JP6801546B2 - 絞り圧延装置、それを用いた金属管の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、絞り圧延装置、それを用いた金属管の製造方法、及び、金属管に関する。

地すべりは、地中に生じたすべり面に沿って、すべり面の上方の地盤（地すべり土塊）が下方に移動する現象である。雨や雪等により地下水位が上昇し、地下水の浮力により、地すべり土塊が斜面にとどまることができないときに、地すべりが発生する。

このような地すべりを抑制する対策として、抑止工と抑制工とがある。抑止工は構造物の持つ抵抗力を利用して地すべりを停止させる対策であり、代表例としては坑打ち工がある。一方、抑制工は地形、地下水の状態などの自然条件を変化させる対策であり、代表例としては地下水排除工がある。地すべり対策の一例はたとえば、特開平８−１８４０５８号公報（特許文献１）に開示されている。

現在、地下水排除工として、横孔ボーリング排水工等が採用されている。このような排水工は、地中の地下水を排除し、地すべり土塊の含水率を低減することを目的としている。排水工では、仰角５〜１０度の勾配となる掘進を実施して、掘進後に、保孔管を挿入する。保孔管としては通常、表面に複数の貫通孔が形成された金属管が利用される。

しかしながら、保孔管の製造は煩雑であり、生産性が低い。金属管から保孔管を製造する場合、曲面にドリルやガスカット等で孔を空けなければならない。金属管を形成する前の金属板にドリルやガスカット等で孔を空けた後、その金属板を湾曲して金属管にする方法もある。しかしながら、いずれの方法も孔空け作業が煩雑であり、製造性が低い。

絞り圧延装置等、金属管を絞り圧延する装置を用いた場合、生産性が高まる。しかしながら、絞り圧延装置を用いた、地下水排除工用途の金属管の製造について、今まで検討されていない。

特開平８−１８４０５８号公報 特許第２８２０７６０号

本発明の目的は、特殊な形状の金属管の生産性を高めることができる絞り圧延装置、その絞り圧延装置を用いた金属管の製造方法、及び、地下水排除工用途に適した金属管を提供することである。

本実施形態による絞り圧延装置は、凹凸状の金属管を製造可能である。凹凸状の金属管は、中心軸周りに配置される複数の凸部と、複数の凸部の間に配置される複数の凹部とを含む外面を有し、凸部及び凹部が長手方向に延びる。絞り圧延装置は、圧延軸に沿って配列された１又は複数の仕上スタンドを備え、金属管を圧延軸に沿って絞り圧延する。仕上スタンドは、圧延軸周りに配置されたｎ個（ｎは２以上の自然数）のロールを含む。ｎ個のロールは前段の仕上スタンドに含まれるｎ個のロールから圧延軸周りに１８０°／ｎずれて配置される。仕上スタンドのｎ個のロールの各々は、カリバー部を有する。カリバー部は、底部と一対のフランジ部とを含む。底部は、カリバー部の中央に配置され、弓状の凹部を有する。一対のフランジ部は、カリバー部の両端部に配置され、各フランジ部は、ロールの最大径を有する山頂を含む。最後尾の仕上スタンドの各ロールのカリバー部の横断形状のうち、底部中央と山頂との間の部分は、圧延軸との間の距離が底部中央と圧延軸との間の第１距離よりも短い領域を含む。

本実施形態の絞り圧延装置では、最後尾のスタンドの孔型が円形状ではなく、円周方向に凹凸を有する。具体的には、カリバー部の底部及びフランジ部で圧延された部分が凸部に相当し、カリバー部の底部とフランジ部との間の部分で圧延された部分が凹部に相当する。本絞り圧延装置は、円形状の金属管を噛み出しながら絞り圧延することにより、上述の凹凸状の金属管を製造できる。

最後尾の仕上スタンドの各ロールにおいて、上記領域の少なくとも一部は、凸状に湾曲していてもよい。

この場合、最後尾の仕上スタンドのロールで金属管を変形しやすく、凹凸状の金属管を製造しやすい。

最後尾の仕上スタンドの各ロールのカリバー部の横断形状において、底部は第１距離よりも小さい半径の円弧部を含んでもよい。

この場合、凹凸状の金属管の凸部に曲率を持たせることができる。

上記フランジ部は、凸状に湾曲していてもよい。

この場合、絞り圧延時において、隣り合うフランジ部の間のギャップ部において金属管が噛み出したとき、噛み出し部分に疵が発生するのを抑制できる。また、金属管のうち、噛み出しにより形成された凸部の形状を、カリバー部の底部で形成された凸部の形状に近づけることができる。

最後尾の仕上スタンドの各ロールの幅をＷ（ｍｍ）とした場合、山頂は、ロールの縁からロールの中央に向かってロールの幅方向に０．０５Ｗ〜０．４０Ｗの範囲内に配置されてもよい。

好ましくは、上述の絞り圧延装置は、複数の仕上スタンドを備える。最後尾の仕上スタンドのロールのカリバー部における山頂でのロール径と底部中央でのロール径との差分は、最後尾の前段の仕上スタンドのロールのカリバー部における山頂でのロール径と底部中央でのロール径との差分よりも大きい。

この場合、絞り圧延時に仕上スタンドに過度の負荷を掛けることなく、凹凸状の金属管の凸部及び凹部の高低差を大きくすることができる。

上記絞り圧延装置はさらに、複数の粗スタンドを備えてもよい。複数の粗スタンドは、仕上スタンドよりも前段に、圧延軸に沿って配列される。粗スタンドの各々は、圧延軸周りに配置されたｎ個（ｎは２以上の自然数）の粗ロールを含み、ｎ個のロールは前段の粗スタンドに含まれるｎ個の粗ロールから圧延軸周りに１８０°／ｎずれて配置される。各粗スタンドのｎ個の粗ロールの各々は、横断形状が弓状又は円弧状のカリバー部を有する。複数の粗スタンドは、絞り圧延により、横断面が円形状の素管（金属管）を製造する。

上記の絞り圧延装置において、カリバー部は、リング形状であり、少なくとも３つ以上に分割可能なリング体からなってもよい。この場合、カリバー部は、底部と一対のフランジ部各々との境界で分割可能であるのが好ましい。さらに、一対のフランジ部の耐摩耗性は、底部の耐摩耗性よりも高いのが好ましい。

本実施形態の金属管の製造では、カリバー部の底部は摩耗しにくく、フランジ部が摩耗しやすい。すなわち、カリバー部の摩耗の進行は、カリバー部の領域によって異なる。したがって、カリバー部が分割可能なリング体からなる場合、カリバー部の摩耗の進行が進み、交換が必要な領域のみを交換できる。また、フランジ部の耐摩耗性が底部の耐摩耗性よりも高ければ、交換頻度を低減することができる。これにより、カリバー部全域を交換する場合に比べて、コストが削減でき、交換時間も短縮できる。

本実施形態による金属管の製造方法は、素管を準備する工程と、上述の絞り圧延装置を用いて、素管を噛み出しながら絞り圧延する工程とを備え、中心軸周りに配置される複数の凸部と、複数の凸部の間に配置される複数の凹部を含み、凸部及び凹部が長手方向に延びる外周面を有する凹凸状の金属管を製造する。

本実施形態の製造方法では、上述のカリバー部を有するロールを備える仕上スタンドを用いることにより、凹凸状の金属管を製造できる。

本実施形態の金属管は、地すべり対策の地下水排除工用の凹凸状の金属管である。本金属管は、中心軸周りに配置される複数の凸部と、複数の凸部の間に配置される複数の凹部を含み、凸部及び凹部が長手方向に延びる外面を有する。

本実施形態の金属管を土塊に埋め込むと、金属管の凹部に土塊の地下水が貯留され、外部に搬送される。そのため、本金属管は地下水排除工用途に利用可能である。

図１は、地下水排除工を説明するための地すべり対策の模式図である。 図２は、本実施形態の地下水排除工用の金属管の斜視図である。 図３は、図２に示す金属管を地下水排除工用途に用いた場合の模式図である。 図４は、第１の実施の形態における絞り圧延装置の側面図である。 図５は、図４中のスタンドの正面図である。 図６は、図５のスタンドの後段のスタンドの正面図である。 図７は、図４に示す絞り圧延装置を用いた絞り圧延の説明をするための模式図である。 図８は、図４に示す絞り圧延装置において、最後尾の仕上げスタンドのロールのカリバー部近傍の横断面図である。 図９は、ロール１０Ａを有する仕上スタンドの絞り圧延直前の正面図である。 図１０は、図９に続くものであって、絞り圧延中の仕上スタンドの正面図である。 図１１は第２の実施の形態における絞り圧延装置の側面図である。 図１２は、複数の仕上スタンドのうち、最後尾の仕上スタンドのロールと、その前段の仕上スタンドのロールとの横断面図である。 図１３Ａは、第３の実施の形態におけるロールの正面図である。 図１３Ｂは、図１３Ａのロールの分解図である。 図１４は、実施例のシミュレーションに用いた素材の応力−ひずみ曲線図である。 図１５は、実施例において１台の仕上スタンドで絞り圧延して得られた金属管のプロファイル図である。 図１６は、実施例において２台の仕上スタンドで絞り圧延して得られた金属管のプロファイル図である。

以下、本実施形態について詳述する。図中同一又は相当部分には、同一符号を付してその説明を援用する。

［地下水排除工用の金属管の形状］
本発明者は、地下水排除工用途の金属管の形状について検討した。従前の保孔管では、貫通孔を介して土塊中の地下水を管内へ導き、外部へ搬送する。しかしながら上述のとおり、保孔管の製造では孔空け加工が必要なため煩雑であり、生産性が低い。

そこで本発明者は、孔空け加工を実施しなくても土塊中の地下水を貯留及び搬送可能な金属管の形状を検討した。その結果、中心軸周りに複数の凸部及び複数の凹部が交互に配列された外面を有する金属管を用いれば、土塊中の地下水を搬送可能であり、地下水排除工用途に適することを見いだした。以下、この点について詳述する。

図１は、地下水排除工を説明するための地すべり対策の模式図である。図１を参照して、地すべりは、地中２００に生じたすべり面２０１に沿って、すべり面２０１の上方の地盤である地すべり土塊２０２が下方に移動する現象である。この地すべりを防止する対策としては、抑止工（３０１、３０２、３０６）と、抑制工（３００、３０３、３０４、３０５）とがある。

抑止工は構造物の抵抗力により地すべりを物理的に停止させる対策である。図１中のアンカー工３０１、土留工３０２及び杭打工３０６がこれに相当する。一方、抑制工は土塊中の地下水状態等の自然条件を変化させることにより、地すべりの発生を抑制する対策である。図１中の横孔ボーリング排水工３００、集水井工３０３、集水ボーリング工３０４及び排水ボーリング工３０５がこれに相当する。地下水排除工は抑制工の一種であり、横孔ボーリング排水工３００、集水ボーリング工３０４及び排水ボーリング工３０５が含まれる。

これらの地下水排除工には、上述のとおり、地下水を貯留及び外部に搬送する金属管が使用される。この地下水排除工用金属管として、図２に示す形状の凹凸状の金属管を使用する。

図２を参照して、地下水排除工用の金属管１００は、複数の凸部１０２と、複数の凹部１０３とを含む外面１０１を備える。外面１０１中の複数の凸部１０２は、中心軸Ｃ周りに配置される。凹部１０３は、隣り合う凸部１０２の間に配置される。つまり、複数の凸部１０２と複数の凹部１０３とは、円周方向（中心軸Ｃ周り）に交互に配列される。凸部１０２及び凹部１０３はいずれも、金属管１００の長手方向に延びる。

金属管１００の内面も同様に、複数の凸部及び複数の凹部を含む。内面の凹部は外面１０１の凸部１０２に対応して配置され、内面の凸部は外面１０１の凹部１０３に対応して配置される。しかしながら、内面の形状は特に限定されない。

このような形状を有する凹凸状の金属管１００は、地下水排除工用途に適する。図３は、金属管１００を地下水排除工用途に用いた場合の模式図である。図３を参照して、金属管１００の外面を、被覆材４０１で覆う。被覆材４０１は、水を浸透可能であり、土の侵入を抑制する布材やネット等である。

被覆材４０１で覆われた金属管１００を、横孔ボーリング排水工３００、集水ボーリング工３０４及び排水ボーリング工３０５で地中に挿入する。この場合、被覆材４０１と凹部１０３との隙間に地下水４００が侵入し、貯留されながら外部に搬送される。このように、金属管１００は、地下水排除工用途に利用された場合、長手方向に延びる凹部１０３に地下水４００を貯留して外部に搬送することができる。したがって、金属管１００は地下水排除工用途に適する。

地下水排除工用途の凹凸状の金属管１００を、特許第２８２０７６０号（特許文献２）に記載されるような引抜き加工で製造する方法が考えられる。しかしながら、凹凸状の金属管を引抜き加工で製造する場合、生産性が低い。

そこで本発明者は、上記金属管１００を絞り圧延装置を用いて製造すれば、生産性を高められることを見いだした。以下、本実施形態の絞り圧延装置及び金属管１００の製造方法について詳述する。

［第１の実施の形態］

［絞り圧延機の全体構成］
図４は本実施形態の絞り圧延装置の側面図である。図４を参照して、絞り圧延装置は、粗スタンド群２と、仕上スタンドＦＳＴ１とを備える。

粗スタンド群２及び仕上スタンドＦＳＴ１とは、圧延軸（パスライン）Ｃに沿って配列される。仕上スタンドＦＳＴ１は、粗スタンド群２の後段に配置される。

粗スタンド群２は、複数の粗スタンドＩＳＴ１〜ＩＳＴｍ（ｍは２以上の自然数）を備える。各粗スタンドＩＳＴ１〜ＩＳＴｍは、圧延軸Ｃに沿って一列に配列される。以下、各粗スタンドＩＳＴｉ（ｉは自然数）及び仕上スタンドＦＳＴｉ共通の説明をする場合、スタンドＳＴｉと称する。

図５は、図４中のスタンドＳＴｉ−１の正面図であり、図６は、図５のスタンドＳＴｉ−１の後段のスタンドＳＴｉの正面図である。図５及び図６を参照して、各スタンドＳＴｉは、３個のロール１０を含む。

３個のロール１０は、圧延軸Ｃ周りに配置される。より具体的には、３個のロール１０は互いに等間隔（１２０°おき）に配置される。

３個のロール１０は図示しない駆動源により回転する。たとえば、複数のロール１０は図示しないベベルギアにより互いに接続され、複数のロール１０のうちの１つを駆動源で回転させることにより、複数のロールが回転してもよい。他の方法により複数のロール１０が回転してもよい。

各スタンドＳＴｉの各ロール１０は、カリバー部３０を有する。カリバー部３０はロール１０の円周方向に延びる溝である。３つのロール１０のカリバー部３０により、孔型ＰＡが形成される。孔型ＰＡの断面積は、後段のスタンドＳＴｉのものほど小さくなる。

図５及び図６に示すとおり、スタンドＳＴｉの３つのロール１０は、前段のスタンドＳＴｉ−１の３つのロール１０から中心軸Ｃ周りに６０°ずれて配置される。

図７に示すとおり、素材である円形状の素管（金属管）９０は、圧延軸Ｃに沿って、各スタンドＳＴｉ（ＩＳＴ及びＦＳＴ）のロール１０の間を通って絞り圧延される。

本実施形態では、上述の凹凸状の金属管１００を製造するために、粗スタンド群２で横断面が円形状の金属管を縮径圧延し、その後、仕上スタンドＦＳＴで図２に示す凹凸状の金属管１００を製造する。

凹凸状の金属管１００を製造するために、最後尾の仕上スタンドＦＳＴのロール（仕上げロール）のカリバー形状は次のとおりとする。

［最後尾の仕上スタンドＦＳＴのロールのカリバー部］
図８は、最後尾の仕上スタンドＦＳＴのロール１０Ａのカリバー部近傍の横断面図（ロール１０Ａの回転軸Ｃ１を含む断面）である。図８を参照して、ロール１０Ａはカリバー部３０を含む。カリバー部３０はロール１０Ａの外面に、円周方向に沿って形成されている溝である。カリバー部３０は、底部３１と、一対のフランジ部３２とを含む。

底部３１は、カリバー部３０の中央に配置され、カリバー部３０の溝底に相当する。カリバー部３０の横断形状において、底部３１は、弓状の凹部を有する。底部３１は、ロール１０Ａのロール半径ｒが最小ｒｍｉｎとなる位置ＢＯを含む。位置ＢＯは底部中央である。以降の説明では、ロール半径ｒｍｉｎの位置を、底部中央ＢＯという。

一対のフランジ部３２は、カリバー部３０の両端に配置される。より具体的には、各フランジ部３２は、底部３１よりもロール１０Ａの縁ＥＧ寄りに配置される。フランジ部３２は、ロール半径ｒが最大ｒｍａｘとなる位置である山頂ＴＯを含む。

カリバー部３０のうち、底部中央ＢＯと山頂ＴＯとの間の部分は、圧下部ＲＡを含む。圧下部ＲＡでは、圧延軸Ｃとの間の距離Ｒ１が、底部中央ＢＯと圧延軸Ｃとの間の距離Ｒ０よりも短い。したがって、圧下部ＲＡは、圧延軸Ｃを中心とした半径Ｒ０の仮想円ＣＲ０の円弧よりも圧延軸Ｃ寄りに配置される。

［金属管１００の製造方法］
最後尾の仕上スタンドＦＳＴのロール１０Ａは、上述の形状のカリバー部３０を有する。そのため、図２に示す凹凸状の金属管１００を製造できる。以下、金属管１００の製造方法について説明する。

初めに、横断面が円形状の素管（金属管）９０を準備する。本実施形態では、素管９０は粗スタンド群２で絞り圧延されて製造されたものである。準備された素管を仕上スタンドＦＳＴで絞り圧延する。

図９は、ロール１０Ａを有する仕上スタンドＦＳＴの絞り圧延直前の正面図である。図１０は、図９に続くものであって、絞り圧延中の仕上スタンドＦＳＴの正面図である。図９及び図１０を参照して、絞り圧延時に、円形状の素管（金属管）９０は、主として圧下部ＲＡから圧下を受けて、変形する。絞り圧延中、金属管１００の凹部１０３となる領域（図２参照）が圧下されると、これに隣接する金属管１００の凸部１０２となる領域（図２参照）も中心軸Ｃに近づく。したがって、素管９０のうち金属管１００の凸部となる領域と底部３１とは、ほとんど接触しない。すなわち、素管９０は、底部３１からの圧下をほとんど受けない。さらに、素管９０のうち、一対のロール１０Ａの隣り合うフランジ部３２の間（ギャップ）の部分は、圧下部ＲＡでの圧下に伴い噛み出され、凸状に変形する。

要するに、最後尾の仕上スタンドＦＳＴにおいて、素管９０をあえて噛み出しながら絞り圧延する。これにより、図１０に示すとおり、金属管の外面１０１のうち、底部３１と、隣り合うフランジ部３２のギャップとに位置する部分で、凸部１０２が形成される。一方、金属管の外面１０１のうち、圧下部ＲＡに位置する部分で、凹部１０３が形成される。その結果、円周方向に複数の凸部１０２と複数の凹部１０３とが交互に配列された外面１０１を有する金属管１００が製造される。

［ロール１０Ａについて］
図８に戻って、ロール１０Ａのカリバー部３０の横断形状において、圧下部ＲＡの少なくとも一部は、凸状に湾曲していてもよい。その場合、素管９０の変形時において、圧下部ＲＡと接触する部分が変形しやすくなり、金属管１００における凹部１０３がなめらかな形状に形成されやすい。

ただし、カリバー部３０の横断形状において、圧下部ＲＡは直線状であってもよいし、凹状であってもよい。圧下部ＲＡとの圧延軸Ｃとの間の距離Ｒ１が距離Ｒ０よりも短ければ、凹凸状の金属管１００を製造できる。

カリバー部３０の横断形状において、底部中央ＢＯは距離Ｒ０よりも短い半径Ｒ２の円弧部を含んでもよい。この場合、曲率を有するなめらかな形状の凸部１０２を形成しやすくなる。

フランジ部３２は凸状に湾曲していてもよい。たとえば、図８に示すように、フランジ部３２は、半径Ｒ３の円弧部を含む。この場合、絞り圧延中、隣り合うフランジ部３２の間（ギャップ）において、素管９０が変形しやすく、噛み出しやすくなる。そのため、底部３１で形成された凸部１０２と同程度の形状、高さの凸部１０２を、隣り合うフランジ部３２間（ギャップ）でも形成しやすくなる。

本実施形態の絞り圧延装置では、凹凸状の金属管１００を製造することを目的とする。そのため、ロール１０Ａの幅をＷとした場合、山頂ＴＯがロール１０Ａの縁ＥＧからロール１０Ａの中央に向かってロール１０Ａの幅方向に０．０５Ｗ〜０．４０Ｗの範囲内に配置されてもよい。この場合、絞り圧延中に、隣合うフランジ部３２の間のギャップ部分で凸部１０２を形成しやすくなり、図５に示す凹凸状の金属管１００を製造しやすくなる。好ましくは、山頂ＴＯの位置は、縁ＥＧからロール１０Ａの中央に向かってロール１０Ａの幅方向に０．０８Ｗ以上であり、０．３０Ｗ以下である。

［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、絞り圧延装置は、１つの仕上スタンドＦＳＴを備える。しかしながら、絞り圧延装置は、圧延軸Ｃに沿って配列される複数の仕上スタンドＦＳＴ１〜ＦＳＴｋ（ｋは自然数）を備えてもよい。以降の説明では、絞り圧延装置が、２台の仕上スタンドＦＳＴ１及びＦＳＴ２を備える場合について説明する。しかしながら、仕上スタンドが３台以上配列される場合についても同様である。

図１１は、第２の実施の形態による絞り圧延装置の側面図である。図１１を参照して、本実施形態の絞り圧延装置は、第１の実施の形態の絞り圧延装置と比較して、仕上スタンドＦＳＴを複数（ＦＳＴ１〜ＦＳＴｋ、図１１では、ＦＳＴ１及びＦＳＴ２）備える。本実施形態の絞り圧延装置のその他の構成は、第１の実施の形態の絞り圧延装置と同じである。

互いに前後に隣り合う複数の仕上スタンドＦＳＴｋ−１及びＦＳＴｋは、図５及び図６と同じ関係を有する。つまり、各仕上スタンドＦＳＴｋ−１及びＦＳＴｋは、圧延軸Ｃ周りに等間隔に配置された３つのロール１０を備える。そして、仕上スタンドＦＳＴｋ−１のロールは、仕上スタンドＦＳＴｋのロールに対して、圧延軸Ｃ周りに６０°（１８０°／３）ずれて配置される。

［最後尾仕上スタンド及びその前段の仕上スタンドのロール形状］
図１２は、複数の仕上スタンドのうち、最後尾の仕上スタンドＦＳＴｋのロール１０Ｂと、その前段の仕上スタンドＦＳＴｋ−１のロール１０Ａとの横断面図である。

図１２を参照して、ロール１０Ａは、第１の実施の形態と同じ形状のカリバー部３０を有する。ロール１０Ｂのカリバー部３０の横断形状もロール１０Ａと同様に、底部３１と、一対のフランジ部３２とを含む。

好ましくは、ロール１０Ｂにおける山頂ＴＯでのロール半径ｒｍａｘと底部中央ＢＯでのロール半径ｒｍｉｎとの差分Ｄｋは、前段の仕上スタンドＦＳＴｋ−１のロール１０Ａにおける山頂ＴＯでのロール半径ｒｍａｘと底部中央ＢＯでのロール半径ｒｍｉｎとの差分Ｄｋ−１よりも大きい。この場合、複数の仕上スタンドＦＳＴ１〜ＦＳＴｋを用いることにより、凸部１０２と凹部１０３との高低差（つまり、金属管１００の中心から凸部１０２の頂上までの半径と、金属管１００の中心から凹部１０３の底部中央までの半径との差分）をさらに大きくすることができる。その結果、金属管１００を地下水排除工用途に使用する場合に、凹部１０３にさらに多くの水を貯留し、搬送することができる。

［金属管１００の製造方法］
第２の実施の形態での金属管１００の製造方法も、第１の実施の形態と同様である。

粗スタンド群２で製造された円形状の素管９０を、複数の仕上スタンドＦＴＳ１〜ＦＳＴｋでさらに絞り圧延する。このとき、各仕上スタンドＦＳＴでは、隣り合うフランジ部３２の間のギャップ部に素管９０の一部を噛み出しながら絞り圧延する。複数の仕上スタンドＦＴＳで噛み出しながら絞り圧延することにより、１台の仕上スタンドＦＳＴのみで金属管１００を製造する場合と比較して、凸部１０２及び凹部１０３の高低差をさらに大きくすることができる。

以上のとおり、本実施形態の絞り圧延装置は、地すべり対策の抑制工、より具体的には地下水排除工用途の凹凸状の金属管１００を製造することができる。なお、凹凸状の金属管１００の用途は地下水排除工に限定されず、他の用途にも適用可能である。

上述の実施の形態では、絞り圧延装置が粗スタンド群を備える。しかしながら、絞り圧延装置は、粗スタンドＩＳＴを備えず、少なくとも１台の仕上スタンドＦＳＴを備えれば足りる。準備された横断面が円形状の素管９０に対して、ロール１０Ａを有する仕上スタンドＦＳＴで絞り圧延を実施すれば、金属管１００を製造することができる。

上述の実施の形態では、１又は２台の仕上スタンドＦＳＴを用いて、金属管１００を製造する。しかしながら、仕上スタンドＦＳＴは上述のとおり３台以上配列されてもよい。２台以上の複数の仕上スタンドＦＳＴを用いて金属管１００を製造する場合、任意の仕上スタンドＦＳＴｋのロールが図１２のロール１０Ｂに相当し、その仕上スタンドの前段の仕上スタンドＦＳＴｋ−１のロールが図１２のロール１０Ａに相当すれば、過度の負荷を各仕上スタンドＦＳＴに掛けることなく高低差の大きい凸部１０２及び凹部１０３を有する金属管１００を製造することができる。

上述の実施の形態では、各仕上スタンドＦＳＴが３つのロールを有する。しかしながら、各仕上スタンドのロール数は３つに限定されない。ロール数は２つであってもよいし、４つであってもよい。さらに、ロール数は５つ以上であってもよい。ロール数が２以上であれば、各ロールのカリバー部を上述の形状とすることにより、円周方向に凹凸形状を有する金属管を製造することができる。

なお、ロール数がｎ個（ｎは２以上）である場合、仕上スタンドＦＳＴｋのｎ個のロールは、仕上スタンドＦＳＴｋ−１のｎ個のロールに対して、１８０°／ｎ個ずれてパスラインＣ周りに配置される。

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態では、上述の第１及び第２の実施の形態のカリバー部が分割可能である。以降の説明では、仕上げスタンドＦＳＴのロールの１つを例に説明する。しかしながら、第３の実施の形態の分割可能なロールは、仕上げスタンドＦＳＴの全てのロールに適用してもよいし、他の仕上げスタンドのロールに適用してもよい。

図１３Ａは、第３の実施の形態におけるロールの正面図である。図１３Ｂは、図１３Ａのロールの分解図である。図１３Ａ及び図１３Ｂを参照して、ロール１０Ｃのカリバー部３０は、リング形状である。カリバー部３０は、３つの分割可能なリング体からなる。より具体的には、カリバー部３０は、底部３１とフランジ部３２との境界で分割可能である。すなわち、カリバー部３０は、１つの底部３１と、底部３１の両側に配置された２つのフランジ部３２からなる。フランジ部３２は、底部３１にボルト等によって固定される。

図９及び図１０を参照して、カリバー部の圧下部ＲＡは、素管９０を絞り圧延する。したがって、圧下部ＲＡは素管９０との摩擦等により摩耗しやすい。一方、絞り圧延中、金属管１００の凹部１０３となる領域（図２参照）が圧下部ＲＡにより圧下されることにより、凸部１０２となる領域は（図２参照）は縮径する。したがって、圧下部ＲＡより内側の領域（底部３１）は、絞り圧延中、金属管１００の凸部１０２となる領域と接触しにくい。そのため、底部３１は摩耗しにくい。

カリバー部の摩耗が進行すれば素管９０の圧下量が減少するため、カリバー部を交換する必要がある。底部３１及び２つのフランジ部３２が一体からなる場合、カリバー部の全域（ロール全体）を交換する必要がある。しかしながら、上述したように、本実施形態の金属管１００の製造では、カリバー部の底部３１は摩耗しにくく、フランジ部３２（特に圧下部ＲＡ）が摩耗しやすい。すなわち、底部３１の交換頻度は、フランジ部３２の交換頻度よりも少なくて済む。

そこで、第３の実施の形態のカリバー部は、底部３１とフランジ部３２との境界で分割可能である。そのため、フランジ部３２を底部３１と独立して交換できる。交換が必要になったフランジ部３２のみを交換し、まだ交換が不要な底部３１は引き続き使用できる。これにより、カリバー部全域を交換する場合に比べて、コストが削減でき、交換時間も短縮できる。

上述したように、底部３１は摩耗しにくいため、底部３１はロール軸３３と一体でもよい。

上述の説明では、カリバー部が底部３１とフランジ部３２との境界で分割可能な場合について説明した。しかしながら、第３の実施の形態のカリバー部はこの場合に限定されない。カリバー部は３つ以上のリング体に分割可能であってもよい。また、分割位置は特に限定されない。

また、一対のフランジ部３２の耐摩耗性は、底部３１の耐摩耗性よりも高い方が好ましい。上述したように、金属管１００の製造において、フランジ部３２の圧下部ＲＡは摩耗しやすい。したがって、フランジ部３２の耐摩耗性が底部３１の耐摩耗性よりも高ければ、フランジ部３２の交換頻度を低減できる。ここで、耐摩耗性とは、フランジ部３２及び底部３１の材質の、硬さ、熱変形温度等を指標にして定められる。

三次元の有限要素（ＦＥＭ）解析モデルを用いて、上述の１台又は２台の仕上スタンドＦＳＴで絞り圧延を実施して、金属管１００を製造するシミュレーションを行った。ＦＥＭ解析には、汎用の弾塑性ＦＥＭ解析ソフト（商品名）ＭＳＣ．Ｍａｒｃ２０１４．１を用いた。

具体的には、試験番号１及び試験番号２ともに、図１４に示す応力−ひずみ曲線の素材を有し、横断面が円形状の金属管を想定した。金属管の外径は６０ｍｍであり、肉厚は３ｍｍであった。

試験番号１では１台の仕上スタンドＦＳＴでの絞り圧延を想定した。この場合、図１２のロール１０Ａに相当する形状のロールを想定した。一方、試験番号２では、２台の仕上スタンドＦＳＴでの絞り圧延を想定した。この場合、前段の仕上スタンドＦＳＴｋ−１では図１２のロール１０Ａに相当する形状のロールを想定した。後段の仕上スタンドＦＳＴｋでは、図１２のロール１０Ｂに相当する形状のロールを想定した。いずれの試験番号でも、ロールの摩擦係数を０．３とした。上述の汎用ソフトを用いて、絞り圧延後の金属管の横断形状をシミュレートした。

図１５は試験番号１（１台の仕上ステンド使用）で製造された金属管の横断形状（プロファイル）を示す図である。図１６は、試験番号２（２台の仕上ステンド使用）で製造された金属管の横断形状（プロファイル）を示す図である。図１５及び図１６の縦軸、横軸の寸法はいずれも同一とした。

図１５及び図１６を参照して、いずれの試験番号においても、複数の凸部と複数の凹部とが円周方向に交互に配列された金属管を製造できた。さらに、図１６の金属管では、図１５の金属管と比較して、凸部及び凹部の高低差が大きかった。つまり、複数の仕上スタンドを利用することにより、金属管の凸部及び凹部の高低差を大きくすることが可能であった。

以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。

１０ ロール
３０ カリバー部
３１ 底部
３２ フランジ部
ＲＡ 圧下部

Claims (11)

1. 圧延軸に沿って配列された１又は複数の仕上スタンドを備え、素管を前記圧延軸に沿って前記１又は複数の仕上スタンドに通して絞り圧延して金属管を製造する絞り圧延装置であって、
   前記仕上スタンドは、前記圧延軸周りに配置されたｎ個（ｎは２以上の自然数）のロールを含み、
   前記ｎ個のロールは前段の前記仕上スタンドに含まれるｎ個のロールから前記圧延軸周りに１８０°／ｎずれて配置され、
   前記仕上スタンドの前記ｎ個のロールの各々はカリバー部を有し、
   前記カリバー部は、
   前記カリバー部の中央に配置され、弓状の凹部を有する底部と、
   前記カリバー部の両端部に配置され、前記ロールの最大径を有する山頂を含む一対のフランジ部とを含み、
   最後尾の前記仕上スタンドの各ロールのカリバー部の横断形状のうち、前記底部中央と前記山頂との間の部分は、前記圧延軸との間の距離が前記底部中央と前記圧延軸との間の第１距離よりも短い領域を含み、
   中心軸周りに配置される複数の凸部と、前記複数の凸部の間に配置される複数の凹部を含み、前記凸部及び凹部が長手方向に延びる外面を有する金属管を製造可能な、絞り圧延装置。
2. 請求項１に記載の絞り圧延装置であって、
   前記最後尾の仕上スタンドの各ロールにおいて、前記領域の少なくとも一部は、凸状に湾曲している、絞り圧延装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の絞り圧延装置であって、
   前記最後尾の仕上スタンドの各ロールのカリバー部の横断形状において、前記底部は前記第１距離よりも小さい半径の円弧部を含む、絞り圧延装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の絞り圧延装置であって、
   前記フランジ部は、凸状に湾曲している、絞り圧延装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の絞り圧延装置であって、
   前記最後尾の仕上スタンドの各ロールの幅をＷとした場合、前記山頂は、前記ロールの縁から前記ロールの中央に向かって前記ロールの幅方向に０．０５Ｗ〜０．４０Ｗの範囲内に配置される、絞り圧延装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の絞り圧延装置であって、
   複数の仕上スタンドを備え、
   最後尾の前記仕上スタンドのロールのカリバー部における前記山頂でのロール径と前記底部中央でのロール径との差分は、最後尾の前段の前記仕上スタンドのロールのカリバー部における前記山頂でのロール径と前記底部中央でのロール径との差分よりも大きい、絞り圧延装置。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の絞り圧延装置であってさらに、
   前記仕上スタンドよりも前段に、前記圧延軸に沿って配列された１又は複数の粗スタンドを備え、
   前記粗スタンドは、前記圧延軸周りに配置されたｎ個（ｎは２以上の自然数）のロールを含み、
   前記粗スタンドのｎ個のロールは前段の前記粗スタンドに含まれるｎ個のロールから前
   記圧延軸周りに１８０°／ｎずれて配置され、
   前記粗スタンドの前記ｎ個のロールの各々は、横断形状が弓状又は円弧状のカリバー部を有し、
   前記複数の粗スタンドは、前記素管を絞り圧延して、横断面を円形状にする、絞り圧延装置。
8. 請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の絞り圧延装置であって、
   前記カリバー部は、リング形状であり、少なくとも３つ以上に分割可能なリング体からなる、絞り圧延装置。
9. 請求項８に記載の絞り圧延装置であって、
   前記カリバー部は、前記底部と前記一対のフランジ部各々との境界で分割可能である、絞り圧延装置。
10. 請求項９に記載の絞り圧延装置であって、
    前記一対のフランジ部の耐摩耗性は、前記底部の耐摩耗性よりも高い、絞り圧延装置。
11. 金属管の製造方法であって、
    素管を準備する工程と、
    請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の絞り圧延装置を用いて、前記素管を絞り圧延する工程とを備え、
    中心軸周りに配置される複数の凸部と、前記複数の凸部の間に配置される複数の凹部を含み、前記凸部及び凹部が長手方向に延びる外周面を有する凹凸状の金属管を製造する、金属管の製造方法。

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