JP2015116610A - 流体送給管の継手部の転造加工方法および流体送給管 - Google Patents

Abstract

【課題】継手部の外周面に係止突条を転造法で形成するに当たり、係止突条を有する管の管端同士を、ハウジングにより固定して継いだ際に、脱管阻止性能に優れた継手部構造が得られるような係止突条を形成する方法を提供する。
【解決手段】被加工管体の内側に位置させた凸ローラと、前記管体の外側に位置させた成形用環状溝を用いて、係止突条の縦壁部を、管軸方向の外周面に対して６５°以上９０°以下の角度で立ち上がるように形成し、係止突条の外周面から頂部の突端までの高さが、管体と当接する加工手段の面の曲率半径の合計値以上に形成するように転造加工する。
【選択図】図２

Description

本発明は、建造物等に配管されて消火活動に使用される連結送水管、上下水道衛生配管等の流体送給管の継手部の転造加工方法に関する。

建造物等に配管されて消火活動に使用される連結送水管や上下水道衛生配管等の流体送給管は、所定の長さの管体をハウジング型の管継手により接続して敷設されている。
これらのハウジング型の管継手としては、図９に示すように、ハウジング型の管継手２０において、ハウジング２３より管体２２が抜け出すことを防止する構造として、管体２２の端部の外周面に環状の係止突条２１を形成し、当該係止突条２１をハウジング２３の内周側開口縁２４に内側より係合する構造が提案されている（特許文献１）。

また、図１０に示すように、上記特許文献１には、管体の端部外周面へ上記の係止突条を形成する方法として、被加工管体２２の内側に位置させた成形突条２６を有する内側凸ローラ２５と、被加工管体２２の外側に位置させた成形用環状溝２８を有する外側凹ローラ２７とを、被加工管体２２の円周方向に沿って回転させながら互いに接近する方向へ加圧することにより、管体の端部の外周面に係止突条を転造することが記載されている。

また、図１１に示すように、管体の内周面に形成された環状溝２９を有する流体送給管の継手構造が提案されている（特許文献２）。特許文献１で提案された、上記の管体の外周面に転造方法により形成された係止突条を用いた流体送給管の継手構造は、特許文献２で提案された上記の継手構造と比較して、管体の内径の減少による流路抵抗の増大を心配する必要がない。また、図１２に示すように、特許文献３には、管体の外周面に、管体とは別部品である環状の係止部材３０を溶接部３１により接合したものが提案されている。しかし、別部品を溶接により送給管に接合する場合は、溶接後の送給管にスパッタ等が付着していると、液漏れやシール部材が損傷する原因となるため、溶接品質の管理も必要になる。その点、特許文献１で提案された、管体の外周面に転造方法により形成した係止突条を用いた流体送給管の継手構造は、別部品を必要とせず、被加工管体の管端を転造加工するのみで係止突条を形成できるので、係止突条の形成が容易で、かつコストの面でも有利なものである。

特開２００７−７８０５２号公報 特許第４７７４３２５号公報 実用新案登録第３１７１６９０号公報

ところで、昨今、大地震に対する安全なライフラインの構築と、環境負荷低減に向けた“水道ビジョン”の施策が展開されており、信頼性・環境・耐久性・ライフサイクルコストに優れた水道管の必要性が増加している。そして、信頼性・耐久性に優れた水道管として、管継手から管が外れるのを抑制する脱管阻止性能に優れた継手部構造に対する要求が高まっている。
このような要求に対して、特許文献１で提案された方法で加工された係止突条は、必ずしも脱管阻止性能に優れているとはいえない。

前記特許文献１に記載されたような転造方法を用いて外周面に係止突条を形成した場合、係止突条の断面形状は、管体の外周面に繋がる基部から立ち上がり、頂部を形成して下降し、再び管体の外周面に繋がる形状となっている。

図９に示すように、このような断面形状の係止突条が形成された継手部を有する流体送給管は、ハウジングと組み合わされて固定される。係止突条に接触するハウジングの面は、ほぼ角張っているのが一般的である。２つの継手部の係止突条をハウジングで固定し、管軸方向に引張荷重を掛けたとき、ハウジングと係止突条の両者が当接する関係は、ほぼ線接触状態であり、係止突条の当接面に付加される単位面積当たりの荷重（面圧）が高くなるため、係止突条の変形が誘発される。この変形によって、係止突条は、ハウジングと面接触状態になることがあり得る。しかしながら、図１３（ａ）に示すように、上記の当接する関係は、接触角αを有しているため、掛かった引張荷重Ｆは、管軸方向の他に管壁に沿った下向き方向にも分力がＦ・ｓｉｎαとして発生する。このような下向き成分の分力は、ハウジングが係止突条を管内側に押し込む力を発生させることになる。係止突条が管体と同程度に変形する性質を有する場合は、図１３（ｂ）に示すように、係止突条そのものが管体とともに変形し易くなると考えられる。また、下向き方向に発生した力の反力は、ハウジングを外径方向に膨張させることにもなるので、更に脱管の可能性は高くなる。このため、継手部における抜出阻止力、すなわち脱管阻止性能が低下すると考えられる。

本発明は、このような問題を解消するために案出されたものであり、流体送給管の継手部の外周面に係止突条を転造法で形成する方法に関する。当該転造法により形成された係止突条を有する管の管端同士を、ハウジングにより固定して継いだ際に、脱管阻止性能に優れた継手部構造が得られるような係止突条を形成する方法を提供することを目的とする。また、上記の継手部構造を有することにより、脱管阻止性能に優れた流体送給管を提供することを目的とする。

本発明は、その目的を達成するため、被加工管体の外周面に対し、縦壁部を有する係止突条を形成する流体送給管の継手部の転造加工方法であって、前記係止突条は、前記外周面から延びた湾曲状の基部と、前記基部から延びた前記縦壁部と、前記縦壁部から延びた湾曲部と、前記湾曲部から延びた頂部とを含み、前記係止突条を、前記管体の内側および外側に位置させた加工手段により形成し、前記縦壁部を、管軸方向の前記外周面に対して６５°以上９０°以下の角度で立ち上がるように形成し、前記係止突条の前記外周面から前記頂部の突端までの高さが、前記管体と当接する前記内側および外側に位置させた加工手段の面の曲率半径の合計値以上に形成することを特徴とする。

図１に示すように、流体送給管の継手部１を形成する加工手段として、被加工管体２の内側に位置させた凸ローラ１０と、前記管体２の外側に位置させた成形用環状溝１２を有する凹ローラ１１を用いて、前記管体の外周面３に対し、縦壁部６を有する係止突条４を形成することが好ましい。

図２に示すように、管体２の内側および外側に位置させた加工手段１０、１１は、管体に当接する面に所定の曲率半径Ｒ_Ｉ、Ｒ_Ｕを有している。これらの曲率半径の合計値以上の凸高さ９の凸形状となるように、管体の外周面３に対して転造加工を施すことにより、管軸方向の外周面３に対して、所定の角度で立ち上がる縦壁部６を形成することができる。図６に示すように、この転造加工を施した後の係止突条４は、管体２の外周面３から延びた湾曲状の基部５と、基部５から延びた縦壁部６と、縦壁部６から延びた湾曲部７と、湾曲部７から延びた頂部８とを含む形状を有している。縦壁部６は、管軸方向の外周面３に対して所定の角度で立ち上がった形状を有している。係止突条４は、主に縦壁部６がハウジングと当接して係止効果を発揮するものである。ここで、当該凸高さは、図２に示すように、被加工管体２の外周面３から係止突条４の頂部８の突端までの高さをいうものとする。該凸高さが上記曲率半径よりも小さいと、転造加工によって係止突条に形成される凸形状は、その多くが基部５と頂部８に至るまでの湾曲部７で占められて、縦壁部６の割合が少ないので、十分な係止効果を発揮できない。
他方、凸高さを過度に大きく形成すると、係止突条における板厚の減少する割合が大きくなり、板厚が薄くなるので、好ましくない。特に基部において、その傾向が顕著である。そのため、係止突条は、引張荷重に対する変形抵抗が低下し、変形し易くなる。

本発明に係る前記縦壁部が立ち上がる角度は、６５°以上９０°以下の範囲が好ましい。この角度は、図６（ｂ）に示すように、管の継手部を断面視したとき、管体２の外周面３を延長した基準線１９ｂと縦壁部６の外面を延長した直線１９ｃとが交差する交点での角度において、係止突条の内方に延長された外周面の上記基準線から縦壁部の上記直線までの角度１９ａを指すものとする。図６（ａ）は、縦壁部６が外周面３に対して９０°の角度で垂直に延びた例である。図６（ｂ）は、９０°未満の角度で延びた例である。

縦壁部が６５°以上の角度であるように形成すると、それが形成される際に大きな加工度が付与されて、十分な加工硬化がなされるため、係止突条は、管体の本体と比べて高い硬度が付与される。ハウジングに固定された継手部を使用するときは、管軸方向の引張荷重が付加されて、係止突条が変形し、ハウジングと面接触状態になり、面圧が低減する。また、管体と比べて高い硬度を有する係止突条は、管体と比べて変形しにくいので、ハウジングが係止突条を管内側に押し込む下向きの力に対して抵抗性を有する。また、当該角度が大きいほど、ハウジングから受ける下向き成分の分力の割合が低減する。そのため、引張荷重に対する管の抜出阻止性が向上する。それに対し、当該角度が小さいと、係止突条は、高い硬度を有しないので、ハウジングが係止突条に作用する上記の下向きの力に対して、管体と同程度に変形し、管の抜出阻止性が低下する。

以上のことから、上記角度は、６５°以上が好ましく、より好ましくは、７０°以上、あるいは８０°以上である。角度が大きいほど、ハウジングから受ける下向き成分の分力が低減するので、好ましい。とくに、角度９０°のような垂直に立ち上がる縦壁部を有する係止突条は、大きな加工度が付与されて高い硬度が得られる。また、ハウジングと面接触状態を確保できるので好ましい。

本発明の転造加工法により形成された係止突条の硬度は、管体素材の硬度の約１．２倍以上であることが好ましい。より好ましくは、１．５倍以上、２．０倍以上である。

本発明は、前記凸ローラと前記成形用環状溝とのクリアランスが被加工管体の板厚より小さい加工手段を用いる場合は、前記管体を加工し、縦壁部が外周面に対して垂直に延びた係止突条を形成することができる。具体的には、図２に示すように、凸ローラ１０と成形用環状溝１２を有する凹ローラ１１を被加工管体２の外周面３の円周方向に沿って回転させながら互いに近接する方向に加工することにより、係止突条４を形成することが好ましい。管体２は、凸ローラ１０と成形用環状溝１２とにより、しごかれて板厚が減少するように変形し、管軸方向の外周面３に対して垂直に立ち上がった縦壁部６を有する係止突条が形成される。係止突条４は、大きな加工度が付与されて、加工硬化により硬度が増大する。

また、図３に示すように、本発明は、前記凸ローラ１０と成形用環状溝１２とのクリアランスが被加工管体の板厚以上である加工手段を用いて加工する場合は、前記外周面に凸部（張り出し部）４’を形成し、当該凸部を係止突条４として用いることができる。当該凸部の縦壁部の角度が小さい場合は、その後、図４に示すように、成形用環状溝１２を被加工管体２の管軸方向に移動させることによって、前記凸部を凸ローラ１０に押付けて、当該角度を大きくした係止突条を形成することができる。
本発明に係る縦壁部を形成するために、上記凸部の凸高さが、内側に位置する凸ローラの先端に付与されたＲ_Ｉと、外側に位置する成形用環状溝の先端面と内側縦壁面の交差部に付与されたＲ_Ｕとの合計値以上になるように凸部を形成することが必要である。

また、図５に示すように、外側の凹ローラの代用として、成形用環状溝を有するリング１３を被加工管体２の外周面３に装着し、内側の凸ローラ１０を前記管体の円周方向に沿って回転させながら互いに近接する方向に転造加工することによって係止突条４を形成しても良い。
つまり、係止突条は、前記管体の外側に位置させた成形用環状溝と、内側に位置させた凸ローラの組合せによって形成される。

前記管体に対して係止突条を形成する際に管軸方向に押圧力を付与しながら転造加工を行うことが好ましい。
図１、図２に示すように、内側凸ローラ１０は、その先端面１５と縦壁面１６との交差部において曲率半径Ｒ_Ｉの湾曲が付与されているものを用いることが好ましい。
前記成形用環状溝１２は、その先端面１７と内側縦壁面１８の交差部において曲率半径Ｒ_ｕが付与されているものを用いることが好ましい。

本発明の転造加工方法は、大きな加工度を付与して、高い硬度の係止突条を形成することができる。そのため、流体送給管の継手部に大きな引張荷重が付加されても、係止突条の変形が抑制されるため、管の抜出阻止性を向上させることができる。

また、本発明に係る係止突条は、この係止突条を形成した管端同士を、ハウジングにより固定して継いだ場合、管軸方向に引張荷重が付加されると適度に変形し、図７に示すように、流体送給管に形成された係止突条の縦壁面とハウジングの内壁面とが面接触した継手部構造となる。そのため、係止突条とハウジングの双方の接触する面積が増大し、その分、単位面積当たりに掛かる荷重が低減する。さらに、管軸方向に引張の力が作用しても、下向き成分の分力が発生する割合が低減する。その結果、ハウジングからの抜出阻止性が向上する。とくに、角度が９０°の垂直に立ち上がる縦壁部を有する係止突条は、面接触する面積が大きく、また、下向き成分の分力が発生しないので、脱管阻止性能に優れる継手部が得られる。

また、本発明の転造加工方法は、成形用環状溝を管軸方向に移動させて縦壁部の角度を調節することができるため、ハウジングとの間で良好な接触状態を有する係止突条を提供できる。

また、本発明に係る流体送給管は、係止突条の縦壁部が、管体の外周面に対して６５°以上９０°以下の角度で立ち上がっていて、管体素材の硬度の１．２倍以上の硬度を有する継手部構造を有する。そのため、管軸方向の引張荷重に対して面接触状態になり、変形しにくいので、脱管阻止性に優れる。

本発明の転造加工法に関して、凸ローラと成形用環状溝を用いて係止突条を形成する方法を説明する図 本発明の転造加工法に関して、凸ローラと成形用環状溝とのクリアランスが被加工管体の板厚より小さい加工手段を用いた場合に、凸ローラと成形用環状溝との関係を説明する図 本発明の転造加工法に関して、凸ローラと成形用環状溝とのクリアランスが被加工管体の板厚以上である加工手段を用いて、係止突条を形成する方法を説明する図 本発明の転造加工法に関して、凸ローラと成形用環状溝とのクリアランスが被加工管体の板厚以上である加工手段を用いて、形成された凸部に縦壁部を形成させる方法を説明する図 本発明の転造加工法に関して、凸ローラと成形用環状溝を有するリングを用いて、係止突条を形成する方法を説明する図 本発明の転造加工法により形成された、管体の外周面に対して所定の角度で立ち上がった縦壁部を有する係止突条を説明する図 本発明の転造加工法により形成された係止突条を用いた継手部の抜出阻止効果を説明する図 本発明の実施例における硬さ試験の測定位置を説明する図 一般的な係止突条を用いたハウジング型の管継手構造を説明する図 一般的な転造方法で係止突条を形成する方法を説明する図 管体の外周面に環状溝を形成した構造を説明する図 管体の外周面に環状の係止部材を溶接した構造を説明する図 一般的な係止突条を用いた継手部の不具合状況を説明する図

本発明者等は、特許文献１に記載されたような転造方法で外周面に係止突条を形成した管体の管端同士を、ハウジングにより固定した継手部を形成して流体送給管として使用するとき、継手部における脱管阻止性能の向上策について鋭意検討を重ねてきた。
その過程で本発明に到達したものである。
以下にその詳細を、検討過程を含めて説明する。

継手部の耐震性能（（財）国土開発技術センター「地下埋設管路耐震規準（案）」（１９７７））の一部に、継手部の抜出阻止力すなわち管軸方向の引張強度Ｆ（ｋＮ）≧呼び径×３が要求されている。例えば、呼び径８０（外径が９０ｍｍ，板厚３ｍｍ）の鋼管の場合、２４０ｋＮ以上の管軸方向の引張強度が要求されることになる。

そこで本発明では、図９に示すようなハウジングと係止突条の接触状態を、線接触から面接触に変更することにより、脱管阻止性能を向上させることが可能であると想定した。
そこで、最初に、図６（ａ）に示すような、管体の外周面に対して９０°の角度で立ち上がる垂直な縦壁面を有する係止突条の転造加工方法について検討した。
縦壁面を有する断面形状の係止突条を有する管体の端部に、ハウジングを被せて固定し、その継手部に管軸方向の引張荷重が掛かったとき、図７に示すように、ハウジングと係止突条の間の当接関係は面接触状態となり、面圧が低く係止突条の変形を抑制できるだけでなく、引張荷重は管軸方向にのみに作用する。その結果、管体同士の高い締結性が発揮されて脱管阻止性能が向上すると考えられる。

このような考え方を基に、管体の外周面に、縦壁面を有する断面形状の係止突条の形成方法について検討した。
転造法による係止突条の形成は、図１に示す通り、被加工管体２の内側に位置させた凸ローラ１０と、被加工管体２の外側に位置させた成形用環状溝１２を、被加工管体２の円周方向に沿って回転させながら互いに接近する方向へ加圧することによりなされる。

図２に示すように、成形用環状溝１２の内壁幅をＷ_Ｕ，凸ローラ１０の幅をＷ_Ｉとしたとき、両者のクリアランス＝（Ｗ_Ｕ−Ｗ_Ｉ）／２が被加工管体２の初期板厚よりも小さい場合、被加工管体２がローラ間でしごかれて変形する。そのため、その変形部位には、管体の外周面３に対して９０°の角度で立ち上がる垂直な縦壁部６が形成されることになる。この縦壁部６を形成するためには、凸ローラ１０の先端面１６と縦壁面１６との交差部に付与されたＲ_Ｉと凹ローラ１１の成形用環状溝１２の先端面１７と内側縦壁面１８のと交差部に付与されたＲ_Ｕの合計値以上の凸高さ９とすることが必要である。
上記のしごき加工が施されると、変形部位において大きな加工度が付与され、加工硬化が生じることから、加工後の係止突条は、高い硬度を有し、引張荷重に対する変形が抑制される特性を有していた。ただ、当該凸高さが過度に大きくなると、板厚減少する割合が過度に大きくなり、板厚が薄くなるため、引張荷重に対する変形抵抗が低下する傾向がある。

次に、前記クリアランスが板厚以上で製造する場合を検討した。この場合は、被加工管体の管軸方向に対して傾斜して立ち上がる縦壁部が形成される。この縦壁部を角度９０°の垂直形状にするには、管軸方向に押圧力を付与しつつ係止突条を形成する方法が有効である。例えば、図３に示すように、転造加工を行って凸部（張り出し部）４’を形成した後、図４に示すように、成形用環状溝１２を管軸方向に動かして、前記凸部４’を凸ローラ１０に押付けることによって、縦壁部６の前記角度１９が大きくなるように成形し、垂直な縦壁部を形成することができる。

前記凸ローラへの押し付けによる加工は、成形部位において大きな加工度を付与し、加工硬化が生じるため、加工後の係止突条は、高い硬度を有し、引張荷重に対する管の抜出阻止性に優れる特性を有していた。
そして、このような特性は、縦壁部が垂直に形成された係止突条の場合に限られないものである。９０°未満の角度で形成された縦壁部を有する場合も、同じように高い硬度を有し、引張荷重に対する管の抜出阻止性に優れる特性を有していた。具体的には、６５°以上の角度で形成された縦壁部を有する係止突条が良好であった。
また、９０°未満の角度で延びた縦壁部を有する係止突条であっても、その係止突条を備えた継手部に引張荷重が付加されると、当該係止突条は、ハウジングに接触した箇所で変形し、ハウジング内壁と面接触状態になるので、面圧が低下して、良好な抜出阻止性が得られる。

上記凸部の凸高さ９は、少なくとも、前記Ｒ_Ｉと前記Ｒ_Ｕの合計値以上であることが必要である。ただ、前記凸高さが過度に大きくなると、板厚減少する割合が大きくなり、板厚が薄くなるため、引張荷重に対する変形抵抗が低下する傾向がある。

素材の管体としては鋼管を使用することが好ましい。送水管として利用されることを想定すると耐久性に優れたものが好ましい。耐久性に優れる鋼管としては、耐食性に優れためっき鋼管が好ましい。めっき鋼管の中でも、耐食性が良好なＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっきが施された鋼管が好ましい。さらに耐食性の向上を望むなら、例えばＳＵＳ３０４系等のステンレス鋼からなる鋼管を用いることが好ましい。
このような鋼管であって板厚３ｍｍ程度のものを用いれば、前記した継手部の耐震性能を十分にクリアした継手部を得ることができる。

また、本発明は、液体、気体などの流体の送給に用いられる流体送給管に適用できる。管端同士がハウジングで固定接続された管の継手部であればよく、例えば、水の送給管の継手部に適用することが好ましい。

以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例により制限されるものではない。

（製造例１）
管体素材として、呼び径８０（外径９０ｍｍ、板厚３ｍｍ）のＳＵＳ３０４鋼管を用いて、外周面に係止突条を形成した。

内側の凸ローラと外側の凹ローラとのクリアランスが管体の板厚（３ｍｍ）より小さい条件で加工する場合は、図２に示すような凸ローラ１０として、外径８０ｍｍ、Ｗ_Ｉ５．０ｍｍ、Ｒ_Ｉ２．５ｍｍの寸法を有する転造ローラと、凹ローラ１１として、外径１１７ｍｍ、溝深さ１７ｍｍ、Ｗ_Ｕ９．０ｍｍ、Ｒ_Ｕ２．５ｍｍの寸法を有する転造ローラを用いた。両者のクリアランスは、２．０ｍｍであり、板厚よりも小さくなっており、この条件にて、凸高さ９が約３．５〜１２．０ｍｍの係止突条を形成した。

内側の凸ローラと外側の凹ローラの成形用環状溝とのクリアランスが管体の板厚以上である条件で加工する場合は、図３に示すような凸ローラ１０として、外径８０ｍｍ、Ｗ_Ｉ５．０ｍｍ、Ｒ_Ｉ２．５ｍｍの寸法を有する転造ローラと、凹ローラ１１として、外径１１７ｍｍ、溝深さ１７ｍｍ、Ｗ_Ｕ１３．０ｍｍ、Ｒ_Ｕ２．５ｍｍの寸法を有する転造ローラを用いた。更に管体の管軸方向に押圧力を付与しながら転造加工を行った。両者のクリアランスは、板厚より大きい４．０ｍｍであった。
この条件で、凸ローラの先端に付与されたＲ_Ｉと凹ローラの成形用環状溝の先端面と内側縦壁面の交差部に付与されたＲ_Ｕとの合計値（５．０ｍｍ）よりも小さな凸高さである約４．０ｍｍ、および、合計値以上の凸高さである約６．０ｍｍ、約１２．０ｍｍ、約１５．０ｍｍの係止突条を形成した。

（製造例２）
管体素材として、呼び径１５０（外径１６５ｍｍ、板厚３．５ｍｍ）のＳＵＳ３０４鋼管を用いて、外周面に係止突条を形成した。

内側の凸ローラと外側の凹ローラとのクリアランスが管体の板厚（３．５ｍｍ）より小さい条件で加工する場合は、凸ローラとして、外径１１０ｍｍ、Ｗ_Ｉ６．０ｍｍ、Ｒ_Ｉ３．０ｍｍの寸法を有する転造ローラと、凹ローラとして、外径１１７ｍｍ、溝深さ１７ｍｍ、Ｗ_Ｕ１０．０ｍｍ、Ｒ_Ｕ２．５ｍｍの寸法を有する転造ローラを用いた。両者のクリアランスは、２．０ｍｍである。この条件で、凸高さが約４．０〜１８．０ｍｍの係止突条を形成した。

内側の凸ローラと外側の凹ローラとのクリアランスが管体の板厚以上である条件で加工する場合は、凸ローラとして、外径１１０ｍｍ、Ｗ_Ｉ６．０ｍｍ、Ｒ_Ｉ３．０ｍｍの寸法を有する転造ローラと、凹ローラとして、外径１１７ｍｍ、溝深さ１７ｍｍ、Ｗ_Ｕ１８．０ｍｍ、Ｒ_Ｕ２．５ｍｍの寸法を有する転造ローラを用いた。更に管体の管軸方向に押圧力を付与しながら転造加工を行った。両者のクリアランスは、板厚より大きい６．０ｍｍであった。
この条件で、凸ローラのＲ_Ｉと凹ローラの成形用環状溝のＲ_Ｕとの合計値（５．５ｍｍ）より小さな凸高さである約４．０ｍｍ、および、合計値以上の凸高さである約８．０ｍｍの係止突条を形成した。

（製造例３）
管体素材として、呼び径２５０（外径２６７ｍｍ、板厚４．０ｍｍ）のＳＵＳ３０４鋼管を用いて、外周面に係止突条を形成した。

内側の凸ローラと外側の凹ローラとのクリアランスが管体の板厚（４．０ｍｍ）より小さい条件で加工する場合は、製造例２と同様の凸ローラと凹ローラを用いた。両者のクリアランスは、２．０ｍｍである。この条件で、凸高さが約４．０〜２０．０ｍｍの係止突条を形成した。

内側の凸ローラと外側の凹ローラとのクリアランスが管体の板厚以上である条件で加工する場合は、凸ローラとして、外径１１０ｍｍ、Ｗ_Ｉ６．０ｍｍ、Ｒ_Ｉ３．０ｍｍの寸法を有する転造ローラと、凹ローラとして、外径１１７ｍｍ、溝深さ１７ｍｍ、Ｗ_Ｕ２０．０ｍｍ、Ｒ_Ｕ２．５ｍｍの寸法を有する転造ローラを用いた。更に管体の管軸方向に押圧力を付与しながら転造加工を行った。両者のクリアランスは、板厚より大きい７．０ｍｍであった。
この条件で、凸ローラのＲ_Ｉと凹ローラの成形用環状溝のＲ_Ｕとの合計値（５．５ｍｍ）よりも大きな約９．０ｍｍの凸高さを有する係止突条を形成した。

＜評価１＞ 断面観察
形成されたステンレス鋼管の転造加工部を被加工管体の長手方向に切断してその断面を観察した。そして、係止突条の基部の最小板厚と縦壁部の長さを測定した。切断した断面を樹脂に埋め込み、表面を研磨した後、測長顕微鏡によって測定した。また、係止突条の縦壁部が管体の外周面から立ち上がる角度を測定した。レーザー変位計によって、断面形状を測定し、上記外周面から延びた基準線と凸部の外面から延びた直線とが交差する交点における角度を算出した。

凸ローラと成形用環状溝とのクリアランスが板厚より小さい条件で転造加工した場合、製造例１〜３で得られた係止突条の断面形状は、図６（ａ）に示すような、管体の外周面から延びた湾曲状の基部と、管軸方向の外周面に対して９０°の垂直に延びた縦壁部と、それに続いて形成された湾曲部と、頂部とを含む形態であった。また、係止突条の各部位の板厚は、例えば、製造例１の凸高さが約７．０ｍｍの試験例４は、基部で約１．８ｍｍに減少していた。基部の板厚減少率は、約４０％に達した。
このように、管体の板厚よりもクリアランスが小さくなる組合せの転造ローラを用いることにより、外径方向への係止突条の張出しと同時に、側壁部がしごき加工を伴いながら板厚が減少し、垂直に延びた縦壁部を有する係止突条が得られた。

凸ローラと成形用環状溝とのクリアランスが板厚以上である条件で転造加工した場合、製造例１〜３で得られた係止突条の断面形状は、凸高さの程度に応じて、図６（ａ）に示すような、管軸方向に対して９０°の垂直に延びた縦壁部を含むものを含んでいる。または、図６（ｂ）に示すような、６５°以上の角度で傾斜して延びた縦壁部を含んでいる。

＜評価２＞ 管軸方向の引張試験
製造例１〜３で得られた試験体を用いて、管軸方向の引張試験を行って、継手部の抜出阻止力を測定した。転造加工が行われた係止突条をハウジングで固定し、万能試験機で最大荷重の測定を行った。その測定結果を表１（製造例１）、表２（製造例２）、表３（製造例３）に示す。
前記したとおり、継手部は、管軸方向の引張強度Ｆとして、Ｆ（ｋＮ）≧呼び径×３を要求される。例えば、呼び径８０の管体における継手部は、耐震性能の基準荷重が２４０ｋＮ以上であるため、最大荷重は、それ以上が必要である。測定で得られた最大荷重が基準荷重以上の場合は、合格（○）とし、基準荷重未満の場合は不合格（×）と判定した。

＜評価２−１＞ （内側凸ローラと外側凹ローラとのクリアランスが被加工管体の板厚より小さい場合）
凸ローラと凹ローラの成形用環状溝とのクリアランスが約２．０ｍｍで加工した試験体を用いた試験例は、製造例１が試験例１〜６、製造例２が試験例１５〜１９、製造例３が試験例２３〜２７である。

製造例１では、表１に示すように、試験例２〜５が基準荷重以上の最大荷重を示した。例えば、凸高さが６．０ｍｍの試験例３は、最大荷重が２７５ｋＮであった。それに対し、試験例１は、凸高さが３．５ｍであり、Ｒ_ＩとＲ_ｕとの合計値（５．０ｍｍ）より小さかったので、最大荷重が低かった。試験例６は、凸高さが過度に大きく、基部の板厚が５０％と大きく減少したことから、最大荷重が低下した。

製造例２では、表２に示すように、試験例１６〜１８が基準荷重以上の最大荷重を示した。例えば、それに対し、試験例１５は、凸高さが約４．０ｍｍであり、Ｒ_ＩとＲ_ｕとの合計値（５．５ｍｍ）より小さかったので、最大荷重が低かった。試験例１９は、凸高さが過度に大きく、基部の板厚が５４％と大きく減少したことから、最大荷重が低下した。

製造例３では、表３に示すように、試験例２４〜２６が基準荷重以上であった。それに対し、試験例２３は、凸高さが４．０ｍｍであり、Ｒ_ＩとＲ_ｕとの合計値（５．５ｍｍ）より小さかったので、最大荷重が低かった。試験例２７は、凸高さが過度に大きく、基部の板厚が５５％と大きく減少したことから、最大荷重が低下した。

＜評価２−２＞ （内側凸ローラと外側凹ローラのクリアランスが被加工管体の板厚以上の場合）
表１に示すように、製造例１において、上記クリアランス約４．０ｍｍで加工したものは、試験例７〜１４である。このうち、試験例７は、凸高さがＲ_ＩとＲ_ｕとの合計値（５．０ｍｍ）より小さかったため、最大荷重が２３０ｋＮであり、基準荷重未満であった。凸高さが上記合計値以上の試験例では、管軸方向に対する縦壁部の角度が７０°、９０°の試験例９、１０、１２、１３は、基準荷重以上の最大荷重を示した。例えば、試験例１３（凸高さ約１２．０ｍｍ、角度９０°）は、２５５ｋＮであった。それに対し、試験例８、１１は、当該角度が６０°であったので、最大荷重が基準荷重未満であった。また、試験例１４は、凸高さが過度に大きく、基部の板厚が５０％と大きく減少したことから、最大荷重が低下した。

表２に示すように、製造例２において、上記クリアランス約６．０ｍｍで加工したものは、試験例２０〜２２である。いずれも、凸高さがＲ_ＩとＲ_ｕとの合計値（５．５ｍｍ）より大きい８．０ｍｍであるが、管軸方向に対する縦壁部の角度が７０°、９０°の試験例２１、２２は、基準荷重以上の最大荷重を示した。試験例２０は、当該角度が６０°であったため、最大荷重が基準荷重未満であった。

表３に示すように、製造例３において、上記クリアランス約７．０ｍｍで加工したものは、試験例２８〜３０である。いずれも、凸高さがＲ_ＩとＲ_ｕとの合計値（５．５ｍｍ）より大きい９．０ｍｍであるが、管軸方向に対する縦壁部の角度が７０°、９０°の試験例２９、３０は、基準荷重以上の最大荷重を示した。試験例２８は、当該角度が６０°であったため、最大荷重が基準荷重未満であった。

＜評価３＞（硬さ試験）
係止突条を形成した試験体を用いて、基部、縦壁部、頂部の各部位における硬度を測定した。切断した試験体を樹脂に埋め込み、切断した断面を研磨した後、マイクロビッカース硬さ試験により、硬度を測定した。管体素材の硬度は１５２ＨＶであった。その測定結果を表１〜３に示す。図８に示すように、位置Ａ、位置Ｅは基部で測定した結果であり、位置Ｂ、位置Ｄは縦壁部で測定した結果であり、位置Ｃは頂部で測定した結果である。

製造例１〜３は、表１〜３に示すように、最大荷重が基準荷重以上であった試験例は、いずれも３００ＨＶ以上の高い硬度を示した。管体素材の硬度の約２倍超であった。それに対し、最大荷重が基準荷重より低かった試験例は、その硬度が約２３０ＨＶ以下と低かった。本発明の方法により得られた試験例は、凸部を形成する際に、しごき加工で大きな加工度が付与され、加工硬化したことにより、硬度が増大した。その結果、引張荷重に対する係止突条の変形が抑制されて、試験体の最大荷重が向上したと考えられる。

これらの結果から、本発明の転造加工法によって作製された継手部は、最大荷重が高く、係止突条の変形が抑制され、良好な管の抜出阻止性を有することが確認できた。引張荷重の大部分は、管軸方向に作用するため、管体同士の高い締結性を発揮できることを確認できた。とくに、管軸方向に対して９０°で延びた垂直な縦壁部を有する係止突条は、ハウジングと面接触状態で当接していることから、面圧が低く、係止突条の変形を抑制できた。

１ 継手部
２ 被加工管体
３ 外周面
４ 係止突条
４’ 凸部
５ 基部
６ 縦壁部
７ 湾曲部
８ 頂部
９ 凸高さ
１０ 凸ローラ
１１ 凹ローラ
１２ 成形用環状溝
１３ リング
１４ ハウジング
１５ 先端面（凸ローラ）
１６ 縦壁面（凸ローラ）
１７ 先端面（成形用環状溝）
１８ 内側縦壁面（成形用環状溝）
１９ａ 角度
１９ｂ 基準線
１９ｃ 直線
２０ 管継手
２１ 係止突条
２２ 管体
２３ ハウジング
２４ 内周側開口縁
２５ 内側転造ローラ
２６ 成形突条
２７ 外側転造ローラ
２８ 成形用環状溝
２９ 環状溝
３０ 係止部材
３１ 溶接部

Claims (8)

1. 被加工管体の外周面に対し、縦壁部を有する係止突条を形成する流体送給管の継手部の転造加工方法であって、
   前記係止突条は、前記外周面から延びた湾曲状の基部と、前記基部から延びた前記縦壁部と、前記縦壁部から延びた湾曲部と、前記湾曲部から延びた頂部とを含み、
   前記係止突条を、前記管体の内側および外側に位置させた加工手段により形成し、
   前記縦壁部を、管軸方向の前記外周面に対して６５°以上９０°以下の角度で立ち上がるように形成し、
   前記係止突条の前記外周面から前記頂部の突端までの高さが、前記管体と当接する前記内側および外側に位置させた加工手段の面の曲率半径の合計値以上に形成する、流体送給管の継手部の転造加工方法。
2. 前記加工手段は、前記管体の内側に位置させた凸ローラと、前記管体の外側に位置させた成形用環状溝とを含む、請求項１に記載の流体送給管の継手部の転造加工方法。
3. 前記加工手段は、前記凸ローラと前記成形用環状溝とのクリアランスを前記管体の板厚より小さくしたものであり、
   当該加工手段により前記管体を加工し、前記縦壁部が前記外周面に対して垂直に延びた前記係止突条を形成する、請求項２に記載の流体送給管の継手部の転造加工方法。
4. 前記加工手段は、前記凸ローラと前記成形用環状溝とのクリアランスを前記管体の板厚以上にしたものであり、
   当該加工手段により前記管体を加工して前記外周面に凸部を形成し、その後、前記成形用環状溝を前記管体の管軸方向に移動させることにより、前記凸部を前記凸ローラに押付けて、前記係止突条を形成する、請求項２に記載の流体送給管の継手部の転造加工方法。
5. 前記凸ローラは、その先端面と縦壁面の交差部において曲率半径Ｒ_Ｉの湾曲が付与されているものを用いる、請求項２〜４のいずれかに記載の流体送給管の継手部の転造加工方法。
6. 前記成形用環状溝は、その先端面と内側縦壁面との交差部において曲率半径Ｒ_ｕの湾曲が付与されているものを用いる、請求項２〜５のいずれかに記載の流体送給管の継手部の転造加工方法。
7. 前記管体に対して管軸方向に押圧力を付与しながら前記係止突条を形成する、請求項２〜６のいずれかに記載の流体送給管の継手部の転造加工方法。
8. 管体の外周面に係止突条が形成された継手部を備える流体送給管であって、
   前記係止突条は、前記管体の塑性変形により形成されており、前記外周面から延びた湾曲状の基部と、前記基部から延びた縦壁部と、前記縦壁部から延びた湾曲部と、前記湾曲部から延びた頂部とを含み、
   前記縦壁部は、前記外周面に対して６５°以上９０°以下の角度で立ち上がっていて、管体素材の硬度の１．２倍以上の硬度を有する、流体送給管。

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