(57)【要約】      （修正有）【課題】第１管〜第３管からなる複数の鋼管を嵌合させて製造する組立式鋼管柱およびその製造方法において、第２管の元口の拡径を省略することができる組立式鋼管柱の製造方法を提供する。【解決手段】第１管〜第３管からなる複数の鋼管を嵌合させて製造する組立式鋼管柱およびその製造方法おいて、第２管の末口を１５〜２０％縮径して第１管に嵌合させるとともに、第３管の末口を２０〜３０％縮径して第２管の元口に嵌合させることにより、第２管の元口の拡径を省略することを特徴とする組立式鋼管柱およびその製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１管〜第３管からなる複数の鋼管を嵌合させて製造する組立式鋼管柱において、第２管の末口を１５〜２０％縮径して第１管に嵌合させるとともに、第３管の末口を２０〜３０％縮径して第２管の元口に嵌合させることにより、第２管の元口の拡径を省略することを特徴とする組立式鋼管柱。
【請求項２】
請求項１に記載の組立式鋼管柱の製造方法において、第２管の末口を１５〜２０％縮径して第１管に嵌合させるとともに、第３管の末口を２０〜３０％縮径して第２管の元口に嵌合させることにより、第２管の元口の拡径を省略することを特徴とする組立式鋼管柱の製造方法。
【請求項３】
前記第３管の末口の縮径は、ＤＬＣ被膜を有する金型を用いることを特徴とする、請求項２に記載の組立式鋼管柱の製造方法。
【請求項４】
前記第３管の末口の縮径は、ダイ半角が２０°以下で、曲率半径が７０ｍｍ未満の金型を用いることを特徴とする、請求項２または３に記載の組立式鋼管柱の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１管〜第３管からなる複数の鋼管を嵌合させて製造する組立式鋼管柱およびその製造方法に関する。
【０００２】
具体的には、例えば、照明、道路標識、信号機、通信アンテナなどに用いる円形鋼管や角鋼管を使用した組立式鋼管柱およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
組立式鋼管柱の製造方法に関しては従来から種々の提案がなされており、例えば、下記特許文献１には、旋削加工及びサンドブラスト処理が施された金型の表面に、ダイアモンドライクカーボンからなる膜厚3〜10μmのコーティングを施した摩擦係数0.1〜0.3の金型を用いて、溶融亜鉛メッキ鋼管の管端を冷間プレスして拡径または縮径し、好ましくは、前記旋削加工が施された金型の表面粗さは、最大高さＲzがダイアモンドライクカーボンの膜厚の0.4〜1.0倍とすることにより、高い潤滑特性を得ることができ、加工油やポリエチレンシートを使用することなく、効率的なプレス作業を実現することができる組立式鋼管柱のプレス加工方法が記載されている。
【０００４】
しかし、特許文献１に記載されている発明は、組立式鋼管柱のプレス加工方法であって、本発明が対象とする、第１管〜第３管からなる複数の鋼管を嵌合させて製造する組立式鋼管柱およびその製造方法については、十分検討なされていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−５６３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、第１管〜第３管からなる複数の鋼管を嵌合させて製造する組立式鋼管柱の製造方法において、第２管の元口の拡径を省略することができる組立式鋼管柱およびその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前述の課題を解決するために、第１管〜第３管からなる複数の鋼管を嵌合させて製造する組立式鋼管柱およびその製造方法において、第１管〜第３管の末口及び元口の縮径及び拡径方法について鋭意検討の結果なされたものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）第１管〜第３管からなる複数の鋼管を嵌合させて製造する組立式鋼管柱において、第２管の末口を１５〜２０％縮径して第１管に嵌合させるとともに、第３管の末口を２０〜３０％縮径して第２管の元口に嵌合させることにより、第２管の元口の拡径を省略することを特徴とする組立式鋼管柱。
（２）（１）に記載の組立式鋼管柱の製造方法において、第２管の末口を１５〜２０％縮径して第１管に嵌合させるとともに、第３管の末口を２０〜３０％縮径して第２管の元口に嵌合させることにより、第２管の元口の拡径を省略することを特徴とする組立式鋼管柱の製造方法。
（３）前記第３管の末口の縮径は、ＤＬＣ被膜を有する金型を用いることを特徴とする、（２）に記載の組立式鋼管柱の製造方法。
（４）前記第３管の末口の縮径は、ダイ半角が２０°以下で、曲率半径が７０ｍｍ未満の金型を用いることを特徴とする、（２）または（３）に記載の組立式鋼管柱の製造方法。
【０００８】
＜作用＞
（１）、（２）の発明の組立式鋼管柱およびその製造方法によれば、第３管の末口を２０〜３０％縮径して第２管の元口に嵌合させることにより、第２管の元口を拡径しなくても第３管の末口を第２管の元口に嵌合させることができるので、第２管の元口の拡径を省略することができる。
（３）の発明の組立式鋼管柱の製造方法によれば、前記第３管の末口の縮径は、ＤＬＣ被膜を有する金型を用いることにより、第３管の末口を２０〜３０％縮径して第２管の元口に嵌合させることができる。ここに、ＤＬＣ被膜とは、ダイアモンドライクカーボン（Diamond- Like Carbon）によるコーティング処理により、ＣＶＤ、ＰＶＤ、レーザーなどを用いて金型の表面にアモルファス構造のカーボン被膜を形成した被膜を云う。
（４）の発明の組立式鋼管柱の製造方法によれば、ダイ半角が２０°以下で、曲率半径が７０ｍｍ未満の金型を用いることにより、第３管の末口の縮径加工時の荷重を低く抑えることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第１管〜第３管からなる複数の鋼管を嵌合させて製造する組立式鋼管柱およびその製造方法において、第２管の元口の拡径を省略することができる組立式鋼管柱およびその製造方法を提供することができ、産業上有用な著しい効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来及び本発明の組立式鋼管柱およびその製造方法の実施形態を例示する図である。
【図２】従来の組立式鋼管柱の製造方法を例示する細図である。
【図３】絞り口加工力を決める諸因子とダイ半角の関係として、一般的に知られている模式図である。
【図４】本発明の組立式鋼管柱の製造方法におけるダイ半角（°）と曲率半径：ｍｍを示す図である。
【図５】本発明の組立式鋼管柱の製造方法の実施例に用いた金型を例示する図である。
【図６】本発明の組立式鋼管柱の製造方法の実施例におけるストロークと荷重の推移を示す図である。
【図７】本発明の組立式鋼管柱の製造方法の実施例における鋼管先端からの距離と外径分布との関係を示す図である。
【図８】本発明の組立式鋼管柱の製造方法の実施例における曲率半径が20ｍｍと30ｍｍの直線部が成型されていく過程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
発明を実施するための形態について、図１〜図４を用いて詳細に説明する。一般に高強度タイプの柱は防災用の柱として使用されており、地震・津波などの災害時に遠方への拡声用のスピーカーやアンテナ等の機器を取り付けている。
【００１２】
このような高強度タイプの鋼管は、通常のタイプと位置付けている鋼管よりもその外径が一規格ずつ上回っていることから、今後の高需要が見込まれている柱の一つである。
【００１３】
上記が今回の発明の背景としてあり、本製品の柱の需要増に対応していくため、より生産性を向上し製造の効率化を目的として柱の接合部分の改良を行った。
【００１４】
図１は、従来及び本発明の組立式鋼管柱およびその製造方法の実施形態を例示する図である。従来の高強度タイプの柱は、図１(a)に示されているように第1管から第3管の3本で構成されている。各管は、第1管が外径190.7mm-板厚5.5mm、第2管が外径216.3mm-板厚7.0mm、第3管が外径267.4mm-板厚7.0mmである。第2管の末口を例えば外径216.3mmから176.7mmまで18%、第1管との嵌合に好ましい範囲として15〜20%絞り、元口の内径を202.3mmから220.5mmまで9%拡げ、第3管の末口を外径267.4mmから218.4mmまで18%絞り、第2管を第1管に、第3管を第2管に嵌合し、ボルト接合をしている。ここに、末口とは鋼管の細い方の端部をいい、元口とは太い方の端部をいう。
【００１５】
図２は従来の組立式鋼管柱の製造工程を示している。図２の(a)、(b)では図１(a)の第2管の元口の拡径加工工程を示す。まずプレス機1に金型2を取り付け、次に鋼管3  (図１(a)の第2管)をセットし、2か所のクランプ4で固定する。金型2はプレス機1により前進されていき、金型2を鋼管3の元口部に押圧し、鋼管3を拡径させていく。その際、金型2の先端は鋼管3の内径より小さくなっており、金型2が挿入されていくことで鋼管3の元口は端部から拡げられていく。
【００１６】
図２の(c)、(d)では図１(a)の第3管の末口の縮径加工工程を示す。まずプレス機1に金型5を取り付け、次に鋼管6(図１(a)の第3管)をセットし、2か所のクランプ4で固定する。金型5はプレス機1により前進されていき、金型5を鋼管6の末口部に押圧し、鋼管6を縮径させていく。
【００１７】
その際、図２(c)及び(d)に示す金型5の先端内径8は鋼管6の外径より大きくなっており、金型5が挿入されていくことで鋼管6の末口は端部から絞られていく。また、図１の第2管の末口を絞る時は別の内径の金型を使用し、拡げ加工を行った鋼管3の他端部を上記の図２(c)、(d)と同じ工程で絞っていく。
【００１８】
しかしながら、上記のように、高強度タイプの柱の加工工程では拡径と縮径合わせて3回の加工工程を行う必要がある。さらに拡径と縮径を行うための各金型は大型の重量物のため、加工工程を変える際にプレス機1に金型を付け替える作業や、使用する鋼管は第1管が5.5m、第2管が6.6m、第3管が6.1mもあるため搬入搬出の段取りに多大な時間を要する。特に第2管においては、縮径と拡径加工を両端部に行うため鋼管を反転させる必要があり、作業効率の低下が問題となっていた。さらに、高荷重での拡径や縮径加工であるため、金型と鋼管の間の摩擦が非常に大きく、金型の損耗が激しいことが問題であった。
【００１９】
この問題に対し、図１の第2管の拡径加工工程を削減することで作業効率を上げ、生産性を向上させる。これは同時に、プレス機1の稼働数も減らすことにつながり、プレス機1の高寿命化につなげられる。また、金型と鋼管の間の摩擦力を低減することで、金型の損耗を軽減し、高耐久性を図る。
【００２０】
本発明では、図１(b)で示されるように図１の第2管と第3管の接合部において、第3管の末口を従来の218.4mmまで18%絞る工程から例えば200mmまで25%、第2管との嵌合に好ましい範囲として20〜30%絞る工程に変更することで、第2管の元口部の拡径加工工程を無くし、工程削減を達成することができる。第3管の末口の縮径率が20％未満では第2管の元口の拡径を省略することができないうえ、第3管の末口の縮径率が30％を超えると絞り加工時に鋼管の軸方向に過大な荷重がかかって座屈を引き起こす可能性があるからである。なお、本発明に用いる第2管の末口は従来通り、例えば外径216.3mmから176.7mmまで18%、第1管との嵌合に好ましい範囲として15〜20%絞る。
【００２１】
しかし、図２(e)9で示したように、従来の金型形状のままでは高荷重がかかってしまい、鋼管6に座屈が発生してしまった。そこで、25%の縮径加工を達成できる形状の金型を検討した。図３に、口絞り加工力を決める諸因子とダイ半角の関係として、一般的に知られている模式図を示す。プレスによる口絞り加工に必要な加工力は、(1)管径の減少に必要な力、(2)摩擦力によるもの、(3)曲げ変形に要する力の合力といわれているが、この図からもダイ半角と摩擦力が、口絞り荷重の主な要因と確認できる。また今回のように、絞られた後に直線部が続く金型形状において、直線部成型荷重には曲率半径が影響を与える。よって本発明の金型では、25%の縮径加工を達成するために、絞り口形状において図４(a)に示す適切なダイ半角、金型と鋼管との摩擦力の低減、適切な曲率半径を検討した。
【実施例】
【００２２】
本発明の実施例について図５〜図８を用いて詳細に説明する。まず、金型と鋼管との摩擦力の低減効果措置として、DLC(Diamond-Like Carbon)被膜を検討した。DLC被膜は一般的に、低摩擦性、耐摩耗性、高耐久性といった特徴を有しており、本発明における金型と鋼管の間の摩擦力の低減のためには不可欠と判断し、金型と鋼管が互いに摺動する部分の金型側に必要なため、金型の内面全周に渡って付着させる。実物大の金型を検討する上で、まず外径89.1mm-板厚2.8mmの鋼管を外径66.4mmまで25%絞る構造の、絞り口の形状がそれぞれ異なる1/3スケールの金型4タイプで実験を行った。図５に4タイプの図面を示し、表1に4タイプのダイ半角と曲率半径をまとめたものを示す。なお、この4タイプにもDLC被膜を施している。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
図６は図５で示した4タイプの、横軸がストローク(=押し込んだ距離)、縦軸が荷重のストロークに対する荷重の推移を示す。
【００２５】
図７に図５に示した4タイプの成型した鋼管の、横軸が鋼管先端からの距離、縦軸が鋼管の外径分布図を示す。
【００２６】
図６から、BとCでは鋼管が金型の直線部分に入っている70mm付近を過ぎたあとも、荷重が上昇し続ける挙動が見られた。一方Aでは90mm、Dでは140mm辺りから荷重の上昇が見られなくなった。また、ダイ半角が小さいほど、絞り部分での荷重の上がり方が緩くなっている。150mm押し込んだ今回の実験の最終荷重を見ると、D<A<C<Bの順で、Dが最も低く、Bが最も高くなった。よって、この実験からダイ半角は20°以下のDがよいと判断した。なお、ダイ半角の下限は問わないが、10°未満では必要な絞り加工ができないので10°以上が好ましい範囲である。
【００２７】
図７から、成型後の鋼管の直線部分の外径が、AとDでは66.0mmとなり、一方BとCでは66.4mmになった。この理由について、図８に曲率半径が20mmと30mmの直線部が成型されていく過程の図を示す。
【００２８】
図８から、曲率半径が20mmであるAとDは、金型が66.4mmあるのに対し、成型後の鋼管の直線成型部分は66.0mmとなっていることから、鋼管が絞り口から直線部に差し掛かったあとに、先端だけが常に金型と接触しながら鋼管が絞られていき、荷重の上昇は抑えられていったと考えられる。一方、曲率半径が30mmであるBとCは、金型が66.4mmあるのに対し、成型後の鋼管の直線成型部分は66.4mmとなっていることから、先端だけでなくそのあとも金型に沿うように鋼管が絞られていき、金型との摩擦による力がAとD以上に常に鋼管にかかり、荷重が上昇し続ける結果となったと考えられる。よって、この実験から曲率半径は少なくとも30mmより小さい（実機では曲率半径：70ｍｍ未満）ほうがよいと判断できる。なお、曲率半径の下限は問わないが、20mm未満では金型の消耗が激しいので20mm以上が好ましい範囲である。以上から、金型の絞り口の形状はDを参考にして、実物大の金型を製作した。
【符号の説明】
【００２９】
1  プレス機
2  金型
3  鋼管
4  クランプ
5、７  金型
6  鋼管
8  金型先端の内径
9  座屈発生部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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