JPH11159669A - 管継手の製造方法及びその方法で得られる管継手 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価な溶接パイプを材料にしてＩＳＯ規格を
満足できるクランプ式管継手を製作できるようにするこ
とである。 【解決手段】 所定長さに切断された管材５の一端の口
を冷間加工してラッパ状に広げ、次いで、これを加熱軟
化させ、その後、軟化した管材を金型１１の成形穴１２
に入れ、この管材５のストレート部７をバーチカルロー
ラ１６で成形穴１２の内面に押し付け、金型１１と同調
回転するコーンローラ１７でラッパ状部６を鍔成形溝１
３に押し込む熱間ローリング鍛造を行ってネック部厚み
が厚く、しかも内端コーナ部が角出しされた鍔１を作
り、しかる後、急冷して得られるクルード製品を仕上げ
加工するようにしたので、厚肉のシームレス管から鍔を
削り出す必要がなくなった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、管継手の製造方
法とその方法で溶接管を材料にして作られるサニタリー
継手等の管継手に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、飲料（ジュース、牛乳、ビール
等）移送用の配管材としては、一般的にサニタリー管が
使用されている。このサニタリー管や科学液移送管など
の接続に用いる管継手は種々ある。その管継手の一例を
図１に示す。

【０００３】図１（ａ）は、溶接式フェルールであり、
これには、全長Ｆ₂ が短いものと長いもの（ロングフェ
ルール）がある。図中１は接続用の鍔、２はシールパッ
キンの一部を嵌めるパッキン溝を示す。また、図１
（ｂ）は内面にネジを切ったエキスパンド式フェルー
ル、図１（ｃ）は後部外周にネジを付けたフェルール付
管用ネジアダプタである。配管の接続は、これ等の管継
手を溶接、ネジ込み等で配管材の接続側端部に取付け、
対向した２つの管継手の鍔１をシールパッキン（図示せ
ず）を挟んで突き合わせ、クランプバンド（図示せず）
で締付ける方法で行われる。クランプバンドには継手外
周の鍔１が嵌まる溝を設けてあり、その溝の斜面に働く
分力で接続相手の２つの鍔が引き寄せられて接続部のシ
ールがなされる。なお、類似の管継手にホースの接続を
行う図１（ｄ）のフェルール付ホース口がある。これも
前３者と同じくクランプ継手であり、この発明の製造対
象品である。

【０００４】これ等の管継手は、清潔さや耐食性が要求
される場合、ステンレス鋼製のものが利用されている。

【０００５】ところで、上述した如き管継手でＩＤＦ／
ＩＳＯ規格を満たすものはシームレス管で製作されてお
り、溶接管製のものは無かった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】シームレス管製の継手
は、厚肉の特殊な管材を用い、その外周（図１（ａ）の
鎖線部）を一端に鍔ができるように削り込んで作られる
ので、材料ロスや切削の手間が多くなり、高価につく欠
点がある。

【０００７】また、図１（ａ）の溶接式フェルールで全
長Ｆ₂ が長いロングフェルールや図１（ｃ）のフェルー
ル付管用ネジアダプタ、或いは図１（ｄ）のフェルール
付ホース口については、材料ロスを少なくするために溶
接式フェルールにスリーブやネジアダプタや竹の子ニッ
プルを溶接して継ぎ足す方法で製造しているが、この方
法も工程増加によるコストアップが避けられず、製品価
格が高くなる。

【０００８】そこで、厚肉の管材から鍔を削り出すので
はなく、鍛造して管端の鍔を作ることを考えた。この方
法で最終製品に近い厚さの管材にうまく鍔を形成できれ
ば、鍔を削り出したりネジアダプタ等を継ぎ足したりす
る必要が無くなり、管継手のコスト低減が図れる。

【０００９】ところが、ＩＳＯ規格の管継手は、鍔の特
にネック部の厚みが管の本体部の厚みよりも相当厚く、
従来法では、そのような厚い鍔は削り出す以外に作りよ
うがなかった。

【００１０】管材が溶接管であると、鍛造による伸びで
溶接部に所謂鋳引け（図２のように、溶接金属３と母材
金属４の接合部が抗張力差で凹む現象）が起こり、得ら
れる鍔の有効肉厚が特に薄くなってしまう。また、通常
のフレア加工では、形成される鍔の内端コーナ部に図３
に示すように丸味がつき、コーナの角出しのために一点
鎖線よりも左側部分を削り取る必要が生じて鍔１の有効
厚みが更に薄くなってしまう。従って、シームレス管を
用いる場合にも一般的な鍛造法では満足な鍔を作れず、
このため、図１に示すようなクランプ継手は厚肉のシー
ムレス管を材料とし、コスト面で不利な削り出し法で製
作せざるを得なかった。

【００１１】この発明は、コスト低減のために、シーム
レス管を材料とする場合は勿論、溶接管を材料とする場
合にも要求肉厚を満足する鍔を鍛造法で作り出せるよう
にした管継手の製造方法を提供することを第１の課題と
している。

【００１２】また、その製造方法で溶接管を材料にして
作ったＩＳＯ規格を満足できる管継手（クランプ継手）
を提供することを第２の課題としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明においては、下記ａ）〜ｅ）の工程を経て
所望の管継手を製造する。 ａ）所定長さに切断された管材の一端の口を冷間フレア
加工してラッパ状に広げる予備加工工程、 ｂ）予備加工後の管材を所定範囲の温度に加熱して軟化
させる工程、 ｃ）加熱軟化した管材の他端側を金型の成形穴に入れた
後、管材内に金型軸心と平行なバーチカルローラを挿入
し、このバーチカルローラで管材のストレート部を前記
成形穴の内面に押し付けながらバーチカルローラと金型
を同調回転させ、さらに、金型と同調回転して金型に相
対接近するコーンローラで成形穴から突出している管材
の一端側ラッパ状部を外側に押し曲げて成形穴の入口部
に設けられている鍔成形溝に押し込み、かつ、当該部の
コーンローラ接触面を管材の軸心と直角な面に成形する
熱間ローリング鍛造工程、 ｄ）ローリング鍛造後の管材を成形穴から出して急冷す
る工程、 ｅ）急冷後の管材の表面を機械加工して所定の寸法、形
状に仕上げる工程を経て所望の管継手を得る管継手の製
造方法。

【００１４】なお、予備加工工程でラッパ状に広げる口
の曲げ角度は２０°〜５０°の範囲とするのが望まし
い。

【００１５】また、ローリング鍛造工程では、成形圧を
バランスよく加えるため、及び成形時間を短縮するため
に複数個のコーンローラを用いて管材のラッパ状部の押
し曲げを複数箇所で同時進行させて行うのが望ましい。

【００１６】かかる方法によれば、材料管がシームレス
管、溶接管のどちらであっても、ＩＳＯ規格を満たす管
継手を製作できる。

【００１７】

【作用】金型の成形穴から突出した管材のラッパ状部を
プレス機による一発成形で一気に外側に押し曲げると、
溶接管使用時に伸びが大きくなる鍔部に鋳引けが発生
し、加工される鍔の内端コーナ部に曲げによる丸味もつ
くが、管材を回転させてバーチカルローラとコーンロー
ラで極部加圧を行うローリング鍛造法によれば、変形伸
びが徐々に進行するので鋳引けが生じ難い。また、仮に
鋳引けが起こっても、コーンローラによる均し作用で凹
んだ箇所が埋め戻される。

【００１８】また、コーンローラによる加圧で管材の塑
性流動が起こり、流動した金属の大部分が内側に流れて
一発成形のフレア加工では丸味がついて空所となる鍔の
内端コーナ部を埋める。これにより、ネック厚みが厚く
てしかも厚みばらつきの少ない鍔が得られる。

【００１９】また、内側に流れた金属がバーチカルロー
ラとコーンローラによって成形されるため、鍔の内端の
コーナも直角に近い状態に角出しされる。

【００２０】管材の予備加工は、コーンローラによる管
材の一端の押し曲げをスムーズに行うために必要であ
る。この予備加工による管の口の曲げ角度（図４（ｂ）
のフレア角γ）は、実験の結果、２０°〜５０°が適し
ていた。この角度が小さ過ぎるとラッパ状部の押し曲げ
がスムーズにいかず、逆に大き過ぎると、能力の大きな
フレア加工用プレス機が必要になるほか、溶接管使用時
に管材の溶接継ぎ目部に亀裂が入ったりする。

【００２１】なお、この発明の方法によれば、ロングフ
ェルール、フェルール付管用ネジアダプタ、フェルール
付ホース口の３者に関して溶接継ぎ足し部の無いものを
製作できるが、シームレス管を削り出して作る従来品も
コストを無視すれば溶接継ぎ足し部の無いものを作るこ
とが可能であるので、シームレス管製の管継手について
は、この発明の方法で作られたものと従来品の区別がつ
かないことがある。これに対し、溶接管製の管継手は酸
洗すると管の溶接部を確認でき、溶接管で作られたこと
が判る。コスト面ではシームレス管よりも安価な溶接管
を利用した方が有利であり、溶接管の使用でＩＳＯ規格
を満たす管継手の更なる低価格化が図れる。

【００２２】

【発明の実施の形態】図４に基づいて、この発明の製造
方法の概要を説明する。

【００２３】図４（ａ）は、長尺管から切り出した管材
５を示している。この管材５は、シームレス管でもよい
し、安価な溶接管でもよい。

【００２４】所定長さに切断したこの管材５を予備加工
工程に供し、冷間プレス機でフレア加工して管材の一端
に管の口を広げるラッパ状部６（図４（ｂ）参照）を形
成する。そのラッパ状部の曲げ角度γは、先に述べた理
由から２０°〜５０°が好ましい。

【００２５】次いで、予備加工後の管材５を所定の温度
に加熱する。このときの温度は、管の材質が通常の鉄で
あれば第２変態温度（約７００℃）で塑性変形が容易に
なって熱間鍛造が行える。また、ステンレス鋼の熱間成
形品については固溶化熱処理温度（表１参照）が規定さ
れているのでそれに従う。

【００２６】

【表１】

【００２７】この後、加熱した管材５を加熱炉から出し
て金型にセットし、鍔の熱間ローリング鍛造を行う。

【００２８】図５（ａ）、（ｂ）にローリング鍛造装置
の概要を示す。図中１１は成形穴１２を有する金型であ
る。成形穴１２の入口部には、鍔成形溝１３が設けられ
ている。この金型１１は、保持治具１５にセットされて
回転駆動機構（図示せず）により保持治具１５と共に定
位置で回転せしめられる。

【００２９】金型１１の底部は可動底板１４によって形
成されており、その可動底板１４が保持治具１５内の油
圧式押し上げ機構（図示せず）により押し上げられて鍛
造後の管材（クルード製品）が抜取り可能な位置まで成
形穴１２から押し出される。

【００３０】図５（ａ）、（ｂ）の１６は、金型１１の
軸心と平行なバーチカルローラ、１７はコーンローラで
ある。金型１１の直上に配置されるこのバーチカルロー
ラ１６とコーンローラ１７は、金型１１と同調回転す
る。また、両者は、油圧式昇降機構（図示せず）で昇降
せしめられる。さらに、バーチカルローラ１６は送り機
構（これも図示せず）で横送りして金型１１内の管材５
に横向きに圧力を加え得るようにしてある。コーンロー
ラ１７は、バランスの良い加圧成形を行うために、２個
をペアにして金型１１の中心基準で対称位置に配置して
いる。

【００３１】なお、バーチカルローラ１６とコーンロー
ラ１７は、高温の管材に接触するので、気体で表面の強
制冷却を行うようにしておくのがよい。

【００３２】予備加工して所定の温度に加熱した管材５
を、図６（ａ）に示すように金型１１の成形穴１２に入
れ、その後、バーチカルローラ１６とコーンローラ１７
を降下させ、管材５内に進入したバーチカルローラ１６
で管材５のストレート部７を成形穴１２の内面に押し付
ける。この状態でローラ１６、１７を更に降下させて金
型１１と同調回転するコーンローラ１７で管材５のラッ
パ状部６を加圧成形する。ラッパ状部６は外広がりの方
向に傾斜しているので、上端に押し下げ力が加えられる
と上部側から徐々に外側に開くように押し曲げられて金
型の鍔成形溝１３内に納まっていく。その様子を図６
（ｂ）に示す。鍔成形溝１３は、外径側の溝深さが管材
５の肉厚よりも浅くなっており、従って、押し曲げ後の
ラッパ状部６は鍔成形溝１３から若干突出する。その突
出部がコーンローラ１７に均されながら押し潰されて軟
化した金属の塑性流動が起こり、流動する金属の大部分
が移動規制を受けない管の内径側に流れて通常の押し曲
げ成形では丸味がついて空所となる部分（鍔１の内端コ
ーナ部となる部分）を埋める。

【００３３】さらに、内側に流れた金属がバーチカルロ
ーラ１６とコーンローラ１７に成形されて鍔１の内端コ
ーナ部の角出しがなされ、このようにしてネック部の有
効肉厚が充分に厚い鍔が作り出される。

【００３４】熱間ローリング鍛造が終了したら、保持治
具１５内の押し上げ機構で鍛造済の管材５を押し上げ、
成形穴１２から抜き取って急冷する。以上の工程を経て
黒皮のあるクルード製品が出来る。そこで、このクルー
ド製品を機械加工して図１に示すような管継手に仕上げ
る。

【００３５】なお、熱間ローリング鍛造工程の全所要時
間は、材料の特性や生産性に影響を及ぼすので短いほど
よく、管材５がステンレス鋼なら最大でも３０秒くらい
にとどめるのが望ましい。

【００３６】以下に、より詳細な実施例を挙げる。

【００３７】ＩＳＯ２８５２−１９９３Ｅの規格に基づ
く公称サイズ６３．５の溶接式フェルールをこの発明の
方法で製造した。そのフェルールの要部の寸法諸元を以
下に示す（図１を同時参照）。Ｃ₆ ＝６０．３、Ｃ₁₀＝
６４．１、Ｃ₇ ＝７７．５、Ｌ₁ ＝２．８５、α＝２０
°、Ｒ₂ ＝２、Ｆ₂ ＝２１．５（ロングフェルールは４
２）、なお、単位は角度を除いていずれもｍｍである。

【００３８】造管機で製造した約５ｍｍ厚のＳＵＳ３０
４の溶接管を所定長さ（試作サイズのフェルールはＦ₂
＋１１〜１３ｍｍが適当であった）に切断して管材と
し、これをプレス機を用いて常温下でフレア加工して一
端に曲げ角（フレア角）γ＝３０°のラッパ状部を形成
した。

【００３９】その後、この管材を加熱炉に入れて１０５
０℃〜１１００℃に加熱した。次に、所定温度になった
管材を加熱炉から出してローリング鍛造装置の金型に入
れ、成形穴から突出しているラッパ状部の熱間ローリン
グ鍛造を実施した。

【００４０】その熱間ローリング鍛造は、金型を２６３
ｒｐｍの速度で回転させ、さらに、バーチカルローラと
コーンローラ（コーンローラはテーパ角３６°のものを
用いた）を管材との速度差が出ないように回転させて行
い、コーンローラによるラッパ状部の加圧成形（鍔の形
成）は、４秒で完了させた。

【００４１】なお、バーチカルローラとコーンローラの
降下開始点は、最適温度で鍛造を行うために両ローラの
降下速度を考慮して適正位置を定める必要がある。その
位置が低過ぎる場合、高過ぎる場合とも、加圧された金
属の塑性流動が不安定になって鍔の内端コーナ部の角出
しがうまくいかないことがある。例示のケースでは、熱
間鍛造位置の直上１０ｃｍ〜３０ｃｍ程度が好ましかっ
た。

【００４２】また、バーチカルローラによる管材ストレ
ート部の成形穴内面への押付け力は、２５ｋｇｆ〜７０
ｋｇｆ（これは全荷重）が好ましかった。

【００４３】熱間ローリング鍛造後、管材を金型から出
して急冷した。こうして得られたロングフェルール用ク
ルード製品の断面形状を図７に示す。管材５の一端側に
形成された鍔１の外径側は端面が傾斜して後退している
が、この部分は仕上げ加工時に除去する領域であるので
平坦になっていなくても問題はない。このクルード製品
の図中鎖線外の領域を旋削してＩＳＯ規格を満たす継手
を得た。

【００４４】なお、図１（ａ）のＦ₂ が７０ｍｍ（その
他の寸法諸元等は上記と同じ）のフェルール付管用ネジ
アダプタやＦ₂ が１００ｍｍのフェルール付ホース口
（共に溶接継ぎ足し部無し）も同様の条件で製造するこ
とができた。

【００４５】

【発明の効果】以上述べたように、この発明の方法によ
れば、安価な溶接管を材料にしてＩＳＯ規格を満たすク
ランプ継手を製作でき、管継手のコスト低減と生産性の
向上が図れる。

【００４６】なお、シームレス管を材料とする場合も、
鍔の削り出しが不要、及び長寸の継手については溶接継
ぎ足しが不要となることにより、コスト低減と生産性改
善の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）溶接式フェルールの半断面図 （ｂ）エキスパンド式フェルールの半断面図 （ｃ）フェルール付管用ネジアダプタの半断面図 （ｄ）フェルール付ホース口の半断面図

【図２】鋳引けの説明図

【図３】鍔の内端コーナ部に丸味が付いた例を示す図

【図４】（ａ）管材の斜視図 （ｂ）フレア加工後の管材の断面図

【図５】（ａ）ローリング鍛造装置の概要を示す部分破
断正面図 （ｂ）バーチカルローラとコーンローラの位置関係を示
す平面図

【図６】（ａ）加熱した管材を金型に入れた状態を示す
断面図 （ｂ）鍔の形成過程を示す図

【図７】熱間鍛造して得られたクルード製品の断面図

【符号の説明】

１ 鍔 ２ パッキン溝 ５ 管材 ６ ラッパ状部 ７ ストレート部 １１ 金型 １２ 成形穴 １３ 鍔成形溝 １４ 可動底板 １５ 保持治具 １６ バーチカルローラ １７ コーンローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水谷 敏一 大阪府南河内郡美原町木材通４丁目16番８ 号 ステンレスパイプ工業株式会社内 (72)発明者 大西 正捷 大阪府南河内郡美原町木材通４丁目16番８ 号 ステンレスパイプ工業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定長さに切断された管材の一端の口を
   冷間フレア加工してラッパ状に広げる予備加工工程、 予備加工後の管材を所定範囲の温度に加熱して軟化させ
   る工程、 加熱軟化した管材の他端側を金型の成形穴に入れた後、
   管材内に金型軸心と平行なバーチカルローラを挿入し、
   このバーチカルローラで管材のストレート部を前記成形
   穴の内面に押し付けながらバーチカルローラと金型を同
   調回転させ、さらに、金型と同調回転して金型に相対接
   近するコーンローラで成形穴から突出している管材の一
   端側ラッパ状部を外側に押し曲げて成形穴の入口部に設
   けられている鍔成形溝に押し込み、かつ、当該部のコー
   ンローラ接触面を管材の軸心と直角な面に成形する熱間
   ローリング鍛造工程、 ローリング鍛造後の管材を成形穴から出して急冷する工
   程、 急冷後の管材の表面を機械加工して所定の寸法、形状に
   仕上げる工程を経て所望の管継手を得る管継手の製造方
   法。
2. 【請求項２】 予備加工工程でラッパ状に広げる口の曲
   げ角度を２０°〜５０°の範囲とする請求項１記載の管
   継手の製造方法。
3. 【請求項３】 前記コーンローラをｎ個（ｎ≧２）用
   い、そのコーンローラによる管材のラッパ状部の押し曲
   げをｎ箇所で同時進行させて行う請求項１又は２記載の
   管継手の製造方法。
4. 【請求項４】 溶接管を材料にして請求項１乃至３のい
   ずれかの方法で作られた一端に接続用の鍔を備えるクラ
   ンプ式管継手。