(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロールあるいは長手方向の接触長さが有限長の金型を使用し、鋼帯あるいは形鋼の幅方向両端部を幅方向中央に向かって押圧することにより、形鋼のフランジの一部あるいは全域に相当する領域を素材鋼帯の厚さよりも厚く増肉加工することを特徴とする剛性の高い軽量形鋼の製造方法。
【請求項２】
ロール成形により鋼帯を軽量形鋼に成形する工程と、形鋼のフランジの一部あるいはほぼ全域に相当する部分を鋼帯幅方向に押圧して素材鋼帯の厚さよりも厚く増肉する工程を連続して行うことを特徴とする剛性の高い軽量形鋼の製造方法。
【請求項３】
素材鋼帯がめっき鋼帯である請求項１又は２に記載の剛性の高い軽量形鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、断面性能、外形寸法を維持しながら重量の軽い軽量形鋼を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来技術及び問題点】
鋼板を所定断面形状に成形した軽量形鋼は、平板状の鋼板に比較して高い剛性を示し、ハット型，コ型，Ｚ型，Ｌ型等の断面形状をもつものが知られている。軽量で高強度を示すことから、住宅をはじめとして建造物の構造材に使用されている。
従来の軽量形鋼は、鋼帯を単に幅方向に曲げ加工することによって製造されることから、各部が幅方向に均一な厚みになっている。たとえば、コ型の断面形状をもつ軽量形鋼は、ウエブ，フランジ共に同じ板厚になっている。そのため、断面二次モーメント又は断面係数等の断面性能から必ずしも効率的な断面形状とはいえず、重量当りの断面性能が低い。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、ウエブ，フランジの肉厚を変更することにより、断面性能、外形寸法を維持しながら重量を軽減できる軽量形鋼を提供することを目的とする。
本発明の剛性の高い軽量形鋼の製造方法は、鋼帯を幅方向に曲げ加工することによって形成されたコ型，Ｌ型又はＺ型断面をもつ軽量形鋼を製造する際に適用される。
鋼帯としてめっき鋼帯を用いることが好ましい。
【０００４】
本発明の剛性の高い軽量形鋼の製造方法は、その目的を達成するため、ロールあるいは長手方向の接触長さが有限長の金型を使用し、鋼帯あるいは形鋼の幅方向両端部を幅方向中央に向かって押圧することにより、形鋼のフランジの一部あるいは全域に相当する領域を素材鋼帯の厚さよりも厚く増肉加工することを特徴とする。
ロール成形により鋼帯を軽量形鋼に成形する工程と、形鋼のフランジの一部あるいはほぼ全域に相当する部分を鋼帯幅方向に押圧して素材鋼帯の厚さよりも厚く増肉する工程を連続して行ってもよい。
【０００５】
【作用】
軽量形鋼の代表的なコ型断面形状をもつ軽量溝形鋼を例にとって説明する。軽量溝形鋼は、フランジに平行で且つウエブの中央を通る中立軸に関する断面二次モーメントでその構造部材としての性能が評価される。
図１の（ａ）、（ｂ）に示されるサイズの溝形鋼の断面二次モーメントは、それぞれ次の（１）、（２）式のようになる。
【０００６】
0003916925.tif 000002
また、それぞれの断面積は次の（３）、（４）式になる。
0003916925.tif 000003
【０００７】
本発明では、２つの溝形鋼において断面二次モーメントを同じにしようとしているので、Ｉａ＝Ｉｂである。
（１）、（２）式より次（５）式の関係が出てくる。
0003916925.tif 000004
【０００８】
（５）式を用いて（４）式を変形すると
0003916925.tif 000005
となり、（１）式と比較して、ｈ2／ｈ3を１より大きくすれば、断面二次モーメントは同じで、断面積を小さく、すなわち鋼材を軽くできることがわかる。
ｈ2／ｈ3を１より大きくするためにはｈ3を小さく、すなわちフランジの板厚を厚くすれば良いことになる。
なお、実際の形鋼では隅部は直角ではなく、Ｒが付いているので上記のとおりではない。大よその概念を示したものである。
【０００９】
【実施の形態】
次に、本発明者は、同じ鋼帯又は鋼板を使用して剛性の高い形鋼を製造するには如何したらよいか検討した。
例えば、図２の（ａ）に示すような板厚４．５ｍｍ、ウエブ高さ２００ｍｍ、フランジ幅７５ｍｍのサイズの溝形鋼と同じ断面二次モーメントになるような溝形鋼を板厚４ｍｍ、ウエブ高さ２００ｍｍで製造しようとするとフランジ幅は約８８ｍｍのものとなる（図２の（ｂ））。そこで、フランジ部を図２の（ｃ）に示すように、フランジ幅７５ｍｍの溝形鋼が得られるよう、フランジ先端部分で板厚の最大１．５倍の厚さになるようにフランジ幅方向に押圧して漸増分布で増肉した。
しかし、フランジ部はその全域にわたって漸増分布されず、この場合は、フランジ先端よりフランジ幅の約７０％の領域を増肉することによって同等の断面二次モーメントを得ることができた（図３参照）。
【００１０】
上記のように図２の（ａ）と図３とでは、ウエブ高さ２００ｍｍ、フランジ幅７５ｍｍの同じ外形サイズの溝形鋼であるが、鋼そのものの断面積（すなわち鋼材の重量）は、フランジ部を漸増分布で増肉とすることにより、約４．５％少ない溝形鋼で、同等の断面二次モーメントを有するものが得られる。
なお、実際の形鋼製品では、前記したように隅部が直角ではなくＲが付いており（図３参照）、しかも増肉部はフランジの内側に形成されているので断面二次モーメントは上記計算値よりも若干小さくなっており、断面軽減率も３．７％程度となる。
【００１１】
同様に板厚４ｍｍ、ウエブ高さ１５０ｍｍの溝形鋼の場合、約８６ｍｍのフランジ幅を７５ｍｍまで押圧してフランジ先端より増肉後のフランジ幅の約６０％を増肉することによって、板厚４．５ｍｍの板から同一外形寸法（ウエブ高さ１５０ｍｍ、フランジ幅７５ｍｍ）の溝形鋼を製造したと比べて約３．６％少ない材料で同等の断面二次モーメントを有する溝形鋼を得ることができた。
【００１２】
フランジの一部の領域を均一な肉厚で増肉する場合についても検討した。
板厚４ｍｍで、増肉前のフランジ幅が約８７ｍｍのフランジ部の一部を、図４に示すようにフランジ先端部で最大１．２５倍に、かつ増肉幅が均一になるように増肉すると、ウエブ高さ２００ｍｍの溝形鋼の場合、フランジ先端よりフランジ幅の約６５％の領域を増肉することによって、ウエブ高さ２００ｍｍ、フランジ幅７５ｍｍが同一外形寸法で、板厚４．５ｍｍの軽量溝形鋼に比べて約４．２％少ない材料で同等の断面二次モーメントをもつ溝形鋼が得られる。
【００１３】
同様に板厚４ｍｍ、ウエブ高さ１５０ｍｍの溝形鋼の場合、約８６ｍｍのフランジ幅を７５ｍｍまで押圧してフランジ先端より増肉後のフランジ幅の約６０％を増肉することによって、ウエブ高さ１５０ｍｍ、フランジ幅７５ｍｍが同一外形寸法で、板厚４．５ｍｍの軽量溝形鋼に比べて約３．６％少ない材料で同等の断面二次モーメントをもつ溝形鋼が得られる。
図３，４に示されるような寸法の厚肉フランジをもつ軽量溝形鋼について断面二次モーメントを計算し、従来の標準型のものとの違いを、表１にまとめて表記した。表１には、断面係数をも併せて計算、表記した。
【００１４】
0003916925.tif 000006
【００１５】
次に、上記のようなフランジ部の肉厚を厚くして剛性を高めた形鋼の製造方法について説明する。
フランジの一部を増肉する方法としては、例えばロール成形前の素材、ロール成形中、あるいはロール成形後の形鋼のフランジ先端に相当する幅方向両端部を、フランジ幅方向に相当する方向にロールあるいは素材長手方向に有限の長さをもつ金型によって押圧する方法がある。ロール成形の場合は連続的に増肉することができるが、金型を使用する場合、数メートルに及ぶ長さの形鋼を成形しようとすると、長い金型と大きな押圧力を必要とするため、一段階で押圧することは現実的ではない。有限の長さを有する金型を使用し、形鋼を長手方向に分割して繰り返し押圧することにより、比較的低い押圧力で成形できる。
【００１６】
金型と素材の接触長さによってフランジの幅方向先端からの塑性変形が及ぶ領域が決まることから、金型の接触長さによってフランジの肉厚分布はある程度コントロールすることができる。ロール成形により増肉しようとする場合、ロールと素材の接触長さＬは必然的に有限となり、その長さはロール径と圧下量によって調整することができる（図５参照）。
一般的に、この接触長さＬを短くするとフランジの肉厚は図３のようにフランジ先端部から漸減する分布となり、逆にこの長さＬを長く取ると図４のように比較的均一な分布に近づく傾向がある。
【００１７】
実際の増肉後のフランジの板厚分布は図３あるいは図４に類似したもの、あるいは双方の中間か、あるいはフランジ圧下に伴う座屈の影響でさらに複雑な分布形態となっていることがある。いずれにしても、溝形鋼の断面性能は、フランジの断面積に依存し、板厚分布そのものにはほとんど影響を受けない。しかしながら、溝形鋼として使用する場合、フランジへのスポット溶接、部品取付け等の面から、一般的にはフランジの板厚は均一な方が好ましい。
【００１８】
なお、フランジに増肉部を形成する際、図５に示すように、形鋼の成形過程の途中でフランジを外側に膨らませた形状とし、その後、フランジ外面及びウエブの内外面をロール等の金型によって拘束した状態でフランジを圧下させると、座屈が抑制され、良好な形状の形鋼を得ることができる。
以上、断面コ型の軽量溝形鋼を例に説明してきたが、Ｌ型又はＺ型断面を有する軽量形鋼においても、同様に適用できる。
【００１９】
【発明の効果】
以上に説明したように、ウエブ，フランジに加わる応力を考慮して各部のフランジ部の肉厚をウエブ部の肉厚よりも厚くすることにより、同じ重量及び同じ外形寸法であっても断面二次モーメントを大きくすることができ、それによって、断面性能の高い軽量形鋼を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  板厚の違いによる断面二次モーメントの変化を説明する図
【図２】  フランジの板厚を厚くして断面二次モーメントを大きくする過程を説明する図
【図３】  フランジに漸増増肉部を形成した軽量溝形鋼
【図４】  フランジに均一増肉部を形成した軽量溝形鋼
【図５】  フランジに増肉部を形成する方法を説明する図
【図１】
0003916925.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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