四角形鋼管の製造方法
【課題】４箇所のコーナ部の内面を、突状部や切り欠き状溝が生じることもなく、すっきりとし得る四角形鋼管の製造方法を提供する。
【解決手段】鋼板１を折り曲げ成形したのち突き合わせ溶接することにより半成形四角形鋼管８を造管し、半成形四角形鋼管を加熱手段３５により全体加熱したのち、成形手段４１によって、絞りながら正規の寸法に熱間成形する四角形鋼管１１の製造方法である。半成形四角形鋼管は、各コーナ部３の内面側に凹入溝部７を形成して造管されており、成形手段による熱間成形時の絞り作用により凹入溝部を埋めて、コーナ部１０の内面側を直角状１０ｂに成形した。４箇所のコーナ部は、その内面側を直角状内面として、突状部や切り欠き状溝が生じることもなく、すっきりとでき、以て全体として見た目の良いものにできるとともに、パネルゾーンを形成する厚い板厚の四角形鋼管に好適に採用できる。
【解決手段】鋼板１を折り曲げ成形したのち突き合わせ溶接することにより半成形四角形鋼管８を造管し、半成形四角形鋼管を加熱手段３５により全体加熱したのち、成形手段４１によって、絞りながら正規の寸法に熱間成形する四角形鋼管１１の製造方法である。半成形四角形鋼管は、各コーナ部３の内面側に凹入溝部７を形成して造管されており、成形手段による熱間成形時の絞り作用により凹入溝部を埋めて、コーナ部１０の内面側を直角状１０ｂに成形した。４箇所のコーナ部は、その内面側を直角状内面として、突状部や切り欠き状溝が生じることもなく、すっきりとでき、以て全体として見た目の良いものにできるとともに、パネルゾーンを形成する厚い板厚の四角形鋼管に好適に採用できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば鉄骨構造物の四角形鋼管柱（鋼管柱）においてパネルゾーンとして使用される四角形鋼管の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の四角形鋼管の製造方法としては、次のような構成が提供されている。すなわち、鋼板を折り曲げ成形（折り曲げ加工）したのち突き合わせ溶接することにより半成形四角形鋼管を造管し、この半成形四角形鋼管を加熱手段により全体加熱したのち、加熱された半成形四角形鋼管を成形手段によって、絞りながら正規の寸法に熱間成形している（たとえば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３３０２２２号公報（第４−５頁、図１−図５）
【特許文献２】特開２００４−２４３３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記した従来の製造方法によると、半成形四角形鋼管のコーナ部は、その外面と内面とが同一状の芯を中心とした円弧面に形成されており、したがって、熱間成形時の絞り作用によって外面間の寸法や円弧半径が小さくなったとき、その絞り相当分がコーナ部の内面から内方へ突状となって現れることになる。これにより製品である四角形鋼管は、４箇所のコーナ部の内面に不規則な形状の突状部が生じるとともに、突状部の根元部分に切り欠き状溝が生じることもあり、全体として見た目が悪いものとなる。特に、パネルゾーンを形成する厚い板厚の四角形鋼管の場合、突状部はより大きくかつ不規則な形状として現れることになる。
【０００５】
そこで本発明の請求項１記載の発明は、４箇所のコーナ部の内面を、突状部や切り欠き状溝が生じることもなく、すっきりとし得る四角形鋼管の製造方法を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した目的を達成するために、本発明の請求項１記載の四角形鋼管の製造方法は、鋼板を折り曲げ成形したのち突き合わせ溶接することにより半成形四角形鋼管を造管し、この半成形四角形鋼管を加熱手段により全体加熱したのち、加熱された半成形四角形鋼管を成形手段によって、絞りながら正規の寸法に熱間成形する四角形鋼管の製造方法であって、半成形四角形鋼管は、各コーナ部の内面側に凹入溝部を形成して造管されており、成形手段による熱間成形時の絞り作用により凹入溝部を埋めて、コーナ部の内面側を直角状に成形したことを特徴としたものである。
【０００７】
したがって請求項１の発明によると、半成形四角形鋼管の全体を加熱していることから、四角形鋼管は、各コーナ部の形状、すなわち外周半径を均等状にかつシャープに形成し得る。さらに４箇所のコーナ部は、その内面側を直角状内面として、突状部や切り欠き状溝が生じることもなく、すっきりとし得る。
【０００８】
また本発明の請求項２記載の四角形鋼管の製造方法は、上記した請求項１記載の構成において、鋼板を成形プレス装置に入れて、下金型に対する上金型の昇降動によりコーナ部を折り曲げ成形する際に、上金型の下向き成形面に形成した下向き突条部によって、折り曲げ成形時にコーナ部の内面側に凹入溝部を成形することを特徴としたものである。
【０００９】
したがって請求項２の発明によると、成形プレス装置による折り曲げ成形時に凹入溝部を成形し得る。
そして本発明の請求項３記載の四角形鋼管の製造方法は、上記した請求項１記載の構成において、鋼板を成形プレス装置に入れて、下金型に対する上金型の昇降動によりコーナ部を折り曲げ成形する前に、鋼板のコーナ成形部の内面側に凹入溝部を形成していることを特徴としたものである。
【００１０】
したがって請求項３の発明によると、あらかじめ凹入溝部を形成している鋼板を折り曲げ成形することで、コーナ部の内面側に凹入溝部を成形し得る。
さらに本発明の請求項４記載の四角形鋼管の製造方法は、上記した請求項１〜３のいずれか１項に記載の構成において、鋼板は、パネルゾーンを形成する長さでかつ厚い板厚であることを特徴としたものである。
【００１１】
したがって請求項４の発明によると、パネルゾーンを形成する長さでかつ厚い板厚の鋼板を用いて得た四角形鋼管は、鉄骨構造物の四角形鋼管柱に好適に採用し得る。
【発明の効果】
【００１２】
上記した本発明の請求項１によると、半成形四角形鋼管の全体を加熱していることから、四角形鋼管は、各コーナ部の形状、すなわち外周半径を均等状にかつシャープに形成できる。さらに４箇所のコーナ部は、その内面側を直角状内面として、突状部や切り欠き状溝が生じることもなく、すっきりとでき、以て全体として見た目の良いものにできるとともに、パネルゾーンを形成する厚い板厚の四角形鋼管に好適に採用できる。
【００１３】
また上記した本発明の請求項２によると、成形プレス装置による折り曲げ成形時に凹入溝部を成形できる。
そして上記した本発明の請求項３によると、あらかじめ凹入溝部を形成している鋼板を折り曲げ成形することで、コーナ部の内面側に凹入溝部を成形できる。
【００１４】
さらに上記した本発明の請求項４によると、パネルゾーンを形成する長さでかつ厚い板厚の鋼板を用いて得た四角形鋼管は、鉄骨構造物の四角形鋼管柱に好適に採用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１を示し、四角形鋼管の製造方法における鋼板成形工程までの説明図である。
【図２】同四角形鋼管の製造方法における半成形角形鋼管の造管工程までの説明図である。
【図３】同四角形鋼管の製造方法における加熱から熱間成形を含む工程斜視図である。
【図４】同四角形鋼管の製造方法における成形プレス装置の要部の正面図である。
【図５】同四角形鋼管の製造方法における半成形四角形鋼管の一部切り欠き正面図である。
【図６】同四角形鋼管の製造方法における加熱手段部分の正面図である。
【図７】同四角形鋼管の製造方法における成形手段部分の正面図である。
【図８】同四角形鋼管の製造方法における製造された四角形鋼管の一部切り欠き正面図である。
【図９】同四角形鋼管の製造方法における製造された四角形鋼管の使用例を示す一部切り欠き斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態２を示し、四角形鋼管の製造方法における鋼板成形工程までの説明図である。
【図１１】同四角形鋼管の製造方法における半成形角形鋼管の造管工程までの説明図である。
【図１２】同四角形鋼管の製造方法における成形プレス装置の要部の正面図である。
【図１３】同四角形鋼管の製造方法における製造された四角形鋼管の一部切り欠き正面図である。
【図１４】本発明の実施の形態３を示し、四角形鋼管の製造方法における成形ロール装置部分の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［実施の形態１］
以下に、本発明の実施の形態１を、大径、厚肉でかつ正方体形状の四角形鋼管を得るのに採用した状態として、図１〜図８に基づいて説明する。
【００１７】
まず、半成形四角形鋼管の製造を説明する。すなわち、図１に示すように、厚さ１２〜４０mm所定長さの鋼板１を長さ方向１Ａに搬送し、トリミング開先加工機１５に通して幅方向１Ｂにおける両側縁に開先２を加工する。次いで、鋼板１を成形プレス装置１６に入れて、下金型１７に対する上金型１８の昇降動により、幅方向１Ｂにおける開先２寄りの二箇所を直角円弧状（９０度またはほぼ９０度）に折り曲げて、直角円弧状のコーナ部３を折り曲げ成形する。これにより、コーナ部３間が定寸平板部４、この定寸平板部４に連なる部分が一対の半寸平板部５のＣ型鋼材６を成形する。
【００１８】
その際にコーナ部３は、図４に示すように、下金型１７の上向き凹入状成形面（上向き成形面）１７ａと上金型１８の下向き凸出状成形面（下向き成形面）１８ａとによって、その外面３ａと内面３ｂとが同心半円状に、すなわち、大きい外周半径ＬＲａの外面３ａと小さい内周半径ＬＲｂの内面３ｂとが形成される。また上金型１８の下向き凸出状成形面１８ａには下向き突条部１９が形成されており、この下向き突条部１９によって、折り曲げ成形時に内面３ｂ側の中央部（最奥部）に厚さ内に入り込む凹入溝部７が成形される。
【００１９】
次いで、その開先２の部分を上下から突き合わせることで、一対のＣ型鋼材６を重ね合わせたのち、図２に示すように、各平板部（四辺）４，５に対して、ロール装置２１のロール２２，２３群を外側から当接させて、突き合わせ部Ａを位置合わせすることにより、半成形四角形鋼管８とする。そして仮付け溶接機２５の部分で、この突き合わせ部Ａに対して、図５の実線に示すように、仮付け溶接９ａを施工する。次いで、半成形四角形鋼管８を内面溶接機２６に移して内面溶接９ｂを施工する。さらに、半成形四角形鋼管８を外面溶接機２７に移して外面溶接９ｃを施工し、以て図５の仮想線に示すように、平板部（二辺）に突き合わせ溶接部（シーム溶接部）９を有し、かつ各コーナ部３の内面３ｂに凹入溝部７が成形されている大径で厚肉の半成形四角形鋼管８を造管し得る。
【００２０】
ここで半成形四角形鋼管８は、後述する四角形鋼管（最終製品）よりも寸法や形状を大きくして造管している。すなわち半成形四角形鋼管８は、対向された辺の外面間の寸法ＷＷや各コーナ部３の外周半径ＬＲａを大きくして造管されている。
【００２１】
この半成形四角形鋼管８は、図３、図６に示すように、搬入床３１に渡されて搬送される。この搬入床３１の終端部に搬送された半成形四角形鋼管８は、ローラコンベヤ（搬送手段の一例。）３２に渡され、このローラコンベヤ３２により形成される搬送経路３３上で搬送される。この搬送経路３３中には、前記半成形四角形鋼管８をＡ３変態点の近辺（前後）（たとえば８５０〜１０５０℃）にまで全体加熱する加熱手段３５と、加熱された半成形四角形鋼管８を正規の寸法かつ形状に熱間成形する成形手段４１とが配設されている。
【００２２】
すなわち加熱手段３５は、半成形四角形鋼管８を加熱炉３６に入れての燃焼加熱方式であって、その加熱炉３６における前後方向の両端には、貫通孔により搬入口や搬出口が形成され、そして搬入口や搬出口には、それぞれ開閉扉３７が設けられている。前記加熱炉３６の一側下部でかつローラコンベヤ３２のローラ間の中間位置に下部加熱バーナー３８が配設され、そして、加熱炉３６の他側上部でかつ前記下部加熱バーナー３８に対して千鳥状に対峙する位置には、上部加熱バーナー３９が配設されている。以上の３６〜３９などにより、前記半成形四角形鋼管８をＡ３変態点の近辺にまで全体加熱する加熱手段３５の一例が構成される。
【００２３】
前述したように、搬入床３１の終端部に搬送された半成形四角形鋼管８は、ローラコンベヤ３２に渡され、このローラコンベヤ３２により加熱炉３６に搬入される。この半成形四角形鋼管８は、加熱炉３６内にて搬送経路３３上で搬送されながら、各バーナー３８，３９の燃焼熱によって徐々に均一的に加熱Ｈされ（図６参照）、そして８５０〜１０５０℃（Ａ３変態点の近辺）の高温を維持しながら、かつ周方向ならびに長さ方向において均一温度でかつ曲げなど生じることなく加熱Ｈされることになる。このようにしてＡ３変態点の近辺の温度に加熱された半成形四角形鋼管８を、開閉扉３７を開動させることで、搬出口を通して加熱炉３６から成形手段４１へと搬出し得る。そして半成形四角形鋼管８の終端が完全に搬出されたときに、搬出口の開閉扉３７が閉動される。
【００２４】
上述したように、加熱手段３５によって加熱された半成形四角形鋼管８は成形手段４１に搬送され、この成形手段４１によって正規の寸法かつ形状に熱間成形される。すなわち成形手段４１は、図３、図７、図８に示すように、前後４段（単数段または複数段）に設けられている。そして各成形手段４１は、機枠４２側に対して位置調整自在に、または交換自在に設けられた上下一対ならびに左右一対の成形ロール４３などを介して、半成形四角形鋼管８を絞り状に熱間成形させるものである。なお、成形手段４１の周辺で、必要とする箇所（成形手段４１の前後、前のみ、後ろのみ、スタンド間など）には、必要とする数のデスケーラー装置４５が設けられている。このデスケーラー装置４５は、半成形四角形鋼管８に対して水圧をかけた水を噴射するもので、この水噴射によりミルスケールなどを除去し、表面肌を良くし得る。
【００２５】
したがって、加熱されて成形手段４１に搬入された半成形四角形鋼管８は、成形ロール４３群によって絞り状に熱間成形され、このとき熱間成形は、複数段の成形手段４１によって徐々（段階的）に絞り状に行われる。これにより半成形四角形鋼管８は、成形手段４１による熱間成形時の絞り作用により、正規の外面間の寸法Ｗでかつコーナ部１０の外面側を正規の外周半径Ｒの円弧状外面１０ａとし、そしてコーナ部１０の内面側を、凹入溝部７を埋めて直角状内面１０ｂとした四角形鋼管（最終製品）１１に仕上がるように熱間成形される。
【００２６】
このようにして熱間成形された四角形鋼管１１は、冷却床４８に受け取られる。この冷却床４８はコンベヤ形式であって複数本の四角形鋼管１１を平行させて支持し、そして長さ方向に対して横方向へと搬送させる。この冷却床４８での搬送中に、四角形鋼管１１は空冷形式で徐冷される。冷却床４８での四角形鋼管１１群の搬送は、隣接した四角形鋼管１１の間を離した状態で、または隣接した四角形鋼管１１どうしを接触させ両側よりクランプした状態で搬送される。これにより四角形鋼管１１は、同じ雰囲気温度下で徐冷されることになり、以て冷却時の曲がりを少なくし得る。冷却床４８の終端に達した四角形鋼管１１は、図示していない矯正装置、先端切断装置、後端切断装置、洗浄装置、防錆装置へと搬送され、それぞれで処理されたのち、製品としてストレージされる。
【００２７】
このようにして得られる四角形鋼管（最終製品）１１は、加熱した半成形四角形鋼管８を成形手段４１によって、正規の寸法かつ形状に仕上がるように熱間成形している。その際に、半成形四角形鋼管８の全体を８５０〜１０５０℃（Ａ３変態点の近辺）に加熱していることから、四角形鋼管１１は、各コーナ部１０の形状、すなわち外周半径Ｒを均等状にかつシャープに形成し得る。さらに４箇所のコーナ部１０は、その内面側を直角状内面１０ｂとして、突状部や切り欠き状溝が生じることもなく、すっきりとし得、以て全体として見た目の良いものし得、パネルゾーンを形成する厚い板厚の四角形鋼管に好適に採用し得る。そして熱間成形によって四角形鋼管１１は、残留応力が殆どなくて高い座屈強度が得られるとともに、二次溶接性に優れたものとなる。
【００２８】
次に上記四角形鋼管１１を、鉄骨構造物の四角形鋼管柱（鋼管柱）においてパネルゾーンとして使用した例を、図９に基づいて説明する。
四角形鋼管柱５１は、薄い板厚ｔの上部長尺四角形鋼管５２の下端部と、この上部長尺四角形鋼管５２の板厚ｔよりも厚い所定の板厚Ｔでかつパネルゾーンを形成する長さ（高さ）Ｌの四角形鋼管（短尺四角形鋼管）１１の上端部とを、相対向させた状態で外側からの溶接結合５３し、そして四角形鋼管１１の下端部と、この四角形鋼管１１の板厚Ｔよりも薄くかつ前記上部長尺四角形鋼管５２の板厚ｔよりも厚い板厚Ｔｔの下部長尺四角形鋼管５４の上端部とを、相対向させた状態で外側からの溶接結合５５することで構成されている。すなわち板厚は、［Ｔ＞Ｔｔ＞ｔ］に設定されているが、上部長尺四角形鋼管５２と下部長尺四角形鋼管５４とは同じ板厚であってもよい。
【００２９】
ここで所定の板厚Ｔとは、鉄骨構造物の規模に応じて採用される四角形鋼管１１の正規の外面間の寸法Ｗなどにより決定されるもので、たとえば寸法Ｗが３００ｍｍのときに所定の板厚Ｔは３０ｍｍ前後となる。また、上部長尺四角形鋼管５２の板厚ｔと四角形鋼管１１の板厚Ｔとは、たとえば、［２ｔ≒Ｔ］とされている。なお、前記上部長尺四角形鋼管５１と下部長尺四角形鋼管５４とは、熱間成形または冷間成形により寸法Ｗとコーナ部とが成形されている。
【００３０】
このような四角形鋼管柱５１は、たとえば鉄骨構造物の鋼管柱として使用される。すなわち四角形鋼管柱５１は、所定本数が建築現場などに運搬され、そしてパネルゾーンを形成する四角形鋼管１１の外面に、梁材５６が溶接によって結合される。さらに四角形鋼管柱５１は、梁材５６が所定のレベルに位置するように積上げ状に配置されたのち、その上下間が溶接により結合されることで所定長さ（高さ）とされ、以て鉄骨構造物が構成される。したがって、パネルゾーンを形成する長さＬでかつ厚い板厚Ｔの鋼板１を用いて得た四角形鋼管１１は、鉄骨構造物の四角形鋼管柱５１に好適に採用し得る。
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２を、図１０〜図１３に基づいて説明する。
【００３１】
まず、半成形四角形鋼管の製造を説明する。すなわち図１０に示すように、所定長さの鋼板１０１を長さ方向１０１Ａに搬送し、トリミング開先加工機１１５に通して幅方向１０１Ｂにおける両側縁に開先１０２を加工する。次いで、鋼板１０１を前段成形プレス１１６に入れて、下金型１１７に対する上金型１１８の昇降動により、側縁寄りの二箇所に直角円弧状（９０度またはほぼ９０度）のコーナ部１０３，１０３を折り曲げ成形する。その後、後段成形プレス１２１に入れて、下金型１２２に対する上金型１２３の昇降動により、中間の二箇所に鈍角円弧状（約１０５度）のコーナ部１０４，１０４を折り曲げ成形する。
【００３２】
その際にコーナ部１０３，１０３は、図１２（ａ）に示すように、下金型１１７の上向き凹入状成形面（上向き成形面）１１７ａと上金型１１８の下向き凸出状成形面（下向き成形面）１１８ａとによって、その外面１０３ａと内面１０３ｂとが同心半円状に、すなわち、大きい外周半径ＬＲａの外面１０３ａと小さい内周半径ＬＲｂの内面１０３ｂとが形成される。そして上金型１１８の下向き凸出状成形面１１８ａには下向き突条部１１９が形成されており、この下向き突条部１１９によって、折り曲げ成形時に内面１０３ｂ側の中央部（最奥部）に厚さ内に入り込む凹入溝部１０７が成形される。
【００３３】
またコーナ部１０４，１０４は、図１２（ｂ）に示すように、下金型１２２の上向き凹入状成形面１２２ａと上金型１２３の下向き凸出状成形面１２３ａとによって、その外面１０４ａと内面１０４ｂとが同心半円状に、すなわち、大きい外周半径ＬＲａの外面１０４ａと小さい内周半径ＬＲｂの内面１０４ｂとが形成される。そして上金型１２３の下向き凸出状成形面１２３ａには下向き突条部１２４が形成されており、この下向き突条部１２４によって、折り曲げ成形時に内面１０４ｂ側の中央部（最奥部）に厚さ内に入り込む凹入溝部１０７が成形される。
【００３４】
そして図１１に示すように、仮付け溶接機１２５の部分で、四辺をロール１２６群（またはシリンダー）により外側から加圧することで、鈍角のコーナ部１０４，１０４を直角状のコーナ部１０３に成形しながら開先１０２どうしを突き合わせして、半成形四角形鋼管１０８としながら、突き合わせ部に対して仮付け溶接１０９ａを施工する。次いで、半成形四角形鋼管１０８を内面溶接機１２７に移して内面溶接１０９ｂを施工する。さらに、半成形四角形鋼管１０８を外面溶接機１２８に移して外面溶接１０９ｃを施工し、以て一辺に突き合わせ溶接部（シーム溶接部）１０９を有し、かつ各コーナ部１０３の内面１０３ｂに凹入溝部１０７が成形されている大径で厚肉の半成形四角形鋼管１０８を造管し得る。
【００３５】
この半成形四角形鋼管１０８は、上述した実施の形態１と同様にして熱間成形され、図１３に示すように、正規の寸法かつ形状に仕上がった四角形鋼管（最終製品）１１１となる。その際に、半成形四角形鋼管１０８の全体を８５０〜１０５０℃（Ａ３変態点の近辺）に加熱していることから、四角形鋼管１１１は、各コーナ部１１０の形状、すなわち円弧状外面１１０ａの外周半径Ｒを均等状にかつシャープに形成し得る。さらに４箇所のコーナ部１１０は、その内面側を直角状内面１１０ｂとして、突状部や切り欠き状溝が生じることもなく、すっきりとし得、以て全体として見た目の良いものにし得、パネルゾーンを形成する厚い板厚の四角形鋼管に好適に採用し得る。そして熱間成形によって四角形鋼管１１１は、残留応力が殆どなくて高い座屈強度が得られるとともに、二次溶接性に優れたものとなる。
［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３を、図１４に基づいて説明する。
【００３６】
所定長さの鋼板２０１を長さ方向２０１Ａに搬送して、開先を加工する前、または加工した後に、成形ロール装置２１１の上下一対のローラ２１２，２１３間に通す。その際に、上部ローラ２１３の外周面２１３ａで所定の箇所には、突条部２１４が軸心方向に沿って形成されており、この突条部２１４による回転プレス作用によって、上下一対のローラ２１２，２１３間に通される鋼板２０１の上面側に凹入溝部２０２を形成し得る。すなわち、鋼板２０１を成形プレス装置に入れて、下金型に対する上金型の昇降動によりコーナ部を折り曲げ成形する前に、鋼板２０１のコーナ成形部の内面側に凹入溝部２０２を形成し得る。
【００３７】
したがって、あらかじめ凹入溝部２０２を形成している鋼板２０１を成形プレス装置（上金型が下向き突条部を有さない従来形式など）に入れて、下金型に対する上金型の昇降動によりコーナ成形部を折り曲げ成形することで、各コーナ部の内面側に凹入溝部２０２を形成した半成形四角形鋼管を造管し得る。なお、鋼板２０１に対して突条部２１４を作用させるタイミングは、距離制御や、直径の異なる上部ローラ２１３の使用などによって調整し得、これにより、実施の形態１や実施の形態２で造管される半成形四角形鋼管に対応し得る。
【００３８】
上記した実施の形態３では、成形ロール装置２１１の上部ローラ２１３に形成された突条部２１４による回転プレス作用によって凹入溝部２０２を形成しているが、これは、鋼板の上面側で所定箇所に、刃体による削り取り作用などにより凹入溝部を形成することで、鋼板を成形プレス装置に入れて、下金型に対する上金型の昇降動によりコーナ部を折り曲げ成形する前に、鋼板のコーナ成形部の内面側に凹入溝部を形成してもよい。
【００３９】
上記した実施の形態１〜３では、逆向き台形状の凹入溝部７、１０７、２０２が成形される形式が示されているが、この凹入溝部７、１０７、２０２の形状や大きさなどは、鋼板１、１０１、２０１の厚さ、熱間成形時の絞り量などによって、たとえばＶ字形状など、任意に好適に設定されるものである。
【００４０】
上記した実施の形態１、２では、断面正方形状の四角形鋼管１１、１１１を製造する方法が示されているが、これは断面長方形状の四角形鋼管を製造する方法も同様である。
上記した実施の形態１では、鋼板１として、パネルゾーンを形成する長さＬでかつ厚い板厚Ｔを使用して、たとえば鉄骨構造物の四角形鋼管柱（鋼管柱）５１においてパネルゾーンとして使用される四角形鋼管１１の製造方法が示されているが、これはパネルゾーンを形成する長さでかつ薄い板厚とした四角形鋼管の製造方法、四角形鋼管柱（鋼管柱）においてパネルゾーン以外に使用される厚い板厚、または薄い板厚の四角形鋼管の製造方法であってもよい。
【００４１】
上記した実施の形態１では、加熱手段３５として、半成形四角形鋼管８を加熱炉３６に入れての燃焼加熱方式が採用されているが、この加熱手段としては、高周波誘導加熱方式などであってもよい。
【００４２】
上記した実施の形態１で示すように、成形手段４１での熱間成形は、複数段で徐々に絞り成形するのが好ましいが、その段数は任意であり、場合によっては単数段でもよい。特に半成形四角形鋼管８が薄肉の場合には、単数段、少数段での熱間成形が可能となる。
【００４３】
上記した実施の形態１、２では、一辺にまたは二辺に突き合わせ溶接部（シーム溶接部）９、１０９を有する大径で厚肉の四角形鋼管（製品）１１，１１１を製造しているが、これは大径で薄肉の四角形鋼管、小径で厚肉の四角形鋼管、小径で薄肉の四角形鋼管などの製造であってもよい。たとえば、正規の外面間の寸法Ｗが３００〜７００ｍｍ、厚さＴが９〜７０ｍｍの四角形鋼管１１，１１１を得るものであり、その際に半成形角形鋼管８，１０８におけるコーナ部３，１０３の大きい外周半径ＬＲａは厚さＴの３．５〜７．０倍であり、これが四角形鋼管１１，１１１におけるコーナ部１０，１１０の正規の外周半径Ｒが厚さＴの１．０〜３．０倍となるようにシャープに形成される。
【００４４】
上記した実施の形態１、２では、突き合わせ部Ａに対して外側から仮付け溶接９ａ、１０９ａを行う仮付け溶接機２５、１２５が設けられた形式が示されているが、これは仮付け溶接を行わずに、溶接手段により本溶接を行う形式などであってもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１ 鋼板
２ 開先
３ コーナ部
６ Ｃ型鋼材
７ 凹入溝部
８ 半成形四角形鋼管
９ 突き合わせ溶接部（シーム溶接部）
１０ コーナ部
１０ａ 円弧状外面
１０ｂ 直角状内面
１１ 四角形鋼管（最終製品）
１５ トリミング開先加工機
１６ 成形プレス装置
１７ 下金型
１７ａ 上向き凹入状成形面（上向き成形面）
１８ 上金型
１８ａ 下向き凸出状成形面（下向き成形面）
１９ 下向き突条部
３２ ローラコンベヤ（搬送手段）
３５ 加熱手段
３６ 加熱炉
４１ 成形手段
４３ 成形ロール
４８ 冷却床
５１ 四角形鋼管柱
５２ 上部長尺四角形鋼管
５４ 下部長尺四角形鋼管
５６ 梁材
１０１ 鋼板
１０２ 開先
１０３ コーナ部
１０４ コーナ部
１０７ 凹入溝部
１０８ 半成形四角形鋼管
１０９ 突き合わせ溶接部（シーム溶接部）
１１０ コーナ部
１１０ａ 円弧状外面
１１０ｂ 直角状内面
１１１ 四角形鋼管
１１５ トリミング開先加工機
１１６ 前段成形プレス
１１７ 下金型
１１７ａ 上向き凹入状成形面（上向き成形面）
１１８ 上金型
１１８ａ 下向き凸出状成形面（下向き成形面）
１１９ 下向き突条部
１２１ 後段成形プレス
１２２ 下金型
１２２ａ 上向き凹入状成形面（上向き成形面）
１２３ 上金型
１２３ａ 下向き凸出状成形面（下向き成形面）
１２４ 下向き突条部
２０１ 鋼板
２０２ 凹入溝部
２１１ 成形ロール装置
２１３ 上部ローラ
２１４ 突条部
ＷＷ 半成形四角形鋼管８の外面間の寸法
Ｗ 四角形鋼管１１の正規の外面間の寸法
Ｒ コーナ部１０の正規の外周半径
Ｔ 四角形鋼管１１の板厚
Ｌ パネルゾーンを形成する長さ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば鉄骨構造物の四角形鋼管柱（鋼管柱）においてパネルゾーンとして使用される四角形鋼管の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の四角形鋼管の製造方法としては、次のような構成が提供されている。すなわち、鋼板を折り曲げ成形（折り曲げ加工）したのち突き合わせ溶接することにより半成形四角形鋼管を造管し、この半成形四角形鋼管を加熱手段により全体加熱したのち、加熱された半成形四角形鋼管を成形手段によって、絞りながら正規の寸法に熱間成形している（たとえば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３３０２２２号公報（第４−５頁、図１−図５）
【特許文献２】特開２００４−２４３３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記した従来の製造方法によると、半成形四角形鋼管のコーナ部は、その外面と内面とが同一状の芯を中心とした円弧面に形成されており、したがって、熱間成形時の絞り作用によって外面間の寸法や円弧半径が小さくなったとき、その絞り相当分がコーナ部の内面から内方へ突状となって現れることになる。これにより製品である四角形鋼管は、４箇所のコーナ部の内面に不規則な形状の突状部が生じるとともに、突状部の根元部分に切り欠き状溝が生じることもあり、全体として見た目が悪いものとなる。特に、パネルゾーンを形成する厚い板厚の四角形鋼管の場合、突状部はより大きくかつ不規則な形状として現れることになる。
【０００５】
そこで本発明の請求項１記載の発明は、４箇所のコーナ部の内面を、突状部や切り欠き状溝が生じることもなく、すっきりとし得る四角形鋼管の製造方法を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した目的を達成するために、本発明の請求項１記載の四角形鋼管の製造方法は、鋼板を折り曲げ成形したのち突き合わせ溶接することにより半成形四角形鋼管を造管し、この半成形四角形鋼管を加熱手段により全体加熱したのち、加熱された半成形四角形鋼管を成形手段によって、絞りながら正規の寸法に熱間成形する四角形鋼管の製造方法であって、半成形四角形鋼管は、各コーナ部の内面側に凹入溝部を形成して造管されており、成形手段による熱間成形時の絞り作用により凹入溝部を埋めて、コーナ部の内面側を直角状に成形したことを特徴としたものである。
【０００７】
したがって請求項１の発明によると、半成形四角形鋼管の全体を加熱していることから、四角形鋼管は、各コーナ部の形状、すなわち外周半径を均等状にかつシャープに形成し得る。さらに４箇所のコーナ部は、その内面側を直角状内面として、突状部や切り欠き状溝が生じることもなく、すっきりとし得る。
【０００８】
また本発明の請求項２記載の四角形鋼管の製造方法は、上記した請求項１記載の構成において、鋼板を成形プレス装置に入れて、下金型に対する上金型の昇降動によりコーナ部を折り曲げ成形する際に、上金型の下向き成形面に形成した下向き突条部によって、折り曲げ成形時にコーナ部の内面側に凹入溝部を成形することを特徴としたものである。
【０００９】
したがって請求項２の発明によると、成形プレス装置による折り曲げ成形時に凹入溝部を成形し得る。
そして本発明の請求項３記載の四角形鋼管の製造方法は、上記した請求項１記載の構成において、鋼板を成形プレス装置に入れて、下金型に対する上金型の昇降動によりコーナ部を折り曲げ成形する前に、鋼板のコーナ成形部の内面側に凹入溝部を形成していることを特徴としたものである。
【００１０】
したがって請求項３の発明によると、あらかじめ凹入溝部を形成している鋼板を折り曲げ成形することで、コーナ部の内面側に凹入溝部を成形し得る。
さらに本発明の請求項４記載の四角形鋼管の製造方法は、上記した請求項１〜３のいずれか１項に記載の構成において、鋼板は、パネルゾーンを形成する長さでかつ厚い板厚であることを特徴としたものである。
【００１１】
したがって請求項４の発明によると、パネルゾーンを形成する長さでかつ厚い板厚の鋼板を用いて得た四角形鋼管は、鉄骨構造物の四角形鋼管柱に好適に採用し得る。
【発明の効果】
【００１２】
上記した本発明の請求項１によると、半成形四角形鋼管の全体を加熱していることから、四角形鋼管は、各コーナ部の形状、すなわち外周半径を均等状にかつシャープに形成できる。さらに４箇所のコーナ部は、その内面側を直角状内面として、突状部や切り欠き状溝が生じることもなく、すっきりとでき、以て全体として見た目の良いものにできるとともに、パネルゾーンを形成する厚い板厚の四角形鋼管に好適に採用できる。
【００１３】
また上記した本発明の請求項２によると、成形プレス装置による折り曲げ成形時に凹入溝部を成形できる。
そして上記した本発明の請求項３によると、あらかじめ凹入溝部を形成している鋼板を折り曲げ成形することで、コーナ部の内面側に凹入溝部を成形できる。
【００１４】
さらに上記した本発明の請求項４によると、パネルゾーンを形成する長さでかつ厚い板厚の鋼板を用いて得た四角形鋼管は、鉄骨構造物の四角形鋼管柱に好適に採用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１を示し、四角形鋼管の製造方法における鋼板成形工程までの説明図である。
【図２】同四角形鋼管の製造方法における半成形角形鋼管の造管工程までの説明図である。
【図３】同四角形鋼管の製造方法における加熱から熱間成形を含む工程斜視図である。
【図４】同四角形鋼管の製造方法における成形プレス装置の要部の正面図である。
【図５】同四角形鋼管の製造方法における半成形四角形鋼管の一部切り欠き正面図である。
【図６】同四角形鋼管の製造方法における加熱手段部分の正面図である。
【図７】同四角形鋼管の製造方法における成形手段部分の正面図である。
【図８】同四角形鋼管の製造方法における製造された四角形鋼管の一部切り欠き正面図である。
【図９】同四角形鋼管の製造方法における製造された四角形鋼管の使用例を示す一部切り欠き斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態２を示し、四角形鋼管の製造方法における鋼板成形工程までの説明図である。
【図１１】同四角形鋼管の製造方法における半成形角形鋼管の造管工程までの説明図である。
【図１２】同四角形鋼管の製造方法における成形プレス装置の要部の正面図である。
【図１３】同四角形鋼管の製造方法における製造された四角形鋼管の一部切り欠き正面図である。
【図１４】本発明の実施の形態３を示し、四角形鋼管の製造方法における成形ロール装置部分の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［実施の形態１］
以下に、本発明の実施の形態１を、大径、厚肉でかつ正方体形状の四角形鋼管を得るのに採用した状態として、図１〜図８に基づいて説明する。
【００１７】
まず、半成形四角形鋼管の製造を説明する。すなわち、図１に示すように、厚さ１２〜４０mm所定長さの鋼板１を長さ方向１Ａに搬送し、トリミング開先加工機１５に通して幅方向１Ｂにおける両側縁に開先２を加工する。次いで、鋼板１を成形プレス装置１６に入れて、下金型１７に対する上金型１８の昇降動により、幅方向１Ｂにおける開先２寄りの二箇所を直角円弧状（９０度またはほぼ９０度）に折り曲げて、直角円弧状のコーナ部３を折り曲げ成形する。これにより、コーナ部３間が定寸平板部４、この定寸平板部４に連なる部分が一対の半寸平板部５のＣ型鋼材６を成形する。
【００１８】
その際にコーナ部３は、図４に示すように、下金型１７の上向き凹入状成形面（上向き成形面）１７ａと上金型１８の下向き凸出状成形面（下向き成形面）１８ａとによって、その外面３ａと内面３ｂとが同心半円状に、すなわち、大きい外周半径ＬＲａの外面３ａと小さい内周半径ＬＲｂの内面３ｂとが形成される。また上金型１８の下向き凸出状成形面１８ａには下向き突条部１９が形成されており、この下向き突条部１９によって、折り曲げ成形時に内面３ｂ側の中央部（最奥部）に厚さ内に入り込む凹入溝部７が成形される。
【００１９】
次いで、その開先２の部分を上下から突き合わせることで、一対のＣ型鋼材６を重ね合わせたのち、図２に示すように、各平板部（四辺）４，５に対して、ロール装置２１のロール２２，２３群を外側から当接させて、突き合わせ部Ａを位置合わせすることにより、半成形四角形鋼管８とする。そして仮付け溶接機２５の部分で、この突き合わせ部Ａに対して、図５の実線に示すように、仮付け溶接９ａを施工する。次いで、半成形四角形鋼管８を内面溶接機２６に移して内面溶接９ｂを施工する。さらに、半成形四角形鋼管８を外面溶接機２７に移して外面溶接９ｃを施工し、以て図５の仮想線に示すように、平板部（二辺）に突き合わせ溶接部（シーム溶接部）９を有し、かつ各コーナ部３の内面３ｂに凹入溝部７が成形されている大径で厚肉の半成形四角形鋼管８を造管し得る。
【００２０】
ここで半成形四角形鋼管８は、後述する四角形鋼管（最終製品）よりも寸法や形状を大きくして造管している。すなわち半成形四角形鋼管８は、対向された辺の外面間の寸法ＷＷや各コーナ部３の外周半径ＬＲａを大きくして造管されている。
【００２１】
この半成形四角形鋼管８は、図３、図６に示すように、搬入床３１に渡されて搬送される。この搬入床３１の終端部に搬送された半成形四角形鋼管８は、ローラコンベヤ（搬送手段の一例。）３２に渡され、このローラコンベヤ３２により形成される搬送経路３３上で搬送される。この搬送経路３３中には、前記半成形四角形鋼管８をＡ３変態点の近辺（前後）（たとえば８５０〜１０５０℃）にまで全体加熱する加熱手段３５と、加熱された半成形四角形鋼管８を正規の寸法かつ形状に熱間成形する成形手段４１とが配設されている。
【００２２】
すなわち加熱手段３５は、半成形四角形鋼管８を加熱炉３６に入れての燃焼加熱方式であって、その加熱炉３６における前後方向の両端には、貫通孔により搬入口や搬出口が形成され、そして搬入口や搬出口には、それぞれ開閉扉３７が設けられている。前記加熱炉３６の一側下部でかつローラコンベヤ３２のローラ間の中間位置に下部加熱バーナー３８が配設され、そして、加熱炉３６の他側上部でかつ前記下部加熱バーナー３８に対して千鳥状に対峙する位置には、上部加熱バーナー３９が配設されている。以上の３６〜３９などにより、前記半成形四角形鋼管８をＡ３変態点の近辺にまで全体加熱する加熱手段３５の一例が構成される。
【００２３】
前述したように、搬入床３１の終端部に搬送された半成形四角形鋼管８は、ローラコンベヤ３２に渡され、このローラコンベヤ３２により加熱炉３６に搬入される。この半成形四角形鋼管８は、加熱炉３６内にて搬送経路３３上で搬送されながら、各バーナー３８，３９の燃焼熱によって徐々に均一的に加熱Ｈされ（図６参照）、そして８５０〜１０５０℃（Ａ３変態点の近辺）の高温を維持しながら、かつ周方向ならびに長さ方向において均一温度でかつ曲げなど生じることなく加熱Ｈされることになる。このようにしてＡ３変態点の近辺の温度に加熱された半成形四角形鋼管８を、開閉扉３７を開動させることで、搬出口を通して加熱炉３６から成形手段４１へと搬出し得る。そして半成形四角形鋼管８の終端が完全に搬出されたときに、搬出口の開閉扉３７が閉動される。
【００２４】
上述したように、加熱手段３５によって加熱された半成形四角形鋼管８は成形手段４１に搬送され、この成形手段４１によって正規の寸法かつ形状に熱間成形される。すなわち成形手段４１は、図３、図７、図８に示すように、前後４段（単数段または複数段）に設けられている。そして各成形手段４１は、機枠４２側に対して位置調整自在に、または交換自在に設けられた上下一対ならびに左右一対の成形ロール４３などを介して、半成形四角形鋼管８を絞り状に熱間成形させるものである。なお、成形手段４１の周辺で、必要とする箇所（成形手段４１の前後、前のみ、後ろのみ、スタンド間など）には、必要とする数のデスケーラー装置４５が設けられている。このデスケーラー装置４５は、半成形四角形鋼管８に対して水圧をかけた水を噴射するもので、この水噴射によりミルスケールなどを除去し、表面肌を良くし得る。
【００２５】
したがって、加熱されて成形手段４１に搬入された半成形四角形鋼管８は、成形ロール４３群によって絞り状に熱間成形され、このとき熱間成形は、複数段の成形手段４１によって徐々（段階的）に絞り状に行われる。これにより半成形四角形鋼管８は、成形手段４１による熱間成形時の絞り作用により、正規の外面間の寸法Ｗでかつコーナ部１０の外面側を正規の外周半径Ｒの円弧状外面１０ａとし、そしてコーナ部１０の内面側を、凹入溝部７を埋めて直角状内面１０ｂとした四角形鋼管（最終製品）１１に仕上がるように熱間成形される。
【００２６】
このようにして熱間成形された四角形鋼管１１は、冷却床４８に受け取られる。この冷却床４８はコンベヤ形式であって複数本の四角形鋼管１１を平行させて支持し、そして長さ方向に対して横方向へと搬送させる。この冷却床４８での搬送中に、四角形鋼管１１は空冷形式で徐冷される。冷却床４８での四角形鋼管１１群の搬送は、隣接した四角形鋼管１１の間を離した状態で、または隣接した四角形鋼管１１どうしを接触させ両側よりクランプした状態で搬送される。これにより四角形鋼管１１は、同じ雰囲気温度下で徐冷されることになり、以て冷却時の曲がりを少なくし得る。冷却床４８の終端に達した四角形鋼管１１は、図示していない矯正装置、先端切断装置、後端切断装置、洗浄装置、防錆装置へと搬送され、それぞれで処理されたのち、製品としてストレージされる。
【００２７】
このようにして得られる四角形鋼管（最終製品）１１は、加熱した半成形四角形鋼管８を成形手段４１によって、正規の寸法かつ形状に仕上がるように熱間成形している。その際に、半成形四角形鋼管８の全体を８５０〜１０５０℃（Ａ３変態点の近辺）に加熱していることから、四角形鋼管１１は、各コーナ部１０の形状、すなわち外周半径Ｒを均等状にかつシャープに形成し得る。さらに４箇所のコーナ部１０は、その内面側を直角状内面１０ｂとして、突状部や切り欠き状溝が生じることもなく、すっきりとし得、以て全体として見た目の良いものし得、パネルゾーンを形成する厚い板厚の四角形鋼管に好適に採用し得る。そして熱間成形によって四角形鋼管１１は、残留応力が殆どなくて高い座屈強度が得られるとともに、二次溶接性に優れたものとなる。
【００２８】
次に上記四角形鋼管１１を、鉄骨構造物の四角形鋼管柱（鋼管柱）においてパネルゾーンとして使用した例を、図９に基づいて説明する。
四角形鋼管柱５１は、薄い板厚ｔの上部長尺四角形鋼管５２の下端部と、この上部長尺四角形鋼管５２の板厚ｔよりも厚い所定の板厚Ｔでかつパネルゾーンを形成する長さ（高さ）Ｌの四角形鋼管（短尺四角形鋼管）１１の上端部とを、相対向させた状態で外側からの溶接結合５３し、そして四角形鋼管１１の下端部と、この四角形鋼管１１の板厚Ｔよりも薄くかつ前記上部長尺四角形鋼管５２の板厚ｔよりも厚い板厚Ｔｔの下部長尺四角形鋼管５４の上端部とを、相対向させた状態で外側からの溶接結合５５することで構成されている。すなわち板厚は、［Ｔ＞Ｔｔ＞ｔ］に設定されているが、上部長尺四角形鋼管５２と下部長尺四角形鋼管５４とは同じ板厚であってもよい。
【００２９】
ここで所定の板厚Ｔとは、鉄骨構造物の規模に応じて採用される四角形鋼管１１の正規の外面間の寸法Ｗなどにより決定されるもので、たとえば寸法Ｗが３００ｍｍのときに所定の板厚Ｔは３０ｍｍ前後となる。また、上部長尺四角形鋼管５２の板厚ｔと四角形鋼管１１の板厚Ｔとは、たとえば、［２ｔ≒Ｔ］とされている。なお、前記上部長尺四角形鋼管５１と下部長尺四角形鋼管５４とは、熱間成形または冷間成形により寸法Ｗとコーナ部とが成形されている。
【００３０】
このような四角形鋼管柱５１は、たとえば鉄骨構造物の鋼管柱として使用される。すなわち四角形鋼管柱５１は、所定本数が建築現場などに運搬され、そしてパネルゾーンを形成する四角形鋼管１１の外面に、梁材５６が溶接によって結合される。さらに四角形鋼管柱５１は、梁材５６が所定のレベルに位置するように積上げ状に配置されたのち、その上下間が溶接により結合されることで所定長さ（高さ）とされ、以て鉄骨構造物が構成される。したがって、パネルゾーンを形成する長さＬでかつ厚い板厚Ｔの鋼板１を用いて得た四角形鋼管１１は、鉄骨構造物の四角形鋼管柱５１に好適に採用し得る。
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２を、図１０〜図１３に基づいて説明する。
【００３１】
まず、半成形四角形鋼管の製造を説明する。すなわち図１０に示すように、所定長さの鋼板１０１を長さ方向１０１Ａに搬送し、トリミング開先加工機１１５に通して幅方向１０１Ｂにおける両側縁に開先１０２を加工する。次いで、鋼板１０１を前段成形プレス１１６に入れて、下金型１１７に対する上金型１１８の昇降動により、側縁寄りの二箇所に直角円弧状（９０度またはほぼ９０度）のコーナ部１０３，１０３を折り曲げ成形する。その後、後段成形プレス１２１に入れて、下金型１２２に対する上金型１２３の昇降動により、中間の二箇所に鈍角円弧状（約１０５度）のコーナ部１０４，１０４を折り曲げ成形する。
【００３２】
その際にコーナ部１０３，１０３は、図１２（ａ）に示すように、下金型１１７の上向き凹入状成形面（上向き成形面）１１７ａと上金型１１８の下向き凸出状成形面（下向き成形面）１１８ａとによって、その外面１０３ａと内面１０３ｂとが同心半円状に、すなわち、大きい外周半径ＬＲａの外面１０３ａと小さい内周半径ＬＲｂの内面１０３ｂとが形成される。そして上金型１１８の下向き凸出状成形面１１８ａには下向き突条部１１９が形成されており、この下向き突条部１１９によって、折り曲げ成形時に内面１０３ｂ側の中央部（最奥部）に厚さ内に入り込む凹入溝部１０７が成形される。
【００３３】
またコーナ部１０４，１０４は、図１２（ｂ）に示すように、下金型１２２の上向き凹入状成形面１２２ａと上金型１２３の下向き凸出状成形面１２３ａとによって、その外面１０４ａと内面１０４ｂとが同心半円状に、すなわち、大きい外周半径ＬＲａの外面１０４ａと小さい内周半径ＬＲｂの内面１０４ｂとが形成される。そして上金型１２３の下向き凸出状成形面１２３ａには下向き突条部１２４が形成されており、この下向き突条部１２４によって、折り曲げ成形時に内面１０４ｂ側の中央部（最奥部）に厚さ内に入り込む凹入溝部１０７が成形される。
【００３４】
そして図１１に示すように、仮付け溶接機１２５の部分で、四辺をロール１２６群（またはシリンダー）により外側から加圧することで、鈍角のコーナ部１０４，１０４を直角状のコーナ部１０３に成形しながら開先１０２どうしを突き合わせして、半成形四角形鋼管１０８としながら、突き合わせ部に対して仮付け溶接１０９ａを施工する。次いで、半成形四角形鋼管１０８を内面溶接機１２７に移して内面溶接１０９ｂを施工する。さらに、半成形四角形鋼管１０８を外面溶接機１２８に移して外面溶接１０９ｃを施工し、以て一辺に突き合わせ溶接部（シーム溶接部）１０９を有し、かつ各コーナ部１０３の内面１０３ｂに凹入溝部１０７が成形されている大径で厚肉の半成形四角形鋼管１０８を造管し得る。
【００３５】
この半成形四角形鋼管１０８は、上述した実施の形態１と同様にして熱間成形され、図１３に示すように、正規の寸法かつ形状に仕上がった四角形鋼管（最終製品）１１１となる。その際に、半成形四角形鋼管１０８の全体を８５０〜１０５０℃（Ａ３変態点の近辺）に加熱していることから、四角形鋼管１１１は、各コーナ部１１０の形状、すなわち円弧状外面１１０ａの外周半径Ｒを均等状にかつシャープに形成し得る。さらに４箇所のコーナ部１１０は、その内面側を直角状内面１１０ｂとして、突状部や切り欠き状溝が生じることもなく、すっきりとし得、以て全体として見た目の良いものにし得、パネルゾーンを形成する厚い板厚の四角形鋼管に好適に採用し得る。そして熱間成形によって四角形鋼管１１１は、残留応力が殆どなくて高い座屈強度が得られるとともに、二次溶接性に優れたものとなる。
［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３を、図１４に基づいて説明する。
【００３６】
所定長さの鋼板２０１を長さ方向２０１Ａに搬送して、開先を加工する前、または加工した後に、成形ロール装置２１１の上下一対のローラ２１２，２１３間に通す。その際に、上部ローラ２１３の外周面２１３ａで所定の箇所には、突条部２１４が軸心方向に沿って形成されており、この突条部２１４による回転プレス作用によって、上下一対のローラ２１２，２１３間に通される鋼板２０１の上面側に凹入溝部２０２を形成し得る。すなわち、鋼板２０１を成形プレス装置に入れて、下金型に対する上金型の昇降動によりコーナ部を折り曲げ成形する前に、鋼板２０１のコーナ成形部の内面側に凹入溝部２０２を形成し得る。
【００３７】
したがって、あらかじめ凹入溝部２０２を形成している鋼板２０１を成形プレス装置（上金型が下向き突条部を有さない従来形式など）に入れて、下金型に対する上金型の昇降動によりコーナ成形部を折り曲げ成形することで、各コーナ部の内面側に凹入溝部２０２を形成した半成形四角形鋼管を造管し得る。なお、鋼板２０１に対して突条部２１４を作用させるタイミングは、距離制御や、直径の異なる上部ローラ２１３の使用などによって調整し得、これにより、実施の形態１や実施の形態２で造管される半成形四角形鋼管に対応し得る。
【００３８】
上記した実施の形態３では、成形ロール装置２１１の上部ローラ２１３に形成された突条部２１４による回転プレス作用によって凹入溝部２０２を形成しているが、これは、鋼板の上面側で所定箇所に、刃体による削り取り作用などにより凹入溝部を形成することで、鋼板を成形プレス装置に入れて、下金型に対する上金型の昇降動によりコーナ部を折り曲げ成形する前に、鋼板のコーナ成形部の内面側に凹入溝部を形成してもよい。
【００３９】
上記した実施の形態１〜３では、逆向き台形状の凹入溝部７、１０７、２０２が成形される形式が示されているが、この凹入溝部７、１０７、２０２の形状や大きさなどは、鋼板１、１０１、２０１の厚さ、熱間成形時の絞り量などによって、たとえばＶ字形状など、任意に好適に設定されるものである。
【００４０】
上記した実施の形態１、２では、断面正方形状の四角形鋼管１１、１１１を製造する方法が示されているが、これは断面長方形状の四角形鋼管を製造する方法も同様である。
上記した実施の形態１では、鋼板１として、パネルゾーンを形成する長さＬでかつ厚い板厚Ｔを使用して、たとえば鉄骨構造物の四角形鋼管柱（鋼管柱）５１においてパネルゾーンとして使用される四角形鋼管１１の製造方法が示されているが、これはパネルゾーンを形成する長さでかつ薄い板厚とした四角形鋼管の製造方法、四角形鋼管柱（鋼管柱）においてパネルゾーン以外に使用される厚い板厚、または薄い板厚の四角形鋼管の製造方法であってもよい。
【００４１】
上記した実施の形態１では、加熱手段３５として、半成形四角形鋼管８を加熱炉３６に入れての燃焼加熱方式が採用されているが、この加熱手段としては、高周波誘導加熱方式などであってもよい。
【００４２】
上記した実施の形態１で示すように、成形手段４１での熱間成形は、複数段で徐々に絞り成形するのが好ましいが、その段数は任意であり、場合によっては単数段でもよい。特に半成形四角形鋼管８が薄肉の場合には、単数段、少数段での熱間成形が可能となる。
【００４３】
上記した実施の形態１、２では、一辺にまたは二辺に突き合わせ溶接部（シーム溶接部）９、１０９を有する大径で厚肉の四角形鋼管（製品）１１，１１１を製造しているが、これは大径で薄肉の四角形鋼管、小径で厚肉の四角形鋼管、小径で薄肉の四角形鋼管などの製造であってもよい。たとえば、正規の外面間の寸法Ｗが３００〜７００ｍｍ、厚さＴが９〜７０ｍｍの四角形鋼管１１，１１１を得るものであり、その際に半成形角形鋼管８，１０８におけるコーナ部３，１０３の大きい外周半径ＬＲａは厚さＴの３．５〜７．０倍であり、これが四角形鋼管１１，１１１におけるコーナ部１０，１１０の正規の外周半径Ｒが厚さＴの１．０〜３．０倍となるようにシャープに形成される。
【００４４】
上記した実施の形態１、２では、突き合わせ部Ａに対して外側から仮付け溶接９ａ、１０９ａを行う仮付け溶接機２５、１２５が設けられた形式が示されているが、これは仮付け溶接を行わずに、溶接手段により本溶接を行う形式などであってもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１ 鋼板
２ 開先
３ コーナ部
６ Ｃ型鋼材
７ 凹入溝部
８ 半成形四角形鋼管
９ 突き合わせ溶接部（シーム溶接部）
１０ コーナ部
１０ａ 円弧状外面
１０ｂ 直角状内面
１１ 四角形鋼管（最終製品）
１５ トリミング開先加工機
１６ 成形プレス装置
１７ 下金型
１７ａ 上向き凹入状成形面（上向き成形面）
１８ 上金型
１８ａ 下向き凸出状成形面（下向き成形面）
１９ 下向き突条部
３２ ローラコンベヤ（搬送手段）
３５ 加熱手段
３６ 加熱炉
４１ 成形手段
４３ 成形ロール
４８ 冷却床
５１ 四角形鋼管柱
５２ 上部長尺四角形鋼管
５４ 下部長尺四角形鋼管
５６ 梁材
１０１ 鋼板
１０２ 開先
１０３ コーナ部
１０４ コーナ部
１０７ 凹入溝部
１０８ 半成形四角形鋼管
１０９ 突き合わせ溶接部（シーム溶接部）
１１０ コーナ部
１１０ａ 円弧状外面
１１０ｂ 直角状内面
１１１ 四角形鋼管
１１５ トリミング開先加工機
１１６ 前段成形プレス
１１７ 下金型
１１７ａ 上向き凹入状成形面（上向き成形面）
１１８ 上金型
１１８ａ 下向き凸出状成形面（下向き成形面）
１１９ 下向き突条部
１２１ 後段成形プレス
１２２ 下金型
１２２ａ 上向き凹入状成形面（上向き成形面）
１２３ 上金型
１２３ａ 下向き凸出状成形面（下向き成形面）
１２４ 下向き突条部
２０１ 鋼板
２０２ 凹入溝部
２１１ 成形ロール装置
２１３ 上部ローラ
２１４ 突条部
ＷＷ 半成形四角形鋼管８の外面間の寸法
Ｗ 四角形鋼管１１の正規の外面間の寸法
Ｒ コーナ部１０の正規の外周半径
Ｔ 四角形鋼管１１の板厚
Ｌ パネルゾーンを形成する長さ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板を折り曲げ成形したのち突き合わせ溶接することにより半成形四角形鋼管を造管し、この半成形四角形鋼管を加熱手段により全体加熱したのち、加熱された半成形四角形鋼管を成形手段によって、絞りながら正規の寸法に熱間成形する四角形鋼管の製造方法であって、半成形四角形鋼管は、各コーナ部の内面側に凹入溝部を形成して造管されており、成形手段による熱間成形時の絞り作用により凹入溝部を埋めて、コーナ部の内面側を直角状に成形したことを特徴とする四角形鋼管の製造方法。
【請求項２】
鋼板を成形プレス装置に入れて、下金型に対する上金型の昇降動によりコーナ部を折り曲げ成形する際に、上金型の下向き成形面に形成した下向き突条部によって、折り曲げ成形時にコーナ部の内面側に凹入溝部を成形することを特徴とする請求項１記載の四角形鋼管の製造方法。
【請求項３】
鋼板を成形プレス装置に入れて、下金型に対する上金型の昇降動によりコーナ部を折り曲げ成形する前に、鋼板のコーナ成形部の内面側に凹入溝部を形成していることを特徴とする請求項１記載の四角形鋼管の製造方法。
【請求項４】
鋼板は、パネルゾーンを形成する長さでかつ厚い板厚であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の四角形鋼管の製造方法。
【請求項１】
鋼板を折り曲げ成形したのち突き合わせ溶接することにより半成形四角形鋼管を造管し、この半成形四角形鋼管を加熱手段により全体加熱したのち、加熱された半成形四角形鋼管を成形手段によって、絞りながら正規の寸法に熱間成形する四角形鋼管の製造方法であって、半成形四角形鋼管は、各コーナ部の内面側に凹入溝部を形成して造管されており、成形手段による熱間成形時の絞り作用により凹入溝部を埋めて、コーナ部の内面側を直角状に成形したことを特徴とする四角形鋼管の製造方法。
【請求項２】
鋼板を成形プレス装置に入れて、下金型に対する上金型の昇降動によりコーナ部を折り曲げ成形する際に、上金型の下向き成形面に形成した下向き突条部によって、折り曲げ成形時にコーナ部の内面側に凹入溝部を成形することを特徴とする請求項１記載の四角形鋼管の製造方法。
【請求項３】
鋼板を成形プレス装置に入れて、下金型に対する上金型の昇降動によりコーナ部を折り曲げ成形する前に、鋼板のコーナ成形部の内面側に凹入溝部を形成していることを特徴とする請求項１記載の四角形鋼管の製造方法。
【請求項４】
鋼板は、パネルゾーンを形成する長さでかつ厚い板厚であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の四角形鋼管の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１３０９３０（Ｐ２０１２−１３０９３０Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８３９０６（Ｐ２０１０−２８３９０６）
【出願日】平成２２年１２月２１日（２０１０．１２．２１）
【出願人】（０００１１０４４６）ナカジマ鋼管株式会社 (37)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２１日（２０１０．１２．２１）
【出願人】（０００１１０４４６）ナカジマ鋼管株式会社 (37)
【Ｆターム（参考）】
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