JP2015062955A - ディンプル鋼管の製造方法およびディンプル鋼管製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】土木建築構造物の複合杭として用いた場合に、充分な付着効率を確保することが可能なディンプル鋼管の製造方法およびディンプル鋼管製造装置を提供すること。【解決手段】外周面の周方向に成形溝１２が形成された成形ローラ１０を、回転軸ＯＲ周りに回転させながら前記成形溝１２を鋼管７の外表面に接触させて、前記鋼管７の外表面に複数のディンプルを形成するディンプル鋼管の製造方法であって、前記ディンプルは前記成形溝１２に前記鋼管７の周方向に沿って設けられた複数の凸部２０によって成形するように構成され、前記凸部２０は、前記鋼管７の中心軸方向に見たときに、前記成形ローラ１０の回転軸ＯＲと直交するとともに前記鋼管７の外周面から前記鋼管７の中心軸Ｏ１がなす中心に向かう法線ＯＳと前記中心における交差角θが?４５?以下の範囲に配置されていることを特徴とする。【選択図】図５

Description

本発明は、鋼管の外表面にディンプルが形成されたディンプル鋼管の製造方法およびディンプル鋼管製造装置に関する。

例えば、土木建築構造物の基礎としての複合杭の支持力は、先端支持力と周面摩擦力とにより発揮される。この複合杭に鋼管を適用する場合に、直管を用いると、周辺地盤やソイルセメントとの付着力が充分確保できないため、充分な支持力を得ることが困難である。そのため、鋼管の外周部に肉盛溶接を施して凸部を形成することで、付着力を向上させた鋼管に関する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
しかしながら、特許文献１に記載された鋼管は、加工コストが増大するという欠点がある。

一方、周方向に形成した溝を一定ピッチで配置することで周辺地盤やソイルセメントとの付着力が充分得られる鋼管として、例えば、熱間ラインで凹部を形成した段付鋼管に関する技術が開発されている（例えば、特許文献２参照。）。
この段付鋼管によれば、外表面に形成された溝によって、地層やコンクリートとの充分な付着により、大きな摩擦力およびグリップ力を得て、充分な支持力を確保することができ、加工コストの増大も抑制できる。

この段付鋼管は、外周面に成形溝を有し、この成形溝内に内面から突出する凸部が形成された段付鋼管用成形ローラを用いて、鋼管の造管ライン内において、熱間または温間で鋼管の外表面を押圧して段部を成形することにより製造されている。

一方、段付鋼管は、溝により付着力を確保するため、大きな圧縮力が作用すると溝を起点として座屈が生じた場合に、複合杭としての性能が充分でないため、溝に代えて、鋼管の外表面に、周方向に複数のスポット状の凹部（以下、ディンプルという）を配置して圧縮力を向上させたディンプル鋼管が開発されている。

特開２００６−２２５０１号公報 特開２００８−１７５０５５号公報

しかしながら、ディンプル鋼管は、例えば、凹み占有率（鋼管の周長に占める凹みの割合）を６５％以下にすることにより、圧縮強度を充分に得ることができる一方で、ローラの周方向に成形溝を形成しこの成形溝に凸部を設けた成形ローラを対向配置してディンプル鋼管を成形する場合、鋼管外表面のうち法線が成形ローラの回転軸と直交する部位は、ディンプルが正確に成形されるものの、この法線から離れるにつれて、しだいにディンプルが変形して三日月状となる。このような三日月状のディンプルは、三日月の幅に対して実際の凹み面積が小さくなり、付着効率が低下するという問題がある。また、露出状態で使用する場合には、外観を損ねるという問題がある。

本発明の発明者は、ディンプル鋼管のディンプルについて鋭意研究した結果、付着性能の低下が抑制され、ひいては充分な支持力を確保可能なディンプル鋼管の製造技術についての知見を得た。

本発明は、土木建築構造物の複合杭として用いた場合に、充分な付着効率を確保することが可能なディンプル鋼管の製造方法およびディンプル鋼管製造装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に記載の発明は、外周面の周方向に成形溝が形成された成形ローラを、回転軸周りに回転させながら前記成形溝を鋼管の外表面に接触させて、前記鋼管の外表面に複数のディンプルを形成するディンプル鋼管の製造方法であって、前記ディンプルは前記成形溝に前記鋼管の周方向に沿って設けられた複数の凸部によって成形するように構成され、前記凸部は、前記鋼管の中心軸方向に見たときに、前記成形ローラの回転軸と直交するとともに前記鋼管の外周面から前記鋼管の中心軸がなす中心に向かう法線との前記中心における交差角が±４５°以下の範囲に配置されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、鋼管の外表面に複数のディンプルが形成されたディンプル鋼管を製造するディンプル鋼管製造装置であって、回転軸回りに回転され外周面に前記回転軸の周方向に成形溝が形成されるとともに前記成形溝に前記鋼管の周方向に沿って複数の凸部が設けられた成形ローラと、前記成形ローラを回転させる回転駆動部と、前記成形ローラ同士の回転及び前記成形ローラと前記鋼管とを同期させて駆動する同期手段と、を備え、前記凸部は、前記鋼管の中心軸方向に見たときに、前記成形ローラの回転軸と直交するとともに前記鋼管の外周面から前記鋼管の中心軸がなす中心に向かう法線との前記中心における交差角が±４５°以下の範囲に配置されていることを特徴とする。

この発明に係るディンプル鋼管の製造方法、ディンプル鋼管製造装置によれば、三日月状ディンプルの幅の９０％以上（幅減少率１０％以下）を残存させて、凹部の実質面積を充分に確保することができる。その結果、充分な付着力を得ることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のディンプル鋼管の製造方法であって、前記凸部は、前記法線との前記中心における交差角が±３０°以下となる範囲に配置されていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のディンプル鋼管製造装置であって、前記凸部は、前記法線との前記中心における交差角が±３０°以下となる範囲に配置されていることを特徴とする。

この発明に係るディンプル鋼管の製造方法、ディンプル鋼管製造装置によれば、三日月状ディンプルの幅の減少が実質的に生じないため、凹部の実質面積を充分に確保することができる。その結果、充分な付着力を得ることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のディンプル鋼管の製造方法であって、前記成形ローラを、前記回転軸を互いに交差させて前記鋼管の長手方向に複数段階に配置することにより前記ディンプルを成形することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項５又は請求項６に記載のディンプル鋼管製造装置であって、前記成形ローラを、前記回転軸を互いに交差させて前記鋼管の長手方向に複数段階に配置することを特徴とする。

この発明に係るディンプル鋼管の製造方法、ディンプル鋼管製造装置によれば、成形ローラを、回転軸を互いに交差させて鋼管の長手方向に複数段階に配置するので、上記交差角が同一であっても、鋼管周方向におけるディンプル成形範囲を容易に拡げることができる。その結果、付着効率が高いディンプル鋼管を、容易に製造することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のディンプル鋼管の製造方法であって、前記鋼管の周方向において分割された３つ以上の成形ローラにより前記ディンプルを成形することを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項５から請求項７のいずれか１項に記載のディンプル鋼管製造装置であって、前記成形ローラは、前記鋼管の周方向において３つ以上に分割して構成されていることを特徴とする。

この発明に係るディンプル鋼管の製造方法、ディンプル鋼管製造装置によれば、鋼管の周方向において３箇所以上に分割した成形ローラを用いるので、鋼管周方向におけるディンプル成形範囲を容易に拡げることができる。その結果、付着効率が高いディンプル鋼管を容易に製造することができる。

この発明に係るディンプル鋼管の製造方法、ディンプル鋼管製造装置によれば、凹部の実質面積が小さいディンプルが成形されるのを抑制して、付着効率の高いディンプル鋼管を製造することができる。

本発明が対象とするディンプル鋼管の一例を示す側面図である。 図１に示したディンプル鋼管のＡ−Ａ断面を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るディンプル鋼管の製造工程の一例を示す図である。 第１の実施形態に係る成形ローラの配置を、鋼管の中心軸方向から見た図である。 第１の実施形態に係る成形ローラの詳細を説明する図であり、成形ローラを鋼管の中心軸方向から見た図である。 この発明の作用を説明する図である。 第２の実施形態に係る成形ローラの配置を、鋼管の中心軸方向から見た図である。

以下に、図１から図５を参照して、本発明の第１の実施形態に係るディンプル鋼管、ディンプル鋼管の製造方法及びディンプル鋼管製造装置について説明する。

図１は、第１の実施形態に係るディンプル鋼管の製造方法及びディンプル鋼管製造装置が対象とするディンプル鋼管の一例を示す図である。
ディンプル鋼管８は、図１に示すように、円筒形をなす鋼管の外表面に、内方に向かって窪んだ凹部（以下、ディンプルという）が、鋼管８の周方向に間隔をあけて配列されたディンプル群９Ｇを備え、このディンプル群９Ｇが鋼管８の長手方向に間隔をあけて複数形成された構成とされている。

この実施形態にかかるディンプル鋼管８は、長手方向の一定位置に周方向に等間隔（鋼管の中心軸周りに４５°）をあけて形成された８個のディンプルからなるディンプル群９Ｇが、ディンプル鋼管８の長手方向に等間隔で形成されている。
なお、ディンプル群９Ｇは、長手方向の一定位置に周方向に成形されたディンプルにより構成される必要はなく、例えば、千鳥状に形成してもよい。

また、隣接するディンプル群９Ｇのディンプル鋼管８の長手方向における相互の位置は、必ずしも一定ピッチでなくてもよい。すなわち、成形ローラ１０の成形溝１２における凸部２０の周方向位置は、必ずしも等間隔であることを要しない。

次に、図３を参照して、ディンプル鋼管８を製造する鋼管製造ライン１について説明する。
鋼管製造ライン１は、いわゆる鍛接鋼管を製造するものであり、例えば、鋼帯６を管状に成形して鍛接する成形鍛接ロールユニット２と、成形された鋼管７を絞り加工する絞り加工ロールユニット３と、ディンプル鋼管用成形ローラ１０を有するディンプル加工ユニット（ディンプル鋼管製造装置）４と、切断機５と、を備えている。

また、鋼管製造ライン１は、成形鍛接ロールユニット２において、加熱された鋼帯６を丸めて管状に成形するとともに鋼帯６の端部同士を接合して鋼管７とする。絞り加工ロールユニット３により、鋼管７に対して絞り加工を行って所定の径に調整する。そして、熱間または温間の条件下（例えば５００〜１３５０℃）で、ディンプル加工ユニット４において鋼管７の外表面を押圧してディンプル９を成形する。そして、切断機５によって所定長さに切断する。これにより、ディンプル鋼管８が製造されるようになっている。

第１の実施形態に係るディンプル加工ユニット４は、図４（Ａ）に示すように回転軸ＯＲが垂直方向に配置され対向配置されたふたつの成形ローラ１０、１０と、図４（Ｂ）に示すように回転軸ＯＲが水平方向に配置され対向配置されたふたつの成形ローラ１０、１０とが、この順に配置されて鋼管７の長手方向に二段階で配置されている。

また、それぞれの成形ローラ１０は、周知の同期手段（図示せず）を介して回転駆動部（図示せず）に連結されている。
かかる構成により、ディンプル加工ユニット４を構成する各成形ローラ１０は、互いに同期して回転し、鋼管７は成形ローラ１０の周速度に同期して移動するように構成されている。

次に、第１の実施形態に係るディンプル加工ユニット４を構成する成形ローラ１０について説明する。
成形ローラ１０は、図５に示すように、回転軸ＯＲを中心に回転され、成形ローラ１０の外周面には、鋼管７の中心軸方向に見たときに、回転軸ＯＲ方向の中央側が回転軸ＯＲに向かって凹んだ成形溝１２が形成されている。
成形溝１２は、回転軸線ＯＲを含む断面において、半円状に形成されており、２つの成形ローラ１０を、互いの成形溝１２同士が対向するように配置することで、鋼管７の外表面にディンプル９を成形してディンプル鋼管８が製造されるようになっている。

また、成形ローラ１０の成形溝１２には、鋼管７の外周面の周方向に沿って成形溝１２から外方（成形する鋼管７の中心軸Ｏ１に向かう方向）に突出する複数の凸部２０が設けられている。
この実施形態において、凸部２０は、成形溝１２をなす半円の周方向に３つ形成されている。具体的には、例えば、鋼管７の中心軸Ｏ１方向に見たときに、成形ローラ１０の回転軸ＯＲとと直交するとともに鋼管７の外周面から鋼管７の中心軸Ｏ１がなす中心に向かう法線ＯＳ上に一つの凸部２０が形成され、成形溝１２上において法線ＯＳを挟んで中心軸Ｏ１がなす中心おける交差角θが４５°となる位置にそれぞれ凸部２０が形成されている。
なお、複数の成形ローラ１０の凸部２０が、鋼管７上の同一位置で重複する場合には、いずれかの成形ローラ１０の凸部２０をなくすか、凸部２０を成形溝１２をなす半円の周方向における異なる位置（例えば、２２．５°、６７．５°等）に設けるなど、成形ローラ１０相互間で重複しないように構成してもよい。

すなわち、凸部２０は、鋼管７の中心軸Ｏ１を通過し回転軸ＯＲと直交する鋼管７の外周面における法線ＯＳを基準とした場合に、鋼管７の中心軸Ｏ１からみたときにこの法線ＯＳに対する交差角θが±４５°以下となる範囲に設けられている。
なお、図５に記載したものは、法線ＯＳに対して交差角θがそれぞれ４５°の位置に配置された場合を示している。
また、凸部２０は、例えば、円錐形状、円錐台形状、円錐の先端が球面状に成形された構成等を任意に設定することができる。

第１の実施形態に係るディンプル鋼管加工ユニット４によれば、図６（Ａ）に示すように、三日月状ディンプルの幅の９０％以上（幅減少率１０％以下）を残存させて、ディンプル９の凹んだ実質面積を充分に確保することができる。その結果、充分な付着力を得ることができる。
なお、図６（Ａ）におけるＨ１／Ｈ２は、図６（Ｂ）に示した三日月状ディンプルの最大幅Ｈ１、最小幅Ｈ２に対応しており、Ｈ１／Ｈ２が１．０の場合に、最大幅Ｈ１と対応する凹部の実面積が確保されて、ディンプル９による付着力１００％である。なお、図６（Ｂ）における矢印は、鋼管７の長手方向を示している。

また、鋼管７の中心軸Ｏ１を通過し回転軸ＯＲと直交する鋼管７の法線ＯＳを基準とした場合に、鋼管７の中心軸Ｏ１方向にみたときに、この法線ＯＳに対する交差角θが±３０°以下となる範囲に凸部２０を設けた場合に、図６（Ａ）に示すように、三日月状ディンプルの幅の減少が実質的に生じないため、凹部の実質面積を充分に確保することができる。

また、成形溝１２を対向配置した二つの成形ローラ１０、１０を二段階に配置して、一段目と二段目の成形ローラ１０、１０の回転軸ＯＲを互いに直交するように配置したので周方向に４５°の間隔をあけて８つのディンプル９が形成されたディンプル鋼管８を容易に形成することができる。

次に、図７を参照して、この発明の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態に係るディンプル鋼管加工ユニット４Ａが、第１の実施形態と異なるのは、ディンプル鋼管加工ユニット４が、対向配置させたふたつの成形ローラ１０、１０を二段階に配置して、一段目の成形ローラ１０、１０と二段目の成形ローラ１０、１０の回転軸ＯＲが互いに直交するように構成されていたのに対して、ディンプル加工ユニット４Ａは、鋼管７の周方向に３分割された３つの成形ローラ１０Ａのそれぞれの成形溝１２Ａによって鋼管７を囲むようにして配置し、一段階でディンプルを成形するように構成されている点である。その他は、第１の実施形態と同様であるので、同様の符号を付して、説明を省略する。

第２の実施形態に係るディンプル鋼管加工ユニット４Ａによれば、鋼管７の周方向に３箇所に分割した成形ローラ１０Ａを用いるので、鋼管７の周方向に関して、１段階で、２７０°の範囲にディンプルを成形できる。例えば、各成形ローラ１０Ａを鋼管７の周方向に１２０°で３分割した場合には、周方向に４５°間隔に配置した８つのディンプル９が形成されたディンプル鋼管８を、１段階で成形することができる。

以上、本発明の実施形態に係るディンプル鋼管の製造方法およびディンプル鋼管製造装置について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、第１の実施形態においては、ひとつのディンプル群９Ｇが８個のディンプル９を備え、第２の実施形態においては、ひとつのディンプル群が９個のディンプルを備える場合について説明したが、成形溝の大きさ（ディンプル鋼管の外径）や凸部２０の大きさ、ディンプル鋼管８の外径を考慮して、ディンプル郡９Ａに配置するディンプル９の数を設定してもよい。

また、ディンプル鋼管８の外表面に成形するディンプル９の周方向及び長手方向における配置は、任意に設定することができる。

また、第２の実施形態においては、鋼管７の周方向において３分割した成形ローラ１０Ａの成形溝１２Ａが鋼管７を囲むように配置され、１段階でディンプル鋼管８を成形するディンプル鋼管加工ユニット４Ａについて説明したが、周方向において４箇所以上で分割した成形ローラの成形溝により鋼管７を囲む構成としてもよい。

また、鋼管７の周方向において３箇所以上で分割した成形ローラを用いる場合に、異なる周方向間隔（角度）で分割してもよいし、また、３箇所以上に分割した成形ロールを用いる場合に、２段階以上の工程でディンプル９を成形するように構成してもよい。

θ 交差角
Ｏ１ （鋼管の）中心軸
Ｏ２ （ディンプル鋼管の）中心軸
ＯＳ 法線
ＯＲ 回転軸
４、４Ａ ディンプル加工ユニット
７ 鋼管
８ ディンプル鋼管
１０、１０Ａ 成形ローラ
１２、１２Ａ 成形溝
２０ 凸部

Claims (8)

1. 外周面の周方向に成形溝が形成された成形ローラを、回転軸周りに回転させながら前記成形溝を鋼管の外表面に接触させて、前記鋼管の外表面に複数のディンプルを形成するディンプル鋼管の製造方法であって、
   前記ディンプルは前記成形溝に前記鋼管の周方向に沿って設けられた複数の凸部によって成形するように構成され、
   前記凸部は、
   前記鋼管の中心軸方向に見たときに、前記成形ローラの回転軸と直交するとともに前記鋼管の外周面から前記鋼管の中心軸がなす中心に向かう法線との前記中心における交差角が±４５°以下の範囲に配置されていることを特徴とするディンプル鋼管の製造方法。
2. 請求項１に記載のディンプル鋼管の製造方法であって、
   前記凸部は、前記法線との前記中心における交差角が±３０°以下となる範囲に配置されていることを特徴とするディンプル鋼管の製造方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載のディンプル鋼管の製造方法であって、
   前記成形ローラを、前記回転軸を互いに交差させて前記鋼管の長手方向に複数段階に配置することにより前記ディンプルを成形することを特徴とするディンプル鋼管の製造方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のディンプル鋼管の製造方法であって、
   前記鋼管の周方向において分割された３つ以上の成形ローラにより前記ディンプルを成形することを特徴とするディンプル鋼管の製造方法。
5. 鋼管の外表面に複数のディンプルが形成されたディンプル鋼管を製造するディンプル鋼管製造装置であって、
   回転軸回りに回転され外周面に前記回転軸の周方向に成形溝が形成されるとともに前記成形溝に前記鋼管の周方向に沿って複数の凸部が設けられた成形ローラと、
   前記成形ローラを回転させる回転駆動部と、
   前記成形ローラ同士の回転及び前記成形ローラと前記鋼管とを同期させて駆動する同期手段と、
   を備え、
   前記凸部は、
   前記鋼管の中心軸方向に見たときに、前記成形ローラの回転軸と直交するとともに前記鋼管の外周面から前記鋼管の中心軸がなす中心に向かう法線との前記中心における交差角が±４５°以下の範囲に配置されていることを特徴とするディンプル鋼管製造装置。
6. 請求項５に記載のディンプル鋼管製造装置であって、
   前記凸部は、前記法線との前記中心における交差角が±３０°以下となる範囲に配置されていることを特徴とするディンプル鋼管製造装置。
7. 請求項５又は請求項６に記載のディンプル鋼管製造装置であって、
   前記成形ローラを、前記回転軸を互いに交差させて前記鋼管の長手方向に複数段階に配置することを特徴とするディンプル鋼管製造装置。
8. 請求項５から請求項７のいずれか１項に記載のディンプル鋼管製造装置であって、
   前記成形ローラは、前記鋼管の周方向において３つ以上に分割して構成されていることを特徴とするディンプル鋼管製造装置。

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