(57)【要約】【課題】外径寸法の異なる複数の角形管を入れ子にした従来の多重角形管は、外管と内管の間にクリアランスを有していることから、曲げモーメントに対する強度特性が劣る。直径の異なる複数の円管を重ね合せた多重円管をロール成形により角形断面に成形する方法は、クリアランスのない強度特性に優れた多重角管を得ることができるが、高コストとなる問題があった。【解決手段】有限長の外側角鋼管の内部に、有限長で外側角鋼管の内側寸法よりも小さい外形寸法を有する内側角形管を挿入した後、内側角形管の内部より大きい外形寸法に組まれたロール等の工具を管の一端から挿入し他端より引き抜くことで内側角形管の４つのコーナー部近傍を内側より押し広げて外側角鋼管の内壁に内側角鋼管の外壁を密着させることにより双方の鋼管をほぼその全長にわたって摩擦力で固定する。【選択図】図２
2015096265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有限長の外側角鋼管の内部に外側角鋼管の内側寸法よりも小さい外形寸法を有する同じく有限長の内側角形管を容易に挿入可能な程度のクリアランスを有する状態で挿入した後、内管の内部より大きい外形寸法に組まれたロール等の工具を管の一端から挿入し他端より引き抜くことで内管の４つのコーナー部近傍を内側より押し広げて外側角鋼管の内壁に内側角鋼管の外壁を密着させることにより双方の鋼管をほぼその全長にわたって摩擦力で固定することを特徴とする多重角形管の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の製造方法によって得られた外側角形管と内側角形管が摩擦により固定されていることを特徴とする多重角形管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に建築物や構築物などの柱や梁などの構造部材に用いられる角形管およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、住宅などの比較的小規模の建築物の構造部材に用いる角形管は、非特許文献１あるいは２に記載されているように、鋼帯を円形断面に成形した後両エッジ部を溶接して得た円形断面管を、ロール成形により角形断面に再成形する方法により製造される。あるいは、非特許文献３に示されるように、素板をロール成形等により円形断面を経ずに直接角形断面に成形した後両エッジ部を溶接する方法によっても製造される。このような方法によれば、素材である鋼帯にあらかじめ防錆のためのめっき処理を施した表面処理鋼帯を使用することが可能となることから、角形管に成形した後のめっき処理が不要となり、低コストで耐食性に優れた角形管を得ることができる。
【０００３】
一方、前述の方法では、めっき処理できる鋼帯の厚みの制約、および円管ならびに角管への成形設備の能力の制約から、厚みを増して強度の向上を図るには多大な設備投資が必要となるといった問題があった。
【０００４】
これに対して、厚みに制約のある角形管の強度向上を図る方法として、管を多重構造にすることにより断面積を増加させる方法が提案されている。特許文献１には中空の角形管である外管の内寸法より若干小さい外寸法を有する同じく中空の角形管である内管を挿入して、双方の間にクリアランスを有する状態で角形多重管とした構造用材が提案されている。また、特許文献２には、角形管内部にその長手方向に沿って長尺鋼材を配置して外側の角形管と内部の長尺鋼材とを溶接により固着した補強鋼管が提案されており、角形管内部に挿入する長尺鋼材として角形管あるいは円形鋼管を用いた二重管も例示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】日本塑性加工学会編  塑性加工技術シリーズ９  ロール成形技術，ｐ２８８，図８．８
【非特許文献２】日本塑性加工学会編  塑性加工技術シリーズ９  ロール成形技術，ｐ２９０，図８．１０
【非特許文献２】日本塑性加工学会編  塑性加工技術シリーズ９  ロール成形技術，ｐ２８８，図８．７
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１７１６８８号公報
【特許文献２】特開２０００−１１０３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１、２にあるように角形管を多重構造とすることで用いる鋼材の厚みの上限によらず実質的に角形管の断面積を増大させて、構造部材としての強度を向上させることが可能である。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に示された多重管は外側の角形管と内側の角形管の間にクリアランスを有して重ね合わされていることから、軸方向の圧縮に対しては断面積に比例した強度が得られるものの、曲げモーメントを受けた際には曲げモーメントは外管を介して内管に伝播することから双方の間のクリアランスの存在によって内管は外管よりも軽い負荷しか受持つことができないため、クリアランスのない場合よりも曲げ強度が劣る問題がある。また、外管と内管が固定されていないため、本多重管を構造体に組立てる際に外管から内管が抜け出す懸念があり、作業性にも問題がある。外管と内管の間のクリアランスは多重管を製造する際に外側の角形管の内部に内側の角形管を挿入可能とするために不可避のものである。
【０００９】
また、特許文献２に示された補強鋼管は外側の角形管と内部に挿入した長尺鋼材をその端部において溶接により固着したものであり、取扱時に外管から内側に挿入された長尺鋼材が抜け出すといった問題は生じないものの、外側の角鋼管の内部に長尺鋼材を挿入する際には双方の間にクリアランスが必要であり、両端を溶接で固着したとしても両端を除いて外管と内管が固着されていないことから、曲げモーメントが作用した際には特許文献１の場合と同様の問題を生じる。また、このような構造用部材は輸送可能な範囲で一様長さの長尺部材として供給され、種々の長さに再切断されて構造体の部材とすることが一般的であり、このように両端のみを溶接で固着したとしても所定の長さに切断した際には切断部において再び溶接による固着を行う必要があり、そのような処置が不要な一般的な長尺の構造部材と比べてその取扱に不便な点がある。
【００１０】
外管と内管に円管を使用し若干のクリアランスを設けて挿入した後、非特許文献１あるいは非特許文献２に示す方法で角形管に成形することで、内外の鋼管が密着した多重角形管を得ることができるが、円管を別々に作って重ね合せる必要があることから角形管への成形は有限長の円管をロール成形する必要があり、このような方法では成形品の先端および後端に形状不良部を生じることから、これらを切除する手間がかかるとともに歩留りが低下してコストアップを招くという問題がある。
【００１１】
本発明はこのような課題を解決し、外側角形管と内側角形管の間にクリアランスのない曲げ強度特性に優れた多重角形管を低コストで提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、有限長の外側角鋼管の内部に外側角鋼管の内側寸法よりも若干小さい外形寸法を有する同じく有限長の内側角形管を容易に挿入可能な程度のクリアランスを有する状態で挿入した後、内管の内部の寸法より大きい外形寸法に組まれたロール等の工具を管の一端から挿入し他端より引き抜くことで内管の４つのコーナー部近傍を内側より押し広げて外側角鋼管の内壁に内側角鋼管の外壁を密着させることにより双方の鋼管をほぼその全長にわたって摩擦力で固定し有限長さのいかなる部分においても外管と内管を拘束するための手段として溶接を用いていないことを特徴とする多重角形管の製造方法、および該製造方法によって得られた外側角形管と内側角形管が摩擦により固定されていることを特徴とする多重角形管である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】外側の角形管の内部にクリアランスをもって内側の角形管が挿入された、本発明の第一工程における多重角形管の断面形状を示す説明図。
【図２】内側の角形管の内寸よりも大きい外形寸方を有する４つのロールよりなるマンドレルが内側の角形管の内部に挿入され、内側の角形管を介して外側の角形管を押し広げている状態を示す説明図。
【図３】マンドレルによって内側の角形管が拡管されて外側の角形管と内側の角形管のクリアランスが消滅し、外側の角形管と内側の角形管が密着している状態を示す説明図。
【図４】マンドレルを引き抜いて内側の角形管を押し広げ加工する工程を示す側面図および拡管用ロールのマンドレルへの組み込み状態を示す正面図。
【図５】外形寸法が異なるマンドレルを直列に組み合わせて、一回の引き抜き加工で２段階の押し広げ加工を行う工程を示す側面図、および拡管用ロールのマンドレルへの組み込み状態を示す正面図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明による二重角形管の製造方法について説明する。本発明による二重角形管の製造に当たっては、単管素管として角形管を用いる。外側の角形管は目的とする二重角形管の外形寸法にほぼ等しいものを用いる。外管の素管は内管を介して内側から若干拡管される可能性もあることから、拡管による寸法増加を見込んで目標とする製品寸法よりも若干小さめの寸法としても良い。内側からの拡管により辺が膨らんで凸形状となる可能性もあるため、使用する素管は辺を若干凹形状に調整したものを使用しても良い。外管となる角形管は高周波溶接された円管を素材として用いた場合、その溶接部の内面側に突出した裏ビードを有している場合がある。裏ビードが大きい場合内管の挿入の妨げとなることが懸念されることから、裏側ビードについては造管時あるいは造管後に切除、潰し処理するか、あるいは溶接前の突合せエッジの形状および／あるいは溶接条件を工夫することにより極力その高さを抑制することが好ましい。外管に挿入される内管については、縦・横の外形寸法が外管の内側寸法よりも小さくかつ、内管の内面からの押し広げによってそのクリアランスを実質的に無くする事が可能な範囲のクリアランスが確保できる大きさよりも小さくない外形寸法を有するものを用いる。以上説明した外管の中に内管を挿入することにより、図１に示す外管と内管の間にクリアランスを有する二重角形管を得る。
【００１５】
上記によって得られた二重角形管の内寸に上下および左右両側のクリアランスを加えた寸法よりも大きい外形寸法に組み上げられた４つの押し広げロール４よりなるマンドレルを、前記二重角形管の一方の管端の外側にロール４と角形管の各コーナー部の位置が対応する状態で配置する。前記二重角形管の他方の管端より管の内部を貫通して前記マンドレルに結合したロッドを配置するとともに、ロッド側の前記角形管の管端に管の軸方向への移動を規制する受け（図示せず）を設ける。前記受け（図示せず）にはロッド６と干渉しないような穴あるいは切り欠きを設ける。このような状態よりマンドレルのロッド６を管軸と平行な方向に引き抜くことによりマンドレルが角形管の中に引き込まれて内管のコーナー部を押し広げながら管内部を移動し、最終的に角形管のもう一方の管端より抜け出して角形管全長が押し広げ加工される。これによりコーナー部が外管の内面に押し付けられて、内管全長に亘って内管と外管が摩擦により固定された二重角形管が得られる。
【００１６】
このようにして得られた二重角形管は軸方向負荷に対しては外管と内管の断面積に応じた強度を示すのはもとより、曲げ負荷に対しても外管と内管が一体となって曲げモーメントを受けることから優れた曲げ強度を示す。このように重ね合せた角形管に曲げ負荷が作用する場合は、摩擦による比較的弱い固定手段であっても外管と内管の界面にずれを生じることが無いため、外管と内管の合計厚さに相当する単管とほぼ同等の強度特性を発揮することができる。本発明による多重角形管は、外管と内管よりなる二重管の他、さらに内管を挿入した三重以上の多重管であっても良い。また外管と内管は必ずしも同一の材質、表面処理、肉厚をもったものでなくても良い。例えば外管と内管とで強度や表面処理、普通鋼やステンレス鋼等の鋼種、肉厚等が異なったものを組合せても良い。また、外管と内管の長さが異なるものを用いることにより長さ方向の一部のみが部分的に多重となった部分強化角形管とすることもできる。
【００１７】
本発明の対象は正方形角形管の他矩形管にも適用可能であるが、正方形角形管の場合は押し広げロール６を図２に示すような台形プロフィールとすることで管中心において４つの押し広げロール６が互いに接触して支え合うように配置することができるため、拡管成形による板力を相殺して押し広げロール６の軸受けに作用する負荷を軽減できるとともに、荷重による押し広げロール６の変位を抑制できることから加工精度が向上するという利点がある。角形管を二重に重ね合せると図１に示すようにコーナーＲ部に大きな隙間ができることから、押し広げロール６による拡管を効果的に行う観点からも押し広げロール６のプロフィール形状はコーナーＲ部を押圧するよりもコーナーＲ部を避けてコーナー両側の平坦部を押圧するように、両斜辺のなす角度が９０°で先端が平坦な台形プロフィールとすることが好ましい。
【実施例】
【００１８】
溶融亜鉛−６ｍａｓｓ％アルミニウム−３ｍａｓｓ％マグネシウム合金めっき鋼板より製造した外形寸法１００ｍｍ×１００ｍｍ、肉厚４．５ｍｍ、長さ６ｍのＪＩＳ  Ｇ  ３４６６に規定された一般構造用角形鋼管ＳＴＫＲ４００に相当する正方形鋼管を外管とし、同じく溶融亜鉛−６ｍａｓｓ％アルミニウム−３ｍａｓｓ％マグネシウム合金めっき鋼板より製造した外形寸法９０ｍｍ×９０ｍｍ、肉厚４．５ｍｍ、長さ６ｍのＳＴＫＲ４００に相当する正方形鋼管を内管とし、内管の全長が収まるように外管の中に挿入した。この時の外管の内面と内管の外面のクリアランスは対向する上下ならびに左右２箇所の平均値でそれぞれ約０．５ｍｍであった。このようにして重ねた二重角形鋼管の中に、一辺の寸法が８２．２ｍｍの正方形に内接するように４個のロールが互いに９０°の角度をなすように放射状に組立てられたロール群よりなるマンドレルを前記角形鋼管の一方の管端から挿入しもう一方の管端から引き出すことによって、管の全長に亘って内管のコーナー部を内側から押し広げ加工した。押し広げ工程の途中において内部にマンドレルが存在する部分の外管の外側から若干外管がひずんでいる様子が伺えたが、マンドレル通過後はスプリングバックにより公差内の断面形状となった。以上の工程により外側の角形鋼管の内壁に内側の角形鋼管の外壁が接触し双方が摩擦により固定された二重角形鋼管を得た。得られた二重角形鋼管は外形寸法１００ｍｍ×１００ｍｍ、肉厚９ｍｍのＳＴＫＲ４００に相当する正方形鋼管とほぼ同等の曲げ強度を示した。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明による多重角形管の製造方法によれば、外側の角形管の内壁に内側の角形管の外壁が接触し双方が摩擦により固定された曲げ強度特性に優れた二重角形管を安価に製造することが可能となる。また本発明によって得られた二重角形管は単層の角形管と同様に切断、溶接等の加工を伴って使用することができる。
【符号の説明】
【００２０】
１     外側角形管
２     内側角形管
３     クリアランス
４     押し広げロール
４ａ   外径寸法の小さい押し広げロール
４ｂ   外径寸法の大きい押し広げロール
５     押し広げロール支持・保持部材
６     押し広げロール引き抜きロッド
【図１】
2015096265.tif 000003
【図２】
2015096265.tif 000004
【図３】
2015096265.tif 000005
【図４】
2015096265.tif 000006
【図５】
2015096265.tif 000007