JPH0390220A - 管端のフランジ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、配管に使用されるステンレス鋼管等の管の
端部にフランジ部を設け、フランジ接合させるような場
合に、フランジ部の形成が容易に行われるようにした管
端のフランジ加工装置に関する。

（従来の技術〕 従来の管継手として第８図に示すように、管１と管２の
端部にフランジ部３，４を設け、該フランジ部３．４の
間にガスケット５を介在させて、該フランジ部３．４を
２枚のルーズフランジ６を介して、ボルト６ａ及びナツ
ト６ｂで締め付けるものがある。この場合フランジ部３
．４を形成するには、第９図に示すように、スタブエン
ドといわれるフランジ７のついた短管８を用意し、これ
を管１の端部に溶接して形成していた。また第１０図に
示すようにフランジリングといわれる円板９を作り、管
１の端部に直接溶接することが行われている。

また管１の端部にフランジ部を形成するのに、第１１図
に示すように管１をクランパ１１に固定し、管１の中心
線１０を軸として回転するヘッド１２を設け、回転ヘッ
ド１２の傾斜端部１３にシャフト１４を軸支し、シャフ
ト１４に拡張用円錐ローラ１５を回転自在に固定する。

そしてヘッド１２を中心線１０の方向に移動させて管１
に近づけ、管１の端部に鍔部１６を形成する。

次に第１２図に示すように、拡張用円錐ローラ１５を覆
うように別な補助ヘッド１７を取付け、再び回転ヘッド
１２を中心線１０の方向に移動させて、中心線１０に直
角方向のフランジ部１８を形成するものが用いられてい
る（特開昭６３−２６８５１９号公報参照）。

（発明が解決しようとする課題） ところで上記のように、管の端部にフランジな形成する
方法にあっては、スタブエンドやフランジリング等の価
格が高価であり、またこれらの部品の面を管の中心線に
直角に、正確な位置に取付けて溶接しなければならない
ため、溶接技術が難しく、溶接の欠陥などによって品質
が低下し、また自動化生産が難しいため、高価になると
いう問題があった。

また管端部に、拡管用円錐ローラを押圧することによっ
てフランジ部を形成するものにおいて、冷間加工を行う
ものでは、ステンレス鋼管は加工残留応力が問題となっ
て加工ができず、また一般に加工端部に応力腐食や折れ
が発生するし、その上ある程度より径の大きい管は加工
ができなかった。一方熱間加工を行うものでは、管端を
加熱した後、ます管端部を円錐状に４５°近くに拡大さ
せ、次に該管端の開口部を直角に広げるので、２回の工
程を必要とし、しかもそれぞれの工程について、別々の
拡張用ローラな取付けなければならないが、それには１
回目に用いた拡張用円錐ローラの上を他のローラで覆う
とか、別の拡張用円錐ローラに取り替えなければならず
、工具交換の時間を要する上、自動化が出来ないという
問題がある。さらに熱間加工であるから、加熱した管端
部が冷えないうちに迅速に加工しなければならないため
、工具交換の時間が熱間加工の障害になるという問題も
ある。

この発明はこのような従来の課題に着目してなされたも
ので、簡単で迅速な工法によって、管の端部に直接フラ
ンジ部を形成することができる、管端のフランジ加工装
置を得ることをその目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記の課題を解決するための手段として、そ
の構成を、管２１の端部２２を一次拡管ローラ３０によ
りまず円錐状に拡大させ、さらに二次拡管ローラ４０に
より該管端部２２を管に垂直な面に拡大させるようにし
た、管端のフランジ加工装置において、前記管２１の中
心線２４に対して放射状の位置に設けられ、自転軸３４
．３５に対し回転自在に装着された１個または複数個の
ローラ３１，３２を肴する一次拡管ローラ３０と、前記
管２１の中心線２４に対して放射状でかつ前記一次拡管
ローラ３０と干渉しない位置に設けられ、自転軸４４．
４５に対し回転自在に装着された１個または複数個のロ
ーラ４１，４２を有する二次拡管ローラ４０と、前記一
次拡管ローラ３０と前記二次拡管ローラ４０とを装着し
、前記管２１の中心線２４を軸として回転する回転装置
５０と、前記回転装置５０上に装着された前記一次拡管
ローラ３０及び二次拡管ローラ４０を、互いに他の拡管
ローラを装着したままの状態で、個別に前記管端部２２
の方向に前進させ後退させるローラ移動装置６０とを膚
することとした。

（作用） 管端のフランジ加工装置は、固定された管端部２２を円
錐状に拡大させるための一次拡Ｖローラ３０、および管
端部２２を直角に拡大させるための二次拡管ローラ４０
が、回転装置５０上に装着されており、管端部２２の方
向に管の中心線２４を軸として、回転装置５０により回
転しながらローラ移動装置６０によって前進後退する。

そして一次拡管ローラ３０が管２１の内面から管端部２
２を拡大する方向に管端を押圧するが、一次拡管ローラ
３０の１個または複数個のローラ３１゜３２は、自転軸
３４．３５に対して回転自在に装着されているため、管
端部２２の内面をころがりながら管２１の円周方向に、
均一に管端部２２を円錐状に逐次拡張する。一次拡管ロ
ーラ３０による拡管が進行した・ら、ローラ移動装置６
０により二次拡管ローラ４０を前進させ、円錐状に拡大
された管端部２２内面を押圧する。二次拡管ローラ４０
の１個または複数個のローラ４１，４２も自転軸４４．
４５に対して回転自在に装着されているため、管端部２
２の内面をころがりながら管２１の円周方向に均一に管
端部２２を逐次拡張し、管端部２２が管の中心線２４に
対して直角なフランジが形成されるまで拡大される。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の構成図で、端部を加工しようとする管
２１の、管端部２２からや＼内方に、管２１を固定する
クランパ２３がある。また管２１の管端部２２を、４５
°の角度に円錐状に広げるよう加工するために、管２１
の管端部２２の近くの位置で、管２１の中心線２４を中
心として回転するようにした、後に述べるローラ回転装
置５０の中に、一次拡管ローラ３０を設ける。そして第
２図及び第４図に示すように、一次拡管ローラ３０は２
つの円錐ローラ３１，３２からなり、円錐ローラ３１，
３２は、管２１の中心線２４に対して放射状で対称な位
置に、しかも円錐ローラの円錐の頂点が、常に管２１の
中心線２４上にあるように設けられる。また円錐ローラ
３１，３２は自転軸３４．３５を膚し、軸受３６，３７
により、一次拡管ローラ支持ブロック３３に回転自在に
装着されており、一次拡管ローラ支持ブロック３３は回
転内筒３８に固着している。回転内筒３８はローラ回転
装置５０によって、管２１の中心軸２４の回りを回転す
るようになっている。

一次拡管ローラ３０の各円錐ローラ３１，３２の円錐面
の外側の面は、中心線２４に対して４５゜の角度を有す
るようにし、すなわち管端部２２を４５°の角度に円錐
状に広げたとき、広げられた管端の管端部２２の内面に
、−時拡管ローラ３０の外側の面が、丁度接触する位置
となるように円錐ローラ３１，３２を装着する。

次に管２１の管端部２２を、中心線２４に垂直な面に拡
大させるよう加工するため、ローラ回転装置５０の中に
、二次拡管ローラ４０を設ける。

二次拡管ローラ４０は２つの円錐ローラ４１゜４２から
なり、一次拡管ローラ３０と同様に、管２１の中心線２
４に放射状で対称な位置に、かつ円錐ローラ４１，４２
の円錐の頂点が、管２１の中心線２４上にあるように設
ける。円錐ローラ４１．４２は第３図に示すように、自
転軸４４゜４５を宥し、軸受４６，４７により二次拡管
ローラ支持ブロック４３に回転自在に装着されている。

そして二次拡管ローラ支持ブロック４３は、回転外筒４
８に固着しており、回転外筒４８は回転内筒３８と同様
に、ローラ回転装置５ｏによって、管２１の中心線２４
の回りを回転するようになっている。さらに二次拡管ロ
ーラ４ｏの各円錐ローラ４１．４２の円錐面の外側の面
は、中心線２４に対して直角となるようにし、すなわち
管端部２２を直角に拡大したとき、拡大された管端のフ
ランジ部に、二次拡管ローラ４０の外側の面が丁度接触
する位置となるように、円錐ローラ４１．４２を装着す
る。

第４図は一次、二次の拡管ローラ３０，４０と一次拡管
ローラ支持ブロック３３．二次拡管ローラ支持ブロック
４３および回転内筒３８、回転外筒４８を管２１の方向
から見た図である。二次拡管ローラ支持ブロック４３が
固着している回転外筒４８は、外筒軸受台５１にラジア
ルスラスト軸受５２により回転自在に装着され、一次拡
管ローラ支持ブロック３３が固着している回転内筒３８
は四角形の筒で、回転外筒４８の四角形の孔５３に摺動
自在に嵌着している。そして２組の円錐ローラ３１，３
２および４１，４２と、一次拡管ローラ支持ブロック３
３及び二次拡管ローラ支持ブロック４３とは、互いに移
動範囲が抵触しないように装着されており、しかも管２
１の中心線２４を含み円錐ローラ３１，３２の自転軸３
４゜３５がなす平面ＰＩ□と、管２１の中心線２４を含
み円錐ローラ４１，４２の自転軸４４．４５がなす平面
ＰＬとは、直交するようになっている。

次に一次拡管ローラ３０および二次拡管ローラ４０を、
他の拡管ローラを装着したままにして回転させ、また個
別に管端部の方向に前進させ後退させるための、ローラ
回転装置５０及びローラ移動装置６０の構成について説
明する。一次拡管ローラ支持ブロック３３は、回転内筒
３８に固着しているが、第２図、第３図に示すように回
転内筒３８は、軸接手５４により回転駆動機５５に連結
しており、軸受５６によっても回転自在に支持されてい
る。よって回転駆動機５５が回転すると、回転内筒３８
がそれに従って回転し、四角形の孔５３によって嵌着し
ている回転外筒４８も回転して、一次拡管ローラ支持ブ
ロック３３および二次拡管ローラ支持ブロック４３が、
一次拡管ローラ３０および二次拡管ローラ４０と共に回
転する。こうして回転外筒４８がラジアルスラスト軸受
５２に支持されて、外筒軸受台５１の内面で回転するよ
うにし、ローラ回転装置５０が形成されている。

ローラ移動装置６０は一次および二次の拡管ローラを、
個別に管２１の中心線２４に沿って、管端部の方向に前
進させ後退させるもので、第１スライドベツト６１はス
ライド軸受６２により、基台７０に対して管の中心線２
４の方向に、前進後退自在に装着され、第１伸縮機６３
により駆動される。そしてローラ回転装置５０の外筒軸
受台５１は、後に述べる！ｓ２スライドベツド６５の上
に載置されており、第２スライドベツド６５と回転駆動
器５５は、第１スライドベツト６１の上に載置されてい
るつそして第１スライドベツド６１が、第１伸縮機６３
の伸長収縮によって駆動され前進後退すると、第１スラ
イドベツド６１の上に載置されているもの全部が前進後
退するので５回転内筒３８も一次拡管ローラ支持ブロッ
ク３３を伴って前進後退し、一次拡管ローラ３０が管端
部２２を押圧するようになっている。また第２スライド
ベツド６５はスライド軸受６６により、第１スライドベ
ツド６１の上で、管の中心線２４の方向に前進後退自在
に装着され、＃５２５２伸縮７により駆動される。Ｎ４
２伸縮機６７が伸長収縮して、第２スライドベツド６５
が移動するときは、ローラ回転装置５０の外筒軸受台５
１は、第２スライドベツド６５の上に固着されているか
ら、これ共に管２１の中心線２４に沿って前進後退する
。そして外筒軸受台５１にラジアルスラスト軸受５２に
より回転自在になっている回転外筒４８も、二次拡管ロ
ーラ支持ブロック４３を伴って前進後退し、二次拡管ロ
ーラ４０が管端部２２を押圧するようになっている。こ
のとき回転内筒３８は第１スライドベツド６１に対して
停止しており、回転外筒４８にあけられている四角形の
孔５３の所で摺動して、回転外筒４８が相対的に移動す
る。

加工を行うときにはまず回転駆動ｆｉ５５を起動させ、
軸継手５４を介して回転内筒３８を回転させると回転外
筒４８も回転し、これによって一次拡管ローラ３０およ
び二次拡管ローラ４０を、管２１の中心線２４を軸とし
て回転させておく。

モして管端部２２を加熱器２５により加工適温にまで加
熱した後、管２１をクランパ２３によって固定する。

そして第１スライドベツド６１を、第１伸縮機６３を伸
長させて回転駆動器５５と共に移動し、回転駆動機５５
に固着している回転内筒３８および一次拡管ローラ支持
ブロック３３、またそれに装着されている一次拡管ロー
ラ３０を、回転状態のま＼前進させて、管２１の管端部
２２に押圧させ、そのま＼押圧を続けさせる。こ＼で一
次拡管ローラ３０の円錐ローラ３１，３２は、その自転
軸３４．３５に対して回転自在であるから、管端部２２
の内面を転がりながら、円周方向に均一に押圧すること
になり、管端部をまず４５６の角度の円錐状に拡大する
（第５図の断面図の上半部分参照〉。

上記のようにして行われる一次拡管ローラ３０による拡
管が、ある程度進行して管端が４５°近くに拡管したと
きに、第２スライドベツド６５が第２伸縮機６７の伸長
によって移動し、二次拡管ローラ４０を回転状態のま３
前進させて、管２１の管端部２２に押圧させ、そのま＼
押圧を続けさせる。こ＼でも円錐ローラ４１，４２は、
その自転軸４４．４５に対゛して回転自在であるから、
管端部２２の内面を転がりながら、円周方向に均一に押
圧し、管端部２２を９０″の角度にまで拡大させ（第５
図の断面図の下半部分参照）、管端部に垂直なフランジ
面が形成される。

この場合の円錐ローラ３１，３２および４１゜４２によ
り、管端部２２の加工が行われるときには、各円錐ロー
ラの円錐の頂点が、管２１の中心線上にあるようになっ
ている。すなわち第５ａ図に示すように、管２１の内面
の点Ｐ１及びＰ２に円錐ローラ３１が接するとし、Ｐ□
における円錐ローラの直径をｄ工、ローラの円周長をｂ
ｌ。

管の内径をＤＩ　、管の円周長をＢ１．Ｐｔから円錐ロ
ーラ３１の頂点Ｐ０までの距離を文、とし、Ｐ２におけ
る円錐ローラの直径をｄ２ｓローラの円周長をｔ）２ｓ
管の内径をＤ２．管の円周長をＢ２　、Ｐ２から円錐ロ
ーラ３１の頂点Ｐ０までの距離をｆＬｔとし、また管端
部２２に形成される拡管角をθ□２円錐ローラ３１の頂
角を０２．πを円周率とすれば、円錐ローラ３１の頂点
Ｐ０が管の中心線２４の上にあるという条件のため、Ｄ
よ＝２１．ｓｉｎθ１ Ｂ１冨πＤ工雪２π文□ｓｉｎθ□ ｄｘ　ｘ２ｊｌｘ　ｓｉｎθ２／２ ｂｘ　＝πｄｔ　＝２πＪｌｘ　ｓｉｎθ２／２であり
、Ｐ□点の管内面を一周する間のローラの回転数ｎ１は
、９１点におけるローラの円周長の比であるから、 となる。また り、＝２ｆＬ２ｓｉｎθ２ Ｂ２　＝πＤ２＝２πｆｔ２ｓｉｎθ２ｃＬ　＝２ＪＬ
　ｓｉｎθ２／２ ｂ、ｗπｄ、＝：２ｙｒＪＬ、ｓｉｎθ２／２であり、
４２点の管内面を一周する間のローラの回転数ｎ２は、 となる。従って式（１）と式（２）よりなる関係が常に
成立する。よってＰ□点と４２点においては常にローラ
が同一回転数で回転する。

式（３）は管端の拡管角θ１とローラ３１の円錐角θ２
のみの関数であり、θ、と０２は一定であるから、式（
３）はローラのＰｌからＰ２の間の任意の点で成立し、
ローラの回転数は同一である。

従って管端の内面と、これに接触するローラ外面との間
（こ相対的なすべりがない。よって管の内面と円錐ロー
ラの外面との間のすべりのために、ローラの外面が摩耗
したり、管のその部分が薄くなってフランジの肉厚がば
らつくようなことがなくなる。

そしてフランジ面が形成された状態で、熱間加工のとき
は冷却機によって冷却される。そして第１および第２の
スライドベツド６１．６５を、第１．第２の伸縮機６３
．６７によって後退させて、管端部に垂直なフランジ面
が完成する。

なお上記の実施例では、管を加熱して加工する場合につ
いて述べたが、必ずしも加熱する必要はなく、冷間加工
を行ってもよい。そのときは加熱器２５は不要である。

また一次、二次の拡管ローラ３０，４０は円錐ローラが
中心線２４を含む平面内で、対称の位置に２個設けられ
、しかも二次拡管ローラ４０の円錐ローラ４１，４２は
、管２１の中心線２４を含む平面内で、一次拡管ローラ
３０の円錐ローラ３１，３２が装着された平面Ｐ１．と
直交する平面ＰｌＲ上に装着されるるものについて述べ
たが、管２１の中心線２４に対して放射状に装着され、
かつ前記一次、二次の拡管ローラの移動範囲が他の移動
範囲と干渉しない位置に装着されるものであれば、各円
錐ローラは、中心線２４を中心として、放射状に１個あ
るいは３個設けてもよく、一次拡管ローラが装着される
面と、二次拡管ローラが装着される面とは直交していな
くてもよい。また一次、二次の拡管ローラを形成するも
のは、必ずしも円錐ローラでなくてもよく、円筒形その
他の形状のものでもよい。

さらにローラ移動装置は、スライド軸受で支持したもの
を、伸縮機によって駆動するものについて述べたが、回
転モータと送りねじを用いるものや他の移動装置を用い
てもよい。

第６図は他の実施例である。上記の実施例では第２スラ
イドベツト６５は、第１スライドベツトａ１の上で、ス
ライド軸受６６によって、前進後退自在に装着されるも
のについて述べたが、図に示すように第２スライドベツ
ド６５を、基台７０の上に直接スライド軸受６８によっ
て装着している。こ＼で一次拡管ローラ支持ブロック３
３は、第１スライドベツド６１によって移動するように
なっているが、第１スライドベツド６１の上に載置され
ているのでなく、その荷重は回転外筒４８にあけられて
いる四角形の孔５３を介して、第２スライドベツド６５
の方にか＼っている。ここでは前進後退の駆動は、伸縮
機６３．６７の代りに回転モータとねじ６４，６９を使
用している。

このようにしてローラ回転装置上に装着された一次拡管
ローラ３０及び二次拡管ローラ４０を、第１スライドベ
ツド６１、第２スライドベツド６５を含むローラ移動装
置により、一方の拡管ローラが作動しているときは他の
拡管ローラは、それぞれローラ回転ブロック３３．４３
に装着したままの状態で、個別に管端部に向って前進さ
せ後退させることにより、一つの装置により、２つの工
程を簡単に制御するのみで、管端のフランジ加工を行う
ことができる。またこのフランジ加工装置によれば、加
工する管２１の直径が、第５図における２００Ａまたは
５０Ａのように変化しても、同じローラによって加工が
可能であるという特徴を肴する。

またローラの形状を変更することにより、第７図（ａ）
、（ｂ）に示すような、受差継手７５やレデューサ７６
の加工を行うこともできる。すなわち本発明のフランジ
加工装置により加工できるフランジの形状は、直角のフ
ランジだけでなく、ローラの形状や加工順序を適宜変更
することにより、管端部の角度を任意の角度とすること
ができるので、第７図以外の形状のものの加工も容易に
行うことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば、管端部のフラン
ジ加工装置において、一次拡管ローラな前記管の中心線
に対して放射状の位置に装着し、二次拡管ローラを該管
の中心線に対して放射状でかつ前記一次拡管ローラと干
渉しない位置に装着し、装着された前記一次及び二次拡
管ローラを、他の拡管ローラを回転装置に装着したまま
の状態で、個別に前記管端部に向って前進させ後退させ
るローラ移動装置を設けたので、管端部のフランジ加工
を一つの装置で行うことができるようになり、煩わしい
操作を行う必要がなくなって工数を低減することができ
、加工時間が短縮されるという効果がある。上記の利点
は熱間加工を行うときには極めて膚効で、加熱した管が
冷却しないうちに加工が完了し、加工が容易となって品
質の向上につながることとなる。このように工程が簡単
化されるので自動化が可能になり、さらに工数の低減と
品質の向上が期待される。

また加工すべき管の直径が変化しても、同じローラによ
って加工が可能で、連続生産中に管の径が変ったときも
工具の交換が不要となり、ロスタイムを最小にすること
ができる。また一次、二次の拡管ローラは、管の中心線
に対称な位置に２個以上のローラな宥したときは、ワー
クにか＼る力がバランスしているので、ワークに偏心荷
重がかからないため、加工装置の軸受にかかる力が少な
く、回転トルクが小さくてすみ、機械が小形化できると
いう効果もある。ざらにローラの形状や取付は角度を変
化させることにより、管の軸に直角なフランジだけでな
く、任意の角度のフランジを形成することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る管端のフランジ加工装置
の斜視図、第２図は本発明の装置の一次拡管ローラが見
えるようにした一部断面を示す側面図、第３図は本発明
の装置の二次拡管ローラが見えるようにした一部断面を
示す平面図、第４図は拡管ローラと回転内筒および回転
外筒を軸方向から見た図、第５図は第１図の拡管ローラ
部の一部断面を示す側面図、第５ａ図は第５図のローラ
の一部拡大図、第６図は回転装置とローラ移動装置の他
の実施例の側面図、第７図は本発明の装置を管端部のフ
ランジ加工以外の種々の形状の加工に用いる場合の加工
物の側面図、第８図は従来の管と管とを接合させる場合
の接合方法を示す断面図、第９図は管端部にスタグエン
トを取り付ける場合の斜視図、第１０図はフランジリン
グを溶接する場合の断面図、第１１図、第１２図は従来
の円錐ローラによる管端部の加工状態を示す側面図であ
る。 １・・・管 ２・・・管端部 ４・・・管の中心線 Ｏ・・・一次拡管ローラ １．３２・・・円錐ローラ ４．３５・・・自転軸 Ｏ・・・二次拡管ローラ １．４２・・・円錐ローラ ４．４５・・・自転軸 ０・・・ローラ回転装置 ０・・・ローラ移動装置 （ローラ） （ローラ） 第 図 ２２−−−−　　”ｔｍ’艷 ２４　−−−一　嘴ｔＩ中心懺 ３０　−−−−　一次状嘴ローフ ３１．３２−−一門金縫ローフ（ローフ）３４．３５−
・・１！！梠軸 ４０・−一一一二ｉＸ菰管Ｄ−フ ４ｆ、４２−−・円喧ｉローラ（ローフ）４４．４５・
・・自転軸 ５０−−−−一ローフＩＩＤ較ｌ叉夏 ６０　−−−−一口一フｔ９ｖＪ及這 第 ２ 図 第３図 第６図 第８図 第 図 ／７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 管の端部を一次拡管ローラにより円錐状に拡大させ、さ
   らに二次拡管ローラにより該管端部を管に垂直な面に拡
   大させるようにした、管端のフランジ加工装置において
   、 前記管の中心線に対して放射状の位置に設けられ、自転
   軸に対し回転自在に装着された１個または複数個のロー
   ラを有する一次拡管ローラと、前記管の中心線に対して
   放射状でかつ前記一次拡管ローラと干渉しない位置に設
   けられ、自転軸に対し回転自在に装着された１個または
   複数個のローラを有する二次拡管ローラと、 前記一次拡管ローラと前記二次拡管ローラとを装着し、
   前記管の中心線を軸として回転するローラ回転装置と、 前記ローラ回転装置上に装着された前記一次拡管ローラ
   および二次拡管ローラを、互いに他の拡管ローラを装着
   したままの状態で、個別に前記管端部の方向に前進させ
   後退させるローラ移動装置とを有することを特徴とする
   管端のフランジ加工装置。