JP2005351383A - フレア付き鋼管、鋼管継手、鋼管杭、鋼管柱とフレア付き鋼管の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 鋼管の鋼管柱、流体輸送管、回転圧入鋼管杭等に好適な、剛性、強度、耐久性に優れた広幅のフレアを設けたフレア付き鋼管の提供。
【解決手段】 一端又は両端に、鋼管母材３と一体であり、塑性加工組織を有する鍔状のフレア２を設けたフレア付き鋼管において、前記鋼管母材３の外径が６０〜４００ｍｍであり、前記フレア２の幅が４０ｍｍ以上であることを特徴とするフレア付き鋼管１で、前記フレア２の肉厚の最大値が鋼管母材３の肉厚の１．１５倍以上であることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、広幅のフレアを設けたフレア付き鋼管及びその製造方法、並びに該フレア付き鋼管を利用した鋼管継手、鋼管杭及び鋼管柱に関する。なお、本発明でフレアとは、鋼管母材の端部に設けた円錐台形状又は円盤状（鍔状）の塑性加工部をいう。また、フレアの幅とは、フレアが円錐台形状の場合は円錐台の母線をいい、フレアが鍔状の場合は、フレアを有する側の軸方向端部におけるフレア付き鋼管の外面からフレアの外端周縁までの半径方向の長さをいう。

鋼管を、例えば、鋼管柱等の建築材、回転圧入鋼管杭などの構築材、流体輸送管などの産業資材等に用いる場合、筒状の鋼管素材のまま用いられることは少ない。このような場合、別部材のフレアを溶接で固着することが多く、鋼管同士若しくは鋼管と他の部材との接合に利用し、又は新たな機能を付与させている。また、鋼管素材の端部を鍔状又は円錐台形状に外方に張出して幅の狭いフレアを形成し、締結用の装置等を用いて鋼管継手を製造している。

例えば、鋼管素材を加工して鋼管柱として使用する際には、鋼管素材の端部に別部材である鍔状のフレアを溶接し、このフレアをベースプレート等にボルトで固定して、鋼管柱を基礎に立設する。また、回転圧入鋼管杭の場合は、鋼管素材の端部に、例えば円盤状の部材を溶接し、回転掘削羽根を構成する（例えば、特許文献１〜５）。しかし、従来、鋼管素材の端部を冷間加工し、広幅で鋼管母材と一体のフレアを形成して、鋼管柱のフランジ、鋼管杭の羽根に使用した例はなかった。また、流体輸送管にあっては、管本体の端部を円錐台形状若しくは直角に曲げ成形して継手を構成し、対向する鋼管の継手に当接したうえ液密的にボルト接合して長尺輸送管を構成している（例えば、特許文献６〜１０）。しかし、これらの接合構造は、締結用の装置等を必要とするものであった。即ち、鋼管素材の端部を冷間加工して形成したフレアに、ボルト穴を設けて接合した例はなかった。

鋼管素材の端部に、塑性加工によってフレアを形成する方法として、円錐形ロールによるロール成形が提案されている（例えば特許文献１１〜１４）。しかし、特許文献１３及び１４の方法では、フレアを加工する前に、熱間加工によって鋼管素材の端部を増肉する必要がある等の制約があった。また、特許文献１１及び１２の方法で加工されたフレアは、別部材であるルーズフランジを掛け止めるフランジであり、ボルト穴の加工が可能であるような広幅のフレアを形成した例はなかった。
特開平１０−２９２３７０号公報 特開２００２−１０５９５４号公報 特開２００２−２２０８３０号公報 特開２００２−４８２７５号公報 特開２００３−２９３３６５号公報 特開平７−１５１２７７号公報 特開平９−５３７７２号公報 特開平１０−１８５０２３号公報 特開２０００−２８３３５７号公報 特開２００２−４８２７５号公報 特開平１０−１４６６２３号公報 特開２００１−２０５３６７号公報 特開平１１−２４８０６４号公報 特開２０００−１３０６５０号公報

本発明は、鋼管母材と一体に成形された広幅のフレアを設けたフレア付き鋼管、好ましくはフレアの肉厚、フレア近傍の鋼管母材の形状及びフレアのビッカース硬度を最適化したフレア付き鋼管並びにその製造方法の提供を目的とする。

更に、本発明は、鋼管母材と一体に成形された広幅のフレアを設けたフレア付き鋼管を利用した部材、即ちフレアをベースプレート等と接合するための取付けプレートとして利用した鋼管柱、フレアにボルト穴を設けてフランジを形成し、パッキンを介してボルト接合した流体輸送管、及びフレアに切り込み部を設けて曲げ加工し、羽根を設けて切削刃とした鋼管杭の提供を目的とする。

本発明は、鋼管に他の部材を溶接せず、鋼管の端部を鍔状又は円錐台形状に冷間加工してフレアを形成したフレア付き鋼管において、フレアの幅が４０ｍｍ以上であるフレア付き鋼管の有用性を見出してなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。

（１）鋼管母材と一体であり、塑性加工組織を有する鍔状のフレアを該鋼管母材の一端又は両端に設けたフレア付き鋼管において、前記鋼管母材の外径が６０〜４００ｍｍであり、前記フレアの幅が４０ｍｍ以上であることを特徴とするフレア付き鋼管。
（２）フレアの肉厚の最大値が鋼管母材の肉厚の１．１５倍以上であることを特徴とする上記（１）記載のフレア付き鋼管。
（３）鋼管母材のフレアを設けた側の端面から鋼管の軸方向に０〜２０ｍｍの位置でのフレア付き鋼管の外径が、鋼管母材の外径の０．９５〜０．７０倍であることを特徴とする上記（１）又は（２）記載のフレア付き鋼管。
（４） フレアのビッカース硬度が鋼管母材のビッカース硬度の１．１５倍以上であることを特徴とする上記（１）〜（３）の何れか１項に記載のフレア付き鋼管。
（５）上記（１）〜（４）の何れか１項に記載のフレア付き鋼管からなる鋼管継手であって、少なくとも一対のフレア付き鋼管のフレアに複数のボルト穴を設け、該ボルト穴を対向させてボルト及びナットで接合したことを特徴とする鋼管継手。
（６）上記（１）〜（４）の何れか１項に記載のフレア付き鋼管からなる鋼管継手であって、少なくとも一対のフレア付き鋼管のフレア同士が当接され、該フレアに対向する位置に設けられた複数のボルト穴を有し、前記ボルト穴にボルトが挿通され、該ボルトがナットで締結されたことを特徴とする鋼管継手。
（７）当接されたフレア同士の間にシール材を介在させたことを特徴とする上記（６）記載の鋼管継手。
（８）上記（１）〜（４）の何れか１項に記載のフレア付き鋼管のフレアに、切り込み及び切り込み端部の曲げ部からなる掘削羽根を設けたことを特徴とする鋼管杭。
（９）下に曲げた切り込み端部の外周側先端部の平面形状が鈍角であることを特徴とする上記（８）記載の鋼管杭。
（１０）上記（１）〜（４）の何れか１項に記載のフレア付き鋼管の製造方法であって、鋼管素材端部からの被加工部の軸方向の長さが、加工後のフレアの内端から外端周縁までの半径方向の長さの１．６〜２．７倍であることを特徴とするフレア付き鋼管の製造方法。

本発明により、鋼管母材と一体で、幅が広く、剛性、強度、耐久性などの品質や機能が高いフレアを設けたフレア付き鋼管及びその製造方法の提供が可能である。また、本発明のフレア付き鋼管によって構成した鋼管柱は取付けプレートの剛性に優れ、鋼管継手は接合強度及びシール性能に優れ、鋼管杭は掘削羽根の耐久性に優れるなど、産業上の貢献が極めて顕著である。

以下、本発明のフレア付き鋼管について詳細に説明する。本発明者は、鋼管素材の被加工部の長さを２０〜１２０ｍｍの範囲で変化させてローラ加工を行い、鋼管母材と一体で、塑性加工組織を有するフレアを設けたフレア付き鋼管を製造した。鋼管素材は、ＪＩＳ Ｇ ３４４４のＳＴＫ４００に準拠する鋼管（ＳＴＫ４００鋼管という。）であり、肉厚は４．５ｍｍ、外径は１１４．３ｍｍである。図１に模式的に示したフレア付き鋼管１のフレア２の幅Ｗは、１８〜６０ｍｍの範囲であった。

フレア２を形成するローラ加工は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、鋼管素材の被加工部Ｌをローラ加工できるように保持装置１０によって保持し、円錐形状の一対の加工用ローラ１１、１３で加工するものである。図２（ａ）において、加工用ローラ１１、１３は、支持軸１２を中心として回転（自転）している。加工ローラ１１、１３を、鋼管半径方向における支持軸１２の位置を変えずに、即ち、鋼管中心軸線を中心とする公転半径を一定にして、鋼管素材の内面に沿って公転させながら鋼管素材の軸方向Ｇに向かって前進させると、鋼管素材の先端部は、図２（ｂ）に示すように、外側に漸次拡径して円錐台形状になる。続いて、鋼管中心軸線に対して各加工ローラ１１、１３の軸線が徐々に拡開するように自転、公転を続行して最終的に図２（ｃ）に示すように、一対の加工ローラ１１、１３を、相互に上面のローラ表面が水平をなすように加工ローラの軸線を外側に傾斜させることで鍔状のフレア２が形成される。

本発明者は、鋼管素材１ａの被加工部Ｌの長さとフレア付き鋼管１のフレア２の幅Ｗの関係変化に注目した。鋼管素材の被加工部Ｌの長さ及びフレア２の幅Ｗの測定にはノギスを用いた。図３に鋼管素材の被加工部Ｌの長さに対して、加工後のフレア２の幅Ｗを示す。図３から、鋼管素材の被加工部Ｌの長さよりも加工後のフレア２の幅Ｗが小さいことがわかる。

また、鋼管素材の被加工部Ｌの長さが７０ｍｍ以上になると、図３の直線の傾きが小さくなり、加工後のフレア２の幅Ｗの増加が抑制され、肉厚ｔの増加が顕著になる。また、これにより加工歪が極めて高くなり、フレア２のビッカース硬度、降伏強度及び引張強度に対する降伏強度の比（降伏比という。）が著しく大きくなると考えられる。

次に、本発明者は、ＳＴＫ４００鋼管及びＪＩＳ Ｇ ３４５２のＳＧＰ１００Ａに相当する鋼管（ＳＧＰ１００Ａ鋼管という。）の端部を加工用ローラによって加工し、鋼管母材と一体で塑性加工組織を有し、幅が約６０ｍｍのフレアを設けたフレア付き鋼管を製造した。ＳＴＫ４００鋼管及びＳＧＰ１００Ａ鋼管の外径は１１４．３ｍｍ、肉厚は４．５ｍｍである。これらのフレア付き鋼管の断面形状を模式的に図４に示す。本発明者は、図４に示したように、鋼管母材３、フレアの半径方向の内端部（フレア内端４という。）、フレアの半径方向の外端（フレア先端６という。）から内径方向への距離が５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍの位置で、マイクロメータを用いて肉厚を測定した。図５に、測定位置と肉厚との関係を示す。フレア先端から内径方向への距離が３０ｍｍの位置、即ち、フレア先端６とフレア内端４の中央（フレア中央５という。）の近傍での肉厚が最大値を示すことがわかる。また、フレア先端６からの距離が１０ｍｍ以下の位置では、フレアの肉厚が、鋼管母材の肉厚よりも薄くなっている。

更に、本発明者は、図６に模式的に示したフレア付き鋼管の、鋼管母材３、フレア内端７、フレア中央５、フレア先端６の外面及び内面のビッカース硬度を、ＪＩＳ Ｚ ２２４４に準拠して測定した。ここで、フレアの外面とは、加工前の鋼管素材の外面に相当する側、即ち、図６において、フレアの上面をいい、フレアの内面とは、加工前の鋼管素材の内面に相当する側、即ち、図６において、フレアの下面をいう。なお、フレアのビッカース硬度を測定した位置は、フレア先端６から内径方向に１０ｍｍ以内の範囲、フレア内端４から外径方向に１０ｍｍ以内の範囲、フレア中央５から１０ｍｍ以内の範囲とし、鋼管母材３のビッカース硬度の測定は、フレアを設けた側の軸方向の先端から３０ｍｍ以上離れた位置で行った。図７は、鋼管素材の種類と測定位置に対して、加工後のフレアのビッカース硬度を鋼管母材のビッカース硬度で除した値（フレア硬度比という。）を示したものである。なお、ＳＴＫ４００鋼管を鋼管素材とするフレア付き鋼管の鋼管母材のビッカース硬度は、外面で１６２、内面で１６７であり、ＳＧＰ１００Ａ鋼管を鋼管素材とするフレア付き鋼管の鋼管母材のビッカース硬度は、外面で１１５、内面で１１３であった。図７から、フレア硬度比は、鋼管素材の種類及び測定位置によらず、１以上になっており、フレアが加工硬化していることがわかる。また、ＳＧＰ１００Ａ鋼管を鋼管素材とするフレア付き鋼管は、ＳＴＫ４００鋼管を鋼管素材とするフレア付き鋼管よりもフレア硬度比が大きく、軟質の鋼管は加工硬化が顕著であり、フレア硬度比が大きくなることがわかる。

また、ＳＴＫ４００鋼管を鋼管素材とするフレア付き鋼管１のフレア２から、図８に示した位置で、ＪＩＳ Ｚ ２２０１に準拠して１３Ｂ号引張試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠して、引張試験を行った。その結果、引張強度は５８８ＭＰａ、降伏強度は５５３ＭＰａ、伸びは１５．５％であり、降伏比は９４％であった。

更に、図６に模式的に示したように、フレア付き鋼管１の内径方向の端部の軸方向の近傍には、くびれ部（フレア内端屈曲部）７が形成されている。即ち、フレア付き鋼管１のフレア２を設けた側の軸方向の端面から軸方向に０〜２０ｍｍの位置では、フレア付き鋼管の外径が他の部位での鋼管母材３の外径よりも小さくなっている。

本発明者は、加工後のフレアの肉厚が増加する原因について、鋼管素材をローラ加工により塑性加工する際に、フレア先端の拘束による圧縮応力がフレアの内径方向に作用するためであると考えている。フレア先端の拘束による圧縮応力は、フレアの幅が広いほど大きくなり、鋼管素材の被加工部の長さを適正範囲とすることにより、特にフレア中央部の肉厚が増加し、くびれ部を形成すると考えられる。

次に本発明を図示の実施形態に基づいて詳細に説明する。図１に一例を示したように、本発明のフレア付き鋼管１は、軸方向の端部に鍔状のフレア２を冷間加工によって形成したものである。即ち、フレア２は、別部材を溶接して設けたものではなく、鋼管母材３と一体であり、冷間加工による塑性加工組織を有している。なお、本発明のフレア付き鋼管１のフレア２は、図９に模式的に示したように、円錐台形状でも良く、さらに図１０に模式的に示したように軸方向との角度θを垂直方向から傾斜させても良い。

本発明のフレア付き鋼管の特徴は、外径６０〜４００ｍｍの鋼管母材に、鋼管母材と一体に成形された４０ｍｍ以上の幅を有するフレアを設けたことである。このフレア付き鋼管は、その軸方向を鉛直方向とし、広幅のフレアの上部をベースプレートで固定することにより、図１１に示したように、鋼管柱として利用できる。この場合は、アンカーボルト２５で基礎２３の固定したベースプレート２４の下面側でフレア付き鋼管１のフレア２を押さえて固定する。また、本発明のフレア付き鋼管は、フレアにボルト穴を形成した際に十分な強度を確保することが可能になり、他の部材との接合又は鋼管同士をボルト及びナットで接合することが可能になる。また、フレアに切り込みを設けて上下に曲げ、羽根を形成して鋼管杭として利用することができる。フレアの幅の上限は、ローラ加工時にフレアの外端に割れを生じる幅であり、鋼管素材の肉厚及び材質によって変化するため規定しないが、フレアの幅が１２０ｍｍを超えるとフレアに割れを生じ易くなる。なお、フレアの幅は、フレアの剛性、強度及びローラ加工の成形性を考慮すると、４５〜６０ｍｍの範囲であることが好ましい。

鋼管素材の端部をローラ加工して製造したフレア付き鋼管は、フレアを溶接によって設ける際に生じる熱歪みによる変形がないため、形状の精度が高い。したがって、フレアと鋼管の軸との直角度を高めることが可能であり、フレアを底部とした鋼管柱の形状の精度、並びにフレアにボルト穴を設けて鋼管同士を接合した鋼管柱及び配管の形状の精度が優れている。

また、本発明のフレア付き鋼管は、フレアをローラ加工によって形成することにより、フレアの肉厚の最大値が鋼管母材の肉厚よりも厚くなる。このフレアの肉厚の最大値は、鋼管母材の肉厚の１．１５倍以上であることが好ましい。これにより、フレアの剛性が向上し、耐久性など品質、機能が向上する。フレアの肉厚の最大値と鋼管母材の肉厚との比の上限は規定しないが、通常、２を超えることはない。フレアの肉厚は、マイクロメータによって測定することができる。フレアの肉厚の測定は、少なくともフレア先端とフレア内端との中央で行い、これを最大値とすれば良い。また、フレア先端から任意の間隔で、例えば５ｍｍ間隔又は１０ｍｍ間隔で、フレアの内端までの肉厚をマイクロメータで測定し、最大値を求めても良い。

更に、フレアを設けた端部におけるフレア付き鋼管の外径、即ち、フレアの端面から鋼管軸方向に０〜２０ｍｍの位置でのフレア付き鋼管の外径は、フレアの端面から鋼管軸方向に３０ｍｍ以上離れた位置での鋼管母材の外径の０．９５〜０．７０倍であることが好ましい。これは、フレア付き鋼管１の軸方向の端部の近傍にくびれ部７を形成することであり、これにより本発明のフレア付き鋼管１の剛性が向上し、作用する大きな捻りや曲げの応力に耐えることができる。

また、フレアのビッカース硬度は、鋼管母材ビッカース硬度の１．１５倍以上であることが好ましい。これは、フレアの強度が増加し、耐久性など品質、機能が向上するためである。なお、フレアのビッカース硬度は、フレアを形成する際の加工硬化によって大きくなるため、鋼管母材が軟質であるほど効果が大きい。即ち、鋼管母材のビッカース硬度が小さいほど、鋼管母材のビッカース硬度との比が大きくなるが、通常、２を超えることはない。フレアのビッカース硬度の測定は、例えば、フレア内端、フレア先端及びフレア中央から１０ｍｍ以内の範囲で、フレアの内面及び外面にて、ＪＩＳ Ｚ ２２４４に準拠して行えば良く、測定されたビッカース硬度の最大値をフレアのビッカース硬度とすれば良い。

本発明のフレア付き鋼管を製造する際には、鋼管素材の被加工部Ｌの長さが、フレア付き鋼管のフレアの幅の、１．６〜２．７倍であることが好ましい。これにより、フレアの肉厚の最大値が鋼管母材の肉厚の１．１５倍以上となり、フレアの端面から鋼管軸方向に０〜２０ｍｍの位置での鋼管母材の外径が、部位の外径の０．９５〜０．７０倍となり、フレアの肉厚のビッカース硬度の最大値が鋼管母材のビッカース硬度の１．１５倍となる。なお、鋼管素材の強度、肉厚、外径によって異なるが、被加工部の長さは７０〜１２０ｍｍであることが好ましい。

本発明のフレア付き鋼管の材質は、通常の溶接鋼管、シームレス鋼管の何れでも良い。更に、用途に応じて、例えば耐食性が要求される場合には、鋼管にめっき、塗覆装を施しても良く、意匠性が要求される場合には、ステンレス鋼管を用いても良い。また、チタン、アルミ、銅にも適用することが可能である。

また、本発明のフレア付き鋼管は、図２（ａ）、（ｂ）に示したローラ加工を行った後、加工用ローラの支持軸の角度を変えながら加工用ローラを自転及び公転させ、鋼管素材の軸方向に移動させることにより製造することができる。また、図２（ａ）、（ｂ）に示したローラ加工を行った後、支持軸１２を図２（ｃ）に示した角度に傾斜させて固定し、加工用ローラ１１、１３を自転及び公転させながら、鋼管素材の軸方向に移動させても良い。この場合は、円錐台状に拡開した鋼管素材１ａをその軸線に沿って加工用ローラ１１、１３に向けて押付けながら軸線に対して直角のフレア２を加工するものである。なお、図２（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）には、２つの加工用ローラを直線状に配置した例を示したが、加工用ローラは１つでも良く、３つ以上でも良い。加工用ローラの数は鋼管素材の外径によっても異なるが、４つの加工用ローラを用いることが好ましく、また、複数の加工用ローラは、支持軸のなす中心角が均等になるように配置することが好ましい。

本実施形態に係るフレア付き鋼管は、各種の用途に使用でき、３つの適用例を以下に説明する。

図１２（ａ）、（ｂ）は、本発明のフレア付き鋼管を、鋼管柱２０に適用した例である。鋼管柱２０の下端は取付けプレート２２であり、鋼管素材の端部を冷間でロール加工して設けた鍔状のフレア２にボルト挿入孔２１を機械加工により設けている。鋼管柱２０の取付けプレート２２を基礎２３に設置したベースプレート２４上に載置し、基礎２３に設けたアンカーボルト２５を取付けプレート２２のボルト挿入孔２１を通して立ち上げ、取付けプレート２２の上面からナット２６を締結することで、鋼管柱２０を基礎２３に固着できる。これにより、取付けプレート２２は剛性に富み、鋼管柱２０の下端部に大きな曲げ力や上揚力が作用したときも取付けプレート２２は損傷せず、鋼管柱２０を基礎２３に強固に固着できる。また、鋼管柱の両端にボルト挿入孔２１を有する取付けプレート２２を設け、複数の鋼管柱の取付けプレートをボルトによって締結することも可能である。

本発明のフレア付き鋼管を用いた鋼管柱は、取付けプレート及びその近傍の強度並びに剛性に優れるため、風による鋼管柱の揺れが小さく、疲労強度も高い。また、本発明の鋼管柱は、取付けプレートと鋼管の直角度に優れているため、複数の鋼管柱をボルトによって接合する際に、極めて効果的である。

図１３（ａ）、（ｂ）は、フレア付き鋼管を流体輸送管３０として製作した例である。この流体輸送管３０は、冷間でのロール加工により形成した鍔状のフレア２にボルト穴３１を設けてフランジ３２を形成したものである。この流体輸送管３０は両端にフランジ３２を設けることが好ましく、複数の流体輸送管３０の対向するフランジ３２同士をパッキン３３を介して当接し、ボルト穴３１にボルト３４を挿通してナット３５で締結することで水密的な流体継手を構成できる。

本発明のフレア付き鋼管を利用した流体輸送管は、フランジの強度に優れるため、流体継手部に内圧や地震等による外力が作用した際の曲げ強度に優れ、継手部の破損や流体の漏洩を回避できる。更に、フレアの肉厚が厚いため、フランジの剛性が高く、フレア近傍の鋼管の外径が小さいため、曲げ強度に優れる。また、フランジの形状及び軸方向に対する角度の精度が良好であるため、ボルト接合した継手からの流体の漏洩を容易に防止することができる。

図１４は第３適用例の回転圧入鋼管杭４０を示し、フレア付き鋼管１のフレア２を切断及び曲げ加工して羽根４１を形成している。図１５に、回転圧入鋼管杭４０を製作する工程を示す。図１５（ａ）において、フレア付き鋼管１のフレア２の先端６から半径方向に内端４の近くまで、直線状又は曲線状、Ｖ字形状、Ｕ字形状など切り込み４２を設ける。更に、図１５（ｂ）に示すように、切り込み４２の周方向両側の回転方向前側端部Ｐと後側端部Ｒとが、各々矢印Ｘ方向とＹ方向に曲げ加工されて掘削刃４３と掘削ガイド部４４が形成されて羽根４１が成形される。掘削刃４３と掘削ガイド部４４の間に形成された間隙４５により、掘削刃４３で回転掘削された土砂は羽根４１の上面に円滑にガイドされて移動する。掘削刃４３は、回転方向に対して鈍角に形成することが好ましく、図１６に示したように、フレア２の切り込み４２を半径方向に対して傾斜させ、回転方向前側端部Ｐを鈍角にし、矢印Ｘ方向に曲げることが好ましい。

本実施形態に係るフレア付き鋼管で製造した回転圧入鋼管杭では、羽根の強度、剛性が高く、鋼管杭の回転圧入時に固い地盤でも羽根がほとんど変形しない。羽根の上向きの変形は、掘削性能の低下を来たさない程度に抑制され、鋼管杭の地盤への打設後は、鋼管杭の支持力又は引き抜き抵抗が低下しない。

更に、本発明の鋼管杭の羽根は鋼管母材よりも肉厚及びビッカース硬度が高く、回転圧入鋼管杭を回転させて地盤を切削する際に有利である。これは、以下の理由による。通常、羽根の下面は、鋼管母材の外径よりも外側に位置しており、鋼管母材の外面よりも土砂との摺動距離が大きく、磨耗し易い。また、羽根への土砂に対する押し付け圧力は、切削時の軸方向の荷重によるもので、鋼管母材への土砂に対する押し付け圧よりも大きくなる。特に、切削の初期には、羽根によって切削された土砂は、鋼管杭の外側に押し出され、鋼管母材の外面に戻り難いため、鋼管母材への土砂に対する押し付け圧は極めて小さい。そのため、羽根の下面は、鋼管母材の外面よりも土砂との摩擦による損傷を受け易い。したがって、羽根の肉厚を厚くすること、ビッカース硬度を大きくすることにより、磨耗による薄肉化を抑制することができる。

即ち、本発明のフレア付き鋼管の肉厚の最大値を鋼管母材の肉厚の１．１５倍以上に厚くすることにより、圧入時の磨耗によって肉厚が減少した後であっても、十分な肉厚の確保が可能である。また、フレアのビッカース硬度を、鋼管母材の１．１５倍以上とすることによって、鋼管杭の羽根の磨耗が顕著に抑制される。これにより、圧入後の羽根が十分な肉厚、強度及び剛性を有し、上方に曲がることなく、鋼管杭の軸方向に載荷された荷重を支持することができる。また、フレア付き鋼管がくびれを有していると、鋼管杭として用いる際に、鋼管杭の内部に流入する土砂がくびれで圧縮されて排出され易くなる。なお、フレア付き鋼管のフレアを羽根として利用する際には、フレアの幅が５０ｍｍ以上であることが好ましい。

また、鋼管杭は、通常、鋼管の一端に設けた羽根を下にし、軸を中心として回転させて地盤に圧入し、長さが足りなくなると、鋼管を溶接し、更に回転圧入するものであるが、両端に羽根を設けた複数の鋼管杭を用いれば接合が容易になる。即ち、圧入した鋼管杭の上端の羽根と、次に圧入する鋼管杭の下端の羽根を合わせて、溶接すれば良い。

なお、図示の実施形態は、設計変更して実施できると共に、実施形態に係るフレア付き鋼管は、第１〜第３適用例以外の用途に適用しても構わない。例えば、第３適用例の鋼管杭を井戸を掘るためのドリルとして用いることも可能である。

（ａ）、（ｂ）は、実施形態に係るフレア付き鋼管の正面図と縦断面図で、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、実施形態に係るローラ加工法によりフレア付き鋼管を製作する工程を示す説明図である。 本発明のフレア付き鋼管のフレアの幅と鋼管素材の被加工部の長さとの関係を示す図である。 本発明のフレア付き鋼管の肉厚の測定位置を説明する模式図である。 本発明のフレア付き鋼管のフレアの肉厚と鋼管母材の肉厚との比を示す図である。 本発明のフレア付き鋼管のビッカース硬度の測定位置を説明する模式図である。 本発明のフレア付き鋼管のフレア硬度比を示す図である。 本発明のフレア付き鋼管のフレアからの引張試験片の採取位置を示す模式図である。 （ａ）は鋼管素材の正面図、（ｂ）、（ｃ）は、鋼管素材に円錐台形状のフレアを設けた実施形態に係るフレア付き鋼管の正面図と縦断面図で、（ｃ）は、（ｂ）のB−B断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、鋼管母材の軸方向から傾斜したフレアを設けた実施形態に係るフレア付き鋼管の正面図と縦断面図で、（ｂ）は、（ａ）のC−C断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明のフレア付き鋼管をそのまま利用した鋼管柱の基礎への取付け状態の斜視図と断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、フレア付き鋼管の第１適用例である鋼管柱の斜視図と断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、フレア付き鋼管の第２適用例である流体輸送管継手部の斜視図と断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、フレア付き鋼管の第３適用例である鋼管杭の斜視図と縦断面図で、（ｂ）は、（ａ）のD−D断面図である。 (ａ)〜（ｄ）は、フレア付き鋼管の第４適用例である鋼管杭の羽根を形成する工程を示す模式図である。 （ａ）〜（ｃ）は、フレア付き鋼管の第５適用例である鋼管杭の好ましい態様を羽根を形成する工程と共に示す模式図である。

符号の説明

１ フレア付き鋼管
１ａ 鋼管素材
２ フレア
３ 鋼管母材
４ フレア内端
５ フレア中央
６ フレア先端
７ フレア内端屈曲部
１０ 保持装置
１１ 加工用ローラ
１２ 支持軸
１３ 加工用ローラ
２０ 鋼管柱
２１ ボルト挿入孔
２２ 取付けプレート
２３ 基礎
２４ ベースプレート
２５ アンカーボルト
２６ ナット
３０ 流体輸送管
３１ ボルト穴
３２ フランジ
３３ パッキン
３４ ボルト
３５ ナット
４０ 回転圧入鋼管杭
４１ 羽根
４２ 切り込み
４３ 掘削刃
４４ 掘削ガイド部
Ｇ 軸方向
Ｌ 被加工部
Ｓ 軸線
Ｐ 回転方向前側端部
Ｒ 回転方向後側端部
Ｘ 回転方向前側端部の曲げ方向
Ｙ 回転方向後側端部の曲げ方向

Claims (10)

1. 鋼管母材と一体であり、塑性加工組織を有する鍔状のフレアを該鋼管母材の一端又は両端に設けたフレア付き鋼管において、前記鋼管母材の外径が６０〜４００ｍｍであり、前記フレアの幅が４０ｍｍ以上であることを特徴とするフレア付き鋼管。
2. フレアの肉厚の最大値が鋼管母材の肉厚の１．１５倍以上であることを特徴とする請求項１記載のフレア付き鋼管。
3. 鋼管母材側のフレアを設けた側の端面から鋼管の軸方向に０〜２０ｍｍの位置でのフレア付き鋼管の外径が、鋼管母材の外径の０．９５〜０．７０倍であることを特徴とする請求項１又は２記載のフレア付き鋼管。
4. フレアのビッカース硬度が鋼管母材のビッカース硬度の１．１５倍以上であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のフレア付き鋼管。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載のフレア付き鋼管のフレアに、アンカーボルトを挿通するボルト挿通孔を設けたことを特徴とする鋼管柱。
6. 請求項１〜４の何れか１項に記載のフレア付き鋼管からなる鋼管継手であって、少なくとも一対のフレア付き鋼管のフレア同士が当接され、該フレアに対向する位置に設けられた複数のボルト穴を有し、前記ボルト穴にボルトが挿通され、該ボルトがナットで締結されたことを特徴とする鋼管継手。
7. 当接されたフレア同士の間にシール材を介在させたことを特徴とする請求項６記載の鋼管継手。
8. 請求項１〜４の何れか１項に記載のフレア付き鋼管のフレアに、切り込み及び切り込み端部の曲げ部からなる掘削羽根を設けたことを特徴とする鋼管杭。
9. 下に曲げた切り込み端部の外周側先端部の平面形状が鈍角であることを特徴とする請求項８記載の鋼管杭。
10. 請求項１〜４の何れか１項に記載のフレア付き鋼管の製造方法であって、鋼管素材端部からの被加工部の軸方向の長さが、加工後のフレアの内端から外端周縁までの半径方向の長さの１．６〜２．７倍であることを特徴とするフレア付き鋼管の製造方法。

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