JP3310509B2 - 管状部材の横孔形成方法及び送水管の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は管状部材の横孔形成
方法に係り、特に、金属製パイプ等の管状部材の周面
に、その周縁部が外側に突出した形状の横孔を塑性変形
を利用して形成する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、図１に示すように消防用
の給水栓の部品として形成された双口送水管１０を製造
する場合、双口送水管１０の上部に形成される送水口１
１には突出したフランジ部１２を形成する必要があり、
このような形状を形成する場合には、通常は当該形状に
応じた鋳型を形成し、この鋳型を用いて鋳造により形成
している。

【０００３】しかし近年、国内においては製造コストの
低減に対する要求が厳しく、また、鋳造によって形成さ
れた送水管では、鋳造材料の腐食等に起因した劣化が問
題となっており、送水管として充分な強度を確保しつ
つ、送水管の製造コストの低減や耐久性の向上を図る必
要が生じている。これらの製造コストの低減、耐久性の
向上等を図るためには、例えば管状部材を素材として使
用し、これを加工することによって、上記のような双口
送水管１０を製造する方法が考えられる。

【０００４】管状部材に上記送水口１１のような横孔を
形成する場合には、管状部材の周面を切断機を用いて単
に切断することにより開口させるか、管状部材の内部に
ダイを挿入した状態で、管状部材の外部からプレスで型
抜きをすることによって周面を開口させる方法等が考え
られる。

【０００５】ここで、上記送水口１１にはその周縁部が
外側に突出した形状のフランジ部１２を形成する必要が
あり、このフランジ部１２を形成するには、上記工程の
後にリング状の短管を溶接する等の作業が必要となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の横孔形成方法では、フランジ部１２を溶接によって
取り付ける必要があるため、管状部材の素材によって、
例えばステンレス管を使用する場合には溶接が困難であ
り、加工コストが高くなるとともに、溶接部は強度劣化
を来す可能性が高く、溶接部の強度を安定的に確保する
ことが困難であるという問題点がある。

【０００７】また、プレスにより横孔を形成する場合に
は、プレス加工に必要なダイ等の型部材を管状部材の内
部に収容する必要があり、そのために開放された端部を
横孔形成部の近傍に設ける必要があることから、管状部
材を短く切断して、横孔加工を施した後に再び溶接等に
より接続する等の作業が必要になり、却って製造時の手
間やコストがかかるという問題点もある。

【０００８】そこで、本発明は上記問題点を解決するも
のであり、その課題は、管状部材を切断する必要なく、
フランジ部（突出した開口縁部）を備えた強度の高い横
孔を低コストかつ容易に形成できる新規の加工方法を実
現することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明が講じた手段は、管状部材の周面に該管状部材
の軸線方向に長軸を有する略長円形状若しくは略楕円形
状の開口部を形成し、前記管状部材の内部に、上部の横
断面形状を前記開口部の形状に類似し前記開口部に挿通
され得る略長円形状若しくは略楕円形状とし、下部の横
断面形状を前記開口部の前記軸線方向の長さよりも大き
い直径を備えた所望の孔形状に一致させ、上部から下部
に至るまで円滑な曲面形状に仕上げられた表面を備えた
下広形状の型体を収容し、前記開口部を通して外部に引
き出された牽引部材を該型体の上端に接続して前記型体
を前記牽引部材を介して引き出すことにより、前記管状
部材の周面に所望の開口形状を備え、周縁部が外側に突
出した横孔を開孔することを特徴とする管状部材の横孔
形成方法である。

【００１０】この方法によれば、管状部材の略長円形状
若しくは略楕円形状の開口部から型体を引き出すことに
よって、開口部の周縁部を外側へ引き出しながら最終的
に型体の下部の横断面形状に合致した所望の開口断面を
持つ横孔を形成することができる。この場合に、開口部
は略長円形状若しくは略楕円形状に形成されているの
で、開口部における軸線方向の端縁部よりも周回方向の
端縁部の方が変形幅が大きく、外側ヘ引き出される肉の
量は多いが、一方、管状部材の周面形状により軸線方向
の端縁部の方が周回方向の端縁部よりも外側へ出ている
ため、結果としては外側へ突出形成される横孔の開口縁
部の端面をほぼ平坦に形成することができる。

【００１１】この方法では、管状部材に形成した横孔の
開口縁部の塑性変形量を全周にわたってほぼ均一にし、
開口縁部の厚さも管壁の厚さとほぼ同様にすることがで
きるため、横孔近傍の強度を確保することができる。ま
た、型体を開口部の外側へ引き抜くようにして加工する
ため、長管や端部の閉鎖した管でも支障なく横孔を形成
できる。例えば、一つの横孔の加工が終了したら型体を
管の軸線方向に移動させて次の横孔の加工ができるの
で、管に複数の横孔を連続して形成することも可能であ
る。

【００１２】ここで、前記開口部を、前記軸線方向の両
端に存在する一対の端縁部と、前記軸線方向とは直交す
る前記管状部材の周回方向の両端に存在する一対の端縁
部との間に、長円形状若しくは楕円形状よりも前記開口
部の中心寄りに張出した張出部を有する開口形状に形成
することが好ましい。

【００１３】この方法によれば、開口部の開口縁に４箇
所の張出部を設けることによって、外側へ突出形成され
る横孔の開口縁部の端面をさらに平坦に形成することが
できるとともに、開口縁の部分に負担をかけることなく
円滑に塑性変形を施すことができるため、開口縁部の強
度をさらに向上させることができる。ここで、張出部の
張出量は、管状部材の径や肉厚、形成しようとする横孔
の径等によって適宜調節するべきである。

【００１４】また、前記型体を、前記牽引部材に牽引さ
れて引き出される際に、前記開口部における前記軸線方
向の両端に存在する一対の端縁部よりも、前記軸線方向
とは直交する前記管状部材の周回方向の両端に存在する
一対の端縁部に対して先行して開孔変形作用を与える形
状に形成することが好ましい。

【００１５】このようにすると、最初に型体によって変
形を受けるのは大きな変形幅を有する周回方向の端縁部
であり、この端縁部が変形を受けて後に、変形幅の少な
い軸線方向の端縁部が変形を受けることとなる。このた
め、変形幅の少ない軸線方向の端縁部のみ最初に変形さ
せられることによって端縁部が割れたり、肉厚が不均一
になったりすることが防止される。

【００１６】さらに、前記型体の下部周面には、上記所
望の孔形状に形成された横断面形状の部分に続いて形成
された拡径部を設けることが好ましい。

【００１７】この場合には、型体により、外側に突出形
成された開口縁部を備えた横孔が形成された後に、横孔
の内側縁部に拡径部が当接し、横孔の内面側が拡径部に
対応した形状に成形されるため、横孔の内側縁部を所望
形状に成形することができるとともに、開口縁部の剛性
を高めることができる。

【００１８】また、前記牽引部材を可撓性の条体で構成
することが好ましい。この場合には可撓性の条体で牽引
することによって、横孔及びその開口縁部の形成方向を
牽引方向に精度良く規定することができるので、牽引方
向を設定するだけで高精度の加工を施すことができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照して本発明
に係る管状部材の横孔形成方法の実施形態を説明する。
図２及び図３は本実施形態の加工工程を示す説明断面
図、図４（ａ）は本実施形態に用いるステンレス管の表
面に予め形成した開口部を示す平面図、図４（ｂ）は、
図２及び図３に示す加工工程に使用する支持体の構造を
示す縦断面図である。

【００２０】本実施形態では、まず、図４（ａ）に示す
ように、ステンレス管２０の表面に開口部２１をプラズ
マ切断機、レーザ加工機等の金属カッタにより形成す
る。この開口部２１は以下のようにして形成される。最
初に、形成すべき横孔の形状を示す横孔予定枠Ｐの内部
に包含される基準枠Ｈを決定する。この基準枠Ｈは、ス
テンレス管２０の軸線方向に長軸Ｌを有し、ステンレス
管２０の周回方向に短軸Ｓを有する略長円形状若しくは
略楕円形状である。

【００２１】基準枠Ｈの大きさや長軸と短軸の比率は、
ステンレス管の径及び肉厚、形成する横孔の径、形成す
る予定の上記フランジ部１２の突出長さ等に応じて調整
するべきであるが、この場合、基準枠Ｈの長軸Ｌは例え
ば横孔予定枠Ｐの直径の約７０〜９０％程度に、基準枠
Ｈの短軸Ｓは横孔予定枠Ｐの直径の３０〜６０％程度に
設定される。これらの値は、後述する塑性加工工程にお
いて、形成されたフランジ部１２の端部がほぼ平坦に形
成されるように試行錯誤によって調整される。

【００２２】上記開口部２１を基準枠Ｈのまま形成し
て、後述する塑性加工を行ってもよいが、フランジ部１
２の強度を確保し、フランジ部１２の端部をより平坦に
形成するためには、以下のように開口部２１の周縁部に
張出部２１ｃを設ける必要がある。この張出部２１ｃ
は、基準枠Ｈの短軸Ｓに沿った端縁部２１ａと、同長軸
Ｌに沿った開口部２１の端縁部２１ｂとの間の周縁部４
か所に設けられる。

【００２３】例えば、３．５ｍｍの肉厚で外径４インチ
のステンレス管に内径８０ｍｍの横孔を形成する場合に
は、図４（ａ）に示す基準枠Ｈは、平面に投影した形状
を長軸Ｌ＝６５ｍｍ、短軸Ｓ＝３５ｍｍの楕円とし、張
出部２１ｃの先端部を基準枠Ｈの線上よりも中心点寄り
に３〜４ｍｍだけ突出させ、張出部２１ｃの先端部及び
根本部の曲率を共に半径６５ｍｍとする。

【００２４】この開口形状は、横孔の内径が５０ｍｍ〜
９０ｍｍの範囲内にある場合には、そのまま横孔の内径
の比率により拡縮した相似形とすればよい。上記開口形
状は、横孔の内径を１００％とした場合、長軸Ｌが約８
１％、短軸Ｓが約４４％、張出部の先端部の曲率が約８
１％である。なお、横孔の内径はステンレス管の内径以
下の任意の形状に設定することが可能であるが、加工の
容易な範囲は、横孔の内径がステンレス管の外径の約８
５％程度までである。

【００２５】次に、上述のように形成した開口部２１を
有するステンレス管２０を、図４（ｂ）に示すように、
ステンレス管２０の外径とほぼ一致する内径の円筒面を
備えた断面馬蹄形の支持体３０の内部に挿通する。この
支持体３０の中央部には、上記横孔予定枠Ｐよりもやや
大きい径の円孔３１が形成されている。ステンレス管２
０の上記開口部２１は、この円孔３１の中心部に来るよ
うに位置決めされる。

【００２６】図２は、ステンレス管２０の塑性加工工程
の初期状態を示す縦断面図である。ステンレス管２０を
支持体３０の内部に収容して、支持体３０を図示しない
基台に固定した状態とする。そして、ステンレス管２０
の内部に型体４０を配置し、型体４０の上部４０ａから
下部４０ｂまで穿設された中心孔４０ｃ内に牽引軸４２
を挿入し、牽引軸４２の下端に形成されたネジ部４２ａ
を中心孔４０ｃの下端に形成されたザグリ部４０ｄ内に
収容されたナット４１に螺合させてある。

【００２７】牽引軸４２は牽引軸４３と自在継手構造に
より連結され、牽引軸４３はさらに牽引軸４４と自在継
手構造により連結されている。これらの牽引軸４２、４
３、４４は全体として可撓性の牽引部材を構成し、その
上端部に図示しない油圧シリンダが取り付けられ、型体
４０を牽引部材を介して上方へ引き上げることができる
ようになっている。なお、牽引部材は、上記のように強
度が充分であり全体として見た場合に可撓性のある条体
で構成されることが好ましく、例えば、金属製のチェー
ン、鋼線を束ねたワイヤ等を使用することもできる。

【００２８】図３は、上記型体４０を油圧シリンダによ
って引き上げた状態を示すものである。型体４０を油圧
によりゆっくりと引き上げると、ステンレス管２０は支
持体３０により支持されているので、型体４０はステン
レス管２０の開口部２１から外側に抜け出ようとして、
開口部２１の周縁部を押し広げながら上昇する。型体４
０を徐々に引き上げて、図３に示す状態で引き上げを停
止するか、或いはそのまま型体４０を外側に引き出して
しまうことにより、開口部２１は型体４０の下部４０ｂ
の横断面形状とほぼ一致した開口形状に成形され、同時
に管肉の一部が上方へと突出してフランジ部２２が形成
される。

【００２９】図５は、型体４０の最も好ましい形状を示
すものである。型体４０としてはなるべく硬度の高い鋼
材を適宜加工して形成される。なお、図５内には参考と
して成形前のステンレス管２０の開口部２１の形状を点
線で示してある。図５に示すように、型体４０は上部４
０ａの横断面形状が開口部２１内に包含されるように、
すなわち上部４０ａが完全に開口部２１に挿通可能にな
るように形成されているとともに、その横断面形状が開
口部２１の開口形状と類似するように長円形状若しくは
楕円形状に成形されている。

【００３０】一方、型体４０の下部４０ｂの横断面形状
は、最終的にステンレス管２０に形成される横孔の開口
形状と一致する形状に形成されている。そして、上記の
上部４０ａの横断面形状部と下部４０ｂの横断面形状部
との間は、両断面形状部を円滑に繋げるように、滑らか
な曲面状の表面状態に仕上げられている。

【００３１】このような型体４０を用いることによっ
て、開口部２１は当初の略長円形状から最終的に所望の
横孔の開口形状（図５に示す型体を使用する場合には円
形）に滑らかに変形されるとともに、フランジ部２２の
端面部２２ａがほぼ全周囲にわたって平坦になるように
形成される。

【００３２】型体４０は、特に図５に示すように、ステ
ンレス管２０の軸線方向に沿って、すなわち開口部２１
の長軸Ｌに沿って切断した場合（図５（ｂ））の周面の
輪郭線Ｘと、ステンレス管２０の周回方向に沿って、す
なわち開口部２１の短軸Ｓに沿って切断した場合（図５
（ｃ））の周面の輪郭線Ｙとを異なる傾向の曲線で構成
して、型体４０を引き上げる際に、開口部２１の周縁部
のうち端縁部２１ａが先に型体４０の周面に当接して塑
性変形し、その後、端縁部２１ｂが型体４０の周面に当
接して塑性変形するようにすることが好ましい。

【００３３】このようにするには、例えば、型体４０の
周面を輪郭線Ｘの部分では上部４０ａ近傍では比較的急
傾斜に形成し、下部４０ｂに進むに従って周面の傾斜が
緩やかになるように構成し、一方、輪郭線Ｙの部分では
上部４０ａ近傍から周面を比較的緩やかに傾斜させれば
よい。このようにするのは、開口部２１の端縁部２１ｂ
の部分を先に変形させると、開口部２１の端縁部２１ｂ
と横孔予定枠Ｐの枠線との間隔は端縁部２１ａと横孔予
定枠Ｐの枠線との間隔よりも小さいため、急激な変形に
より当該端縁部２１ｂが割れてしまったり、端縁部２１
ｂの部分が薄肉になってしまうためである。端縁部２１
ａの方を先に変形させることによって、変形幅に余裕が
ある端縁部２１ａが先に上方へ突出するため、その後の
塑性変形によっても端縁部２１ｂの部分に肉が足りなく
なるという事態は回避され、端縁部の割れや薄肉化が防
止される。

【００３４】上記のように、本実施形態では、ステンレ
ス管２０の内部に収容した型体４０を引き上げることに
よって、予め形成した開口部２１を塑性変形させるの
で、容易に所望の開口断面を備えた開口部２１で構成さ
れる横孔を形成することができるとともに、同時にフラ
ンジ部２２を形成することができる。ここで、フランジ
部２２の端面部２２ａの平坦性は開口部２１の図４に示
す当初の開口形状によってほぼ確保される。

【００３５】また、この型体４０の引き上げ時には、牽
引部材４２，４３，４４のように可撓性のある部材を用
いることにより、牽引部材の形状等に拘わらず、常に牽
引方向を設定するだけで、開口形状及びフランジ部の形
状を牽引方向に対して真っ直ぐに成形できる。

【００３６】図６及び図７は本発明の別の実施形態を示
すものである。この実施形態では、図６に示すように、
型体５０を用いる他は上記の実施形態と同様である。型
体５０は上部５０ａから下部５０ｂまで上記型体４０と
同様の形状を有し、下部５０ｂの断面形状は最終的に形
成される横孔の開口形状にほぼ一致した形状となってい
る。この型体５０においては、下部５０ｂの更に下方に
新たな下端構造を形成している。この下端構造には、下
部５０ｂの表面に続いて下方に裾広がり状に形成され、
垂直面に対して所定の傾斜角（例えば３０度〜６０度）
を備えた傾斜面部５０ｅが設けられている。

【００３７】上述の実施形態と同様に、油圧シリンダに
より型体５０を上方へ引き上げてゆくと、図６に示すよ
うにステンレス管２０の開口部２１が塑性変形され、所
望の開口形状に成形されるとともに、フランジ部２２が
突出形成される。この状態からさらに型体５０を上方へ
引き上げると、図７に示すように傾斜面部５０ｅが開口
部２１の内側縁部に当接し、内側縁部を傾斜面部５０ｅ
に合致した形状に成形する。

【００３８】上記傾斜面部５０ｅが開口部２１の内側に
圧接されると、必要とされる油圧シリンダの引き上げ圧
力は、それ以前に必要とした引き上げ圧力よりも急激に
増大する。この場合、油圧シリンダの油圧制御を定圧制
御方式とすれば、図７に示す状態で型体５０の引き上げ
が停止するように、制御圧力を所定の圧力値に予め設定
すればよい。また、油圧シリンダの油圧制御を、型体５
０の引き上げ速度を一定とする制御方式とした場合も、
図７に示す状態で油圧は急激に増大するため、上限圧力
を予め決めておき、その上限圧力に達した時点で引き上
げを終了するように設定すればよい。

【００３９】このように、傾斜面部５０ｅにより開口部
２１の内側縁部を成形することによって、フランジ部２
２の内側縁部は傾斜面部５０ｅの表面に合致した形状に
リング状に成形されるため、横孔の内側寸法を精度良く
出すことができるとともに、フランジ部２２の基部の構
造的均一性を得ることができ、特に軸線と交差する端縁
部２か所と、周回方向の線分と交差する端縁部２か所と
の間の塑性変形量の相違に基づく強度的な相違を低減す
ることができ、全体として横孔近傍の強度を向上させる
ことができる。また、傾斜面部５０ｅによる成形によっ
て、フランジ部２２の内側縁部に、送水弁を取り付ける
際の所望の段差部を横孔形成工程において同時に設ける
ことができるという利点もある。

【００４０】なお、上記の傾斜面部５０ｅは所定の角度
で傾斜したテーパ面として形成されているが、横孔の開
口縁部の形状を整えるとともに剛性を高めるには、例え
ば段差状に径が不連続に大きくなっていてもよいなど、
型体の下部周面に続いて径の拡大した拡径部が形成され
ていれば同様の効果を得ることができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、管
状部材の略長円形状若しくは略楕円形状の開口部から型
体を引き出すことによって、開口部の周縁部を外側へ引
き出しながら最終的に型体の下部の横断面形状に合致し
た所望の開口断面を持つ横孔を形成することができると
同時に、その周囲に外側へ突出した開口縁部を形成で
き、その開口縁部の端面をほぼ平坦に形成することがで
きる。ここで、管状部材に形成した横孔の開口縁部の塑
性変形量を全周にわたってほぼ均一にし、開口縁部の厚
さも管壁の厚さとほぼ同様にすることができるため、横
孔近傍の強度を十分に確保することができる。また、型
体を開口部の外側へ引き抜くようにして加工するため、
長管や端部の閉鎖した管でも支障なく横孔を形成できる
など、低コストかつ容易に横孔加工ができるという顕著
な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を用いて加工する場合に好適な加工対象
物としての送水管の形状を示す斜視図である。

【図２】本発明の塑性加工工程の初期状態を示す縦断面
図である。

【図３】同工程の塑性加工中の状態を示す縦断面図であ
る。

【図４】ステンレス管の開口部形状を示す平面図（ａ）
及びステンレス管を支持する支持体の構造を示す縦断面
図（ｂ）である。

【図５】型体の形状を示す平面図（ａ）、縦断面図
（ｂ）及び（ｂ）の断面と直交する面で切断した状態を
示す縦断面図（ｃ）である。

【図６】異なる実施形態の塑性加工工程の初期状態を示
す縦断面図である。

【図７】異なる実施形態の塑性加工中の状態を示す縦断
面図である。

【符号の説明】

２０ ステンレス管 ２１ 開口部 ２２ フランジ部 ２２ａ 端面部 ３０ 支持体 ３１ 円孔 ４０、５０ 型体 ４０ａ，５０ａ 上部 ４０ｂ，５０ｂ 下部 ４２，４３，４４ 牽引軸 ５０ｅ 傾斜面部

フロントページの続き (72)発明者 矢島 哲男 長野県茅野市ちの2764番地７ 長野精工 金属株式会社内 (72)発明者 寺平 誠 長野県上伊那郡飯島町飯島260番地 有 限会社南原工業内 (56)参考文献 特開 昭54−10266（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−31076（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−31075（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−56156（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−34522（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−121834（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21D 19/08 B21C 37/29

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管状部材の周面に該管状部材の軸線方向
   に長軸を有する略長円形状若しくは略楕円形状の開口部
   を形成し、 前記管状部材の内部に、上部の横断面形状を前記開口部
   の形状に類似し前記開口部に挿通され得る略長円形状若
   しくは略楕円形状とし、下部の横断面形状を前記開口部
   の前記軸線方向の長さよりも大きい直径を備えた所望の
   孔形状に一致させ、上部から下部に至るまで円滑な曲面
   形状に仕上げられた表面を備えた下広形状の型体を収容
   し、形成すべき横孔よりもやや大きな径の円孔を備え、前記
   管状部材の外径とほぼ一致する内径の円筒面を備えた断
   面馬蹄形の支持体内に前記管状部材を挿通し、前記支持
   体を固定した状態で、 前記開口部を通して外部に引き出
   された牽引部材を該型体の上端に接続して前記型体を前
   記牽引部材を介して引き出すことにより、 前記管状部材の周面に所望の開口形状を備え、周縁部が
   外側に突出した横孔を開孔することを特徴とする管状部
   材の横孔形成方法。
2. 【請求項２】 前記型体は、前記牽引部材に牽引されて
   引き出される際に、前記開口部における前記軸線方向の
   両端に存在する一対の端縁部よりも、前記軸線方向とは
   直交する前記管状部材の周回方向の両端に存在する一対
   の端縁部に対して先行して開孔変形作用を与える形状に
   形成されていることを特徴とする請求項１に記載の管状
   部材の横孔形成方法。
3. 【請求項３】 前記型体の下部周面には、上記所望の孔
   形状に形成された横断面形状の部分に続いて形成された
   拡径部を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２
   に記載の管状部材の横孔形成方法。
4. 【請求項４】 前記管状部材はステンレス管であること
   を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記
   載の管状部材の横孔形成方法。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に
   記載の管状部材の横孔形成方法を用いることを特徴とす
   る送水管の製造方法。