JP7075281B2

JP7075281B2 - 四角ボックス柱の製造方法

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Publication number: JP7075281B2
Application number: JP2018095119A
Authority: JP
Inventors: 則俊鬼頭; 賢二加藤
Original assignee: 大同マシナリー株式会社
Priority date: 2018-05-17
Filing date: 2018-05-17
Publication date: 2022-05-25
Anticipated expiration: 2038-05-17
Also published as: JP2019198929A

Description

本発明は、四角ボックス柱の製造方法に関する。更に詳しくは、四枚の鋼製の厚板を組み合わせて構築され、大型建造物等の柱部材として主に使用される、四角筒状の四角ボックス柱の製造過程で実施され、エレクトロスラグ溶接を行う溶接作業用の長孔を設けるための四角ボックス柱の製造方法に関する。

従来、高層ビルやスポーツ競技施設等の建築物、高速道路や鉄橋等の橋脚、或いは、タンカー、大型客船、または貨物船等の大型船舶など、種々の大型の建造物や構造物を建築または建造することが行われている。これらの大型の建造物や構造物など（以下、「大型建造物等」と称す。）を建造等する場合において、主骨格となる柱部材として、鋼製の厚板（スキンプレート）を組み合わせて構築された四角ボックス柱と呼ばれる建築構造材料が多く用いられている。四角ボックス柱は、四枚の厚板によって囲まれた空間を内部に有し、四角筒状（或いは四角管状）を呈し、高強度性及び高耐荷重性等に優れた部材として、種々の産業分野において実施されている。

以下、四角ボックス柱の構成について具体的に説明する。四角ボックス柱１００は、例えば、図８～図１０に示されるように、互いに離間して配された鋼製の一対の縦板１０１ａ，１０１ｂと、当該縦板１０１ａ，１０１ｂとそれぞれ接続された鋼製の一対の横板１０２ａ，１０２ｂとを有し、縦板１０１ａ，１０１ｂの側辺、及び、横板１０２ａ，１０２ｂの側辺を連結し、四角筒状に組み合わせて構築されたものである。ここで、縦板１０１ａ等が“厚板（フランジ）”に相当し、横板１０２ａ等が“厚板（ウェブ）”にそれぞれ相当する。縦板１０１ａ，１０１ｂ及び横板１０２ａ，１０２ｂのそれぞれの側辺の連結箇所（隅部）は、例えば、「サブマージアーク溶接」によって接合されている。

四角筒状を呈する四角ボックス柱１００の内部は、縦板１０１ａ等及び横板１０２ａ等によって囲まれた空間Ｓが存在している。そのため、四角ボックス柱１００に、例えば、横方向（縦板１０１ａ等に直交する方向）から強い荷重が加わると、上記空間Ｓが押し潰され、縦板１０１ａ等及び横板１０２ａ等の一部が撓んだり、或いは変形したりする可能性があった。そこで、四角ボックス柱１００の耐荷重性等の強度を向上させる目的で、上記の空間Ｓに、四角ボックス柱１００の断面方向を略閉塞するように、複数の補強材（ダイヤフラム１０４）が所定の間隔で挿設されている。これにより、四角ボックス柱１００に対し、上記のような強い荷重が加わっても、複数のダイヤフラム１０４によって縦板１０１ａ等の変形などの不具合を防ぐことができる。そのため、四角ボックス柱１００の耐荷重性等が更に高められることになり、大型建造物等の柱部材として高い安全性を確保して広く用いることができる。

ここで、補強材として使用されるダイヤフラム１０４は、四角ボックス柱１００の内部の空間Ｓの断面形状と略一致し、所定の厚さで形成された略矩形状の板状部材であり、縦板１０１ａ等と同様に鋼製の厚板によって構成されている。そして、四角ボックス柱１００の内部の空間Ｓに配設され、縦板１０１ａ等及び横板１０２ａ等の空間Ｓに相対する内面１０３と、ダイヤフラム１０４の側辺１０５とを溶接することで、ダイヤフラム１０４は縦板１０１ａ等に接合され、固定される（例えば、特許文献１参照）。

なお、補強材として使用されるダイヤフラム１０４の中には、例えば、中央部分に円形状の刳抜孔１０９を有するものであっても構わない（図８参照）。係る刳抜孔１０９を有しても補強材としての機能を十分に発揮することができる。更に、四角ボックス柱１００を柱部材として大型建造物の一部に設置した後、当該四角ボックス柱１００の内部の空間Ｓにコンクリート材を流し込み、その後固化させることで、四角ボックス柱１００の内部にコンクリートを充填した柱部材が構築されることがある。複数のダイヤフラム１０４によってそれぞれ区画された四角ボックス柱１００の内部の空間Ｓを、上記刳抜孔１０９によって連通させることができ、コンクリート材の流し込み作業を容易に行う利点を有している。内部の空間Ｓに充填されたコンクリート材が完全に固化することで、四角ボックス柱１００の耐荷重性等の力学的特性を更に向上させることができる。

ここで、四角ボックス柱１００にダイヤフラム１０４を固定する場合、例えば、一対の縦板１０１ａ，１０１ｂ及び一対の横板１０２ａ，１０２ｂを仮溶接し、四角筒状に仮組みした仮組体１１０を準備する（図９参照）。そして、縦板１０１ａ等及び横板１０２ａ等の内面１０３とダイヤフラム１０４の側辺１０５との間を、それぞれ「エレクトロスラグ溶接」によって溶接することが行われる。

エレクトロスラグ溶接を実施するために、縦板１０１ａ等（または横板１０２ａ等）の内面１０３及びダイヤフラム１０４の側辺１０５の間に所定の空隙１０６を設け、当該空隙１０６に溶接用のトーチ（図示しない）を進入させ、溶接を行いながら徐々にトーチを空隙１０６から引出し、溶接層１０７を内面１０３及び側辺１０５の間に形成する必要がある。そして、最終的には、縦板１０１ａ等（または横板１０２ａ等）、及び、ダイヤフラム１０４の間に均一な幅で形成された溶接層１０７によって、縦板１０１ａ等とダイヤフラム１０４との間が強力に固定されることになる（図１０参照）。

エレクトロスラグ溶接の実施前のダイヤフラム１０４は、縦板１０１ａ等の内面１０３に当該ダイヤフラム１０４の幅と略一致する間隔で互いに離間した一対の当板１０８の間に取付けられている（例えば、図９参照）。そのため、上記のような仮組みされた仮組体１１０において、溶接用のトーチの先端を仮組体１１０の内部に進入させるための溶接作業用の“孔Ｈ”を縦板１０１ａ等（または横板１０２ａ等）にあける孔あけ加工が必要となっている。ここで、孔Ｈの孔あけ加工のためには、例えば、周知のガントリー型穿孔装置等の設備が主に用いられている。

エレクトロスラグ溶接を行うための縦板１０１ａ等及びダイヤフラム１０４の側辺１０５の間の空隙１０６は、断面視で一般的に横長形状をしている。すなわち、エレクトロスラグ溶接において、溶接用のトーチの先端を横方向に移動させながら溶接層１０７を形成する必要があった。そのため、溶接作業用に孔あけする孔Ｈも空隙１０６の形状に合わせて横長形状の長孔にする必要があった。

しかしながら、上記したガントリー型穿孔装置による孔あけ加工は、ドリル径に相当する円形状の貫通孔しかあけることができなかった。そのため、長孔（孔Ｈ）を形成するために、別の工程が実施されていた。例えば、ガントリー型穿孔装置を用いて、縦板１０１ａ等に対して、一対の円形状の基準孔を設けた後（基準孔形成工程）、当該基準孔の間の領域をガス溶断によって除去するガス溶断工程が実施されていた。これにより、一対の基準孔が連通した横長形状の長孔を形成することができる。

特開平７－１１４８号公報

上記に示したように、エレクトロスラグ溶接のために設ける孔は、長孔とする必要があり、ガントリー型穿孔装置を用いた一対の基準孔を形成する基準孔形成工程と、基準孔の間をガス溶断するガス溶断工程の二つの工程が必要であった。

基準孔形成工程は、予めデータ入力した値によってプログラミング制御し、自動化することが可能であった。しかしながら、ガス溶断工程は、熟練した技術者によって主に手作業で実施されることが多く、作業時間が多くかかることがあった。特に、一つの四角柱ボックス柱に対しては、複数の箇所に上記長孔を形成する必要があるため、技術者に多くの作業負担を課すとともに、作業時間が更に長くなる傾向があった。

加えて、近年においては、ガス溶断を行うことのできる熟練した技術者の数が不足し、技術者の確保に問題が生じることがあった。特に、ガス溶断の経験が浅い技術者の場合、ガス溶断工程に作業時間が長くなる傾向があった。また、ガス溶断による加工精度が安定しないことがある等の不具合を生じることがあった。そのため、ガス溶断工程を実施することなく、四角ボックス柱に対する横長形状の孔あけ加工作業を実施することができるとともに、作業の省力化、作業時間の短縮化、及び自動化可能な技術であって、安定した加工精度を維持することのできる孔あけ加工技術の開発が期待されていた。

そこで、本発明は、上記実情に鑑み、四角ボックス柱の製造過程で実施されるエレクトロスラグ溶接のための溶接作業用の長孔を、ガス溶断工程を必要とすることなく、安定した加工精度を維持し、かつ作業時間の短縮化及び自動化の可能な四角ボックス柱の製造方法の提供を課題とするものである。

本発明によれば、上記課題を解決した四角ボックス柱の製造方法が提供される。

［１］四角ボックス柱を構成する厚板に溶接作業用の長孔を形成するための四角ボックス柱の製造方法であって、前記厚板を貫通する第一基準孔、及び前記第一基準孔から離間した位置に設けられ、前記第一基準孔と同一の孔径の前記厚板を貫通する第二基準孔をそれぞれ穿孔ドリルにより形成する基準孔形成工程と、前記第一基準孔及び前記第二基準孔の間をプランジカッターによって除去し、前記第一基準孔及び前記第二基準孔を連通させた長孔を形成するプランジ加工工程とを具備する四角ボックス柱の製造方法。

［２］前記第一基準孔の第一孔中心及び前記第二基準孔の第二孔中心を結ぶ仮想線に沿って、前記プランジカッターのカッター中心を前記第一孔中心から前記第二孔中心に向けて段階的に近接させるカッター移動工程を更に具備する前記［１］に記載の四角ボックス柱の製造方法。

［３］四角ボックス柱を構成する厚板に溶接作業用の長孔を形成するための四角ボックス柱の製造方法であって、前記厚板を貫通する基準孔を穿孔ドリルにより形成する基準孔形成工程と、前記基準孔の孔中心から所定方向に沿って、前記基準孔の周囲の前記厚板をプランジカッターによって除去し、前記基準孔を含む長孔を形成するプランジ加工工程とを具備する四角ボックス柱の製造方法。

［４］前記基準孔の前記孔中心から所定方向に延びる仮想線に沿って、前記プランジカッターのカッター中心を前記孔中心から段階的に離間させるカッター移動工程を更に具備する前記［３］に記載の四角ボックス柱の製造方法。

［５］前記基準孔形成工程は、前記第一基準孔及び前記第二基準孔を穿設する穿孔ドリルを装着したガントリー型穿孔装置が用いられ、前記ガントリー型穿孔装置の前記穿孔ドリルを前記プランジカッターに交換した前記ガントリー型穿孔装置が用いられる前記［１］または［２］に記載の四角ボックス柱の製造方法。

［６］エレクトロスラグ溶接後のビードを前記ガントリー型穿孔装置に取り付けられたミーリング工具を用いて除去するビード除去工程を更に具備する前記［５］に記載の四角ボックス柱の製造方法。

本発明の四角ボックス柱の製造方法によれば、ガス溶断工程を必要とすることなく、四角ボックス柱を構築するためのエレクトロスラグ溶接用の長孔（長孔）を、高い精度で安定的に、かつ低コストで形成することができる。

本発明の一実施形態である四角ボックス柱の製造方法に使用されるガントリー型穿孔装置及び孔あけ加工の対象となる仮組体の一例を示す説明図である。厚板に穿孔された第一基準孔及び第二基準孔を模式的に示す説明図である。図２の模式断面図である。プランジ加工工程を示す模式断面図である。一回目のプランジ加工工程の終了後を示す説明図である。図５の模式断面図である。孔あけ加工の完了後の状態を模式的に示す説明図である。四角ボックス柱の概略構成を示す斜視図である。仮組体の概略構成を示す正面図である。ダイヤフラムの溶接後の四角ボックス柱の概略構成を示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の四角ボックス柱の製造方法について詳述する。ここで、本発明の四角ボックス柱の製造方法は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、種々の設計の変更、修正及び改良等を加え得るものである。

１．四角ボックス柱の製造方法
本発明の一実施形態の四角ボックス柱の製造方法１（以下、単に「製造方法１」と称す。）は、四角ボックス柱を構築する製造過程で実施され、四枚の厚板２（縦板及び横板）を組み合わせたワークＷ（仮組体）の内部に挿設される補強用のダイヤフラムをエレクトロスラグ溶接によって固定するための溶接作業用の長孔ＬＨ（図７参照）を形成するものである。なお、四角ボックス柱、仮組体、及びダイヤフラムは、既に示した図８～図１０と基本的に同一の構成を備えているため、ここでは詳細な説明は省略する。

製造方法１について、更に、具体的に説明すると、当該製造方法１は、厚板２を貫通する第一基準孔３、及び第一基準孔３から離間した位置に設けられ、厚板２を貫通する第二基準孔４をそれぞれ形成する基準孔形成工程Ｓ１と、貫通した第一基準孔３及び第二基準孔４の間をプランジカッター２０（図４参照）によって除去し、第一基準孔３及び第二基準孔４を連通させた横長形状の孔（長孔ＬＨ（図７参照））を形成するプランジ加工工程Ｓ２とを具備して主に構成されている。ここで、厚板２は、スキンプレートとも呼称され、一対の縦板（フランジ）及び一対の横板（ウェブ）として構成されるものである。また、第一基準孔３及び第二基準孔４は、同一の孔径で形成されている。

ここで、上記基準孔形成工程は、厚板２を貫通する一つ基準孔、換言すれば、上記第一基準孔３のみを形成するものであっても構わない。更に、プランジ加工工程は、上記のような第一基準孔３及び第二基準孔４の間をプランジカッター２０によって除去するものでなく、一つの基準孔の孔中心から所定方向に沿って当該基準孔の周囲の厚板を除去し、基準孔を含む長孔を形成するものであっても構わない。

すなわち、エレクトロスラグ溶接を行うための溶接作業用の長孔の長さが短い場合には、一対の基準孔（第一基準孔３及び第二基準孔４）を形成する必要はなく、一つの基準孔のみを形成するものであってもよい。これにより、基準孔を二つ設ける必要がなく、作業時間の短縮を図ることができる。以下において、特に断りのない限り、厚板２に対して第一基準孔３及び第二基準孔４を設けたものを例として説明を行うものとする。

更に、本実施形態の製造方法１は、エレクトロスラグ溶接後の溶接ビード１１２（図１０参照）を除去する溶接ビード除去工程を具備するものであっても構わない。すなわち、図９，１０に示されるように、縦板１０１ａ等の内面１０３及びダイヤフラム１０４の側辺１０５の間に形成された空隙１０６に、厚板２にあけられた孔Ｈを介して溶接用のトーチ（図示しない）を進入させ、溶接（エレクトロスラグ溶接）を行いながら徐々にトーチを空隙１０６から引き出すことにより、当該空隙１０６に充填された溶接層１０７が形成される。このとき、溶接層１０７の一部は、図１０に示すように、縦板１０１ａ等の外面１１１から突出（または盛出）した部位である溶接ビード１１２が残る。

そこで、この外面１１１から突出した溶接層１０７の一部である溶接ビード１１２が溶接ビード除去工程によって除去される。ここで、溶接ビード除去工程は、例えば、後述するガントリー型穿孔装置１０のドリルユニット１４（詳細は後述する）にエンドミル等のミーリング工具を取設したものを用いることができる。これにより、溶接ビード１１２の除去（ガウジング、或いははつり）作業を自動化することができる。そのため、主に手作業で実施していた溶接ビード１１２の除去時間の短縮化及び作業工数の削減化によって、作業効率をより良好なものとすることができる。

２．ガントリー型穿孔装置
上記の製造方法１において、基準孔形成工程Ｓ１及びプランジ加工工程Ｓ２は、それぞれ周知の穿孔装置であるガントリー型穿孔装置１０（以下、単に「穿孔装置１０」と称す。）等を用いて実施することができる（図１参照）。ここで穿孔装置１０は、載置テーブル１１、一対のＸ軸ガイドレール１２ａ，１２ｂ、ガントリーユニット１３、及びドリルユニット１４等を具備して主に構成されている。

穿孔装置１０について、更に詳しく説明すると、穿孔装置１０の載置テーブル１１は、Ｘ軸（図１における紙面左右方向に相当）及び当該Ｘ軸に直交するＹ軸（図１における紙面上下方向に相当）が規定され、載置テーブル１１の上面に、ワークＷの長手方向をＸ軸に沿って、横置きにした状態で載置するためのものである。ワークＷのサイズは、特に限定されるものではないが、上述したように最終製品として柱部材となる鋼製の四角ボックス柱であるため、例えば、幅が２００ｍｍ～１５００ｍｍ程度のものが使用されることがあり、長さが数十ｍを超えるものがある。そのため、かかる長尺体、かつ重量物のワークＷを水平方向に一致させた状態で、下方から安定して支持するために、載置テーブル１１は堅牢な構造である必要がある。これにより、ワークＷは、自重によって撓むことなく、水平方向の長手方向を一致させた状態で載置テーブル１１に載置される。

載置テーブル１１に載置された穿孔対象及び加工対象のワークＷの任意の位置に、載置テーブル１１のＸ軸（図１参照）及びＸ軸に直交するＹ軸（図１参照）に沿ってガントリーユニット１３及びドリルユニット１４を転動させ、ドリルユニット１４に装着された穿孔ドリル（図示しない）を穿孔位置に合わせることができる。その後、穿孔ドリルを回転させた状態でドリルユニット１４をＸ軸及びＹ軸に直交するＺ軸方向（図１における紙面奥行き方向に相当、または図４参照）に移動させることで、穿孔ドリルによって厚板２に第一基準孔３及び第二基準孔４を穿設することができる（図２参照）。なお、ガントリーユニット１３及びドリルユニット１４の転動及びドリルユニット１４の稼働は、周知の各種の駆動モータやギア等の駆動手段（図示しない）を用いることでそれぞれ可能となっている。また、ガントリーユニット１３及びドリルユニット１４の転動位置、換言すれば、穿孔ドリル等のドリル位置は、プログラミングされた数値制御によって任意の位置まで正確に移動させることができる。更に、ドリルユニット１４による穿孔ドリルの回転数や送り速度等は任意に制御することができる。また、第一基準孔３等の孔あけに使用する穿孔ドリルは、周知のものを使用することができる。すなわち、本発明の加工方法は、従来から使用されている設備を流用することが可能であり、新たな設備コストがかかることがない。

図２は、厚板２（ワークＷ）に穿孔した第一基準孔３及び第二基準孔４を上方から視た拡大断面図である。ここで、図２は第一基準孔３等の周囲の一定の範囲を示したものであり、図２における二点鎖線は厚板２の境界を示すものではない（以下、図３、図４、図５、図６、及び図７において同じ）。

更に、穿孔装置１０は、ドリルユニット１４に装着した穿孔ドリルをプランジカッター２０に交換することでプランジ加工工程Ｓ２を実施することができる。ここで、プランジ加工工程Ｓ２（プランジ加工）は、先端に切れ刃２１が設けられたプランジカッター２０を、厚板２に対して垂直方向（Ｚ軸方向：図４参照）に沿って移動させることにより、厚板２の切削加工を行うことが可能なものである。ここで、プランジカッター２０自体は、周知のものであり、既存のプランジカッターを使用することができる。また、プランジ加工工程Ｓ２による、厚板２の切削条件は任意に設定することができる。例えば、本実施形態の製造方法１は、先端に一対の切れ刃２１が互いに１８０°の間隔で離間して配置されたプランジカッター２０が用いられている。

加えて、穿孔装置１０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って自在に転動可能なガントリーユニット１３及びドリルユニット１４に係る構成を備えているため、厚板２に既に設けられた第一基準孔３の第一孔中心３ｃと、第二基準孔４の第二孔中心４ｃを結ぶ仮想線Ｌに沿ってプランジカッター２０のカッター中心２０ｃをプログラミングされた数値制御によって移動させることできる（カッター移動工程Ｓ３）。更に、プランジカッター２０の移動は、第一孔中心３ｃから第二孔中心４ｃに向けてカッター中心２０ｃを段階的に近接させるようにプログラムされている。

ここで、カッター移動工程Ｓ３におけるプランジカッター２０の移動距離は、任意のものとすることができる。例えば、上記仮想線Ｌに沿って第一孔中心３ｃから第二孔中心４ｃに向かって５ｍｍずつ段階的に移動させるような数値制御を行うことができる。これにより、プランジ加工工程Ｓ２及びカッター移動工程Ｓ３を複数回繰り返すことで、最終的に第一基準孔３及び第二基準孔４の間の領域Ｒ（図２等参照）を除去し、第一基準孔３及び第二基準孔４が連通した長孔ＬＨを形成することができる。これにより、孔あけ加工が完了する。ここで、図２において、プランジ加工Ｓ２によって削り取られる領域Ｒにハッチングを施して示している。

カッター移動工程Ｓ３におけるプランジカッター２０の移動距離は、上記示したように、第一孔中心３ｃ及び第二孔中心４ｃの間を等間隔にしたものに限定されるものではない。例えば、厚板２に第一基準孔３及び第二基準孔４があけられた状態（図２参照）で、第一回目のプランジ加工工程Ｓ２を実施する場合、第一孔中心３ｃからのカッター中心２０ｃの移動距離Ｌ１（図５参照）を、第二回目以降のプランジ加工工程Ｓ２の移動距離Ｌ２等（詳細は後述する）よりも広く設定したものであっても構わない。

プランジ加工工程Ｓ２による厚板２の切削により、プランジカッター２０で削り取られた削り屑（切り屑）等が必然的に発生する。このとき、第一回目のプランジ加工工程Ｓ２の場合、プランジカッター２０のカッター外周と、第一基準孔３の孔壁（第一孔中心３ｃよりも外側：図４における紙面左側に相当）との間が狭い可能性がある。そのため、削り取られた切り屑が厚板２の外部に排出されず、プランジカッター２０及び第一基準孔３の孔壁の間に挟まってしまう可能性がある。その結果、プランジカッター２０の滑らかな回転を損なうことがあり、安定したプランジ加工工程Ｓ２が実施できないことがある。

そこで、第一回目のプランジ加工工程Ｓ２の移動距離Ｌ１をそれ以降のプランジ加工工程Ｓ２よりも広くするように設定することで、上記不具合を解消することが可能となる。具体例を示すと、第一回目のプランジ加工工程Ｓ２における移動距離Ｌ１（第一孔中心３ｃからのカッター中心２０ｃの距離）を６．５ｍｍと設定し、二回目以降のプランジ加工工程Ｓ２の移動距離Ｌ２等（移動前後のカッター中心２０ｃの間の距離）を５ｍｍと設定することができる。すなわち、第一回目のプランジ加工工程Ｓ２における移動距離Ｌ１を、以降のプランジ加工Ｓ２における移動距離Ｌ２等よりも広く設定することができる。これにより、切り屑が挟まるといった上記不具合が生じる可能性を低く抑えることができる。

３．加工方法の具体例
以下、本実施形態の製造方法１による厚板２（ワークＷ）に対する長孔ＬＨの加工の詳細について説明を行う。始めに、穿孔装置１０を用い、ドリルユニット１４に装着された穿孔ドリルによってワークＷ（厚板２）を貫通する第一基準孔３を所定の穿孔位置に穿設する。ここで、第一基準孔３の穿孔位置は、予め穿孔装置１０にデータ入力されており、当該データに基づくプログラミングによる数値制御を実施することで、ガントリーユニット１３及びドリルユニット１４をＸ軸方向及びＹ軸方向に沿って自在に転動させ、穿孔ドリルのドリル中心が当該穿孔位置に到達するように制御される。

３．１基準孔形成工程
ガントリーユニット１３及びドリルユニット１４の転動によって、予め規定された穿孔位置に穿孔ドリルのドリル中心が位置するように制御がなされた後、ドリルユニット１４に装着された穿孔ドリルの駆動を開始する。穿孔ドリルは予め設定された回転数によって、先端のドリル部（図示しない）を回転させながら、Ｚ軸方向（図４参照）に沿って下降するように制御される。

所定の回転数でドリル部が回転した状態で下降した穿孔ドリルは、最終的にドリル部の先端が厚板２に当接し、更に下降を継続することで厚板２の一部が円形状に削り取られる。その結果、当該厚板２を貫通する第一基準孔３が形成される。なお、第一基準孔３を形成した後の穿孔ドリルは、ドリルユニット１４の制御によって上昇（逆Ｚ軸方向に相当）し、基準孔形成工程Ｓ１の実施前の初期位置まで復帰する。

次に、再びガントリーユニット１３及びドリルユニット１４をＸ軸及びＹ軸に沿って転動させ、予め指定された第二基準孔４の穿孔位置に穿孔ドリルのドリル中心を移動させる。なお、第二基準孔４の形成の詳細は、上記第一基準孔３の形成と同一であるため、詳細な説明は省略する。このとき、第二基準孔４は、第一基準孔３から予め規定された距離だけ離間した箇所に穿孔位置が設定されている。更に、第一基準孔３及び第二基準孔４は、穿孔装置１０を用いて一連の流れで穿孔が行われるため、第一基準孔３及び第二基準孔４は、当然に同一の孔径で形成される。これにより、厚板２に対して所定の間隔をあけて貫通して並設された一対の同一孔径の基準孔３，４の形成が完了する（基準孔形成工程Ｓ１）。なお、本実施形態の製造方法１においては、第一基準孔３及び第二基準孔４の孔径は、それぞれ２８ｍｍとなるように穿孔ドリルのドリル径が選択されている。

基準孔形成工程Ｓ１が完了することにより、第一基準孔３及び第二基準孔４の間には、プランジ加工工程Ｓ２によって除去される領域Ｒ（図２におけるハッチング参照）が存在している。また、図３は、図２を側方から視た断面図を模式的に示している。なお、既に説明したように形成する長孔ＬＨの長さが比較的短い場合は、上記基準孔形成工程Ｓ１において、厚板２に対する第二基準孔４の形成を省略することができる。すなわち、基準孔形成工程Ｓ１に要する作業時間の短縮化を図り、作業効率を良好なものとすることができる。

３．２プランジ加工工程及びカッター移動工程Ｓ３
次に、穿孔装置１０のドリルユニット１４の先端に設けられた穿孔ドリルをプランジ加工用のプランジカッター２０に変更する。なお、プランジカッター２０の詳細は既に説明したため、ここでは説明を省略する。また、本実施形態の製造方法１では、プランジカッター２０のカッター径は、２５ｍｍものが選択されている。すなわち、上述した第一基準孔３及び第二基準孔４の孔径（＝２８ｍｍ）よりも、プランジ加工によって形成する孔径が小さくなるように設定されている。

プランジカッター２０に交換後の穿孔装置１０を用い、再び、ガントリーユニット１３及びドリルユニット１４を制御し、第一基準孔３の第一孔中心３ｃ及び第二基準孔４の第二孔中心４ｃを結んだ仮想線Ｌの線上に位置し、かつ、第一孔中心３ｃから所定の間隔だけ離間した位置（第二孔中心４ｃに近接する位置）にカッター中心２０ｃがくるようにプランジカッター２０を移動させる。

ここで、本実施形態の製造方法１では、第一回目のプランジ加工工程Ｓ２を実施するために、第一孔中心３ｃから６．５ｍｍ離間した仮想線Ｌの線上にカッター中心２０ｃが位置するように設定されている。すなわち、既に説明したように、プランジカッター２０の移動距離Ｌ１が６．５ｍｍとなるように設定される（図７参照）。なお、これらのプランジカッター２０（カッター中心２０ｃ）の移動（カッター移動工程Ｓ３）は、予め穿孔装置１０にデータ入力された値に基づき、ガントリーユニット１３及びドリルユニット１４をプログラミング制御することで所定の位置まで移動させることができる。すなわち、プランジ加工の加工位置まで自動制御することができる。

プランジカッター２０が所定の位置まで移動した後、ドリルユニット１４を駆動させ、プランジカッター２０を回転させる。そして、プランジカッター２０を下方向（Ｚ軸方向）に移動させることで、プランジカッター２０の切れ刃２１によって、第一基準孔３の孔壁を含む領域Ｒの一部が削り取られる（切削加工（プランジ加工））。係るプランジ加工工程Ｓ２は、例えば、図４に示されるように、プランジカッター２０の先端に設けられた切れ刃２１が、厚板２に対して垂直に接することで、当該切れ刃２１によって、厚板２の一部を深さ方向（Ｚ軸方向）に沿って削り取るものである。ここで、本実施形態の製造方法１では、プランジカッター２０のカッター回転数（主軸回転数）を１０００ｒｐｍに設定し、Ｚ軸方向の送り速度（下降速度）を３４０ｍｍ／ｍｉｎに設定した切削条件でプランジ加工工程Ｓ２を実施している。

本実施形態の製造方法１において、前述した通り、先端に一対の切れ刃２１が設けられているため、１つの切れ刃２１による切削量を０．１７ｍｍとして、一分間当たりの送り速度が算出されている。

一回目のプランジ加工工程Ｓ２を完了することにより、第一基準孔３及び第二基準孔４の間の領域Ｒの一部が除去された状態となる（図５及び図６参照）。換言すれば、第一回目のプランジ加工工程Ｓ２によって、第一基準孔３よりも僅か等に孔面積が拡がった孔Ｈ１が形成されたことになる。

その後、穿孔装置１０を制御し、プランジカッター２０のカッター中心２０ｃを第一回目のプランジ加工工程Ｓ２よりも更に第一孔中心３ｃから離間した位置（第二孔中心４ｃに近接する位置）まで段階的にプランジカッター２０を移動させる。ここで、本実施形態の製造方法１では、二回目以降のプランジ加工工程Ｓ２は、その移動前及び移動後のカッター中心２０ｃの移動距離Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６がそれぞれ５ｍｍとなるように設定されている（図７参照）。すなわち、二回目以降のプランジ加工工程Ｓ２は、５ｍｍずつ徐々に段階的に第二孔中心４ｃにカッター中心２０ｃが近づくように設定されている。

プランジ加工工程Ｓ２によるプランジ加工及びカッター移動工程Ｓ３によるプランジカッター２０の移動によって、第一基準孔３より孔面積が広くなった孔Ｈ１が第二基準孔４と連通するまで繰り返す。これにより、第一基準孔３及び第二基準孔４の間を連通する横長形状の孔（長孔ＬＨ）が最終的に形成される（図７参照）。なお、図７に示されるように、第一基準孔３及び第二基準孔４の孔径（＝２８ｍｍ）に対し、プランジカッター２０のカッター径（＝２５ｍｍ）が小さくなるように設定したため、最終的に得られた長孔ＬＨは、中央付近が僅かに狭くなったものとなる。

図７に示すように、第一基準孔３及び第二基準孔４が連通することで、エレクトロスラグ溶接を行うためのトーチの先端が横方向（図４における水平方向）に沿って空隙１０６（図１０参照）内を自在に移動することができ、精度良く溶接層１０７（図１０参照）を形成することができる。なお、既に説明したように、基準孔形成工程Ｓ１において第二基準孔４を設けない場合、上記のプランジカッター２０による加工は、基準孔（図示しない）の孔中心から所定の方向に沿ってプランジカッター２０のカッター中心を移動させることによって行われるものであっても構わない。この場合、基準孔の孔中心に対するプランジカッター２０のカッター中心２０ｃの移動距離、或いはプランジカッターのカッター径等は上記と同様任意に設定することができる。

更に、本実施形態の製造方法１によれば、基準孔形成工程Ｓ１及びプランジ加工工程Ｓ２で使用した穿孔装置１０を、溶接ビード１１２を除去する溶接ビード除去工程に使用することができる。すなわち、穿孔装置１０のドリルユニット１４に周知のミーリング工具を取り付け、溶接ビード１１２の除去を行うことができる。これにより、四角ボックス柱の製造に係る作業効率をより良好なものとすることができる。

以上示したように、本実施形態の製造方法１によれば、プランジカッター２０を用い、プランジ加工工程Ｓ２及びカッター移動工程Ｓ３を複数回繰り返すことで、第一基準孔３及び第二基準孔４の連通した長孔ＬＨを形成することができる。特に、穿孔装置１０に対して予め穿孔位置等に係るデータを入力しておけば、厚板２に対して基準孔形成工程Ｓ１、プランジ加工工程Ｓ２、及びカッター移動工程Ｓ３を自動化して行うことができる。そのため、四角ボックス柱に対する長孔の加工のための作業時間を短縮化することができるとともに、作業コストや安定した加工精度を維持した加工を行うことが可能となる。特に、従来行っていたガス溶断工程が不要となるため、熟練した技術者の不足によって生じる問題を解消することができるとともに、加工精度にバラツキが生じることもない。

本発明の四角ボックス柱の製造方法によれば、建築構造部材として使用される四角ボックス柱の製造過程において特に有用に使用することができる。

１：加工方法（四角ボックス柱の製造方法）、２：厚板、３：第一基準孔、３ｃ：第一孔中心、４：第二基準孔、４ｃ：第二孔中心、１０：穿孔装置（ガントリー型穿孔装置）、１１：載置テーブル、１２ａ，１２ｂ：Ｘ軸ガイドレール、１３：ガントリーユニット、１４：ドリルユニット、２０：プランジカッター、２０ｃ：カッター中心、２１：切れ刃、１００：四角ボックス柱、１０１ａ，１０１ｂ：縦板、１０２ａ，１０２ｂ：横板、１０３：内面、１０４：ダイヤフラム、１０５：側辺、１０６：空隙、１０７：溶接層、１０８：当板、１０９：刳抜孔、１１０：仮組体、１１１：外面、１１２：溶接ビード、Ｈ，Ｈ１：孔、Ｌ：仮想線、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６：移動距離、ＬＨ：長孔、Ｒ：領域、Ｓ：空間、Ｓ１：基準孔形成工程、Ｓ２：プランジ加工工程、Ｓ３：カッター移動工程、Ｗ：ワーク。

Claims

四角ボックス柱を構成する厚板に溶接作業用の長孔を形成するための四角ボックス柱の製造方法であって、
前記厚板を貫通する第一基準孔、及び前記第一基準孔から離間した位置に設けられ、前記第一基準孔と同一の孔径の前記厚板を貫通する第二基準孔をそれぞれ穿孔ドリルにより形成する基準孔形成工程と、
前記第一基準孔及び前記第二基準孔の間をプランジカッターによって除去し、前記第一基準孔及び前記第二基準孔を連通させた長孔を形成するプランジ加工工程と
を具備する四角ボックス柱の製造方法。
前記第一基準孔の第一孔中心及び前記第二基準孔の第二孔中心を結ぶ仮想線に沿って、前記プランジカッターのカッター中心を前記第一孔中心から前記第二孔中心に向けて段階的に近接させるカッター移動工程を更に具備する請求項１に記載の四角ボックス柱の製造方法。
四角ボックス柱を構成する厚板に溶接作業用の長孔を形成するための四角ボックス柱の製造方法であって、
前記厚板を貫通する基準孔を穿孔ドリルにより形成する基準孔形成工程と、
前記基準孔の孔中心から所定方向に沿って、前記基準孔の周囲の前記厚板をプランジカッターによって除去し、前記基準孔を含む長孔を形成するプランジ加工工程と
を具備する四角ボックス柱の製造方法。
前記基準孔の前記孔中心から所定方向に延びる仮想線に沿って、前記プランジカッターのカッター中心を前記孔中心から段階的に離間させるカッター移動工程を更に具備する請求項３に記載の四角ボックス柱の製造方法。
前記基準孔形成工程は、
前記第一基準孔及び前記第二基準孔を穿設する穿孔ドリルを装着したガントリー型穿孔装置が用いられ、
前記プランジ加工工程は、
前記ガントリー型穿孔装置の前記穿孔ドリルを前記プランジカッターに交換した前記ガントリー型穿孔装置が用いられる請求項１または２に記載の四角ボックス柱の製造方法。
エレクトロスラグ溶接後のビードを前記ガントリー型穿孔装置に取り付けられたミーリング工具を用いて除去するビード除去工程を更に具備する請求項５に記載の四角ボックス柱の製造方法。