JP2013215772A - 増厚スパイラル羽根の製造方法、およびこれを用いた増厚スパイラル羽根付き鋼管杭、ならびに増厚スパイラル羽根の製造装置 - Google Patents

増厚スパイラル羽根の製造方法、およびこれを用いた増厚スパイラル羽根付き鋼管杭、ならびに増厚スパイラル羽根の製造装置 Download PDF

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弘 田中
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【課題】 長尺薄板材の板厚を増加させてスパイラル羽根の強度を高めることができ、製造コストを抑えて価格競争力を向上することができる増厚スパイラル羽根の製造方法、およびこれを用いた増厚スパイラル羽根付き鋼管杭、ならびに増厚スパイラル羽根の製造装置を提供する。
【解決手段】 鋼管杭Pの外周面に設けられる増厚スパイラル羽根Sの製造方法であって、原材料となる長尺薄板材Cを長手方向に送り出し、その長尺薄板材Cの両端縁部に幅方向から圧縮力を付与して前記両端縁部の板厚を増加させた後にスパイラル形状に成形する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、鋼管杭の外周面に設けられるスパイラル羽根の製造技術に関し、特に、板厚を増加させた高強度のスパイラル羽根を製造するのに適した増厚スパイラル羽根の製造方法、およびこれを用いた増厚スパイラル羽根付き鋼管杭、ならびに増厚スパイラル羽根の製造装置に関するものである。
近年、メガソーラー用の架台や携帯電話用の鉄塔の基礎として、鋼管杭が採用されている。この鋼管杭には、所定の回転圧入装置等を用いて回転させながら地盤に圧入するものが存在する。このような回転圧入用の鋼管杭として、例えば、特開2010−255283号公報には、鋼管杭の外周に螺旋状に形成された羽根が一端側から他端側に連続して形成されてなる鋼管杭が提案されている(特許文献1)。
特開2010−255283号公報
しかしながら、特許文献1に記載された発明を含め、従来、スパイラル羽根の原材料としては、安価で入手しやすいSPHC(Steel Plate Hot Commercial:熱間圧延軟鋼板)等の鋼板が用いられている。このような鋼板は一般に、長尺薄板状のコイル材として市場に流通し、スリッター等の薄板材用切断機で切断して使用する関係上、板厚の上限に制約があって十分な強度が得られないため、大型建造物の基礎として使えないという問題がある。
また、鋼管杭の外周面に設けられたスパイラル羽根においては、特に、鋼管杭に溶接される内径側および土圧を受ける外径側に負荷が集中しやすい。しかしながら、原材料となる長尺薄板材を螺旋羽根連続成形装置等によってスパイラル形状に圧延成形すると、板厚がさらに薄くなってしまう。このため、スパイラル羽根の強度がより一層低下するという問題もある。
さらに、従来、スパイラル羽根を備えた鋼管杭においては、その先端部に最も大きな負荷がかかるため、別途、厚い板から打ち抜いて1ピッチ程度のスパイラル状にプレス成形した補強羽根を溶接によって取り付ける場合がある。この場合、当該補強羽根自体にコストがかかる上、当該補強羽根の取り付け作業に手間がかかるため、製造コストが増大し価格競争力が低下してしまうという問題もある。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、長尺薄板材の板厚を増加させてスパイラル羽根の強度を高めることができ、製造コストを抑えて価格競争力を向上することができる増厚スパイラル羽根の製造方法、およびこれを用いた増厚スパイラル羽根付き鋼管杭、ならびに増厚スパイラル羽根の製造装置を提供することを目的としている。
本発明に係る増厚スパイラル羽根の製造方法は、鋼管杭の外周面に設けられる増厚スパイラル羽根の製造方法であって、原材料となる長尺薄板材を長手方向に送り出し、その長尺薄板材の両端縁部に幅方向から圧縮力を付与して前記両端縁部の板厚を増加させた後にスパイラル形状に成形するものである。
また、本発明の一態様として、前記長尺薄板材に前記圧縮力を付与する際、前記長尺薄板材の片面または両面を板厚方向から押さえて座屈を防止してもよい。
さらに、本発明の一態様として、前記長尺薄板材の両端縁部の両側面を板厚方向から押さえて前記両端縁部の増厚量を制御してもよい。
また、本発明の一態様として、前記圧縮力は一対の圧縮ローラによって前記長尺薄板材の両端縁部から付与されており、前記増厚スパイラル羽根の内径側となる端縁部に接触する前記圧縮ローラは、その接触する外周面が前記板厚方向に対して傾斜されていてもよい。
さらに、本発明の一態様として、前記長尺薄板材に前記圧縮力を付与する際に後方から押し出して送り出してもよい。
また、本発明に係る増厚スパイラル羽根付き鋼管杭は、請求項1から請求項5のいずれかに記載の増厚スパイラル羽根の製造方法によって両端縁部が中央部よりも増厚されてなる増厚スパイラル羽根が、鋼管杭の外周面に溶接されているものである。
さらに、本発明に係る増厚スパイラル羽根の製造装置は、鋼管杭の外周面に設けられる増厚スパイラル羽根の製造装置であって、原材料となる長尺薄板材の両端縁部に幅方向から圧縮力を付与して前記両端縁部の板厚を増加させる増厚手段と、前記増厚手段によって前記両端縁部が増厚された前記長尺薄板材をスパイラル形状に成形するスパイラル成形手段とを有している。
また、本発明の一態様として、前記長尺薄板材に前記圧縮力を付与する際、前記長尺薄板材の片面または両面を板厚方向から押さえて座屈を防止する座屈防止手段を有していてもよい。
さらに、本発明の一態様として、前記長尺薄板材の両端縁部の両側面を板厚方向から押さえて前記両端縁部の増厚量を制御する増厚量制御手段を有していてもよい。
また、本発明の一態様として、前記圧縮力は一対の圧縮ローラによって前記長尺薄板材の両端縁部から付与されており、前記増厚スパイラル羽根の内径側となる端縁部に接触する前記圧縮ローラは、その接触する外周面が前記板厚方向に対して傾斜されていてもよい。
さらに、本発明の一態様として、前記長尺薄板材に前記圧縮力を付与する際に後方から押し出して送り出す送り出し手段を有していてもよい。
本発明によれば、長尺薄板材の板厚を増加させてスパイラル羽根の強度を高めることができ、製造コストを抑えて価格競争力を向上することができる。
本発明に係る増厚スパイラル羽根の製造装置の第1実施形態を示す全体図である。 図1における2A−2A線断面図である。 第1実施形態の増厚スパイラル羽根付き鋼管杭を示す一部縦断面図である 本発明に係る増厚スパイラル羽根の製造装置の第2実施形態を示す図である。 第2実施形態において、(a)側圧が大きい場合および(b)側圧が小さい場合における板厚および増厚範囲の関係を示す図である。 本発明に係る増厚スパイラル羽根の製造装置の第3実施形態を示す図である。 第3実施形態の増厚スパイラル羽根を鋼管杭に溶接した状態を示す断面図である。 従来のスパイラル羽根付き鋼管杭と第3実施形態の増厚スパイラル羽根付き鋼管杭とのトータルコストを試算・比較したグラフである。
以下、本発明に係る増厚スパイラル羽根の製造方法、およびこれを用いた増厚スパイラル羽根付き鋼管杭、ならびに増厚スパイラル羽根の製造装置の第1実施形態について図面を用いて説明する。
本第1実施形態の増厚スパイラル羽根の製造装置1Aは、図1に示すように、主として、原材料となるコイル状の長尺薄板材Cの板厚を増加させる増厚手段2と、この増厚手段2によって増厚される長尺薄板材Cの座屈を防止する座屈防止手段3と、長尺薄板材Cの増厚量を制御する増厚量制御手段4と、増厚された長尺薄板材Cをスパイラル形状に成形するスパイラル成形手段5と、長尺薄板材Cに送り方向の力を付加する送り手段6とから構成されている。以下、各構成手段についてより詳細に説明する。
なお、本第1実施形態では、長尺薄板材CとしてSPHC(Steel Plate Hot Commercial:熱間圧延軟鋼板)等の鋼板を用いているが、これに限定されるものではなく、スパイラル形状に成形しやすく、適度な強度を有する薄板材であればよい。
増厚手段2は、原材料となる長尺薄板材Cに圧縮力を付与して板厚を増加させるものである。本第1実施形態では、図1および図2に示すように、増厚手段2は、所定の隙間を隔てて配置された上下一対の圧縮ローラ21,21によって構成されている。各圧縮ローラ21,21は、当該隙間に長尺薄板材Cを巻き込む方向に回転されており、長尺薄板材Cの両端縁部に幅方向から圧縮力を付与するようになっている。
また、本第1実施形態では、下方の圧縮ローラ21の回転軸が固定されている一方、上方の圧縮ローラ21の回転軸が上下方向に可動自在に構成されている。この構成により、上方の圧縮ローラ21の上下位置を調整することで下方の圧縮ローラ21との隙間の大きさが調整されるため、長尺薄板材Cに付与する圧縮力が増減するようになっている。
座屈防止手段3は、増厚手段2により圧縮力が付与される長尺薄板材Cの座屈を防止するものである。本第1実施形態において、座屈防止手段3は、図1および図2に示すように、所定の隙間を隔てて配置された左右一対のサイドローラ31,31によって構成されている。各サイドローラ31,31は、各圧縮ローラ21,21の隙間に入り込むように配置され、各圧縮ローラ21,21による圧縮位置近傍で長尺薄板材Cと接触するようになっている。
なお、本第1実施形態では、座屈防止手段3が一対のサイドローラ31,31によって構成されているが、この構成に限定されるものではない。例えば、長尺薄板材Cの両サイドに当接部材を設けて長尺薄板材Cが通過しうるスリットを構成し、このスリットの両側面で押さえることによって座屈を防止してもよい。また、座屈の程度によっては、長尺薄板材Cの片面のみを押さえる座屈防止手段3でもよい。すなわち、座屈防止手段3は、増厚手段2が長尺薄板材Cに圧縮力を付与する際、長尺薄板材Cの片面または両面を板厚方向から押さえて座屈を防止するものであればよい。
増厚量制御手段4は、増厚手段2により増厚される長尺薄板材Cの増厚量を制御するものである。具体的には、増厚手段2によって長尺薄板材Cの両端縁部が幅方向から圧縮されると、当該両端縁部近傍に荷重が集中して増厚される。そこで本第1実施形態では、当該両端縁部の両側面を板厚方向から押さえることにより長尺薄板材Cの中央部側へ荷重を分散し、当該両端縁部における増厚量を制御するとともに、増厚する範囲を中央部側へ拡大するようになっている。
本第1実施形態において、増厚量制御手段4は、図1および図2に示すように、上下の各圧縮ローラ21,21の両側面に固定された一対のガイドローラ41,41によって構成されている。各一対のガイドローラ41,41は、各圧縮ローラ21,21よりも大径に形成されており、長尺薄板材Cの両端縁部の両側面に対向する一対の内側面42,42を有している。この構成により、当該各内側面42,42が長尺薄板材Cの両端縁部の両側面を板厚方向から押さえて両端縁部の増厚量を制御するようになっている。
スパイラル成形手段5は、増厚手段2によって両端縁部が増厚された長尺薄板材Cをスパイラル形状に成形するものである。本第1実施形態において、スパイラル成形手段5は、図1に示すように、長尺薄板材Cを円弧状に屈曲させる3つのベンディングローラ51,51,51と、スパイラル形状にピッチ加工するピッチ成形機構52とを有している。
送り手段6は、長尺薄板材Cに送り方向の力を付加するものである。本第1実施形態において、長尺薄板材Cは、各圧縮ローラ21,21および各ベンディングローラ51,51による巻き込み力だけでも自動的に長手方向に送出される。しかしながら、本第1実施形態では、図1に示すように、長尺薄板材Cを後方から押し出すようにして送り出す送り出し手段61と、長尺薄板材Cを前方から引っ張って引き出す引き出し手段62とを設け、増厚手段2による圧縮処理をサポートするようになっている。
つぎに、以上の構成を備えた本第1実施形態の増厚スパイラル羽根の製造装置1A、および本第1実施形態の増厚スパイラル羽根の製造方法、ならびに本第1実施形態により製造された増厚スパイラル羽根付き鋼管杭10Aの作用について説明する。
本第1実施形態の増厚スパイラル羽根の製造装置1Aを用いて原材料となる長尺薄板材Cを増厚する場合、当該長尺薄板材Cを送り出し手段61および増厚手段2にセットした後、各手段を作動させる。これにより、コイル状の長尺薄板材Cが順次、長手方向に引き出され、後述する増厚処理が連続的に行われる。
具体的には、まず、増厚手段2としての各圧縮ローラ21,21が、長尺薄板材Cの両端縁部に幅方向から圧縮力を付与する。これにより、長尺薄板材Cは、幅方向の寸法が短縮される一方、板厚が増加するように塑性変形される。このとき、各圧縮ローラ21,21による圧縮力は、長尺薄板材Cの両端縁部近傍に集中するため、主に当該両端縁部の板厚が増加する。
このとき、本第1実施形態では、座屈防止手段3としての各サイドローラ31,31が、長尺薄板材Cの両面を板厚方向から押さえる。これにより、長尺薄板材Cは増厚手段2による圧縮荷重を受けても、板厚方向の屈曲変形が規制され座屈が防止される。なお、当該座屈を発生させる要因としては、圧縮ローラ21による圧縮量、長尺薄板材Cの加工速度およびセッティング時のアライメントのズレ等が考えられる。特に、圧縮量および加工速度が大きいほど降伏応力が増大するため座屈し易くなる。このため、座屈防止手段3を設けることにより、設けない場合と比較して、圧縮量を大きくして増厚量を増加できるとともに、加工速度を速めて処理速度をアップすることが可能となる。
また、本第1実施形態では、増厚量制御手段4としての各ガイドローラ41,41が、各内側面42,42によって長尺薄板材Cの両端縁部の両側面を板厚方向から押さえる。これにより、増厚手段2により付与された圧縮力が、長尺薄板材Cの中央部側に分散するため、両端縁部における増厚量が規制されるとともに、増厚する範囲が中央部側へ拡大する。
さらに、本第1実施形態では、送り出し手段61が長尺薄板材Cを後方から押し出して送り出す。これにより、長尺薄板材Cが送り方向において増厚手段2側へ押圧されるため、増厚処理がスムーズに行われる。また、引き出し手段62が長尺薄板材Cを前方から引っ張って引き出すため、長尺薄板材Cが遅滞なくスパイラル成形手段5へ送られる。
その後、スパイラル成形手段5としてのベンディングローラ51が、増厚された長尺薄板材Cを円弧状に屈曲させる。これにより、スパイラル形状の内径側となる長尺薄板材Cの端縁部が圧縮されるため、板厚がさらに増大する。また、スパイラル成形手段5としてのピッチ成形機構52が、当該長尺薄板材Cを所定のピッチでスパイラル形状に成形する。これにより、両端縁部が中央部よりも増厚されてなる増厚スパイラル羽根Sが得られる。
以上のような本第1実施形態の増厚スパイラル羽根の製造方法および増厚スパイラル羽根の製造装置1Aにより得られた増厚スパイラル羽根Sは、両端縁部が中央部よりも増厚されている。このため、当該増厚スパイラル羽根Sを鋼管杭Pの外周面に溶接してなる増厚スパイラル羽根付き鋼管杭10Aは、図3に示すように、負荷が集中しやすい増厚スパイラル羽根Sの内径側および外径側の双方において増厚されて強度が向上されている。
以上のような本第1実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
1.長尺薄板材Cの板厚を増加させて高強度な増厚スパイラル羽根Sを得ることができる。
2.補強羽根が不要となるため、製造コストを抑えて価格競争力を向上することができる。
3.圧縮時の座屈を防止して、増厚量および処理速度を高めることができる。
4.増厚量および増厚範囲を制御して、所望の増厚スパイラル羽根Sを得ることができる。
つぎに、本発明に係る増厚スパイラル羽根の製造方法、およびこれを用いた増厚スパイラル羽根付き鋼管杭、ならびに増厚スパイラル羽根の製造装置の第2実施形態について説明する。なお、本第2実施形態のうち、上述した第1実施形態の構成と同一若しくは相当する構成については、同一の符号を付して再度の説明を省略する。
本第2実施形態の特徴は、増厚量制御手段4による増厚量を自在に調節する点にある。具体的には、図4に示すように、本第2実施形態の増厚スパイラル羽根の製造装置1Bにおいては、各圧縮ローラ21,21が回転軸の軸線方向に長く形成されており、かつ、ガイドローラ41の一方が当該圧縮ローラ21の前記軸線方向に沿って摺動可能な摺動ローラ43として構成されている。そして、各摺動ローラ43は、油圧シリンダ等のアクチュエータ(図示せず)によって、長尺薄板材Cに付与する側圧を自在に増減しうるようになっている。
以上の構成により、長尺薄板材Cの増厚量および増厚する範囲を任意の値に調整しやすくなる。具体的には、図5に示すように、摺動ローラ43が大きな側圧を付与した場合、増厚量Tはそれほど大きくならないが、増厚範囲Rが中央部側へ拡大する。一方、摺動ローラ43が小さな側圧を付与した場合、増厚量Tは大きくなるものの、増厚範囲Rはあまり大きくならない。
以上のような本第2実施形態によれば、上述した第1実施形態の作用効果に加えて、各種の使用用途に適した増厚量および増厚範囲を有する増厚スパイラル羽根Sを簡単に製造することができるという効果を奏する。
つぎに、本発明に係る増厚スパイラル羽根の製造方法、およびこれを用いた増厚スパイラル羽根付き鋼管杭、ならびに増厚スパイラル羽根の製造装置の第3実施形態について説明する。なお、本第3実施形態のうち、上述した第1実施形態の構成と同一若しくは相当する構成については、同一の符号を付して再度の説明を省略する。
本第3実施形態の特徴は、長尺薄板材Cを増厚すると同時に、片側溶接に適した形状に成形する点にある。具体的には、図6に示すように、本第3実施形態の増厚スパイラル羽根の製造装置1Cにおいて、一対の圧縮ローラ21,21のうち、増厚スパイラル羽根の内径側となる長尺薄板材Cの端縁部に接触する圧縮ローラ21が、その接触する外周面22を板厚方向に対して傾斜されている。
以上の構成により、図6に示すように、各圧縮ローラ21が長尺薄板材Cに圧縮力を付与する際、傾斜された外周面22が、増厚スパイラル羽根Sの内径側となる端縁部を斜めに成形する。このため、本第3実施形態の増厚スパイラル羽根付き鋼管杭10Cは、図7に示すように、増厚スパイラル羽根Sを鋼管杭Pの外周面22に溶接する際に、片側から溶接するだけでも実用的な所定の強度を有することとなる。
以上のような本第3実施形態によれば、上述した第1実施形態の作用効果に加えて、以下の効果を奏する。すなわち、従来、スパイラル羽根を鋼管杭の外周面に溶接する際は、羽根の両面から溶接していたところ、片側からの溶接で済むため溶接工数が半減し、作業コストと手間を大きく低減することができる。
なお、従来のスパイラル羽根付き鋼管杭と本第3実施形態の増厚スパイラル羽根付き鋼管杭10Cとのトータルコストを試算・比較したグラフを図8に示す。このグラフからもわかるように、本第3実施形態の増厚スパイラル羽根付き鋼管杭10Cは、補強羽根にかかるコストが不要であって、溶接コストが約半分となるため、トータルで約25%も低減することが示された。
なお、本発明に係る増厚スパイラル羽根の製造方法、およびこれを用いた増厚スパイラル羽根付き鋼管杭、ならびに増厚スパイラル羽根の製造装置は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。
例えば、上述した各実施形態では、最良の実施形態として、座屈防止手段3、増厚量制御手段4および送り手段6を設けているが、この構成に限定されるものではない。すなわち、圧縮ローラ21の回転速度や圧縮量を調整することにより、座屈防止手段3を設けなくてもよい可能性がある。また、増厚量を規制する必要がなければ、増厚量制御手段4は不要となる。さらに、圧縮ローラ21およびベンディングローラ51だけでも長尺薄板材Cが送られるため、送り手段6は必須の構成ではない。
1A,1B,1C 増厚スパイラル羽根の製造装置
2 増厚手段
3 座屈防止手段
4 増厚量制御手段
5 スパイラル成形手段
6 送り手段
10A,10C 増厚スパイラル羽根付き鋼管杭
21 圧縮ローラ
22 外周面
31 サイドローラ
41 ガイドローラ
42 内側面
43 摺動ローラ
51 ベンディングローラ
52 ピッチ成形機構
61 送り出し手段
62 引き出し手段
C 長尺薄板材
S 増厚スパイラル羽根
P 鋼管杭

Claims (11)

  1. 鋼管杭の外周面に設けられる増厚スパイラル羽根の製造方法であって、
    原材料となる長尺薄板材を長手方向に送り出し、その長尺薄板材の両端縁部に幅方向から圧縮力を付与して前記両端縁部の板厚を増加させた後にスパイラル形状に成形する増厚スパイラル羽根の製造方法。
  2. 前記長尺薄板材に前記圧縮力を付与する際、前記長尺薄板材の片面または両面を板厚方向から押さえて座屈を防止する、請求項1に記載の増厚スパイラル羽根の製造方法。
  3. 前記長尺薄板材の両端縁部の両側面を板厚方向から押さえて前記両端縁部の増厚量を制御する、請求項1または請求項2に記載の増厚スパイラル羽根の製造方法。
  4. 前記圧縮力は一対の圧縮ローラによって前記長尺薄板材の両端縁部から付与されており、前記増厚スパイラル羽根の内径側となる端縁部に接触する前記圧縮ローラは、その接触する外周面が前記板厚方向に対して傾斜されている、請求項1から請求項3のいずれかに記載の増厚スパイラル羽根の製造方法。
  5. 前記長尺薄板材に前記圧縮力を付与する際に後方から押し出して送り出す、請求項1から請求項4のいずれかに記載の増厚スパイラル羽根の製造方法。
  6. 請求項1から請求項5のいずれかに記載の増厚スパイラル羽根の製造方法によって両端縁部が中央部よりも増厚されてなる増厚スパイラル羽根が、鋼管杭の外周面に溶接されている増厚スパイラル羽根付き鋼管杭。
  7. 鋼管杭の外周面に設けられる増厚スパイラル羽根の製造装置であって、
    原材料となる長尺薄板材の両端縁部に幅方向から圧縮力を付与して前記両端縁部の板厚を増加させる増厚手段と、
    前記増厚手段によって前記両端縁部が増厚された前記長尺薄板材をスパイラル形状に成形するスパイラル成形手段と
    を有する増厚スパイラル羽根の製造装置。
  8. 前記長尺薄板材に前記圧縮力を付与する際、前記長尺薄板材の片面または両面を板厚方向から押さえて座屈を防止する座屈防止手段を有している、請求項7に記載の増厚スパイラル羽根の製造装置。
  9. 前記長尺薄板材の両端縁部の両側面を板厚方向から押さえて前記両端縁部の増厚量を制御する増厚量制御手段を有している、請求項7または請求項8に記載の増厚スパイラル羽根の製造装置。
  10. 前記圧縮力は一対の圧縮ローラによって前記長尺薄板材の両端縁部から付与されており、前記増厚スパイラル羽根の内径側となる端縁部に接触する前記圧縮ローラは、その接触する外周面が前記板厚方向に対して傾斜されている、請求項7から請求項9のいずれかに記載の増厚スパイラル羽根の製造装置。
  11. 前記長尺薄板材に前記圧縮力を付与する際に後方から押し出して送り出す送り出し手段を有している、請求項7から請求項10のいずれかに記載の増厚スパイラル羽根の製造装置。
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