JPS6124342Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、金属管に挿入して管径を機械的に拡
大するメカニカルエキスパンダーに関する。

大径溶接管の寸法精度や機械的強度を高めるた
めに主として用いられるこの種拡管機は、周方向
に分割された複数のセグメントをもち、これらを
いわゆるくさび効果でもつて径方向に押し拡げる
構造を採る。この種拡管機の基本構造を第１図及
び第２図により説明する。

周方向に分割された複数のセグメント１は、径
方向に可動、軸方向に固定の状態で後方のフラン
ジ２に連結し、全体として拡径可能な筒状のセグ
メント集合体３を形成する。セグメント集合体３
の内側には断面多角形状のテーパー孔が形成さ
れ、この中にテーパー桿である断面多角形のコー
ン４が挿通する。コーン４はプルロツド５の先端
部に例えばナツト６等にて固着され、プルロツド
５の後端部に連結される油圧装置（図示せず）の
駆動によりプルロツド５がセグメント１、フラン
ジ２等に対して軸方向に相対移動してセグメント
１を径方向に押し拡げ、金属管７を拡径する。

メカニカルエキスパンダーの基本的な構造は以
上のとおりであるが、実際に使用されているもの
は、更に、セグメント１とコーン４の取り合い関
係等によつて幾つかに分類することができる。第
３図〜第６図にその代表的なものを示す。

第３図のものは、セグメント１の内面に長手方
向のキー溝８を刻設し、これにボルト９にて嵌着
されるＴガイド１０がコーン４の外面に刻設され
たＴ溝１１に係合して、セグメント１の案内支承
を行い、第４図のものは基本的に第３図のものと
同一の取り合い関係を備えるが、セグメント１が
内側と外側の２部材に分割されたものである。こ
れに対し、第５図のものは、Ｔガイド１０に相当
する案内条１２をコーン４の側にボルト止めした
構造を有し、第６図のものは、Ｔガイド１０、案
内条１２といつたセグメント１の案内機構を持た
ない形式のものである。

これらを比較した場合、第３図および第４図の
ものは、セグメント１の交換を、Ｔガイド１０を
Ｔ溝１１に挿入したままボルト９を着脱すること
により行うことができるため、セグメント１の交
換が容易で、段取替に手数がかからない上、拡径
後の管の形状がよく、更に、大型の材料もスムー
スに拡管できる利点があると言われている。

ちなみに、第５図のものは、セグメント１と案
内条１２とを組み合せた後で案内条１２をボルト
止めするため、段取替に手間がかかるばかりでな
く、セグメント１の間にボルト締めのための大き
なギヤツプ１３を必要として、拡径後の管の形状
を多角形化する問題があり、第６図のものは、セ
グメント１とコーン３を組み合せただけのもので
あるため、セグメント１の保持をバネ材等によつ
て行う必要があり、大型の材料を拡管する場合に
セグメント１の保持が困難で、大型の材料に対し
て適用しずらいばかりでなく、コーン４の移動時
におけるセグメント１の追従性にも問題があると
言われている。

しかしながら、第３図および第４図のものにも
問題がないわけではない。最も大きな問題は、第
３図に示すような、セグメント１におけるキー溝
コーナー部８″からの亀裂１４，１４′である。本
考案の目的は、第３図および第４図に示すメカニ
カルエキスパンダーの、セグメント１とコーン４
の期本的な取り合い関係を変えることなくその亀
裂１４，１４′を防止することにある。

従来、この亀裂１４，１４′は事故、あるいは
単なる損傷と考えられていた。しかしながら、本
考案者らは、この亀裂１４，１４′の発生頻度が
近時の大径管の厚肉化傾向とともに高まることか
ら、その原因がセグメント１にかかる異常応力に
あると考え、拡管中のセグメント１の変形挙動に
ついて調査した。その結果、１４で示した亀裂
は、第７図ａに示すような集中荷重Ｐに起因する
変形力σによる過大応力σ_Tが原因であり、１
４′で示した亀裂は、第７図ｂに示すような偏荷
重P′に起因する変形力σ′による過大応力σ′_Tが
原因であることをそれぞれ見出した。そして、変
形力σ，σ′を実測したところ20Kg／mm²を超え
（詳細は後の実施例のところで説明）、これらから
更に過大応力σ_T，σ′_Tを推定したところ、キー
溝コーナー部８′には80Kg／mm²近い応力の発生し
ていることが明らかとなつた。言うまでもなく80
Kg／mm²という値は、セグメント１の素材となる材
料の引張強度をはるかに超えるものであるから、
亀裂１４，１４′を事故や損傷で済ませることは
最早、困難であり、第３図および第４図のメカニ
カルエキスパンダーにとつて亀裂対策は下可欠の
要素となつていることが判明したのである。

本考案のメカニカルエキスパンダーは、以上の
知見から亀裂１４，１４′の発生原因を根本から
取り除いたものであり、その特徴とするところ
は、第８図又は第９図に示すように、キー溝８と
Ｔガイド１０と両側接合面１５，１５をキー溝底
方へ向つて内側へ互いに傾斜または弯曲させると
ともに、キー溝底面８′を前記傾斜面または弯曲
面に連続するドーム形状として、亀裂１４，１
４′の原因である異常応力σ_T，σ′_Tの分散を図
り、これら応力がセグメント１の素材引張強度を
下回るようにして、亀裂１４，１４′の発生を防
止するようにした点にある。更に、図のように、
Ｔガイド１０の両側にセグメント底面１′と接合
する係止面１６，１６を設けた場合には、セグメ
ント１にかかる荷重を前記両側接合面１５，１５
とのこの係止面１６，１６の双方で受けることが
できるから、上記異常応力σ_T，σ′_Tをより効果
的に分散させることが可能である。

ここで、キー溝底面８′が両側接合面１５，１
５に連続するとは、第８図の場合は、キー溝底面
８′と両側接合面１５，１５との交線Ｘ上でキー
溝底面８′の接線と両側接合面１５，１５とが一
致することを意味し、第９図の場合は、キー溝底
面８′と両側接合面１５，１５とが同一の弯曲中
心Ｏをもつことを意味する。

第８図のものと第９図のものをとを比較した場
合、亀裂１４，１４′の防止ということからすれ
ば効果に変わりはないが、加工性ということから
すれば、両側接合面１５，１５が平面である第８
図のほうが合せ加工が簡単であり、実用的という
ことができる。

同じことから、第１０図に示すように、Ｔガイ
ド１０の頂部をキー溝底面８′に合致させたもの
も本考案の範中ではあるが、第８図のものと比較
した場合に合せ加工の点で多少劣ることは否定で
きない。

キー溝８とＴガイド１０との取り合い部分の寸
法諸元を第８図のものについて次に説明する。

キー溝８の巾ｌは、セグメント１とコーン４の
スライド面の面圧を上げないという理由から、15
〜30mmの範囲内に抑えるのがよい。

係止面１６，１６は、これを設けた場合には、
Ｔガイド１０をボルト９でセグメント１に固定す
るときの基準面となるから、その巾l′は２mm以上
とするのがよい。

両側接合面１５，１５の高さＣは、両側接合面
１５，１５の受ける横方向荷重（通常は約10トン
以上）がＴガイド１０の剪断降伏応力を超えない
ようにする配慮から、２mm以上とするのがよい。

両側接合面１５，１５の傾斜θは、小さすぎる
とキー溝８周辺の横方向引張応力を分散する効果
が薄れ、反対に大きすぎるとボルト９への引張応
力が増すことになるから、30〜60゜の範囲内が望
ましい。

キー溝底面８′の曲率半径Ｒは、キー溝底面
８′周辺の応力集中係数を低下させる意味から、
５mm以上とするのがよい。

なお、亀裂１４，１４′の防止には直接関係し
ないが、第１１図に示すように、セグメント１の
先端部上面を長手方向で所定の傾斜面１７に対し
先端へ向つて下へ２段階に弯曲させて、セグメン
ト１の作動部１８を完全拡管部、不完全拡管部
、未拡管部の３部分で構成するようにすれ
ば、一定長さづつ間欠的に拡管される材料の拡管
部分と未拡管部分との間に段差がつくのを防止す
ることができ、より安定な拡管を可能ならしめ
る。

〔実施例〕

全長が1192mmのSKD−61相当鍛鋼（T.S≒210
Kg／mm²）製セグメント10本を備えたメカニカルエ
キスパンダーにおいて、キー溝とＴガイドとの取
り合い部分を第８図に示すように改良し、24イン
チ径の炭素鋼（T.S≒45Kg／mm²、Y.P≒38Kg／
mm²）製大径溶接管（厚み1.25インチ）を1.2％の
拡径率で拡管した。第８図に示すキー溝とＴガイ
ドとの取り合い部分の寸法諸元は下記のとおりで
ある。

ｌ＝18mm、 l′＝３mm Ｃ＝３mm θ＝54゜ Ｒ＝９mm また比較のために、改良前の同形のメカニカル
エキスパンダー（第３図参照）を用いて同じ拡管
を行つた。キー溝の巾は25mm、深さは３mmであつ
た。

２つの拡管作業中にキー溝のＡ点（第７図およ
び第８図参照）における実測応力を求めたとこ
ろ、改良前のものでは23Kg／mm²に達し、キー溝コ
ーナー部にかかる応力は70〜80Kg／mm²に及ぶと推
定されるが、改良後の本考案エキスパンダーで
は、上記実測応力は18Kg／mm²に低下し、応力集中
箇所も別段認められず、セグメントの亀裂の原因
が完全に取り除かれていることを確認することが
できた。

以上の説明から明らかなように、本考案のメカ
ニカルエキスパンダーは、第３図および第４図に
示すセグメントとコーンの基本的な取り合い関係
を変えることなくセグメントの亀裂を防止するか
ら、この形式のメカニカルエキスパンダーの利点
を一切殺すことなく耐久性の優れたものとなり、
近時の大径管の厚肉化の傾向にも十分対応できる
ものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はメカニカルエキスパンダ
ーの一般機構を示す縦断側面図および縦断正面
図、第３図〜第６図は同拡管機の代表的機種を例
示する縦断正面図、第７図ａ，ｂは第３図および
第４図の拡管機におけるセグメントの変形挙動を
示す模式図、第８図〜第１０図は本考案メカニカ
ルエキスパンダーの要部構造を例示する縦断正面
図、第１１図は同拡管機に好適なセグメントの側
面形状を示す模式図である。 図中、１：セグメント、３：セグメント集合
体、４：コーン、８：キー溝、８′：キー溝底
面、１０：Ｔガイド、１４，１４′：亀裂、１
５：両側接合面。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 内側にテーパー孔を形成するセグメント集合体
   ３の内部をテーパー桿であるコーン４が挿通し、
   両者の軸方向相対移動により前記セグメント集合
   体３が拡径するメカニカルエキスパンダーであつ
   て、個々のセグメント１の内面に長手方向のキー
   溝８を刻設し、該キー溝８に嵌着するＴガイド１
   ０が前記コーン４の外面に形成された長手方向の
   Ｔ溝１１と係合して前記セグメント１の案内支承
   を行うものにおいて、前記キー溝８とＴガイド１
   ０との両側接合面１５，１５をキー溝８の底方へ
   向つて内側へ互いに傾斜又は弯曲させるととも
   に、前記キー溝８の底面８′を前記傾斜面又は弯
   曲面に連続するドーム形状としたことを特徴とす
   るメカニカルエキスパンダー。