JP3647415B2 - 角形鋼管の製造設備 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば鉄骨構造物の支柱間を梁材により連結する際に、支柱側の梁材連結部に、板厚確保などのための増肉部を形成した角形鋼管の製造設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、支柱側の梁材連結部は、支柱、すなわち丸形鋼管や角形鋼管を長さ方向において複数に切断するとともに、切断面にそれぞれ開先加工を行ったのち、ダイヤフラムを取り付ける梁貫通方式が採用されていたが、この方式によると、切断作業や開先加工作業に多大な時間と経費とが必要になり、しかも溶接箇所が多いなどの問題がある。
【０００３】
また、丸形鋼管や角形鋼管の切断を行わない工法として、たとえば特開平７−２３８６３６号公報に見られるように、両面の周囲に裏当て金を仮付け溶接した内ダイヤフラムを鋼管内に挿入させて所定位置に位置決めし、次いで挿入口側の裏当て金を鋼管の内壁に仮付け溶接したのち、貫通孔を利用して、鋼管の内壁と内ダイヤフラムの外周とをエレクトスラグ溶接する工法が提案されているが、この工法でも溶接作業が必要であった。
【０００４】
そこで、溶接作業を不要とし得るものとして、たとえば特開平１１−１６９９９４号公報に見られるように、その一端面から所定距離の部分に、内外へ所望量でリング状に突出する増肉部を形成した管体が提供されている。
【０００５】
そして、かかる増肉部を形成した管体は、管体の外側に位置されて、管体長手方向に各別に移動自在な複数個の加熱手段が設けられ、少なくとも一個の加熱手段により管体の目的とする箇所を加熱し、この加熱箇所に対して管体長手方向の両側に加熱手段を振り分け移動させて、加熱箇所の両側を加熱しながら、加熱箇所に管体長手方向の圧縮力を付与して、加熱箇所の一部材料を順次増肉させる方法によって製造している。
【０００６】
このような製造方法によると、管体の目的箇所の局部的な加熱、ならびに振り分け移動させた加熱手段群による加熱箇所の両側の加熱は、加熱手段内面と管体外面との隙間を小さくし行える。そして圧縮力付与手段により加熱箇所に管体長手方向の圧縮力を付与することで、加熱箇所の一部材料が加熱手段間の部分において内外へと順次増肉され、以て管体の一端面から所定距離の部分に、内外へ所望量でリング状に突出した増肉部を形成し得る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した増肉部を形成した管体によると、リブ状の増肉部が外側に突出形成されていることで、梁材を連結する際に、この梁材の端面（溶接接合面）は、一対の増肉部の増肉部外面から両増肉部間の管体外面に沿うように、横向き凸状に加工しなければならず、以て製作が複雑となる。また、管体に対する増肉部の付け根部分はＲ状部に形成されており、したがって、梁材上に載置される床版（デッキプレート）はＲ状部が邪魔となって管体外面に十分に近づけることができず、以て床版として、端部がＲ状部に沿うように形成された別物を用意しておかなければならない。これらのことにより、全体のコストアップを招いていた。
【０００８】
そこで本発明の請求項１記載の発明は、増肉した梁材連結部の外面に突出部が存在しない角形鋼管を容易に製造し得る角形鋼管の製造設備を提供することを目的としたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明の請求項１記載の角形鋼管の製造設備は、支持手段により支持された丸鋼管の目的とする箇所を加熱する第１加熱手段と、この加熱箇所に丸鋼管長手方向の圧縮力を付与して加熱箇所の一部材料を増肉させる圧縮力付与手段と、加熱箇所の外面を規制する外面規制手段と、目的とする箇所に増肉部を成形した丸鋼管の全体を加熱する第２加熱手段と、全体を所定温度に加熱した丸鋼管を、その外面を全長に亘って扁平状とした角形鋼管に熱間成形する角形鋼管成形手段とにより構成され、前記圧縮力付与手段は、丸鋼管の一端面が当接自在な受け装置と、丸鋼管の他端面に当接自在な押し装置からなり、前記受け装置は、ベース体と、このベース体上に設けられた受け台車と、この受け台車側に立設された受圧体と、この受圧体とベース体側とに間に設けられた受け側クランプ装置とにより構成され、前記押し装置は、床上に設けられた主台車と、この主台車上に設けられた押し台車と、この押し台車上に立設された加圧体と、この加圧体と主台車側とに間に設けられた押し側クランプ装置とにより構成され、前記受け側クランプ装置と押し側クランプ装置とは、それぞれ丸鋼管を内外からクランプすべく構成され、前記受け装置と押し装置との間に前記第１加熱手段と前記外面規制手段とが設けられていることを特徴としたものである。
【００１３】
したがって請求項１の発明によると、まず、受け台車と押し台車とを互いに離間動（後退動）させた状態で、部分増肉を行う前の丸鋼管を支持手段上に載置させる。そして丸鋼管に、受け側クランプ装置や押し側クランプ装置や第１加熱手段や外面規制手段を配置した後に、受け台車と押し台車とを互いに接近動（前進動）させる。その際に、丸鋼管の一端を加圧体の前面に当接させて、丸鋼管を位置決めしている。この状態で、受け側クランプ装置や押し側クランプ装置により丸鋼管を内外からクランプする。
このようにセットした状態で、第１加熱手段により、丸鋼管の目的箇所への局部的な加熱を行ったのち、圧縮力付与手段により加熱箇所に丸鋼管長手方向の圧縮力を付与するとともに、加熱箇所の外面を外面規制手段により規制する。そして圧縮力は、主台車をベース体に接近動させ、以て受け側クランプ装置に対して押し側クランプ装置を接近動させることで得られる。この圧縮力により、第１加熱手段に対向した部分において、加熱箇所の一部材料を内面側へと順次増肉して、丸鋼管の一端面から所定距離の部分に、内側へ所望量でリング状に突出した増肉部を形成し得る。そして丸鋼管の全体を第２加熱手段により加熱したのち、角形鋼管成形手段によって角形鋼管に熱間成形することで、増肉した梁材連結部の外面に突出部が存在しない角形鋼管を製造し得る。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の第１の実施の形態を、図１〜図１２に基づいて説明する。
図１に示すように、角形鋼管の製造設備１０は、丸鋼管（原管）１の目的とする箇所（または加熱箇所と称す。）Ｂを加熱する第１加熱手段６０と、この加熱箇所Ｂに丸鋼管１の長手方向Ａの圧縮力を付与して加熱箇所Ｂの一部材料を増肉させる圧縮力付与手段２０と、加熱箇所Ｂの外面１ｂを規制する外面規制手段６７と、目的とする箇所Ｂに増肉部２を成形した丸鋼管１の全体を加熱する第２加熱手段７０と、加熱した丸鋼管１を、そのその外面５ｂを全長に亘って扁平状とした角形鋼管（製品）５に熱間成形する角形鋼管成形手段７５などにより構成されている。
【００１９】
図１、図１０の（ａ）に示すように、丸鋼管１としては、鋼管厚さｔが４．５ｍｍ〜５０．０ｍｍ、外径（直径）Ｄが２５０ｍｍ＋数ｍｍ〜６００ｍｍ＋数ｍｍで、ＳＭ４９０Ａ、ＳＭ５２０Ｂ、ＳＳ４００、ＳＮ４００Ｂ、ＳＮ４９０Ｂなどからなるものが使用される。そして丸鋼管１は、長手方向Ａにおける２箇所（１箇所または複数箇所）を１組として、２組（１組または複数組）が、増肉しようとする目的箇所Ｂに設定されている。なお丸鋼管１としては、最終製品となる正４角形状の角形鋼管５が所定の製品外寸Ｅ（２００ｍｍ〜５５０ｍｍ）となる外径Ｄのものが選択して使用される。
【００２０】
図２に示すように、前記製造設備１０における所定経路部分には、丸鋼管１を支持自在な支持手段１１が設けられ、この支持手段１１により丸鋼管１は、その長手方向Ａを横方向として支持され、かつ搬送される。この支持手段１１は、たとえば鼓形ローラ１２群により丸鋼管１を支持するローラコンベヤ形式とされている。
【００２１】
前記圧縮力付与手段２０は、前記支持手段１１により支持された丸鋼管１に長手方向Ａの圧縮力を付与するもので、丸鋼管１の一端面が当接自在な受け装置２１と、丸鋼管１の他端面に当接自在な押し装置４１などにより構成される。
【００２２】
前記受け装置２１は、ベース体２２と、このベース体２２上に設けられたガイドレール（図示せず。）に車輪２３を介して支持案内される受け台車２４と、前記ベース体２２上に設けられたラック体２５と、このラック体２５に噛合すべく受け台車２４側に設けられたピニオン２６と、このピニオン２６に連動連結すべく受け台車２４側に設けられた正逆駆動部（モータや減速機などからなる。）２７と、前記受け台車２４上に立設された受圧体２８と、この受圧体２８とベース体２２側とに間に設けられた受け側クランプ装置３０などにより構成されている。
【００２３】
ここで受け側クランブ装置３０は、受圧体２８側に設けられた内側クランプ部３１と、前記ベース体２２側に設けられた外側クランプ部３５とにより構成されている。すなわち内側クランプ部３１は、前記受圧体２８から押し装置４１側に向けて連設された腕体３２を有し、この腕体３２は多段シリンダー形式などにより伸縮自在に構成されている。そして腕体３２の遊端には、シリンダー装置３３の作動により丸鋼管１の半径方向に出退動されることで、丸鋼管１の内面１ａに当接離間自在な複数の内側クランプ片３４が設けられている。
【００２４】
また外側クランプ部３５は、前記ベース体２２における押し装置４１側の端部に設けられるもので、このベース体２２側に設けられる本体３６は、丸鋼管１の挿通を許す形状とされている。そして本体３６の内側には、シリンダー装置３７の作動により丸鋼管１の半径方向に出退動されることで、丸鋼管１の外面１ｂに当接離間自在な複数の外側クランプ片３８が設けられている。
【００２５】
前記押し装置４１は、床上に設けられたガイドレール（図示せず。）に車輪４２を介して支持案内される主台車４３と、この主台車４３上に設けられたガイドレール（図示せず。）に車輪４４を介して支持案内される押し台車４５と、前記主台車４３上に設けられたラック体４６と、このラック体４６に噛合すべく押し台車４５側に設けられたピニオン４７と、このピニオン４７に連動連結すべく押し台車４５側に設けられた正逆駆動部（モータや減速機などからなる。）４８と、前記押し台車４５上に立設された加圧体４９と、この加圧体４９と主台車４３側とに間に設けられた押し側クランプ装置５０などにより構成されている。
【００２６】
ここで押し側クランブ装置５０は、加圧体４９側に設けられた内側クランプ部５１と、前記主台車４３側に設けられた外側クランプ部５５とにより構成されている。なお押し側クランブ装置５０は、前述した受け側クランブ装置３０と同様な構成であって、その内側クランプ部５１は、腕体５２、シリンダー装置５３、内側クランプ片５４などにより構成され、また外側クランプ部５５は、本体５６、シリンダー装置５７、外側クランプ片５８などにより構成されている。
【００２７】
そしてベース体２２と主台車４３との間には、ベース体２２に対して主台車４３を接近離間動させるための圧縮力用シリンダー装置５９が設けられている。以上の２１〜５９などにより圧縮力付与手段２０の一例が構成される。
【００２８】
前記受け装置２１と前記押し装置４１との間には、丸鋼管１の目的箇所Ｂを外面１ｂ側から加熱させる前記第１加熱手段６０が設けられる。この第１加熱手段６０としては、高周波加熱方式や中周波加熱方式などが採用され、丸鋼管１の挿通を許すようにリング状に構成されている。
【００２９】
そして第１加熱手段６０は、移動装置６１の作動により丸鋼管１の長手方向Ａに移動自在に構成されている。前記移動装置６１は、ベース体２２側に設けられたシリンダー装置６２と、このシリンダー装置６２の伸縮動によって長手方向Ａに移動自在なリング体６３などからなる。ここでリング体６３は丸鋼管１に外嵌されるとともに、その内面側に前記第１加熱手段６０が設けられている。
【００３０】
さらにリング体６３の内面側には、第１加熱手段６０に対して押し装置４１側の位置に前記外面規制手段６７が設けられている。この外面規制手段６７は筒状ガイド形式であって、たとえばセラミックなどの耐熱性で通電しない材料により製作されている。そして外面規制手段６７は貫通状の規制部６８を有し、この規制部６８は、押し装置４１側が丸鋼管１の外径Ｄと同様の内径の直状規制面６８ａに形成されるとともに、受け装置２１側がラッパ状の傾斜状規制面６８ｂに形成されている。
【００３１】
また、リング体６３の内面側で、外面規制手段６７を中にして第１加熱手段６０とは反対側には冷却手段６５が設けられ、この冷却手段６５としては、たとえば丸鋼管１側に向けて冷却水を噴射可能な構成が採用されている。
【００３２】
図１に示すように、前記第２加熱手段７０は、たとえば加熱炉であって、目的とする箇所Ｂに増肉部２を成形した丸鋼管１を搬入し、搬出する（通過させる）ことで、この丸鋼管１の全体を加熱するように構成されている。
【００３３】
前記角形鋼管成形手段７５は、たとえば４個の平形ローラ７６が矩形状に配置されたローラ絞り形式であって、第２加熱手段７０により加熱した丸鋼管１を、その外面５ｂを全長に亘って扁平状とした角形鋼管５に熱間成形するように構成されている。なお、平形ローラ７６群からなる絞り成形部は、搬送方向において複数段に設けられ、以て丸鋼管１から角形鋼管５への熱間成形が、段階的に徐々に行われるように構成されている。
【００３４】
以下に、上記した第１の実施の形態において、増肉部２を有する角形鋼管５の製造作業を説明する。なお各部の動作は、制御装置（図示せず。）からの指示により行われる。
【００３５】
まず図２に示すように、それぞれの正逆駆動部２７，４８の駆動により受け台車２４と押し台車４５とを互いに離間動（後退動）させた状態で、たとえばクレーンなどの搬入手段により、部分増肉を行う前の丸鋼管１を支持手段１１の鼓形ローラ１２群上に載置させる。このとき第１加熱手段６０や外面規制手段６７は、たとえば左右に分割（分解）することで丸鋼管１の搬入を可能とし、そして搬入後に組み立て（接続）を行う。
【００３６】
また、受け側クランプ装置３０や押し側クランプ装置５０も、内側クランプ片３４，５４や外側クランプ片３８，５８を互いに離間動させた状態で、必要に応じて、同様に分割し、かつ組み立てを行う。これにより丸鋼管１に、受け側クランプ装置３０の外側クランプ部３５や、押し側クランプ装置５０の外側クランプ部５５や、第１加熱手段６０や、外面規制手段６７を外嵌して配置し得る。
【００３７】
この後に、正逆駆動部２７，４８の逆駆動により受け台車２４と押し台車４５とを互いに接近動（前進動）させて、丸鋼管１の両端から腕体３２，５２を挿入させ、その内側クランプ片３４，５４を外側クランプ片３８，５８に対向させる。その際に、丸鋼管１の一端を加圧体４９の前面に当接させ、以て丸鋼管１を位置決めしている。この状態で、内側クランプ片３４，５４や外側クランプ片３８，５８を互いに接近動させることで、受け側クランプ装置３０や押し側クランプ装置５０により丸鋼管１を内外からクランプし、そして第１加熱手段６０による加熱などによって、増肉部２の成形を行う。
【００３８】
ここで図３、図７の（ａ）は、１回目の増肉を終え、２回目の増肉を行う前を示している。すなわち、受け側クランプ装置３０は１回目の増肉部２の近くをクランプし、また押し側クランプ装置５０は、丸鋼管１の一端を加圧体４９の前面に当接させた位置決め姿勢で、所定箇所をクランプしている。そして第１加熱手段６０を、１回目の増肉部２に対して所定間隔Ｐを置いた目的箇所Ｂに対向させている。その際に、移動装置６１を作動させ、第１加熱手段６０を長手方向Ａに沿って移動させることで、この第１加熱手段６０を目的箇所Ｂに正確に対向し得る。
【００３９】
なお目的箇所Ｂは、この丸鋼管１を最終製品として使用する箇所、場所などに応じて決定しており、予め制御装置に入力して設定している。ここでは、丸鋼管１の一端面から設定距離Ｃの部分が１回目の目的箇所Ｂとされ、そして１回目の増肉部２に対して所定間隔Ｐを置いた部分が２回目の目的箇所Ｂとされ、これら設定距離Ｃや所定間隔Ｐは、増肉作用による長さ縮小分も含まれている。
【００４０】
上述したようにセットした状態で、図３、図７の（ａ）に示すように、第１加熱手段６０を作動させて丸鋼管１の目的箇所Ｂを加熱する。この局部的な加熱は、第１加熱手段６０の内面と丸鋼管１の外面１ｂとの隙間を小さくすることで、迅速に、また加熱費を安くして、さらに内面１ａ側まで十分に行える。なお、第１加熱手段６０による加熱幅Ｗは、たとえば５０ｍｍ〜３００ｍｍに設定されている。
【００４１】
次いで、第１加熱手段６０により目的箇所Ｂを加熱しながら、この目的箇所Ｂに丸鋼管１の長手方向Ａの圧縮力を付与させる。この圧縮力は、図４に示すように、圧縮力用シリンダー装置５９を収縮動させて主台車４３をベース体２２に接近動させ、以て受け側クランプ装置３０に対して押し側クランプ装置５０を接近動させることで得られる。この圧縮力により、図４や図７の（ｂ）に示すように、第１加熱手段６０に対向した部分において、加熱した目的箇所Ｂの一部材料を内外へと順次増肉し得、以て内外へ所望量でリング状に突出した増肉部２を形成し得る。
【００４２】
ここで増肉部２の増肉部長さＶは、増肉作用による長さ縮小により加熱幅Ｗに対して短くなっている。また増肉部２の内外突出による増肉部厚さＴは、使用目的に応じて任意に設定されるもので、たとえば鋼管厚さｔに対比して、［Ｔ＝１．５ｔ〜５．０ｔ］となっている。
【００４３】
このようにして増肉部２を形成した状態で、移動装置６１を作動させることによって、図４に示すように、リング体６３を長手方向Ａに沿って受け装置２１側へ移動させて、第１加熱手段６０を増肉部２から外す。その際に図４、図７の（ｂ）に示すように、増肉部２の外側突出部分に対して、外面規制手段６７を作用させる。
【００４４】
すなわち増肉部２の外側突出部分に対して、規制部６８の傾斜状規制面６８ｂが作用し、以て増肉部２における外側へ所望量でリング状に突出した部分を内側へ押し込み状に成形し得る。これにより丸鋼管１は、図８、図１０の（ｂ）に示すように、その外径Ｄを全長に亘って同一状とし得るとともに、目的箇所Ｂに、内側へのみリング状で厚く突出した増肉部厚さＴの増肉部２を形成した形状とし得る。
【００４５】
さらに移動装置６１を作動させることによって、図５、図７の（ｃ）に示すように、リング体６３を長手方向Ａに沿って受け装置２１側へ移動させて、冷却手段６５を増肉部２に対向させる。そして、冷却手段６５により、たとえば冷却水を増肉部２に向けて噴射させ、以て加熱状態にある増肉部２の部分を冷却させる。以上により２回目の増肉部２の成形を終える。
【００４６】
その後に、受け側クランプ装置３０と押し側クランプ装置５０とのクランプを解除させ、そして押し台車４５を前進動させて丸鋼管１を受け装置２１側に押し込み移動させる。その際に、圧縮力用シリンダー装置５９を伸展動させて主台車４３をベース体２２から離間動（復帰動）させるとともに、移動装置６１を作動させて第１加熱手段６０を押し装置４１側に復帰移動させる。そして、受け側クランプ装置３０と押し側クランプ装置５０とをクランプ動させることで、図６に示すように、３回目の増肉部２の成形を行う状態（最初の状態）にし得る。
【００４７】
このような増肉部２の成形を所定箇所（所定数）で行ったのち、上述とは逆動作を行うことで、長手方向Ａにおける２箇所を１組として、２組の合計４箇所に増肉部２を成形した丸鋼管１を取り出し得る。すなわち丸鋼管１には、図１に示すように、その端面から設定距離Ｃの部分と、この設定距離Ｃの部分から所定間隔Ｐだけ離れた部分とに、内側へ所望量でリング状に突出した増肉部２を形成し得る。
【００４８】
次いで、目的とする箇所Ｂに増肉部２を形成した丸鋼管１を、第２加熱手段（加熱炉）７０に搬入して加熱したのち、この第２加熱手段７０から搬出させる（通過させる）ことで、この丸鋼管１の全体を所定温度（たとえば、Ａ３変態点を越える温度）に加熱し得る。
【００４９】
そして、第２加熱手段７０から搬出した丸鋼管１を角形鋼管成形手段７５によって熱間成形する。すなわち、図１や図９や図１０の（ｃ）に示すように、加熱した丸鋼管１を平形ローラ７６群によって絞り成形することで、大きい外径Ｄであった丸鋼管１を、所期の製品外寸Ｅの角形鋼管５に熱間成形し得る。
【００５０】
これにより、第２加熱手段７０により加熱した丸鋼管１を、角形鋼管成形手段７５によって角形鋼管５に熱間成形し得、その際に角形鋼管５は、その外面５ｂが全長に亘って扁平状となるようにし得るとともに、目的箇所Ｂに、内側へのみリング状で厚く突出した増肉部厚さＴの増肉部２を形成した形状とし得る。なお、角形鋼管成形手段７５により熱間成形した角形鋼管５は、冷却床などにおいて自然冷却し得る。
【００５１】
そして製品である角形鋼管５を、たとえば支柱に使用し、２箇所１組の増肉部２を梁材連結位置（梁材連結部）として、図１１、図１２に示すように、梁材１００を溶接１０５により結合する。ここで梁材１００は、上フランジ部１０１と下フランジ部１０２とウエブ部１０３とによるＨ型鋼からなる。
【００５２】
その際に梁材１００における溶接側の端面（溶接接合面）、すなわち上フランジ部１０１と下フランジ部１０２とウエブ部１０３との端面は、角形鋼管５の外面５ｂが扁平状であることから、直線状端面１０１ａ，１０２ａ，１０３ａに形成されている。これにより、梁材１００の端面は切断状でよいことになって、加工を省略し得、以て梁材１００の製作を簡素化し得るとともに、コストダウンを可能にし得る。
【００５３】
このような直線状端面１０１ａ，１０２ａ，１０３ａを有する梁材１００の溶接１０５は、増肉部２が存在する部分の外面５ｂを梁材連結位置（梁材連結部）として、その外面５ｂに直線状端面１０１ａ，１０２ａ，１０３ａを当て付けた状態で行う。その際に、前述したように増肉部２の外面５ｂは、全長に亘って扁平状となっていることから、両者５，１００間に隙間は殆ど生ぜず、良好な溶接（連結）を能率よく行え、さらに溶接精度や強度を向上し得る。
【００５４】
また、外面５ｂが扁平状となっていることから、角形鋼管５の外面５ｂと上フランジ部１０１の上面とが成すコーナ部は直角状に形成されることになり、したがって、梁材１００の上フランジ部１０１上に載置される床版（デッキプレート）１０７は、角形鋼管５の外面５ｂまで梁上面と同一状のレベルで近接させることが可能となり、以て床版１０７として、端部をＲ状部に沿うように形成した別物を用意する必要もなく、施工時間も大幅に短縮され、高品質の床版１０７を確保し得る。これらのことにより、全体のコストダウンが可能となる。
【００５５】
次に、本発明の第２の実施の形態を、図１３に基づいて説明する。
すなわち角形鋼管５は、３箇所１組の増肉部２を形成することで梁材連結位置（梁材連結部）としている。これによると、上位と下位の増肉部２が存在する部分の外面５ｂに、上フランジ部１０１と下フランジ部１０２とを当て付けた状態で、強軸梁材１００の溶接１０５を行える。また、上位と中間の増肉部２が存在する部分の外面５ｂに、上フランジ部１０１Ａと下フランジ部１０２Ａとを当て付けた状態で、弱軸梁材１００Ａの溶接１０５を行える。
【００５６】
次に、本発明の第３の実施の形態を、図１４に基づいて説明する。
すなわち、丸鋼管１に対する所定間隔Ｐのピッチを短く設定することで、目的とする箇所Ｂを丸鋼管長手方向Ａの一箇所（少なくとも一箇所）として、増肉部２を、梁材連結部を形成する長さＬに成形している。
【００５７】
この第３の実施の形態によると、上フランジ部１０１と下フランジ部１０２とウエブ部１０３との全てを増肉部２に対向させた状態で、梁材１００の溶接１０５を行え、以て強固な溶接結合を行うことができる。
【００５８】
次に、本発明の第４の実施の形態を、図１５に基づいて説明する。
すなわち角形鋼管５は、２箇所１組の増肉部２を形成するとともに、両増肉部２間に中間厚増肉部３を形成することで、梁材連結位置（梁材連結部）としている。その際に、鋼管厚さｔに対して増肉部厚さＴは２．５〜５．０倍とされ、そして中間厚増肉部厚さＴｔは鋼管厚さｔと増肉部厚さＴとの間、つまり［ｔ＜Ｔｔ＜Ｔ］とされている。
【００５９】
この第４の実施の形態によると、上フランジ部１０１と下フランジ部１０２とウエブ部１０３との全てを増肉部２，３に対向させた状態で、梁材１００の溶接１０５を行え、以て強固な溶接結合を行うことができる。
【００６０】
上記した実施の形態において、圧縮力を得るために圧縮力用シリンダー装置５９を採用しているが、これはねじ送り形式などであってもよい。
上記した実施の形態において、増肉部２を成形した丸鋼管１を、第２加熱手段７０により全体可及的に均一に加熱（たとえば、Ａ３変態点を越える温度で加熱）させることにより、管内部に発生した応力の除去、加工に伴う材質の著しい劣化の回復などが可能となり、性能を均質化して良質な角形鋼管（製品）５を得ることができるとともに、建築の鉄骨柱材として使用された場合において、地震時に増肉部２から角形鋼管５の本体部分への応力の伝達がスムースに行われ、角形鋼管５の増肉形状による優位性と相まって、より一層の地震エネルギーの吸収が期待できる。
【００６１】
上記した実施の形態では、１個の第１加熱手段６０により加熱が行われているが、これは１個以上の第１加熱手段により加熱が行われる形式であってもよい。また第１加熱手段６０にそれぞれ補助加熱手段が設けられた形式であってもよい。
【００６２】
上記した実施の形態では、角形鋼管成形手段７５として平形ローラ７６が多数配置されたローラ絞り形式が採用されているが、これはプレス形式などであってもよい。
【００６３】
【発明の効果】
上記した本発明の請求項１によると、まず、受け台車と押し台車とを互いに離間動（後退動）させた状態で、部分増肉を行う前の丸鋼管を支持手段上に載置する。そして丸鋼管に、受け側クランプ装置や押し側クランプ装置や第１加熱手段や外面規制手段を配置した後に、受け台車と押し台車とを互いに接近動（前進動）させ、その際に、丸鋼管の一端を加圧体の前面に当接させて、丸鋼管を位置決めできる。この状態で、受け側クランプ装置や押し側クランプ装置により丸鋼管を内外からクランプすることで、丸鋼管をセットできる。
このようにセットした状態で、第１加熱手段により、丸鋼管の目的箇所への局部的な加熱を行ったのち、圧縮力付与手段により加熱箇所に丸鋼管長手方向の圧縮力を付与できるとともに、加熱箇所の外面を外面規制手段により規制できる。そして圧縮力は、主台車をベース体に接近動させ、以て受け側クランプ装置に対して押し側クランプ装置を接近動させることで得ることができる。この圧縮力により、第１加熱手段に対向した部分において、加熱箇所の一部材料を内面側へと順次増肉して、丸鋼管の一端面から所定距離の部分に、内側へ所望量でリング状に突出した増肉部を形成できる。そして丸鋼管の全体を第２加熱手段により加熱したのち、角形鋼管成形手段によって角形鋼管に熱間成形することで、増肉した梁材連結部の外面に突出部が存在しない角形鋼管を容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示し、角形鋼管の製造設備における工程説明図である。
【図２】同角形鋼管の製造設備における圧縮力付与手段部分で、丸鋼管をセットした状態での一部切り欠き側面図である。
【図３】同角形鋼管の製造設備における圧縮力付与手段部分で、目的箇所に対する加熱時の一部切り欠き側面図である。
【図４】同角形鋼管の製造設備における圧縮力付与手段部分で、増肉作用時の一部切り欠き側面図である。
【図５】同角形鋼管の製造設備における圧縮力付与手段部分で、冷却作用時の一部切り欠き側面図である。
【図６】同角形鋼管の製造設備における圧縮力付与手段部分で、次の目的箇所に対する加熱時の一部切り欠き側面図である。
【図７】同角形鋼管の製造設備における圧縮力付与手段部分で、（ａ）は目的箇所に対する加熱時の要部の縦断側面図、（ｂ）は増肉作用時の要部の縦断側面図、（ｃ）は冷却作用時の要部の縦断側面図である。
【図８】同角形鋼管の製造設備で、増肉した丸鋼管の要部の縦断側面図である。
【図９】同角形鋼管の製造設備における角形鋼管成形手段部分で、熱間成形時の要部の縦断側面図である。
【図１０】同角形鋼管の製造設備における管の変化を示し、（ａ）は丸鋼管の縦断正面図、（ｂ）は増肉した丸鋼管の縦断正面図、（ｃ）は熱間成形した角形鋼管の縦断正面図である。
【図１１】同角形鋼管の製造設備により製造した角形鋼管の使用状態であって、梁材を溶接した状態での縦断側面図である。
【図１２】同角形鋼管の製造設備により製造した角形鋼管の使用状態であって、梁材を溶接した状態での横断平面図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態を示し、角形鋼管の製造設備により製造した角形鋼管の使用状態であって、梁材を溶接した状態での縦断側面図である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態を示し、角形鋼管の製造設備により製造した角形鋼管の使用状態であって、梁材を溶接した状態での縦断側面図である。
【図１５】本発明の第４の実施の形態を示し、丸形鋼管の製造設備により製造した丸形鋼管の使用状態であって、梁材を溶接した状態での縦断側面図である。
【符号の説明】
１ 丸鋼管（原管）
１ａ 内面
１ｂ 外面
２ 増肉部
３ 中間厚増肉部
５ 角形鋼管（製品）
５ｂ 外面
１０ 製造設備
１１ 支持手段
２０ 圧縮力付与手段
２１ 受け装置
２４ 受け台車
２７ 正逆駆動部
２８ 受圧体
３０ 受け側クランプ装置
３１ 内側クランプ部
３５ 外側クランプ部
４１ 押し装置
４３ 主台車
４５ 押し台車
４８ 正逆駆動部
４９ 加圧体
５０ 押し側クランプ装置
５１ 内側クランプ部
５５ 外側クランプ部
５９ 圧縮力用シリンダー装置
６０ 第１加熱手段
６１ 移動装置
６５ 冷却手段
６７ 外面規制手段
６８ 規制部
６８ａ 直状規制面
６８ｂ 傾斜状規制面
７０ 第２加熱手段
７５ 角形鋼管成形手段
７６ 平形ローラ
１００ 梁材（強軸梁材）
１００Ａ 弱軸梁材
１０１ 上フランジ部
１０１Ａ 上フランジ部
１０２ 下フランジ部
１０２Ａ 下フランジ部
１０３ ウエブ部
１０３Ａ ウエブ部
１０５ 溶接
１０７ 床版
Ａ 長手方向
Ｂ 目的箇所（加熱箇所）
Ｃ 設定距離
Ｐ 所定間隔
Ｄ 丸鋼管の外径
Ｅ 製品外寸
Ｔ 増肉部厚さ
ｔ 鋼管厚さ
Ｔｔ 中間厚増肉部厚さ
Ｗ 加熱幅
Ｖ 増肉部長さ
Ｌ 梁材連結部を形成する長さ
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば鉄骨構造物の支柱間を梁材により連結する際に、支柱側の梁材連結部に、板厚確保などのための増肉部を形成した角形鋼管の製造設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、支柱側の梁材連結部は、支柱、すなわち丸形鋼管や角形鋼管を長さ方向において複数に切断するとともに、切断面にそれぞれ開先加工を行ったのち、ダイヤフラムを取り付ける梁貫通方式が採用されていたが、この方式によると、切断作業や開先加工作業に多大な時間と経費とが必要になり、しかも溶接箇所が多いなどの問題がある。
【０００３】
また、丸形鋼管や角形鋼管の切断を行わない工法として、たとえば特開平７−２３８６３６号公報に見られるように、両面の周囲に裏当て金を仮付け溶接した内ダイヤフラムを鋼管内に挿入させて所定位置に位置決めし、次いで挿入口側の裏当て金を鋼管の内壁に仮付け溶接したのち、貫通孔を利用して、鋼管の内壁と内ダイヤフラムの外周とをエレクトスラグ溶接する工法が提案されているが、この工法でも溶接作業が必要であった。
【０００４】
そこで、溶接作業を不要とし得るものとして、たとえば特開平１１−１６９９９４号公報に見られるように、その一端面から所定距離の部分に、内外へ所望量でリング状に突出する増肉部を形成した管体が提供されている。
【０００５】
そして、かかる増肉部を形成した管体は、管体の外側に位置されて、管体長手方向に各別に移動自在な複数個の加熱手段が設けられ、少なくとも一個の加熱手段により管体の目的とする箇所を加熱し、この加熱箇所に対して管体長手方向の両側に加熱手段を振り分け移動させて、加熱箇所の両側を加熱しながら、加熱箇所に管体長手方向の圧縮力を付与して、加熱箇所の一部材料を順次増肉させる方法によって製造している。
【０００６】
このような製造方法によると、管体の目的箇所の局部的な加熱、ならびに振り分け移動させた加熱手段群による加熱箇所の両側の加熱は、加熱手段内面と管体外面との隙間を小さくし行える。そして圧縮力付与手段により加熱箇所に管体長手方向の圧縮力を付与することで、加熱箇所の一部材料が加熱手段間の部分において内外へと順次増肉され、以て管体の一端面から所定距離の部分に、内外へ所望量でリング状に突出した増肉部を形成し得る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した増肉部を形成した管体によると、リブ状の増肉部が外側に突出形成されていることで、梁材を連結する際に、この梁材の端面（溶接接合面）は、一対の増肉部の増肉部外面から両増肉部間の管体外面に沿うように、横向き凸状に加工しなければならず、以て製作が複雑となる。また、管体に対する増肉部の付け根部分はＲ状部に形成されており、したがって、梁材上に載置される床版（デッキプレート）はＲ状部が邪魔となって管体外面に十分に近づけることができず、以て床版として、端部がＲ状部に沿うように形成された別物を用意しておかなければならない。これらのことにより、全体のコストアップを招いていた。
【０００８】
そこで本発明の請求項１記載の発明は、増肉した梁材連結部の外面に突出部が存在しない角形鋼管を容易に製造し得る角形鋼管の製造設備を提供することを目的としたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明の請求項１記載の角形鋼管の製造設備は、支持手段により支持された丸鋼管の目的とする箇所を加熱する第１加熱手段と、この加熱箇所に丸鋼管長手方向の圧縮力を付与して加熱箇所の一部材料を増肉させる圧縮力付与手段と、加熱箇所の外面を規制する外面規制手段と、目的とする箇所に増肉部を成形した丸鋼管の全体を加熱する第２加熱手段と、全体を所定温度に加熱した丸鋼管を、その外面を全長に亘って扁平状とした角形鋼管に熱間成形する角形鋼管成形手段とにより構成され、前記圧縮力付与手段は、丸鋼管の一端面が当接自在な受け装置と、丸鋼管の他端面に当接自在な押し装置からなり、前記受け装置は、ベース体と、このベース体上に設けられた受け台車と、この受け台車側に立設された受圧体と、この受圧体とベース体側とに間に設けられた受け側クランプ装置とにより構成され、前記押し装置は、床上に設けられた主台車と、この主台車上に設けられた押し台車と、この押し台車上に立設された加圧体と、この加圧体と主台車側とに間に設けられた押し側クランプ装置とにより構成され、前記受け側クランプ装置と押し側クランプ装置とは、それぞれ丸鋼管を内外からクランプすべく構成され、前記受け装置と押し装置との間に前記第１加熱手段と前記外面規制手段とが設けられていることを特徴としたものである。
【００１３】
したがって請求項１の発明によると、まず、受け台車と押し台車とを互いに離間動（後退動）させた状態で、部分増肉を行う前の丸鋼管を支持手段上に載置させる。そして丸鋼管に、受け側クランプ装置や押し側クランプ装置や第１加熱手段や外面規制手段を配置した後に、受け台車と押し台車とを互いに接近動（前進動）させる。その際に、丸鋼管の一端を加圧体の前面に当接させて、丸鋼管を位置決めしている。この状態で、受け側クランプ装置や押し側クランプ装置により丸鋼管を内外からクランプする。
このようにセットした状態で、第１加熱手段により、丸鋼管の目的箇所への局部的な加熱を行ったのち、圧縮力付与手段により加熱箇所に丸鋼管長手方向の圧縮力を付与するとともに、加熱箇所の外面を外面規制手段により規制する。そして圧縮力は、主台車をベース体に接近動させ、以て受け側クランプ装置に対して押し側クランプ装置を接近動させることで得られる。この圧縮力により、第１加熱手段に対向した部分において、加熱箇所の一部材料を内面側へと順次増肉して、丸鋼管の一端面から所定距離の部分に、内側へ所望量でリング状に突出した増肉部を形成し得る。そして丸鋼管の全体を第２加熱手段により加熱したのち、角形鋼管成形手段によって角形鋼管に熱間成形することで、増肉した梁材連結部の外面に突出部が存在しない角形鋼管を製造し得る。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の第１の実施の形態を、図１〜図１２に基づいて説明する。
図１に示すように、角形鋼管の製造設備１０は、丸鋼管（原管）１の目的とする箇所（または加熱箇所と称す。）Ｂを加熱する第１加熱手段６０と、この加熱箇所Ｂに丸鋼管１の長手方向Ａの圧縮力を付与して加熱箇所Ｂの一部材料を増肉させる圧縮力付与手段２０と、加熱箇所Ｂの外面１ｂを規制する外面規制手段６７と、目的とする箇所Ｂに増肉部２を成形した丸鋼管１の全体を加熱する第２加熱手段７０と、加熱した丸鋼管１を、そのその外面５ｂを全長に亘って扁平状とした角形鋼管（製品）５に熱間成形する角形鋼管成形手段７５などにより構成されている。
【００１９】
図１、図１０の（ａ）に示すように、丸鋼管１としては、鋼管厚さｔが４．５ｍｍ〜５０．０ｍｍ、外径（直径）Ｄが２５０ｍｍ＋数ｍｍ〜６００ｍｍ＋数ｍｍで、ＳＭ４９０Ａ、ＳＭ５２０Ｂ、ＳＳ４００、ＳＮ４００Ｂ、ＳＮ４９０Ｂなどからなるものが使用される。そして丸鋼管１は、長手方向Ａにおける２箇所（１箇所または複数箇所）を１組として、２組（１組または複数組）が、増肉しようとする目的箇所Ｂに設定されている。なお丸鋼管１としては、最終製品となる正４角形状の角形鋼管５が所定の製品外寸Ｅ（２００ｍｍ〜５５０ｍｍ）となる外径Ｄのものが選択して使用される。
【００２０】
図２に示すように、前記製造設備１０における所定経路部分には、丸鋼管１を支持自在な支持手段１１が設けられ、この支持手段１１により丸鋼管１は、その長手方向Ａを横方向として支持され、かつ搬送される。この支持手段１１は、たとえば鼓形ローラ１２群により丸鋼管１を支持するローラコンベヤ形式とされている。
【００２１】
前記圧縮力付与手段２０は、前記支持手段１１により支持された丸鋼管１に長手方向Ａの圧縮力を付与するもので、丸鋼管１の一端面が当接自在な受け装置２１と、丸鋼管１の他端面に当接自在な押し装置４１などにより構成される。
【００２２】
前記受け装置２１は、ベース体２２と、このベース体２２上に設けられたガイドレール（図示せず。）に車輪２３を介して支持案内される受け台車２４と、前記ベース体２２上に設けられたラック体２５と、このラック体２５に噛合すべく受け台車２４側に設けられたピニオン２６と、このピニオン２６に連動連結すべく受け台車２４側に設けられた正逆駆動部（モータや減速機などからなる。）２７と、前記受け台車２４上に立設された受圧体２８と、この受圧体２８とベース体２２側とに間に設けられた受け側クランプ装置３０などにより構成されている。
【００２３】
ここで受け側クランブ装置３０は、受圧体２８側に設けられた内側クランプ部３１と、前記ベース体２２側に設けられた外側クランプ部３５とにより構成されている。すなわち内側クランプ部３１は、前記受圧体２８から押し装置４１側に向けて連設された腕体３２を有し、この腕体３２は多段シリンダー形式などにより伸縮自在に構成されている。そして腕体３２の遊端には、シリンダー装置３３の作動により丸鋼管１の半径方向に出退動されることで、丸鋼管１の内面１ａに当接離間自在な複数の内側クランプ片３４が設けられている。
【００２４】
また外側クランプ部３５は、前記ベース体２２における押し装置４１側の端部に設けられるもので、このベース体２２側に設けられる本体３６は、丸鋼管１の挿通を許す形状とされている。そして本体３６の内側には、シリンダー装置３７の作動により丸鋼管１の半径方向に出退動されることで、丸鋼管１の外面１ｂに当接離間自在な複数の外側クランプ片３８が設けられている。
【００２５】
前記押し装置４１は、床上に設けられたガイドレール（図示せず。）に車輪４２を介して支持案内される主台車４３と、この主台車４３上に設けられたガイドレール（図示せず。）に車輪４４を介して支持案内される押し台車４５と、前記主台車４３上に設けられたラック体４６と、このラック体４６に噛合すべく押し台車４５側に設けられたピニオン４７と、このピニオン４７に連動連結すべく押し台車４５側に設けられた正逆駆動部（モータや減速機などからなる。）４８と、前記押し台車４５上に立設された加圧体４９と、この加圧体４９と主台車４３側とに間に設けられた押し側クランプ装置５０などにより構成されている。
【００２６】
ここで押し側クランブ装置５０は、加圧体４９側に設けられた内側クランプ部５１と、前記主台車４３側に設けられた外側クランプ部５５とにより構成されている。なお押し側クランブ装置５０は、前述した受け側クランブ装置３０と同様な構成であって、その内側クランプ部５１は、腕体５２、シリンダー装置５３、内側クランプ片５４などにより構成され、また外側クランプ部５５は、本体５６、シリンダー装置５７、外側クランプ片５８などにより構成されている。
【００２７】
そしてベース体２２と主台車４３との間には、ベース体２２に対して主台車４３を接近離間動させるための圧縮力用シリンダー装置５９が設けられている。以上の２１〜５９などにより圧縮力付与手段２０の一例が構成される。
【００２８】
前記受け装置２１と前記押し装置４１との間には、丸鋼管１の目的箇所Ｂを外面１ｂ側から加熱させる前記第１加熱手段６０が設けられる。この第１加熱手段６０としては、高周波加熱方式や中周波加熱方式などが採用され、丸鋼管１の挿通を許すようにリング状に構成されている。
【００２９】
そして第１加熱手段６０は、移動装置６１の作動により丸鋼管１の長手方向Ａに移動自在に構成されている。前記移動装置６１は、ベース体２２側に設けられたシリンダー装置６２と、このシリンダー装置６２の伸縮動によって長手方向Ａに移動自在なリング体６３などからなる。ここでリング体６３は丸鋼管１に外嵌されるとともに、その内面側に前記第１加熱手段６０が設けられている。
【００３０】
さらにリング体６３の内面側には、第１加熱手段６０に対して押し装置４１側の位置に前記外面規制手段６７が設けられている。この外面規制手段６７は筒状ガイド形式であって、たとえばセラミックなどの耐熱性で通電しない材料により製作されている。そして外面規制手段６７は貫通状の規制部６８を有し、この規制部６８は、押し装置４１側が丸鋼管１の外径Ｄと同様の内径の直状規制面６８ａに形成されるとともに、受け装置２１側がラッパ状の傾斜状規制面６８ｂに形成されている。
【００３１】
また、リング体６３の内面側で、外面規制手段６７を中にして第１加熱手段６０とは反対側には冷却手段６５が設けられ、この冷却手段６５としては、たとえば丸鋼管１側に向けて冷却水を噴射可能な構成が採用されている。
【００３２】
図１に示すように、前記第２加熱手段７０は、たとえば加熱炉であって、目的とする箇所Ｂに増肉部２を成形した丸鋼管１を搬入し、搬出する（通過させる）ことで、この丸鋼管１の全体を加熱するように構成されている。
【００３３】
前記角形鋼管成形手段７５は、たとえば４個の平形ローラ７６が矩形状に配置されたローラ絞り形式であって、第２加熱手段７０により加熱した丸鋼管１を、その外面５ｂを全長に亘って扁平状とした角形鋼管５に熱間成形するように構成されている。なお、平形ローラ７６群からなる絞り成形部は、搬送方向において複数段に設けられ、以て丸鋼管１から角形鋼管５への熱間成形が、段階的に徐々に行われるように構成されている。
【００３４】
以下に、上記した第１の実施の形態において、増肉部２を有する角形鋼管５の製造作業を説明する。なお各部の動作は、制御装置（図示せず。）からの指示により行われる。
【００３５】
まず図２に示すように、それぞれの正逆駆動部２７，４８の駆動により受け台車２４と押し台車４５とを互いに離間動（後退動）させた状態で、たとえばクレーンなどの搬入手段により、部分増肉を行う前の丸鋼管１を支持手段１１の鼓形ローラ１２群上に載置させる。このとき第１加熱手段６０や外面規制手段６７は、たとえば左右に分割（分解）することで丸鋼管１の搬入を可能とし、そして搬入後に組み立て（接続）を行う。
【００３６】
また、受け側クランプ装置３０や押し側クランプ装置５０も、内側クランプ片３４，５４や外側クランプ片３８，５８を互いに離間動させた状態で、必要に応じて、同様に分割し、かつ組み立てを行う。これにより丸鋼管１に、受け側クランプ装置３０の外側クランプ部３５や、押し側クランプ装置５０の外側クランプ部５５や、第１加熱手段６０や、外面規制手段６７を外嵌して配置し得る。
【００３７】
この後に、正逆駆動部２７，４８の逆駆動により受け台車２４と押し台車４５とを互いに接近動（前進動）させて、丸鋼管１の両端から腕体３２，５２を挿入させ、その内側クランプ片３４，５４を外側クランプ片３８，５８に対向させる。その際に、丸鋼管１の一端を加圧体４９の前面に当接させ、以て丸鋼管１を位置決めしている。この状態で、内側クランプ片３４，５４や外側クランプ片３８，５８を互いに接近動させることで、受け側クランプ装置３０や押し側クランプ装置５０により丸鋼管１を内外からクランプし、そして第１加熱手段６０による加熱などによって、増肉部２の成形を行う。
【００３８】
ここで図３、図７の（ａ）は、１回目の増肉を終え、２回目の増肉を行う前を示している。すなわち、受け側クランプ装置３０は１回目の増肉部２の近くをクランプし、また押し側クランプ装置５０は、丸鋼管１の一端を加圧体４９の前面に当接させた位置決め姿勢で、所定箇所をクランプしている。そして第１加熱手段６０を、１回目の増肉部２に対して所定間隔Ｐを置いた目的箇所Ｂに対向させている。その際に、移動装置６１を作動させ、第１加熱手段６０を長手方向Ａに沿って移動させることで、この第１加熱手段６０を目的箇所Ｂに正確に対向し得る。
【００３９】
なお目的箇所Ｂは、この丸鋼管１を最終製品として使用する箇所、場所などに応じて決定しており、予め制御装置に入力して設定している。ここでは、丸鋼管１の一端面から設定距離Ｃの部分が１回目の目的箇所Ｂとされ、そして１回目の増肉部２に対して所定間隔Ｐを置いた部分が２回目の目的箇所Ｂとされ、これら設定距離Ｃや所定間隔Ｐは、増肉作用による長さ縮小分も含まれている。
【００４０】
上述したようにセットした状態で、図３、図７の（ａ）に示すように、第１加熱手段６０を作動させて丸鋼管１の目的箇所Ｂを加熱する。この局部的な加熱は、第１加熱手段６０の内面と丸鋼管１の外面１ｂとの隙間を小さくすることで、迅速に、また加熱費を安くして、さらに内面１ａ側まで十分に行える。なお、第１加熱手段６０による加熱幅Ｗは、たとえば５０ｍｍ〜３００ｍｍに設定されている。
【００４１】
次いで、第１加熱手段６０により目的箇所Ｂを加熱しながら、この目的箇所Ｂに丸鋼管１の長手方向Ａの圧縮力を付与させる。この圧縮力は、図４に示すように、圧縮力用シリンダー装置５９を収縮動させて主台車４３をベース体２２に接近動させ、以て受け側クランプ装置３０に対して押し側クランプ装置５０を接近動させることで得られる。この圧縮力により、図４や図７の（ｂ）に示すように、第１加熱手段６０に対向した部分において、加熱した目的箇所Ｂの一部材料を内外へと順次増肉し得、以て内外へ所望量でリング状に突出した増肉部２を形成し得る。
【００４２】
ここで増肉部２の増肉部長さＶは、増肉作用による長さ縮小により加熱幅Ｗに対して短くなっている。また増肉部２の内外突出による増肉部厚さＴは、使用目的に応じて任意に設定されるもので、たとえば鋼管厚さｔに対比して、［Ｔ＝１．５ｔ〜５．０ｔ］となっている。
【００４３】
このようにして増肉部２を形成した状態で、移動装置６１を作動させることによって、図４に示すように、リング体６３を長手方向Ａに沿って受け装置２１側へ移動させて、第１加熱手段６０を増肉部２から外す。その際に図４、図７の（ｂ）に示すように、増肉部２の外側突出部分に対して、外面規制手段６７を作用させる。
【００４４】
すなわち増肉部２の外側突出部分に対して、規制部６８の傾斜状規制面６８ｂが作用し、以て増肉部２における外側へ所望量でリング状に突出した部分を内側へ押し込み状に成形し得る。これにより丸鋼管１は、図８、図１０の（ｂ）に示すように、その外径Ｄを全長に亘って同一状とし得るとともに、目的箇所Ｂに、内側へのみリング状で厚く突出した増肉部厚さＴの増肉部２を形成した形状とし得る。
【００４５】
さらに移動装置６１を作動させることによって、図５、図７の（ｃ）に示すように、リング体６３を長手方向Ａに沿って受け装置２１側へ移動させて、冷却手段６５を増肉部２に対向させる。そして、冷却手段６５により、たとえば冷却水を増肉部２に向けて噴射させ、以て加熱状態にある増肉部２の部分を冷却させる。以上により２回目の増肉部２の成形を終える。
【００４６】
その後に、受け側クランプ装置３０と押し側クランプ装置５０とのクランプを解除させ、そして押し台車４５を前進動させて丸鋼管１を受け装置２１側に押し込み移動させる。その際に、圧縮力用シリンダー装置５９を伸展動させて主台車４３をベース体２２から離間動（復帰動）させるとともに、移動装置６１を作動させて第１加熱手段６０を押し装置４１側に復帰移動させる。そして、受け側クランプ装置３０と押し側クランプ装置５０とをクランプ動させることで、図６に示すように、３回目の増肉部２の成形を行う状態（最初の状態）にし得る。
【００４７】
このような増肉部２の成形を所定箇所（所定数）で行ったのち、上述とは逆動作を行うことで、長手方向Ａにおける２箇所を１組として、２組の合計４箇所に増肉部２を成形した丸鋼管１を取り出し得る。すなわち丸鋼管１には、図１に示すように、その端面から設定距離Ｃの部分と、この設定距離Ｃの部分から所定間隔Ｐだけ離れた部分とに、内側へ所望量でリング状に突出した増肉部２を形成し得る。
【００４８】
次いで、目的とする箇所Ｂに増肉部２を形成した丸鋼管１を、第２加熱手段（加熱炉）７０に搬入して加熱したのち、この第２加熱手段７０から搬出させる（通過させる）ことで、この丸鋼管１の全体を所定温度（たとえば、Ａ３変態点を越える温度）に加熱し得る。
【００４９】
そして、第２加熱手段７０から搬出した丸鋼管１を角形鋼管成形手段７５によって熱間成形する。すなわち、図１や図９や図１０の（ｃ）に示すように、加熱した丸鋼管１を平形ローラ７６群によって絞り成形することで、大きい外径Ｄであった丸鋼管１を、所期の製品外寸Ｅの角形鋼管５に熱間成形し得る。
【００５０】
これにより、第２加熱手段７０により加熱した丸鋼管１を、角形鋼管成形手段７５によって角形鋼管５に熱間成形し得、その際に角形鋼管５は、その外面５ｂが全長に亘って扁平状となるようにし得るとともに、目的箇所Ｂに、内側へのみリング状で厚く突出した増肉部厚さＴの増肉部２を形成した形状とし得る。なお、角形鋼管成形手段７５により熱間成形した角形鋼管５は、冷却床などにおいて自然冷却し得る。
【００５１】
そして製品である角形鋼管５を、たとえば支柱に使用し、２箇所１組の増肉部２を梁材連結位置（梁材連結部）として、図１１、図１２に示すように、梁材１００を溶接１０５により結合する。ここで梁材１００は、上フランジ部１０１と下フランジ部１０２とウエブ部１０３とによるＨ型鋼からなる。
【００５２】
その際に梁材１００における溶接側の端面（溶接接合面）、すなわち上フランジ部１０１と下フランジ部１０２とウエブ部１０３との端面は、角形鋼管５の外面５ｂが扁平状であることから、直線状端面１０１ａ，１０２ａ，１０３ａに形成されている。これにより、梁材１００の端面は切断状でよいことになって、加工を省略し得、以て梁材１００の製作を簡素化し得るとともに、コストダウンを可能にし得る。
【００５３】
このような直線状端面１０１ａ，１０２ａ，１０３ａを有する梁材１００の溶接１０５は、増肉部２が存在する部分の外面５ｂを梁材連結位置（梁材連結部）として、その外面５ｂに直線状端面１０１ａ，１０２ａ，１０３ａを当て付けた状態で行う。その際に、前述したように増肉部２の外面５ｂは、全長に亘って扁平状となっていることから、両者５，１００間に隙間は殆ど生ぜず、良好な溶接（連結）を能率よく行え、さらに溶接精度や強度を向上し得る。
【００５４】
また、外面５ｂが扁平状となっていることから、角形鋼管５の外面５ｂと上フランジ部１０１の上面とが成すコーナ部は直角状に形成されることになり、したがって、梁材１００の上フランジ部１０１上に載置される床版（デッキプレート）１０７は、角形鋼管５の外面５ｂまで梁上面と同一状のレベルで近接させることが可能となり、以て床版１０７として、端部をＲ状部に沿うように形成した別物を用意する必要もなく、施工時間も大幅に短縮され、高品質の床版１０７を確保し得る。これらのことにより、全体のコストダウンが可能となる。
【００５５】
次に、本発明の第２の実施の形態を、図１３に基づいて説明する。
すなわち角形鋼管５は、３箇所１組の増肉部２を形成することで梁材連結位置（梁材連結部）としている。これによると、上位と下位の増肉部２が存在する部分の外面５ｂに、上フランジ部１０１と下フランジ部１０２とを当て付けた状態で、強軸梁材１００の溶接１０５を行える。また、上位と中間の増肉部２が存在する部分の外面５ｂに、上フランジ部１０１Ａと下フランジ部１０２Ａとを当て付けた状態で、弱軸梁材１００Ａの溶接１０５を行える。
【００５６】
次に、本発明の第３の実施の形態を、図１４に基づいて説明する。
すなわち、丸鋼管１に対する所定間隔Ｐのピッチを短く設定することで、目的とする箇所Ｂを丸鋼管長手方向Ａの一箇所（少なくとも一箇所）として、増肉部２を、梁材連結部を形成する長さＬに成形している。
【００５７】
この第３の実施の形態によると、上フランジ部１０１と下フランジ部１０２とウエブ部１０３との全てを増肉部２に対向させた状態で、梁材１００の溶接１０５を行え、以て強固な溶接結合を行うことができる。
【００５８】
次に、本発明の第４の実施の形態を、図１５に基づいて説明する。
すなわち角形鋼管５は、２箇所１組の増肉部２を形成するとともに、両増肉部２間に中間厚増肉部３を形成することで、梁材連結位置（梁材連結部）としている。その際に、鋼管厚さｔに対して増肉部厚さＴは２．５〜５．０倍とされ、そして中間厚増肉部厚さＴｔは鋼管厚さｔと増肉部厚さＴとの間、つまり［ｔ＜Ｔｔ＜Ｔ］とされている。
【００５９】
この第４の実施の形態によると、上フランジ部１０１と下フランジ部１０２とウエブ部１０３との全てを増肉部２，３に対向させた状態で、梁材１００の溶接１０５を行え、以て強固な溶接結合を行うことができる。
【００６０】
上記した実施の形態において、圧縮力を得るために圧縮力用シリンダー装置５９を採用しているが、これはねじ送り形式などであってもよい。
上記した実施の形態において、増肉部２を成形した丸鋼管１を、第２加熱手段７０により全体可及的に均一に加熱（たとえば、Ａ３変態点を越える温度で加熱）させることにより、管内部に発生した応力の除去、加工に伴う材質の著しい劣化の回復などが可能となり、性能を均質化して良質な角形鋼管（製品）５を得ることができるとともに、建築の鉄骨柱材として使用された場合において、地震時に増肉部２から角形鋼管５の本体部分への応力の伝達がスムースに行われ、角形鋼管５の増肉形状による優位性と相まって、より一層の地震エネルギーの吸収が期待できる。
【００６１】
上記した実施の形態では、１個の第１加熱手段６０により加熱が行われているが、これは１個以上の第１加熱手段により加熱が行われる形式であってもよい。また第１加熱手段６０にそれぞれ補助加熱手段が設けられた形式であってもよい。
【００６２】
上記した実施の形態では、角形鋼管成形手段７５として平形ローラ７６が多数配置されたローラ絞り形式が採用されているが、これはプレス形式などであってもよい。
【００６３】
【発明の効果】
上記した本発明の請求項１によると、まず、受け台車と押し台車とを互いに離間動（後退動）させた状態で、部分増肉を行う前の丸鋼管を支持手段上に載置する。そして丸鋼管に、受け側クランプ装置や押し側クランプ装置や第１加熱手段や外面規制手段を配置した後に、受け台車と押し台車とを互いに接近動（前進動）させ、その際に、丸鋼管の一端を加圧体の前面に当接させて、丸鋼管を位置決めできる。この状態で、受け側クランプ装置や押し側クランプ装置により丸鋼管を内外からクランプすることで、丸鋼管をセットできる。
このようにセットした状態で、第１加熱手段により、丸鋼管の目的箇所への局部的な加熱を行ったのち、圧縮力付与手段により加熱箇所に丸鋼管長手方向の圧縮力を付与できるとともに、加熱箇所の外面を外面規制手段により規制できる。そして圧縮力は、主台車をベース体に接近動させ、以て受け側クランプ装置に対して押し側クランプ装置を接近動させることで得ることができる。この圧縮力により、第１加熱手段に対向した部分において、加熱箇所の一部材料を内面側へと順次増肉して、丸鋼管の一端面から所定距離の部分に、内側へ所望量でリング状に突出した増肉部を形成できる。そして丸鋼管の全体を第２加熱手段により加熱したのち、角形鋼管成形手段によって角形鋼管に熱間成形することで、増肉した梁材連結部の外面に突出部が存在しない角形鋼管を容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示し、角形鋼管の製造設備における工程説明図である。
【図２】同角形鋼管の製造設備における圧縮力付与手段部分で、丸鋼管をセットした状態での一部切り欠き側面図である。
【図３】同角形鋼管の製造設備における圧縮力付与手段部分で、目的箇所に対する加熱時の一部切り欠き側面図である。
【図４】同角形鋼管の製造設備における圧縮力付与手段部分で、増肉作用時の一部切り欠き側面図である。
【図５】同角形鋼管の製造設備における圧縮力付与手段部分で、冷却作用時の一部切り欠き側面図である。
【図６】同角形鋼管の製造設備における圧縮力付与手段部分で、次の目的箇所に対する加熱時の一部切り欠き側面図である。
【図７】同角形鋼管の製造設備における圧縮力付与手段部分で、（ａ）は目的箇所に対する加熱時の要部の縦断側面図、（ｂ）は増肉作用時の要部の縦断側面図、（ｃ）は冷却作用時の要部の縦断側面図である。
【図８】同角形鋼管の製造設備で、増肉した丸鋼管の要部の縦断側面図である。
【図９】同角形鋼管の製造設備における角形鋼管成形手段部分で、熱間成形時の要部の縦断側面図である。
【図１０】同角形鋼管の製造設備における管の変化を示し、（ａ）は丸鋼管の縦断正面図、（ｂ）は増肉した丸鋼管の縦断正面図、（ｃ）は熱間成形した角形鋼管の縦断正面図である。
【図１１】同角形鋼管の製造設備により製造した角形鋼管の使用状態であって、梁材を溶接した状態での縦断側面図である。
【図１２】同角形鋼管の製造設備により製造した角形鋼管の使用状態であって、梁材を溶接した状態での横断平面図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態を示し、角形鋼管の製造設備により製造した角形鋼管の使用状態であって、梁材を溶接した状態での縦断側面図である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態を示し、角形鋼管の製造設備により製造した角形鋼管の使用状態であって、梁材を溶接した状態での縦断側面図である。
【図１５】本発明の第４の実施の形態を示し、丸形鋼管の製造設備により製造した丸形鋼管の使用状態であって、梁材を溶接した状態での縦断側面図である。
【符号の説明】
１ 丸鋼管（原管）
１ａ 内面
１ｂ 外面
２ 増肉部
３ 中間厚増肉部
５ 角形鋼管（製品）
５ｂ 外面
１０ 製造設備
１１ 支持手段
２０ 圧縮力付与手段
２１ 受け装置
２４ 受け台車
２７ 正逆駆動部
２８ 受圧体
３０ 受け側クランプ装置
３１ 内側クランプ部
３５ 外側クランプ部
４１ 押し装置
４３ 主台車
４５ 押し台車
４８ 正逆駆動部
４９ 加圧体
５０ 押し側クランプ装置
５１ 内側クランプ部
５５ 外側クランプ部
５９ 圧縮力用シリンダー装置
６０ 第１加熱手段
６１ 移動装置
６５ 冷却手段
６７ 外面規制手段
６８ 規制部
６８ａ 直状規制面
６８ｂ 傾斜状規制面
７０ 第２加熱手段
７５ 角形鋼管成形手段
７６ 平形ローラ
１００ 梁材（強軸梁材）
１００Ａ 弱軸梁材
１０１ 上フランジ部
１０１Ａ 上フランジ部
１０２ 下フランジ部
１０２Ａ 下フランジ部
１０３ ウエブ部
１０３Ａ ウエブ部
１０５ 溶接
１０７ 床版
Ａ 長手方向
Ｂ 目的箇所（加熱箇所）
Ｃ 設定距離
Ｐ 所定間隔
Ｄ 丸鋼管の外径
Ｅ 製品外寸
Ｔ 増肉部厚さ
ｔ 鋼管厚さ
Ｔｔ 中間厚増肉部厚さ
Ｗ 加熱幅
Ｖ 増肉部長さ
Ｌ 梁材連結部を形成する長さ
Claims (1)
- 支持手段により支持された丸鋼管の目的とする箇所を加熱する第１加熱手段と、この加熱箇所に丸鋼管長手方向の圧縮力を付与して加熱箇所の一部材料を増肉させる圧縮力付与手段と、加熱箇所の外面を規制する外面規制手段と、目的とする箇所に増肉部を成形した丸鋼管の全体を加熱する第２加熱手段と、全体を所定温度に加熱した丸鋼管を、その外面を全長に亘って扁平状とした角形鋼管に熱間成形する角形鋼管成形手段とにより構成され、前記圧縮力付与手段は、丸鋼管の一端面が当接自在な受け装置と、丸鋼管の他端面に当接自在な押し装置からなり、前記受け装置は、ベース体と、このベース体上に設けられた受け台車と、この受け台車側に立設された受圧体と、この受圧体とベース体側とに間に設けられた受け側クランプ装置とにより構成され、前記押し装置は、床上に設けられた主台車と、この主台車上に設けられた押し台車と、この押し台車上に立設された加圧体と、この加圧体と主台車側とに間に設けられた押し側クランプ装置とにより構成され、前記受け側クランプ装置と押し側クランプ装置とは、それぞれ丸鋼管を内外からクランプすべく構成され、前記受け装置と押し装置との間に前記第１加熱手段と前記外面規制手段とが設けられていることを特徴とする角形鋼管の製造設備。
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