JP2020168696A - 管体切断装置及び管体切断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】管体を機械的切断する際に、管体の切断面による刃部の挟み込みを抑制することができる管体切断装置を提供する。【解決手段】保持機構２は、鋼管Ｓの周壁の内周面に当接する一対の角部３３ａを有するラム３３と、外周面に当接する第２フレーム３１とを備える。一対の角部３３ａは、鋼管Ｓの周方向で、互いに間隔を存して配置される。第２フレーム３１は、一対の角部３３ａの周方向で内側に配置される。切断機構１は、第２方向に移動する刃部１４を備える。刃部１４は、一対の角部３３ａの周方向で外側に配置される。【選択図】図５

Description

本発明は、保持された管体を、その管体の軸線方向に機械的切断する管体切断装置及び管体切断方法に関する。

原子力事業者が、原子力事業のための施設で用いた資材等を、「放射線による障害の防止のための措置」を必要としないものとして取り扱うためには、原子力事業者は、その資材等について、国から「核燃料物質によって汚染されたものでないもの」という認定を受けなければならない。この認定を受けるためには、原子力事業者は、予め国の認可を受けた方法に基づいて、その資材等について放射能濃度の測定及び評価を行わなければならない。

そのような測定及び評価のためには、試料を所定の形状としなければならない場合がある。例えば、原子力事業のための施設では、種々様々な管体が用いられている。そのような管体を試料とするためには、その管体の周壁を、その管体の軸線方向に沿って切断（以下、このような切断を「縦割り」ということがある。）した後、切断されたパーツをプレス等によって平板状に加工しなければならない場合がある。

ここで、管体を切断する装置としては、プラズマ、ガス等を用いた熱的切断を行う装置が知られている。しかし、放射能濃度の測定及び評価のための試料を作成するために熱的切断を採用すると、その切断の際に発生する熱等によって、試料（厳密には、試料に付着している物質）が変質してしまうおそれがあった。

そのため、放射能濃度の測定及び評価のための試料を作成する場合には、丸鋸、バンドソー等の切断機構を用いた機械的切断を行う装置（例えば、特許文献１参照）が採用される。この特許文献１に記載の管体切断装置では、切断対象となる管体の両端で、固定部材及びアームを管体の周壁の内周面及び外周面に当接させて挟持するとともに、管体全体を半円状の窪みに嵌め込んで、管体を保持している。

特開２０１９−００５８８４号公報

ところで、原子力事業のための施設で用いられていた管体は、設置されていた状況等により、ひずみが生じている場合がある。そのため、そのような管体を特許文献１に記載の管体切断装置で保持した場合、管体の切断中に管体に残留しているひずみによって、切断部分に対して狭めるような応力（すなわち、対向する切断面を近接させるような応力）が生じることがある。

そのような応力が生じると、管体の切断面によって、切断機構の刃部が挟み込まれてしまうおそれがあった。そして、そのような挟み込みが生じると、例えば、刃部の駆動が阻害されて、切断不能に陥るおそれがあった。また、例えば、切断が継続できても刃部と切断面との間の摩擦によって刃部の減肉、高温化が生じて、刃部、ひいては、その刃部を備えている切断機構の寿命が短くなってしまうおそれがあった。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、管体を機械的切断する際に、管体の切断面による刃部の挟み込みを抑制することができる管体切断装置及び管体切断方法を提供することを目的とする。

本発明の管体切断装置は、
管体の周壁に内周面側及び外周面側から当接することによって該周壁を挟持して該管体を保持する保持機構と、前記保持機構に保持された前記管体を機械的切断する切断機構とを備えている管体切断装置であって、
前記管体を保持した状態で該管体の周方向となる方向を第１方向とし、該管体の軸線方向となる方向を第２方向とし、
前記保持機構は、前記周壁の内周面に当接する内周側当接部材と、前記周壁の外周面に当接する外周側当接部材とを備え、
前記内周側当接部材は、前記周壁の内周面に当接する一対の内周側当接部を有し、
前記一対の内周側当接部は、前記第１方向で、互いに間隔を存して配置され、
前記外周側当接部材は、前記一対の内周側当接部の前記第１方向における内側に配置され、
前記切断機構は、前記第２方向に移動する刃部を備え、
前記刃部は、前記一対の内周側当接部の前記第１方向における外側に配置されていることを特徴とする。

また、本発明の管体切断方法は、
管体の周壁に内周面側及び外周面側から当接することによって該周壁を挟持して該管体を保持し、保持された前記管体を該管体の軸線方向に機械的切断する管体切断方法であって、
前記周壁の内周面に、前記管体の周方向に間隔を存して配置されている一対の内周側当接部を当接させるとともに、前記周壁の外周面の前記一対の内周側当接部の当接位置よりも前記周方向における内側となる位置に、外周側当接部を当接させて、前記一対の内周側当接部と前記外周側当接部とによって前記周壁を挟持して前記管体を保持するステップと、
前記一対の内周側当接部の当接位置よりも前記周方向における外側となる位置で、保持された前記管体を前記管体の軸線方向に切断するステップとを備えていることを特徴とする。

ここで、「第１方向における内側」とは、保持された状態の管体の軸線方向（第２方向）から見て、その管体の径方向の中心となる点から一対の内周側当接部の一方を通るように延びる２本の直線で区切られた範囲のうち、その２本の直線のなす角度が１８０度未満となる側の範囲を指す。一方、「第１方向における外側」とは、その範囲のうち、その角度が１８０度を超える側の範囲を指す。

このように、本発明の管体切断装置及び管体切断方法では、管体の周壁の内周面に、一対の内周側当接部を当接させるとともに、外周面の管体の周方向で一対の内周側当接部の内側となる位置に、外周側当接部を当接させて、一対の内周側当接部と外周側当接部とによって周壁を挟持し、管体を保持している。

これにより、一対の内周側当接部からの力は、外周側当接部を支点として、周壁のうち周方向で一対の内周側当接部の外側となる部分（すなわち、刃部が当接する部分）に作用することになる。そして、この力は、その部分の周壁を周方向に広げ、管体を拡径させるような力（すなわち、対向する切断面を離間させるような力）となっている。

そのため、この管切断装置及び管体切断方法では、保持された管体に対して対向する切断面を離間させるような力が加わっているので、管体の内部にひずみによって切断面を近接させるような応力が発生していたとしても、その切断面が離間するように移動して管体が拡径する、又は、その切断面の近接が抑制される。

したがって、本発明の管体切断装置及び管体切断方法によれば、対向する切断面の近接を抑制して、その管体の切断面による刃部の挟み込みを抑制することができる。

また、本発明の管体切断装置においては、
前記管体を保持した状態で該管体の径方向の中心となる点と前記一対の内周側当接部同士の中心となる点とを通り、前記第２方向に延在する平面を第１平面とし、
前記外周側当接部材は、前記周壁の外周面に当接する一対の外周側当接部を有し、
前記一対の外周側当接部は、前記第１方向で、互いに間隔を存し、且つ、前記第２方向から見て、前記第１平面を挟んで配置されていることが好ましい。

例えば、外周側当接部と管体の外周面とが、管体の軸線方向から見て一点で接触している場合、外周側当接部からの力の方向によっては、切断中に、管体が、管体の軸線方向から見て左右方向に移動してしまうおそれがある。ひいては、切断面が湾曲して、切断面による刃部の挟み込みが生じてしまうおそれがある。

そこで、このように構成すると、管体は、外周側の２点及び内周側の２点で保持され、それらの点は、管体の軸線方向から見て左右対称となる。これにより、内周側当接部及び外周側当接部から管体に対して加わる力が均一化して、切断中における管体の左右方向への移動を抑制することができる。ひいては、その移動に起因する刃部の挟み込みを防止することができる。

また、本発明の管体切断装置においては、外周側当接部材が一対の外周側当接部を有している構成の場合、
前記刃部の厚さは、前記一対の外周側当接部同士の間隔よりも小さいことが好ましい。

試料を作成するに際しては、管体の周壁を周方向の所定の位置で縦割りした後（１回目の切断）、その管体を軸線周りに回転させて、周壁を１回目の切断とは周方向で異なる位置で縦割りして（２回目の切断）、管体を２分割する場合がある。そして、２回目の切断の切断位置によっては、切断されて切り離された部分が、落下等によって意図しない方向に移動してしまい、刃部に接触してしまうおそれがある。

そこで、このように構成すると、軸線方向から見て、１回目の切断の切断位置を、一対の外側当接部の内側に位置させることができる。これにより、２回目の切断によって管体が２分割された際にも（すなわち、２つのパーツに切り離された際にも）、切り離された部分のいずれも、一方の内側当接部と外側当接部とによって保持される。その結果、切り離された部分の意図しない移動を抑制することができる。

また、本発明の管体切断装置においては、
前記管体を保持した状態で該管体の径方向の中心となる点を通り、前記第２方向に延在する平面を第２平面とし、
前記刃部は、前記第２平面上を前記第２方向に移動して、前記管体を切断することが好ましい。

ここで、「第２平面」とは、すなわち、管体の中心軸線を含む平面であり、「第１平面」とは異なり、内周側当接部の位置によってその位置が規定されていない平面である。

第２平面からずれた位置で管体を切断すると、軸線方向から見て刃部の左右に位置する管体の切断面の厚さが異なり、切断面から刃部に加わる力が左右で異なってしまうことがある。そして、その左右の力の差によって切断方向が湾曲させられて、刃部の挟み込みが生じてしまうおそれがある。

そこで、このように、第２平面上を刃部が移動するように構成すると（すなわち、第２平面と一致した面で管体を切断するように構成すると）、刃部の左右に位置する管体の切断面の厚さを均一化して、切断面から刃部に加わる力を左右で均一化することができる。これにより、その左右の力の差による切断方向の湾曲を抑制して、それによって生じる、刃部の挟み込みも防止することができる。

また、本発明の管体切断装置においては、刃部が第２平面上を移動する構成の場合、
前記第２方向から見て、前記第２平面を挟んで互いに対向し、且つ、前記管体を保持した状態で該管体の外周面に所定の間隔を存して対向する一対の枠体を備えていることが好ましい。

このように構成すると、管体を設置する際に、管体を枠体の内側に挿通させるだけで、管体を第２平面に沿って切断するために好適な位置に位置決めすることができる。これにより、容易に、第２平面と一致した面で管体を切断することができるようになる。

また、本発明の管体切断装置においては、
前記第２方向から見て、互いに対向するように配置された一対の規制部材を備え、
前記一対の規制部材同士の間隔は、切断対象となる前記管体の外径よりも大きく、且つ、前記内周側当接部材及び前記外周側当接部材が当接することによって保持された前記管体が切断されて該管体が拡径した際に、該管体の外周面に当接する大きさであることが好ましい。

内周側当接部材及び外周側当接部材が当接することによって保持された管体を切断して、その管体を拡径させた場合、その管体に生じているひずみによっては、その拡径の度合い（切断された部分の開き具合）は、軸線方向から見て、必ずしも左右対称とはならない。その開き具合が左右で異なると、それに伴ってこれから切断される部分における切断面が湾曲して、切断面による刃部の挟み込みが生じてしまうおそれがある。

そこで、このように構成すると、規制部材によって管体の拡径（ひいては、切断された部分の開き具合）をある程度抑制して、切断された部分の開き具合を左右である程度均一化することができる。これにより、これから切断される部分における切断面の湾曲を抑制して、それによって生じる、切断面による刃部の挟み込みを防止することができる。

実施形態に係る管体切断装置の側面図であり、鋼管を設置する際の状態を示す図。 図１の管体切断装置の側面図であり、鋼管を切断している状態を示す図。 図１の管体切断装置の固定側保持機構のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図であり、鋼管を設置した後、保持する前の状態を示す図。 図３の固定側保持機構の正面図であり、鋼管を保持した状態を示す図。 図３の固定側保持機構の正面図であり、鋼管を切断した状態を示す図。 図１の管体切断装置を用いた管体切断方法のフローチャート。

以下、図面を参照して、本発明の管体切断装置、及び、それを用いた管体切断方法について説明する。

なお、本実施形態においては、例えば、炭素鋼鋼管、ステンレス鋼鋼管等の鋼管を切断する場合について説明している。しかし、本発明は、そのような鋼管のみを切断し得るものではない。例えば、鉄以外の金属、合成樹脂、それらのいずれかを用いた複合材料等で形成された管体も切断し得るものである。

具体的には、アルミニウム又はアルミニウム合金管、銅又は銅合金管、鉛又は鉛合金管、チタン又はチタン合金管、マグネシウム合金管等の非鉄金属で形成された管体、内部を塩化ビニル等でライニングした炭素鋼鋼管等の複合材料で形成された管体も、切断し得るものである。

まず、図１〜図５を参照して、本実施形態の管体切断装置Ｃの構成について説明する。

なお、以下の説明においては、単に「周方向」（第１方向）、「軸線方向」（第２方向）、「径方向」、「径方向の中心となる点」という場合には、管体切断装置Ｃに保持された状態（図２，図４参照）における鋼管Ｓ（管体）の周方向となる方向、軸線方向となる方向（第１軸線ａ１方向）、径方向となる方向、径方向の中心となる点（第１中心点ｃ１）を指す。

図１及び図２に示すように、管体切断装置Ｃは、保持された鋼管Ｓを機械的切断する切断機構１と、切断機構１の上方に設置され、鋼管Ｓの周壁を挟持して鋼管Ｓを保持する保持機構２とを備えている。

切断機構１は、平板状の第１ベースプレート１０と、第１ベースプレート１０上に、軸線方向に沿って延設されている第１レール１１と、第１レール１１に進退自在に取り付けられている第１可動プレート１２とを備えている。

また、切断機構１は、第１可動プレート１２上に、第１可動プレート１２に対して揺動自在に支持されている基台１３と、基台１３に回転自在に軸支されている円盤状の刃部１４と、刃部１４の回転駆動力を生成するモータ１５と、伸縮自在な第１エアシリンダ１６と、基台１３の揺動端部及び第１エアシリンダ１６を連結するアーム１７とを備えている。

第１可動プレート１２は、その上面に、軸線方向で、基端部側に設けられた支持部材１２ａと、基台１３の揺動端部側に設けられた第１ガイド部材１２ｂとを有している。

支持部材１２ａは、基台１３の基端部を、管体切断装置Ｃに保持された状態における鋼管Ｓの軸線である第１軸線ａ１と平面視で直交し、鋼管Ｓの第１軸線ａ１よりも下方に位置している第２軸線ａ２を中心軸線として、回動自在に支持している。これにより、基台１３に固定されている刃部１４は、基台１３の揺動に応じて、上下方向に移動する。

第１ガイド部材１２ｂは、第１可動プレート１２から、上方に向かって延設されている。第１ガイド部材１２ｂの上端部には、基台１３側に向かって突出している係止突起が設けられている。係止突起の下面には、基台１３が所定の位置まで揺動した際に、基台１３の揺動端部の上面が当接する。これにより、基台１３の揺動（ひいては、基台１３に取り付けられている刃部１４の上下方向の移動）は、所定の範囲内となるように規制されている。

基台１３の揺動端部には、アーム１７の一方側の端部が固定されている。アーム１７の他方側の端部は、第１エアシリンダ１６の一方側の端部に回動自在に取り付けられている。第１エアシリンダ１６の他方側の端部は、第１可動プレート１２に回動自在に取り付けられている。第１エアシリンダ１６は、給気機構（不図示）からの給気量に応じて、その軸線方向に伸縮自在に構成されている。

そのため、基台１３は、第１エアシリンダ１６の伸縮に応じて、第１可動プレート１２に対して、第２軸線ａ２を中心として、上下方向に揺動する。すなわち、基台１３に指示されている刃部１４は、第１エアシリンダ１６の伸縮に応じて、上下方向に移動する。

刃部１４は、丸鋸である。刃部１４の回転中心軸線である第３軸線ａ３は、管体切断装置Ｃに保持された状態における鋼管Ｓの第１軸線ａ１と平面視で直交し、鋼管Ｓの第１軸線ａ１よりも下方に位置している。刃部１４は、刃部１４を支持する基台１３の上下方向の揺動、及び、基台１３の載置されている第１可動プレート１２の軸線方向の移動によって、上下方向及び軸線方向に、進退自在となっている。

そのため、刃部１４は、鋼管Ｓを切断する前、又は、鋼管Ｓを切断した後には、図１に示すように、刃部１４の全体が下方に移動させられる。これにより、刃部１４の全体が、保持機構２の後述する第２ベースプレート２０の溝２０ａから上方に突出していない状態になる。すなわち、刃部１４と保持されている鋼管Ｓの周壁とが接触しない状態になる（図３参照）。

一方、鋼管Ｓを切断する際、又は、鋼管Ｓを切断している最中には、図２に示すように、刃部１４全体が上方に移動させられる。これにより、刃部１４の一部が、溝２０ａから上方に突出している状態になる。すなわち、刃部１４と保持されている鋼管Ｓの周壁とが接触し得る状態になる（図４，図５参照）。

なお、本実施形態では、刃部として、丸鋸を採用している。しかし、本発明の刃部は、丸鋸に限定されるものではなく、管体を保持した状態でその管体の軸線方向となる方向である第２方向に移動して、管体を機械的切断によって縦割りできるものであればよい。

例えば、本実施形態のような丸鋸の回転を利用して切断する方法の他、切断砥石の回転、平鋸刃又は糸鋸刃の往復運動等を利用して切断する方法等を用いてもよい。具体的には、チップソー、グラインダー、セーバーソー、打ち抜き切断機等を用いてもよい。

図１及び図２に示すように、保持機構２は、平板状の第２ベースプレート２０と、第２ベースプレート２０上に、軸線方向に沿って延設されている第２レール２１と、第２レール２１に進退自在に取り付けられている第２可動プレート２２と、第２可動プレート２２上に固定されている可動側保持機構２３と、第２ベースプレート２０上に固定されている固定側保持機構２４とを備えている。

第２ベースプレート２０は、可動側保持機構２３と固定側保持機構２４との間に、第２ベースプレート２０を上下方向に貫き、且つ、軸線方向に延びるように形成されている溝２０ａを有している。溝２０ａからは、刃部１４が上方に移動した場合に、刃部１４の上方部分が突出する（図４，図５参照）。刃部１４の突出部分によって、保持された鋼管Ｓの周壁の切断が行われる。

溝２０ａは、軸線方向で、可動側保持機構２３と固定側保持機構２４との間隔（すなわち、管体切断装置Ｃで切断可能な鋼管Ｓの長さ）よりも長く形成されている。また、図４に示すように、溝２０ａの幅は、刃部１４が挿通可能であり、且つ、管体切断装置Ｃで切断可能な鋼管Ｓの外径よりも小さく形成されている。溝２０ａの形成位置は、軸線方向から見て、後述する仮想平面ｖと重なる位置となっている。

そのため、図３に示すように、鋼管Ｓは、保持機構２で保持される前の状態であっても、第２ベースプレート２０上で、その径方向の中心が溝２０ａの上方に位置するように、溝２０ａによって案内される。

図１及び図２に示すように、可動側保持機構２３と固定側保持機構２４とは、軸線方向で対向するように配置されている。可動側保持機構２３は、可動側保持機構２３が取り付けられている第２可動プレート２２の軸線方向の移動によって、軸線方向に進退自在となっている。

次に、固定側保持機構２４の構成について詳細に説明する。

なお、以下の説明においては、鋼管Ｓを保持した状態で、鋼管Ｓの径方向の中心となる点（図４における第１中心点ｃ１）と後述するラム３３の一対の角部３３ａ同士の中心となる点（第２中心点ｃ２）とを通り、鋼管Ｓの軸線方向（第２方向）に延在する平面を仮想平面ｖ（第１平面、第２平面）とする。

図３〜図５に示すように、固定側保持機構２４は、第２ベースプレート２０上に立設されている一対の第１フレーム３０（枠体、規制部材）と、一対の第１フレーム３０に掛け渡されるように配置されている第２フレーム３１（外周側当接部材）と、第２フレーム３１上に固定されている第２エアシリンダ３２（駆動機構）とを備えている。

また、固定側保持機構２４は、第１フレーム３０及び第２フレーム３１で囲まれた空間の内側に、ラム３３（内周側当接部材）と、軸線方向から見て、ラム３３を左右から挟み込むように配置されている一対の第２ガイド部材３４とを備えている。

固定側保持機構２４では、第２フレーム３１とラム３３とで鋼管Ｓの周壁の端部を挟持することによって、鋼管Ｓを保持する。

図４に示すように、一対の第１フレーム３０は、軸線方向から見て、仮想平面ｖを挟んで互いに対向している。一対の第１フレーム３０の各々は、第２ベースプレート２０上に設けられている固定穴（不図示）に第１ボルト２５を螺合させることによって、着脱自在に固定されている。

ここで、第２ベースプレート２０には、軸線方向から見て、仮想平面ｖを挟んで左右対称となるように、複数組の固定穴（不図示）が設けられている。そのため、第１ボルト２５が螺合する固定穴を変更することによって、一対の第１フレーム３０同士の間隔は、変更することができるようになっている。

一対の第１フレーム３０同士の間隔は、切断対象となる鋼管Ｓの外径よりも大きくなるように設定されている。そのため、鋼管Ｓを保持し、鋼管Ｓを切断する前の状態では、第１フレーム３０は、鋼管Ｓの外周面に対して所定の間隔を存して対向する。

具体的には、本実施形態では、鋼管Ｓとして、ＪＩＳ規格に即して製造された配管用炭素鋼鋼管であって、呼び径４０Ａ（外径４８．６ｍｍ）〜１５０Ａ（外径１６５．２ｍｍ）のものを、切断対象としている。そのため、これらの径に対応するために、一対の第１フレーム３０同士の間隔は、第１ボルト２５が螺合する固定穴を変更することによって、８４ｍｍ、１２０ｍｍ、及び、１８０ｍｍのうちから選択可能となっている。

これにより、管体切断装置Ｃでは、鋼管Ｓを設置する際に、鋼管Ｓを枠体の内側に挿通させるだけで、鋼管Ｓを仮想平面ｖに沿って切断するために好適な位置に、ある程度位置決めすることができるようになっている。

なお、本発明の管体切断装置は、そのような構成に限定されるものではない。本実施形態と異なり、切断対象の管体の径が所定の径に定まっている場合には、一対の第１フレーム３０同士の間隔も、所定の間隔に定まる。そのため、そのような場合には、一対の第１フレーム３０同士の間隔を、変更可能に構成しなくてもよい。

また、本発明の管体切断装置は、前述の呼び径を備える管体を切断するものに限定されるものではなく、それらの呼び径以外の呼び径を備える管体を切断し得るものである。

また、図５に示すように、一対の第１フレーム３０同士の間隔は、ラム３３及び第２フレーム３１による後述する作用によって切断された鋼管Ｓが拡径した際に、鋼管Ｓの外周面に当接する大きさとなっている。

第２フレーム３１は、一対の第１フレーム３０の上端面に、掛け渡されるように配置され、第２ボルト（不図示）によって、各々の第１フレーム３０の上端面に着脱自在に固定されている。第２フレーム３１は、その中央部に、第２フレーム３１を上下方向に貫く貫通孔３１ａを有している。また、第２フレーム３１は、その中央部のラム３３側の面の軸線方向から見てラム３３に対向する位置に、凹部３１ｂを有している。

凹部３１ｂは、軸線方向に延設されており、軸線方向から見た形状は、仮想平面ｖを挟んで左右対称な略矩形となっている。第２フレーム３１は、鋼管Ｓを保持する際には、周方向で互いに間隔を存して設けられている凹部３１ｂの一対の縁部３１ｃで、鋼管Ｓの周壁の外周面に当接する（図４，図５参照）。

ここで、管体切断装置Ｃは、前述のように一対の第１フレーム３０同士の間隔を変更可能に構成されている。そして、第２フレーム３１は、一対の第１フレーム３０の上端面に掛け渡されるものである。そのため、管体切断装置Ｃでは、大きさの異なる第２フレーム３１が、複数準備されている。そして、一対の第１フレーム３０同士の間隔の変更に応じて、第２フレーム３１も適宜変更される。

なお、一対の第１フレーム３０同士の間隔が固定されている場合には、第２フレーム３１は、１種類だけであってもよい。また、その場合には、第１フレーム３０と第２フレーム３１とを一体としてもよい。

第２エアシリンダ３２は、第３ボルト２６によって、第２フレーム３１の上面に着脱自在に固定されている。第２エアシリンダ３２は、その下面に、給気機構（不図示）からの給気量に応じて上下方向に伸縮自在な駆動軸３２ａを有している。

駆動軸３２ａは、第２エアシリンダ３２が第２フレーム３１に固定されている状態では、第２フレーム３１の貫通孔３１ａに進退自在に挿通されている。ただし、駆動軸３２ａの先端部は、駆動軸３２ａの伸縮の度合いに関わらず、第２ベースプレート２０と、一対の第１フレーム３０と、第２フレーム３１とに囲まれている空間の内部に位置している。

第２エアシリンダ３２は、鋼管Ｓを保持するための力を生成するための機構である。そのため、鋼管Ｓを一旦保持した後は、第２エアシリンダ３２を駆動し続けて、ラム３３に上昇させるような力を加え続けてもよいし、第２エアシリンダ３２の駆動を停止して、ラム３３を鋼管Ｓに当接した位置で固定するようにしてもよい。

ラム３３は、第２エアシリンダ３２の駆動軸３２ａの先端部に固定されている。そのため、ラム３３は、駆動軸３２ａの伸縮に応じて、駆動軸３２ａが挿通している貫通孔３１ａが形成されている第２フレーム３１に対して、近接又は離間する。

また、ラム３３は、軸線方向から見て、矩形の下方側の両端を面取りした多角形状となっている。ラム３３の上方側の両端である一対の角部３３ａ（すなわち、鋼管Ｓの周壁に内周側から当接する部分）は、鋼管Ｓの周壁の内周面に対応するように、円弧状に面取りされている。

また、図１及び図２に示すように、ラム３３は、側面視で、駆動軸３２ａよりも軸線方向で長い矩形状となっている。ラム３３は、鋼管Ｓを保持する際には、周方向で互いに間隔を存して設けられている一対の角部３３ａの、駆動軸３２ａよりも可動側保持機構２３側の部分で、鋼管Ｓの周壁の内周面に当接する（図４，図５参照）。

一対の第２ガイド部材３４は、第１フレーム３０の内側に固定されている矩形の部材である。軸線方向から見て、各々の第２ガイド部材３４の左右の幅は、第１フレーム３０の一方とラム３３との間隔に略一致しており、上下の幅は、第２ベースプレート２０と第２フレーム３１との間隔に略一致している。

これにより、ラム３３は、第２ガイド部材３４の側面によって、その上下方向の移動の際に、軸線方向から見て左右方向へずれてしまうことを抑制されている。

図４に示すように、鋼管Ｓを保持している状態においては、軸線方向から見て、一対の角部３３ａ同士の間隔（ｄ１）は、一対の縁部３１ｃ同士の間隔（ｄ２）よりも大きく構成されている。そして、一対の角部３３ａ及び一対の縁部３１ｃのいずれも、仮想平面ｖを挟んで左右対称となるように配置されている。そのため、一対の縁部３１ｃは、一対の角部３３ａの周方向の内側に位置している。

これに対し、刃部１４は、軸線方向からみて仮想平面ｖ上を上下方向に移動可能に構成されている。そのため、刃部１４は、鋼管Ｓを切断する際には、その周壁のうち周方向で一対の角部３３ａの外側となる部分に当接する。

ここで、「周方向の内側」とは、軸線方向から見て、保持された状態の鋼管Ｓの径方向の中心となる点（第１中心点ｃ１）から一対の角部３３ａの一方を通るように伸びる２本の直線で区切られた範囲のうち、その２本の直線のなす角度が１８０度未満となる側の範囲を指す。一方、「周方向の外側」とは、その範囲のうち、その角度が１８０度を超える側の範囲を指す。

可動側保持機構２３は、第２ベースプレート２０ではなく第２可動プレート２２に固定されていることを除き、固定側保持機構２４と同様の構成を備えている。

次に、図１〜図６を参照して、管体切断装置Ｃを用いた管体切断方法について説明する。なお、図６は、管体切断装置Ｃを用いて鋼管Ｓを切断する管体切断方法における工程を示すフローチャートである。

この管体切断方法においては、まず、鋼管Ｓを、保持機構２の可動側保持機構２３と固定側保持機構２４との間に配置する（図６／ＳＴＥＰ１）。

具体的には、まず、図１に示すように、第２ベースプレート２０の溝２０ａに重なり、且つ、可動側保持機構２３と固定側保持機構２４との間となる位置に、鋼管Ｓを配置する。

その後、鋼管Ｓを軸線方向で、固定側保持機構２４側に移動させて、鋼管Ｓの一方側の端部を、固定側保持機構２４の内側に挿入する。さらにその後、図２に示すように、可動側保持機構２３を軸線方向で固定側保持機構２４に近づけるように移動させて、鋼管Ｓの他方側の端部を可動側保持機構２３の内側に挿入する。

このとき、図３に示すように、固定側保持機構２４のラム３３は、一方側の端部から鋼管Ｓの内部に挿入される。同様に、可動側保持機構２３のラムも、他方側の端部から鋼管Ｓの内部に挿入される。

次に、鋼管Ｓの周壁の両端部を、保持機構２で保持する（図６／ＳＴＥＰ２）。

具体的には、図４に示すように、固定側保持機構２４の第２エアシリンダ３２を駆動させて、ラム３３を第２フレーム３１に近づけるように、上方に移動させる。これにより、鋼管Ｓの周壁の一方側の端部の周壁は、ラム３３と第２フレーム３１とによって挟持されて、固定側保持機構２４によって保持される。鋼管Ｓの周壁側の他方側の端部の周壁も、同様に、可動側保持機構２３によって保持される。

このように、可動側保持機構２３及び固定側保持機構２４で鋼管Ｓを保持する際には、ラム３３は、その一対の角部３３ａで、鋼管Ｓの周壁の内周面に当接する。また、第２フレーム３１は、その凹部３１ｂの一対の縁部３１ｃで、鋼管Ｓの周壁の外周面に当接する。

ここで、図４に示すように、一対の角部３３ａ同士の間隔（ｄ１）は、一対の縁部３１ｃ同士の間隔（ｄ２）よりも大きく構成されている。すなわち、一対の縁部３１ｃは、一対の角部３３ａの周方向の内側に位置している。

これにより、保持機構２が鋼管Ｓを保持した状態では、一対の角部３３ａからの力（具体的には、第２エアシリンダ３２がラム３３を引き上げる力、又は、ラム３３の位置を維持する力）は、一対の縁部３１ｃを支点として、周壁のうち周方向で一対の角部３３ａの外側となる部分に作用する。そして、この力は、その部分を周方向に広げ、鋼管Ｓを拡径させるような力となっている。

また、保持機構２によって保持されている状態では、鋼管Ｓは、第２フレーム３１及びラム３３によって挟持されることによって持ち上げられて、第２ベースプレート２０からわずかに離間した状態になっている。

次に、刃部１４を、上方向に移動させた後、軸線方向に移動させて鋼管Ｓを切断する（図６／ＳＴＥＰ３）。

具体的には、モータ１５で生成された回転駆動力によって、刃部１４を回転駆動させ、第１エアシリンダ１６の駆動力によって、仮想平面ｖ上で、刃部１４を上方に移動させて第２ベースプレート２０の溝２０ａから突出させ、第１可動プレート１２ごと刃部１４を軸線方向に移動させる。

ここで、刃部１４は、鋼管Ｓの周壁を切断する際には、その周壁のうち周方向で一対の角部３３ａの外側となる部分に当接する。その部分には、周壁を周方向に広げ、鋼管Ｓを拡径させるような力（すなわち、対向する切断面を離間させるような力）が加わっている。

そのため、図４及び図５に示すように、鋼管Ｓの内部にひずみによって対向する切断面を近接させるような応力が発生していたとしても、ラム３３及び第２フレーム３１による作用によって、その切断面が離間するように移動して鋼管Ｓは拡径する、又は、その切断面の近接が抑制される。

このとき、保持機構２によって保持された状態の鋼管Ｓは、刃部１４が突出する溝２０ａを有している第２ベースプレート２０から、わずかに離間した状態になっている。そのため、刃部１４によって切断された鋼管Ｓの切断面が離間するように移動した場合であっても、その切断面の周辺部は、第２ベースプレート２０に接触することはない。すなわち、第２ベースプレート２０によって、切断面の周辺部の離間が阻害されることはない。

一方、鋼管Ｓの外周面には、一対の第１フレーム３０が対向しており、且つ、一対の第１フレーム３０同士の間隔は、切断された鋼管Ｓが拡径した際に、鋼管Ｓの外周面に当接する大きさとなっている。これにより、切断面が過剰に離間されることが抑制されている。

最後に、刃部１４を下方に移動させるとともに、保持機構２による保持を解除して（図６／ＳＴＥＰ４）、管体切断方法を終了する。

以上説明したように、管体切断装置Ｃ及びそれを用いた管体切断方法によれば、保持された状態の鋼管Ｓには、その周壁の切断する部分を周方向に広げ、鋼管Ｓを拡径させるような力（すなわち、対向する切断面を離間させるような力）が加わっている。

そのため、保持された状態の鋼管Ｓを切断した際には、その力によって、鋼管Ｓの内部にひずみによって対向する切断面を近接させるような応力が発生していたとしても、その切断面が離間するように移動して鋼管Ｓは拡径する、又は、その切断面の近接が抑制される。

したがって、管体切断装置Ｃ及びそれを用いた管体切断方法によれば、対向する切断面を離間させているので、又は、その近接を抑制しているので、鋼管Ｓの切断面による刃部１４の挟み込みを抑制することができる。

ところで、試料を作成するに際しては、鋼管Ｓの周壁を周方向の所定の位置で縦割りした後（１回目の切断）、その鋼管Ｓを第１軸線ａ１周りに回転させて、周壁を１回目の切断とは周方向で異なる位置で縦割りして（２回目の切断）、鋼管Ｓを２分割する場合がある。そして、２回目の切断の切断位置によっては、切断されて切り離された部分が、落下等の意図しない方向に移動してしまい、刃部１４に接触してしまうおそれがある。

そこで、図３〜図５に示すように、管体切断装置Ｃでは、刃部１４の厚さ（ｄ３）を、軸線方向における第２フレーム３１の一対の縁部３１ｃ同士の間隔（ｄ２）よりも小さく形成している。すなわち、軸線方向から見て、１回目の切断の切断位置を、一対の縁部３１ｃの間に位置させることができるようになっている。

これにより、２回目の切断によって鋼管Ｓが２分割された際にも（すなわち、２つのパーツに切り離された際にも）、切り離された部分のいずれも、ラム３３の角部３３ａと第２フレーム３１の縁部３１ｃとによって保持される。その結果、切り離された部分の意図しない移動を抑制することができるようになっている。

なお、本発明の管体切断装置は、このような構成に限定されるものではない。例えば、管体に対して２回目の切断を行わない場合には、刃部の厚さを一対の外周側当接部材同士の間隔よりも大きくしてもよい。

以上、図示の実施形態について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、保持機構２に保持された鋼管Ｓに、切断機構１の刃部１４を当接する位置まで移動させた後、刃部１４を軸線方向に移動させて、鋼管Ｓを切断している。

しかし、本発明の管体切断装置は、このような構成に限定されるものではなく、保持機構に保持された管体を、切断機構で切断するものであればよい。例えば、保持機構で管体を保持した後、切断部材に対して保持機構を移動させて、管体を切断するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、鋼管Ｓの径方向の中心となる点（図４，図５における第１中心点ｃ１）とラム３３の一対の角部３３ａ同士の中心となる点（第２中心点ｃ２）とが、径方向で直線状に並んでいるので、本発明における第１平面及び第２平面は、いずれも仮想平面ｖと一致している。

しかし、本発明の管体切断装置はそのような構成に限定されるものではなく、第１平面は、管体を保持した状態でその管体の径方向の中心となる点と、一対の内周側当接部同士の中心となる点を通り、第２方向に延在する平面であればよい。また、第２平面は、管体を保持した状態でその管体の径方向の中心となる点を通り、第２方向に延在する平面であればよい。そのため、第１平面と第２平面とは異なる平面であってもよい。

また、上記実施形態では、第２ベースプレート２０に、切断対象である鋼管Ｓよりも軸線方向で長く、鋼管Ｓの外径よりも幅の狭い溝２０ａを、仮想平面ｖと重なる位置に設けている。また、一対の第１フレーム３０の間に、鋼管Ｓを挿通させている。そして、これらの構成により、管体切断装置Ｃでは、切断前における鋼管Ｓの位置が、切断のために好適な位置にある程度自動的に位置決めされるようになっている。

しかし、本発明の管体切断装置はそのような構成に限定されるものではなく、切断前における管体の位置決めを行うための構成を備えていなくてもよい。例えば、上記実施形態では、溝２０ａの幅を鋼管Ｓよりも大きくしたり、一対の第１フレーム３０の一方を省略したりしてもよい。

また、上記実施形態では、第２フレーム３１を、枠体とするとともに規制部材としている。しかし、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、枠体と規制部材とを別体としてもよい。

また、上記実施形態では、駆動機構である第２エアシリンダ３２によって、内周側当接部材であるラム３３が上方向に移動させられることによって、外周側当接部材である第２フレーム３１に対して近接させられて、第２フレーム３１とラム３３とで鋼管Ｓの周壁を挟持して、鋼管Ｓを保持するように構成されている。

しかし、本発明はこのような構成に限定されるものではない。例えば、外周側当接部材を移動可能にするとともに内周側当接部材を固定しにしてもよいし、外周側当接部材と内周側当接部材の両方を移動可能に構成してもよい。また、例えば、それらの移動方向は、周壁を挟持するためには径方向であればよいので、上下方向ではなく、左右方向であってもよい。

また、上記実施形態においては、保持機構２は、鋼管Ｓの両端部で周壁を保持している。しかし、本発明の保持機構はそのような構成に限定されるものではなく、管体の周壁に内周側及び外周側から当接することによってその周壁を挟持して、管体を保持するものであればよい。例えば、管体の中央部、又は、中央部及び少なくとも一方の端部で周壁を挟持してもよい。

ところで、外周側当接部と管体の外周面とが、管体の軸線方向から見て一点で接触している場合、外周側当接部からの力の方向によっては、切断中に、管体が、管体の軸線方向から見て左右方向に移動してしまうおそれがある。ひいては、切断面が湾曲して、切断面による刃部の挟み込みが生じてしまうおそれがある。

そこで、上記実施形態では、第２フレーム３１の凹部３１ｂの軸線方向から見た形状は、仮想平面ｖを挟んで左右対称な略矩形となっている。そして、第２フレーム３１は、鋼管Ｓを保持する際には、一対の外周側当接部である凹部３１ｂの一対の縁部３１ｃのみで、鋼管Ｓの周壁の外周面に当接している。すなわち、鋼管Ｓは、鋼管Ｓの軸線方向から見て仮想平面ｖを挟んで左右対称となる外周側の２点及び内周側の２点で保持されている。

これにより、上記実施形態では、内周側当接部であるラム３３の一対の角部３３ａ、及び、外周側当接部である第２フレーム３１の一対の縁部３１ｃから管体に対して加わる力が均一化して、切断中における管体の左右方向への移動を抑制することができるようになっている。ひいては、その移動に起因する刃部の挟み込みを防止することができるようになっている。

しかし、本発明の内周側当接部及び外周側当接部は、このような構成に限定されるものではなく、外周側当接部（ひいては、外周側当接部材）が一対の内周側当接部の周方向における内側に配置されていればよい。

例えば、第１平面（上記実施形態の仮想平面ｖ参照）からずれた位置に、一対の外周側当接部の中心となる点が位置していてもよい。また、例えば、外周側当接部は、必ずしも２点である必要はなく、平面であってもよいし、保持する鋼管の外周面に対応する円弧状の凹部であってもよい。

また、ところで、管体に生じているひずみによっては、管体を切断した際における管体の拡径の度合い（切断された部分の開き具合）は、軸線方向から見て、必ずしも左右対称とはならないことがある。そして、その開き具合が左右で異なると、それに伴ってこれから切断される部分における切断面が湾曲して、切断面による刃部の挟み込みが生じてしまうおそれがある。

そこで、上記実施形態では、一対の第１フレーム３０同士の間隔を、切断対象である鋼管Ｓの外径よりも大きく、且つ、ラム３３及び第２フレーム３１による作用によって切断された鋼管Ｓが拡径した際に、鋼管Ｓの外周面に当接する大きさとしている。

これにより、上記実施形態では、規制部材である第１フレーム３０によって鋼管Ｓの拡径（ひいては、切断された部分の開き具合）をある程度抑制して、切断された部分の開き具合が、左右である程度均一化されるように構成されている。その結果、これから切断される部分における切断面の湾曲を抑制して、それによって生じる、切断面による刃部の挟み込みの防止が図られている。

しかし、本発明の管体切断装置はそのような構成に限定されるものではない。例えば、切断対象となる管体のひずみが比較的小さなものである場合には、切断された部分の開き具合も小さくなる。そのような場合には、拡径の度合いが左右対称でなくても、これから切断される部分における切断面の湾曲も比較的小さく抑えられる。そのため、そのような場合には、規制部材を省略してもよい。

また、ところで、第２平面からずれた位置で管体を切断すると、軸線方向から見て刃部の左右に位置する管体の切断面の厚さが異なり、切断面から刃部に加わる力が左右で異なってしまうことがある。そして、その左右の力の差によって切断方向が湾曲させられて、刃部の挟み込みが生じてしまうおそれがある。

そこで、上記実施形態では、刃部１４は、仮想平面ｖ上（具体的には、第２平面上）を、軸線方向に移動して、鋼管Ｓを切断するように構成されている。このように第２平面上を刃部１４が移動するように構成すると（すなわち、第２平面と一致した面で鋼管Ｓを切断するように構成すると）、刃部１４の左右に位置する管体の切断面の厚さを均一化して、切断面から刃部に加わる力を左右で均一化することができる。

これにより、上記実施形態では、その左右の力の差による切断方向の湾曲を抑制して、それによって生じる、刃部１４の挟み込みの防止が図られている。

しかし、本発明の管体切断装置はそのような構成に限定されるものではなく、必ずしも、刃部は第２平面上を移動して、管体を切断しなくてもよい。例えば、上記実施形態において、刃部１４を軸線方向から見て横向きに配置して、切断の際に仮想平面ｖと交差する平面上を軸線方向に移動して、刃部１４が鋼管Ｓに左右いずれか一方側から接触するようにしてもよい。

１…切断機構、２…保持機構、１０…第１ベースプレート、１１…第１レール、１２…第１可動プレート、１２ａ…支持部材、１２ｂ…第１ガイド部材、１３…基台、１４…刃部、１５…モータ、１６…第１エアシリンダ、１７…アーム、２０…第２ベースプレート、２０ａ…溝、２１…第２レール、２２…第２可動プレート、２３…可動側保持機構、２４…固定側保持機構、２５…第１ボルト、２６…第３ボルト、３０…第１フレーム（枠体、規制部材）、３１…第２フレーム（外周側当接部材）、３１ａ…貫通孔、３１ｂ…凹部、３１ｃ…縁部（外周側当接部）、３２…第２エアシリンダ（駆動機構）、３２ａ…駆動軸、３３…ラム（内周側当接部材）、３３ａ…角部（内周側当接部）、３４…第２ガイド部材、Ｃ…管体切断装置、Ｓ…鋼管（管体）、ａ１…第１軸線、ａ２…第２軸線、ａ３…第３軸線、ｃ１…第１中心点、ｃ２…第２中心点、ｖ…仮想平面（第１平面、第２平面）。

Claims (7)

1. 管体の周壁に内周面側及び外周面側から当接することによって該周壁を挟持して該管体を保持する保持機構と、前記保持機構に保持された前記管体を機械的切断する切断機構とを備えている管体切断装置であって、
   前記管体を保持した状態で該管体の周方向となる方向を第１方向とし、該管体の軸線方向となる方向を第２方向とし、
   前記保持機構は、前記周壁の内周面に当接する内周側当接部材と、前記周壁の外周面に当接する外周側当接部材とを備え、
   前記内周側当接部材は、前記周壁の内周面に当接する一対の内周側当接部を有し、
   前記一対の内周側当接部は、前記第１方向で、互いに間隔を存して配置され、
   前記外周側当接部材は、前記一対の内周側当接部の前記第１方向における内側に配置され、
   前記切断機構は、前記第２方向に移動する刃部を備え、
   前記刃部は、前記一対の内周側当接部の前記第１方向における外側に配置されていることを特徴とする管体切断装置。
2. 請求項１に記載の管体切断装置において、
   前記管体を保持した状態で該管体の径方向の中心となる点と前記一対の内周側当接部同士の中心となる点を通り、前記第２方向に延在する平面を第１平面とし、
   前記外周側当接部材は、前記周壁の外周面に当接する一対の外周側当接部を有し、
   前記一対の外周側当接部は、前記第１方向で、互いに間隔を存し、且つ、前記第２方向から見て、前記第１平面を挟んで配置されていることを特徴とする管体切断装置。
3. 請求項２に記載の管体切断装置において、
   前記刃部の厚さは、前記一対の外周側当接部同士の間隔よりも小さいことを特徴とする管体切断装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の管体切断装置において、
   前記管体を保持した状態で該管体の径方向の中心となる点を通り、前記第２方向に延在する平面を第２平面とし、
   前記刃部は、前記第２平面上を前記第２方向に移動して、前記管体を切断することを特徴とする管体切断装置。
5. 請求項４に記載の管体切断装置において、
   前記第２方向から見て、前記第２平面を挟んで互いに対向し、且つ、前記管体を保持した状態で該管体の外周面に所定の間隔を存して対向する一対の枠体を備えていることを特徴とする管体切断装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の管体切断装置において、
   前記第２方向から見て、互いに対向するように配置された一対の規制部材を備え、
   前記一対の規制部材同士の間隔は、切断対象となる前記管体の外径よりも大きく、且つ、前記内周側当接部材及び前記外周側当接部材が当接することによって保持された前記管体が切断されて該管体が拡径した際に、該管体の外周面に当接する大きさであることを特徴とする管体切断装置。
7. 管体の周壁に内周面側及び外周面側から当接することによって該周壁を挟持して該管体を保持し、保持された前記管体を該管体の軸線方向に機械的切断する管体切断方法であって、
   前記周壁の内周面に、前記管体の周方向に間隔を存して配置されている一対の内周側当接部を当接させるとともに、前記周壁の外周面の前記一対の内周側当接部の当接位置よりも前記周方向における内側となる位置に、外周側当接部を当接させて、前記一対の内周側当接部と前記外周側当接部とによって前記周壁を挟持して前記管体を保持するステップと、
   前記一対の内周側当接部の当接位置よりも前記周方向における外側となる位置で、保持された前記管体を前記管体の軸線方向に切断するステップとを備えていることを特徴とする管体切断方法。

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