JP2000213104A - 内ダイヤフラム付き鋼管および内ダイヤフラム付き鋼管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内ダイヤフラム方式でありながら、長い一本
ものの鋼管内の任意な位置にダイヤフラムを溶接結合し
てなる内ダイヤフラム付き鋼管および内ダイヤフラム付
き鋼管の製造方法を提供する。 【解決手段】 鋼管１の長さ方向における所定位置の内
面１ａに突出部２を形成し、この突出部２に裏当て材３
を係止させた状態で、ダイヤフラム４を鋼管内面１ａに
溶接６により一体化して構成した。鋼管１は、一本もの
でよくかつ溶接のための開先加工を不要にでき、各ダイ
ヤフラム４は上下の一箇所のみを溶接すればよいことか
ら、作業は容易であるとともに製作費は安くなる。内ダ
イヤフラム方式でありながら、ダイヤフラム４は、一本
ものの鋼管１における任意な所定位置に溶接結合でき
る。その結果、溶接による結合作業は、溶接材料の使用
量を少なくして安価にかつ迅速に行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば鉄骨構造
物の支柱（鋼管）間を梁材により連結する際に、支柱側
の梁材連結位置にダイヤフラムを設けてなる内ダイヤフ
ラム付き鋼管および内ダイヤフラム付き鋼管の製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、支柱側に対してダイヤフラムを取
り付ける方式としては、通しダイヤフラム方式や内ダイ
ヤフラム方式などが提供されている。

【０００３】このうち通しダイヤフラム方式は、たとえ
ば図７に示されるように、支柱が、その長さ方向におい
て下部支柱５１とパネルゾーン用のコラム５２と上部支
柱５３とに切断（分断）されている。そして下部支柱５
１の上端に、裏当て材を介して下部ダイヤフラム５４が
溶接されるとともに、この下部ダイヤフラム５４上に裏
当て材を介してコラム５２の下端が溶接される。さらに
コラム５２の上端に、裏当て材を介して上部ダイヤフラ
ム５５が溶接されるとともに、この上部ダイヤフラム５
５上に裏当て材を介して上部支柱５３の下端が溶接され
る。

【０００４】このようにして形成された支柱５６に対す
る梁材（主にＨ形鋼材）５７の連結は、この梁材５７の
遊端を、両ダイヤフラム５４，５５やコラム５２に溶接
することで行っていた。そして両ダイヤフラム５４，５
５は、応力の伝達の役目を成していた。

【０００５】また内ダイヤフラム方式は、たとえば図８
に示されるように、支柱が、その長さ方向において下部
支柱６１と上部支柱６２とに切断（分断）されている。
そして下部支柱６１内の上部と上部支柱６２内の下部と
に、それぞれ裏当て材を介してダイヤフラム６３が溶接
結合されている。これら下部支柱６１と上部支柱６２と
は、直線状に位置されたのち、その遊端間が溶接結合さ
れている。

【０００６】このようにして形成された支柱６４に対す
る梁材６５の連結は、この梁材６５の遊端を、上下のダ
イヤフラム６３に対向させた状態で、下部支柱６１と上
部支柱６２との外面に溶接結合することで行われてい
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の構成に
おいて、図７に示される通しダイヤフラム方式による
と、支柱（鋼管）５６は、短く切断するとともに溶接の
ための開先加工を行い、そして両ダイヤフラム５４，５
５は、それぞれ上下の二箇所を溶接することから、作業
が面倒であるとともに製作費が高くなる。

【０００８】また図８に示される内ダイヤフラム方式に
よると、ダイヤフラム６３は、下部支柱６１と上部支柱
６２との端部近くしか配置できず、また下部支柱６１と
上部支柱６２との溶接結合部６６を跨いで梁材６５が溶
接結合されることから、支柱６４は、梁材６５の連結位
置に応じて短く切断され、長い一本ものの支柱にはでき
なかった。

【０００９】そこで本発明は、内ダイヤフラム方式であ
りながら、長い一本ものの鋼管内の任意な位置にダイヤ
フラムを溶接結合してなる内ダイヤフラム付き鋼管およ
び内ダイヤフラム付き鋼管の製造方法を提供することを
目的としたものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明のうちで請求項１記載の内ダイヤフラム
付き鋼管は、鋼管の長さ方向における所定位置の内面に
突出部を形成し、この突出部に裏当て材を係止させた状
態で、ダイヤフラムを鋼管内面に溶接により一体化して
構成したことを特徴としたものである。

【００１１】したがって請求項１の発明によると、鋼管
（支柱）は、一本ものでよくかつ溶接のための開先加工
を不要とし、そして各ダイヤフラムは上下の一箇所のみ
を溶接すればよいことになる。また内ダイヤフラム方式
でありながら、ダイヤフラムは、一本ものの鋼管におけ
る任意な所定位置に溶接結合し得る。

【００１２】また請求項２記載の内ダイヤフラム付き鋼
管の製造方法は、鋼管と、予め裏当て材が一体化された
ダイヤフラムとが準備され、まず鋼管内へ突出部形成手
段を挿入させて、鋼管長さ方向における所定位置の内面
に突出部を形成し、次いで、ダイヤフラム供給手段によ
りダイヤフラムを鋼管内へ挿入させて、このダイヤフラ
ムと一体の裏当て材を突出部に係止させ、そして、溶接
手段を鋼管内へ挿入させて、ダイヤフラムを鋼管内面に
溶接結合させることを特徴としたものである。

【００１３】したがって請求項２の発明によると、内ダ
イヤフラム付き鋼管を容易にして確実に製造し得る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を、
四角形の角形鋼管を採用した状態として、図１〜図５に
基づいて説明する。

【００１５】図１〜図３において、１は横断面で四角筒
状の鋼管（支柱）であって、その長さ方向における所定
の複数位置には、それぞれ内面１ａに突出部２が形成さ
れている。ここで突出部２は、周方向の複数箇所、すな
わち四角状の内面１ａにおける各面の二箇所に形成され
ている。予め裏当て材３が溶接５により一体化されてい
るダイヤフラム４が、前記突出部２に裏当て材３を係止
させた状態で、内面１ａに溶接６により一体化されてい
る。以上により内ダイヤフラム付き鋼管（内ダイヤフラ
ム付き支柱）７を構成し得る。

【００１６】次に、かかる内ダイヤフラム付き鋼管７の
製造方法を、図４、図５に基づいて説明する。すなわち
図４に示すように、製造設備１０は、鋼管支持手段１
１、ダイヤフラム供給手段２１、溶接手段３１、これら
ダイヤフラム供給手段２１と溶接手段３１との作用位置
切換え手段４１などにより構成され、ここでは溶接手段
３１が突出部形成手段も兼ねている。

【００１７】前記鋼管支持手段１１は、ベース枠１２
と、このベース枠１２に横方向軸１３を介して連結され
て起立横倒自在な鋼管支持枠１４と、この鋼管支持枠１
４を起立横倒させるためにベース枠１２との間に設けら
れたシリンダー装置１５などにより構成されている。こ
こで鋼管支持枠１４には、起立姿勢において鋼管１の下
端面１ｂを受止める下端受け面１４ｂと、鋼管１の一外
面１ｃを受止める側部受け面１４ｃとが、Ｌ字状に形成
されている。

【００１８】なお鋼管支持枠１４には、起立姿勢におい
て鋼管１が倒れたりすることを防止するために、クラン
プ装置や吸着装置（磁石形式など）が、必要に応じて設
けられている。

【００１９】そして鋼管支持手段１１の側方には、横倒
姿勢における鋼管支持枠１４との間で鋼管１の受け渡し
が可能な鋼管搬入出手段１８が設けられている。この鋼
管搬入出手段１８は、たとえばローラコンベヤからな
り、その際に鋼管支持枠１４の側部受け面１４ｃをロー
ラ群により形成してもよい。

【００２０】前記ダイヤフラム供給手段２１と溶接手段
３１とは、起立姿勢の鋼管１に対して上方から作用自在
に構成され、そして作用位置切換え手段４１により択一
的に作用位置へ切換えられる。

【００２１】この作用位置切換え手段４１は台車形式で
あって、その台車本体４２は、車輪４３を介してレール
４４に支持案内されることで、一定経路上において横方
向に移動自在とされており、そして横方向に往復移動さ
せるための移動装置４５が設けられている。ここで移動
装置４５としては、ねじ軸送り形式やシリンダー形式な
どが採用されている。そして台車本体４２に、ダイヤフ
ラム供給手段２１と溶接手段３１とが、所定の間隔Ｐを
置いて配設されている。

【００２２】すなわちダイヤフラム供給手段２１は、台
車本体４２に設けられた上下方向のガイド体２２と、こ
のガイド体２２に案内される昇降体２３と、この昇降体
２３の側面に形成された上下方向のラック部２４と、台
車本体４２上に搭載された正逆回転自在な回転駆動装置
２５と、この回転駆動装置２５の出力軸２６に取り付け
られかつ前記ラック部２４に噛合されるピニオン２７
と、前記昇降体２３の下端に設けられた保持装置２８な
どにより構成されている。

【００２３】ここで、予め裏当て材３が溶接５により一
体化されているダイヤフラム４は、四角筒状の鋼管１に
合わせて四角板状に形成されており、そして中央部分に
は貫通部４Ａが形成されている。そして裏当て材３は矩
形リング状であって、その外周がダイヤフラム４の外周
から突出される状態で、溶接５により一体化されてい
る。さらに裏当て材３の非係止側（ダイヤフラム４側）
における外側のコーナ部分はカット面３ａに形成されて
おり、またダイヤフラム４の同じ側のコーナ部分もカッ
ト面４ａに形成されている。

【００２４】前記貫通部４Ａに対して前記保持装置２８
が作用されることで、ダイヤフラム４の保持が行われ
る。その際に保持（クランプ）は、図５（ａ）の仮想線
に示されるように、ダイヤフラム４が傾斜された状態で
行われ、以て裏当て材３の外周が鋼管内面１ａに摺接し
難い形態で挿入されるように構成されている。

【００２５】前記溶接手段３１は、台車本体４２に設け
られた上下方向のガイド体３２と、このガイド体３２に
案内される昇降体３３と、この昇降体３３の側面に形成
された上下方向のラック部３４と、台車本体４２上に搭
載された正逆回転自在な回転駆動装置３５と、この回転
駆動装置３５の出力軸３６に取り付けられかつ前記ラッ
ク部３４に噛合されるピニオン３７と、前記昇降体３３
の下端に設けられた溶接ロボット３８などにより構成さ
れている。

【００２６】ここで溶接ロボット３８は、溶接トーチ
（ワイヤー）の旋回や向き調整が可能であって、さらに
撮像装置３９により溶接状況を把握しながら自動作業を
可能とされている。なお溶接は、一電極方式または二電
極方式のいずれであってもよい。

【００２７】以下に、上記した製造設備１０を使用して
の内ダイヤフラム付き鋼管７の製造作用を説明する。す
なわち図４の仮想線に示すように、鋼管支持手段１１に
おけるシリンダー装置１５の伸展により、鋼管支持枠１
４を横方向軸１３の周りに横倒させた状態で、横向きの
鋼管１が、鋼管搬入出手段２１を介して鋼管支持枠１４
の側部受け面１４ｃ上に搬入される。ここで鋼管１は、
主として極肉厚大径の四角形鋼管であって、そのサイズ
は、たとえば、板厚ｔは１６〜６０mm、材質はＳＮ４０
０Ｂ〜ＳＮ４９０ＢやＳＭ５２０Ｂ、外径は４５０〜８
５０mmのものが使用される。

【００２８】次いで、図４の実線に示すように、シリン
ダー装置１５の収縮により、鋼管支持枠１４を横方向軸
１３の周りに起立させ、鋼管１の下端面１ｂを下端受け
面１４ｂに受止めさせる。このとき鋼管１の一外面１ｃ
は側部受け面１４ｃに受止められ、さらにクランプ装置
や吸着装置が作用されて、鋼管１が倒れたりすることが
防止されている。

【００２９】このような状態で、まず作用位置切換え手
段４１の移動装置４５を作動して台車本体４２を移動さ
せ、図４の実線に示すように、上昇動姿勢にある溶接手
段３１を鋼管１の上方に位置させる。このとき、鋼管１
の管軸心に対して昇降体３３の軸心が同心状とされる。
次いで回転駆動装置３５によりピニオン３７を回転さ
せ、ラック部３４を介して昇降体３３を下降させる。こ
れにより溶接ロボット３８を鋼管１内に入れて下降させ
得る。この下降量は制御部（図示せず。）にて制御さ
れ、以て図４の仮想線に示すように、最下降位置にて停
止される。

【００３０】この停止状態で溶接ロボット３８を作動さ
せ、以て図５（ａ）に示すように、溶接により内面１ａ
上に溶接による突出部２を形成する。この突出部２の形
成は、四面に対して、各面で二箇所ずつスポット溶接的
に行われる。その際に、溶接ロボット３８の突出部形成
位置（溶接位置）への移動制御は、撮像装置３９により
溶接ロボット３８の位置を把握しながら自動的に行われ
る。

【００３１】このようにして、鋼管長さ方向における所
定位置となる最下降位置（最下降レベル）の内面１ａに
対する突出部２の形成が行われたのち、回転駆動装置３
５によりピニオン３７を逆回転させ、昇降体３３を上昇
させて、溶接ロボット３８を鋼管１内から上方へ抜出さ
せる。

【００３２】次いで作用位置切換え手段４１の移動装置
４５を作動して、台車本体４２を所定の間隔Ｐに相当す
る距離だけ移動させ、鋼管１の上方から溶接手段３１を
側方に逃がすとともに、上昇動姿勢にあるダイヤフラム
供給手段２１を鋼管１の上方に位置させる。このときダ
イヤフラム供給手段２１は、予め裏当て材３が溶接５に
より一体化されているダイヤフラム４を、その貫通部４
Ａに保持装置２８を作用させることで、傾斜させた状態
で保持している。

【００３３】したがって、回転駆動装置２５によりピニ
オン２７を回転させ、ラック部２４を介して昇降体２３
を下降させることにより、ダイヤフラム４を鋼管１内に
入れて下降させ得る。その際に鋼管１内への挿入は、ダ
イヤフラム４が傾斜されて、裏当て材３の外周が鋼管内
面１ａに摺接し難い形態で、円滑に行われることにな
る。

【００３４】ダイヤフラム４の下降量は制御部にて制御
され、以て図５（ｂ）に示すように、ダイヤフラム４と
一体の裏当て材３を前記突出部２に係止させた状態で、
保持装置２８による保持が開放される。なお、前述した
ように傾斜して挿入されてきたダイヤフラム４は、突出
部２に係止される前に保持装置２８の部分の修正動によ
り水平状とされるか、あるいは保持装置２８による保持
が開放されることで自動的に水平状とされる。

【００３５】このようにして、鋼管長さ方向における所
定位置となる最下降位置（最下降レベル）に形成された
突出部２にダイヤフラム４側の係止が行われたのち、回
転駆動装置２５によりピニオン２７を逆回転させ、昇降
体２３を上昇させて、保持装置２８を鋼管１内から上方
へ抜出させる。

【００３６】次いで作用位置切換え手段４１の移動装置
４５を逆作動して、台車本体４２を所定の間隔Ｐに相当
する距離だけ逆移動させ、鋼管１の上方からダイヤフラ
ム供給手段２１を側方に逃がすとともに、上昇動姿勢に
ある溶接手段３１を再び鋼管１の上方に位置させる。そ
して回転駆動装置３５によりピニオン３７を回転させ、
昇降体３３を下降させることにより、溶接ロボット３８
を鋼管１内で下降させて、その溶接ロボット３８をダイ
ヤフラム４側に対向させる。

【００３７】この状態で溶接ロボット３８を作動させ、
以て図５（ｃ）に示すように、ダイヤフラム４を鋼管内
面１ａに溶接結合させる。その際に、溶接ロボット３８
による溶接制御は、受像装置３９により溶接ロボット３
８の位置を把握しながら自動的に行われる。そして溶接
ロボット３８による溶接６は、図３に示すように、裏当
て材３のカット面３ａとダイヤフラム４のカット面４ａ
との存在により、この裏当て材３のカット面３ａの部分
への移行もスムースにかつ十分として行われる。すなわ
ち、ダイヤフラム４の厚さの範囲に対して上下両方へ突
出される溶接厚さの溶接６が行われることになる。

【００３８】このようにして、鋼管長さ方向における所
定位置となる最下降位置に対するダイヤフラム４の溶接
６を行ったのち、回転駆動装置３５の作動により昇降体
３３を上昇させて、溶接ロボット３８を所定距離上方へ
移動させる。これにより、下から二段目における突出部
２の形成が上述と同様にして行われ、さらに上述と同様
にして、ダイヤフラム４の供給、ならびにダイヤフラム
４の溶接６などが行われる。

【００３９】上記のような作用を繰返すことで、図１に
示すような内ダイヤフラム付き鋼管７を形成し得る。す
なわち、内ダイヤフラム付き鋼管７は、一対のダイヤフ
ラム４を一組として上下で四組（複数組）が設けられて
いる。そして各組（上下一対）のダイヤフラム４に対向
させた状態で、内ダイヤフラム付き鋼管７の一〜四の外
面に梁材９が溶接結合されることで、内ダイヤフラム付
き支柱として使用される。

【００４０】その際に前述したように（図３に示すよう
に）カット面３ａ，４ａの存在により、ダイヤフラム４
の厚さの範囲に対して上下両方へ突出される溶接厚さの
溶接６が行われていることで、ダイヤフラム４による内
部の補強は十分な厚さで行え、以て溶接結合された梁材
９側の負荷に十分に対抗し得ることになる。

【００４１】上述したような実施の形態によると、鋼管
（支柱）１は、一本ものでよくかつ溶接のための開先加
工を不要とし、そして各ダイヤフラム４は上下の一箇所
のみを溶接すればよいことから、作業は容易であるとと
もに製作費は安くなる。また内ダイヤフラム方式であり
ながら、ダイヤフラム４は、一本ものの鋼管１における
任意な所定位置に溶接結合し得る。その結果、溶接によ
る結合作業は、溶接材料の使用量を少なくして安価にか
つ迅速に行えることになる。

【００４２】上記した実施の形態において突出部２は、
周方向の複数箇所、すなわち四角状の内面１ａにおける
各面の二箇所に形成されているが、各面における形成数
は任意である。

【００４３】次に、本発明の別の実施の形態を、図６に
基づいて説明する。すなわち突出部２の種々な形成状態
を示すもので、（ａ）では矩形リング状の突出部２が示
され、（ｂ）では四角状の内面１ａにおける各面の一箇
所に長尺状の突出部２が示され、（ｃ）では相対向され
た一対の面の一箇所に長尺状の突出部２が示されてい
る。

【００４４】上記した各実施の形態において、突出部２
は溶接ロボット３８を作動させての溶接のみにより形成
しているが、これは、別な突出部形成部材を溶接により
内面１ａに溶接して突出部２を形成する形式であっても
よい。

【００４５】上記した各実施の形態において、溶接手段
３１は突出部形成手段を兼ねているが、これは突出部形
成手段が別個に設けられた形式であってもよい。この場
合には、鋼管１に対して、まず突出部形成手段が作用さ
れ、次いでダイヤフラム供給手段２１が作用され、最後
に溶接手段３１が作用され、そして繰返されるものであ
る。

【００４６】上記した各実施の形態において、鋼管１と
しては、たとえば、熱間ロール成形によるワンシーム角
形鋼管、熱間プレス成形による一対のみぞ形材を向き合
わせて突き合わせ溶接したツーシーム角形鋼管、一対の
圧延みぞ形材を溶接してなるツーシーム角形鋼管、圧延
山形材を一対、向き合わせて溶接したツーシーム角形鋼
管、四面ボックス、シームレス鋼管など、いずれも既製
の極肉厚大径鋼管が使用される。

【００４７】上記した各実施の形態では、断面で正四角
形状の鋼管１を採用しているが、これは断面で長方形の
鋼管も同様に採用し得るものである。さらには、正五角
形や正六角形など、各種の多角形の鋼管、あるいは各種
の丸形の鋼管にも同様に採用し得るものである。

【００４８】上記した各実施の形態では、エレクトロス
ラグ溶接機やエレクトロガスアーク溶接機による溶接で
あり、これによると、短時間で高品質の溶接を行うこと
ができる。

【００４９】

【発明の効果】上記した本発明の請求項１によると、鋼
管（支柱）は、一本ものでよくかつ溶接のための開先加
工を不要にでき、そして各ダイヤフラムは上下の一箇所
のみを溶接すればよいことから、作業は容易であるとと
もに製作費は安くなる。また内ダイヤフラム方式であり
ながら、ダイヤフラムは、一本ものの鋼管における任意
な所定位置に溶接結合できる。その結果、溶接による結
合作業は、溶接材料の使用量を少なくして安価にかつ迅
速に行うことができる。

【００５０】また本発明の請求項２によると、請求項１
の内ダイヤフラム付き鋼管を、容易にしてかつ確実に製
造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示し、内ダイヤフラム付
き鋼管の縦断正面図である。

【図２】同内ダイヤフラム付き鋼管の横断平面図であ
る。

【図３】同内ダイヤフラム付き鋼管の要部の縦断正面図
である。

【図４】同内ダイヤフラム付き鋼管の製造設備を示す一
部切り欠き正面図である。

【図５】同内ダイヤフラム付き鋼管の製造状態を示し、
（ａ）は突出部形成時における要部の縦断正面図、
（ｂ）はダイヤフラム供給時における要部の縦断正面
図、（ｃ）はダイヤフラム溶接時における要部の縦断正
面図である。

【図６】本発明の別の実施の形態を示し、（ａ）〜
（ｃ）はそれぞれ内ダイヤフラム付き鋼管の横断平面図
である。

【図７】従来の実施の形態を示し、通しダイヤフラム方
式の一部切り欠き斜視図である。

【図８】従来の別の実施の形態を示し、内ダイヤフラム
方式の一部切り欠き斜視図である。

【符号の説明】

１ 鋼管（支柱） １ａ 内面 ２ 突出部 ３ 裏当て材 ３ａ カット面 ４ ダイヤフラム ４Ａ 貫通部 ４ａ カット面 ５ 溶接 ６ 溶接 ７ 内ダイヤフラム付き鋼管（内ダイヤフラム付き支
柱） ９ 梁材 １０ 製造設備 １１ 鋼管支持手段 １４ 鋼管支持枠 １８ 鋼管搬入出手段 ２１ ダイヤフラム供給手段 ２３ 昇降体 ２５ 回転駆動装置 ２８ 保持装置 ３１ 溶接手段（突出部形成手段） ３３ 昇降体 ３５ 回転駆動装置 ３８ 溶接ロボット ３９ 撮像装置 ４１ 作用位置切換え手段 ４２ 台車本体 ４５ 移動装置 Ｐ 間隔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｅ０４Ｂ 1/24 Ｅ０４Ｂ 1/24 Ｌ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼管の長さ方向における所定位置の内面
   に突出部を形成し、この突出部に裏当て材を係止させた
   状態で、ダイヤフラムを鋼管内面に溶接により一体化し
   て構成したことを特徴とする内ダイヤフラム付き鋼管。
2. 【請求項２】 鋼管と、予め裏当て材が一体化されたダ
   イヤフラムとが準備され、まず鋼管内へ突出部形成手段
   を挿入させて、鋼管長さ方向における所定位置の内面に
   突出部を形成し、次いで、ダイヤフラム供給手段により
   ダイヤフラムを鋼管内へ挿入させて、このダイヤフラム
   と一体の裏当て材を突出部に係止させ、そして、溶接手
   段を鋼管内へ挿入させて、ダイヤフラムを鋼管内面に溶
   接結合させることを特徴とする内ダイヤフラム付き鋼管
   の製造方法。