JP2008132510A - 角形増肉鋼管の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な方法によって、外形状が均一な状態で所望部位に増肉部を形成することができる角形増肉鋼管の製造方法を提供する。
【解決手段】鋼管の長さ方向の一部に増肉部分１ａを有する角形増肉鋼管を製造する方法であって、均一肉厚の角形の素材鋼管１の外周に、この素材鋼管１の外径と略同じ内径を有する矯正型枠５を配置する。また、前記鋼管１の内側に加熱コイル６を配置する。この状態で、前記加熱コイル６により鋼管１の長さ方向の一部を誘導加熱しながら、前記鋼管１に軸方向の圧縮力を加えることにより、前記素材鋼管１の長さ方向の一部の肉厚を内側に増肉させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、建築構造物の柱等に用いられる角形鋼管の長さ方向の一部に増肉部分を有する角形増肉鋼管を製造する方法に関する。

一般に、角形鋼管を建築構造物の柱に用いる場合、梁を取付ける部分には強度確保のための何らかの手段が講じられる。この強度確保のため、梁を取付ける部分に各種の補強部材を取付け、あるいは梁を取付ける部分の肉厚を厚く（増肉）することがなされていた。後者の増肉による場合は、補強部材を省略できることから、近時多く採用されるようになった。特許文献１および特許文献２は、このように鋼管の長さ方向の一部に増肉部分を有する角形増肉鋼管を製造する方法の例を示している。
特開平０８−９９１４３号公報 特開２００２−２７３５１５号公報

特許文献１には、鋼管の外周の一部を加熱しながら鋼管にその長手方向の圧縮力を付与して加熱部を増肉し、変位計によって加熱部の変位量を検出しながら加熱部およびその近傍の変位を所定の許容範囲に保つようにして増肉加工することが開示されている。図４はこのような増肉加工方法によって得た角形増肉鋼管を建築構造物の柱とし、その側部に梁を施工した状態を概念的に示している。図４（Ａ）は、角形増肉鋼管５０の増肉部分５０ａの断面であって、増肉前の断面（２点鎖線で示す）５０ｂを併せて示しており、増肉部分５０ａでは鋼管５０の肉厚が内側および外側に増厚されていることが判る。これを図４（Ｂ）で示すように正面視（側面視）した外形状で見ると、増肉部分５０ａが外側に出っ張っていることが判る。このように、増肉部分５０ａでは鋼管５０の外径が元の径より大きくなっているため、この増肉部分５０ａに梁５１を側方に延びるよう取付施工する場合、外径の増大分を見越した梁５１の設計および取付施工に難しさが伴う。また、外側への増肉はなんら規制がされずになされるから、角部５０ｃがアール形状となることは不可避であり、そのため、梁５１の取付け範囲が制約されると共に、アール形状の角部５０ｃと梁部間で完全な溶接ができないため、梁５１をその側縁部が取付面に隣合う面と面一になるような偏心状態で取付けることができない。したがって、増肉部分５０ａが外側に出っ張っていることとも相俟って、スッキリした外観が得られない。

また、特許文献１の方法による場合、増肉部分の表面を均一化させるために、その直角方向の変位を測定しながら加熱・冷却制御を行うようにしている。そのため、複雑な制御機器等を必要とする。さらに、特許文献２には、管体に増肉部分を形成した後、管体全体を加熱し、熱間成形して外形寸法を均一状でかつ平滑化する角鋼管の製造方法が開示されている。そのため、得られた角鋼管を柱として梁を施工する場合、上記のような問題は生じないが、この製造方法の場合、上記と同様に増肉部分を形成した後、全体を加熱し、成形ロール手段および管内面成形手段を用いて熱間成形する工程を必要とし、装置が大掛かりとなる上に工数が増えることとなるため、実用上なお問題を内包することは否めなかった。

この発明の目的は、簡単な方法によって、外形状が均一な状態で所望部位に増肉部を形成することができる角形増肉鋼管の製造方法を提供することである。

この発明の角形増肉鋼管の製造方法は、鋼管の長さ方向の一部に増肉部分を有する角形増肉鋼管を製造する方法であって、均一肉厚の角形の素材鋼管の外周に、この素材鋼管の外径と略同じ内径を有する矯正型枠を配置し、前記鋼管の内側に加熱コイルを配置し、前記加熱コイルにより鋼管の長さ方向の一部を誘導加熱しながら、前記鋼管に軸方向の圧縮力を加えることにより、前記素材鋼管の長さ方向の一部の肉厚を内側に増肉させることを特徴とする。
この角形増肉鋼管の製造方法によれば、素材鋼管の内側に配置された加熱コイルにより鋼管の長さ方向の一部を誘導加熱しながら、鋼管に軸方向の圧縮力を加えるから、素材鋼管の加熱された肉厚部分は、外側および内側に増肉されようとする。しかし、外側部分には素材鋼管の外径と略同じ内径を有する矯正型枠が配置されているから、この矯正型枠によって外側への増肉が阻止され、内側のみに増肉される。したがって、得られた角形増肉鋼管は、増肉によって強化され、建築構造物の柱に用いる場合は、梁を取付けるための強度確保がなされる。しかも、増肉部分の外形状は矯正型枠によって規制されるから、増肉されない部分との均一状態が維持され、増肉部分の出っ張りがなく、梁の設計および施工が行い易くなる。

この発明において、前記矯正型枠は、内周面を構成する四側面のうちの各隣合う側面間の隅部を角形としてもよい。隅部を角形とすることにより、上記増肉過程において、素材鋼管の角部がこの角形の隅部にならって角形に成形され、得られた角形増肉鋼管の増肉部における角部にはアール部がなく、梁の偏心施工性が向上する。

この発明の角形増肉鋼管の製造方法は、鋼管の長さ方向の一部に増肉部分を有する角形増肉鋼管を製造する方法であって、均一肉厚の角形の素材鋼管の外周に、この素材鋼管の外径と略同じ内径を有する矯正型枠を配置し、前記鋼管の内側に加熱コイルを配置し、前記加熱コイルにより鋼管の長さ方向の一部を誘導加熱しながら、前記鋼管に軸方向の圧縮力を加えることにより、前記素材鋼管の長さ方向の一部の肉厚を内側に増肉させることとしたため、得られた鋼管を建築構造物の柱に用いる場合は、梁を取付けるための強度確保がなされる上に、増肉部分の出っ張りがないことにより、梁の設計および施工が行い易くなる。
前記矯正型枠の内周面を構成する四側面のうちの各隣合う側面間の隅部を角形とした場合、得られた角形増肉鋼管の増肉部分にはアール部がなくなるから、建築構造物の柱に用いる場合の梁の偏心施工性が向上し、見栄えもスッキリしたものとなる。

この発明の角形増肉鋼管の製造方法の一実施形態を、図１ないし図３と共に説明する。図１はこの実施形態に係る増肉加工装置の概略構成を示す部分破断断面図である。図に示す増肉加工装置Ａは、均一肉厚の角形の素材鋼管１を水平状態で支持・規制するガイドローラ２と、素材鋼管１の先端部が当接されるストッパー３と、素材鋼管１を後端部より先端部側に押圧して圧縮力を作用させる油圧シリンダ４からなる圧縮装置と、素材鋼管１の外径と略同じ内径を有し素材鋼管１の所望の長さ範囲に亘る増肉加工部位の外周面部に配置される矯正型枠５と、素材鋼管１内に配置された高周波誘導加熱コイル６とより構成される。ガイドローラ２は、図示のように素材鋼管１の上下面だけでなく、図示しない両側面に転接するよう配置され、素材鋼管１を撓まないよう水平状態で支持するもので、素材鋼管１の長手方向の複数個所に配置される。また、油圧シリンダ４には、図示は省略したが、その制御用の油圧サーボ弁や油圧源等が適宜接続される。

加熱コイル６は、素材鋼管１の内面に近接して配置される加熱コイル部６ａと冷却媒体（オイル等の液体）の吐出口６ｂとが一体に構成されたものであり、ストッパー３および油圧シリンダ４の伸縮ロッド４ａを貫き素材鋼管１の軸心Ｌと同心的に横設された支軸７によって支持されている。この支軸７は、そのストッパー３側部分がねじ軸７ａとされ、ストッパー３を貫きその外側に突出した部分がナット７ｂに螺合してボールねじ機構７ａ，７ｂを構成し、モータ７ｃの回転駆動に伴うボールねじ機構７ａ，７ｂの作用よって、軸心Ｌに沿って進退可能とされている。また、支軸７の加熱コイル６から油圧シリンダ４側部分は筒状体７ｄとされ、伸縮ロッド４ａおよび油圧シリンダ４を貫き油圧シリンダ４より突出した部分で摺動可能に支持され、この突出部において加熱コイル６の高周波誘導加熱および上記冷却媒体供給のための制御部８が接続されている。制御部８は、高周波誘導加熱のための電源および冷却媒体の供給源を備え、筒状体７ｄを経て加熱コイル部６ａでの高周波誘導加熱と吐出口６ｂでの冷却媒体の吐出制御を行う。また、加熱コイル６の位置検出センサ（図示せず）が、上記軸心Ｌに沿った適宜位置に配置され、その検出情報に基づきボールねじ機構７ａ，７ｂのモータ７ｃの駆動制御および制御部８による加熱コイル６の高周波誘導加熱および冷却媒体供給制御がなされる。

次に、上記のように構成された増肉加工装置Ａによる増肉加工方法について説明する。増肉加工対象の素材鋼管１の先端部をストッパー３に固定・保持させ、その反対側を油圧シリンダ４で押圧して素材鋼管１にその軸心Ｌに沿った矢印ａ方向に圧縮力を作用させる。この状態で、加熱コイル６によって素材鋼管１の矯正型枠５が配置された内面を加熱する。上記ボールねじ機構７ａ，７ｂの作用によって、加熱コイル６を矢印ｂ方向に移動させながら、素材鋼管１の内面を加熱すると共に吐出口６ｂより冷却媒体を加熱部分に吐出させる。この加熱の際、素材鋼管１には矢印ａ方向に圧縮力が作用し、素材鋼管１の外周部には矯正型枠５が配置されているから、加熱部分は素材鋼管１の内側に増肉され、増肉された部分は増肉着後に冷却媒体の吐出・吹付けによって冷却固化される。加熱コイル６の矢印ｂ方向への移動と共に、この加熱・冷却媒体の吐出が順次なされ、これにより素材鋼管１の矯正型枠５が配置された部分の内面には、図のように素材鋼管１の肉厚が内側に増肉した増肉部分１ａが連続的に形成される。この増肉部分１ａの形成は、矯正型枠５が配置される素材鋼管１の長さ方向の一部範囲においてなされる。
なお、増肉加工時における加熱コイル６の移動方向は、矢印ａ方向であっても良い。この場合油圧シリンダ４による増肉部分１ａの矢印ａ方向に沿った圧縮速度よりやや速い速度でその移動がなされる。

図２は、増肉加工部分の横断面図を示しており、素材鋼管１の所望の増肉加工部位の外周には矯正型枠５を４枚の型枠板５ａが、素材鋼管１の外周面部１ｂに接して方形に枠組みされている。この型枠板５ａにより内周面を構成する四側面のうちの各隣合う側面間の隅部５ｂは角形とされている。図１および図２では、４枚の型枠板５ａを所定の方形状に枠組み維持するための保持機構の図示を省略している。また、素材鋼管１の内部には加熱コイル６がその内周面部１ｃに近接して配置されている。素材鋼管１は、上記のように所望の部位が増肉加工され、その内周面部１ｃが２点鎖線位置から実線位置に増肉されて増肉部分１ａが形成される。素材鋼管１の外周面部１ｂは、矯正型枠５によって規制されるため、外側への増肉がなされず元の外径が維持され、増肉加工がされない部分と均一状態とされるが、矯正型枠５の隅部５ｂではこれにならうように増肉成形され、アールのない角部１ｄが形成される。このように、矯正型枠５によって増肉加工部位の外周面部１ｂを規制拘束した状態で増肉加工がなされるから、前記特許文献１のような変位計による加熱制御や、特許文献２のように増肉加工をした後全体を加熱して熱間成形する工程によることなく、増肉加工部位の外周面部１ｂを均一化し、その出っ張りをなくすことが簡易になされる。

図３（Ａ）（Ｂ）は、上記で得た角形増肉鋼管１０を建築構造物の柱とし、その側部にＨ型鋼からなる梁１１を取付施工した状態を示している。梁１１を取付ける部位は増肉部分１ａとされるから、この部位の強化がなされ、梁１１を取付け保持し得る十分な強度が付与される。また、増肉部分１ａはその内周面部１ｃが内側に張出すよう増肉するが、外周面部１ｂは元の均一な表面状態を維持するから、梁１１の取付のための設計・施工を楽に行うことが出来、さらに角形増肉鋼管１０の外観には出っ張る部分がないから外観上の見栄えがスッキリする。そして、梁１１を取付ける部位の角部１ｄにはアール部がないから、梁１１の取付け範囲が広がり、梁１１をその側縁部１１ａがその角形増肉鋼管１０における取付面１ｃに隣合う面１ｃと面一になるような偏心状態で取付けることもでき、梁１１の取付施工の自由度が広がることになる。

なお、加熱コイル６は、図示のような加熱コイル部６ａと冷却媒体の吐出口６ｂとが一体に構成されたもの以外に、加熱コイルと冷却ジャケットとが別体に構成されたものであっても良い。また、加熱方式としては、高周波誘導加熱以外に中周波誘導加熱、その他の誘導加熱方式が採用される。さらに、圧縮装置として油圧シリンダ４を例示したが、その他の圧縮装置も用いることができる。

この発明の角形増肉鋼管の製造方法に採用される増肉加工装置の一実施形態の概略構成を示す部分破断断面図である。 同角形増肉鋼管の製造過程における増肉部分の断面図である。 同角形増肉鋼管の製造方法によって得た角形増肉鋼管を建築構造物の柱として梁を施工する状態を示し、（Ａ）はその平面断面図、（Ｂ）はその正面図である。 従来の角形増肉鋼管を建築構造物の柱として梁を施工する状態を示し、（Ａ）はその平面断面図、（Ｂ）はその正面図である。

符号の説明

１…素材鋼管
１ａ…増肉部分
５…矯正型枠
５ｂ…隅部
６…加熱コイル
１０…角形増肉鋼管

Claims (2)

1. 鋼管の長さ方向の一部に増肉部分を有する角形増肉鋼管を製造する方法であって、均一肉厚の角形の素材鋼管の外周に、この素材鋼管の外径と略同じ内径を有する矯正型枠を配置し、前記鋼管の内側に加熱コイルを配置し、前記加熱コイルにより鋼管の長さ方向の一部を誘導加熱しながら、前記鋼管に軸方向の圧縮力を加えることにより、前記素材鋼管の長さ方向の一部の肉厚を内側に増肉させることを特徴とする角形増肉鋼管の製造方法。
2. 請求項１において、前記矯正型枠は、内周面を構成する四側面のうちの各隣合う側面間の隅部を角形とした角形増肉鋼管の製造方法。

Images