JP2003145216A - ロックボルト用異形管の製造方法およびその製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 １段あたりの成形量を大きくとって少ない段
数で成形し、かつ成形時の反りの発生を防いで効率良く
ロックボルト用の異形管を製造する方法を提供する。 【構成】 （ａ）溶接された鋼管を準備し、（ｂ）まず
大小２種類の凸曲面よりなる断面にロール成形する。
（ｃ）次に、前記２種類の凸曲面の内の曲率半径の大き
い面の中央表面から円盤状凸ロールを当て前記曲率半径
の大きい面を管の内側に窪ませるようにロール成形す
る。（ｄ），（ｅ）、その後、中央が窪み樋状に湾曲し
た断面の両側にロールを当て樋状開口部を狭めて管外径
を小さくロール成形して半径方向に窪ませたくぼみを軸
方向にわたって長く形成したロックボルト用異形管を製
造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内部に流体を圧入し、
流体圧で管体を半径方向に膨張させることによって岩盤
に設けた孔内に管体を充満させる管状膨張型ロックボル
ト用の異形管を製造する方法および装置に関するに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】最近、崩落し易い岩盤や地盤を固結させ
るために、従来の棒状ロックボルトに代わって管状のロ
ックボルトが使用されるようになった。図１に示すよう
な、一端３が密封され、他端に流体流入口４が形成さ
れ、外周面に膨張用凹部２が形成された鋼管１を、岩盤
や地盤に穿った孔に挿入し（図２のａ）、この鋼管を、
圧力流体を利用して膨張させ（図２のｂ）、孔と鋼管を
密着させる（図２のｃ）ことによって岩盤や地盤を鋼管
で固結させるものである。膨張用凹部２は、図１に示す
ように半径方向の深いくぼみで形成されている。このく
ぼみは、引抜き法やロール成形法により形成されてい
る。

【０００３】引抜き法では、円形断面から目的とする凹
部を有する断面形状にまで次第に変化する断面形状に合
わせて上下、左右あるいは上下左右一対の回転自由なロ
ールからなる成形スタンド複数段を一列に並べた成形装
置に、素材鋼管の先端に取付けたタブを入側からロール
間に挿入して出側まで通しておいて、このタブを引抜き
装置に掴ませて素材鋼管を一連の成形ロールの間を引抜
いて成形している。一方、ロール成形法では、一連の成
形スタンドの内、一部あるいは全てのロールを駆動ロー
ルとし、入側から素材鋼管を挿入してロールの駆動力に
より順次ロール間に材料を送り込むことによって断面を
成形している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】引抜き法では、鋼管の
先端につかみ部（タブ）を設け、成形後に切除する必要
があり、作業効率および素材歩留まりの面で問題があ
る。ロール成形法は入側より素材鋼管を供給するだけで
成形できるので効率的であり、ごく一部の多品種少量生
産品を除いては引抜き法よりも一般的である。しかしな
がら、ロール一段当りの成形量が多いとロールへの噛み
込み性が悪くなり、ロールと材料がスリップして動かな
くなる危険性があるため、出側から材料に推進力を与え
る引抜き法よりも、一段当りの成形量を小さくとる必要
があり、その結果多くの成形ロールスタンドを必要と
し、作業効率的にはよくない。

【０００５】また、非対称な断面形状をロール成形する
場合、反り（曲り）が発生し易いという問題がある。所
定長さの鋼管を素材とするオフライン成形の場合、反り
（曲り）が発生すると、次のロールに入らなくなるとい
う問題もある。このため、反り（曲り）を抑制するため
に１スタンド当りの成形量を少なくすると、さらなる成
形段数の増加を招き、さらには成形段数を増加させた場
合でも、製品の先後端に曲りの非定常部分が残るため切
除する必要があり、歩留まりを悪化させる原因ともな
る。インライン成形においても、反り（曲り）の発生は
初期の通管時にトラブルを起こす原因となるばかりでな
く、ライン出側での曲り取りのための調整が困難になる
という問題がある。

【０００６】本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたものであり、１段あたりの成形量を大きくとっ
て少ない段数で成形し、かつ成形時の反りの発生を防い
で効率良くロックボルト用の異形管を製造する方法を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のロックボルト用
異形管の製造方法は、その目的を達成するため、素材鋼
管を大小２種類の凸曲面よりなる断面にロール成形する
第一工程と、前記２種類の凸曲面の内の曲率半径の大き
い面の中央表面から円盤状凸ロールを当て前記曲率半径
の大きい面を管の内側に窪ませるようにロール成形する
第二工程と、中央が窪み樋状に湾曲した断面の両側にロ
ールを当て樋状開口部を狭めて管外径を小さくロール成
形する第三工程からなることを特徴とする。第一工程お
よび第二工程のロール成形の内、１段以上の成形ロール
について、管の凹み側の成形ロール中心を凸側の成形ロ
ール中心よりも成形方向の出側にずらして配置してロー
ル成形することが好ましい。また、このような異形ロー
ル成形を造管機の出側で、造管に引き続いて連続的に行
うことが好ましい。

【０００８】また、本発明のロックボルト用異形管の製
造装置は、素管の円周方向に配置された、曲率半径の大
きい凹部をもつロールと曲率半径の小さい凹部をもつロ
ールからなる第一成形スタンド群と、同じく素管の円周
方向に配置された、前記曲率半径の小さい凹部をもつロ
ールと同じかそれよりも小さい曲率半径の凹部をもつロ
ールと端部の曲率半径が小さい円盤状の凸ロールからな
る第二成形スタンド群と、製品の外形曲率半径と同等以
上の曲率半径の凹部をもつ一対のロールが、前記第一、
第二成形スタンド群のロールと直行する方向に配置され
た第三成形スタンド群を備えたことを特徴とする。第一
〜第三の成形スタンド群が、それぞれ１〜２組の成形ロ
ールからなるものとすることができる。また、第一〜第
二の成形スタン群にあっては、１段以上のロールにおい
て管の凹み側の成形ロール中心を凸側の成形ロール中心
よりも成形方向の出側にずらして配置することが好まし
い。また、第三成形スタンド群の一部あるいは全てのス
タンドに管の凸側の材料が対向する一対のロールのギャ
ップからはみ出すのを防止するロールを設けた３方ロー
ルを適用してもよい。さらに、第一〜第三の成形スタン
ド群を造管機の最終スタンドの後段に連続して配置する
ことが好ましい。

【０００９】

【実施の形態】本発明に従ったロックボルト用異形管の
製造は、複数の成形工程を連続的に行うことによりなさ
れる。図３にしたがって、その過程を概略的に説明する
と、まず、高周波溶接法等で溶接された鋼管を準備し
（ａ）、凹異形管の凹部の周方向長さと、凹部以外の周
方向長さにほぼ適合するように円弧の半径ならびに角度
を設定した大小２種類の凸曲面よりなる断面にロール成
形する（ｂ）。その後、前記２種類の凸曲面の内の曲率
半径の大きい面の中央表面から円盤状ロールを当て前記
曲率半径の大きい面を管の内側に窪ませるようにロール
成形する（ｃ）。その後さらに、中央が窪み樋状に湾曲
した断面の両側にロールを当て樋状開口部を狭めて管外
径を小さくロール成形して（ｄ），（ｅ）、半径方向に
窪ませたくぼみを軸方向にわたって長く形成したロック
ボルト用異形管を製造する。本発明のロックボルト用異
形管の素管としては、耐食性を向上させためっき鋼管を
使用してもよい。

【００１０】上記各過程を、使用するロール形状を説明
しながら詳細に説明する。第一の成形工程にあっては、
素管Ｍを、図４に示すような曲率半径の大きい凹みをも
つロール１１とそれよりも曲率半径の小さいロール１２
とからなる成形スタンドを通す。この段階の成形は、曲
率半径を順次大きくした２段階のスタンドとすることも
できる。次に第二の成形工程にあっては、素管Ｍは、図
５に示すようにその断面が大小２種類の凸曲面よりなる
ロールによって成形されているので、前記第一の成形工
程で使用した曲率半径の小さい凹部をもつロールと同じ
かそれよりも小さい曲率半径の凹部をもつロール２２と
端部の曲率半径が小さい円盤状の凸ロール２１とからな
る成形スタンド間を、前記曲率半径が大きい方の凸曲面
中央に前記円盤状のロール２１を押付けるように通す。
この段階での成形は、曲率半径を順次小さくした２段階
のスタンドとすることもできる。この段階での素管の断
面は、中央が窪み樋状に湾曲した形状となっていて、管
の外形は、素管の最初の径に近い半円形状であり、岩盤
に挿入するためには岩盤に素管径よりも若干大きな孔を
穿つ必要があり、またその後くぼみ部を膨らませても岩
盤を有効に固着するための力は作用しない。

【００１１】そこで、第三の成形工程において、外径を
小さくすることが必要になる。図６に示す、素管Ｍの最
初の径よりも曲率半径の小さい曲率半径の凹部を有する
一対のロール３１，３２からなる成形スタンド間を通
し、樋状開口部を狭めて管外径を小さくする。この段階
にあっても、曲率半径を順次小さくした２段階のロール
間を通す成形としても良い。この際、ロールの曲率半径
を小さくすると、管の凸部がロールギャップからはみ出
して、全体の形状がいびつな形になることがあるので、
図６の（ｂ）に示すように、反対側に押えロール３３を
配置することが好ましい。

【００１２】ところで、上記のように、管状体に半径方
向のくぼみを形成しようとすると、加工後、管状体はく
ぼみを形成した方向に反りが発生する（図７のａ参
照）。管を外から包み込むような形状のロール（凹型の
ロール）ではロールと材料の接触領域は成形方向前後に
長くなり、一方平坦に近い面を外から押したりあるいは
材料を内側から成形するようなロール（凸型ロール）で
はロールと材料の接触領域はロール直下の狭い範囲に限
られる傾向がある。したがって上下で断面形状が異なる
非対称形状の異形管を成形する場合、接触領域に働く力
のバランスにより、凸型のロールの方向に曲るような曲
げモーメントが発生し、ロールを通過した管は図７ａに
示すように凸型ロール側に曲る。

【００１３】この反りが、前記したようにインライン成
形時にあっては通管トラブルの原因になったり、定尺の
パイプを素材とするオフライン成形時にあっては歩留ま
りの低下の要因になっている。そこで、このような弊害
をなくすために、第一工程あるいは第二工程の成形スタ
ンドの少なくとも１段以上のロールにおいて、管の凹み
側の成形ロール中心を凸側の成形ロール中心よりも成形
方法の出側にずらして配置する（図７のｂ参照）。向か
い合ったロールに作用する面圧の合力の作用点をずらし
たことにより互いの曲げモーメントは相殺される形態と
なり、反りの発生を防止することができる。

【００１４】本発明技術は、インライン成形にもオフラ
イン成形にも適用することが可能である。造管ラインの
出側で連続的に異形管成形を行うインライン成形の場
合、ロール疵等を生じないように各工程での断面形状を
適切に設定して総スタンドを４〜５段に収めることによ
り、通常の鋼管（丸管あるいは角鋼管）の製造ラインの
サイジングスタンドに異形管成形ロールをそのまま組み
込むことが可能で、成形スタンドを増設する必要がな
い。この場合、初期通管でのトラブル回避あるいは曲が
り修正の観点から、第１工程および該２工程の一部のス
タンドにおいて異形管の凹部側のロールを成形方向出側
にずらして配置することが好ましい。

【００１５】所定長さの鋼管を素材とするオフライン成
形に際しては、成形ロールを出た鋼管が次の成形ロール
に入る程度に曲りを抑制する必要がある。そのために
は、１段当りの成形量を抑制し、各ロールスタンドをで
きるだけ近づけて配置する必要がある。１段当りの成形
量の設定（すなわち総成形段数の設定）には、各ロール
における噛み込み性を考慮し、スリップが発生しない程
度に抑える必要がある。このような方法によっても、鋼
管の先後端にはそれぞれスタンド間隔に相当する長さの
曲り修正されない非定常部が発生するため、各スタンド
において曲りを発生させないように、異形管の凹部側の
ロールを成形方向出側にずらして配置することにより歩
留まりの低下を防止することができる。

【００１６】

【実施例】造管ラインにおいて板厚２ｍｍ、外形５４ｍ
ｍの４００Ｎ級の強度をもつ鋼管を高周波溶接により製
造し、引き続いて該造管ラインのサイジング工程におい
て、第一工程として素材鋼管と同等な周長の１５１ｍｍ
Ｒと４１ｍｍＲの曲率よりなる一対のロールにより、大
小２つの曲率よりなる断面形状に成形した。引き続いて
第二工程として一対の４１ｍｍＲ側に配置した３０ｍｍ
Ｒの曲率をもつロールと１５１ｍｍＲ側に配置した外周
面に１５ｍｍＲの凸曲面をもつ円盤状のロールで断面形
状が樋状になるように成形し、引き続いて第三工程とし
て２５ｍｍＲの曲率をもつロール一対と、１７ｍｍＲの
曲率をもつ３つのロールよりなる成形ロールからなる計
２スタンドにて外径約φ３４ｍｍの断面に成形した。第
一工程および第二工程の２つの成形スタンドにおいて異
形管の凹部側のロールを対向するロールよりも１０ｍｍ
ライン方向出側にずらして配置した。以上のように、合
計４段のロールにより異形管成形を完了し、引き続いて
配置された矯正スタンドにおいて曲りおよび外径寸法を
微調整して外径φ３４ｍｍの外周面に１ヶ所の凹部をも
つ異形管を成形した。

【００１７】高周波溶接により製造した板厚２ｍｍ、外
形５４ｍｍ、製品長さ６ｍに成形後の切除長さを加えた
長さの４００Ｎ級の強度をもつ鋼管を、第一工程として
素材鋼管と同等な周長の１５１ｍｍＲと４１ｍｍＲの曲
率よりなる一対のロールにより、大小２つの曲率よりな
る断面形状に成形した。引き続いて第二工程として三対
の４１ｍｍＲ側に配置した３０ｍｍＲの曲率をもつロー
ルと１５１ｍｍＲ側に配置した外周面に１５ｍｍＲの凸
曲面をもつ円盤状のロールで断面形状が樋状になるよう
に順次成形し、引き続いて第三工程として２５ｍｍＲの
曲率をもつロール二対と、１７ｍｍＲの曲率をもつ３つ
のロールよりなる成形ロールからなる計３スタンドにて
１ヶ所の凹部をもつ断面に成形した。第一工程の成形ス
タンドにおいて異形管の凹部側のロールを対向するロー
ルよりも１０ｍｍライン方向出側に、また第に工程の成
形スタンドにおいて異形管の凹部側のロールを対向する
ロールよりも５ｍｍライン方向出側にずらして配置し
た。以上のように、合計７段のロールにより異形管成形
を完了し、引き続いて配置された矯正スタンドにおいて
曲りおよび外径寸法を微調整して外径φ３４ｍｍの外周
面に１ヶ所の凹部をもつ異形管を成形した。

【００１８】造管ラインの出側に異形管成形ラインを配
したインライン成形では、第一工程および第二工程の２
つの成形スタンドにおいて異形管の凹部側のロールを対
向するロールよりもライン方向出側にずらして配置する
ことにより、初期の通管作業ならびに矯正工程における
曲がりの修正作業が容易となった。オフライン成形にお
いては、第一工程および第二工程の２つの成形スタンド
において異形管の凹部側のロールを対向するロールより
もライン方向出側にずらして配置することにより、鋼管
先端のロールへの侵入が容易となり、損傷を回避するこ
とが可能となった。また、従来法では、鋼管先後端のス
タンド間隔に相当する長さ約５００ｍｍずつ切除する必
要があったものを断面形状が不安定な１００ｍｍずつ切
除するのみで全長にわたって断面形状が良好で且つ曲り
のない凹型異形管を製造できた。本発明方法の採用によ
り、従来法では８６％程度であった歩留まりを９７％ま
で高めることができた。

【００１９】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明により、
外周面に膨張用凹部を有するロックボルト用の異形管
を、１段当りの成形量を大きくとって少ない段数で成形
し、かつ成形時の反りの発生を防いで製造効率と歩留ま
り良くロール成形することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 鋼管製ロックボルトの斜視図

【図２】 拡管前と、拡管後圧力のかかり方を説明する
図

【図３】 鋼管を変形していく過程の断面形状を説明す
る図

【図４】 第一工程で使用するロール形状を説明する図

【図５】 第二工程で使用するロール形状を説明する図

【図６】 第三工程で使用するロール形状を説明する図

【図７】 ロールのずらし配置を説明する図

【符号の説明】

１：鋼管製ロックボルト ２：膨張用凹部
３：封止端 ４：流体流入口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 仲子 武文 兵庫県尼崎市鶴町１番地 日新製鋼株式会 社技術研究所内 (72)発明者 吉田 剛之 兵庫県尼崎市鶴町１番地 日新製鋼株式会 社技術研究所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 素材鋼管を大小２種類の凸曲面よりなる
   断面にロール成形する第一工程と、前記２種類の凸曲面
   の内の曲率半径の大きい面の中央表面から円盤状ロール
   を当て前記曲率半径の大きい面を管の内側に窪ませるよ
   うにロール成形する第二工程と、中央が窪み樋状に湾曲
   した断面の両側にロールを当て樋状開口部を狭めて管外
   径を小さくロール成形する第三工程からなることを特徴
   とするロックボルト用異形管の製造方法。
2. 【請求項２】 第一工程および第二工程のロール成形の
   内、１段以上の成形ロールについて、管の凹み側の成形
   ロール中心を凸側の成形ロール中心よりも成形方法の出
   側にずらして配置してロール成形する請求項１に記載の
   ロックボルト用異形管の製造方法。
3. 【請求項３】 異形成形を、造管機の出側で、造管に引
   き続いて連続的に行う請求項１または２に記載のロック
   ボルト用異形管の製造方法。
4. 【請求項４】 素管の円周方向に配置された、曲率半径
   の大きい凹部をもつロールと曲率半径の小さい凹部をも
   つロールからなる第一成形スタンド群と、同じく素管の
   円周方向に配置された、前記曲率半径の小さい凹部をも
   つロールと同じかそれよりも小さい曲率半径の凹部をも
   つロールと端部の曲率半径が小さい円盤状の凸ロールか
   らなる第二成形スタンド群と、製品の外形曲率半径と同
   等以上の曲率半径の凹部をもつ一対のロールが、前記第
   一、第二成形スタンド群のロールと直行する方向に配置
   された第三成形スタンド群を備えたことを特徴とするロ
   ックボルト用異形管の製造装置。
5. 【請求項５】 第一〜第三の成形スタンド群が、それぞ
   れ１〜２段の成形ロールからなるものである請求項４に
   記載のロックボルト用異形管の製造装置。
6. 【請求項６】 第一〜第二の成形スタンド群にあって
   は、１段以上のロールにおいて管の凹み側の成形ロール
   中心が凸側の成形ロール中心よりも成形方向の出側にず
   らして配置されている請求項４または５に記載のロック
   ボルト用異形管の製造装置。
7. 【請求項７】 第一〜第三の成形スタンド群が、造管機
   の最終スタンドの後段に連続して配置されている請求項
   ４〜６のいずれか１に記載のロックボルト用異形管の製
   造装置。