JP2011206800A - 円形鋼管柱のプレス成形方法及び円形鋼管柱のプレス成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】プレス成形機において、平板状の被成形板をプレス成形を用いて円弧状に曲げる際に折れの発生を抑制する。
【解決手段】円形鋼管柱のプレス成形機２は、水平方向に距離をあけて並設された２本のロールダイ３、３と、２本のロールダイ３、３間を上下方向に移動可能となっているパンチ４とを備え、２本のロールダイ３、３間に架け渡された被成形板Ｗに対してパンチ４を下降させることにより被成形板Ｗを円管状に成形するものであって、パンチ４には、下方突出形状の凸条部５がロールダイ３の軸芯と平行に伸び且つ水平方向に距離をあけて２条備えられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、鋼構造物などに使用される断面円形の鋼管柱の製造技術に関する。

従来より、円形鋼管を冷間加工で製造する場合には、帯状の鋼板を螺旋状に巻き回し、成形ロールによって円筒形に成形した後で溶接する方法（電縫法）や、鋼板をＵプレス、Ｏプレスで断面円形に成形し、溶接した後にエキスパンダによって拡管する方法（ＵＯＥ方法）、プレス成形による曲げ加工を順次行って被成形板を断面が円形になるまで成形する方法であるプレスベンド法などが用いられる。

しかし、電縫法やＵＯＥ法は、厚みのある大径の円形鋼管の製造には不向きとされており、ビルや立体駐車場などの鉄骨構造物を建造する際に用いられる大径厚肉の円形鋼管はプレスベンド法により製造される場合が多い。
プレスベンド法に用いられるプレス成形機は、図２（ｂ）に示されるようなものである。なお、図２（ｂ）はプレス成形機のロールダイをその軸心と垂直な方向に切断した断面図であり、以降の従来例の説明ではこの図を用いる。このプレス成形機は、互いに水平方向に距離をあけて並設された２本のロールダイを帯状の鋼板（被成形板）の長手方向と平行に備えており、これら２本のロールダイの間にはパンチが上下方向に移動可能に設けられている。そして、曲げ加工を行う際は、２本のロールダイ間に被成形板を架け渡しておき、この被成形板に対してパンチを下降させれば、２本のロールダイに支持された被成形板の中央にパンチの負荷が加わって３点曲げが行われる。そして、円形鋼管柱を製造する場合には、上述のプレス成形機を用いて帯状の鋼板に対して板幅方向の一部分を円弧状に曲げ、次に板幅方向の隣り合った部分を曲げるといったように加工位置を板幅方向にずらしながらプレス成形を行うことで円形鋼管柱が製造される（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００５−２６４５３５号公報

ところで、プレスベンド法は、上述したように３点曲げでプレス成形を行う構成であるため、図２（ｂ）の右側に図示するようにプレス成形時にはパンチの下端と接触する被成形板の１点にすべての荷重が加わることになり、この１点に応力が集中して被成形板に折れ（曲げ部において曲率半径Ｒが許容範囲を超えて小さくなったり大きくなったりする部分）が発生しやすい。特に、円形鋼管柱を製造する際には、加工位置を板幅方向にずらしながらプレス成形が複数回に亘って行われるため、周方向に複数の折れが発生すると円形精度（真円度）に優れる円形鋼管柱を得ることが困難となるし、円形鋼管柱を真円に矯正する手間も大きいものとなる。

また、３点曲げでプレス成形を行うプレスベンド法では２本のロールダイの間隔をあまり大きく取れないため、加工位置のずらし幅がどうしても狭くなってしまい、プレスピッチを広く取ることができない。それゆえ、３点曲げのプレスベンド法では、平板状の被成形板を円形に曲げるのに必要なプレス回数が多くなり、高い作業効率を実現することが難しいという問題もあった。

本発明は、上述した問題に鑑みて為されたものであり、平板状の被成形板をプレス成形を用いて円弧状に曲げる際に折れの発生を抑制することができ、円形精度に優れる円形鋼管柱を効率良く製造することができる円形鋼管柱のプレス成形機及びプレス成形方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明は以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明の円形鋼管柱のプレス成形機は、水平方向に距離をあけて並設された２本のロールダイと、当該２本のロールダイ間を上下方向に移動可能となっているパンチとを備え、前記２本のロールダイ間に架け渡された被成形板に対して前記パンチを下降させることにより被成形板を円管状に成形するプレス成形機であって、前記パンチには、下方突出形状の凸条部が前記ロールダイの軸芯と平行に伸び且つ水平方向に距離をあけて２条備えられていることを特徴とするものである。

本発明者は、３点曲げのプレス成形ではパンチの下端と接触する被成形板の１点にパンチから加わる荷重のすべてが加わって応力が集中し、この応力の集中が原因となって折れが発生するため、パンチからの荷重を被成形板に伝えるポイントを増やして荷重を分散すれば応力集中を緩和でき、折れの発生も抑制できるのではないかと考えた。そして、パンチの下面に備えられる凸条部を２条に増やして４点曲げでプレス成形を行うことにより、折れが抑制されて円形精度に優れる円形鋼管柱を得ることができ、さらにプレスピッチも広くできて良好な作業性が実現できることを知見して、本発明を完成させたのである。

ところで、例えばプレス成形しようとする被成形板が曲げ加工が行われていない平板状のものであれば、被成形板は２本のロールダイ間に水平に架け渡され、パンチを下降させた際に２条の凸条部が被成形板に同じタイミングで当たるため、被成形板を４点で精度良く曲げることができる。ところが、曲げ加工が既に行われた既加工部分に対して、この既加工部分と板幅方向に隣接する部分の曲げ加工を行う際は、被成形板が２本のロールダイ間に傾いた状態で架け渡されるため、パンチを下降させた際に２条のうちいずれか一方の凸条部が先に被成形板に当たることになり、もう一方の凸条部が被成形板に当たるまでは３点で被成形板の曲げが行われ、折れの発生を確実に抑制することができなくなる。

そこで、本発明のプレス成形機には、前記ロールダイの少なくとも一方を上方及び／又は水平方向に移動させるダイ移動手段が好ましくは設けられる。このようにすれば、２本のロールダイ間に架け渡された被成形板の姿勢を水平にする、または少なくとも水平に近づけることが可能となり、２条の凸条部が被成形板に当たるタイミングのズレを小さくすることも可能となって、既加工部分を備えた被成形板に対しても精度良い４点曲げが可能になるのである。

このようなダイ移動手段は、具体的には、曲げ加工が既に行われた既加工部分を支持するロールダイ、又は既加工部分に近い側のロールダイに設けられているのが好ましい。既加工部分を備えた被成形板を２本のロールダイ間に架け渡すと、被成形板のうち既加工部分に近い側の方が遠い側より凸条部から離れやすい。それゆえ、ダイ移動手段としては、既加工部分に近い側の被成形板から凸条部までの距離が遠い側と同じになるように、既加工部分を支持するロールダイ又は既加工部分に近い側のロールダイを移動させる構成を採用すると良い。

一方、本発明の円形鋼管柱のプレス成形方法は、上述のプレス成形機を用いて、被成形板を円管状に成形する方法であって、パンチに備えられた２条の凸条部及び被成形材を支持する２本のロールダイの４点で被成形板を円弧状に曲げることを特徴とするものである。
なお、このプレス成形方法でも、前記曲げ加工が既に行われた既加工部分に板幅方向で隣接する部分の曲げ加工を行うに際しては、前記加工部分に近い側のロールダイを上方及び／又は水平方向に移動させた上で、パンチによる曲げ加工を行うのが好ましい。

本発明によれば、平板状の被成形板をプレス成形を用いて円弧状に曲げる際に折れの発生を抑制することができ、円形精度に優れる円形鋼管柱を効率良く製造することができる。

本発明のプレス成形方法により製造される円形鋼管柱を示した図である。 プレス成形方法とこの方法で被成形板に加えられる曲げモーメントの分布を、（ａ）本発明のプレス成形方法と、（ｂ）従来のプレス成形方法と、で比較した図である。 プレスピッチの幅を（ａ）本発明のプレス成形方法と（ｂ）従来のプレス成形方法で比較した図である。 第１実施形態に係るプレス成形を実施した際に被成形板に加わる応力分布を、（ａ）曲げ加工が行われていない平板状の被成形板をプレス成形する場合と、（ｂ）被成形板の既加工部分に隣接する部分をプレス成形する場合とで比較した図である。 第２実施形態のプレス成形方法と成形後の被成形板に加わる応力分布を示す図である。 第３実施形態のプレス成形方法と成形後の被成形板に加わる応力分布を示す図である。 従来のプレス方法で曲げ加工を行った円形鋼管柱に対して曲げ外径Ｒを計測した結果を示す図である。 第２実施形態のプレス方法で曲げ加工を行った円形鋼管柱に対して曲げ外径Ｒを計測した結果を示す図である。 第３実施形態のプレス方法で曲げ加工を行った円形鋼管柱に対して曲げ外径Ｒを計測した結果を示す図である。 第３実施形態のプレス方法でより大きな曲率半径に曲げ加工を行った円形鋼管柱に対して曲げ外径Ｒを計測した結果を示す図である。 本発明のプレス成形機の斜視図（鳥瞰図）である。

「第１実施形態」
以下、本発明の実施形態を、図を基に説明する。なお、以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
図１を参照して、まず本発明に係るプレス成形方法により成形される円形鋼管柱１について説明する。

図１に例示するように、本発明の円形鋼管柱１は、高層ビルなどの鉄鋼骨構造物の柱となる鋼管であり、梁材と組み合わせて鉄鋼骨構造を形成するものであって、加工能力が高く大径厚肉の柱材に好適なプレスベンド冷間成形法（以下、プレスベンド法という）を用いて製造される。
プレスベンド法は、平担な帯板状の被成形板Ｗに対して板幅方向（図１１に示すようにロールダイの軸心と垂直な方向）の端部を曲げる端曲げ工程を行った後、端曲げを行った被成形板Ｗに対して加工位置を板幅方向に移動させながらプレス成形による曲げ加工を順次行って被成形板Ｗを断面が円形の管状になるまで成形するものである。

このようにして断面が円形にされた被成形板Ｗについては、互いに向き合った被成形板Ｗの端部同士を溶接する溶接工程や、溶接後に真円度を矯正する矯正工程が行われ、これらの工程を経たものが円形鋼管柱１として製造される。
本発明は、これらの工程の中でもプレス成形工程に特徴を有するものであって、このプレス成形工程には次に説明するプレス成形機２が用いられる。

以降では、プレス成形工程の説明に先立ち、まずプレス成形機２を詳細に説明する。
図２（ｂ）に示すように、従来のプレス成形機は、２本のロールダイ３、３とパンチ４とを備えている。ロールダイ３は、被成形板Ｗを載置するのに十分な長さを長手方向（図１１に示すようにロールダイの軸心に沿った方向）に備えたロールであって、両者の間に被成形板Ｗを水平に架け渡せるように水平方向に距離をあけて２本並設されている。

パンチ４は、２本のロールダイ３、３の中間位置に備えられていて、上下方向に移動自在に配備されている。パンチ４は、本実施形態では２本のロールダイ３、３より上方に備えられていて、２本のロールダイ３、３間に架け渡された被成形板Ｗの中央（幅方向中央）を上方から押圧できるようになっている。パンチ４は、被成形板Ｗをその幅方向の全範囲に亘って押圧できるように被成形板Ｗと同じかやや長めに形成されており、幅方向と垂直な断面が下方に向かって突出する半円状に形成されている。

このパンチ４の断面における下方に向かって突出した部分は、パンチ４を下方に移動させた際に最初に被成形板Ｗに接触して被成形板Ｗを押圧する凸条部５とされている。この凸条部５は、図２（ｂ）の従来のプレス成形機ではパンチ４の下側にロールダイ３と略平行に１条形成されている。
上述した従来のプレス成形機を用いたプレス方法は、以下の通りに行われる。

まず、図２（ｂ）に示すように、被成形板Ｗより上方に位置するパンチ４を下降させると、パンチ４の凸条部５が被成形板Ｗの中央に当たる。さらにパンチ４を下降させると、被成形板Ｗは２本のロールダイ３、３に両端側を固定されたまま中央だけが下方に向かって押圧され、被成形板Ｗが下方に向かって円弧状に曲がる。被成形板Ｗが所望の曲率に曲げられたら、パンチ４を上方に戻し、被成形板Ｗを板幅方向に水平移動させて加工位置をずらす。そして、次は既に曲げ加工が行われた既加工部分６と板幅方向で隣接する部分の被成形板Ｗについて曲げ加工を行う。このようにして板幅方向に曲げ加工を繰り返すことで被成形板Ｗが断面が円形の管状に成形される。

ところで、図２（ｂ）の例では、パンチ４の凸条部５により押圧されている際、被成形板Ｗには凸条部５と接触する部分をピークとして、この接触部分から遠ざかるに連れて減少するような（三角形状の分布を備えた）曲げモーメントが発生する。つまり、この１条の凸条部５と接触する被成形板Ｗの１点にパンチ４から加えられる荷重及びモーメントが集中することになり、被成形板Ｗに折れが発生しやすくなる。

このような折れが発生すると、曲げられた被成形板Ｗの曲率半径Ｒが許容範囲以下となって、所望の曲率半径が得られなくなる。また、円形鋼管柱１を製造する際には、加工位置を板幅方向にずらしながらプレス成形が複数回に亘って行われるため、周方向に複数の折れが発生すると円形精度（真円度）に優れる円形鋼管柱１を得ることが困難となり、矯正工程での手間も大きくなる。

また、図３（ｂ）に示すように、パンチ４の凸条部５と２本のロールダイ３、３との３点で曲げを行う従来のプレス成形方法では、２本のロールダイ３、３の間隔がどうしても狭くなってしまい、加工位置のずらし幅、言い換えればプレスピッチを広く取ることができない。それゆえ、３点曲げでプレス成形では、平板状の被成形板Ｗを円形に曲げるのに必要なプレス回数が多くなり、良好な作業性を実現し難い。

そこで、図２（ａ）及び図１１に示すように、第１実施形態のプレス成形機２では、下方突出形状の凸条部５をロールダイ３の軸芯と平行に伸び且つ水平方向に距離をあけて２条設けて、２条の凸条部５、５と２本のロールダイ３、３との４点で被成形板Ｗの曲げを行うようにしているのである。
なお、図１１はプレス成形機２の鳥瞰図であり、図２（ａ）、及び以降に示す図３（ａ）、図４〜図６はいずれも図１１のプレス成形機２に備えられるロールダイ３をその軸心と垂直な方向に切断した断面図である。

具体的には、第１実施形態のパンチ４は、下方に向かって突出する凸条部５を２条備えていて、これらの凸条部５、５は下方に向かって半円状の断面を備えると共に互いの下端が上下方向に同じ高さになるように形成されている。
なお、ロールダイ３の配置関係など、他の構成は従来のプレス成形機と略同様であるので、説明は省略する。

次に、第１実施形態のプレス成形機２を用いたプレス成形方法について説明する。
第１実施形態のプレス成形方法においても、上述した方法で説明したように、端曲げ工程において板幅方向の端部が曲げられた被成形板Ｗに対して加工位置を板幅方向に移動させながら曲げ加工を順次行って被成形板Ｗを断面が円形になるまで成形するプレス成形工程を行う。

このプレス成形工程を第１実施形態のプレス成形機２で行う際は、凸条部５を２条備えたパンチ４を下方に移動させ、被成形板Ｗを２条の凸条部５、５で押圧すると、図２（ａ）の右側に示すように被成形板Ｗが下方に向かって円弧状に曲がる。そして、第１実施形態のプレス成形機２でも被成形板Ｗには図２（ｂ）のときと同じように曲げモーメントが加わる。

ところが、凸条部５が２条の場合に被成形板Ｗに加わる曲げモーメントは、１条のときに比べて凸条部５との接触点が倍に増えているため、荷重が分散されて図２（ａ）の右側に示すように台形状の分布を示す。つまり、第１実施形態のプレス成形では、３点曲げの場合のように被成形板Ｗの１点に応力が集中することはないので、被成形板Ｗに折れが発生し難くなり、所望の曲率半径に被成形板Ｗを曲げることが容易となる。

また、このように折れが発生しないプレス成形であれば、加工位置を板幅方向にずらしながらプレス成形を複数回に亘って行っても、円形鋼管柱１の真円度が大きく低下することはなく、矯正工程での手間も少なくて済む。
さらに、図３（ａ）に示すように、４点曲げを採用する第１実施形態のプレス成形では、凸条部５が２条になってパンチ４の幅が大きくなった分２本のロールダイ３、３間の間隔も広くできる。それゆえ、プレスピッチを大きくして円形断面（円形鋼管柱１）を得る為に必要なプレス回数を減らせることができ、プレス成形工程での作業効率を向上させることも可能となるのである。
「第２及び第３実施形態」
次に、本発明のプレス成形機２の第２実施形態及び第３実施形態を説明する。

第２実施形態のプレス成形機２は、ロールダイ３の少なくとも一方を「上方向」に移動させるダイ移動手段７を、曲げ加工が既に行われた既加工部分６を支持するロールダイ３、又は既加工部分６に近い側のロールダイ３に備えている点で、第１実施形態と相違している。
第３実施形態のプレス成形機２は、ロールダイ３の少なくとも一方を「水平方向」に移動させるダイ移動手段７を、曲げ加工が既に行われた既加工部分６を支持するロールダイ３、又は既加工部分６に近い側のロールダイ３に備えている点で、第１実施形態と相違している。

なお、ロールダイ３の配置関係など、他の構成は第１実施形態のプレス成形機２と略同様であるので、説明は省略する。
第２実施形態及び第３実施形態のプレス成形機２が上述したようなダイ移動手段７を有するのは、次のような理由による。
図４（ａ）に示すように、プレス成形しようとする被成形板Ｗが曲げ加工が行われていない平板状のものであれば、被成形板Ｗは２本のロールダイ３、３間に水平に架け渡される。プレス成形の際にこの被成形板Ｗにパンチ４を下降させると、２条の凸条部５、５は水平とされた被成形板Ｗに同じタイミングで当たる。それゆえ、２条の凸条部５、５のうち一方の凸条部５だけが被成形板Ｗに強く当たることはなく、図４（ａ）の右側に示すように被成形板Ｗに加わる応力も幅方向に均等な分布となる。

ところが、円形鋼管柱１を製造する際は、プレス成形を被成形板Ｗの板幅方向に複数回に亘って行う必要があるため、曲げ加工が既に行われた既加工部分６に対して板幅方向に隣接する部分の曲げ加工を行うケースがどうしても起こり得る。
この場合、図４（ｂ）に示すように、被成形板Ｗが２本のロールダイ３、３間に傾いた状態で架け渡され、被成形板Ｗのうち曲げ加工が既に行われた既加工部分６に近い側の方が遠い側より低くなってしまう。その結果、パンチ４を下降させた際には２条の凸条部５、５のうち既に加工された部分に近い側の凸条部５が遠い側の凸条部５より遅れて被成形板Ｗに当たることになり、遠い側の凸条部５が被成形板Ｗに当たるまでの間、被成形板Ｗは１条の凸条部５だけで３点曲げされることになる。当然このような３点曲げを行えば、図４（ｂ）の右側に示すように被成形板Ｗに応力が集中して折れが発生しやすくなり、所望の曲率半径を実現したり円形鋼管柱１の真円度を高める上で問題となる。

そこで、第２実施形態及び第３実施形態のプレス成形機２では、既加工部分６を支持するロールダイ３、又は既加工部分６に近い側のロールダイ３にダイ移動手段７を設けて、このロールダイ３を上方や水平方向、それらの組み合わせとして斜め方向に移動させることにより２条の凸条部５、５が可能な限り同じタイミングで被成形板Ｗに接触するようにしているのである。

言い換えれば、第２実施形態及び第３実施形態のプレス成形機２は、材料である被成形板Ｗとして左右方向に非対称なものを用いる際には、ダイ移動手段７を用いて被成形板Ｗの姿勢を変化させ、これによって非対称になった被成形板Ｗに合わせてパンチ４の凸条部５の当たり方を非対称にしてプレス成形を行うものということもできる。
次に、第２実施形態のダイ移動手段７を詳しく説明する。なお、以降の第２実施形態及び第３実施形態の説明では、既加工部分６を支持するロールダイ３又は既加工部分６に近い側のロールダイ３を既加工側ロールダイ３１、遠い側を未加工側ロールダイ３２と呼んでそれぞれの実施形態を説明する。

図５（ａ）に示すように、第２実施形態のダイ移動手段７は、既加工側ロールダイ３１に設けられて既加工側ロールダイ３１を油圧などを用いて上方に移動させるものであり、この既加工側ロールダイ３１と未加工側ロールダイ３２との間に架け渡された被成形板Ｗが水平な姿勢になるように既加工側ロールダイ３１の高さを調整する構成となっている。
例えば、パンチ４の幅方向の中央（左右の凸条部５の中間）を通る中心線に対して、右方向に距離ａ離れた位置に未加工側ロールダイ３２、左方向に距離ａ離れた位置に既加工側ロールダイ３１が互いに同じ高さに配備されたプレス成形機２を考える。この場合、図中に点線で示すように被成形板Ｗは左側が下がった姿勢になっていて、左側の凸条部５から被成形板Ｗまでの上下方向の距離の方が右側の凸条部５から被成形板Ｗまでの距離より長くなっている。それゆえ、この状態でパンチ４を下降させると、右側の凸条部５の方が左側の凸条部５より早く被成形板Ｗに当たり、左側の凸条部５が被成形板Ｗに当たるまでの間は被成形板Ｗを右側の凸条部５及び２本のロールダイ３、３の３点で曲げることになるので、被成形板Ｗに加わる応力分布に偏りが生じやすく折れも発生しやすい。

ところが、既加工側ロールダイ３１を図中に実線で示す位置まで上方に移動させると、既加工側ロールダイ３１が高くなった分だけ被成形板Ｗの姿勢は水平になり、パンチ４を下降させた際に２条の凸条部５、５がほぼ同じタイミングで被成形板Ｗに当たるようになる。言い換えれば、第２実施形態のダイ移動手段７は、２条の凸条部５がほぼ同じタイミングで被成形板Ｗに接し、それから下死点に至るまでパンチ４の凸条部５が被成形板Ｗに片当たりしないように、ロールダイ３（既加工側ロールダイ３１）を上方に移動させて被成形板Ｗを水平にセットするものということもできる。このようにすれば、被成形板Ｗを２条の凸条部５、５及び２本のロールダイ３、３の４点で曲げることが可能となり、図５（ｂ）に示すように被成形板Ｗに加わる応力分布が均等になって、被成形板Ｗに応力が偏りが生じたり折れが発生することがなくなる。

次に、第３実施形態のダイ移動手段７を詳しく説明する。
この第３実施形態のダイ移動手段７は、図６（ａ）に示すように既加工側ロールダイ３１に設けられて既加工側ロールダイ３１を油圧などを用いて未加工側ロールダイ３２側に向かって水平に移動させるものであり、この既加工側ロールダイ３１と未加工側ロールダイ３２との間に架け渡された被成形板Ｗを可能な限り水平な姿勢に近づける構成となっている。

例えば、図例のようにパンチ４の左右方向の中央（左右の凸条部５の中間）を通る中心線に対して、既加工側ロールダイ３１が幅方向に未加工側ロールダイ３２と同じ距離ａだけ離れて且つ上下方向に同じ高さに配置されているプレス成形機２を考える。この場合、図中に点線で示すように被成形板Ｗは左側が下がった姿勢になっていて、第２実施形態の場合と同じようにパンチ４を下げると右側の凸条部５の方が左側の凸条部５より早く被成形板Ｗに当たるため被成形板Ｗに加わる応力分布に偏りが生じやすく折れも発生しやすい。

ところが、既加工側ロールダイ３１を未加工側ロールダイ３２側に向かって水平に移動させて、図中に実線で示す距離ｂ（ｂ＜ａ）の位置まで移動させると、既加工側ロールダイ３１が移動した分だけ被成形板Ｗの姿勢が水平に変化し、２条の凸条部５、５が被成形板Ｗに当たるタイミングの差が小さくなる。言い換えれば、第３実施形態のダイ移動手段７は、下死点でパンチ４の凸条部５と被成形板Ｗとがフィットするように、ロールダイ３を水平に移動させるものということもできる。このようにすれば、被成形板Ｗに応力が集中することが抑制され、図６（ｂ）に示すように被成形板Ｗ中の応力分布も幅方向に均等となって、被成形板Ｗに応力が集中して折れが発生することもなくなる。

この第３実施形態のダイ移動手段７は、被成形板Ｗを完全に水平な姿勢にするものではないが、既加工側ロールダイ３１の移動方向が水平方向であるため、既加工側ロールダイ３１を上下させるものより装置構成が簡単にできる。一般に、円形鋼管柱１に用いられる鋼板は厚板広幅の場合が多く、加工設備やその付帯設備も大重量に耐えられるように大掛かりである場合が多い。それゆえ、ロールダイ３を上下させるものより水平に移動させる構成の方が設備が簡単なもので済み、円形鋼管柱１の製造設備に導入することが容易である。

次に、実施例及び比較例を用いて、本発明のプレス成形機２が備える作用効果を詳しく説明する。
実施例及び比較例は、降伏応力が３７２ＭＰａ、破断応力（引張り応力）が５２３ＭＰａとされた板厚４０ｍｍの被成形板Ｗ（鋼板）を、曲率半径が３５０ｍｍ又は６３０ｍｍの円形断面となるようにプレス成形した際に、成形後の曲率が周方向にどの程度変化するかを計測したものである。

プレス成形に用いたプレス成形機２は、直径１５０ｍｍのロールダイ３を２本とパンチ４と備えたものである。そして、実施例に用いたプレス成形機２にはパンチ４の下面に下方に向かって突出する凸条部５が２条、実施例に用いたプレス成形機２には凸条部５が１条備えられている。この実施例や比較例のパンチ４に設けられる凸条部５はいずれも下方に向かって半円形（半径５０ｍｍ）に形成されていて、実施例の２条の凸条部５、５は互いに水平方向に１５０ｍｍの間隔をあけて備えられている。また、実施例、従来例及び比較例におけるロールダイ３の位置関係は、以下の表１に示す通りとしている。

なお、成形後の曲率の計測は、曲げ加工後の被成形板Ｗにおける円形外周上から１０ｍｍピッチで３点を選び出し、この３点を通る曲率円の半径を３点法（選び出した３点を互いに異なる２点の組に分け、それぞれの組について２点を結ぶ線分の垂直２等分線を求め、それぞれの組の垂直２等分線が交わる交点を曲率円の中心とし、３点のうち１点と中心との距離を曲率円の半径として求める方法）を用いて求め、求められた曲率円の半径を曲げ外径Ｒとした。
「従来例１及び従来例２」
従来例１はパンチセンタ（左右の凸条部５、５の中間を通る中心線）から左方向及び右方向にそれぞれ３００ｍｍの位置に、従来例２はパンチセンタから左方向及び右方向にそれぞれ２２５ｍｍの位置に配備された同じ高さにあるロールダイ３、３間に架け渡された被成形板Ｗに対して、凸条部５を１条備えるパンチ４を押し付けて曲げ加工を行った例である。

図７のＮｏ．１に示される従来例１の結果を見ると、狙いの曲げ外径Ｒ＝３５０ｍｍに対して、周方向の６２０ｍｍ〜７００ｍｍの位置に曲げ外径Ｒの測定値が４００ｍｍを超える部分があり、また周方向の７４０ｍｍ〜８２０ｍｍの位置に曲げ外径Ｒの測定値が３００ｍｍを下回る部分があって、成形後の曲率が目標とする曲率から大きくずれている部分があることが分かる。

また、図７のＮｏ．２に示される従来例２の結果においても、周方向の６３０ｍｍ〜７００ｍｍの位置に曲げ外径Ｒが４００ｍｍを超える部分が、また周方向の７６０ｍｍ〜８１０ｍｍの位置に曲げ外径Ｒが３００ｍｍを下回る部分があって、Ｎｏ．１同様に成形後の曲率が目標とする曲率から大きくずれている。
これらのことから、凸条部５を１条備えるパンチ４を押し付けて曲げ加工を行った従来例１や従来例２では、被成形板Ｗに応力が集中して折れが発生していることが分かる。
「実施例１及び実施例２」
一方、実施例１は、従来例１と同様にパンチセンタから左方向及び右方向にそれぞれ３００ｍｍの位置にロールダイ３を備えるものであるが、従来例１とは異なり既加工部分６に近い左側のロールダイ３（既加工側ロールダイ３１）だけを上方に４５．３ｍｍ移動させた上で、凸条部５を２条備えるパンチ４を押し付けて曲げ加工を行った例（第２実施形態に対応する例）である。また、実施例２も、パンチセンタから左方向及び右方向にそれぞれ２２５ｍｍの位置にロールダイ３を備えるものであるが、従来例２とは異なり既加工部分６に近い左側のロールダイ３だけを上方に１６．１ｍｍ移動させた上で、凸条部５を２条備えるパンチ４を押し付けて曲げ加工を行った例である。

図８のＮｏ．３に示される実施例１の結果を見ると、狙いの曲げ外径Ｒ＝３５０ｍｍに対して、周方向の３００ｍｍ〜９００ｍｍのすべての位置において曲げ外径Ｒの測定値が３５０±５０ｍｍの範囲に収まっていて、目標とする曲率通りの曲げ加工が行われていることが分かる。
また、図８のＮｏ．４に示される実施例２の結果においても、周方向の３００ｍｍ〜９００ｍｍのすべての位置において曲げ外径Ｒの測定値が３５０±５０ｍｍの範囲に収まっていて、目標とする曲率通りの曲げ加工が行われている。

これらのことから、既加工側ロールダイ３１（既加工部分６に近い側のロールダイ３）を上方に移動させて、被成形板Ｗの姿勢を水平にした上で、凸条部５を２条備えるパンチ４を押し付けて曲げ加工を行った実施例１や実施例２では、従来例ほど被成形板Ｗに応力が集中することがなく、折れの発生が抑制されたことが分かる。
「比較例１、実施例３及び実施例４」
上述した実施例１及び実施例２は既加工側ロールダイ３１を上方に移動させた例であったが、次に説明する比較例１、実施例３及び実施例４はいずれも既加工側ロールダイ３１を未加工側ロールダイ３２側に水平に移動させた例を示すものである。

比較例１は、パンチセンタから左方向と右方向にそれぞれ３００ｍｍの位置にあるロールダイのうち、左側のロールダイ３（既加工側ロールダイ３１）だけを右方向（未加工側ロールダイ３２側）に７５ｍｍ水平移動させた上で、凸条部５を２条備えるパンチ４を押し付けて曲げ加工を行った例である。つまり、この比較例１では、既加工側ロールダイ３１がパンチ４センタから左方向に２２５ｍｍの位置に、未加工側ロールダイ３２がパンチセンタから右方向に３００ｍｍの位置にあり、それぞれのロールダイ３は互いに同じ高さとされている。

図９のＮｏ．５に示される比較例１の結果を見ると、狙いの曲げ外径Ｒ＝３５０ｍｍに対して、周方向の７５０ｍｍを超える位置に曲げ外径Ｒが４００ｍｍを超える部分が、また周方向の５８０ｍｍ〜７００ｍｍの位置に曲げ外径Ｒが３００ｍｍを下回る部分があって、成形後の曲率が目標とする曲率から大きくずれている。
一方、実施例３は、比較例１と同様にパンチセンタから左方向と右方向にそれぞれ３００ｍｍの位置にあるロールダイ３のうち、左側のロールダイ３（既加工側ロールダイ３１）だけを右方向に水平移動させたものであるが、比較例１とは異なりロールダイ３の水平移動幅を３７．５ｍｍと短くした例（第３実施形態に対応する例）である。

図９のＮｏ．６に示される実施例３の結果を見ると、狙いの曲げ外径Ｒ＝３５０ｍｍに対して、周方向の３００ｍｍ〜９００ｍｍのすべての位置において曲げ外径Ｒの測定値が３５０±５０ｍｍの範囲に収まっていて、目標とする曲率通りの曲げ加工が行われている。
この比較例１と実施例３との対比から、既加工側ロールダイ３１の水平移動幅が大きい比較例１では、既加工側ロールダイ３１がパンチ４の凸条部５に近接しすぎてロールダイ３と凸条部５との間隔が狭くなり、かえって被成形板Ｗに折れが発生したと考えられる。これに対し、既加工側ロールダイ３１の水平移動幅が小さい実施例３では、被成形板Ｗの姿勢が水平に矯正された結果折れが抑制され、目標とする曲率通りの曲げ加工が行われたと考えられる。このことから、水平移動幅を折れが発生しない適正範囲に設定した上で既加工側ロールダイ３１を水平移動させれば目標とする曲率通りの曲げ加工が可能となると考えられる。

さらに、実施例４は、曲率半径が６３０ｍｍと大きな円形鋼管柱１に対して曲げ加工を行ったものであるが、実施例３と同様にパンチセンタから左方向と右方向にそれぞれ３００ｍｍの位置にあるロールダイ３のうち、左側のロールダイ３（既加工側ロールダイ３１）だけを右方向に６０ｍｍ水平移動させると、図１０のＮｏ．７に示すように目標とする曲率通りの曲げ加工が可能となることがわかる。このことから、本発明のプレス成形方法は、成形しようとする曲率が変化しても適用可能であると考えられる。

なお、本発明者は、上記実施例で示した鋼材に限らず、破断応力が５０〜８０ｋｇ／ｍｍ²で板厚１０ｍｍ〜１００ｍｍの鋼板から成る半径２００ｍｍ〜１２００ｍｍの建材用の円形鋼管柱１に対しても実施例と同様な作用効果が奏されることを確認している。
また、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

上記実施形態では、未加工側ロールダイ３２を固定させたまま、既加工側ロールダイ３１を上方及び／又は水平方向（すなわち、上方や水平方向、それらの組み合わせとして上斜め方向）に移動させることにより、折れの発生を抑制する例を挙げて、本発明のプレス成形機２及びプレス成形方法を説明した。しかしながら、本発明のプレス成形機２及びプレス成形方法は、既加工側ロールダイ３１を固定したまま未加工側ロールダイ３２を下方及び／又は水平方向（下方や水平方向、それらの組み合わせとして下斜め方向）に移動させる構成であっても良いし、既加工側ロールダイ３１と未加工側ロールダイ３２との双方をそれぞれ移動させる構成であっても良い。

１ 円形鋼管柱
２ プレス成形機
３ ロールダイ
４ パンチ
５ 凸条部
６ 既加工部分
７ ダイ移動手段
３１ 既加工側ロールダイ
３２ 未加工側ロールダイ
Ｗ 被成形板

Claims (5)

1. 水平方向に距離をあけて並設された２本のロールダイと、当該２本のロールダイ間を上下方向に移動可能となっているパンチとを備え、前記２本のロールダイ間に架け渡された被成形板に対して前記パンチを下降させることにより被成形板を円管状に成形する円形鋼管柱のプレス成形機であって、
   前記パンチには、下方突出形状の凸条部が前記ロールダイの軸芯と平行に伸び且つ水平方向に距離をあけて２条備えられていることを特徴とする円形鋼管柱のプレス成形機。
2. 前記ロールダイの少なくとも一方を上方及び／又は水平方向に移動させるダイ移動手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の円形鋼管柱のプレス成形機。
3. 前記ダイ移動手段は、曲げ加工が既に行われた既加工部分を支持するロールダイ、又は既加工部分に近い側のロールダイに設けられていることを特徴とする請求項２に記載の円形鋼管柱のプレス成形機。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載されたプレス成形機を用いて、被成形板を円管状に成形する円形鋼管柱のプレス成形方法において、
   パンチに備えられた２条の凸条部及び被成形材を支持する２本のロールダイの４点で被成形板を円弧状に曲げることを特徴とする円形鋼管柱のプレス成形方法。
5. 前記曲げ加工が既に行われた既加工部分に板幅方向で隣接する部分の曲げ加工を行うに際しては、前記加工部分に近い側のロールダイを上方及び／又は水平方向に移動させた上で、パンチによる曲げ加工を行うことを特徴とする請求項４に記載の円形鋼管柱のプレス成形方法。