特許 6574518 管の拡径方法および成形装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6574518

(24)【登録日】2019年8月23日

(45)【発行日】2019年9月11日

(54)【発明の名称】管の拡径方法および成形装置

(51)【国際特許分類】

   B21D 41/02 20060101AFI20190902BHJP

   B21D 22/14 20060101ALI20190902BHJP

   B21C 37/16 20060101ALI20190902BHJP

【ＦＩ】

   B21D41/02 C

   B21D22/14 Z

   B21C37/16

【請求項の数】13

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2018-505550(P2018-505550)

(86)(22)【出願日】2016年3月14日

(86)【国際出願番号】JP2016001438

(87)【国際公開番号】WO2017158635

(87)【国際公開日】20170921

【審査請求日】2018年9月3日

【早期審査対象出願】

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】井川 憲

(72)【発明者】

【氏名】今村 嘉秀

(72)【発明者】

【氏名】三上 恒平

(72)【発明者】

【氏名】岩崎 勇人

(72)【発明者】

【氏名】平川 岳生

【審査官】 豊島 唯

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１５／０８７７５２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０１９８３５８４（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−０６７５２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−０６２０７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０００７３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭２９−００８６６３（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開２０１６−０１３５６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第０００８１７００（ＥＰ，Ａ１）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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とともに、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工程と、
を含む管の拡径方法。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項4】

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１〜３の何れか一項に記載の管の拡径方法。

【請求項5】

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１〜４の何れか一項に記載の管の拡径方法。

【請求項6】

前記棒状ローラの先端はフラットである、請求項１〜５の何れか一項に記載の管の拡径方法。

【請求項7】

前記管は、８ｍｍ以上の厚さを有する、請求項１〜６の何れか一項に記載の管の拡径方法。

【請求項8】

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、
前記管の内周面または外周面と対向する加熱ヘッドを含み、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、
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と、
を備える、成形装置。

【請求項9】

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８に記載の成形装置。

【請求項10】

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８または９に記載の成形装置。

【請求項11】

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８〜１０の何れか一項に記載の成形装置。

【請求項12】

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８〜１１の何れか一項に記載の成形装置。

【請求項13】

前記棒状ローラの先端はフラットである、請求項８〜１２の何れか一項に記載の成形装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０００−２４６３５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

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。

【0006】

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。

【0007】

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。

【0008】

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。

【課題を解決するための手段】

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

例えば、前記管は、８ｍｍ以上の厚さを有してもよい。

【0018】

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。

【発明の効果】

【0019】

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。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】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。

【図2】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。

【図3】成形中の管と棒状ローラの位置関係を示す図である。

【図4】図２のIV−IV線に沿った断面図である。

【図5】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。

【図6】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。

【図7】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。

【発明を実施するための形態】

【0021】

（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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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６２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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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）。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

（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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

（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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【符号の説明】

【0066】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】