JP2019042752A - 金属管の凹溝加工装置、及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属管の端部に十字状断面部等となる凹溝部を形成する際に、加熱を必要とせずに、設備が大型化且つ重量化する問題や、割れ等の問題の生じない金属管の凹溝加工装置及び方法を提供する。
【解決手段】先端面に幅の狭いフラット面又は凹面を持つ複数のソロバン玉状回転体２をそれぞれ管外面を押す態様で周方向に間隔をあけて設け、隣接する２つのソロバン玉状回転体２の間にそれぞれ形状ガイド５１を配置する。複数のソロバン玉状回転体及び形状ガイドと加工対象の金属管８とを金属管長手方向に対向させ、ソロバン玉状回転体及び形状ガイドと金属管とを相対的に接近駆動させると、金属管の端部の外面に複数の凹溝８ａが形成されるとともに隣接する２つの凹溝８ａ間に高い突条部８ｂが形成される。形状ガイド５１は突状部が必要以上に膨出することを防止し、管端部に原管（加工前金属管）の輪郭から突出した出っ張り部のない良好な周方向凹凸断面形状を確保できる。
【選択図】図３

Description

この発明は、金属管の端部における外面の周方向に間隔をあけた複数個所に管端から管長手方向に延びる凹溝を形成する金属管の凹溝加工装置、及び方法に関する。

例えば、鉄骨構造の建築構造物の角形鋼管柱を上下の梁にボルト接合する場合、一般的には角形鋼管の端部にボルト孔付きの取付プレートを溶接固定し、この取付プレートを梁にボルト接合する構造とするが、その構造では、取付プレートの外形は角形鋼管の外形より広くなるので、周囲との関係で不都合が生じる場合がある。
そこで、角形鋼管の端部をプレス加工により圧潰して十字状断面部（圧潰軸状部）を形成し、その端面に角形鋼管の外形と同じ形状のボルト孔付きの取付プレートを溶接固定し、その取付プレートを梁にボルト接合することが行われている（特許文献１、２）。

また、特許文献３では、単にプレスにより圧潰する特許文献１、２の圧潰加工方法では、大きな加圧力を必要とし、そのため設備が大型化且つ重量化し、また、十字状断面部（圧潰軸状部）の山折り部や谷折り部に割れが発生する場合があるということで、角形鋼管の端部をプレス加工により圧潰して十字状断面部（圧潰軸状部）を形成する際に、加工部に割れが生じないように角形鋼管を４５０〜６５０℃の範囲の加熱状態でプレス加工する方法が示されている。

特開平１０−２９２５５６ 特開平１１−３２４２２５ 特開２００１−７１０７０

特許文献３によれば、プレスの際に加熱することで、大きな加圧力を必要とし設備が大型化且つ重量化する問題や、割れが生じる場合がある等の問題は解消されるが、加熱を必要とすることは設備の面や作業性の面等その他に関して有利ではないので、加熱を必要とせずに十字状断面部（十字状断面ではない場合には凹溝付き断面部）を形成できることが望まれる。

本発明は上記従来の欠点を解消するためになされたもので、金属管の端部に十字状断面部等となる凹溝部を形成する際に、加熱を必要とせずに、設備が大型化且つ重量化する問題や、割れ等の問題の生じない金属管の凹溝加工方法及び装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する請求項１の発明は、金属管の端部における外面の周方向に間隔をあけた複数箇所に管端から管長手方向に延びる凹溝を形成する金属管の凹溝加工装置であって、
回転体中心軸線側では幅厚で半径方向先端に向かってテーパー状に幅狭になりその先端面に幅の狭いフラット面又は凹面を持つ断面形状の複数のソロバン玉状回転体を、それぞれ管外面を押す態様で周方向に間隔をあけて設け、
前記複数のソロバン玉状回転体のうちの周方向に隣接する２つのソロバン玉状回転体で押し込まれて金属管に形成された隣接する２つの凹溝部の間に形成される突状部に接触してその膨出を押さえる形状ガイドを設けたことを特徴とする。

請求項２は、請求項１の金属管の凹溝加工装置において、
前記各ソロバン玉状回転体をそれぞれ回転自在に保持する複数の回転体ホルダーと、前記複数の回転体ホルダーを凹溝を形成すべき金属管の外面の周方向位置に対応して設けたハウジングと、前記ハウジングに設けられて前記回転体ホルダーの圧下調整を行う圧下調整手段とを備えたことを特徴とする。

請求項３は、請求項１又は２の金属管の凹溝加工装置において、
金属管の端部に前記複数の凹溝部及びと突条部が形成された時の管端部内面輪郭に合わせた凹み部と突出部とを有し、金属管の端部に凹溝が形成される際に管内に位置するように配置された中子を備えたことを特徴とする。

請求項４は、請求項１〜３のいずれか1項の金属管の凹溝加工装置において、
前記形状ガイドは、三角形柱状体であり、前記形状ガイドの２つの底角部は、それぞれにソロバン玉状回転体のテーパー状先端側部分の表面に概ね沿う形状の凹面が形成され、前記形状ガイドの凹面を有する底角部で挟まれた底辺部は、前記底辺部の中央に狭い底辺面が残る態様で形成した外形をなしていることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか1項の金属管の凹溝加工装置により、金属管の端部における外面の周方向に間隔をあけた複数個所に管端から管長手方向に延びる凹溝を形成する金属管の凹溝加工方法であって、
前記複数のソロバン玉状回転体及び形状ガイドと加工対象の金属管とを金属管長手方向に対向させ、前記ソロバン玉状回転体と金属管とを相対的に接近駆動させて金属管の端部の外面に複数の凹溝を形成することを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項３又は４に記載の金属管の凹溝加工装置により、金属管の端部における外面の周方向に間隔をあけた複数個所に管端から管長手方向に延びる凹溝を形成する金属管の凹溝加工方法であって、
前記複数のソロバン玉状回転体及び中子と加工対象の金属管とを金属管長手方向に対向させ、前記ソロバン玉状回転体及び中子と金属管とを相対的に接近駆動させて金属管の端部の外面に複数の凹溝を形成することを特徴とする。

請求項７は、請求項５又は６記載の金属管の凹溝加工方法において、
金属管が多角形金属管である場合に、前記ソロバン玉状回転体の前記先端面を、多角形金属管の角部に当たるように位置させ、前記ソロバン玉状回転体と多角形金属管とを相対的に接近駆動させて多角形金属管の端部の外面に角部の数の凹溝を形成することを特徴とする。

請求項８は、請求項７記載の金属管の凹溝加工方法において、
金属管が四角形金属管である場合に、前記ソロバン玉状回転体の前記先端面を、四角形金属管の４つの角部に当たるように位置させ、前記ソロバン玉状回転体と四角形金属管とを相対的に接近駆動させて四角形金属管の端部の外面に４つの凹溝を形成して、四角形金属管の端部に十字形断面部を形成することを特徴とする。

請求項９は、請求項５又は６記載の金属管の凹溝加工方法において、
金属管が丸管である場合に、前記ソロバン玉状回転体の前記先端面を、丸管の外面の周方向に等間隔をなす４個所に位置させ、前記ソロバン玉状回転体と丸管とを相対的に接近駆動させて、丸管の端部の外面に４つの凹溝を形成して、丸管の端部に十字形断面部を形成することを特徴とする。

請求項１０はの請求項５〜９のいずれか１項の金属管の凹溝加工方法において、
加工対象の金属管が、四角形鋼管又は丸鋼管による建築構造物の柱材として用いる鋼管であることを特徴とする。

本発明の金属管の凹溝加工装置によれば、金属管の管外面を周方向に間隔をあけた複数のソロバン玉状回転体で押し込むことで金属管の外面に周方向に間隔をあけた複数の凹溝を形成することができる。したがって、従来のプレスによる加工方法と異なり、設備の大型化・重量化の問題や凹溝部（谷折り部）の割れ等の問題が生じることなく、また加熱を必要とすることもなく、金属管の端部に凹溝を形成することが可能となる。

また、金属管の管外面をソロバン玉状の回転体で押し込むので、金属管に深い凹溝を形成することができ、これによって金属管の端部に周方向に交互に凹溝と突状部とを持つ周方向凹凸断面部（金属管が四角形角形鋼管である場合は十字状断面部（十字管部））を形成可能であると同時に、形状ガイドの存在で、隣接する２つの凹溝の間に形成される突状部が必要以上に膨出することを防止できる。
したがって、金属管の端部に形成される周方向凹凸断面部の外面に原管（加工前の金属管）の輪郭から突出した出っ張り部のない良好な周方向凹凸断面形状を確保することができる。
なお、形状ガイドは、必ずしも原管の輪郭から突出した出っ張り部をなくす場合に限らず、原管の輪郭より引っ込んだ突出部を得る場合にも使用できる。

請求項３によれば、金属管の端部に複数の凹溝が形成された時の管端部内面輪郭に合わせた断面形状の中子を有するので、管外のソロバン玉状回転体と管内の中子とで凹溝加工が行われることになり、金属管の端部に精度よい形状の周方向凹凸断面形状を形成することができる。

前記突状部の膨出を抑える形状ガイドの膨出押さえ面には大きな荷重が作用する。
隣接する２つのソロバン玉状回転体間の狭い空間に位置し、突条部に接触してその膨出を抑える形状ガイドにおける膨出押さえ面の近傍は幅の狭い断面となるので、剛性を確保しにくいが、請求項４のような外形の形状ガイドであれば、大きな荷重に耐える十分な剛性を確保することができる。

請求項５の発明の金属管の凹溝加工方法によれば、本発明の金属管の凹溝加工装置による凹溝加工を効果的にかつ能率的に行うことができる。すなわち、前述のように従来のプレスによる加工方法と異なり、設備の大型化・重量化の問題がなく、また加熱を必要とすることもない。

金属管が例えば四角形金属管等の多角形金属管である場合、請求項７５や請求項８６のように、ソロバン玉状回転体の先端面を、多角形金属管の角部に当たるように位置させて加工することで、凹溝部（谷折り部）の割れ発生の防止の効果が特に顕著に表れる。

請求項８や請求項９のように、金属管が四角形金属管や丸管である場合は、鉄骨構造の建築構造物の柱材として、端部に十字状断面部を有する角形鋼管柱又は丸鋼管柱を製造する場合に特にメリットが大である。

本発明の一実施例の金属管の凹溝加工装置を示すもので、（イ）は凹溝加工装置の側面図、（ロ）は（イ）における枠体３２、中子ベース３１及び形状ガイドホルダー５２を外して示した正面図（但し、中子３０の符号は省略）である。 （イ）は図１（ロ）における要部のみを拡大して示した拡大図、（ロ）は（イ）におけるソロバン玉状回転体の先端面の近傍を拡大した図、（ハ）は先端面の形状の他の実施例を示す図である。 （イ）は図１（イ）における要部の拡大図、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ矢視断面図（形状ガイドホルダ５２を除いて図示した図）、（ハ）は端部凹溝加工された金属管を端部側から見た正面図である。である。 図１〜図３における中子の斜視図である。 図１〜図３における４つの形状ガイドのみを設置位置関係で示した斜視図である。 図５のにおける一つの形状ガイドを示すもので、（イ）は正面図、（ロ）は平面図、（ハ）は右側面図、（ニ）はＢ−Ｂ断面図である。 図示例の凹溝加工装置における角形鋼管８とソロバン玉状回転体２と形状ガイド５１と中子３０との相互位置関係を補足説明する図で、（ロ）は図３（ロ）を４５度回転させた状態で示した図（但し、表示の内容は若干変えている）、（イ）は（ロ）に対応する平面図（但し左側のソロバン玉状回転体を除いて示した図）である。 形状ガイドが周方向に隣接する２つのソロバン玉状回転体の間に配されている態様を補足説明する図である。 上記の金属管凹溝加工装置により製造された十字形断面端部を有する角形鋼管の斜視図である。 形状ガイドを配置せずに、角形鋼管に十字形断面部を形成した場合に、隣接する２つの凹溝部の間に形成される突状部が膨出することを説明する図であり、図３（ロ）に対応する図である。 図３（ロ）と図１０との差異を説明する図であり、（イ）、（ロ）は形状ガイドを用いた場合、（ハ）、（ニ）は形状ガイドを用いなかった場合のそれぞれ説明図、（ホ）は（ロ）、（ニ）の断面形状（突出状態）の差異を説明する図である。 角形鋼管の角部を押し込んで凹溝を形成する場合の角部変形挙動を説明する図であり、（イ）は先端にフラット面を有する本発明のソロバン玉状回転体で角部を押し込んだ場合、（ロ）は先端に円弧面を有するソロバン玉状回転体で角部を押し込んだ場合の説明図、（ハ）は角形鋼管の断面を示した図である。 上記の金属管凹溝加工装置を２台並列方式で設置して、例えば建築構造物の金属管柱材の両端部に十字状断面部（十字管部）を形成する場合の加工手順を説明する図である。 上記の金属管凹溝加工装置を２台直列方式で設置して、例えば建築構造物の金属管柱材の両端部に十字管部を形成する場合の加工手順を説明する図である。 本発明の金属管の凹溝加工装置により角形鋼管の両端部に十字状断面部を形成した鋼管柱の一使用例を説明する図であり、（イ）は側面図、（ロ）は平面図、（ハ）はＣ−Ｃ矢視断面図である。 金属管が丸管である場合の実施例であって図４に相当する図であり、（イ）は側面図、（ロ）は（イ）のＤーＤ矢視断面図（ハ）は端部凹溝加工された金属管を端部側から見た正面図である。 実施例１における中子３０と異なる中子４０を用いた実施例の金属管の凹溝加工装置を示すもので、（イ）は図３（イ）に対応する図（但し、金属管の図示は省略）、（ロ）は（イ）のＥ−Ｅ矢視断面図（但し、左右のソロバン玉状回転体、及び形状ガイドホルダー５２の図示は省略）である。 （イ）は図１７における中子を単独で示した斜視図、（ロ）は（イ）の中子の正面図である。

以下、本発明の金属管の凹溝加工方法及び装置を実施するための形態について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の金属管の凹溝加工装置の一実施例を示すもので、（イ）は凹溝加工装置１０の側面図、（ロ）は（イ）における後述する枠体３２及び形状ガイドホルダー５２を外して示した正面図（但し、後述する中子３０の符号は省略）である。図２（イ）は図１（ロ）における要部のみを拡大して示した拡大図である。図３（イ）は図１（イ）における要部の拡大図、（ロ）は図１（ロ）における要部の拡大図である。
この実施例では四角形の角形鋼管８（以下、四角形の角形鋼管の場合は単に角形鋼管と呼ぶ）の両端部に十字形断面部を形成する場合である。
この凹溝加工装置１０は、ハウジング７に、加工対象の角形鋼管８の４つの角部に対
応させて４つの凹溝形成機構１を備えている。
各凹溝形成機構１は、管外面を押す態様で設けられて凹溝を形成するソロバン玉状回転体２を備え、このソロバン玉状回転体２を回転可能に保持する回転体ホルダー３を備え、この回転体ホルダー３を装置中心方向に移動調節して前記ソロバン玉状回転体２の圧下を調整する圧下調整機構１１を備えている。
前記ソロバン玉状回転体２は、中心軸線側（中心軸線ｍの側）では幅厚で半径方向先端に向かってテーパー状に幅狭になりその先端面に幅の狭いフラット面２ａを持つ断面形状であり、前記の通り回転体ホルダー３に回転自在に保持されている。なお、図２（ハ）に示すように、先端面に幅の狭い凹面２ａ’を持つ断面形状としてもよい。
なお、ソロバン玉状回転体２は回転軸を持たず、回転体ホルダー３は、前記ソロバン玉状回転体２に作用する荷重をオイレスメタルで直接受けるようになっている（原稿注１：形状ガイドが存在するため、回転体ホルダー３の蓋でソロバン玉状回転体の抜け出しを防ぐように図示（作図）するのは困難なので、詳細説明は省きました（ＮＳ２９０５の原稿図面における図３（イ）の図面は省略）。

前記ハウジング７は、４つの回転体ホルダー３を摺動可能に収容するハウジング本体７ａと、外側の蓋体７ｂと、内側の蓋体を兼ねるベース部７ａ’とからなる。
前記圧下調整機構１１は、前記回転体ホルダー３の上面に回転可能に連結された圧下ネジ１１ａ、この圧下ネジ１１ａに螺合する調整ナット（図示はダブルナット）１１ｂ、この調整ナット１１ｂを回転のみ可能にハウジング本体７ａに固定するナット保持部１１ｃとからなる。前記調整ナット１１ｂを回して回転体ホルダー３の位置（ソロバン玉状回転体２の位置）を調整して圧下を調整することができる。但し、本発明における圧下調整機構としては、実施例の圧下調整機構１１に限らず、種々の機構を採用することができる。例えば、スクロールチャック方式などでも採用できる。この場合、複数の回転体ホルダーの圧下調整同時に行うことができる。
ハウジング７の前記ハウジング本体７ａは、前記内側の蓋体を兼ねるベース部７ａ’と一体であり、前記の通り４つの回転体ホルダー３を摺動可能に収容している。このハウジング本体７ａに外側の蓋体７ｂがボルトで固定されている。なお、図１（イ）ではベース部７ａ’と蓋体７ｂの上下の部分を断面にて示しているが、回転体ホルダー３を摺動可能に保持している構造の図示は省略している。
前記ハウジング本体７ａの前記ベース部７ａ’は、詳細は省略するが、２点鎖線で示す装置スタンド１２に回転調節可能に取り付けられた回転面板１３に固定され、また、このベース部７ａ’に、加工対象の金属管８を案内する金属管ガイド１４が固定されている。なお、図示例では、金属管ガイド１４は図１の紙面と直交する両側において前記ベース部７ａ’に固定されている。

本発明では、周方向に隣接する２つのソロバン玉状回転体２で押し込まれて金属管８に形成された隣接する２つの凹溝部８ａの間に形成される突状部８ｂに接触してその膨出を押さえる形状ガイド５１を備えている。
十字形断面部８ｃを形成するこの実施例では形状ガイド５１を４つ設けており、各形状ガイド５１は図１（ロ）、図２、図３（ロ）、図７（ロ）、図８の各図にも示すように、４つのソロバン玉状回転体２がそれぞれ、隣接するソロバン玉状回転体２間に配置されている。
４つの形状ガイド５１は、ハウジング７のハウジング本体７ａの前後面にそれぞれ取り付けられた形状ガイドホルダー５２に例えばボルト５３で固定されている。なお、形状ガイドホルダー５２側に形状ガイド５１の端部の断面形状に合わせた凹部（座）を形成し、形状ガイド５１の端部をこの凹部（実施例では三角形状の凹部）に印籠形式で固定してもよい。

実施例の各形状ガイド５１は、図５、図６、図８等にも示すように、直角三角形柱状体の２つの三角形底角部５１ｃにそれぞれ、ソロバン玉状回転体２のテーパー状先端側部分の表面に概ね沿う形状の凹面５１ａが形成され、両側の凹面５１ａの間に、三角形底辺部の中央に幅の狭い三角形底辺面（図示例では鼓断面状の面）５１ｂが残る態様で形成した外形をなしている。
前記突状部の膨出を抑える形状ガイドの膨出押さえ面には大きな荷重が作用するが、 隣接する２つのソロバン玉状回転体間の狭い空間に位置し、突条部に接触してその膨出を抑える形状ガイドにおける膨出押さえ面の近傍は幅の狭い断面となるので、剛性を確保しにくいが、請求項４のような外形の形状ガイドであれば、膨出押さえ面５１ｂの近傍が幅の広い断面（肉厚となるような断面）となっているので、大きな荷重に耐える十分な剛性を確保することができる。
なお、実施例の形状ガイド５１は直角三角形柱状体をベースにしているが、直角三角形柱状体に限らず、他の二等辺三角形柱状体としてもよく、隣接する２つのソロバン玉状回転体２間に配置し、隣接する２つの凹溝部８ａの間に形成される突状部８ｂに接触してその膨出を押さえることが可能な形状であればよい。

この実施例の凹溝加工装置１０は、図１〜図３に示すように、金属管外面の周方向に配される４つのソロバン玉状回転体２の周方向配置中心位置に、管長手方向に延びる短尺棒状の中子３０を配置している。すなわち、金属管の外面を外側から押し込む前述のソロバン玉状回転体２だけでなく、加工時に金属管の前記ソロバン玉状回転体２で押し込まれた部分を受ける中子３０が金属管内に位置するように配置されている。

この中子３０は、図４に斜視図でも示すように、前記各ソロバン玉状回転体２の半径方向先端側部分にそれぞれ対向する４つの凹み部３０ａを持ち、隣接する凹み部３０ａ間に突出部３０ｂを有して十字断面をしている。すなわち、長手方向の全体が十字断面をなしている。
この中子３０のように、全体が均一断面の中子をストレートカリバー中子と称する。
なお、図４では十字断面の中子３０の横部と縦部とを水平、垂直になる姿勢で示している。
前記中子３０は前述の図１に示すように枠体３２を介してハウジング本体７ａに取り付けられている。すなわち、中子３０の端面に中子長手方向から見て例えば矩形板状の中子ベース３１を一体に固定し、この中子ベース３１をハウジング７におけるハウジング本体７ａの前面に取り付けた前記枠体３２にボルトで固定することで、水平な状態でハウジング本体７ａに固定している。
なお、この実施例におけるハウジング本体７ａの蓋体７ｂは上下の端部を切り欠いて長さを短くしており、前記枠体３２の上下部をハウジング本体７ａの上下部に固定している。

上記の凹溝加工装置１０により、例えば角形鋼管８の端部に十字形断面部を形成する場合、図１（イ）において、図示略の例えば油圧シリンダ等による押込み装置により矢印のように左方から角形鋼管８を凹溝加工装置１０の４つのソロバン玉状回転体２で囲まれた空間に押し込むと、電縫鋼管製造ラインにおけるサイジング（成形）工程的な作用（ないし冷間ロール成形的な作用）により、図３（イ）、（ロ）、（ハ）に示すように４つのソロバン玉状回転体２で角形鋼管の４つの角部が潰されて形成された凹溝部（凹溝）８ａ、及び、角形鋼管の面部が潰されずに突出状態で残った突状部８ｂが形成されて、周方向に交互に凹溝部８ａと突状部８ｂとを持つ周方向凹凸断面部（この実施例では十字形断面部（十字管部））８ｃが形成される。端部に周方向凹凸断面部（十字管部）８ｃが形成された角形鋼管８を図９に斜視図で示す。
周方向凹凸断面部８ｃが形成される際、隣接する２つのソロバン玉状回転体２間に配置されている形状ガイド５１は、隣接する２つの凹溝部８ａの間に形成される突状部８ｂに接触してその膨出を押さえるので、突状部８ｂが必要以上に膨出することを防止できる。
図１０は形状ガイド５１を用いなかった場合における図３（ロ）に対応する図であるが、図示のように、４つのソロバン玉状回転体２で角形鋼管の４つの角部が潰されると、角形鋼管の面部が潰されずに突出状態で残って突状部が形成されるが、その突状部は原管（加工前の金属管）の輪郭から突出するような突状部８ｂ’となる。
図１１は図３（ロ）と図１０との差異を対比説明する図であり、（イ）、（ロ）は形状ガイド５１を用いた上記実施例の場合、（ハ）、（ニ）は形状ガイド５１を用いなかった場合の角形鋼管を示し、（イ）、（ハ）はそれぞれ側面図、（ロ）、（ニ）はそれぞれ周方向凹凸断面部８ｃの断面図、（ホ）は（ロ）、（ニ）の断面形状（突出状態）の差異を説明する図である。
上述の通りであり、形状ガイド５１を設けることで、金属管の端部に形成される周方向凹凸断面部の外面に原管（加工前の金属管）の輪郭から突出した出っ張り部のない良好な周方向凹凸断面形状（この実施例では十字形断面部）８ｃを確保することができる。
なお、形状ガイド５１は、必ずしも原管の輪郭から突出した出っ張り部をなくす場合に限らず、原管の輪郭より引っ込んだ突出部を得る場合にも使用できる。

上述の実施例では、固定的に設置された凹溝加工装置１０に対して角形鋼管８の端部を押し込んで周方向凹凸断面部を形成しているが、角形鋼管を固定し、凹溝加工装置１０を固定の角形鋼管の端部側に押し込み駆動して、角形鋼管の端部に凹溝を形成することも可能である。要するに相対的に対向方向に接近駆動させることができればよい。

角形鋼管の外面に十字形断面となるような深い凹溝を形成する場合、電縫鋼管製造ラインにおける一般的なサイジング工程的な発想では、サイジングロールとして半径方向先端に向かってテーパー状に幅狭になり先端面が円弧面となるようなロールプロフィルを採用するが、本発明では先端面に幅の狭いフラット面２ａ又は凹面２ａ’を持つ形状としている。これは、次のような実験の結果として採用した形状である。
図１２（ロ）のように、角形鋼管の角部を先端面が円弧凸面のロールＭで矢印のように押し込んだ実験では、角部に割れが発生する場合が少なからずあった。そこで、種々の原因を考察した上で、図１２（イ）のように、先端面をフラット面（あるいは凹面）にしたロールＫで角部を矢印のように押し込む実験をしたところ、割れが発生することはなくなった。
角部を先端面が円弧凸面であるロールで押し込んだ時に割れが発生する理由として、次のようなことが考えられた。
電縫鋼管製造ラインのサイジング工程で丸鋼管を角形鋼管に成形する際、角形鋼管の角部（図１２（ハ）のハッチング部）には大きな塑性変形が生じ全塑性域となっており、顕著な加工硬化が生じている。したがって、図１２（ロ）のように、先端円弧凸面のロールＭで押し込んだ場合、角部の狭い範囲の凸Ｒ部分が押し込まれることで、その角部の狭い範囲の加工硬化した凸Ｒ部分が逆向きの凹Ｒ形状に曲げ変形するという過酷な変形が生じるために割れが発生し易い。
一方、図１２（イ）のように、角部を先端面がフラット面（あるいは凹面）であるロールＫで押し込んだ場合、角部の狭い範囲の凸Ｒ部分が逆向きの凹Ｒ形状に曲げ変形するのではなく、狭い範囲の凸Ｒ部分の凸形状をある程度保ったままその両側の部分も含めた若干広い部分が押し込まれて変形した。このため、狭い範囲の加工硬化した凸Ｒ部分の変形は軽減され割れが発生しない。
なお、図１２（イ）、（ロ）において、円弧凸面ロールＭについてはＭ１、Ｍ２、Ｍ３の順に曲げ変形した後押し込まれ、先端フラット面のロールＫについてはＫ１、Ｋ２、Ｋ３の順に押し込まれることを示している。Ｋ１、Ｍ１は角部に接触した時点、実線で示したＫ２、Ｍ２は角部が凹み始めて両者の変形挙動の違いが特徴的に表われる時点を示している。

上述の凹溝加工装置１０で金属管の両端に十字形断面部を持つ両端十字形断面部金属管を製造する場合、２台の凹溝加工装置１０を設置して製造すると、生産能率が高い。その場合、図１３又は図１４の方式を採用すると能率的である。
図１３は２台の凹溝加工装置１０Ａ、１０Ｂを金属管８を挟む反対側に並列方式で設置（対向させるのではなくずらせて設置）して製造する場合を示す。この場合、それぞれに対向させて例えば油圧シリンダ等による押込み装置２０Ａ、２０Ｂを配置する。
同図（イ）において、押込み装置２０Ａで金属管８を凹溝加工装置１０Ａ側に押し込むことで、（ロ）のように一端に十字形断面部８ｃが形成される。
その金属管を（ハ）のように凹溝加工装置１０Ｂと押込み装置２０Ｂとの間に搬送し、押込み装置２０Ｂで凹溝加工装置１０Ｂ側に押し込み駆動すると、（ニ）のように他端に十字形断面部８ｃが形成され、これにより両端に十字形断面部８ｃが形成された金属管８が得られる。

図１４は２台の凹溝加工装置１０Ａ、１０Ｂを金属管８を挟む対向位置に設置する直列方式で製造する場合を示す。この場合、それぞれの凹溝加工装置１０の背後に押込み装置２０Ａ、２０Ｂを配置する。
図１４[Ｉ]の（イ）において、凹溝加工装置１０Ａのソロバン玉状回転体２を開放状態にしておき、押込み装置２０Ａの押し込部を、開放状態の凹溝加工装置１０Ａを通過させ金属管８を凹溝加工装置１０Ｂ側に押し込むことで、（ロ）のように一端に十字形断面部８ｃが形成される。
次いで、図１４[ＩＩ]の（ハ）に示すように、凹溝加工装置１０Ｂのソロバン玉状回転体２を開放状態にしておき、押込み装置２０Ｂの押し込部を、開放状態の凹溝加工装置１０Ｂを通過させ金属管８を凹溝加工装置１０Ａ側に押し込むことで、（ニ）のように他端に十字形断面部８ｃが形成され、これにより両端に十字形断面部８ｃが形成された金属管８が得られる。
なお、図１４の直列方式の場合、金属管８を固定し押込み装置２０で凹溝加工装置１０を金属管側に押し込む構成とすることもできる。その場合は、十字形断面部８ｃが形成されるのは、当然、図１４に示された十字形断面部８ｃと反対側の端部（押し込まれた凹溝加工装置１０側の端部）になる。

両端部に十字形断面部８ｃを形成した角形鋼管を建築構造物の柱材として用いる場合、角形鋼管柱材８の端面に梁材とのボルト接合用の取付プレートを溶接固定する。
図１５は柱材の下部についてのみ示したもので、角形鋼管柱材８の十字形断面部８ｃの下端面に例えば縦横寸法が角形鋼管と同サイズの四角形の取付プレート１６を溶接固定し、図示例では下部のＨ形鋼梁１７の上に載せ、取付プレート１６とＨ形鋼梁１７のフランジとをボルト１８で接合する。
十字形断面部８ｃの四方にスペースがあるので、その四方のスペースにおいて、ボルト１８で固定することができ、角形鋼管の辺と梁のフランジとが平行な状態で梁と接合できる。
上部の梁との接合も同様である。但し、下部のみ又は上部のみに十字形断面部を形成する場合も当然ある。
このように接合された柱は、柱としての美観にも優れるので、建築構造物の柱材として好適である。
なお、角形鋼管の辺を押し潰して管端に十字形断面部を形成した場合、突状部が角形鋼管のコーナー部となり、十字形断面部の前記四方にスペースのうちの２つのスペースはＨ形鋼梁１７のウエブの位置にくることになり、柱としての美観にも優れるようにＨ形鋼梁１７とボルト接合することができなくなる。したがって、建築構造物の柱材として用いる場合でかつ梁がＨ形鋼の場合は特に、実施例のように角形鋼管の角部を押し込んで（押し潰して）十字形断面部を形成することが必要となる。
しかし、上記のように建築構造物の柱材として用いる場合でかつ梁がＨ形鋼の場合を除けば、角形鋼管の辺部を押し込んで（押し潰して）十字形断面部を形成してもよい。例えば、例えば土木用の杭材、あるいはフェンス用の杭材、その他種々の用途に適用でき、特に土木用の杭材、あるいはフェンス用の杭材等に好適である。

上述の実施例では四角形金属管について説明したが、五角形、六角形等の多角形金属管を対象とする場合にも適用できる。
その場合は、上述の凹溝加工装置１０における、４つのソロバン玉状回転体２・形状ガイド５１・回転体ホルダー３及び圧下調整機構１１に代えて、角部の数に対応した数のソロバン玉状回転体２・形状ガイド５１・回転体ホルダー３及び圧下調整機構１１を設けることで、多角形金属管の端部に角部の数に応じた凹溝を形成することができる。なお、金属管ガイド１４は多角形金属管の断面形状に合わせたものとなる。
また、上述の実施例では、中子が金属管内に位置するように配置された例を説明したが、必ずしも中子がなくても実施は可能であり、中子を用いない凹溝加工装置、又は凹溝加工方法も本願発明に含まれる。

金属管が丸管の場合、端部に十字形断面部を形成する場合であれば、凹溝加工装置自体は図１で示したものと概ね同じでよい。但し、金属管ガイド１４は丸管断面形状に合わせたものとなる。
図１６に金属管が丸管１８である場合の実施例の凹溝加工装置１０’の要部を示す。同図は図３に相当する図であり、（イ）は側面図、（ロ）は正面図、（ハ）は端部凹溝加工された金属管を端部側から見た正面図である。凹溝部を１８ａ、突状部を１８ｂ、十字形断面部を１８ｃで示す。
なお、丸管の場合、ソロバン玉状回転体２で押し込む周方向位置は特に限定されない。

図１７に本発明のさらに他の実施例の金属管の凹溝加工装置１０”の要部を示す。この実施例も、対象とする金属管は実施例１と同様に角形鋼管である。
図１７（イ）、（ロ）は図３（イ）、（ロ）に対応する図で、凹溝加工装置１０”をその要部のみを示して説明する図であり、（イ）は側面図、（ロ）は（イ）のＣ−Ｃ矢視断面図（但し、４つのソロバン玉状回転体２のうちの左右２つのソロバン玉状回転体２の図示を省略した図）である。

この実施例の凹溝加工装置１０”は、実施例１と同様に、金属管外面の周方向に配される４つのソロバン玉状回転体２の周方向配置中心位置に、管長手方向に延びる短尺棒状の中子４０を配置している。
この中子４０は、図１８にも示すように、前記各ソロバン玉状回転体２の半径方向先端側部分にそれぞれ対向する４つの凹み部４０ａを持ち、隣接する凹み部４０ａ間に突出部４０ｂを有して十字状をなす十字断面部４０ｃを有するが、長手方向全体が十字断面ではなく、角形の管内面に沿う管内断面形状部分４０ｄを有している。そして、前記管内断面形状部分４０ｄの角部からソロバン玉状回転体２の半径方向先端側形状に沿って前記長手方向にはストレートな凹み部４０ａに滑らかにつながる湾曲移行凹面４０ｅを有している。
このような管内断面形状部分４０ｄと湾曲移行凹面４０ｅと十字断面部４０ｃとを持つ形状の中子４０を総形カリバー中子と呼ぶ。
なお、図１８では中子４０の十字断面の横部と縦部とが水平、垂直になる姿勢で示している。

この実施例３は、実施例１とは基本的には中子４０が総形カリバー中子である点が異なるだけであるが、中子４０が管内断面形状部分４０ｄ及び湾曲移行凹面４０ｅを有することで、ソロバン玉状回転体２と中子４０とによる凹み部４０ａの形成が滑らかに行われ、形状精度の確保が容易になる。
なお、図１７、図１８において、図１〜図８と基本的に同じ部分は同じ符号を付して説明を省略している。

１ 凹溝形成機構
２ ソロバン玉状回転体
２ａ フラット面
２ａ’凹面
３ 回転体ホルダー
ｍ 中心軸線
７ ハウジング
７ａ ハウジング本体
７ａ’（ハウジング本体の内側の）ベース部
７ｂ （ハウジングの）蓋体
８ 角形鋼管（金属管）
１８ 丸鋼管（金属管）
８ａ、１８ａ 凹溝（凹溝部）
８ｂ、８ｂ’、１８ｂ 突状部
８ｃ、８ｃ’、１８ｃ 十字形断面部
１０、１０’、１０” 金属管の凹溝加工装置
１１ 圧下調整機構
１１ａ 圧下ネジ
１１ｂ 調整ナット
１１ｃ ナット保持部
１２ 装置スタンド
１３ 回転面板
１４ 金属管ガイド
１６ 取付プレート
２０Ａ、２０Ｂ 押込み装置
３０ 中子（ストレートカリバー中子）
４０ 中子（総形カリバー中子）
３０ａ、４０ａ 凹み部
３０ｂ、４０ｂ 突出部
４０ｃ 十字断面部
４０ｄ 管内断面形状部分
４０ｅ 湾曲移行凹面
３１ 中子ベース
３２ 枠体
５１ 形状ガイド
５２ 形状ガイドホルダー
５３ ボルト

Claims (10)

1. 金属管の端部における外面の周方向に間隔をあけた複数箇所に管端から管長手方向に延びる凹溝を形成する金属管の凹溝加工装置であって、
   回転体中心軸線側では幅厚で半径方向先端に向かってテーパー状に幅狭になりその先端面に幅の狭いフラット面又は凹面を持つ断面形状の複数のソロバン玉状回転体を、それぞれ管外面を押す態様で周方向に間隔をあけて設け、
   前記複数のソロバン玉状回転体のうちの周方向に隣接する２つのソロバン玉状回転体で押し込まれて金属管に形成された隣接する２つの凹溝部の間に形成される突状部に接触してその膨出を押さえる形状ガイドを設けたことを特徴とする金属管の凹溝加工装置。
2. 前記各ソロバン玉状回転体をそれぞれ回転自在に保持する複数の回転体ホルダーと、前記複数の回転体ホルダーを凹溝を形成すべき金属管の外面の周方向位置に対応して設けたハウジングと、前記ハウジングに設けられて前記回転体ホルダーの圧下調整を行う圧下調整手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の金属管の凹溝加工装置。
3. 金属管の端部に前記複数の凹溝部及び突条部が形成された時の管端部内面輪郭に合わせた凹み部と突出部とを有し、金属管の端部に凹溝が形成される際に管内に位置するように配置された中子を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の金属管の凹溝加工装置。
4. 前記形状ガイドは、三角形柱状体であり、前記形状ガイドの２つの底角部は、それぞれにソロバン玉状回転体のテーパー状先端側部分の表面に概ね沿う形状の凹面が形成され、前記形状ガイドの凹面を有する底角部で挟まれた底辺部は、前記底辺部の中央に狭い底辺面が残る態様で形成した外形をなしていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項に記載の金属管の凹溝加工装置。
5. 請求項１〜４のいずれか1項の金属管の凹溝加工装置により、金属管の端部における外面の周方向に間隔をあけた複数個所に管端から管長手方向に延びる凹溝を形成する金属管の凹溝加工方法であって、
   前記複数のソロバン玉状回転体及び形状ガイドと加工対象の金属管とを金属管長手方向に対向させ、前記ソロバン玉状回転体と金属管とを相対的に接近駆動させて金属管の端部に複数の凹溝を形成することを特徴とする金属管の凹溝加工方法。
6. 請求項３又は４に記載の金属管の凹溝加工装置により、金属管の端部における外面の周方向に間隔をあけた複数個所に管端から管長手方向に延びる凹溝を形成する金属管の凹溝加工方法であって、
   前記複数のソロバン玉状回転体及び中子と加工対象の金属管とを金属管長手方向に対向させ、前記ソロバン玉状回転体及び中子と金属管とを相対的に接近駆動させて金属管の端部の外面に複数の凹溝を形成することを特徴とする金属管の凹溝加工方法。
7. 金属管が多角形金属管である場合に、前記ソロバン玉状回転体の前記先端面を、多角形金属管の角部に当たるように位置させ、前記ソロバン玉状回転体と多角形金属管とを相対的に接近駆動させて多角形金属管の端部の外面に角部の数の凹溝を形成することを特徴とする請求項５又は６記載の金属管の凹溝加工方法。
8. 金属管が四角形金属管である場合に、前記ソロバン玉状回転体の前記先端面を、四角形金属管の４つの角部に当たるように位置させ、前記ソロバン玉状回転体と四角形金属管とを相対的に接近駆動させて四角形金属管の端部の外面に４つの凹溝を形成して、四角形金属管の端部に十字形断面部を形成することを特徴とする請求項７記載の金属管の凹溝加工方法。
9. 金属管が丸管である場合に、前記ソロバン玉状回転体の前記先端面を、丸管の外面の周方向に等間隔をなす４個所に位置させ、前記ソロバン玉状回転体と丸管とを相対的に接近駆動させて、丸管の端部の外面に４つの凹溝を形成して、丸管の端部に十字形断面部を形成することを特徴とする請求項５又は６記載の金属管の凹溝加工方法。
10. 請求項５〜９のいずれか１項の金属管の凹溝加工方法の加工対象の金属管が、四角形鋼管又は丸鋼管による建築構造物の柱材として用いる鋼管であることを特徴とする金属管の凹溝加工方法。
    

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