにおいても同様に、平面部５１ｂに対して斜め方向に外力が負荷される。図１６にも示されるように、平面部５１ｂの延長方向と外力のベクトル方向は互いに鋭角を構成するものとなっている。このような方向から外力が負荷されると、金属管５ｂにおける角部５２ｂが、凹部５３ｂを支点として回転することとなる。このとき未だ塑性変形が生じていないため、凹部５３ｂの屈曲点以外の、外力が直接負荷される平面部５１ｂ−１は、回転方向に延びるように塑性変形する。また凹部５３ｂの屈曲点以外の、外力が直接負荷されない平面部５１ｂ−２は、回転方向に潰れるように塑性変形する。
【００７０】
その結果、このような断面略菱形状からなる金属管５ｂにおける平面部５１ｂについて、座屈させること無く、トルク方向に向けて少しずつ変形させることが可能となり、最終的には、図１５（ｄ）中の実線に示されるように、この金属管５ｂについてトルク方向に向けたねじり形状を得ることが可能となる。
【００７１】
なお、上述した断面三角形状の金属管５ａ、断面菱形状の金属管ｂ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５２ａ、５２ｂ、平面部５１ａ、５１ｂがある程度の曲率を持った、略多角形であってもよい。
【００７２】
なお、本発明を適用したねじり加工方法を実現する上で、上述したねじり加工装置１を用いることは必須とはならない。即ち、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により金属管５を上流側から下流側にかけて搬送することは必須とならない。単に金属管５における各平面部５１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形成させ、その後ねじり加工をするものであればいかなる方法であっても同様に実現できる。
【００７３】
また、上記ねじり加工では、単に金属管５における各平面部５１の右端又は左端を押圧させることのみで実現するようにしてもよい。
【００７４】
更にねじり加工装置１では、凹部形成用ロール対４ａを省略し、基準ロール対４ｂ、ねじり加工用ロール対４ｃのみで構成するようにしてもよい。かかる場合においても基準ロール対４ｂに挿入する前に必ず凹部５３が形成されていることは前提となることから、事前に何らかの手段で金属管５の平面部５１を押圧することにより凹部５３を形成されておく必要があることは勿論である。
【００７５】
更にねじり加工装置１では、基準ロール対４ｂを省略し、凹部形成用ロール対４ａ、ねじり加工用ロール対４ｃのみで構成するようにしてもよい。基準ロール対４ｂが特段存在しなくても、その基準ロール対４ｂによる基準位置合わせを、凹部形成用ロール対４ａを介して実現することが可能となるためである。かかる場合においても上述した効果を得ることができることは勿論である。
【符号の説明】
【００７６】
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
５１  平面部
５２  角部
５３  凹部
６１、６２  嵌合溝
【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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【図１６】
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【図１７】
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