WO2017158635A1 - 管の拡径方法および成形装置 - Google Patents

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WO2017158635A1
WO2017158635A1 PCT/JP2016/001438 JP2016001438W WO2017158635A1 WO 2017158635 A1 WO2017158635 A1 WO 2017158635A1 JP 2016001438 W JP2016001438 W JP 2016001438W WO 2017158635 A1 WO2017158635 A1 WO 2017158635A1
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tube
rod
roller
shaped roller
region
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PCT/JP2016/001438
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憲 井川
嘉秀 今村
恒平 三上
勇人 岩崎
岳生 平川
Original Assignee
川崎重工業株式会社
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Priority to JP2018505550A priority patent/JP6574518B2/ja
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/16—Heating or cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/15—Making tubes of special shape; Making tube fittings
    • B21C37/16—Making tubes with varying diameter in longitudinal direction
    • B21C37/18—Making tubes with varying diameter in longitudinal direction conical tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/14—Spinning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D41/00—Application of procedures in order to alter the diameter of tube ends
    • B21D41/02—Enlarging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D41/00—Application of procedures in order to alter the diameter of tube ends
    • B21D41/02—Enlarging
    • B21D41/021—Enlarging by means of tube-flaring hand tools
    • B21D41/023—Enlarging by means of tube-flaring hand tools comprising rolling elements

Definitions

  • the present invention relates to a method for expanding the diameter of a pipe and a molding apparatus for executing the method.
  • Patent Document 1 discloses a method for expanding the diameter of a pipe using a pair of disk rollers.
  • a tube whose one end is fixed to the turntable is sandwiched between a first roller disposed inside the tube and a second roller disposed outside the tube. In the state, it is rotated around its central axis. Thereafter, the first roller and the second roller are moved in the direction from one end of the tube to the other end and radially outward. As a result, the first roller presses the tube, and the diameter from the pressing position to the other end is increased.
  • the second roller plays a role of improving the formability of the expanded part.
  • an object of the present invention is to make it possible to suppress the deformation of the non-molding region when the rod-shaped roller is pressed against the forming region of the heated tube.
  • the present invention includes a step of rotating a tube having one end fixed to a turntable around a central axis thereof, and a rod-like roller extending in the axial direction of the tube from the other end of the tube to the inside of the tube. And a step of contacting the forming region from the other end of the tube to a predetermined position, a step of heating the forming region of the tube, and at least the forming region in a non-forming region from the predetermined position to one end of the tube And a step of moving the rod-like roller in a direction from one end to the other end of the tube and a radially outward direction of the tube from a state in which the rod-shaped roller is in contact with the forming region of the tube.
  • a method for expanding the diameter of a pipe is provided.
  • the forming region can be expanded with a relatively small pushing force while suppressing the occurrence of necking.
  • at least a portion close to the forming region in the non-forming region of the tube is cooled, it is possible to suppress deformation of the non-forming region when the rod-shaped roller is pressed against the heated forming region.
  • the forming region of the tube may be heated from the outside of the tube. According to this configuration, as compared with the case where the forming region is heated from the inside of the tube, it is possible to suppress the bulging of the inner peripheral surface of the tube that may be formed by pressing the rod-shaped roller.
  • the tube forming region may be heated by induction heating.
  • induction heating When the tube forming region is heated using a burner, the temperature gradient between the forming region and the non-forming region becomes gentle.
  • the molding region when the molding region is heated by induction heating, the temperature gradient between the molding region and the non-molding region becomes steep. Therefore, if the molding region is heated by induction heating, deformation of the non-molding region can be more effectively suppressed. In other words, it is possible to accurately form the tapered portion that indicates the trajectory of the rod-shaped roller in the non-molding region.
  • the tube forming region is heated using a heater including a heating head facing the inner or outer peripheral surface of the tube, and the rod-shaped roller is brought into contact with the tube forming region from one end of the tube.
  • the heating head may be moved in the radial direction of the tube in synchronization with the movement of the bar-shaped roller. According to this configuration, the distance between the tube forming region and the heating head can be kept substantially constant, and the diameter of the forming region can be increased while being stably heated.
  • the non-forming region of the tube is cooled using a cooler including a cooling head that supplies a cooling medium to the outer peripheral surface of the tube, and the rod-shaped roller is brought into contact with the forming region of the tube from one end of the tube.
  • the cooling head may be moved in the axial direction and the radial direction of the tube in synchronization with the movement of the rod-shaped roller. According to this configuration, the positional relationship between the tip of the rod roller and the cooling head does not change even if the molding region gradually narrows as the rod roller moves in the axial direction of the tube. The part close to the region can be continuously cooled.
  • the rod-shaped roller While supporting at least the other end of the tube from the radially outer side with an auxiliary roller, the rod-shaped roller is in contact with the forming region of the tube from the one end to the other end of the tube and radially outward of the tube It may be moved to. According to this configuration, it is possible to prevent the tube from being shaken during molding.
  • the tip of the bar roller may be flat. According to this configuration, it is possible to suppress interference between the bar-shaped roller and the taper portion indicating the trajectory of the bar-shaped roller in the non-molding region, compared to the case where the tip of the bar-shaped roller is hemispherical. Accordingly, the diameter of the tube forming region can be accurately increased.
  • the tube may have a thickness of 8 mm or more.
  • the present invention is a turntable to which one end of a tube is fixed, and a rod-like roller extending in the axial direction of the tube, and is inserted into the tube from the other end of the tube and is placed at a predetermined position from the other end of the tube.
  • a rod-shaped roller that is brought into contact with the forming region up to, a heater that heats the forming region of the tube, and a cooler that cools at least a portion close to the forming region in a non-forming region from a predetermined position to one end of the tube
  • a roller moving device for moving the rod-shaped roller in the axial direction and the radial direction of the tube. If this shaping
  • the present invention it is possible to suppress deformation of the non-molding area when the rod-shaped roller is pressed against the molding area of the heated tube.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 2.
  • 5A is a front view of a heating head used in the first embodiment
  • FIG. 5B is a front view of a heating head according to a modification
  • FIG. 5C is a front view of a heating head according to another modification.
  • molding apparatus which performs the diameter expansion method of the pipe
  • the forming apparatus 1A partially expands the diameter of the tube 2 by spinning forming.
  • tube 2 is not specifically limited, The diameter expansion method of this embodiment is useful for the pipe
  • the metal having high deformation resistance include hardly plastic processed materials such as stainless steel and titanium alloys. Even if the pipe 2 made of mild steel or aluminum alloy is not a hardly plastic work material, if the thickness is 8 mm or more, the deformation resistance becomes high.
  • the molding apparatus 1 ⁇ / b> A includes a base 11 and a turntable 12 that is rotatably supported by the base 11.
  • the turntable 12 is rotated by a motor (not shown).
  • the axial direction of the turntable 12 is the vertical direction, but the axial direction of the turntable 12 may be another direction such as a horizontal direction.
  • the lower end (one end) of the tube 2 is fixed to the turntable 12 so that the center axis 20 of the tube 2 and the rotation center of the turntable 12 coincide. That is, the tube 2 is rotated around the central axis 20.
  • the lower end of the tube 2 is fixed to the turntable 12 by a chuck 13 provided on the turntable 12.
  • the method of fixing the lower end of the tube 2 to the turntable 12 is not limited to this.
  • a cylindrical body that fits the tube 2 instead of the chuck 13 may be provided on the turntable 12, and the lower end of the tube 2 may be fixed to the cylindrical body by a bolt.
  • the forming apparatus 1A includes a rod-like roller 3 that presses the tube 2 from the inside, a heater 4 that heats the tube 2 from the outside, and a cooler 5 that cools the tube 2 from the outside.
  • the rod-shaped roller 3 extends in the axial direction of the tube 2 and has a cylindrical shape.
  • the rod-shaped roller 3 is inserted into the tube 2 from the upper end (the other end) of the tube 2 and is brought into contact with a forming region 21 from the upper end of the tube 2 to a predetermined position.
  • the tip of the rod-shaped roller 3 is a flat parallel to a plane orthogonal to the axial direction of the tube 2. For this reason, the peripheral surface of the rod-shaped roller 3 is connected to the tip surface via a bent portion having a small curvature radius.
  • the axial direction of the rod-shaped roller 3 does not necessarily need to be completely parallel to the axial direction of the tube 2 and may be substantially parallel (for example, the angular difference between the axial directions is within ⁇ 10 degrees).
  • tube 2 may be sufficient as the surrounding surface of the rod-shaped roller 3, and the taper shape which tapers upward or downward may be sufficient as it.
  • the peripheral surface of the rod-shaped roller 3 does not necessarily need to be smooth, and may have some unevenness.
  • the rod-shaped roller 3 is provided with a shaft 31 protruding upward from the upper end surface.
  • the shaft 31 is rotatably supported by the arm 15. That is, the rod-shaped roller 3 rotates following the rotation of the tube 2 when contacting the forming region 21 of the tube 2.
  • the arm 15 is connected to a first moving device 14 attached to a support column 14a rising from the base 11.
  • the first moving device 14 functions as a roller moving device that moves the rod-shaped roller 3 in the axial direction and the radial direction of the tube 2 via the arm 15.
  • the first moving device 14 includes a pair of linear actuators whose axial directions are orthogonal to each other.
  • Each linear actuator may be an electric / hydraulic / pneumatic cylinder, a ball screw mechanism, or a rack and pinion mechanism.
  • the first moving device 14 may be a robot arm.
  • the heater 4 heats the forming region 21 of the tube 2.
  • the heater 4 heats the forming region 21 of the tube 2 by induction heating.
  • the heater 4 applies an AC voltage to the heating head 41 facing the outer peripheral surface of the tube 2, a plurality of coils 42 embedded in the heating head 41, and the coil 42.
  • An AC power supply circuit 43 is included.
  • the frequency of the AC voltage is desirably a high frequency of 5 k to 400 kHz. That is, the induction heating is desirably high frequency induction heating.
  • each coil 42 is an ellipse shape long in the circumferential direction of the pipe
  • the cooler 5 includes at least a portion close to the forming region 21 (that is, a region other than the forming region 21 of the tube 2) (that is, a region other than the forming region 21 of the tube 2) from the predetermined position to the lower end of the tube 2. Cool the top).
  • the cooler 5 cools the non-molded region 22 of the tube 2 by heat transfer to the cooling medium.
  • the cooler 5 includes a cooling head 51 that supplies a cooling medium to the outer peripheral surface of the pipe 2, and a delivery device 52 that sends the cooling medium to the cooling head 51 and can change the number of rotations.
  • the cooling medium is a gas (for example, air or inert gas)
  • the delivery device 52 may be a compressor or a fan.
  • the cooling medium is a liquid (for example, water or oil)
  • the delivery device 52 may be a pump.
  • the heating temperature of the forming region 21 by the heater 4 is desirably 1/3 or more of the melting point of the material constituting the tube 2, and more desirably 1/2 or more of the melting point.
  • the cooling temperature of the upper part of the non-molding region 22 by the cooler 5 is desirably such that the upper part of the non-molding region 22 is not deformed when the rod-shaped roller is pressed against the molding region 21.
  • the heater 4 heats the entire range of the molding region 21 to substantially the same temperature.
  • the cooler 5 is located at a slight distance from the upper end in the non-molding region 22 when the heating temperature of the molding region 21 by the heater 4 is 1/2 or more of the melting point of the material constituting the tube 2. It is desirable to cool at least the upper part of the non-molding region 22 so that the temperature falls to 1 ⁇ 4 or less of the melting point of the material constituting the tube 2 in the minimum range up to.
  • the minimum range is approximately the same as the height of the bent portion of the bar-shaped roller 3.
  • the heating head 41 of the heater 4 and the cooling head 51 of the cooler 5 are attached to the holding plate 18.
  • the holding plate 18 is connected to a second moving device 17 attached to a support column 17 a rising from the base 11.
  • the second moving device 17 functions as a heating head moving device that moves the heating head 41 in the axial direction and the radial direction of the tube 2 via the holding plate 18, and also connects the cooling head 51 to the tube 2 via the holding plate 18. It functions as a moving device for the cooling head that moves in the axial direction and the radial direction.
  • the second moving device 17 includes a pair of linear actuators whose axial directions are orthogonal to each other. Each linear actuator may be an electric / hydraulic / pneumatic cylinder, a ball screw mechanism, or a rack and pinion mechanism. However, the second moving device 17 may be a robot arm.
  • the heating head 41 may be attached to the arm 15 and the first moving device 14 may function as a heating head moving device.
  • the cooling head 51 may be attached to the arm 15 and the first moving device 14 may function as a cooling head moving device.
  • a moving device dedicated to the heating head 41 and a moving device dedicated to the cooling head 51 may be provided separately.
  • the AC power supply circuit 43 of the heater 4 and the transmitter 52 of the cooler 5 are controlled by the control device 6.
  • the control device 6 may be a sequencer (registered trademark) or a computer having a CPU and a memory such as a ROM or a RAM.
  • the control device 6 is connected to the first temperature sensor 61 and the second temperature sensor 62.
  • the first temperature sensor 61 detects the temperature of the forming region 21 of the tube 2
  • the second temperature sensor 62 detects the temperature of the upper portion of the non-forming region 22 of the tube 2.
  • the first temperature sensor 61 and the second temperature sensor are radiation thermometers that detect temperature based on infrared rays or visible light.
  • the first temperature sensor 61 and the second temperature sensor 62 are attached to the bracket 16 that hangs down from the arm 15. That is, the first temperature sensor 61 and the second temperature sensor 62 move together with the rod-shaped roller 3.
  • the first temperature sensor 61 and the second temperature sensor 62 may be attached to the holding plate 18.
  • the first temperature sensor 61 and the second temperature sensor 62 may be moved by a moving device different from the first moving device 14 and the second moving device 17, or may be fixed at a fixed position.
  • Control device 6 controls the output of heater 4 and cooler 5. Specifically, the control device 6 controls the AC power supply circuit 43 of the heater 4 based on the temperature detected by the first temperature sensor 61 and cools based on the temperature detected by the second temperature sensor 62.
  • the transmitter 52 of the device 5 is controlled.
  • a delivery device having a fixed number of revolutions and a flow rate control valve provided in a flow path from the delivery device to the cooling head are used. 6 may be controlled.
  • the first moving device 14 inserts the rod-shaped roller 3 into the tube 2 from the upper end of the tube 2 and contacts the forming region 21 of the tube 2 (see FIG. 2). Thereafter, the tube 2 is rotated around the central axis 20 by the turntable 12. However, the rotation of the tube 2 may be started before the bar roller 3 is inserted into the tube 2.
  • the heater 4 heats the molding region 21 and the cooler 5 cools at least the upper part of the non-molding region 22.
  • the first moving device 14 moves from the state in which the rod-shaped roller 3 is in contact with the forming region 21 of the tube 2 toward the upper end from the lower end of the tube 2 (that is, Upward) and radially outward of the tube 2.
  • the second moving device 17 moves the heating head 41 and the cooling head 51 in the axial direction and the radial direction of the tube 2 in synchronization with the movement of the bar-shaped roller 3.
  • “tuning” means that the movement amounts of the heating head 41 and the cooling head 51 are the same as the movement amounts of the rod-shaped roller 3 in the axial direction and the radial direction of the tube 2, respectively.
  • the bar roller 3 is moved in the axial direction of the tube 2.
  • the heating head 41 and the cooling head 51 are moved by the same amount only in the axial direction of the tube 2.
  • the head 51 is moved by the same amount only in the radial direction of the tube 2.
  • the control device 6 controls the heater 4 so that the temperature detected by the first temperature sensor 61 becomes a desired temperature.
  • the AC power supply circuit 43 is controlled, and the transmitter 52 of the cooler 5 is controlled so that the temperature detected by the second temperature sensor 62 becomes a desired temperature.
  • the molding region 21 gradually narrows and the non-molding region 22 gradually widens accordingly (see FIG. 3).
  • the portion that was the lower end of the forming region 21 is a tapered portion that has been subjected to the diameter expansion process (that is, the taper portion indicates the trajectory of the rod-shaped roller 3).
  • this tapered portion becomes a part of the non-molding region 22.
  • the movement of the rod-shaped roller 3 in the axial direction of the tube 2 and the movement of the rod-shaped roller 3 in the radial direction of the tube 2 may both be performed continuously, or they may be performed individually and intermittently. Further, the amount of movement of the bar roller 3 in the axial direction of the tube 2 may be very large relative to the amount of movement of the bar roller 3 in the radial direction of the tube 2 (the angle of the taper portion of the non-molding region 22 is small). ), May be very small (the angle of the tapered portion of the non-molding region 22 is large).
  • the diameter of the tube 2 can be increased so that there is a tapered portion between the small-diameter cylindrical portion and the large-diameter cylindrical portion, in other words, one step portion.
  • the rod-shaped roller 3 is once moved away from the tube 2 and moved slightly upward, the tube 2 can be expanded in diameter so as to have a plurality of stepped portions by repeating the above-described operation.
  • the rod-shaped roller 3 may be moved upward to the upper end of the pipe 2 to expand the diameter of the pipe 2 so as to have only a small-diameter cylindrical portion and a tapered portion.
  • the rod-shaped roller 3 is pressed against the forming region 21 of the heated tube 2, so that the occurrence of necking is suppressed and a relatively small pressing force is used.
  • the molding region 21 can be expanded in diameter.
  • the deformation of the non-molding region 22 when the rod-shaped roller 3 is pressed against the heated molding region 21 can be suppressed.
  • the heating head 41 is moved in the radial direction of the tube 2 in synchronization with the movement of the bar roller 3 in the radial direction of the tube 2.
  • the distance can be kept substantially constant. Therefore, the molding region 21 can be expanded in diameter while being stably heated.
  • the heating head 41 is moved in the axial direction of the tube 2 in synchronization with the movement of the rod-shaped roller 3 in the axial direction of the tube 2. Accordingly, even if the molding region 21 is gradually narrowed, the positional relationship between the tip of the rod-like roller 3 and the heating head 41 can be made unchanged.
  • the cooling head 51 is moved in synchronization with the movement of the bar-shaped roller 3, even if the molding region 21 is gradually narrowed with the movement of the bar-shaped roller 3 in the axial direction of the tube 2, The positional relationship between the tip of the bar roller 3 and the cooling head 51 is unchanged. Therefore, at least the upper part in the non-molding region 22 can be continuously cooled.
  • the molding apparatus 1B shown in FIG. 6 executes the diameter expansion method.
  • the angle between the heating head 41 and the bar roller 3 in the circumferential direction of the tube 2 is 90 degrees. That is, the rod-shaped roller 3 is moved in the vertical direction and in the direction orthogonal to the paper surface of FIG. 6 by the first moving device 14 (not shown in FIG. 6).
  • the molding apparatus 1 ⁇ / b> B includes the auxiliary roller 7.
  • Other configurations of the molding apparatus 1B are the same as those of the molding apparatus 1A of the first embodiment.
  • the auxiliary roller 7 extends in the axial direction of the tube 2 and has a hemispherical columnar tip.
  • the angle between the rod-shaped roller 3 and the auxiliary roller 7 in the circumferential direction of the tube 2 is 90 degrees, but the angle between the rod-shaped roller 3 and the auxiliary roller 7 in the circumferential direction of the tube 2 is, for example, 180 degrees. It may be another angle.
  • the auxiliary roller 7 contacts at least the upper part of the forming region 21 (the part including the upper end of the pipe 2) from the outside of the pipe 2 at least during molding.
  • the length of the auxiliary roller 7 is shorter than the length of the rod-shaped roller 3 and contacts only the upper part of the molding region 21.
  • the length of the auxiliary roller 7 may be the same as or longer than that of the rod-like roller 3 and may be in contact with the molding region 21 as a whole.
  • the auxiliary roller 7 is provided with a shaft 71 protruding upward from the upper end surface.
  • the shaft 71 is rotatably supported by the arm 81. That is, the auxiliary roller 7 rotates following the rotation of the tube 2 when contacting the upper portion of the forming region 21 of the tube 2.
  • the arm 81 is connected to a linear motion actuator 82 attached to a column 83 rising from the base 11.
  • the linear actuator 82 moves the auxiliary roller 7 in the radial direction of the tube 2 via the arm 81.
  • the linear actuator 82 may be an electric / hydraulic / pneumatic cylinder, a ball screw mechanism, or a rack and pinion mechanism.
  • the linear actuator 82 is controlled by the control device 6 so that the auxiliary roller 7 is always pressed against the pipe 2 with a constant pressing force. That is, when the first moving device 14 moves the rod-shaped roller 3 upward and radially outward from the state in which the first roller 14 contacts the forming region 21 of the tube 2, the auxiliary roller 7 moves at least the upper end of the tube 2 from the radially outer side. To support. In other words, the bar roller 3 is pressed against the molding region 21 while at least the upper end of the tube 2 is supported by the auxiliary roller 7. In addition, the thickness of the shaping
  • the same effect as in the first embodiment can be obtained.
  • the action of the auxiliary roller 7 can prevent the tube 2 from being shaken during molding.
  • the heater 4 may be arranged such that the heating head 41 faces the inner peripheral surface of the tube 2, and heat the molding region 21 from the inside of the tube 2.
  • the forming region 21 is heated from the outside of the tube 2, as compared with the case where the forming region 21 is heated from the inside of the tube 2, the bulge of the inner peripheral surface of the tube 2 that may be formed by the pressing of the rod-shaped roller 3. Can be suppressed.
  • the cooler 5 may be arranged such that the cooling head 51 supplies a cooling medium to the inner peripheral surface of the tube 2, and cools at least the upper part of the non-molded region 22 from the inside of the tube 2.
  • the heater 4 does not necessarily need to heat the forming region 21 of the tube 2 by induction heating.
  • a burner that emits a flame from a nozzle may be used as the heater 4.
  • the temperature gradient between the forming region 21 and the non-forming region 22 becomes gentle.
  • the temperature gradient between the molding region 21 and the non-molding region 22 becomes steep. Therefore, if the molding region 21 is heated by induction heating, the deformation of the non-molding region 22 can be more effectively suppressed. In other words, it is possible to accurately form a tapered portion that indicates the locus of the bar-shaped roller 3 in the non-molding region 22.
  • the second moving device 17 does not have a function of moving the heating head 41 and the cooling head 51 in the axial direction of the pipe 2 but only a function of moving the heating head 41 and the cooling head 51 in the radial direction of the pipe 2. You may have. That is, when the first moving device 14 moves the bar roller 3 from the state in contact with the forming region 21 of the tube 2 upward and radially outward of the tube 2, the second moving device 17 includes the heating head 41 and the cooling head. The head 51 may be moved in the radial direction of the tube 2 in synchronism with only the movement of the bar roller 3 in the radial direction of the tube 2.
  • either one or both of the heating head 41 and the cooling head 51 may be fixed at a fixed position.
  • the cooling head 51 is fixed at a fixed position, and the cooling medium supplied to the inner peripheral surface or the outer peripheral surface of the pipe 2 by the control based on the second temperature sensor 62 is supplied. The amount may be adjusted.
  • the cooler 5 is not necessarily required to cool at least the upper part of the non-molded region 22 of the tube 2 by heat transfer to the cooling medium.
  • the cooler 5 may be configured to cool at least the upper part of the non-molding region 22 by contact with a heat dissipating member that deforms according to the molding of the tube 2.
  • the tip of the bar roller 3 may be hemispherical, for example. However, if the tip of the rod-shaped roller 3 is flat, the interference between the rod-shaped roller 3 and the tapered portion indicating the locus of the rod-shaped roller 3 in the non-molded region 22 is less than that in the case where the tip of the rod-shaped roller 3 is hemispherical. Can be suppressed. Therefore, the diameter of the forming region 21 of the pipe 2 can be expanded with high accuracy.
  • the heating of the forming region 21 of the tube 2, the cooling of at least the upper portion of the non-forming region 22 of the tube 2, and the pressing of the rod-shaped roller 3 to the forming region 21 are not necessarily performed simultaneously.
  • the forming region 21 of the tube 2 is first heated, then the heating of the forming region 21 of the tube 2 is stopped to cool the non-forming region 22, and then the cooling of the non-forming region 22 is stopped to You may press to the shaping
  • Molding device 14 1st moving device (moving device for rollers) 17 Second moving device (heating head moving device, cooling head moving device) 2 Tube 20 Central axis 21 Molding area 22 Non-molding area 3 Bar roller 4 Heater 41 Heating head 5 Cooler 51 Cooling head 6 Controller 61 First temperature sensor 62 Second temperature sensor 7 Auxiliary roller

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Abstract

管の拡径方法は、一端が回転台に固定された管をその中心軸回りに回転させる工程と、管の軸方向に延びる棒状ローラを管の他端から管内に挿入し、管の他端から所定位置までの成形領域に接触させる工程と、管の成形領域を加熱する工程と、管の所定位置から一端までの非成形領域における少なくとも成形領域に近接する部分を冷却する工程と、棒状ローラを管の成形領域に接触した状態から管の一端から他端に向かう方向および管の径方向外向きに移動させる工程と、を含む。

Description

管の拡径方法および成形装置
　本発明は、管の拡径方法およびこれを実行する成形装置に関する。
　従来から、スピニング成形により、管を部分的に拡径する方法が知られている。例えば、特許文献１には、一対の円盤ローラを用いた管の拡径方法が開示されている。
　具体的に、特許文献１に開示された拡径方法では、一端が回転台に固定された管が、管内に配置された第１ローラと管外に配置された第２ローラとで挟まれた状態で、その中心軸回りに回転される。その後、第１ローラおよび第２ローラを管の一端から他端に向かう方向および径方向外向きに移動させる。その結果、第１ローラが管を押圧し、その押圧位置から他端までの部分が拡径される。第２ローラは、拡径された部分の成形性を高める役割を果たす。
特開２０００－２４６３５３号公報
　ところで、管内に配置された円盤ローラを管の径方向および軸方向に移動させることにより管を拡径した場合には、図７に示すように、円盤ローラよりも管の他端側の部分が元の径を維持しようとするために、円盤ローラよりも管の一端側の部分に引張りによる減肉（いわゆる、ネッキング）が発生する。このようなネッキングの発生を抑制するためには、円盤ローラの代わりに、管の軸方向に延びる棒状ローラを用いることが望ましい。
　しかしながら、棒状ローラを用いた場合には、管の拡径対象領域である成形領域の広範囲を押圧する必要があるため、棒状ローラを径方向外向きに大きな力で押し込む必要がある。これに対し、管の成形領域を加熱すれば、棒状ローラの押し込み力を低減することができる。
　しかしながら、管の成形領域を加熱した場合には、成形領域に大きな熱量が与えられ、その熱量が成形領域よりも管の一端側の領域である非成形領域にも伝達される。このため、棒状ローラを成形領域に押圧したときに、非成形領域も変形してしまう。
　そこで、本発明は、加熱された管の成形領域に棒状ローラが押圧されたときの非成形領域の変形を抑制できるようにすることを目的とする。
　前記課題を解決するために、本発明は、一端が回転台に固定された管をその中心軸回りに回転させる工程と、前記管の軸方向に延びる棒状ローラを前記管の他端から前記管内に挿入し、前記管の他端から所定位置までの成形領域に接触させる工程と、前記管の成形領域を加熱する工程と、前記管の所定位置から一端までの非成形領域における少なくとも前記成形領域に近接する部分を冷却する工程と、前記棒状ローラを前記管の成形領域に接触した状態から前記管の一端から他端に向かう方向および前記管の径方向外向きに移動させる工程と、を含む管の拡径方法を提供する。
　上記の構成によれば、加熱された管の成形領域に棒状ローラが押圧されるため、ネッキングの発生を抑制しつつ比較的に小さな押し込み力で成形領域を拡径することができる。しかも、管の非成形領域における少なくとも成形領域に近接する部分が冷却されるため、加熱された成形領域に棒状ローラが押圧されたときの非成形領域の変形を抑制することができる。
　前記管の成形領域を、前記管の外側から加熱してもよい。この構成によれば、管の内側から成形領域を加熱する場合に比べ、棒状ローラの押圧によって形成されるおそれのある管の内周面の隆起を抑制することができる。
　前記管の成形領域を、誘導加熱により加熱してもよい。バーナーを用いて管の成形領域を加熱した場合には、成形領域と非成形領域との間での温度勾配が緩やかになる。これに対し、誘導加熱により成形領域を加熱した場合には、成形領域と非成形領域との間での温度勾配が急になる。従って、誘導加熱により成形領域を加熱すれば、非成形領域の変形をより効果的に抑制することができる。換言すれば、非成形領域における棒状ローラの軌跡を示すテーパー部を精度良く形成することができる。
　前記管の成形領域を、前記管の内周面または外周面と対向する加熱ヘッドを含む加熱器を用いて加熱し、前記棒状ローラを前記管の成形領域に接触した状態から前記管の一端から他端に向かう方向および前記管の径方向外向きに移動させる際には、前記加熱ヘッドを、前記棒状ローラの移動に同調して前記管の径方向に移動させてもよい。この構成によれば、管の成形領域と加熱ヘッドの間の距離を略一定に保つことができ、成形領域を安定的に加熱しながら拡径することができる。
　前記管の非成形領域を、前記管の外周面に冷却媒体を供給する冷却ヘッドを含む冷却器を用いて冷却し、前記棒状ローラを前記管の成形領域に接触した状態から前記管の一端から他端に向かう方向および前記管の径方向外向きに移動させる際には、前記冷却ヘッドを、前記棒状ローラの移動に同調して前記管の軸方向および径方向に移動させてもよい。この構成によれば、管の軸方向における棒状ローラの移動に伴って成形領域が徐々に狭くなっても、棒状ローラの先端と冷却ヘッドの位置関係は不変であるため、非成形領域における少なくとも成形領域に近接する部分を継続して冷却することができる。
　前記管の少なくとも他端を径方向外側から補助ローラで支持しながら、前記棒状ローラを前記管の成形領域に接触した状態から前記管の一端から他端に向かう方向および前記管の径方向外向きに移動させてもよい。この構成によれば、成形中の管の振れを防止することができる。
　前記棒状ローラの先端はフラットであってもよい。この構成によれば、棒状ローラの先端が半球状である場合に比べて、棒状ローラと非成形領域における棒状ローラの軌跡を示すテーパー部との干渉を抑制することができる。従って、管の成形領域を精度良く拡径することができる。
　例えば、前記管は、８ｍｍ以上の厚さを有してもよい。
　また、本発明は、管の一端が固定される回転台と、前記管の軸方向に延びる棒状ローラであって、前記管の他端から前記管内に挿入されて前記管の他端から所定位置までの成形領域に接触させられる棒状ローラと、前記管の成形領域を加熱する加熱器と、前記管の所定位置から一端までの非成形領域における少なくとも前記成形領域に近接する部分を冷却する冷却器と、前記棒状ローラを前記管の軸方向および径方向に移動させるローラ用移動装置と、を備える、成形装置を提供する。この成形装置を用いれば、上記の管の拡径方法を実行することができる。
　本発明によれば、加熱された管の成形領域に棒状ローラが押圧されたときの非成形領域の変形を抑制することができる。
本発明の第１実施形態に係る管の拡径方法を実行する成形装置の概略構成図である。 成形を開始する前の管と棒状ローラの位置関係を示す図である。 成形中の管と棒状ローラの位置関係を示す図である。 図２のIV－IV線に沿った断面図である。 図５Ａは第１実施形態で用いられる加熱ヘッドの正面図、図５Ｂは変形例の加熱ヘッドの正面図、図５Ｃは別の変形例の加熱ヘッドの正面図である。 本発明の第２実施形態に係る管の拡径方法を実行する成形装置の概略構成図である。 円盤ローラを用いたときに発生するネッキングを説明するための図である。
　（第１実施形態）
　まず、本発明の第１実施形態に係る管の拡径方法を説明する。本実施形態の拡径方法は、図１に示す成形装置１Ａにより実行される。
　成形装置１Ａは、スピニング成形により、管２を部分的に拡径する。管２を構成する材料は特に限定されるものではないが、本実施形態の拡径方法は、特に変形抵抗の高い金属からなる管２に有用である。変形抵抗の高い金属としては、例えば、ステンレス鋼やチタン合金などの難塑性加工材が挙げられる。難塑性加工材でなくても軟鋼やアルミニウム合金からなる管２でも厚さが８ｍｍ以上であれば、変形抵抗が高くなる。
　具体的に、成形装置１Ａは、ベース１１と、ベース１１に回転可能に支持された回転台１２を含む。回転台１２は、図略のモータにより回転される。本実施形態では、回転台１２の軸方向が鉛直方向であるが、回転台１２の軸方向は水平方向などの他の方向であってもよい。
　回転台１２には、管２の下端（一端）が、管２の中心軸２０と回転台１２の回転中心とが一致するように固定される。つまり、管２は、中心軸２０回りに回転させられる。本実施形態では、管２の下端が、回転台１２に設けられたチャック１３によって回転台１２に固定される。ただし、管２の下端の回転台１２への固定方法はこれに限られない。例えば、チャック１３の代わりに管２と嵌合する筒状体が回転台１２に設けられ、その筒状体に管２の下端がボルトによって固定されてもよい。
　さらに、成形装置１Ａは、管２を内側から押圧する棒状ローラ３と、管２を外側から加熱する加熱器４と、管２を外側から冷却する冷却器５を含む。
　棒状ローラ３は、管２の軸方向に延びており、円柱状をなしている。棒状ローラ３は、管２の上端（他端）から管２内に挿入されて、管２の上端から所定位置までの成形領域２１に接触させられる。本実施形態では、棒状ローラ３の先端が、管２の軸方向と直交する面に平行なフラットである。このため、棒状ローラ３の周面は、曲率半径の小さな屈曲部を介して先端面につながっている。
　棒状ローラ３の軸方向は、必ずしも管２の軸方向と完全に平行である必要はなく、実質的に平行（例えば、それらの軸方向の角度差が±１０度以内）であればよい。また、棒状ローラ３の周面は、管２の軸方向に平行な筒状であってもよいし、上向きまたは下向きに先細りとなるテーパー状であってもよい。さらに、棒状ローラ３の周面は、必ずしも平滑である必要はなく、多少の凹凸を有していてもよい。
　棒状ローラ３には、上端面から上方に突出するシャフト３１が設けられている。シャフト３１は、アーム１５により回転可能に支持されている。つまり、棒状ローラ３は、管２の成形領域２１に接触したときに、管２の回転に追従して回転する。
　アーム１５は、ベース１１から立ち上がる支柱１４ａに取り付けられた第１移動装置１４に連結されている。第１移動装置１４は、アーム１５を介して棒状ローラ３を管２の軸方向および径方向に移動させるローラ用移動装置として機能する。本実施形態では、第１移動装置１４が、軸方向が互いに直交する一対の直動アクチュエータを含む。各直動アクチュエータは、電動／油圧／空圧シリンダであってもよいし、ボールねじ機構であってもよいし、ラックアンドピニオン機構であってもよい。ただし、第１移動装置１４は、ロボットアームであってもよい。
　加熱器４は、管２の成形領域２１を加熱する。本実施形態では、加熱器４が、誘導加熱により管２の成形領域２１を加熱する。具体的に、加熱器４は、図２に示すように、管２の外周面と対向する加熱ヘッド４１と、加熱ヘッド４１に埋め込まれた複数のコイル４２と、コイル４２に交流電圧を印加する交流電源回路４３を含む。交流電圧の周波数は、５ｋ～４００ｋＨｚの高周波数であることが望ましい。すなわち、誘導加熱は、高周波誘導加熱であることが望ましい。
　本実施形態では、図４に示すように、管２の周方向における加熱ヘッド４１と棒状ローラ３の間の角度が１８０度であるが、管２の周方向における加熱ヘッド４１と棒状ローラ３の間の角度は例えば９０度などの別の角度であってもよい。また、本実施形態では、図４および図５Ａに示すように、各コイル４２が管２の周方向に長い長円状である。ただし、各コイル４２は、図５Ｂに示すように、管２の軸方向に長い長円状であってもよい。あるいは、図５Ｃに示すように、コイル４２が多角形（例えば、三角形）を描くように１つだけ設けられていてもよい。なお、加熱ヘッド４１は、管２の周方向に並ぶように複数設けられていてもよい。
　図２に戻って、冷却器５は、管２の上述した所定位置から下端までの非成形領域２２（すなわち、管２の成形領域２１以外の領域）における少なくとも成形領域２１に近接する部分（すなわち、上部）を冷却する。本実施形態では、冷却器５が、冷却媒体への熱伝達により管２の非成形領域２２を冷却する。具体的に、冷却器５は、管２の外周面に冷却媒体を供給する冷却ヘッド５１と、冷却ヘッド５１へ冷却媒体を送り出す、回転数が変更可能な送出機５２を含む。例えば、冷却媒体が気体（例えば、空気や不活性ガス）である場合は、送出機５２は圧縮機であってもよいしファンであってもよい。あるいは、冷却媒体が液体（例えば、水や油）である場合は、送出機５２はポンプであってもよい。
　加熱器４による成形領域２１の加熱温度は、管２を構成する材料の融点の１／３以上であることが望ましく、融点の１／２以上であることがより望ましい。冷却器５による非成形領域２２の上部の冷却温度は、成形領域２１に棒状ローラが押圧されたときに非成形領域２２の上部が変形しない程度であることが望ましい。
　特に、加熱器４は、成形領域２１の全範囲をほぼ同一温度に加熱することが望ましい。また、冷却器５は、加熱器４による成形領域２１の加熱温度が管２を構成する材料の融点の１／２以上である場合に、非成形領域２２における上端から僅かな距離だけ離れた位置までの極小範囲で、温度が管２を構成する材料の融点の１／４以下まで低下するように、非成形領域２２の少なくとも上部を冷却することが望ましい。例えば、極小範囲は、棒状ローラ３の屈曲部の高さと同程度である。
　本実施形態では、加熱器４の加熱ヘッド４１と冷却器５の冷却ヘッド５１が保持板１８に取り付けられている。保持板１８は、ベース１１から立ち上がる支柱１７ａに取り付けられた第２移動装置１７に連結されている。第２移動装置１７は、保持板１８を介して加熱ヘッド４１を管２の軸方向および径方向に移動させる加熱ヘッド用移動装置として機能するとともに、保持板１８を介して冷却ヘッド５１を管２の軸方向および径方向に移動させる冷却ヘッド用移動装置として機能する。本実施形態では、第２移動装置１７が、軸方向が互いに直交する一対の直動アクチュエータを含む。各直動アクチュエータは、電動／油圧／空圧シリンダであってもよいし、ボールねじ機構であってもよいし、ラックアンドピニオン機構であってもよい。ただし、第２移動装置１７は、ロボットアームであってもよい。
　ただし、加熱ヘッド４１がアーム１５に取り付けられて、第１移動装置１４が加熱ヘッド用移動装置として機能してもよい。あるいは、冷却ヘッド５１がアーム１５に取り付けられて、第１移動装置１４が冷却ヘッド用移動装置として機能してもよい。さらには、第２移動装置１７に代えて、加熱ヘッド４１専用の移動装置と冷却ヘッド５１専用の移動装置が別々に設けられていてもよい。
　加熱器４の交流電源回路４３および冷却器５の送出機５２は、制御装置６により制御される。例えば、制御装置６は、シーケンサ（登録商標）であってもよいし、ＣＰＵとＲＯＭやＲＡＭなどのメモリを有するコンピュータであってもよい。
　制御装置６は、第１温度センサ６１および第２温度センサ６２に接続されている。第１温度センサ６１は、管２の成形領域２１の温度を検出し、第２温度センサ６２は、管２の非成形領域２２の上部の温度を検出する。例えば、第１温度センサ６１および第２温度センサは、赤外線または可視光線に基づいて温度を検出する放射温度計である。
　本実施形態では、第１温度センサ６１および第２温度センサ６２がアーム１５から垂れ下がるブラケット１６に取り付けられている。つまり、第１温度センサ６１および第２温度センサ６２は、棒状ローラ３と一緒に移動する。ただし、第１温度センサ６１および第２温度センサ６２は、保持板１８に取り付けられていてもよい。あるいは、第１温度センサ６１および第２温度センサ６２は、第１移動装置１４および第２移動装置１７とは異なる移動装置によって移動されてもよいし、定位置に固定されていてもよい。
　制御装置６は、加熱器４および冷却器５の出力を制御する。具体的には、制御装置６は、第１温度センサ６１で検出される温度に基づいて加熱器４の交流電源回路４３を制御するとともに、第２温度センサ６２で検出される温度に基づいて冷却器５の送出機５２を制御する。ただし、回転数が変更可能な送出機５２の代わりに、回転数が固定の送出機と、送出機から冷却ヘッドまでの流路に設けられた流量制御弁を用い、その流量制御弁が制御装置６によって制御されてもよい。
　次に、図１～図３を参照して、成形装置１Ａが管２を部分的に拡径する際の動作を説明する。
　まず、第１移動装置１４が、棒状ローラ３を管２の上端から管２内に挿入し、管２の成形領域２１に接触させる（図２参照）。その後、回転台１２により、管２が中心軸２０回りに回転させられる。ただし、管２の回転は、棒状ローラ３が管２内に挿入される前に開始されてもよい。
　次に、加熱器４が成形領域２１を加熱するとともに、冷却器５が非成形領域２２の少なくとも上部を冷却する。成形領域２１および非成形領域２２が共に所望の温度になると、第１移動装置１４が、棒状ローラ３を管２の成形領域２１に接触した状態から管２の下端から上端に向かう方向（つまり、上向き）および管２の径方向外向きに移動させる。このとき、第２移動装置１７が、加熱ヘッド４１および冷却ヘッド５１を棒状ローラ３の移動に同調して管２の軸方向および径方向に移動させる。ここで、「同調」とは、管２の軸方向および径方向のそれぞれにおいて、加熱ヘッド４１および冷却ヘッド５１の移動量が棒状ローラ３の移動量と同じことを意味する。例えば、後述するように管２の軸方向における棒状ローラ３の移動と管２の径方向における棒状ローラ３の移動が個別に断続的に行われる場合には、棒状ローラ３が管２の軸方向に移動されたときに、加熱ヘッド４１および冷却ヘッド５１が管２の軸方向のみに同じ量だけ移動させられ、棒状ローラ３が管２の径方向に移動されたときに、加熱ヘッド４１および冷却ヘッド５１が管２の径方向のみに同じ量だけ移動させられる。
　加熱ヘッド４１および冷却ヘッド５１が管２の軸方向および径方向に移動させられる間も、制御装置６は、第１温度センサ６１で検出される温度が所望の温度となるように加熱器４の交流電源回路４３を制御するとともに、第２温度センサ６２で検出される温度が所望の温度となるように冷却器５の送出機５２を制御する。
　棒状ローラ３が上向きに移動すると、それに伴って成形領域２１が徐々に狭くなるとともに非成形領域２２が徐々に広くなる（図３参照）。換言すれば、棒状ローラ３が上向きおよび径方向外向きに移動するにつれて、成形領域２１の下端であった部分が拡径処理済のテーパー部（つまり、テーパー部は棒状ローラ３の軌跡を示す）となり、このテーパー部が非成形領域２２の一部となる。
　管２の軸方向における棒状ローラ３の移動と管２の径方向における棒状ローラ３の移動は、共に連続的に行われてもよいし、それらが個別に断続的に行われてもよい。また、管２の軸方向における棒状ローラ３の移動量は、管２の径方向における棒状ローラ３の移動量に対して非常に大きくてもよいし（非成形領域２２のテーパー部の角度が小さい）、非常に小さくてもよい（非成形領域２２のテーパー部の角度が大きい）。
　棒状ローラ３の上向きおよび管２の径方向外向きへの移動は、図３に示すように成形領域２１が所望量だけ拡径された時点で終了となる。これにより、管２を小径筒状部と大径筒状部の間にテーパー部が存在するように、換言すれば１つの段差部を有するように拡径することができる。その後、棒状ローラ３をいったん管２から離して少し上方に移動した後に、上述した動作を繰り返せば、管２を複数の段差部を有するように拡径することができる。ただし、棒状ローラ３を管２の上端まで上向きに移動させて、管２を小径筒状部とテーパー部のみを有するように拡径してもよい。
　以上説明したように、本実施形態の管の拡径方法では、加熱された管２の成形領域２１に棒状ローラ３が押圧されるため、ネッキングの発生を抑制しつつ比較的に小さな押し込み力で成形領域２１を拡径することができる。しかも、管２の非成形領域２２の少なくとも上部が冷却されるため、加熱された成形領域２１に棒状ローラ３が押圧されたときの非成形領域２２の変形を抑制することができる。
　また、本実施形態では、加熱ヘッド４１が管２の径方向における棒状ローラ３の移動に同調して管２の径方向に移動されるため、管２の成形領域２１と加熱ヘッド４１の間の距離を略一定に保つことができる。従って、成形領域２１を安定的に加熱しながら拡径することができる。特に、本実施形態では、加熱ヘッド４１が管２の軸方向における棒状ローラ３の移動に同調して管２の軸方向にも移動されるため、管２の軸方向における棒状ローラ３の移動に伴って成形領域２１が徐々に狭くなっても、棒状ローラ３の先端と加熱ヘッド４１の位置関係を不変とすることができる。
　さらに、本実施形態では、冷却ヘッド５１が棒状ローラ３の移動に同調して移動されるため、管２の軸方向における棒状ローラ３の移動に伴って成形領域２１が徐々に狭くなっても、棒状ローラ３の先端と冷却ヘッド５１の位置関係は不変である。従って、非成形領域２２における少なくとも上部を継続して冷却することができる。
　（第２実施形態）
　次に、本発明の第２実施形態に係る管の拡径方法を説明する。本実施形態では、図６に示す成形装置１Ｂがその拡径方法を実行する。本実施形態では、管２の周方向における加熱ヘッド４１と棒状ローラ３の間の角度が９０度である。すなわち、棒状ローラ３は、第１移動装置１４（図６では作図を省略）により、上下方向および図６の紙面と直交する方向に移動される。さらに、本実施形態では、成形装置１Ｂが補助ローラ７を含む。成形装置１Ｂのその他の構成は、第１実施形態の成形装置１Ａと同じである。
　補助ローラ７は、管２の軸方向に延びており、先端が半球状の円柱状をなしている。本実施形態では、管２の周方向における棒状ローラ３と補助ローラ７の間の角度が９０度であるが、管２の周方向における棒状ローラ３と補助ローラ７の間の角度は例えば１８０度などの別の角度であってもよい。
　補助ローラ７は、少なくとも成形中は、管２の外側から成形領域２１の少なくとも上部（管２の上端を含む部分）と接触する。本実施形態では、補助ローラ７の長さが棒状ローラ３の長さよりも短く、成形領域２１の上部のみと接触する。ただし、補助ローラ７の長さが棒状ローラ３と同じかそれよりも長くて、成形領域２１と全体的に接触してもよい。
　補助ローラ７には、上端面から上方に突出するシャフト７１が設けられている。シャフト７１は、アーム８１により回転可能に支持されている。つまり、補助ローラ７は、管２の成形領域２１の上部に接触したときに、管２の回転に追従して回転する。
　アーム８１は、ベース１１から立ち上がる支柱８３に取り付けられた直動アクチュエータ８２に連結されている。直動アクチュエータ８２は、アーム８１を介して補助ローラ７を管２の径方向に移動させる。例えば、直動アクチュエータ８２は、電動／油圧／空圧シリンダであってもよいし、ボールねじ機構であってもよいし、ラックアンドピニオン機構であってもよい。
　本実施形態では、直動アクチュエータ８２が、補助ローラ７が常に一定の押し付け力で管２に押し付けられるように制御装置６により制御される。つまり、補助ローラ７は、第１移動装置１４が棒状ローラ３を管２の成形領域２１に接触した状態から上向きおよび径方向外向きに移動させる際に、管２の少なくとも上端を径方向外側から支持する。換言すれば、補助ローラ７により管２の少なくとも上端が支持されながら、棒状ローラ３が成形領域２１に押圧される。なお、成形領域２１の厚さは、拡径が進むにつれて薄くなる。従って、管２の径方向における補助ローラ７の移動速度は、管２の径方向における棒状ローラ３の移動速度よりも小さくなる。
　本実施形態でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。しかも、本実施形態では、補助ローラ７の作用によって、成形中の管２の振れを防止することができる。
　（その他の実施形態）
　本発明は上述した第１および第２実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
　例えば、加熱器４は、加熱ヘッド４１が管２の内周面に対向するように配置され、管２の内側から成形領域２１を加熱してもよい。ただし、成形領域２１を管２の外側から加熱すれば、管２の内側から成形領域２１を加熱する場合に比べ、棒状ローラ３の押圧によって形成されるおそれのある管２の内周面の隆起を抑制することができる。同様に、冷却器５も、冷却ヘッド５１が管２の内周面に冷却媒体を供給するように配置され、管２の内側から非成形領域２２の少なくとも上部を冷却してもよい。
　また、加熱器４は、必ずしも誘導加熱により管２の成形領域２１を加熱する必要はない。例えば、加熱器４として、ノズル（加熱ヘッド）から火炎を放射するバーナーを用いてもよい。ただし、バーナーを用いて管２の成形領域２１を加熱した場合には、成形領域２１と非成形領域２２との間での温度勾配が緩やかになる。これに対し、誘導加熱により成形領域２１を加熱した場合には、成形領域２１と非成形領域２２との間での温度勾配が急になる。従って、誘導加熱により成形領域２１を加熱すれば、非成形領域２２の変形をより効果的に抑制することができる。換言すれば、非成形領域２２における棒状ローラ３の軌跡を示すテーパー部を精度良く形成することができる。
　また、第２移動装置１７は、加熱ヘッド４１および冷却ヘッド５１を管２の軸方向に移動させる機能を有さず、加熱ヘッド４１および冷却ヘッド５１を管２の径方向に移動させる機能のみを有していてもよい。つまり、第１移動装置１４が棒状ローラ３を管２の成形領域２１に接触した状態から上向きおよび管２の径方向外向きに移動させる際に、第２移動装置１７は、加熱ヘッド４１および冷却ヘッド５１を管２の径方向における棒状ローラ３の移動のみに同調して管２の径方向に移動してもよい。
　また、管２の拡径量が小さな場合には、加熱ヘッド４１および冷却ヘッド５１のどちらか一方または双方が定位置に固定されていてもよい。あるいは、管２の拡径量が大きな場合でも、冷却ヘッド５１を定位置に固定して、第２温度センサ６２に基づく制御によって、管２の内周面または外周面に供給する冷却媒体の供給量を調整してもよい。
　冷却器５は、必ずしも冷却媒体への熱伝達によって管２の非成形領域２２の少なくとも上部を冷却する必要はない。例えば、冷却器５は、非成形領域２２の少なくとも上部を、管２の成形に応じて変形する放熱部材への接触によって冷却するように構成されていてもよい。
　棒状ローラ３の先端は、例えば半球状であってもよい。ただし、棒状ローラ３の先端がフラットであれば、棒状ローラ３の先端が半球状である場合に比べて、棒状ローラ３と非成形領域２２における棒状ローラ３の軌跡を示すテーパー部との干渉を抑制することができる。従って、管２の成形領域２１を精度良く拡径することができる。
　また、管２の成形領域２１の加熱と、管２の非成形領域２２の少なくとも上部の冷却と、棒状ローラ３の成形領域２１への押圧とは、必ずしも同時に行われる必要はない。例えば、まず管２の成形領域２１を加熱し、ついで管２の成形領域２１の加熱を停止して非成形領域２２を冷却し、その後に非成形領域２２の冷却を停止して棒状ローラ３を成形領域２１へ押圧してもよい。
　１Ａ，１Ｂ　成形装置
　１４　第１移動装置（ローラ用移動装置）
　１７　第２移動装置（加熱ヘッド用移動装置、冷却ヘッド用移動装置）
　２　　管
　２０　中心軸
　２１　成形領域
　２２　非成形領域
　３　　棒状ローラ
　４　　加熱器
　４１　加熱ヘッド
　５　　冷却器
　５１　冷却ヘッド
　６　　制御装置
　６１　第１温度センサ
　６２　第２温度センサ
　７　　補助ローラ

Claims (15)

  1. 　一端が回転台に固定された管をその中心軸回りに回転させる工程と、
    　前記管の軸方向に延びる棒状ローラを前記管の他端から前記管内に挿入し、前記管の他端から所定位置までの成形領域に接触させる工程と、
    　前記管の成形領域を加熱する工程と、
    　前記管の所定位置から一端までの非成形領域における少なくとも前記成形領域に近接する部分を冷却する工程と、
    　前記棒状ローラを前記管の成形領域に接触した状態から前記管の一端から他端に向かう方向および前記管の径方向外向きに移動させる工程と、
    を含む管の拡径方法。
  2. 　前記管の成形領域を、前記管の外側から加熱する、請求項１に記載の管の拡径方法。
  3. 　前記管の成形領域を、誘導加熱により加熱する、請求項１または２に記載の管の拡径方法。
  4. 　前記管の成形領域を、前記管の内周面または外周面と対向する加熱ヘッドを含む加熱器を用いて加熱し、
    　前記棒状ローラを前記管の成形領域に接触した状態から前記管の一端から他端に向かう方向および前記管の径方向外向きに移動させる際には、前記加熱ヘッドを、前記棒状ローラの移動に同調して前記管の径方向に移動させる、請求項１～３の何れか一項に記載の管の拡径方法。
  5. 　前記管の非成形領域を、前記管の外周面に冷却媒体を供給する冷却ヘッドを含む冷却器を用いて冷却し、
    　前記棒状ローラを前記管の成形領域に接触した状態から前記管の一端から他端に向かう方向および前記管の径方向外向きに移動させる際には、前記冷却ヘッドを、前記棒状ローラの移動に同調して前記管の軸方向および径方向に移動させる、請求項１～４の何れか一項に記載の管の拡径方法。
  6. 　前記管の少なくとも他端を径方向外側から補助ローラで支持しながら、前記棒状ローラを前記管の成形領域に接触した状態から前記管の一端から他端に向かう方向および前記管の径方向外向きに移動させる、請求項１～５の何れか一項に記載の管の拡径方法。
  7. 　前記棒状ローラの先端はフラットである、請求項１～６の何れか一項に記載の管の拡径方法。
  8. 　前記管は、８ｍｍ以上の厚さを有する、請求項１～７の何れか一項に記載の管の拡径方法。
  9. 　管の一端が固定される回転台と、
    　前記管の軸方向に延びる棒状ローラであって、前記管の他端から前記管内に挿入されて前記管の他端から所定位置までの成形領域に接触させられる棒状ローラと、
    　前記管の成形領域を加熱する加熱器と、
    　前記管の所定位置から一端までの非成形領域における少なくとも前記成形領域に近接する部分を冷却する冷却器と、
    　前記棒状ローラを前記管の軸方向および径方向に移動させるローラ用移動装置と、
    を備える、成形装置。
  10. 　前記管の成形領域の温度を検出する第１温度センサと、
    　前記管の非成形領域における前記成形領域に近接する部分の温度を検出する第２温度センサと、
    　前記第１温度センサで検出される温度に基づいて前記加熱器を制御するとともに、前記第２温度センサで検出される温度に基づいて前記冷却器を制御する制御装置と、をさらに備える、請求項９に記載の成形装置。
  11. 　前記加熱器は、前記成形領域を誘導加熱により加熱する、請求項９または１０に記載の成形装置。
  12. 　前記加熱器は、前記管の内周面または外周面と対向する加熱ヘッドを含み、
    　前記ローラ用移動装置が前記棒状ローラを前記管の成形領域に接触した状態から前記管の一端から他端に向かう方向および前記管の径方向外向きに移動させる際に、前記加熱ヘッドを、前記棒状ローラの移動に同調して前記管の径方向に移動させる加熱ヘッド用移動装置をさらに備える、請求項９～１１の何れか一項に記載の成形装置。
  13. 　前記冷却器は、前記管の外周面に冷却媒体を供給する冷却ヘッドを含み、
    　前記ローラ用移動装置が前記棒状ローラを前記管の成形領域に接触した状態から前記管の一端から他端に向かう方向および前記管の径方向外向きに移動させる際に、前記冷却ヘッドを、前記棒状ローラの移動に同調して前記管の軸方向および径方向に移動させる冷却ヘッド用移動装置をさらに備える、請求項９～１２の何れか一項に記載の成形装置。
  14. 　前記ローラ用移動装置が前記棒状ローラを前記管の成形領域に接触した状態から前記管の一端から他端に向かう方向および前記管の径方向外向きに移動させる際に、前記管の少なくとも他端を径方向外側から支持する補助ローラをさらに備える、請求項９～１３の何れか一項に記載の成形装置。
  15. 　前記棒状ローラの先端はフラットである、請求項９～１４の何れか一項に記載の成形装置。
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